CN112373443B - 一种车辆减速伞制动设备及制动方法 - Google Patents

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    • B60T1/16—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting otherwise than by retarding wheels, e.g. jet action by increasing air resistance, e.g. flaps

Abstract

本发明提供了一种车辆减速伞制动设备及其制动方法，涉及车辆制动领域，减速伞制动设备包括减速伞、气体发生器、伞枪、收绳器，伞枪为筒状，减速伞压缩成伞包，并将气体发生器包裹其中，伞枪内安装有用于将伞包弹出的弹簧装置，并通过电控单元控制伞枪和弹簧装置的启动；收绳器设置在伞枪底部通过绳索与减速伞连接；车辆还包括：行车制动系统，安装在车辆前端的车距传感器。在行车制动功能受限无法避免车辆碰撞的发生时本发明提供附近的制动力来减少车辆碰撞的可能。

Description

一种车辆减速伞制动设备及制动方法
技术领域
本发明涉及车辆制动领域，尤其涉及一种车辆减速伞制动设备及制动方法。
背景技术
现有的美国高速公路安全管理局NTHSA调查结果指出，驾驶员操作失误导致的道路交通事故约占总数的90％，而车辆故障导致的仅占3％。这种情况在追尾碰撞中尤为明显，在追尾碰撞中驾驶员没有采取制动的情况约占31％；驾驶员采取制动、但制动力不足的情况约占49％；驾驶员全力制动、但是制动作用过晚约占20％。这些情况的发生是由于驾驶员没有意识到存在碰撞危险或者驾驶员来不及对即将发生的追尾碰撞进行反应，在某种程度上是因为制动速度限制了当前最高车速，当有较高的制动速度和现有的被动安全装置可以保证驾驶员的生命安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种车辆减速伞制动设备及其适应其弹出逻辑和结构的制动方法，提高车辆在高速公路上的制动能力。
为解决上述问题，本发明的一个方面提供了一种车辆减速伞制动设备，包括减速伞、气体发生器、伞枪、收绳器，伞枪为筒状，减速伞压缩成伞包，并将气体发生器包裹其中，伞枪内安装有用于将伞包弹出的弹簧装置，并通过电控单元控制伞枪和弹簧装置的启动；收绳器设置在伞枪底部通过绳索与减速伞连接；车辆还包括：行车制动系统，安装在车辆前端的车距传感器。
包括减速伞、气体发生器、伞枪、收绳器，伞枪为筒状，减速伞压缩成伞包，并将气体发生器包裹其中，伞枪内安装有用于将伞包弹出的弹簧装置，并通过电控单元控制伞枪和弹簧装置的启动；收绳器设置在伞枪底部通过绳索与减速伞连接；车辆还包括：行车制动系统，安装在车辆前端的车距传感器。其中弹簧装置可以为常用的电控卡扣弹簧装置，将弹簧压缩后通过电控卡扣固定，在需要弹簧提供弹力时通过电控单元将卡扣打开，弹簧恢复原形并提供弹力。本发明实施例中的电控单元通过车载电脑控制，在判断行车制动能力受限无法避免碰撞时启动减速伞制动设备。其中车距传感器可以为毫米波雷达、激光雷达、单目/双目摄像头等传感器。其中气体发生器可以为压缩气瓶，通过电控单元可以将其插销拔出，气体发生器设置在伞包中，在伞包喷出伞枪后对伞包进行充气使伞包快速展开。
本发明的另一个方面提供了一种车辆减速伞制动设备的制动方法，方法包括以下步骤：
读入代表对车辆的减速请求的用于行车制动系统的减速信号和代表行车制动系统的功能能力的功能信号，以及代表对车辆的运行情况的判定信号。
如果功能信号和判定信号表明行车制动系统的功能能力不受限，并且需要进行制动，则加强或补充减速信号；
如果功能信号和判定信号表明行车制动系统的至少受限的功能能力，需要进行制动，则为减速伞制动设备提供操作信号。更进一步的技术方案是，减速信号为制动踏板信号。制动踏板信号能够提供驾驶人是否有制动意愿，减少误判的可能。
更进一步的技术方案是，功能信号包括：车距传感器测量的本车与前车相对距离S；本车车速V；相对车速ΔV；录入的本车最大减速度a；通过公式
Figure GDA0003922237520000021
来计算此刻车辆紧急制动距离S1；相对车速ΔV为前车速度减本车速度。通过比较S与S1来判断行车制动系统的功能能力是否受限。
更进一步的技术方案是，判定信号包括：本车车速V；节气门开度；相对距离S。
更进一步的技术方案是，方法(300)，包括以下步骤：
B1：判断车辆是否需要进行制动，当本车车速V大于等于80km/h、节气门开度小于30％且相对车速ΔV小于0时进入步骤B2，否则结束。
B2：判断行车制动系统功能能力是否受限，当相对距离S小于60米且大于紧急制动距离S1时，发出预警信号。
B3：当相对距离S小于紧急制动距离S1时，则为发动机系统和行车制动系统提供预制动信号；若采集到减速信号则为减速伞制动设备提供操作信号。
B4：当相对距离S小于1/2的紧急制动距离S1时，则为减速伞制动设备提供操作信号，并补充减速信号。当判定信号中本车车速V大于等于80km/h时，有可能需要启动减速伞制动设备进行辅助制动，当本车车速V小于80km/h时无需启动减速伞制动设备；当节气门开度大于等于30％时，判断驾驶人有超车意图，不启动减速伞制动设备。只有在本车车速达到80km/h并且节气门开度小于30％时才有启动减速伞制动设备的需要。而在相对车速ΔV小于0时本车车速大于前车车速，本车有可能会追尾前车但还无法确定其风险程度，因此进入到步骤B2进行判断。本车车速达到80km/h的时候预启动行车制动系统，空气阻力占汽车行驶阻力的一半，所以在高速条件下的设置减速伞可以起到效果，通过普通刹车加上被动安全装置可以保证驾驶员安全。
在满足步骤B1中的条件时，且当本车与前车的相对距离小于60米，属于《交通法》规定的高速跟车的危险距离，因此发出预警信号对驾驶人进行提醒，其中紧急制动距离S1为车辆全力制动的距离，一般车速在100码时为37米左右小于《交通法》规定的高速跟车的危险距离规定的60米。
在相对距离S继续缩短，小于紧急制动距离S1时极有可能发生碰撞，为发动机系统和行车制动系统提供预制动信号，对行车制动系统的预启动，减少制动反应时间。在采集到制动踏板的减速信号后就同时为减速伞制动设备提供操作信号。减速信号使行车制动系统快速反应进行制动。
当驾驶人员因为一些原因在相对距离S小于紧急制动距离S1时还为做出反应，导致相对距离S小于1/2的紧急制动距离S1，这时判断车辆即将发生碰撞，直接为减速伞制动设备提供操作信号，打开减速伞制动设备，并补充所述减速信号控制行车制动设备进行制动，防止因为无制动操作而产生的车祸。更进一步的技术方案是，步骤B2中预警信号为对驾驶员的声音图像提醒。
更进一步的技术方案是，步骤B3中预制动信号包括降低发动机输出功率以及使行车制动系统的制动液填充的信号。
本发明的原理阐述：本发明通过减速伞制动设备作为附加的制动装置来弥补现有的行车制动的制动能力的不足。通过采集功能信号以及判定信号来判断车辆实时情况以及行车制动系统的功能能力是否受限，通过采集功能信号以及判定信号来判断车辆实时情况，在一般情况下辅助驾驶员制动和在紧急条件下的自动制动。当行车制动系统的功能能力受限无法避免车辆发生碰撞时为减速伞制动设备提供操作信号。操作信号通过控制电控单元来控制伞枪和弹簧装置的启动，将减速伞从伞枪中弹射出去，并在惯性和气体发生器的作用下将伞包打开，使减速伞展开，通过空气阻力来增加车辆的制动能力。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：为现有的行车制动装置提供了附加的制动力；提供了判断车辆是否碰撞的判断方式，在减速信号缺失或较弱时也能完成制动；为车辆及人员提供了安全保障。辅助驾驶员制动和自动减速伞制动，通过对碰撞时间顺序下的和位置分析对不同情况对车辆进行不同的应对操作，在碰撞无法避免条件下自动弹出减速伞的完整避撞措施到最后的减速伞弹出。
附图说明
图1是根据本发明实施例1的结构示意图；
图2是根据本发明实施例1减速伞制动设备的结构示意图；
图3是根据本发明实施例2的流程图；
图4是根据本发明实施例2制动步骤的流程图。
附图标记：100：车辆；200：减速伞制动设备；201：减速伞；202：气体发生器；203：伞枪；204：收绳器；205：弹簧装置；206：电控单元；207：伞绳；301：读入；400：预制动信号；401：减速信号；402：功能信号；403：判定信号；404：操作信号；405：预警信号。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例1
一种车辆减速伞制动设备，如图1和图2所示，包括减速伞201、气体发生器202、伞枪203、收绳器204，伞枪203为筒状，减速伞201压缩成伞包，并将气体发生器202包裹其中，伞枪203内安装有用于将伞包弹出的弹簧装置205，并通过电控单元206控制伞枪203和弹簧装置205的启动；收绳器204设置在伞枪203底部通过绳索与减速伞201连接；车辆100还包括：行车制动系统，安装在车辆100前端的车距传感器。
为解决制动力不足和反应过晚的情况设计了一个智能减速伞201，减速伞201可以在高速情况下大大增加空气助力，研究表明在车速78km/h时候空气阻力占到总阻力的50％，当车速达到120km/h时候空气阻力占到总阻力的70％。典型轿车的迎风面积为1.7-2.1m2,空气系数在0.3-0.41之间，当圆形减速伞201半径为0.8m时其迎风面积约为2m2,按照汽车理论空气阻力计算
Figure GDA0003922237520000061
—风阻系数，是无量纲量；A—迎风面积；ρ—空气密度；u—汽车行驶相对速度。
高速条件下要快速开伞汽车在紧急制动时，制动过程大概分为两个部分，前面部分是从踩下制动后行车制动系统力量从无到最大然后开始启动ABS系统这个过程，后一部分是行车制动系统进入ABS稳定且持续工作并最终刹停车辆100。前后两个部分的时间，每个车型测试时都会有差异，以车速100km/h紧急制动到车速0为例，前面部分大多都小于0.5秒，后一部分大多在2.5-3秒之间。根据以往测试经验，大多数车型的百公里制动距离基本在38-46米，制动时间在2.85-3.35秒之间。所以快速开伞是重要问题，气体发生器202技术为使用新型固体气体发生剂的双级气体发生器202，如天合(TRW公司专门开发的称为“加热气体发生器202HGI：HeatedGasInflator”，它使加压的气体燃烧从而产生大量高热气体充填在安全气囊内。而产生的储存的气体在一瞬间被加热，它使加压的气体燃烧从而产生大量高热气体充填在安全气囊内，实现瞬间弹出。
在使用时，首先通过车载计算机判定是否需要打开减速伞201，当需要打开减速伞201时车载计算机发送操作信号404至减速伞制动设备200。通过电控单元206打开伞枪203口使压缩的弹簧开始复原出现弹力，气体发生器202在弹簧作用力下气体发生器202伞包一起被弹出，同时气体发生器202在电控单元206控制下通电开始工作，气体发生器202对减速伞201进行充气，减速伞201在弹射的同时充气打开，在弹出伞枪203口后受到汽车因高速行驶而产生的空气阻力，于是减速伞201打开速度进一步增加，边弹射边充气可以更快的完成减速伞201的完全打开，减少制动反应时间。在完成制动后可以通过驾驶员的指令，通过收绳器204将伞绳207以及减速伞201收回。
实施例2
实施例1提供的车辆减速伞制动设备的制动方法，如图3所示，方法包括以下步骤：
读入301代表对车辆100的减速请求的用于行车制动系统的减速信号401和代表行车制动系统的功能能力的功能信号402，以及代表对车辆100的运行情况的判定信号403；
如果功能信号402和判定信号403表明行车制动系统的至少受限的功能能力，则为减速伞制动设备200提供操作信号404。
其中减速信号401为制动踏板信号。
其中功能信号402包括：车距传感器测量的本车与前车相对距离S；本车车速V；相对车速ΔV；录入的本车最大减速度a；通过公式
Figure GDA0003922237520000071
来计算此刻车辆100紧急制动距离S1；通过比较S与S1来判断行车制动系统的功能能力是否受限。
判定信号403包括：本车车速V；节气门开度。
减速伞201在车辆100进行变道的过程中制动功能受限，因此在实际操作中还需收集方向盘的转动信号，在方向盘剧烈转动过程中减速伞制动设备200也不启动，在车辆完成转向后减速伞制动设备200恢复工作。
在具体的车辆实验中，如图4所示，减速伞制动设备制动方法300，包括以下步骤：
B1：判断车辆是否需要进行制动，当本车车速V大于等于80km/h、节气门开度小于30％且相对车速ΔV小于0时进入步骤B2，否则结束；当判定信号中本车车速V大于等于80km/h时，有可能需要启动减速伞制动设备进行辅助制动，当本车车速V小于80km/h时无需启动减速伞制动设备；当节气门开度大于等于30％时，判断驾驶人有超车意图，不启动减速伞制动设备。只有在本车车速达到80km/h并且节气门开度小于30％时才有启动减速伞制动设备的需要。而在相对车速ΔV小于0时本车车速大于前车车速，本车有可能会追尾前车但还无法确定其风险程度，因此进入到步骤B2进行判断。本车车速达到80km/h的时候预启动行车制动系统，空气阻力占汽车行驶阻力的一半，所以在高速条件下的设置减速伞可以起到效果，通过普通刹车加上被动安全装置可以保证驾驶员安全。
B2：判断行车制动系统功能能力是否受限，当所述相对距离S小于60米且大于所述紧急制动距离S1时，发出预警信号405；预警信号为对驾驶员的声音图像提醒。在满足步骤B1中的条件时，且当本车与前车的相对距离小于60米，属于《交通法》规定的高速跟车的危险距离，因此发出预警信号对驾驶人进行提醒，其中紧急制动距离S1为车辆全力制动的距离，一般车速在100码时为37米左右小于《交通法》规定的高速跟车的危险距离规定的60米。
B3：当所述相对距离S小于所述紧急制动距离S1时，则为发动机系统和行车制动系统提供预制动信号400；若采集到减速信号401则为所述减速伞制动设备200提供操作信号404；预制动信号包括降低发动机输出功率以及使行车制动系统的制动液填充的信号。如图4中细线框中国的步骤，在相对距离S继续缩短，小于紧急制动距离S1时极有可能发生碰撞，为发动机系统和行车制动系统提供预制动信号，对行车制动系统的预启动，减少制动反应时间。在采集到制动踏板的减速信号后就同时为减速伞制动设备提供操作信号。减速信号使行车制动系统快速反应进行制动。
B4：当所述相对距离S小于1/2的所述紧急制动距离S1时，则为所述减速伞制动设备200提供操作信号404，并补充所述减速信号401。如图4中中等粗线框中的步骤。当驾驶人员因为一些原因在相对距离S小于紧急制动距离S1时还为做出反应，导致相对距离S小于1/2的紧急制动距离S1，这时判断车辆即将发生碰撞，直接为减速伞制动设备提供操作信号，打开减速伞制动设备，并补充所述减速信号控制行车制动设备进行制动，防止因为无制动操作而产生的车祸。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (4)

1.一种车辆减速伞制动设备的制动方法，其特征在于，包括以下步骤：
B1：读入减速信号(401)、功能信号(402)和判定信号(403)，判断车辆是否需要进行制动，当本车车速V大于等于80km/h、节气门开度小于30％且相对车速ΔV小于0时，判断车辆需要进行制动并进入步骤B2，否则结束；所述减速信号(401)为制动踏板信号；所述功能信号(402)包括：车距传感器测量的本车与前车相对距离S；本车车速V；相对车速ΔV；录入的本车最大减速度a；通过公式
Figure FDA0003913322550000011
来计算此刻车辆(100)紧急制动距离S1；所述相对车速ΔV为前车速度减本车速度；所述判定信号(403)包括：本车车速V；节气门开度；相对距离S；
B2：当所述相对距离S小于60米且大于所述紧急制动距离S1时，发出预警信号(405)；
B3：当所述相对距离S小于所述紧急制动距离S1时，则为发动机系统和行车制动系统提供预制动信号(400)；若同时采集到减速信号(401)则为减速伞制动设备(200)提供操作信号(404)；
B4：当所述相对距离S小于1/2的所述紧急制动距离S1时，则为所述减速伞制动设备(200)提供操作信号(404)，并补充所述减速信号(401)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B2中预警信号(405)为对驾驶员的声音图像提醒。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤B3中预制动信号(400)包括降低发动机输出功率以及使所述行车制动系统的制动液填充的信号。
4.一种车辆减速伞制动设备，其特征在于，根据权利要求1-3中任意一种车辆减速伞制动设备的制动方法进行制动。
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