基于推力矢量的悬架弹簧失效应急防护控制系统及方法与流程

2021-02-03 16:02:25|

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[0001]
本发明涉及车辆安全技术领域，更为具体地，涉及基于推力矢量的悬架弹簧失效应急防护控制系统及方法。

背景技术：

[0002]
悬架是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间一切传力连接装置的总称，一般由弹性元件、减振器和导向机构等三部分组成，分别起缓冲、减振和导向的作用，其中，弹性元件常采用各种弹簧。作为悬架的关键部件，弹簧对车辆的动力学性能和运行品质有着重要影响，尤其影响车辆的乘坐舒适性、高速行驶安全性、行驶过程中的操控性以及车辆对复杂路面的适应性，因此，良好的悬架弹簧是保障汽车运行性能的关键因素之一。
[0003]
悬架弹簧种类较多，但均工作环境复杂且载荷不断变化，另外，螺旋弹簧在路试试验和上市车型的市场反馈中，多数都存在失效、干涉、提前并圈以及刚度衰减等问题，严重影响了车辆的正常使用性能和耐久可靠性；扭杆弹簧，因表面脱碳较多、非金属夹杂物多，样件表面存在磕碰、机加痕迹等缺陷，在使用过程中，若受到扭转应力产生裂纹，将最终导致弹簧发生失效；空气弹簧主要因受到大的水平位移和扭转角度而失效，当然，气囊的应力、应变工况复杂，生产工序多，若结构设计不当，或工艺参数使用不正确，也易造成使用过程中空气弹簧失效。可见，造成悬架弹簧失效的原因很多且不易避免。
[0004]
在悬架弹簧使用的过程中，失效是最严重的一种损坏形式，因弹簧失效导致车辆偏航甚至侧翻的事故时有发生，严重危害驾乘人员的人身和财产安全。近年来，随着汽车行业的快速发展，同时，在汽车召回制度等法律、法规的不断健全及整车越来越严格的安全测试环境下，人们对汽车安全性的要求也越来越高。因此，研究一种基于推力矢量的悬架弹簧失效应急防护控制系统及方法，防止因弹簧失效引发的交通事故，保护车辆底盘系统，保证人、车行驶安全，迫在眉睫且意义重大。
[0005]
中国发明专利zl201510538080.0公开了一种带磨耗板的波浪形止挡及防止弹簧失效的方法，该方法通过调节垂向止挡的刚度、变刚度和限位的位置来减小钢弹簧承受的垂向载荷，降低机车运行过程中钢弹簧产生的金属疲劳，从而防止弹簧失效。该方法能够防止机车的弹簧失效，但并不适用于车辆悬架弹簧失效的情况。
[0006]
中国发明专利zl201410213604.4公开了一种安全气囊，包括气筒及安全气囊气垫，通过使气体从气筒流入安全气囊内部而展开，该专利能实现普通安全气囊的作用，但不能实现安全气囊弹出方向的随需速调。

技术实现要素：

[0007]
鉴于上述问题，本发明的目的是提供基于推力矢量的悬架弹簧失效应急防护控制系统及方法，以解决现有的悬架弹簧在失效后容易引发交通事故的问题。
[0008]
本发明提供的基于推力矢量的悬架弹簧失效应急防护控制系统，包括：悬架状态监测模块i、中央处理模块ii、控制模块iii、执行模块iv和车辆v，其中：悬架状态监测模块i
包括力传感器101、安全传感器102和角度传感器103；力传感器101和安全传感器102安装在每个悬架弹簧上点502与悬架弹簧上座503之间，力传感器101和安全传感器102串联，其中，力传感器101用于检测各悬架弹簧501的受力f，安全传感器102也是一种力传感器101，也检测悬架弹簧501的受力f，但安全传感器102的阈值比力传感器101的阈值小，用于防止因力传感器101短路造成悬架弹簧失效应急防护装置4的气囊组件42中的防护气囊421误爆；角度传感器103安装在各悬架上摆臂505和轮顶处车身504之间，用于测量各悬架上摆臂505相对于轮顶处车身504的角度；上述各传感器感知相应信息并经输入接口201将信息输入到悬架弹簧失效应急防护中央处理器202；中央处理模块ii包括输入接口201、悬架弹簧失效应急防护中央处理器202和输出接口203，悬架弹簧失效应急防护中央处理器202通过输入接口201采集并融合悬架状态监测模块i检测到的信号，经过分析、处理后，通过输出接口203将控制指令下发至控制模块iii的悬架弹簧失效应急防护装置控制器301和制动系统控制器302，以及执行模块iv的语音报警器462和指示灯报警器463；控制模块iii包括悬架弹簧失效应急防护装置控制器301和制动系统控制器302，用于接收中央处理模块ii的悬架弹簧失效应急防护中央处理器202下发的控制指令，并分别控制执行模块iv的悬架弹簧失效应急防护装置4和制动系统461执行相应动作；执行模块iv包括悬架弹簧失效应急防护装置4、制动系统461、语音报警器462和指示灯报警器463，其中：悬架弹簧失效应急防护装置4由悬架弹簧失效应急防护装置控制器301进行控制，并执行相应动作；制动系统461由制动系统控制器302进行控制，并执行相应动作；语音报警器462和指示灯报警器463接收悬架弹簧失效应急防护中央处理器202输出的危险报警信号，并报警；悬架弹簧失效应急防护装置4布置在各个悬架处，其基本构造和布局均一致，每个悬架处的悬架弹簧失效应急防护装置4都包括推力矢量组件40、气囊组件42和防撞块44，其中：推力矢量组件40包括储气罐401、连接管402、开关阀403、阀板404、比例阀405、安全阀406和矢量喷嘴407，其中，储气罐401通过连接管402与阀板404上的二次流通道413相连，储气罐401和阀板404之间还有一个开关阀403，开关阀403安装在阀板404上，用于控制储气罐401内气体的通断。储气罐401内装有与气体发生器423产生的气体成分一致的高压气体，储气罐401内气体的量及其压强的大小，经计算、仿真和实验确定。阀板404集成安装了推力矢量组件40和气囊组件42，它们都固定在悬架上摆臂505的凹槽506内，凹槽506的形状恰好适合安装阀板404及集成在阀板404上的推力矢量组件40和气囊组件42。凹槽506上面盖有盖板507，盖板507的内表面刻有与防护气囊421的包形相仿的几何图形，以利于悬架弹簧501突发失效时充气膨胀的防护气囊421弹出，盖板507的选材应使得防护气囊421易于弹出而不至产生任何飞溅物；阀板404内设有二次流通道413和安全阀通道414，其中，二次流通道413在与连接管402连接处为一条普通通道，该处通道上还安装有一个比例阀405，用于对由储气罐401进入二次流通道413的气体的压力、流量或方向进行远距离控制；二次流通道413在接近矢量喷嘴407的环形入口408处变为环形通道，以与矢量喷嘴407的环形入口408匹配且相通；安全阀通道414与防护气囊421和安全阀406相通，安全阀406安装在阀板404侧面，与大气相通，用于控制悬架弹簧失效应急防护装置4内气体的最大压强不超过悬架弹簧失效应急防护装置4的允许值，保证悬架弹簧失效应急防护装置4的安全；气体发生器423固定在矢量喷嘴407的内腔412的下端，用于产生主流415，并经由矢量喷嘴407内腔412进入防护气囊421；矢量喷嘴407固定在阀板404上，矢量喷嘴407包括环形入口408、内壁409、外壁410、若干二次流喷口411和内腔412，
其中，二次流喷口411用于向矢量喷嘴407的内腔412注入二次流416，以调节引爆气体发生器423时产生的主流415的方向，使喷入防护气囊421的气流方向总是垂直于轮顶处车身504，从而使充气膨胀的防护气囊421总是垂直于轮顶处车身504嵌入固定在此车身上的防撞块44的凹坑441内，起到类似空气弹簧的作用，缓和车辆v受到的冲击，并撑起即将塌陷或正在塌陷的轮顶处车身504；进入矢量喷嘴407的各二次流416的参数及矢量喷嘴407的具体结构参数，如二次流喷口411的数量、各二次流喷口411的位置、喷入矢量喷嘴407内腔412的各二次流416的质量、喷入角度、各二次流416与主流415的压比以及矢量喷嘴407的形式等参数，应根据情况经数值模拟计算、流场分析及实验确定；气囊组件42包括防护气囊421、点火器422和气体发生器423，气体发生器423固定在矢量喷嘴407的内腔412下端，点火器422固定在气体发生器423的各气室内部中央位置，点火器422周围还封装有引燃剂427和产气剂428。防护气囊421固定在阀板404上，与阀板404形成密封结构。防护气囊421的包形仿照空气弹簧制造，其材质有弹性、可折叠、耐高温、耐高压、耐冲击、耐磨损，密封不透气；防撞块44安装在各个悬架附近的轮顶处车身504上，与气囊组件42正对，在防撞块44的中间位置挖有凹坑441，以嵌入充气膨胀的防护气囊421。
[0009]
此外，优选的方案是，悬架弹簧失效应急防护中央处理器202经输入接口201采集并融合各力传感器101、各安全传感器102和各角度传感器103检测到的信号，分析各悬架弹簧501的受力f，确定各悬架弹簧501是否发生失效等异常、发生失效等异常的悬架位置、是否需要引爆相应的悬架弹簧失效应急防护装置4的气囊组件42中的防护气囊421；确定车辆v的装载情况，并根据车辆v的装载情况确定所需引爆悬架弹簧失效应急防护装置4的气囊组件42中的气体发生器423内气室的个数及其具体位置，并确定点火器422的点火时刻和点火方式；分析相应的悬架上摆臂505相对于轮顶处车身504的角度，确定是否需要相应的悬架弹簧失效应急防护装置4的推力矢量组件40工作，若需要，则继续确定该推力矢量组件40的工作时刻和工作方式；确定制动系统461的制动时刻和制动方式；经输出接口203将相应的控制指令对应输出到控制模块iii的悬架弹簧失效应急防护装置控制器301和制动系统控制器302，以及执行模块iv的语音报警器462和指示灯报警器463。
[0010]
另外，优选的方案是，控制模块iii的悬架弹簧失效应急防护装置控制器301和制动系统控制器302分别用于：a、悬架弹簧失效应急防护装置控制器301用于控制悬架弹簧失效应急防护装置4的气囊组件42中的点火器422的点火时刻和点火方式，以及推力矢量组件40的工作时刻和工作方式，从而以合适的方式引爆气体发生器423的相应气室内的引燃剂427和产气剂428，在毫秒级时间内产生对应于车辆v装载情况的气体，并在需要的时候启用推力矢量组件40，打开储气罐401与二次流通道413之间的开关阀403，使储气罐401内的高压气体按计算好的量由连接管402进入二次流通道413，经比例阀405调节后，先经矢量喷嘴407的环形入口408，再经矢量喷嘴407的各二次流喷口411，喷入矢量喷嘴407的内腔412——此即各二次流416，并与恰好流经此处的、由气体发生器423产生的主流415相遇，调节主流415的方向，使喷入防护气囊421的气流方向始终垂直于轮顶处车身504，进而使防护气囊421总是垂直地嵌入固定在轮顶处车身504上的防撞块44的凹坑441内，起到类似空气弹簧的作用，缓和车辆v受到的冲击，撑起即将塌陷或正在塌陷的轮顶处车身504，并避免防护气囊421因受到侧向力而弯折甚至撕裂；b、制动系统控制器302用于控制制动系统461的制动时刻和制动方式，使车辆v减速。
[0011]
再者，优选的方案是，防撞块44选用特种橡胶，耐高温、耐油、耐化学腐蚀、耐老化；防撞块44与气囊组件42相对，其朝向气囊组件42的一面挖有凹坑441，凹坑441的形状与气囊组件42中的防护气囊421的顶部相似；凹坑441的底部平行于轮顶处车身504且进行防滑处理，凹坑441的面积大于进行悬架弹簧501失效应急防护操作时、充气膨胀而嵌入其中的防护气囊421所有可能落点区域的面积，上述措施用以限制嵌入防撞块44内的防护气囊421脱落或移位。
[0012]
再者，优选的方案是，气体发生器423为多气室烟火式气体发生器，具有至少三个产生气体的气室，各气室内部中央位置均安装有一个点火器422，在各气室的点火器422周围还封装有引燃剂427和产气剂428，各气室内产气剂428的量经过仿真和试验确定，不同位置、不同个数的气室组合能产生使不同装载情况的悬架弹簧501突发失效的车辆v重新恢复姿态平衡所需的气体量。各气室内点火器422的点火时刻和点火方式相互独立。
[0013]
本发明提供的基于推力矢量的悬架弹簧失效应急防护控制系统的控制方法，包括以下步骤：
[0014]
步骤s101：通过各力传感器101和各安全传感器102采集各悬架弹簧501的受力f，通过各角度传感器103采集各悬架上摆臂505相对于轮顶处车身504的角度，并将采集的数据通过输入接口201输入悬架弹簧失效应急防护中央处理器202进行处理；
[0015]
步骤s102：悬架弹簧失效应急防护中央处理器202根据各力传感器101和各安全传感器102采集的数据，确定车辆v的装载情况，然后，自动进行步骤s103；
[0016]
步骤s103：悬架弹簧失效应急防护中央处理器202判断各悬架弹簧501的受力f是否满足f≥f1，是则执行步骤s104，否则执行步骤s105，其中，f1为比悬架弹簧501的预紧力f0大的力，为提前设定的车辆v正常行驶时悬架弹簧501受力f的最小值均值；
[0017]
步骤s104：车辆v正常行驶；
[0018]
步骤s105：悬架弹簧失效应急防护中央处理器202判断各悬架弹簧501的受力f是否满足f0≤f<f1，则执行步骤s106，否则执行步骤s107，其中，f0为悬架弹簧501所受预紧力；
[0019]
步骤s106：悬架弹簧失效应急防护中央处理器202通过输出接口203向语音报警器462和指示灯报警器463输出危险报警信号，使之报警；
[0020]
步骤s107：悬架弹簧失效应急防护中央处理器202根据车辆v装载情况，确定悬架弹簧失效应急防护装置4的气囊组件42中的气体发生器423内需引爆的点火器422的个数及其具体位置，并确定各点火器422的点火时刻和点火方法，通过输出接口203将控制指令发送给控制模块iii中的悬架弹簧失效应急防护装置控制器301，然后，自动进行步骤s108；
[0021]
步骤s108：悬架弹簧失效应急防护中央处理器202分析失效悬架弹簧501处的悬架上摆臂505相对于轮顶处车身504的角度a是否满足0≤a≤a1，是则执行步骤s109，否则执行步骤s110，其中，a1是悬架上摆臂相对于轮顶处车身的安全角度，当0≤a≤a1时，充气膨胀弹出的防护气囊421总能嵌入固定在轮顶处车身504上的防撞块44的凹坑441内，且防护气囊421发生略微弯折的角度在总在防护气囊421的可承受范围之内；
[0022]
步骤s109：悬架弹簧失效应急防护装置控制器301仅控制失效悬架弹簧501处的悬架弹簧失效应急防护装置4的气囊组件42工作，以适当的方法引爆气体发生器423内需引爆的各气室内点火器422周围的引燃剂427和产气剂428，在毫秒级时间内产生对应于车辆v载
装载情况的气体，冲入防护气囊421，使之膨胀弹出，嵌入固定在轮顶处车身504上的防撞块44的凹坑441内，起到类似空气弹簧的作用，撑住因悬架弹簧501失效而正在塌陷或即将塌陷的轮顶处车身504，使悬架弹簧501失效的车辆v重新恢复姿态平衡，防止因悬架弹簧501突发失效引发车辆v偏航甚至侧翻等事故；
[0023]
步骤s110：悬架弹簧失效应急防护装置控制器301控制悬架弹簧失效应急防护装置4的推力矢量组件40和气囊组件42工作，具体为：
[0024]
a、悬架弹簧失效应急防护装置控制器301控制悬架弹簧失效应急防护装置4的气囊组件42中的气体发生器423内需引爆的各气室内的点火器422，按适当的方法引爆它们周围的引燃剂427和产气剂428，在毫秒级时间内产生对应于车辆v载装载情况的气体，此为主流415；
[0025]
b、悬架弹簧失效应急防护装置控制器301控制打开推力矢量组件40的开关阀403，使储气罐401内的高压气体按计算好的量由连接管402进入二次流通道413，经比例阀405调节后，先经矢量喷嘴407的环形入口408，再经矢量喷嘴407的各二次流喷口411，喷入矢量喷嘴407——此即二次流416，并与恰好流经此处的、由气体发生器423产生的主流415相遇，调节主流415方向，使之始终垂直于轮顶处车身504充入防护气囊421，进而使防护气囊421充气膨胀弹出，垂直嵌入固定在轮顶处车身504上的防撞块44的凹坑441内，起到类似空气弹簧的作用，撑住因悬架弹簧501失效而正在塌陷或即将塌陷的轮顶处车身504，使悬架弹簧501失效的车辆v重新恢复姿态平衡，防止因悬架弹簧501突发失效引发车辆v偏航甚至侧翻等事故，并避免防护气囊421因承受过大侧向力而弯折甚至撕裂，在此期间，安全阀406将保证悬架弹簧失效应急防护装置4内的气体压强不超过悬架弹簧失效应急防护装置4的最大允许值，确保悬架弹簧失效应急防护装置4的安全；
[0026]
步骤s111：执行以下两个步骤：
[0027]
a、悬架弹簧失效应急防护中央处理器202确定制动系统461的制动时刻和制动方式，并通过输出接口203将控制指令发送至制动系统控制器302，控制制动系统461，使车辆v减速；
[0028]
b、悬架弹簧失效应急防护中央处理器202通过输出接口203向语音报警器462和指示灯报警器463输出危险报警信号，使之报警，并提示驾驶员靠边停车。
[0029]
利用上述本发明提供的基于推力矢量的悬架弹簧失效应急防护控制系统及方法，能够取得以下技术效果：
[0030]
1、独特的推力矢量组件40和气囊组件42设计：通过推力矢量组件40控制气囊组件42的气体发生器423产生的气流——主流415的喷出方向，间接实现了对气囊组件42的防护气囊421弹出方向的精确控制，使其免受悬架运动的影响，而总是垂直于轮顶处车身504弹出，嵌入固定在此车身上的防撞块44的凹坑441内，起到类似空气弹簧的作用，撑住因悬架弹簧501失效而正在塌陷或即将塌陷的轮顶处车身504，使悬架弹簧501失效的车辆v重新恢复姿态平衡，防止因悬架弹簧501突发失效引发车辆v偏航甚至侧翻等事故，并避免防护气囊421因承受过大侧向力而弯折甚至撕裂。
[0031]
2、采用多级烟火式气体发生器，针对不同装载情况的车辆v，以合适的方式迅速引爆悬架弹簧失效应急防护装置4的气囊组件42中的气体发生器423内相应个数、相应位置的的气室，产生适量的气体冲入防护气囊421，撑住即将塌陷或正在塌陷的轮顶处车身504，在
毫秒级时间内实现对悬架弹簧501失效等突发异常情况的有效应对，利用充气的防护气囊421代替失效悬架弹簧501，使车辆v重新恢复姿态平衡，保护人和车辆v的安全，防止次生事故发生。在推力矢量组件40工作时，由安全阀406保证悬架弹簧失效应急防护装置4的压力和安全。
[0032]
3、基于推力矢量技术控制防护气囊421的弹出方向，可靠耐用、简洁智能。另外，该技术应用前景广泛，例如应用到汽车安全气囊等领域后，将解决现有安全气囊不能根据座椅上人体坐姿、位置及高度等因素调节安全气囊弹出方向的难题，更有针对性地保护乘客，特别是更好地保护身材矮小的儿童等特殊乘客。经过特殊设计，该控制防护气囊弹出方向的方法还可应用在车内失火等危险状况发生时，将安全气囊作为爆破装置击碎车窗玻璃，从而使被困人员迅速逃生的情况。
[0033]
4、悬架弹簧失效应急防护装置4的主体——推力矢量组件40和气囊组件42布置在悬架上摆臂505的凹槽506内，基本不影响车辆v的底盘的布局。
附图说明
[0034]
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
[0035]
图1为本发明所采用的推力矢量技术即喉道偏移法的原理示意图；
[0036]
图2为基于推力矢量的悬架弹簧失效应急防护控制系统的结构示意图；
[0037]
图3为基于推力矢量的悬架弹簧失效应急防护控制系统的核心执行机构(1/4车)即悬架弹簧失效应急防护装置的安装示意图；
[0038]
图4为悬架弹簧失效应急防护装置的主体气囊组件和推力矢量组件在悬架上摆臂凹槽中的安装示意图；
[0039]
图5为悬架弹簧失效应急防护装置的气囊组件中的气体发生器的结构示意图；
[0040]
图6为基于推力矢量的悬架弹簧失效应急防护控制系统的控制方法的流程图。
[0041]
其中的附图标记包括：
[0042]
悬架状态监测模块i、力传感器101、安全传感器102、角度传感器103、中央处理模块ii、输入接口201、悬架弹簧失效应急防护中央处理器202、输出接口203、控制模块iii、悬架弹簧失效应急防护装置控制器301、制动系统控制器302、执行模块iv、悬架弹簧失效应急防护装置4、推力矢量组件40、储气罐401、连接管402、开关阀403、阀板404、比例阀405、安全阀406、矢量喷嘴407、环形入口408、内壁409、外壁410、二次流喷口411、内腔412、二次流通道413、安全阀通道414、主流415、二次流416、气囊组件42、防护气囊421、点火器422、气体发生器423、第一气室424、第二气室425、第三气室426、引燃剂427、产气剂428、防撞块44、凹坑441、制动系统461、语音报警器462、指示灯报警器463、车辆v、悬架弹簧501、悬架弹簧上点502、悬架弹簧上座503、轮顶处车身504、悬架上摆臂505、凹槽506、盖板507。
具体实施方式
[0043]
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
[0044]
受车轮跳动等因素的影响，在车辆v行驶过程中，悬架处于不停运动的状态，以双横臂式悬架的悬架上摆臂505为例，它与轮顶处车身504的夹角a就处于不停变化中，且a的范围随论跳行程的增大而增大，严重影响本发明中悬架弹簧失效应急防护装置4的气囊组件42中的防护气囊421的弹出方向。
[0045]
推力矢量技术是指将发动机推力通过喷嘴或尾喷流偏转产生的推力分量来替代原飞机的操作面或增强飞机的操作功能，对飞机的飞行进行控制的技术，其中，矢量喷嘴的方案和内流特性是其关键技术。目前，主要有机械作动式推力矢量喷嘴和流体推力矢量喷嘴两种方案，而流体推力矢量喷嘴是推力矢量技术的重要发展方向，它不仅可以实现推力矢量控制、喉道面积控制和膨胀比控制等传统机械调节矢量喷嘴的全部功能，还可大大简化喷嘴的结构、减轻重量、提高可靠性，并降低成本。因此，本专利选用流体推力矢量喷嘴技术，解决因车轮跳动导致悬架部件运动产生的悬架弹簧失效应急防护装置4的气囊组件42中的防护气囊421的弹出方向不确定问题，实现对悬架弹簧失效应急防护装置4的气囊组件42中的气体发生器423产生的气流——主流415方向的精确调控，使防护气囊421总是垂直于轮顶处车身504弹出，嵌入固定在此车身上的防撞块44的凹坑441内，起到类似空气弹簧的作用，撑住因悬架弹簧501失效而正在塌陷或即将塌陷的轮顶处车身504，使悬架弹簧501失效的车辆v重新恢复姿态平衡，防止因悬架弹簧501突发失效引发车辆v偏航甚至侧翻等事故，并避免防护气囊421因承受过大侧向力而弯折甚至撕裂。
[0046]
图1为本发明所采用的推力矢量技术的实现方法之一：喉道偏移法的原理示意图，如图1所示，喉道偏移法是以控制矢量喷嘴407的喉道面积为基础的，通过在矢量喷嘴407的喉道垂直引入喷射二次流416，使二次流416与主流415相互作用，从而调节主流415的喉部形状和流通面积，进而实现喉道调节和推力矢量控制。
[0047]
引入喷射二次流416的数量应根据仿真和试验确定，本实施例中暂取引入喷射二次流416的数量为2，相应地，矢量喷嘴407上有两个二次流喷口411。二次流416用于调节引爆悬架弹簧失效应急防护装置4的气囊组件42中的气体发生器423时产生的主流415的方向，从而使喷入防护气囊421的气流方向总是垂直于轮顶处车身504，间接地，使充气膨胀的防护气囊421总是垂直于轮顶处车身504嵌入固定在此车身上的防撞块44的凹坑441内，起到类似空气弹簧的作用，撑住因悬架弹簧501失效而正在塌陷或即将塌陷的轮顶处车身504，使悬架弹簧501失效的车辆v重新恢复姿态平衡，防止因悬架弹簧501突发失效引发车辆v偏航甚至侧翻等事故，并避免防护气囊421因承受过大侧向力而弯折甚至撕裂。进入矢量喷嘴407的各二次流416的参数及矢量喷嘴407的具体结构参数，如二次流喷口411的数量、各二次流喷口411的位置、喷入矢量喷嘴407内腔412的各二次流416的质量、喷入角度、各二次流416与主流415的压比以及矢量喷嘴407的形式等参数，应根据情况经数值模拟计算、流场分析及实验确定。
[0048]
图2为基于推力矢量的悬架弹簧失效应急防护控制系统的结构示意图，如图2所示，该发明实施例提供的基于推力矢量的悬架弹簧失效应急防护控制系统，包括悬架状态监测模块i、中央处理模块ii、控制模块iii、执行模块iv和车辆v。
[0049]
悬架状态监测模块i包括力传感器101、安全传感器102和角度传感器103。每个悬架弹簧上点502与悬架弹簧上座503之间均安装有一个力传感器101和一个安全传感器102，力传感器101和安全传感器102串联，其中，力传感器101用于检测各悬架弹簧501的受力f，
安全传感器102也是一种力传感器101，也检测悬架弹簧501的受力f，但安全传感器102的阈值比力传感器101的阈值小，用于防止因力传感器101短路造成悬架弹簧失效应急防护装置4的气囊组件42中的防护气囊421误爆。角度传感器103安装在各悬架上摆臂505和轮顶处车身504之间，用于测量各悬架上摆臂505相对于轮顶处车身504的角度。上述各传感器感知相应信息并经输入接口201将信息输入到悬架弹簧失效应急防护中央处理器202。
[0050]
中央处理模块ii包括输入接口201、悬架弹簧失效应急防护中央处理器202和输出接口203，悬架弹簧失效应急防护中央处理器202经输入接口201采集并融合各力传感器101、各安全传感器102和各角度传感器103检测到的信号，分析各悬架弹簧501的受力f，确定各悬架弹簧501是否发生失效等异常、发生失效等异常的悬架位置、是否需要引爆相应的悬架弹簧失效应急防护装置4的气囊组件42中的防护气囊421；确定车辆v的装载情况，并根据车辆v的装载情况确定所需引爆悬架弹簧失效应急防护装置4的气囊组件42中的气体发生器423内气室的个数及其具体位置，并确定点火器422的点火时刻和点火方式；分析相应的悬架上摆臂505相对于轮顶处车身504的角度，确定是否需要相应的悬架弹簧失效应急防护装置4的推力矢量组件40工作，若需要，则继续确定该推力矢量组件40的工作时刻和工作方式；确定制动系统461的制动时刻和制动方式；经输出接口203将相应的控制指令对应输出到控制模块iii的悬架弹簧失效应急防护装置控制器301和制动系统控制器302，以及执行模块iv的语音报警器462和指示灯报警器463。
[0051]
控制模块iii包括悬架弹簧失效应急防护装置控制器301和制动系统控制器302，用于接收中央处理模块ii的悬架弹簧失效应急防护中央处理器202下发的控制指令，并分别控制执行模块iv的悬架弹簧失效应急防护装置4和制动系统461执行相应动作，其中：
[0052]
a、悬架弹簧失效应急防护装置控制器301用于控制悬架弹簧失效应急防护装置4的气囊组件42中的点火器422的点火时刻和点火方式，以及推力矢量组件40的工作时刻和工作方式，从而以合适的方式引爆气体发生器423的相应气室内的引燃剂427和产气剂428，在毫秒级时间内产生对应于车辆v装载情况的气体，并在需要的时候启用推力矢量组件40，打开储气罐401与二次流通道413之间的开关阀403，使储气罐401内的高压气体按计算好的量由连接管402进入二次流通道413，经比例阀405调节后，先经矢量喷嘴407的环形入口408，再经矢量喷嘴407的各二次流喷口411，喷入矢量喷嘴407的内腔412——此即各二次流416，并与恰好流经此处的、由气体发生器423产生的主流415相遇，调节主流415的方向，使喷入防护气囊421的气流方向始终垂直于轮顶处车身504，进而使防护气囊421总是垂直地嵌入固定在轮顶处车身504上的防撞块44的凹坑441内，起到类似空气弹簧的作用，缓和车辆v受到的冲击，撑起即将塌陷或正在塌陷的轮顶处车身504，并避免防护气囊421因受到侧向力而弯折甚至撕裂；
[0053]
b、制动系统控制器302用于控制制动系统461的制动时刻和制动方式，使车辆v减速。
[0054]
执行模块iv包括悬架弹簧失效应急防护装置4、制动系统461、语音报警器462和指示灯报警器463，其中：
[0055]
悬架弹簧失效应急防护装置4由悬架弹簧失效应急防护装置控制器301进行控制，并执行相应动作；
[0056]
制动系统461由制动系统控制器302进行控制，并执行相应动作；
[0057]
语音报警器462和指示灯报警器463接收悬架弹簧失效应急防护中央处理器202输出的危险报警信号，并报警。
[0058]
悬架弹簧失效应急防护装置4是执行模块iv的核心机构，它布置在各个悬架处，其基本构造和布局均一致，下面予以详细说明。
[0059]
图3为基于推力矢量的悬架弹簧失效应急防护控制系统的核心执行机构(1/4车)即悬架弹簧失效应急防护装置的安装示意图，结合图2可知，每个悬架处的悬架弹簧失效应急防护装置4都包括推力矢量组件40、气囊组件42和防撞块44。
[0060]
下面，具体说明一下推力矢量组件40和气囊组件42。
[0061]
图4为悬架弹簧失效应急防护装置的主体——推力矢量组件和气囊组件在悬架上摆臂凹槽中的安装示意图，如图4所示，推力矢量组件40包括储气罐401、连接管402、开关阀403、阀板404、比例阀405、安全阀406和矢量喷嘴407，其中，储气罐401通过连接管402与阀板404上的二次流通道413相连，储气罐401和阀板404之间还有一个开关阀403，开关阀403安装在阀板404上，用于控制储气罐401内气体的通断。储气罐401内装有与气体发生器423产生的气体成分一致的高压气体，储气罐401内气体的量及其压强的大小，经计算、仿真和实验确定。阀板404集成安装了推力矢量组件40和气囊组件42，它们都固定在悬架上摆臂505的凹槽506内，凹槽506的形状恰好适合安装阀板404及集成在阀板404上的推力矢量组件40和气囊组件42。凹槽506上面盖有盖板507，盖板507的内表面刻有与防护气囊421的包形相仿的几何图形，以利于悬架弹簧501突发失效时充气膨胀的防护气囊421弹出，盖板507的选材应使得防护气囊421易于弹出而不至产生任何飞溅物。
[0062]
阀板404内设有二次流通道413和安全阀通道414，其中，二次流通道413在与连接管402连接处为一条普通通道，该处通道上还安装有一个比例阀405，用于对由储气罐401进入二次流通道413的气体的压力、流量或方向进行远距离控制；二次流通道413在接近矢量喷嘴407的环形入口408处变为环形通道，以与矢量喷嘴407的环形入口408匹配且相通。安全阀通道414与防护气囊421和安全阀406相通，安全阀406安装在阀板404侧面，与大气相通，用于控制悬架弹簧失效应急防护装置4内气体的最大压强不超过悬架弹簧失效应急防护装置4的允许值，保证悬架弹簧失效应急防护装置4的安全。气体发生器423固定在矢量喷嘴407的内腔412的下端，用于产生主流415，并经由矢量喷嘴407内腔412进入防护气囊421。
[0063]
矢量喷嘴407固定在阀板404上，它包括环形入口408、内壁409、外壁410、若干二次流喷口411和内腔412，其中，二次流喷口411用于向矢量喷嘴407的内腔412注入二次流416，以调节引爆气体发生器423时产生的主流415的方向，使喷入防护气囊421的气流方向总是垂直于轮顶处车身504，从而使充气膨胀的防护气囊421总是垂直于轮顶处车身504嵌入固定在此车身上的防撞块44的凹坑441内，起到类似空气弹簧的作用，缓和车辆v受到的冲击，并撑起即将塌陷或正在塌陷的轮顶处车身504。进入矢量喷嘴407的各二次流416的参数及矢量喷嘴407的具体结构参数，如二次流喷口411的数量、各二次流喷口411的位置、喷入矢量喷嘴407内腔412的各二次流416的质量、喷入角度、各二次流416与主流415的压比以及矢量喷嘴407的形式等参数，应根据情况经数值模拟计算、流场分析及实验确定。
[0064]
气囊组件42包括防护气囊421、点火器422和气体发生器423，气体发生器423固定在矢量喷嘴407的内腔412下端，点火器422固定在气体发生器423的各气室内部中央位置，点火器422周围还封装有引燃剂427和产气剂428。防护气囊421固定在阀板404上，与阀板
404形成密封结构。防护气囊421的包形仿照空气弹簧制造，其材质有弹性、可折叠、耐高温、耐高压、耐冲击、耐磨损，密封不透气。
[0065]
图5为悬架弹簧失效应急防护装置的气囊组件中的气体发生器的结构示意图，结合图4可知，气体发生器423固定在矢量喷嘴407的内腔412下端，点火器422安装在气体发生器423气室内部中央位置，气体发生器423用于产生主流415，并经由矢量喷嘴407内腔413进入防护气囊421。
[0066]
气体发生器423为多气室烟火式气体发生器，它具有多个产生气体的气室，本实施例选用三气室烟火式气体发生器，它有三个气室，分别为第一气室424、第二气室425和第三气室426，三个点火器422分别安装在气体发生器423的第一气室424、第二气室425和第三气室426内部中央位置，每个点火器422周围都有引燃剂427和产气剂428。第一气室424、第二气室425和第三气室426内分别装有相应量的产气剂428，它们的不同组合能产生使不同装载情况的悬架弹簧501失效的车辆v重新恢复姿态平衡所需的气体量，具体为：第一气室424内产气剂428的产气量，恰好能使一个车轮处悬架弹簧501失效的空载车辆v恢复姿态平衡；第一气室424和第二气室425内产气剂428的产气量，恰好能使一个车轮处悬架弹簧501失效的半载状态的车辆v重新恢复姿态平衡；第一气室424、第二气室425和第三气室426内的产气剂428的产气量，恰好能使一个车轮处悬架弹簧501失效的满载状态的车辆v重新恢复姿态平衡。若有多个悬架弹簧501同时失效，则需根据情况分别引爆各个失效悬架弹簧501处的悬架弹簧失效应急防护装置4的气囊组件42中的气体发生器423内的相应个数、相应位置的气室内的点火器422。
[0067]
最后，详细介绍一下防撞块44。
[0068]
由图3可知，防撞块44安装在各个悬架附近的轮顶处车身504上，与气囊组件42正对，在防撞块44的中间位置挖有凹坑441，以嵌入充气膨胀的防护气囊421。防撞块44选用特种橡胶，耐高温、耐油、耐化学腐蚀、耐老化；防撞块44与气囊组件42相对，其朝向气囊组件42的一面挖有凹坑441，凹坑441的形状与气囊组件42中的防护气囊421的顶部相似，凹坑441的底部平行于轮顶处车身504且进行防滑处理，凹坑441的面积大于进行悬架弹簧501失效应急防护操作时、充气膨胀而嵌入其中的防护气囊421所有可能落点区域的面积，上述措施用以限制嵌入防撞块44内的防护气囊421脱落或移位。
[0069]
至此，执行模块iv的核心机构：悬架弹簧失效应急防护装置4，已全部说明完毕。
[0070]
上述内容详细说明了本发明实施例提供的基于推力矢量的悬架弹簧失效应急防护控制系统的结构，与上述基于推力矢量的悬架弹簧失效应急防护控制系统相对应，本发明还提供一种基于推力矢量的悬架弹簧失效应急防护控制系统的控制方法。
[0071]
图6为基于推力矢量的悬架弹簧失效应急防护控制系统的控制方法的流程图。
[0072]
如图6所示，f1为比悬架弹簧501的预紧力f0大的力，为提前设定的车辆v正常行驶时悬架弹簧501受力f的最小值均值；f0为悬架弹簧501所受预紧力；a1是悬架上摆臂相对于轮顶处车身的安全角度，当0≤a≤a1时，充气膨胀弹出的防护气囊421总能嵌入固定在轮顶处车身504上的防撞块44的凹坑441内，且防护气囊421发生略微弯折的角度在总在防护气囊421的可承受范围之内；相应地，f为力传感器101和安全传感器102测得的悬架弹簧501的受力，a为角度传感器103测得的悬架上摆臂505相对于轮顶处车身504的角度。本发明实施例提供的基于推力矢量的悬架弹簧失效应急防护控制系统的控制方法，包括以下步骤：
[0073]
步骤s101：通过各力传感器101和各安全传感器102采集各悬架弹簧501的受力f，通过各角度传感器103采集各悬架上摆臂505相对于轮顶处车身504的角度，并将采集的数据通过输入接口201输入悬架弹簧失效应急防护中央处理器202进行处理。
[0074]
步骤s102：悬架弹簧失效应急防护中央处理器202根据各力传感器101和各安全传感器102采集的数据，确定车辆v的装载情况，然后，自动进行步骤s103。
[0075]
步骤s103：悬架弹簧失效应急防护中央处理器202判断各悬架弹簧501的受力f是否满足f≥f1，是则执行步骤s104，否则执行步骤s105，其中，f1为比悬架弹簧501的预紧力f0大的力，为提前设定的车辆v正常行驶时悬架弹簧501受力f的最小值均值。
[0076]
步骤s104：车辆v正常行驶。
[0077]
步骤s105：悬架弹簧失效应急防护中央处理器202判断各悬架弹簧501的受力f是否满足f0≤f<f1，则执行步骤s106，否则执行步骤s107，其中，f0为悬架弹簧501所受预紧力。
[0078]
步骤s106：悬架弹簧失效应急防护中央处理器202通过输出接口203向语音报警器462和指示灯报警器463输出危险报警信号，使之报警。
[0079]
步骤s107：悬架弹簧失效应急防护中央处理器202根据车辆v装载情况，确定悬架弹簧失效应急防护装置4的气囊组件42中的气体发生器423内需引爆的点火器422的个数及其具体位置，并确定各点火器422的点火时刻和点火方法，通过输出接口203将控制指令发送给控制模块iii中的悬架弹簧失效应急防护装置控制器301，然后，自动进行步骤s108。
[0080]
步骤s108：悬架弹簧失效应急防护中央处理器202分析失效悬架弹簧501处的悬架上摆臂505相对于轮顶处车身504的角度a是否满足0≤a≤a1，是则执行步骤s109，否则执行步骤s110，其中，a1是悬架上摆臂相对于轮顶处车身的安全角度，当0≤a≤a1时，充气膨胀弹出的防护气囊421总能嵌入固定在轮顶处车身504上的防撞块44的凹坑441内，且防护气囊421发生略微弯折的角度在总在防护气囊421的可承受范围之内。
[0081]
步骤s109：悬架弹簧失效应急防护装置控制器301仅控制失效悬架弹簧501处的悬架弹簧失效应急防护装置4的气囊组件42工作，以适当的方法引爆气体发生器423内需引爆的各气室内点火器422周围的引燃剂427和产气剂428，在毫秒级时间内产生对应于车辆v载装载情况的气体，冲入防护气囊421，使之膨胀弹出，嵌入固定在轮顶处车身504上的防撞块44的凹坑441内，起到类似空气弹簧的作用，撑住因悬架弹簧501失效而正在塌陷或即将塌陷的轮顶处车身504，使悬架弹簧501失效的车辆v重新恢复姿态平衡，防止因悬架弹簧501突发失效引发车辆v偏航甚至侧翻等事故。
[0082]
步骤s110：悬架弹簧失效应急防护装置控制器301控制悬架弹簧失效应急防护装置4的推力矢量组件40和气囊组件42工作，具体为：
[0083]
a、悬架弹簧失效应急防护装置控制器301控制悬架弹簧失效应急防护装置4的气囊组件42中的气体发生器423内需引爆的各气室内的点火器422，按适当的方法引爆它们周围的引燃剂427和产气剂428，在毫秒级时间内产生对应于车辆v载装载情况的气体，此为主流415；
[0084]
b、悬架弹簧失效应急防护装置控制器301控制打开推力矢量组件40的开关阀403，使储气罐401内的高压气体按计算好的量由连接管402进入二次流通道413，经比例阀405调节后，先经矢量喷嘴407的环形入口408，再经矢量喷嘴407的各二次流喷口411，喷入矢量喷
嘴407——此即二次流416，并与恰好流经此处的、由气体发生器423产生的主流415相遇，调节主流415方向，使之始终垂直于轮顶处车身504充入防护气囊421，进而使防护气囊421充气膨胀弹出，垂直嵌入固定在轮顶处车身504上的防撞块44的凹坑441内，起到类似空气弹簧的作用，撑住因悬架弹簧501失效而正在塌陷或即将塌陷的轮顶处车身504，使悬架弹簧501失效的车辆v重新恢复姿态平衡，防止因悬架弹簧501突发失效引发车辆v偏航甚至侧翻等事故，并避免防护气囊421因承受过大侧向力而弯折甚至撕裂，在此期间，安全阀406将保证悬架弹簧失效应急防护装置4内的气体压强不超过悬架弹簧失效应急防护装置4的最大允许值，确保悬架弹簧失效应急防护装置4的安全。
[0085]
步骤s111：
[0086]
a、悬架弹簧失效应急防护中央处理器202确定制动系统461的制动时刻和制动方式，并通过输出接口203将控制指令发送至制动系统控制器302，控制制动系统461，使车辆v减速；
[0087]
b、悬架弹簧失效应急防护中央处理器202通过输出接口203向语音报警器462和指示灯报警器463输出危险报警信号，使之报警，并提示驾驶员靠边停车。
[0088]
综上可知，当悬架弹簧501突发失效等异常时，中央处理模块ii的悬架弹簧失效应急防护中央处理器202总能及时、准确地做出反应：根据悬架弹簧受力f、车辆v装载情况、悬架上摆臂505相对于轮顶处车身504的夹角a等信息报警或同时执行悬架弹簧501失效应急防护操作：以恰当方式引爆失效悬架弹簧501处的悬架弹簧失效应急防护装置4的气囊组件42中的气体发生器423内的相应个数、相应位置的气室内的引燃剂427和产气剂428，在毫秒级时间内产生大量气体——主流415，并在需要的时候，启用推力矢量组件40，调节主流415方向，使之始终垂直于轮顶处车身504充入防护气囊421，进而使防护气囊421充气膨胀弹出，嵌入固定在轮顶处车身504上的防撞块44的凹坑441内，起到类似空气弹簧的作用，撑住因悬架弹簧501失效而正在塌陷或即将塌陷的轮顶处车身504，使悬架弹簧501失效的车辆v重新恢复姿态平衡，并缓和车辆受到的冲击，防止因悬架弹簧501突发失效引发车辆v偏航甚至侧翻等事故，并避免防护气囊421因承受过大侧向力而弯折甚至撕裂。
[0089]
上述实施是以一种双横臂式悬架车辆v的悬架螺旋弹簧失效的情况为例进行说明的，但在实际中，悬架弹簧501还可为其它形式的弹簧，如扭杆弹簧或空气弹簧；悬架上摆臂505也可为其它形式的悬架导向机构，如麦弗逊式悬架的控制臂或多连杆式悬架的连杆。
[0090]
上述实施例中采用的是三气室烟火式气体发生器，其第一气室424、第二气室425和第三气室426的不同组合，能产生使不同装载情况的悬架弹簧501失效的车辆v重新恢复姿态平衡所需的气体量，如单独第一气室424，第一气室424和第二气室425组合，第一气室424、第二气室425和第三气室426组合，这三种组合的产气量分别对应于车辆v空载、半载和满载时，某一悬架弹簧501突发失效后，车辆v重新恢复姿态平衡所需的气体量，实际中还可设计含有更多个气室的气体发生器423，以更加细致地应对不同装载情况的车辆v突发悬架弹簧501失效的情况。
[0091]
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

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