一种车辆胎压速降应急防护控制系统及其控制方法与流程

[0001]
本发明涉及汽车安全技术领域，更为具体地，涉及一种车辆胎压速降应急防护控制系统及其控制方法。


背景技术：

[0002]
胎压速降是杀伤力最大且最难预防的事故隐患，是突发性交通事故发生的重要成因。胎压速降以爆胎事故最为严重，据不完全统计，在高速公路发生的意外交通事故中，42％是由爆胎造成的，爆胎被列为高速公路意外事故榜首，占高速意外事故死亡人数的49.81％，受伤人数占63.94％，直接财产损失占43.38％。
[0003]
胎压速降是一个瞬态非线性变化过程，随着胎内气体很快散尽，轮胎的力学特征参数如有效滚动半径、径向刚度、纵向刚度、侧偏刚度等，会发生很大变化，进而引起车身高度和姿态的变化，并导致汽车各车轮垂直载荷的重新分布。胎压速降的突发性及其引起的车辆固有特性的改变，尤其是轮胎垂直载荷的重新分配，影响了车辆的动力学响应，使得驾驶员很难及时做出有效反应，且极易出现过度甚至是错误操作，造成车毁人亡。为了减轻或消除车辆发生胎压速降尤其是爆胎带来的严重危害，研究一种车辆胎压速降应急防护控制系统及其控制方法，迫在眉睫且意义重大。
[0004]
中国专利zl97107850.5公开了一种汽车爆胎安全胎压显示可调悬架系统，该发明是一种爆胎安全、胎压显示、可调悬架系统，在爆胎时，启动升力悬架或升力机构及制动力平衡装置，使下倾的车身上升，恢复汽车的正常行驶。该发明能实现车身高度的调节，但要求车辆或者配备主动或半主动悬架，或者配备升力机构，升力机构设置在减振器内，结构复杂且成本较高，亦未考虑响应速度问题。
[0005]
中国专利zl201410854991.x公开了一种车辆爆胎装置及控制方式，包括主控制器和设于靠近每个轮胎的车辆底盘下表面上的气囊组和报警处理装置。其中，每个气囊组均包括与轮胎侧面相平行并间隔排列的若干个气囊，爆胎后，通过气囊补充爆胎轮胎的支撑力，以保持车身平衡，但气囊组承受侧向力容易弯折甚至撕裂，气囊组作支撑也会大大加大爆胎轮处的阻力，使车辆的动力学响应难以预测。
[0006]
论文《爆胎车辆的动力学响应及控制》仿真分析了车辆爆胎后轮胎垂直载荷的重新分配，并指出垂直载荷的重新分配将直接影响每个轮胎输出的力与力矩，而四个车轮的输出力与力矩综合在一起，严重影响了车辆的运动响应。论文提出通过主动悬架提供主动控制力的方式来控制爆胎后各车轮胎的垂直载荷，并采用pid控制器调节车辆的动态响应特性，该方法要求车辆必须配备主动悬架系统，亦未考虑驾驶员由于慌乱而进行的误操作及主动悬架调节车身高度的响应速度问题。
[0007]
论文《爆胎汽车差动制动研究》也研究了爆胎后轮胎垂直载荷的变化问题，并提出了基于电子稳定性控制原理的爆胎汽车差动制动控制策略，但未解决爆胎后轮胎垂直载荷的重新分配问题。


技术实现要素：

[0008]
为解决以上现有技术的不足，本发明提供一种车辆胎压速降应急防护控制系统及其控制方法。为实现以上目的，提供以下技术方案：
[0009]
一种车辆胎压速降应急防护控制系统，包括：胎压及车辆状态监测模块i、中央处理模块ii、控制模块iii、执行模块iv和车辆v，其中：胎压及车辆状态监测模块i用于采集轮胎内气体的胎温t和胎压p，同时还采集车辆v的当前状态，车辆v的当前状态包括车辆v悬架与轮顶处车身402间作用力，即悬架力，和轮顶处车身402的垂向加速度车速s、车辆v后方有无其它车辆、车辆v与后车的距离a及两者的相对速度δs；中央处理模块ii包括输入接口201、胎压速降应急防护中央处理器202和输出接口203，胎压速降应急防护中央处理器202通过输入接口201采集并融合胎压及车辆状态监测模块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的胎压速降应急防护装置控制器301、发动机系统控制器302、转向系统控制器303和差动制动系统控制器304，以及执行模块iv的语音报警器484和指示灯报警器485；控制模块iii包括胎压速降应急防护装置控制器301、发动机系统控制器302、转向系统控制器303和差动制动系统控制器 304，控制模块iii用于接收中央处理模块ii的胎压速降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的胎压速降应急防护装置4、发动机系统481、转向系统482和差动制动系统483执行相应动作；执行模块 iv包括胎压速降应急防护装置4、发动机系统481、转向系统482、差动制动系统483、语音报警器484和指示灯报警器485，其中：胎压速降应急防护装置4由胎压速降应急防护装置控制器301进行控制，并执行相应动作；发动机系统481由发动机系统控制器302进行控制，并执行相应动作；转向系统 482由转向系统控制器303进行控制，并执行相应动作；差动制动系统483由差动制动系统控制器304进行控制，并执行相应动作；语音报警器484和指示灯报警器485接收胎压速降应急防护中央处理器202输出的危险信号，并报警执行模块iv包括安装在各个悬架处的胎压速降应急防护装置4，其基本构造和布局均一致，每个悬架处的胎压速降应急防护装置4分别包括平行四边形机构40、气囊托盘组件42、气囊组件44和防撞块46，其中：平行四边形机构40包括悬架上摆臂401、纵梁处车身403、连架杆404和防护连杆405，连架杆404和防护连杆405为新增设的部件；纵梁处车身403与悬架上摆臂 401的连接点及纵梁处车身403与连架杆404的连接点的连线为机架连线406，机架连线406垂直于胎压速降应急防护装置4工作时充气膨胀的防护气囊443 所要支撑的轮顶处车身402。防护连杆405平行于机架连线406，连架杆404 平行于悬架上摆臂401；防护连杆405的一端通过球铰与连架杆404连接，另一端通过转动副与悬架上摆臂401连接，并有部分伸出。纵梁处车身403与悬架上摆臂401的连接及纵梁处车身403与连架杆404的连接均为球铰连接；气囊托盘组件42包括气囊托盘421、底板422和盖板423，气囊托盘421安装在防护连杆405通过转动副与悬架上摆臂401连接后所伸出部分的顶端，气囊托盘421的底部与防护连杆405垂直，在气囊托盘421的上面盖有盖板 423，在盖板423的内表面刻有与防护气囊443的包形相仿的几何图形，以利于充气膨胀的防护气囊443弹出，盖板423的选材应使得防护气囊443易于弹出而不至产生任何飞溅物；防撞块(46)安装在与气囊托盘组件(42)相对的轮顶处车身(402)上；气囊组件44安装在气囊托盘421内，气囊组件 44包括点火器441、气体发生器442和防护气囊443，气体发生器442通过底板422固定在气囊托盘421的底部，点火器441安装在气体发生器442的气室内部中央位置，防护气囊443固定在气体发生器442的上
部，与气体发生器442形成密封结构。
[0010]
此外，优选的方案是，胎压及车辆状态监测模块i包括：胎压传感器101、安全传感器102、温度传感器103、力传感器104、加速度传感器105、车速传感器106、视觉传感器107和毫米波雷达传感器108，每个轮胎内均安装一个胎压传感器101、一个安全传感器102和一个温度传感器103，胎压传感器 101用于检测胎压p，安全传感器102与胎压传感器101串联，安全传感器102 也是一种胎压传感器，也检测胎压p，但安全传感器102的阈值比胎压传感器 101的阈值大，用于防止因胎压传感器101短路而造成防护气囊443误爆；温度传感器103用于采集轮胎的胎温t；力传感器104安装在各悬架弹簧上座 502与轮顶处车身402之间，用于采集各悬架与轮顶处车身402间的作用力，即悬架力；加速度传感器105安装在轮顶处车身402上，用于采集轮顶处车身402的垂向加速度加速度传感器105仅安装一个即可；车速传感器106 用于采集车速s，车速传感器106共用车上已有的；视觉传感器107安装在车身后方，用于获取足够的胎压速降应急防护中央处理器202要处理的最原始图像；毫米波雷达传感器108安装在车顶，用于测量后车的位置、速度和方位角。
[0011]
另外，优选的方案是，胎压速降应急防护中央处理器202通过输入接口 201采集并融合胎压传感器101、安全传感器102、温度传感器103、力传感器104、加速度传感器105、车速传感器106、视觉传感器107和毫米波雷达传感器108检测到的信号，并进行分析、处理。根据加速度传感器105测得的轮顶处车身402的垂向加速度和车速传感器106测得的车速s，辨识车辆 v当前行驶路况，并给出其路面等级n；分析胎温t、胎压p、胎压下降速率 d、车速s和路面等级n，判断车辆v是否符合胎压速降应急防护装置4的气囊组件44中的防护气囊443的引爆条件，若不符合，则仅将危险信号传递给语音报警器484和指示灯报警器485，使之报警，若符合，则胎压速降应急防护中央处理器202将继续进行以下操作：
①
根据毫米波雷达传感器108和视觉传感器107采集的信息，得到后车的有无及其位置，若有，则继续确定车辆v与后车的相对距离和相对速度，判断车辆v有无被追尾风险；然后，确定胎压速降轮胎位置，判断车辆v是否符合发动机制动条件，从而决定是否对车辆v进行发动机制动；
②
根据情况限制发动机系统481的节气门开度范围、转向系统482的方向盘转角范围和差动制动系统483的制动压力范围，以避免驾驶员由于慌乱进行急加速、急转向和急刹车等误操作，但依然赋予驾驶员一定的自主权；特别的，限制转向系统482的方向盘转角范围还能避免车辆v由于发生胎压速降的轮胎的滚动阻力系数剧增、滚动半径减小等原因，朝着发生胎压速降的一侧偏航行驶；
③
确定车辆v恢复理想运动状态所需引爆胎压速降应急防护装置4的气囊组件44的中点火器441的个数及其具体位置，并做出对整个执行模块iv的控制策略；以上信息都经输出接口203，对应输出到控制模块iii的胎压速降应急防护装置控制器301、发动机系统控制器302、转向系统控制器303和差动制动系统控制器304，同时，胎压速降应急防护中央处理器202还通过输出接口203将危险信息输出到执行模块iv 的语音报警器484和指示灯报警器485。
[0012]
再者，优选的方案是，胎压速降应急防护中央处理器202确定车辆v恢复理想运动状态所需引爆的各悬架处胎压速降应急防护装置4的气囊组件44 中点火器441的个数及其具体位置时，采取以下步骤：
[0013]
a、判断各悬架与轮顶处车身402间作用力，即悬架力，和路况、车辆v 运动状态、各车轮501和车辆v受力情况；
[0014]
b、计算车辆v恢复理想运动状态所需附加横摆力矩；
[0015]
c、计算各车轮501分别需提供的附加横摆力矩；
[0016]
d、计算提供这样的附加横摆力矩，各车轮501所需垂直载荷；
[0017]
e、计算使各车轮501得到这样的垂直载荷，各悬架所需提供的作用力；
[0018]
f、计算提供这样的悬架力，所需各悬架的高度；
[0019]
g、确定所需引爆的各悬架处胎压速降应急防护装置4气囊组件44中点火器441的个数及其具体位置；
[0020]
由此可知，所需引爆的胎压速降应急防护装置4的气囊组件44中点火器 441的个数及其具体位置，与使发生胎压速降的车辆v恢复理想运动状态时，各车轮501所需垂直载荷之间存在着对应关系。
[0021]
再者，优选的方案是，控制模块iii的胎压速降应急防护装置控制器301、发动机系统控制器302、转向系统控制器303和差动制动系统控制器304，在接收到中央处理模块ii的胎压速降应急防护中央处理器202发出的信息后，发出控制指令，完成协调和指挥整个执行模块iv的作用，其中：
[0022]
胎压速降应急防护装置控制器301用于：
[0023]
控制执行模块iv中各悬架处的胎压速降应急防护装置4的气囊组件44 中的点火器441的点火时刻和点火方式，引爆各悬架处胎压速降应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442的相应气室内的引燃剂448和产气剂 447，在毫秒级时间内产生适量气体，冲入各防护气囊443，使它们膨胀弹出，并在平行四边形机构40的作用下，垂直于各悬架处的轮顶处车身402，嵌入固定在此车身上的防撞块46凹坑461内，起到类似主动悬架的作用，调节车身姿态和车轮501定位参数等，重新分配作用在各车轮501上的垂直载荷，从而调节轮胎与地面间作用力，减小甚至防止因胎压速降产生的附加横摆力矩引起的车辆v偏航趋势，以及发生胎压速降的车轮501的轮胎脱离轮辋等现象的发生。
[0024]
发动机系统控制器302用于：
[0025]
a、控制执行模块iv中的发动机系统481的节气门开度范围，防止驾驶员因慌乱进行急加速的误操作，但依然赋予驾驶员一定的自主加速权；
[0026]
b、在车辆v没有被追尾风险的前提下，对发生胎压速降的车辆v进行发动机制动，使车辆v安全、平稳地减速，否则，不对车辆v进行发动机制动。
[0027]
转向系统控制器303用于：
[0028]
控制执行模块iv中的转向系统482的方向盘转角范围，避免驾驶员因慌乱进行急转向的误操作，但依然赋予驾驶员一定的自主转向权；同时，限制转向系统482的方向盘转角范围还能避免车辆v由于胎压速降轮胎的滚动阻力系数剧增、滚动半径减小等原因，朝着发生胎压速降的一侧偏航行驶。
[0029]
差动制动系统控制器304用于：
[0030]
a、控制执行模块iv中的差动制动系统483的制动压力范围，以避免驾驶员由于慌乱进行急刹车的误操作，但依然赋予驾驶员一定的自主刹车权；
[0031]
b、在胎压速降应急防护装置控制器301控制引爆各悬架处执行模块iv 中的胎压速降应急防护装置4的气囊组件44中的需要引爆的点火器441，产生适量气体充入防护气囊443，使之膨胀弹出而对车身姿态和车轮501定位参数等进行调节，重新分配作用在各车轮
501上的垂直载荷，从而调节轮胎与地面间作用力后，若车辆v还未达到理想运动状态，则差动制动系统控制器304将继续对车辆v进行差动制动，调节车辆v所受横摆力矩，直至车辆v 恢复理想运动状态。
[0032]
再者，优选的方案是，防撞块46安装在各悬架附近的轮顶处车身402上。防撞块46采用特种橡胶，具有耐高温、耐油、耐化学腐蚀、耐老化的特性。防撞块46与气囊托盘组件42相对，其朝向气囊托盘组件42的一面挖有凹坑 461，凹坑461的形状与胎压速降应急防护装置4的气囊组件44中的防护气囊443的顶部相似，凹坑461的底部平行于轮顶处车身402且进行防滑处理，凹坑461的面积大于进行胎压速降应急防护操作时、充气膨胀而嵌入其中的防护气囊443所有可能落点区域的面积，上述措施用以限制嵌入防撞块46内的防护气囊443脱落或移位。
[0033]
再者，优选的方案是，防护气囊443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。防护气囊443密封不透气，平时折叠安放在气囊托盘421里，当胎压速降应急防护装置4工作时，各悬架处的防护气囊443即按照胎压速降应急防护中央处理器202确定的方式充气膨胀弹出，并在平行四边形机构40的作用下，垂直于各悬架处的轮顶处车身402，嵌入固定在此车身上的防撞块46凹坑461内，起到类似主动悬架的作用，调节车身姿态和各车轮501定位参数等，重新分配作用在各车轮 501上的垂直载荷，进而调节各轮胎与地面间作用力，减小甚至防止因胎压速降产生的附加横摆力矩引起的车辆v偏航趋势，以及发生胎压速降的车轮501 的轮胎脱离轮辋等现象的发生。另外，防护气囊443和防撞块46的位置经过调校，充气弹出的防护气囊443还能起到空气弹簧的作用，增大悬架等效刚度，减小车辆v侧倾和俯仰的趋势，提高车辆v的操纵稳定性。
[0034]
再者，优选的方案是，气体发生器442为多气室烟火式气体发生器，具有多个产生气体的气室，各气室内部中央位置均安装有一个点火器441，各点火器441的点火时刻和点火方式相互独立。各点火器441周围还封装有引燃剂448和产气剂447，各气室内产气剂447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不同量的气体，导致悬架高度的不同，也即导致悬架力的不同，从而实现对车身姿态和各车轮501定位参数的调节，重新分配作用在各车轮501上的垂直载荷，调节各轮胎与地面间作用力，减小甚至防止因胎压速降产生的附加横摆力矩引起的车辆v偏航趋势，以及发生胎压速降的车轮501的轮胎脱离轮辋等现象的发生。
[0035]
一种车辆胎压速降应急防护控制系统的控制方法，包括以下步骤：
[0036]
步骤b1：胎压及车辆状态监测模块i的胎压传感器101和安全传感器102 采集轮胎的胎压p；温度传感器103采集轮胎内气体的温度，即胎温t；力传感器104采集各悬架与轮顶处车身402间的作用力，即悬架力；加速度传感器105采集轮顶处车身402的垂向加速度车速传感器106采集车速s；视觉传感器107采集胎压速降应急防护中央处理器202要处理的最原始图像；毫米波雷达传感器108测量后车的位置、速度和方位角；这些信息都通过输入接口201输入胎压速降应急防护中央处理器202进行处理；
[0037]
步骤b2：胎压速降应急防护中央处理器202判断胎压下降速率d是否为 0，是则进行步骤b3，否则进行步骤b5；
[0038]
步骤b3：胎压速降应急防护中央处理器202判断胎温t是否满足t＞t1、胎压p是否满足p＞p2或p＜p1，是则进行步骤b12，否则进行步骤b4，其中，t1为正常行驶时轮胎内气体
温度上限值，p1、p2分别为正常行驶时轮胎内气体压强下限值和上限值；
[0039]
步骤b4：车辆v正常行驶；
[0040]
步骤b5：胎压速降应急防护中央处理器202判断胎压下降速率d是否满足0<d<d1，是则进行步骤b12，否则进行步骤b6，其中，d1为预设胎压下降速率安全值，0<d<d1表示轮胎在缓慢漏气；
[0041]
步骤b6：胎压速降应急防护中央处理器202判断胎压p是否满足p<p1，是则进行步骤b7，否则进行步骤b12；
[0042]
步骤b7：胎压速降应急防护中央处理器202判断车速s是否满足s<s1，是则进行步骤b12，否则进行步骤b8，其中，s1为预设安全车速；
[0043]
步骤b8：胎压速降应急防护中央处理器202判断车速s是否满足s1≤ s<s2，是则进行步骤b9，否则进行步骤b10；其中，s2、s3为比s1高的、与路况相关的安全车速，s3>s2；
[0044]
步骤b9：胎压速降应急防护中央处理器202根据轮顶处车身402的垂向加速度和车速s，辨识车辆v的行驶路况，并给出其路面等级n，判断路面等级n是否满足n<m，是则执行步骤b12，否则执行步骤b13，其中，m 为某较差路面等级代号；
[0045]
步骤b10：胎压速降应急防护中央处理器202判断车速s是否满足s2≤ s<s3，是则进行步骤b11，否则进行步骤b13；
[0046]
步骤b11：胎压速降应急防护中央处理器202根据轮顶处车身402的垂向加速度和车速s，辨识车辆v的行驶路况，并给出其路面等级n，判断路面等级n是否满足n＞l，是则执行步骤b13，否则执行步骤b12，其中，l 为某较好路面等级代号，l<m，即l级路比m级路好；
[0047]
步骤b12：开启语音报警器484和指示灯报警器485，并提示驾驶员减速并靠边停车；
[0048]
步骤b13：胎压速降应急防护中央处理器202判断车辆v是否有被追尾风险，是则进行步骤b15，否则进行步骤b14；胎压速降应急防护中央处理器 202判断车辆v有无被追尾风险的过程为：先对视觉传感器107和毫米波雷达传感器108采集的信息进行融合、处理，判断车辆v后方是否有车及其位置，若有车，则再计算得到车辆v与后车的相对距离a和相对速度δs，若相对距离a<a1，且相对速度δs>0，则判断车辆v有被追尾风险，否则，判断车辆v无被追尾风险，其中，a1为预设安全距离；
[0049]
步骤b14：胎压速降应急防护中央处理器202判断车辆v是否符合发动机制动条件，是则进行步骤b16，否则进行步骤b15；判断车辆v是否符合发动机制动条件要根据发生胎压速降的轮胎的位置，若胎压速降发生在驱动轮，则不符合发动机制动条件，否则，则符合发动机制动条件；
[0050]
步骤b15：进行如下三个步骤：
[0051]
a、胎压速降应急防护中央处理器202确定限制发动机系统481的节气门开度范围、转向系统482的方向盘转角范围和差动制动系统483的制动压力范围的方式，并确定使车辆v恢复理想运动状态所需引爆各悬架处胎压速降应急防护装置4的气囊组件44中点火器441的个数及其具体位置，通过输出接口203将相应的控制指令分别发送给控制模块iii的发动机系统控制器302、转向系统控制器303、差动制动系统控制器304和胎压速降应急防护装置控制器301，同时，将危险信号发送给执行模块iv的语音报警器484和指示灯报警器485；
[0052]
b、按照胎压速降应急防护中央处理器202确定的方式，控制模块iii的发动机系统
控制器302、转向系统控制器303和差动制动系统控制器304分别限制发动机系统481的节气门开度范围、转向系统482的方向盘转角范围和差动制动系统483的制动压力范围，以避免驾驶员由于慌乱而进行急加速、急转向和急刹车等误操作，但依然赋予驾驶员一定的自主权，特别的，限制转向系统482的方向盘转角范围，还能避免车辆v由于胎压速降轮胎的滚动阻力系数剧增、滚动半径减小等原因，朝着发生胎压速降的一侧偏航行驶；胎压速降应急防护装置控制器301按照胎压速降应急防护中央处理器202下发的控制指令，引爆各悬架处的胎压速降应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442的相应气室内的引燃剂448和产气剂447，在毫秒级时间内产生适量的气体，冲入各防护气囊443，使之膨胀弹出，并在平行四边形机构 40的作用下，垂直于各悬架附近的轮顶处车身402，嵌入固定在此车身上的防撞块46凹坑461内，起到类似主动悬架的作用，调节车身姿态和各车轮501 定位参数等，重新分配作用在各车轮501上的垂直载荷，进而调节各轮胎与地面间作用力，减小甚至防止因胎压速降产生的附加横摆力矩引起的车辆v 偏航趋势，以及发生胎压速降的车轮501的轮胎脱离轮辋等现象的发生；语音报警器484和指示灯报警器485开始报警；
[0053]
c、胎压速降应急防护中央处理器202取消对差动制动系统483的制动压力范围的限制，并通过输出接口203将控制指令发送给差动制动系统控制器 304，使之取消对差动制动系统483的制动压力范围的限制；
[0054]
之后，系统自动进入步骤b17；
[0055]
步骤b16：进行如下三个步骤：
[0056]
a、胎压速降应急防护中央处理器202确定对车辆v进行发动机制动的方式，确定限制发动机系统481的节气门开度范围、转向系统482的方向盘转角范围和差动制动系统483的制动压力范围的方式，并确定使车辆v恢复理想运动状态所需引爆各悬架处胎压速降应急防护装置4的气囊组件44中点火器441的个数及其具体位置，通过输出接口203将相应的控制指令分别发送给控制模块iii的发动机系统控制器302、转向系统控制器303、差动制动系统控制器304和胎压速降应急防护装置控制器301，同时，将危险信号发送给执行模块iv的语音报警器484和指示灯报警器485；
[0057]
以上所有操作都在同一瞬间开始进行；
[0058]
b、按照胎压速降应急防护中央处理器202确定的方式，发动机系统控制器302对车辆v进行发动机制动，并限制发动机系统481的节气门开度范围，使车辆v快速、平稳减速，以防止驾驶员由于慌乱而进行急加速的误操作，但依然赋予驾驶员一定的自主权；转向系统控制器303和差动制动系统控制器304分别限制转向系统482的方向盘转角范围和差动制动系统483的制动压力范围，以避免驾驶员由于慌乱而进行急转向和急刹车等误操作，但依然赋予驾驶员一定的自主权，特别的，限制转向系统482的方向盘转角范围还能避免车辆v由于胎压速降轮胎的滚动阻力系数剧增、滚动半径减小等原因，朝着发生胎压速降的一侧偏航行驶；胎压速降应急防护装置控制器301按照胎压速降应急防护中央处理器202下发的控制指令，引爆各悬架处的胎压速降应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442的相应气室内的引燃剂 448和产气剂447，在毫秒级时间内产生适量的气体，冲入各防护气囊443，使之膨胀弹出，并在平行四边形机构40的作用下，垂直于各悬架附近的轮顶处车身402，嵌入固定在此车身上的防撞块46凹坑461内，起到类似主动悬架的作用，调节车身姿态和各车轮501定位参数等，重新分配作用在各车轮 501上的垂直载荷，进而调节各轮胎与地面间作
用力，减小甚至防止因胎压速降产生的附加横摆力矩引起的车辆v偏航趋势，以及发生胎压速降的车轮501 的轮胎脱离轮辋等现象的发生；语音报警器484和指示灯报警器485开始报警；
[0059]
以上所有操作都在同一瞬间开始进行；
[0060]
c、胎压速降应急防护中央处理器202取消对差动制动系统483的制动压力范围的限制，并通过输出接口203将控制指令发送给差动制动系统控制器 304，使之取消对差动制动系统483的制动压力范围的限制；
[0061]
之后，系统自动进入步骤b17。
[0062]
步骤b17：胎压速降应急防护中央处理器202判断车辆v是否达到偏差允许范围内的理想运动状态，是则进行步骤b19，否则进行步骤b18；
[0063]
步骤b18：胎压速降应急防护中央处理器202确定车辆v恢复理想运动状态所需附加的横摆力矩，以及如何通过差动制动产生这样的附加横摆力矩，并将控制指令发送给差动制动系统控制器304，使之对车辆v进行差动制动；
[0064]
步骤b17和步骤b18循环进行，直至车辆v达到偏差允许范围内的理想运动状态，并进行步骤b19。
[0065]
步骤b19：胎压速降应急防护中央处理器202取消对车辆v发动机系统 481的节气门开度范围和转向系统482的方向盘转角范围的限制，并通过输出接口203将控制指令发送给控制模块iii的发动机系统控制器302和转向系统控制器303，使它们取消对发动机系统481的节气门开度范围和转向系统482 的方向盘转角范围的限制，将驾驶权完全交给司机，并提示驾驶员减速并靠边停车。
[0066]
利用上述本发明的一种车辆胎压速降应急防护控制系统及其控制方法，能够取得以下技术效果：
[0067]
1、该发明的胎压速降应急防护装置4，采用多级烟火式气体发生器，它有多个气室，每个气室产生气体的量根据实际需求经仿真和试验确定，这些气室的不同组合能产生使悬架升高不同高度的气体量。在车辆v发生胎压速降且符合胎压速降应急防护装置4引爆条件时，针对不同情况的车辆v，以合适的方式引爆各个悬架处胎压速降应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442内指定个数、指定位置的气室，产生适量气体冲入防护气囊443，起到类似主动悬架的作用，调节车身姿态和车轮501定位参数等，重新分配作用在各车轮501上的垂直载荷，从而调节各车轮501与地面间作用力，减小甚至防止因胎压速降产生的附加横摆力矩引起的车辆v偏航趋势，以及发生胎压速降的车轮501的轮胎脱离轮辋等现象的发生。该装置以较低的成本起到了主动悬架的作用，能有效应对胎压速降的发生，同时，弹出的防护气囊443还能增大悬架等效刚度，减小车辆v侧倾和俯仰趋势，提高车辆v的操纵稳定性，除此之外，因烟火式气体发生器产生气体的速度为毫秒级，故该胎压速降应急防护装置4反应异常迅速，能将安全隐患扼杀在摇篮中，也增加了驾驶员的反应时间。
[0068]
2、基于胎压p、胎温t、胎压下降速率d、胎压速降轮胎位置、车速s、路况以及车辆v后方环境等条件，综合判断后制定控制策略，使应急防护更精准，更有效，更经济。
[0069]
3、防护气囊443弹出后，若车辆v还未达到偏差允许范围内的理想运动状态，则控制系统将继续依据反馈，通过差动制动对车辆v进行再调节，直至车辆v达到偏差允许范围内的理想运动状态，保证对发生胎压速降的车辆 v的应急防护成功、有效。
[0070]
4、通过平行四边形机构40控制胎压速降应急防护装置4气囊组件44的防护气囊443的弹出方向，实现了对防护气囊443弹出方向的精确控制，使其不受悬架运动的影响，保证了防护气囊443在充气膨胀，垂直于各悬架附近轮顶处车身402弹出，并嵌入安装在此车身上的防撞块46凹坑461内的瞬间，总是只承受垂向力，而不会因承受侧向力而弯折甚至撕裂。该平行四边形机构40简单易行、可靠耐用、价格低廉，可普遍应用于多种形式悬架的车辆v上。
[0071]
5、在车辆v发生胎压速降且符合胎压速降应急防护装置4引爆条件时，限制发动机系统481的节气门开度范围、转向系统482的方向盘转角范围和差动制动系统483的制动压力范围，防止驾驶员由于慌乱进行急加速、急转向和急刹车等误操作，为胎压速降应急防护装置4起到良好的作用打下基础，同时，依然赋予驾驶员一定的自主驾驶权，以应对可能的突发情况。
附图说明
[0072]
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：
[0073]
图1为车身与车轮两个自由度振动系统模型；
[0074]
图2为一种车辆胎压速降应急防护控制系统示意图；
[0075]
图3为一种车辆胎压速降应急防护控制系统(1/4车)的核心执行机构——胎压速降应急防护装置的结构示意图；
[0076]
图4为一种车辆胎压速降应急防护控制系统的硬件部分中气囊托盘组件的结构示意图；
[0077]
图5为一种胎压速降应急防护控制系统的硬件部分中气囊组件的结构示意图；
[0078]
图6为一种车辆胎压速降应急防护控制系统的控制方法的流程示意图。
[0079]
其中的附图标记包括：
[0080]
胎压及车辆状态监测模块i、胎压传感器101、安全传感器102、温度传感器103、力传感器104、加速度传感器105、车速传感器106、视觉传感器 107、毫米波雷达传感器108、中央处理模块ii、输入接口201、胎压速降应急防护中央处理器202、输出接口203、控制模块iii、胎压速降应急防护装置控制器301、发动机系统控制器302、转向系统控制器303、差动制动系统控制器304、执行模块iv、胎压速降应急防护装置4、平行四边形机构40、悬架上摆臂401、轮顶处车身402、纵梁处车身403、连架杆404、防护连杆405、机架连线406、气囊托盘组件42、气囊托盘421、底板422、盖板423、气囊组件44、点火器441、气体发生器442、防护气囊443、第一气室444、第二气室445、第三气室446、产气剂447、引燃剂448、防撞块46、凹坑461、发动机系统481、转向系统482、差动制动系统483、语音报警器484、指示灯报警器485、车辆v、车轮501、悬架弹簧上座502。
具体实施方式
[0081]
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。
[0082]
图1为车身与车轮两个自由度振动系统模型，图中，m
1
是非悬挂质量(车轮501质量)；m
2
是悬挂质量(车身质量)；k是弹簧刚度；c是减振器阻尼系数；u是控制力，k
t
是轮胎刚度。
[0083]
车轮501和车身垂直位移坐标为z
1
、z
2
，坐标原点选在各自的平衡位置，其运动方程为：
[0084][0085]
可见，车轮501所受垂直载荷受悬架作用力的影响，即通过调整悬架与轮顶处车身402间作用力，即可改变车轮501所受垂直载荷。
[0086]
另一方面，根据参考文献《汽车理论》(余志生主编机械工业出版社)、《车辆动力学及其控制》(日masato abe著机械工业出版社)以及论文《爆胎汽车差动制动研究》、《爆胎车辆的动力学响应及控制》等，也可知：各车轮501所受垂直载荷可以通过调节对应悬架的主动控制力进行调节；又据郭孔辉院士的uni-tyre轮胎模型可知，轮胎模型中很多参数受垂直载荷变化的影响很大，也即轮胎输出力直接受轮胎所受垂直载荷的影响，而对车辆v稳定性的控制，实际就是对轮胎力的控制。
[0087]
特别的，爆胎是胎压速降的一种极限工况，爆胎后，爆胎轮胎径向刚度等参数变化，导致各个轮胎所受垂直载荷会进行重新分配，且较爆胎前变化较大，同时，由于爆胎轮胎的滚动阻力系数剧增、滚动半径减小等原因，爆胎车辆v总会朝着发生爆胎的一侧偏航行驶。爆胎也会导致爆胎轮的脱圈阻力急剧减小，若驾驶员进行急转向或急刹车等操作，很容易导致爆胎一侧的侧向力大大超过脱圈阻力而使轮胎脱离轮辋，使轮辋与地面直接接触，从而发生滑移甚至侧翻等危险事故。
[0088]
所以，通过主动调整发生胎压速降的车辆v的垂直载荷，并限制驾驶员可能进行的误操作，就可以实现对发生胎压速降的车辆v的主动性控制。
[0089]
主动悬架能实现对悬架力的主动控制，也即能实现对轮胎所受垂直载荷的控制，但其结构和控制复杂，硬件要求高、耗能大、成本高，也增加了整车重量和成本，不仅如此，主动悬架调节车身姿态响应较慢，而胎压速降的发生具有瞬时性，故本发明提出一种质量轻省、结构简单、安装方便、适应性强且反应迅速的车辆胎压速降应急防护控制系统及其控制方法。
[0090]
另外，由于悬架姿态可调空间有限，及车辆v运动状态和路况的多变性，故本发明在车辆v发生胎压速降且需胎压速降应急防护装置工作时，除采用胎压速降应急防护装置应对外，还将依据反馈情况决定是否对车辆v继续进行差动制动，保证人、车安全。
[0091]
下面以悬架为双横臂式悬架的1/4车辆v的模型为例对本设计方案进行详细说明。
[0092]
图2为一种车辆胎压速降应急防护控制系统示意图，如图所示，该发明实施例提供的一种车辆胎压速降应急防护控制系统，包括：胎压及车辆状态监测模块i、中央处理模块ii、控制模块iii、执行模块iv和车辆v。
[0093]
胎压及车辆状态监测模块i用于采集轮胎内气体的温度和压强，即胎温t 和胎压p，同时还采集车辆v的当前状态，包括车辆v悬架与轮顶处车身402 间作用力，即悬架力，和轮顶处车身402的垂向加速度车速s、车辆v 后方有无其它车辆、车辆v与后车的距离a及
两者的相对速度δs等。
[0094]
胎压及车辆状态监测模块i包括：胎压传感器101、安全传感器102、温度传感器103、力传感器104、加速度传感器105、车速传感器106、视觉传感器107和毫米波雷达传感器108；每个轮胎内均安装一个胎压传感器101、一个安全传感器102和一个温度传感器103，胎压传感器101用于检测胎压p，安全传感器102与胎压传感器101串联，安全传感器102也是一种胎压传感器，也检测胎压p，但安全传感器102的阈值比胎压传感器101的大，用于防止因胎压传感器101短路而造成胎压速降应急防护装置4的气囊组件44中的防护气囊443误爆；温度传感器103用于采集轮胎内的气体温度，即胎温t；力传感器104安装在各悬架弹簧上座502与轮顶处车身402之间，用于采集各悬架与轮顶处车身402间作用力，即悬架力；加速度传感器105安装在轮顶处车身402上，用于采集轮顶处车身402的垂向加速度加速度传感器105仅安装一个即可；车速传感器106用于采集车速s；视觉传感器107安装在车身后方，用于获取足够的胎压速降应急防护中央处理器202要处理的最原始图像；毫米波雷达传感器108安装在车顶，用于测量后车的位置、速度和方位角。
[0095]
上述胎压传感器101、安全传感器102、温度传感器103、力传感器104、加速度传感器105、车速传感器106、视觉传感器107和毫米波雷达传感器108 检测相应信息，并经输入接口201将信息输入到中央处理模块ii中的胎压速降应急防护中央处理器202中进行处理。
[0096]
中央处理模块ii包括输入接口201、胎压速降应急防护中央处理器202 和输出接口203，胎压速降应急防护中央处理器202通过输入接口201采集并融合胎压及车辆状态监测模块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的胎压速降应急防护装置控制器301、发动机系统控制器302、转向系统控制器303和差动制动系统控制器304，以及执行模块iv的语音报警器484和指示灯报警器485。
[0097]
胎压速降应急防护中央处理器202是中央处理模块ii的核心部件，下面对胎压速降应急防护中央处理器202进行详细介绍。
[0098]
胎压速降应急防护中央处理器202经输入接口201采集并融合车辆状态监测模块i的胎压传感器101、安全传感器102、温度传感器103、力传感器 104、加速度传感器105、车速传感器106、视觉传感器107和毫米波雷达传感器108检测到的信号，并进行分析、处理：根据加速度传感器105测得的轮顶处车身402的垂向加速度和车速传感器106测得的车速s，辨识车辆v 当前行驶路况，并给出其路面等级n；分析胎温t、胎压p、胎压下降速率d、车速s和路况，判断车辆v是否符合胎压速降应急防护装置4气囊组件44中的防护气囊443的引爆条件，若不符合，则仅将危险信号传递给语音报警器 484和指示灯报警器485，使之报警，若符合，则胎压速降应急防护中央处理器202将继续进行以下操作：
[0099]
(1)根据视觉传感器107采集的信息，确定后车的有无和后车的位置；根据毫米波雷达传感器108采集的信息，确定车辆v与后车的距离；胎压速降应急防护中央处理器202对视觉传感器107和毫米波雷达传感器108采集的信息进行融合，得到车辆v与后车的相对位置与相对速度，判断车辆v有无被追尾风险。然后，确定胎压速降轮胎位置，判断车辆v是否符合发动机制动条件，从而决定是否对车辆v进行发动机制动。
[0100]
(2)根据情况限制发动机系统481的节气门开度范围、转向系统482的方向盘转角范围和差动制动系统483的制动压力范围，以避免驾驶员由于慌乱进行急加速、急转向和急刹车等误操作，但依然赋予驾驶员一定的自主权。特别的，限制转向系统482的方向盘转角
范围还能避免车辆v由于发生胎压速降的轮胎的滚动阻力系数剧增、滚动半径减小等原因，朝着发生胎压速降的一侧偏航行驶。
[0101]
(3)确定车辆v恢复理想运动状态所需引爆胎压速降应急防护装置4的气囊组件44的中点火器441的个数及其具体位置，并做出对整个执行模块iv 的控制策略。
[0102]
以上信息都经输出接口203，对应输出到控制模块iii的胎压速降应急防护装置控制器301、发动机系统控制器302、转向系统控制器303和差动制动系统控制器304，同时，胎压速降应急防护中央处理器202还将危险信息输出到执行模块iv的语音报警器484和指示灯报警器485，使之报警。
[0103]
胎压速降应急防护中央处理器202确定车辆v恢复理想运动状态所需引爆的各悬架处胎压速降应急防护装置4的气囊组件44中点火器441的个数及其具体位置时，采取以下步骤：
[0104]
(1)判断各悬架与轮顶处车身402间作用力、路况、车辆v运动状态、车轮501和车辆v受力情况；
[0105]
(2)计算车辆v恢复理想运动状态所需附加横摆力矩；
[0106]
(3)计算各车轮501分别需提供的附加横摆力矩；
[0107]
(4)计算提供这样的附加横摆力矩，各车轮501所需垂直载荷；
[0108]
(5)计算各悬架所需提供的作用力；
[0109]
(6)计算对应各悬架高度；
[0110]
(7)确定所需引爆的各悬架处胎压速降应急防护装置4气囊组件44中点火器441的个数及其具体位置；
[0111]
综上可知，所需引爆的胎压速降应急防护装置4的气囊组件44中点火器441的个数及其具体位置，与使胎压速降车辆v恢复理想运动状态时各车轮 501所需垂直载荷之间存在着对应关系。胎压速降应急防护中央处理器202基于胎压p、胎温t、胎压下降速率d、胎压速降轮胎位置、车速s、路况以及车辆v后方环境等条件，综合判断后制定控制策略，使应急防护更精准，更有效，更经济。
[0112]
控制模块iii包括胎压速降应急防护装置控制器301、发动机系统控制器 302、转向系统控制器303和差动制动系统控制器304，控制模块iii用于接收中央处理模块ii的胎压速降应急防护中央处理器202下发的控制指令，并发出控制指令，完成协调和指挥整个执行模块iv的作用，其中：
[0113]
(1)胎压速降应急防护装置控制器301用于：
[0114]
控制执行模块iv中各悬架处的胎压速降应急防护装置4的气囊组件44 中的点火器441的点火时刻和点火方式，引爆各悬架处胎压速降应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442的相应气室内的引燃剂448和产气剂 447，在毫秒级时间内产生适量气体，冲入各防护气囊443，使它们膨胀弹出，并在平行四边形机构40的作用下，垂直于各悬架处的轮顶处车身402，嵌入固定在此车身上的防撞块46凹坑461内，起到类似主动悬架的作用，调节车身姿态和车轮501定位参数等，重新分配作用在各车轮501上的垂直载荷，从而调节轮胎与地面间作用力，减小甚至防止因胎压速降产生的附加横摆力矩引起的车辆v偏航趋势，以及发生胎压速降的车轮501的轮胎脱离轮辋等现象的发生；
[0115]
(2)发动机系统控制器302用于：
[0116]
(a)控制执行模块iv中的发动机系统481的节气门开度范围，防止驾驶员因慌乱进行急加速的误操作，但依然赋予驾驶员一定的自主加速权；
[0117]
(b)在车辆v没有被追尾风险的前提下，对发生胎压速降的车辆v进行发动机制动，使车辆v安全、平稳地减速，否则，不对车辆v进行发动机制动；
[0118]
(3)转向系统控制器303用于：
[0119]
控制执行模块iv中的转向系统482的方向盘转角范围，避免驾驶员因慌乱进行急转向的误操作，但依然赋予驾驶员一定的自主转向权；同时，限制转向系统482的方向盘转角范围还能避免车辆v由于胎压速降轮胎的滚动阻力系数剧增、滚动半径减小等原因，朝着发生胎压速降的一侧偏航行驶；
[0120]
(4)差动制动系统控制器304用于：
[0121]
(a)控制执行模块iv中的差动制动系统483的制动压力范围，以避免驾驶员由于慌乱进行急刹车的误操作，但依然赋予驾驶员一定的自主刹车权；
[0122]
(b)在胎压速降应急防护装置控制器301控制引爆各悬架处执行模块iv 中的胎压速降应急防护装置4的气囊组件44中的需要引爆的点火器441，产生适量气体充入防护气囊443，使之膨胀弹出而对车身姿态和车轮501定位参数等进行调节，重新分配作用在各车轮501上的垂直载荷，从而调节轮胎与地面间作用力后，若车辆v还未达到理想运动状态，则差动制动系统控制器 304将继续对车辆v进行差动制动，调节车辆v所受横摆力矩，直至车辆v 恢复理想运动状态；
[0123]
执行模块iv包括胎压速降应急防护装置4、发动机系统481、转向系统 482、差动制动系统483、语音报警器484和指示灯报警器485，其中：
[0124]
胎压速降应急防护装置4由胎压速降应急防护装置控制器301进行控制，并执行相应动作；
[0125]
发动机系统481由发动机系统控制器302进行控制，并执行相应动作；
[0126]
转向系统482由转向系统控制器303进行控制，并执行相应动作；
[0127]
差动制动系统483由差动制动系统控制器304进行控制，并执行相应动作；
[0128]
语音报警器484和指示灯报警器485接收胎压速降应急防护中央处理器 202输出的危险信号，并报警；
[0129]
胎压速降应急防护装置4是执行模块iv的核心机构，下面予以详细说明。
[0130]
图3为一种车辆胎压速降应急防护控制系统(1/4车)的核心执行机构——胎压速降应急防护装置4的结构示意图，结合图2可知，胎压速降应急防护装置4包括平行四边形机构40、气囊托盘组件42、气囊组件44和防撞块46。
[0131]
胎压速降应急防护装置4安装在车辆v的各个悬架处，其安装和基本构造均一致。
[0132]
首先，具体说明一下平行四边形机构40的结构。
[0133]
如图3所示，平行四边形机构40包括悬架上摆臂401、纵梁处车身403、连架杆404和防护连杆405，连架杆404和防护连杆405为新增设的部件。纵梁处车身403与悬架上摆臂401的连接点及纵梁处车身403与连架杆404的连接点的连线为机架连线406，机架连线406垂直于胎压速降应急防护装置4 工作时，充气膨胀的防护气囊443所要支撑的轮顶处车身402。防护连杆405 平行于机架连线406，连架杆404平行于悬架上摆臂401。防护连杆405的一端通过球铰与连架杆404连接，另一端通过转动副与悬架上摆臂401连接，并有部分伸出；纵梁
处车身403与悬架上摆臂401的连接及纵梁处车身403 与连架杆404的连接均为球铰连接。
[0134]
其次，具体说明一下气囊托盘组件42的结构。
[0135]
图4为一种车辆胎压速降应急防护控制系统的硬件部分中气囊托盘组件的结构示意图，如图4所示，气囊托盘组件42包括气囊托盘421、底板422 和盖板423。气囊托盘421安装在防护连杆405通过转动副与悬架上摆臂401 连接后所伸出部分的顶端，气囊托盘421的底部与防护连杆405垂直，气囊托盘421的上面盖有盖板423，在盖板423的内表面刻有与防护气囊443的包形相仿的几何图形，以利于充气膨胀的防护气囊443弹出，盖板423的选材应使得防护气囊443易于弹出而不至产生任何飞溅物。
[0136]
再次，具体说明一下气囊组件44的结构。
[0137]
图5为一种胎压速降应急防护控制系统的硬件部分中气囊组件的结构示意图，图5结合图4可知，气囊组件44安装在气囊托盘421内，包括点火器 441、气体发生器442和防护气囊443。气体发生器442通过底板422固定在气囊托盘421的底部，点火器441安装在气体发生器442的气室内部中央位置，防护气囊443固定在气体发生器442的上部，与气体发生器442形成密封结构。
[0138]
气体发生器442为多气室烟火式气体发生器，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442，它有三个气室，分别为第一气室444、第二气室445和第三气室446，各气室内部中央位置分别安装有一个点火器441，各点火器441的点火时刻和点火方式相互独立，每个点火器441周围都有引燃剂448和产气剂447。各气室内产气剂447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不同量的气体，导致悬架高度的不同，也即导致悬架力的不同，从而实现对车身姿态和各车轮501定位参数的调节，重新分配作用在各车轮501上的垂直载荷，调节各轮胎与地面间作用力，减小甚至防止因胎压速降产生的附加横摆力矩引起的车辆v偏航趋势，以及发生胎压速降的车轮501的轮胎脱离轮辋等现象的发生。
[0139]
防护气囊443固定在气体发生器442的上部，与气体发生器442形成密封结构。防护气囊443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。防护气囊443密封不透气，平时折叠安放在气囊托盘421里，当胎压速降应急防护装置4工作时，各悬架处的防护气囊443即按照胎压速降应急防护中央处理器202确定的方式充气膨胀弹出，并在平行四边形机构40的作用下，垂直于各悬架处的轮顶处车身402，嵌入固定在此车身上的防撞块46凹坑461内，起到类似主动悬架的作用，调节车身姿态和各车轮501定位参数等，重新分配作用在各车轮501上的垂直载荷，进而调节各轮胎与地面间作用力，减小甚至防止因胎压速降产生的附加横摆力矩引起的车辆v偏航趋势，以及发生胎压速降的车轮501的轮胎脱离轮辋等现象的发生。另外，防护气囊443和防撞块46的位置经过调校，充气弹出的防护气囊443还能起到空气弹簧的作用，增大悬架等效刚度，减小车辆v 侧倾和俯仰的趋势，提高车辆v的操纵稳定性。
[0140]
最后，具体说明一下防撞块46的结构。
[0141]
由图3可知，防撞块46安装在各悬架附近的轮顶处车身402上。防撞块 46采用特种橡胶，具有耐高温、耐油、耐化学腐蚀、耐老化的特性。防撞块 46与气囊托盘组件42相对，其朝向气囊托盘组件42的一面挖有凹坑461，凹坑461的形状与胎压速降应急防护装置4的气囊组件44中的防护气囊443 的顶部相似，凹坑461的底部平行于轮顶处车身402且进行防滑
处理，凹坑 461的面积大于进行胎压速降应急防护操作时、充气膨胀而嵌入其中的防护气囊443所有可能落点区域的面积，上述措施用以限制嵌入防撞块46内的防护气囊443脱落或移位。
[0142]
综上可知，当车辆v发生胎压速降等异常时，中央处理模块ii的胎压速降应急防护中央处理器202总能及时、准确地做出反应：根据胎压p、胎温t、胎压下降速率d、胎压速降轮胎位置、车速s、路况以及车辆v后方环境等条件，综合判断后制定控制策略：报警或同时执行胎压速降应急防护操作，即引爆各悬架处的胎压速降应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器 442的相应气室内的引燃剂448和产气剂447，在毫秒级时间内产生适量气体，冲入各防护气囊443，使之膨胀弹出，并在平行四边形机构40的作用下，垂直于各悬架附近的轮顶处车身402，嵌入固定在此车身上的防撞块46凹坑461 内，调节各悬架高度，也即调节悬架力，也即起到类似主动悬架的作用，迅速调节车身姿态，除此之外，该装置还能调节各车轮501的定位参数等，从而重新分配作用在各车轮501上的垂直载荷，调节各轮胎与地面间作用力，减小甚至防止因胎压速降产生的附加横摆力矩引起的车辆v偏航趋势，以及发生胎压速降的车轮501的轮胎脱离轮辋等现象的发生。
[0143]
至此，执行模块iv的核心机构：胎压速降应急防护装置4，已全部说明完毕。
[0144]
上述内容详细说明了本发明实施例提供的一种车辆胎压速降应急防护控制系统的结构，与上述系统相对应，本发明还提供一种车辆胎压速降应急防护控制系统的控制方法。
[0145]
图6为一种车辆胎压速降应急防护控制系统的控制方法的流程示意图。
[0146]
如图6所示，d1为预设胎压下降速率安全值，0<d<d1表示轮胎在缓慢漏气；t1为正常行驶时轮胎内气体温度上限值；p1、p2分别为正常行驶时轮胎内气体压强下限值和上限值；s1为预设安全车速；s2、s3为比s1高的、与路况相关的安全车速，s3>s2；l为某较好路面等级代号，m为某较差路面等级代号，l<m，即l级路比m级路好(《车辆振动输入—路面平度表示》标准中按路面功率谱密度把路面的不平程度分为8级，本发明中按照路面不平度系数 g
q
(n
0
)大小，规定路面等级na<b<c<d<e<f<g<h，等级越小，路况越好)； a1为预设安全距离。这些值具体都需通过计算、仿真及大量实验确定，它们都为提前储存好的标准值。相应地，d为胎压速降应急防护中央处理器202计算得到的胎压下降速率；t为温度传感器103测得的轮胎内气体的温度，即胎温；p为胎压传感器101和安全传感器102测得的轮胎内气体的压强，即胎压； s为车速传感器106测得的车速；n为胎压速降应急防护中央处理器202辨识得出的当前行驶路面等级；a为车辆v与后车的相对距离。另外，为轮顶处车身402的垂向加速度，δs为车辆v与后车的相对速度。
[0147]
又由发明专利：基于减振器阻尼解析仿真的汽车行驶路况辨识方法,可知，轮顶处车身402的垂向加速度的均方值可表示为：
[0148][0149]
式中，n
0
为参考空间频率，n
0
＝0.1m-1
；g
q
(n
0
)为参考空间频率n
0
下的路面功率谱密度，称为路面不平度系数，单位为m
2
/m-1
＝m
3
；s为车速s；f
0
为簧上质量固有频率；为
轮胎刚度对悬架刚度的比值；为簧上质量对簧下质量的比值；ξ为减振器阻尼比。
[0150]
由式(1)可知，轮顶处车身402的垂向加速度正比于路面不平度系数 g
q
(n
0
)和车速s，故本发明实施例提供的一种车辆胎压速降应急防护控制系统的控制方法，包括以下步骤：
[0151]
步骤b1：胎压及车辆状态监测模块i的胎压传感器101和安全传感器102 采集轮胎内气体的压强，即胎压p；温度传感器103采集轮胎内气体的温度，即胎温t；力传感器104采集各悬架与轮顶处车身402间作用力，即悬架力；加速度传感器105采集轮顶处车身402的垂向加速度车速传感器106采集车速s；视觉传感器107采集胎压速降应急防护中央处理器202要处理的最原始图像；毫米波雷达传感器108测量后车的位置、速度和方位角；这些信息都通过输入接口201输入胎压速降应急防护中央处理器202进行处理。
[0152]
步骤b2：胎压速降应急防护中央处理器202判断胎压下降速率d是否为 0，是则进行步骤b3，否则进行步骤b5。
[0153]
步骤b3：胎压速降应急防护中央处理器202判断胎温t是否满足t＞t1、胎压p是否满足p＞p2或p＜p1，是则进行步骤b12，否则进行步骤b4，其中，t1为正常行驶时轮胎内气体温度上限值，p1、p2分别为正常行驶时轮胎内气体压强下限值和上限值。
[0154]
步骤b4：车辆v正常行驶。
[0155]
步骤b5：胎压速降应急防护中央处理器202判断胎压下降速率d是否满足0<d<d1，是则进行步骤b12，否则进行步骤b6，其中，d1为预设胎压下降速率安全值，0<d<d1表示轮胎在缓慢漏气。
[0156]
步骤b6：胎压速降应急防护中央处理器202判断胎压p是否满足p<p1，是则进行步骤b7，否则进行步骤b12。
[0157]
步骤b7：胎压速降应急防护中央处理器202判断车速s是否满足s<s1，是则进行步骤b12，否则进行步骤b8，其中，s1为预设安全车速。
[0158]
步骤b8：胎压速降应急防护中央处理器202判断车速s是否满足s1≤ s<s2，是则进行步骤b9，否则进行步骤b10；其中，s2、s3为比s1高的、与路况相关的安全车速，s3>s2。
[0159]
步骤b9：胎压速降应急防护中央处理器202根据轮顶处车身402的垂向加速度和车速s，辨识车辆v的行驶路况，并给出其路面等级n，判断路面等级n是否满足n<m，是则执行步骤b12，否则执行步骤b13，其中，m为某较差路面等级代号。
[0160]
步骤b10：胎压速降应急防护中央处理器202判断车速s是否满足s2≤ s<s3，是则进行步骤b11，否则进行步骤b13。
[0161]
步骤b11：胎压速降应急防护中央处理器202根据轮顶处车身402的垂向加速度和车速s，辨识车辆v的行驶路况，并给出其路面等级n，判断路面等级n是否满足n＞l，是则执行步骤b13，否则执行步骤b12，其中，l为某较好路面等级代号，l<m，即l级路比m级路好。
[0162]
步骤b12：开启语音报警器484和指示灯报警器485，并提示驾驶员减速并靠边停车。
[0163]
步骤b13：胎压速降应急防护中央处理器202判断车辆v是否有被追尾风险，是则进行步骤b15，否则进行步骤b14；胎压速降应急防护中央处理器 202判断车辆v有无被追尾风
险的过程为：先对视觉传感器107和毫米波雷达传感器108采集的信息进行融合、处理，判断车辆v后方是否有车及其位置，若有车，则再计算得到车辆v与后车的相对距离a和相对速度δs，若相对距离a<a1，且相对速度δs>0，则判断车辆v有被追尾风险，否则，判断车辆v无被追尾风险，其中，a1为预设安全距离。
[0164]
步骤b14：胎压速降应急防护中央处理器202判断车辆v是否符合发动机制动条件，是则进行步骤b16，否则进行步骤b15；判断车辆v是否符合发动机制动条件要根据发生胎压速降的轮胎的位置，若胎压速降发生在驱动轮，则不符合发动机制动条件，否则，则符合发动机制动条件。
[0165]
步骤b15：进行如下三个步骤：
[0166]
(a)胎压速降应急防护中央处理器202确定限制发动机系统481的节气门开度范围、转向系统482的方向盘转角范围和差动制动系统483的制动压力范围的方式，并确定使车辆v恢复理想运动状态所需引爆各悬架处胎压速降应急防护装置4的气囊组件44中点火器441的个数及其具体位置，通过输出接口203将相应的控制指令分别发送给控制模块iii的发动机系统控制器 302、转向系统控制器303、差动制动系统控制器304和胎压速降应急防护装置控制器301，同时，将危险信号发送给执行模块iv的语音报警器484和指示灯报警器485；
[0167]
(b)按照胎压速降应急防护中央处理器202确定的方式，控制模块iii 的发动机系统控制器302、转向系统控制器303和差动制动系统控制器304分别限制发动机系统481的节气门开度范围、转向系统482的方向盘转角范围和差动制动系统483的制动压力范围，以避免驾驶员由于慌乱而进行急加速、急转向和急刹车等误操作，但依然赋予驾驶员一定的自主权，特别的，限制转向系统482的方向盘转角范围，还能避免车辆v由于胎压速降轮胎的滚动阻力系数剧增、滚动半径减小等原因，朝着发生胎压速降的一侧偏航行驶；胎压速降应急防护装置控制器301按照胎压速降应急防护中央处理器202下发的控制指令，引爆各悬架处的胎压速降应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442的相应气室内的引燃剂448和产气剂447，在毫秒级时间内产生适量的气体，冲入各防护气囊443，使之膨胀弹出，并在平行四边形机构 40的作用下，垂直于各悬架附近的轮顶处车身402，嵌入固定在此车身上的防撞块46凹坑461内，起到类似主动悬架的作用，调节车身姿态和各车轮501 定位参数等，重新分配作用在各车轮501上的垂直载荷，进而调节各轮胎与地面间作用力，减小甚至防止因胎压速降产生的附加横摆力矩引起的车辆v 偏航趋势，以及发生胎压速降的车轮501的轮胎脱离轮辋等现象的发生；语音报警器484和指示灯报警器485开始报警；
[0168]
(c)胎压速降应急防护中央处理器202取消对差动制动系统483的制动压力范围的限制，并通过输出接口203将控制指令发送给差动制动系统控制器304，使之取消对差动制动系统483的制动压力范围的限制；
[0169]
之后，系统自动进入步骤b17。
[0170]
步骤b16：进行如下三个步骤：
[0171]
(a)胎压速降应急防护中央处理器202确定对车辆v进行发动机制动的方式，确定限制发动机系统481的节气门开度范围、转向系统482的方向盘转角范围和差动制动系统483的制动压力范围的方式，并确定使车辆v恢复理想运动状态所需引爆各悬架处胎压速降应急防护装置4的气囊组件44中点火器441的个数及其具体位置，通过输出接口203将相应
的控制指令分别发送给控制模块iii的发动机系统控制器302、转向系统控制器303、差动制动系统控制器304和胎压速降应急防护装置控制器301，同时，将危险信号发送给执行模块iv的语音报警器484和指示灯报警器485；
[0172]
以上所有操作都在同一瞬间开始进行；
[0173]
(b)按照胎压速降应急防护中央处理器202确定的方式，发动机系统控制器302对车辆v进行发动机制动，并限制发动机系统481的节气门开度范围，使车辆v快速、平稳减速，以防止驾驶员由于慌乱而进行急加速的误操作，但依然赋予驾驶员一定的自主权；转向系统控制器303和差动制动系统控制器304分别限制转向系统482的方向盘转角范围和差动制动系统483的制动压力范围，以避免驾驶员由于慌乱而进行急转向和急刹车等误操作，但依然赋予驾驶员一定的自主权，特别的，限制转向系统482的方向盘转角范围还能避免车辆v由于胎压速降轮胎的滚动阻力系数剧增、滚动半径减小等原因，朝着发生胎压速降的一侧偏航行驶；胎压速降应急防护装置控制器301 按照胎压速降应急防护中央处理器202下发的控制指令，引爆各悬架处的胎压速降应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442的相应气室内的引燃剂448和产气剂447，在毫秒级时间内产生适量的气体，冲入各防护气囊 443，使之膨胀弹出，并在平行四边形机构40的作用下，垂直于各悬架附近的轮顶处车身402，嵌入固定在此车身上的防撞块46凹坑461内，起到类似主动悬架的作用，调节车身姿态和各车轮501定位参数等，重新分配作用在各车轮501上的垂直载荷，进而调节各轮胎与地面间作用力，减小甚至防止因胎压速降产生的附加横摆力矩引起的车辆v偏航趋势，以及发生胎压速降的车轮501的轮胎脱离轮辋等现象的发生；语音报警器484和指示灯报警器 485开始报警；
[0174]
以上所有操作都在同一瞬间开始进行；
[0175]
(c)胎压速降应急防护中央处理器202取消对差动制动系统483的制动压力范围的限制，并通过输出接口203将控制指令发送给差动制动系统控制器304，使之取消对差动制动系统483的制动压力范围的限制；
[0176]
之后，系统自动进入步骤b17。
[0177]
步骤b17：胎压速降应急防护中央处理器202判断车辆v是否达到偏差允许范围内的理想运动状态，是则进行步骤b19，否则进行步骤b18。
[0178]
步骤b18：胎压速降应急防护中央处理器202确定车辆v恢复理想运动状态所需附加的横摆力矩，以及如何通过差动制动产生这样的附加横摆力矩，并将控制指令发送给差动制动系统控制器304，使之对车辆v进行差动制动。
[0179]
步骤b17和步骤b18循环进行，直至车辆v达到偏差允许范围内的理想运动状态，并进行步骤b19。
[0180]
步骤b19：胎压速降应急防护中央处理器202取消对车辆v发动机系统 481的节气门开度范围和转向系统482的方向盘转角范围的限制，并通过输出接口203将控制指令发送给控制模块iii的发动机系统控制器302和转向系统控制器303，使它们取消对发动机系统481的节气门开度范围和转向系统482 的方向盘转角范围的限制，将驾驶权完全交给司机，并提示驾驶员减速并靠边停车。
[0181]
下面简单举例说明s1、s2、s3的选取。
[0182]
若已知轮顶处车身402的垂向振动加速度和车辆v的行驶路面不平度系数g
q
(n
0
)
时，由式(1)也可以得到车辆v的行驶速度s，即：
[0183][0184]
《汽车理论》(余志生主编)之汽车平顺性的评价方法中，加权加速度均方根值与人的主观感觉之间的关系如表1所示：
[0185]
表1加权加速度均方根值与人的主观感觉之间的关系
[0186][0187][0188]
《汽车理论》(余志生主编)中路面不平程度8级分类标准如表2所示：
[0189]
表2路面不平度8级分类标准
[0190][0191]
综合上述信息，可根据算法大约估算流程图中的s1、s2和s3。例如，某车辆v质量比r
m
＝10，刚度比r
k
＝9，簧上质量固有频率f
0
＝1.05hz，车辆v悬架系统当前阻尼比ξ＝0.25，若选取s1的标准为人没有不舒适，即约为则当g
q
(n
0
)＝262144e-6时，s1取最小值s1
min
；当g
q
(n
0
)＝16e-6时，s1取最大值s1
max
，代入数据计算可知：s1
min
＝0.004km/h≈0km/h， s1
max
＝58.8km/h，即0km/h≤s1≤58.8km/h。
[0192]
以上仅为计算示例，不具实际应用价值，具体取值请按照实际需求，经仿真和试验确定。本发明根据经验暂且粗略规定0≤s1≤20km/h，20＜s2≤50km/h， 50＜s3≤80km/h。
[0193]
上述实施例是以一种悬架为双横臂式悬架的车辆v发生胎压速降的情况为例进行说明的，但在实际中，还可为其它形式的悬架，如麦弗逊式悬架或多连杆式悬架；悬架上摆臂401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，甚至可为类似于文中连架杆404的增设部件，只要经过合理布置能构成一个平行四边形机构40即可。
[0194]
上述实施例中采用的是三气室烟火式气体发生器，它有三个气室，分别为第一气室444、第二气室445和第三气室446，各气室内部中央位置都安装有一个点火器441，各点火器441的点火时刻和点火方式相互独立。每个点火器441周围都有引燃剂448和产气剂447，各气室内产气剂447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不同量的气体，导致悬架高度的不同，实现对车身姿态和车轮501定位参数的不同调节，重新分配作用在各车轮501上的垂直载荷，进而调节各轮胎与地面间作用力，减小甚至防止因胎压速降产生的附加横摆力矩引起的车辆v偏航趋势，以及发生胎压速降的车轮501的轮胎脱离轮辋等现象的发生。但在实际中还可设计含有更多个气室的气体发生器442，以更加细致地
应对车辆v突发胎压速降的情况。
[0195]
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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