一种机动车辆安全避险系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种安全避险系统及其控制方法，具体是一种适用于道路运输的针对机动车辆的安全避险系统及其控制方法，属于交通安全技术领域。

背景技术：

道路运输安全的核心目标是不发生事故，存在危险源是事故发生的根源，防止道路交通事故就是消除、控制道路系统中的危险源。

道路系统中的危险源通常包括驾驶人员等人为控制的人员因素危险源、车辆结构和车载货物等的车辆因素危险源、道路通行条件等道路因素危险源、天气和自然灾害等的行车环境因素危险源、交通安全设施等道路运输安全管理因素危险源，其中道路运输安全管理因素危险源中的交通安全设施对于保障行车安全、减轻潜在事故程度起着重要作用。交通安全设施通常包括交通标志、路面标线、安全护栏、隔离栅、照明设备、视线诱导标、防炫设施等，交通安全设施一方面能够有效地对驾驶员和其他出行者进行引导和约束、降低事故的发生率，另一方面能够在车辆出现操控异常后有效地对车辆进行缓冲和防护、尽可以地减少人员伤亡和财产损失。

道路上的安全护栏既要阻止车辆越出路外、防止车辆穿越中央分隔带闯入对向车道，同时还起到诱导驾驶员视线的作用。而隔离栅是高速公路的基础设施之一，它使高速公路全封闭得以实现，并阻止人畜进入高速公路，它可有效地排除横向干扰，避免由此产生的交通延误或交通事故。

针对山地的坡道道路，通常是在坡道道路旁设置应急避险车道和具有缓冲层的安全护栏或安全墙体以防止车辆下坡失控造成车辆事故，针对弯道较多的盘山公路或沿海沿江公路等特殊路段，通常是沿弯道位置设置具有缓冲层的安全护栏以防止车辆拐弯失控造成坠车事故，但具有缓冲层的安全护栏或安全墙体通常只是简单地尺寸厚度加大，且缓冲层的缓冲效果并不理想，通常车辆碰撞后依然能够造成较大的车体或人员伤害，特别是载重量较大的、具有较大惯性的大型货运车辆。

针对高速公路的匝道口、隧道口等位置，通常是简单地设置装满水的防撞桶以防止车辆失控超速碰撞造成事故，装满水的防撞桶可以实现一定的缓冲作用，但同前所述，通常车辆碰撞后依然能够造成较大的车体或人员伤害，而且针对北方寒冷地区，防撞桶内的水结冰后即无法实现缓冲。

且现有技术中的安全护栏、隔离栅或防撞桶通常不具有直接的灭火功能和报警功能，因此针对车流量较少的危险路段，当发生较剧烈的车辆碰撞时，人员受伤或昏迷的情况下若发生起火通常无法第一时间进行灭火和报警救护，往往造成事故扩大，甚至是车毁人亡。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种机动车辆安全避险系统及其控制方法，可以在监测到有车辆碰撞时能够有效实现缓冲、减少人员伤亡和财产损失，并且能够实现第一时间报警，特别适用于山地坡道道路、盘山公路或沿海沿江公路等危险路段。

为实现上述目的，本机动车辆安全避险系统包括车辆缓冲装置、定位支撑装置、监测反馈装置和电控装置；

所述的定位支撑装置包括前承载面和后承载面，前承载面面向道路方向设置；

所述的车辆缓冲装置包括前后方向设置的皮囊缓冲层和缓冲底层；缓冲底层采用弹性材质制作、固定安装在定位支撑装置的前承载面上；皮囊缓冲层包括由袋状弹性皮质压制缝合而成的皮囊和设置在皮囊内部的气体发生器，气体发生器内部设有固体燃料和点火机构；

所述的监测反馈装置包括压力传感器，压力传感器设置为多件、均布设置在车辆缓冲装置前方的道路上；

所述的电控装置包括锂电池组、中央处理器、定位模块、无线信号发射模块、电源回路、车速检测回路、模拟计算判断回路、皮囊控制回路、定位信息无线发射回路，中央处理器分别与锂电池组、压力传感器、皮囊缓冲层的气体发生器、定位模块和无线信号发射模块电连接，中央处理器通过无线信号发射模块与交通管理控制中心的中央控制计算机无线连接。

作为本发明的进一步改进方案，所述的定位支撑装置是伸缩支撑框架结构，定位支撑装置的前承载面和后承载面之间设有前后方向设置的伸缩导向滑移机构，伸缩支撑框架结构内部设有压缩方向与伸缩导向滑移机构的滑移方向一致的缓冲弹簧，缓冲弹簧定位顶靠在前承载面和后承载面之间。

作为本发明的进一步改进方案，所述的定位支撑装置的前承载面或后承载面上设有锁舌，后承载面或前承载面上设有与锁舌配合的、包括伸缩电磁控制阀的伸缩锁扣，伸缩锁扣与锁舌搭接配合连接使缓冲弹簧常态处于压缩状态，伸缩锁扣的伸缩电磁控制阀与中央处理器电连接，所述的电控装置还包括缓冲弹簧控制回路。

作为本发明的进一步改进方案，本机动车辆安全避险系统还包括灭火装置，灭火装置包括灭火泡沫发生器和灭火泡沫喷头；灭火泡沫发生器设置在定位支撑装置的后承载面后方，包括外罐和內罐，外罐是上下封口的密闭罐型结构，內罐是上端开口的罐型结构，內罐铰接架设在外罐内部、且內罐上设有与其固定连接的风动驱动机构，內罐和外罐中分别设有化学反应后可产生二氧化碳气体的化学溶液和发泡剂，外罐的罐体上设有压力气体输入软管和灭火泡沫输出软管，压力气体输入软管的一端与皮囊缓冲层的袋状皮囊连通连接、另一端贯穿外罐并正对风动驱动机构设置，灭火泡沫输出软管的一端与外罐连通连接、另一端穿入皮囊缓冲层的袋状皮囊内部并与设置在袋状皮囊上的灭火泡沫喷头连通连接，压力气体输入软管上还设有电磁截止阀；所述的监测反馈装置还包括温度传感器，温度传感器设置在皮囊缓冲层的袋状皮囊上或者车辆缓冲装置前方的道路上；所述的电控装置还包括灭火控制回路，中央处理器分别与温度传感器、压力气体输入软管上的电磁截止阀电连接。

作为本发明的进一步改进方案，所述的定位支撑装置设置在安全护栏或安全墙体上，所述的压力传感器均布设置在车辆缓冲装置前方的应急避险车道上，应急避险车道上设有鹅卵石层；本机动车辆安全避险系统还包括阻车装置，阻车装置包括多个与压力传感器前后方向间隔设置的阻车器，应急避险车道的鹅卵石层下方对应阻车器安装的位置设有阻车器安装坑槽，阻车器包括阻车弹簧、阻车部件，阻车弹簧上下方向伸缩设置、且阻车弹簧底端固定安装在阻车器安装坑槽底部，阻车器安装坑槽内还设有电磁锁扣机构，电磁锁扣机构与中央处理器电连接，阻车部件固定安装在阻车弹簧的顶端，阻车部件的顶端设有阻车钩，阻车部件上还设有与电磁锁扣机构配合的锁舌机构，电磁锁扣机构与锁舌机构搭接配合连接使阻车弹簧常态处于压缩状态；所述的电控装置还包括阻车器控制回路。

作为本发明的进一步改进方案，所述的监测反馈装置还包括距离传感器或模式识别传感器，距离传感器或模式识别传感器设置在定位支撑装置上的面向道路方向的位置，距离传感器或模式识别传感器与中央处理器电连接，所述的电控装置还包括距离判断回路。

一种机动车辆安全避险系统的控制方法，将对应压力传感器位置的车辆缓冲装置通过定位支撑装置固定安装在安全护栏或隔离栅上后连接电控装置，电控装置的车速检测回路始终工作，当失控车辆撞向车辆缓冲装置时，车辆前轮依次经过均布设置的压力传感器，压力传感器依次发送压电信号给中央处理器，模拟计算判断回路开始工作，中央处理器按照设定的输入程序数值并根据压力传感器依次发送压电信号的时间间隔和压力值大小模拟计算车重和车速大小、并根据车重和车速大小模拟计算惯性撞击力大小，当惯性撞击力小于设定值时，皮囊控制回路不工作，失控车辆撞击在车辆缓冲装置上后通过皮囊缓冲层的压制缝合的皮囊和缓冲底层进行缓冲吸收动能；当惯性撞击力大于设定值时，皮囊控制回路和定位信息无线发射回路同时开始工作，中央处理器发出信号控制皮囊缓冲层的气体发生器的点火机构动作，固体燃料迅速燃烧并在皮囊缓冲层内部释放大量气体，袋状皮囊体积迅速膨胀涨破缝合线形成气垫缓冲层，失控车辆首先撞击在气垫缓冲层上后实现一级缓冲，车辆继续移动撞击在缓冲底层上实现二级缓冲，中央处理器同时控制无线信号发射模块向交通管理控制中心的中央控制计算机发射位置定位信息。

作为本发明的进一步改进方案，机动车辆安全避险系统包括灭火装置时，在袋状皮囊体积迅速膨胀形成气垫缓冲层进行缓冲时，当温度传感器反馈的温度值超过设定数值时灭火控制回路开始工作，中央处理器控制压力气体输入软管上的电磁截止阀打开至设定时间后再关闭，压力气体输入软管上的电磁截止阀打开期间，袋状皮囊内的压力气体经压力气体输入软管进入灭火泡沫发生器的外罐、并冲击內罐的风动驱动机构使內罐旋转倾翻，內罐内的化学溶液倾泻入外罐并与外罐内的化学溶液发生化学反应产生大量的二氧化碳灭火泡沫，灭火泡沫经灭火泡沫输出软管和灭火泡沫喷头喷出。

作为本发明的进一步改进方案，机动车辆安全避险系统包括阻车装置时，当惯性撞击力大于设定值的上限值时，阻车器控制回路开始工作，失控车辆向后方移动撞向车辆缓冲装置之前，前轮依次碾压过某一压力传感器后，中央处理器控制该压力传感器前方的阻车器的电磁锁扣机构动作脱离锁舌机构，阻车弹簧迅速释放弹力将阻车部件推出撑起，失控车辆后桥轮轴碰触到阻车部件后钩挂在阻车钩上带动阻车部件压缩阻车弹簧、阻车弹簧吸收部分动能，直至失控车辆后桥轮轴继续后移脱离阻车部件的阻车钩，失控车辆的后桥轮轴依次通过撑起的阻车器实现逐级缓冲，同时中央处理器实时根据压力传感器的反馈模拟计算并判断是否启动皮囊控制回路和定位信息无线发射回路。

与现有技术相比，本机动车辆安全避险系统由于采用具有皮囊缓冲层和弹性材质制作的缓冲底层的车辆缓冲装置，且在失控车辆碰撞前通过皮囊缓冲层体积的迅速膨胀形成气垫缓冲层，进而实现有效对失控车辆进行缓冲、减少人员伤亡和财产损失；由于电控装置包括定位模块和无线信号发射模块，因此在皮囊缓冲层体积迅速膨胀形成气垫缓冲层时中央处理器同时可以通过无线信号发射模块向交通管理控制中心的中央控制计算机发送报警信息和位置定位信息，以便于及时抢救生命和更换被损坏的车辆缓冲装置；由于设有灭火装置，因此可以实现在车辆碰撞起火的情况下第一时间实施自动灭火；由于设有阻车装置，因此失控车辆的后桥轮轴依次通过撑起的阻车器后实现逐级缓冲，同时中央处理器可以实时根据压力传感器的反馈模拟计算并判断是否启动皮囊控制回路和定位信息无线发射回路，进而实现自动化控制；本机动车辆安全避险系统可实现无人值守的自动化控制，且制作简单、维护成本低、便于更换、无任何污染，特别适用于的如山地坡道道路、盘山公路或沿海沿江公路等危险路段。

附图说明

图1是本发明正常状态时的结构示意图；

图2是本发明皮囊缓冲层打开后的结构示意图；

图3是本发明灭火泡沫发生器的结构示意图；

图4是本发明设置阻车装置后的结构示意图；

图5是本发明阻车器正常状态时的结构示意图；

图6是本发明阻车器阻车状态时的结构示意图；

图7是本发明车辆缓冲装置、阻车装置共同作用阻车状态时的结构示意图。

图中：1、车辆缓冲装置，11、皮囊缓冲层，12、缓冲底层，2、定位支撑装置，21、缓冲弹簧，22、锁舌，23、伸缩锁扣，3、灭火装置，31、灭火泡沫发生器，32、灭火泡沫喷头，4、阻车装置，41、阻车弹簧，42、阻车部件，5、监测反馈装置，51、压力传感器，6、电控装置，61、中央处理器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明(以下以车辆缓冲装置1面向道路的方向为前方描述，即失控车辆向后方移动撞向车辆缓冲装置1)。

如图1、图2所示，本机动车辆安全避险系统包括车辆缓冲装置1、定位支撑装置2、监测反馈装置5和电控装置6。

所述的定位支撑装置2固定安装在安全护栏或隔离栅上，定位支撑装置2包括前承载面和后承载面，前承载面面向道路方向设置，

所述的车辆缓冲装置1包括前后方向设置的皮囊缓冲层11和缓冲底层12；缓冲底层12采用弹性材质制作、固定安装在定位支撑装置2的前承载面上；皮囊缓冲层11包括由袋状弹性皮质压制缝合而成的皮囊和设置在皮囊内部的气体发生器，气体发生器内部设有固体燃料和点火机构。

所述的监测反馈装置5包括压力传感器51，压力传感器51设置为多件、均布设置在车辆缓冲装置1前方的道路上。

所述的电控装置6包括锂电池组、中央处理器61、定位模块、无线信号发射模块、电源回路、车速检测回路、模拟计算判断回路、皮囊控制回路、定位信息无线发射回路，中央处理器61分别与锂电池组、压力传感器51、皮囊缓冲层11的气体发生器、定位模块和无线信号发射模块电连接，中央处理器61通过无线信号发射模块与交通管理控制中心的中央控制计算机无线连接。

本机动车辆安全避险系统的工作原理：将对应压力传感器51位置的车辆缓冲装置1通过定位支撑装置2固定安装在安全护栏或隔离栅上后连接电控装置6，电控装置6的车速检测回路始终工作，当失控车辆撞向车辆缓冲装置1时，车辆前轮依次经过均布设置的压力传感器51，压力传感器51依次发送压电信号给中央处理器61，模拟计算判断回路开始工作，中央处理器61按照设定的输入程序数值并根据压力传感器51依次发送压电信号的时间间隔和压力值大小模拟计算车重和车速大小、并根据车重和车速大小模拟计算惯性撞击力大小，当惯性撞击力小于设定值时，如图1所示，皮囊控制回路不工作，失控车辆撞击在车辆缓冲装置1上后通过皮囊缓冲层11的压制缝合的皮囊和缓冲底层12进行缓冲吸收动能；当惯性撞击力大于设定值时，如图2所示，皮囊控制回路和定位信息无线发射回路同时开始工作，中央处理器61发出信号控制皮囊缓冲层11的气体发生器的点火机构动作，固体燃料迅速燃烧并在皮囊缓冲层11内部释放大量气体，袋状皮囊体积迅速膨胀涨破缝合线形成气垫缓冲层，失控车辆首先撞击在气垫缓冲层上后实现一级缓冲，气垫缓冲层被压缩吸收部分动能后车辆继续移动撞击在缓冲底层12上实现二级缓冲，缓冲底层12被压缩吸收动能，中央处理器61同时控制无线信号发射模块向交通管理控制中心的中央控制计算机发送报警信息和位置定位信息，以便于及时抢救生命和更换损坏的车辆缓冲装置1。

为了实现更好的缓冲效果，作为本发明的进一步改进方案，如图1、图2所示，所述的定位支撑装置2是伸缩支撑框架结构，定位支撑装置2的前承载面和后承载面之间设有前后方向设置的伸缩导向滑移机构，伸缩支撑框架结构内部设有压缩方向与伸缩导向滑移机构的滑移方向一致的缓冲弹簧21，缓冲弹簧21定位顶靠在前承载面和后承载面之间。缓冲弹簧21的设置可以在惯性撞击力小于设定值、皮囊控制回路不工作时实现二级缓冲，在惯性撞击力大于设定值、皮囊控制回路工作时实现三级缓冲。

针对弯道较多的盘山公路、山体隧道涵洞或沿海沿江公路等危险路段，以及道路相对狭窄的路段，为了减小车辆缓冲装置1和定位支撑装置2整体在前后方向上的厚度尺寸、避免车辆缓冲装置1和定位支撑装置2占用过多的空间，作为本发明的进一步改进方案，如图1、图2所示，所述的定位支撑装置2的前承载面或后承载面上设有锁舌22，后承载面或前承载面上设有与锁舌22配合的、包括伸缩电磁控制阀的伸缩锁扣23，伸缩锁扣23与锁舌22搭接配合连接使缓冲弹簧21常态处于压缩状态，伸缩锁扣23的伸缩电磁控制阀与中央处理器61电连接，所述的电控装置6还包括缓冲弹簧控制回路。当惯性撞击力大于设定值时，缓冲弹簧控制回路同时开始工作，中央处理器61控制伸缩电磁控制阀缩入带动伸缩锁扣23与锁舌22脱离，缓冲弹簧21迅速释放弹力将定位支撑装置2的前承载面推出使缓冲弹簧21处于缓冲准备状态。

为了在车辆起火的情况下实现第一时间自动灭火，作为本发明的进一步改进方案，本机动车辆安全避险系统还包括灭火装置3，灭火装置3包括灭火泡沫发生器31和灭火泡沫喷头32；灭火泡沫发生器31设置在定位支撑装置2的后承载面后方，如图3所示，包括外罐和內罐，外罐是上下封口的密闭罐型结构，內罐是上端开口的罐型结构，內罐铰接架设在外罐内部、且內罐上设有与其固定连接的如风动叶轮、风动挡板等的风动驱动机构，內罐和外罐中分别设有化学反应后可产生二氧化碳气体的化学溶液和发泡剂，如图2所示，外罐的罐体上设有压力气体输入软管和灭火泡沫输出软管，压力气体输入软管的一端与皮囊缓冲层11的袋状皮囊连通连接、另一端贯穿外罐并正对风动驱动机构设置，灭火泡沫输出软管的一端与外罐连通连接、另一端穿入皮囊缓冲层11的袋状皮囊内部并与设置在袋状皮囊上的灭火泡沫喷头32连通连接，压力气体输入软管上还设有电磁截止阀；所述的监测反馈装置5还包括温度传感器，温度传感器设置在皮囊缓冲层11的袋状皮囊上或者车辆缓冲装置1前方的道路上；所述的电控装置6还包括灭火控制回路，中央处理器61分别与温度传感器、压力气体输入软管上的电磁截止阀电连接。在袋状皮囊体积迅速膨胀形成气垫缓冲层进行缓冲时，当温度传感器反馈的温度值超过设定数值时灭火控制回路开始工作，中央处理器61控制压力气体输入软管上的电磁截止阀打开至设定时间后再关闭以保证袋状皮囊的压力，压力气体输入软管上的电磁截止阀打开期间，袋状皮囊内的压力气体经压力气体输入软管进入灭火泡沫发生器31的外罐、并冲击內罐的风动驱动机构使內罐旋转倾翻，內罐内的化学溶液即倾泻入外罐并与外罐内的化学溶液发生化学反应产生大量的二氧化碳灭火泡沫，灭火泡沫经灭火泡沫输出软管和灭火泡沫喷头32喷出，进而实现灭火。

针对坡道应急避险车道，为了进一步实现对载重量较大的、具有较大惯性的大型货运车辆的有效缓冲，作为本发明的进一步改进方案，如图4、图7所示，所述的定位支撑装置2设置在安全护栏或安全墙体上，所述的压力传感器51均布设置在车辆缓冲装置1前方的应急避险车道上，应急避险车道上设有鹅卵石层；本机动车辆安全避险系统还包括阻车装置4，阻车装置4包括多个与压力传感器51前后方向间隔设置的阻车器，应急避险车道的鹅卵石层下方对应阻车器安装的位置设有阻车器安装坑槽，如图5、图6所示，阻车器包括阻车弹簧41、阻车部件42，阻车弹簧41上下方向伸缩设置、且阻车弹簧41底端固定安装在阻车器安装坑槽底部，阻车器安装坑槽内还设有电磁锁扣机构，电磁锁扣机构与中央处理器61电连接，阻车部件42固定安装在阻车弹簧41的顶端，阻车部件42的顶端设有阻车钩，阻车部件42上还设有与电磁锁扣机构配合的锁舌机构，电磁锁扣机构与锁舌机构搭接配合连接使阻车弹簧41常态处于压缩状态；所述的电控装置6还包括阻车器控制回路。当惯性撞击力大于设定值的上限值时，阻车器控制回路开始工作，失控车辆向后方移动撞向车辆缓冲装置1之前，前轮依次碾压过某一压力传感器51后，中央处理器61控制该压力传感器51前方的阻车器的电磁锁扣机构动作脱离锁舌机构，阻车弹簧41迅速释放弹力将阻车部件42推出撑起，失控车辆后桥轮轴碰触到阻车部件42后钩挂在阻车钩上带动阻车部件42压缩阻车弹簧41、阻车弹簧41吸收部分动能，直至失控车辆后桥轮轴继续后移脱离阻车部件42的阻车钩，失控车辆的后桥轮轴依次通过撑起的阻车器后实现逐级缓冲，同时中央处理器61实时根据压力传感器51的反馈模拟计算并判断是否启动皮囊控制回路和定位信息无线发射回路。

为了实现更准确地判断惯性撞击力的大小，作为本发明的进一步改进方案，所述的监测反馈装置5还包括距离传感器或模式识别传感器，距离传感器或模式识别传感器设置在定位支撑装置2上的面向道路方向的位置，距离传感器或模式识别传感器与中央处理器61电连接，所述的电控装置6还包括距离判断回路。当失控车辆的前轮至少依次碾压过道路上的两件压力传感器51后，即失控车辆撞向车辆缓冲装置1时，中央处理器61控制距离判断回路开始工作，中央处理器61按照设定的输入程序及设定数值将距离传感器或模式识别传感器的反馈距离数值与通过压力传感器51模拟计算的车重和车速大小进行结合，进而实现更准确地模拟计算惯性撞击力大小。

为了提供足够的电能、并实现无人值守自动充电，作为本发明的进一步改进方案，所述的电控装置6还包括太阳能集电板和充电保护回路，太阳能集电板与锂电池组电连接。

本机动车辆安全避险系统由于采用具有皮囊缓冲层11和弹性材质制作的缓冲底层12的车辆缓冲装置1，且在失控车辆碰撞前通过皮囊缓冲层11体积的迅速膨胀形成气垫缓冲层，进而实现有效对失控车辆进行缓冲、减少人员伤亡和财产损失；由于电控装置6包括定位模块和无线信号发射模块，因此在皮囊缓冲层11体积迅速膨胀形成气垫缓冲层时中央处理器61同时可以通过无线信号发射模块向交通管理控制中心的中央控制计算机发送报警信息和位置定位信息，以便于及时抢救生命和更换被损坏的车辆缓冲装置1；由于设有灭火装置3，因此可以实现在车辆碰撞起火的情况下第一时间实施自动灭火；由于设有阻车装置4，因此失控车辆的后桥轮轴依次通过撑起的阻车器后可实现逐级缓冲，同时中央处理器61可以实时根据压力传感器51的反馈模拟计算并判断是否启动皮囊控制回路和定位信息无线发射回路，进而实现自动化控制；本机动车辆安全避险系统可实现无人值守的自动化控制，且制作简单、维护成本低、便于更换、无任何污染，特别适用于的如山地坡道道路、盘山公路或沿海沿江公路等危险路段。