一种防止汽车侧滑的紧急制动控制系统的制作方法

本发明涉及汽车制动技术领域，具体涉及一种防止汽车侧滑的紧急制动控制系统。

背景技术：

近年来，随着国内汽车保有量逐年增多，使得道路交通安全形式越来越严峻。根据研究表明，在众多的交通事故中，追尾碰撞事件占事故总比例的70％以上，尤其是在高速公路上引发的追尾事故更多，造成人员及财产的损失也更加严重。而追尾事故多因前车在紧急制动时，致使高速行驶的后车无法在较短距离内将车停下来所造成的。

目前，现有的汽车均安装有ABS系统，其目的是为了防止车辆在紧急制动状况下发生车轮抱死，以保证车轮与地面的附着力始终在最大值。但是，ABS系统并非是万能的，其在特殊的环境下可能会失灵；例如：在冰雪路面上进行紧急制动时，由于路面与轮胎之间的摩擦系数较低，导致防抱死制动系统无法有效缩短制动距离，或者在某些紧急状态下，如果车辆按照正常的刹车程序执行制动操作时，很有可能会超过安全距离，从而碰撞到前方的障碍物或车辆。

为了进一步提高汽车制动的有效性，部分企业还研发了各种辅助制动设备，其基本原理大致相同，都是利用在汽车底盘上设置的摩擦部件与地面相接触，以增大汽车与地面的摩擦力，从而缩短刹车距离。但是，由于这些辅助制动设备均不具备智能控制功能，其在执行制动过程中并未考虑制动力的大小对汽车行驶状态的影响，导致车辆因制动力过大而发生翻车，或因制动力过小而无法在安全距离内将车刹住，从而仍会导致交通事故的发生，给行车带来了新的安全隐患。

另外，车辆在紧急情况下，使用传统的机械制动装置(手刹及脚刹)实现制动时，由于其只对后面两轮施加较大制动力，即便安装有ABS防抱死系统，也会出现后轮抱死从而产生车辆甩尾现象，具有较大的安全隐患；其关键因素在于ABS系统自身存在的缺点，这种缺点在于其属于被动性质的制动系统，不能够主动提前识别车辆存在的潜在安全危险，往往当驾驶员意识到危险的存在时，很难避免事故的发生。

综上所述，如何提供一种保证车辆安全的制动控制方式，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题

技术实现要素：

本发明的目的在于，为克服现有的辅助制动系统因不具备智能控制功能，对行车存在着上述安全隐患，提供一种防止汽车侧滑的紧急制动控制系统，利用该系统能够在紧急制动状态下，通过对行车状态的智能分析，生成满足当前行车安全性要求的制动策略。

为实现上述目的，本发明提供的一种防止汽车侧滑的紧急制动控制系统，该系统具体包括：信号采集模块、信号处理模块、中央控制器、制动机构驱动模块、至少两组真空制动机构、ESP系统和能量回收机构；

所述的信号采集模块用于采集汽车的行车状态信号和刹车力度信号；

所述的信号处理模块用于将行车状态信号和刹车力度信号进行处理，生成供ESP系统和中央控制器识别的信号；

所述的中央控制器根据刹车力度信号判定汽车是否处于紧急制动状态，在判定为紧急制动状态下，通过分析行车状态信号生成真空制动机构制动策略，并触发制动机构驱动模块按所述的真空制动机构制动策略驱动各组真空制动机构运行；该中央控制器还用于在紧急制动状态下触发能量回收机构与汽车驱动轴连接；

所述的真空制动机构设置于汽车底盘上，该真空制动机构受制动机构驱动模块驱动，使其与路面接触，并在接触部位形成真空环境；

所述的ESP系统根据行车状态信号和刹车力度信号判定汽车是否处于侧滑状态，在判定为侧滑状态下，通过信号分析生成车轮制动策略，并触发制动机构驱动模块按所述的车轮制动策略对相应的车轮实施制动；

所述的能量回收机构的动力输入端与汽车驱动轴相对，其能量输出端与车载电源连接，用于将汽车驱动轴输出的机械能转换成电能，并传递至车载电源。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的信号采集模块包括：测距传感器、测速传感器、制动力传感器、压力传感器、角加速度传感器和角度传感器，分别用于测量车前障碍物距离、车速、刹车片制动力、车胎压力、制动踏板旋转的角加速度和角度；所述的测距传感器和测速传感器设置于车头部位，所述的制动力传感器设置于各车轮的刹车片上，所述的压力传感器设置于各轮胎上，所述的角加速度传感器和角度传感器设置于制动踏板上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的信号处理模块包括：A/D转换器、信号放大器和滤波器，用于将信号采集模块输出的信号依次进行模数转换、放大和滤波处理。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的中央控制器包括：第一比较模块、制动距离运算模块、第二比较模块和策略生成模块；

所述的第一比较模块接收制动踏板旋转的角加速度测量值和角度测量值，并分别与设定的角加速度阈值和角度阈值进行比较，当角加速度测量值和角度测量值均超过阈值时，判定汽车处于紧急制动状态，并向制动距离运算模块和能量回收机构发送紧急制动状态消息；

所述的制动距离运算模块通过紧急制动状态消息触发其接收刹车片制动力测量值和车速测量值，通过计算获得制动距离值，并将制动距离值发送至第二比较模块；

所述的第二比较模块将接收的制动距离值与车前障碍物距离测量值进行比较，将两者之间的距离差值发送至策略生成模块；

所述的策略生成模块将距离差值与设置的各真空制动机构制动策略所对应的距离范围进行比较，选择该距离差值所在距离范围的真空制动机构制动策略发送至制动机构驱动模块，并控制时钟模块按设定的时间激发信号采集模块，该策略生成模块还接收车胎压力测量值，当车胎压力测量值低于设定的胎压阈值时，通过制动机构驱动模块控制各组真空制动机构停止运行。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括参数调试模块，所述的参数调试模块内设置有参数调试模型，该参数调试模型接收信号处理模块输出的信号及策略生成模块输出的真空制动机构制动策略，并通过模型运算获得用于调节真空制动机构制动策略对应的距离范围的调节值。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的系统包括四组真空制动机构，每组真空制动机构均包括两个相对设置的真空制动单元，各组真空制动机构平行排列于汽车尾部。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的真空制动单元包括：液压缸、伸缩杆、吸盘、真空泵和送风机；所述的液压缸固定于汽车底盘上，该液压缸的信号输入端与制动机构驱动模块连接，并受制动机构驱动模块控制，所述的伸缩杆设置于液压缸与吸盘之间，该伸缩杆受液压缸驱动使其向路面方向延伸，使得吸盘下落至路面上，并在吸盘内壁与路面之间形成密闭空间，所述的真空泵和送风机的信号输入端均与制动机构驱动模块连接，并受制动机构驱动模块控制，该真空泵和送风机分两路与吸盘连通，分别用于抽取密闭空间内的空气和向密闭空间排气。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的能量回收机构包括：继电器、气压杠、发电机和球笼；所述继电器的信号输入端与中央控制器连接，该继电器还与气压缸电性连接，用于通过中央控制器发送的汽车状态信号触发其执行闭合与断开动作，进而驱动气压杠执行伸缩运动，所述气压缸的末端固定有发电机，所述发电机的转轴上设置有齿轮，该发电机的电能输出端与车载电源电性连接，所述的球笼套设于汽车驱动轴上，该球笼上设有齿圈，在气压缸处于伸长状态时，所述的齿圈与齿轮相互啮合。

本发明的一种防止汽车侧滑的紧急制动控制系统优点在于：

本发明的系统能够实时监测行驶车辆的运动状态，当判断车辆处于紧急状态时，根据采集获得的行车状态信号进一步判断是否需要开启本系统中的真空制动机构，并在需要开启真空制动机构的情况下，通过信号分析生成与汽车当前运动状态相匹配的真空制动机构制动策略，该系统能够与汽车的主制动系统相互配合，通过上述智能化控制机制执行辅助制动操作，显著地减小了制动距离，能够有效地提高行车制动的稳定性和安全性；同时，本发明还将ESP系统融合到辅助制动系统中，能够使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性，在转向过度或刹车过度的情形下降低车辆发生侧滑的风险；本系统还通过设置的能量回收机构回收车辆在制动或惯性滑行中释放出的多余能量，并通过发电机将其转化为电能，并储存在蓄电池中，用于为车辆供电，从而提高了能量的回收利用效率，也进一步降低对发动机的依赖、燃耗及二氧化碳的排放。

附图说明

图1为本发明提供的一种防止汽车侧滑的紧急制动控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中的信号处理模块的结构示意图；

图3为本发明实施例中的中央控制器的结构示意图；

图4为本发明实施例中的多组真空制动机构安放位置示意图；

图5为本发明实施例中的真空制动单元的结构示意图。

图6为本发明实施例中的能量回收机构的结构示意图。

附图标记

1、第一组真空制动机构 2、第二组真空制动机构

3、第三组真空制动机构 4、第四组真空制动机构

5、汽车后轮 6、制动机构驱动模块

7、液压缸 8、伸缩杆

9、真空泵 10、送风机

11、吸盘 12、继电器

13、气压杠 14、发电机

15、球笼 16、齿轮

17、齿圈 18、汽车驱动轴

19、转轴

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所述的一种防止汽车侧滑的紧急制动控制系统进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种防止汽车侧滑的辅助制动系统，该系统具体包括：信号采集模块、信号处理模块、中央控制器、制动机构驱动模块、至少两组真空制动机构、ESP系统和能量回收机构。

所述的信号采集模块用于采集汽车的行车状态信号和刹车力度信号；

所述的信号处理模块用于将行车状态信号和刹车力度信号进行处理，生成供ESP系统和中央控制器识别的信号；

所述的中央控制器根据刹车力度信号判定汽车是否处于紧急制动状态，在判定为紧急制动状态下，通过分析行车状态信号生成真空制动机构制动策略，并触发制动机构驱动模块按所述的真空制动机构制动策略驱动各组真空制动机构运行；该中央控制器还用于在紧急制动状态下触发能量回收机构与汽车驱动轴连接；

所述的真空制动机构设置于汽车底盘上，该真空制动机构受制动机构驱动模块驱动，使其与路面接触，并在接触部位形成真空环境；

所述的ESP系统根据行车状态信号和刹车力度信号判定汽车是否处于侧滑状态，在判定为侧滑状态下，通过信号分析生成车轮制动策略，并触发制动机构驱动模块按所述的车轮制动策略对相应的车轮实施制动；

所述的能量回收机构的动力输入端与汽车驱动轴相对，其能量输出端与车载电源连接，用于将汽车驱动轴输出的机械能转换成电能，并传递至车载电源。

利用上述系统首先检测车辆在行驶过程中是否处于紧急制动状态，当判断车辆处于紧急状态时，根据采集获得的行车状态信号进一步判断是否需要开启本系统中的真空制动机构，并在需要开启真空制动机构的情况下，通过信号分析生成与汽车当前运动状态相匹配的真空制动机构制动策略，以上述智能化控制机制执行辅助制动操作，能够提高行车制动的稳定性和安全性。

另外，本发明还将ESP系统融合到辅助制动系统中，ESP系统可以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性，在转向过度或刹车过度的情形下效果更加明显。当制动系统出现紧急状况时，ESP系统采集信号处理模块输出的行车状态信号和刹车力度信号，将这些信号与其存储器内预先设定的数据进行比对，当信号超出存储器预存的数值时，即判定车身临近失控或者已经失控状态，此时命令制动机构驱动模块按生成的车轮制动策略工作，以保证车身行驶状态能够尽量满足驾驶员的意图。所述的车轮制动策略是指：采用不同的制动方法来执行四轮液压制动，实现快速、紧急、稳定减速或停车，保证人身及财产安全。

由于汽车在紧急制动过程中会将大量动能转化为热能，而这些热能无法回收利用，从而导致能源的浪费；为此，本系统还设置有能量回收机构。通过能量回收机构回收车辆在制动或惯性滑行中释放出的多余能量，并通过发电机将其转化为电能，并储存在蓄电池中，用于为车辆供电，从而提高了能量的回收利用效率，也进一步降低对发动机的依赖、燃耗及二氧化碳的排放。

基于上述结构的紧急制动控制系统，所述的刹车力度信号可包括制动踏板旋转的角加速度和角度信息，所述的行车状态信号可包括车前障碍物距离、车速、刹车片制动力和车胎压力信息。为了完成上述信息的采集，如图1所示，本实施例中的信号采集模块包括：测距传感器、测速传感器、制动力传感器、压力传感器、角加速度传感器和角度传感器，分别用于测量车前障碍物距离、车速、刹车片制动力、车胎压力、制动踏板旋转的角加速度和角度；所述的测距传感器和测速传感器设置于车头部位，所述的制动力传感器设置于各车轮的刹车片上，所述的压力传感器设置于各轮胎上，所述的角加速度传感器和角度传感器设置于制动踏板上。

如图2所示，所述的信号处理模块可通过设置的A/D转换器，将其接收的模拟信号转换为供中央控制器识别的数字信号；同时，为了降低信号的噪声干扰，提高信号的探测精度，所述的信号处理模块还可包括信号放大器和滤波器，用于将信号采集模块输出的信号进行放大和滤波处理。

为了实现上述真空制动机构制动策略的生成功能，如图3所示，所述的中央控制器可包括：第一比较模块、制动距离运算模块、第二比较模块和策略生成模块。

所述的第一比较模块接收制动踏板旋转的角加速度测量值和角度测量值，并分别与设定的角加速度阈值和角度阈值进行比较，当角加速度测量值和角度测量值均超过阈值时，判定汽车处于紧急制动状态，并向制动距离运算模块和能量回收机构发送紧急制动状态消息。

所述的制动距离运算模块通过紧急制动状态消息触发其接收刹车片制动力测量值和车速测量值，通过计算获得制动距离值，并将制动距离值发送至第二比较模块。

所述的第二比较模块将接收的制动距离值与车前障碍物距离测量值进行比较，将两者之间的距离差值发送至策略生成模块。

所述的策略生成模块将距离差值与设置的各真空制动机构制动策略所对应的距离范围进行比较，选择该距离差值所在距离范围的真空制动机构制动策略发送至制动机构驱动模块，并控制时钟模块按设定的时间激发信号采集模块，使得信号采集模块能够实时检测汽车的行驶状态数据。所述的真空制动机构制动策略可包括真空制动机构开启组数、各组真空制动机构开启时刻及启动时长、抽真空度的设定。

上述策略生成模块还接收车胎压力测量值，用于将该车胎压力测量值与设定的胎压阈值进行实时比较；当车胎压力测量值低于设定的胎压阈值时，证明汽车的部分轮胎抓地力不足，如果仍按照之前设定的真空制动机构制动策略继续进行辅助制动，很可能会存在翻车或侧滑风险；为了避免这种事故的发生，可通过制动机构驱动模块控制各组真空制动机构停止运行，使得抓地力不足的轮胎与地面平稳接触。

随着汽车使用年限及行驶里程的增加，汽车主制动系统的制动零部件会不断地磨损与老化，从而导致制动能力的大幅度降低。如果始终采用固定不变的真空制动机构制动策略以控制真空制动机构运行，必然会降低本系统的制动效果，甚至会导致制动的失灵。为此，在本发明的系统中还设置有参数调试模块(如图3所示)，所述的参数调试模块内设置有参数调试模型，该参数调试模型接收信号处理模块输出的信号及策略生成模块输出的真空制动机构制动策略，并通过模型运算获得用于调节制动策略对应的距离范围的调节值。

上述参数调试模块以每次执行的辅助制动策略以及策略执行后所反馈的行车状态信息，通过模型运算获得调试数值，对策略生成模块内已设定的各个真空制动机构制动策略对应的距离范围不断地调试，使得当前执行的真空制动机构制动策略始终与汽车的当前性能相匹配，从而提高了系统的辨识能力。

如图4所示，本实施例中的系统可包括第一组真空制动机构1、第二组真空制动机构2、第三组真空制动机构3和第四组真空制动机构4；每组真空制动机构均包括两个相对设置的真空制动单元，各组真空制动机构平行排列于汽车尾部。

为实现上述真空制动机构的制动功能，如图5所示，本实施例中的真空制动单元可包括：液压缸7、伸缩杆8、吸盘11、真空泵9和送风机；所述的液压缸7固定于汽车底盘上，该液压缸7的信号输入端与制动机构驱动模块6连接，并受制动机构驱动模块6控制，所述的伸缩杆8设置于液压缸7与吸盘11之间，该伸缩杆8受液压缸7驱动使其向路面方向延伸，使得吸盘11下落至路面上，并在吸盘11内壁与路面之间形成密闭空间，所述的真空泵9和送风机10的信号输入端均与制动机构驱动模块6连接，并受制动机构驱动模块6控制，该真空泵9和送风机10分两路与吸盘11连通，分别用于抽取密闭空间内的空气和向密闭空间排气，以增大或减小吸盘11与路面之间接触面的压力。

为实现上述能量回收机构的能量回收功能，如图6所示，本实施例中的能量回收机构包括：继电器12、气压杠13、发电机14和球笼15；所述继电器12的信号输入端与中央控制器连接，该继电器12还与气压缸电性连接，用于通过中央控制器发送的汽车状态信号触发其执行闭合与断开动作，进而驱动气压杠13执行伸缩运动，所述气压缸的末端固定有发电机14，所述发电机14的转轴19上设置有齿轮16，该发电机14的电能输出端与车载电源电性连接，所述的球笼15套设于汽车驱动轴18上，该球笼15上设有齿圈17，在气压缸处于伸长状态时，所述的齿圈17与齿轮16相互啮合。

本系统的能量回收机构利用发动机减速制动信号激活发电机起动开关，进而通过发电机与汽车驱动轴球笼啮合使发电机转动以实现发电，并且该机构可直接在现有的混合动力汽车上改装完成，应用前景广阔。

利用上述结构的紧急制动控制系统实施辅助制动操作的具体过程为：

首先，当车辆遇紧急情况需要立即制动时，驾驶员会立刻踩下刹车制动踏板，此时刹车制动踏板的角加速度和角度会发生瞬时变化，利用角加速度传感器可以检测到当前角加速度α的变化量Δα，相应的，刹车制动踏板的角度变化量Δθ也可以通过角度传感器检测出来；同时，利用车载的非接触式测距仪测量汽车与前方障碍物的即时距离L，利用测速传感器检测此时车辆的即时速度V，利用压力传感器检测刹车片制动力F，最后将检测所得信号经过信号处理模块进行模数转化后传送到中央控制器。

然后，经信号转化的角加速度变化量Δα、角度变化量Δθ、距离L、速度V和刹车片制动力F被存入中央控制器。在判定汽车处于紧急制动状态时，进一步将计算获得的制动距离值与车前障碍物距离测量值进行比较，之后将两者之间的距离差值与各真空制动机构制动策略所对应的距离范围进行比较；当所述的距离差值为负数时，即通过汽车自身的制动系统就能够在安全距离内将车刹住，此时不需要启动本发明的辅助制动系统，而当所述的距离差值为正数，且在设定的某一距离范围内时，即仅仅通过汽车自身的制动系统无法在安全距离内将车刹住，会导致追尾事故，此时选择该距离差值所在距离范围的真空制动机构制动策略作为执行策略。

在确定需要开启真空制动机构的情况下，为了保证制动的稳定性，在真空制动机构制动策略中设定最先启动的是靠近汽车后轮5的第一组真空制动机构1(如图4所示)，并根据当前执行的真空制动机构制动策略按设定的程序进一步开启第二组真空制动机构2、第三组真空制动机构3或第四组真空制动机构4。

众所周知，车辆在静止状态或正常行驶状态下，其前后车胎的支撑力基本保持一致，而一旦车辆有向前翻转的趋势，汽车前胎的压力会逐渐大于汽车后胎的压力。为此，中央控制器可将接收到的车胎压力测量值与设定的胎压阈值进行实时比较，在判定汽车可能会存在翻车或侧滑事故时，通过制动机构驱动模块控制各组真空制动机构停止运行，使得抓地力不足的轮胎与地面平稳接触，以便将汽车重新恢复到平稳状态；同时与能量回收机构共同作用，进一步减小刹车距离。

另外，在执行上述辅助制动操作过程中，本发明的系统还可通过参数调试模块将系统执行的真空制动机构制动策略及其反馈的行车状态信息代入已训练好的模型中，通过模型运算获得用于调试真空制动机构制动策略参数的调试值，对策略生成模块内已设定的各个真空制动机构制动策略对应的距离范围不断地调试，使得当前执行的真空制动机构制动策略始终与汽车的当前性能相匹配，从而提高了系统的辨识能力。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。