汽车高速行驶突遇障碍物时的安全制动装置及其方法

摘要

本发明涉及一种汽车高速行驶突遇障碍物时的安全制动装置，包括设置在各车轮上的盘式制动器，所述盘式制动器包括制动盘和制动钳，其特征在于：还包括电子控制单元(ECU)、车速传感器和方向盘转角传感器，所述车速传感器和方向盘转角传感器均与ECU电连接，还包括至少一对设置在车桥上的位于制动盘两侧的条形电磁铁，所述ECU通过多路选择开关分别与各车轮的条形电磁铁的线圈电连接。该制动装置能快速降低车速、有效补偿横摆力矩，避免甩尾、翻车。本发明还涉及一种能自动辅助传统的盘式制动方式快速降低车速、并有效补偿横摆力矩的安全制动方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车高速行驶突遇障碍物时的安全制动装置及其方法。

背景技术

当汽车高速行驶时，如果车辆前方突然出现障碍物时，驾驶员一般通过踩刹车来带动传 统的盘式制动器工作，从而将高速行驶的汽车的动能转换成热能，以达到使汽车减速停止的 目的，但是在汽车有效制动距离不够的情况下，驾驶员的处理方式又会出现以下两种情况： (1)考虑到猛打方向盘会造成甩尾、翻车等危险情况，减速的同时撞上去；(2)下意识地想 避开障碍物，猛打方向盘；这两种处理方式的结果都是非常危险的，都会对车辆和驾驶人员 造成严重的伤害。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种在汽车高速行驶突遇障碍物时能快速降低车速、 有效补偿横摆力矩，避免甩尾、翻车的安全制动装置。

本发明的技术解决方案是：一种汽车高速行驶突遇障碍物时的安全制动装置，包括设置 在各车轮上的盘式制动器，所述盘式制动器包括与轮毂固定并随车轮同步旋转的制动盘和固 定在车桥上的制动钳，其特征在于：还包括电子控制单元(ECU)、车速传感器和方向盘转角 传感器，所述车速传感器和方向盘转角传感器均与ECU电连接，用于分别检测汽车的车速大小 以及方向盘的转角大小和方向并输入到ECU中，还包括至少一对设置在车桥上的位于制动盘两 侧的条形电磁铁用于条形电磁铁的线圈通电时使旋转的制动盘产生感生电流而制动，所述条 形电磁铁与制动盘的两侧均留有间隙D，所述条形电磁铁的轴线与制动盘的旋转轴线平行，所 述ECU通过多路选择开关分别与各车轮的条形电磁铁的线圈电连接。

上述ECU通过多路选择开关分别与各车轮的条形电磁铁的线圈电连接，是指同一车轮上的 条形电磁铁的线圈电流是由同一路选择开关进行控制，而不同车轮上的条形电磁铁的线圈电 流是由不同路的选择开关进行控制，而且每一个车轮可以对应多路的选择开关，通过在不同 的选择开关下选用不同的电阻网路，来达到对每个车轮上的条形电磁铁的线圈电流的大小的 调节。

本发明的工作原理如下：

当车辆在高速行驶突遇障碍物时，车辆的巨大动能一方面通过驾驶员踩刹车的行为带动 传统的盘式制动器工作，将一部分的动能转化为热能；另一方面根据车速传感器和方向盘转 角传感器检测到的信号，由电子控制单元(ECU)输出控制信号，使加装在制动盘两侧的条形 电磁铁的线圈通电，产生磁场，这样夹设在条形电磁铁之间的制动盘旋转时会做切割磁力线 运动，从而在制动盘上产生感生电流，而根据楞次定律，感生电流的效果总是反抗引起感生 电流的原因，由于此处产生感生电流的原因是制动盘的旋转运动，从而使得产生感生电流的 效果是可以阻止制动盘的转动，即达到制动效果，而且车速越快时制动效果越好，这种电磁 阻尼的方式最终也是以热能方式耗散掉；第三方面，根据车速传感器和方向盘转角传感器检 测到的信号，由ECU选择多路选择开关来控制各车轮制动盘上的条形电磁铁的线圈的电流大小 和有无，来分配各个车轮上的电磁阻尼制动力以快速补偿一个横摆力矩，使车辆快速按照司 机的意图行驶方向行驶，避免和障碍物相撞，从而可以有效避免猛打方向盘造成的甩尾、翻 车等危险情况。

采用上述结构后，本发明具有以下优点：

本发明一种汽车高速行驶突遇障碍物时的安全制动装置，一方面保留了传统的盘式制动 方式以降低车速，另一方面通过在制动盘上加装条形电磁铁，以电磁阻尼的方式，既可将动 能转换为热能耗散以降低车速，又可通过分配各个车轮上的电磁阻尼制动力以快速补偿一个 横摆力矩，使车辆快速按照司机的意图行驶方向行驶，避免和障碍物相撞，从而可以有效避 免猛打方向盘造成的甩尾、翻车等危险情况。

作为优选，还包括自动离合器、发电机和电阻，所述自动离合器设置在车桥靠近制动盘 的位置处，所述自动离合器包括压盘和摩擦盘，所述制动盘靠近摩擦盘的一侧上设有环形摩 擦部，所述ECU与自动离合器电连接用于控制自动离合器的压盘压紧摩擦盘和制动盘的环形摩 擦部，所述自动离合器的摩擦盘还与发电机的转子相连，所述发电机与电阻电连接。该设置 可通过自动离合器将制动盘的转动连接到发电机的转子上，带动发电机转子转动，进行发电， 所发出的电通过电阻以热能方式耗散掉。

作为优选，所述电阻浸在装有散热介质的容器内，所述散热介质的体积小于容器的容积。 该设置可快速将热能通过散热介质耗散，且能保证热膨胀过程中的安全使用。

本发明要解决的另一技术问题是：提供一种在汽车高速行驶突遇障碍物时能自动辅助传 统的盘式制动方式快速降低车速、并有效补偿横摆力矩的安全制动方法。

本发明的另一技术解决方案是：一种汽车高速行驶突遇障碍物时的安全制动方法，其特 征在于：它包括以下步骤：

(1)上电初始化，设置车速阈值、方向盘转角阈值，设置车辆的当前状态为正常状态， 设置车辆的当前转向状态为正常状态，并将上述设置的初始参数存储在ECU的存储单元中；

(2)由ECU自动判断以下两个条件是否同时成立：

(i)车速传感器检测到的当前车速大于车速阈值；

(ii)方向盘转角传感器检测到的当前转角大小大于方向盘转角阈值；

若同时成立，则自动进入下一步，若否，则自动返回步骤(2)重新判断；

(3)ECU自动设置车辆的当前状态为紧急状态，并自动判断方向盘转角传感器检测到的 当前转角方向是否为左转，若是，则进入下一步，若否，则进入步骤(9)；

(4)ECU自动判断车速传感器检测到的当前车速是否还大于车速阈值，若是，则设置车 辆的当前转向状态为左转向不足，并进入下一步，若否，则进入步骤(14)；

(5)ECU自动选择多路选择开关使左后轮上的条形电磁铁的线圈电流大于其余车轮上 的条形电磁铁的线圈电流，其余车轮上的条形电磁铁的线圈电流可为零；

(6)ECU自动判断方向盘转角传感器检测到的当前左转角大小是否还大于方向盘转角 阈值，若是，则返回步骤(5)，若否，则设置车辆的当前转向状态为解除左转向不足，并进 入下一步；

(7)ECU自动选择多路选择开关使四个车轮上的条形电磁铁的线圈电流相等，且线圈电 流不为零；

(8)ECU自动判断当前车速是否还大于车速阈值，若否，则进入步骤(14)，若是，则 返回步骤(7)；

(9)ECU自动判断车速传感器检测到的当前车速是否还大于车速阈值，若是，则设置车 辆的当前转向状态为右转向不足，并进入下一步，若否，则进入步骤(14)；

(10)ECU自动选择多路选择开关使右后轮上的条形电磁铁的线圈电流大于其余车轮上 的条形电磁铁的线圈电流，其余车轮上的条形电磁铁的线圈电流可为零；

(11)ECU自动判断方向盘转角传感器检测到的当前右转角大小是否还大于方向盘转角 阈值，若是，则返回步骤(10)，若否，则设置车辆的当前转向状态为解除右转向不足，并进 入下一步；

(12)ECU自动选择多路选择开关使四个车轮上的条形电磁铁的线圈电流相等，且线圈 电流不为零；

(13)ECU自动判断当前车速是否还大于车速阈值，若否，则进入步骤(14)，若是，则 返回步骤(12)；

(14)ECU自动设置车辆的当前状态为正常状态，设置车辆的当前转向状态为正常状态， 并自动控制多路选择开关均断开以使所有车轮上的条形电磁铁的线圈均断电。

采用上述方法后，本发明具有以下优点：

本发明在不改变传统制动方式的前提下，还可以根据车速传感器和方向盘转角传感器检 测到的信号，由ECU自动判断车辆是否处于紧急状态，一旦车辆处于紧急状态，不仅可以接通 各车轮的条形电磁铁的线圈电流以通过电磁阻尼的方式将一部分动能转换为热能耗散，从而 可以辅助传统制动方式使车速进一步降低，而且可以通过控制各车轮上的条形电磁铁的线圈 电流的大小和有无，来分配各个车轮上的电磁阻尼制动力以快速补偿一个横摆力矩，使车辆 快速按照司机的意图行驶方向行驶，避免和障碍物相撞，从而可以有效避免猛打方向盘造成 的甩尾、翻车等危险情况。

作为优选，在步骤(3)中ECU自动设置车辆的当前状态为紧急状态后，ECU还自动控制电 子油门切断；在步骤(14)中设置车辆的当前转向状态为正常状态后，ECU还需自动控制电 子油门接通。该设置可避免危险情况下驾驶员的误动作。

作为优选，在步骤(3)中ECU自动设置车辆的当前状态为紧急状态后，ECU还自动控制自 动离合器连接以使压盘压紧摩擦盘和制动盘的环形摩擦部来带动发电机发电；在步骤(14) 中设置车辆的当前转向状态为正常状态后，还需自动控制自动离合器分离。该设置可通过自 动离合器将制动盘的转动连接到发电机的转子上，带动发电机转子转动，进行发电，所发出 的电通过电阻以热能方式耗散掉。

作为优选，在步骤(8)中判断出当前车速还大于车速阈值，并在返回步骤(7)之前， 还需进行以下步骤：

(a)ECU自动判断方向盘转角传感器检测到的当前右转角大小是否大于方向盘转角阈 值，若是，则设置车辆的当前转向状态为右转向过度，并进入步骤(b)，若否，则返回步骤 (7)；

(b)ECU自动选择多路选择开关使左前轮的条形电磁铁的线圈电流大于其余车轮上的 条形电磁铁的线圈电流，其余车轮上的条形电磁铁的线圈电流可为零；

(c)ECU自动判断方向盘转角传感器检测到的当前右转角大小是否还大于方向盘转角 阈值，若是，则返回步骤(b)，若否，则进入步骤(14)。

该设置在车辆左转向越过障碍物后，司机向右打方向盘修正行驶方向时，可避免修正方 向过度导致的横摆甩尾的危险情况。

作为优选，在步骤(13)中判断出当前车速还大于车速阈值，并在返回步骤(12)之前， 还需进行以下步骤：

(a)ECU自动判断方向盘转角传感器检测到的当前左转角大小是否大于方向盘转角阈 值，若是，则设置车辆的当前转向状态为左转向过度，并进入步骤(b)，若否，则返回步骤 (12)；

(b)ECU自动选择多路选择开关使右前轮的条形电磁铁的线圈电流大于其余车轮上的 条形电磁铁的线圈电流，其余车轮上的条形电磁铁的线圈电流可为零；

(c)ECU自动判断方向盘转角传感器检测到的当前左转角大小是否还大于方向盘转角 阈值，若是，则返回步骤(b)，若否，则进入步骤(14)。

该设置在车辆右转向越过障碍物后，司机向左打方向盘修正行驶方向时，可避免修正方 向过度导致的横摆甩尾的危险情况。

作为优选，所述步骤(5)中自动选择多路选择开关使左后轮上的条形电磁铁的线圈电流 为最大电流Imax，其余车轮上的条形电磁铁的线圈电流为零，所述步骤(10)中自动选择多 路选择开关使右后轮上的条形电磁铁的线圈电流为最大电流Imax，其余车轮上的条形电磁铁 的线圈电流为零。该设置可快速补偿一个横摆力矩，所述最大电流Imax为条形电磁铁的线圈 允许通过的最大电流。

作为优选，所述步骤(7)和步骤(12)中ECU自动选择多路选择开关使四个车轮上的条 形电磁铁的线圈电流均为最大电流Imax的1/4。该设置可使车速快速降低。

附图说明：

图1为本发明装置的功能模块图；

图2为本发明盘式制动器和条形电磁铁的结构示意图；

图3为本发明盘式制动器、自动离合器、发电机的结构示意图；

图4为本发明控制方法的流程图；

图5为图4中左转执行步骤的流程图；

图6为图4中右转执行步骤的流程图；

图7为采用本发明控制方法后的运动分析图；

图8为采用本发明控制方法后的运动分析图；

本发明图中：1-制动盘，2-制动钳，3-车桥，4-电子控制单元(ECU)，5-车速传感器， 6-方向盘转角传感器，7-条形电磁铁，8-条形电磁铁的线圈，10-多路选择开关，11-自动离 合器，12-发电机，13-电阻，14-容器，15-散热介质，16-电子油门，17-发电机的转子，18- 压盘，19-摩擦盘，20-环形摩擦部，D-间隙，A、A’-车辆的行驶方向，B、B’-车辆的转向 方向，C、C’-电磁阻尼制动产生的补偿扭矩的方向。

具体实施方式

下面结合附图，并结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例：

如图1、图2、图3所示，一种汽车高速行驶突遇障碍物时的安全制动装置，包括设置在各 车轮上的盘式制动器，所述盘式制动器包括与轮毂固定并随车轮同步旋转的制动盘1和固定在 车桥3上的制动钳2，其特征在于：还包括电子控制单元(ECU)、车速传感器5和方向盘转角 传感器6，所述盘式制动器、电子控制单元(ECU)、车速传感器5和方向盘转角传感器6均为 现有技术，车速传感器5可以设置在驱动桥壳或变速器壳内用于检测汽车的车速大小，方向盘 转角传感器6可以设置在方向盘下方的方向柱内用于检测汽车转向时方向盘的转角大小和方 向，所述车速传感器5和方向盘转角传感器6均与ECU4电连接，还包括至少一对设置在车桥3 上的位于制动盘1两侧的条形电磁铁7用于条形电磁铁7的线圈8通电时使旋转的制动盘1产生 感生电流而制动，所述条形电磁铁7与制动盘1的两侧均留有间隙D，所述条形电磁铁7的轴线 与制动盘1的旋转轴线平行，所述ECU4通过多路选择开关10分别与各车轮的条形电磁铁7的线 圈8电连接。

上述ECU4通过多路选择开关10分别与各车轮的条形电磁铁7的线圈8电连接，是指同一车 轮上的条形电磁铁7的线圈电流是由同一路选择开关进行控制，而不同车轮上的条形电磁铁7 的线圈电流是由不同路的选择开关进行控制，而且每一个车轮可以对应多路的选择开关，通 过在不同的选择开关下选用不同的电阻网路，达到对每个车轮上的条形电磁铁7的线圈电流的 大小的调节。

本发明的工作原理如下：

当车辆在高速行驶突遇障碍物时，车辆的巨大动能一方面通过驾驶员踩刹车的行为带动 传统的盘式制动器工作，将一部分的动能转化为热能；另一方面根据车速传感器5和方向盘转 角传感器6检测到的信号，由电子控制单元(ECU)输出控制信号，使加装在制动盘1两侧的条 形电磁铁7的线圈8通电，产生磁场，这样夹设在条形电磁铁7之间的制动盘1旋转时会做切割 磁力线运动，从而在制动盘1上产生感生电流，而根据楞次定律，感生电流的效果总是反抗引 起感生电流的原因，由于此处产生感生电流的原因是制动盘1的旋转运动，从而使得产生感生 电流的效果是可以阻止制动盘1的转动，即达到制动效果，而且车速越快时制动效果越好，这 种电磁阻尼的方式最终也是以热能方式耗散掉；第三方面，根据车速传感器5和方向盘转角传 感器6检测到的信号，由ECU4选择多路选择开关10来控制各车轮制动盘1上的条形电磁铁7的线 圈8的电流大小和有无，来分配各个车轮上的电磁阻尼制动力以快速补偿一个横摆力矩，使车 辆快速按照司机的意图行驶方向行驶，避免和障碍物相撞，从而可以有效避免猛打方向盘造 成的甩尾、翻车等危险情况。

作为优选，还包括自动离合器11、发电机12和电阻13，所述自动离合器11设置在车桥3 靠近制动盘1的位置处，所述自动离合器11包括压盘18和摩擦盘19，所述制动盘1靠近摩擦盘 19的一侧上设有环形摩擦部20，所述ECU4与自动离合器11电连接用于控制自动离合器11的压 盘18压紧摩擦盘19和制动盘1的环形摩擦部20，所述自动离合器11的摩擦盘19还与发电机12 的转子17相连，所述发电机12与电阻13电连接。该设置可通过自动离合器11将制动盘1的转动 连接到发电机12的转子17上，带动发电机12转子17转动，进行发电，所发出的电通过电阻13 以热能方式耗散掉。

作为优选，所述电阻13浸在装有散热介质15的容器14内，所述散热介质15的体积小于容 器14的容积，本实施例中采用散热效果较佳的变压器油作为散热介质15。该设置可快速将热 能通过散热介质15耗散，且能保证热膨胀过程中的安全使用。

本发明一种汽车高速行驶突遇障碍物时的安全制动装置，将三种制动方式联合使用，提 高了制动效率，一方面保留了传统的盘式制动方式以降低车速，另一方面通过在制动盘1上加 装条形电磁铁7，以电磁阻尼的方式，既可将动能转换为热能耗散以降低车速，又可以补偿急 转弯所造成的横摆力矩，从而可以有效地避免甩尾、翻车等危险情况，第三方面还可以通过 加装的自动离合器11和发电机12，将制动盘1的动能转换为热能耗散，从而进一步降低了车速。

本发明要解决的另一技术问题是：提供一种在汽车高速行驶突遇障碍物时能自动辅助传 统的盘式制动方式快速降低车速、并有效补偿横摆力矩的安全制动方法。

本实施例中以左转向为例，见图7，汽车行使方向为A，为避开前方障碍物，司机向左转， 即车辆的转向方向为B，此时司机除了踩下刹车降低车速外，ECU还会根据内部设置的控制 算法自动控制相关装置进行相应的动作，具体控制方法的流程图见图4、图5及图6，它包括以 下步骤：

(1)上电初始化，设置车速阈值、方向盘转角阈值，设置车辆的当前状态为正常状态， 设置车辆的当前转向状态为正常状态，并将上述设置的初始参数存储在ECU4的存储单元中；

(2)由ECU自动判断以下两个条件是否同时成立：

(i)车速传感器检测到的当前车速大于车速阈值；

(ii)方向盘转角传感器检测到的当前转角大小大于方向盘转角阈值；

若同时成立，则自动进入下一步，若否，则自动返回步骤(2)重新判断；

(3)ECU自动设置车辆的当前状态为紧急状态，自动控制电子油门切断、自动离合器接 通，判断出方向盘转角传感器检测到的当前转角方向为左转；

(4)ECU自动判断车速传感器检测到的当前车速是否还大于车速阈值，若是，则设置车 辆的当前转向状态为左转向不足，并进入下一步，若否，则进入步骤(11)；

(5)ECU自动选择多路选择开关使左后轮上的条形电磁铁的线圈电流为最大电流Imax， 其余车轮上的条形电磁铁的线圈电流为零,该设置瞬间将左后轮紧急制动，这样就能产生转 向所需要的反作用力，即补偿扭矩的方向C，从而使汽车能按照转向意图行驶，避免和障碍物 相撞，从而可以有效避免猛打方向盘造成的甩尾、翻车等危险情况；

(6)ECU自动判断方向盘转角传感器检测到的当前左转角大小是否还大于方向盘转角 阈值，若是，则返回步骤(5)，若否，则设置车辆的当前转向状态为解除左转向不足，并进 入下一步；

(7)ECU自动选择多路选择开关使四个车轮上的条形电磁铁的线圈电流均为最大电流 Imax的1/4，该设置在车辆按司机意图行驶方向越过障碍物后，司机会修正行驶方向，向右打 方向盘，方向盘转角变小，当小于方向盘转角阈值时，同时给4个轮子上的条形电磁铁的线圈 通电，使车速进一步快速下降，并且由于电磁阻尼制动方式为非接触制动方式，控制方便， 使用寿命长。

(8)ECU4自动判断当前车速是否还大于车速阈值，若否，则进入步骤(11)，若是，则 ECU自动判断方向盘转角传感器检测到的当前右转角大小是否大于方向盘转角阈值，若是， 则设置车辆的当前转向状态为右转向过度，并进入下一步，若否，则返回步骤(7)；

(9)ECU自动选择多路选择开关使左前轮的条形电磁铁的线圈电流为最大电流Imax，其 余车轮上的条形电磁铁的线圈电流为零，如图8所示，该设置在车辆越过障碍物后车速仍然较 高的情况下向右修正行驶方向，若车辆向右转向方向B’过度时会使向右的扭矩过大，造成车 尾甩向左侧，这时将左前轮制动，补偿扭矩的方向为C’，就会减小向右的扭矩，可有效避免 甩尾、翻车的危险；

(10)ECU自动判断方向盘转角传感器检测到的当前右转角大小是否还大于方向盘转角阈 值，若是，则返回步骤(9)，若否，则进入步骤(11)。

(11)ECU自动设置车辆的当前状态为正常状态，设置车辆的当前转向状态为正常状态， ECU自动控制电子油门接通、自动离合器分离，并自动控制多路选择开关均断开以使所有车轮 上的条形电磁铁的线圈均断电，从而使汽车恢复正常行驶状态。

由于右转向的控制过程与左转向类似，这里不再赘述。