电动轿车追尾时前保险杠主动起升保护方法

摘要

本发明具体涉及电动轿车追尾时前保险杠主动起升保护方法。所述的保护方法包括行驶监测步骤、判断步骤；执行步骤；当车辆行驶速度V大于某一速度且制动加速度信号a大于一定值，则控制单元向执行单元发出信号，执行单元将前保险杠升高ΔH，使前保险杠距地面的距离H与汽车停止或匀速行驶时前保险杠的高度H0一致；电动轿车在具有一定速度的情况下紧急制动时，前部保险杠上升一定高度，弥补了紧急制动时轿车前端保险杠的高度下降，使得轿车与前车追尾时其前部保险杠位于正确高度，发挥保险杠的吸能作用，极大提高了轿车在追尾事故中的安全性。

说明书

本申请是申请号为：202010264030.9，申请日：2020-04-07，专利名称“电动轿车追尾时前保险杠主动保护方法及装置”的发明专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及电动轿车主动保护系统，具体涉及电动轿车追尾时前保险杠主动起升保护方法。

背景技术

目前无人驾驶汽车正在成为汽车领域发展的新方向，目前的新能源汽车，例如三元锂电驱动的电动车，其前部保险杠面罩位置的设计与传统车存在明显区别，传统汽车必须设置进气格栅，用以对进气格栅后方的散热器进行散热，而电动汽车的动力源是电池和电机系统，对散热的要求较低，因此大部分电动汽车为了降低车身空气阻力系数，往往选择封闭式面罩，例如特斯拉model 3轿车，其车身前部面罩为封闭式，在面罩下方留有尺寸较小的辅助进气口，因此电动汽车前部的面罩后方除保险杠外没有设置其他零件，保险杠附近的位置较为空旷。

另一方面，针对目前的汽车追尾事故调查，并查阅相关事故鉴定资料可知，追尾事故常见的方式有刹车滞后型、起步错误型、行车线变更型，其中的刹车滞后型、刹车滞后型追尾时，后方追尾车辆的速度部分情况下较高，根据林洋(日本)著《实用汽车事故鉴定学》中关于追尾事故的调查可知，追尾车辆在追尾前通常会采取紧急制动，这使得追尾车的前保险杠往往降低高度导致钻到被撞车的后保险杠下面，所以追尾车的车身前部直接装在了被撞车后保险杠的后部，使得追尾车更容易出现明显的损伤；也就是说，即使前、后车辆的保险杠高度一致，也常因为追尾车辆采取制动后其前保险杠高度降低而使得追尾车发生轻微或明显钻入现象，这个现象随碰撞两个保险杠的高度差和两车的速度差的增大而增大。

目前已经出现了可以实现前保险杠升降的装置，例如专利CN201810378039中提出的一种可升降式前保险杠结构，包括车辆底盘、前保险杠以及控制单元和执行单元；前保险杠可升起和落下地设置在车辆底盘上；控制单元用于自动识别行人，并在车辆将要碰撞到行人前向所述执行单元发出指令，并通过所述执行单元抬起或者落下所述前保险杠，该专利中的结构可以在汽车与行人发生碰撞前自动将保险杠降低，进而防止保险杠直接撞击行人的下肢；但是该保险杠结构和保护方法只是针对车辆与前方行人碰撞时对行人的保护，而没有考虑车辆与其前方车辆追尾时前部保险杠如何控制才能更好的保护后方的追尾车辆，无法应用于车-车追尾碰撞事故中由于后方车辆制动时其前部保险杠高度降低导致的后方车辆安全性下降的问题。

发明内容

本发明目的是提供一种提高车辆与前方车辆追尾时的安全性的电动轿车追尾时前部保险杠主动起升保护方法。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：电动轿车追尾时前保险杠主动起升保护方法，所述的保护方法包括顺次进行的以下步骤：行驶监测步骤、判断步骤；执行步骤；

所述的行驶监测步骤为：控制单元接收车辆行驶速度信号V，车辆制动加速度信号a，然后进入判断步骤：

所述的判断步骤为：

d.车辆行驶速度V大于某一速度V0时，进入步骤b；

e.制动加速度信号a大于一定值a0时，进入步骤c：

所述的执行步骤为：

f.控制单元向执行单元发出信号，执行单元将前保险杠升高ΔH，使前保险杠距地面的距离H与汽车停止或匀速行驶时前保险杠的高度H0一致；

所述的ΔH的计算方法按以下(1-1)进行计算，

d.控制单元持续接收a值，当a重新小于a0，则控制单元控制执行单元将前保险杠降低，恢复初始位置；

上式中，k

优选的，所述的ΔH的计算方法中，还按(1-2)式计算ΔH

ΔH＝Max(ΔH

上式中，k

优选的，所述的V0为50km/h或60km/h或70km/h或80km/h，所述的a0为5.0-6.2m/s

优选的，所述的监测步骤中，电动轿车的控制单元还接收车辆前方图像信息T，同时根据车辆前方图像信息T判断出本车辆前方物体为车辆或行人；

所述的判断步骤b中，当前方图像信息T显示前方物体为车辆且制动加速度信号a大于一定值a0时，进入步骤c。

优选的，所述的监测步骤中，电动轿车的控制单元还接收车辆距前方车辆距离L，以及车辆前轮转速n；

所述的判断步骤b中，当制动加速度信号a大于一定值a0时，按下式计算出的车辆当前最小制动距离Lmin＞L，则进入步骤C；

上式中μ为轮胎与地面之间摩擦系数；

所述的μ的取值方法为：电动轿车的控制单元还接收前轮滑移率参数s，滑移率s按下式计算：

s＝V-Rβ/V (1-10)

β＝n·2·π/60 (1-11)

上式中R为轮胎有效半径，β为轮胎旋转角速度，n为轮胎转速；

当s≤0.15，μ取0.5；

当0.15＜s≤0.3，μ取0.8；

当s＞0.3，μ取0.6-0.7；

根据上述的电动轿车追尾时前保险杠主动起升保护方法对应的保险杠主动保护装置，其特征在于：所述的主动保护装置包括设置在电动轿车前端的相对于汽车横向方向水平布置的保险杠；保险杠与其后方的吸能盒之间构成可拆卸式连接，且相对于吸能盒在轿车垂向方向上下移动；吸能盒与发动机舱纵梁之间构成可拆卸式连接；保险杠的上下移动由执行单元驱动；执行单元的控制线与控制单元的I/O端口连接，控制单元的I/O端口还分别与车速传感器、车身加速度传感器、电动轿车前轮轮速传感器的信号线连接；车速传感器采集车速V，车身加速度传感器采集制动加速度a，电动轿车前轮轮速传感器采集前轮转速n；所述的执行单元、控制单元、车速传感器、车身加速度传感器、前轮轮速传感器各自的电源线分别与蓄电池连接或与电动轿车的电池供电导线连接。

优选的，所述的保险杠为空心矩形钢管或空心圆形钢管或空心椭圆形钢管，保险杠的两端外侧面分别与一个滑块的外侧面螺栓连接或焊接连接，滑块安装在竖直设置的导轨上且相对导轨上下滑动，导轨的上、下两端的侧面与水平放置的截面为H型的连接支架的前端上、下端头分别通过法兰螺栓连接或插销连接，连接支架的H型构架向轿车驾驶室方向的内侧凹槽处与吸能盒的前端通过螺栓连接，吸能盒的后端通过螺栓与发动机纵梁的前端螺栓连接；

所述的执行单元包括沿汽车左右对称布置的两个电动推杆，电动推杆竖直放置或沿汽车纵向方向倾斜放置在保险杠与连接支架之间；电动推杆的活塞杆杆端与保险杠之间通过插销连接或铰链连接，电动推杆的底座与连接支架的前端通过插销连接或铰链连接。

优选的，所述的车速传感器通过螺栓或卡扣或粘接方式安装在变速器输出轴上或驱动桥桥壳的内侧壁上；所述的车身加速度传感器通过螺栓或卡扣或粘接方式安装在驾驶员座椅底部坐垫上或安装在保险杠的外侧面上；所述的前轮轮速传感器通过螺栓或卡扣或粘接方式安装在汽车前轮轮毂内侧的转向节上。

优选的，所述的车速传感器为御捷MsZD车速传感器或众晟公司的XH96563变速器车速传感器或其他公司或轿车使用的车速传感器，车身加速度传感器为MPU-6050 GY-521三轴陀螺仪或GY-362 ADXL362三轴加速度传感器模块或其他型号的加速度传感器，轮速传感器为亨斯特公司的8E0 927 803 A前轮轮速传感器或GAK公司的轮速传感器或戴世公司生产的用于特斯拉电动轿车的轮速传感器或其他型号的轮速传感器；所述的控制单元为特斯拉的FSD处理器，或英伟达的Drive Xavier处理器，或百度开源的Nuvo-5095G，或AT89C52单片机或PLC控制板；所述的电动推杆为龙翔公司的步进50电动推杆或普菲德公司的12V/24V电动伸缩杆或康工公司的高速笔式电推杆或其他型号的电动推杆。

本发明以下有益效果：电动轿车在具有一定速度的情况下紧急制动时，其前部保险杠上升一定高度，弥补了紧急制动时轿车前俯、前端保险杠的高度下降，使得轿车与前车追尾时其前部保险杠位于正确高度，发挥保险杠的吸能作用，极大提高了轿车在追尾事故中的安全性。

附图说明

图1为保险杠主动保护装置主视图；

图2为保险杠主动保护装置俯视图；

图3为控制单元电路连接示意图；

图4为AT89C52单片机管脚图；

图5为前驱式电动轿车前轮轮速传感器安装示意图；

图6为车速传感器安装在变速器上示意图；

图7为轿车制动时前端保险杠降低高度计算示意图。

具体实施方式

如图1-7所示的，电动轿车追尾时前保险杠主动起升保护方法包括顺次进行的以下步骤：行驶监测步骤、判断步骤；执行步骤；

实施例一：

当电动轿车的无人驾驶级别低于L2级时，其一般不会配备环境识别模块，或环境识别模块为简单的超声波雷达或红外雷达，这种情况下，电动轿车无法识别车辆前方的环境具体信息，前方是否有障碍物及障碍物的距离可以测量出，但是障碍物是车辆还是行人无法识别，为了适应该类型电动轿车，保护方法按下述步骤进行：

所述的行驶监测步骤为：控制单元接收车辆行驶速度信号V，车辆制动加速度信号a，然后进入判断步骤：

所述的判断步骤为：

a.车辆行驶速度V大于某一速度V0时，进入步骤b；

b.制动加速度信号a大于一定值a0时，进入步骤c：

所述的执行步骤为：

c.控制单元向执行单元发出信号，执行单元将前保险杠升高ΔH，使前保险杠距地面的距离H与汽车停止或匀速行驶时前保险杠的高度H0一致；

当车辆速度较低时，常在城市道路中行驶，车辆前方的碰撞事故有行人和其他车辆，当碰撞事故是与行人时，考虑到其安全，保险杠不宜升高，当碰撞事故是与其他车辆时，由于车辆速度较低，并不会产生太大的车辆变形，因此实施例一更适合用于车辆速度较高的场合，例如高速公路或封闭公路，V0值的设置应是汽车具有一定速度的情况下，参考中国城市主干道道路限速值一般为50-60km/h，乘用车碰撞时考虑其车身强度的碰撞试验速度通常取50km/h，V0的取值下限适宜设置为50km/h，当然考虑到车辆如果经常用于长途驾驶或高速公路行驶，可以将V0调整为60km/h或70km/h或80km/h，当车辆速度较高时，在与前方车辆追尾前驾驶员踩下制动踏板后，车辆可以产生的制动减速度取值可参考相应标准或实验结果，本方法参考GB7258-2017中对于轿车在50km/h情况下紧急制动所应产生的最小制动加速度作为参考，将a0设置为5.0-6.2m/s

为了求出车辆制动时保险杠需要补偿的高度ΔH，可以根据附图7所示的计算模型进行计算，按(1-1)计算出制动时汽车前端下降的高度ΔH1，并将ΔH取为ΔH1，也可以考虑由于车辆前、后悬架刚度k1、k2大小往往不一样，车辆重心距前、后轮的距离也不一样，因此ΔH1和制动时汽车后端下降的高度ΔH2的值往往也不相等，为了保证保险杠升高的高度足够，进行简化计算，取两者中较大值作为ΔH；

ΔH＝Max(ΔH

式(1-1)、(1-2)中计算的ΔH1和ΔH2由下式推算出：

tanα＝Δ

tanα＝Δ

ΔH

ΔH

上式中，k

车辆制动时因惯性力引起的前、后轮上垂直力的转移量为：

因此前悬架压缩量、后悬架压缩量可根据胡克定律简单推算：

再结合式(1-3)至式(1-6)即可推出式(1-1)、式(1-2)；

d.控制单元持续接收a值，当驾驶员控制车辆制动过程完成，即车辆减速至安全速度或停车后，a小于a0，则控制单元控制执行单元将前保险杠降低ΔH，恢复初始位置。

碰撞时，碰撞能量依次经过保险杠1、滑块3、导轨4、连接支架6、吸能盒7、发动机舱纵梁8，并传递到车身整体骨架，电动轿车在具有一定速度的情况下紧急制动时，前部保险杠上升一定高度，弥补了紧急制动时轿车前端保险杠的高度下降，使得轿车与前车追尾时其前部保险杠位于正确高度，发挥保险杠的吸能作用，极大提高了轿车在追尾事故中的安全性。

为了实现上述保护方法，相应的保险杠主动保护装置包括设置在电动轿车前端、相对于汽车横向方向水平布置的保险杠1；保险杠1与其后方的吸能盒7之间构成可拆卸式连接，且相对于吸能盒7在轿车垂向方向上下移动；吸能盒7与发动机舱纵梁之间构成可拆卸式连接；保险杠1的上下移动由执行单元驱动；执行单元的控制线与控制单元的I/O端口连接，控制单元的I/O端口还分别与车速传感器21、车身加速度传感器22、电动轿车前轮轮速传感器23的信号线连接；车速传感器21采集车速V，车身加速度传感器22采集制动加速度a，电动轿车前轮轮速传感器23采集前轮转速n；所述的执行单元、控制单元、车速传感器21、车身加速度传感器22、电动轿车前轮轮速传感器23各自的电源线分别与蓄电池连接或与电动轿车的电池供电导线连接；所述的车速传感器21通过螺栓或卡扣或粘接方式安装在变速器输出轴上或驱动桥桥壳的内侧壁上；所述的车身加速度传感器22通过螺栓或卡扣或粘接方式安装在驾驶员座椅底部坐垫上或安装在保险杠1的外侧面上；所述的前轮轮速传感器23通过螺栓或卡扣或粘接方式安装在汽车前轮轮毂内侧的转向节上。

所述的保险杠1为空心矩形钢管或空心圆形钢管或空心椭圆形钢管，保险杠1的两端外侧面分别与一个滑块3的外侧面螺栓连接或焊接连接，滑块3安装在竖直设置的导轨4上且可相对导轨4上下滑动，导轨4的上、下两端的侧面与水平放置的H型的连接支架6的前端上、下端头分别通过法兰螺栓连接或插销连接，连接支架6的H型内侧与吸能盒7的前端通过螺栓连接，吸能盒7的后端通过螺栓与发动机纵梁8的前端螺栓连接；

所述的执行单元包括沿汽车左右对称布置的两个电动推杆5，电动推杆5竖直放置或沿汽车纵向方向倾斜放置在保险杠与连接支架6之间；电动推杆5的活塞杆杆端与保险杠1之间通过插销连接或铰链连接，电动推杆5的底座与连接支架6的前端通过插销连接或铰链连接；

所述的车速传感器21为御捷MsZD车速传感器或众晟公司的XH96563变速器车速传感器或其他公司或轿车使用的车速传感器，车身加速度传感器22为MPU-6050-GY-521三轴陀螺仪或GY-362-ADXL362三轴加速度传感器模块或其他型号的加速度传感器，轮速传感器23为亨斯特公司的8E0-927-803-A前轮轮速传感器或GAK公司的轮速传感器或戴世公司生产的用于特斯拉电动轿车的轮速传感器或其他型号的轮速传感器；所述的控制单元为AT89C52单片机或PLC控制板；所述的电动推杆5为龙翔公司的步进50电动推杆或普菲德公司的12V/24V电动伸缩杆或康工公司的高速笔式电推杆或其他型号的电动推杆。

实施例二：

若考虑车辆与前方碰撞时道路为城市道路，则碰撞情况分别有车-车、车-人碰撞，在车-人碰撞情况中，为了行人安全，碰撞点应尽量低，这样可以有效减少行人所受伤害，而在车-车追尾情况下，保险杠的高度应该能保持，因此更好的实施方式是：所述的监测步骤中，电动轿车的控制单元还接收车辆前方图像信息T，同时根据车辆前方图像信息T判断出本车辆前方物体为车辆或行人；

所述的判断步骤b中，当前方图像信息T显示前方物体为车辆且制动加速度信号a大于一定值a0时，进入步骤c。

使用图像信息T判断前方障碍物为行人或车辆后，当前方图像信息T显示前方物体为行人时，则不对前保险杠进行高度补偿操作，从而有效保护了行人安全，使本方案可更好的适用于城市道路中。

根据图像信息T识别出图像中的物体为车辆或行人的方法，可以使用现有的技术，例如具有L3及L3以上自动驾驶级别的无人驾驶电动轿车的环境识别模块均可以对周围环境进行识别，例如特斯拉model 3所搭载的Autopilot自动驾驶系统，该系统包含无人驾驶过程需要的完整硬件设备传感器、图像处理模块、中央处理器以及控制算法软件；例如蔚来公司的ES8电动SUV中使用的无人驾驶系统，该系统同样可以对汽车前方的环境进行拍照、图像信息处理、识别，从而分辨出车辆前方障碍物是行人还是车辆，例如百度公司已经公开的开源无人驾驶系统，利用该系统可以直接实现车辆的环境识别而无需特殊的技术，汽车无人驾驶领域的技术人员可以直接实现，本申请的技术方案的核心创新点不针对车辆的环境识别，因此图像信息T的采集、判断可以使用上述现有的技术方案，也可以根据现有的无人驾驶环境感知技术直接实现。为了在硬件设备上实现图像信息的采集、处理、判断过程，所述的控制单元可以是特斯拉的FSD处理器，或英伟达的Drive Xavier处理器，或百度开源的Nuvo-5095G处理器，控制单元还与环境识别模块通信连接，环境识别模块向控制单元发送汽车前方图像信息T；所述的环境识别模块包括环境识别传感器，环境识别传感器与图像处理器或图像处理模块通信连接，图像处理器或图像处理模块与控制单元通信连接；环境识别传感器为通过螺栓或卡扣安装在车顶的激光雷达或安装在汽车前保险杆上的摄像头；

如采用激光雷达，其可以360度同轴旋转，从而提供周围一圈的点云信息，该信息经过与激光雷达配套的图像处理器处理后，将图像信息发送给控制单元；如采用摄像头，则摄像头的光线通过镜头、滤光片到后段的CMOS或CCD集成电路，将光信号转换成电信号，再经过图像处理器ISP转换成标准的RAW，RGB或YUV等格式的数字图像信号，再通过数据传输接口传输到控制单元。

实施例三：

为了减少前保险杠升高的次数，避免过度频繁的升高、降低，更好的实施方式是：所述的监测步骤中，电动轿车的控制单元还接收车辆距前方车辆距离L；该距离L可由环境识别模块或雷达或红外距离传感器采集得到；

所述的判断步骤b中，当制动加速度信号a大于一定值a0时，按下式计算出的车辆当前最小制动距离Lmin＞L，则进入步骤C；

上式中μ为轮胎与地面之间摩擦系数，计算时μ取0.5-0.8。

所述的μ的取值方法为：电动轿车的控制单元还接收前轮滑移率参数s，滑移率s按下式计算：

s＝V-Rβ/V (1-10)

β＝n·2·π/60 (1-11)

上式中R为轮胎有效半径，β为轮胎旋转角速度，n为轮胎转速；

当s≤0.15，μ取0.5；

当0.15＜s≤0.3，μ取0.8；

当s＞0.3，μ取0.6-0.7；

根据式1-9至式1-11可以较准确的计算出车辆在当前制动减速状态下的制动距离，从而提前判断出本车辆是否会与前方车辆发生追尾碰撞，只有当Lmin＞L，也就是本车辆制动后仍会与前方车辆追尾时，才进入步骤c，将前保险杠升起。

实际使用过程中，可以将实施例二与实施例三的保护方法相结合，在判断车辆前方物体是行人或车辆的同时，还计算Lmin，当前方物体为车辆且Lmin＞L，再进入步骤c。

实施例一、实施例二、实施例三中的保护方法可以单独应用在轿车上，也可以使用编程软件设计为多种选择模式，由驾驶员或无人驾驶系统根据车辆所处的环境进行适应性选择。