[发明专利]用于车辆的防滑与防翻保护系统与方法

说明书

技术领域与背景技术

本发明涉及车辆安全性，尤其是涉及用于帮助避免陆路车辆打滑和翻车的系统。随着汽车技术的发展，车辆的速度是不断增加的，而速度是导致发生撞车事故的大多数普遍因素之一。根据(美国)国家高速公路交通安全管理局(NHTSA)计算，每年仅在美国，与速度有关的撞车导致的社会经济损失达到402亿美元。在2004年，在所有致命撞车事故中，有30％的原因被认为是由速度引起的，并有13,192人因此而丧生。当一辆汽车在常规条件下开得太快时，会因加速发生撞车事故，而且在冬天和在湿/积雪/结冰的路面状况下会发生更多的撞车事故。

翻车是人们关注的另一个问题，更多的原因是由于运动型多功能车(sport-utilityvehicles，SUVs)在客车部门的快速增长。根据(美国)国家高速公路交通安全管理局于2005年11月发布的研究报告，在2004年间仅在美国所发生的10,553起车祸的发生是由于客车翻车引起的。SUVs，一种在客车中快速增长的部门，具有最高的翻车率。在某些车辆中，即使当他们装备了ABS和稳定性控制系统，翻车的几率仍高达17％。

已被广泛采用以试图改进车辆可控性的两项技术是“防锁死刹车系统”(anti-lockingbraking system，ABS)与“电子稳定性控制”(electronic stability control，ESC)系统。

ABS(防锁死刹车系统)是一个可使车轮在硬刹车操作后避免锁死的计算机化系统。ABS不会减弱或增强常规的刹车能力。它也不需要更短的停车距离，但它有助于在硬刹车过程中使汽车仍保持受控制的状态。

ESC(电子稳定性控制系统)通过侧面加速度，旋转(偏转)和个别车轮的加速，将驾驶者试图操纵行驶方向和刹车意图与车辆的反应进行比较。接着，ESC对个别的前轮或后轮实施刹车制动，和/或减少过多的发动机动力，因此有助于矫正转向不足(费力前进)或转向过多(摆尾行驶)。ESC还整合了全速度牵引控制和/或减少了过多的发动机驱动力，直到恢复控制状态。在加速和刹住个别打滑的车轮的情况下，可感知驱动轮的全速度牵引力控制。ESC不能阻碍该车的物理限制。如果驾驶者推动车底盘的可能性与ESC过快时，ESC不能避免撞车。它是有助于驾驶者保持控制的工具。

ESC结合ABS，牵引控制和偏转控制(偏转是围绕垂直轴的旋转)。为了掌握它是怎样工作的，想起操纵独木舟的情形。如果你想让独木舟转到右边或向右旋转，你在右边的水中安置短桨以提供在右侧的制动力矩。该独木舟在枢轴上转动或者旋转到右边。ESC做同样的基础性事务以协助驾驶者。

许多国际研究已经证明，ESC的效果有助于驾驶者保持对车的控制，有助于挽救生命和减少撞车的严重性。2004年秋，美国NHTSA确认了国际上的研究，发布了在美国对ESC效果这一领域的研究成果。NHTSA总结认为，ESC减少了35％的撞车事故。

尽管装备了ABS、ESC和牵引控制系统，由于驾驶者驱动汽车太快以致超过了极限点，仍可能有难以接受的大量超速事故发生。这个极限点是动态的，因为它取决于所驾驶的车辆、天气和路面状况，且只有极少的有经验的驾驶者才能准确地判断该极限点。有人建议在开动车辆过程中测量车轮的振动，以便提供诊断信息。例如，在车轮转速上的振动可提示该车轮的不平衡。两次振动的频率可提示等速接头(CV joint)的磨损。在其他频率的振动可提示发动机汽缸的不能发动或类似问题。振动的突然降低可提示失去控制并向前滑动。

虽然在理论上，测量振动的想法是可行的，但是，如前所述的过分简单化的分析方法是不足以给驾驶者提供关于陆路行驶车辆的相互作用的可靠信息。许多不同因素会引起在车轮振动的频率和振幅上的变动，包括在公路表面的变化、车辆载重的变化、在加速或刹车过程中重心偏移的变化。简单的一维振动测量是不能区分这些不同原因的。

在矢量微积分学领域，多个参数会被用于量化运动的特性。与本发明特别相关的是曲率矢量和扭矩矢量。将某点的三维运动以速度v和加速度a来表示，所述的曲率矢量由下式定义：