本發(fā)明涉及一種車輛碰撞瞬態(tài)動能消減磁力緩沖裝置及方法，運用能量守恒原理、電磁理論、車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及主動安全技術(shù)，通過車輛碰撞風(fēng)險預(yù)估，使有碰撞風(fēng)險車輛間產(chǎn)生同性磁場，從而產(chǎn)生“排斥力”，達(dá)到消減碰撞瞬態(tài)動能，使車輛避免碰撞發(fā)生或降低碰撞損失的目的。

背景技術(shù)：

隨著人類社會的不斷發(fā)展和進(jìn)步，汽車的普及和應(yīng)用將更加普遍和深入，隨之而來的道路交通安全問題也越來越凸顯。傳統(tǒng)的被動安全技術(shù)已不能有效解決交通事故的發(fā)生，人們對于汽車的安全性要求從被動安全特性轉(zhuǎn)向主動安全性。

汽車主動安全技術(shù)是針對所有類型汽車產(chǎn)品提出的，當(dāng)車輛與前方物體、車輛、行人存在潛在碰撞時，自動采取措施以避免發(fā)生事故對車內(nèi)乘員和行人造成身體上的傷害或經(jīng)濟(jì)上的損失。其中，緊急制動系統(tǒng)的開發(fā)和使用，進(jìn)一步提升了駕駛員的行車體驗，極大程度地降低了交通事故發(fā)生率。但是，由于緊急制動系統(tǒng)的觸發(fā)器等結(jié)構(gòu)往往具有單一性，從而導(dǎo)致車輛主動安全系統(tǒng)失效、緊急制動性能減弱、安全制動距離不足、駕駛員錯誤駕駛等因素的存在，車輛仍然存在較大的碰撞風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種車輛碰撞瞬態(tài)動能消減磁力緩沖系統(tǒng)及方法，使有碰撞風(fēng)險的車輛之間通過磁力緩沖裝置中的對應(yīng)電磁盤形成相同極性的磁場，從而產(chǎn)生“排斥力”，實現(xiàn)車輛的輔助制動，達(dá)到阻止車輛碰撞事故的發(fā)生，或降低車輛碰撞的嚴(yán)重程度，減小事故損失，保障駕乘人員的生命和財產(chǎn)安全的目的。

本發(fā)明系統(tǒng)采用的技術(shù)方案是：

車輛碰撞瞬態(tài)動能消減磁力緩沖系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)收集模塊、碰撞預(yù)估模塊、磁力緩沖裝置和車聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)收集模塊通過車載傳感器和路側(cè)設(shè)備獲取自車與前方行駛車輛的行車數(shù)據(jù)，并分別傳輸給車聯(lián)網(wǎng)和碰撞預(yù)估模塊；碰撞預(yù)估模塊分析自車與前方車輛的行車數(shù)據(jù)，當(dāng)車輛間的相對距離低于1m時，運用物理追擊問題算法，進(jìn)行自車與前方行駛車輛的碰撞預(yù)估；磁力緩沖裝置包括依次連接的磁-電轉(zhuǎn)換模塊、信號傳輸與接受模塊、可調(diào)節(jié)電源和電磁盤，其中，磁-電轉(zhuǎn)換模塊連接到所述碰撞預(yù)估模塊，信號傳輸與接受模塊連接到所述車聯(lián)網(wǎng)。

進(jìn)一步地，所述車載傳感器包括速度傳感器、距離傳感器和壓力傳感器，速度傳感器安裝于車輛的車輪輪翼上，距離傳感器安裝在車頭保險杠上，壓力傳感器安裝于車內(nèi)座椅下。

進(jìn)一步地，所述可調(diào)節(jié)電源包括智能雙向開關(guān)和信號接收器模塊，其中，智能雙向開關(guān)與所述電磁盤線路連接，信號接收器模塊和所述信號傳輸與接受模塊連接。

優(yōu)選地，所述可調(diào)節(jié)電源為充電電源，安裝于車身底盤中部位置。

進(jìn)一步地，所述電磁盤采用半工字型磁鐵芯，半工字型磁鐵芯的豎軸長度大于導(dǎo)線纏繞磁鐵芯豎軸部位形成螺線管的管長；所述半工字型磁鐵芯的上、下橫軸分別安有兩個彈簧，彈簧均被豎直固定在電磁盤外套的絕緣保護(hù)套上；所述彈簧的長度等于磁鐵芯橫軸到絕緣保護(hù)套的豎直距離。

優(yōu)選地，所述電磁盤采用雙電磁盤，分別安裝在車前和車后；車前與車后同側(cè)邊的電磁盤形成的連線與汽車傳動軸平行，兩側(cè)邊電磁盤形成的兩條平行線到傳動軸所在線位的距離相等，為0.4m～0.6m。

本發(fā)明車輛碰撞瞬態(tài)動能消減磁力緩沖方法，包括如下步驟：

步驟1，數(shù)據(jù)收集模塊通過車載傳感器和路側(cè)設(shè)備獲取自車與前方行駛車輛的行車數(shù)據(jù)，并通過車聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)車輛間及車輛與路測設(shè)備數(shù)據(jù)信息的交互；

步驟2，碰撞預(yù)估模塊對數(shù)據(jù)收集模塊傳輸?shù)淖攒嚺c前方車輛的行車數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)車輛間的相對距離低于1m時，運用物理追擊問題算法，進(jìn)行自車與前方行駛車輛的碰撞預(yù)估，如果確定自車與前方行駛車輛存在碰撞危險時，將信息傳輸給磁力緩沖裝置的磁-電轉(zhuǎn)換模塊；

步驟3，運用能量守恒原理和電磁感應(yīng)定律，磁-電轉(zhuǎn)換模塊將磁力緩沖裝置所需的磁力轉(zhuǎn)換成磁力緩沖裝置開啟并正常工作的電壓數(shù)據(jù)，并向自車的可調(diào)節(jié)電源發(fā)送電源啟動信號和電壓數(shù)據(jù)信息，同時，磁力緩沖裝置的信號傳輸與接受模塊通過車聯(lián)網(wǎng)向前方行駛車輛發(fā)送磁力緩沖裝置的啟動信號和調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)；

步驟4，可調(diào)節(jié)電源在接收開啟和電壓調(diào)節(jié)信號后，自動選擇電磁盤的開啟，并調(diào)節(jié)電壓大小，自車的車前電磁盤與對應(yīng)的前方行駛車輛的車后電磁盤之間形成同性磁場，產(chǎn)生排斥力，在兩車間開始磁力緩沖作用；

步驟5，當(dāng)自車與前方行駛車輛在制動作用下發(fā)生碰撞，或兩車速度相等時，磁力緩沖裝置的可調(diào)節(jié)電源關(guān)閉，磁力緩沖結(jié)束。

本發(fā)明提供一種車輛碰撞瞬態(tài)動能消減磁力緩沖系統(tǒng)及方法，運用能量守恒原理、電磁感應(yīng)定律、車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及主動安全技術(shù)，在車輛主動安全系統(tǒng)失效、緊急制動性能減弱、安全制動距離不足、駕駛員錯誤駕駛而導(dǎo)致車輛存在碰撞危險的情況下，啟動磁力緩沖裝置，使有碰撞風(fēng)險的車輛之間通過磁力緩沖裝置中的對應(yīng)電磁盤形成相同極性的磁場，從而產(chǎn)生“排斥力”。即對自車進(jìn)行輔助制動，將自車的一部分動能通過磁力緩沖裝置產(chǎn)生的“排斥力”做功消耗。達(dá)到阻止車輛碰撞事故的發(fā)生，或降低車輛碰撞的嚴(yán)重程度，減小事故損失，保障駕乘人員的生命和財產(chǎn)安全的目的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的方法工作流程圖。

圖3是數(shù)據(jù)收集模塊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是磁力盤的結(jié)構(gòu)圖，1-半工字型圓面電工純鐵鐵芯，2-塑性絕緣保護(hù)套，3-包銅導(dǎo)線，4-彈簧。

圖5是車身傳感器及生磁裝置安裝示意圖，5-速度傳感器，6-距離傳感器，7-車前雙電磁盤，8-車后雙電磁盤，9-可調(diào)節(jié)電源。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的一種車輛碰撞瞬態(tài)動能消減磁力緩沖系統(tǒng)及方法進(jìn)一步說明。

如圖2所示，本發(fā)明的方法包括如下步驟：

S101：通過車載傳感器和路側(cè)設(shè)備獲取自車與前方行駛車輛的行車數(shù)據(jù)，并通過車聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)車輛間及車輛與路測設(shè)備數(shù)據(jù)信息的交互；

分析自車與前方車輛的行車數(shù)據(jù)，當(dāng)車輛間的相對距離低于1m時，進(jìn)行進(jìn)一步的碰撞預(yù)估；

S102：基于S101中獲取的行車數(shù)據(jù)，運用物理追擊問題算法，完成自車與前方行駛車輛的碰撞預(yù)估；

S103：通過碰撞預(yù)估確定自車與前方行駛車輛存在碰撞危險，運用能量守恒原理、電磁感應(yīng)定律，計算獲得磁力生成裝置啟動并有效作用所需的電壓；

S104：向自車的可調(diào)節(jié)電源發(fā)送電源啟動信號和電壓數(shù)據(jù)信息，同時，通過車聯(lián)網(wǎng)向前方行駛車輛發(fā)送磁力緩沖裝置的啟動信號和調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)；

S105：可調(diào)節(jié)電源在接收開啟和電壓調(diào)節(jié)信號后，自動選擇啟動車前雙電磁盤或車后雙電磁盤或同時啟動車前雙電磁盤和車后雙電磁盤，并調(diào)節(jié)電壓大小，自車的車前雙電磁盤，與對應(yīng)的前方行駛車輛的車后雙電磁盤之間形成同性磁場，產(chǎn)生排斥力，磁力緩沖系統(tǒng)在兩車間開始作用。

當(dāng)自車與前方行駛車輛在制動作用下發(fā)生碰撞，或兩車速度相等時，磁力緩沖裝置的可調(diào)節(jié)電源關(guān)閉，磁力緩沖結(jié)束。

本發(fā)明實現(xiàn)上述方法的磁力緩沖系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)收集模塊、碰撞預(yù)估模塊、磁力緩沖裝置和車聯(lián)網(wǎng)。

1、數(shù)據(jù)收集模塊，用于收集自車及前方行駛車輛的行車數(shù)據(jù)，包括：速度傳感器5、距離傳感器6、路側(cè)設(shè)備和壓力傳感器。同時，數(shù)據(jù)收集模塊可通過車輛網(wǎng)環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交互：自車通過速度傳感器5、距離傳感器6、壓力傳感器獲取自車車速、與前方行駛車輛的車間距和車載重量的同時通過車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境向路測設(shè)備調(diào)取自車及前方行駛車輛的加速度，與前方行駛車輛互聯(lián)，獲取前方行駛車輛的車速。

其中，車輪速度傳感器5安裝于車輛的車輪輪翼；距離傳感器6為激光測距傳感器，安裝在車頭保險杠上；壓力傳感器有多個，分別安裝于車內(nèi)座椅下，用于測取車輛載重；路測設(shè)備則分布在行車道旁，用以測量自車與前方行駛車輛的加速度。

2、碰撞預(yù)估模塊，用于計算預(yù)估自車與前方行駛車輛是否有碰撞危險?；跀?shù)據(jù)收集模塊獲取的行車數(shù)據(jù)，通過物理追擊問題計算，實現(xiàn)碰撞預(yù)估，確認(rèn)車輛與前方行駛車輛間是否有碰撞危險。其中，物理追擊問題的計算方法如下：

l₀＝l₁+l (2)

v₀₁＝v₀+a₀t,v₁₁＝v₁+a₁t (3)

v₀₁≤v₁₁，且a₁＞0，|a₀|≤a₁或a₀≤a₁≤0 (4)

式中,v₀、a₀分別是數(shù)據(jù)收集模塊獲取的自車的車速和加速度，單位：分別為米/秒、米/平方米；v₁、a₁分別是數(shù)據(jù)收集模塊獲取的前方行駛車輛的車速和加速度，單位同上；l₀、l₁分別是t時間段內(nèi)自車與前方行駛車輛的車程，單位：米；l為數(shù)據(jù)收集模塊獲取的自車與前方行駛車輛的車間距，單位同上；v₀₁、v₁₁分別是t時間后自車與前方行駛車輛的車速，單位：米/秒；t為當(dāng)前時間至兩車發(fā)生碰撞的時間間隔，單位：秒。

通過公式(1)和公式(2)獲取假設(shè)自車與前方行駛車輛相遇時的時間t值，將相遇時間t代入公式(3)計算的自車與前方行駛車輛在假設(shè)兩車相遇時的速度v₀₁、v₁₁，再將相遇時自車與前方行駛車輛的車速v₀₁、v₁₁代入公式(4),當(dāng)代入結(jié)果符合公式(4)時，則自車與前方行駛車輛無碰撞危險，當(dāng)代入結(jié)果不符合公式(4)時，自車與前方行駛車輛有碰撞危險。

3、磁力緩沖裝置，用于系統(tǒng)磁-電的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換計算、信號輸收和磁力生成。包括：1)磁-電轉(zhuǎn)換模塊，用于將系統(tǒng)所需的磁力轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)開啟并正常工作的電壓數(shù)據(jù)；

2)信號傳輸與接受模塊，包括一個信號發(fā)射器模塊和一個信號接收模塊。信號發(fā)射器模塊，用于系統(tǒng)向可調(diào)節(jié)電源快速準(zhǔn)確的傳輸電源開啟、選擇電磁盤、開啟電源的同時調(diào)節(jié)電壓大小的信號和數(shù)據(jù)，同時向前方行駛車輛的磁力生成裝置中的信號傳輸與接受模塊傳輸電源開啟、選擇電磁盤、開啟電源的同時調(diào)節(jié)電壓大小的信號和數(shù)據(jù)。信號接收模塊，用于接受磁力緩沖裝置開啟信號及相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

3)可調(diào)節(jié)電源9，用于接收信號傳輸模塊的開啟電源開關(guān)、選擇電磁吸盤、調(diào)節(jié)電壓大小的信號，為磁力生成裝置提供電能和動力。可調(diào)節(jié)電源9為綠色節(jié)能的充電電源，其電能供給一部分由充電獲得，另一部分通過電磁盤內(nèi)部鐵芯在行車過程中上下震動，鐵芯周身纏繞的螺線做切割磁力線生電儲存而得。可調(diào)節(jié)電源9包括；一個智能雙向開關(guān)，分別連接車前雙電磁盤7和車后雙電磁盤8所在的電路線；一個信號接收器模塊用以單線接收電源工作信號。

可調(diào)節(jié)電源9安裝于車身底盤中部位置，分別與前、后雙電磁盤構(gòu)成線路連通，同時與信號傳輸與接受模塊進(jìn)行單線連接。

進(jìn)一步的，可調(diào)節(jié)電源9的工作過程為：可調(diào)節(jié)電源9的信號接收模塊接收到信號傳輸與接受模塊的信號發(fā)射模塊發(fā)射的信號后，智能雙向開關(guān)從空擋打到目標(biāo)電磁盤所在的電路，同時電源的電壓大小以傳輸數(shù)據(jù)信號為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使裝置實現(xiàn)通路。

4)電磁盤，詳細(xì)構(gòu)造見圖4。電路接通后，螺線管導(dǎo)線通電，中間的半工字型磁鐵芯生磁，自車車前雙電磁盤7與前方行駛車輛的車后雙電磁盤8兩兩之間產(chǎn)生同極性的磁場，從而在兩車間產(chǎn)生阻礙兩車發(fā)生碰撞的“排斥力”；同時半工字型磁鐵芯的豎軸長度大于導(dǎo)線3纏繞鐵芯豎軸部位形成螺線管的管長，鐵芯1的上、下橫軸分別安有兩個彈簧4，彈簧4均被豎直固定在電磁盤外套的絕緣保護(hù)套2上，長度等于鐵芯1上下橫軸距離絕緣保護(hù)套2的豎直距離，因此，當(dāng)緩沖裝置不啟動而汽車在行駛時，特別是在顛簸路面行駛時，磁鐵芯的豎軸部分在螺線管內(nèi)上下豎直運動(上下安裝的彈簧4可以對磁鐵芯起到保護(hù)作用的同時延長磁鐵芯做上下運動的趨勢)，導(dǎo)線切割磁力線生電，電源收集電能，為裝置的啟動提供能量。

其中，車輛配備的車前雙電磁盤7分別安裝在車前保險桿位置內(nèi)的左右兩邊，車后雙電磁盤8安裝在車后，車后電磁盤8與同邊的車前電磁盤7形成的連線與汽車傳動軸平行，形成的兩條平行線離傳動軸所在線位的距離相等，在0.4m～0.6m。

5)車聯(lián)網(wǎng)，可以實現(xiàn)車與車、車與傳感設(shè)備等的交互，實現(xiàn)車與車、車與路互聯(lián)互通實現(xiàn)信息共享。在本發(fā)明的磁力緩沖系統(tǒng)中，車輛、路測設(shè)備通過車聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸共享。

磁力緩沖裝置運用能量守恒原理、電磁感應(yīng)定律，進(jìn)行磁-電轉(zhuǎn)換計算，將自車和前方行駛車輛的運動數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成磁力緩沖裝置啟動并正常作用的可調(diào)節(jié)電源所需提供的電壓大小。

其中，一種在車輛自車制動力不足情況下啟動磁力緩沖系統(tǒng)的磁-電轉(zhuǎn)換計算方法如下：

v₁₁＝v₀₂ (5)

W₀＝4W (7)

U＝IR_x (11)

式中，m₀是自車當(dāng)前總質(zhì)量，單位：千克；v₁₁是自車在開啟磁力緩沖裝置進(jìn)行制動后的目標(biāo)速度，單位：米/秒；W₀是外力對自車做的功，單位：焦；W是磁力緩沖裝置開啟后磁力做的總功，單位同上；F是電源開啟后自車與前方行駛車輛對應(yīng)作用的電磁盤同極性磁場產(chǎn)生的排斥力，單位：牛頓；B_δ是對應(yīng)作用電磁吸盤間的氣隙磁通密度，單位：特斯拉；δ₁是車間距離，單位：米；d是電磁吸盤的直徑大小，單位：米；I是裝置產(chǎn)生的電流大小，單位：安培；N是電磁鐵部件中的導(dǎo)線環(huán)繞匝數(shù)；R_x為裝置的總電阻，單位：歐姆；U為磁力緩沖裝置啟動并正常工作的需求電壓，單位：伏。

完成磁-電轉(zhuǎn)換計算，獲得工作電壓后，裝置的信息接收與傳輸模塊向自車的可調(diào)節(jié)電源發(fā)出電源開啟、電磁吸盤選擇及電壓大小調(diào)節(jié)的信號，同時通過車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，向前方行駛車輛的信息接收與傳輸模塊發(fā)送車輛磁緩沖磁通開啟、可調(diào)節(jié)電源開啟、電磁吸盤選擇及電壓大小調(diào)節(jié)的信號；

完成上述步驟的信號傳輸及接受后，磁力緩沖系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)電源9將進(jìn)行工作。自車的可調(diào)節(jié)電源9將打開電源開關(guān)，形成與車前雙電磁盤7連接的完整回路，同時調(diào)節(jié)電壓大小；前方行駛車輛的可調(diào)節(jié)電源9將打開電源開關(guān)，與車后雙電磁盤8連接形成完整回路，同時調(diào)節(jié)電壓大小。

一個具體實施計算案例：

該具體實施案例的磁力緩沖系統(tǒng)提供一種磁力緩沖裝置，包括：一個可提供240伏電壓的可調(diào)節(jié)電源；兩組分別安裝在車前和車后保險架內(nèi)的雙電磁盤，其中電磁盤由電磁鐵，外保護(hù)罩，彈簧構(gòu)成。電磁鐵由半工字型，截面呈直徑40mm圓面，豎向長度為650mm，橫向長度為60mm的純鐵芯及外纏導(dǎo)線組成。導(dǎo)線直徑為0.45mm的外包漆銅導(dǎo)線，纏繞匝數(shù)為1400，端頭分別與可調(diào)節(jié)電源的目標(biāo)接口相連接。外罩保護(hù)套由一般硬性電磁屏蔽材料，裝置豎向尺寸高*長*寬為800mm*80mm*40mm。彈簧規(guī)格號為ICM130F 08。裝置總電阻通過銅導(dǎo)線的電阻計算約為15Ω。

現(xiàn)有自車與前方行駛車輛，數(shù)據(jù)收集模塊通過傳感器收集到兩車的行車數(shù)據(jù):自車與前方行駛的行駛速度分別為：16m/s、12m/s，車重均為1000kg，行車加速度分別為-5m/s²、0m/s²,自車與前方行駛車輛的車間距為1m；碰撞預(yù)估模塊開啟預(yù)估測評計算，測得在當(dāng)前行車狀態(tài)下，當(dāng)兩車距離為0m時，自車與前方行駛車輛的行車速度分別為14.78m/s、12m/s，所以兩車存在碰撞危險；經(jīng)碰撞預(yù)估模塊測的自車與前方行駛車輛存在碰撞風(fēng)險，磁力緩沖裝置的相關(guān)模塊開啟，進(jìn)行磁-電轉(zhuǎn)換模塊的相關(guān)數(shù)據(jù)計算:

v₁₁＝v₀₂＝12m/s

IN≈6300A

I＝4.5A

U＝IR_x＝15*4.5＝67.5V

系統(tǒng)完成磁電轉(zhuǎn)換計算，將磁力生成裝置的開啟信號和開啟電源的相關(guān)數(shù)據(jù)通過信號傳輸與接收模塊傳達(dá)給自車的電源信號接收模板和前方行駛車輛的信號接收模板，兩車同時開啟電源，自車的電源電磁閥打向車前雙電磁盤電路，前方行駛車輛的電源電磁閥打向車后雙電磁盤，分別形成裝置的閉合回路。系統(tǒng)作用，相對作用的電磁盤產(chǎn)生同極性磁場，從而在自車與前方行駛車輛間產(chǎn)生“排斥力”，阻礙車輛的相對運動。當(dāng)車載傳感器測得兩車的車間距為0m，或自車的行車速度小于前方行駛車輛時，電源關(guān)閉，磁力緩沖系統(tǒng)停止作用，從而達(dá)到避免車輛間發(fā)生碰撞或減少車輛碰撞損失的目的。

同時，當(dāng)行車流中的車輛在開啟系統(tǒng)后對鄰接車輛有行車障礙時，在影響范圍內(nèi)的所有車輛均可以開啟上述系統(tǒng)，以達(dá)到平衡車流的目的。