本发明涉及汽车失控安全，尤其涉及一种基于球隙开关控制的汽车失控电源中断控制系统及方法。
背景技术：
1、随着汽车智能化技术的不断提高，汽车失控问题频发。对于汽车失控问题，可能是由于方向突然失控、车辆自动加速的原因造成。面对汽车失控时，普遍的解决办法是对汽车进行松抬油门踏板、平稳减速、利用周边环境刮蹭停车等方法，但这些方法制动效果不够显著。因此提出一种应用在汽车供电系统中的中断供电电路的控制系统，用于保证汽车在失控后也可以安全停车显得尤为重要。
2、现有的类似于中断系统的信息自毁系统主要应用于信息安全领域，应用环境与汽车中断系统相差较大，不适用于汽车中断系统。因此，如何开发面向新能源汽车，着重解决汽车失控问题的中断系统是一个技术难题。
3、其次，现有的信息中断系统通过电磁铁的方式进行开关控制，启动过程较为复杂，面对汽车失控的紧急情况无法快速作用。如何提供一种通过简单结构微型球隙开关进行控制，且安全性高的控制机构是一个技术难题。
4、再者，现有的中断系统无法通过卫星通信远程启动，当驾驶者因酒驾、醉驾、毒驾情况失去意识后，可能对周围环境造成破坏，危及人员和财产安全。因此，如何使公安系统工作人员通过卫星通信快速使驾驶者所驾驶车辆停止行进，避免对周围环境造成损坏也是一个亟需解决的技术难题。
技术实现思路
1、发明目的：针对现有技术中存在的不足之处，本发明提出一种基于球隙开关控制的汽车失控电源中断控制系统及方法，实现当驾驶者失去意识后，公安系统工作人员通过卫星通信发送停车指令，中断汽车电源供电电路能量传递，起爆模块在开关控制模块闭合后形成通路，在电流的热效应作用下将含能材料引爆，毁坏供电电路核心芯片，即，使供电系统电路发生物理性损坏，无法继续供电，对汽车进行强制性制动，保护驾驶者和乘客、周围人员、环境的安全问题。
2、技术方案：本发明基于球隙开关控制的汽车失控电源中断控制系统包括通信芯片、微型球隙开关储能电容、换能元储能电容、开关控制模块、起爆模块、汽车电源控制核心电子芯片和电路板。
3、开关控制模块包括微型球隙开关和开关控制模块封装外壳；微型球隙开关包括阳极引脚、触发针、阳极半球、阴极半球和阴极引脚；触发针贯穿在阳极半球内，触发针和阳极半球与阳极引脚相连；阴极半球与阴极引脚相连；开关控制模块封装外壳封装微型球隙开关。
4、起爆模块包括换能元、含能装药装置和起爆模块封装外壳；换能元包括换能元电极、换能元基体和换能元桥丝；换能元基体一侧与换能元电极相连，另一侧与换能元桥丝相连；含能装药装置环绕在换能元桥丝周围，含能装药装置内装有含能材料；含能装药装置位于汽车电源控制核心电子芯片上方，在换能元桥丝产生的电流热效应作用下引爆含能装药装置内的含能材料，产生爆轰波物理损坏汽车电源控制核心电子芯片；起爆模块封装外壳将起爆模块与汽车电源控制核心电子芯片封装。
5、微型球隙开关储能电容接收到通信芯片的开关接通信号时，向微型球隙开关释放电量使微型球隙开关导通；换能元储能电容接收到通信芯片的起爆信号时，向换能元释放能量，使换能元桥丝加热。
6、含能装药装置为环形包裹在换能元桥丝周围的圆柱形壳体。
7、圆柱形壳体与换能元桥丝之间填充有含能材料叠氮化物。
8、起爆模块封装外壳采用聚四氟乙烯材质。
9、起爆模块为多个，多个起爆模块分布在汽车电源控制核心电子芯片的上方。
10、起爆模块的换能元之间并联统一控制，协同起爆，确保毁伤效果，保证电源供电系统精准中断，车辆及时制动。
11、开关控制模块封装外壳采用有机玻璃材料。
12、阳极半球和阴极半球采用铜质材料，铜的抗烧蚀指数最高，同时放电稳定性高。
13、换能元基体采用聚四氟乙烯。
14、本发明基于球隙开关控制的汽车失控电源中断控制方法包括以下步骤：
15、(1)通信芯片接收到中断汽车电源控制系统的信号后，微型球隙开关储能电容对微型球隙开关释放电压脉冲，电压脉冲首先传递至阳极引脚，对触发针施加正脉冲电压，对阴极半球施加负脉冲电压，触发针的上端激发出电弧，阴极半球表面电离出初始带电粒子，在空气间隙电场作用下，带电粒子向阳极半球和触发针移动，形成电子崩。
16、(2)触发针周围的电场形成流注，空气间隙的电场随着畸变而增强，随着电压脉冲的作用，触发针产生的电弧诱发空气间隙击穿，将形成的穿过空气间隙的流注发展为持续加热的放电通道，放电通道内的电离密度和通道半径增大至达到微型球隙开关的击穿阈值时，阴极半球与阳极半球击穿，微型球隙开关导通，电源中断控制系统不再处于断路状态。
17、(3)微型球隙开关导通后，通信芯片控制换能元储能电容对换能元释放电能，换能元中的换能元桥丝由于电流的热效应而释放热量，驱使含能装药装置内的含能材料达到起爆阈值，开始作用。
18、(4)含能材料产生的爆轰波通过空气间隙传递至汽车电源控制核心电子芯片，汽车电源控制核心电子芯片被爆轰能量毁坏，使汽车因失去动力在维持惯性运动后停下。
19、工作原理：本发明基于球隙开关控制的汽车失控电源中断控制系统中的通信模块用于接收卫星通信传来的起爆信号，储能模块用于储存球隙开关击穿和换能元发热的电能，开关控制模块用于控制起爆模块，起爆模块在开关控制模块闭合后形成通路，在电流的热效应作用下将含能材料引爆，毁坏供电电路核心芯片。其中，在通信模块未接收到中断指令时，球隙开关处于断路状态，中断芯片在接收指令后才启动。
20、通信模块的核心是通信芯片，用于接收卫星通信传来的起爆信号。在未接收到中断指令时，球隙开关无法接通，整个中断系统处于断路状态。当接收到卫星通信信号启动时，通信芯片控制储能电容向微型球隙开关放电，使微型球隙开关导通。
21、储能模块由两个储能电容组成，用于为其它模块提供启动能量。储能电容用于向微型球隙开关释放能量，触发微型球隙开关击穿放电，导通中断系统，使中断系统不再处于断路状态。储能电容用于给换能元提供电能，在需要触发时，向换能元放电，使换能元桥丝发热。
22、开关控制模块由微型球隙开关和开关控制模块封装外壳组成，用于控制中断系统的通断。微型球隙开关由石墨电极、铜质半球构成。当启动中断程序时，微型球隙开关接收到储能电容释放的电能，电信号首先进入微型球隙开关触发电极，触发电极传导信号至铜球，在电流的持续作用下，两铜球间电流剧增，达到一定电场强度后，气体间隙击穿放电，形成一条高导电性通道，开关接通，中断信号传至换能元处。开关控制模块封装外壳采用有机玻璃材质，用于封装微型球隙开关，防止对周围元件产生影响。
23、本发明所采用的微型球隙开关在众多开关中具有耐压高、电流大的特点，可承受电流快速上升，响应迅速。微型球隙开关的铜球间间隙取1mm，小间隙的优势在于能产生较短的电弧，同时降低自感应系数与阻抗，击穿放电响应时间极短。阳极和阴极电极采用高纯石墨，石墨具有良好的化学稳定性、重量轻、耐热性好、抗热冲击性能优良，且具有良好的导热和导电性能，烧蚀均匀，避免电极出现凹坑而变粗糙，同时石墨电极的烧蚀产物为气体，避免产生能影响微型球隙开关的绝缘性能和缩短微型球隙开关寿命的电极碎片。微型球隙开关外壳采用高强度、耐压好的透明有机玻璃。阳极半球和阴极半球采用铜，铜的抗烧蚀指数最高，同时放电稳定性高，是作为高功率开关装置的最佳材料。
24、起爆模块包括含能装药装置、换能元和起爆模块封装外壳。换能元由换能元基体、换能元电极和换能元桥丝构成。换能元基体采用聚四氟乙烯，换能元电极采用高纯石墨，换能元桥丝选用钛镍合金。含能装药装置为环形包裹在换能元桥丝周围的圆柱形壳体，圆柱形壳体内填充含能材料，具体为，换能元桥丝贯穿在含能材料中，含能材料选用叠氮化物。起爆模块封装外壳采用聚四氟乙烯材质，将其与供电系统核心元件封装在一起。换能元接收到起爆的电信号后，由于电流的热效应，金属桥丝不断发热，热量积聚到极限后直接引燃含能材料，发生爆轰，通过空腔高速膨胀将爆轰能量传递到核心元件，对元件造成物理损坏。由于封装外壳的保护作用，避免了对周围其他元件造成损坏。
25、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
26、(1)本发明基于球隙开关控制的汽车失控电源中断控制系统，采用金属桥丝换能元引爆含能材料，物理层面毁坏汽车电源供电电路芯片，是一种全新的汽车制动方案。即使汽车原有的制动装置失效，也通过毁坏汽车电源供电系统的方法强制汽车停止，保证驾驶者和乘坐人员的安全，同时避免失控车辆对周围环境造成损坏。
27、(2)本发明的起爆模块仅仅破坏供电电路中部分核心芯片，避免了造成车辆产生过多损坏，具有经济性。同时起爆模块仅破坏供电电路中部分核心供电电路，破坏能力微弱，避免了伤害到车内的驾驶者和乘车者。
28、(3)本发明的开关控制模块采用微型球隙开关进行控制，采的微型球隙开关控制中断系统是一种结构创新，且该微型结构应用在控制电路中具有稳定性。
29、(4)本发明的开关控制模块采用微型球隙开关进行控制，在开关未接通时，整个中断系统处于断路状态，不会轻易接通，对汽车电源供电电路进行破坏。球隙开关接通要求高，只有在发出中断指令时才能击穿放电，具有安全性。
30、(5)本发明基于球隙开关控制的汽车失控电源中断控制方法中，公安系统工作人员通过卫星通信控制车辆紧急制动，在面对酒驾、醉驾驾驶者驾驶汽车飞速行驶的情况，对周围人员生命安全造成威胁，对周围的设施产生破坏时，通过远程控制，紧急制动。
1.一种基于球隙开关控制的汽车失控电源中断控制系统，其特征在于：包括通信芯片(4)、微型球隙开关储能电容(8)、换能元储能电容(9)、开关控制模块、起爆模块、汽车电源控制核心电子芯片(10)和电路板(5)；
2.根据权利要求1所述的基于球隙开关控制的汽车失控电源中断控制系统，其特征在于：所述含能装药装置(7)为环形包裹在换能元桥丝(33)周围的圆柱形壳体。
3.根据权利要求2所述的基于球隙开关控制的汽车失控电源中断控制系统，其特征在于：所述圆柱形壳体内填充有含能材料叠氮化物。
4.根据权利要求1所述的基于球隙开关控制的汽车失控电源中断控制系统，其特征在于：所述起爆模块封装外壳(6)采用聚四氟乙烯材质。
5.根据权利要求1所述的基于球隙开关控制的汽车失控电源中断控制系统，其特征在于：所述起爆模块为多个，多个起爆模块分布在所述汽车电源控制核心电子芯片(10)的上方。
6.根据权利要求5所述的基于球隙开关控制的汽车失控电源中断控制系统，其特征在于：所述起爆模块的换能元(3)之间并联控制。
7.根据权利要求1所述的基于球隙开关控制的汽车失控电源中断控制系统，其特征在于：所述开关控制模块封装外壳(1)采用有机玻璃材料。
8.根据权利要求1所述的基于球隙开关控制的汽车失控电源中断控制系统，其特征在于：所述阳极半球和阴极半球采用铜质材料。
9.根据权利要求1所述的基于球隙开关控制的汽车失控电源中断控制系统，其特征在于：所述换能元基体采用聚四氟乙烯。
10.一种基于球隙开关控制的汽车失控电源中断控制方法，其特征在于：由权利要求1所述的基于球隙开关控制的汽车失控电源中断控制系统实施，所述控制方法包括以下步骤：
