CN101648521A - 一种自动刹车系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动刹车系统及其控制方法，该刹车系统包括相互连接的控制模块和制动模块，所述控制模块用于检测车辆与前方障碍物之间的当前间距以及相对速度，并且判断是否需要刹车，其中，所述制动模块包括液压制动模块和回馈制动模块，所述控制模块用于根据判断结果分别控制液压制动模块和回馈制动模块对车辆进行刹车制动，所述液压制动模块以机械方式进行刹车制动，所述回馈制动模块以能量回馈方式进行刹车制动。该自动刹车系统及其控制方法可以实现自动刹车，减少了交通事故的发生。所述回馈制动模块使得制动过程中能量得到了回收，提高了汽车的能量利用率，延长了汽车的续驶里程。

Description

一种自动刹车系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车安全防护领域，更具体地，本发明涉及一种刹车系统及其控制方法。

背景技术

在汽车驾驶过程中，由于汽车的速度过快，驾驶员常常因为判断失误而造成不能及时刹住汽车，从而造成追尾事件时常发生。有时还会出现驾驶人因为心里紧张而使得踩刹车误踩成油门的情况，这样造成的交通事故后果不堪设想。

为了防止上述事故的发生，公开号为CN1586945A的专利公开了一种题为“汽车追尾防撞预警智能控制系统及控制方法”的专利，所公开的系统包括信号采样部分(多普勒测距雷达、车速传感器、制动传感器)、系统中央处理部分、控制执行部分(发动机供油系统控制装置和制动系统控制装置)和显示报警部分。该系统在多普勒测距雷达测得的当前车距小于或等于通过车速传感器、制动传感器测得的数据等等计算出来的安全制动距离时，发出连续蜂鸣报警声并自动控制车速、制动。

上述专利所公开的内容虽然使得车辆可以在行驶过程根据具体情况而自动刹车，但上述公开内容仅针对燃油汽车领域，其在制动过程中能量没有得到反馈吸收，汽车的能量利用率低，浪费了大量的能量，这对于车辆的续驶里程是极为不利的。

发明内容

本发明针对电动汽车领域，提供一种控制简单、安全性高的电动汽车的自动刹车系统及其控制方法。

本发明提供的自动刹车系统包括相互连接的控制模块和制动模块，所述控制模块用于检测车辆与前方障碍物之间的当前间距以及相对速度，并且判断是否需要刹车，其中，所述制动模块包括液压制动模块和回馈制动模块，所述控制模块用于根据判断结果分别控制液压制动模块和回馈制动模块对车辆进行刹车制动，所述液压制动模块以机械方式进行刹车制动，所述回馈制动模块以能量回馈方式进行刹车制动。

相应地，本发明还提供一种自动刹车系统的控制方法，所述自动刹车系统为上述自动刹车系统，所述控制方法包括：检测车辆与前方障碍物之间的当前间距以及相对速度；判断是否需要刹车；根据判断结果输出相应的控制所述液压制动模块和回馈制动模块的动作。

通过使用本发明提供的自动刹车系统及其控制方法，可以根据车辆与前方障碍物之间的间距和车辆相对于前方障碍物的相对速度来实现自动刹车，避免了因人为因素而造成的刹车不及时以及将踩刹车误踩为油门等误操作，减少了交通事故的发生。此外，通过使用所述回馈制动模块，使得制动过程中能量得到了回收，提高了汽车的能量利用率低，有利于延长汽车的续驶里程。

附图说明

图1是本发明提供的自动刹车系统的结构图；

图2是本发明中的控制模块的结构图；

图3a和3b是本发明所采用的超声波检测器的结构图；

图4是本发明所采用的回馈制动模块的结构图；

图5是本发明所采用的液压制动模块的结构图；

图6是本发明中的制动踏板液压制动系统的结构图；

图7是本发明的电机驱动电路的电路图；以及

图8是本发明所提供的自动刹车控制方法的流程图。

具体实施方式

下面参考附图详细描述本发明。

如图1所示，本发明提供了一种自动刹车系统，该刹车系统包括相互连接的控制模块10和制动模块20，所述控制模块10用于检测车辆与前方障碍物之间的当前间距以及相对速度，并且判断是否需要刹车，其中，所述制动模块20包括液压制动模块210和回馈制动模块230，所述控制模块10用于根据判断结果分别控制液压制动模块210和回馈制动模块230对车辆进行刹车制动，所述液压制动模块210以机械方式进行刹车制动，所述回馈制动模块230以能量回馈方式进行刹车制动。

其中，如图2所示，所述控制模块10包括超声波检测器120和控制单元110，所述超声波检测器120包括超声波发射电路121和超声波接收电路122，分别用于发射和接收超声波；所述控制单元110用于对超声波接收电路122传送来的信号进行计算，得出当前间距，并获取车辆与前方障碍物之间的相对速度，根据当前间距、相对速度、液压制动模块210和回馈制动模块230的最大制动力，判断当前间距是否在安全间距之内，并根据判断结果控制所述液压制动模块210和回馈制动模块230的动作。

其中“当前间距”为前面描述的发射超声波与接收到超声波的时间差的一半与超声波的传输速度的乘积。“相对速度”为车辆当前速度减去前方障碍物速度的速度差，相对速度用于计算安全间距时使用。可以利用车辆与前方障碍物之间的间距变化量以及发生该间距变化量所经历的时间(例如，两次测量车辆与前方障碍物的间距之间的时间间隔)来获得车辆与前方障碍物之间的相对速度，间距变化量通过在至少两个时刻测量车辆与前方障碍物之间的间距可以得到。“安全间距”是指：车辆在当前相对速度的情况下采取最大制动力刹车刚好不能碰撞到该障碍物的距离。

其中，所述控制单元110控制所述超声波发射电路121生成和发射超声波，该超声波经前方障碍物反射并由超声波接收电路122接收，超声波接收电路122并将接收到的超声波传送到控制单元110。

如图3a所示，所述超声波发射电路121包括超声波发射换能器A1、变压器B1、三极管BJT和电阻R1，所述超声波发射换能器A1的两个输入端与变压器B1的次级侧相耦合，变压器B1的初级侧的一端接电源正极，另一端与三极管BJT的集电极相连，三极管BJT的基极通过电阻R1与控制单元110的端口P2.0相连，三极管BJT的发射极接地。

如图3b所示，所述超声波接收电路122包括超声波接收换能器A2、芯片CX20106、电阻R2-R4和电容C1-C4，所述超声波接收换能器A2的一个输出端和芯片CX20106的引脚1均与电容C4的正极相连，超声波接收换能器A2的另一个输出端以及电容C4的负极接地；芯片CX20106的引脚2与电容C1的正极相连，电容C1的负极经由电阻R2接地；芯片CX20106的引脚3与电容C2的正极相连，电容C2的负极接地；芯片CX20106的引脚4直接接地；芯片CX20106的引脚5与电阻R3相连，电阻R3的另一端与+5V电源相连；芯片CX20106的引脚6与电容C3的正极相连，电容C3的负极接地；芯片CX20106的引脚7分别与控制单元110的端口P3.2和电阻R4相连，电阻R4的另一端与+5V电源相连；芯片CX20106的引脚8与+5V的电源相连。

下面结合上述超声波检测器的结构介绍其具体工作原理，首先控制单元110的端口P2.0发射出一个矩形脉冲信号，经过三极管包含BJT耦合到变压器B1的初级侧，经过变压器B1驱动，将信号直接加在超声波发射换能器A1上，从而发射出超声波。当超声波遇到障碍物时，超声波返回到超声波接收换能器A2。此时，声波信号变成电信号，并经过芯片CX20106对信号进行放大和带通滤波处理，从而通过控制单元110的端口P3.2触发中断，引发控制单元110中断，控制单元110计算自发出超声波到接收到超声波所经历的时间，并根据该时间和超声波的传播速度来算出车辆与前方障碍物之间的当前间距。控制单元110还可以根据两次获得间距之间的间隔时间以及所获得的间距之间的差值来计算车辆相对于前方障碍物的相对速度。

所述控制单元110比较当前间距与安全间距，若当前间距大于安全间距，则表明安全，控制单元110不进行任何操作；若当前间距小于或等于安全间距且彼此之间的差值大于安全间距与安全比例(例如，20％)之积，则表明存在潜在危险，控制单元110控制所述回馈制动模块230工作；若当前间距小于或等于安全间距，且彼此之间的差值小于或等于安全间距与安全比例之积，则表明车距过近、十分危险，控制单元110控制所述回馈制动模块230和液压制动模块210工作。所述安全比例可以根据实际需要来进行设定，例如为20％-50％。通过此种控制方式，可以在不发生危险的情况下实现能量最大程度上的回收，有利于能源的节省。

其中，在所述液压制动模块210或回馈制动模块230的工作过程中，所述控制模块10周期性地检测车辆与前方障碍物之间的间距S，并且将所检测的间距S与前一次检测的间距S′进行比较，如果所检测的间距S连续至少2次大于前一次检测的间距S′，则控制液压制动模块210和回馈制动模块230中的至少一者停止工作。这样可以及时地发现车辆与前方障碍物之间的位置情况，及时判断是否需要存在继续刹车的必要，从而减少了不必要的刹车，有利于能量的节省。所述检测车辆与前方障碍物之间的间距的周期可以根据实际需要而定，可以每隔200-500ms检测一次。

所述控制单元110可以为能够实现上述功能的任何电路，例如这里可以为DSP控制单元，包括高速可编程数字信号处理芯片及其外围电路，其中高速可编程数字信号处理芯片可以选用TI公司的TMS320F2812芯片。

下面结合图4、5和6介绍本发明中所使用的液压制动模块210和回馈制动模块230。

如图4所示，所述回馈制动模块230包括蓄电池231、逆变器232和永磁型电机233，所述逆变器232分别与控制模块10、永磁型电机233和蓄电池231连接，用于在控制模块10的控制下将交流电转换为直流电，并且控制所述永磁型电机233将在制动过程中的机械能转化为电能，并将该电能输送至蓄电池231存储。

其中，所述控制模块10用于计算控制电机旋转的PWM信号，并送入逆变器232；逆变器232由三个智能功率模块(IPM)，也可用IGBT或晶体管等功率器件来实现，IPM分为上下桥臂，三个IPM的上桥臂的输入端与蓄电池231的正极母线相连接，下桥臂与蓄电池231的负极母线相连接，各IPM之间的各个连接点分别与电机的三相线圈(AB相、BC相、AC相)相连接；所述永磁型电机233是永磁型同步电动机，作为车辆的动力输出源。

永磁型电机233具有两种工作状态，即电动状态和能量回馈状态。在车辆正常的行驶中，永磁型电机233是正向电动的，转子逆时针旋转，蓄电池231经逆变器232给出的电压加在永磁型电机233的三相绕组(AB相、BC相、AC相)上产生一旋转磁场，该磁场与转子永磁场合成为永磁型电机233的气隙旋转磁场。当永磁型电机233处于电动状态时，气隙旋转磁场的方向是超前于转子磁场的方向的，该旋转磁场拖动转子磁场同步速旋转，即带动转子同步速旋转，因此就将输入的电功率转变为机械功率。永磁型电机233运行在能量回馈状态时，气隙旋转磁场的方向要落后于转子磁场的方向，转子磁场带动该旋转磁场同步速旋转，传递一定的电磁功率，此时将转子的机械能转化为电能，从定子绕组输出电能给蓄电池231充电，在输出电能的同时，使转子转速下降，达到了制动的效果。

如图5所示，所述液压制动模块210包括电机211、电机驱动电路212、传动机构213和制动踏板液压制动系统214，所述电机驱动电路212分别与电机211和控制模块10相连，电机211的输出轴通过传动机构213与所述制动踏板液压制动系统214相连，所述制动踏板液压制动系统214用于在制动踏板被踩下时对车辆进行刹车制动，所述控制模块10通过电机驱动电路212来控制电机211运行，然后电机211通过传动机构213驱动所述制动踏板液压制动系统214进行刹车制动。通过该双驱动型的液压制动模块210，可以实现脚动刹车和自动紧急刹车，使得刹车系统变得灵活可靠。

其中，如图6所示，所述制动踏板液压制动系统214包括：制动踏板215、推杆216、主缸活塞217、制动主缸218、油管219、制动轮缸220、轮缸活塞221、制动鼓222、摩擦片223、制动蹄224、制动底板225、支承销226、制动体回位弹簧227，制动踏板215通过推杆216与主缸活塞217相连，从而推动制动主缸218中的液压油，使液压油通过油管219流到制动轮缸220，挤压轮缸活塞221；轮缸活塞221与固定在支承销226上的制动蹄224相连，摩擦片223内部紧挨着制动蹄224，外部靠近制动鼓222。轮缸活塞221受到液压油的挤压，从而使得摩擦片223摩擦制动鼓222，产生制动。所述制动体回位弹簧227连接在两片制动蹄224之间，用于使制动蹄224复位。在该制动踏板液压制动系统214中，所述推杆216上具有齿槽，所述传动机构213为齿轮，该齿轮与所述推杆216上的齿槽相互配合，从而使得电机221可以通过传动机构213驱动推杆216运动。

其中，所述控制模块10通过所述电机驱动电路212而使所述电机212间歇性地工作。如图7所示，所述控制模块10通过端口P2.1发出预定频率的脉冲信号，以控制开关T的通断，从而控制所述电机211间歇性地工作。这样可以产生防抱死制动的效果，即车轮处于“抱紧-放松-抱紧”的循环工作过程，保证制动时车辆本身的操纵性和稳定性。这里所述控制模块10可以控制所述电机211每隔500ms-1s工作1次。

相应的，如图8所示，本发明还提供了一种自动刹车系统的控制方法，所述自动刹车系统包括相互连接的控制模块10和分别与该控制模块10相连的液压制动模块210和回馈制动模块230，所述控制方法包括：检测车辆与前方障碍物之间的当前间距以及相对速度；判断是否需要刹车；根据判断结果控制所述液压制动模块210和回馈制动模块230的动作。

其中，检测车辆与前方障碍物之间的当前间距的步骤可以包括以下步骤：发射超声波；接收该超声波经前方障碍物反射回来的超声波；以及用发射超声波和接收到超声波的时间差的一半乘以超声波的传输速度得到车辆与前方障碍物之间的当前间距。

其中，检测车辆与前方障碍物之间的相对速度的步骤包括以下步骤：检测车辆与前方障碍物之间的当前间距；以及根据车辆与前方障碍物之间的间距变化量以及发生该间距变化量所经历的时间来获得车辆与前方障碍物之间的相对速度。当然，上述测量相对间距和相对方法的步骤中，并不限于使用超声波测距离的方式，还可以使用其他测距方法。

其中，判断是否需要刹车的步骤可以包括以下步骤：根据相对速度以及液压制动模块210和回馈制动模块230的最大制动力，计算安全间距；比较当前间距和安全间距：若当前间距大于安全间距，则不需要刹车；否则，需要刹车。

其中当判断结果为需要刹车时，根据当前间距和安全间距来选择相应的制动方式，包括以下步骤：若当前间距小于或等于安全间距，且彼此之间的绝对差值大于安全间距与所述安全比例之积，则选择回馈制动方式，控制回馈制动系统230进行工作；若当前间距小于或等于安全间距，且彼此之间的差值小于或等于安全间距与安全比例之积，则选择回馈和液压制动方式，控制液压制动系统210和回馈制动系统230同时进行工作。

其中，在所述液压制动模块210或回馈制动模块230的工作过程中，周期性地检测车辆与前方障碍物之间的间距S，并且将所检测的间距与前一次检测的间距S′进行比较，如果所检测的间距S连续至少2次大于前一次检测的间距S′，则控制液压制动模块210和回馈制动模块230中的至少一者停止工作。其中，所述检测车辆与前方障碍物之间的间距的周期可以根据实际需要而定，可以每隔200-500ms检测一次。

本发明所提供的自动刹车系统及其控制方法可以在避免实现刹车的情况下使能量得到了最大程度上的利用，从而较少了交通事故的发生，并且提高了汽车的能量利用效率。

Claims (17)

1、一种自动刹车系统，该刹车系统包括相互连接的控制模块(10)和制动模块(20)，所述控制模块(10)用于检测车辆与前方障碍物之间的当前间距以及相对速度，并且判断是否需要刹车，其特征在于，所述制动模块(20)包括液压制动模块(210)和回馈制动模块(230)，所述控制模块(10)用于根据判断结果分别控制液压制动模块(210)和回馈制动模块(230)对车辆进行刹车制动，所述液压制动模块(210)以机械方式进行刹车制动，所述回馈制动模块(230)以能量回馈方式进行刹车制动。

2、根据权利要求1所述的自动刹车系统，其中，所述控制模块(10)包括控制单元(110)和超声波检测器(120)：

超声波检测器(120)包括超声波发射电路(121)和超声波接收电路(122)，分别用于发射和接收超声波；

所述控制单元(110)用于对超声波接收电路(122)传送来的信号进行计算，得出当前间距，并获取车辆与前方障碍物之间的相对速度，根据当前间距、相对速度、液压制动模块(210)和回馈制动模块(230)的最大制动力，判断当前间距是否在安全间距之内，并根据判断结果控制所述液压制动模块(210)和回馈制动模块(230)的动作。

3、根据权利要求2所述的自动刹车系统，其中，所述控制单元(110)控制所述超声波发射电路(121)生成和发射超声波，该超声波经前方障碍物反射并由超声波接收电路(122)接收，超声波接收电路(122)并将接收到的超声波传送到控制单元(110)。

4、根据权利要求1所述的自动刹车系统，其中，所述控制单元(110)比较当前间距与安全间距，若当前间距大于安全间距，则控制单元(110)不进行任何操作；若当前间距小于或等于安全间距，且彼此之间的差值大于安全间距与安全比例之积，则控制单元(110)控制所述回馈制动模块(230)工作；若当前间距小于或等于安全间距，且彼此之间的差值小于或等于安全间距与安全比例之积，则控制单元(110)控制所述液压制动模块(210)和回馈制动模块(230)工作。

5、根据权利要求4所述的自动刹车系统，其中，所述安全比例为20％-50％。

6、根据权利要求1所述的自动刹车系统，其中，在所述液压制动模块(210)或回馈制动模块(230)的工作过程中，所述控制模块(10)周期性地检测车辆与前方障碍物之间的间距S，并且将所检测的间距与前一次检测的间距S′进行比较，如果所检测的间距S连续至少2次大于前一次检测的间距S′，则控制液压制动模块(210)和回馈制动模块(230)中的至少一者停止工作。

7、根据权利要求6所述的自动刹车系统，其中，检测车辆与前方障碍物之间的间距S的周期为200-500ms。

8、根据权利要求1-7中任一项所述的自动刹车系统，其中，所述回馈制动模块(230)包括蓄电池(231)、逆变器(232)和永磁型电机(233)，所述逆变器(232)分别与控制模块(10)、永磁型电机(233)和蓄电池(231)连接，用于在控制模块(10)的控制下将交流电转换为直流电，并且控制所述永磁型电机(233)将制动过程中的机械能转化为电能，并将该电能输送至蓄电池(231)存储。

9、根据权利要求1-7中任一项所述的自动刹车系统，其中，所述液压制动模块(210)包括电机(211)、电机驱动电路(212)、传动机构(213)和制动踏板液压制动系统(214)，所述电机驱动电路(212)分别与电机(211)和控制模块(10)相连，电机(211)的输出轴通过传动机构(213)与所述制动踏板液压制动系统(214)相连，所述制动踏板液压制动系统(214)用于在制动踏板被踩下时对车辆进行刹车制动，所述控制模块(10)通过电机驱动电路(212)来控制电机(211)运行，然后电机(211)通过传动机构(213)驱动所述制动踏板液压制动系统(214)进行刹车制动。

10、一种自动刹车系统的控制方法，所述自动刹车系统为根据权利要求1-11中任一项所述的自动刹车系统，所述控制方法包括：

检测车辆与前方障碍物之间的当前间距以及相对速度；

判断是否需要刹车；

根据判断结果控制所述液压制动模块(210)和回馈制动模块(230)的动作。

11、根据权利要求10所述的控制方法，其中，检测车辆与前方障碍物之间的当前间距的步骤包括以下步骤：

发射超声波；

接收该超声波经前方障碍物反射回来的超声波；以及

用发射超声波和接收到超声波的时间差的一半乘以超声波的传输速度得到车辆与前方障碍物之间的当前间距。

12、根据权利要求10所述的控制方法，其中，检测车辆与前方障碍物之间的相对速度的步骤包括以下步骤：

检测车辆与前方障碍物之间的当前间距；以及

根据车辆与前方障碍物之间的间距变化量以及发生该间距变化量所经历的时间来获得车辆与前方障碍物之间的相对速度。

13、根据权利要求10所述的控制方法，其中，判断是否需要刹车的步骤包括以下步骤：

根据相对速度以及液压制动模块(210)和回馈制动模块(230)的最大制动力来计算安全间距；

比较当前间距和安全间距：

若当前间距大于安全间距，则不需要刹车；否则，则需要刹车。

14、根据权利要求13所述的控制方法，其中，当判断结果为需要刹车时，根据当前间距和安全间距来选择相应的制动方式，包括以下步骤：

若当前间距小于或等于安全间距，且彼此之间的差值大于安全间距与安全比例之积，则选择回馈制动方式，控制回馈制动系统(230)进行工作；

若当前间距小于或等于安全间距，且彼此之间的差值小于或等于安全间距与安全比例之积，控制液压制动系统(210)和回馈制动系统(230)同时进行工作。

15、根据权利要求13或14所述的控制方法，其中，所述安全比例为20％-50％。

16、根据权利要求10所述的控制方法，其中，所述控制方法还包括：在所述液压制动模块(210)或回馈制动模块(230)的工作过程中，周期性地检测车辆与前方障碍物之间的间距S，并且将所检测的间距S与前一次检测的间距S′进行比较，如果所检测的间距S连续至少2次大于前一次检测的间距S′，则控制液压制动模块(210)和回馈制动模块(230)中的至少一者停止工作。

17、根据权利要求16所述的控制方法，其中，检测车辆与前方障碍物之间的间距S的周期为200-500ms。

Images