CN102991492B - 车辆主动制动系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车辆主动制动系统和方法，其中，车辆主动控制系统包括信号采集器、制动控制器、车辆控制器和伺服电机；信号采集器与制动控制器连接，制动控制器与车辆控制器连接，制动控制器与伺服电机连接，伺服电机的输出轴用于与踏板转轴连接；信号采集器用于采集踏板位置信号，并将踏板位置信号发送给制动控制器；车辆控制器用于根据车速、距前方障碍物距离及踏板位置信号和变化速率，判断是否需要启动主动制动系统，若需要启动主动制动系统，则向主动控制器发送主动制动指令，制动控制器用于控制伺服电机的转动，以驱动踏板制动。

Description

车辆主动制动系统和方法

技术领域

本发明车辆制动技术，尤其涉及一种车辆主动制动系统和方法。

背景技术

制动器是具有使运动部件（或运动机械）减速、停止或保持停止状态等功能的装置。车辆上均设置有制动器，车辆制动器有很多种类，例如盘式制动器等，车辆制动器的一般工作原理如下：当车辆需要制动时，驾驶员用脚踏下制动器的踏板，踏板转轴转动驱动液压或气动系统，驱动制动蹄的摩擦片压紧在制动鼓的内圆面上，不转动的制动蹄对旋转的制动鼓产生摩擦力矩，从而产生制动力。

目前，车辆制动系统主要是依靠驾驶员操作，在紧急状况下，由于驾驶员反应迟钝或失误，导致行驶的车辆不能在安全制动范围内实现制动，可能会造成严重的后果。

发明内容

本发明提供一种车辆主动制动系统和方法，用于解决现有技术中车辆制动不能实现自动安全制动的技术缺陷。

本发明提供的一种车辆主动制动系统，包括信号采集器、制动控制器、车辆控制器和伺服电机；所述信号采集器与所述制动控制器连接，所述制动控制器与所述车辆控制器连接，所述制动控制器与所述伺服电机连接，所述伺服电机的输出轴用于与踏板转轴连接；

所述信号采集器用于采集踏板位置信号，并将所述踏板位置信号发送给所述制动控制器；

所述制动控制器用于将所述踏板位置信号转换为数字信号，并根据所述踏板位置信号计算出踏板位置变化速率，将所述踏板位置信号和位置变化速率发送给所述车辆控制器；

所述车辆控制器用于根据车速、距前方障碍物距离及踏板位置信号和变化速率，判断是否需要启动主动制动系统，若需要启动主动制动系统，则向所述主动控制器发送主动制动指令，所述制动控制器用于控制所述伺服电机的转动，以驱动踏板制动。

本发明还提供一种车辆主动制动方法，包括：

信号采集器采集踏板位置信号；

制动控制器接收所述踏板位置信号并根据所述踏板位置信号计算出踏板位置变化速率，并将所述踏板位置信号和变化速率发送给车辆控制器；

所述车辆控制器根据踏板位置信号及变化速率、车速以及车辆与障碍物距离判断是否需要启动主动制动；

若当前的制动力不能满足制动要求，则向制动控制器发送主动制动指令，所述制动控制器根据所述主动制动指令控制伺服电机动作，以驱动踏板转轴转动，实现主动制动。

本发明提供的车辆主动制动系统和方法，通过信号采集装置采集踏板位置信号并发送给制动控制器，车辆控制器根据实际情况，向制动控制器发出主动制动指令，制动控制器控制伺服电机输出轴的转角和转速，以驱动踏板转轴转动，实现自动控制，从而可以在最短距离内制动，避免发生事故。并且，该车辆主动制动系统可以灵活的安装在任何类型的车辆上，适用范围较广。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的车辆主动制动系统的示意图；

图2为本发明第二实施例提供的车辆主动制动系统的示意图；

图3为本发明第三实施例提供的车辆主动制动方法的流程图。

附图标记：

1-信号采集器；      2-制动控制器；      3-车辆控制器；

4-伺服电机；        5-踏板转轴；        11-可变电阻器；

12-电阻；           13-第一电容；       14-第二电容；

6-信号跟随器。

具体实施方式

参考图1，图1为本发明第一实施例提供的车辆主动制动系统的示意图。

如图1，本实施例提供的车辆主动制动系统，包括信号采集器1、制动控制器2、车辆控制器3和伺服电机4；信号采集器1与制动控制器2连接，制动控制器2与车辆控制器3连接，制动控制器2与伺服电机4连接，伺服电机4的输出轴用于与踏板转轴5连接。可以通过法兰将伺服电机4的输出轴与踏板转轴5连接，使得伺服电机4可以驱动踏板转轴5转动。具体地，制动控制器2可以通过控制器局域网络（Controller Area Network，简称CAN）总线与车辆控制器3连接。伺服电机4可以为直流电机，可以根据制动力要求确定伺服电机4具有合适的扭矩容量和响应速度。

信号采集器1用于采集踏板位置信号，并将踏板位置信号发送给制动控制器2；信号采集器1可以有多种类型，能够将踏板的位置变化量转换成指示该变化量的电信号，例如，可以通过电信号反应踏板转轴的转动角度及转动速度。

制动控制器2用于将踏板位置信号转换为数字信号，并根据踏板位置信号计算出踏板位置变化速率，将踏板位置信号和位置变化速率发送给车辆控制器3。

车辆控制器3用于根据车速、距前方障碍物距离及踏板位置信号和变化速率，判断是否需要启动主动制动系统，若需要启动主动制动系统，则向主动控制器2发送主动制动指令，制动控制器2用于控制伺服电机4的转动，以驱动踏板制动。

具体地，制动控制器2可以为单片机，例如，可以采用AT89C51芯片，制动控制器2接收信号采集器1采集的踏板位置信号，该踏板位置信号为模拟信号，制动控制器2将该模拟信号转换成数字信号，并按照以下计算公式给出的数值微分方法求出踏板位置的变化速率，计算公式如下：

$p^{\′}\left(x_0\right)\≈\frac{p(x_0+\mathrm{\Δt})-p(x_0-\mathrm{\Δt})}{2\mathrm{\Δt}}$

其中，p代表踏板位置，x₀代表当前时刻，Δt代表微小时间段，可以取为10ms。

制动控制器2通过CAN总线将踏板位置信号和踏板位置变化速率发送给车辆控制器3，车辆控制器3综合计算分析踏板位置信号、踏板位置变化速率、车辆运行速度以及距前方障碍物距离等数据，判断当前的制动力能否可以满足车辆与前方障碍物保持安全距离，以免发生碰撞。

如果车辆控制器3判断当前制动力不能使车辆与前方障碍物保持安全距离，则车辆控制器3通过CAN总线向制动控制器2发送主动制动指令，该主动制动指令可以包括车辆制动使能信号和制动强度信号，制动使能信号是踩下踏板后发出的一个12V的制动信号，制动强度信号是踩下踏板的转角和转速的强度信号。制动控制器2接收主动制动指令后，根据踏板位置信号和变化速率，通过PID（比例-积分-微分）算法控制伺服电机4输出轴的转角及转速，以控制踏板转轴5转动的角度和速度，实现安全制动。

本实施例提供的车辆主动制动系统，通过信号采集装置1采集踏板位置信号并发送给制动控制器2，车辆控制器3根据实际情况，向制动控制器2发出主动制动指令，制动控制器2控制伺服电机4输出轴的转角和转速，以驱动踏板转轴转动，实现自动控制，从而可以在最短距离内制动，避免发生事故。并且，该车辆主动制动系统可以灵活的安装在任何类型的车辆上，适用范围较广。

参考图2，图2为本发明第二实施例提供的车辆主动制动系统的示意图。

如图2所示，在上述实施例技术方案的基础上，优选地，信号采集器1包括供电电源、可变电阻器11和滤波器。供电电源可以为12V。

可变电阻器11的指针与踏板转轴连接，可变电阻器11的指针随踏板转轴转动以反应踏板位置变化；滤波器与可变电阻器11连接。滤波器的类型可以有多种形式，优选地，滤波器可以包括电阻12、第一电容13和第二电容14；第一电容13和第二电容14并联在电阻12的两端。具体地，可变电阻器的阻值为200欧，电阻的阻值为100欧；第一电容13和第二电容14可以为钽电容，第一电容13和第二电容14可以为100微法。本实施例提供的信号采集装置，数据采集精度较高且成本较低。

在上述实施例技术方案的基础上，车辆主动制动系统还包括信号跟随器6，信号跟随器6的输入端与滤波器输出端连接，信号跟随器6的输出端与制动控制器2的输入端连接。具体地，信号跟随器6可以为电压跟随器，可以采用为12v供电，信号跟随器6的输入端与电阻12连接，信号跟随器6的输出端与制动控制器2的输入端连接，信号跟随器6的输出信号基本等同于输入信号，能够提高带负载能力。

参考图3，图3为本发明第三实施例提供的车辆主动制动方法的流程图。

如图3所示，本实施例提供的车辆主动制动方法，包括：

步骤101，信号采集器采集踏板位置信号；

具体地，可变电阻器指针随踏板转轴转动，踏板位置变化后，改变可变电阻器的输出电压，该输出电压经过滤波器滤波后的信号作为踏板位置信号。

步骤201，制动控制器接收所述位置信号并根据所述踏板位置信号计算出踏板位置变化速率，并将所述踏板位置信号和变化速率发送给车辆控制器。

具体地，踏板位置信号为模拟信号，制动控制器将该模拟信号转换成数字信号，并按照数值微分方法求出踏板位置的变化速率。

步骤301，所述车辆控制器根据踏板位置信号及变化速率、车速以及车辆与障碍物距离判断是否需要启动主动制动。

步骤401，若当前的制动力不能满足制动要求，则向制动控制器发送主动制动指令，所述制动控制器根据所述主动制动指令控制伺服电机动作，以驱动踏板转轴转动，实现主动制动。

具体地，主动制动指令包括：车辆制动使能信号和车辆制动强度信号；

制动控制器根据车辆制动使能信号和车辆制动强度信号，通过PID算法控制伺服电机输出轴的转角和转速。

本实施例提供的车辆主动制动方法，通过信号采集装置采集踏板位置信号并发送给制动控制器，车辆控制器根据实际情况，向制动控制器发出主动制动指令，制动控制器控制伺服电机输出轴的转角和转速，以驱动踏板转轴转动，实现自动控制，从而可以在最短距离内制动，避免发生事故。并且，该车辆主动制动系统可以灵活的安装在任何类型的车辆上，适用范围较广。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种车辆主动制动系统，其特征在于，包括信号采集器、制动控制器、车辆控制器和伺服电机；所述信号采集器与所述制动控制器连接，所述制动控制器与所述车辆控制器连接，所述制动控制器与所述伺服电机连接，所述伺服电机的输出轴用于与踏板转轴连接；

所述信号采集器用于采集踏板位置信号，并将所述踏板位置信号发送给所述制动控制器，其中，所述信号采集器包括供电电源、可变电阻器和滤波器，所述可变电阻器的指针与踏板转轴连接，所述可变电阻器的指针随踏板转轴转动以反应踏板位置变化，所述滤波器与所述可变电阻器连接；

所述制动控制器用于将所述踏板位置信号转换为数字信号，并根据所述踏板位置信号计算出踏板位置变化速率，将所述踏板位置信号和位置变化速率发送给所述车辆控制器；

所述车辆控制器用于根据车速、距前方障碍物距离及踏板位置信号和变化速率，判断是否需要启动主动制动系统，若需要启动主动制动系统，则向所述制动控制器发送主动制动指令，所述制动控制器用于控制所述伺服电机的转动，以驱动踏板制动。

2.根据权利要求1所述的车辆主动制动系统，其特征在于，所述车辆主动制动系统还包括信号跟随器，所述信号跟随器的输入端与所述滤波器输出端连接，所述信号跟随器的输出端与所述制动控制器的输入端连接。

3.根据权利要求1或2所述的车辆主动制动系统，其特征在于，所述滤波器包括电阻、第一电容和第二电容；所述第一电容和第二电容并联在所述电阻的两端。

4.根据权利要求3所述的车辆主动制动系统，其特征在于，所述可变电阻器的阻值为200欧，所述电阻的阻值为100欧；

所述第一电容和第二电容均为钽电容，所述第一电容和第二电容均为100微法。

5.根据权利要求1或2所述的车辆主动制动系统，其特征在于，所述伺服电机为直流电机。

6.一种车辆主动制动方法，其特征在于，包括：

信号采集器采集踏板位置信号，其中，所述信号采集器采集踏板位置信号，包括：可变电阻器指针随踏板转轴转动，踏板位置变化后，改变所述可变电阻器的输出电压，该输出电压经过滤波器滤波后的信号作为踏板位置信号；

制动控制器接收所述踏板位置信号并根据所述踏板位置信号计算出踏板位置变化速率，并将所述踏板位置信号和变化速率发送给车辆控制器；

所述车辆控制器根据踏板位置信号及变化速率、车速以及车辆与障碍物距离判断是否需要启动主动制动；

若当前的制动力不能满足制动要求，则向制动控制器发送主动制动指令，所述制动控制器根据所述主动制动指令控制伺服电机动作，以驱动踏板转轴转动，实现主动制动。

7.根据权利要求6所述的车辆主动制动方法，其特征在于，所述主动制动指令包括：车辆制动使能信号和车辆制动强度信号；

所述制动控制器根据车辆制动使能信号和车辆制动强度信号，通过PID算法控制所述伺服电机输出轴的转角和转速。