CN104192112A - 一种用于实现双回路制动的无人驾驶车辆的制动系统 - Google Patents

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陈慧岩
张瑞琳
李勇
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Abstract

本发明提供一种用于实现双回路制动的无人驾驶车辆的制动系统，主要由人工制动回路、电动制动回路、三通控制阀和制动管路Z组成；人工制动回路上的制动踏板通过控制阀与助力装置相连，助力装置通过制动主缸推杆R与制动主缸R的控制端相连，制动主缸R的进油口与储液罐R相连，制动主缸R的出油口与制动管路R相连；电动制动回路上的电控模块通过制动主缸推杆D与制动主缸D的控制端相连，制动主缸D的进油口与储液罐D相连，制动主缸D的出油口与制动管路D相连；所述制动管路R和制动管路D与三通控制阀相连，三通控制阀的出油口通过制动管路Z与制动控制器相连，制动控制器与车辆上的轮边制动总成相连。

Description

一种用于实现双回路制动的无人驾驶车辆的制动系统
技术领域
本发明涉及一种用于实现双回路制动的无人驾驶车辆的制动系统，属于车辆设计技术领域。
背景技术
国内外均已举办无人驾驶车辆挑战赛，如美国DARPA(美国国防部高级计划研究局)举行的Urban Challenge(城市挑战赛)、中国举办的“智能车未来挑战”赛，各大车企也都在研究无人驾驶汽车，如奔驰S500INTELLIGENT DRIVE，Google的无人车，日产的电动自动驾驶汽车等，但是在国内外无人驾驶汽车技术的研究中，大多通过对传统汽车添加外部机构进行改造的方法来实现无人驾驶，这种方法将上层决策系统的指令施加于外部机构，会导致附加控制系统和汽车原有控制系统不能兼容，难以达到预定的控制效果，甚至有可能导致严重的控制失效。另外，汽车在实现有人驾驶到无人驾驶车辆的转变过程中，必然会出现车辆同时具备有人驾驶功能和无人驾驶功能的过渡时期，车辆在具有无人驾驶功能的同时，驾驶人员可以随时介入驾驶过程，接管车辆的控制。
汽车的制动系统与汽车的安全性能息息相关，是使得无人驾驶汽车能够上路测试的最关键保证，是使无人驾驶汽车能够安全停止在一定范围的决定性装置，目前国内的无人驾驶车辆的制动系统是在车辆的原有执行机构(如制动踏板)上安装执行器(如电机)来进行车辆的制动控制,该方式不能充分保证制动系统的有效工作，控制精度不够，安全性能不足。如CN 103625454 A发明专利申请中用蜗轮蜗杆把电机轴的旋转运动转换为蜗杆的直线运动推动原车制动主缸的方式实现电控制动系统的制动功能；CN 101797917 A的发明专利申请是通过安装在制动踏板附近的电机来拉动拉索带动制动踏板运动的方式实现电控制动系统的制动功能。这种方法的缺点为有以下几点：
(1)在制动踏板处进行电控制动改装和人工作制动采用同一个执行机构，可能会造成二者动作的干涉；
(2)电机拉动拉线带动制动踏板运动的控制精度不高，不利于纵向控制算法的进一步研究；
(3)制动系统卸压时制动踏板需要克服电机的阻力回位，制动踏板反复动作时，不能保证制动踏板每次回位的点不变，标定困难；
(4)制动系统传动路线较长，不能充分体现电控系统的“反应快、控制精准”的特点。
因此，有必要设计一种双回路的无人驾驶车辆制动系统，这个系统中一条制动回路为汽车原有的制动系统，另一条回路为电控的无人驾驶制动系统，需要在汽车进入无人驾驶模式下可靠工作，并保证有人驾驶回路和无人驾驶回路互不干扰，其中有人驾驶模式的优先级较高，任何时候驾驶者要介入制动控制均可以随时介入。
发明内容
针对现有方案的不足，本发明的目的是提供一种用于实现双回路制动的无人驾驶车辆的制动系统，该制动系统的有人控制回路和无人电动控制回路之间可以实现无缝切换，并且驾驶员可以随时介入制动系统的控制，即使无人电动控制回路失效，有人控制回路也完全不受影响，从而能够保证汽车的安全性。
实现本发明的技术方案如下：
一种用于实现双回路制动的无人驾驶车辆的制动系统，主要由人工制动回路、电动制动回路、三通控制阀和制动管路Z组成；其中
所述人工制动回路包括制动踏板、控制阀、助力装置，制动主缸R、制动主缸推杆R、储液罐R和制动管路R；连接关系为：制动踏板通过控制阀与助力装置相连，助力装置通过制动主缸推杆与制动主缸的控制端相连，制动主缸的进油口与储液罐R相连，制动主缸的出油口与制动管路R相连；
所述电动制动回路包括电控模块、制动主缸推杆D、储液罐D、制动主缸D和制动管路D；连接关系为：电控模块通过制动主缸推杆与制动主缸的控制端相连，制动主缸的进油口与储液罐相连，制动主缸的出油口与制动管路相连；
所述制动管路R与三通控制阀的常开端进油口相连，所述制动管路D与三通控制阀的常闭端进油口相连，三通控制阀的出油口通过制动管路Z与制动控制器相连，所述制动控制器与车辆上轮边制动总成相连；所述制动控制器为车辆上自带的制动控制器或为所述制动系统组成部分的制动控制器。
进一步地，本发明还包括连通装置，所述连通装置用于连通储液罐D和储液罐R。
进一步地，本发明所述三通控制阀为带回位弹簧的梭阀。
进一步地，本发明所述三通控制阀为两位三通电磁阀或两位三通双向电磁阀。
进一步地，本发明所述制动控制器为防抱死制动系统、驱动防滑系统或电子稳定系统。
进一步地，本发明所述电控模块为可以提供轴向位移与轴向力的电动装置，较佳地选直线位移电机或连接减速器的旋转电机。
进一步地，本发明所述储液罐D、储液罐R和连通装置为一个相互固连的整体。
进一步地，本发明所述制动主缸D和制动主缸R为一个相互固连的整体。
有益效果
第一、本发明中设计的双回路制动系统是通过控制一个与人工制动回路的制动主缸并联的制动主缸的形式来实现电动制动回路的制动功能，人工制动回路和电动控制回路只通过三通控制阀相连，所以电动制动回路的安装位置相对不受限制，安装布局易于实现。
第二、本发明在两个储液罐之间设置连通装置，制动系统产生的压强可以实现三通电磁阀在常闭接口和常开接口之间的转换，避开了通电类电磁阀的电动装置，电控控制逻辑相对简单。
第三、本发明可以作为无人驾驶车辆制动系统的备选方案，将两个储液罐固连在一起，易于实现批量生产。
附图说明
图1为本发明实例1制动系统的结构示意图。
图2为本发明实例2的结构示意图。
101-制动主缸推杆D、102-储液罐D、103-三通控制阀、104-制动踏板、105-制动管路D、106-控制阀、107-助力装置、108-制动主缸D、109-电控模块、110-轮边制动总成、111-制动控制器、112-储液罐R、113-制动主缸R、114-制动管路R、115制动管路Z、116制动主缸推杆R、117-连通装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明进行详细说明。
实例1：
如图1所示，本发明为一种用于实现双回路制动的无人驾驶车辆的制动系统，该系统主要由人工制动回路、电动制动回路、三通控制阀103和制动管路Z115组成；其中
所述人工制动回路包括制动踏板104、控制阀106、助力装置107，制动主缸R113、制动主缸推杆R116、储液罐R112和制动管路R114；连接关系为：制动踏板104通过控制阀106与助力装置107相连，助力装置107通过制动主缸推杆R116与制动主缸R113的控制端相连，制动主缸R113的进油口与储液罐R112相连，制动主缸R113的出油口与制动管路R114相连。
所述电动制动回路包括电控模块109、制动主缸推杆D101、储液罐D102、制动主缸D108和制动管路D105；连接关系为：电控模块109通过制动主缸推杆D101与制动主缸D108的控制端相连，制动主缸D108的进油口与储液罐D102相连，制动主缸D108的出油口与制动管路D105相连。
三通控制阀103、制动管路Z115、制动控制器111和车上的轮边制动总成110均属于人工制动回路和电动制动回路的共有部分；所述制动管路R114与三通控制阀103的常开端进油口相连，所述制动管路D105与三通控制阀103的常闭端进油口相连，三通控制阀103的出油口通过制动管路Z115与制动控制器111相连，所述制动控制器111与车辆上的轮边制动总成110相连。
本发明三通控制阀103可以选用两位三通的电磁阀，制动管路R114连接三通控制阀103的常开端进油口，三通控制阀103的常开通道连通人工控制制动模式下的制动回路，因此在三通控制阀103未通电受控时，制动管路R114与制动管路Z115之间处于常通状态；制动管路D105连接三通控制阀103的常闭端进油口，三通控制阀103的常闭通道连通电动控制模式下的制动回路，因此在三通控制阀103通电受控时，三通控制阀103上的常闭通道打开、常通通道关闭，此时制动管路D105与制动管路Z115之间处于常闭状态。另外三通控制阀103可以是两位三通双向电磁阀，或者其他形式的液压阀，其作用保证人工制动回路和电动制动回路互不干扰，使人工制动回路的油路和电动制动回路的油路互不相通，相互独立。
本发明中的制动控制器111可以是防抱死制动系统(Anti-lock Braking System，ABS)、驱动防滑系统(Acceleration Slip Regulation，ASR)、电子稳定系统(ElectronicStability Program，ESP)或者其他类似功能的制动系统控制器；当车辆上存在与本发明相匹配的制动控制器时，本发明制动系统可以不包括制动控制器，否则本发明制动系统包括制动控制器111，所述制动控制器111能完成制动管路Z115分成四路作用于轮边制动总成110的功能。
本发明中电控模块109可以选用力较大的直线位移电机或者是连接减速器的旋转电机，最终电控模块109输入的是PWM信号等方式控制的电信号，输出的是产生直线位移的力。
本发明制动系统的工作过程为：
当车辆为人工控制制动时，三通控制阀103不上电受控，制动管路R114和制动管路Z115连通。在驾驶员踩下制动踏板104时，制动踏板104产生的力经过控制阀106、助力装置107后产生力作用于制动主缸推杆R116上，制动主缸推杆R116左移将储液罐R112中的制动液经过制动主缸R113压入制动管路R114，再经过三通控制阀103进入制动管路Z115中，接着制动液经过制动控制器111以及接下来的管路进入轮边制动总成110中，产生制动力。在驾驶员松开制动踏板104时，制动主缸推杆R116在制动主缸113内部回位弹簧的作用下右移，制动液从轮边制动总成110经过管路、制动控制器111以及制动管路Z115进入三通控制阀103，然后再经过制动管路R114回到制动主缸R113中，制动液经过制动主缸R113流回到储液罐R112中，实现制动系统卸压，制动力解除。
当车辆为电动控制制动时，三通控制阀103上电受控，制动管路D105和制动管路Z115连通。当电控模块109接受上层规划系统的指令时，产生动作推动制动主缸推杆D101左移，将储液罐D102中的制动液经过制动主缸D108压入制动管路D105，制动液再经过三通控制阀103进入制动管路Z115中，接着经过制动控制器111以及接下来的管路进入轮边制动总成110中，产生制动力。当电动控制解除制动时，电控模块109接受上层规划系统的指令，产生动作使制动主缸推杆D101右移，制动液从轮边制动总成110经过管路、制动控制器111以及制动管路Z115进入三通控制阀103，经过制动管路D105回到制动主缸D108中，制动液经过制动主缸D108流回到储液罐D112中，实现制动系统卸压，制动力解除。
实例2
如图2所示，本发明为一种用于实现双回路制动的无人驾驶车辆的制动系统，该系统主要由人工制动回路、电动制动回路、三通控制阀103、制动管路Z115及连通装置117组成；其中
所述人工制动回路包括制动踏板104、控制阀106、助力装置107，制动主缸R113、制动主缸推杆R116、储液罐R112和制动管路R114；连接关系为：制动踏板104通过控制阀106与助力装置107相连，助力装置107通过制动主缸推杆R116与制动主缸R113的控制端相连，制动主缸R113的进油口与储液罐R112相连，制动主缸R113的出油口与制动管路R114相连；
所述电动制动回路包括电控模块109、制动主缸推杆D101、储液罐D102、制动主缸D108和制动管路D105；连接关系为：电控模块109通过制动主缸推杆D101与制动主缸D108的控制端相连，制动主缸D108的进油口与储液罐D102相连，制动主缸D108的出油口与制动管路D105相连；
三通控制阀103、制动管路Z115、制动控制器111和轮边制动总成110均属于人工制动回路和电动制动回路的共有部分；102储液罐D和112储液罐R通过连通装置117连接形成一个连通器；所述制动管路R114与三通控制阀103的常开端进油口相连，所述制动管路D105与三通控制阀103的常闭端进油口相连，三通控制阀103的出油口通过制动管路Z115与制动控制器111相连，所述制动控制器111与车辆上轮边制动总成110相连。
本发明制动系统的工作过程为：
当车辆为人工控制制动时，制动过程和图1所示的实例1完全相同。在驾驶员踩下制动踏板104，制动踏板104经过助力装置107后作用于制动主缸推杆R116上，制动主缸推杆R116左移将储液罐R112中的制动液经过制动主缸R113压入制动管路R114，再经过三通控制阀103进入制动管路Z115中，接着制动液经过制动控制器111以及接下来的管路进入轮边制动总成110中，产生制动力。在驾驶员松开制动踏板104时，制动主缸推杆R116在制动主缸113内部回位弹簧的作用下右移，制动液从轮边制动总成110经过管路、制动控制器111以及制动管路Z115进入三通控制阀103，然后再经过制动管路R114回到制动主缸R113中，制动液经过制动主缸R113流回到储液罐R112中，实现制动系统卸压，制动力解除。
当车辆为电动控制制动时，可以考虑两种情况，但并不拘泥于这两种情况。
第一种情况，与图1所示的实例1完全相同，三通控制阀103是两位三通双向电磁阀或者其他可实现下述功能的液压阀，其作用是保证人工制动部分和电动制动部分互不干扰，使人工制动部分的油路和电动制动部分的油路互不相通，相互独立。三通控制阀103的常开通道用来连通人工控制制动模式下的制动回路，三通控制阀103的常闭通道用来连通电动控制制动模式下的制动回路。此时，电控模块109接受上层规划系统的指令，产生动作推动制动主缸推杆D101左移，将储液罐D102中的制动液经过制动主缸D108压入制动管路D105，制动液再经过三通控制阀103进入制动管路Z115中，接着经过制动控制器111以及接下来的管路进入轮边制动总成110中，产生制动力。当电动控制解除制动时，电控模块109接受上层规划系统的指令，产生动作使制动主缸推杆D101右移，制动液从轮边制动总成110经过管路、制动控制器111以及制动管路Z115进入三通控制阀103，再经过制动管路D105回到制动主缸D108中，制动液经过制动主缸D108流回到储液罐D112中，实现制动系统卸压，制动力解除。
第二种情况，三通控制阀103是使用带回位弹簧的梭阀或者其他可以完成下述功能的液压阀，其作用是使人工控制制动模式和电动控制制动模式下的卸压回路为同一个回路，梭阀的常开通道连通人工控制制动模式下的制动回路，常闭通道在电动控制制动回路的压力大于梭阀的阈值时打开，连通无人电动控制制动回路。此时，电控模块109接受上层规划系统的指令，产生动作推动制动主缸推杆D101左移，将储液罐D102中的制动液经过制动主缸D108压入制动管路D105，经过三通控制阀103进入制动管路Z115中，接着经过制动控制器111以及接下来的管路进入轮边制动总成110中，产生制动力。当电动控制解除制动时，电控模块109接受上层规划系统的指令，产生动作使制动主缸推杆D101右移，由于三通控制阀103在回位弹簧的作用下关闭了制动管路Z115到制动管路D105的回油通道，制动主缸D108形成空腔，其油液通过与储液罐D102连通的储液罐R112得到补偿，制动系统卸压的油路为轮边制动总成110中的制动液从轮边制动总成110经过管路到达制动控制器111，然后经过制动管路Z115、三通控制阀103、制动管路R114和制动主缸R113，回到储液罐R112中，最后通过连通装置117进入储液罐D101中，制动系统完成卸压，制动力解除。
如图2所示的设计方案中的储液罐D102、储液罐R112和连通装置117并不拘泥于图中所示的安装方式，储液罐D110、储液罐R112和连通装置117可以作为一个整体考虑，也可以在设计时用一个储液罐代替。
如图2所示的设计方案中的制动主缸D108和制动主缸R113并不拘泥于图中所示的安装方式，二者可以并列安装，也可以对置安装或者其他可以实现上述功能的安装方式，制动主缸D108和制动主缸R113可以作为一个整体考虑，将二者设计为一个固连的整体，用一个具备两个及以上制动主缸推杆的缸体代替。
如图2所示的设计方案中的制动控制器111可以是防抱死制动系统(Anti-lockBraking System，ABS)、驱动防滑系统(Acceleration Slip Regulation，ASR)、电子稳定系统(Electronic Stability Program，ESP)或者其他类似功能的制动系统控制器；当车辆上存在与本发明相匹配的制动控制器时，本发明制动系统可以不包括制动控制器，否则本发明制动系统包括制动控制器111，所述制动控制器111能完成制动管路Z115分成四路作用于轮边制动总成110的功能。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于实现双回路制动的无人驾驶车辆的制动系统，其特征在于，该系统主要由人工制动回路、电动制动回路、三通控制阀(103)和制动管路Z(115)组成；其中
所述人工制动回路包括制动踏板(104)、控制阀(106)、助力装置(107)，制动主缸R(113)、制动主缸推杆R(116)、储液罐R(112)和制动管路R(114)；连接关系为：制动踏板(104)通过控制阀(106)与助力装置(107)相连，助力装置(107)通过制动主缸推杆R(116)与制动主缸R(113)的控制端相连，制动主缸R(113)的进油口与储液罐R(112)相连，制动主缸R(113)的出油口与制动管路R(114)相连；
所述电动制动回路包括电控模块(109)、制动主缸推杆D(101)、储液罐D(102)、制动主缸D(108)和制动管路D(105)；连接关系为：电控模块(109)通过制动主缸推杆D(101)与制动主缸D(108)的控制端相连，制动主缸D(108)的进油口与储液罐D(102)相连，制动主缸D(108)的出油口与制动管路D(105)相连；
所述制动管路R(114)与三通控制阀(103)的常开端进油口相连，所述制动管路D(105)与三通控制阀(103)的常闭端进油口相连，三通控制阀(103)的出油口通过制动管路Z(115)与制动控制器(111)相连，所述制动控制器(111)与车辆上的轮边制动总成(110)相连；所述制动控制器(111)为车辆上自带的制动控制器或为所述制动系统组成部分的制动控制器。
2.根据权利要求1所述用于实现双回路制动的无人驾驶车辆的制动系统，其特征在于，还包括连通装置(117)，所述连通装置(117)用于连通储液罐D(102)和储液罐R(112)。
3.根据权利要求2所述用于实现双回路制动的无人驾驶车辆的制动系统，其特征在于，所述三通控制阀(103)为带回位弹簧的梭阀。
4.根据权利要求2所述用于实现双回路制动的无人驾驶车辆的制动系统，其特征在于，所述储液罐D(102)、储液罐R(112)和连通装置(117)为一个相互固连的整体。
5.根据权利要求1所述用于实现双回路制动的无人驾驶车辆的制动系统，其特征在于，所述三通控制阀(103)为两位三通电磁阀或两位三通双向电磁阀。
6.根据权利要求1所述用于实现双回路制动的无人驾驶车辆的制动系统，其特征在于，所述制动控制器(111)为防抱死制动系统、驱动防滑系统或电子稳定系统。
7.根据权利要求1所述用于实现双回路制动的无人驾驶车辆的制动系统，其特征在于，所述电控模块(109)为可以提供轴向位移与轴向力的电动装置。
8.根据权利要求7所述用于实现双回路制动的无人驾驶车辆的制动系统，其特征在于，所述电动装置为直线位移电机或连接减速器的旋转电机。
9.根据权利要求1所述用于实现双回路制动的无人驾驶车辆的制动系统，其特征在于，所述制动主缸D(108)和制动主缸R(113)为一个相互固连的整体。
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