CN107719349A - 无人公交车制动控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及公交车技术领域，具体地说，涉及一种无人公交车制动控制系统和无人公交车制动控制方法，无人公交车制动控制系统包括与车体连接的安装部，安装部底面设有安装槽，安装槽内壁上设有轨道，滚珠和轨道配合用于支撑活动杆；活动杆一端与一真空助力器连接，真空助力器与一制动主缸连接；还包括障碍物检测传感器、控制模块、蓝牙装置，并将位置信号发送至控制模块；控制方法中具有预设减速阈值、预设刹车阈值，控制模块将位置信号与预设减速阈值、预设刹车阈值进行对比，控制车辆做出相应的制动方式。本发明能有效稳定地实现自动刹车和自动停在停车位。

Description

无人公交车制动控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及公交车技术领域，具体地说，涉及一种无人公交车制动控制系统及控制方法。

背景技术

当前随着社会发展，公路上的汽车数量越来越多，随之而来的是日益增加的交通事故，而80％的车祸源自司机。由于私家车数目太多，占用了大量的道路资源，使得交通日益堵塞，占有大量的停车资源，同时数量众多的私家车还需要消耗大量的生化能源，能源浪费和污染问题也随之而来。同时当前城市人口剧增，产生大量的交通需求，据统计，有60％的交通需求是在5公里以内的，而当前的公共交通中，地铁的建设成本和运营成本太高，运力也早不堪重负，当前的公交车不能完全满足企业和乘客双方的需求，特别是在产业园区、旅游景点、大学院校、机场码头、大型社区和体育场馆这样的地方，需要一种环保经济自由的交通方式，因此无人驾驶公交车其应用领域将会逐渐扩大，有广阔的发展空间。

发明内容

为了能够克服现有技术的某种或某些缺陷，本发明提供了一种无人公交车制动控制系统及控制方法。

根据本发明的一种无人公交车制动控制系统，包括与车体连接的安装部，安装部底面设有安装槽，安装槽两槽壁上均安装有相对应的轴承，一转动杆穿过轴承且由一电机驱动转动；转动杆套接有齿轮，齿轮上方设有活动杆，活动杆底面设有齿带，齿带与齿轮啮合；活动杆两侧和顶面上均设有滚珠，安装槽内壁上设有轨道，滚珠和轨道配合用于支撑活动杆；活动杆一端与一真空助力器连接，真空助力器与一制动主缸连接；

还包括障碍物检测传感器、控制模块、蓝牙接收装置，障碍物检测传感器用于采集障碍物位置信号，并将位置信号发送至控制模块，控制模块内预设至少一个信号强度阈值，控制模块接收位置信号并将其与任一信号强度阈值进行比较，并根据比较结果控制电机的转速；控制模块根据蓝牙接收装置的蓝牙信号将车停在停车位。

本发明中，电机的转动能带动转动杆转动，齿轮随之转动，齿带由齿轮的转动而水平移动，从而实现活动杆对制动主缸的挤压，实现无人公交车的自动刹车功能；电机由控制模块控制，障碍物检测传感器采集障碍物的位置信号并发送至控制模块，控制模块根据位置信号的大小对转速进行控制。滚珠与轨道的配合既能减小活动杆移动时的摩擦，又能增加活动杆移动时的稳定性。

优选地，还包括无线通信模块，无线通信模块用于将控制数据远程无线传送给控制台。本发明中，无线通信模块的设置，能有效地将无人公交车的数据传送给远方的控制台，从而控制台能有效地对无人公交车的状况进行监控，确保无人公交车的制动过程中的安全性。优选地，障碍物检测传感器为距离传感器且数量为二个以上。本发明中，距离传感器能检测障碍物与车体之间的距离信号，控制模块根据距离信号的大小控制电机的转速。两个以上的距离传感器使检测结果更精确。

优选地，轨道上设有用于滚珠内陷的凹槽。本发明中，凹槽的设置能限定滚珠的位置，从而保证活动杆的移动不易偏移。优选地，滚珠穿过一固定盖且滚珠的四分之一凸出活动杆对应面。本发明中，滚珠的四分之一凸出活动杆对应面，这能有效地保证滚珠安装后的稳定性。优选地，固定盖通过多个螺钉固定在活动杆上。本发明中，固定盖通过多个螺钉固定在活动杆上，这使得固定盖的位置十分稳定。

本发明还提供了一种无人公交车制动控制方法，包括以下步骤：

S1障碍物检测传感器检测区域内是否有障碍物，并生成位置信号，如果是，则进行下一步，反之则车辆正常行驶；

S2控制模块将位置信号与预设刹车阈值进行对比，判断是否需要紧急刹车，当位置信号小于预设刹车阈值时，控制模块通过电机控制车辆紧急制动，反之进行下一步；

S3控制模块将位置信号与预设减速阈值进行对比，预设减速阈值大于预设刹车阈值，当位置信号大于预设刹车阈值且小于预设减速阈值时，控制模块控制车辆逐渐减速，当位置信号大于预设减速阈值时，则进行下一步：

S4蓝牙接收装置是否到达停车位，并生成停车信号，如果是，则控制模块接收停车信号后控制车辆逐渐减速后停车，如果否，则车辆正常行驶。

进一步地，的步骤S4中障碍物检测传感器检测是否到达停车位，还包括以下步骤：

S41：停车位是由至少四个方向的桩形成的无形区域，桩内安装有蓝牙发射装置，无人公交车的车体上对应设置有蓝牙接收装置，蓝牙接收装置处于车内中心位置；

S42：蓝牙接收装置采用扫描模式接收外部的蓝牙信号，四个方向的蓝牙发射装置采用广播模式向外发射蓝牙信号，蓝牙信号包括信号强度(RSSI)、标签信息等信息；

S43：当无人公交车临近停车位时，蓝牙接收装置会陆续接收四个方向的的蓝牙信号，分别为第一蓝牙信号、第二蓝牙信号、第三蓝牙信号、第四蓝牙信号，直至蓝牙接收装置能同时接收到四个方向的连续的蓝牙信号；

S44：蓝牙连接后，检测该停车位的停车状态，是否已有无人车停在该停车位，若有，则换到下一个停车位，进一步确认停车位信息等，直至到一个无车的停车位；若无，则该停车位可以停车。

S45：无人公交车的控制模块将四个方向的蓝牙信号中的信号强度进行比较，并做出相应的处理方式，使四个方向的信号强度误差在预设值内；

S46：无人公交车停车成功，控制模块处于待机模式，可随时被唤醒。

本控制方法能有效地自动控制无人公交车紧急制动、逐渐减速和到站停车，十分方便，实现真正的无人化行驶和停车。

附图说明

图1为实施例1中安装部的结构示意图；

图2为实施例1中齿带和齿轮的连接结构示意图；

图3为实施例1中滚珠的结构示意图；

图4为实施例1中无人公交车制动控制系统的结构框图；

图5为实施例1中无人公交车制动控制方法的流程图；

图6为实施例2中无人公交车停车位示意图；

图7为实施例2中无人公交车错误停车的示意图；

图8为实施例2中无人公交车错误停车的示意图。

图例说明：

第一蓝牙发射装置 1

第二蓝牙发射装置 2

第三蓝牙发射装置 3

第四蓝牙发射装置 4

蓝牙接收装置 5

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本发明进行解释而并非限定。

实施例1

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例提供了一种无人公交车制动控制系统，包括与车体连接的安装部110，安装部110底面设有安装槽111，安装槽111两槽壁上均安装有相对应的轴承120，一转动杆130穿过轴承120且由一电机140驱动转动；转动杆130套接有齿轮150，齿轮150上方设有活动杆160，活动杆160底面设有齿带170，齿带170与齿轮150啮合；活动杆160两侧和顶面上均设有滚珠190，安装槽111内壁上设有轨道180，滚珠190和轨道180配合用于支撑活动杆160；活动杆160一端与一真空助力器210连接，真空助力器210与一制动主缸220连接；

还包括障碍物检测传感器和控制模块，障碍物检测传感器用于采用障碍物的位置信号，并将位置信号发送至控制模块，控制模块内预设至少一个信号强度阈值，控制模块接收位置信号并将其与任一信号强度阈值进行比较，并根据比较结果控制电机140的转速；控制模块根据蓝牙接收装置的蓝牙信号将车停在停车位。

电机140的转动带动转动杆130的转动，固定套接在转动杆130上的齿轮150也随之转动，齿带170与齿轮150啮合，齿带170与活动杆160为固定连接，所以，齿轮150的正转和反转带动活动杆160的来回移动，活动杆160的移动能通过真空助力器210使制动主缸220工作，实现制动的功能；转速的大小影响着活动杆160的移动速度，转速大，活动杆160移动快，这使得能通过转速的大小控制刹车时间，实现急刹。滚珠190和轨道180的配合能有效地保证活动杆160移动时的稳定性。

障碍物检测传感器一般安装于车体的前方，如果有障碍物，其能采集车体前方障碍物的位置信号，并发送至控制模块，控制模块为PLC或微处理器，其将位置信号与至少一个信号强度阈值进行比较，当超过阈值时，电机140的转速快，从而制动能力强，低于阈值时，电机140的转速慢，从而能缓慢地制动。

本实施例中，还包括无线通信模块，无线通信模块用于将控制数据远程无线传送给控制台。

无线通信模块能将无人公交车的数据远程无线传输给控制台，从而控制台能方便的对无人机的状况进行远程监控。

本实施例中，障碍物检测传感器为距离传感器且数量为二个以上。

二个以上的距离传感器能有效地检测障碍物到车体之间距离的精确性。

本实施例中，轨道180上设有用于滚珠190内陷的凹槽。

轨道180上凹槽的设置，有利于滚珠190运动时的稳定性。

本实施例中，滚珠190穿过一固定盖230且滚珠190的四分之一凸出活动杆160对应面。

滚珠190的四分之一凸出活动杆160对应面，这能较佳地保证滚珠190安装后的稳定性。

本实施例中，固定盖230通过多个螺钉240固定在活动杆160上。

本实施例中，齿轮150的直径为活动杆160和齿带170厚度之和的4倍，这样，活动杆160能较佳地在齿轮150上活动，提高使用寿命。

如图5所示，本实施例还提供了一种无人公交车制动控制方法，包括以下步骤：

S1障碍物检测传感器检测区域内是否有障碍物，并生成位置信号，如果是，则进行下一步，反之则车辆正常行驶；

S2控制模块将位置信号与预设刹车阈值进行对比，判断是否需要紧急刹车，当位置信号小于预设刹车阈值时，控制模块通过电机140控制车辆紧急制动，反之进行下一步；

S3控制模块将位置信号与预设减速阈值进行对比，预设减速阈值大于预设刹车阈值，当位置信号大于预设刹车阈值且小于预设减速阈值时，控制模块控制车辆逐渐减速，当位置信号大于预设减速阈值时，则进行下一步：

S4障碍物检测传感器检测是否到达停车位，并生成停车信号，如果是，则控制模块接收停车信号后控制车辆逐渐减速后停车，如果否，则车辆正常行驶。

本实施例中，控制模块可以通过程序设置和调节电机140的转速，电机140的转速影响着活动杆160的推进速度，当车辆处于紧急制动状态时，电机140就让活动杆160推进更快，使制动时间更短；当车辆处于行车制动状态时，就让活动杆160推进更慢，制动时间更长。障碍物检测传感器会实时检测汽车前方是否有障碍物，当发现有障碍物时向控制模块发送信号，控制模块可以通过程序设置和调节活动杆160推进的速度。

从能量守恒定律可以得到摩擦力对物体做的功等于物体动能的变化量：μNs＝1/2mv^2其中N是车对地面的压力，μ是车跟地面的摩擦系数，s是刹车距离，m是车的质量，v是车的速度，其中车对地面的压力等于车的重力F＝mg，所以得到mgμs＝1/2mv^2，简化为：gμs＝1/2v^2。所以，根据障碍物距离s算得应该有的车速v后，根据车速v来调节活动杆160推进的速度，此时的车速v为最大车速，进而保证无人公交车在规定的刹车距离内及时停车。

此处控制模块根据车速v来调节活动杆160推进的速度，车速v与活动杆160推进的速度为正对应关系，即车速v越大，说明刹车距离越长，活动杆160推进的速度也越大；反之，车速v越小，说明刹车距离越短，活动杆160推进的速度也越小。

摩擦系数μ与多种因素有关，一般值为0.8左右，雨天可降至0.2以下，冰雪路面就更低了。假设摩擦系数μ为0.8，则不同的车速，刹车距离如下：

车速(km/h)	20	30	40	50	60	70	80	90	100	120	150	180	200	250
															刹车距离(m)	2	4	8	12	18	24	32	40	49	71	111	159	197	308

上面仅仅是刹车过程，实际上，从人看到情况有危险，到踩刹车使车减速，需要一段时间，这包括人的反应时间和车子的响应时间，人与人的反应时间不同，大多数人的动作时间约需1秒。考虑那1秒钟的动作时间，刹车距离将增大，实际刹车距离如下：

上述的是刹车距离s与车速v之间的关系，在通过距离s得到速度v之后，再通过速度v来调节活动杆160的推进速度，活动杆160的推进速度由电机140的转速来控制，也就是说通过速度v来调节电机140的转速。

按照上表所述，若障碍物检测传感器检测到障碍物在距离200米左右，则此时无人公交车的最大速度为180(km/h)。而众所周知，本发明主要应用在产业园区、旅游景点、大学院校、机场码头、大型社区和体育场馆等地方，按照交通法规，在上述地方的驾驶速度最高不得超过30km/h，也就是说刹车距离最长为12.7米。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：在本实施例中，所述四个方向为两两相邻方向呈90度角的方向，四个方向的桩围成所述停车位。如图6、7、8所示，所述桩内安装有蓝牙装置，按照序号所述：第一个桩的蓝牙发射装置设为第一蓝牙发射装置1，第二个桩的为第二蓝牙发射装置2，第三个桩的为第三蓝牙发射装置3，第四个桩的为第四蓝牙发射装置4。对应的，无人公交车的车体上对应设置有蓝牙接收装置5、GPRS通讯模块、GPS定位模块、控制模块。当蓝牙接收装置5与4个桩的蓝牙发射装置连接之后，会进行信息交互，确认停车位信息并正确停车，所述停车位信息包括停车点是否正确、有没有超范围等。本实施例中，还包括无线通信模块，无线通信模块能将无人公交车的控制数据远程无线传输给控制台，从而控制台能方便的对无人机公交车的状况进行远程监控。所述控制数据包括车速、制动距离、推进杆160的速度、停车位信息等。

无人公交车通过蓝牙装置正确停车的步骤如下：

S41:停车位是由至少四个方向的桩形成的无形区域，所述桩内安装有蓝牙发射装置，无人公交车的车体上对应设置有蓝牙接收装置，蓝牙接收装置设在车内中心位置；

S42：蓝牙接收装置采用扫描模式接收外部的蓝牙信号，四个方向的蓝牙发射装置采用广播模式向外发射蓝牙信号，所述的蓝牙信号包括信号强度(RSSI)、标签信息等信息；

S43：当蓝牙接收装置临近停车位时，蓝牙接收装置会陆续接收四个方向的的蓝牙信号，分别为第一蓝牙信号、第二蓝牙信号、第三蓝牙信号、第四蓝牙信号，直至蓝牙接收装置能同时接收到四个方向的连续的蓝牙信号；

S44：蓝牙连接后，检测该停车位的停车状态，是否已有无人车停在该停车位，若有，则换到下一个停车位，进一步确认停车位信息等，直至到一个无车的停车位；若无，则该停车位可以停车。

S45：无人公交车的控制模块将四个方向的蓝牙信号中的信号强度进行比较，并做出相应的处理方式，使四个方向的信号强度误差在预设值内；

S46：无人公交车停车成功，控制模块处于待机模式，可随时被唤醒。

控制模块可实时判断无人公交车是否靠近停车位，若是，则控制方法中的S1需要换成步骤S1’，如下所述：

S1’控制模块判断蓝牙接收装置是否收到有效的蓝牙信号，若有，则进行S4步骤；若无，则障碍物检测传感器检测区域内是否有障碍物，并生成位置信号，如果是，则进行下一步，反之则车辆正常行驶。

在步骤S1’中，控制模块判断蓝牙接收装置是否收到有效的蓝牙信号，若有，则进行S4步骤。蓝牙接收装置若收到蓝牙信号，将其传输至控制模块，控制模块判断蓝牙信号中的标签信息，确认是否预设的标签信息。若该标签信息是预设的，则说明该蓝牙信号有效，则进行S4步骤；若该标签信息不是预设的，则说明该蓝牙信号无效。

在步骤S41中，为了方便无人公交车停车方便，减少障碍物检测传感器检测区域内是否有障碍物，避免造成不必要的计算，桩可以埋设于地下，并保证地表面没有信号屏蔽物。所述的至少四个方向的桩，是以停车位中心位置为基点向外的四个方向，两两相邻的方向的桩组成的角度在90度左右；若为五个方向的桩，是以停车位中心位置为基点向外的五个方向，两两相邻的方向的桩组成的角度在72度左右；若为六个方向的桩，是以停车位中心位置为基点向外的六个方向，两两相邻的方向的桩组成的角度在60度左右；也即两两相邻的方向的桩组成的角度为360度除以方向数量。

在步骤S43中，所述连续的蓝牙信号，是指在预设时间内能连续接收到四个方向的蓝牙信号，且该蓝牙信号的信号强度足够被检测到。

在步骤S45中，如图6所示，只有四个方向的蓝牙信号的信号强度的误差在预设值内，本实施例中，所述的预设值为0.1，无人车的控制模块确定停车成功，通过程序设置调节电机140，通过电机140进而推动活动杆160，使制动系统行车制动；若不满足停车成功的要求，控制模块控制无人车向蓝牙信号的信号强度低的方向移动。在无人车移动的同时，蓝牙装置实时接收四个方向的蓝牙信号，直至满足停车成功的要求。

图6所示的停车位，根据不同的车辆类型有不同的尺寸，目前中巴是宽3米，长大于6米；大巴是宽4米长大于10米。所述的停车位即上述尺寸内的矩形区域，所述的四个方向的蓝牙发射装置即设置于矩形区域的4个角，因蓝牙装置体积小且四个蓝牙发射装置箱体，所以可以消除蓝牙发射装置本身的尺寸造成的误差。要满足蓝牙接收装置得到的多个蓝牙信号的信号强度在误差的预设值内，其实也就说明多个蓝牙发射装置到蓝牙接收装置的距离在误差的预设值内。

不满足停车成功的要求的情况有很多种，比如图7和图8所示。图7和图8中，每个蓝牙发射装置到蓝牙接收装置的距离都不同，也就是每个蓝牙信号的信号强度也不同，各个蓝牙信号的信号强度的误差也就不在预设值内。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：车体内还设有紧急制动按钮，紧急制动按钮用于检测按下信号并发送给控制模块，控制模块接收到按下信号后控制电机140转动，使活动杆160对制动主缸220进行挤压，实现制动。

通过紧急制动按钮的设置，能方便车内乘坐人员遇到的突发情况，比如疾病突发，按下紧急制动按钮后，控制模块能对车体进行制动，方便对突发情况的处理。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.无人公交车制动控制系统，其特征在于：包括与车体连接的安装部(110)，安装部(110)底面设有安装槽(111)，安装槽(111)两槽壁上均安装有相对应的轴承(120)，一转动杆(130)穿过轴承(120)且由一电机(140)驱动转动；转动杆(130)套接有齿轮(150)，齿轮(150)上方设有活动杆(160)，活动杆(160)底面设有齿带(170)，齿带(170)与齿轮(150)啮合；活动杆(160)两侧和顶面上均设有滚珠(190)，安装槽(111)内壁上设有轨道(180)，滚珠(190)和轨道(180)配合用于支撑活动杆(160)；活动杆(160)一端与一真空助力器(210)连接，真空助力器(210)与一制动主缸(220)连接；

还包括障碍物检测传感器、控制模块、蓝牙接收装置，障碍物检测传感器用于采集障碍物的位置信号，并将位置信号发送至控制模块，控制模块内预设至少一个信号强度阈值，所述信号强度阈值为预设刹车阈值或预设减速阈值，控制模块接收位置信号并将其与任一信号强度阈值进行比较，并根据比较结果控制电机(140)的转速；控制模块根据蓝牙接收装置的蓝牙信号将车体停在停车位。

2.根据权利要求1所述的无人公交车制动控制系统，其特征在于：还包括无线通信模块，无线通信模块用于将控制数据远程无线传送给控制台。

3.根据权利要求2所述的无人公交车制动控制系统，其特征在于：障碍物检测传感器为距离传感器且数量为二个以上。

4.根据权利要求3所述的无人公交车制动控制系统，其特征在于：轨道(180)上设有用于滚珠(190)内陷的凹槽。

5.根据权利要求4所述的无人公交车制动控制系统，其特征在于：滚珠(190)穿过一固定盖(230)且滚珠(190)的四分之一凸出活动杆(160)对应面。

6.根据权利要求5所述的无人公交车制动控制系统，其特征在于：固定盖(230)通过多个螺钉(240)固定在活动杆(160)上。

7.一种应用于如权利要求1-6中任意一项所述的无人公交车制动控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1障碍物检测传感器检测区域内是否有障碍物，并生成位置信号，如果是，则进行下一步，反之则车辆正常行驶；

S2控制模块将位置信号与预设刹车阈值进行对比，判断是否需要紧急刹车，当位置信号小于预设刹车阈值时，控制模块通过电机(140)控制车辆紧急制动，反之进行下一步；

S3控制模块将位置信号与预设减速阈值进行对比，预设减速阈值大于预设刹车阈值，当位置信号大于预设刹车阈值且小于预设减速阈值时，控制模块控制车辆逐渐减速，当位置信号大于预设减速阈值时，则进行下一步；

S4蓝牙接收装置是否到达停车位，并生成停车信号，如果是，则控制模块接收停车信号后控制车辆逐渐减速后停车，如果否，则车辆正常行驶。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述的步骤S4中障碍物检测传感器检测是否到达停车位，还包括以下步骤：

S41：停车位是由至少四个方向的桩形成的无形区域，所述桩内安装有蓝牙发射装置，无人公交车的车体上对应设置有蓝牙接收装置，蓝牙接收装置处于车内中心位置；

S42：蓝牙接收装置采用扫描模式接收外部的蓝牙信号，四个方向的蓝牙发射装置采用广播模式向外发射蓝牙信号，所述的蓝牙信号包括信号强度(RSSI)、标签信息、是否空位等信息；

S43：当无人公交车临近停车位时，蓝牙接收装置会陆续接收四个方向的蓝牙信号，分别为第一蓝牙信号、第二蓝牙信号、第三蓝牙信号、第四蓝牙信号，直至蓝牙接收装置能接收到四个方向的连续的蓝牙信号；

S44：蓝牙连接后，控制模块检测该停车位的停车状态，是否已有无人车停在该停车位；若有，则换到下一个停车位，进一步确认停车位信息，直至到一个空的停车位；若无，则该停车位可以停车；

S45：无人公交车的控制模块将四个方向的蓝牙信号的信号强度进行比较，并做出相应的处理，使四个方向的信号强度误差在预设值内；

S46：无人公交车停车成功，控制模块处于待机模式，可随时被唤醒。