CN107826095A - 一种无人驾驶商用车电控制动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有冗余功能的电控制动系统，公开了一种无人驾驶商用车电控制动系统，由主ADV控制器、备份ADV控制器、主电池组、备份电池组、前双通道压力控制模块、后双通道压力控制模块、制动气室、弹簧制动缸、齿圈和轮速传感器及用于连接的气管路、电线束组成；两套ADV控制器属于整车控制器，具有独立的蓄电池组供电，前、后双通道压力控制模块内部均集成有一控制器芯片模块、四组两位两通常闭电磁阀和两组加快行车制动响应的继动阀以及两组气压传感器。本发明通过采用双电控回路双电源供电和双CAN通讯可以保证车辆在任何单一失效的情况下都不会退出电控制动，有效保证了无人驾驶车的制动安全性，可以满足L5级无人驾驶等级对制动系统的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有冗余功能的电控制动系统，特别是涉及一种采用双回路气制动系统的无人驾驶商用车电控行车制动系统。
背景技术
随着汽车技术的发展，智能化成为各国汽车厂家的发展战略目标，而汽车智能化的终极目标就是无人驾驶。商用车的无人驾驶技术一方面可以解决人力成本快速增加的压力，另一方面也可以避免人员疲劳驾驶导致的交通事故，特别是在矿山和港口等相对比较封闭的场所，无人驾驶商用车的应用前景非常广阔。对于无人驾驶商用车，具有一套安全可靠的制动系统显得尤为重要。传统电控制动系统虽然可以通过电控系统实施制动，但由于电控系统只是作为制动系统的一条回路，一旦失效就只能依靠驾驶员踩踏制动踏板实现制动。要想实现正真意义的无人驾驶，就需要采用一种具有安全冗余功能的多回路电控制动系统来保证车辆行车制动的安全
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种无人驾驶商用车电控制动系统。该系统是一种具有冗余功能的电控制动系统，其具有双电源供电、双CAN线通信，系统中任一部分的单一失效都不会导致电控制动系统的完全失效。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种无人驾驶商用车电控制动系统，包括主ADV控制器101、备份ADV控制器102、主电池组103、备用电池组104、前双通道压力控制模块105、后双通道压力控制模块106、前桥右制动气室107、前桥左制动气室108、中桥左弹簧制动缸109、中桥右弹簧制动缸110、后桥左弹簧制动缸111、后桥右弹簧制动缸112、前左齿圈121、前右齿圈122、中桥右齿圈113、中桥左齿圈115、后桥右齿圈114、后桥左齿圈116、前右轮速传感器123、前左轮速传感器124、中左轮速传感器119、中右轮速传感器117、后左轮速传感器120、后右轮速传感器118及用于连接的气管路、电线束；
所述主ADV控制器101和备用ADV控制器102之间通过第一CAN线回路126
进行连接；
所述主ADV控制器101和前双通道压力控制模块105之间通过第二CAN线回路128进行连接；
所述备用ADV控制器102和后双通道压力控制模块106之间通过第三CAN线回路129进行连接；
所述前双通道压力控制模块105和后双通道压力控制模块106之间通过第四CAN线回路130相连接；
所述前左齿圈121同车轮一起旋转，前左轮速传感器124感应前左齿圈121的运动，将前左轮速信息通过硬线传递给前双通道压力控制模块105，前右轮速传感器123感应前右齿圈122的运动，将前右轮的轮速信息通过硬线传递给前双通道压力控制模块105；中左轮速传感器119、中右轮速传感器117、后左轮速传感器120、后右轮速传感器118分别感应中桥左齿圈115、中桥右齿圈113、后桥左齿圈116、后桥右齿圈114的运动，将中后桥的轮速信息通过硬线传递给后双通道压力控制模块106；
所述前桥左制动气室108通过前左气路139同前双通道压力控制模块105出气口相连；前右制动气室107通过前右气路140同前双通道压力控制模块105出气口相连；中桥左弹簧制动缸109、中桥右弹簧制动缸110、后桥左弹簧制动缸111、后桥右弹簧制动缸112分别通过中左气路141、后左气路142、中右气路143、后右气路144与后双通道压力控制模块106出气口相连，实现对车速、制动减速度等的控制；
技术方案中所述前、后双通道压力控制模块(105；106)内部均集成有一控制器芯片模块201，所述控制器芯片模块201上设置有两路独立CAN线，分别为CANA和CANB；CANA通过四针插接器A203与主ADV控制器101相连接，CANB用于前、后双通道压力控制模块之间通讯和供电，为内部CAN回路，通过四针插接器B206相连。
技术方案中所述控制器芯片模块201上设置有四组独立的二针插接器WSSA202、二针插接器WSSB204、二针插接器WSSC205、二针插接器WSSD207，最多能够连接四个车轮的轮速传感器，其连接关系通过控制器芯片模块内置程序进行标定。
技术方案中所述前、后双通道压力控制模块(105；106)上各设置有一进气口，其中后双通道压力控制模块106的进气口与后双通道压力控制模块供气回路B相连，作为第一回路的供气部分；前双通道压力控制模块105的进气口与前双通道压力控制模块供气回路A相连，作为第二回路的供气部分；
所述前、后双通道压力控制模块上设置有四个出气接口，通过制动气管路同车轮上的制动气室或者制动弹簧缸的行车制动腔相连；其中同侧两个出气口相通，若用于同时控制两轴四个车轮，则相通的两个出气口必须与两轴同侧制动气室或弹簧制动缸行车制动腔通过气管相连。
技术方案中所述前、后双通道压力控制模块(105；106)中均集成有四组两位两通常闭电磁阀和两组加快行车制动响应的继动阀以及两组气压传感器；
所述四组两位两通常闭电磁阀均通过线路与控制器芯片模块201相连；
所述四组两位两通常闭电磁阀两两组合，作为两条气路的压力调节装置，通过对响应气路的压力调节实现对制动力大小的控制以及实现车轮的防抱死功能；
所述继动阀设置有上下两个压力控制腔，上腔与两组两位两通常闭电磁阀中一组的进气口和另一组的出气口相连，作为气路的压力控制回路部分；下腔一端与前、后双通道压力控制模块进气口相连，另一端与前、后双通道压力控制模块出气口相连，还有一个排气口与前、后双通道压力控制模块排气口相连，通入大气；
当所述继动阀上腔没有气压输入时，下腔的进气口与出气口不相通，下腔出气口与排气口相通；当上腔有气压输入时，下腔进气口与出气口相通，出气口输出的气压值与上腔输入的气压值成特定比例关系；
所述气压传感器连接于继动阀出气口与前、后双通道压力控制模块出气口之间的气管路上，通过电线路同控制芯片模块相连，时时反馈前、后双通道压力控制模块的输出压力值。
本发明与现有技术相比的有益技术效果：现有电控制动系统在很多种情况下都会退出电控制动，无法继续接受制动控制指令，甚至有些故障出现时不会上传故障信息，这些情况都会导致车辆失去制动能力，对于无人驾驶车辆将是非常危险的。本发明专利通过采用双电控回路双电源供电和双CAN通讯可以保证车辆在任何单一失效的情况下都不会退出电控制动，同时可以根据故障严重程度进行分级上报，有效保证了无人驾驶车的制动安全性，使得车辆制动性能可以满足L5级无人驾驶等级对制动系统的需求。
图1是本发明所述无人驾驶商用车电控制动系统原理图；
图2是本发明所述无人驾驶商用车电控制动系统的前、后双通道压力控制模块内部原理图；
图中：
3、排气口；
21、出气口A；22、出气口B；23、出气口C；24、出气口D；
101、主ADV控制器；102、备用ADV控制器；103、主电池组；104、备用电池组；105、前双通道压力控制模块；106、后双通道压力控制模块；107、前桥右制动气室；108、前桥左制动气室；109、中桥左弹簧制动缸；110、中桥右弹簧制动缸；111、后桥左弹簧制动缸；112、后桥右弹簧制动缸；113、中桥右齿圈；114、后桥右齿圈；115、中桥左齿圈；116、后桥左齿圈；117、中右轮速传感器；118、后右轮速传感器；119、中左轮速传感器；120、后左轮速传感器；121、前左齿圈；122、前右齿圈；123、前右轮速传感器；124、前左轮速传感器；125、线束A；126、第一CAN线回路；127、线束B；128、第二CAN线回路；129、第三CAN线回路；130、第四CAN线回路；131、硬线B；132、硬线D；133、硬线F；134、前双通道压力控制模块供气回路A；135、后双通道压力控制模块供气回路B。136、硬线A；137、硬线C；138、硬线E；139、前左气路；140、前右气路；141、中左气路；142、后左气路；143、中右气路；144、后右气路；
201、控制器芯片模块；202、二针插接器WSSA；203、四针插接器A；204、二针插接器WSSB；205、二针插接器WSSC；206、四针插接器B；207、二针插接器WSSD；208、两位两通常闭电磁阀MV1排气电磁阀；209、两位两通常闭电磁阀MV2进气电磁阀；210、气压传感器A；211、继动阀A；212、两位两通常闭电磁阀MV3进气电磁阀；213、两位两通常闭电磁阀MV4排气电磁阀；214、继动阀B；215、气压传感器B；216、内部气路B；217、内部气路C；218、内部气路A；219、内部气路D；220、气管路B；221、气管路A；222、内部气路E。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明专利的具体实施方式。
一种无人驾驶商用车电控制动系统，是由主ADV控制器、备份ADV控制器、主电池组、备份电池组、前双通道压力控制模块、后双通道压力控制模块、制动气室、弹簧制动缸、齿圈和轮速传感器及用于连接的气管路、电线束等组成。
本发明中的两套ADV控制器属于整车控制器，其负责根据环境感知系统传递的车辆状态信息裁决是否进行制动，是否解除制动、制动强度的大小，并通过CAN线对前、后双通道压力控制模块发送减速指令。两套ADV控制器互为备份，并具有独立的蓄电池组对其供电，同时作为双CAN线通讯和双电源供电的一部分，它们分别独立对前、后双通道压力控制模块发送控制指令和供电。
本发明中的前、后双通道压力控制模块内部均集成有一控制器芯片模块，该控制器芯片模块上集成有两组四针插接器，其中前双通道压力控制模块的一组四针插接器通过CAN线同主ADV控制器相连接，组成主电控回路；后双通道压力控制模块的一组四针插接器通过CAN线同备份ADV控制器相连接，组成备份电控回路。前后双通道压力控制模块上的另外一组四针插接器则通过CAN线将前、后双通道压力控制模块相连接。
该控制器芯片上还集成有四组二针插接器，分别与最多两轴的四个车轮上的轮速传感器相连接。
前、后双通道压力控制模块上设置有一进气口，其中后双通道压力控制模块的进气口与后双通道压力控制模块供气回路相连，作为第一回路的供气部分；前双通道压力控制模块的进气口与前双通道压力控制模块供气回路相连，作为第二回路的供气部分。前、后双通道压力控制模块上设置有四个出气接口，通过制动气管路同车轮上的制动气室或者制动弹簧缸的行车制动腔相连；其中同侧两个出气口相通，若用于同时控制两轴四个车轮，则相通的两个出气口必须与两轴同侧制动气室或弹簧制动缸行车制动腔通过气管相连。
本发明中的前、后双通道压力控制模块中均集成有四组两位两通常闭电磁阀和两组加快行车制动响应的继动阀以及两组气压传感器。
所述四组两位两通常闭电磁阀与集成的控制芯片模块通过电线相连。四组两位两通常闭电磁阀两两组合，作为两条气路的压力调节装置，通过对相应气路的压力调节实现对制动力大小的控制以及实现车轮的防抱死功能。
所述继动阀设置有上下两个压力控制腔，上腔与两组两位两通常闭电磁阀中一组的进气口和另一组的出气口相连，作为气路的压力控制回路部分；下腔一端与前、后双通道压力控制模块进气口相连，另一端与前、后双通道压力控制模块出气口相连，还有一个排气口与前、后双通道压力控制模块排气口相连，通入大气。当上腔没有气压输入时，下腔的进气口与出气口不相通，下腔出气口与排气口相通；当上腔有气压输入时，下腔进气口与出气口相通，出气口输出的气压值与上腔输入的气压值成一定比例关系。
所述气压传感器连接于继动阀出气口与前、后双通道压力控制模块出气口之间的气管路上，通过电线路同控制芯片模块相连，时时反馈前、后双通道压力控制模块的输出压力值。
本发明中的齿圈和轮速传感器安装于制动车轮，其通过电线同前、后双通道压力控制模块相连接，用于计算车速、轮速、车辆减速度及每个车轮的减速度。
本发明的系统原理图如图1所示：
主电池组103通过线束A125为主ADV控制器101供电，备用电池组104通过线束B127为备用ADV控制器102供电。
主ADV控制器101和备用ADV控制器102之间通过第一CAN线回路126进行连接。
主ADV控制器101同前双通道压力控制模块105之间通过第二CAN线回路128进行连接。
备用ADV控制器102同后双通道压力控制模块106之间通过第三CAN线回路129进行连接。
前双通道压力控制模块105和后双通道压力控制模块106之间通过第四CAN线回路130相连接。
前左齿圈121同车轮一起旋转，前左轮速传感器124感应前左齿圈121的运动，将轮速信息通过硬线A136传递给前双通道压力控制模块105，同理前右轮速传感器123将右前轮的轮速信息通过硬线B131传递给前双通道压力控制模块105；中左轮速传感器119、中右轮速传感器117、后左轮速传感器120、后右轮速传感器118分别将中后桥的轮速信息通过硬线C137、硬线D132、硬线E138、硬线F133传递给后双通道压力控制模块106。
硬线分别连接在前双通道压力控制模块105和后双通道压力控制模块106上的二针插接器WSSA202、二针插接器WSSB204、二针插接器WSSC205、二针插接器WSSD206上，通过标定来确认各个硬线的连接关系。
前、后双通道压力控制模块根据收到的轮速信息判断车辆的减速度和每个车轮的状态，然后根据ADV控制器发送的制动控制指令调节输出的制动压力，控制作用在每个车轮上的制动力。并防止车轮抱死，让其处于最佳滑移状态。
本发明中的前、后双通道压力控制模块内部原理图如图2所示：201为控制器芯片模块。
所述控制芯片模块上设置有两路独立CAN线：CANA和CANB。CANA通过四针插接器A203与ADV控制器相连接，CANB为前后双通道压力控制模块之间通讯和供电的内部CAN，通过四针插接器B206相连。
所述控制芯片模块上还设置有四组独立的两针插接器WSSA、WSSB、WSSC、WSSD，最多可以连接四个车轮的轮速传感器。
当连接四个车轮时，WSSA和WSSB需和同侧两个车轮的轮速传感器相连，WSSC、WSSD需和同侧两个车轮的轮速传感器相连。
所述前、后双通道压力控制模块内部还集成有四组两位两通常闭电磁阀MV1排气电磁阀208、MV2进气电磁阀209、MV3进气电磁阀212、MV4排气电磁阀213，它们均通过线路与控制芯片模块相连，四组电磁阀内部设置有特定通径的气道，故单位时间内通过的气量恒定。
当进行行车制动时，控制芯片模块201控制打开进气电磁阀209和212，此时进气口的高压气体通过内部气路A218，再经过内部气路B216和内部气路C217，分别进入继动阀A211和继动阀B214的上腔，打破上下腔的压力平衡，使得继动阀排气口关闭，进气口和出气口相通，进气口高压气体通过内部气路A218，再经过气管路A221和气管路B220来到前、后双通道压力控制模块左右的四个出气口，四个出气口分别是出气口A21、出气口B22、出气口C23、出气口D24，然后进入制动气室或者弹簧制动缸的行车制动腔。在这个过程中，气压传感器A210和气压传感器B215将出气口的压力值反馈给控制器芯片模块201，当控制器芯片模块201判断压力达到目标值，关闭两位两通常闭电磁阀MV2进气电磁阀209和两位两通常闭电磁阀MV3进气电磁阀212。当需要减小制动气压时，控制器芯片模块201关闭进气电磁阀，打开两位两通常闭电磁阀MV1排气电磁阀208和两位两通常闭电磁阀MV4排气电磁阀213，这时继动阀A211上腔的气体将通过内部气路B216和内部气路E222，再通过排气口3通入大气，继动阀上下腔平衡被打破，继动阀进气口和出气口断开，出气口和排气口相通，前、后双通道压力控制模块出气口A21和出气口B22气压经过气管路A221，从排气口3口通入大气。同理，继动阀B214上腔的气体将通过内部气路C 217和内部气路D219，再通过排气口3通入大气，继动阀上下腔平衡被打破，继动阀进气口和出气口断开，出气口和排气口相通，前、后双通道压力控制模块出气口C23和出气口D24气压经过气管路B220，从排气口3口通入大气。
冗余功能的实现过程：当系统正常时或者备份ADV控制器失效或者第三CAN线回路失效，主ADV控制器101根据环境感知控制器传递的信息判断是否需要进行制动，当需要进行制动时，主ADV控制器101通过第二CAN线回路128向前双通道压力控制模块105发送目标减速度值，前双通道压力控制模块105根据计算得到的前后轴荷算出前后轴分别需要施加的制动力，然后将中后桥的目标制动力通过第四CAN线回路130发送给后双通道压力控制模块106，前后双通道压力控制模块根据指令控制行车制动力。
当主电池组103或线束A125失效时，备份电池组104通过线束B127和第一CAN线回路126为主ADV控制器101供电。当备份电池组104或线束B127失效，主电池组103通过线束A125给主ADV控制器101供电。
当主ADV控制器101或者第二CAN线回路128失效时备份ADV控制器通过第三CAN线回路129将目标减速度值传递给后双通道压力控制模块106，后双通道压力控制模块根据计算得到的前后轴荷算出前后轴分别需要施加的制动力，然后将前桥的目标制动力通过第四CAN线回路130发送给前双通道压力控制模块，前后双通道压力控制模块根据指令控制行车制动力。上述情况下，制动系统正常工作。
当前双通道压力控制模块失效时，第二行车制动回路失效，主ADV控制器101通过第一CAN线回路126、第三CAN线回路129控制后双通道压力控制模块进行应急制动。
当后双通道压力控制模块失效时，第一行车制动回路失效，主ADV控制器101通过第二CAN线回路128控制前双通道压力控制模块进行应急制动。
当单个轮速传感器失效时，故障通道的ABS控制失效，该通道的ABS调节跟随相同轴另一侧的轮速传感器信息进行调节。
当单个供气管路失效时，故障轴制动失效，非故障轴正常工作。
当单个连接制动气室或弹簧制动缸行车腔的气管路失效，单个故障轴制动失效，其余非故障轴正常工作。
综上所述，本发明中的前、后双通道压力控制模块既互相协作工作又互为备份，并能够实施监测系统故障，根据系统故障严重程度分为严重故障和一般故障，并将故障信息发送给ADV控制器。如果为严重故障，ADV控制车辆实施紧急制动；如果是一般故障，ADV控制器上传故障状态，车辆采用跛行模式，完成无人驾驶任务后前往维修车间进行维修。可以保证制动系统任何一处的单一失效都不会导致行车制动的完全退出，从而保证了行车安全。
Claims (5)
1.一种无人驾驶商用车电控制动系统，其特征在于：包括主ADV控制器(101)、备份ADV控制器(102)、主电池组(103)、备用电池组(104)、前双通道压力控制模块(105)、后双通道压力控制模块(106)、前桥右制动气室(107)、前桥左制动气室(108)、中桥左弹簧制动缸(109)、中桥右弹簧制动缸(110)、后桥左弹簧制动缸(111)、后桥右弹簧制动缸(112)、前左齿圈(121)、前右齿圈(122)、中桥右齿圈(113)、中桥左齿圈(115)、后桥右齿圈(114)、后桥左齿圈(116)、前右轮速传感器(123)、前左轮速传感器(124)、中左轮速传感器(119)、中右轮速传感器(117)、后左轮速传感器(120)、后右轮速传感器(118)及用于连接的气管路、电线束；
所述主ADV控制器(101)和备用ADV控制器(102)之间通过第一CAN线回路(126)进行连接；
所述主ADV控制器(101)和前双通道压力控制模块(105)之间通过第二CAN线回路(128)进行连接；
所述备用ADV控制器(102)和后双通道压力控制模块(106)之间通过第三CAN线回路(129)进行连接；
所述前双通道压力控制模块(105)和后双通道压力控制模块(106)之间通过第四CAN线回路(130)相连接；
所述前左齿圈(121)同车轮一起旋转，前左轮速传感器(124)感应前左齿圈(121)的运动，将前左轮速信息通过硬线传递给前双通道压力控制模块(105)，前右轮速传感器(123)感应前右齿圈(122)的运动，将前右轮的轮速信息通过硬线传递给前双通道压力控制模块(105)；中左轮速传感器(119)、中右轮速传感器(117)、后左轮速传感器(120)、后右轮速传感器(118)分别感应中桥左齿圈(115)、中桥右齿圈(113)、后桥左齿圈(116)、后桥右齿圈(114)的运动，将中后桥的轮速信息通过硬线传递给后双通道压力控制模块(106)；
所述前桥左制动气室(108)通过前左气路(139)同前双通道压力控制模块(105)出气口相连；前右制动气室(107)通过前右气路(140)同前双通道压力控制模块(105)出气口相连；中桥左弹簧制动缸(109)、中桥右弹簧制动缸(110)、后桥左弹簧制动缸(111)、后桥右弹簧制动缸(112)分别通过中左气路(141)、后左气路(142)、中右气路(143)、后右气路(144)与后双通道压力控制模块(106)出气口相连，实现对车速、制动减速度的控制。
2.根据权利要求1所述的一种无人驾驶商用车电控制动系统，其特征在于：
所述前、后双通道压力控制模块(105；106)内部均集成有一控制器芯片模块(201)，所述控制器芯片模块(201)上设置有两路独立CAN线，分别为CANA和CANB；CANA通过四针插接器A(203)与主ADV控制器(101)相连接，CANB用于前、后双通道压力控制模块之间通讯和供电，为内部CAN回路，通过四针插接器B(206)相连。
3.根据权利要求2所述的一种无人驾驶商用车电控制动系统，其特征在于：
所述控制器芯片模块(201)上设置有四组独立的二针插接器WSSA(202)、二针插接器WSSB(204)、二针插接器WSSC(205)、二针插接器WSSD(207)，最多能够连接四个车轮的轮速传感器，其连接关系通过控制器芯片模块内置程序进行标定。
4.根据权利要求1所述的一种无人驾驶商用车电控制动系统，其特征在于：
所述前、后双通道压力控制模块(105；106)上各设置有一进气口，其中后双通道压力控制模块(106)的进气口与后双通道压力控制模块供气回路B相连，作为第一回路的供气部分；前双通道压力控制模块(105)的进气口与前双通道压力控制模块供气回路A相连，作为第二回路的供气部分；
所述前、后双通道压力控制模块上设置有四个出气接口，通过制动气管路同车轮上的制动气室或者制动弹簧缸的行车制动腔相连；其中同侧两个出气口相通，若用于同时控制两轴四个车轮，则相通的两个出气口必须与两轴同侧制动气室或弹簧制动缸行车制动腔通过气管相连。
5.根据权利要求1所述的一种无人驾驶商用车电控制动系统，其特征在于：
所述前、后双通道压力控制模块(105；106)中均集成有四组两位两通常闭电磁阀和两组加快行车制动响应的继动阀以及两组气压传感器；
所述四组两位两通常闭电磁阀均通过线路与控制器芯片模块(201)相连；
所述四组两位两通常闭电磁阀两两组合，作为两条气路的压力调节装置，通过对响应气路的压力调节实现对制动力大小的控制以及实现车轮的防抱死功能；
所述继动阀设置有上下两个压力控制腔，上腔与两组两位两通常闭电磁阀中一组的进气口和另一组的出气口相连，作为气路的压力控制回路部分；下腔一端与前、后双通道压力控制模块进气口相连，另一端与前、后双通道压力控制模块出气口相连，还有一个排气口与前、后双通道压力控制模块排气口相连，通入大气；
当所述继动阀上腔没有气压输入时，下腔的进气口与出气口不相通，下腔出气口与排气口相通；当上腔有气压输入时，下腔进气口与出气口相通，出气口输出的气压值与上腔输入的气压值成特定比例关系；
所述气压传感器连接于继动阀出气口与前、后双通道压力控制模块出气口之间的气管路上，通过电线路同控制芯片模块相连，时时反馈前、后双通道压力控制模块的输出压力值。
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