CN108928335B - 一种用于无人驾驶车的自动制动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于气压制动系统，具体的说是一种用于无人驾驶车的自动制动系统。该制动系统包括电动空气压缩机、电控空气处理单元、电子驻车记忆阀、前贮气筒、后贮气筒、压力传感器、电控制动电磁阀、弹簧制动缸、防抱死电磁阀、紧急排气电磁阀、手动排气阀、轮速传感器、制动控制器和前制动气室；本发明是一种针对无驾驶员操纵机构的车辆，该车辆无方向盘、制动和油门踏板、变速操纵器等，满足制动系统控制的实际需求的用于无人驾驶车的自动制动系统；该系统在无驾驶员输入情况下，能实现自动制动功能，可最大限度优化系统结构，降低开发成本，解决了现有自动制动系统不足。

Description

一种用于无人驾驶车的自动制动系统
技术领域
本发明属于气压制动系统，具体的说是一种用于无人驾驶车的自动制动系统。
背景技术
随着车辆技术水平的不断提高，无人驾驶技术在汽车领域中的应用越来越广泛。对商用车而言，无人驾驶技术不仅能减轻驾驶员驾驶疲劳，提高行驶安全性，而且能有效优化车辆发动机或电机负荷，达到节能减排的效果。
当行驶中的车辆前方遇到障碍物等时，驾驶员可根据路况信息对车辆进行减速停车或变道避让操作；而无人驾驶车辆，需要根据车辆自身摄像头和雷达等实现感知路况信息功能，并对车辆施加自动制动和/或自动转向，实现对主动干预，以确保行车安全。车辆自动转向时，对实时路况信息有一定限制，只有在确保变道安全的前提下，才允许自动转向的干预，其使用条件有一定的限制。相比而言，车辆主动制动的限制要求较少，因此，多数情况下，应优先选择自动制动功能。自动制动系统的结构，决定了减速度的可控性、零部件寿命和开发成本等参数，对行车安全至关重要。
目前，市场现有智能商用车多数是在有人驾驶的常规制动系统中，采用现有防抱死电磁阀或增加电磁继动阀等部件获得无人驾驶模式的自动制动功能，此类智能商用车虽兼具有人驾驶和无人驾驶模式，可根据驾驶员需要进行切换，但存在无人驾驶模式下，防抱死电磁阀寿命低和电磁继动阀存在结构复杂、成本高的缺点。针对某些特定工况下使用的商用车而言，例如长时间规定路线行驶的专用作业车，现有系统中的制动踏板、制动阀等部件，结构冗余，容易造成动力电池或上装等设备的布置空间紧张，大多主机厂往往通过减小货箱尺寸等方法，以牺牲使用空间换取功能实现。
发明内容
本发明提供了一种针对无驾驶员操纵机构的车辆，该车辆无方向盘、制动和油门踏板、变速操纵器等，满足制动系统控制的实际需求的用于无人驾驶车的自动制动系统；该系统在无驾驶员输入情况下，能实现自动制动功能，可最大限度优化系统结构，降低开发成本，解决了现有自动制动系统的上述不足。
本发明技术方案结合附图说明如下：
一种用于无人驾驶车的自动制动系统，该制动系统包括电动空气压缩机1、电控空气处理单元2、电子驻车记忆阀3、前贮气筒4、后贮气筒5、压力传感器6、电控制动电磁阀7、弹簧制动缸8、防抱死电磁阀9、紧急排气电磁阀10、手动排气阀11、轮速传感器12、制动控制器13和前制动气室14；所述的电动空气压缩机1的出气口与电控空气处理单元2的进气口相连；所述的电控空气处理单元2有四个出气口，分别为21口、22口、23口和24口；所述的电控空气处理单元2的21口与后贮气筒5的进气口相连；所述的电控空气处理单元2的22口与前贮气筒4的进气口相连；所述的前贮气筒4和后贮气筒5的出气口分别连接一个电控制动电磁阀7的进气口；每个所述的电控制动电磁阀7的出气口分别与两个防抱死电磁阀9的进气口相连；两个所述的防抱死电磁阀9的出气口与前制动气室14相连；另外两个所述的防抱死电磁阀9的出气口与弹簧制动缸8的11口相连；所述的电控空气处理单元2的23口与电子驻车记忆阀3的进气口相连；所述的电子驻车记忆阀3的通过三通管接头分别与紧急排气电磁阀10、手动排气阀11和弹簧制动缸8的12口相连；所述的电控空气处理单元2的24口与辅助用气装置相连；所述压力传感器6分别与前贮气筒4和后贮气筒5相连；所述的轮速传感器12安装在车轮上，并且与制动控制器13相连；所述的制动控制器13与电动空气压缩机1、电控空气处理单元2、电子驻车记忆阀3、电控制动电磁阀7、防抱死电磁阀9、轮速传感器12相连。
所述的制动控制器13还通过CAN总线与整车控制器相连，接收并执行整车控制器的减速度请求。
所述的紧急排气电磁阀10与整车控制器通过硬线连接并受其控制。
所述电动空气压缩机1为气源，电动空气压缩机1的出气口与带有CAN通信功能的电控空气处理单元2连接。
所述的电控制动电磁阀7为常闭式电磁阀。
本发明的有益效果为：
1、该气压制动系统，通过电控制动电磁阀对制动气室的压力调节，整车控制器计算所需要的减速度大小，制动控制器根据减速度请求对电控制动电磁阀进行控制，与轮速传感器获得的参考减速度形成压力闭环反馈，实现整车行车制动减速度的线性调节功能；该系统所采用的电子驻车记忆阀，根据制动控制器的指令实现整车驻车制动功能，当制动控制器或电子驻车记忆阀失效时，整车控制器对紧急排气电磁阀控制，以保证应急制动功能；当整车电控系统失效时，手动排气阀可人为对车辆实施紧急驻车，保证行车安全。
2、本发明可保证无人驾驶车辆在任何工况下均能获得良好的行车制动性能和驻车制动性能，利用电控制动电磁阀控制常规行车制动时的气室压力，获得整车控制器期望的减速度，并与防抱死电磁阀相互独立，不仅能延长防抱死电磁阀的使用寿命、保证控制效果，还可以避免单独使用防抱死电磁阀控制带来的压力波动过大的问题；
3、本发明利用制动控制器和整车控制器分别控制电子驻车记忆阀和紧急排气电磁阀，可最大限度地保证电控制动过程中的行车安全，使制动控制器失效时，车辆仍可获得应急制动功能，同时，通过手动排气阀获得机械冗余功能，保证调试、维修等特殊情况下的行车安全。
附图说明
图1为本发明的气制动系统原理结构图；
图2为电控制动电磁阀结构原理图；
图3为电子驻车记忆阀结构图。
图中：1、电动空气压缩机；2、电控空气处理单元；3、电子驻车记忆阀；4、前贮气筒；5、后贮气筒；6、压力传感器；7、电控制动电磁阀；8、弹簧制动缸；9、防抱死电磁阀；10、紧急排气电磁阀；11、手动排气阀；12、轮速传感器；13、制动控制器；14、前制动气室；15、第一进气口；16、第一出气口；17、第一排气口；18、第二进气口；19、第二出气口；20、第三排气口；21、排气电磁阀；22、进气电磁阀；5.1、排气线圈；5.2、接地线1；5.3、接地线2；5.4、第一进气线圈；6.1、排气线圈；6.2、接地线；6.3、第二进气线圈。
具体实施方式
参阅图1，一种用于无人驾驶车的自动制动系统，该制动系统包括电动空气压缩机1、电控空气处理单元2、电子驻车记忆阀3、前贮气筒4、后贮气筒5、压力传感器6、电控制动电磁阀7、弹簧制动缸8、防抱死电磁阀9即ABS电磁阀、紧急排气电磁阀10、手动排气阀11、轮速传感器12、制动控制器13和前制动气室14。
电动空气压缩机1为整个制动系统提供气压，为气源；电动空气压缩机1的出气口与带有CAN通信功能的电控空气处理单元2连接。具体为：所述的电动空气压缩机1的出气口与电控空气处理单元2的进气口相连。
所述的电控空气处理单元2有四个出气口，分别为21口、22口、23口和24口；所述的电控空气处理单元2的21口与后贮气筒5的进气口相连；所述的电控空气处理单元2的22口与前贮气筒4的进气口相连；所述的前贮气筒4和后贮气筒5的出气口分别连接一个电控制动电磁阀7的进气口；每个所述的电控制动电磁阀7的出气口分别与两个防抱死电磁阀9的进气口相连；两个所述的防抱死电磁阀9的出气口与前制动气室14相连；另外两个所述的防抱死电磁阀9的出气口与弹簧制动缸8的11口相连。电控空气处理单元2的22口至前制动气室14之间的装置构成前制动回路，电控空气处理单元2的21口至弹簧制动缸8之间的装置构成后制动回路。前制动回路和后制动回路共同构成行车制动回路。
所述的电控空气处理单元2的23口与电子驻车记忆阀3的进气口相连；所述的电子驻车记忆阀3的通过三通管接头分别与紧急排气电磁阀10、手动排气阀11和弹簧制动缸8的12口相连；压缩空气从电控空气处理单元23口经电子驻车记忆阀3至弹簧制动缸12口，构成驻车制动回路。
所述的电控空气处理单元2的24口与辅助用气装置相连；
所述的电控空气处理单元2为整个系统的空气过滤和干燥装置，其通过实时监测系统的整体压力水平进行自身的卸荷、反吹动作，同时，在可能发生长时间无法卸荷的工况，如长下坡行驶等，可以根据最大时间门限值，进行卸荷、反吹，以保证电控空气处理单元2的使用寿命和使用效果。卸荷后，所述的电控空气处理单元2将卸荷信号发送给整车CAN总线，控制电动空气压缩机1停转；此外，整车下电时，所述电控空气处理单元2自行卸荷，以避免空压机带载启动。所述电控空气处理单元2的进气口与电动空气压缩机1的出气口相连，电控空气处理单元2的出气口，21口与后贮气筒相连，22口与前贮气筒相连，23口与电子驻车记忆阀3的进气口相连，24口与辅助用气装置相连。
所述的辅助用气装置是用户外接设备，可根据实际使用需求安装用气设备，例如改装气喇叭、取气开关等设备。
所述的前贮气筒4、后贮气筒5分别与压力传感器6相连；所述的轮速传感器12安装在车轮上。
所述的电控制动电磁阀7为常闭式电磁阀。
所述的制动控制器13，通过CAN总线接收并执行整车控制器的减速度请求。
所述的制动控制器13与电动空气压缩机1、电控空气处理单元2、电子驻车记忆阀3、电控制动电磁阀7、防抱死电磁阀9、轮速传感器12相连。此外，所述制动控制器13还通过CAN总线与整车控制器通过硬线连接并受其控制，不受制动控制器13控制，接收和执行整车信号和上报制动控制器13的故障。
该制动系统的工作原理是：对于行车制动回路，制动控制器13接收来自整车控制器发出、并经CAN总线传输的减速度请求信号，对电控制动电磁阀7动作，使压缩气体经电控制动电磁阀7，经防抱死电磁阀9传输至前制动气室14和弹簧制动缸8，并产生制动器制动力，同时，实时监控轮速传感器12的信号和CAN总线接收的减速度请求信号。在此过程中，共有三种工作状态，由电控制动电磁阀7动作完成。
参阅图2，所述的电控制动电磁阀7是一种常闭电磁阀，具有增压、保压和减压功能，具体工作过程如下：
增压状态，当由轮速传感器12信号估算获得的车辆参考减速度小于CAN总线接收的减速度目标值时，继续对电控制动电磁阀7的排气线圈6.1和进气线圈6.3供电，此时，电控制动电磁阀7的第一排气口17堵死，压缩空气经第一进气口15流至第一出气口16，持续向前制动气室14和弹簧制动缸8供气，制动器产生更大制动力矩，车辆参考减速度进一步增加。
保压状态，当由轮速传感器12信号估算获得的车辆参考减速度等于CAN总线接收的减速度目标值时，对电控制动电磁阀7的排气线圈6.1供电且进气线圈6.3不供电，此时，电控制动电磁阀7的第一进气口15压力不再进入阀体，阀体内压缩空气不可从第一排气口17排出，第一出气口16出气压力保持不变，制动器产生的制动力矩不变，车辆参考减速度不变。
减压状态，由轮速传感器12信号估算获得的车辆参考减速度大于CAN总线接收的减速度目标值时，对电控制动电磁阀7的排气线圈6.1和进气线圈6.3不供电，此时，电控制动电磁阀7的第一进气口15压力无法再进入阀体，与电控制动电磁阀7的第一出气口16相连的制动气室内的压缩气体，经第一出气口16排出，制动器产生的制动力矩减小，车辆参考减速度减小。
在上述行车制动过程中，前后制动用的电控制动电磁阀7根据制动控制器13发出的指令独立动作，可最大限度地优化前后制动力分配，同时，电控制动电磁阀7仅在接收到制动指令时进行动作，有效避免了单独使用防抱死电磁阀9时，需要在行车中长时间动作，造成寿命早期损耗的问题。当车辆在低附着路面紧急制动时，容易出现电控制动电磁阀7在增压状态下发生车轮抱死现象，此时，电控制动电磁阀7维持原有状态，由防抱死电磁阀9对前制动气室14和弹簧制动缸8进气口的压力进行调节，可有效提高制动稳定性，并将防抱死系统（ABS系统）触发信息经CAN总线上报整车控制器，避免发生故障误报。
对于驻车制动回路，压缩气体从电控空气处理单元2的23口流出，流入电子驻车记忆阀3，电子驻车记忆阀3的第二出气口19与弹簧制动缸8的12口相连，对气室弹簧缸的驻车制动腔进行控制，实现驻车制动和解除驻车制动功能。同时，在电子驻车记忆阀3的第二出气口19与弹簧制动缸8的12口之间，利用三通管接头将管路与紧急排气电磁阀10和手动排气阀11的进气口相连。正常工况下，车辆起步解除驻车、停车施加驻车以及采用驻车作为应急制动功能均由电子驻车记忆阀3完成。当制动控制器13或电子驻车记忆阀3发生故障，无法实现上述驻车和应急制动功能时，可由整车控制器对紧急排气电磁阀10动作，实现紧急情况下的应急制动和驻车功能，所述的紧急排气电磁阀10仅由整车控制器控制；当整车控制器或CAN线发生故障时，利用手动排气阀11可实现人工应急制动和驻车功能。
参阅图3，所述电子驻车记忆阀3，是一种两位三通电磁阀，排气电磁阀21和进气电磁阀22每动作一次，就改变一次阀体的工作位置，由于电子驻车记忆阀3中无回位弹簧，因此，排气电磁阀21或进气电磁阀22每次动作后，阀体保持电磁阀动作后的位置，在电磁阀下一次动作前，维持现有工作状态，具有记忆功能。第二进气口18为电子驻车记忆阀3的进气阀口，第二出气口19为电子驻车记忆阀3的出气阀口，第三排气口20为电子驻车记忆阀3的排气阀口。
附图中5.1为排气电磁阀21的排气线圈，5.4为进气电磁阀22的第一进气线圈，5.2为接地线1，5.3为接地线2。当排气线圈5.1和接地线1的5.2接通时，第二出气口19和第三排气口20接通，电子驻车记忆阀排气，车辆施加驻车制动；当第一进气线圈5.4和接地线1的5.2接通时，第二进气口18和第二出气口19接通，电子驻车记忆阀充气，车辆解除驻车制动。
上述实施例中可采用电动空气压缩机1和电控空气处理单元2作为系统的气源，也可采用普通机械式空气压缩机和压力卸荷式空气处理单元或容积卸荷式空气处理单元作为系统的气源。

Claims (3)

1.一种用于无人驾驶车的自动制动系统，其特征在于，该制动系统包括电动空气压缩机（1）、电控空气处理单元（2）、电子驻车记忆阀（3）、前贮气筒（4）、后贮气筒（5）、压力传感器（6）、电控制动电磁阀（7）、弹簧制动缸（8）、防抱死电磁阀（9）、紧急排气电磁阀（10）、手动排气阀（11）、轮速传感器（12）、制动控制器（13）和前制动气室（14）；所述的电动空气压缩机（1）的出气口与电控空气处理单元（2）的进气口相连；所述的电控空气处理单元（2）有四个出气口，分别为21口、22口、23口和24口；所述的电控空气处理单元（2）的21口与后贮气筒（5）的进气口相连；所述的电控空气处理单元（2）的22口与前贮气筒（4）的进气口相连；所述的前贮气筒（4）和后贮气筒（5）的出气口分别连接一个电控制动电磁阀（7）的进气口；每个所述的电控制动电磁阀（7）的出气口分别与两个防抱死电磁阀（9）的进气口相连；两个所述的防抱死电磁阀（9）的出气口与前制动气室（14）相连；另外两个所述的防抱死电磁阀（9）的出气口与弹簧制动缸（8）的11口相连；所述的电控空气处理单元（2）的23口与电子驻车记忆阀（3）的进气口相连；所述的电子驻车记忆阀（3）的通过三通管接头分别与紧急排气电磁阀（10）、手动排气阀（11）和弹簧制动缸（8）的12口相连；所述的电控空气处理单元（2）的24口与辅助用气装置相连；所述压力传感器（6）分别与前贮气筒（4）和后贮气筒（5）相连；所述的轮速传感器（12）安装在车轮上，并且与制动控制器（13）相连；所述的制动控制器（13）与电动空气压缩机（1）、电控空气处理单元（2）、电子驻车记忆阀（3）、电控制动电磁阀（7）、防抱死电磁阀（9）、轮速传感器（12）相连；
所述的制动控制器（13）还通过CAN总线与整车控制器相连，接收并执行整车控制器的减速度请求；
所述的紧急排气电磁阀（10）与整车控制器通过硬线连接并受其控制。
2.根据权利要求1所述的一种用于无人驾驶车的自动制动系统，其特征在于，所述电动空气压缩机（1）为气源，电动空气压缩机（1）的出气口与带有CAN通信功能的电控空气处理单元（2）连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于无人驾驶车的自动制动系统，其特征在于，所述的电控制动电磁阀（7）为常闭式电磁阀。
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