CN109017726B - 一种无人驾驶车辆通用制动系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人驾驶车辆通用制动系统及控制方法，包括控制单元和执行单元，控制单元包括通过信号线相连通的上位机和MCU，实现上位机对MCU的控制请求以及MCU对上位机的状态反馈，MCU通过信号线同时与执行单元相连通；执行单元包括液压油箱，电动液压泵，串联的常开式电磁阀和常闭式快速阀，与电动液压泵相连通的储能器，本发明不仅可直接用于无人驾驶车辆的生产制造而无需先设计传统车辆刹车系统再进行改装，同时对于改装传统车辆制动系统为自动控制，本发明只需将最终输出油管连接到原车制动油路中，改装极其简单，节省大量改装成本，适用于所有液压制动车辆的改装，通用性好。

Description

一种无人驾驶车辆通用制动系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种无人驾驶车辆通用制动系统及控制方法，属于无人驾驶车辆研究领域。

背景技术

无人驾驶作为汽车未来的研究方向，其对于汽车行业甚至是交通运输业有着深远的影响。无人驾驶汽车的来临将能够解放人类的双手，降低发生交通事故发生的频率，保证了人们的安全。

自动制动系统无疑是自动驾驶车辆的重要组成部分之一，由于自动控制离不了电能以及信号传输，当系统意外掉电或信号传输意外中断时制动系统失效将会带来极其严重的后果。目前还没有无人驾驶车辆制动系统的标准，迫切需要一种具有通用性、安全性的制动系统及控制方法。

发明内容

本发明提供一种无人驾驶车辆通用制动系统及控制方法，不仅可直接用于无人驾驶车辆的生产制造而无需先设计传统车辆刹车系统再进行改装，同时对于改装传统车辆制动系统为自动控制，本发明只需将最终输出油管连接到原车制动油路中，改装极其简单，节省大量改装成本，适用于所有液压制动车辆的改装，通用性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种无人驾驶车辆通用制动系统，包括控制单元和执行单元，控制单元包括通过信号线相连通的上位机和MCU，实现上位机对MCU的控制请求以及MCU对上位机的状态反馈，MCU通过信号线同时与执行单元相连通；

前述的执行单元包括液压油箱，其为制动系统提供液压油源，

电动液压泵，其由液压油箱处获取液压油源后为制动系统提供高压油，

串联的常开式电磁阀和常闭式快速阀，两者串联后同时与制动轮缸相连通，两者协同工作实现在请求减速、意外掉电、通讯异常或正常掉电情况下车辆的制动、紧急制动或驻车制动；

储能器，其与电动液压泵相连通，在车辆制动、紧急制动或驻车制动时提供制动压力油，保证液压油压力稳定，

在电动液压泵输出口处安装单向阀，防止储能器中的高压油倒流回电动液压泵中；

液压传感器同时与制动轮缸、常开式电磁阀和常闭式快速阀相连通，用于检测制动轮缸的液压油压力，计算制动力矩后向MCU发送制动轮缸压力信号后，MCU解析指令并计算出对应PWM的占空比后向常开式电磁阀和常闭式快速阀发送控制信号；

作为本发明的进一步优选，在电动液压泵输入口安装过滤器，其过滤液压油中的杂质，防止损伤电动液压泵；

作为本发明的进一步优选，在单向阀输出口处还安装溢流阀，其保证油路压力不超过设定阈值，防止油管爆裂或者损坏电动液压泵；

作为本发明的进一步优选，前述的常闭式快速阀的输出口与过滤器的输入口通过油管连通。

根据上述所述的无人驾驶车辆通用制动系统的控制方法，

上位机发出开始指令，首先进行行车场景分析，由上位机向MCU发送制动或者禁止制动指令；

在特定时间内未收到指令时，常开式电磁阀与常闭式快速阀的控制信号均为低，此时常开式电磁阀开启，常闭式快速阀关闭，制动轮缸压力立刻升高，实现车辆的紧急制动；

在特定时间内收到指令时，指令为制动指令，此时上位机根据所需制动力矩发送相应指令到MCU，MCU解析指令并计算出对应PWM的占空比，常开式电磁阀的控制信号为低，常开式电磁阀立刻开启，常闭式快速阀控制信号为制动频率的PWM，立刻部分关闭，由于常闭式快速阀的节流作用，制动轮缸压力增大，实现车辆的制动；

在特定时间内收到指令时，指令为非制动指令，此时若车辆处于制动状态，常开式电磁阀控制信号为高，立刻关闭，常闭式快速阀控制信号为低，立刻开启，在电动液压泵负压作用下，制动轮缸压力迅速降低，车辆的制动状态解除；此时若车辆处于非制动状态，常开式电磁阀控制信号为高，保持关闭，常闭式快速阀控制信号为低，保持开启。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明可直接用于无人驾驶车辆的生产制造而无需先设计传统车辆刹车系统再进行改装、对于改装传统车辆制动系统为自动控制，本发明只需将最终输出油管连接到原车制动油路中，改装极其简单，节省大量改装成本，适用于所有液压制动车辆的改装，不改变原车制动机构，通用性好、系统意外掉电或信号中断自动紧急制动，保证行车安全、无需独立驻车制动系统，结构简单。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的优选实施例的制动系统的结构示意简图；

图2是本发明的优选实施例的控制方法示意图。

图中：I为控制单元，II为执行单元，1为液压油箱，2为溢流阀，3为储能器，4为常开式电磁阀，5为液压传感器，6为常闭式快速阀，7为单向阀，8为制动轮缸，9为电动液压泵，10为过滤器。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-图2所示，本发明包括以下特征部件：I为控制单元，II为执行单元，1为液压油箱，2为溢流阀，3为储能器，4为常开式电磁阀，5为液压传感器，6为常闭式快速阀，7为单向阀，8为制动轮缸，9为电动液压泵，10为过滤器。

图1所示，本发明的一种无人驾驶车辆通用制动系统，包括控制单元和执行单元，控制单元包括通过信号线相连通的上位机和MCU，实现上位机对MCU的控制请求以及MCU对上位机的状态反馈， MCU通过信号线同时与执行单元相连通；

前述的执行单元包括液压油箱，其为制动系统提供液压油源，

电动液压泵，其由液压油箱处获取液压油源后为制动系统提供高压油，

串联的常开式电磁阀和常闭式快速阀，两者串联后同时与制动轮缸相连通，两者协同工作实现在请求减速、意外掉电、通讯异常或正常掉电情况下车辆的制动、紧急制动或驻车制动；

储能器，其与电动液压泵相连通，在车辆制动、紧急制动或驻车制动时提供制动压力油，保证液压油压力稳定，

在电动液压泵输出口处安装单向阀，防止储能器中的高压油倒流回电动液压泵中；

液压传感器同时与制动轮缸、常开式电磁阀和常闭式快速阀相连通，用于检测制动轮缸的液压油压力，计算制动力矩后向MCU发送制动轮缸压力信号后，MCU解析指令并计算出对应PWM的占空比后向常开式电磁阀和常闭式快速阀发送控制信号；前述的常开式电磁阀和常闭式快速阀串联安装，一旦系统以外掉电或者正常掉电，常开式电磁阀开启，常闭式快速阀关闭，储能器中储存的高压油立刻流向制动轮缸，实现紧急制动或驻车制动。

作为本发明的进一步优选，在电动液压泵输入口安装过滤器，其过滤液压油中的杂质，防止损伤电动液压泵；

作为本发明的进一步优选，在单向阀输出口处还安装溢流阀，其保证油路压力不超过设定阈值，防止油管爆裂或者损坏电动液压泵；

作为本发明的进一步优选，前述的常闭式快速阀的输出口与过滤器的输入口通过油管连通，而非直接流回液压油箱，当释放刹车时，利用液压泵产生的负压快速将制动轮缸中的高压油释放，刹车释放响应速度快。

图2所示，根据上述所述的无人驾驶车辆通用制动系统的控制方法，具体如下：上位机发出开始指令，首先进行行车场景分析，由上位机向MCU发送制动或者禁止制动指令；

在特定时间内未收到指令时，常开式电磁阀与常闭式快速阀的控制信号均为低，此时常开式电磁阀开启，常闭式快速阀关闭，制动轮缸压力立刻升高，实现车辆的紧急制动；

在特定时间内收到指令时，指令为制动指令，此时上位机根据所需制动力矩发送相应指令到MCU，MCU解析指令并计算出对应PWM的占空比，常开式电磁阀的控制信号为低，常开式电磁阀立刻开启，常闭式快速阀控制信号为制动频率的PWM，立刻部分关闭，由于常闭式快速阀的节流作用，制动轮缸压力增大，实现车辆的制动；

在特定时间内收到指令时，指令为非制动指令，此时若车辆处于制动状态，常开式电磁阀控制信号为高，立刻关闭，常闭式快速阀控制信号为低，立刻开启，在电动液压泵负压作用下，制动轮缸压力迅速降低，车辆的制动状态解除；此时若车辆处于非制动状态，常开式电磁阀控制信号为高，保持关闭，常闭式快速阀控制信号为低，保持开启。

做如下几种行驶方式的具体阐述：

车辆正常行驶时，上位机以固定频率持续向MCU发送禁止制动指令，常开式电磁阀的控制信号为高，保持关闭，常闭式快速阀控制信号为低，保持开启；此时电动液压泵产生的高压油部分储存在储能器中，其余大部分经溢流阀流回液压油箱，此时制动轮缸无附加压力，车辆处于禁止制动状态；

车辆行驶过程需要请求减速时，上位机根据所需制动力矩发送相应指令到MCU，MCU解析指令并计算出对应PWM的占空比并控制常闭式快速阀部分关闭，与此同时，常开式电磁阀的控制信号为低，常开式电磁阀立刻开启，在常闭式快速阀的节流作用下，制动轮缸压力增大，实现车辆的制动；

车辆行驶过程中上位机信号意外中断出现通讯异常时，常开式电磁阀与常闭式快速阀的控制信号均为低；此时，常开式电磁阀开启，常闭式快速阀关闭，制动轮缸压力立刻升高，车辆实现紧急制动；

车辆行驶过程中系统意外掉电，此时无任何控制信号，电动液压泵停止工作，常开式电磁阀在回位弹簧作用下立刻开启，常闭式快速阀在回位弹簧作用下迅速关闭，制动轮缸经常开式电磁阀与储能器连通，利用储能器储存的高压油实现车辆的紧急制动；

车辆停止运行时，整车电源关闭，系统正常掉电，此时无任何控制信号，电动液压泵停止工作，常开式电磁阀在回位弹簧作用下立刻开启，常闭式快速阀在回位弹簧作用下迅速关闭，制动轮缸经常开式电磁阀与储能器连通，利用储能器储存的高压油实现车辆的驻车制动。

下表汇总了控制系统在各种情况下常开式电磁阀、常闭式快速阀以及车辆的制动状态。

控制系统状态	常开式电磁阀状态	常闭式快速阀状态	制动状态
				正常行驶	关闭	开启	禁止制动
请求减速	开启	部分关闭	制动
				意外掉电	开启	关闭	紧急制动
通讯异常	开启	关闭	紧急制动
				正常掉电	开启	关闭	紧急制动

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (1)

1.一种无人驾驶车辆通用制动系统的控制方法，其特征在于：

制动系统包括控制单元和执行单元，控制单元包括通过信号线相连通的上位机和MCU，实现上位机对MCU的控制请求以及MCU对上位机的状态反馈， MCU通过信号线同时与执行单元相连通；

前述的执行单元包括液压油箱，其为制动系统提供液压油源，

电动液压泵，其由液压油箱处获取液压油源后为制动系统提供高压油，

串联的常开式电磁阀和常闭式快速阀，两者串联后同时与制动轮缸相连通，两者协同工作实现在请求减速、意外掉电、通讯异常或正常掉电情况下车辆的制动、紧急制动或驻车制动；

储能器，其与电动液压泵相连通，在车辆制动、紧急制动或驻车制动时提供制动压力油，保证液压油压力稳定，

在电动液压泵输出口处安装单向阀，防止储能器中的高压油倒流回电动液压泵中；

液压传感器同时与制动轮缸、常开式电磁阀和常闭式快速阀相连通，用于检测制动轮缸的液压油压力，计算制动力矩后向MCU发送制动轮缸压力信号后，MCU解析指令并计算出对应PWM的占空比后向常开式电磁阀和常闭式快速阀发送控制信号；

在电动液压泵输入口安装过滤器，其过滤液压油中的杂质，防止损伤电动液压泵；

在单向阀输出口处还安装溢流阀，其保证油路压力不超过设定阈值，防止油管爆裂或者损坏电动液压泵；

前述的常闭式快速阀的输出口与过滤器的输入口通过油管连通；

上位机发出开始指令，首先进行行车场景分析，由上位机向MCU发送制动或者禁止制动指令；

在特定时间内未收到指令时，常开式电磁阀与常闭式快速阀的控制信号均为低，此时常开式电磁阀开启，常闭式快速阀关闭，制动轮缸压力立刻升高，实现车辆的紧急制动；

在特定时间内收到指令时，指令为制动指令，此时上位机根据所需制动力矩发送相应指令到MCU，MCU解析指令并计算出对应PWM的占空比，常开式电磁阀的控制信号为低，常开式电磁阀立刻开启，常闭式快速阀控制信号为制动频率的PWM，立刻部分关闭，由于常闭式快速阀的节流作用，制动轮缸压力增大，实现车辆的制动；

在特定时间内收到指令时，指令为非制动指令，此时若车辆处于制动状态，常开式电磁阀控制信号为高，立刻关闭，常闭式快速阀控制信号为低，立刻开启，在电动液压泵负压作用下，制动轮缸压力迅速降低，车辆的制动状态解除；此时若车辆处于非制动状态，常开式电磁阀控制信号为高，保持关闭，常闭式快速阀控制信号为低，保持开启。

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