CN109398336B - 一种基于人机共驾的自动驾驶车辆通用制动系统及制动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于人机共驾的自动驾驶车辆通用制动系统及制动方法，包括控制系统模块，其用于控制系统气路和液压油路的通断，从而实现人工驾驶、自动驾驶制动、自动驾驶空闲的系统工作状态；机械液压制动模块，其使车辆处于有人驾驶状态下，驾驶员进行常规制动操作；气液耦合线控制动模块，其与机械液压制动模块并联设置，用于快速响应线控制动信号；车辆底层制动执行模块，其在液压油路压力的驱动下，控制车辆实现制动；本发明采用模块化设计，只需将气液耦合线控制动模块和原车制动模块并联，且通用性好，适用于所有自动驾驶车辆的制动系统，结构简单，安装方便。

Description

一种基于人机共驾的自动驾驶车辆通用制动系统及制动方法
技术领域
本发明涉及一种基于人机共驾的自动驾驶车辆通用制动系统及制动方法，属于自动驾驶车辆底盘线控领域。
背景技术
目前，自动驾驶车辆技术的相关研究和商业化正在稳步推进，在绝大多数适合的场合可以比人类驾驶员更有效地完成任务，可以发挥自动驾驶技术更为可靠、安全以及高效的性能优势，尽可能得减少事故发生的概率，弥补人类驾驶员操纵车辆的缺陷；基于人机共驾的自动驾驶技术，既能满足人们原有对驾驶乐趣的追求，又显著提高了车辆的主动安全性能和效率水平。
通用制动系统是自动驾驶车辆的关键技术之一，由于自动驾驶车辆较之传统车辆，增加了很多额外的传感器、执行器、控制单元等，系统的稳定性难以保证；因此，考虑冗余和系统宕机的底盘线控制动系统设计就显得极为重要，迫切需要有能够满足人工驾驶、辅助驾驶和完全自动驾驶的高适应性和高可靠性的制动系统和控制方法。基于人机共驾的自动驾驶通用制动系统具备提高行车安全性、改善系统稳定性的潜力。
发明内容
本发明提供一种基于人机共驾的自动驾驶车辆通用制动系统及制动方法，采用模块化设计，只需将气液耦合线控制动模块和原车制动模块并联，且通用性好，适用于所有自动驾驶车辆的制动系统，结构简单，安装方便。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于人机共驾的自动驾驶车辆通用制动系统，包括控制系统模块，其用于控制系统气路和液压油路的通断，从而实现人工驾驶、自动驾驶制动、自动驾驶空闲的系统工作状态；
机械液压制动模块，其使车辆处于有人驾驶状态下，驾驶员进行常规制动操作；
气液耦合线控制动模块，其与机械液压制动模块并联设置，用于快速响应线控制动信号；
车辆底层制动执行模块，其在液压油路压力的驱动下，控制车辆实现制动；
作为本发明的进一步优选，前述的控制系统模块包括微型控制模块、第一继电器、第二继电器、第三继电器、常开电磁阀、第一常闭电磁阀、第二常闭电磁阀、位置传感器和低压直流电源模块；前述的机械液压制动模块包括第一平衡杆、第二平衡杆、第一前主缸、第一后主缸和第一油壶；气液耦合线控制动模块包括高压气瓶、气缸、第二前主缸、第二后主缸和第二油壶；
微型控制模块通过导线分别与第一继电器、第二继电器、第三继电器和位置传感器相连通，第一继电器通过导线同时与常开电磁阀、低压直流电源模块相连通，第二继电器通过导线与第一常闭电磁阀相连通，第三继电器通过导线与第二常闭电磁阀相连通，低压直流电源模块通过导线同时与第一常闭电磁阀、第二常闭电磁阀相连通；
第一四通阀的四个阀口通过油管分别与右后轮、左后轮、第一后主缸、第二后主缸相连通，第二四通阀的四个阀口通过油管分别与右前轮、左前轮、第一前主缸、第二前主缸相连通，第二常闭电磁阀通过油管分别与第一后主缸、第一前主缸、第二油壶相连通，第一常闭电磁阀通过油管分别与第二后主缸、第二前主缸、第一油壶相连通；
第一后主缸、第一前主缸同时与第一平衡杆固定连接，第二后主缸、第二前主缸同时与第二平衡杆固定连接，第二平衡杆同时与气缸固定连接，气缸通过气路管道与常开电磁阀相连通；
微型控制模块通过导线与位置传感器相连通；
作为本发明的进一步优选，前述的常开电磁阀控制气液耦合线控制动模块中，高压气瓶提供的气流流至气缸时的通断；前述的第一常闭电磁阀控制气液耦合线控制动模块中，由第二油壶提供的液压油流至第二后主缸、第二前主缸的通断；前述的第二常闭电磁阀控制机械液压制动模块中，由第一油壶提供的液压油流至第一后主缸、第一前主缸的通断。
一种基于人机共驾的自动驾驶车辆通用制动系统的制动方法，包括以下步骤，检查安装在制动踏板上的位置传感器对车辆进行检测，判断是否处于人工驾驶状态下的制动状态，将状态信息反馈至微型控制模块中，由微型控制模块进行逻辑判断，
若初始状态为自动驾驶状态，驾驶者踩踏制动踏板，车辆进入人工驾驶状态，若初始状态为人工驾驶状态，驾驶者激活自动驾驶按钮，车辆进入自动驾驶状态，若驾驶者激活辅助驾驶按钮，车辆进入人机共驾状态；
作为本发明的进一步优选，
当驾驶车辆处于人工驾驶状态时，第一继电器闭合，从而闭合常开电磁阀，气液耦合线控制动模块处于关闭状态；第二继电器开启，从而闭合第一常闭电磁阀，气液耦合线控制动模块的第二油壶处于阻断状态，防止系统回油到第二油壶；第三继电器闭合，从而开启第二第二常闭电磁阀，机械液压制动模块正常工作。
当驾驶车辆处于自动驾驶-制动状态时，第一继电器开启，从而开启常开电磁阀，第二继电器闭合，从而开启第一常闭电磁阀，保证气液耦合线控制动模块正常工作；第三继电器开启，从而闭合第二常闭电磁阀，防止系统回油到第二油壶；
当驾驶车辆处于自动驾驶-空闲状态时，第一继电器闭合，从而关闭常开电磁阀，第二继电器闭合，从而开启第一常闭电磁阀，气液耦合线控制动模块处于常压未制动状态；第三继电器开启，从而闭合第二常闭电磁阀，机械液压制动模块的第一油壶处于阻断状态。
当驾驶车辆处于人机共驾状态时，第一继电器、常开电磁阀根据用户需求开启或闭合，气液耦合线控制动模块为机械液压制动模块提供制动压力补偿；第二继电器开启，从而闭合第一常闭电磁阀，气液耦合线控制动模块的第二油壶处于阻断状态，防止系统回油到第二油壶；第三继电器开启，从而闭合第二常闭电磁阀，机械液压制动模块的第一油壶处于阻断状态，防止系统回油到第一油壶。
当驾驶车辆处于系统宕机或意外掉电状态时，第一继电器开启，从而开启常开电磁阀，第二继电器开启，从而闭合第一常闭电磁阀，气液耦合线控制动模块的第二油壶处于阻断状态，系统处于偏负压状态；第三继电器开启，从而闭合第二常闭电磁阀，机械液压制动模块的第一油壶处于阻断状态，防止系统回油到第一油壶。
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：
本发明可实现在保留原有传统机械制动模块前提下的自动驾驶车辆冗余线控制动控制，能够保证有人驾驶和自动驾驶的无缝切换，采用气液耦合的线控制动极大提高系统响应速度，同时实现系统宕机或者掉电情况下的自动紧急制动，提供安全可靠性；
本发明采用模块化设计，只需将气液耦合线控制动模块和原车制动模块并联，且通用性好，适用于所有自动驾驶车辆的制动系统，结构简单，安装方便。
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结构简图；
图2是本发明的优选实施例的具体实现结构示意图。
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所示，本发明的一种基于人机共驾的自动驾驶车辆通用制动系统，包括控制系统模块，其用于控制系统气路和液压油路的通断，从而实现人工驾驶、自动驾驶制动、自动驾驶空闲的系统工作状态；
机械液压制动模块，其使车辆处于有人驾驶状态下，驾驶员进行常规制动操作；
气液耦合线控制动模块，其与机械液压制动模块并联设置，用于快速响应线控制动信号；
车辆底层制动执行模块，包括卡钳、制动盘等，包含在左前轮、右前轮、左后轮、右后轮中，其在液压油路压力的驱动下，控制车辆实现制动；
图2所示，作为本发明的进一步优选，前述的控制系统模块包括微型控制模块、第一继电器、第二继电器、第三继电器、常开电磁阀、第一常闭电磁阀、第二常闭电磁阀、位置传感器和低压直流电源模块；前述的机械液压制动模块包括第一平衡杆、第二平衡杆、第一前主缸、第一后主缸和第一油壶；气液耦合线控制动模块包括高压气瓶、气缸、第二前主缸、第二后主缸和第二油壶；前述的微型控制模块为微型控制器；
微型控制模块通过导线分别与第一继电器、第二继电器、第三继电器和位置传感器相连通，第一继电器通过导线同时与常开电磁阀、低压直流电源模块相连通，第二继电器通过导线与第一常闭电磁阀相连通，第三继电器通过导线与第二常闭电磁阀相连通，低压直流电源模块通过导线同时与第一常闭电磁阀、第二常闭电磁阀相连通；
第一四通阀的四个阀口通过油管分别与右后轮、左后轮、第一后主缸、第二后主缸相连通，第二四通阀的四个阀口通过油管分别与右前轮、左前轮、第一前主缸、第二前主缸相连通，第二常闭电磁阀通过油管分别与第一后主缸、第一前主缸、第二油壶相连通，第一常闭电磁阀通过油管分别与第二后主缸、第二前主缸、第一油壶相连通；
第一后主缸、第一前主缸同时与第一平衡杆固定连接，第二后主缸、第二前主缸同时与第二平衡杆固定连接，第二平衡杆同时与气缸固定连接，气缸通过气路管道与常开电磁阀相连通；
微型控制模块通过导线与位置传感器相连通；
作为本发明的进一步优选，前述的常开电磁阀控制气液耦合线控制动模块中，高压气瓶提供的气流流至气缸时的通断；前述的第一常闭电磁阀控制气液耦合线控制动模块中，由第二油壶提供的液压油流至第二后主缸、第二前主缸的通断；前述的第二常闭电磁阀控制机械液压制动模块中，由第一油壶提供的液压油流至第一后主缸、第一前主缸的通断。
一种基于人机共驾的自动驾驶车辆通用制动系统的制动方法，包括以下步骤，检查安装在制动踏板上的位置传感器对车辆进行检测，判断是否处于人工驾驶状态下的制动状态，将状态信息反馈至微型控制模块中，由微型控制模块进行逻辑判断，
若初始状态为自动驾驶状态，驾驶者踩踏制动踏板，车辆进入人工驾驶状态，若初始状态为人工驾驶状态，驾驶者激活自动驾驶按钮，车辆进入自动驾驶状态，若驾驶者激活辅助驾驶按钮，车辆进入人机共驾状态；
作为本发明的进一步优选，
当驾驶车辆处于人工驾驶状态时，第一继电器闭合，从而闭合常开电磁阀，气液耦合线控制动模块处于关闭状态；第二继电器开启，从而闭合第一常闭电磁阀，气液耦合线控制动模块的第二油壶处于阻断状态，防止系统回油到第二油壶；第三继电器闭合，从而开启第二第二常闭电磁阀，机械液压制动模块正常工作。
当驾驶车辆处于自动驾驶-制动状态时，第一继电器开启，从而开启常开电磁阀，第二继电器闭合，从而开启第一常闭电磁阀，保证气液耦合线控制动模块正常工作；第三继电器开启，从而闭合第二常闭电磁阀，防止系统回油到第二油壶；
当驾驶车辆处于自动驾驶-空闲状态时，第一继电器闭合，从而关闭常开电磁阀，第二继电器闭合，从而开启第一常闭电磁阀，气液耦合线控制动模块处于常压未制动状态；第三继电器开启，从而闭合第二常闭电磁阀，机械液压制动模块的第一油壶处于阻断状态。
当驾驶车辆处于人机共驾状态时，第一继电器、常开电磁阀根据用户需求开启或闭合，气液耦合线控制动模块为机械液压制动模块提供制动压力补偿；第二继电器开启，从而闭合第一常闭电磁阀，气液耦合线控制动模块的第二油壶处于阻断状态，防止系统回油到第二油壶；第三继电器开启，从而闭合第二常闭电磁阀，机械液压制动模块的第一油壶处于阻断状态，防止系统回油到第一油壶。
当驾驶车辆处于系统宕机或意外掉电状态时，第一继电器开启，从而开启常开电磁阀，第二继电器开启，从而闭合第一常闭电磁阀，气液耦合线控制动模块的第二油壶处于阻断状态，系统处于偏负压状态；第三继电器开启，从而闭合第二常闭电磁阀，机械液压制动模块的第一油壶处于阻断状态，防止系统回油到第一油壶。
总结系统工作状态及相应气路和油路的控制元件逻辑，如下表：
Figure BDA0001834223990000051
Figure BDA0001834223990000061
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 (3)

1.一种基于人机共驾的自动驾驶车辆通用制动系统，其特征在于：包括控制系统模块，其用于控制系统气路和液压油路的通断，从而实现人工驾驶、自动驾驶制动、自动驾驶空闲的系统工作状态；
机械液压制动模块，其使车辆处于有人驾驶状态下，驾驶员进行常规制动操作；
气液耦合线控制动模块，其与机械液压制动模块并联设置，用于快速响应线控制动信号；
车辆底层制动执行模块，其在液压油路压力的驱动下，控制车辆实现制动；
前述的控制系统模块包括微型控制模块、第一继电器、第二继电器、第三继电器、常开电磁阀、第一常闭电磁阀、第二常闭电磁阀、位置传感器和低压直流电源模块；前述的机械液压制动模块包括第一平衡杆、第二平衡杆、第一前主缸、第一后主缸和第一油壶；气液耦合线控制动模块包括高压气瓶、气缸、第二前主缸、第二后主缸和第二油壶；
微型控制模块通过导线分别与第一继电器、第二继电器、第三继电器和位置传感器相连通，第一继电器通过导线同时与常开电磁阀、低压直流电源模块相连通，第二继电器通过导线与第一常闭电磁阀相连通，第三继电器通过导线与第二常闭电磁阀相连通，低压直流电源模块通过导线同时与第一常闭电磁阀、第二常闭电磁阀相连通；
第一四通阀的四个阀口通过油管分别与右后轮、左后轮、第一后主缸、第二后主缸相连通，第二四通阀的四个阀口通过油管分别与右前轮、左前轮、第一前主缸、第二前主缸相连通，第二常闭电磁阀通过油管分别与第一后主缸、第一前主缸、第二油壶相连通，第一常闭电磁阀通过油管分别与第二后主缸、第二前主缸、第一油壶相连通；
第一后主缸、第一前主缸同时与第一平衡杆固定连接，第二后主缸、第二前主缸同时与第二平衡杆固定连接，第二平衡杆同时与气缸固定连接，气缸通过气路管道与常开电磁阀相连通；
微型控制模块通过导线与位置传感器相连通。
2.根据权利要求1所述的基于人机共驾的自动驾驶车辆通用制动系统，其特征在于：前述的常开电磁阀控制气液耦合线控制动模块中，高压气瓶提供的气流流至气缸时的通断；
前述的第一常闭电磁阀控制气液耦合线控制动模块中，由第二油壶提供的液压油流至第二后主缸、第二前主缸的通断；前述的第二常闭电磁阀控制机械液压制动模块中，由第一油壶提供的液压油流至第一后主缸、第一前主缸的通断。
3.一种基于人机共驾的自动驾驶车辆通用制动系统的制动方法，其特征在于：包括以下步骤，检查安装在制动踏板上的位置传感器对车辆进行检测，判断是否处于人工驾驶状态下的制动状态，将状态信息反馈至微型控制模块中，由微型控制模块进行逻辑判断，若初始状态为自动驾驶状态，驾驶者踩踏制动踏板，车辆进入人工驾驶状态，若初始状态为人工驾驶状态，驾驶者激活自动驾驶按钮，车辆进入自动驾驶状态，若驾驶者激活辅助驾驶按钮，车辆进入人机共驾状态；
当驾驶车辆处于人工驾驶状态时，第一继电器闭合，从而闭合常开电磁阀，气液耦合线控制动模块处于关闭状态；第二继电器开启，从而闭合第一常闭电磁阀，气液耦合线控制动模块的第二油壶处于阻断状态，防止系统回油到第二油壶；第三继电器闭合，从而开启第二常闭电磁阀，机械液压制动模块正常工作；
当驾驶车辆处于自动驾驶-制动状态时，第一继电器开启，从而开启常开电磁阀，第二继电器闭合，从而开启第一常闭电磁阀，保证气液耦合线控制动模块正常工作；第三继电器开启，从而闭合第二常闭电磁阀，防止系统回油到第二油壶；
当驾驶车辆处于自动驾驶-空闲状态时，第一继电器闭合，从而关闭常开电磁阀，第二继电器闭合，从而开启第一常闭电磁阀，气液耦合线控制动模块处于常压未制动状态；第三继电器开启，从而闭合第二常闭电磁阀，机械液压制动模块的第一油壶处于阻断状态；
当驾驶车辆处于人机共驾状态时，第一继电器、常开电磁阀根据用户需求开启或闭合，气液耦合线控制动模块为机械液压制动模块提供制动压力补偿；第二继电器开启，从而闭合第一常闭电磁阀，气液耦合线控制动模块的第二油壶处于阻断状态，防止系统回油到第二油壶；第三继电器开启，从而闭合第二常闭电磁阀，机械液压制动模块的第一油壶处于阻断状态，防止系统回油到第一油壶；
当驾驶车辆处于系统宕机或意外掉电状态时，第一继电器开启，从而开启常开电磁阀，第二继电器开启，从而闭合第一常闭电磁阀，气液耦合线控制动模块的第二油壶处于阻断状态，系统处于偏负压状态；第三继电器开启，从而闭合第二常闭电磁阀，机械液压制动模块的第一油壶处于阻断状态，防止系统回油到第一油壶。
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