CN110509908A - 用于自动驾驶汽车的电子制动助力器、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于自动驾驶汽车的电子制动助力器、系统及方法，助力器包括旋转驱动机构、滚珠丝杠副、数据采集单元和控制器；滚珠丝杠副一端与旋转驱动机构相连，另一端用于与制动主缸的活塞推杆连接，旋转驱动机构用于驱动滚珠丝杠副轴向运动，使活塞推杆轴向运动；数据采集单元用于采集车辆行驶数据；控制器与旋转驱动机构和数据采集单元连接，控制器用于根据车辆行驶数据计算所需要的制动液压，并控制旋转驱动机构驱动滚珠丝杠副工作，使制动主缸内的液压趋近于制动液压。本发明无需额外真空源、真空泵、真空管，占用空间小；取消了制动踏板，控制器计算制动液压，通过旋转驱动机构和滚珠丝杠副配合，使活塞推杆在制动主缸内建压，实现制动。

Description

用于自动驾驶汽车的电子制动助力器、系统及方法

技术领域

本发明涉及汽车制动系统技术领域，具体涉及一种用于自动驾驶汽车的电子制动助力器、系统及方法。

背景技术

制动助力器，是在人力液压制动传动装置的基础上，为了减轻驾驶员的踏板力的制动加力装置。它通常利用发动机进气管的真空为力源，对液压制动装置进行加力。利用制动助力器，使驾驶者更加方便地进行刹车。

传统内燃机的制动系统采用的是真空助力器、主缸和轮缸系统。真空助力器需要通过发动机带动产生真空度进而产生助力，在电动汽车中需要另设储气罐和真空泵抽取真空，真空泵和储气罐的体积较大，不利于布置。同时，这类助力器在实现制动时，需要驾驶员踩踏制动踏板以产生制动踏板力，真空助力器再将制动踏板力通过膜片的压差实现放大，施加在制动主缸推杆上，推动主缸活塞产生制动压力。

随着人们对安全和舒适的驾驶体验的不断追求以及科技的不断发展，自动驾驶成为汽车的新方向。自动驾驶车又称为无人驾驶车，即车辆可在没有任何人类主动操作下，自动安全的实现车辆的行驶、转向、制动。现有真空制动助力器受限于本身结构，存在布置占位大、响应慢、无法取消制动踏板等问题，无法应用在自动驾驶汽车上。

中国专利CN201820486296.6公开了一种智能电子助力制动装置，仍然带有制动踏板，控制器接收踏板行程传感器信号，电机转矩经主动齿轮、从动齿轮、及行星滚柱丝杠机构减速增矩后转换成丝杠平动的推力，与驾驶员经制动踏板直接施加在丝杠的推力叠加产生制动压力。中国专利CN207416809U公开了自动驾驶汽车及其自动刹车装置，仍然采用的是传统的真空助力器。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种电子制动助力器、系统及方法，结构简单，占用空间小，取消了制动踏板，能够运用在自动驾驶汽车上。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种用于自动驾驶汽车的电子制动助力器，包括壳体，其还包括：

旋转驱动机构，其组设于所述壳体内；

滚珠丝杠副，其一端与所述旋转驱动机构相连，另一端用于与制动主缸的活塞推杆连接，所述旋转驱动机构用于驱动所述滚珠丝杠副轴向运动，以使所述活塞推杆轴向运动；

数据采集单元，其用于采集车辆行驶数据；

控制器，其与所述旋转驱动机构和数据采集单元连接，所述控制器用于根据所述车辆行驶数据计算所需要的制动液压，并控制所述旋转驱动机构驱动所述滚珠丝杠副工作，以使所述制动主缸内的液压趋近于所述制动液压。

进一步地，所述电子制动助力器还包括与所述控制器相连的压力传感器，所述压力传感器用于测量所述制动主缸内的液压；

所述控制器还用于在所述旋转驱动机构驱动所述滚珠丝杠副工作后，判断所述制动主缸内的液压是否在所述制动液压设定的偏差范围内，若不在，则再次控制所述旋转驱动机构驱动所述滚珠丝杠副工作，以使所述制动主缸内液压趋近所述制动液压。

进一步地，所述壳体内壁上设有沿所述滚珠丝杠副轴向延伸的滑槽；

所述滚珠丝杠副包括套筒、滚珠、丝杆和导向块，所述套筒与所述旋转驱动机构相连，所述丝杆一端位于所述套筒内，并通过所述滚珠与所述套筒连接，另一端延伸至所述套筒外并用于连接活塞推杆，且所述导向块设于所述丝杆外壁上，并滑设于所述滑槽内，所述导向块位于所述套筒外。

进一步地，所述数据采集单元包括轮速传感器和用于测量车辆与其四周的障碍物间距的测距传感器。

进一步地，所述车辆行驶数据包括车速、与障碍物之间的距离、路况、车辆周边环境。

进一步地，所述控制器为整车控制器，或者，所述控制器为与整车控制器相连的制动控制器。

本发明还提供了一种电子制动系统，其包括：

主缸总成，其包括制动主缸和活动地设于所述制动主缸内的活塞推杆；

电子制动助力器，所述滚珠丝杠副与所述活塞推杆同轴连接。

进一步地，所述电子制动助力器还包括与所述控制器相连的压力传感器，所述压力传感器组设于所述制动主缸，并用于测量所述制动主缸内的液压；

所述控制器还用于在所述旋转驱动机构驱动所述滚珠丝杠副工作后，判断所述制动主缸内的液压是否在所述制动液压设定的偏差范围内，若不在，则再次控制所述旋转驱动机构驱动所述滚珠丝杠副工作，以使所述制动主缸内液压趋近所述制动液压。

本发明还提供了一种用于自动驾驶汽车的电子制动助力器的制动方法，其包括如下步骤：

所述数据采集单元实时采集车辆行驶数据；

所述控制器接收所述车辆行驶数据，根据所述车辆行驶数据计算所需要的制动液压；

所述控制器控制所述旋转驱动机构驱动所述滚珠丝杠副工作，以使所述制动主缸内的液压趋近于所述制动液压。

进一步地，所述电子制动助力器还包括与所述控制器相连的压力传感器，所述压力传感器组设于所述制动主缸；

所述旋转驱动机构驱动所述滚珠丝杠副工作后，所述制动方法还包括如下步骤：

所述压力传感器测量所述制动主缸内的液压；

所述控制器接收并判断所述制动主缸内的液压是否在所述制动液压设定的偏差范围内；

若不在，则再次控制所述旋转驱动机构驱动所述滚珠丝杠副工作，以使所述制动主缸内液压趋近所述制动液压；

若在，则所述控制器不动作。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明提供的电子制动助力器无需额外真空源、真空泵、真空管，而是替换成旋转驱动机构和滚珠丝杠副，相对而言，占用空间小，质量轻，结构简单，安装及布置成本低；同时取消了制动踏板，通过数据采集单元与控制器的配合，计算需要的制动液压，通过旋转驱动机构和滚珠丝杠副的配合，使活塞推杆连接的活塞在制动主缸内建压，实现自动驾驶车辆主动制动。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用于自动驾驶汽车的电子制动助力器结构示意图；

图2为图1中A处局部放大图；

图3为本发明实施例提供的电子制动助力器的制动方法流程图。

图中：1、旋转驱动机构；2、滚珠丝杠副；20、套筒；21、滚珠；22、丝杆；23、导向块；3、控制器；4、制动主缸；40、活塞推杆；5、压力传感器；6、壳体；60、滑槽。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

参见图1所示，本实施例提供了一种用于自动驾驶汽车的电子制动助力器，该电子制动助力器包括旋转驱动机构1、滚珠丝杠副2、数据采集单元和控制器3；滚珠丝杠副2一端与旋转驱动机构1相连，另一端用于与制动主缸4的活塞推杆40连接，旋转驱动机构1用于驱动滚珠丝杠副2轴向运动，以使活塞推杆40轴向运动，滚珠丝杠副2的作用是将旋转驱动机构1的旋转驱动轴的旋转运动转变为活塞推杆40的直线运动；数据采集单元用于采集车辆行驶数据；控制器3与旋转驱动机构1和数据采集单元连接，控制器3用于根据车辆行驶数据计算所需要的制动液压，并控制旋转驱动机构1驱动滚珠丝杠副2工作，以使制动主缸4内的液压趋近于制动液压，其中，制动主缸4内的液压趋近于制动液压可以理解为制动主缸4内的液压达到制动液压设定的偏差范围内即可。

本实施例提供的电子制动助力器无需额外真空源、真空泵、真空管，而是替换成旋转驱动机构和滚珠丝杠副，相对而言，占用空间小，质量轻，结构简单，安装及布置成本低；同时取消了制动踏板，通过数据采集单元与控制器的配合，计算需要的制动液压，通过旋转驱动机构和滚珠丝杠副的配合，使活塞推杆连接的活塞在制动主缸内建压，实现自动驾驶车辆主动制动。

电子制动助力器的控制器可以是整车控制器，也可以是与整车控制器相连的制动控制器，可以实现控制器的集成以及自由的布置；同时，滚珠丝杠副运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长。

数据采集单元包括轮速传感器和用于测量车辆与其四周的障碍物间距的测距传感器。测距传感器采用雷达或超声波传感器。

车辆行驶数据包括车速、与障碍物之间的距离、路况、车辆周边环境。

本实施例提供的电子制动助力器可以应用于现有的主缸总成，滚珠丝杠副2可以采用现有的。

为了更好地理解本发明，本实施例还给出了滚珠丝杠副2的具体连接方式，参见图2所示，壳体6内壁上设有沿滚珠丝杠副2轴向延伸的滑槽60；滚珠丝杠副2包括套筒20、滚珠21、丝杆22和导向块23，套筒20与旋转驱动机构1相连，丝杆22一端位于套筒20内，并通过滚珠21与套筒20连接，另一端延伸至套筒20外并用于连接活塞推杆40，且导向块23设于丝杆22外壁上，并滑设于滑槽60内，导向块23位于套筒20外。由于丝杆22外壁上设置有导向块23，且导向块23滑设在滑槽60内，丝杆22无法旋转，只能沿其轴向做伸缩的直线运动，当旋转驱动机构1驱动套筒20旋转时，在导向块23和滑槽60的配合下，套筒20通过滚珠21使得丝杆22做沿其轴向的伸缩运动，从而将旋转驱动机构1的旋转运动转变为活塞推杆40的伸缩直线运动。

实施例2

参见图1所示，本实施例提供了一种用于自动驾驶汽车的电子制动助力器，本实施例与实施例1的区别在于：本实施例中，电子制动助力器还包括与控制器3相连的压力传感器5，压力传感器5用于测量制动主缸4内的液压；控制器3还用于在旋转驱动机构1驱动滚珠丝杠副2工作后，判断制动主缸4内的液压是否在制动液压设定的偏差范围内，若不在，则再次控制旋转驱动机构1驱动滚珠丝杠副2工作，以使制动主缸4内液压趋近制动液压。

本实施例增设压力传感器5的目的是，通过实时测量制动主缸4内的液压，可以验证制动主缸4内的液压是否达到制动液压，从而确保制动的准确性，避免出现事故。

实施例3

参见图1所示，本实施例提供了一种电子制动系统，该电子制动系统包括主缸总成和电子制动助力，主缸总成包括制动主缸4和活动地设于制动主缸4内的活塞推杆40；电子制动助力器包括旋转驱动机构1、滚珠丝杠副2、数据采集单元和控制器3；滚珠丝杠副2一端与旋转驱动机构1相连，另一端与制动主缸4的活塞推杆40同轴连接，旋转驱动机构1用于驱动滚珠丝杠副2轴向运动，以使活塞推杆40轴向运动，滚珠丝杠副2的作用是将旋转驱动机构1的旋转驱动轴的旋转运动转变为活塞推杆40的直线运动；数据采集单元用于采集车辆行驶数据；控制器3与旋转驱动机构1和数据采集单元连接，控制器3用于根据车辆行驶数据计算所需要的制动液压，并控制旋转驱动机构1驱动滚珠丝杠副2工作，以使制动主缸4内的液压趋近于制动液压，其中，制动主缸4内的液压趋近于制动液压可以理解为制动主缸4内的液压达到制动液压设定的偏差范围内即可。

参见图1所示，为了更好地固定，电子制动助力器还包括一个壳体6，旋转驱动机构1固定在壳体6内，壳体6与制动主缸4连接。

实施例4

参见图1所示，本实施例提供了一种电子制动系统，本实施例与实施例3的区别在于：本实施例中，电子制动助力器还包括与控制器3相连的压力传感器5，压力传感器5组设于制动主缸4，并用于测量制动主缸4内的液压；控制器3还用于在旋转驱动机构1驱动滚珠丝杠副2工作后，判断制动主缸4内的液压是否在制动液压设定的偏差范围内，若不在，则再次控制旋转驱动机构1驱动滚珠丝杠副2工作，以使制动主缸4内液压趋近制动液压。

实施例5

参见图3所示，本实施例提供了一种电子制动助力器的制动方法，其包括如下步骤：

A1：提供实施例1的电子制动助力器；

A2：数据采集单元实时采集车辆行驶数据；

A3：控制器3接收车辆行驶数据，分析是否需要制动，如果需要制动，则根据车辆行驶数据计算所需要的制动液压；

A4：控制器3控制旋转驱动机构1驱动滚珠丝杠副2工作，以使制动主缸4内的液压趋近于制动液压。

实施例6

参见图3所示，本实施例提供了一种电子制动助力器的制动方法，其包括如下步骤：

A1：提供实施例1的电子制动助力器，该电子制动助力器还包括与控制器3相连的压力传感器5，压力传感器5组设于制动主缸4；

A2：数据采集单元实时采集车辆行驶数据；

A3：控制器3接收车辆行驶数据，分析是否需要制动，如果需要制动，则根据车辆行驶数据计算所需要的制动液压；

A4：控制器3控制旋转驱动机构1驱动滚珠丝杠副2工作，以使制动主缸4内的液压趋近于制动液压。

A5：压力传感器5测量制动主缸4内的液压；

A6：控制器3接收并判断制动主缸4内的液压是否在制动液压设定的偏差范围内；

若不在，则返回A4，再次控制旋转驱动机构1驱动滚珠丝杠副2工作，以使制动主缸4内液压趋近制动液压；

若在，则转入A7；

A7：此时表明制动主缸4内的液压能够确保车辆制动，控制器3不控制旋转驱动机构1驱动滚珠丝杠副2工作，结束。

本发明的原理为：

车辆在行驶过程中，数据采集单元实时采集车辆行驶数据，并将车辆行驶数据发送至控制器3，控制器3在接收到车辆行驶数据后进行逻辑判断，车辆是否需要进行制动，如果需要进行制动，则计算出需要的制动液压，并向旋转驱动机构1发送指令，控制旋转驱动机构1工作，旋转驱动机构1的旋转驱动轴作旋转运动，滚珠丝杠副2将旋转驱动轴的旋转运动转化为活塞推杆40的直线运动，活塞推杆40左移，进行制动主缸4的建压。这样，就实现了整车的制动指令到制动液压建立的传递，实现整车制动的目的。

制动液压的计算，需要知道制动的减速度a，而a的计算需要知道当前的车速v与前面障碍物的距离S。2aS＝v²，a是减速度，S也称之为期望从v减速制动到0的制动距离。车速v是通过轮速传感器读取的，S是通过adas相关的传感器如雷达或摄像头获取的。这样就可以计算出减速度a。制动产生的减速度a与制动液压具有一个对应的关系曲线，可以通过曲线获取制动液压。

此外，压力传感器5实时监测制动主缸内的液压，并将信息反馈给控制器3，以验证制动主缸4内的液压是否达到制动液压，从而确保制动的准确性，避免出现事故。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种用于自动驾驶汽车的电子制动助力器，包括壳体(6)，其特征在于，其还包括：

旋转驱动机构(1)，其组设于所述壳体(6)内；

滚珠丝杠副(2)，其一端与所述旋转驱动机构(1)相连，另一端用于与制动主缸(4)的活塞推杆(40)连接，所述旋转驱动机构(1)用于驱动所述滚珠丝杠副(2)轴向运动，以使所述活塞推杆(40)轴向运动；

数据采集单元，其用于采集车辆行驶数据；

控制器(3)，其与所述旋转驱动机构(1)和数据采集单元连接，所述控制器(3)用于根据所述车辆行驶数据计算所需要的制动液压，并控制所述旋转驱动机构(1)驱动所述滚珠丝杠副(2)工作，以使所述制动主缸(4)内的液压趋近于所述制动液压。

2.如权利要求1所述的用于自动驾驶汽车的电子制动助力器，其特征在于：

所述电子制动助力器还包括与所述控制器(3)相连的压力传感器(5)，所述压力传感器(5)用于测量所述制动主缸(4)内的液压；

所述控制器(3)还用于在所述旋转驱动机构(1)驱动所述滚珠丝杠副(2)工作后，判断所述制动主缸(4)内的液压是否在所述制动液压设定的偏差范围内，若不在，则再次控制所述旋转驱动机构(1)驱动所述滚珠丝杠副(2)工作，以使所述制动主缸(4)内液压趋近所述制动液压。

3.如权利要求1所述的用于自动驾驶汽车的电子制动助力器，其特征在于：

所述壳体(6)内壁上设有沿所述滚珠丝杠副(2)轴向延伸的滑槽(60)；

所述滚珠丝杠副(2)包括套筒(20)、滚珠(21)、丝杆(22)和导向块(23)，所述套筒(20)与所述旋转驱动机构(1)相连，所述丝杆(22)一端位于所述套筒(20)内，并通过所述滚珠(21)与所述套筒(20)连接，另一端延伸至所述套筒(20)外并用于连接活塞推杆(40)，且所述导向块(23)设于所述丝杆(22)外壁上，并滑设于所述滑槽(60)内，所述导向块(23)位于所述套筒(20)外。

4.如权利要求1所述的用于自动驾驶汽车的电子制动助力器，其特征在于：所述数据采集单元包括轮速传感器和用于测量车辆与其四周的障碍物间距的测距传感器。

5.如权利要求1所述的用于自动驾驶汽车的电子制动助力器，其特征在于：所述车辆行驶数据包括车速、与障碍物之间的距离、路况、车辆周边环境。

6.如权利要求1所述的用于自动驾驶汽车的电子制动助力器，其特征在于：所述控制器(3)为整车控制器，或者，所述控制器(3)为与整车控制器相连的制动控制器。

7.一种电子制动系统，其特征在于，其包括：

主缸总成，其包括制动主缸(4)和活动地设于所述制动主缸(4)内的活塞推杆(40)；

如权利要求1所述的电子制动助力器，所述滚珠丝杠副(2)与所述活塞推杆(40)同轴连接。

8.如权利要求7所述的电子制动系统，其特征在于：

所述电子制动助力器还包括与所述控制器(3)相连的压力传感器(5)，所述压力传感器(5)组设于所述制动主缸(4)，并用于测量所述制动主缸(4)内的液压；

所述控制器(3)还用于在所述旋转驱动机构(1)驱动所述滚珠丝杠副(2)工作后，判断所述制动主缸(4)内的液压是否在所述制动液压设定的偏差范围内，若不在，则再次控制所述旋转驱动机构(1)驱动所述滚珠丝杠副(2)工作，以使所述制动主缸(4)内液压趋近所述制动液压。

9.一种如权利要求1所述的用于自动驾驶汽车的电子制动助力器的制动方法，其特征在于，其包括如下步骤：

所述数据采集单元实时采集车辆行驶数据；

所述控制器(3)接收所述车辆行驶数据，根据所述车辆行驶数据计算所需要的制动液压；

所述控制器(3)控制所述旋转驱动机构(1)驱动所述滚珠丝杠副(2)工作，以使所述制动主缸(4)内的液压趋近于所述制动液压。

10.如权利要求9所述的制动方法，其特征在于：

所述电子制动助力器还包括与所述控制器(3)相连的压力传感器(5)，所述压力传感器(5)组设于所述制动主缸(4)；

所述旋转驱动机构(1)驱动所述滚珠丝杠副(2)工作后，所述制动方法还包括如下步骤：

所述压力传感器(5)测量所述制动主缸(4)内的液压；

所述控制器(3)接收并判断所述制动主缸(4)内的液压是否在所述制动液压设定的偏差范围内；

若不在，则再次控制所述旋转驱动机构(1)驱动所述滚珠丝杠副(2)工作，以使所述制动主缸(4)内液压趋近所述制动液压；

若在，则所述控制器(3)不动作。