CN111497807A - 一种车辆制动系统的电磁阀冗余控制电路及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种车辆制动系统的电磁阀冗余控制电路，车辆制动系统的车轮端的液压回路上配置有隔离阀和泄压阀，所述隔离阀和泄压阀通过由主行车制动单元控制的高边开关连接的电源，所述隔离阀和泄压阀通过低边开关连接主行车制动单元的驱动端，所述控制电路设有备份行车制动单元，每个所述高边开关同时由备份行车制动单元控制，每个所述低边开关同时连接备份行车制动单元的驱动端。本发明车辆制动系统的电磁阀冗余控制电路可以保证在任意行车制动电控单元电气系统的单点失效模式下，正在进行自动驾驶的车辆可以保证至少有三个车轮具有防抱死的行车制动功能。
Description
技术领域
本发明涉及车辆自动驾驶行车控制领域，尤其涉及自动驾驶车辆制动系统。
背景技术
随着汽车自动驾驶功能的开发，车辆运行中驾驶员的参与程度越来越低。当车辆达到L4级别的自动驾驶时，车辆可以脱离驾驶员的操作。这时就需要车辆的行车控制系统能够完全接管车辆的加速，减速和转向功能。
自动驾驶行车制动系统一般使用一个具有车身稳定控制功能的主行车制动单元，再配备一个在主行车制动单元发生电气失效时进行备份制动的备份行车制动单元。常规具有车身稳定控制功能的主行车制动单元内置控制每个车辆上制动液压隔离阀和泄压阀的驱动电路，用于实现制动过程中的车轮防抱死功能。这些车轮电磁阀一般使用一个电磁阀驱动高边开关和对应的低边开关，高边开关用于控制电磁阀的电源供应，低边开关用于驱动电磁阀的动作。当某一个电磁阀低边驱动发生短路故障后，高边开关需要立即关闭，以避免发生短路故障的电磁阀失控。这时即使备份行车制动系统能够正常工作，但用于防抱死制动控制用的车轮端电磁阀已经无法控制，车辆不具备车轮防抱死功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种满足主行车制动控制单元和备份行车制动单元架构上，提供一种具有冗余控制功能的电磁阀控制电路架构。在电控液压制动系统中，每个车轮会配备1个隔离阀和1个泄压阀。当进行行车制动时，如果某一个车轮因制动力过大而抱死，电控液压单元可以通过控制隔离阀和泄压阀的动作来对相应车轮的制动力进行调整，防止车轮抱死，确保车轮的制动效率最大化。为了满足自动驾驶时，没有驾驶员介入情况下行车制动的安全，会在主行车制动单元之外再配置一个备份行车制动单元。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种车辆制动系统的电磁阀冗余控制电路，车辆制动系统的车轮端的液压回路上配置有隔离阀和泄压阀，所述隔离阀和泄压阀通过由主行车制动单元控制的高边开关连接的电源，所述隔离阀和泄压阀通过低边开关连接主行车制动单元的驱动端，所述控制电路设有备份行车制动单元，每个所述高边开关同时由备份行车制动单元控制，每个所述低边开关同时连接备份行车制动单元的驱动端。
所述隔离阀和泄压阀通过同时连接主电源和备份电源，所述主行车制动单元的供电输入端连接主电源，所述备份行车制动单元的供电输入端连接备份电源。
车辆的每个车轮端均配有一个隔离阀和一个泄压阀。
所述控制电路设有与车轮端数量相同的高边开关，每个车轮端的隔离阀和泄压阀共用一个独立的高边开关，每个所述高边开关均连接主行车制动单元和备份行车制动单元的电源控制端。
连接同一车轮端隔离阀和泄压阀的高边开关由一个开关元件构成，所述开关元件输入端同时连接主电源和备份电源，所述开关元件的输出端同时连接隔离阀和泄压阀的电源端，所述开关元件的控制端同时连接主行车制动单元和备份行车制动单元的电源控制端。
连接同一车轮端隔离阀和泄压阀的高边开关由两个开关元件构成，其中一个开关元件的输入端连接主电源、输出端同时连接隔离阀和泄压阀的电源端、控制端连接主行车制动单元，另一个开关元件的输入端连接备份电源、输出端同时连接隔离阀和泄压阀的电源端、控制端连接备份行车制动单元。
每个所述隔离阀和泄压阀配有一个独立的低边开关，每个所述低边开关均连接主行车制动单元和备份行车制动单元的驱动端。
每个所述低边开关均由两个开关元件构成，其中一个开关元件的输入端连接隔离阀或泄压阀的驱动端、输出端接地、控制端连接主行车制动单元的驱动端，另一个开关元件的输入端连接隔离阀或泄压阀的驱动端、输出端接地、控制端连接备份行车制动单元的驱动端。
每个所述低边开关均由一个开关元件构成，所述开关元件的输入端连接隔离阀或泄压阀的驱动端、输出端接地、控制端同时连接主行车制动单元和备份行车制动单元的驱动端。
基于所述车辆制动系统的电磁阀冗余控制电路的控制方法，当主行车制动单元或备份行车制动单元出现故障时，由正常工作的行车制动单元独立的对每个隔离阀和泄压阀进行驱动控制；
当主行车制动单元和备份行车制动单元均正常工作时，每个所述隔离阀和泄压阀由主行车制动单元和备份行车制动单元进行双重驱动控制，或由主行车制动单元独立进行驱动控制，所述主行车制动单元和备份行车制动单元之间的控制动作互相不干扰。
本发明适用于配备主行车制动系统和备份行车制动系统的电控液压制动系统，能够在主行车制动控制单元出现电气故障时，由备份行车制动单元冗余控制液压回路的电磁阀实现具有防抱死功能的行车制动。可以保证车辆在自动驾驶过程中，即使主行车制动单元发生电气失效，也能够实现没有驾驶员介入操作下的具有防抱死功能的行车制动。
该电磁阀冗余控制电路架构将每个车轮液压回路的隔离阀和电磁阀分别配置高边开关和低边开关，电磁阀驱动的高边开关和低边开关可由主行车制动单元和备份行车制动单元分别控制且互不干扰。电磁阀的供电也分别由主行车制动单元和备份行车制动单元从其各自在整车上的电源系统提供，且互不干扰。主行车制动单元和备份行车制动单元在需要驱动电磁阀时，可以分别分时控制所需要的电磁阀。当其中某一个电磁阀驱动电路发生故障时，可以单独关闭一个车轮端液压回路的电磁阀组的电源，保证至少有三个车轮液压回路的电磁阀仍然可以控制，可以保证车辆在自动驾驶时的行车制动安全受控。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：
图1是常规具有防抱死功能的电磁阀控制系统示意图；
图2是本发明车辆制动系统的电磁阀冗余控制电路示意图；
图3是高边开关的第一个实施例示意图；
图4是高边开关的第二个实施例示意图；
图5是高边开关的第三个实施例示意图，实际应用为4路高边开关；
图6是低边开关的第一个实施例示意图，实际应用为8路低边开关；
图7是低边开关的第二个实施例示意图，实际应用为8路低边开关；
上述图中的标记均为：1、主行车制动单元；2、备份行车制动单元；3、高边开关；4、低边开关；5、隔离阀；6、泄压阀；7、主电源；8、备份电源。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图2所示，自动驾驶车辆制动系统的电磁阀冗余控制电路架构包括：主行车制动单元、备份行车制动单元、高边开关、低边开关、隔离阀、泄压阀、车辆主电源、备份电源。
主行车制动单元是具有线控制动功能的电液制动控制单元，可以在车辆行驶中接收自动驾驶控制系统的指令进行行车制动。其中包含有制动液压隔离阀、泄压阀等模块，在电磁阀驱动高边开关、低边开关的控制下，能够实现在行车制动中保持车轮防抱死制动功能。
备份行车制动单元是具有线控备份制动功能的电液制动控制单元，可以在主行车制动单元出现故障时，继续控制车辆的行车制动。并在电磁阀驱动高边开关、低边开关对制动液压隔离阀、泄压阀的控制下，实现在行车制动中执行车轮防抱死制动功能。
电磁阀在通向每个车轮的液压回路都放置有一个制动液压隔离阀和一个泄压阀，每个车轮液压回路的电磁阀组都可以由主行车制动单元或者备份行车制动单元通过电磁阀驱动高边开关、低边开关独立控制。
每个车轮液压回路上的隔离阀和泄压阀是实现车轮制动防抱死功能的执行器，ABS系统通过控制这两个电磁阀可以调节车轮端的制动力度，从而在保证车轮具有最大制动力的情况下防止车轮抱死。在自动驾驶过程中，当车辆有制动需求时，主行车制动单元会控制车辆的制动力，并提供防抱死制动功能。如果在此时主行车制动单元的电控部分发生故障，将需要备份行车制动单元提供相应的制动力控制和防抱死制动功能。
高边开关的数量优选设计与车轮端数量，如四轮车设置四个高边开关，六轮车设置六个高边开关，每个车轮端的隔离阀和泄压阀共用一个独立的高边开关，每个高边开关均连接主行车制动单元和备份行车制动单元的电源控制端。
高边开关电路原理可以采用两种实施例，如图3、4所示，连接同一车轮端隔离阀和泄压阀的高边开关由一个开关元件构成，开关元件输入端同时连接主电源和备份电源，开关元件的输出端同时连接隔离阀和泄压阀的电源端，开关元件的控制端同时连接主行车制动单元和备份行车制动单元的电源控制端。
另一个实施例如图5所示，连接同一车轮端隔离阀和泄压阀的高边开关由两个开关元件构成，其中一个开关元件的输入端连接主电源、输出端同时连接隔离阀和泄压阀的电源端、控制端连接主行车制动单元，另一个开关元件的输入端连接备份电源、输出端同时连接隔离阀和泄压阀的电源端、控制端连接备份行车制动单元。
每个隔离阀和泄压阀配有一个独立的低边开关，每个低边开关均连接主行车制动单元和备份行车制动单元的驱动端。低边开关电路原理也可以采用两种实施例，如图6所示，每个低边开关均由两个开关元件构成，其中一个开关元件的输入端连接隔离阀或泄压阀的驱动端、输出端接地、控制端连接主行车制动单元的驱动端，另一个开关元件的输入端连接隔离阀或泄压阀的驱动端、输出端接地、控制端连接备份行车制动单元的驱动端。
另一个实施例如图7所示，每个低边开关均由一个开关元件构成，开关元件的输入端连接隔离阀或泄压阀的驱动端、输出端接地、控制端同时连接主行车制动单元和备份行车制动单元的驱动端。
上述开关元件可以由一个或多个P型MOSFET或者N型MOSFET构成，也可以由其他具有大功率驱动能力的电子元器件实现。
具体工作原理：当主行车制动单元能够正常工作时，相应的电磁阀驱动高边开关和低边开关由主行车制动单元提供电源并驱动。当主行车制动单元发生故障时，相应的电磁阀驱动高边开关和低边开关由备份行车制动单元提供电源并驱动。主行车制动单元和备份行车制动单元对电磁阀的电源供应和驱动电路是冗余的，且对每个车轮的电磁阀组的电源和驱动是独立的，不会因为主行车制动单元或者备份行车制动单元对某个车轮液压回路上的制动液压隔离阀和泄压阀的电源或者驱动电路失效而影响其他车轮的电磁阀驱动功能。这样可以保证在任意行车制动电控单元电气系统的单点失效模式下，正在进行自动驾驶的车辆可以保证至少有三个车轮具有防抱死的行车制动功能。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种车辆制动系统的电磁阀冗余控制电路，车辆制动系统的车轮端的液压回路上配置有隔离阀和泄压阀，所述隔离阀和泄压阀通过由主行车制动单元控制的高边开关连接到整车主电源，所述隔离阀和泄压阀由主行车制动单元的驱动的低边开关控制，其特征在于：所述控制电路设有备份行车制动单元，每个所述高边开关同时由备份行车制动单元控制并连接到整车备份电源，每个所述低边开关同时由备份行车制动单元驱动控制。
2.根据权利要求1所述的车辆制动系统的电磁阀冗余控制电路，其特征在于：所述隔离阀和泄压阀通过同时连接主电源和备份电源，所述主行车制动单元的供电输入端连接主电源，所述备份行车制动单元的供电输入端连接备份电源。
3.根据权利要求1或2所述的车辆制动系统的电磁阀冗余控制电路，其特征在于：车辆的每个车轮端均配有一个隔离阀和一个泄压阀。
4.根据权利要求3所述的车辆制动系统的电磁阀冗余控制电路，其特征在于：所述控制电路设有与车轮端数量相同的高边开关，每个车轮端的隔离阀和泄压阀共用一个独立的高边开关，每个所述高边开关均连接主行车制动单元和备份行车制动单元的电源控制端。
5.根据权利要求4所述的车辆制动系统的电磁阀冗余控制电路，其特征在于：连接同一车轮端隔离阀和泄压阀的高边开关由一个开关元件构成，所述开关元件输入端同时连接主电源和备份电源，所述开关元件的输出端同时连接隔离阀和泄压阀的电源端，所述开关元件的控制端同时连接主行车制动单元和备份行车制动单元的电源控制端。
6.根据权利要求4所述的车辆制动系统的电磁阀冗余控制电路，其特征在于：连接同一车轮端隔离阀和泄压阀的高边开关由两个开关元件构成，其中一个开关元件的输入端连接主电源、输出端同时连接隔离阀和泄压阀的电源端、控制端连接主行车制动单元，另一个开关元件的输入端连接备份电源、输出端同时连接隔离阀和泄压阀的电源端、控制端连接备份行车制动单元。
7.根据权利要求1、3、4、5或6所述的车辆制动系统的电磁阀冗余控制电路，其特征在于：每个所述隔离阀和泄压阀配有一个独立的低边开关，每个所述低边开关均连接主行车制动单元和备份行车制动单元的驱动端。
8.根据权利要求7所述的车辆制动系统的电磁阀冗余控制电路，其特征在于：每个所述低边开关均由两个开关元件构成，其中一个开关元件的输入端连接隔离阀或泄压阀的驱动端、输出端接地、控制端连接主行车制动单元的驱动端，另一个开关元件的输入端连接隔离阀或泄压阀的驱动端、输出端接地、控制端连接备份行车制动单元的驱动端。
9.根据权利要求7所述的车辆制动系统的电磁阀冗余控制电路，其特征在于：每个所述低边开关均由一个开关元件构成，所述开关元件的输入端连接隔离阀或泄压阀的驱动端、输出端接地、控制端同时连接主行车制动单元和备份行车制动单元的驱动端。
10.基于权利要求1-9中任一所述车辆制动系统的电磁阀冗余控制电路的控制方法，其特征在于：当主行车制动单元或备份行车制动单元出现故障时，由正常工作的行车制动单元独立的对每个隔离阀和泄压阀进行驱动控制；
当主行车制动单元和备份行车制动单元均正常工作时，每个所述隔离阀和泄压阀由主行车制动单元和备份行车制动单元进行双重驱动控制，或由主行车制动单元独立进行驱动控制，所述主行车制动单元和备份行车制动单元之间的控制动作互相不干扰。
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