CN113264027A - 一种双冗余型线控液压制动系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双冗余型线控液压制动系统及其控制方法，其特征在于，包括：液压能供给层，包括电动助力主缸总成和电动高压蓄能器总成，电动助力主缸总成用于通过电动助力主缸对四轮制动器进行供压和调压，电动高压蓄能器总成用于通过高压蓄能器对四轮制动器进行供压；液流换向层，包括四个液流换向装置；液压力调节层，包括四个液压力调节装置、第一压力传感器和两个轮缸平衡阀，液压力调节装置用于对所述四轮制动器进行调压；四轮制动器用于根据供压和调压结果，对自动驾驶车辆进行制动，本发明可以广泛应用于汽车制动系统和智能汽车技术领域中。

Description

一种双冗余型线控液压制动系统及其控制方法

技术领域

本发明是关于一种双冗余型线控液压制动系统及其控制方法，属于汽车制动系统和智能汽车技术领域。

背景技术

随着车辆智能化水平逐年提升，在市场需求的加速推动下，汽车工业领域对于实现更高层次驾驶自动化的需求日益强烈，对于相关智能驾驶产品可靠落地的呼声越来越高。高级别自动驾驶对于车辆本身的基本要求是确保车辆的行驶安全性。在车辆系统的硬件层面上，最为重要的条件则是具有高安全性的底盘执行系统，在车辆底盘系统中，制动系统是保障智能驾驶车辆行车安全的核心，无论是智能辅助驾驶级别还是无人驾驶级别，最终均需要通过底盘制动系统直接控制纵向和横向轮胎力，实现车辆动力学和运动学的控制目标。高级别自动驾驶对于车辆制动安全性的要求更高，因此，对于制动系统，必须具备足够的失效冗余备份设定，以防止智能汽车在行驶过程中出现的各种可能的制动故障对于制动功能完整性的明显损害，同时避免出现自动驾驶汽车制动性能的明显退化现象。

现有智能汽车配备的制动系统基本上均为线控液压制动系统，按照线控液压制动系统的方案构型可以分为三种形式：第一种方式以“制动主缸+踏板感觉模拟器+高压蓄能器”为典型特征，可用于L2级别的智能辅助驾驶，但局限于单一高压源的结构，在制动系统出现高压蓄能器的供压故障情况下，制动动力源只能依赖于驾驶员的人力制动，这一方式不适用于高级别自动驾驶，安全冗余能力明显不足；第二种方式以“电动主缸+液压调节单元”为典型特征，其中，电动主缸和液压调节单元均具有独立制动的功能，因此相对于第一种方式，该类线控制动系统可用于L3级别的自动驾驶，然而制动系统发生故障时(例如电动主缸失效)仍会出现显著的制动性能退化，只能满足短时间内的制动需求，不足以维持可靠的制动功能，无法满足多种失效工况的冗余备份的要求，因此仍然无法满足高级别自动驾驶车辆的制动安全性要求；第三种方式以“电动主缸+电动副缸”为特征或在第二种方式的基础上集成为一体式的线控液压制动系统，该种方式与第二种方式在制动冗余备份上并没有显著区别和提升，因此最高适用于L3级自动驾驶车辆。

综上所述，现有的线控液压制动系统均存在制动功能冗余性不足的问题，无法为更高级别自动驾驶技术提供高安全、高可靠的制动执行保障。因此，亟需一种用于高级别智能驾驶汽车的线控液压制动系统，能够应对多种制动系统故障情况的制动功能冗余备份问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种双冗余型线控液压制动系统及其控制方法，能够用于高级别智能驾驶汽车且应对多种制动系统故障情况的制动功能冗余备份问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种双冗余型线控液压制动系统，包括：

液压能供给层，包括电动助力主缸总成和电动高压蓄能器总成，所述电动助力主缸总成用于通过电动助力主缸对四轮制动器进行供压和调压，所述电动高压蓄能器总成用于通过高压蓄能器对四轮制动器进行供压；

液流换向层，包括四个液流换向装置，用于对电动助力主缸总成和电动高压蓄能器总成的制动源进行切换；

液压力调节层，包括四个液压力调节装置、第一压力传感器和两个轮缸平衡阀，所述液压力调节装置用于对所述四轮制动器进行调压，所述第一压力传感器用于实时采集所述四轮制动器中对应制动器的压力，所述轮缸平衡阀用于对所述四轮制动器进行前轴和后轴制动力平衡；

所述四轮制动器用于根据供压和调压结果，对自动驾驶车辆进行制动。

进一步地，所述电动助力主缸总成包括助力耦合机构、制动踏板总成、主缸缸体总成、位移传感器、助力电机、储液器、第一蓄能器、第二蓄能器、第二压力传感器和第一制动控制器，其中，所述主缸缸体总成包括制动主缸、第一液压腔和第二液压腔；所述电动高压蓄能器总成包括滤清器、单向阀、柱塞泵、高压蓄能器、第三压力传感器、泵电机和第二制动控制器；

所述助力耦合机构内设置有推力螺杆，所述制动踏板总成的推杆与所述推力螺杆在所述助力耦合机构内进行力耦合，二者的合力推动与所述助力耦合机构连接的所述制动主缸的主缸推杆和主缸活塞，所述位移传感器用于实时采集所述制动踏板总成的推杆位移信号；所述推力螺杆的一侧通过减速机构连接所述助力电机，所述推力螺杆的另一端与所述制动主缸的主缸推杆一端接触，所述制动主缸内设置有所述第一液压腔和第二液压腔，所述助力电机用于通过所述减速机构经所述推力螺杆对所述第一液压腔和第二液压腔进行压缩；

所述第一液压腔和第二液压腔的进液口均通过所述储液器并联连接所述滤清器和单向阀，所述滤清器还连接每一所述液流换向装置，所述单向阀依次通过所述柱塞泵、高压蓄能器、第三压力传感器连接每一所述液流换向装置，所述柱塞泵还连接所述泵电机，所述第三压力传感器用于实时获取所述高压蓄能器的压力，所述泵电机用于根据所述第三压力传感器获取的压力和预设的压力阈值，通过所述柱塞泵将所述储液器内存储的制动液泵入所述高压蓄能器；

所述第一液压腔的出液口通过所述第一蓄能器连接每一所述液流换向装置，所述第二液压腔的出液口通过所述第二压力传感器经所述第二蓄能器连接每一所述液流换向装置，所述第二压力传感器用于实时获取所述第二液压腔的压力；

所述第一制动控制器分别电连接所述位移传感器、助力电机、第二压力传感器以及每一所述液流换向装置、液压力调节装置和第一压力传感器，用于根据自动驾驶车辆的控制器下发的制动需求或所述位移传感器的推杆位移信号，控制所述液流换向装置和液压力调节装置的工作；

所述第二制动控制器分别电连接所述第三压力传感器、泵电机以及每一所述液流换向装置、液压力调节装置和第一压力传感器，用于根据自动驾驶车辆的控制器下发的制动需求控制所述液流换向装置和液压力调节装置的工作，以及根据所述第三压力传感器获取的压力和预设的压力阈值控制所述泵电机的开启或关闭。

进一步地，每一所述液流换向装置均包括一个二位三通换向阀和一个二位四通换向阀；

两所述二位三通换向阀的第一输入端口分别连接所述第一蓄能器，另外两所述二位三通换向阀的第一输入端口分别连接所述第二蓄能器，每一所述二位三通换向阀的第二输入端口均分别通过所述第三压力传感器连接所述高压蓄能器，所述二位三通换向阀用于电动助力主缸总成和电动助力主缸总成的制动源的切换；

每一所述二位三通换向阀的输出端口均连接对应所述二位四通换向阀的第二输入端口，每一所述二位四通换向阀的第一输入端口均分别连接所述滤清器，每一所述二位四通换向阀的第一输出端口和第二输出端口均分别连接对应所述液压力调节装置，所述二位四通换向阀用于控制对应液压力调节装置调压功能的互换。

进一步地，每一所述液压力调节装置均包括一个二位二通常闭线性电磁阀、一个二位二通常开线性电磁阀和一个第一压力传感器；

每一所述二位二通常闭线性电磁阀的输入端均连接对应所述二位四通换向阀的第一输出端口，每一所述二位二通常开线性电磁阀的输入端均连接对应所述二位四通换向阀的第二输出端口，每一所述二位二通常闭线性电磁阀和二位二通常开线性电磁阀的输出端分别通过对应所述第一压力传感器连接所述四轮制动器中的对应制动器。

进一步地，两所述液压力调节装置之间设置有一所述轮缸平衡阀，该所述轮缸平衡阀通过液路分别连接所述四轮制动器中的两前轮制动器，另外两所述液压力调节装置之间设置有另一所述轮缸平衡阀，该所述轮缸平衡阀通过液路分别连接所述四轮制动器中的两后轮制动器。

一种双冗余型线控液压制动系统的控制方法，包括以下内容：

1)将制动系统上电，对制动系统进行初始化；

2)在常规工作模式下，根据自动驾驶车辆的控制器下发的制动需求或位移传感器的推杆位移信号，采用电动助力主缸总成和/或电动高压蓄能器总成的方式，对四轮制动器4进行供压和调压，以对自动驾驶车辆进行制动；

3)在冗余工作模式下，根据自动驾驶车辆的控制器下发的制动需求或位移传感器的推杆位移信号，基于失效故障的发生位置，采用电动助力主缸总成和/或电动高压蓄能器总成的方式，对四轮制动器进行供压和调压，以对自动驾驶车辆进行制动。

进一步地，所述步骤1)的具体过程为：

1.1)将制动系统上电，第一制动控制器和第二制动控制器中的制动控制程序进行上电自检后，制动系统进入初始化待机状态；

1.2)一旦检测到故障事件，第一制动控制器和第二制动控制器内的状态监视程序触发失效工况的冗余制动控制备份功能，由正常制动工况切换至失效制动工况。

进一步地，所述步骤2)的具体过程为：

2.1)第一常规制动模式：由单一的制动主缸作为供压单元时，采用电动助力主缸总成的方式，制动主缸提供四轮制动器的供压和调压功能，进而通过四轮制动器对自动驾驶车辆进行制动；

2.2)第二常规制动模式：由单一的高压蓄能器作为供压单元时，采用电动高压蓄能器总成的方式，高压蓄能器提供四轮制动器的供压功能，二位二通常闭线性电磁阀和二位二通常开线性电磁阀提供四轮制动器的调压功能，进而通过四轮制动器对自动驾驶车辆进行制动；

2.3)第三常规制动模式：由制动主缸和高压蓄能器共同作为供压单元时，同时采用电动助力主缸总成和电动高压蓄能器总成的方式，制动主缸提供四轮制动器中至少一个制动器的供压功能，高压蓄能器提供四轮制动器中其余制动器的供压功能；制动主缸提供四轮制动器中至少一个制动器的调压功能，二位二通常闭线性电磁阀和二位二通常开线性电磁阀提供四轮制动器中其余制动器的调压功能，进而通过四轮制动器对自动驾驶车辆进行制动。

进一步地，所述步骤3)的具体过程为：

3.1)第一冗余制动模式：当助力电机失效时，四轮制动器的供压功能采用高压蓄能器总成的方式，四轮制动器的调压功能由二位二通常闭线性电磁阀和二位二通常开线性电磁阀提供；

3.2)第二冗余制动模式：当高压蓄能器失效时，四轮制动器的供压采用电动助力主缸总成的方式，四轮制动器的调压功能由助力电机提供或由二位二通常闭线性电磁阀和二位二通常开线性电磁阀提供；

3.3)第三冗余制动模式：当某一二位三通换向阀失效时，若供压采用电动高压蓄能器总成的方式，制动液供给来源于高压蓄能器，则通过对应二位二通常闭线性电磁阀和二位二通常开线性电磁阀提供调压功能，此时，对应二位四通换向阀上电；若供压采用电动助力主缸总成的方式，制动液供给来源于制动主缸，则只需助力电机提供供压和调压功能，此时对应二位四通换向阀无需上电；

3.4)第四冗余制动模式：当某一二位四通换向阀失效时，通过该二位四通换向阀对应的二位三通换向阀的配合，选择采用电动助力主缸总成的方式或电动高压蓄能器总成的方式进行供压；

3.5)第五冗余制动模式：当某一二位二通常闭线性电磁阀或二位二通常开线性电磁阀效时，通过该二位二通常闭线性电磁阀或二位二通常开线性电磁阀对应的上游二位三通换向阀和二位四通换向阀的配合，采用电动助力主缸总成的方式，对四轮制动器进行供压和调压；

3.6)第六冗余制动模式：当前/后轴同轴的两个制动器的液压力不一致时，轮缸平衡阀上电打开，保证自动驾驶车辆的直线制动。

进一步地，所述电动助力主缸总成的方式的具体过程为：

A)电动高压蓄能器总成处于待机状态，始终维持高压蓄能器中具有一定阈值的高压制动液；

B)根据自动驾驶车辆的控制器下发的制动需求或位移传感器的推杆位移信号，第一制动控制器控制每一二位三通换向阀的第一输入端口均连接对应输出端口，二位四通换向阀的第一输入端口均连接对应第一输出端口，第二输入端口均连接对应第二输出端口；

C)储液器内存储的制动液经第一液压腔和第二液压腔压缩后依次通过对应二位三通换向阀、二位四通换向阀和常开线性电磁阀进入四轮制动器的对应轮缸内，并从对应常闭线性电磁阀流出返回储液器内；

所述采用电动高压蓄能器总成的方式的具体过程为：

a)若由自动驾驶车辆的控制器下发制动需求，则电动助力主缸总成处于待机状态；若由驾驶者踩下制动踏板总成，位移传感器采集推杆位移信号，则电动助力主缸总成仍需进行电动助力；

b)泵电机驱动柱塞泵将储液器内的制动液泵入高压蓄能器中；

c)第二制动控制器控制每一二位三通换向阀的第二输入端口均连接对应输出端口，每一二位四通换向阀的第一输入端口均连接对应第二输出端口，第二输入端口均连接对应第一输出端口；

d)高压蓄能器内存储的制动液依次通过对应二位三通换向阀、二位四通换向阀和二位二通常闭线性电磁阀进入四轮制动器的对应制动器内，并从对应二位二通常开线性电磁阀流出返回储液器内；

e)四轮制动器的液压力通过对应二位二通常闭线性电磁阀和二位二通常开线性电磁阀的开度进行调节。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明具有双重制动液压源和双重液压力调节单元的双冗余型系统构型特点，同时具有级联式布置的线性电磁阀，具备在设计结构和液压控制功能方面的多重互补性，能够应对多种制动系统故障情况的制动功能冗余备份问题，保障智能驾驶汽车制动系统在失效工况下的制动安全性。

2、本发明由于设置有位移传感器、助力电机内置的转角位置传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第一制动控制器和第二制动控制器，进行互为冗余备份，更加可靠。

3、本发明采用现有较为成熟的零部件，发挥各自使用特性和性能优势，形成具有高冗余度的失效冗余备份功能的线控液压制动系统，具有多种制动系统故障失效工况下制动性能非退化的特点，可通过线性电磁阀和电动助力主缸的协调控制实现，可以广泛应用于汽车制动系统和智能汽车技术领域中。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的系统结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的方法流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。

本发明实施例提供的双冗余型线控液压制动系统及其控制方法，具有高安全冗余备份的功能特点，为高级别自动驾驶智能汽车的线控制动系统提供一种高效可行的方案，能够解决现有线控液压制动系统在制动功能冗余性方面的缺点和不足。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种双冗余型线控液压制动系统，包括液压能供给层1、液流换向层2、液压力调节层3和四轮制动器4，其中，液压能供给层1包括电动助力主缸总成和电动高压蓄能器总成，液流换向层2包括四个液流换向装置2-1，液压力调节层3包括四个液压力调节装置3-1、四个第一压力传感器3-2和两个轮缸平衡阀3-3。

电动助力主缸总成用于通过电动助力主缸对四轮制动器4进行供压和调压。

电动高压蓄能器总成用于通过高压蓄能器对四轮制动器4进行供压。

液流换向装置2-1用于对电动助力主缸总成和电动高压蓄能器总成的制动源进行切换。

液压力调节装置3-1用于对四轮制动器4进行调压。

第一压力传感器3-2分别设置在对应轮缸处，用于实时采集对应制动器的压力。

两个液压力调节装置3-1之间设置有一轮缸平衡阀3-3，该轮缸平衡阀3-3通过液路分别连接四轮制动器4中的两前轮制动器，另外两个液压力调节装置3-1之间设置有另一轮缸平衡阀3-3，该轮缸平衡阀3-3通过液路分别连接四轮制动器4中的两后轮制动器，轮缸平衡阀3-3用于在极端情况(即因某些故障导致前轴或后轴同轴的两个轮缸液压力不一致时)下对四轮制动器4进行前轴制动力平衡和后轴制动力平衡。

四轮制动器4包括四个制动器，用于根据供压和调压结果，对自动驾驶车辆进行制动。

在一个优选的实施例中，电动助力主缸总成包括助力耦合机构1-1、推力螺杆1-2、制动踏板总成1-3、主缸缸体总成、位移传感器1-5、减速机构1-6、助力电机1-7、储液器1-10、第一蓄能器1-11、第二蓄能器1-12、第二压力传感器1-13和第一制动控制器BCU1，其中，主缸缸体总成包括制动主缸1-4、第一液压腔1-8和第二液压腔1-9；电动高压蓄能器总成包括滤清器1-14、单向阀1-15、回液管1-16、柱塞泵1-17、高压蓄能器1-18、第三压力传感器1-19、出液管1-20、泵电机1-21和第二制动控制器BCU2。

助力耦合机构1-1内设置有推力螺杆1-2，制动踏板总成1-3的推杆与推力螺杆1-2在助力耦合机构1-1内进行力耦合，二者的合力推动与助力耦合机构1-1连接的制动主缸1-4的主缸推杆和主缸活塞，位移传感器1-5用于实时采集制动踏板总成1-3的推杆位移信号。推力螺杆1-2的一侧通过减速机构1-6连接助力电机1-7，助力电机内1-7设置有转角位置传感器，转角位置传感器用于实时检测助力电机1-7的转子输出轴的转角位置信号。推力螺杆1-2的另一端与制动主缸1-4的主缸推杆一端接触，制动主缸1-4内设置有第一液压腔1-8和第二液压腔1-9，助力电机1-7用于通过减速机构1-6经推力螺杆1-2对第一液压腔1-8和第二液压腔1-9进行压缩，为制动踏板总成1-3的制动提供助力。

第一液压腔1-8和第二液压腔1-9的顶部进液口均通过储液器1-10并联连接滤清器1-14和单向阀1-15，滤清器1-14通过回液管1-16连接液流换向层2的每一液流换向装置2-1，单向阀1-15依次通过柱塞泵1-17、高压蓄能器1-18、第三压力传感器1-19经出液管1-20连接液流换向层2的每一液流换向装置2-1，柱塞泵1-17还连接泵电机1-21，滤清器1-14用于对制动液进行过滤，第三压力传感器1-19用于实时获取高压蓄能器1-18的压力，泵电机1-21用于根据第三压力传感器1-19获取的压力和预设的压力阈值，通过柱塞泵1-17将储液器1-10内存储的制动液泵入高压蓄能器1-18，高压蓄能器1-18用于存储加压后的制动液。

第一液压腔1-8的底部出液口通过第一蓄能器1-11连接液流换向层2的每一液流换向装置2-1，第二液压腔1-9的底部出液口通过第二压力传感器1-13经第二蓄能器1-12连接液流换向层2的每一液流换向装置2-1，第一蓄能器1-11用于存储第一液压腔1-8内加压后的制动液，第二蓄能器1-12用于存储第二液压腔1-9内加压后的制动液，第二压力传感器1-13用于实时获取第二液压腔1-9的压力。

第一制动控制器BCU1和第二制动控制器BCU2分别连接自动驾驶车辆的控制器，第一制动控制器BCU1还分别电连接位移传感器1-5、助力电机1-7、第二压力传感器1-13、液流换向层2的每一液流换向装置2-1以及液压力调节层3的每一液压力调节装置3-1和第一压力传感器，用于根据自动驾驶车辆的控制器下发的制动需求或位移传感器1-5的推杆位移信号，控制液流换向装置2-1和液压力调节装置3-1的工作。

第二制动控制器BCU2还分别电连接第三压力传感器1-19、泵电机1-21、液流换向层2的每一液流换向装置2-1以及液压力调节层3的每一液压力调节装置3-1和第一压力传感器，用于根据自动驾驶车辆的控制器下发的制动需求控制液流换向装置2-1和液压力调节装置3-1的工作，以及根据第三压力传感器1-19获取的压力和预设的压力阈值控制泵电机1-21的开启或关闭。

在一个优选的实施例中，推力螺杆1-2可以采用螺杆螺套机构；减速机构1-6可以采用二级减速齿轮；助力电机1-7可以采用永磁同步电机，具有更好的助力转矩输出外特性。

在一个优选的实施例中，每一液流换向装置2-1均包括一个二位三通换向阀2-2和一个二位四通换向阀2-3。

两个二位三通换向阀2-2的第一输入端口S1分别连接第一蓄能器1-11，另外两个二位三通换向阀2-2的第一输入端口S1分别连接第二蓄能器1-12，每一二位三通换向阀2-2的第二输入端口S2均分别通过第三压力传感器1-19连接高压蓄能器1-18，二位三通换向阀2-2用于电动助力主缸总成和电动高压蓄能器总成的制动源的切换，每一二位三通换向阀2-2的输出端口S3均连接对应二位四通换向阀2-3的第二输入端口T2，每一二位四通换向阀2-3的第一输入端口T1均分别连接滤清器，每一二位四通换向阀2-3的第一输出端口T3和第二输出端口T4均分别连接对应液压力调节装置3-1，二位四通换向阀2-3用于控制对应液压力调节装置3-1调压功能的互换。

在一个优选的实施例中，每一液压力调节装置3-1均包括一个二位二通常闭线性电磁阀3-4和一个二位二通常开线性电磁阀3-5。

每一二位二通常闭线性电磁阀3-4的输入端均连接对应二位四通换向阀2-3的第一输出端口T3，每一二位二通常开线性电磁阀3-5的输入端均连接对应二位四通换向阀2-3的第二输出端口T4，每一二位二通常闭线性电磁阀3-4和二位二通常开线性电磁阀3-5的输出端分别通过对应第一压力传感器3-2连接四轮制动器4中的对应制动器。

在一个优选的实施例中，液压能供给层1、液流换向层2和液压力调节层3之间均通过液压液管连接。

在一个优选的实施例中，每一二位三通换向阀2-2、二位四通换向阀2-3和轮缸平衡阀3-3的驱动方式均为01开关信号。每一二位二通常闭线性电磁阀3-4和二位二通常开线性电磁阀3-5的驱动方式均可以为高频PWM信号；每一二位二通常闭线性电磁阀3-4和二位二通常开线性电磁阀3-5的驱动方式还均可以为电流信号，具有更好的线性电磁阀可控性。

实施例2

如图2所示，本实施例提供一种双冗余型线控液压制动系统的控制方法，包括以下步骤：

1)将实施例1的制动系统上电，对制动系统进行初始化，具体为：

1.1)将实施例1的制动系统上电，第一制动控制器BCU1和第二制动控制器BCU2内的制动控制程序进行上电自检后，制动系统进入初始化待机状态。

1.2)一旦检测到故障事件，即出现失效工况，第一制动控制器BCU1和第二制动控制器BCU2内的状态监视程序触发失效工况的冗余制动控制备份功能，由正常制动工况切换至失效制动工况。由于本发明的制动系统具有供压单元和调压单元双重备份的属性，可以实现多种正常制动功能和失效制动功能。

2)在常规工作模式即正常主动制动工况下，根据自动驾驶车辆的控制器下发的制动需求或位移传感器1-5的推杆位移信号，采用电动助力主缸总成和/或电动高压蓄能器总成的方式，对四轮制动器4进行供压和调压，以对自动驾驶车辆进行制动，具体为：

2.1)第一常规制动模式，即由单一的制动主缸1-4作为供压单元时，此时，采用电动助力主缸总成的方式，制动主缸1-4提供四轮制动器4的供压和调压功能，进而通过四轮制动器4对自动驾驶车辆进行制动。

由于电动助力主缸总成独立承担四轮制动器4的压力调节功能，无法实现四轮制动力的独立控制。因此，第一常规制动模式适用于例如自适应巡航控制等对四轮制动器4的液压力控制精度没有较高精度要求的制动工况。

其中，制动主缸1-4提供四轮制动器4的供压和调压功能的具体过程为：

第一制动控制器BCU1根据自动驾驶车辆的控制器下发的制动需求或位移传感器1-5的推杆位移信号，确定助力电机1-7的期望转角，并控制助力电机1-7推动制动主缸1-4内的主缸推杆，进一步推动主缸活塞，将第一液压腔1-8和第二液压腔1-9内的制动液经液压管路推入四轮制动器4，实现轮缸增压；当需要轮缸减压时，在第一制动控制器BCU1的控制下，助力电机1-7反向运动，制动液由四轮制动器4返回制动主缸1-4和储液器1-10。电动助力主缸总成经过上述控制过程，对四轮制动器4进行供压和调压。

2.2)第二常规制动模式，即由单一的高压蓄能器1-18作为供压单元时，此时，采用电动高压蓄能器总成的方式，高压蓄能器1-18提供四轮制动器4的供压功能，二位二通常闭线性电磁阀3-4和二位二通常开线性电磁阀3-5提供四轮制动器4的调压功能，进而通过四轮制动器4对自动驾驶车辆进行制动。

2.3)第三常规制动模式，即由制动主缸1-4和高压蓄能器1-18共同作为供压单元时，此时，同时采用电动助力主缸总成和电动高压蓄能器总成的方式，制动主缸1-4提供四轮制动器4中至少一个制动器的供压功能，高压蓄能器1-18提供四轮制动器4中其余制动器的供压功能；制动主缸1-4提供四轮制动器4中至少一个制动器的调压功能，二位二通常闭线性电磁阀3-4和二位二通常开线性电磁阀3-5提供四轮制动器4中其余制动器的调压功能，进而通过四轮制动器4对自动驾驶车辆进行制动。

3)在冗余工作模式即失效主动制动工况下，根据自动驾驶车辆的控制器下发的制动需求或位移传感器1-5的推杆位移信号，基于失效故障的发生位置，采用电动助力主缸总成和/或电动高压蓄能器总成的方式，对四轮制动器4进行供压和调压，以对自动驾驶车辆进行制动，具体为：

3.1)第一冗余制动模式，即当助力电机1-7失效时，四轮制动器4的供压功能采用高压蓄能器总成的方式，四轮制动器4的调压功能由二位二通常闭线性电磁阀3-4和二位二通常开线性电磁阀3-5提供。

3.2)第二冗余制动模式，即当高压蓄能器1-18失效时，四轮制动器4的供压采用电动助力主缸总成的方式，四轮制动器4的调压功能由助力电机1-7提供或由二位二通常闭线性电磁阀3-4和二位二通常开线性电磁阀3-5提供：

助力电机1-7提供四轮制动器4的调压功能的具体过程为：

当四轮制动器4的供压采用电动助力主缸总成的方式时，第一制动控制器BCU1控制助力电机1-7的转角，从而控制制动主缸1-4内主缸活塞的位置，调节制动液在制动主缸1-4和四轮制动器4之间的流动，从而实现四轮制动器4的调压功能。

二位二通常闭线性电磁阀3-4和二位二通常开线性电磁阀3-5提供四轮制动器4的调压功能的具体过程为：

每一二位三通换向阀2-2和二位四通换向阀2-3的上电情况由二位二通常开线性电磁阀3-5和二位二通常闭线性电磁阀3-4的工作模式确定，若二位二通常开线性电磁阀3-5作为进液阀，二位二通常闭线性电磁阀3-4作为出液阀，即由助力电机1-7提供调压功能；反之，即由二位二通常闭线性电磁阀3-4和二位二通常开线性电磁阀3-5提供调压功能。

3.3)第三冗余制动模式，即当某一二位三通换向阀2-2失效时，该通道上游的制动液供给只来源于制动主缸1-4或高压蓄能器1-18：

3.3.1)若供压采用电动高压蓄能器总成的方式，制动液供给来源于高压蓄能器1-18，则通过对应二位二通常开线性电磁阀3-5和二位二通常闭线性电磁阀3-4提供调压功能，此时，对应二位四通换向阀2-3上电。

3.3.2)若供压采用电动助力主缸总成的方式，制动液供给来源于制动主缸1-4，则无需通过对应二位二通常闭线性电磁阀3-4和二位二通常开线性电磁阀3-5进行调压，只需助力电机1-7提供供压和调压功能，此时对应二位四通换向阀2-3无需上电。

3.4)第四冗余制动模式，即当某一二位四通换向阀2-3失效时，该通道下游仅能实现二位二通常闭线性电磁阀3-4或二位二通常开线性电磁阀3-5增压，此时，通过该二位四通换向阀2-3对应的二位三通换向阀2-2的配合，选择采用电动助力主缸总成的方式或电动高压蓄能器总成的方式进行供压，即将二位二通常开线性电磁阀3-5增压对应采用电动助力主缸总成的方式，将二位二通常闭线性电磁阀3-4增压对应采用电动高压蓄能器总成的方式。

3.5)第五冗余制动模式，即当某一二位二通常闭线性电磁阀3-4失效时，由于该路仅剩对应的二位二通常开线性电磁阀3-5可控，因此，通过该二位二通常闭线性电磁阀3-4对应的上游二位三通换向阀2-2和二位四通换向阀2-3的配合，采用电动助力主缸总成的方式，对四轮制动器4进行供压和调压。

3.6)第六冗余制动模式，即当某一二位二通常开线性电磁阀3-5失效时，由于该路仅剩对应的二位二通常闭线性电磁阀3-4可控，因此，通过该二位二通常开线性电磁阀3-5对应的上游二位三通换向阀2-2以及二位四通换向阀2-3的配合，采用电动助力主缸总成的方式，对四轮制动器4进行供压和调压。

3.7)第七冗余制动模式，即当由于制动系统的某些故障导致前/后轴同轴的两个制动器的液压力不一致时，轮缸平衡阀3-3上电打开，保证自动驾驶车辆的直线制动的方向稳定性。

上述方法步骤中，采用电动助力主缸总成的方式的具体过程为：

①电动高压蓄能器总成处于待机状态，始终维持高压蓄能器1-18中具有一定阈值的高压制动液，即本发明的制动系统上电时，泵电机1-21开启，将储液器1-10内的制动液泵入高压蓄能器1-18中，当第三压力传感器1-19检测到高压蓄能器1-18内的压力超过预设的压力阈值时，泵电机1-21关闭。

②根据自动驾驶车辆的控制器下发的制动需求或位移传感器1-5的推杆位移信号，第一制动控制器BCU1控制每一二位三通换向阀2-2的第一输入端口S1均连接对应输出端口S3，二位四通换向阀2-3的第一输入端口T1均连接对应第一输出端口T3，第二输入端口T2均连接对应第二输出端口T4，此时，二位二通常开线性电磁阀3-5作为进液阀，二位二通常闭线性电磁阀3-4作为出液阀。

③储液器1-10内存储的制动液经第一液压腔1-8和第二液压腔1-9压缩后依次通过对应二位三通换向阀2-2、二位四通换向阀2-3和常开线性电磁阀进入四轮制动器4的对应轮缸内，并从对应常闭线性电磁阀流出返回储液器1-10内。

上述方法步骤中，采用电动高压蓄能器总成的方式的具体过程为：

①若由自动驾驶车辆的控制器下发制动需求，则电动助力主缸总成处于待机状态；若由驾驶者踩下制动踏板总成1-3，位移传感器1-5采集推杆位移信号，则电动助力主缸总成仍需进行电动助力，此时第一液压腔1-8和第二液压腔1-9内的制动液流入对应第二蓄能器1-12和第一蓄能器1-11内，通过该方式保留了反馈给驾驶者的踏板感觉。

②泵电机1-21驱动柱塞泵1-17将储液器1-10内的制动液泵入高压蓄能器1-18中，使得高压蓄能器1-18内维持一定阈值的制动液，以提供至四轮制动器4。

③第二制动控制器BCU2控制每一二位三通换向阀2-2的第二输入端口S2均连接对应输出端口S3，每一二位四通换向阀2-3的第一输入端口T1均连接对应第二输出端口T4，第二输入端口T2均连接对应第一输出端口T3，此时，二位二通常闭线性电磁阀3-4作为进液阀，二位二通常开线性电磁阀3-5作为出液阀。

④高压蓄能器1-18内存储的制动液依次通过对应二位三通换向阀2-2、二位四通换向阀2-3和二位二通常闭线性电磁阀3-4进入四轮制动器4的对应制动器内，并从对应二位二通常开线性电磁阀3-5流出返回储液器1-10内，对自动驾驶车辆进行制动。

⑤四轮制动器4的液压力通过对应二位二通常闭线性电磁阀3-4和二位二通常开线性电磁阀3-5的开度进行调节。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种双冗余型线控液压制动系统，其特征在于，包括：

液压能供给层，包括电动助力主缸总成和电动高压蓄能器总成，所述电动助力主缸总成用于通过电动助力主缸对四轮制动器进行供压和调压，所述电动高压蓄能器总成用于通过高压蓄能器对四轮制动器进行供压；

液流换向层，包括四个液流换向装置，用于对电动助力主缸总成和电动高压蓄能器总成的制动源进行切换；

液压力调节层，包括四个液压力调节装置、第一压力传感器和两个轮缸平衡阀，所述液压力调节装置用于对所述四轮制动器进行调压，所述第一压力传感器用于实时采集所述四轮制动器中对应制动器的压力，所述轮缸平衡阀用于对所述四轮制动器进行前轴和后轴制动力平衡；

所述四轮制动器用于根据供压和调压结果，对自动驾驶车辆进行制动。

2.如权利要求1所述的一种双冗余型线控液压制动系统，其特征在于，所述电动助力主缸总成包括助力耦合机构、制动踏板总成、主缸缸体总成、位移传感器、助力电机、储液器、第一蓄能器、第二蓄能器、第二压力传感器和第一制动控制器，其中，所述主缸缸体总成包括制动主缸、第一液压腔和第二液压腔；所述电动高压蓄能器总成包括滤清器、单向阀、柱塞泵、高压蓄能器、第三压力传感器、泵电机和第二制动控制器；

所述助力耦合机构内设置有推力螺杆，所述制动踏板总成的推杆与所述推力螺杆在所述助力耦合机构内进行力耦合，二者的合力推动与所述助力耦合机构连接的所述制动主缸的主缸推杆和主缸活塞，所述位移传感器用于实时采集所述制动踏板总成的推杆位移信号；所述推力螺杆的一侧通过减速机构连接所述助力电机，所述推力螺杆的另一端与所述制动主缸的主缸推杆一端接触，所述制动主缸内设置有所述第一液压腔和第二液压腔，所述助力电机用于通过所述减速机构经所述推力螺杆对所述第一液压腔和第二液压腔进行压缩；

所述第一液压腔和第二液压腔的进液口均通过所述储液器并联连接所述滤清器和单向阀，所述滤清器还连接每一所述液流换向装置，所述单向阀依次通过所述柱塞泵、高压蓄能器、第三压力传感器连接每一所述液流换向装置，所述柱塞泵还连接所述泵电机，所述第三压力传感器用于实时获取所述高压蓄能器的压力，所述泵电机用于根据所述第三压力传感器获取的压力和预设的压力阈值，通过所述柱塞泵将所述储液器内存储的制动液泵入所述高压蓄能器；

所述第一液压腔的出液口通过所述第一蓄能器连接每一所述液流换向装置，所述第二液压腔的出液口通过所述第二压力传感器经所述第二蓄能器连接每一所述液流换向装置，所述第二压力传感器用于实时获取所述第二液压腔的压力；

所述第一制动控制器分别电连接所述位移传感器、助力电机、第二压力传感器以及每一所述液流换向装置、液压力调节装置和第一压力传感器，用于根据自动驾驶车辆的控制器下发的制动需求或所述位移传感器的推杆位移信号，控制所述液流换向装置和液压力调节装置的工作；

所述第二制动控制器分别电连接所述第三压力传感器、泵电机以及每一所述液流换向装置、液压力调节装置和第一压力传感器，用于根据自动驾驶车辆的控制器下发的制动需求控制所述液流换向装置和液压力调节装置的工作，以及根据所述第三压力传感器获取的压力和预设的压力阈值控制所述泵电机的开启或关闭。

3.如权利要求1所述的一种双冗余型线控液压制动系统，其特征在于，每一所述液流换向装置均包括一个二位三通换向阀和一个二位四通换向阀；

两所述二位三通换向阀的第一输入端口分别连接所述第一蓄能器，另外两所述二位三通换向阀的第一输入端口分别连接所述第二蓄能器，每一所述二位三通换向阀的第二输入端口均分别通过所述第三压力传感器连接所述高压蓄能器，所述二位三通换向阀用于电动助力主缸总成和电动助力主缸总成的制动源的切换；

每一所述二位三通换向阀的输出端口均连接对应所述二位四通换向阀的第二输入端口，每一所述二位四通换向阀的第一输入端口均分别连接所述滤清器，每一所述二位四通换向阀的第一输出端口和第二输出端口均分别连接对应所述液压力调节装置，所述二位四通换向阀用于控制对应液压力调节装置调压功能的互换。

4.如权利要求3所述的一种双冗余型线控液压制动系统，其特征在于，每一所述液压力调节装置均包括一个二位二通常闭线性电磁阀、一个二位二通常开线性电磁阀和一个第一压力传感器；

每一所述二位二通常闭线性电磁阀的输入端均连接对应所述二位四通换向阀的第一输出端口，每一所述二位二通常开线性电磁阀的输入端均连接对应所述二位四通换向阀的第二输出端口，每一所述二位二通常闭线性电磁阀和二位二通常开线性电磁阀的输出端分别通过对应所述第一压力传感器连接所述四轮制动器中的对应制动器。

5.如权利要求1所述的一种双冗余型线控液压制动系统，其特征在于，两所述液压力调节装置之间设置有一所述轮缸平衡阀，该所述轮缸平衡阀通过液路分别连接所述四轮制动器中的两前轮制动器，另外两所述液压力调节装置之间设置有另一所述轮缸平衡阀，该所述轮缸平衡阀通过液路分别连接所述四轮制动器中的两后轮制动器。

6.一种双冗余型线控液压制动系统的控制方法，其特征在于，包括以下内容：

1)将权利要求1至5任一项所述的制动系统上电，对制动系统进行初始化；

2)在常规工作模式下，根据自动驾驶车辆的控制器下发的制动需求或位移传感器的推杆位移信号，采用电动助力主缸总成和/或电动高压蓄能器总成的方式，对四轮制动器4进行供压和调压，以对自动驾驶车辆进行制动；

3)在冗余工作模式下，根据自动驾驶车辆的控制器下发的制动需求或位移传感器的推杆位移信号，基于失效故障的发生位置，采用电动助力主缸总成和/或电动高压蓄能器总成的方式，对四轮制动器进行供压和调压，以对自动驾驶车辆进行制动。

7.如权利要求6所述的一种双冗余型线控液压制动系统的控制方法，其特征在于，所述步骤1)的具体过程为：

1.1)将制动系统上电，第一制动控制器和第二制动控制器中的制动控制程序进行上电自检后，制动系统进入初始化待机状态；

1.2)一旦检测到故障事件，第一制动控制器和第二制动控制器内的状态监视程序触发失效工况的冗余制动控制备份功能，由正常制动工况切换至失效制动工况。

8.如权利要求6所述的一种双冗余型线控液压制动系统的控制方法，其特征在于，所述步骤2)的具体过程为：

2.1)第一常规制动模式：由单一的制动主缸作为供压单元时，采用电动助力主缸总成的方式，制动主缸提供四轮制动器的供压和调压功能，进而通过四轮制动器对自动驾驶车辆进行制动；

2.2)第二常规制动模式：由单一的高压蓄能器作为供压单元时，采用电动高压蓄能器总成的方式，高压蓄能器提供四轮制动器的供压功能，二位二通常闭线性电磁阀和二位二通常开线性电磁阀提供四轮制动器的调压功能，进而通过四轮制动器对自动驾驶车辆进行制动；

2.3)第三常规制动模式：由制动主缸和高压蓄能器共同作为供压单元时，同时采用电动助力主缸总成和电动高压蓄能器总成的方式，制动主缸提供四轮制动器中至少一个制动器的供压功能，高压蓄能器提供四轮制动器中其余制动器的供压功能；制动主缸提供四轮制动器中至少一个制动器的调压功能，二位二通常闭线性电磁阀和二位二通常开线性电磁阀提供四轮制动器中其余制动器的调压功能，进而通过四轮制动器对自动驾驶车辆进行制动。

9.如权利要求8所述的一种双冗余型线控液压制动系统的控制方法，其特征在于，所述步骤3)的具体过程为：

3.1)第一冗余制动模式：当助力电机失效时，四轮制动器的供压功能采用高压蓄能器总成的方式，四轮制动器的调压功能由二位二通常闭线性电磁阀和二位二通常开线性电磁阀提供；

3.2)第二冗余制动模式：当高压蓄能器失效时，四轮制动器的供压采用电动助力主缸总成的方式，四轮制动器的调压功能由助力电机提供或由二位二通常闭线性电磁阀和二位二通常开线性电磁阀提供；

3.3)第三冗余制动模式：当某一二位三通换向阀失效时，若供压采用电动高压蓄能器总成的方式，制动液供给来源于高压蓄能器，则通过对应二位二通常闭线性电磁阀和二位二通常开线性电磁阀提供调压功能，此时，对应二位四通换向阀上电；若供压采用电动助力主缸总成的方式，制动液供给来源于制动主缸，则只需助力电机提供供压和调压功能，此时对应二位四通换向阀无需上电；

3.4)第四冗余制动模式：当某一二位四通换向阀失效时，通过该二位四通换向阀对应的二位三通换向阀的配合，选择采用电动助力主缸总成的方式或电动高压蓄能器总成的方式进行供压；

3.5)第五冗余制动模式：当某一二位二通常闭线性电磁阀或二位二通常开线性电磁阀效时，通过该二位二通常闭线性电磁阀或二位二通常开线性电磁阀对应的上游二位三通换向阀和二位四通换向阀的配合，采用电动助力主缸总成的方式，对四轮制动器进行供压和调压；

3.6)第六冗余制动模式：当前/后轴同轴的两个制动器的液压力不一致时，轮缸平衡阀上电打开，保证自动驾驶车辆的直线制动。

10.如权利要求9所述的一种双冗余型线控液压制动系统的控制方法，其特征在于，所述电动助力主缸总成的方式的具体过程为：

A)电动高压蓄能器总成处于待机状态，始终维持高压蓄能器中具有一定阈值的高压制动液；

B)根据自动驾驶车辆的控制器下发的制动需求或位移传感器的推杆位移信号，第一制动控制器控制每一二位三通换向阀的第一输入端口均连接对应输出端口，二位四通换向阀的第一输入端口均连接对应第一输出端口，第二输入端口均连接对应第二输出端口；

C)储液器内存储的制动液经第一液压腔和第二液压腔压缩后依次通过对应二位三通换向阀、二位四通换向阀和常开线性电磁阀进入四轮制动器的对应轮缸内，并从对应常闭线性电磁阀流出返回储液器内；

所述采用电动高压蓄能器总成的方式的具体过程为：

a)若由自动驾驶车辆的控制器下发制动需求，则电动助力主缸总成处于待机状态；若由驾驶者踩下制动踏板总成，位移传感器采集推杆位移信号，则电动助力主缸总成仍需进行电动助力；

b)泵电机驱动柱塞泵将储液器内的制动液泵入高压蓄能器中；

c)第二制动控制器控制每一二位三通换向阀的第二输入端口均连接对应输出端口，每一二位四通换向阀的第一输入端口均连接对应第二输出端口，第二输入端口均连接对应第一输出端口；

d)高压蓄能器内存储的制动液依次通过对应二位三通换向阀、二位四通换向阀和二位二通常闭线性电磁阀进入四轮制动器的对应制动器内，并从对应二位二通常开线性电磁阀流出返回储液器内；

e)四轮制动器的液压力通过对应二位二通常闭线性电磁阀和二位二通常开线性电磁阀的开度进行调节。

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