CN113619543A - 一种面向自动驾驶汽车的线控制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向自动驾驶汽车的线控制动系统，包括储液罐、液压制动力输出单元和制动执行单元，所述液压制动力输出单元连接储液罐和制动执行单元，所述液压制动力输出单元包括主液压制动力输出单元和备份液压制动力输出单元，并设置有制动模式切换组件，所述制动执行单元包括四个制动器，所述备份液压制动力输出单元由四个独立的子液压制动单元和两个液压泵电机组成，两套可独立工作的制动单元互为备份，任一单元出现故障时，制动系统仍然可以正常工作，本发明硬件结构简单，常规制动过程和冗余备份制动过程中只需控制少量电磁阀和电动液压缸，控制难度低。

Description

一种面向自动驾驶汽车的线控制动系统

技术领域

本发明涉及车辆制动控制系统，具体地说是一种面向自动驾驶汽车的线控制动系统。

背景技术

近些年，随着人工智能技术的进步，使用机器替代人去完成驾驶任务已经成为可能，无人驾驶车辆势必会成为未来汽车技术的发展趋势之一，智能驾驶系统最终会替代人类去驾驶汽车。智能驾驶系统的出现，对制动系统提出了全新的、更高的需求，新引入的智能驾驶功能要求制动系统可通过指令实现线控制动，并且制动系统要保证具有较高的可用性，包括线控制动在内的所有关键功能都有冗余备份，不再只限于传统的常规制动机械备份。目前已有的制动系统已经无法满足这些需求，为满足上述需求，线控制动系统应具备冗余备份功能，此外应具有更高的压力调节能力。

经检索有以下几个专利申请与本发明相关：

一．中国专利公开号为CN110525410A，公开日2019.12.03，发明名称为《一种车辆冗余行车制动辅助系统》，申请号为201910782342.6。该发明通过主电机带动第一柱塞泵和第二柱塞泵分别工作，进而在线控制动系统失效后，根据外界的请求或者驾驶员的输入压力，对前轮和后轮制动进行加压，完成车辆制动冗余动作。其采用的备份制动系统的动力源由驾驶员提供，并没有备份的辅助动力系统。

二．中国专利公开号为CN109552287A，公开日2019.04.02，发明名称为《线控制动系统及车辆》，申请号为201710885196.0。该发明设计的制动系统执行机构包括由电机和液压单元分别控制的两个电动制动器和两个液压制动器，分别应用在前轴和后轴上。该发明的不足之处在于，该线控制动系统不具备冗余备份功能。

三．中国专利公开号为CN109606340A，公开日2019.04.12，发明名称为《一种具有备份制动系统的电子机械制动系统》，申请号为201811553147.8。该发明设计提出一种以液压模拟踏板感觉，电子制动作为主要制动方式，同时保留液压管路作为备份单元的电子制动系统。该发明的不足之处在于，所具备的备份制动系统反应不够灵敏、实施困难且制动能力有限，电子制动系统执行机构的结构复杂且控制难度大，四个车轮均采用重复的执行机构，提高了制动系统的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向自动驾驶汽车的线控制动系统，解决现有技术中存在的对线控制动系统的性能要求超出了现有产品的能力，且结构复杂，控制难度大，冗余备份系统的制动能力有限的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种面向自动驾驶汽车的线控制动系统，包括主、备份液压制动力输出单元，通过第一、第二、第三、第四开关阀控制主、备切换，同时备份液压制动力输出单元由四个独立的子液压制动单元和两个液压泵电机组成，每个子液压制动单元包括一个液压泵和一个稳压阀，并且两个液压泵共用一个液压泵电机，每个轮缸由单向阀、稳压阀和液压泵相应连接，形成液压回路，所述液压泵连接至每个轮子的制动器，液压泵的进液口连接到储液罐的第一进出液口，主液压制动力输出单元和制动器之间接入第一开关阀和第二开关阀，在备份液压制动力输出单元和储液罐之间接入第三开关阀和第四开关阀，在每个子液压制动单元中液压泵两端并入单向阀。

两套可独立工作的制动单元，两个制动单元互为备份，任一单元出现故障时，制动系统仍然可以正常工作。

所述主液压制动力输出单元包括液压缸缸体、滚珠丝杠、液压缸电机、液压缸活塞，所述液压缸缸体端部设置有第一进出油孔，液压缸缸体内设置有液压缸活塞，液压缸活塞与液压缸电机之间通过滚珠丝杠连接，液压缸缸体的侧壁上设置第二进出油孔，所述第一进出油孔通过液压管路连接至制动执行单元，所述第二进出油孔通过液压管路连接至储液罐的第二进出液口。

所述主液压制动力输出单元还包括液压缸弹簧，所述液压缸弹簧位于液压缸活塞与液压缸缸体形成的空腔内。

液压缸压力传感器与液压缸缸体的第一进出油孔以液压管路连接。

通过切换开关阀，能够在主液压制动力输出单元和备份液压制动力输出单元之间切换。在通过主液压制动力输出单元提供动力时，单向阀与稳压阀配合能增加系统平稳性，在通过备份液压制动力输出单元提供动力时，单向阀阻断回流。

在各个制动器中设置压力传感器，压力传感器实时监测压力数据为系统的控制提供依据。

从液压制动装置整体结构来看，本发明一个电机对应两个制动轮缸，每个液压泵对应一个制动轮缸。由于本发明电机和液压泵负荷小，可以选择性能要求更小的电机和液压泵，在总成本上，由于本发明电磁阀数量更少，具有显著的成本优势。

从实施难度来看，本发明每个轮缸对应一个常开线性电磁阀和一个液压泵，仅用一个电磁阀和一个液压泵便可实现增压和减压控制。常开线性电磁阀具有比例溢流特性，其溢流压力与驱动电流间存在线性关系，而本发明特殊的液压回路使常开线性电磁阀的溢流压力等于轮缸压力，因此简单标定出驱动电流—溢流压力关系表后，便能通过查表方式获得某制动压力对应的驱动电流。这种溢流压力控制方式控制简单，只需要标定一个参数表便能实现精确的压力控制。

此外，本发明一个轮缸对应一个液压泵的布置形式是为了溢流压力控制设计的，溢流压力控制需要特定的液压回路才能实现，常开线性阀的进液口必须与高压源相连，出液口必须与低压源相连，任一驱动电流对应一定的溢流压力，当进液口压力大于溢流压力时，制动液会从出液口流出进入低压源，因此可以使制动压力保持在溢流压力附近，调节溢流压力便能实现精确的压力控制。

本发明的有益效果在于：

一.本发明所述的一种面向自动驾驶汽车的线控制动系统硬件结构简单，常规制动过程和冗余备份制动过程中只需控制少量电磁阀和电动液压缸，控制难度低。

二.本发明所述的一种面向自动驾驶汽车的线控制动系统具备两套可独立工作的制动单元，两个制动单元互为备份，任一单元出现故障时，制动系统仍然可以正常工作。

三.本发明所述的一种面向自动驾驶汽车的线控制动系统可以安装在混合动力汽车和电动汽车中，通过精确的制动压力调节，可以让液压制动与电机制动更好的配合，最大程度的发挥电机再生制动的能力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明所述的一种面向自动驾驶汽车的线控制动系统结构组成的示意图。

图中：1--储液罐； 2--液压缸缸体； 3--滚珠丝杠； 4--液压缸电机； 5--液压缸弹簧； 6--液压缸活塞； 7--液压缸压力传感器； 8--第一开关阀； 9--第二开关阀； 10--第三开关阀； 11--第四开关阀； 12--左后轮单向阀； 13--左后轮稳压阀； 14--左后轮液压泵； 15--第一液压泵电机； 16--右前轮液压泵； 17--右前轮稳压阀； 18--右前轮单向阀； 19--左前轮单向阀； 20--左前轮稳压阀； 21--左前轮液压泵； 22--第二液压泵电机；23--右后轮液压泵； 24--右后轮稳压阀； 25--右后轮单向阀； 26--左后轮压力传感器；27--右前轮压力传感器； 28--左前轮压力传感器； 29--右后轮压力传感器； 30--左后轮；31--右前轮； 32--左前轮； 33--右后轮； 100—第一进出液口； 200—第二进出液口；300—第二进出油孔； 400—第一进出油孔； 500—第一接口； 600—第二接口； 700—第三接口； 800—第四接口； 900—第五接口； 1000—第六接口。

具体实施方式

本发明所述的一种面向自动驾驶汽车的线控制动系统，包括储液罐1、液压制动力输出单元和制动执行单元，所述液压制动力输出单元连接储液罐和制动执行单元，所述液压制动力输出单元包括主液压制动力输出单元和备份液压制动力输出单元，并设置有制动模式切换组件，所述制动执行单元包括四个制动器。

如图1所示，所述的主液压制动力输出单元包括储液罐1、液压缸缸体2、滚珠丝杠3、液压缸电机4、液压缸弹簧5、液压缸活塞6、液压缸压力传感器7。其作用是为制动系统的供能，实现主动增压、保压、减压的作用。所述的储液罐1使用硬质塑料材质，共有两个出液口，分别为第一进出液口100、第二进出液口200，储液罐1用于存储制动液并检测制动液剩余量。所述的液压缸缸体2为圆筒类结构件，其左端右端均开孔，左端开孔直径较小且加工成螺纹孔，该孔为液压缸第一进出油孔400，右端开孔直径较大，液压缸缸体2的外圆柱面上设置有第二进出油孔300。所述的液压缸电机4为无刷直流电机，滚珠丝杠3可将液压缸电机4的旋转运动转化为液压缸活塞6的直线运动。所述的液压缸活塞6右端中心处设置有中心孔，中心孔的内圆柱面上设置有安装滚珠的螺旋滚道，滚珠丝杠3设置有与液压缸活塞6螺旋滚道相配合的螺旋滚道。所述的液压缸压力传感器7可以测量主制动单元产生的压力。

具体部件的位置与连接方式为：储液罐1的第二进出液口200与液压缸缸体2的第二进出油孔300以液压管路连接，储液罐1安装于液压缸缸体2的上方，液压缸压力传感器7与液压缸缸体2的第一进出油孔400以液压管路连接，液压缸弹簧5、液压缸活塞6依次装入液压缸缸体2内，液压缸活塞6与液压缸缸体2为滑动连接，滚珠丝杠3的左端装入液压缸活塞6右端中心孔内，滚珠丝杠3的右端通过传动机构与液压缸电机4相连接。

所述备份液压制动力输出单元包括第一开关阀8、第二开关阀9、第三开关阀10、第四开关阀11、左后轮单向阀12、左后轮稳压阀13、左后轮液压泵14、第一液压泵电机15、右前轮液压泵16、右前轮稳压阀17、右前轮单向阀18、左前轮单向阀19、左前轮稳压阀20、左前轮液压泵21、第二液压泵电机22、右后轮液压泵23、右后轮稳压阀24、右后轮单向阀25、左后轮压力传感器26、右前轮压力传感器27、左前轮压力传感器28、右后轮压力传感器29。

所述的备份制动单元主要起到主制动单元失效时作为备份供能装置实现主动增压、保压、减压的作用。

所述的第一开关阀8、第二开关阀9是二位二通常开式电磁阀，起到控制主制动单元与左后轮30、右前轮31、左前轮32、右后轮33间通断的作用。所述的第三开关阀10、第四开关阀11是二位二通常闭式电磁阀，起到控制备份制动单元与左后轮30、右前轮31、左前轮32、右后轮33间通断的作用。

所述的左后轮稳压阀13、右前轮稳压阀17、左前轮稳压阀20、右后轮稳压阀24是二位二通常开线性电磁阀，起到调节左后轮30、右前轮31、左前轮32、右后轮33压力的作用。

所述的左后轮单向阀12、右前轮单向阀18、左前轮单向阀19、右后轮单向阀25规定了制动液的流向仅能单方向流动。

所述的左后轮液压泵14、右前轮液压泵16、左前轮液压泵21、右后轮液压泵23为柱塞式液压泵，可通过第一液压泵电机15和第二液压泵电机22与车辆增压过程配合，实现轮缸压力的快速增加。

所述的左后轮压力传感器26、右前轮压力传感器27、左前轮压力传感器28、右后轮压力传感器29用来测量各轮缸压力。

具体部件的位置与连接方式为：左后轮单向阀12的进口、左后轮稳压阀13的出口、左后轮液压泵14的进口、右前轮液压泵16的出口、右前轮稳压阀17的出口、右前轮单向阀18的进口一同与第一开关阀8的出口和第三开关阀10的出口相连。左前轮单向阀19的进口、左前轮稳压阀20的出口、左前轮液压泵21的进口、右后轮液压泵23的进口、右后轮稳压阀24的出口、右后轮单向阀25的进口一同与第二开关阀9的出口和第四开关阀11的出口相连。第一开关阀8的进口和第二开关阀9的进口管路相连点作为和外界其它部件连接的第一接口500，第三开关阀10的进口和第四开关阀11的进口管路相连点作为和外界其它部件连接的第二接口600。左后轮单向阀12的出口、左后轮稳压阀13的进口、左后轮液压泵14的出口一同与左后轮压力传感器26相连，四者的管路相连点作为和外界其它部件连接的接口第三接口700。右前轮液压泵16的出口、右前轮稳压阀17的进口、右前轮单向阀18的出口一同与右前轮压力传感器27相连，四者的管路相连点作为和外界其它部件连接的第四接口800。左前轮单向阀19的出口、左前轮稳压阀20的进口、左前轮液压泵21的出口一同与左前轮压力传感器28相连，四者的管路相连点作为和外界其它部件连接的第五接口900。右后轮液压泵23的出口、右后轮稳压阀24的进口、右后轮单向阀25的出口一同与右后轮压力传感器29相连，四者的管路相连点作为和外界其它部件连接的第六接口1000。

以上连接均为液压管路连接。第一液压泵电机15的两输出端采用联轴器和左后轮液压泵14、右前轮液压泵16分别相连，第二液压泵电机22的两输出端采用联轴器和左前轮液压泵21、右后轮液压泵23分别相连。

本发明所述的一种面向自动驾驶汽车的线控制动系统的主副制动单元之间的连接关系为：所述的主制动单元的外界接口包括储液罐1的第一进出液口100和液压缸缸体2的第一进出油孔400，第一接口500和第一进出油孔400连接，第二接口600和第一进出液口100相连，备份制动单元的第三接口700、第四接口800、第五接口900、第六接口1000分别和左后轮30、右前轮31、左前轮32和右后轮33的制动器相连。

本发明所述的一种面向自动驾驶汽车的线控制动系统既可使用主制动单元进行线控制动，又可在主制动单元失效后，通过备份制动单元实现线控制动，最大程度地保障了行车安全。具体线控制动系统工作过程中，各部件的工作过程如下：

当主制动单元无故障时，制动压力由主制动单元提供。此时第一开关阀8和第二开关阀9开启，第三开关阀10和第四开关阀11关闭，

左后轮稳压阀13、右前轮稳压阀17、左前轮稳压阀20和右后轮稳压阀24开启，第一液压泵电机15和第二液压泵电机22关闭。

若液压制动力需要增压，液压缸电机4通电正转，通过滚珠丝杠3将电机的旋转运动转化为液压缸活塞6的直线运动，液压缸活塞6压缩制动液，制动液由液压缸缸体2经第一开关阀8、左后轮单向阀12和右前轮单向阀18进入左后轮30和右前轮31，经第二开关阀9、左前轮单向阀19和右后轮单向阀25进入左前轮32和右后轮33，实现各制动轮缸的增压。若液压制动力需要减压，液压缸电机4通电反转，制动液由左后轮30、右前轮31、左前轮32和右后轮33经左后轮稳压阀13、右前轮稳压阀17、左前轮稳压阀20、右后轮稳压阀24和第一开关阀8、第二开关阀9流回液压缸缸体2中，实现各制动轮缸的减压。若液压制动力需要保压，则液压缸电机4保持位置不变，各制动轮缸保压。

当主制动单元故障时，制动压力由备份制动单元提供。此时第一开关阀8和第二开关阀9关闭，第三开关阀10和第四开关阀11开启。

若液压制动力需要增压，左后轮稳压阀13、右前轮稳压阀17、左前轮稳压阀20、右后轮稳压阀24通电关闭，第一液压泵电机15和第二液压泵电机22通电开启，带动左后轮液压泵14、右前轮液压泵16、左前轮液压泵21和右后轮液压泵23工作，制动液由储液罐1的出口流出，经第三开关阀10、左后轮液压泵14和右前轮液压泵16流入左后轮30和右前轮31，经第四开关阀11、左前轮液压泵21和右后轮液压泵23流入左前轮32和右后轮33，实现各制动轮缸的增压。若液压制动力需要减压，左后轮稳压阀13、右前轮稳压阀17、左前轮稳压阀20、右后轮稳压阀24开启，第一液压泵电机15和第二液压泵电机22关闭，制动液由左后轮30、右前轮31、左前轮32和右后轮33经左后轮稳压阀13、右前轮稳压阀17、左前轮稳压阀20、右后轮稳压阀24和第三开关阀10、第四开关阀11流回储液罐1中，实现各制动轮缸的减压。若液压制动力需要保压，则左后轮稳压阀13、右前轮稳压阀17、左前轮稳压阀20、右后轮稳压阀24通电关闭，第一液压泵电机15和第二液压泵电机22关闭，各制动轮缸保压。

以上公开的仅为本专利的具体实施例，但本专利并非局限于此，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，做出的变形应视为属于本发明保护范围。

Claims (4)

1.一种面向自动驾驶汽车的线控制动系统，其特征在于：包括主、备份液压制动力输出单元，通过第一、第二、第三、第四开关阀控制主、备切换，同时备份液压制动力输出单元由四个独立的子液压制动单元和两个液压泵电机组成，每个子液压制动单元包括一个液压泵和一个稳压阀，并且两个液压泵共用一个液压泵电机，每个轮缸由单向阀、稳压阀和液压泵相应连接，形成液压回路，所述液压泵连接至每个轮子的制动器，液压泵的进液口连接到储液罐的第一进出液口，主液压制动力输出单元和制动器之间接入第一开关阀和第二开关阀，在备份液压制动力输出单元和储液罐之间接入第三开关阀和第四开关阀，在每个子液压制动单元中液压泵两端并入单向阀。

2.根据权利要求1所述的面向自动驾驶汽车的线控制动系统，其特征在于：所述主液压制动力输出单元包括液压缸缸体、滚珠丝杠、液压缸电机、液压缸活塞，所述液压缸缸体端部设置有第一进出油孔，液压缸缸体内设置有液压缸活塞，液压缸活塞与液压缸电机之间通过滚珠丝杠连接，液压缸缸体的侧壁上设置第二进出油孔，所述第一进出油孔通过液压管路连接至制动执行单元，所述第二进出油孔通过液压管路连接至储液罐的第二进出液口。

3.根据权利要求2所述的面向自动驾驶汽车的线控制动系统，其特征在于：所述主液压制动力输出单元还包括液压缸弹簧，所述液压缸弹簧位于液压缸活塞与液压缸缸体形成的空腔内。

4.根据权利要求2或3所述的面向自动驾驶汽车的线控制动系统，其特征在于：液压缸压力传感器与液压缸缸体的第一进出油孔以液压管路连接。

Images