CN114537357A - 用于无人驾驶汽车的双绕组线控冗余制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于无人驾驶汽车的双绕组线控冗余制动系统，包括：两出口储液罐，用于存储加压介质；用于控制整体装置的第一控制器ECU和第二控制器ECU；电机主缸，其连接端与两出口储液罐的连接端通过管道相连通。本发明通过双绕组空心轴电机总成的内部具备第一双绕组空心轴电机绕组和第二双绕组空心轴电机绕组，配合两套独立的、互为备份的第一控制器ECU和第二控制器ECU，在第一双绕组空心轴电机绕组或第二双绕组空心轴电机绕组其中一个失效时，另一个将及时介入，第一控制器ECU或第二控制器ECU其中一个失效时，则另一个也将及时介入，能够保证全部制动功能的有效性，从而可满足无人驾驶冗余制动的可行性。

Description

用于无人驾驶汽车的双绕组线控冗余制动系统

技术领域

本发明涉及车辆自动驾驶与控制技术领域，具体为用于无人驾驶汽车的双绕组线控冗余制动系统。

背景技术

线控液压制动系统(EHB)是未来无人驾驶汽车环境下底盘系统的迫切需求和核心系统，与电控机械制动系统(EMB)相比，线控液压制动系统(EHB)结构成熟、应用广泛、成本低廉、技术可靠，但线控液压制动系统的集成化设计方案和冗余设计构型一直是制约无人驾驶落地实现的难点，现有汽车的线控制动系统主要是在驾驶员踩下制动踏板后，电控单元ECU接收踏板位移传感器信号指令，控制伺服电机转动，在电机主缸内建压，同时通过控制不同电磁阀的打开或关闭，实现车辆轮缸的建压制动。

但是现有技术在实际使用时，制动系统方案几乎全是针对有人驾驶进行设计的，包含有刹车踏板、踏板主缸等共同组成的机械冗余制动系统，但完全无人驾驶阶段几乎不可能再设置刹车踏板等机构，因此现有方案并不能满足无人驾驶冗余制动的可行性，无人驾驶的制动冗余方案应从执行机构、控制器ECU等部件的备份设计角度进行考量。

发明内容

本发明的目的在于提供用于无人驾驶汽车的双绕组线控冗余制动系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括：

两出口储液罐，用于存储加压介质；

用于控制整体装置的第一控制器ECU和第二控制器ECU；

电机主缸，其连接端与两出口储液罐的连接端通过管道相连通，所述电机主缸的内壁活动连接有电机主缸活塞；

双绕组空心轴电机总成，用于驱动电机主缸活塞在电机主缸的内壁左右移动并对电机主缸内部的加压介质进行挤压和抽取进行建压，所述双绕组空心轴电机总成包括双绕组空心轴电机定子、第一双绕组空心轴电机绕组、第二双绕组空心轴电机绕组、旋转连接件、滚珠丝杠和活塞密封圈，所述电机主缸活塞的尾部设有螺纹孔，且螺纹孔的内壁与滚珠丝杠的表面螺纹连接，所述滚珠丝杠的一端与旋转连接件内壁的一端固定连接，所述第一双绕组空心轴电机绕组和第二双绕组空心轴电机绕组均分别固定连接在旋转连接件的表面，所述双绕组空心轴电机定子转动连接在第一双绕组空心轴电机绕组和第二双绕组空心轴电机绕组的表面；

轮缸组，所述轮缸组包括RR、FL、RL和FR，且轮缸组的连接端分别与两出口储液罐和电机主缸的连接端通过管道相连通。

优选的，所述双绕组空心轴电机总成的表面设有用于检测第一双绕组空心轴电机绕组和第二双绕组空心轴电机绕组电流的电机电流传感器，所述旋转连接件的一端固定设置有电机角度传感器，所述活塞密封圈固定连接在电机主缸活塞表面的中部，且活塞密封圈的表面与电机主缸的内壁紧密贴合，所述旋转连接件的内壁为中空结构。

优选的，所述第二增压阀的一端固定设置有用于检测第二增压阀内部压力的压力传感器，所述电机主缸与两出口储液罐连接管道的中部设有诊断阀。

优选的，所述电机主缸连接端分别与RR和FL连接端之间管道中部设有第一电机主缸解耦阀，所述电机主缸连接端分别与RL和FR连接端之间管道中部设有第二电机主缸解耦阀。

优选的，所述第一电机主缸解耦阀连接端与RR连接端之间管道的中部设有第一增压阀，所述第一电机主缸解耦阀连接端与FL连接端之间管道的中部设有第二增压阀，所述第二电机主缸解耦阀连接端与RL连接端之间管道的中部设有第三增压阀，所述第二电机主缸解耦阀连接端与FR连接端之间管道的中部设有第四增压阀。

优选的，所述两出口储液罐连接端与RR连接端之间管道的中部设有第一减压阀，所述两出口储液罐连接端与FL连接端之间管道的中部设有第二减压阀，所述两出口储液罐连接端与RL连接端之间管道的中部设有第三减压阀，所述两出口储液罐连接端与FR连接端之间管道的中部设有第四减压阀。

优选的，所述第一减压阀、第二减压阀、第三减压阀和第四减压阀的连接端均通过管道相连通。

优选的，以上所述阀门均为电磁阀，所述第一控制器ECU和第二控制器ECU均分别通过导线与上述电子设备电性连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过双绕组空心轴电机总成实现制动功能，其中双绕组空心轴电机总成本身就具备电子冗余功能，即双绕组空心轴电机总成的内部具备第一双绕组空心轴电机绕组和第二双绕组空心轴电机绕组，且该线控制动系统电控单元ECU上也设计有两套独立的、互为备份的第一控制器ECU和第二控制器ECU，在第一双绕组空心轴电机绕组或第二双绕组空心轴电机绕组其中一个失效时，另一个将及时介入，第一控制器ECU或第二控制器ECU其中一个失效时，则另一个也将及时介入，能够保证全部制动功能的有效性，从而可满足无人驾驶冗余制动的可行性。

附图说明

图1为本发明用于无人驾驶汽车的双绕组线控冗余制动系统整体结构示意图；

图2为本发明用于无人驾驶汽车的双绕组线控冗余制动系统双绕组空心轴电机总成结构正剖图；

图3为本发明用于无人驾驶汽车的双绕组线控冗余制动系统常规制动油路流通图；

图4为本发明用于无人驾驶汽车的双绕组线控冗余制动系统常规制动轮缸减压油路流通图；

图5为本发明用于无人驾驶汽车的双绕组线控冗余制动系统ESC－电子稳定性控制工况制动轮缸减压油路流通图。

图中：1、两出口储液罐；2、第一控制器ECU；3、第二控制器ECU；4、电机角度传感器；5、电机主缸；6、电机主缸活塞；81、双绕组空心轴电机定子；82、第一双绕组空心轴电机绕组；83、第二双绕组空心轴电机绕组；84、旋转连接件；85、滚珠丝杠；86、活塞密封圈；7、电机电流传感器；8、双绕组空心轴电机总成；9、压力传感器；10、诊断阀；11、第一电机主缸解耦阀；12、第二电机主缸解耦阀；13、第一增压阀；14、第二增压阀；15、第三增压阀；16、第四增压阀；17、第一减压阀；18、第二减压阀；19、第三减压阀；20、第四减压阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：包括：

两出口储液罐1，用于存储加压介质；

用于控制整体装置的第一控制器ECU2和第二控制器ECU3；

电机主缸5，其连接端与两出口储液罐1的连接端通过管道相连通，电机主缸5的内壁活动连接有电机主缸活塞6；

双绕组空心轴电机总成8，用于驱动电机主缸活塞6在电机主缸5的内壁左右移动并对电机主缸5内部的加压介质进行挤压和抽取进行建压，双绕组空心轴电机总成8包括双绕组空心轴电机定子81、第一双绕组空心轴电机绕组82、第二双绕组空心轴电机绕组83、旋转连接件84、滚珠丝杠85和活塞密封圈86，电机主缸活塞6的尾部设有螺纹孔，且螺纹孔的内壁与滚珠丝杠85的表面螺纹连接，滚珠丝杠85的一端与旋转连接件84内壁的一端固定连接，第一双绕组空心轴电机绕组82和第二双绕组空心轴电机绕组83均分别固定连接在旋转连接件84的表面，双绕组空心轴电机定子81转动连接在第一双绕组空心轴电机绕组82和第二双绕组空心轴电机绕组83的表面；

轮缸组，轮缸组包括RR、FL、RL和FR，且轮缸组的连接端分别与两出口储液罐1和电机主缸5的连接端通过管道相连通。

双绕组空心轴电机总成8的表面设有用于检测第一双绕组空心轴电机绕组82和第二双绕组空心轴电机绕组83电流的电机电流传感器7，旋转连接件84的一端固定设置有电机角度传感器4，活塞密封圈86固定连接在电机主缸活塞6表面的中部，且活塞密封圈86的表面与电机主缸5的内壁紧密贴合，旋转连接件84的内壁为中空结构。

第二增压阀14的一端固定设置有用于检测第二增压阀14内部压力的压力传感器9，电机主缸5与两出口储液罐1连接管道的中部设有诊断阀10。

电机主缸5连接端分别与RR和FL连接端之间管道中部设有第一电机主缸解耦阀11，电机主缸5连接端分别与RL和FR连接端之间管道中部设有第二电机主缸解耦阀12。

第一电机主缸解耦阀11连接端与RR连接端之间管道的中部设有第一增压阀13，第一电机主缸解耦阀11连接端与FL连接端之间管道的中部设有第二增压阀14，第二电机主缸解耦阀12连接端与RL连接端之间管道的中部设有第三增压阀15，第二电机主缸解耦阀12连接端与FR连接端之间管道的中部设有第四增压阀16。

两出口储液罐1连接端与RR连接端之间管道的中部设有第一减压阀17，两出口储液罐1连接端与FL连接端之间管道的中部设有第二减压阀18，两出口储液罐1连接端与RL连接端之间管道的中部设有第三减压阀19，两出口储液罐1连接端与FR连接端之间管道的中部设有第四减压阀20。

第一减压阀17、第二减压阀18、第三减压阀19和第四减压阀20的连接端均通过管道相连通。

以上阀门均为电磁阀，第一控制器ECU2和第二控制器ECU3均分别通过导线与上述电子设备电性连接。

工作原理：在使用时，该发明通过双绕组空心轴电机总成8内部布置有第一双绕组空心轴电机绕组82和第二双绕组空心轴电机绕组83，因此具备安全冗余功能，传统空心轴电机的绕组失效时会丧失制动功能，但本技术方案中的双绕组空心轴电机总成8在第一双绕组空心轴电机绕组82和第二双绕组空心轴电机绕组83其中一个失效时，另一个可取代其进行正常工作，能够保证与失效前完全一致的制动能力和电控功能，该技术方案在高级别自动驾驶环境下尤为重要，能够满足功能安全ASIL D级的要求，该技术方案中电机主缸活塞6具备单向建压能力，双绕组空心轴电机总成8正转使得电机主缸活塞6单向运动为轮缸提供制动压力，双绕组空心轴电机总成8反转使得电机主缸活塞6反向运动时可从两出口储液罐1中抽取制动液到电机主缸5的腔内，实现补液功能；

该线控制动系统的工作模式

常规制动：该系统第一控制器ECU2或第二控制器ECU3接收智能驾驶系统的控制请求时，向各电磁阀发出指令信号，第一电机主缸解耦阀11和第二电机主缸解耦阀12开启，第一增压阀13、第二增压阀14、第三增压阀15和第四增压阀16开启，第一减压阀17、第二减压阀18、第三减压阀19和第四减压阀20关闭，双绕组空心轴电机总成8旋转，并带动旋转连接件84和滚珠丝杠85旋转，通过滚珠丝杠85配合电机主缸活塞6尾部的螺纹孔进而推动电机主缸活塞6在电机主缸5内建压，并将高压制动液泵入到四个制动轮缸内；

冗余制动：即系统里第一控制器ECU2和第二控制器ECU3或第一双绕组空心轴电机绕组82和第二双绕组空心轴电机绕组83中其中一个发生故障时，另一个可取代故障的元件，并切换至备份绕组和备份控制器实现冗余制动，保障车辆的紧急制动安全。

常规制动轮缸减压：此时双绕组空心轴电机总成8反转，电机主缸活塞6在电机主缸5的内壁回退，第一电机主缸解耦阀11和第二电机主缸解耦阀12开启，第一增压阀13、第二增压阀14、第三增压阀15和第四增压阀16开启，第一减压阀17、第二减压阀18、第三减压阀19和第四减压阀20关闭，轮缸内的制动液通过第一增压阀13、第二增压阀14、第三增压阀15和第四增压阀16反向被抽回电机主缸5内。

ESC－电子稳定性控制工况制动轮缸减压：第一增压阀13、第二增压阀14、第三增压阀15和第四增压阀16关闭，第一减压阀17、第二减压阀18、第三减压阀19和第四减压阀20按需开启，需要减压的轮缸内的制动液通过其对应的减压阀流回两出口储液罐1内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.用于无人驾驶汽车的双绕组线控冗余制动系统，其特征在于：包括：

两出口储液罐(1)，用于存储加压介质；

用于控制整体装置的第一控制器ECU(2)和第二控制器ECU(3)；

电机主缸(5)，其连接端与两出口储液罐(1)的连接端通过管道相连通，所述电机主缸(5)的内壁活动连接有电机主缸活塞(6)；

双绕组空心轴电机总成(8)，用于驱动电机主缸活塞(6)在电机主缸(5)的内壁左右移动并对电机主缸(5)内部的加压介质进行挤压和抽取进行建压，所述双绕组空心轴电机总成(8)包括双绕组空心轴电机定子(81)、第一双绕组空心轴电机绕组(82)、第二双绕组空心轴电机绕组(83)、旋转连接件(84)、滚珠丝杠(85)和活塞密封圈(86)，所述电机主缸活塞(6)的尾部设有螺纹孔，且螺纹孔的内壁与滚珠丝杠(85)的表面螺纹连接，所述滚珠丝杠(85)的一端与旋转连接件(84)内壁的一端固定连接，所述第一双绕组空心轴电机绕组(82)和第二双绕组空心轴电机绕组(83)均分别固定连接在旋转连接件(84)的表面，所述双绕组空心轴电机定子(81)转动连接在第一双绕组空心轴电机绕组(82)和第二双绕组空心轴电机绕组(83)的表面；

轮缸组，所述轮缸组包括RR、FL、RL和FR，且轮缸组的连接端分别与两出口储液罐(1)和电机主缸(5)的连接端通过管道相连通。

2.根据权利要求1所述的用于无人驾驶汽车的双绕组线控冗余制动系统，其特征在于：所述双绕组空心轴电机总成(8)的表面设有用于检测第一双绕组空心轴电机绕组(82)和第二双绕组空心轴电机绕组(83)电流的电机电流传感器(7)，所述旋转连接件(84)的一端固定设置有电机角度传感器(4)，所述活塞密封圈(86)固定连接在电机主缸活塞(6)表面的中部，且活塞密封圈(86)的表面与电机主缸(5)的内壁紧密贴合，所述旋转连接件(84)的内壁为中空结构。

3.根据权利要求1所述的用于无人驾驶汽车的双绕组线控冗余制动系统，其特征在于：所述第二增压阀(14)的一端固定设置有用于检测第二增压阀(14)内部压力的压力传感器(9)，所述电机主缸(5)与两出口储液罐(1)连接管道的中部设有诊断阀(10)。

4.根据权利要求1所述的用于无人驾驶汽车的双绕组线控冗余制动系统，其特征在于：所述电机主缸(5)连接端分别与RR和FL连接端之间管道中部设有第一电机主缸解耦阀(11)，所述电机主缸(5)连接端分别与RL和FR连接端之间管道中部设有第二电机主缸解耦阀(12)。

5.根据权利要求4所述的用于无人驾驶汽车的双绕组线控冗余制动系统，其特征在于：所述第一电机主缸解耦阀(11)连接端与RR连接端之间管道的中部设有第一增压阀(13)，所述第一电机主缸解耦阀(11)连接端与FL连接端之间管道的中部设有第二增压阀(14)，所述第二电机主缸解耦阀(12)连接端与RL连接端之间管道的中部设有第三增压阀(15)，所述第二电机主缸解耦阀(12)连接端与FR连接端之间管道的中部设有第四增压阀(16)。

6.根据权利要求5所述的用于无人驾驶汽车的双绕组线控冗余制动系统，其特征在于：所述两出口储液罐(1)连接端与RR连接端之间管道的中部设有第一减压阀(17)，所述两出口储液罐(1)连接端与FL连接端之间管道的中部设有第二减压阀(18)，所述两出口储液罐(1)连接端与RL连接端之间管道的中部设有第三减压阀(19)，所述两出口储液罐(1)连接端与FR连接端之间管道的中部设有第四减压阀(20)。

7.根据权利要求6所述的用于无人驾驶汽车的双绕组线控冗余制动系统，其特征在于：所述第一减压阀(17)、第二减压阀(18)、第三减压阀(19)和第四减压阀(20)的连接端均通过管道相连通。

8.根据权利要求7所述的用于无人驾驶汽车的双绕组线控冗余制动系统，其特征在于：以上所述阀门均为电磁阀，所述第一控制器ECU(2)和第二控制器ECU(3)均分别通过导线与上述电子设备电性连接。

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