CN114655179A - 一种无人驾驶车辆的联合制动系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人驾驶车辆的联合制动系统及方法，所述系统包括感知与规划模块、机械制动系统、电机制动系统以及控制系统；所述感知与规划模块用于感知和分析当前行车环境，并向所述控制系统下发使能信号及期望制动程度信号；所述控制系统接收使能信号及期望制动程度信号，并基于所述期望制动程度信号确定制动模式，根据所述制动模式向所述机械制动系统与所述电机制动系统发送控制指令；所述机械制动系统与所述电机制动系统根据所述控制指令对行车启动制动。

Description

一种无人驾驶车辆的联合制动系统及方法

技术领域

本发明涉及混合动力车辆制动技术领域，尤其涉及一种无人驾驶车辆的联合制动系统及方法。

背景技术

传统车辆的制动方式一般为：驾驶员踩踏制动踏板触发制动，然后通过摩擦式制动器将车辆的动能转换为热能，同时分离离合器切断动力供应来实现。对于以无人驾驶和混合动力为显著特征的新型车辆的制动系统必须考虑如何合理兼容人工制动与无人制动，电机制动与机械制动等多种控制逻辑，以及如何在保证车辆良好制动效能的前提下，利用驱动电机的能量回收特性缓解机械及液压泵工作负载从而延长其使用寿命的问题。

然而现有技术未能实现较好的电机制动与机械制动的协作制动关系。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种无人驾驶车辆的联合制动系统及方法，用以合理兼容人工制动与无人制动，利用驱动电机的能量回收特性缓解机械及液压泵工作负载。

本发明一方面提供了一种无人驾驶车辆的联合制动系统，包括感知与规划模块、机械制动系统、电机制动系统以及控制系统；

所述感知与规划模块用于感知和分析当前行车环境，并向所述控制系统下发使能信号及期望制动程度信号；

所述控制系统接收使能信号及期望制动程度信号，并基于所述期望制动程度信号确定制动模式，根据所述制动模式向所述机械制动系统与所述电机制动系统发送控制指令；

所述机械制动系统与所述电机制动系统根据所述控制指令对行车启动制动。

进一步地，所述控制系统根据所述期望制动程度信号确定车辆进入紧急制动模式或普通制动模式；其中在车辆进入紧急制动模式或普通制动模式时，所述机械制动系统根据所述电机制动系统中电机转速处于预设阈值范围内时启动。

进一步地，当所述期望制动程度信号表示期望制动程度为非最大值时，所述控制系统确定车辆进入普通制动模式；当所述期望制动程度信号表示期望制动程度为最大值时，所述控制系统确定车辆进入紧急制动模式。

进一步地，当车辆进入紧急制动模式时，所述控制系统调用ESC紧急制动函数控制电机制动系统，并根据电机制动系统的电机转速控制是否下发所述机械制动系统启动指令；其中当所述电机转速在阈值范围内时控制所述机械制动系统产生最大机械制动扭矩。

进一步地，当车辆进入紧急制动模式时，还包括：控制系统向电机制动系统下发制动指令，使电机制动系统的电机进入转矩控制模式，当电机转速小于低速阈值，则控制电机进入自由模式；其中电机制动系统进入转矩控制模式时，所述控制系统判断车辆进行方向处于前进状态，则给车辆左侧电机下发最大正转矩控制指令，车辆右侧电机下发最大负转矩控制指令，控制系统判断车辆进行方向处于后退状态，则给车辆左侧电机下发最大负转矩控制指令，给车辆右侧电机下发最大正转矩控制指令。

进一步地，当车辆进入普通制动模式时，控制系统调用机械制动函数控制机械制动系统，并判断电机制动系统的电机转速，若电机转速在阈值范围内，则对机械制动系统下发制动使能信号，使机械制动使能开启，并按照期望制动程度信号解析出期望机械制动系统的制动力，所述制动力由机械制动系统的液压控制器控制液压管道压力实现。

进一步地，当车辆进入普通制动模式时，还包括：控制系统判断电机系统的电机转速是否小于低速阈值，若是，则控制器控制电机进入自由模式，若否，则下发转矩控制模式指令用于电机制动；控制系统再判断期望制动程度信号表达的制动值是否超出合理范围，若是，则将最大制动程度对应的制动转矩信息下发至电机制动系统和液压制动系统，若否，则控制系统将期望制动程度解析为对应制动转矩值信息并下发到电机制动系统。

进一步地，所述控制系统还包括PID控制模块，所述PID控制模块，以当前电机制动系统的电机输出轴所受到实际阻力的反馈值实时调整所述期望制动程度信号，所述控制系统将期望制动程度信号解析为对应制动转矩值信息下发给电机制动系统。

本发明另一方面提供一种无人驾驶车辆的联合制动方法，包括以下步骤：

感知和分析当前行车环境，并下发使能信号及期望制动程度信号；

解析所述期望制动程度信号确定制动模式，并根据确定的所述制动模式向机械制动系统与电机制动系统发送控制指令；

所述机械制动系统与所述电机制动系统根据所述控制指令对行车启动制动；其中所述机械制动系统根据所述电机制动系统中电机转速处于预设阈值范围内时启动。

进一步地，当车辆进入紧急制动模式时，调用ESC紧急制动函数控制电机制动系统，并根据电机制动系统的电机转速控制是否下发所述机械制动系统启动指令；其中当所述电机转速在阈值范围内时控制所述机械制动系统产生最大机械制动扭矩。

进一步地，当车辆进入紧急制动模式时，还包括：向电机制动系统下发制动指令，使电机制动系统的电机进入转矩控制模式，当电机转速小于低速阈值，则控制电机进入自由模式；其中电机制动系统进入转矩控制模式时，根据车辆行进方向对车左、右侧电机下发最大正、负扭矩控制指令。

进一步地，当车辆进入普通制动模式时，调用机械制动函数控制机械制动系统，并判断电机制动系统的电机转速，若电机转速在阈值范围内，则对机械制动系统下发制动使能信号，使机械制动使能开启，并按照期望制动程度信号解析出期望机械制动系统的制动力，所述制动力由机械制动系统的液压控制器控制液压管道压力实现。

进一步地，当车辆进入普通制动模式时，还包括：判断电机系统的电机转速是否小于低速阈值，若是，则向电机下发自由模式指令，若否，则下发转矩控制模式指令准备进行电机制动；再判断期望制动程度信号表达的制动值是否超出合理范围，若是，则将最大制动程度对应的制动转矩信息下发至电机制动系统和液压制动系统，若否，则控制系统将期望制动程度解析为对应制动转矩值信息并下发到电机制动系统。

进一步地，所述控制系统接收使能信号及期望制动程度信号，并基于所述期望制动程度信号确定制动模式，包括：以当前电机制动系统的电机输出轴所受到实际阻力的反馈值实时调整所述期望制动程度信号，并将期望制动程度信号解析为对应制动转矩值信息下发给电机制动系统。

本发明还提供一种无人驾驶车辆的联合制动方法，应用于车辆制动，车辆包括控制系统、机械制动系统和电机制动系统，所述机械制动系统包括相连接液压泵和液压控制器，所述电机制动系统包括电机控制器和制动电机，所述控制系统可获取车辆行驶环境并与所述液压控制器和所述电机控制器信号连接；包括以下步骤：

控制系统感知和分析当前行车环境，基于所述当前行车环境下发使能信号、确定期望制动程度信号以及期望制动程度信号对应的制动模式；

根据确定的所述制动模式向电机控制器与液压控制器发送控制指令；

电机控制器控制动电机产生制动扭矩、液压控制器控制液压泵产生制动扭矩，完成期望制动。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例中所述机械制动系统的机械结构装配关系示意图（左侧）；

图2为本发明实施例中电路系统的供电网络示意图；

图3为本发明实施例中无人驾驶车辆的联合制动系统的模块示意图；

图4为本发明实施例中紧急制动模式控制逻辑流程示意图；

图5为本发明实施例中ESC紧急制动函数执行逻辑流程示意图；

图6为本发明实施例中普通制动模式控制逻辑流程示意图；

图7为本发明实施例中机械制动函数执行逻辑流程示意图；

图8为本发明实施例中无人驾驶车辆的联合制动方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明实施例提供一种无人驾驶车辆的联合制动系统，所述系统包括机械制动系统、电机制动系统、控制系统（可以理解为整车控制器）三个子系统。另外还有电路系统，所述电路系统，主要包括两部分功能，一方面是为供电功能，另一方面是信号通信功能（采用CAN总线以及相关通信协议实现）。所述机械制动系统包括相连接液压泵和液压控制器，所述电机制动系统包括电机控制器和制动电机，所述控制系统可获取车辆行驶环境并与所述液压控制器和所述电机控制器信号连接。

所述机械制动系统，具体包括机械制动系统和液压泵，所述机械制动系统的机械结构装配关系示意图如图1所示（以左侧为例）。机械结构的主体是将摩擦式制动器与电机输出轴装配在一起的动力输出单元，机械结构为机电联合线控化制动系统，机械制动最终的执行机构，负责产生所需的制动力矩。

机械制动系统的机械结构具体为：电机通过传动轴与变速箱相连接，制动盘两侧通过螺栓连接两个法兰盘，两个法兰盘与两侧传动轴通过花键连接，使制动盘分别连接变速箱和侧边减速器，侧边减速器再经由传动轴与主动轮连接；制动盘上设置有制动钳。其中，机械制动系统的中间传动部件结构强度均根据所选型电机的峰值转矩设计，制动钳的动作由活塞推动，活塞动力来源为液压泵及液压管道压力。

液压泵为机械制动系统提供动力，液压泵油路包括人工和自动两种驱动方式，用以保证无人车在调试阶段的安全性和提供紧急情况人工干预车速的手段。

人工驱动方式是指通过人工踩踏制动踏板来产生油路高压，具体的，当踩下制动踏板时，真空助力泵助力，限压阀打开，增压阀为常开阀，油液从而能够由制动主缸进入制动轮缸，建立制动压力；松开制动踏板后，油液由原路返回制动主缸。自动驱动方式通过电机带动液压泵来向液压管路施加压力，具体的，液压控制器收到控制系统的使能信号以及具体的压力数值信号，其内部集成的电机驱动油泵动作，同时常闭的吸入阀打开，从油源吸入制动油液，并通过常开的增压阀到达制动轮缸，建立起制动压力。

在需求油压建立之后，电机停止动作，增压阀关闭，即可维持油压稳定；在制动需求满足之后，常闭的减压阀打开和吸入阀打开，油液回流至制动主缸，制动压力消失。

本发明中的机械结构使得机械制动部分与电机制动部分能够以折算到主动轮转轴上的阻力转矩为结合点实现联合，可靠性高而且容易实现。另外为机械制动部分提供动力的液压泵设计兼顾人工调试与无人行驶的使用场景，留出自动和人工的两种信号接口，可有效实现线控无人制动的同时保证制动系统始终在人工控制之下，提高无人行车安全性。

电路系统的供电网络示意图，如图2所示。供电系统的供电网络由备用24V蓄电池给控制系统、液压控制器及液压油泵直接供电（液压油泵与液压控制器是集成在一起的，所以一起供电）；

低压配电箱由24V车载蓄电池供电，其中，低压配电箱内置多个稳压模块以及配有继电器的支路开关，可在整车控制单元的控制下实现车载低压设备的自动上下电，实现电源的自动按需配给；左右驱动电机控制器由低压配电箱供电。

控制系统与油压控制单元由备用的24V蓄电池供电，而非从低压配电箱取电，这种供电方式可以充分保证控制系统以及机械制动系统功能正常，同时有利于机械制动系统稳定性、安全性和可靠性，可以提高车辆行驶安全性，有效增强无人平台的主动安全能力。此外，两块车载24V蓄电池均由动力电池通过DC/DC模块充电。

电路系统信号控制采用车辆常用的CAN总线通信，电路系统的通信网络设计具体包括，在无人模式下，控制系统与上层工控机之间，通过CAN总线连接，传输总的制动力矩期望值以及制动力矩反馈值；在人工模式下，控制系统与遥控驾驶仪之间，通过CAN总线连接，传输总的制动力矩期望值以及制动力矩反馈值；控制系统与液压控制器之间，通过CAN总线连接，传输机械制动系统的启动/关闭信号，需求的油压值，相应的反馈信号等信息，包含在两帧CAN报文内；控制系统与两侧电机控制器之间，通过CAN总线连接，传输电机工作模式，运转方向，期望转矩以及相应的反馈信号等信息，包含在两帧CAN报文内。

上述各控制间的具体通信内容，如表1所示，

表1

需要注意的是：上表中未标出的CAN报文为保留字节，另有生命信号等与制动功能不直接相关的报文内容未列出。

本发明的电路系统以高压动力电池为电机直接动力来源的车辆设计，设有低压配电箱以实现低压电力的变压、稳压、分配以及设备自动上下电。另外将控制系统与液压控制器单独由备用电池供电，提供供电系统的可靠性与车辆的安全性。控制器之间的通信全部由CAN的方式实现，共涉及4帧报文即可实现全部制动功能，简单可靠，方便易行。

如图3所示，本发明提供的无人驾驶车辆的联合制动系统，包括感知与规划模块、机械制动系统、电机制动系统以及控制系统。

其中，所述感知与规划模块用于感知和分析当前行车环境，并向所述控制系统下发使能信号及期望制动程度信号。所述控制系统接收使能信号及期望制动程度信号，并基于所述期望制动程度信号确定制动模式，根据所述制动模式向所述机械制动系统与所述电机制动系统发送控制指令。所述机械制动系统与所述电机制动系统根据所述控制指令对行车启动制动。

在一种实施方式中，实际制动过程中，根据控制系统内部的控制策略，首先由电机制动系统的电机产生需求的制动转矩，然后车速下降到某阈值之下后机械制动系统介入，液压管道压力推动制动钳夹紧制动盘，产生机械制动转矩与电机联合对车辆进行制动。

上述方案实现机械制动和电机制动的联合，可有效改善车辆的制动效能，延长机械及液压泵的使用寿命。

在无人模式下，感知与规划模块通过感知和分析当前行车环境后，在CAN网络中向控制系统下发使能信号标志量以及以最大制动力矩百分比为期望制动程度信号的控制量；控制系统接收到这两个信号后，通过内置的控制策略模块将数值在0~100之间的期望制动程度解析为期望的机械制动力矩大小以及电机制动力矩，解析方式为线性对应。具体为：0~10对应制动空行程，防止信号误触发；然后制动程度10对应电机制动转矩和油路管道压力为0，制动程度100对应电机制动转矩和油路管道压力最大值，中间值按照这两点确定的线性关系得到。

控制系统将期望制动程度信号解析为期望的机械制动力矩大小以及电机制动力矩后，将完成电机制动需要的电机运转方向信号、控制模式信号以及完成机械制动所需的使能信号等信号按照上述既定的通信协议（见表1）通过CAN总线发送到对应的控制器，然后控制器控制电机和液压泵完成执行动作，实现预期的制动功能。其中，上述控制模式包括转自由控制模式或转矩控制模式两种模式，在进行制动时，电机需要进入转矩闭环控制模式。

其中，控制系统下发到液压控制器的实质为期望的液压油路管道压力，因此需要在控制系统中通过相关机械部件的实际尺寸计算得到管路压力与制动力矩之间的对应关系，管路压力与制动力矩之间的对应关系，理论公式为：

，

其中，

即为机械制动力矩，

为作用在制动盘上的压紧力，

为摩擦片的摩擦系数，

为有效制动半径，

为管路压力，

为活塞工作直径。根据上述理论公式得到的对应关系在实际应用中存在一定误差，因此在具体实施时加入以电机当前所受到的负转矩为反馈值的PID闭环控制过程。所述PID控制模块，以当前电机制动系统的电机输出轴所受到实际阻力的反馈值实时调整所述期望制动程度信号，所述控制系统将期望制动程度信号解析为对应制动转矩值信息下发给电机制动系统。

上述控制系统内置的控制策略模块核心功能是根据工控机（无人模式下）或遥控驾驶仪（人工模式下）期望制动程度得出电机和液压泵能够执行的一系列指令，控制策略模块根据功能分为紧急制动模块与普通制动模块。

进一步地，所述控制系统根据所述期望制动程度信号确定车辆进入紧急制动模式或普通制动模式；其中在车辆进入紧急制动模式或普通制动模式时，所述机械制动系统根据所述电机制动系统中电机转速处于预设阈值范围内时启动。

其中，触发紧急制动模块使车辆进入紧急制动模式方式有三种：（1） 由车辆上电时任一动力部件（AMT变速箱，电机，发动机等）发出故障信号；（2）人工按下紧急停车按钮；（3）感知与规划模块发出紧急制动请求紧急制动模式控制逻辑具体为：人工发出紧急制动信号或由车辆上电时任一动力部件发出故障信号后，控制系统中的程序进入紧急制动模式。另外，上层感知与规划模块发出紧急制动的期望制动程度信号也用于紧急制动模式启动，当所述期望制动程度信号表示期望制动程度为非最大值时，所述控制系统确定车辆进入普通制动模式；当所述期望制动程度信号表示期望制动程度为最大值时，所述控制系统确定车辆进入紧急制动模式。

如图4所示，本发明实施例2所述紧急制动模式控制逻辑流程示意图。

当车辆进入紧急制动模式时，所述控制系统调用ESC紧急制动函数控制电机制动系统，并根据电机制动系统的电机转速控制是否下发所述机械制动系统启动指令；其中当所述电机转速在阈值范围内时控制所述机械制动系统产生最大机械制动扭矩。

具体的，如图5所示，调用ESC紧急制动函数，判断电机转速，若电机转速在高速阈值（例如6000rpm）以下、低速阈值以上（例如100rpm），则以最大的制动程度向液压控制器发送制动指令，液压控制器接收到后即按照前文述及的压力产生方式驱动制动钳盘结合，产生最大的机械制动转矩，若否，则机械制动使能关闭。

当车辆进入紧急制动模式时，控制系统根据电机转速控制电机的运行模式。控制系统向电机制动系统下发制动指令，使电机制动系统的电机进入转矩控制模式，当电机转速小于低速阈值，则控制电机进入自由模式；其中电机制动系统进入转矩控制模式时，所述控制系统判断车辆进行方向处于前进状态，则给车辆左侧电机下发最大正转矩控制指令，车辆右侧电机下发最大负转矩控制指令，控制系统判断车辆进行方向处于后退状态，则给车辆左侧电机下发最大负转矩控制指令，给车辆右侧电机下发最大正转矩控制指令。

具体的，在控制系统在调用ESC紧急制动函数向液压控制器发送制动指令的同时，控制系统通过CAN网向驱动电机控制器下发指令，使电机进入转矩控制模式，然后控制系统通过两侧电机控制器实时反馈的当前运转方向判断车辆进行方向，若此时车辆处于前进状态，则给车辆左侧下最大正转矩，右侧下最大负转矩，若此时车辆处于后退状态，则给车辆左侧下最大负转矩，则给右侧下最大正转矩；当电机转速小于100rpm，则电机进入自由模式，最后电机下高压。

需要说明的是，在制动结束后由于电机制动过程中施加负转矩，会导致车辆倒驶；因此在电机转速绝对值小于100（对应车速2Km/h）之后，电机便进入自由模式，车辆依靠环境阻力自由滑行至停车。

通过上述方案实现紧急制动模式下的车辆制动，在该制动模式下，通过设置高速阈值和低速阈值实现机械-电机两段式联合制动策略，在制动开始时，电机转速在高速阈值以上，车辆动能较大，若采用机械制动则对机械及液压泵磨损较大，同时电机处于能量回收的高效区，因此采用纯电机制动使车辆速度下降，当电机转速下降到高速阈值以下，电机制动与机械制动同时起作用，待到电机转速下降到低速阈值，车辆电机进入自由模式，直至车辆停止。这种两段式联合制动策略的本质是由电气制动分担一部分制动能量，解决单一机械制动长时间、紧急制动的问题，同时增加了制动系统的可靠性，使制动效能充分发挥，同时延长机械及液压泵的使用寿命。另外，高速阈值可根据效率优先或减速效果优先的原则动态调整，即当车辆能源储备紧张时，便可下调高速阈值，推迟机械制动介入时间，当车辆需要更好的制动力时则上调高速阈值。

如图6所示为普通制动模式控制逻辑框图，触发普通制动模块使车辆进入普通制动模式方式有两种：（1）人工驾驶下由遥控驾驶仪发出制动信号并给出需求制动程度；（2）无人驾驶时由感知与规划模块给出制动信号。

控制系统接收到上述两个信号后便可进入普通制动模式，当车辆进入普通制动模式时，控制系统调用机械制动函数控制机械制动系统，并判断电机制动系统的电机转速，若电机转速在阈值范围内，则对机械制动系统下发制动使能信号，使机械制动使能开启，并按照期望制动程度信号解析出期望机械制动系统的制动力，所述制动力由机械制动系统的液压控制器控制液压管道压力实现。

通过上述方案实现普通制动模式下的车辆制动，该制动模式与紧急制动模式类似，设置高速阈值和低速阈值，在制动开始时，电机转速在高速阈值以上，采用纯电机制动使车辆速度下降，当电机转速下降到高速阈值以下，电机制动与机械制动同时起作用，待到电机转速下降到低速阈值，车辆电机进入自由模式，直至车辆停止；但该制动模式与紧急制动模式不同点在于，电机制动和机械制动不再简单是以最大制动程度进行制动，而是需要对期望制动程度进行判断和解析。

如图7所示，普通制动模式下的制动逻辑为：控制系统调用机械制动函数，判断电机转速，若电机在高速阈值（例如1500rpm）以下、低速阈值以上（例如100rpm），则对液压控制器下发制动使能信号，使机械制动使能开启，并按照期望制动程度解析出期望液压管道压力下发给液压控制器，以产生机械制动转矩，实现机械制动。

当车辆进入普通制动模式时，控制系统判断电机系统的电机转速是否小于低速阈值，若是，则控制器控制电机进入自由模式，若否，则下发转矩控制模式指令用于电机制动；控制系统再判断期望制动程度信号表达的制动值是否超出合理范围，若是，则将最大制动程度对应的制动转矩信息下发至电机制动系统和液压制动系统，若否，则控制系统将期望制动程度解析为对应制动转矩值信息并下发到电机制动系统。

在一实施方式中，控制系统通过车辆两侧的电机控制器实时反馈的当前运转方向，判断当前行进方向，从而得出两侧电机制动所需的转矩方向；然后判断电机转速是否小于低速阈值（例如100rpm），若是，则控制系统向两侧电机控制器下发自由模式指令，若否，则下发转矩控制模式指令准备进行电机制动，控制系统中的程序会对期望制动程度进行解析，先判断是否在空行程（0-10），若在空行程内，则无制动操作，若否，则再判断是否超出10-100的合理范围，若是，则以最大制动程度进行制动；若否，则以线性对应的方式将制动百分比解析为制动转矩并下发到电机控制器，电机控制器控制电机产生制动转矩，完成期望制动。

另外，由于机械制动油压与摩擦制动转矩的对应存在误差，为补充这种误差，此处利用电机快速响应的特点建立PID控制模块，以当前电机输出轴所受到的实际阻力为反馈值，实时调整电机制动程度，使车辆总的制动力矩保持在制动需求值附近。通过在控制系统中PID控制模块，实时调整期望制动程度，减小制动误差。

在机械与电机制动力矩的分配上，本发明以制动目标为依据，采用适合混合动力车辆的两段式联合制动策略，即制动开始时，车速较高，动能较大，同时电机处于能量回收的高效区，因此采用纯电机制动使速度下降；当车速降到一定且电机制动效果不明显时，电机制动与机械制动同时起作用直至车辆停止。

这种两段式联合制动策略的本质是由电气制动分担一部分制动能量，解决单一机械制动长时间、紧急制动的问题，同时增加了制动系统的可靠性，使制动效能充分发挥。该两段式制动模式的分界点（即高速阈值）可根据效率优先或减速效果优先的原则动态调整，即当车辆能源储备紧张时，便可下调分界点，推迟机械制动介入时间，当车辆需要更好的动力性时则上调分界点。

以该策略在本车上的实施为例，选取电机额定转速为分界点，当有制动信号下达时，电机若运行在额定转速以上，则控制系统中的程序会进行判断，机械制动函数（出于安全性考虑，紧急制动函数不受该限制）中均不下发给液压控制器有效使能信号，由电机制动系统按照上文述及的控制逻辑完成额定转速以上的制动；当电机转速降到额定转速以下时，机械制动函数中下发给液压控制器有效使能信号，并按照当前CAN网中的制动程度解析出期望的液压管道压力，一并下发给液压控制器，实现机械-电机联合制动。

另外，在无人模式下，当车辆需要停车而非减速时，可根据上层环境感知和规划模块给于的泊车信号在实现停车之后将油路压力保持在某一定值。

本发明中根据混合动力无人驾驶车辆需要合理兼容人工制动与无人制动，电机制动与机械制动等多种控制逻辑的实际情况制定，可以满足制动要求，并且减小了对机械制动力的要求，降低液压管道压力，从而使机械及液压泵工作在低负荷状态，减少其机械结构的磨损，提高其使用寿命，还可以改善机械制动效能，缩短了制动距离，同时可以回收一部分制动能量，使制动效能提高。供参考的是，经实车测试在制动过程中的高速运转区域可以达到75%左右的动能回收，而且在初速度为50Km/h的越野路面测试得到平均减速度4m/s2以上，制动距离16m以内的结果。

如图8所示，本发明还提供一种无人驾驶车辆的联合制动方法，应用于车辆制动，车辆包括控制系统、机械制动系统和电机制动系统，所述机械制动系统包括相连接的液压泵和液压控制器，所述电机制动系统包括电机控制器和制动电机，所述控制系统可获取车辆行驶环境并与所述液压控制器和所述电机控制器信号连接；包括以下步骤：

步骤S100:控制系统感知和分析当前行车环境；

步骤S200:基于所述当前行车环境下发使能信号、确定期望制动程度信号以及期望制动程度信号对应的制动模式；

步骤S300:根据确定的所述制动模式向电机控制器与液压控制器发送控制指令；电机控制器控制动电机产生制动扭矩、液压控制器控制液压泵产生制动扭矩，完成期望制动。

在一种实施方式中，控制系统包括感知分析模块，感知分析模块感知和分析当前行车环境，并下发使能信号及期望制动程度信号；控制系统解析所述期望制动程度信号确定制动模式，并根据确定的所述制动模式向机械制动系统与电机制动系统发送控制指令；所述机械制动系统与所述电机制动系统根据所述控制指令对行车启动制动；其中所述机械制动系统根据所述电机制动系统中电机转速处于预设阈值范围内时启动。

当车辆进入紧急制动模式时，调用ESC紧急制动函数控制电机制动系统，并根据电机制动系统的电机转速控制是否下发所述机械制动系统启动指令；其中当所述电机转速在阈值范围内时控制所述机械制动系统产生最大机械制动扭矩。

具体的，当车辆进入紧急制动模式时，向电机制动系统下发制动指令，使电机制动系统的电机进入转矩控制模式，当电机转速小于低速阈值，则控制电机进入自由模式；其中电机制动系统进入转矩控制模式时，根据车辆行进方向对车左、右侧电机下发最大正、负扭矩控制指令。

控制系统调用ESC紧急制动函数，判断电机转速，若电机转速在高速阈值以下、低速阈值以上，则以最大的制动程度向液压控制器发送制动指令；ESC紧急制动函数执行逻辑流程示意图，如图5所示。

同时，控制系统调用ESC紧急制动函数的同时，向电机控制器下发制动指令，使电机进入转矩控制模式，然后控制系统判断车辆进行方向，若此时车辆处于前进状态，则给车辆左侧下最大正转矩，右侧下最大负转矩，若此时车辆处于后退状态，则给车辆左侧下最大负转矩，则给右侧下最大正转矩；当电机转速小于低速阈值，则电机进入自由模式。

当车辆进入普通制动模式时，调用机械制动函数控制机械制动系统，并判断电机制动系统的电机转速，若电机转速在阈值范围内，则对机械制动系统下发制动使能信号，使机械制动使能开启，并按照期望制动程度信号解析出期望机械制动系统的制动力，所述制动力由机械制动系统的液压控制器控制液压管道压力实现。

当车辆进入普通制动模式时，还包括：判断电机系统的电机转速是否小于低速阈值，若是，则向电机下发自由模式指令，若否，则下发转矩控制模式指令准备进行电机制动；再判断期望制动程度信号表达的制动值是否超出合理范围，若是，则将最大制动程度对应的制动转矩信息下发至电机制动系统和液压制动系统，若否，则控制系统将期望制动程度解析为对应制动转矩值信息并下发到电机制动系统。

所述控制系统接收使能信号及期望制动程度信号，并基于所述期望制动程度信号确定制动模式，包括：以当前电机制动系统的电机输出轴所受到实际阻力的反馈值实时调整所述期望制动程度信号，并将期望制动程度信号解析为对应制动转矩值信息下发给电机制动系统。

当期望制动程度为非最大值时，车辆进入普通制动模式，图6为普通制动模式控制逻辑流程示意图。

控制系统调用机械制动函数，判断电机转速，若电机在高速阈值以下、低速阈值以上，则对液压控制器下发制动使能信号，使机械制动使能开启，并按照期望制动程度解析出期望液压管道压力下发给液压控制器；机械制动函数执行逻辑流程示意图，如图7所示。

同时，控制系统判断车辆当前行进方向，从而得出两侧电机制动所需的转矩方向；判断电机转速是否小于低速阈值，若是，则控制系统向两侧电机控制器下发自由模式指令，若否，则下发转矩控制模式指令准备进行电机制动，控制系统中的程序会对所述期望制动程度进行解析；再判断是否在空行程，若是，则不进行电机制动，若否，则判断期望制动程度是否超出合理范围，若是，则将最大制动程度的制动转矩信息下发至电机控制器和液压控制器，进行制动，若否，则将期望制动程度解析为对应制动转矩值信息并下发到电机控制器。

本发明实施例所述方法通过在不同制动模式下，采用两段式联合制动策略，即制动开始时，车速较高，动能较大，同时电机处于能量回收的高效区，因此采用纯电机制动使速度下降；当车速降到一定且电机制动效果不明显时，电机制动与机械制动同时起作用直至车辆停止；实现有效改善车辆的制动效能，合理回收能量；还可根据能源效率优先或减速效果优先的原则，灵活调整高速阈值。

需要说明的是，上述实施例之间，其相同或相似之处可相互借鉴。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种无人驾驶车辆的联合制动系统，其特征在于，包括感知与规划模块、机械制动系统、电机制动系统以及控制系统；

所述感知与规划模块用于感知和分析当前行车环境，并向所述控制系统下发使能信号及期望制动程度信号；

所述控制系统接收使能信号及期望制动程度信号，并基于所述期望制动程度信号确定制动模式，根据所述制动模式向所述机械制动系统与所述电机制动系统发送控制指令；

所述机械制动系统与所述电机制动系统根据所述控制指令对行车启动制动。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制系统根据所述期望制动程度信号确定车辆进入紧急制动模式或普通制动模式；其中在车辆进入紧急制动模式或普通制动模式时，所述机械制动系统根据所述电机制动系统中电机转速处于预设阈值范围内时启动。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，当所述期望制动程度信号表示期望制动程度为非最大值时，所述控制系统确定车辆进入普通制动模式；当所述期望制动程度信号表示期望制动程度为最大值时，所述控制系统确定车辆进入紧急制动模式。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，当车辆进入紧急制动模式时，所述控制系统调用ESC紧急制动函数控制电机制动系统，并根据电机制动系统的电机转速控制是否下发所述机械制动系统启动指令；其中当所述电机转速在阈值范围内时控制所述机械制动系统产生最大机械制动扭矩。

5.根据权利要求2或4所述的系统，其特征在于，当车辆进入紧急制动模式时，还包括：控制系统向电机制动系统下发制动指令，使电机制动系统的电机进入转矩控制模式，当电机转速小于低速阈值，则控制电机进入自由模式；其中电机制动系统进入转矩控制模式时，所述控制系统判断车辆进行方向处于前进状态，则给车辆左侧电机下发最大正转矩控制指令，车辆右侧电机下发最大负转矩控制指令，控制系统判断车辆进行方向处于后退状态，则给车辆左侧电机下发最大负转矩控制指令，给车辆右侧电机下发最大正转矩控制指令。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，当车辆进入普通制动模式时，控制系统调用机械制动函数控制机械制动系统，并判断电机制动系统的电机转速，若电机转速在阈值范围内，则对机械制动系统下发制动使能信号，使机械制动使能开启，并按照期望制动程度信号解析出期望机械制动系统的制动力，所述制动力由机械制动系统的液压控制器控制液压管道压力实现。

7.根据权利要求2或6所述的系统，其特征在于，当车辆进入普通制动模式时，还包括：控制系统判断电机系统的电机转速是否小于低速阈值，若是，则控制器控制电机进入自由模式，若否，则下发转矩控制模式指令用于电机制动；控制系统再判断期望制动程度信号表达的制动值是否超出合理范围，若是，则将最大制动程度对应的制动转矩信息下发至电机制动系统和液压制动系统，若否，则控制系统将期望制动程度解析为对应制动转矩值信息并下发到电机制动系统。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制系统还包括PID控制模块，所述PID控制模块，以当前电机制动系统的电机输出轴所受到实际阻力的反馈值实时调整所述期望制动程度信号，所述控制系统将期望制动程度信号解析为对应制动转矩值信息下发给电机制动系统。

9.一种无人驾驶车辆的联合制动方法，其特征在于，包括以下步骤：

感知和分析当前行车环境，并下发使能信号及期望制动程度信号；

解析所述期望制动程度信号确定制动模式，并根据确定的所述制动模式向机械制动系统与电机制动系统发送控制指令；

所述机械制动系统与所述电机制动系统根据所述控制指令对行车启动制动；其中所述机械制动系统根据所述电机制动系统中电机转速处于预设阈值范围内时启动。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当车辆进入紧急制动模式时，调用ESC紧急制动函数控制电机制动系统，并根据电机制动系统的电机转速控制是否下发所述机械制动系统启动指令；其中当所述电机转速在阈值范围内时控制所述机械制动系统产生最大机械制动扭矩。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，当车辆进入紧急制动模式时，还包括：向电机制动系统下发制动指令，使电机制动系统的电机进入转矩控制模式，当电机转速小于低速阈值，则控制电机进入自由模式；其中电机制动系统进入转矩控制模式时，根据车辆行进方向对车左、右侧电机下发最大正、负扭矩控制指令。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当车辆进入普通制动模式时，调用机械制动函数控制机械制动系统，并判断电机制动系统的电机转速，若电机转速在阈值范围内，则对机械制动系统下发制动使能信号，使机械制动使能开启，并按照期望制动程度信号解析出期望机械制动系统的制动力，所述制动力由机械制动系统的液压控制器控制液压管道压力实现。

13.根据权利要求9或12所述的方法，其特征在于，当车辆进入普通制动模式时，还包括：判断电机系统的电机转速是否小于低速阈值，若是，则向电机下发自由模式指令，若否，则下发转矩控制模式指令准备进行电机制动；再判断期望制动程度信号表达的制动值是否超出合理范围，若是，则将最大制动程度对应的制动转矩信息下发至电机制动系统和液压制动系统，若否，则控制系统将期望制动程度解析为对应制动转矩值信息并下发到电机制动系统。

14.根据权利要求9或12所述的方法，其特征在于，所述控制系统接收使能信号及期望制动程度信号，并基于所述期望制动程度信号确定制动模式，包括：以当前电机制动系统的电机输出轴所受到实际阻力的反馈值实时调整所述期望制动程度信号，并将期望制动程度信号解析为对应制动转矩值信息下发给电机制动系统。

15.一种无人驾驶车辆的联合制动方法，应用于车辆制动，车辆包括控制系统、机械制动系统和电机制动系统，所述机械制动系统包括相连接液压泵和液压控制器，所述电机制动系统包括电机控制器和制动电机，所述控制系统可获取车辆行驶环境并与所述液压控制器和所述电机控制器信号连接；其特征在于，包括以下步骤：

控制系统感知和分析当前行车环境，基于所述当前行车环境下发使能信号、确定期望制动程度信号以及期望制动程度信号对应的制动模式；根据确定的所述制动模式向电机控制器与液压控制器发送控制指令；

电机控制器控制动电机产生制动扭矩、液压控制器控制液压泵产生制动扭矩，完成期望制动。

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