CN114715101B - 一种车辆制动冗余系统及其方法、车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆制动冗余系统及其方法、车辆，该系统包括：主控单元、储能单元和制动器总成单元。储能单元包括储能主体及设置在储能主体内的高压气源、电子阀门、活塞和备份液压，高压气源和备份液压由电子阀门和活塞间隔，储能主体的输出端与所述制动器总成单元相连接；主控单元与电子阀门相连接，并用于在检测到车辆制动系统失效时，控制电子阀门开启，以使高压气源推动活塞，进而使备份液压注入制动轮缸。本发明可作为自动紧急制动备份使用，并满足L3和L4级别无人驾驶的安全备份及其的冗余要求。

Description

一种车辆制动冗余系统及其方法、车辆

技术领域

本发明涉及车辆控制技术领域，尤其涉及一种车辆制动冗余系统及其方法、车辆。

背景技术

目前，制动系统是现代乘用车上必不可少的一个部分，通过踩踏制动踏板，形成管路压力，通过卡钳活塞推动摩擦片与制动盘摩擦接触降低行车速度或者停车，保护成员和行人安全。为提高车辆行驶安全性能，车辆还配置有紧急制动备份，主要通过ABS(AntilockBrake System，防抱死制动系统)/ESC(Electronic Stability Controller，车身电子稳定性控制系统)实现。其中，ESC系统由传感器、电子控制单元(ECU)和执行器三大部分组成，通过电子控制单元监控汽车运行状态，对车辆的发动机及制动系统进行干预控制。典型的汽车电子稳定控制系统在传感器上主要包括4个轮速传感器、方向盘转角传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器、制动主缸压力传感器等，执行部分则包括传统制动系统(真空助力器、管路和制动器)、液压调节器等，电子控制单元与发动机管理系统联动，可对发动机动力输出进行干预和调整。

然而，现有车辆的紧急制动备份，仅在ABS/ESC功能正常是可以使用。当ABS/ESC模块失效后，无法进行自动紧急制动，无法满足法规及车辆自动驾驶的安全要求，尤其是无人驾驶技术L3和L4级别的制动冗余，目前现有技术仍无法满足法规要求和保证驾驶员及车辆行驶安全。

发明内容

本发明目的在于，提供一种车辆制动冗余系统及其方法、车辆，能够解决现有车辆的紧急制动备份在ABS/ESC模块失效后，无法进行自动紧急制动的问题。

本发明实施例提供一种车辆制动冗余系统，包括：主控单元、储能单元和制动器总成单元；

所述储能单元包括储能主体以及设置在所述储能主体内的高压气源、电子阀门、活塞和备份液压，所述高压气源和所述备份液压由所述电子阀门和所述活塞间隔，所述储能主体的输出端与所述制动器总成单元相连接；

所述主控单元与所述电子阀门相连接，并用于在检测到车辆制动系统失效时，控制所述电子阀门开启，以使所述高压气源推动所述活塞，进而使所述备份液压通过所述储能主体的输出端向所述制动器总成单元提供制动力。

在一具体的实施例当中，所述的车辆制动冗余系统，所述车辆制动系统包括电子制动控制单元，所述制动器总成单元包括制动轮缸；所述电子制动控制单元通过第一液压管路与所述制动轮缸相连接；所述储能主体的输出端通过第二液压管路与所述制动轮缸相连接；所述主控单元还与所述电子制动控制单元相连接，所述检测到车辆制动系统失效具体为检测到所述电子制动控制单元失效；所述备份液压通过所述储能主体的输出端向所述制动器总成单元提供制动力具体为所述备份液压通过所述第二液压管路注入所述制动轮缸。

在一具体的实施例当中，所述高压气源包括高压氮气或高压氢气。

在一具体的实施例当中，所述制动器总成单元还包括制动盘和制动卡钳总成；所述制动盘通过轮毂轴承单元装配，并通过转向节联接到车辆上，所述制动卡钳总成通过所述转向节联接到所述车辆上；

在所述第二液压管路中的备份液压或所述第一液压管路中的主液压注入所述制动轮缸时，所述制动盘和所述制动卡钳总成形成摩擦副。

在一具体的实施例当中，所述车辆制动冗余系统还包括第一单向阀和第二单向阀，所述第一单向阀串接在所述电子制动控制单元与所述制动轮缸之间的第一液压管路上，所述第二单向阀串接在所述储能主体与所述制动轮缸之间的第二液压管路上。

在一具体的实施例当中，所述主控单元还用于获取制动踏板的制动深度信号，并根据所述制动踏板的制动深度控制所述电子阀门的开度，以使所述备份液压在所述储能主体的输出端产生与所述电子阀门的开度对应的压力；其中，所述制动踏板上配置有用于采集所述制动深度信号的角度传感器。

本发明实施例还提供一种车辆制动冗余方法，应用于上述任意一个实施例中的车辆低速冗余制动系统，包括：

在检测到所述电子制动控制单元失效时，所述主控单元控制所述电子阀门开启，以使所述高压气源推动所述活塞，进而使所述备份液压通过所述第二液压管路注入所述制动轮缸。

在一具体的实施例当中，还包括：

在检测到所述电子制动控制单元未失效时，所述主控单元控制所述电子阀门关闭，所述电子制动控制单元通过所述第一液压管路将主液压注入所述制动轮缸。

在一具体的实施例当中，在所述在检测到所述电子制动控制单元失效时，所述主控单元控制所述电子阀门开启之前，还包括：

所述主控单元获取制动踏板的制动深度信号，并根据所述制动踏板的制动深度控制所述电子阀门的开度，以使所述备份液压在所述储能主体的输出端产生与所述电子阀门的开度对应的压力；其中，所述制动踏板上配置有用于采集所述制动深度信号的角度传感器。

本发明实施例还提供一种车辆，包括：车体以及上述任意一个实施例中的车辆制动冗余系统，所述车辆制动冗余系统安装于所述车体。

本发明实施例中的车辆制动冗余系统及其方法、车辆，通过新增储能单元作为制动备份，主控单元ECU能够在车辆制动系统失效的情况下，及时控制电子阀门开启，使得储能单元的高压气源推动活塞，进而使备份液压注入制动轮缸，从而实现车辆刹停。因此，本发明在车辆制动系统失效情况下还可以作为自动紧急制动备份使用，同时还满足了L3和L4级别无人驾驶的安全备份以及无人驾驶安全备份的冗余要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明某一实施例提供的车辆制动冗余系统的结构示意图；

图2是本发明某一实施例中的车辆制动冗余方法的流程示意图；

图3是本发明另一实施例中的车辆制动冗余方法的流程示意图。

主要元件及符号说明：

100、主控单元ECU；200、储能单元；300、制动器总成单元；400、电子制动控制单元；500、高压气源；600、电子阀门；700、活塞；800、备份液压；900、第二单向阀；110、第一单向阀。

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作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。

应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，本发明实施例提供一种车辆制动冗余系统，包括：主控单元ECU100、储能单元200和制动器总成单元300。

储能单元200包括储能主体以及设置在储能主体内的高压气源500、电子阀门600、活塞700和备份液压800，高压气源500和备份液压800由电子阀门600和活塞700间隔，储能主体的输出端与制动器总成单元300相连接。

主控单元与电子阀门600相连接，并用于在检测到车辆制动系统失效时，控制电子阀门600开启，以使高压气源500推动活塞700，进而使备份液压800通过储能主体的输出端向制动器总成单元300提供制动力。

进一步地，车辆制动系统包括电子制动控制单元400，制动器总成单元300包括制动轮缸。电子制动控制单元400通过第一液压管路与制动轮缸相连接。储能主体的输出端通过第二液压管路与制动轮缸相连接。主控单元ECU100还与电子制动控制单元400相连接。

其中，所述检测到车辆制动系统失效具体为用于检测到电子制动控制单元400失效，所述备份液压通过所述储能主体的输出端向所述制动器总成单元提供制动力具体为备份液压800通过第二液压管路注入制动轮缸。

对应的，请参阅图2，本发明实施例还提供一种车辆制动冗余方法，应用于上述任意一个实施例中的车辆低速冗余制动系统，该方法包括以下步骤：

S10、在检测到电子制动控制单元400失效时，主控单元ECU100控制电子阀门600开启，以使高压气源500推动活塞700，进而使备份液压800通过第二液压管路注入制动轮缸。

进一步地，车辆制动冗余方法还包括以下步骤：

S20、在检测到电子制动控制单元400未失效时，主控单元ECU100控制电子阀门600关闭，电子制动控制单元400通过第一液压管路将主液压注入制动轮缸。

在本发明实施例中，车辆制动系统的电子制动控制单元400被配置于正常制动，车辆制动冗余系统的储能单元200被配置于备份制动。主控单元ECU100与电子制动控制单元400相连接，并实时监控电子制动控制单元400的状态。

当电子制动控制单元400正常工作时，主控单元ECU100接收到用于表征电子制动控制单元400正常工作的正常状态信号，并根据车辆所发出的紧急制动请求控制电子制动控制单元400运行，以使电子制动控制单元400通过第一液压管路，为制动器总成单元300的制动轮缸提供主液压，从而实现车辆刹停。

当电子制动控制单元400发生故障而失效时，主控单元ECU100接收到用于表征电子制动控制单元400发生故障的失效状态信号，此时，系统无法继续通过第一液压管路为制动器总成单元300的制动轮缸提供备份液压800，从而实现车辆刹停。主控单元ECU100根据失效状态信号以及紧急制动请求，控制储能单元200的电子阀门600开启，高压气源500推动活塞700，使备份液压800在储能主体产生压力，并通过第二液压管路注入制动轮缸，从而实现车辆刹停。

在一具体的实施例当中，储能单元200的储能主体可安装于车辆的底部或靠近于发动机的位置，便于与制动器总成单元300的制动轮缸连通。

在一具体的实施例当中，高压气源500包括高压氮气或高压氢气。

其中，氮气为惰性气体，应用在本发明实施例中的高压气源500时，更加安全。

可以理解，高压氮气或高压氢气以高压的状态存储于储能主体内，当电子门阀开启时，高压气源500推动储能主体内的活塞700移动，从而推出备份液压800。

当然，在其他实施例中，高压气源500还可以采用其他气体，在此不做具体限定。

在一具体的实施例当中，制动器总成单元300还包括制动盘和制动卡钳总成；制动盘通过轮毂轴承单元装配，并通过转向节联接到车辆上，制动卡钳总成通过转向节联接到车辆上。在第二液压管路中的备份液压800或第一液压管路中的主液压注入制动轮缸时，制动盘和制动卡钳总成形成摩擦副。

在本实施例中，当备份液压800或主液压注入制动轮缸时，驱动制动盘和制动卡钳总成组成一副摩擦副，通过摩擦副的工作使汽车获得制动力使车辆减速或者停车。

请参阅图1，在一具体的实施例当中，车辆制动冗余系统还包括第一单向阀110和第二单向阀900，第一单向阀110串接在电子制动控制单元400与制动轮缸之间的第一液压管路上，第二单向阀900串接在储能主体与制动轮缸之间的第二液压管路上。

在整车情况下，制动器总成单元300通过电子制动控制单元400提供主液压，制动卡钳总成中的摩擦片和制动盘通过摩擦产生制动力，实现刹车功能。当电子制动控制单元400失效时，主控单元ECU100通过紧急制动请求，打开储能单元200中的电子阀门600，使用高压气源500推动活塞700，使备份液压800产生压力，储能单元200的第二单向阀900打开，电子制动控制单元400的第一单向阀110处于关闭状态。备份液压800传递到制动器总成单元300的制动轮缸，实现紧急制动。

在一具体的实施例当中，在一次事故中，该高压气源500可以实现3次以上的紧急制动，提高备份制动的可靠性。

在一具体的实施例当中，电子制动控制单元400包括防抱死制动模块或车身电子稳定性控制模块。

在本实施例中，防抱死制动模块(Antilock Brake System，下称ABS模块)和车身电子稳定性控制模块(Electronic Stability Controller，下称ESC模块)均包括传感器组件(例如4个轮速传感器、方向盘转角传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器、制动主缸压力传感器)、电子控制器ECU和执行器，执行器包括传统制动系统(例如真空助力器、液压管路和制动器)、液压调节器。由此可知，ABS模块或ESC模块失效的原因包括传感器组件故障、电子控制器ECU故障和执行器故障中的一种或多种。

在接收到紧急制动请求时，主控单元ECU100首先判断监控ABS模块或ESC模块是否正常运行，若是，则按主制动策略进行车辆刹停；若否，则按备份制动策略进行车辆刹停，从而保证了ABS模块或ESC模块失效以后车辆的安全性能。

在一具体的实施例当中，主控单元ECU100还用于获取制动踏板的制动深度信号，并根据制动踏板的制动深度控制电子阀门600的开度，以使备份液压800在储能主体的输出端产生与电子阀门600的开度对应的压力；其中，制动踏板上配置有用于采集制动深度信号的角度传感器。

对应的，请参阅图3，在步骤S10在检测到电子制动控制单元300失效时，主控单元ECU100控制电子阀门600开启之前，车辆制动冗余方法还包括以下步骤：

S30、主控单元ECU100获取制动踏板的制动深度信号，并根据制动踏板的制动深度控制电子阀门600的开度，以使备份液压800在储能主体的输出端产生与电子阀门600的开度对应的压力；其中，制动踏板上配置有用于采集制动深度信号的角度传感器。

在本实施例中，用户还可以通过踩踏制动踏板实现车辆制动。具体的，制动踏板上配置有采集因制动踏板转动而产生的制动深度信号，制动踏板转动的角度越大，表明制动深度越深，用户的当前制动需求越紧急。主控单元ECU100在获取到制动深度信号后，根据当前制动踏板的制动深度控制储能单元200的电子阀门600的开度，产生不同的液压压力，从而输出不同制动力，满足客户的制动舒适性。

本发明实施例还提供一种车辆，包括：车体以及上述任意一个实施例中的车辆制动冗余系统，车辆制动冗余系统安装于车体。

在本实施例中，车辆制动冗余系统可根据实际安装需求安装在车体内。

综上，本发明实施例中的车辆制动冗余系统及其方法、车辆，通过新增储能单元200作为制动备份，主控单元ECU100能够在车辆制动系统的电子制动控制单元400失效的情况下，及时控制电子阀门600开启，使得储能单元200的高压气源500推动活塞700，进而使备份液压800通过第二液压管路注入制动轮缸，从而实现车辆刹停。因此，本发明在车辆制动系统的电子制动控制单元400失效情况下还可以作为自动紧急制动备份使用，同时还满足了L3和L4级别无人驾驶的安全备份以及无人驾驶安全备份的冗余要求。

可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

本发明中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种车辆制动冗余系统，其特征在于，包括：主控单元、储能单元和制动器总成单元；

所述储能单元包括储能主体以及设置在所述储能主体内的高压气源、电子阀门、活塞和备份液压，所述高压气源和所述备份液压由所述电子阀门和所述活塞间隔，所述储能主体的输出端与所述制动器总成单元相连接；

所述主控单元与所述电子阀门相连接，并用于在检测到车辆制动系统失效时，控制所述电子阀门开启，以使所述高压气源推动所述活塞，进而使所述备份液压通过所述储能主体的输出端向所述制动器总成单元提供制动力；

所述车辆制动系统包括电子制动控制单元，所述制动器总成单元包括制动轮缸；

所述电子制动控制单元通过第一液压管路与所述制动轮缸相连接；所述储能主体的输出端通过第二液压管路与所述制动轮缸相连接；所述主控单元还与所述电子制动控制单元相连接，所述检测到车辆制动系统失效具体为检测到所述电子制动控制单元失效；所述备份液压通过所述储能主体的输出端向所述制动器总成单元提供制动力具体为所述备份液压通过所述第二液压管路注入所述制动轮缸。

2.根据权利要求1所述的车辆制动冗余系统，其特征在于，所述高压气源包括高压氮气或高压氢气。

3.根据权利要求1所述的车辆制动冗余系统，其特征在于，所述制动器总成单元还包括制动盘和制动卡钳总成；所述制动盘通过轮毂轴承单元装配，并通过转向节联接到车辆上，所述制动卡钳总成通过所述转向节联接到所述车辆上；

在所述第二液压管路中的备份液压或所述第一液压管路中的主液压注入所述制动轮缸时，所述制动盘和所述制动卡钳总成形成摩擦副。

4.根据权利要求1所述的车辆制动冗余系统，其特征在于，所述车辆制动冗余系统还包括第一单向阀和第二单向阀，所述第一单向阀串接在所述电子制动控制单元与所述制动轮缸之间的第一液压管路上，所述第二单向阀串接在所述储能主体与所述制动轮缸之间的第二液压管路上。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的车辆制动冗余系统，其特征在于，所述主控单元还用于获取制动踏板的制动深度信号，并根据所述制动踏板的制动深度控制所述电子阀门的开度，以使所述备份液压在所述储能主体的输出端产生与所述电子阀门的开度对应的压力；其中，所述制动踏板上配置有用于采集所述制动深度信号的角度传感器。

6.一种车辆制动冗余方法，其特征在于，应用于如权利要求1至5中任意一项所述的车辆制动冗余系统，包括：

在检测到所述电子制动控制单元失效时，所述主控单元控制所述电子阀门开启，以使所述高压气源推动所述活塞，进而使所述备份液压通过所述第二液压管路注入所述制动轮缸。

7.根据权利要求6所述的车辆制动冗余方法，其特征在于，还包括：

在检测到所述电子制动控制单元未失效时，所述主控单元控制所述电子阀门关闭，所述电子制动控制单元通过所述第一液压管路将主液压注入所述制动轮缸。

8.根据权利要求6所述的车辆制动冗余方法，其特征在于，在所述在检测到所述电子制动控制单元失效时，所述主控单元控制所述电子阀门开启之前，还包括：

所述主控单元获取制动踏板的制动深度信号，并根据所述制动踏板的制动深度控制所述电子阀门的开度，以使所述备份液压在所述储能主体的输出端产生与所述电子阀门的开度对应的压力；其中，所述制动踏板上配置有用于采集所述制动深度信号的角度传感器。

9.一种车辆，其特征在于，包括：

车体；以及

如权利要求1至5任一项所述的车辆制动冗余系统，所述车辆制动冗余系统安装于所述车体。

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