CN114894494B - 一种线控制动硬件在环实验平台及应用 - Google Patents

Abstract

现有的硬件在环试验平台不能解决冗余线控制动产品硬件物理参数调试与动态响应参数特性测试的困扰，同时冗余线控制动产品研发成本与时间成本都比较高。本申请提供了一种线控制动硬件在环实验平台，包括依次连接的信息实时交互子平台、线控液压制动系统和电源系统，信息实时交互子平台与电源系统连接，信息实时交互子平台包括上位机和开发系统，线控液压制动系统包括相互连接的传感器子系统和制动执行子系统，传感器子系统与开发系统连接，制动执行子系统与开发系统连接。可以解决冗余线控制动产品硬件物理参数调试与动态响应参数特性测试的困扰，同时可降低冗余线控制动产品研发成本与时间成本。

Description

一种线控制动硬件在环实验平台及应用

技术领域

本申请属于车辆技术领域，特别是涉及一种线控制动硬件在环实验平台及应用。

背景技术

随着汽车智能化的发展，自动驾驶汽车开始走进大众视野，与此同时自动驾驶汽车的安全性也受到广泛关注。线控制动系统是自动驾驶汽车底盘的重要组成部分，也是自动驾驶汽车行车安全的重要保障。随着自动驾驶等级的不断提升，自动驾驶汽车要求线控制动系统具有高度安全性与可靠性，即当线控制动系统出现整体或部分组件失效时，线控制动系统仍然具有一定制动效能，实现自动驾驶汽车制动功能的安全可控，于是具有冗余功能的线控制动系统构型与产品应运而生，在一定程度上可满足高等级自动驾驶需求。但目前国内满足高等级自动驾驶的冗余线控制动系统研发产业链与控制技术尚未完全成熟，需要通过大量试验与仿真测试的方法对冗余线控制动产品进行功能测试与性能验证，以此确保制动功能的安全可靠。

现有的硬件在环试验平台不能解决冗余线控制动产品硬件物理参数调试与动态响应参数特性测试的困扰，同时冗余线控制动产品研发成本与时间成本都比较高。

发明内容

1.要解决的技术问题

基于现有的硬件在环试验平台不能解决冗余线控制动产品硬件物理参数调试与动态响应参数特性测试的困扰，同时冗余线控制动产品研发成本与时间成本都比较高的问题，本申请提供了一种线控制动硬件在环实验平台及应用。

2技术方案

为了达到上述的目的，本申请提供了一种线控制动硬件在环实验平台，包括依次连接的信息实时交互子平台、线控液压制动系统和电源系统，所述信息实时交互子平台与所述电源系统连接，所述信息实时交互子平台包括上位机和开发系统，所述上位机与所述开发系统进行数据交互，所述线控液压制动系统包括相互连接的传感器子系统和制动执行子系统，所述传感器子系统与所述开发系统连接，所述制动执行子系统与所述开发系统连接。

本申请提供的另一种实施方式为：所述制动执行子系统通过驱动电路与所述开发系统连接。

本申请提供的另一种实施方式为：所述制动执行子系统包括相互连接的建压模块和调压模块，所述建压模块包括依次连接的人力制动压力源、主制动压力源和冗余制动压力源，所述人力制动压力源与所述调压模块连接，所述主制动压力源与所述调压模块连接，所述冗余制动压力源与所述调压模块连接，所述调压模块与所述开发系统连接。

本申请提供的另一种实施方式为：所述人力制动压力源包括相互连接的人力制动主缸和制动踏板，所述主制动压力源包括制动主电机，所述冗余制动压力源包括制动冗余电机，所述调压模块包括轮缸和电磁阀；所述传感器子系统包括压力传感器、电流传感器、转速传感器和位移传感器，所述建压模块、所述压力传感器与所述调压模块依次连接，所述压力传感器设置于所述轮缸上，所述电流传感器设置于所述制动主电机上，所述电流传感器用于检测所述制动主电机控制电流，所述电流传感器设置于所述制动冗余电机上，所述电流传感器用于检测所述制动冗余电机控制电流，所述转速传感器设置于所述制动主电机上，所述转速传感器用于检测所述制动主电机转速，所述转速传感器设置于所述制动冗余电机上，所述转速传感器用于检测所述制动冗余电机转速，所述位移传感器设置于所述人力制动主缸上，所述位移传感器用于检测所述制动踏板位移信号。

本申请提供的另一种实施方式为：所述压力传感器为10个，所述轮缸为4个，每个所述轮缸上设置有2个所述压力传感器，所述人力制动压力源与所述主制动压力源连接点上设置有1个所述压力传感器，所述主制动压力源与冗余制动压力源连接点上设置有1个所述压力传感器；所述电流传感器为4个，所述制动主电机上设置有2个所述电流传感器，所述制动冗余电机上设置有2个所述电流传感器，所述转速传感器为4个，所述制动主电机上设置有2个所述转速传感器，所述制动冗余电机上设置有2个所述转速传感器，所述位移传感器为2个。

本申请提供的另一种实施方式为：所述电源系统包括电路，所述电路中设置有空气开关和普通开关。

本申请提供的另一种实施方式为：所述上位机中设置有动力学模型和控制模型。

本申请提供的另一种实施方式为：还包括台架，所述台架为3层，所述台架底部设置有万向轮。

本申请还提供一种对所述的线控制动硬件在环实验平台的应用，将所述线控制动硬件在环实验平台应用于自动驾驶汽车的智能线控制动产品的性能试验仿真测试。

本申请提供的另一种实施方式为：所述自动驾驶汽车的智能线控制动产品的性能试验仿真测试包括自适应巡航系统仿真试验、自动紧急制动仿真试验、车道保持系统仿真试验、制动防抱死系统仿真试验、牵引力制动系统仿真试验或者车身电子稳定控制系统仿真试验。

3.有益效果

与现有技术相比，本申请提供的线控制动硬件在环实验平台及应用的有益效果在于：

本申请提供的线控制动硬件在环实验平台，为一种面向自动驾驶车辆的冗余线控制动硬件在环实验平台。

本申请提供的线控制动硬件在环实验平台，针对具有冗余功能的线控制动系统设计硬件在环试验平台，是加快冗余线控制动产品研发进度、快速测试产品性能的有效手段。

本申请提供的线控制动硬件在环实验平台，利用硬件在环试验平台可以解决冗余线控制动产品硬件物理参数调试与动态响应参数特性测试的困扰，同时可降低冗余线控制动产品研发成本与时间成本。

本申请提供的线控制动硬件在环实验平台，可通过修正线控制动系统参数，实现对冗余线控制动产品的优化、检测以及性能评价等多方面功能。

本申请提供的线控制动硬件在环实验平台，实现了智能线控制动冗余集成控制系统的硬件在环，为智能线控制动冗余集成控制系统产品的物理组件开发提供有利条件，降低智能线控制动冗余集成控制系统的研发成本与研发周期。在进行硬件在环仿真分析时，所以外界条件均由计算机模拟实现，可实现多种路面复杂环境设置，提高线控制动试验参数动态调整的灵活性。

本申请提供的线控制动硬件在环实验平台的应用，针对高等级自动驾驶汽车的智能线控制动产品的性能试验仿真测试，可模拟线控制动系统主冗余制动系统失效时的系统切换工况，监测系统各目标控制参数响应，进而研究具有冗余功能的智能线控制动产品的切换响应特性。

附图说明

图1是本申请的线控制动硬件在环实验平台原理示意图；

图2是本申请的制动执行子系统示意图

图3是本申请的台架结构示意图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。

参见图1～3，本申请提供一种线控制动硬件在环实验平台，包括依次连接的信息实时交互子平台、线控液压制动系统和电源系统，所述信息实时交互子平台与所述电源系统连接，所述信息实时交互子平台包括上位机和开发系统，所述上位机与所述开发系统进行数据交互，所述线控液压制动系统包括相互连接的传感器子系统和制动执行子系统，所述传感器子系统与所述开发系统连接，所述制动执行子系统与所述开发系统连接。

上位机即包含能够在Windows系统下工作的车辆动力学仿真软件的计算机，车辆动力学仿真软件包括MATLAB/Simulink和CarSim。MATLAB/Simulink可以搭建线控制动系统电机、电磁阀等组件的控制算法；CarSim可以提供整车动力学模型，试验测试环境根据需要可在CarSim中配置，包括道路条件、天气状况、信号灯和建筑等信息。

开发系统为Speedgoat公司产品，可用于硬件在环试验和快速控制原型试验。该开发系统提供了IO接口，可用于实现仿真模型与ECU实物的信号交互。开发系统功能是运行上位机控制模型，将控制信号发送至控制组件控制器，并将线控制动系统组件参数传回至上位机。具有数据采集、运行控制算法与控制功能的多功能开发系统具体性能参数组成如下：4.2GHz高性能实时目标机，Intel i74.2GHz 4核CPU，4个PCIe，3个PCI I/O板卡安装槽，2路Ethernet端口，1路RSBCB，IO133板卡，16路模拟输入，8路单端模拟输出，14路TTL I/O线，IO306板卡，64路TTL I/O线，IO612板卡，4路高速CAN端口，具有4*PWM out的FPGA板卡位流文件。

电源系统由电池组、多组输出直流电源供应器、220V交流电、电源电缆等组成。电源系统功能是向线控制动试验台所有电子元件供电，包括上位机、开发系统、传感器、电磁阀、电机等，同时电路中还安装设计了空气开关、普通开关等安全组件，防止误操作导致触电事故，保护人身和财产安全。

面向自动驾驶车辆的冗余线控制动硬件在环实验平台试验测试简化流程如下：

A)设计测试方案：首先确定测试目标，然后根据测试目标设计对应的测试方案，建立测试目标的评价参数指标。

B)测试准备：基于Matlab/Simulink、Carsim仿真测试软件，搭建硬件在环试验测试所需的动力学模型与控制模型，然后配置上位机与数据采集控制开发系统等软硬件的接口。将动力学模型与控制模型进行编译并生成可执行文件，最后将可执行文件下载至开发系统中。

C)测试试验操作：打开制动执行子系统、传感器子系统(电机、电磁阀、传感器)的电源开关，确保系统可正常工作后，按照试验方案步骤进行试验。

D)测试结果分析：每完成一组次的试验后，保存试验过程中采集到的试验数据。按照试验方案完成试验测试后，收集所有实验数据，并对数据进行分析处理，根据第一步建立的评价参数指标对试验结果进行分析。

E)改进与优化：根据测试结果的分析结论对试验进行相应的改进和优化，必要情况下重新测试。

本申请中的线控制动硬件在环实验平台确保试验台具有良好的实时性，不仅能够满足常规工况下的整车动力学模型，控制算法、传感器子系统、线控液压制动系统间的数据交互，并能通过仿真分析等方法对高速开关电磁阀响应特性和制动轮缸增减压的动态响应特性分析，还能实现在线控制动系统失效时的响应特性与动态控制试验。试验台可实现主动快速建压、精确控压，10MPa主动快速建压时间小于170ms，压力控制精度小于0.1MPa。

进一步地，所述制动执行子系统通过驱动电路与所述开发系统连接。驱动电路是制动电机、电磁阀的驱动电路。由于电机、电磁阀等控制组件相对于开发系统输出的控制信号功率较大，开发系统输出功率无法与之匹配，故需配备相应的电机、电磁阀驱动电路。开发系统将利用控制算法计算得到的控制信号发送至驱动电路，驱动电路根据内置电路将控制信号功率放大，控制制动电机、电磁阀按控制算法工作，从而实现对电机、电磁阀的控制。

进一步地，所述制动执行子系统包括相互连接的建压模块1和调压模块2，所述建压模块1包括依次连接的人力制动压力源3、主制动压力源4和冗余制动压力源5，所述人力制动压力源3与所述调压模块2连接，所述主制动压力源4与所述调压模块2连接，所述冗余制动压力源5与所述调压模块2连接，所述调压模块2与所述开发系统连接。

进一步地，所述人力制动压力源3包括相互连接的人力制动主缸10和制动踏板9，所述主制动压力源4包括制动主电机11，所述冗余制动压力源5包括制动冗余电机13，所述调压模块2包括轮缸和电磁阀；所述传感器子系统包括压力传感器、电流传感器、转速传感器和位移传感器，所述建压模块1、所述压力传感器与所述调压模块2依次连接，所述压力传感器设置于所述轮缸上，所述电流传感器设置于所述制动主电机11上，所述电流传感器用于检测所述制动主电机11控制电流，所述电流传感器设置于所述制动冗余电机13上，所述电流传感器用于检测所述制动冗余电机13控制电流，所述转速传感器设置于所述制动主电机11上，所述转速传感器用于检测所述制动主电机11转速，所述转速传感器设置于所述制动冗余电机13上，所述转速传感器用于检测所述制动冗余电机13转速，所述位移传感器设置于所述人力制动主缸10上，所述位移传感器用于检测所述制动踏板9位移信号。

进一步地，所述压力传感器为10个，所述轮缸为4个，每个所述轮缸上设置有2个所述压力传感器，所述人力制动压力源与所述主制动压力源连接点上设置有1个所述压力传感器，可测量右前轮和左后轮所在支路的进液阀前支路液压。所述主制动压力源4与冗余制动压力源5连接点上设置有1个所述压力传感器，可测量右后轮和左前轮所在支路的进液阀前支路压力；所述电流传感器为4个，所述制动主电机11上设置有2个所述电流传感器，所述制动冗余电机13上设置有2个所述电流传感器，所述转速传感器为4个，所述制动主电机11上设置有2个所述转速传感器，所述制动冗余电机13上设置有2个所述转速传感器，所述位移传感器为2个。

本申请中的“A、B、C......”等字母只是为了区别标号，各个部件结构和用途和字母无关。

其中主制动压力源4包括油杯15、制动主缸16、制动主电机11、传动机构A12、隔离阀A17，隔离阀B18，转速传感器A19，转速传感器B20，电流传感器A21，电流传感器B22；冗余制动压力源5包括油杯15、制动副主缸23、制动冗余电机13、传动机构B14、隔离阀C24、隔离阀D25，转速传感器C26，转速传感器D27，电流传感器C28，电流传感器D29；人力制动压力源3包括制动踏板9、人力制动主缸10、隔离阀E30、常开电磁阀31、单向阀32、位移传感器A33、位移传感器B34、踏板感觉模拟器35。其中制动主缸16、制动副主缸23以及人力制动主缸10均为双腔制动主缸；制动主电机11和制动冗余电机13均为24V直流电机；传动机构A12和传动机构B14由蜗轮蜗杆和齿轮齿条组成；隔离阀A17、隔离阀B18、隔离阀C24、隔离阀D25以及隔离阀E30均为常闭型电磁阀。制动执行子系统主制动压力源4为线控制动系统正常模式下的主制动压力源4，冗余制动压力源5作为线控制动系统主制动压力源4失效时的冗余制动压力源5，人力制动压力源3是线控制动系统电控制动系统失效时的冗余备份压力源，同时单向阀32和常闭电磁阀并联，与踏板感觉模拟器35串联在一起，给驾驶员提供踏板感觉。制动系统压力源的功能是实现制动执行子系统的主动快速建压，保证线控制动系统压力的快速响应。

调压模块2包括进液阀A36、进液阀B37、进液阀C38、进液阀D39、出液阀A40、出液阀B41、出液阀C42、出液阀D43、右前制动轮缸、左前制动轮缸、右后制动轮缸、左后制动轮缸、右前制动夹紧机构、左前制动夹紧机构、右后制动夹紧机构、左后制动夹紧机构、右前制动盘、左前制动盘、右后制动盘、左后制动盘、压力传感器A44、压力传感器B45、压力传感器C46、压力传感器D47、压力传感器E48、压力传感器F49、压力传感器G50、压力传感器H51。其中进液阀A36、进液阀B37、进液阀C38、进液阀D39均为常开型电磁阀，出液阀A40、出液阀B41、出液阀C42、出液阀D43均为常关型电磁阀，调压模块2功能是在开发系统的控制下，按控制算法调节电磁阀开启和关闭，使四个制动轮缸制动压力大小跟随目标压力变化，实现轮缸压力的精确控制，从而驱动制动器夹紧机构夹持制动盘产生制动力，满足线控制动系统制动力需求。

线控制动系统主动建压过程：线控制动系统根据自动驾驶发送的车速、转角信号与实际质心侧偏角、实际横摆角速度、实际车速信号，计算车轮的目标制动压力，并将目标制动压力信号发送给执行作动控制器。执行作动控制器根据目标制动压力与传感器测得的实际轮缸压力信号，计算电机控制信号和电磁阀控制信号，并发送给制动电机与电磁阀。制动电机根据控制信号进行转动，将转速、扭矩传递给传动机构，传动机构将电机转速与扭矩转换成位移与推力传递给制动主缸。制动主缸推杆受到外力移动，主缸内部活塞与推杆为一体，进而活塞压缩双腔内油液，油液受到压缩，通过液压管路将压力进行传递。传递过程中，在控制信号的作用下，电磁阀打开，油液经过电磁阀内部流道，到达4个制动器的制动轮缸。制动轮缸在油液压力的作用下产生位移，推动推杆运动，使制动器夹紧机构夹紧制动盘，通过夹紧机构与制动盘的摩擦作用，使车轮受到制动器制动力的作用。

线控制动系统主动减压过程：线控制动系统根据自动驾驶发送的车速、转角信号与实际质心侧偏角、实际横摆角速度、实际车速信号，计算车轮的目标制动压力，并将目标制动压力信号发送给执行作动控制器。执行作动控制器根据目标制动压力与传感器测得的实际轮缸压力信号，计算电机控制信号和电磁阀控制信号，并发送给制动电机与电磁阀。此时轮缸压力需减小，则关闭制动轮缸的进液阀，打开制动轮缸的出液阀，使压力油流回油杯15。

轮缸压力传感器实时监测轮缸压力，控制系统根据预设控制压力阈值，控制制动电机与电磁阀工作，在制动电机和电磁阀的配合下，使轮缸制动力跟随目标压力变化，实现线控制动系统的预期控制。

线控制动系统组件失效时的工作过程：当线控制动系统发生失效故障时，线控制动冗余集成控制系统的容错重构控制器通过判断系统失效形式，对失效形式进行失效模式分类，根据失效模式分类选择相应的容错重构控制策略，在不同容错重构控制策略的控制下，保障自动驾驶车辆的制动力控制。例如制动主电机失效时，容错重构控制器根据故障检测算法检测到主电机失效，容错重构控制器根据预设容错重构策略，主动切换到制动冗余电机并控制其转动，同时关闭主制动系统的隔离阀A17、隔离阀B18，打开冗余系统的隔离阀C24、隔离阀D25。然后控制制动轮缸的进液阀和出液阀的开启和关闭，实现主制动电机失效情况下的轮缸制动压力控制。通过该试验台构型的冗余备份，可以试验测试冗余线控制动产品的容错重构控制算法的控制性能，评价控制算法的控制品质。

进一步地，还包括台架，所述台架为3层，所述台架底部设置有万向轮。台架由铝型材搭建而成，配合直角连接件、螺栓螺母等连接件，搭建台架整体架构。在台架最底层8安装6个万向轮，便于线控制动试验台的移动与放置。

本申请还提供一种对所述的线控制动硬件在环实验平台的应用，将所述线控制动硬件在环实验平台应用于自动驾驶汽车的智能线控制动产品的性能试验仿真测试。

进一步地，所述自动驾驶汽车的智能线控制动产品的性能试验仿真测试包括自适应巡航系统仿真试验、自动紧急制动仿真试验、车道保持系统仿真试验、制动防抱死系统仿真试验、牵引力制动系统仿真试验或者车身电子稳定控制系统仿真试验。

本申请所述的面向自动驾驶车辆的冗余线控制动硬件在环实验平台能够用于智能线控制动冗余集成控制系统执行作动机构、控制器及ECU硬件的开发测试，利用该硬件在环试验平台，可对不同控制算法以及不同制动工况下的高速开关电磁阀动态响应特性和轮缸压力动态响应特性进行研究。

本申请所述的面向自动驾驶车辆的冗余线控制动硬件在环实验平台不仅可以验证集成控制算法、执行机构控制算法、调压响应特性和轮缸压力动态响应特性，还可实时修正控制参数进行控制参数优化，实现对集成控制算法控制参数、高速开关电磁阀、制动电机等执行机构的控制参数优化。

本申请所述的面向自动驾驶车辆的冗余线控制动硬件在环实验平台可用于ACC/AEB/LKA/ABS/TCS/ESC等常规工况的仿真试验，其可精确测量线控制动系统液压管路油液压力及流量，从而实现制动轮缸压力的快速调节，使其快速建压10MPa建压时间小于170ms；压力控制精度小于0.1MPa。

针对具有冗余功能的线控制动产品，设计面向自动驾驶车辆的冗余线控制动产品控制性能测试的硬件在环实验台，加快冗余线控制动产品研发进度与快速测试产品性能。

实施例

本申请采用了MATLAB/Simulink建立制动电机、电磁阀控制算法模型、Carsim整车模型，采用基于MATLAB/Simulink的Speedgoat公司的开发系统接收、传递和处理传感器信号和制动电机、电磁阀控制信号。面向自动驾驶车辆的冗余线控制动硬件在环实验平台包括信息实时交互子平台和线控液压制动系统。冗余线控液压制动系统包括试验台台架、传感器子系统(包含于制动执行子系统内)、驱动电路、制动执行子系统。

面向自动驾驶车辆的冗余线控制动硬件在环实验平台组件采用如下连接与安装形式：

面向自动驾驶车辆的冗余线控制动硬件在环实验平台分信息实时交互子平台和线控液压制动系统。其中信息交互平台的上位机含有主机箱、显示屏，需设置专门固定设备，考虑到试验人员试验时操作上位机所需空间，将上位机安置于试验台架侧面，便于上位机与开发系统线路连接以及试验人员检查测试试验台其他组件状态即可。信息交互实时平台的开发系统与冗余线控液压制动系统全部安装于试验台架上，试验台架分为三层，最底层8安装线控液压制动系统组件，包括建压模块1、调压模块2。中层7安置开发系统、驱动电路、电源系统。顶层6安置剩余其他组件。

试验台架为长方体形阶梯框架，台架分为上、中、下三层安装层以及最底层8的支架层，安装层由上到下面积依次增加，为便于安装、接线以及调试等工作，试验台架架构设计如下：

支架层由2根长纵梁、2根横向量、10根垂向梁以及6个万向轮组成，各型材通过直角连接件、螺栓螺母配合搭建而成。

所述的支架层包含支架层第一横向梁、支架层第二横向梁、支架层第一纵向梁、支架层第二纵向梁、支架层第三纵向梁、支架层第四纵向梁、支架层第一垂向梁、支架层第二垂向梁、支架层第三垂向梁、支架层第四垂向梁、支架层第五垂向梁、支架层第六垂向梁、支架层第一安装制动盘垂向梁、支架层第二安装制动盘垂向梁、支架层第三安装制动盘垂向梁、支架层第四安装制动盘垂向梁、支架层第一安装制动盘横向梁、支架层第二安装制动盘横向梁以及六个万向轮组成；

所述的下层安装层包含下层安装层第一横向梁、下层安装层第二横向梁、下层安装层第三横向梁、下层安装层第一纵向梁、下层安装层第二纵向梁、下层安装层第三纵向梁、下层安装层第四纵向梁、下层安装层第五纵向梁、下层安装层第六纵向梁、下层安装层第七纵向梁、下层安装层第八纵向梁组成；

所述中层安装层包含中层安装层第一横向梁、中层安装层第二横向梁、中层安装层第一纵向梁、中层安装层第二纵向梁、中层安装层第一垂向梁、中层安装层第二垂向梁、中层安装层第三垂向梁、中层安装层第四垂向梁、中层安装层铝板组成；

所述上层安装层包含上层安装层第一横向梁、上层安装层第二横向梁、上层安装层第一纵向梁、上层安装层第二纵向梁、上层安装层第一垂向梁、上层安装层第二垂向梁、上层安装层铝板组成；

所述支架层第一横向梁的左右两端和支架层第一垂向梁、支架层第六垂向梁的下端采用螺栓连接，支架层第二横向梁的左右两端和支架层第三垂向梁、支架层第四垂向梁的下端采用螺栓连接，支架层第一纵向梁的前后两端和支架层第二垂向梁、支架层第一垂向梁的下端采用螺栓连接，支架层第一纵向梁前后之间和支架层第一安装制动盘垂向梁下端采用螺栓连接，支架层第二纵向梁的前后两端和支架层第三垂向梁、支架层第二垂向梁的下端采用螺栓连接，支架层第二纵向梁前后之间和支架层第二安装制动盘垂向梁下端采用螺栓连接，支架层第三纵向梁的前后两端和支架层第四垂向梁、支架层第五垂向梁的下端采用螺栓连接，支架层第三纵向梁前后之间和支架层第三安装制动盘垂向梁下端采用螺栓连接，支架层第四纵向梁的前后两端和支架层第五垂向梁、支架层第六垂向梁的下端采用螺栓连接，支架层第四纵向梁前后之间和支架层第四安装制动盘垂向梁下端采用螺栓连接，支架层第一垂向梁下端和万向节采用螺栓连接，支架层第二垂向梁下端和万向节采用螺栓连接，支架层第三垂向梁下端和万向节采用螺栓连接，支架层第四垂向梁下端和万向节采用螺栓连接，支架层第一安装制动盘横向梁和支架层第一安装制动盘垂向梁的左侧、支架层第四安装制动盘垂向梁的右侧采用螺栓连接，支架层第二安装制动盘横向梁和支架层第二安装制动盘垂向梁的左侧、支架层第三安装制动盘垂向梁的右侧采用螺栓连接；

所述下层安装层第一横向梁的左右两端和下层安装层第一纵向梁的右侧、下层安装层第二纵向梁的左侧采用螺栓连接，下层安装层第二横向梁的左右两端和下层安装层第一纵向梁的右侧、下层安装层第二纵向梁的左侧采用螺栓连接，下层安装层第三横向梁的左右两端和下层安装层第一纵向梁的右侧、下层安装层第二纵向梁的左侧采用螺栓连接，下层安装层第一纵向梁和支架层第一垂向梁、支架层第二垂向梁、支架层第三垂向梁、支架层第一安装制动盘垂向梁、支架层第二安装制动盘垂向梁的上端采用螺栓连接，下层安装层第二纵向梁和支架层第四垂向梁、支架层第五垂向梁、支架层第六垂向梁、支架层第三安装制动盘垂向梁、支架层第四安装制动盘垂向梁的上端采用螺栓连接，下层安装层第三纵向梁的前后两端和下层安装层第三横向梁的前侧、下层安装层第四横向梁的后侧采用螺栓连接，下层安装层第四纵向梁的前后两端和下层安装层第三横向梁的前侧、下层安装层第四横向梁的后侧采用螺栓连接，下层安装层第五纵向梁的前后两端和下层安装层第三横向梁的前侧、下层安装层第四横向梁的后侧采用螺栓连接，下层安装层第六纵向梁的前后两端和下层安装层第三横向梁的前侧、下层安装层第四横向梁的后侧采用螺栓连接，下层安装层第七纵向梁的前后两端和下层安装层第二横向梁的前侧、下层安装层第三横向梁的后侧采用螺栓连接，下层安装层第八纵向梁的前后两端和下层安装层第二横向梁的前侧、下层安装层第三横向梁的后侧采用螺栓连接；

所述中层安装层第一横向梁的左右两端和中层安装层第一垂向梁的右侧、中层安装层第四垂向梁的左侧采用螺栓连接，中层安装层第二横向梁的左右两端和中层安装层第二垂向梁的右侧、中层安装层第三垂向梁的左侧采用螺栓连接，中层安装层第一纵向梁前后两端和中层安装层第一垂向梁的前侧、中层安装层第二垂向梁的后侧采用螺栓连接，中层安装层第二纵向梁前后两端和中层安装层第三垂向梁的前侧、中层安装层第四垂向梁后侧采用螺栓连接，中层安装层铝板和中层安装层第一横向梁、中层安装层第二横向梁的上方采用螺栓连接；

所述上层安装层第一横向梁的左右两端和上层安装层第一垂向梁的右侧、上层安装层第二垂向梁的左侧采用螺栓连接，上层安装层第二横向梁的左右两端和中层安装层第二垂向梁的右侧、中层安装层第三垂向梁的左侧采用螺栓连接，上层安装层第一纵向梁的前后两端和上层安装层第一垂向梁的前侧、中层安装层第二垂向梁的后侧采用螺栓连接，上层安装层第二纵向梁的前后两端和上层安装层第二垂向梁的前侧、中层安装层第三垂向梁的后侧采用螺栓连接，上层安装层铝板和上层安装层第一横向梁、上层安装层第二横向梁的上侧采用螺栓连接。

所述左前轮缸和下层安装层第一纵向梁前侧的上侧采用三角形转角连接件通过螺栓连接，左前制动盘和支架层第二安装制动盘横向梁左端的上侧采用三角形转角连接件通过螺栓连接，右前轮缸和下层安装层第二纵向梁前侧的上侧采用三角形转角连接件通过螺栓连接，右前制动盘和支架层第二安装制动盘横向梁右端的上侧采用三角形转角连接件通过螺栓连接，左后轮缸和下层安装层第一纵向梁后侧的上侧采用三角形转角连接件通过螺栓连接，左后制动盘和支架层第一安装制动盘横向梁左端的上侧采用三角形转角连接件通过螺栓连接，右后轮缸和下层安装层第二纵向梁后侧的上侧采用三角形转角连接件通过螺栓连接，左后制动盘和支架层第二安装制动盘横向梁右端的上侧采用三角形转角连接件通过螺栓连接；

所述主电机和下层安装层第三纵向梁、下层安装层第三纵向梁的上侧采用螺栓连接，副电机和下层安装层第五纵向梁、下层安装层第六纵向梁的上侧采用螺栓连接，阀体和下层安装层第七纵向梁、下层安装层第八纵向梁的上侧采用螺栓连接；

所述中层安装层铝板上侧放置开发系统、电机驱动电源、电机驱动器、电磁阀供电电源、电磁阀驱动板等；

所述中层安装层铝板上侧放置开发系统和中层安装层铝板上侧放置电机驱动器、中层安装层铝板上侧放置电磁阀驱动板、下层安装层各压力传感器通过电线连接，中层安装层铝板上侧放置电机驱动电源和中层安装层上侧放置电机驱动器通过电线连接，中层安装层铝板上侧放置电机驱动器和下层安装层电机通过电线连接，中层安装层铝板上侧放置电磁阀供电电源和中层安装层铝板上侧放置电磁阀驱动板通过电线连接，中层安装层铝板上侧放置电磁阀驱动板和下层安装层电磁阀通过电线连接；

所述上层安装层铝板上侧放置上位机，包括鼠标、键盘、显示屏、主机箱等；

所述上层安装层铝板上侧放置主机箱和鼠标、键盘、显示屏通过电线连接，上层安装层铝板上侧放置机箱和中层安装层铝板上侧放置开发系统通过电线连接。

上位机与开发系统通过网线进行数据信息交互，电源系统使用配套电缆对上位机与开发系统分别进行电源供给。开发系统通过数据总线与接线板连接，接线板通过信号线分别与主冗电机、隔离阀、进液阀、出液阀的驱动板控制信号线以及压力传感器、电流传感器、转速传感器、位移传感器的信号线连接。

电源系统由电池组、多组输出直流电源供应器进行统一供电，其中电池组电压输出端通过电源线与主冗电机供电接口连接；多组输出直流电源供应器电压输出端与进液阀、出液阀、隔离阀的驱动电路供电接口、压力传感器、电流传感器、转速传感器、位移传感器通过电源线与其供电端连接。

制动执行子系统建压模块1的制动主电机通过螺栓螺母配合与传动机构A12连接，制动主电机输出轴与传动机构A12内的蜗杆配合，使蜗杆产生与制动主电机相同的转速与方向，并将扭矩传递给蜗杆，蜗杆与涡轮配合，涡轮与齿轮配合，齿轮再与齿条配合。电机扭矩经过蜗轮、蜗杆、齿轮、齿条将转速、扭矩转换成位移与推力最终传递给齿条，齿条与制动主缸16配合，将轴向位移输出至制动主缸16输入端。制动主缸16通过螺栓螺母与传动机构A12壳体连接，传动机构A12通过螺栓螺母安装在试验台架的铝型材最底层8。制动执行子系统建压模块1的制动冗余电机通过螺栓螺母配合与传动机构B14连接，制动冗余电机输出轴与传动机构B14内的蜗杆配合，使蜗杆产生与制动冗余电机相同的转速与方向，并将扭矩传递给蜗杆，蜗杆与涡轮配合，涡轮与齿轮配合，齿轮再与齿条配合。电机扭矩经过蜗轮、蜗杆、齿轮、齿条将转速、扭矩转换成位移与推力最终传递给齿条，齿条与制动副主缸23配合，将轴向位移输出至制动副主缸23输入端。制动副主缸23通过螺栓螺母与传动机构B14壳体连接，传动机构B14通过螺栓螺母安装在试验台架的铝型材最底层8，与冗余制动压力源5对称布置。

制动主缸16包括缸体外壳、第一活塞、第一工作腔、第一复位弹簧、第二活塞、第二工作腔和第二复位弹簧。其中制动主缸缸体内的第一工作腔和第二工作腔互不连通。从外力输入端依次分别安装有第一活塞和第二活塞，第一活塞和第二活塞之间设置有第一复位弹簧，第一活塞和第二活塞之间形成为密闭的第一工作腔，第二活塞与缸体之间设置有第二复位弹簧，第二活塞与缸体之间形成为第二工作腔。同时在第一工作腔和第二工作腔分别加工有进液口A、进液口B和出液口A、出液口B，进液口A和进液口B与油杯15相通，出液口互不相通，工作时油杯15内油液充满第一工作腔和第二工作腔，在第一活塞、第二活塞运动时对油液施加压力，从出液口A、出液口B输出压力油。

制动副主缸23包括缸体外壳、第一活塞、第一工作腔、第一复位弹簧、第二活塞、第二工作腔和第二复位弹簧。其中制动副主缸23缸体内的第一工作腔和第二工作腔互不连通。从外力输入端依次分别安装有第一活塞和第二活塞，第一活塞和第二活塞之间设置有第一复位弹簧，第一活塞和第二活塞之间形成为密闭的第一工作腔，第二活塞与缸体之间设置有第二复位弹簧，第二活塞与缸体之间形成为第二工作腔。同时在第一工作腔和第二工作腔分别加工有进液口A、进液口B和出液口A、出液口B，进液口A和进液口B与油杯15相通，出液口互不相通，工作时油杯15内油液充满第一工作腔和第二工作腔，在第一活塞、第二活塞运动时对油液施加压力，从出液口A、出液口B输出压力油。

人力制动主缸10包括缸体外壳、第一活塞、第一工作腔、第一复位弹簧、第二活塞、第二工作腔和第二复位弹簧。其中人力制动主缸缸体内的第一工作腔和第二工作腔互不连通。从外力输入端依次分别安装有第一活塞和第二活塞，第一活塞和第二活塞之间设置有第一复位弹簧，第一活塞和第二活塞之间形成为密闭的第一工作腔，第二活塞与缸体之间设置有第二复位弹簧，第二活塞与缸体之间形成为第二工作腔。同时在第一工作腔和第二工作腔分别加工有进液口A、进液口B和出液口A、出液口B，进液口A和进液口B与油杯15相通，出液口互不相通，工作时油杯15内油液充满第一工作腔和第二工作腔，在第一活塞、第二活塞运动时对油液施加压力，从出液口A、出液口B输出压力油。

制动主缸16第一工作腔和第二工作腔分别对应第一压力油路、第二压力油路，制动副主缸23第一工作腔和第二工作腔分别对应第三压力油路、第四压力油路，人力制动主缸第一工作腔和第二工作腔分别对应第五压力油路、第六压力油路。其中第一压力油路、第二压力油路、第三压力油路、第四压力油路、第五压力油路、第六压力油路分别安装有隔离阀A17、隔离阀B18、隔离阀C24、隔离阀D25、隔离阀E30以及常开电磁阀31。人力制动压力源3的隔离阀E30并联了单向阀32，二者并联后交汇为一路连接至踏板感觉模拟器35。

第一压力油路、第三压力油路以及第六压力油路交汇为同一油路，为第七压力油路。第二压力油路和第四压力油路交汇为同一油路，为第八压力油路。第七压力油路分别与进液阀A36、进液阀B37连接，形成并联油路，即第九压力油路、第十压力油路。第八压力油路分别与进液阀C38、进液阀D39连接，形成并联油路，即第十一压力油路、第十二压力油路。第九压力油路、第十压力油路、第十一压力油路、第十二压力油路分别连接至右前制动轮缸、左后制动轮缸、左前制动轮缸、右后制动轮缸。

出液阀A40、出液阀B41、出液阀C42、出液阀D43的输入端分别形成第十三压力油路、第十四压力油路、第十五压力油路、第十六压力油路，分别与第九压力油路、第十压力油路、第十一压力油路、第十二压力油路接入右前制动轮缸、左后制动轮缸、左前制动轮缸、右后制动轮缸。出液阀A40、出液阀B41、出液阀C42、出液阀D43的输出端交汇为一路，即第十七压力油路，第十七压力油路最终连接至油杯15。

为降低液压油路在制动执行子系统布置的复杂程度，分别将隔离阀A17、隔离阀B18、隔离阀C24、隔离阀D25、隔离阀E30、常开电磁阀31、单向阀32安装于阀块A。进液阀A36、进液阀B37、进液阀C38、进液阀D39、出液阀A40、出液阀B41、出液阀C42、出液阀D43、所述人力制动压力源与所述主制动压力源连接点上设置的所述压力传感器、所述主制动压力源4与冗余制动压力源5连接点上设置的所述压力传感器安装于阀块B。

阀块A加工有六个进液口，即第一进液螺纹孔、第二进液螺纹孔、第三进液螺纹孔、第四进液螺纹孔、第五进液螺纹孔、第六进液螺纹孔，分别与第一压力油路、第二压力油路、第三压力油路、第四压力油路、第五压力油路、第六压力油路输出端通过螺纹连接，第一压力油路、第二压力油路、第三压力油路、第四压力油路、第五压力油路、第六压力油路输入端分别连接至六个出液口，即第一出液螺纹孔、第二出液螺纹孔、第三出液螺纹孔、第四出液螺纹孔、第五进液螺纹孔、第六进液螺纹孔，分别与制动主缸第一工作腔和第二工作腔，制动副主缸23第一工作腔和第二工作腔，人力制动主缸第一工作腔和第二工作腔通过制动硬管已螺纹形式连接。阀块A加工有三个出液口，即第一出液螺纹孔、第二出液螺纹孔、第三出液螺纹孔。第一出液螺纹孔、第二出液螺纹孔分别与阀块B的进液孔连接，第三出液螺纹孔与踏板感觉模拟器35连接。

阀块B加工有两个进液口，五个出液口，即第一进液螺纹孔、第二进液螺纹孔、第一出液螺纹孔、第二出液螺纹孔、第三出液螺纹孔、第四出液螺纹孔、第五出液螺纹孔，第一进液螺纹孔、第二进液螺纹孔分别通过制动硬管与阀块A的第一出液螺纹孔、第二出液螺纹孔以螺纹形式连接。第一出液螺纹孔、第二出液螺纹孔、第三出液螺纹孔、第四出液螺纹孔分别通过制动软管与右前制动轮缸、左后制动轮缸、左前制动轮缸、右后制动轮缸连接。第五出液螺纹孔通过硬管与油杯15以螺纹形式连接。

面向自动驾驶车辆的冗余线控制动硬件在环实验平台工作原理如下：

线控制动系统主动建压过程：线控制动系统根据自动驾驶发送的车速、转角信号与实际质心侧偏角、实际横摆角速度、实际车速信号，计算车轮的目标制动压力，并将目标制动压力信号发送给执行作动控制器。执行作动控制器根据目标制动压力与传感器测得的实际轮缸压力信号，计算电机控制信号和电磁阀控制信号，并发送给制动电机与电磁阀。制动电机根据控制信号进行转动，将转速、扭矩传递给传动机构，传动机构将电机转速与扭矩转换成位移与推力传递给制动主缸。制动主缸推杆受到外力移动，主缸内部活塞与推杆为一体，进而活塞压缩双腔内油液，油液受到压缩，通过液压管路将压力进行传递。传递过程中，在控制信号的作用下，电磁阀打开，油液经过电磁阀内部流道，到达4个制动器的制动轮缸。制动轮缸在油液压力的作用下产生位移，推动推杆运动，使制动器夹紧机构夹紧制动盘，通过夹紧机构与制动盘的摩擦作用，使车轮受到制动器制动力的作用。

线控制动系统主动减压过程：线控制动系统根据自动驾驶发送的车速、转角信号与实际质心侧偏角、实际横摆角速度、实际车速信号，计算车轮的目标制动压力，并将目标制动压力信号发送给执行作动控制器。执行作动控制器根据目标制动压力与传感器测得的实际轮缸压力信号，计算电机控制信号和电磁阀控制信号，并发送给制动电机与电磁阀。此时轮缸压力需减小，则关闭制动轮缸的进液阀，打开制动轮缸的出液阀，使压力油流回油杯15。

轮缸压力传感器实时监测轮缸压力，控制系统根据预设控制压力阈值，控制制动电机与电磁阀工作，在制动电机和电磁阀的配合下，使轮缸制动力跟随目标压力变化，实现线控制动系统压力的预期控制。

线控制动系统组件失效种类繁多，此处不一一列举，主要以制动电机失效、制动轮缸进液阀失效、制动轮缸出液阀失效、制动管路泄漏、制动轮缸失效为例进行工作过程说明：

①制动电机失效(以制动主电机时效为例)

制动主电机失效时，容错重构控制器根据故障检测算法检测到制动主电机失效，容错重构控制器根据预设容错重构策略，主动切换到制动冗余电机并控制其转动，同时关闭主制动系统的隔离阀A17、隔离阀B18，打开冗余系统的隔离阀C24、隔离阀D25。通过压力传感器监测制动轮缸压力，然后控制制动轮缸的进液阀和出液阀的开启和关闭，使其跟随目标压力变化，实现制动主电机失效情况下的线控制动系统制动压力控制。

②制动轮缸进液阀失效(以右前制动轮缸进液阀失效为例)

右前制动轮缸进液阀失效时，容错重构控制器根据故障检测算法检测到右前制动轮缸进液阀失效，无法开启，使得右前制动轮缸无法增压。容错重构控制器根据预设容错重构策略，开启右前制动轮缸出液阀A40，使右前制动轮缸制动压力为0，同时根据制动力重构策略，由四轮制动改为三轮制动控制模式，根据制动力分配算法调节剩余三轮制动力大小，满足其总制动力需求，同时根据减小横摆角速度。

③制动轮缸出液阀失效(以右前制动轮缸出液阀失效为例)

右前制动轮缸出液阀失效时，容错重构控制器根据故障检测算法检测到右前制动轮缸出液阀失效，无法关闭，使得右前制动轮缸无法增压或减压。容错重构控制器根据预设容错重构策略，关闭右前制动轮缸进液阀36，同时根据制动力重构策略，由四轮制动改为三轮制动控制模式，根据制动力分配算法调节剩余三轮制动力大小，满足其总制动力需求，同时根据减小横摆角速度。

④制动管路泄漏(以右前与左后制动轮缸所在液压管路泄漏为例)

右前与左后制动轮缸所在液压管路泄漏时，容错重构控制器根据故障检测算法检测到液压管路压力降低、而进液阀、出液阀以及制动轮缸均正常工作，则判断为制动管路泄漏。容错重构控制器根据预设容错重构策略，关闭右前和左后制动轮缸所在液压管路的隔离阀A17，进液阀A36、进液阀B37。同时根据制动力重构策略，由四轮制动改为两轮制动控制模式，根据制动力分配算法调节剩余两轮制动力大小，满足其总制动力需求，同时根据减小横摆角速度。

⑤制动轮缸失效(以右前制动轮缸失效为例)

右前制动轮缸失效时，容错重构控制器根据故障检测算法检测到右前制动轮缸失效。容错重构控制器根据预设容错重构策略，关闭右前制动轮缸进液阀A36、打开出液阀A40。同时根据制动力重构策略，由四轮制动改为三轮制动控制模式，根据制动力分配算法调节剩余三轮制动力大小，满足其总制动力需求，同时根据减小横摆角速度。

尽管在上文中参考特定的实施例对本申请进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本申请公开的原理和范围内，可以针对本申请公开的配置和细节做出许多修改。本申请的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的等同物文字意义或范围所包含的全部修改。

Claims (7)

1.一种线控制动硬件在环实验平台，其特征在于：包括依次连接的信息实时交互子平台、线控液压制动系统和电源系统，所述信息实时交互子平台与所述电源系统连接，所述信息实时交互子平台包括上位机和开发系统，所述上位机与所述开发系统进行数据交互，所述线控液压制动系统包括相互连接的传感器子系统和制动执行子系统，所述传感器子系统与所述开发系统连接，所述制动执行子系统与所述开发系统连接；所述制动执行子系统通过驱动电路与所述开发系统连接；所述制动执行子系统包括相互连接的建压模块和调压模块，所述建压模块包括依次连接的人力制动压力源、主制动压力源和冗余制动压力源，所述人力制动压力源与所述调压模块连接，所述主制动压力源与所述调压模块连接，所述冗余制动压力源与所述调压模块连接，所述调压模块与所述开发系统连接；所述人力制动压力源包括相互连接的人力制动主缸和制动踏板，所述主制动压力源包括制动主电机，所述冗余制动压力源包括制动冗余电机，所述调压模块包括轮缸和电磁阀；所述传感器子系统包括压力传感器、电流传感器、转速传感器和位移传感器，所述建压模块、所述压力传感器与所述调压模块依次连接，所述压力传感器设置于所述轮缸上，所述电流传感器设置于所述制动主电机上，所述电流传感器用于检测所述制动主电机控制电流，所述电流传感器设置于所述制动冗余电机上，所述电流传感器用于检测所述制动冗余电机控制电流，所述转速传感器设置于所述制动主电机上，所述转速传感器用于检测所述制动主电机转速，所述转速传感器设置于所述制动冗余电机上，所述转速传感器用于检测所述制动冗余电机转速，所述位移传感器设置于所述人力制动主缸上，所述位移传感器用于检测所述制动踏板位移信号；所述线控制动硬件在环实验平台确保试验台具有良好的实时性，不仅能够满足常规工况下的整车动力学模型，控制算法、传感器子系统、线控液压制动系统间的数据交互，并能对高速开关电磁阀响应特性和制动轮缸增减压的动态响应特性分析，还能实现在线控制动系统失效时的响应特性与动态控制试验，试验台可实现主动快速建压、精确控压；制动执行子系统主制动压力源为线控制动系统正常模式下的主制动压力源，冗余制动压力源作为线控制动系统主制动压力源失效时的冗余制动压力源，人力制动压力源是线控制动系统电控制动系统失效时的冗余备份压力源，同时单向阀和常闭电磁阀并联后，一端与所述人力制动主缸连接，另一端与踏板感觉模拟器连接。

2.如权利要求1所述的线控制动硬件在环实验平台，其特征在于：所述压力传感器为10个，所述轮缸为4个，每个所述轮缸上设置有2个所述压力传感器，所述人力制动压力源与所述主制动压力源连接点上设置有1个所述压力传感器，所述主制动压力源与冗余制动压力源连接点上设置有1个所述压力传感器；所述电流传感器为4个，所述制动主电机上设置有2个所述电流传感器，所述制动冗余电机上设置有2个所述电流传感器，所述转速传感器为4个，所述制动主电机上设置有2个所述转速传感器，所述制动冗余电机上设置有2个所述转速传感器，所述位移传感器为2个。

3.如权利要求1所述的线控制动硬件在环实验平台，其特征在于：所述电源系统包括电路，所述电路中设置有空气开关和普通开关。

4.如权利要求1所述的线控制动硬件在环实验平台，其特征在于：所述上位机中设置有动力学模型和控制模型。

5.如权利要求1～4中任一项所述的线控制动硬件在环实验平台，其特征在于：还包括台架，所述台架为3层，所述台架底部设置有万向轮。

6.一种对权利要求1～5中任一项所述的线控制动硬件在环实验平台的应用，其特征在于：将所述线控制动硬件在环实验平台应用于自动驾驶汽车的智能线控制动产品的性能试验仿真测试。

7.如权利要求6所述的线控制动硬件在环实验平台的应用，其特征在于：所述自动驾驶汽车的智能线控制动产品的性能试验仿真测试包括自适应巡航系统仿真试验、自动紧急制动仿真试验、车道保持系统仿真试验、制动防抱死系统仿真试验、牵引力制动系统仿真试验或者车身电子稳定控制系统仿真试验。