CN117284259A - 一种车辆制动控制系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供车辆制动控制系统和车辆，涉及线控制动技术领域，包括：分别与车辆的四个车轮相关联的四个轮边制动控制单元、主控制单元和与车辆及其电动转向系统相连的第四总线；主控制单元设有主控制器网关；第四总线还与主控制器网关和四个轮边制动控制单元相连；主控制器网关异常时，四个轮边制动控制单元经由第四总线接收车辆的制动请求和电动转向系统的转角信息后，依据自身状态分配对应的制动力以实现车辆制动。解决了现有技术中如何科学合理地优化车辆制动控制系统的容错控制的冗余设计以提高车辆的制动控制系统的安全性和可靠性的问题。

Description

一种车辆制动控制系统和车辆

技术领域

本申请实施例涉及线控制动技术领域，尤其涉及一种车辆制动控制系统和车辆。

背景技术

EMB（Electromechanical Brake，电子机械制动器），就是把原来由液压或者压缩空气驱动的部分改为由电动机来驱动，借以提高响应速度、增加制动效能等，同时也大大简化了结构、降低了装配和维护的难度。它和EHB（Electro-Hydraulic Brake，线控液压制动器）的最大区别就在于它不再需要制动液和液压部件，制动力矩完全是通过安装在4个轮胎上的由电机驱动的执行机构产生。由于相应可以取消很多现有部件，因此可以大大地减轻系统的重量，便于对车辆底盘进行综合主动控制。

EMB与传统的制动系统有着极大的差别，其执行和控制机构需要完全的重新设计。其执行机构需要能够把电动机的转动平稳转化为制动蹄块的平动、需要能够减速增矩、需要能够自动补偿由于长期工作而产生的制动间隙等，而且由于体积的限制其结构也必须巧妙和紧凑，是整个EMB系统中非常重要的组成部分；其控制部分也要求能精确控制电动机的转速和转角从而防止制动抱死。电子机械制动系统，由电信号代替液压信号，以电机作为动力驱动执行器进行制动，实现了制动手柄与制动执行器完全解耦，因此，需要制动卡钳上的电机来取代传统的主缸机构+液压卡钳，识别驾驶员制动动作并提供制动力反馈，踏板感觉模拟器将踏板信号传递到控制器，控制器需要依据相关控制策略进行控制卡钳电机决策。

因此，一个兼顾安全性和可靠性的车辆电控系统的容错控制是一个牵涉到计算机硬件、软件、通信协议等等多方面的比较难解决的问题。最近几年一些国际大型汽车零配件厂商和汽车厂进行了一些对于EMB制动系统的研究工作，也申请了一部分专利，而国内在此项目上的研究基本为空白，仅有少量企业和高校进行了一些相关的研究工作。

因此，如何科学合理地优化车辆制动控制系统的容错控制的冗余设计以提高车辆的制动控制系统的安全性和可靠性成为了目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请实施例提供一种车辆制动控制系统和车辆，以科学合理的优化车辆制动控制系统的容错控制的冗余设计来提高车辆的制动控制系统的安全性和可靠性。为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种车辆制动控制系统，包括：分别与车辆的四个车轮相关联的四个轮边制动控制单元、主控制单元和与所述车辆及其电动转向系统相连的第四总线；

所述主控制单元设有主控制器网关；

所述第四总线还与所述车辆、所述电动转向系统、所述主控制器网关和所述四个轮边制动控制单元相连；

所述主控制器网关正常时，所述主控制器网关经由所述第四总线接收车辆的制动请求和所述电动转向系统的转角信息后，分别依据所述轮边制动控制单元的状态分配对应的制动力以实现车辆制动；

所述主控制器网关异常时，所述四个轮边制动控制单元经由所述第四总线接收车辆的制动请求和所述电动转向系统的转角信息后，依据自身状态分配对应的制动力以实现车辆制动。

可选的，还包括踏板模拟器总成和第一总线；

所述第一总线与所述踏板模拟器总成、所述主控制单元的主控制器网关和所述四个轮边制动控制单元相连，所述主控制器网关还用于经由所述第一总线接收车辆的制动请求并分别依据所述轮边制动控制单元的状态分配对应的制动力以实现车辆制动。

可选的，还包括第二总线；

所述第二总线与所述主控制单元的主控制器网关和所述四个轮边制动控制单元相连，所述主控制器网关正常但所述第一总线异常时，所述主控制器网关还用于经由所述第二总线分别依据所述四个轮边制动控制单元的状态分配对应的制动力以实现车辆制动。

可选的，还包括第三总线；

所述第三总线与所述踏板模拟器总成和所述主控制器网关相连，所述主控制器网关还用于经由所述第三总线接收踏板模拟器发出的踏板制动请求。

可选的，所述主控制单元还包括：电源管理模块；

所述电源管理模块分别与所述四个轮边制动控制单元相连。

可选的，还包括与所述主控制单元相连的硬线和手刹开关总成；

所述硬线还与所述踏板模拟器总成、所述手刹开关总成、所述主控制单元和所述四个轮边制动控制单元相连；

所述主控制器网关异常时，所述四个轮边制动控制单元经由所述硬线接收到车辆的制动请求后，依据自身状态分配对应的制动力以实现车辆制动。

可选的，所述制动请求为所述车辆的踏板制动请求、手刹制动请求或总线制动请求中的至少之一。

可选的，所述轮边制动控制单元包括轮速传感器，所述轮速传感器用于将车辆的轮速发送给所述轮边制动控制单元和所述主控制单元。

可选的，若检测到有轮边制动控制单元失效，剩余的轮边制动控制单元依据自身状态调整对应的制动力以实现车辆制动。

第二方面，本申请实施例提供了一种车辆，所述车辆包括如第一方面任一项所述的车辆制动控制系统。

本申请实施例提供了一种车辆制动控制系统，包括：分别与车辆的四个车轮相关联的四个轮边制动控制单元、主控制单元和与所述车辆及其电动转向系统相连的第四总线；主控制单元设有主控制器网关；第四总线还与主控制器网关和四个轮边制动控制单元相连；主控制器网关正常时，主控制器网关经由第四总线接收车辆的制动请求和电动转向系统的转角信息后，分别依据轮边制动控制单元的状态分配对应的制动力以实现车辆制动；主控制器网关异常时，四个轮边制动控制单元经由第四总线接收车辆的制动请求和电动转向系统的转角信息后，依据自身状态分配对应的制动力以实现车辆制动。本申请采用电子机械制动器，不需要制动管路从而降低了制造成本和安装布置的难度、制动效能得到了提高性能稳定、不需要制动液降低了成本并且保护环境。且本申请通过在线控制动系统中加入一个主控制单元，配合轮边制动控制单元，进行网关设计和容错控制的冗余设计，提供了一种响应速度更快，执行效率更高，可靠性更高的车辆制动控制系统，通过对总线进行了冗余设计，使得车辆制动请求和控制融入车辆综合控制的网络中去（CAN总线），减少了部件数降低了对空间的占用、由于制动踏板只提供参考输入不直接作用于制动系统之上便于改善踏板性能，还可以提高制动系统的响应时间，使得制动控制更加线性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种车辆制动控制系统的结构示意图之一。

图2为本申请实施例提供的一种车辆制动控制系统的结构示意图之二。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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。

现有技术中，电子机械制动器由于相应可以取消很多现有部件，因此可以大大的减轻系统的重量，便于对车辆底盘进行综合主动控制。其突出的优点是：不需要制动管路从而降低了制造成本和安装布置的难度、制动效能得到了提高性能稳定、不需要制动液降低了成本并且保护环境。

EMB与传统的制动系统有着极大的差别，其执行和控制机构需要完全的重新设计。其执行机构需要能够把电动机的转动平稳转化为制动蹄块的平动、需要能够减速增矩、需要能够自动补偿由于长期工作而产生的制动间隙等，而且由于体积的限制其结构也必须巧妙和紧凑，是整个EMB系统中非常重要的组成部分；其控制部分也要求能精确控制电动机的转速和转角从而防止制动抱死。

而在电控制动系统的容错性上，最近也有大量的论文在研究这个问题。因为这个问题牵涉到了制动系统的安全性和可靠性，因此是一个关键和至关重要的研究方向。有些学者是用实验的方法去检测和评估EMB对制动请求的响应情况，并通过一定的算法来忽略瞬间的错误信号借以实现系统的容错控制；有的是在系统中引入一个监控器（monitor），用以检测可能导致系统错误和失效的信号，然后产生、错误检测代码，根据代码来处理失效和提高安全性。

如何科学合理的优化车辆制动控制系统的容错控制的冗余设计以提高车辆的制动控制系统的安全性和可靠性成为了目前亟待解决的技术问题。

为此，本申请通过在线控制动系统中加入一个主控制单元，配合轮边制动控制单元，进行网关设计和容错控制的冗余设计，提供了一种响应速度更快，执行效率更高，可靠性更高的车辆制动控制系统。本申请的车辆制动控制系统，包括：分别与车辆的四个车轮相关联的四个轮边制动控制单元、主控制单元和与所述车辆及其电动转向系统相连的第四总线；主控制单元设有主控制器网关；第四总线还与主控制器网关和四个轮边制动控制单元相连；主控制器网关正常时，主控制器网关经由第四总线接收车辆的制动请求和电动转向系统的转角信息后，分别依据轮边制动控制单元的状态分配对应的制动力以实现车辆制动；主控制器网关异常时，四个轮边制动控制单元经由第四总线接收车辆的制动请求和电动转向系统的转角信息后，依据自身状态分配对应的制动力以实现车辆制动。本申请采用电子机械制动器，不需要制动管路从而降低了制造成本和安装布置的难度、制动效能得到了提高性能稳定、不需要制动液降低了成本并且保护环境。通过对总线进行了冗余设计，使得车辆制动请求和控制融入车辆综合控制的网络中去（CAN总线），减少了部件数降低了对空间的占用、由于制动踏板只提供参考输入不直接作用于制动系统之上便于改善踏板性能，还可以提高制动系统的响应时间，使得制动控制更加线性。

请参见图1和图2，均为本申请实施例提供的车辆制动控制系统的结构示意图。其中，1为车辆制动控制系统；2为主控制单元，通常集成在主控制器总成中；3为四个车轮的轮边制动控制单元，通常集成在轮边制动器总成中；4为踏板模拟器总成，用于向车辆制动控制系统传输踏板制动请求；5为手刹开关总成，用于向车辆制动控制系统传输手刹制动请求（电子驻车制动请求）；6为主控制器网关，用于构建车辆制动控制系统的网关；7为电源管理模块，用于向车辆的4个轮边制动控制单元供电；8为四个车轮的轮速传感器，用于将当前轮速传输给其对应的轮边制动控制单元3和主控制单元；9为指示灯及开关总成；10.为车辆动态控制系统VDC传感器；11为电动转向系统，用于传递车辆的转角信息；12为电源盒保险丝；13为踏板信号转换器。

请参见图1，图1为本申请实施例车辆制动控制系统的网关设计结构图之一，本申请实施例提供了一种车辆制动控制系统1，包括：

包括：分别与车辆的四个车轮相关联的四个轮边制动控制单元3、主控制单元2和与所述车辆及其电动转向系统11相连的第四总线；

所述主控制单元2设有主控制器网关6；

所述第四总线还与所述主控制器网关6和所述四个轮边制动控制单元3相连；

所述主控制器网关6正常时，所述主控制器网关6经由所述第四总线接收车辆的制动请求和所述电动转向系统11的转角信息后，分别依据所述轮边制动控制单元3的状态分配对应的制动力以实现车辆制动；

所述主控制器网关6异常时，所述四个轮边制动控制单元3经由所述第四总线接收车辆的制动请求和所述电动转向系统11的转角信息后，依据自身状态分配对应的制动力以实现车辆制动。

本申请实施例中，第四总线CAN4与车辆、电动转向系统、主控制器网关和四个轮边制动控制单元相连；主控制器网关正常时，主控制器网关经由第四总线接收车辆的制动请求和电动转向系统的转角信息后，分别依据轮边制动控制单元的状态分配对应的制动力以实现车辆制动；主控制器网关异常时，四个轮边制动控制单元经由第四总线接收车辆的制动请求和电动转向系统的转角信息后，依据自身状态分配对应的制动力以实现车辆制动。当主控制器网关逻辑控制失效后，四个轮边制动控制单元依然可以接收整车制动信息通过整车CAN输入到四个轮边实现整车制动，并且整车CAN信息(CAN4)正常情况下连接与主控制单元进行信息交互，当主控制器网关异常后CAN4可以连接于四个轮边制动控制单元，以确保整车制动请求可靠的得到执行。

本申请的一些实施例中，可选的，所述制动请求为所述车辆的踏板制动请求、手刹制动请求或总线制动请求中的至少之一。

本申请的一些实施例中，可选的，总线制动请求的总线来源为第一总线、第二总线、第三总线、第四总线中的至少之一。

本申请的一些实施例中，可选的，车辆的轮边制动控制单元为电子机械制动器。具体地，通过使用制动卡钳上的电机来取代传统的主缸机构+液压卡钳，识别驾驶员制动动作并提供制动力反馈，踏板感觉模拟器将踏板信号传递到控制器，控制器依据相关策略进行控制卡钳电机决策，实现了制动手柄与制动执行器完全解耦。此外，本制动控制系统中当单个轮边制动控制单元制动失效后，系统可以通过另外三个轮边制动控制单元实现整车制动。

本申请的一些实施例中，可选的，还包括踏板模拟器总成4和第一总线；

所述第一总线与所述踏板模拟器总成4、所述主控制单元的主控制器网关6和所述四个轮边制动控制单元3相连，所述主控制器网关6还用于经由所述第一总线接收车辆的制动请求并分别依据所述轮边制动控制单元3的状态分配对应的制动力以实现车辆制动。

本申请实施例中，车辆制动控制系统的网关设计中，有第一总线(CAN1)连接踏板模拟器总成、主控制单元的主控制器网关和四个轮边制动控制单元相连，用于接收和发送车辆的制动请求。通过CAN1的总线设计接收和发送车辆制动请求并通过四个轮边制动控制单元分别控制卡钳电机决策，实现了制动手柄与制动执行器完全解耦，使得车辆的制动响应速度更快，执行效率更高，可靠性更高。

本申请的一些实施例中，可选的，还包括第二总线；

所述第二总线与所述主控制单元2的主控制器网关6和所述四个轮边制动控制单元3相连，所述主控制器网关6正常但所述第一总线异常时，所述主控制器网关6还用于经由所述第二总线分别依据所述四个轮边制动控制单元3的状态分配对应的制动力以实现车辆制动。

本申请实施例中，车辆制动控制系统的网关设计中，有第二总线(CAN2)与主控制器网关和四个轮边制动控制单元相连，用于接收和发送车辆的制动请求。此路为备份CAN总线(CAN2)，CAN2经由主控制器网关进行信息管理及发送，也可以接收和发送车辆制动请求并通过四个轮边制动控制单元分别控制卡钳电机决策，实现了制动手柄与制动执行器完全解耦，使得车辆的制动响应速度更快，执行效率更高，可靠性更高。

本申请的一些实施例中，可选的，还包括第三总线；

所述第三总线与所述踏板模拟器总成4和所述主控制器网关6相连，所述主控制器网关6还用于经由所述第三总线接收踏板模拟器发出的踏板制动请求。

本申请实施例中，第三总线CAN3与踏板模拟器总成和主控制器网关相连，主控制器网关用于接收到踏板模拟器发出的踏板制动请求，主控制器网关能够参考接收到的踏板制动请求，该输入并不直接作用于制动系统之上便于改善踏板性能。依据本系统的结构进一步优化了车辆的制动控制策略。

基于上述4路CAN总线的网关设计，实现了车辆制动控制系统多维度的容错控制的冗余设计，以提高车辆的制动控制系统的安全性和可靠性。当主控制器网关异常时，四个轮边制动控制单元依然可以接收整车制动信息通过整车CAN输入到四个轮边实现整车制动。

请参见图2，图2为本申请实施例提供的一种车辆制动控制系统的结构示意图之二，本申请的一些实施例中，可选的，还包括与所述主控制单元2相连的硬线和手刹开关总成5；

所述硬线还与所述踏板模拟器总成4、所述手刹开关总成5、所述主控制单元2和所述四个轮边制动控制单元3相连；

所述主控制器网关异常时，所述四个轮边制动控制单元3经由所述硬线接收到车辆的制动请求后，依据自身状态分配对应的制动力以实现车辆制动。

本申请实施例中，硬线传递的是车辆的开关量信号。

本申请实施例中，可选的，踏板模拟器总成4除了踏板请求信息外，还可以向主控制单元2的踏板信号转换器13传递来自手刹开关总成5经硬线传输的手刹制动请求。

本申请实施例中，当主控制器网关逻辑控制失效后，主控制单元可以通过踏板信号转换器将接收到来自踏板模拟器总成的多路制动请求信息传递给四个轮边制动控制单元，如图2信号发送线所示。通过硬线冗余设计，使得车辆即使在主控制器网关逻辑控制失灵后仍然能够通过can4接收到车辆的总线制动请求，通过硬件接收到车辆的踏板制动请求和手刹制动请求，四个轮边制动控制单元依然可以正常接收制动请求正常完成车辆制动，进一步保证了行车安全。

本申请的一些实施例中，可选的，所述主控制单元2还包括：电源管理模块7；

所述电源管理模块7分别与所述四个轮边制动控制单元3相连。

本申请的一些实施例中，可选的，制动控制系统通过引入两路整车电源，整车电源进入电源管理模块后，组合出4路电源分别独立供给4个轮边制动控制单元，提高了电源失效的冗余性。此外，引入主控制单元中的电源管理模块后，还能进一步实现电源的分配及管理；每条供电线路具备过载，开路，短路保护功能。

本申请实施例中，车辆制动控制系统实现当单个轮边供电电源失效不影响其他路边控制器电源；实现在主控制单元MCU失效后能够保证电源模块正常输出的功能；可实现轮边电源能量的回收功能。当单个轮边制动控制单元制动失效后，系统可以通过另外三个轮边实现整车制动。本申请的一些实施例中，可选的，所述轮边制动控制单元包括轮速传感器，所述轮速传感器用于将车辆的轮速发送给所述轮边制动控制单元和所述主控制单元。

本申请实施例中，对轮速传感器(WSS)进行冗余设计，每个车轮的轮速传感器分别给到了轮边制动控制单元和主控制单元，这样可以增强单个轮边完成独立完成全制动的能力。

本申请的一些实施例中，可选的，若检测到有轮边制动控制单元失效，剩余的轮边制动控制单元依据自身状态调整对应的制动力以实现车辆制动。

本申请实施例中，四路轮边制动控制单元供电独立且自身状态能通过总线进行信息传输，若检测到有轮边制动控制单元失效，剩余的轮边制动控制单元能够依据自身状态调整对应的制动力以实现车辆制动。

此外，本申请实施例提供了一种车辆，所述车辆包括如上述实施例任一项所述的车辆制动控制系统。

本申请实施例中，车辆的制动控制系统的网关设计：有一路CAN总线(CAN1)连接各控制单元，并且有一路备份CAN总线(CAN2)经由主控制器网关进行信息管理及发送，整车CAN信息(CAN4)正常情况下连接与主控制单元进行信息交互，当主控制器网关异常后CAN4可以连接于四个轮边制动控制单元，以确保整车制动请求可靠的得到执行。当网关完全失效后，第四总线回路和硬线回路依然可以传递完整的制动请求给到各轮边制动控制单元以实现整车制动。

基于上述4路CAN总线的网关设计，实现了车辆制动控制系统多维度的容错控制的冗余设计，以提高车辆的制动控制系统的安全性和可靠性。当单个轮边制动控制单元制动失效后，系统可以通过另外三个轮边实现整车制动。当主控制单元逻辑控制失效后，四个轮边制动控制单元依然可以接收整车制动信息通过整车CAN输入到四个轮边实现整车制动；当主控制单元逻辑控制失效后，四个轮边制动控制单元依然可以接收踏板请求信息通过硬线输入到四个轮边制动控制单元实现整车制动。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本申请所提供的一种车辆制动控制系统和车辆进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种车辆制动控制系统，其特征在于，包括：分别与车辆的四个车轮相关联的四个轮边制动控制单元、主控制单元和与所述车辆及其电动转向系统相连的第四总线；

所述主控制单元设有主控制器网关；

所述第四总线还与所述主控制器网关和所述四个轮边制动控制单元相连；

所述主控制器网关正常时，所述主控制器网关经由所述第四总线接收车辆的制动请求和所述电动转向系统的转角信息后，分别依据所述轮边制动控制单元的状态分配对应的制动力以实现车辆制动；

所述主控制器网关异常时，所述四个轮边制动控制单元经由所述第四总线接收车辆的制动请求和所述电动转向系统的转角信息后，依据自身状态分配对应的制动力以实现车辆制动。

2.根据权利要求1所述的车辆制动控制系统，其特征在于，还包括踏板模拟器总成和第一总线；

所述第一总线与所述踏板模拟器总成、所述主控制单元的主控制器网关和所述四个轮边制动控制单元相连，所述主控制器网关还用于经由所述第一总线接收车辆的制动请求并分别依据所述轮边制动控制单元的状态分配对应的制动力以实现车辆制动。

3.根据权利要求2所述的车辆制动控制系统，其特征在于，还包括第二总线；

所述第二总线与所述主控制单元的主控制器网关和所述四个轮边制动控制单元相连，所述主控制器网关正常但所述第一总线异常时，所述主控制器网关还用于经由所述第二总线分别依据所述四个轮边制动控制单元的状态分配对应的制动力以实现车辆制动。

4.根据权利要求2所述的车辆制动控制系统，其特征在于，还包括第三总线；

所述第三总线与所述踏板模拟器总成和所述主控制器网关相连，所述主控制器网关还用于经由所述第三总线接收踏板模拟器发出的踏板制动请求。

5.根据权利要求1所述的车辆制动控制系统，其特征在于，所述主控制单元还包括：电源管理模块；

所述电源管理模块分别与所述四个轮边制动控制单元相连。

6.根据权利要求2所述的车辆制动控制系统，其特征在于，还包括与所述主控制单元相连的硬线和手刹开关总成；

所述硬线还与所述踏板模拟器总成、所述手刹开关总成和所述四个轮边制动控制单元相连；

所述主控制器网关异常时，所述四个轮边制动控制单元经由所述硬线接收到车辆的制动请求后，依据自身状态分配对应的制动力以实现车辆制动。

7.根据权利要求1所述的车辆制动控制系统，其特征在于，所述制动请求为所述车辆的踏板制动请求、手刹制动请求或总线制动请求中的至少之一。

8.根据权利要求1至7任一所述的车辆制动控制系统，其特征在于，所述轮边制动控制单元包括轮速传感器，所述轮速传感器用于将车辆的轮速发送给所述轮边制动控制单元和所述主控制单元。

9.根据权利要求1所述的车辆制动控制系统，其特征在于，若检测到有轮边制动控制单元失效，剩余的轮边制动控制单元依据自身状态调整对应的制动力以实现车辆制动。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求1-9任一项所述的车辆制动控制系统。