CN209191847U - 一种无人驾驶车辆底盘系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人驾驶车辆底盘系统与备份控制方法，系统结构包括域控制器、线控底盘、线控底盘主控制器、安全辅助控制器，其中线控底盘包括第一驱动装置与第二驱动装置、第一线控转向装置与第二线控转向装置、线控制动装置、电子驻车制动装置与供电系统，从而提供为无人驾驶车辆提供一种可以实现多种复合功能降级模式及失效保护模式的高可靠性底盘结构与控制方法。

Description

一种无人驾驶车辆底盘系统

技术领域

本实用新型涉及一种无人驾驶车辆底盘结构，具体涉及一种具有高可靠性的无人驾驶车辆底盘系统。

背景技术

随着无人驾驶技术的发展与推进，无人驾驶车辆底盘结构与控制方法越来越成为当下的研究热点，相关技术成果也不断的向市场推广。常见的无人驾驶底盘结构是基于传统车辆的底盘进行改装，将传统的制动、转向、驱动系统改成线控系统，无人驾驶域控制器只通过整车控制器对线控底盘进行控制。当线控底盘中制动、转向、驱动系统中的一个系统出现问题时，车辆最多能做到制动停车，车辆的可靠性、实用性和便利性大大降低。并且各系统的供电采用同一电源，存在很大的供电隐患和潜在的驾驶安全风险。本实用新型的目的是提供一种可以实现多种复合功能降级模式及失效保护模式的高可靠性无人驾驶车辆底盘结构。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种无人驾驶车辆底盘系统。

其包括：域控制器(100)、线控底盘(200)、线控底盘主控制器(300)，其特征在于还包括安全辅助控制器(400)，其中域控制器(100)与线控底盘主控制器(300)和安全辅助控制器(400)连接，线控底盘(200)为具体执行机构，由线控底盘主控制器(300)和安全辅助控制器(400)控制，线控底盘(200)为底盘自身以及各控制器进行供电；

更加优选的，所述的线控底盘(200)包括第一驱动装置(211)与第二驱动装置(212)、第一线控转向装置(221)与第二线控转向装置(222)、线控制动装置(230)、电子驻车制动装置(240)与供电系统(250)，其中第一驱动装置(211)、第一线控转向装置(221)与线控制动装置(230)由底盘主控制器(300)进行控制，第二驱动装置(212)、第二线控转向装置(222)与电子驻车制动装置(240)由安全辅助控制器(400)控制；

更加优选的，所述的供电系统(250)包括第一供电系统(251)与第二供电系统(252)，第一供电系统(251)为第一驱动装置(211)、第一线控转向装置(221)与线控制动装置(230)供电，第二供电系统(252)为第二驱动装置(212)、第二线控转向装置(222)与电子驻车制动装置(240)供电；

更加优选的，所述的第一供电系统(251)与第二供电系统(252)共同为域控制器(100)、线控底盘主控制器(300)与安全辅助控制器(400)供电；

其中，所述的第一线控转向装置(221)与第二线控转向装置(222)为分别布置在前后轴的具有线控转向能力的结构；

其中，所述的第一驱动装置(211)与第二驱动装置(212)为分别布置在前后轴的具有线控驱动和反拖能力的常规动力或纯电动力或混合动力的结构；

其中，所述的电子驻车制动装置(240)为四轮都配备的电子驻车制动器；

附图说明

图1为无人驾驶车辆底盘系统结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的无人驾驶车辆底盘系统进行详细说明。

图1为无人驾驶车辆底盘系统结构示意图，包括域控制器100、线控底盘200、线控底盘主控制器300、安全辅助控制器400，线控底盘200又包括第一驱动装置211、第二驱动装置212、第一线控转向装置221、第二线控转向装置222、线控制动装置230、电子驻车制动装置240、供电系统250，线控制动装置230又包括包括线控制动系统231与制动轮缸232，供电系统250又包括第一供电系统251与第二供电系统252。

无人驾驶车辆底盘系统包括：域控制器100、线控底盘200、线控底盘主控制器300与安全辅助控制器400；

其中域控制器100主要对外部传入的信号数据进行处理、判断与分析，最终形成决策命令分配给线控底盘主控制器300与安全辅助控制器400；

线控底盘200包括第一驱动装置211与第二驱动装置212、第一线控转向装置221与第二线控转向装置222、线控制动装置230、电子驻车制动装置240，且这些装置均可独立控制，同时线控底盘200还包括供电系统250，线控制动系统230包括线控制系统231(BBW)与制动轮缸232。

线控底盘主控制器300通过接收域控制器100、安全辅助控制器400、线控底盘200内各系统装置发来的控制指令信息和车辆状态信息控制第一驱动装置211、第一线控转向装置221与线控制动装置230；安全辅助控制器400通过接收域控制器100、线控底盘主控制器300、线控底盘200中各系统装置发来的控制指令信息和车辆状态信息控制第二驱动装置212、第二线控转向装置222与电子驻车制动装置240；

安全辅助控制器400将相关信息反馈给域控制器100和线控底盘主控制器300；线控底盘主控制器300和安全辅助控制器400既可以协同工作，也可以独立工作；

供电系统250包括第一供电系统251与第二供电系统252，第一供电系统251为第一驱动装置211、第一线控转向装置221与线控制动装置230供电，第二供电系统252为第二驱动装置212、第二线控转向装置222与电子驻车制动装置240供电；

第一供电系统251与第二供电系统252共同为域控制器100、线控底盘主控制器300与安全辅助控制器400供电；

其中，所述的第一线控转向装置221与第二线控转向装置222为分别布置在前后轴的具有线控转向能力的结构，用于控制前后轮的转向。第一线控转向装置221接收安全辅助控制器400的控制指令，第二线控转向装置222接收线控底盘主控制器300的控制指令；

其中，所述的第一驱动装置211与第二驱动装置212为分别布置在前后前后双电机结构，也可以为发动机-电机混合双动力驱动结构；

其中，所述的电子驻车制动装置240为四轮独立式电子驻车制动器，线控制动装置230接收线控底盘主控制器300的制动指令，对4个车轮的制动轮缸232进行制动压力控制；

具体工作原理如下：

域控制器100接收到外部信息与命令，并对信息进行综合分析，形成决策并发送控制指令给线控底盘主控制器300和安全辅助控制器400。

线控底盘主控制器300接收域控制器100的上层控制指令信息和安全辅助控制器400发来的辅助驾驶车辆信息，根据车辆动力学和运动学特性，发送控制指令给安全辅助控制器400，并控制线控制动装置230、第一线控转向装置221和第一驱动装置211，实现车辆的动力学和运动学控制

安全辅助控制器400接收域控制器100和线控底盘主控制器300发来的控制指令、外围环境、车辆状态等信息，经过安全辅助控制算法的验证，对车辆的控制指令进行修正并反馈回线控底盘主控制器300，同时控制电子驻车制动装置240、第二线控转向装置222和第二驱动装置212，配合线控底盘主控制器400实现车辆的动力学和运动学控制。

制动轮缸232均布于线控底盘200的四个车轮，其制动压力的调节由线控制动系统231控制。

上述实施例中，线控底盘主控制器300和安全辅助控制器400在工作正常的情况下协同控制车辆的状态，实现高自由度、高舒适性、高安全性、低能耗的驾驶需求，当其中一个控制器失效时，另一套控制器可控制线控底盘中的一套线控系统执行机构，实现车辆控制系统的失效备份，满足车辆故障时各种行驶性能降级的需求。

上述实施例中，线控驱动装置210的反拖能力和线控制动装置230共同为车辆正常行驶时提供制动力，线控驱动装置210反拖能力能量回馈的可能提高了车辆的行驶效率。电子驻车制动装置240为车辆驻车时提供驻车制动。当线控制动装置230出现故障时，车辆行驶制动力由线控驱动装置210的反拖力和电子驻车制动装置240共同提供，车辆的行驶状态正常，性能降级，故障提醒。当电子驻车制动装置240出现故障时，车辆行驶状态正常，故障提醒。线控驱动装置210的反拖能力、线控制动装置230、电子驻车制动装置240都能提供制动力，可互为制动备份，满足车辆各种失效后性能降级的需求，大大提高了车辆的制动可靠性。

上述实施例中，第一线控转向装置221和第二线控转向装置222均实现了线控底盘200的转向功能，两者既可以协同工作，又可以独立工作。车辆静止协同工作时可以实现水平路驻车功能，作为电子驻车制动装置240的驻车功能备份，大大提高了车辆驻车可靠性。

上述实施例中，第一线控转向装置221和第二线控转向装置222均实现了线控底盘200的转向功能，两者既可以协同工作，又可以独立工作。协同工作时，前后两套转向装置可实现更小转弯半径的转向和更安全快速的行驶中换道功能。独立工作时，如果一套转向系统实效，另一套转向系统接手转向功能，两者互为转向备份，大大提高了车辆转向可靠性。

上述实施例中，第一驱动装置211与第二驱动装置212为线控底盘200提供前后轮的驱动力，配合前后轮的转向系统，可以实现车辆更高自由度的控制，动力更大、能耗更小、舒适性更好，使得车辆的驾驶性能达到最优。同时，两套驱动装置又可以独立工作，互为动力备份，大大提高了车辆驱动系统的平顺性、可靠性、效率性。

上述实施例中，第一供电系统251与第二供电系统252分别为线控底盘200两套线控系统供电，为域控制器100、线控底盘主控制器3、安全辅助控制器4同时供电，两套供电系统互为供电备份，在单供电系统失效时可以保证全部控制器的正常供电和至少一套线控系统的正常供电，实现失效降级的最高性能控制，大大提高了线控系统的供电可靠性和车辆的实用性。

具体方法包括以下步骤：

a.智能决策：域控制器100对收到的外部信息与命令数据进行分析，决策出车辆的目标任务，结合车辆状态信息，计算出线控底盘的决策目标，将该信息发送给线控底盘主控制器300和安全辅助控制器400；

b.故障判断：对底盘各系统进行故障判断，如果存在故障，系统则进行性能降级，降级后重新返回到步骤a；

c.底盘接收控制命令：线控底盘主控制器300根据域控制器100发送来的决策目标，结合车辆运动学和动力学特性，产生控制指令并发送给安全辅助控制器400，同时控制线控制动装置230、第一线控转向装置221和第一驱动装置211。安全辅助控制器400接收到线控底盘主控制器300发送来的指令和域控制器100发送来的信息，控制电子驻车制动装置240、第二线控转向装置222和第二驱动装置212。线控底盘主控制器300和安全辅助控制器400的联合控制使车辆的行驶轨迹按照域控制器100决策的目标任务运动；

d.执行系统执行相应动作：线控制动装置230、电子驻车制动装置240、第二线控转向装置222和第一线控转向装置221、第一驱动装置211和第二驱动装置212将各自执行命令后的系统状态反馈给线控底盘主控制器300和安全辅助控制器400；

e.状态反馈：线控底盘主控制器300和安全辅助控制器400将控制后的车辆状态反馈给域控制器100，作为决策目标所需的车辆状态信息，实现下一个控制循环；

其中针对步骤b的故障判断，具体包括1控制器故障判断、2转向装置故障判断、3驱动装置故障判断、4制动装置故障判断、5供电系统故障判断。

(1)控制器故障判断：

当线控底盘主控制器300故障时，线控制动装置230、第一驱动装置211、第一线控转向装置221将无法正常工作，域控制器100根据整车车况做出决策，执行指令将仅发送给安全辅助控制器400，由安全辅助控制器400控制电子驻车制动装置240、第二驱动装置212、第二线控转向装置222完成线控底盘200的制动、驱动、转向功能。此时正常行驶的制动力由驱动装置211、212的反拖力和电子驻车制动装置240共同提供，由于制动力响应曲线的变化，车辆将处于速度受限的性能降级模式②；

电子驻车制动装置240、第二驱动装置212、第二线控转向装置222将无法正常工作，域控制器100根据整车车况做出决策，将执行指令仅发送给线控底盘主控制器300，线控底盘主控制器300控制线控制动装置230、第一驱动装置211、第二线控转向装置222独立控制线控底盘200的制动、驱动、转向功能。此时正常行驶的制动力不受影响，驻车功能将由线控制动装置230临时替代，车辆进入性能降级模式①；

(2)转向装置故障判断：

当第一线控转向装置221或第二线控转向装置222的一套转向系统故障时，另一套转向系统独立完成转向命令，车辆进入性能降级模式①；

当第一线控转向装置221和第二线控转向装置222同时故障时，车辆进入性能降级模式⑤，域控制器100根据当时的环境决定停车减速度，由线控底盘200完成停车；

(3)驱动装置故障判断包括：

当第一驱动装置211或第二驱动装置212中的一个驱动装置失效时，另一个驱动装置独立完成驱动命令，车辆进入性能降级模式①；

当第一驱动装置211和第二驱动装置212同时失效时，当本实用新型的第一驱动装置211和第二驱动装置212同时失效时，域控制器100评估车辆惯性，有能力时车辆进入性能降级模式④，无能力时进入性能降级模式⑤；

(4)制动装置故障判断包括：

当线控制动装置230失效时，此时正常行驶的制动力由驱动装置211和212的反拖力和电子驻车制动装置240共同提供，由于制动力响应曲线的变化，车辆将处于速度受限的性能降级模式②；

当电子驻车制动装置240失效时，此时正常行驶的制动力不受影响，驻车功能将由线控制动装置230临时替代，车辆进入性能降级模式①；

当线控制动装置230和电子驻车制动装置240同时失效时，车辆进入性能降级模式④，由第一驱动装置211和第二驱动装置212的反拖提供制动力降低车辆速度并靠边选择水平路面停车，第一线控转向装置221和第二线控转向装置222协同提供少量驻车能力；

(5)供电系统故障判断：

当第一供电系统251失效时，所有控制器正常工作，第二驱动装置212负责驱动，第二转向装置222负责转向，此时正常行驶的制动力由驱动装置211、212的反拖力和电子驻车制动装置240共同提供，车辆将处于速度受限的性能降级模式②；

当第二供电系统252失效时，所有控制器正常工作，第一驱动装置211负责驱动，第一转向装置221负责转向，此时正常行驶的制动力由驱动装置211、212的反拖力和线控制动装置230共同提供，车辆进入性能降级模式①，驻车能力临时由线控制动装置230提供。

其中失效性能降级模式定义：

性能降级模式①：车辆触发进入该模式后继续维持当前的行驶状态，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理。

性能降级模式②：车辆触发进入该模式后限制车辆运动的最高速度，修正底盘控制指令，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理。

性能降级模式③：车辆触发进入该模式后立刻修改路径，低速驶往预先指定的最近的停车地点停车，并发出报警信息与车辆位置，等候修理。

性能降级模式④：车辆触发进入该模式后立刻执行靠边停车，并发出报警信息与车辆位置，等候修理。

性能降级模式⑤：车辆触发进入该模式后立刻减速停车，并发出报警信息与车辆位置，等候修理。

本实用新型仅以上述实施例进行说明，控制器系统的耦合关系、线控底盘上各执行机构的布置位置及其连接都是可以有所变化的，在本实用新型技术方案的基础上，凡根据本实用新型原理对个别控制器和部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种无人驾驶车辆底盘系统，包括：域控制器(100)、线控底盘(200)、线控底盘主控制器(300)，其特征在于还包括安全辅助控制器(400)，

其中域控制器(100)接收外部命令，并与线控底盘主控制器(300)和安全辅助控制器(400)连接，

线控底盘主控制器(300)与安全辅助控制器(400)连接，

线控线控底盘(200)为具体执行机构，由线控底盘主控制器(300)和安全辅助控制器(400)控制，

线控底盘(200)为底盘自身以及各控制器进行供电。

2.根据权利要求1所述的无人驾驶车辆底盘系统，所述的线控底盘(200)包括第一驱动装置(211)与第二驱动装置(212)、第一线控转向装置(221)与第二线控转向装置(222)、线控制动装置(230)、电子驻车制动装置(240)与供电系统(250)，

第一驱动装置(211)、第一线控转向装置(221)与线控制动装置(230)由线控底盘主控制器(300)进行控制，

第二驱动装置(212)、第二线控转向装置(222)与电子驻车制动装置(240)由安全辅助控制器(400)控制。

3.根据权利要求2所述的无人驾驶车辆底盘系统，所述的供电系统(250)包括第一供电系统(251)与第二供电系统(252)，

第一供电系统(251)为第一驱动装置(211)、第一线控转向装置(221)与线控制动装置(230)供电，

第二供电系统(252)为第二驱动装置(212)、第二线控转向装置(222)与电子驻车制动装置(240)供电。

4.根据权利要求2或3所述的无人驾驶车辆底盘系统，所述的第一线控转向装置(221)与第二线控转向装置(222)为分别布置在前后轴的具有线控转向能力的结构。

5.根据权利要求2或3所述的无人驾驶车辆底盘系统，所述的第一驱动装置(211)与第二驱动装置(212)为分别布置在前后轴的具有线控驱动和反拖能力的常规动力或纯电动力或混合动力的结构。