一种无人驾驶电动汽车真空助力制动控制系统及控制方法与流程

技术特征：

1.一种无人驾驶电动汽车真空助力制动控制系统，其特征是：包括仪表盘(1)、电动真空泵(2)、单向阀(3)、真空度传感器I(4)、真空贮气罐(5)、报警器(6)、过滤环(7)、毛毡过滤环(8)、真空推力器、阀门Ⅰ(24)、伺服电机Ⅰ(25)、阀门II(26)、伺服电机II(27)和电子控制单元(28)，

所述真空推力器包括制动主缸(9)、压力传感器(10)、贮油罐(11)、出油口(12)、气室壳体(13)、弹性体材料(14)、气孔Ⅰ(15)、主缸活塞(16)、气室膜片(17)、制动主缸推杆(18)、膜片复位弹簧(19)、气孔Ⅱ(20)、密封圈(21)、真空度传感器II(22)和螺栓(23)，所述制动主缸(9)的内部设置有压力传感器(10)和主缸活塞(16)，制动主缸(9)上设置有贮油罐(11)和出油口(12)；所述制动主缸推杆(18)与主缸活塞(16)刚性连接，制动主缸推杆(18)的外部套装有膜片复位弹簧(19)；所述膜片复位弹簧(19)位于气室壳体(13)的内部；所述气室壳体(13)的内部为真空推力器气室，气室壳体(13)的一侧通过弹性体材料(14)与气室膜片(17)连接，气室壳体(13)的另一端设置有气孔Ⅰ(15)、气孔Ⅱ(20)和螺栓(23)，气室壳体(13)的内部设置有真空度传感器II(22)，气室壳体(13)与螺栓(23)之间设置有密封圈(21)；所述气室膜片(17)的中部设置有凹槽，气室膜片(17)通过凹槽与制动主缸推杆(18)连接；

所述电动真空泵(2)通过单向阀(3)与真空贮气罐(5)连接；所述真空贮气罐(5)通过阀门II(26)与气孔Ⅰ(15)连接，真空贮气罐(5)的内部设置有真空度传感器I(4)；所述阀门II(26)与伺服电机II(27)连接；

所述过滤环(7)与毛毡过滤环(8)固定连接；所述毛毡过滤环(8)通过阀门Ⅰ(24)与气孔Ⅱ(20)固定连接；所述阀门Ⅰ(24)与伺服电机Ⅰ(25)连接；

所述电子控制单元(28)通过导线分别与仪表盘(1)、电动真空泵(2)、真空度传感器I(4)、报警器(6)、压力传感器(10)、真空度传感器II(22)、伺服电机Ⅰ(25)以及伺服电机II(27)连接，电子控制单元(28)通过CAN总线与无人驾驶电动汽车的车载ECU连接。

2.根据权利要求1所述的一种无人驾驶电动汽车真空助力制动控制系统，其特征是：所述真空贮气罐(5)的容量为5L以上。

3.根据权利要求1所述的一种无人驾驶电动汽车真空助力制动控制系统，其特征是：所述气室膜片(17)中部的厚度大于边缘的厚度。

4.根据权利要求1所述的一种无人驾驶电动汽车真空助力制动控制系统，其特征是：所述阀门Ⅰ(24)与伺服电机Ⅰ(25)为刚性连接。

5.根据权利要求1所述的一种无人驾驶电动汽车真空助力制动控制系统，其特征是：所述阀门II(26)与伺服电机II(27)为刚性连接。

6.一种无人驾驶电动汽车真空助力制动控制系统的控制方法，其特征是：包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行：

步骤一、无人驾驶电动汽车通过自身环境感知系统的摄像头拍摄自车前方照片，图像处理系统通过图像识别算法识别出摄像头所拍照片中的障碍物，毫米波雷达检测并获得自车与前方障碍物之间的纵向距离D以及自车与前方障碍物的相对速度Δv，Δv＝v₁-v₂，v₁为自车速度，v₁由车速传感器获得，v₂为前方障碍物速度。根据纵向距离D、自车速度v₁和前方障碍物速度v₂在车载ECU的纵向控制系统中设定制动减速度α_des和临界安全距离L_n范围的对应关系，公式如下：

加速度对应的临界安全距离L_n为：

$L_n=\frac{{(v_1-v_2)}^2}{2\left|a_{{\mathrm{des}}_n}\right|}+(10-n)d_0$

其中n＝1,2,3，…，9，L₁是由减速度为-4.0m/s²获得的安全距离，L₂是由减速度为-3.5m/s²获得的安全距离，L₃是由减速度为-3.0m/s²获得的安全距离，L₄是由减速度为-2.5m/s²获得的安全距离，L₅是由减速度为-2.0m/s²获得的安全距离，L₆是由减速度为-1.5m/s²获得的安全距离，L₇是由减速度为-1.0m/s²获得的安全距离，L₈是由减速度为-0.5m/s²获得的安全距离，而L₉是由减速度为-0.25m/s²获得的安全距离。d₀为最小保持车距，α_des为制动减速度，

式中μ为反映驾驶模式特性的驾驶意图参数，为路面附着系数，a、b为模型参数；

步骤二、车载ECU的纵向控制系统获得纵向距离D在加速度对应的临界安全距离L_n的区间范围内且v₁＜v₂或纵向距离D不在加速度对应的临界安全距离L_n的区间范围内且v₁＜v₂或纵向距离D不在加速度对应的临界安全距离L_n的区间范围内且v₁≥v₂，车载ECU发送持续行驶信号，无人驾驶电动汽车持续行驶；

车载ECU的纵向控制系统获得纵向距离D在加速度对应的临界安全距离L_n的区间范围内且v₁≥v₂，车载ECU发送制动信号，纵向控制系统中的加速度计算器根据获得的实时的纵向距离D、实时的自车速度v₁、实时的前方障碍物速度v₂、实时的加速度对应的临界安全距离L_n，利用制动减速度α_des的公式获得所需的实时制动减速度α_des；

步骤三、制动力/牵引力计算器根据步骤二中获得的实时的制动减速度α_des计算并获得实时的总制动力F_z，总制动力F_z计算公式为：

ma_des＝F_z+F_u，

式中，m为自车质量，α_des为制动减速度，F_u为空气阻力、滚动阻力以及坡道阻力之和；

步骤四、根据步骤三中获得的总的制动力F_z计算并获得实时液压管路所需压力值P₀以及气室壳体(13)内部的真空推力器气室和大气之间所需的压力差ΔP₁，P₀、ΔP₁利用如下公式联合计算并获得：

F_z＝4F₀，F_推＝P₀*A，F_压＝ΔP₁*S，F_推＝F_压

式中：F₀为单个轮子的制动器产生的制动力，d为轮缸直径，N为制动器单侧油缸数目，C为制动器效能因数，R为制动器工作半径，r为轮胎半径，F_推为主缸活塞对油液的推力，F_压为大气压对气室膜片产生的压力，A为主缸活塞工作面积，S为气室膜片工作面积；

真空度传感器II(22)获得实时真空推力器气室与大气之间的实时压力差ΔP₂，再根据阀门开度θ公式：θ＝k*|ΔP₁-ΔP₂|，其中k为比例系数，获得阀门II(26)所需开度θ；

步骤五、车载ECU单元通过CAN总线将步骤四中获得的阀门II(26)所需开度θ值发送到电子控制单元(28)，电子控制单元(28)分别控制伺服电机II(27)和伺服电机Ⅰ(25)，伺服电机II(27)开启阀门II(26)至所需开度θ，伺服电机Ⅰ(25)关闭阀门Ⅰ(24)，真空贮气罐(5)对真空推力器气室进行抽气，压力传感器(10)将检测到的液压管路实时压力值P通过电子控制单元(28)发送到车载ECU，真空度传感器II(22)将检测到的真空推力器气室与大气之间的实时压力差ΔP₂通过电子控制单元(28)发送到车载ECU，车载ECU比较液压管路实时压力值P和实时液压管路所需压力值P₀的大小：

(a)实时压力值P等于所需压力值P₀，车载ECU通过CAN总线使电子控制单元(28)发送阀门关闭信号给伺服电机II(27)，伺服电机II(27)关闭阀门II(26)，保持此压力，以恒定目的制动强度制动；

(b)实时压力值P小于所需压力值P₀，车载ECU通过CAN总线使电子控制单元(28)发送阀门持续开启信号给伺服电机II(27)，伺服电机II(27)按照θ＝k*|ΔP₁-ΔP₂|开启阀门II(26)至所需开度θ，持续对真空推力器气室进行抽气，以调节真空推力器气室与大气之间的实时压力差ΔP₂，直至液压管路实时压力值P等于所需压力值P₀，伺服电机II(27)关闭阀门II(26)，保持此压力，以恒定目的制动强度制动；

(c)实时压力值P大于所需压力值P₀，车载ECU通过CAN总线使电子控制单元(28)发送关闭信号给伺服电机II(27)，发送开启信号给伺服电机Ⅰ(25)，伺服电机II(27)关闭阀门II(26)，伺服电机Ⅰ(25)按照θ＝k*|ΔP₁-ΔP₂|控制阀门Ⅰ(24)开启至所需开度θ，以调节真空推力器气室与大气之间的实时压力差ΔP₂，直至液压管路实时压力值P等于所需压力值P₀，电子控制单元(28)驱动伺服电机Ⅰ(25)关闭阀门Ⅰ(24)，保持此压力，以恒定目的制动强度进行制动；

步骤六、车载ECU的纵向控制系统获得纵向距离D在加速度对应的临界安全距离L_n的区间范围内且v₁＜v₂或纵向距离D不在加速度对应的临界安全距离L_n的区间范围内且v₁＜v₂或纵向距离D不在加速度对应的临界安全距离L_n的区间范围内且v₁≥v₂，车载ECU单元通过CAN总线发送汽车再次启动信号给电子控制单元(28)，电子控制单元(28)控制伺服电机II(27)关闭阀门II(26)，电子控制单元(28)控制伺服电机Ⅰ(25)开启阀门Ⅰ(24)，卸除气室膜片(17)对制动主缸推杆(18)的推力，真空度传感器II(22)检测到真空推力器气室与大气之间的压力差ΔP₂＝0，汽车完全解除制动，电子控制单元(28)驱动伺服电机Ⅰ(25)关闭阀门Ⅰ(24)，汽车行驶；

车载ECU的纵向控制系统获得纵向距离D在加速度对应的临界安全距离L_n的区间范围内且v₁≥v₂，车载ECU发送制动信号，纵向控制系统中的加速度计算器根据获得的实时的纵向距离D、实时的自车速度v₁、实时的前方障碍物速度v₂、实时的加速度对应的临界安全距离L_n，利用制动减速度α_des的公式获得所需的实时制动减速度α_des，并重复步骤三至步骤六。