一种基于悬架振动能量回收的自动刹车系统及其刹车方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于悬架振动能量回收的自动刹车系统及其刹车方法，通过减震器吸收振动能量再由液压回路中液压马达反馈能量，并利用液压马达带动液压泵，将液压油储存在蓄能器中从而回收能量。汽车正常行驶时，判断出前车车距属于危险车距时，通过排油通路迅速排出回收在蓄能器内的液压油，排油过程带动液压马达工作，通过传动机构拉动制动踏板，在蓄能器压力不足时通过伺服电机代替液压马达拉动制动踏板，同时紧急关闭发动机，实现汽车自动刹车。本发明基于回收能量实现汽车自动刹车，不仅提高了汽车安全性，还实现了汽车节能减排的目的，提高能源效率；利用传感器实时采集信号实现了系统实时动态调节，提高了自动刹车系统的灵敏性和可靠性。
【专利说明】
一种基于悬架振动能量回收的自动刹车系统及其刹车方法
技术领域
[0001] 本发明属于汽车能量回收技术和自动刹车技术领域，具体涉及一种基于悬架振动 能量回收的自动刹车系统及其刹车方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济的迅速发展，汽车保有量增长迅速，交通事故也逐年增多，交通安全 问题日益受到关注。当汽车高速行驶时，如前方突然出现障碍物或者前方车辆紧急刹车的 时候，由于驾驶员需要一定的反应时间，很容易刹车不及时，导致交通事故的发生，甚至引 发连环碰撞。因此，自动刹车技术应运而生，据美国高速公路安全保险协会(IIHS) -份新的 研究显示，自动刹车技术可使追尾事故发生率平均降低40%，各大汽车厂商都极力推动新 车配备此项技术。最初出现的主动刹车技术，是根据驾驶员踩下刹车速度和力度判断的制 动辅助系统(BAS)，后来出现了加入雷达或摄像头系统的BAS PLUS，在此基础上发展到最新 的自动刹车技术。代表技术有奔驰PRE-SAFE系统、丰田Pre-Collision System、斯巴鲁 EyeSight系统和沃尔沃City Safety系统。
[0003] 与此同时，随着能源的短缺与环境的恶化，发展汽车节能技术已成为汽车技术发 展另一重要趋势。汽车在行驶过程中由于振动而消耗大量的能量，如果将这些能量转化后 加以回收利用，就可以达到节能的目的并提高能源使用效率。因此，本发明提出了一种基于 能量回收的自动刹车系统及其控制方法，利用回收能量实现汽车紧急情况下自动刹车。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了实现汽车在紧急状态下自动刹车，而提供的一种基于悬架振 动能量回收的自动刹车系统及其控制方法。通过减震器吸收振动能量再由液压回路中液压 马达反馈能量，并利用液压马达带动液压栗，将液压油储存在蓄能器中从而回收能量。汽车 正常行驶时，根据车速实时判断是否检测本车安全状态。需要检测安全状态时根据通过电 子控制单元接受并处理传感器数据，计算出最小安全车距si和最小警示车距s2,并与前车 车距比较后判断汽车安全状态，同时利用警告提示灯提示汽车安全状态。在判断出前车车 距属于危险车距时，迅速排出蓄能器内的液压油带动液压马达工作，通过传动机构拉动制 动踏板，在蓄能器压力不足时通过伺服电机代替液压马达拉动制动踏板，同时紧急关闭发 动机，实现汽车自动刹车。实现本发明的技术方案如下：
[0005 ] -种基于悬架振动能量回收的自动刹车系统，包括能量回收机构、检测机构、电子 控制单元和执行机构；
[0006] 所述能量回收机构包括减震器、液压马达a和液压马达b、液压栗a和液压栗b、单向 阀a和单向阀b、单向阀c和单向阀d、电磁阀a和电磁阀b、安全阀、油箱和蓄能器;所述电磁阀 a、液压马达a、单向阀a由液压管道依次相连构成压缩回路;所述电磁阀b、液压马达b、单向 阀b由液压管道依次相连构成伸张回路;所述减震器的有杆腔、无杆腔之间通过所述压缩回 路、所述伸张回路相连通，实现液压油在所述有杆腔和所述无杆腔之间来回流动;所述液压 栗a分别与所述油箱、所述液压马达a相连;所述液压栗b分别与所述油箱、所述液压马达b相 连;所述液压栗a通过液压管道经由所述单向阀c连接到所述蓄能器，所述液压栗b通过液压 管道经由所述单向阀d连接到所述蓄能器;所述液压栗a、所述液压栗b分别在液压马达a、液 压马达b的带动下工作，将油箱中的油液通过单向阀专递到蓄能器，实现能量回收；
[0007] 所述检测机构包括车速传感器、激光雷达传感器、制动踏板行程传感器和压力传 感器;所述车速传感器用于实时采集车速信号并发送给电子控制单元;所述激光雷达传感 器用于实时测量前方车距并发送给电子控制单元;所述制动踏板行程传感器用于检测制动 踏板是否被踩下并发送给电子控制单元;所述压力传感器用于实时检测蓄能器压力并发送 给电子控制单元；
[0008] 所述执行机构包括蓄能器、电磁阀C、液压马达c、油箱、锥齿轮、传动箱、拉索、制动 踏板;所述蓄能器、所述电磁阀C、所述液压马达C、所述油箱依次通过液压管道连通，构成排 油通路;所述锥齿轮、所述传动箱和所述拉索依次连接构成传动机构;所述液压马达C的输 出连接所述锥齿轮，所述拉索连接所述制动踏板;排油过程中，带动液压马达C工作;液压马 达C通过所述传动机构将制动力传递给所述制动踏板；
[0009] 所述电子控制单元根据检测机构的信息，判断需要电控制动时，打开执行机构中 的电磁阀C，使得能量回收机构中回收的液压油通过所述排油通路由蓄能器传递到油箱中， 在排油过程中，执行机构中的液压马达di过所述传动机构将制动力传递给所述制动踏板， 实现自动刹车。
[0010] 进一步地，所述执行机构还包括伺服电机，所述伺服电机一方面受电子控制单元 控制、另一方面通过拉索作用于所述制动踏板。
[0011] 进一步地，所述执行机构还包括警告提示灯、刹车灯和发动机;所述警告提示灯布 置于汽车中控台上，受电子控制单元控制开闭及不同颜色显示，用于提醒驾驶员汽车安全 状态;所述刹车灯布置于汽车后端两侧，受电子控制单元控制开闭，用于刹车时提醒后方车 辆;所述发动机在自动刹车时受电子控制单元控制而关闭，用于辅助刹车。
[0012] 进一步地，所述能量回收机构还包括安全阀，所述安全阀安装在所述单向阀C、所 述单向阀d与所述蓄能器之间的液压管道上。
[0013] 进一步地，所述车速传感器布置于汽车的驱动桥壳内，所述激光雷达传感器布置 于汽车最前端，所述制动踏板行程传感器布置于制动踏板内，所述压力传感器布置于蓄能 器上。
[0014] 进一步地，所述传动箱采用齿轮齿条结构。
[0015] 根据上述自动刹车系统，本发明还提出了一种自动刹车方法，包括利用减震器的 压缩和伸张进行能量回收的方法以及利用回收的能量进行自动刹车的方法。
[0016] 进一步，所述能量回收的方法包括:在汽车行驶时，所述减震器内弹性元件由于路 面不平而产生往复运动，该运动分为压缩行程与伸张行程;当发生压缩行程时，无杆腔压力 增大，有杆腔压力减小，因此一部分液压油从无杆腔通过液压管道经由所述电磁阀a、液压 马达a、单向阀a流向有杆腔，此过程所述液压马达a由于油液运动开始工作，并同时带动所 述液压栗a工作；当发生伸张行程时，无杆腔压力减小，有杆腔压力增大，因此一部分液压油 从有杆腔通过液压管道经由所述电磁阀b、液压马达b、单向阀b流向无杆腔，此过程所述液 压马达b由于油液运动开始工作，并同时带动所述液压栗b工作；当所述液压栗a工作时，油 箱中的油液被吸入液压管道并经由所述单向阀C存入所述蓄能器中；当所述液压栗b工作 时，油箱中的油液被吸入液压管道并经由所述单向阀d存入所述蓄能器中，完成能量回收。
[0017] 进一步，所述利用回收的能量进行自动刹车的方法包括：
[0018] a.所述电子控制单元接受由压力传感器采集的压力信号实时判断蓄能器压力是 否达到额定值，若未达到额定值，能量回收机构继续工作;若达到额定值，电子控制单元输 出信号关闭电磁阀a和电磁阀b，停止能量回收机构工作；
[0019] b.所述车速传感器实时采集车速信号并发送给电子控制单元，根据车速实时判断 是否检测本车安全状态。若车速未达额定值，不检测本车安全状态;若车速达额定值，开始 检测本车安全状态，执行c，否则执行b;
[0020] C.所述激光雷达传感器实时测量前方车距并发送给电子控制单元，并由电子控制 单元根据采集频率计算出相对车速，再根据车速传感器采集的车速信号计算前车车速;根 据本车车速、前方车速和本车设定参数计算出最小安全车距Si和最小警示车距s2,并与前 车车距比较后判断本车安全状态，若s多si，前车车距属于安全车距，若sl>s多s2,前车车距 属于警示车距，若s〈s2，前车车距属于危险车距；
[0021] d.若前车车距属于安全车距，控制警告提示灯亮绿灯，汽车继续正常行驶;若前车 车距属于警示车距，控制警告提示灯亮黄灯，提醒本车需要减速拉开车距;若前车车距属于 危险车距，控制警告提示灯亮红灯，并开启刹车灯；
[0022] e.在前车车距属于危险车距时，根据制动踏板行程传感器检测的制动踏板行程信 号判断制动踏板是否被踩下，若已踩下踏板，汽车正常制动;若未踩下踏板，根据压力传感 器信号判断蓄能器压力是否达到额定值，若达到额定值，控制开启电磁阀c，迅速排放蓄能 器通过能量回收机构存储的液压油，同时带动液压马达c工作，并通过传动机构拉动制动踏 板使汽车自动制动，制动结束后，打开电磁阀a、电磁阀b，关闭电磁阀c;若蓄能器压力未到 额定值，则控制开启伺服电机，伺服电机通过拉索拉动制动踏板使汽车自动制动;在汽车自 动制动同时，控制关闭发动机，利用发动机制动减小刹车距离，实现辅助自动刹车。
[0023]进一步，所述c中计算前车车速、计算最小安全车距、计算最小警示车距的方法为：
[0024] 计算前车车速〖UaizUaO+Cs-S' )f;
[0025]
[0026]
[0027] 其中，ual-前车车速，uaQ-本车车速，s-前车车距，s'-前次测量的前车车距， f-采集频率，S1-警示车距，警示车距安全系数，λ01，τ广驾驶员反应时间，V2-消 除制动器间隙时间， τ〃 2-制动器制动力增长过程所需时间，abmax-最大制动减速度，S2-危 险车距，12-危险车距安全系数，λ 2> 1，τ' i一系统响应时间，ε-最小警示车距下限，ε彡 10m〇
[0028] 本发明的有益效果：
[0029] 1、由于回收悬架振动能量用于汽车自动刹车，不仅提高了汽车安全性，还实现了 汽车节能减排的目的，提高了能源使用效率。
[0030] 2、由于能量回收机构使用双液压回路，使减震器在压缩行程和伸张行程时均可有 效回收能量，提高了能量回收效率。
[0031] 3、由于使用蓄能器回收悬架振动能量，从而有效减轻了汽车振动能量对驾驶员以 及乘客的影响，有利于提高汽车过程的舒适性。
[0032] 4、由于采用电磁控制，电磁阀的响应速度较快，使制动过程所需的时间变短，有利 于减小刹车距离。
[0033] 5、由于通过传感器实时采集车速和车距信号，并利用电子控制单元根据公式进行 实时运算和判断，实现了系统实时动态调节，有利于提高自动刹车系统的灵敏性。
[0034] 6、由于在拉下制动踏板的同时紧急关闭发动机，利用发动机制动减小刹车距离， 有利于提高自动刹车系统的稳定性。
[0035] 7、由于根据车速实时判断是否检测本车安全状态，避免了自动刹车系统在低速下 意外启动，有利于提高自动刹车系统的可靠性。
[0036] 8、由于采用了警告指示灯根据前车车距分阶段进行提示，减少了使用自动刹车系 统的机率，有利于提高汽车行驶过程的稳定性和安全性。
【附图说明】
[0037]图1为本发明结构示意图；
[0038]图2为本发明电子控制示意图；
[0039]图3为本发明模块布置示意图；
[0040]图4为本发明汽车车距示意图；
[0041]图5为本发明控制流程图。
[0042]图1中，1、减震器;2、电磁阀b; 3、液压马达b; 4、液压栗b; 5、单向阀a; 6、液压马达a; 7、液压栗a; 8、制动踏板;9、拉索；10、传动箱;11、伺服电机;12、锥齿轮;13、油箱；14、压力传 感器；15、液压马达c; 16、蓄能器；17、电磁阀c; 18、安全阀；19、单向阀c; 20、电子控制单元； 21、车速传感器;22、激光雷达传感器;23、制动踏板行程传感器;24、警告提示灯；25、刹车 灯;26、发动机控制单元;27、单向阀d; 28、电磁阀a; 29、单向阀b。
【具体实施方式】
[0043]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并 不限于此。
[0044] 如图1所示的一种基于悬架振动能量回收的自动刹车系统结构，主要包括能量回 收机构、检测机构、电子控制单元和执行机构。
[0045] 所述能量回收机构包括减震器1、液压马达a6和液压马达b3、液压栗a7和液压栗 b4、单向阀a5和单向阀b29、单向阀c 19和单向阀d27、电磁阀a28和电磁阀b2、安全阀18、油箱 13和蓄能器16。所述减震器1吸收振动能量并由两个液压回路反馈能量，两个液压回路分为 压缩回路与伸张回路。所述电磁阀a28、液压马达a6、单向阀a5由液压管道依次相连构成压 缩回路，所述电磁阀b2、液压马达b3、单向阀b29由液压管道依次相连构成伸张回路。所述液 压栗a7和液压栗b4分别与所述液压马达a6和液压马达b3相连，并分别通过液压管道经由所 述单向阀cl9和单向阀d27连接到所述蓄能器16。所述蓄能器16利用气体的可压缩性存储液 压油从而回收能量。所述安全阀18安装在单向阀cl9和单向阀d27与蓄能器16之间的液压管 道上。
[0046] 所述能量回收机构的工作过程如下：在汽车正常行驶时，所述的减震器内弹性元 件由于路面不平而产生往复运动，该运动分为压缩行程与伸张行程。当发生压缩行程时，无 杆腔压力增大，有杆腔压力减小，因此一部分液压油从无杆腔通过液压管道经由所述电磁 阀a28、液压马达a6、单向阀a5流向有杆腔，此过程所述液压马达a6由于油液运动开始工作， 并同时带动所述液压栗a7工作。当发生伸张行程时，无杆腔压力减小，有杆腔压力增大，因 此一部分液压油从有杆腔通过液压管道经由所述电磁阀b2、液压马达b3、单向阀b29流向无 杆腔，此过程所述液压马达b3由于油液运动开始工作，并同时带动所述液压栗b4工作。当所 述液压栗a7工作时，油箱13中的油液被吸入液压管道并经由所述单向阀cl9存入所述蓄能 器16中。当所述液压栗b4工作时，油箱13中的油液被吸入液压管道并经由所述单向阀d27存 入所述蓄能器16中。所述安全阀18防止蓄能器16压力超过安全值;电磁阀a、电磁阀b初始时 打开。
[0047] 如图3所示，所述检测机构包括车速传感器21、激光雷达传感器22、制动踏板行程 传感器23和压力传感器14。所述车速传感器21布置于汽车的驱动桥壳内，用于实时采集车 速信号并发送给电子控制单元，并根据车速实时判断是否检测本车安全状态。所述激光雷 达传感器22布置于汽车最前端，用于实时测量前方车距并发送给电子控制单元，并由电子 控制单元20根据采集频率计算出相对车速及前方车速。所述制动踏板行程传感器23布置于 制动踏板内，用于检测制动踏板是否被踩下并发送给电子控制单元。所述压力传感器14布 置于蓄能器16上，用于实时检测蓄能器16压力并发送给电子控制单元20,本发明电子控制 单元采用车载EOT。
[0048] 如图2所示，所述电子控制单元20包括输入模块、运算模块、电磁阀控制模块、警告 提示灯控制模块、刹车灯控制模块、伺服电机控制模块、发动机电子控制模块和输出模块。 所述的输入模块接受从车速传感器21采集的车速信号、激光雷达传感器22测量的车距信 号、制动踏板行程传感器23检测的踏板行程信号，和压力传感器14采集的压力信号，并将接 受的信号传送给运算模块进行运算和处理，结果分别发送到电磁阀控制模块、警告提示灯 控制模块、刹车灯控制模块、伺服电机控制模块和发动机电子控制模块。所述电磁阀控制模 块经由输出模块控制电磁阀a28、电磁阀b2和电磁阀cl7的开闭；所述警告提示灯控制模块 经由输出模块控制警告提示灯24的开闭及颜色;所述刹车灯控制模块经由输出模块控制刹 车灯25的开闭；所述伺服电机控制模块经由输出模块控制伺服电机11;所述发动机电子控 制模块经由输出模块和发动机控制单元26控制发动机，发动机控制单元26通过关闭节气门 并关闭电子点火系统使发动机停止工作。
[0049] 所述运算模块根据激光雷达传感器测量的车距信号以及采集频率计算出相对车 速，并根据车速传感器采集的车速信号计算前车车速。同时，根据本车车速、前方车速和本 车设定参数计算出最小安全车距si和最小警示车距s2,并与前车车距比较后判断本车安全 状态。如图4所示，若s多si，前车车距属于安全车距，若sl> s>s2,前车车距属于警示车距， 若s〈s2,前车车距属于危险车距。
[0050] 计算前车车速:11￡11 = 11￡1()+(8-8/)1!·
[0051]
[0052]
[0053] 其中，ual-前车车速，uaQ-本车车速，s-前车车距，s'-前次测量的前车车距， f一采集频率，S1-警示车距，h-警示车距安全系数，τι一驾驶员反应时间，V 2-消除制动 器间隙时间，τ〃 2 -制动器制动力增长过程所需时间，abmax-最大制动减速度，S2-危险车 距，人2-危险车距安全系数，V i-系统响应时间，ε-最小警示车距下限。
[0054]所述电磁阀控制模块工作过程分为两部分:第一部分，所述电磁阀控制模块接受 经由输入模块采集的压力信号判断蓄能器压力是否达到额定值。若达到额定值，电磁阀控 制模块经由输出模块关闭电磁阀a28和电磁阀b2,停止能量回收系统工作。第二部分，所述 电磁阀控制模块接受由运算模块根据车速传感器信号和激光雷达传感器信号计算后判断 出的汽车安全状态控制电磁阀cl7。若前车车距属于危险车距，再根据制动踏板行程信号判 断制动踏板8是否被踩下。若制动踏板8未被踩下，再根据压力传感器14信号判断蓄能器16 压力是否达到额定值。若达到额定值，电磁阀控制模块经由输出模块开启电磁阀cl7,使汽 车自动刹车。
[0055] 所述警告提示灯控制模块的工作过程如下:所述警告提示灯初始状态下不亮，所 述警告提示灯控制模块接受由运算模块根据车速传感器信号和激光雷达传感器信号计算 后判断出的汽车安全状态控制警告提示灯24开闭及颜色。若前车车距属于安全车距，警告 提示灯控制模块经由输出模块控制警告提示灯24亮绿灯。若前车车距属于警示车距，警告 提示灯控制模块经由输出模块控制警告提示灯24亮黄灯。若前车车距属于危险车距，警告 提示灯控制模块经由输出模块控制警告提示灯24亮红灯。
[0056] 所述刹车灯控制模块的工作过程如下:所述刹车灯25初始状态下不亮，所述刹车 灯控制模块接受由运算模块根据车速传感器信号和激光雷达传感器信号计算后判断出的 汽车安全状态控制刹车灯开闭。若前车车距属于危险车距，所述刹车灯控制模块经由输出 模块开启刹车灯。
[0057] 所述伺服电机控制模块的工作过程如下:所述伺服电机控制模块接受由运算模块 根据车速传感器信号和激光雷达传感器信号计算后判断出汽车安全状态，再接受由制动踏 板行程传感器23传送的制动踏板行程信号判断制动踏板8是否被踩下，之后根据压力传感 器信号判断蓄能器16压力是否达到额定值，最后经由输出模块控制伺服电机11。若前车车 距属于危险车距，再根据制动踏板行程信号判断制动踏板8是否被踩下。若制动踏板8未被 踩下，再根据压力传感器14信号判断蓄能器16压力是否达到额定值。若未达额定值，伺服电 机控制模块经由输出模块开启伺服电机11，使汽车自动刹车;伺服电机控制自动刹车的原 理为:伺服电机的输出轴通过联轴器与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠螺母上有放转装置并与拉 索相联，伺服电机输出轴旋转带动滚珠丝杠旋转，使滚珠丝杠螺母沿轴向运动并拉动拉索。 (滚珠丝杠运动可逆，即回位时拉索带动滚珠丝杠螺母反向位移，滚珠丝杠螺母带动滚珠丝 杠反向转动，且伺服电机不通电输出轴可转）。
[0058] 所述发动机电子控制模块的工作过程如下:所述发动机电子控制模块接受由运算 模块根据车速传感器信号和激光雷达传感器信号计算后判断出汽车安全状态，再接受由制 动踏板行程传感器23传送的制动踏板行程信号判断制动踏板8是否被踩下，最后经由输出 模块和发动机控制单元控制发动机。若前车车距属于危险车距，再根据制动踏板行程信号 判断制动踏板8是否被踩下，若制动踏板8未被踩下，发动机电子控制模块经由输出模块和 发动机控制单元26关闭发动机。
[0059] 所述的执行机构包括蓄能器16、电磁阀cl7、液压马达cl5、油箱13、锥齿轮12、传动 箱10、伺服电机11、拉索9、制动踏板8、警告提示灯24、刹车灯25和发动机控制单元26。所述 蓄能器16通过能量回收机构存储液压油。所述电磁阀cl7常闭，电磁阀控制模块经由输出模 块控制电磁阀c 17，在需要制动时才会打开电磁阀c 17。所述液压马达c 15用于带动传动机 构。所述油箱13用于回收或排出油液。所述蓄能器16、电磁阀cl7、液压马达cl5、油箱13由液 压管道依次相连构成排油通路。所述传动箱10采用齿轮齿条结构，输入与锥齿轮12啮合，构 成减速机构，用于减力增矩和改变传动方向；输出做伸缩运动，与拉索9相连。所述拉索9用 于传递拉力拉动制动踏板8使汽车制动。所述锥齿轮12、传动箱10和拉索9构成传动机构。所 述伺服电机11用于蓄能器16压力不足时代替液压马达cl5工作，通过拉索9拉动制动踏板8 使汽车制动。如图3所示，警告提示灯24布置于汽车中控台上;刹车灯25布置于汽车后端两 侧;发动机控制单元26布置于发动机上。警告提示灯24用于提醒驾驶员汽车安全状态;刹车 灯25用于刹车时提醒后方车辆;发动机控制单元26用于自动刹车时控制发动机紧急关闭， 利用发动机制动减小刹车距离。
[0060] 所述的执行机构的工作过程如下:所述电磁阀控制模块接受由运算模块根据车速 传感器信号和激光雷达传感器信号计算后判断出的汽车安全状态控制电磁阀C17。若前车 车距属于危险车距，再根据制动踏板行程信号判断制动踏板8是否被踩下。若制动踏板8未 被踩下，再根据压力传感器14信号判断蓄能器16压力是否达到额定值。若达到额定值，电磁 阀控制模块经由输出模块开启电磁阀cl7,迅速排放蓄能器16通过能量回收机构存储的液 压油。蓄能器16内的液压油经过液压马达cl5经由液压管道迅速排放到油箱13中。液压马达 c 15由于油液快速流动开始工作，同时带动由锥齿轮12和传动箱10组成的减速机构工作，经 过减速机构减力增矩和改变传动方向后经由拉索9传递拉力拉动制动踏板8实现自动刹车。 若未到额定值，伺服电机11控制模块经由输出模块开启伺服电机11，伺服电机11通过拉索9 拉动制动踏板8实现自动刹车。与此同时，警告提示灯控制模块经由输出模块控制警告提示 灯24亮红灯;刹车灯控制模块经由输出模块开启刹车灯25;发动机电子控制模块经由输出 模块传递信号给发动机控制单元26,由发动机控制单元紧急关闭发动机，利用发动机制动 减小刹车距尚。
[0061] 如图5所示，一种基于能量回收的自动刹车系统及其控制方法的具体流程如下:在 汽车正常行驶时，所述减震器吸收由于路面不平所产生的振动能量并反馈给能量回收机 构，能量回收机构开始工作，将液压油储存在蓄能器16中。所述电子控制单元接受由压力传 感器14采集的压力信号实时判断蓄能器16压力是否达到额定值，若未达到额定值，能量回 收机构继续工作;若达到额定值，由电磁阀控制模块输出信号关闭电磁阀a28和电磁阀b2， 停止能量回收系统工作。所述车速传感器21实时采集车速信号并发送给电子控制单元20， 并根据车速实时判断是否检测本车安全状态。若车速未达额定值，本发明实施例中设此额 定值为60km/h，不检测本车安全状态;若车速达额定值，开始检测本车安全状态，并且所述 激光雷达传感器22实时测量前方车距并发送给电子控制单元20,并由电子控制单元20根据 采集频率计算出相对车速，再根据车速传感器21采集的车速信号计算前方车速。根据本车 车速、前方车速和本车设定参数计算出最小安全车距si和最小警示车距s2,并与前车车距 比较后判断本车安全状态。若s多si，前车车距属于安全车距，若sl>s多s2,前车车距属于警 示车距，若s〈s2,前车车距属于危险车距。若前车车距属于安全车距，警告提示灯控制模块 经由输出模块控制警告提示灯24亮绿灯，汽车继续正常行驶;若前车车距属于警示车距，警 告提示灯控制模块经由输出模块控制警告提示灯亮黄灯，提醒本车需要减速拉开车距;若 前车车距属于危险车距，警告提示灯控制模块经由输出模块控制警告提示灯24亮红灯，刹 车灯控制模块经由输出模块开启刹车灯25,再根据制动踏板行程传感器23检测的制动踏板 行程信号判断制动踏板8是否被踩下。若已踩下踏板，汽车正常制动;若未踩下踏板8,再根 据压力传感器14信号判断蓄能器16压力是否达到额定值，开启自动刹车系统。若达到额定 值，所述电磁阀控制模块经由输出模块开启电磁阀cl7,迅速排放蓄能器16通过能量回收机 构存储的液压油带动液压马达cl5工作，并通过传动机构拉动制动踏板8使汽车制动，制动 结束后，打开电磁阀a、电磁阀b，关闭电磁阀c;若未到额定值，所述伺服电机控制模块经由 输出模块开启伺服电机11，伺服电机11通过拉索9拉动制动踏板使汽车制动。与此同时，发 动机电子控制模块经由输出模块传递信号给发动机控制单元26,由发动机控制单元紧急关 闭发动机，利用发动机制动减小刹车距离，最终实现汽车自动刹车。
[0062]上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说 明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式 或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于悬架振动能量回收的自动刹车系统，其特征在于，包括能量回收机构、检测 机构、电子控制单元和执行机构； 所述能量回收机构包括减震器（1)、液压马达a(6)和液压马达b(3)、液压栗a(7)和液压 栗b(4)、单向阀a(5)和单向阀b(29)、单向阀c(19)和单向阀d(27)、电磁阀a(28)和电磁阀b (2)、安全阀（18)、油箱（13)和蓄能器（16);所述电磁阀a(28)、液压马达a(6)、单向阀a(5)由 液压管道依次相连构成压缩回路;所述电磁阀b(2)、液压马达b(3)、单向阀b(29)由液压管 道依次相连构成伸张回路;所述减震器的有杆腔、无杆腔之间通过所述压缩回路、所述伸张 回路相连通，实现液压油在所述有杆腔和所述无杆腔之间来回流动;所述液压栗a(7)分别 与所述油箱（13)、所述液压马达a(6)相连;所述液压栗b(4)分别与所述油箱（13)、所述液压 马达b(3)相连；所述液压栗a(7)通过液压管道经由所述单向阀c( 19)连接到所述蓄能器 (16)，所述液压栗b(4)通过液压管道经由所述单向阀d(27)连接到所述蓄能器(16);所述液 压栗a(7)、所述液压栗b(4)分别在液压马达a(6)、液压马达b(3)的带动下工作，将油箱（13) 中的油液通过单向阀专递到蓄能器(16)，实现能量回收； 所述检测机构包括车速传感器（21)、激光雷达传感器(22)、制动踏板行程传感器（23) 和压力传感器（14);所述车速传感器（21)用于实时采集车速信号并发送给电子控制单元 (20);所述激光雷达传感器(22)用于实时测量前方车距并发送给电子控制单元(20);所述 制动踏板行程传感器(23)用于检测制动踏板(8)是否被踩下并发送给电子控制单元(20); 所述压力传感器(14)用于实时检测蓄能器(16)压力并发送给电子控制单元(20); 所述执行机构包括蓄能器（16)、电磁阀c(17)、液压马达c(15)、油箱（13)、锥齿轮（12)、 传动箱（10)、拉索（9)、制动踏板(8);所述蓄能器、所述电磁阀c、所述液压马达c、所述油箱 依次通过液压管道连通，构成排油通路;所述锥齿轮（12)、所述传动箱（10)和所述拉索(9) 依次连接构成传动机构;所述液压马达c(15)的输出连接所述锥齿轮（12)，所述拉索(9)连 接所述制动踏板(8);排油过程中，带动液压马达c(15)工作;液压马达c(15)通过所述传动 机构将制动力传递给所述制动踏板(8); 所述电子控制单元(20)根据检测机构的信息，判断需要电控制动时，打开执行机构中 的电磁阀c(17)，使得能量回收机构中回收的液压油通过所述排油通路由蓄能器（16)传递 到油箱(13)中，在排油过程中，执行机构中的液压马达c(15)通过所述传动机构将制动力传 递给所述制动踏板(8)，实现自动刹车。2. 根据权利要求1所述的一种基于悬架振动能量回收的自动刹车系统，其特征在于，所 述执行机构还包括伺服电机（11)，所述伺服电机（11) 一方面受电子控制单元(20)控制、另 一方面通过拉索(9)作用于所述制动踏板(8)。3. 根据权利要求1所述的一种基于悬架振动能量回收的自动刹车系统，其特征在于，所 述执行机构还包括警告提示灯(24)、刹车灯(25)和发动机;所述警告提示灯(24)布置于汽 车中控台上，受电子控制单元(20)控制开闭及不同颜色显示，用于提醒驾驶员汽车安全状 态;所述刹车灯(25)布置于汽车后端两侧，受电子控制单元(20)控制开闭，用于刹车时提醒 后方车辆;所述发动机在自动刹车时受电子控制单元(20)控制而关闭，用于辅助刹车。4. 根据权利要求1所述的一种基于悬架振动能量回收的自动刹车系统，其特征在于，所 述能量回收机构还包括安全阀（18)，所述安全阀（18)安装在所述单向阀c(19)、所述单向阀 d(27)与所述蓄能器(16)之间的液压管道上。5. 根据权利要求1所述的一种基于悬架振动能量回收的自动刹车系统，其特征在于，所 述车速传感器（21)布置于汽车的驱动桥壳内，所述激光雷达传感器(22)布置于汽车最前 端，所述制动踏板行程传感器(23)布置于制动踏板内，所述压力传感器（14)布置于蓄能器 (16)上。6. 根据权利要求1所述的一种基于悬架振动能量回收的自动刹车系统，其特征在于，所 述传动箱(10)采用齿轮齿条结构。7. 根据权利要求1-6任意一项所述自动刹车系统的自动刹车方法，其特征在于，包括利 用减震器（1)的压缩和伸张进行能量回收的方法以及利用回收的能量进行自动刹车的方 法。8. 根据权利要求7所述的自动刹车方法，其特征在于，所述能量回收的方法包括:在汽 车行驶时，所述减震器（1)内弹性元件由于路面不平而产生往复运动，该运动分为压缩行程 与伸张行程；当发生压缩行程时，无杆腔压力增大，有杆腔压力减小，因此一部分液压油从 无杆腔通过液压管道经由所述电磁阀a(28)、液压马达a(6)、单向阀a(5)流向有杆腔，此过 程所述液压马达a(6)由于油液运动开始工作，并同时带动所述液压栗a(7)工作；当发生伸 张行程时，无杆腔压力减小，有杆腔压力增大，因此一部分液压油从有杆腔通过液压管道经 由所述电磁阀b(2)、液压马达b(3)、单向阀b(29)流向无杆腔，此过程所述液压马达b(3)由 于油液运动开始工作，并同时带动所述液压栗b(4)工作；当所述液压栗a(7)工作时，油箱 (13)中的油液被吸入液压管道并经由所述单向阀c(19)存入所述蓄能器（16)中；当所述液 压栗b(4)工作时，油箱（13)中的油液被吸入液压管道并经由所述单向阀d(27)存入所述蓄 能器(16)中，完成能量回收。9. 根据权利要求7所述的自动刹车方法，其特征在于，所述利用回收的能量进行自动刹 车的方法包括： a. 所述电子控制单元（20)接受由压力传感器（14)采集的压力信号实时判断蓄能器 (16)压力是否达到额定值，若未达到额定值，能量回收机构继续工作;若达到额定值，电子 控制单元输出信号关闭电磁阀a(28)和电磁阀b(2)，停止能量回收系统工作； b. 所述车速传感器(21)实时采集车速信号并发送给电子控制单元(20)，根据车速实时 判断是否检测本车安全状态。若车速未达额定值，不检测本车安全状态;若车速达额定值， 开始检测本车安全状态，执行c，否则执行b; c. 所述激光雷达传感器(22)实时测量前方车距并发送给电子控制单元(20)，并由电子 控制单元(20)根据采集频率计算出相对车速，再根据车速传感器(21)采集的车速信号计算 前车车速;根据本车车速、前方车速和本车设定参数计算出最小安全车距si和最小警示车 距s2,并与前车车距比较后判断本车安全状态，若s多si，前车车距属于安全车距，若sl>s多 s2，前车车距属于警示车距，若s〈s2，前车车距属于危险车距； d. 若前车车距属于安全车距，控制警告提示灯(24)亮绿灯，汽车继续正常行驶;若前车 车距属于警示车距，控制警告提示灯亮黄灯，提醒本车需要减速拉开车距;若前车车距属于 危险车距，控制警告提示灯(24)亮红灯，并开启刹车灯(25); e. 在前车车距属于危险车距时，根据制动踏板行程传感器(23)检测的制动踏板行程信 号判断制动踏板(8)是否被踩下，若已踩下踏板，汽车正常制动;若未踩下踏板(8)，根据压 力传感器(14)信号判断蓄能器(16)压力是否达到额定值，若达到额定值，控制开启电磁阀c (17)，迅速排放蓄能器（16)通过能量回收机构存储的液压油，同时带动液压马达c (15)工 作，并通过传动机构拉动制动踏板(8)使汽车自动制动，制动结束后，打开电磁阀a、电磁阀 b，关闭电磁阀c;若蓄能器（16)压力未到额定值，则控制开启伺服电机（11)，伺服电机（11) 通过拉索(9)拉动制动踏板使汽车自动制动;在汽车自动制动同时，控制关闭发动机，利用 发动机制动减小刹车距离，实现辅助自动刹车。 1 〇.根据权利要求9所述的自动刹车方法，其特征在于，所述C中计算前车车速、计算最 小安全车距、计算最小警示车距的方法为： 计算前车车速:Ual = UaQ+(S-Syf; 计算最小安全车距：计算最小警示车距：其中，ual-前车车速，uaQ-本车车速，S-前车车距，Y -前次测量的前车车距，f-采集 频率，S1-警示车距，警示车距安全系数，τι-驾驶员反应时间，V 2-消除制动器间隙 时间，τ〃2 -制动器制动力增长过程所需时间，abmax-最大制动减速度，S2 -危险车距，入2 - 危险车距安全系数，一系统响应时间，ε-最小警示车距下限。
【文档编号】B60W10/18GK105946824SQ201610392364
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】江浩斌, 解炬, 马世典, 沈峥楠, 李臣旭, 张旭培
【申请人】江苏大学