一种车辆电控气压制动系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种车辆电控气压制动系统，该系统在实现智能车辆无人驾驶模式电控制动功能的同时，保留人工驾驶模式人工制动功能，且人工驾驶与无人驾驶之间能够灵活切换，并具有紧急情况下遥控制动的功能。该系统包括制动控制器、前桥比例电磁阀、前桥梭阀、后桥比例电磁阀、后桥梭阀及常开型两位三通电磁阀；制动控制器，用于接收智能车辆上层规划决策命令，在需要实施电控行车制动时，制动控制器控制前桥比例电磁阀和后桥比例电磁阀动作，使前桥梭阀输出的气压为前桥比例电磁阀输出口的气压，使后桥梭阀输出的气压为后桥比例电磁阀输出口的气压；在需要实施人工行车制动时，制动控制器使前桥比例电磁阀和后桥比例电磁阀断电。
【专利说明】
一种车辆电控气压制动系统
【技术领域】
[0001]本发明属于智能车辆【技术领域】，具体涉及一种车辆电控气压制动系统。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展和经济的进步，世界范围内的汽车保有量不断增加，随之而来的交通安全、交通拥挤、能源短缺、环境污染等问题已成为世界各国面临的共同难题。解决交通问题的传统方法是修建道路，然而交通系统是一个巨大、复杂的系统，仅从扩建道路的角度来提高路网的通行能力是难以解决根本问题的。在这种背景下，把交通基础设施、交通运载工具和交通参与者综合起来进行系统考虑，充分利用高新技术解决交通问题的思想便自然的产生，这就是智能交通系统(Intelligent Transportat1n System, ITS)。
[0003]智能车辆(Intelligent Vehicle, IV)作为ITS的一个重要组成部分，在民用领域和军用领域都具有广泛的应用前景，受到了世界各国的普遍关注。在民用领域，智能车辆作为一种交通工具，它可以像人一样会“思考”、“判断”、“行走”，可以自动启动、加速、刹车，可以自动绕过地面障碍物。尤其当它处在复杂多变的环境中时，它的“大脑”能随机应变，自动选择最佳路径，引导车辆正常、顺利地行驶，从而缓解驾驶员的驾驶疲劳。在军事领域，智能车辆也被称为无人地面车辆(Unmanned Ground Vehicle,UGV)、自主地面移动平台(Autonomous Land Mobile Platform, ALMP)、自主地面车辆(Autonomous Land Vehicle,ALV)等，其相关技术的研究对发展高机动无人武器平台具有重要的战略意义。军用无人车辆作为未来作战系统(Future Combating System, FCS)的关键组成部分,它可依靠定位与导航、环境感知和目标搜索等能力自主地做出各种决策，主要应用于完成战场侦察、城市作战和后勤保障等任务。
[0004]电控制动系统是智能车辆平台核心技术之一，是实现智能车辆智能行为的前提和基础。目前用于乘用车的电控液压制动系统发展较为成熟，有多种类型的装置得以应用，如电子真空助力器、液压电控辅助制动装置等。而对于采用气压制动的商用车辆，现有电控气压辅助制动装置并非针对智能车辆需求开发，不便于实现人工驾驶与无人驾驶的灵活切换。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的是针对智能车辆制动控制的实际需求，提出一种车辆电控气压制动系统，该系统在实现车辆无人驾驶模式电控制动功能的同时，保留人工驾驶模式人工制动功能，且人工驾驶与无人驾驶之间能够灵活切换，并具有紧急情况下遥控制动的功能。
[0006]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0007]—种车辆电控气压制动系统，包括制动控制器、前桥比例电磁阀、前桥梭阀、后桥比例电磁阀、后桥梭阀及常开型两位三通电磁阀；其中
[0008]制动控制器分别与前桥比例电磁阀、后桥比例电磁阀及常开型两位三通电磁阀的电气控制接口相连；前桥比例电磁阀的输入口与原车气源相连，输出口与前桥梭阀的其中一个输入口相连；前桥梭阀的另一输入口与原车行车制动阀的输出口相连，输出口与原车前桥行车制动系统中的继动阀的输入口相连；后桥比例电磁阀的输入口与原车气源相连，输出口与后桥梭阀的其中一个输入口相连；后桥梭阀的另一输入口与原车行车制动阀的输出口相连，输出口与原车后桥行车制动系统中的调节阀的输入口相连；常开型两位三通电磁阀的常开输入口与原车手控制动阀的输出口相连，常开输出口与原车后桥驻车制动系统中的调节阀控制口相连，排气口与大气相通；
[0009]制动控制器，用于接收智能车辆上层规划决策命令，在需要实施电控行车制动时，制动控制器控制前桥比例电磁阀和后桥比例电磁阀动作，使前桥梭阀输出的气压为前桥比例电磁阀输出口的气压，使后桥梭阀输出的气压为后桥比例电磁阀输出口的气压；在需要实施人工行车制动时，制动控制器使前桥比例电磁阀和后桥比例电磁阀断电，使前桥梭阀和后桥梭阀输出气压为行车制动阀输出口的气压；在需要实施电控驻车制动时，制动控制器控制常开型两位三通电磁阀动作，使原车后桥驻车制动气室放气制动。
[0010]进一步地，本发明所述制动控制器控制前桥比例电磁阀和后桥比例电磁阀动作为:制动控制器根据上层规划决策命令并结合当前车辆行驶状态信息计算出相应的控制量，根据所述控制量来改变输入至前桥比例电磁阀和后桥比例电磁阀的PWM(Pulse WidthModulat1n,脉冲宽度调制)占空比大小,调节前桥比例电磁阀和后桥比例电磁阀输出气压的大小来控制其动作。
[0011]进一步地，本发明电控气压制动系统还包括制动踏板角位移传感器、遥控信号接收器以及多个压力传感器，所述角位移传感器与原车制动踏板的旋转轴相连，多个压力传感器分别设置于前桥比例电磁阀的输入口、后桥比例电磁阀的输入口、前桥梭阀的输出口、后桥梭阀的输出口、前桥行车制动气室的输入口及后桥行车制动气室的输入口 ；
[0012]制动控制器主要由微处理器、两路CAN通讯模块、串口通讯模块、模拟信号处理电路、开关信号处理电路、PWM信号处理电路、PWM驱动电路、开关驱动电路及电源模块组成；
[0013]模拟信号处理电路，用于将所述制动踏板角位移传感器和各压力传感器采集到的模拟信号经低通滤波处理后输送到微处理器；
[0014]开关信号处理电路，用于将24V驻车制动开关信号转变成5V开关信号，并输送到微处理器；
[0015]PWM信号处理电路，用于将遥控信号接收器输出的PWM信号经光耦隔离后输送到微处理器；
[0016]两路CAN通讯模块，一路CAN通信模块用于与智能车辆上层规划决策模块通讯，接收上层规划决策命令并传输给微处理器，向智能车辆上层规划决策模块发送来自微处理器的当前制动状态；另一路CAN通信模块与原车CAN通讯网络相连，接收原车行驶状态信息并传输给微处理器，向原车CAN通讯网络发送来自微处理器的自身控制状态；
[0017]串口通讯模块，用于与外部的采集与调试工控机通讯，接收采集与调试工控机下发的单功能调试控制指令，并将来自微处理器的采集数据和自身控制状态发送到采集与调试工控机，由采集与调试工控机进行保存；
[0018]微处理器，根据接收到的信息并结合自身控制状态进行综合计算后，向PWM驱动电路下发PWM控制信号，向开关驱动电路下发开关控制信号，向一路CAN通信模块上传当前制动状态，向另一路CAN通信模块上传自身控制状态，向串口通讯模块发送接收的信息和自身控制状态；同时微处理器在接收单功能调试控制指令时进行调试；
[0019]PWM驱动电路，接收微处理器发出的PWM控制信号，经过功率放大后驱动前桥比例电磁阀、后桥比例电磁阀和常开型两位三通电磁阀；
[0020]开关驱动电路，接收微处理器发出的开关控制信号，经过功率放大后驱动行车制动灯和驻车指示灯；
[0021]电源模块，用于为制动控制器供电。
[0022]有益效果
[0023]1、由于本发明系统根据智能车辆实际需要开发，通过梭阀从气路结构上实现有人驾驶与无人驾驶灵活切换，安全可靠。
[0024]2、本发明手控制动阀与常开型两位三通电磁阀串联，从而保证人工驻车制动和电控驻车制动均有效，且在两者均解除的情况下，后桥驻车制动方解除，充分考虑智能车辆驻车安全，避免驾驶员或智能车辆上层规划决策模块单方面误操作。
[0025]3、本发明包括遥控信号接收器，在紧急情况下(如智能车辆上层规划决策模块规划错误或死机)，跟车实验人员可以通过遥控信号发生器实施遥控制动，保证车辆或行人安全。
[0026]4、本发明可以在原车气压制动系统的基础上进行简单的改造完成，从而成本低，应用范围广。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明的车辆电控气压制动系统的结构示意图。
[0028]图2是本发明的电控部分的结构示意图。
[0029]其中，4-制动踏板、5-行车制动阀、6-继动阀、7-前桥行车制动气室、8_后桥行车制动系统中的调节阀、9-后桥行车制动气室、10-单向阀、11-手控制动阀、12-后桥驻车制动系统中的调节阀、13-后桥驻车制动气室、14-前桥比例电磁阀、15-后桥比例电磁阀、16-前桥梭阀、17-后桥梭阀、18-常开型两位三通电磁阀、19-压力传感器、20-制动踏板角位移传感器、21-采集模块、22-制动控制器、23-遥控信号发生器、24-驻车制动开关、25-遥控信号接收器、26-模拟信号处理电路、27-开关信号处理电路、28-PWM信号处理电路、29-智能车辆上层规划决策模块、30-原车CAN通讯网络、31-采集与调试工控机、32-CAN0通讯模块、33-CAN1通讯模块、34-串口通讯模块、35-微处理器、36-驱动模块、37-PWM驱动电路、38-开关驱动电路、39-行车制动灯、40驻车制动灯、41-电源模块、42-24V车载蓄电池。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0031]原车气压制动系统通常包括前桥行车制动系统、后桥行车制动系统及后桥驻车制动系统；其中前桥行车制动系统和后桥行车制动系统共用行车制动阀；前桥行车制动系统主要由继动阀6和前桥行车制动气室7组成，后桥行车制动系统主要由调节阀8和后桥行车制动气室9组成，后桥驻车制动系统由单向阀10、手控制动阀11、调节阀12和后桥驻车制动气室13组成。人工驾驶模式时，驾驶员踩下制动踏板4，行车制动阀5开启，通过继动阀6向前桥行车制动气室7进行充气，从而对前桥实施行车制动；通过调节阀8向后桥行车制动气室9进行充气，从而对后桥实施行车制动。驾驶员通过控制制动踏板角位移，从而调节前桥行车制动气室7和后桥行车制动气室9的压力，进而控制车辆行车制动强度。驾驶员松开制动踏板4，前桥行车制动气室7通过继动阀6快速放气解除前桥制动，后桥行车制动气室9通过调节阀8快速放气解除后桥制动。驾驶员打开手控制动阀11，后桥驻车制动气室13通过调节阀12快速放气，从而对后桥实施驻车制动；驾驶员关闭手控制动阀11时，气源通过调节阀12向后桥驻车制动气室13进行充气，从而解除后桥驻车制动。
[0032]本发明在原车基础上增加电控气压制动系统，在实现车辆无人驾驶模式电控制动功能的同时，保留人工驾驶模式人工制动功能，且人工驾驶与无人驾驶之间能够灵活切换。
[0033]如图1所示，本发明车辆电控气压制动系统，包括制动控制器22、前桥比例电磁阀
14、前桥梭阀16、后桥比例电磁阀15、后桥梭阀17及常开型两位三通电磁阀18 ；
[0034]制动控制器22分别与前桥比例电磁阀14、后桥比例电磁阀15及常开型两位三通电磁阀18的电气控制接口相连；前桥比例电磁阀14的输入口与原车气源相连，输出口与前桥梭阀16的其中一个输入口相连；前桥梭阀16的另一输入口与原车行车制动阀5的输出口相连，输出口与继动阀6的输入口相连；后桥比例电磁阀15的输入口与原车气源相连，输出口与后桥梭阀17的其中一个输入口相连；后桥梭阀17的另一输入口与原车行车制动阀5的输出口相连，输出口与调节阀8的输入口相连；常开型两位三通电磁阀18的常开输入口与原车手控制动阀11的输出口相连，常开输出口与调节阀12控制口相连，排气口与大气相通；
[0035]制动控制器22，用于接收智能车辆上层规划决策命令，在需要实施电控行车制动时，制动控制器22控制前桥比例电磁阀14和后桥比例电磁阀15动作，使前桥梭阀16输出的气压为前桥比例电磁阀4输出口的气压,使后桥梭阀17输出的气压为后桥比例电磁阀15输出口的气压；在需要实施人工行车制动时，制动控制器22使前桥比例电磁阀14和后桥比例电磁阀15断电，前桥梭阀16和后桥梭阀17输出气压为行车制动阀5输出口的气压；在需要实施电控驻车制动时，制动控制器22控制常开型两位三通电磁阀18动作，使原车后桥驻车制动气室9放气制动。
[0036]为了使电控行车制动能够很好地适应当前车辆的驾驶状态，制动控制器22根据上层规划决策命令并结合当前车辆行驶状态信息计算出相应的控制量，根据所述控制量来改变输入至前桥比例电磁阀14和后桥比例电磁阀15的PWM占空比大小，从而调节前桥比例电磁阀14和后桥比例电磁阀15控制电流大小，比例电磁阀输出口气压大小与比例电磁阀输入口气压大小以及比例电磁阀控制电流大小成一定比例关系。制动控制器22通过调节前桥比例电磁阀14和后桥比例电磁阀15控制电流大小，从而控制前桥行车制动气室7和后桥行车制动气室9的压力大小，进而控制车辆行车制动强度。
[0037]梭阀具有比较两输入口气压大小并选择较大值进行输出的特性。因此，人工行车制动时，前桥梭阀16和后桥梭阀17输出气压为行车制动阀5输出口气压，从而由驾驶员控制车辆制动强度；电控行车制动时，前桥梭阀16输出气压为前桥比例电磁阀14的输出口气压，后桥梭阀17输出气压为后桥比例电磁阀15的输出口气压，从而由制动控制器22控制车辆制动强度；同时实施人工行车制动和电控行车制动时，前桥梭阀16(或后桥梭阀17)选择行车制动阀5输出口和前桥比例电磁阀14 (或后桥比例电磁阀15)输出口气压中较大者进行输出，两者值相同时，梭阀输出其中任意一者的值，因此从气路结构上实现了人工行车制动与电控行车制动之间的灵活切换。
[0038]在无人驾驶模型需要实施电控驻车制动时，制动控制器22向常开型两位三通电磁阀18供电，使得调节阀12控制口与大气相通，从而使后桥驻车制动气室13通过调节阀12快速放气实施驻车制动；需要解除电控驻车制动时，常开型两位三通电磁阀18断电，气源通过单向阀10、手控制动阀11、常开型两位三通电磁阀18进入调节阀12控制口，从而使得气源通过单向阀10、调节阀12向后桥驻车制动气室13充气解除驻车制动。手控制动阀11与常开型两位三通电磁阀18串联，从而保证人工驻车制动和电控驻车制动均有效，且在两者均解除的情况下，后桥驻车制动方解除，充分考虑智能车辆驻车安全，避免驾驶员或智能车辆上层规划决策模块29单方面误操作。
[0039]本发明电控气压制动系统还包括制动踏板角位移传感器20、遥控信号接收器25以及多个压力传感器19，所述角位移传感器与原车制动踏板的旋转轴相连，用于采集人工制动时驾驶员踩制动踏板的信息；多个压力传感器19分别设置于前桥比例电磁阀14的输入口、后桥比例电磁阀15的输入口、前桥梭阀16的输出口、后桥梭阀17的输出口、前桥行车制动气室7的输入口及后桥行车制动气室9的输入口，采集图1中各测压点压力信息，用于试验数据分析；遥控信号接收器25用于接收遥控信号发生器23发出的遥控信号，并根据遥控信号不同产生不同占空比的PWM信号。在无人驾驶模式紧急情况下，如智能车辆上层规划决策模块29规划错误或死机等情况，跟车试验人员判定智能车辆存在危及车辆、行人及其他生命财产安全的可能时，可以在远距离通过遥控信号发生器23发出紧急制动遥控信号使得车辆紧急制动。
[0040]制动控制器22主要由微处理器35、两路CAN通讯模块、串口通讯模块34、模拟信号处理电路26、开关信号处理电路27、PWM信号处理电路28、PWM驱动电路37、开关驱动电路38及电源模块41组成；
[0041]模拟信号处理电路26，用于将所述制动踏板角位移传感器20和各压力传感器采集到的模拟信号经低通滤波处理后输送到微处理器35 ；
[0042]开关信号处理电路27，用于将驻车制动开关24产生的24V驻车制动开关信号转变成5V开关信号，并输送到微处理器35 ；
[0043]PWM信号处理电路28，用于将遥控信号接收器25输出的PWM信号经光耦隔离后输送到微处理器35 ；
[0044]两路CAN通讯模块，一路CANO通信模块32用于与智能车辆上层规划决策模块29通讯，接收上层规划决策命令并传输给微处理器35，向智能车辆上层规划决策模块发送来自微处理器35的当前制动状态；另一路CANl通信模块33与原车CAN通讯网络30相连，接收原车行驶状态信息并传输给微处理器35,向原车CAN通讯网络30发送来自微处理器35的自身控制状态；
[0045]串口通讯模块34，用于与外部的采集与调试工控机31通讯，接收采集与调试工控机31下发的单功能调试控制指令，并将来自微处理器35的采集数据和自身控制状态发送到采集与调试工控机31，由采集与调试工控机31进行保存，用于后续试验数据分析；
[0046]微处理器35根据采集模块21、CAN通讯模块32和33、串口通讯模块34得到的车辆行驶状态、上层规划决策命令、单功能调试控制指令等信息，并结合自身控制状态，进行综合计算后，向PWM驱动电路37下发PWM控制信号，向开关驱动电路38下发开关控制信号，向一路CANO通信模块32上传当前制动状态，向另一路CANl通信模块33上传自身控制状态，向串口通讯模块34发送接收的信息和自身控制状态；同时微处理器35在接收单功能调试控制指令时进行调试。
[0047]驱动模块36包括PWM驱动电路37和开关驱动电路38，其中PWM驱动电路37，接收微处理器35发出的PWM控制信号，经过功率放大后驱动前桥比例电磁阀14、后桥比例电磁阀15和常开型两位三通电磁阀18 ;开关驱动电路38，接收微处理器发出的开关信号，经过功率放大后驱动行车制动灯39和驻车指示灯40 ；
[0048]电源模块41用于将智能车辆上的24V车载蓄电池42提供的不稳定直流电,转换成稳定的5V和24V直流电，分别向采集模块21、微处理器35和驱动模块36供电。
【权利要求】
1.一种车辆电控气压制动系统,其特征在于:包括制动控制器、前桥比例电磁阀、前桥梭阀、后桥比例电磁阀、后桥梭阀及常开型两位三通电磁阀；其中 制动控制器分别与前桥比例电磁阀、后桥比例电磁阀及常开型两位三通电磁阀的电气控制接口相连；前桥比例电磁阀的输入口与原车气源相连，输出口与前桥梭阀的其中一个输入口相连；前桥梭阀的另一输入口与原车行车制动阀的输出口相连，输出口与原车前桥行车制动系统中的继动阀的输入口相连；后桥比例电磁阀的输入口与原车气源相连，输出口与后桥梭阀的其中一个输入口相连；后桥梭阀的另一输入口与原车行车制动阀的输出口相连，输出口与原车后桥行车制动系统中的调节阀的输入口相连；常开型两位三通电磁阀的常开输入口与原车手控制动阀的输出口相连，常开输出口与原车后桥驻车制动系统中的调节阀控制口相连，排气口与大气相通； 制动控制器，用于接收智能车辆上层规划决策命令，在需要实施电控行车制动时，制动控制器控制前桥比例电磁阀和后桥比例电磁阀动作，使前桥梭阀输出的气压为前桥比例电磁阀输出口的气压，使后桥梭阀输出的气压为后桥比例电磁阀输出口的气压；在需要实施人工行车制动时，制动控制器使前桥比例电磁阀和后桥比例电磁阀断电，前桥梭阀和后桥梭阀输出气压为行车制动阀输出口的气压；在需要实施电控驻车制动时，制动控制器控制常开型两位三通电磁阀动作，使原车后桥驻车制动气室放气制动。
2.如权利要求1所述的车辆电控气压制动系统，其特征在于，所述制动控制器控制前桥比例电磁阀和后桥比例电磁阀动作为:制动控制器根据上层规划决策命令并结合当前车辆行驶状态信息计算出相应的控制量，根据所述控制量来改变输入至前桥比例电磁阀和后桥比例电磁阀的PWM占空比大小，调节前桥比例电磁阀和后桥比例电磁阀输出气压的大小来控制其动作。
3.如权利要求1所述的车辆电控气压制动系统，其特征在于，所述车辆电控气压制动系统还包括制动踏板角位移传感器、遥控信号接收器以及多个压力传感器，所述角位移传感器与原车制动踏板的旋转轴相连，多个压力传感器分别设置于前桥比例电磁阀的输入口、后桥比例电磁阀的输入口、前桥梭阀的输出口、后桥梭阀的输出口、前桥行车制动气室的输入口及后桥行车制动气室的输入口 ； 制动控制器主要由微处理器、两路CAN通讯模块、串口通讯模块、模拟信号处理电路、开关信号处理电路、PWM信号处理电路、PWM驱动电路、开关驱动电路及电源模块组成； 模拟信号处理电路，用于将所述制动踏板角位移传感器和各压力传感器采集到的模拟信号经低通滤波处理后输送到微处理器； 开关信号处理电路，用于将24V驻车制动开关信号转变成5V开关信号，并输送到微处理器； PWM信号处理电路，用于将遥控信号接收器输出的PWM信号经光耦隔离后输送到微处理器； 两路CAN通讯模块，一路CAN通信模块用于与智能车辆上层规划决策模块通讯，接收上层规划决策命令并传输给微处理器，向智能车辆上层规划决策模块发送来自微处理器的当前制动状态；另一路CAN通信模块与原车CAN通讯网络相连，接收原车行驶状态信息并传输给微处理器，向原车CAN通讯网络发送来自微处理器的自身控制状态； 串口通讯模块，用于与外部的采集与调试工控机通讯，接收采集与调试工控机下发的单功能调试控制指令，并将来自微处理器的采集数据和自身控制状态发送到采集与调试工控机，由采集与调试工控机进行保存； 微处理器，根据接收到的信息并结合自身控制状态进行综合计算后，向PWM驱动电路下发PWM控制信号，向开关驱动电路下发开关控制信号，向一路CAN通信模块上传当前制动状态，向另一路CAN通信模块上传自身控制状态，向串口通讯模块发送接收的信息和自身控制状态；同时微处理器在接收单功能调试控制指令时进行调试； PWM驱动电路，接收微处理器发出的PWM控制信号，经过功率放大后驱动前桥比例电磁阀、后桥比例电磁阀和常开型两位三通电磁阀； 开关驱动电路，接收微处理器发出的开关控制信号，经过功率放大后驱动行车制动灯和驻车指示灯； 电源模块，用于为制动控制器供电。
【文档编号】B60T13/74GK104192114SQ201410421560
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】朱敏, 陈慧岩 申请人:北京理工大学