可用于无人驾驶的制动执行装置、车辆和控制方法与流程

本发明属于无人驾驶车辆技术领域，尤其涉及一种可用于无人驾驶的制动执行装置、车辆和控制方法。

背景技术：

为了保证汽车能够安全行驶，驱动、转向、制动三大系统是不不可少的配置。制动系统由行车制动系统和驻车制动系统组成。行车制动系统的功能就是保证汽车在行驶过程中保证汽车在高速行驶时的安全，有人驾驶汽车的行车制动动作由驾驶员用脚踩踏制动踏板来操作。脚踏下制动踏板的程度越深，产生的制动转矩就越大，制动鼓转速降低也就越快。松开制动踏板，在复位弹簧作用下，制动踏板复位，刹车动作结束。上述行车制动系统已经是非常成熟、可靠的产品，但不能直接应用到无人驾驶汽车上，因为无人驾驶汽车上没有驾驶员，在车辆需要减速时无人踏下制动踏板。现有技术中，通常设计一套全新的专用系统，例如博世公司生产的ibooster智能刹车系统，其成本高，适应性欠佳。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决上述技术问题之一，提供了一种可用于无人驾驶的制动执行装置、车辆和控制方法，其适用性广、开发周期短、成本低、可靠佳。

本发明的技术方案是：一种可用于无人驾驶的制动执行装置，包括用于连接车辆制动踏板的连接绳和用于收卷所述连接绳的收卷驱动部件，所述收卷驱动部件包括连接于车辆整车控制器的驱动控制器、连接于所述驱动控制器的执行驱动件和由所述执行驱动件驱动的收卷轮，所述连接绳部分绕设于所述收卷轮，所述收卷轮或所述执行驱动件设置有转角检测器件，所述转角检测器件通过转角信号线连接于所述车辆整车控制器或所述驱动控制器。

可选地，所述连接绳的一端连接有可固定于制动踏板的连接绳长度调节器。

可选地，所述执行驱动件为电机，所述电机连接有减速器，所述收卷轮连接于所述减速器。

可选地，所述收卷驱动部件设置有用于限定所述收卷轮转动行程的限位机构。

可选地，所述限位机构包括设置于所述收卷轮的弧形槽和端部伸入所述弧形槽的定位销。

可选地，所述收卷轮外罩设有壳体，所述定位销穿过所述壳体且所述定位销的前端伸入所述弧形槽。

本发明还提供了一种制动执行装置的控制方法，采用上述的一种可用于无人驾驶的制动执行装置，包括以下步骤：

车辆整车控制器发出刹车指令并通过驱动控制器启动执行驱动件；

所述执行驱动件驱动收卷轮正转使连接绳被收卷于所述收卷轮；

所述连接绳拉动制动踏板使所述制动踏板动作对车辆进行制动；

所述收卷轮处的转角检测器件通过转角信号线将转角数据传输至车辆整车控制器，且/或，所述驱动控制器将驱动电流信息通过信号线传输至车辆整车控制器。

可选地，当所述驱动控制器输出的电流大于设定值，且转角检测器件检测至的转角数据小于设定值，车辆整车控制器报警且启动驻车制动系统对车辆进行紧急制动；且/或，

当所述驱动控制器输出的电流小于设定值，且转角检测器件检测至的转角数据大于设定值，车辆整车控制器报警且启动驻车制动系统对车辆进行紧急制动。

可选地，还包括以下步骤：

刹车指令执行结束，所述执行驱动件反转，所述收卷轮反转使连接绳被松开，制动踏板复位。

本发明还提供了一种车辆，所述车辆具有上述的制动执行装置。

本发明所提供的一种可用于无人驾驶的制动执行装置、车辆和控制方法，其具有适用性广、开发周期短、成本低、可靠佳等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种可用于无人驾驶的制动执行装置的原理示意图；

图2是本发明实施例提供的一种可用于无人驾驶的制动执行装置的剖面示意图；

图3是本发明实施例提供的一种可用于无人驾驶的制动执行装置和行车制动系统(非制动状态)的平面示意图；

图4是本发明实施例提供的一种可用于无人驾驶的制动执行装置和行车制动系统(制动状态)的平面示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接设置、连接、一体设置、一体连接、分体设置、分体连接，也可以通过居中元部件、居中结构间接设置、连接。

另外，本发明实施例中若有“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系的用语，其为基于附图所示的方位或位置关系或常规放置状态或使用状态，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构、特征、装置或元件必须具有特定的方位或位置关系、也不是必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和各实施例，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征/实施例的组合可以形成不同的实施方式，为了避免不必要的重复，本发明中各个具体技术特征/实施例的各种可能的组合方式不再另行说明。

如图1至图4所示，本发明实施例提供的一种可用于无人驾驶的制动执行装置，包括用于连接车辆制动踏板(刹车踏板)或的连接绳1和用于收卷连接绳1的收卷驱动部件。本实施例中，以连接绳1连接于制动踏板为例。收卷驱动部件包括连接于车辆整车控制器9的驱动控制器2、连接于驱动控制器2(电机控制器)的执行驱动件3(电机)和由执行驱动件3驱动的收卷轮4，连接绳1部分绕设于收卷轮4，收卷轮4或执行驱动件3设置有转角检测器件31，转角检测器件31通过转角信号线7连接于车辆整车控制器9或驱动控制器2。车辆整车控制器9可为原车的部件，不包括于本实施例的执行装置中。当无人驾驶车辆需要制动(减速)时，车辆整车控制器9发出减速指令，驱动控制器2接收到减速指令后，驱动控制器2控制执行驱动件3使收卷轮4正向转动，从而使连接绳1被收卷于收卷轮4，进而使连接于连接绳1的制动踏板向下运动，从而使车辆的行车制动系统工作，车辆可以实现减速。本发明实施例所提供的一种可用于无人驾驶的制动执行装置，其可以应用于传统结构的车辆行车制动系统中，无需对行车制动系统进行全新设计，具有适用性广、开发周期短、成本低、可靠佳等优点。

具体应用中，车辆整车控制器9可以连接有车速传感器，当车辆减速至设定值时，即制动指令结束，驱动控制器2接收到减速结束的指令后，驱动控制器2控制执行驱动件3使收卷轮4反向转动而松开连接绳1，从而使制动踏板向上复位，行车制动状态解除。

具体应用中，当车辆未减速至设定值时，即制动指令未结束，车辆整车控制器9也可以根据需要继续发出进一步减速的指令，此时驱动控制器2可以控制执行驱动件3以更大的转矩进行减速，使车辆在更短的时间内减速，安全可靠性更佳。

具体地，连接绳1可为钢丝绳(钢绳)，其强度高且具有一定的柔韧性，可靠性高。钢丝绳的表面可以套有保护套管，例如尼龙套管或塑胶套管等。当然，连接绳1也可为其它合适材质的绳体。

具体地，收卷轮4的外周可设置有容线槽40，以提高收卷连接绳1的可靠性，连接绳1的一端可固定并卷于收卷轮4。

具体地，连接绳1的一端连接有可固定于制动踏板的连接绳长度调节器5，以便于将连接绳1调节至绷紧状态，收卷轮4动作时，制动踏板的响应时间短，利于提高安全可靠性。具体应用中，连接绳长度调节器5可以具有用于供连接绳1穿过的孔位，孔位的一侧连接有一个或至少两个用于锁紧连接绳1的锁紧件，锁紧件可为螺丝、卡夹、卡销等。连接绳长度调节器5或连接绳1可以连接于制动踏板背面的传动杆处，不影响驾驶员操作。

具体地，电机连接有减速器6，减速器6具有输入轴和输出轴，电机的转轴连接于减速器6的输入轴，收卷轮4连接于减速器6的输出轴。减速器6的减速比可为1:30或以上，优选地，减速器6的减速比可为1:50以上。本实施例中，减速器6的减速比可为1:50，可以将电机收卷转矩放大约50倍，所以执行驱动件3(收卷电机)不需要很大，结构紧凑小巧。

具体地，执行驱动件3为电机(收卷电机)，电机可内置有转角检测器件31。当然，转角检测器件31也可以单独或同时设置于收卷轮4处。随着收卷力的加大，收卷电机工作电流也相应加大，驱动控制器2(电机控制器)将收卷电机的工作电流值通过连接线发送给车辆整车控制器9，车辆整车控制器9根据工作电流值可以确定制动程度或效果。同时通过检测收卷电机转角数据的装置(转角检测器件31)，并将收卷电机的转角数据传送给整车控制器。整车控制器还根据障碍物或停车目的地距离、车速、决策指令等控制电机转角、调整收卷电机工作电流，使制动转矩保持在一个既能保证车辆安全又能兼顾车辆减速时加速度不过大，使车辆在制动过程中具有较好的舒适性。其余动作跟驾驶员踏下制动踏板使车辆减速或直至停车一样。具体应用中，驱动控制器2和车辆整车控制器9可以分别独立设置，当然，也可以采用集成设置的方案。

具体地，收卷驱动部件设置有用于限定收卷轮4转动行程的限位机构。当电机反转放松连接绳1(钢绳)过程中如果发生超调而导致连接绳1过度放松，可能引发下次制动时间延长的问题，甚至引发制动故障，为防止发生这种情况发生，通过机械定位装置(限位机构)，从结构上保证不会发生这种故障，安全可靠性更高。

具体地，限位机构包括设置于收卷轮4的弧形槽42和端部伸入弧形槽42的定位销44。弧形槽42对应的圆心可与收卷轮4的转动中轴线重合，以使收卷轮4仅能在设定的行程内转动。

具体地，收卷轮4外罩设有壳体43，以避免收卷轮4卷入异物而意外受阻，定位销44穿过壳体43且定位销44的前端伸入弧形槽42，结构可靠性佳且成本低。

收卷电机不工作时，行车制动系统完全恢复到传统车行车制动系统状态，加装的供无人驾驶车辆使用的制动执行装置完全不影响有人驾驶时驾驶员使用行车制动系统，完美实现了人机共享行车制动系统。

具体应用中，行车制动系统可包括制动主油缸71，制动主油缸71内设置有制动油和活塞72，活塞72连接有活塞杆73，制动踏板8通过转动杠杆机构连接于活塞杆73，活塞杆73的前端可以连接有复位弹簧。制动主油缸71通过油管74连接于各组制动油缸75，每组制动油缸75设置有两个同轴背向设置的制动活塞76，制动活塞76通过制动活塞杆77连接于刹车片78，刹车片78一端转动连接于基体，刹车片78连接有可以抵压于制动鼓81的摩擦片79，制动鼓81固定连接于车轮82且随车轮82同步转动。当制动踏板8被连接绳1牵动向下运动(相当于驾驶员踩下制动踏板8)，活塞杆73推动活塞72使制动油通过油管74流向制动油缸75并推动制动活塞76使制动活塞杆77驱动刹车片78动作。制动踏板8向下的程度越深，活塞杆73向右移动的距离越大，制动油缸75的油压越大，挤压刹车片78的力就越大，制动鼓81与摩擦片79之间的压力越大，产生的制动转矩就越大，制动鼓81转速降低也就越快。松开制动踏板8，在复位弹簧作用下，制动片向中间移动，摩擦片79与制动鼓81分离，刹车状态解除。具体应用中，行车制动系统可以采用上述鼓式刹车，也可以采用碟式刹车，碟式刹车是由一个与车轮相连的刹车圆盘和圆盘边缘的刹车钳组成，刹车时，制动踏板8使高压刹车油推动制动块使之夹紧刹车盘，从而产生制动效果。

上述制动执行装置可以设置于车体前围板外侧、发动机舱等不影响驾驶处，通过可灵活布置的连接绳1连接于制动踏板8，安装位置十分灵活。

具体应用中，在连接绳1需转向时，可以在转向处设置有导滑片或定滑轮等，以使连接绳1的收放更为顺畅。

本发明实施例还提供了一种车辆，车辆具有上述的制动执行装置。以制动执行装置例，可将上述制动执行装置的主体安装在车体前围板外侧，连接绳1(钢绳)一端连接并固定在执行装置的收卷轮4上，另一端连接并固定在连接绳长度调节器5上，连接绳长度调节器5固定在车内制动踏板8上，收卷电机与电机控制器连接，将电机控制器和执行装置的转角检测线连接到整车控制器。本发明的执行装置加装到原车的行车制动系统中就组成了无人驾驶车辆用的行车制动系统。当无人驾驶车辆的感知决策系统发出减速或停车时指令时，整车控制系统(车辆整车控制器9)启动收卷电机，收卷轮4收紧钢绳使制动踏板8下降(如同驾驶员踏下制动踏板8)，制动踏板8驱动推杆向右移动，刹车油通过油管74进入制动轮缸，制动活塞76分别向左右移动，将制动片向两边推出，使摩擦片79贴紧制动鼓81，在摩擦片79与制动鼓81之间产生制动转矩。

收卷电机配有大减速比的减速器6，减速比1:50左右，可以将电机收卷转矩放大约50倍，所以收卷电机的尺寸不需要很大。随着收卷力的加大，收卷电机工作电流也相应加大，电机控制器将收卷电机的工作电流值发送给整车控制器，整车控制器根据工作电流值就可以确定制动程度或效果。同时本发明还设计了检测收卷电机转角数据的装置，并将收卷电机的转角数据传送给整车控制器。整车控制器还根据障碍物或停车目的地距离、车速、决策指令等控制电机转角、调整收卷电机工作电流，使制动转矩保持在一个既能保证车辆安全又能兼顾车辆减速时加速度不过大，使车辆在制动过程中具有较好的舒适性。其余动作跟驾驶员踏下制动踏板8使车辆减速或直至停车一样。

本发明实施例还提供了一种可用于无人驾驶的制动控制方法，采用上述的一种可用于无人驾驶的制动执行装置，制动执行装置中的连接绳1连接于制动踏板8，制动执行过程包括以下步骤：

车辆整车控制器9发出刹车指令并通过驱动控制器2启动执行驱动件3；

执行驱动件3驱动收卷轮4正转使连接绳1被收卷于收卷轮4；

连接绳1拉动制动踏板8使制动踏板8动作对车辆进行制动；

收卷轮4处的转角检测器件31通过转角信号线7将转角数据传输至车辆整车控制器9，且/或，驱动控制器2将驱动电流信息通过信号线传输至车辆整车控制器9，其可以应用于传统结构的车辆行车制动系统中，无需对行车制动系统进行全新设计，具有适用性广、开发周期短、成本低、可靠佳等优点。

具体地，当驱动控制器2输出的电流大于设定值，且转角检测器件31检测至的转角数据小于设定值，此时制动踏板8或制动片可能被卡住，车辆整车控制器9报警且启动驻车制动系统对车辆进行紧急制动，安全可靠性佳。

具体地，当驱动控制器2输出的电流小于设定值，且转角检测器件31检测至的转角数据大于设定值，此时连接绳1可能已断裂或松脱，车辆整车控制器9报警且启动驻车制动系统对车辆进行紧急制动，大大提高了制动系统整体可靠性和车辆安全余度。

具体地，制动执行过程还包括以下步骤：

刹车指令执行结束，执行驱动件3反转，收卷轮4反转使连接绳1被松开，制动踏板8复位。

本发明实施例所提供的一种可用于无人驾驶的制动执行装置、车辆和控制方法，其具有适用性广、开发周期短、成本低、可靠佳等优点。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。