详情

原文传递面向自动驾驶的线控液压制动控制系统及其控制方法

专利名称：	面向自动驾驶的线控液压制动控制系统及其控制方法
摘要：	本发明提供了面向自动驾驶的线控液压制动控制系统及其控制方法，所述系统包括一组制动踏板操作模块、一组液压控制模块、两组增压模块、两组电机驱动控制模块和一组电子控制模块，制动踏板操作模块和增压模块分别与液压控制模块管路连接，两组增压模块实现冗余备份，制动踏板操作模块、增压模块、电机驱动控制模块、液压控制模块分别与电子控制模块信号连接，所述电子控制模块由两组电子控制子模块组成，实现冗余备份；所述控制方法包括：通电无故障状态下的制动控制方法、典型硬件故障下的制动控制方法和断电失效状态下的制动控制方法。本发明采用多增压模块、多传感器和多电子控制模块的冗余架构，满足高级别自动驾驶对制动控制系统的需求。
专利类型：	发明专利
申请人：	吉林大学
发明人：	李静;张振兆
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T07:00:00+0805
申请号：	CN201911360896.3
公开号：	CN110962815A
代理机构：	长春吉大专利代理有限责任公司
代理人：	刘程程
分类号：	B60T7/04;B60T8/40;B60T13/14;B60T13/74;B60T13/68;B60T13/66;B60T8/32;B60T8/48;B60T17/22;B;B60;B60T;B60T7;B60T8;B60T13;B60T17;B60T7/04;B60T8/40;B60T13/14;B60T13/74;B60T13/68;B60T13/66;B60T8/32;B60T8/48;B60T17/22
申请人地址：	130012 吉林省长春市前进大街2699号
主权项：	1.面向自动驾驶的线控液压制动控制系统，其特征在于：包括：一组制动踏板操作模块、一组液压控制模块、两组增压模块、两组电机驱动控制模块和一组电子控制模块；所述制动踏板操作模块与液压控制模块管路连接，以实现将制动踏板动作转化为制动液压力信号传递至液压控制模块，制动踏板操作模块与电子控制模块信号连接，电子控制模块一方面接收制动踏板操作模块的状态信号，另一方面向制动踏板操作模块发送控制信号控制制动踏板操作模块中阀组动作，以实现相应控制油路的导通或关闭；所述两组增压模块分别与液压控制模块管路连接，其中一组增压模块单独或两组增压模块同时向液压控制模块单独提供制动增压，两组增压模块分别与电子控制模块信号连接，电子控制模块一方面接收增压模块的状态信号，另一方面向增压模块发送控制信号控制增压模块中阀组动作，以实现相应控制油路的导通或关闭；所述两组电机驱动控制模块与两组增压模块一一对应信号连接，两组电机驱动控制模块分别与电子控制模块信号连接，电子控制模块信号向电机驱动控制模块发送控制信号，进而控制对应的增压模块中电机运行，实现增压制动；所述电子控制模块还与液压控制模块信号连接，电子控制模块一方面接收液压控制模块的状态信号，另一方面向液压控制模块发送控制信号控制液压控制模块中阀组动作，以实现相应控制油路的导通或关闭；所述电子控制模块由两组电子控制子模块组成，两组电子控制子模块电信号连接，以实现电子控制子模块冗余备份。 2.如权利要求1所述面向自动驾驶的线控液压制动控制系统，其特征在于：所述制动踏板操作模块包括：制动踏板、制动踏板位移双传感器、输入推杆、制动开关、制动主缸、踏板机构电磁阀组、踏板感觉模拟器和储油杯；制动踏板通过输入推杆与制动主缸机械连接，制动主缸一侧与储油杯管路连接，另一侧通过踏板机构电磁阀组与液压控制模块管路连接，踏板感觉模拟器通过踏板机构电磁阀组与制动主缸管路连接；踏板机构电磁阀组与电子控制模块信号连接，制动踏板位移双传感器安装在制动踏板上，制动踏板位移双传感器与电子控制模块信号连接，制动开关与输入推杆机械连接，制动开关与电子控制模块信号连接。 3.如权利要求1所述面向自动驾驶的线控液压制动控制系统，其特征在于：所述液压控制模块包括：主油路、进液压力调节电磁阀组、出液电磁阀组、泵电机与液压泵单元、低压蓄能器、缓振单元、制动轮缸单元、压力传感器单元；进液压力调节电磁阀组通过主油路与踏板机构电磁阀组管路连接，进液压力调节电磁阀组还通过主油路分别与两组增压模块中的隔离电磁阀组管路连接，制动轮缸单元一侧通过进液压力调节电磁阀组与主油路相连，另一侧通过出液电磁阀组依次与缓振单元和低压蓄能器管路连接，从出液电磁阀组流出的制动液油经缓振单元缓冲后快速进入低压蓄能器，实现制动轮缸快速减压，泵电机与液压泵单元中，液压泵一侧与低压蓄能器管路连接，另一侧与主油路相连形成液压回路；进液压力调节电磁阀组与电子控制模块信号连接，出液电磁阀组与电子控制模块信号连接，泵电机与液压泵单元中，泵电机与电子控制模块信号连接，压力传感器单元与制动轮缸单元对应安装连接，压力传感器单元与电子控制模块信号连接。 4.如权利要求1所述面向自动驾驶的线控液压制动控制系统，其特征在于：两组增压模块的组成结构及连接关系均相同；所述增压模块包括：电机、电机转子角位移双传感器、传动机构、直线位移传感器、输出推杆、增压主缸、隔离电磁阀组和储油杯；电机依次通过传动机构和输出推杆与增压主缸机械连接，增压主缸一侧与储油杯管路连接，另一侧通过隔离电磁阀组与液压控制模块中的主油路相连；隔离电磁阀组与电子控制模块信号连接，电机转子角位移双传感器安装在电机内侧并与电机电连接，电机转子角位移双传感器与电子控制模块信号连接，直线位移传感器与输出推杆机械连接，直线位移传感器与电子控制模块信号连接。 5.如权利要求4所述面向自动驾驶的线控液压制动控制系统，其特征在于：所述电机驱动控制模块包括：依次电连接的电流传感器、控制电路和驱动电路；电机驱动控制模块分别与电子控制模块和增压模块信号连接，电子控制模块将电机控制信号经电机驱动控制模块发送至增压模块中，进而控制增压模块中的电机运行，电流传感器检测增压模块中电机的运行状态，并将电流信号发送至电子控制模块，以检测电机的电流输出状态。 6.如权利要求1所述面向自动驾驶的线控液压制动控制系统，其特征在于：所述电子控制模块由主电子控制子模块和副电子控制子模块组成，主电子控制子模块和副电子控制子模块分别均包括：中央处理单元、电源单元、故障诊断单元、信号采集处理单元和控制信号输出单元；电源单元分别与中央处理单元、故障诊断单元、信号采集处理单元和控制信号输出单元电连接，实现向各单元供电；故障诊断单元与中央处理单元电信号连接，用于将制动控制系统故障信号发送至中央处理单元；信号采集处理单元与中央处理单元电信号连接，用于接收制动踏板操作模块、液压控制模块、增压模块以及电机驱动控制模块发送至电子控制模块的信号，并将接收到的信号发送至中央处理单元；控制信号输出单元与中央处理单元电信号连接，中央处理单元接收故障诊断单元和信号采集处理单元发送的信号，并对信号信息做进一步分析和处理，进而生成控制信号，并将控制信号通过控制信号输出单元向制动踏板操作模块、液压控制模块、增压模块以及电机驱动控制模块发送相应的控制信号，控制各模块中相应的受控元件动作。 7.如权利要求1所述面向自动驾驶的线控液压制动控制系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括：通电无故障状态下的制动控制方法、典型硬件故障下的制动控制方法和断电失效状态下的制动控制方法； 1、所述通电无故障状态下的制动控制方法如下： 1.1、感知阶段：所述制动控制系统通电，电子控制模块对制动系统进行故障自检，确定无故障后，电子控制模块读入制动踏板操作模块、液压控制模块、增压模块、电机驱动控制模块中各传感器信号及控制指令，并进入判断阶段； 1.2、判断阶段：所述电子控制模块依次对车辆驾驶模式、制动模式以及所需的制动进行判断，然后进入决策阶段； 1.3、决策阶段：所述电子控制模块根据确定的车辆所需制动功能，进行车辆典型制动工况控制决策，完成相关制动执行部件控制率信号和驱动率信号的计算输出，并进入执行阶段； 1.4、执行阶段：电子控制模块将制动执行部件控制率信号和驱动率信号发送至液压控制模块和增压模块中的执行部件，执行部件根据电子控制模块发出的控制率信号和驱动率信号后，开始执行相应的动作来进行制动，液压油经增压模块进入液压控制模块，实现对制动轮缸进行增压制动，与此同时，电子控制模块根据液压控制模块发送的制动轮缸单元的制动压力信号，判断其是否达到目标压力，如果未达到目标压力，则执行部件继续保持动作；当制动压力达到目标压力后，则对结束标志位进行判断，如为未达到结束标志位，则返回感知阶段，重新开始，继续进行下一轮制动控制过程；如果达到结束标志位，则制动结束； 2、典型硬件故障下的制动控制方法如下： 2.1、感知阶段：所述制动控制系统通电，电子控制模块对制动系统进行故障自检，确定制动系统存在典型硬件故障后，制动控制系统进入冗余控制模式，电子控制模块对典型硬件故障进行分析并对典型硬件故障进行分级，针对不同等级典型硬件故障进行制动冗余控制，并进入决策阶段； 2.2、决策阶段：所述电子控制模块在前述的通电无故障状态下确定的车辆所需的制动功能基础上，结合针对不同等级故障的制动冗余控制，进行车辆典型制动工况控制决策，完成相关制动执行部件控制率信号和驱动率信号的计算输出，并进入执行阶段； 2.3、执行阶段：电子控制模块将制动执行部件控制率信号和驱动率信号发送至液压控制模块和增压模块中的执行部件，执行部件根据电子控制模块发出的控制率信号和驱动率信号后，开始执行相应的动作来进行制动，液压油经增压模块进入液压控制模块，实现对制动轮缸进行增压制动，与此同时，电子控制模块根据液压控制模块发送的制动轮缸单元的制动压力信号，判断其是否达到目标压力，如果未达到目标压力，则执行部件继续保持动作；当制动压力达到目标压力后，则对结束标志位进行判断，如为未达到结束标志位，则返回感知阶段，重新开始，继续进行下一轮制动控制过程；如果达到结束标志位，则制动结束； 3、断电失效状态下的制动控制方法如下： 3.1、感知阶段：所述制动控制系统上电失败或制动控制系统断电时，制动控制系统将进入断电失效控制模式，并进入执行阶段； 3.2、执行阶段：驾驶员踩踏制动踏板进行制动踏板制动，制动液经制动踏板操作模块直接进入液压控制模块，实现通过制动轮缸济宁制动，直至车辆减速至停车。 8.如权利要求7所述面向自动驾驶的线控液压制动控制系统的控制方法，其特征在于：步骤1.2中，所述电子控制模块依次对车辆驾驶模式、制动模式以及所需的制动进行判断的具体过程如下：首先对车辆驾驶模式进行判断，所述车辆驾驶模式分为：驾驶员驾驶模式、车辆自动驾驶模式和非驾驶工况；确定车辆驾驶模式后，当驾驶模式为驾驶员驾驶模式或车辆自动驾驶模式时，则继续进行制动模式判断，当驾驶模式为非驾驶工况时，则返回至感知阶段，继续读入传感器信号和控制指令；在进行制动模式判断中，驾驶员驾驶模式下的制动模式分为驾驶员制动和主动制动，驾驶员制动；车辆自动驾驶模式下的制动模式分为车辆自动驾驶制动和非制动工况；当确定在驾驶员制动模式、主动制动模式或车辆自动驾驶制动模式下后，继续对车辆所需要的制动功能进行判断，驾驶员制动模式下的制动功能包括：常规制动、再生制动、ABS制动、ESC制动和TCS制动；主动制动模式下的制动功能包括：ACC制动、AEB制动和LKA制动；车辆自动驾驶制动模式下的制动功能包括：常规制动、再生制动、ABS制动、ESC制动、TCS制动、ACC制动、AEB制动和LKA制动；当判断确定在非制动工况下，则返回至感知阶段，继续读入传感器信号和控制指令。 9.如权利要求7所述面向自动驾驶的线控液压制动控制系统的控制方法，其特征在于：所述判断制动系统是否存典型硬件故障的具体过程如下：首先在制动系统正常工作模式下，对制动控制系统中的各模块中的各个传感器测量信号及其对应关系进行标定，并确定驾驶员机械制动最大制动压力；将制动控制系统典型硬件故障分为制动踏板操作模块故障、增压模块故障、液压控制模块故障和电子控制模块故障；其中：所述制动踏板操作模块故障判断过程为：当制动踏板操作模块中，制动踏板位移双传感器测量值不一致时，判定制动踏板位移双传感器中的一个制动踏板位移传感器故障；当制动踏板位移双传感器测量值一致，但制动踏板位移双传感器测量位移与制动压力对应的制动踏板位移标定值不一致时，判定双制动踏板位移传感器故障。所述增压模块故障判断过程为：电机驱动控制模块中电流传感器检测到增压模块中电机无电流输出时，判定电机出现失效故障，电机失效故障包括电机转子故障和电机定子故障；当电机角位移双传感器的测量角位移和制动压力对应的电机转子角位移标定值不一致时，判定电机角位移双传感器故障；当增压模块中，直线位移传感器的测量直线位移与制动压力对应的输出推杆直线位移标定值不一致时，判定直线位移传感器故障；所述液压控制模块故障判断过程为：当制动轮缸单元中同一制动轮缸对应的压力传感器单元中的压力双传感器测量值不一致时，判定压力双传感器中的一个传感器故障；当制动轮缸单元中同一制动轮缸对应的压力传感器单元中的压力双传感器测量值一致，但压力双传感器与制动压力对应的压力标定值不一致时，判定压力双传感器故障；电子控制模块故障判断过程为：所述电子控制模块中，主电子控制子模块正常工作时，向副电子控制子模块发出使能信号，使副电子控制子模块处于备份冗余模式；当主电子控制子模块无法正常向副电子控制子模块发出使能信号，副电子控制子模块由备份冗余模式转为正常工作模式，接管制动控制系统时，判定主电子控制子模块故障；当整车控制器接收到的制动控制系统信号异常，则判定主电子控制子模块和副电子控制子模块均发生故障。所述电子控制模块对典型硬件故障进行分析并对典型硬件故障进行分级的方法如下：在对上述制动控制系统典型硬件故障的严重度、暴露率和可控性这三个基本要素分析的基础上，对上述制动控制系统典型硬件故障进行三个等级划分，其中，一级故障对制动控制系统影响最小，三级故障对制动控制系统影响最大，二级故障介于前两者之间；一级故障包括：单制动踏板位移传感器故障、电机角位移传感器故障、传动机构直线位移传感器故障、单压力传感器故障和主电子控制模块故障；二级故障包括：电机转子故障、电机定子故障和双压力传感器故障；三级故障包括：双制动踏板位移传感器故障、主/副电子控制模块均故障、增压单元电机全部失效和制动控制系统上电失败/系统断电。 10.如权利要求9所述面向自动驾驶的线控液压制动控制系统的控制方法，其特征在于：所述针对不同等级典型硬件故障进行制动冗余控制的方法如下：针对一级故障：制动控制系统屏蔽故障信号，制动执行部件按通电无故障状态下的制动功能需求继续工作；针对二级故障：当电机出现转子故障或定子故障，出现故障的增压模块关闭相应的隔离阀组，另一增压模块根据通电无故障状态下的制动需求继续进行制动，同时，制动控制系统向整车控制器发出警报，确保车辆的安全；针对二级故障：当压力双传感器均出现故障，电子控制模块将故障压力传感器的输入信号屏蔽，制动执行部件继续按通电无故障状态工作，并通过其他传感器信息间接获取制动压力，同时制动控制系统向整车控制器发出警报，确保车辆的安全；针对三级故障：当制动踏板位移双传感器故障，首先驾驶员进行踏板机械制动，压力传感器测量出制动压力，由此压力值获取制动踏板位移值，然后根据此位移值判断实际所需目标制动压力值，驾驶员在完成机械制动后，制动踏板操作模块中的踏板机构电磁阀组关闭，以将制动主缸与液压控制模块中的主油路隔离开来，增压模块根据目标压力值开始进行辅助增压，直至压力达到目标压力值，同时，制动控制系统还需要向整车控制器发出警报，确保车辆的安全；针对三级故障：当主电子控制子模块与副电子控制子模块均故障，驾驶员进行踏板机械制动，直至踏板机械制动所能达到的最大制动力，并保持最大机械制动力直至车辆停至安全地带；针对三级故障，当制动控制系统增压单元电机全部失效，驾驶员进行连续踏板机械制动，每次制动时，电子控制模块控制液压控制模块中的进液压力调节阀进行开闭来实现对应的制动轮缸增压或保压，直至驾驶员最大踩踏力下机械制动所能达到的最大制动力，并保持最大机械制动力直至车辆停至安全地带；针对三级故障，当制动控制系统上电失败、制动控制系统断电或整车突发性断电时，驾驶员需踩踏制动踏板来进行踏板机械制动，直至机械制动所能达到的最大制动力，并保持最大机械制动力直至车辆停至安全地带。
所属类别：	发明专利