具有驻车功能的分布式自主制动系统及控制方法与流程

本发明涉及车辆制动控制系统技术领域，特别是涉及一种具有驻车功能的分布式自主制动系统及控制方法。

背景技术：

汽车制动系统与汽车行车安全密切相关。传统汽车的液压制动系统都由驾驶人通过踩下制动踏板施加制动压力于各车轮制动器的轮缸，从而实现制动并使车辆减速。高级驾驶辅助系统(adas)和自动驾驶系统(ads)等智能汽车系统要求制动系统能够对车辆实施自主制动，即在未踩下制动踏板的情况下对部分或全部车轮施加制动。

目前可实施自主制动的制动系统大多采用电动助力，并保留了制动踏板等制动操纵装置。而对于无人物流配送车的发展，由于不再需要制动操纵装置，此方式不适用。且除行车制动外，无人物流配送车等自动驾驶车辆也需要驻车制动。现有的各类机动车辆大多配置了行车制动系统与驻车制动系统两套系统，即现有的电动缸装置只能现实行车制动，而无驻车制动功能，车辆要实现驻车功能需在已有制动电动缸的基础上增加其他驻车机构，使得其结构和相应的控制都比较复杂、成本较高。而对于行车制动和驻车制动，还要求一定的实际应用的可靠性。并且现有的为ads开发的自主制动系统缺乏失效防护功能，安全性能较低。

因此，如何设计出具有失效防护功能、安全性能更高的、结构简单、使用可靠、成本较低，且同时满足行车与驻车制动需要的分布式自主制动系统及制动方法，是机动车辆自动驾驶系统亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种具有失效防护功能、安全性能更高、带有驻车功能、结构简单、成本较低的分布式自主制动系统及制动方法。

为达到上述目的，本发明提供一种具有驻车功能的分布式自主制动系统及控制方法，包括电源、制动控制器及车轮制动器，其特征在于，还包括至少三个与所述车轮制动器连接并形成制动回路的电动缸；

所述电动缸包括电动缸缸体、滑动设置于所述电动缸缸体内的活塞、通过设置于所述电动缸内的螺杆副驱动所述活塞滑动的电机，以及与所述电动缸缸体连接的储液罐；所述电机与所述制动控制器电连接；

所述电动缸内还设置有螺杆副，所述螺杆副包括由所述电机驱动的螺母以及与所述活塞联接的单头螺杆；螺杆螺母的结构可以自锁，避免螺杆后退，可以实现驻车功能。

所述电动缸一一对应连接至汽车上的相同数量的车轮制动器，且每个所述电动缸与对应的一个车轮制动器形成一个制动回路。

进一步地，所述电动缸还包括与所述电动缸缸体连接的壳体，所述螺杆副由一对轴承支承在所述壳体内；所述螺杆为转动设置于所述螺母内部并与所述活塞通过螺栓联接的单头螺杆；所述螺母的顶端凸起部通过联轴器与所述电机的输出轴联接。所述电机将转矩传递给所述螺母，进而带动所述螺杆。

进一步地，所述壳体的内部为圆柱形中空结构，其内部包括相连通且直径依次增大的第一圆柱形空腔、第二圆柱形空腔以及第三圆柱形空腔；所述第一圆柱形空腔与第二圆柱形空腔之间设置有隔断面，所述隔断面上开设有供所述螺杆穿过的通孔；所述第二圆柱形空腔与所述第三圆柱形空腔之间形成轴肩，所述螺母转动设置于所述第三圆柱形空腔内，且所述螺母远离所述电机的一端通过轴承固定在所述轴肩上。

进一步地，所述壳体靠近所述活塞的一端沿轴向向外延伸形成凸台，所述凸台与所述电动缸缸体的开口密封配合并固定连接。

进一步地，所述活塞与所述电动缸缸体之间形成有第一腔体与第二腔体，所述活塞与所述电动缸缸体之间设置有复位件；该复位件可储存能量以产生复位力作用于所述活塞上。

所述电动缸缸体上开设有：连通所述储液罐与所述第一腔体的补偿孔、连通所述储液罐与所述第二腔体的供液孔以及连通所述第一腔体与相应的车轮制动器的排液孔；

所述活塞上设置有皮碗，所述复位件处于预压状态下时，所述皮碗位于所述补偿孔和所述供液孔之间。

进一步地，所述电动缸缸体上还固定设置有导向销，所述螺杆上开设有与所述导向销配合的导向槽，所述复位件处于预压状态时，所述导向槽靠近所述活塞的一端与所述导向销抵接。所述导向销限制所述螺杆转动，将所述螺母的转动转化为所述螺杆的平动。

进一步地，所述制动控制器还连接至汽车的其他电控系统；所述分布式自主制动系统还包括与所述制动控制器电连接的制动灯开关与故障指示灯。

进一步地，所述电动缸为四个，包括第一电动缸、第二电动缸、第三电动缸以及第四电动缸，所述第一电动缸与汽车的右后车轮制动器连接，所述第二电动缸与汽车的左后车轮制动器连接，所述第三电动缸与汽车的左前车轮制动器连接，所述第四电动缸与汽车的右前车轮制动器连接。

本发明还提供了一种具有驻车功能的分布式自主制动系统及控制方法，包括以下制动模式：

自主制动模式：当系统无故障且所述制动控制器检测到车辆的其他的电控系统有自主制动请求时，所述制动控制器根据自主制动请求的制动减速度的大小计算出每个所述电动缸的目标转矩，并控制所述电机输出转矩，所述电机推动所述活塞，从而在各车轮制动器产生制动力矩，完成自主制动；

失效防护制动模式：当所述制动控制器检测到其中一个或多个制动回路故障但至少一个制动回路未出现故障且其他电控系统有自主制动请求时，所述制动控制器根据自主制动请求的制动减速度大小计算出未出现故障的制动回路所需的制动力，并换算成所述电机的目标转矩，然后控制所述电机输出转矩，完成失效防护制动。

进一步地，还包括以下制动模式：

驻车制动模式：当所述制动控制器接收到驻车信号时，所述制动控制器控制每个所述电动缸上的所述电机输出转矩，通过所述螺杆副将转矩转化为活塞的平动，从而在各车轮制动器产生制动力矩，实现制动；当所述电机断电后，由于所述螺杆与所述螺母的自锁作用，所述活塞无法在所述复位件的复位力作用下推动所述螺杆向所述电机方向移动，此时各电动缸保持输出驻车压力，实现驻车。

由此，电机接收到制动信号后，输出转矩驱动螺杆副，推动活塞运动，当随活塞一起运动的皮碗将补偿孔完全覆盖后，第一腔体输出压力至各车轮制动器实现制动；电机断电后，由于螺杆副的自锁功能，活塞无法推动螺杆回移，则第一腔体持续输出压力，实现驻车。

由于上述技术方案的运用，相较于现有技术，本发明的有益效果为：

1.本发明既免去了人力制动装置，结构简单，成本低，布置方便；

2.本发明的执行机构靠近车轮制动器，使得建压时间短，制动响应快；

3.本发明中所有车轮制动力可以独立控制和调节，车轮的制动力控制灵活，控制压力精度高；

4.本发明的四个制动回路相互独立又互为冗余，故制动的可靠性高、失效防护能力强。

5.本发明中的电动缸采用螺杆副带动活塞进行制动，当电机停电时，螺杆副自锁，可实现驻车功能。

附图说明

图1为本发明一种分布式自主制动系统的原理图；

图2为本发明一种分布式自主制动系统中第一电动缸、第二电动缸、第三电动缸以及第四电动缸的结构示意图；

图中，1—电源；2—制动控制器；3a—第一电动缸；3b—第二电动缸；3c—第三电动缸；3d—第四电动缸；4—右后车轮制动器；5—左后车轮制动器；6—左前车轮制动器；7—右前车轮制动器；8—制动灯开关；9—故障指示灯；301-电机；302-联轴器；303-螺母；304-轴承；305-挡圈；306-螺杆；307-壳体；308-o形圈；309-导向销；310-密封圈；311-皮碗；312-活塞；313-螺栓；314-复位件；315-储液罐；316-电动缸缸体；a-第二腔体；b-供液孔；c-补偿孔；d-第一腔体；e-排液孔。

图1中，虚线表示信号线和电源线；粗实线表示制动管路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述。

如图1与图2所示，一种具有驻车功能的分布式自主制动系统及控制方法，包括电源1和制动控制器2，还包括至少三个与制动控制器2电连接电动缸。每个电动缸均包括电动缸缸体316、滑动设置于电动缸缸体316内的活塞312、驱动活塞312滑动的电机301、以及与电动缸缸体316连接的储液罐315，电机301与制动控制器2电连接。

电动缸一一对应连接至汽车上的相同数量的车轮制动器，且每个电动缸与对应的一个车轮制动器形成一个制动回路。本发明中电动缸的个数与相应的车轮制动器的个数是一一对应，比如三个车轮制动器则有相应的三个电动缸，这种情况为类似于三轮车这种形式；四个车轮制动器则有相应的四个电动缸，或者六轮车对应六个电动缸等。在本实施例中，以四个车轮制动器以及四个电动缸的形式对本发明进行说明。

如图1所示，四个电动缸为：第一电动缸3a、第二电动缸3b、第三电动缸3c以及第四电动缸3d，其分别连接至汽车上的一个车轮制动器，形成相应的第一制动回路、第二制动回路、第三制动回路以及第四制动回路。四个制动回路互相独立且互为冗余，可以实现对相应车轮的合理的制动力分配，并且当一个或多个制动回路出现故障时，其他未出现故障的制动回路依然可以对车轮进行制动。

如图2所示，第一电动缸3a、第二电动缸3b、第三电动缸3c以及第四电动缸3d内设置有螺杆副，螺杆副包括由电机301驱动的螺母303以及与活塞312联接的螺杆306；第一电动缸3a或第二电动缸3b的电机301与螺母303通过联轴器302联接。本实施例中螺杆306为单头螺杆，以实现自锁功能；于其他实施例中，螺杆副可以更换为具有运动死点的传动机构或其它可实现自锁的部件。

活塞312与电动缸缸体316之间形成有第一腔体d与第二腔体a，活塞312与电动缸缸体316之间设置有复位件314；复位件314所在的电动缸工作腔为电动缸第一腔体d，而活塞312的另一侧工作腔为第二腔体a；

电动缸缸体316上开设有：连通储液罐315与第一腔体d的补偿孔c、连通储液罐315与第二腔体a的供液孔b以及连通第一腔体d与相应的车轮制动器的排液孔e。

活塞312上设置有皮碗311，复位件314处于预压状态下时，皮碗311位于补偿孔c和供液孔b之间。皮碗311随着活塞312的移动，可以实现对补偿孔c的开启和关闭。这里的预压状态是指，在复位件314不受到力的作用时，根据其所在位置处于的一种初始状态。电动缸缸体316上还开设有排液孔e，排液孔e通过连接管道连接至汽车上相应的车轮制动器。

于本实施例中，电动缸还包括与电动缸缸体316连接的壳体307，螺杆副由一对轴承304支承在壳体307内；通过螺栓313与螺杆306固定联接的活塞312位于缸体316内，优选地，电动缸缸体316与壳体307采用螺栓313联接，紧固后密封圈310被压紧在接合面处起密封作用；壳体307的内部为圆柱形中空结构，其内部包括相连通且直径依次增大的第一圆柱形空腔、第二圆柱形空腔以及第三圆柱形空腔，第一圆柱形空腔与第二圆柱形空腔之间设置有隔断面，隔断面上开设有供螺杆306穿过的通孔；第二圆柱形空腔与第三圆柱形空腔之间形成轴肩，螺母303可转动地设置于第三圆柱形空腔内，且螺母303的一端通过轴承304固定在轴肩上；壳体307靠近活塞312的一端沿轴向向外延伸形成凸台，凸台与电动缸缸体316的开口密封配合并固定连接。

于本实施例中，挡圈305用于轴承304轴向定位并限制螺母303的轴向移动；o形圈安装在壳体307隔断处的内环槽中起密封作用。

于本实施例中，电动缸缸体316上还固定设置有导向销309，螺杆306上开设有与导向销309配合的导向槽，使得螺杆306只能沿轴向平动而不能绕轴向转动；复位件314处于预压状态时，导向槽靠近活塞312的一端与导向销309抵接；该限位使得安装在活塞312外圆中部环槽中的皮碗313轴向位于补偿孔c和供液孔b之间。

于本实施例中，复位件314为弹簧，其设置于电动缸缸体316与活塞312之间。于其他实施例中，复位件314可以为弹片或其它具有回位力的部件。

分布式自主制动系统还包括与制动控制器2电连接的制动灯开关8与故障指示灯9。制动灯开关8用于点亮汽车的制动灯，若制动控制器2检测到系统出现的制动回路故障时，通过点亮故障指示灯9发出报警。

于本实施例中，第一电动缸3a与汽车的右后车轮制动器4连接，第二电动缸3b与汽车的左后车轮制动器5连接，第三电动缸3c与汽车的左前车轮制动器6连接，第四电动缸3d与汽车的右前车轮制动器7连接。

如图2所示，本发明的工作原理是：在电机301的作用下，活塞312会受到一个向左的力，当皮碗313将补偿孔挡住后，第一腔体d内建立高压，第二腔体a内建立低压，通过排液孔e将油液排出对汽车进行制动。

在本发明中，制动控制器2根据接收到的来自其它电控系统的制动请求计算出各车轮的目标制动力，进一步计算出第一电动缸3a、第二电动缸3b、第三电动缸3c以及第四电动缸3d的各自电机301的目标转矩，然后分别向该对应的电机301发出转矩命令，从而对车轮实施自主制动；或者当制动控制器2检测到系统出现一个或多个制动回路失效时，可以通过对未失效制动回路的电机施加比系统正常工作时更大的目标转矩以实施失效防护制动。

于本实施例中，本发明具有驻车功能的分布式制动系统的驻车的功能基本工作原理是：

如图1于图2所示，驻车制动模式：当所述制动控制器2接收到驻车信号时，所述制动控制器2控制每个所述电动缸3上的所述电机301输出转矩，通过所述螺杆副将转矩转化为活塞312的平动，从而在各车轮制动器产生制动力矩，实现制动；当所述电机301断电后，由于所述螺杆306与所述螺母303的自锁作用，所述活塞312无法推动所述螺杆306向所述电机301方向移动，此时各电动缸3保持输出驻车压力，实现驻车。

下面对自主制动和失效防护制动的具体制动控制方法和工作过程进行说明。

1、自主制动模式下的制动控制方法和工作过程

当系统无故障时工作于自主制动模式。

当制动控制器2检测到车辆的电控系统有制动请求时，首先根据请求的制动减速度大小换算成制动力并分配给各车轮；进一步地，制动控制器2根据各车轮制动力计算出四个制动回路的电机301的目标转矩，并控制第一电动缸3a、第二电动缸3b、第三电动缸3c和第四电动缸3d的电机301输出转矩，如图2所示，驱动螺杆副推动活塞312运动；当随活塞312一同运动的皮碗311将补偿孔c完全覆盖住之后第一腔体d建立起压力，该压力经电动缸排液孔e和制动管路传至相应的右后轮缸4、左后轮缸5、左前轮缸6、右前轮缸7，从而在各车轮制动器产生制动力矩，实现自主制动。

当其它电控系统请求终止制动时，制动控制器2令第一电动缸3a、第二电动缸3b、第三电动缸3c和第四电动缸3d的电机301的输出轴反向选择，螺杆306在螺母303带动下旋转回到初始位置，活塞312在螺杆306带动下一同回位，第一腔体d内的油液压力逐渐减小，直到皮碗311将密封的补偿孔c开启；各车轮制动器的轮缸经制动管路和排液孔e与第一腔体d连通、第一腔体d与储液罐315经补偿孔c连通，从而轮缸压力降低后各车轮制动器制动解除。

2、失效防护制动模式下的制动控制方法和工作过程

当一个或多个制动回路出现故障但至少一个制动回路未出现故障时，系统工作为失效防护制动模式。

若制动控制器2检测到系统出现一个或多个制动回路失效时，通过点亮故障指示灯9发出报警。以一个制动回路失效时的原理为例，当一个制动回路失效的故障模式下，若接收到来自其它电控系统的制动请求，则首先根据请求的制动减速度大小换算成制动力并分配给未失效制动回路的各车轮，然后控制未失效制动回路的电机301输出转矩，从而实现失效防护制动。在确定失效防护制动模式下各车轮的目标制动力时，不应超出相应电机的最大转矩，或根据具体的实施例并参照相关法规要求确定。

失效防护制动模式下的制动解除与自主制动模式相同。

由于上述技术方案的运用，相较于现有技术，本发明提供的具有驻车功能的分布式自主制动系统及控制方法具有失效防护功能、安全性能更高、带有驻车功能、结构简单、成本较低。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。