一种无人运载工具的制动系统的制作方法

本实用新型涉及车辆制动技术领域，特别涉及一种无人车的制动系统。

背景技术：

针对无人车体积小、自动化程度高的特点，无人车的制动系统与乘用车等车辆的制动系统存在以下差别：1)无人车没有驾驶员，制动系统完全是电动伺服控制，无人车没有制动踏板、真空助力器等部件，结构更为简化，但对可靠性的要求更高，一旦电控系统发生故障，无法像乘用车那样，驾驶员还可以通过人力进行制动。2)无人车轴距、轮距、重量等相比乘用车大大减小。乘用车采用串联式主缸作为制动液压来源，并采用动力换向机构将制动电机的旋转运动转化为平移运动，来压缩串联式主缸；串联式主缸体积较大，压力与排量远超过无人车的需求，且串联式主缸无法分别调整前后两个缸体的排量。3)无人车作为一个高科技含量的自主运行载具平台，也不应该采用类似于电动三轮车的拉线式刹车系统。拉线式制动系统制动力弱，可靠性差，还需要经常调节与维护。

技术实现要素：

本实用新型的目的是：为实现对无人运载工具的制动及精准的减速控制，提供一种无人运载工具的制动系统。

本实用新型的技术方案是：一种无人运载工具的制动系统，它包括：制动电机、动力换向机构、制动执行机构、双缸式制动主缸、油压传感器、前制动油路、后制动油路、整车控制器以及电机控制器；

整车控制器与电机控制器建立信号连接，用于向电机控制器输出制动控制信号；电机控制器与制动电机建立信号连接，用于控制制动电机的输出；制动电机的动力向动力换向机构的输入端输出，动力换向机构的输出端与双缸式制动主缸的输入轴连接，制动电机的输出通过动力换向机构将旋转运动转换为直线运动，对双缸式制动主缸的输入端进行压缩；双缸式制动主缸的两个输出端分别连接前制动油路、后制动油路，双缸式制动主缸通过两路独立的制动油路向外输出，能够分别调整前后车轮的制动力；前制动油路、后制动油路控制各自对应的制动执行机构，制动执行机构的数量与无人运载工具的轮胎数量相匹配，制动执行机构在前制动油路、后制动油路内液压油的作用下执行制动动作；油压传感器至少检测前制动油路与后制动油路中一路内的油液压变化，油压传感器与整车控制器建立信号连接，用于向整车控制器发送前制动油路和/或后制动油路内的油液压变化信息。

在上述方案的基础上，制动电机可采用精度高，响应快的直流伺服制动电机；制动电机通过减速机与动力换向机构的输入端相连。双缸式制动主缸可选用串联式制动主缸或并联式制动主缸；选用串联式制动主缸时，前制动油路、后制动油路内的油液压变化相同；选用并联式制动主缸时，前制动油路、后制动油路内的油液压可进行独立调节。

无人运载工具设有4个车轮，因此，制动执行机构的数量对应为4个。前制动油路与左前制动支路、右前制动支路相连通；左前制动支路与右前制动支路并联设置；左前制动支路与右前制动支路分别连接一个制动执行机构；后制动油路通过与左后制动支路、右后制动支路相连通；左后制动支路与右后制动支路并联设置；左后制动支路与右后制动支路分别连接一个制动执行机构。利用并联式制动主缸调节前后车轮的制动液压，可适当减弱转向轮的制动力，增大驱动轮的制动力，以防止侧滑。

在上述方案的基础上，进一步的，前制动油路通过第一分配阀与左前制动支路、右前制动支路相连通，由此可控制前制动油路输送至左前、右前侧制动执行机构的液压油量。同理，后制动油路也可通过第二分配阀与左后制动支路、右后制动支路相连通，由此可控制后制动油路输送至左后、右后侧制动执行机构的液压油量。

在上述方案的基础上，具体的，制动执行机构包括：刹车钳与刹车盘；制动执行机构中的刹车钳与刹车盘均安装在对应的轮胎内侧。

在上述方案的基础上，具体的，动力换向机构可采用曲轴连杆机构、蜗轮蜗杆或丝杠螺母。采用曲轴连杆机构时，利用靠近机械死点的位置制动，刚度非常大，响应也很快；曲轴连杆机构包括：接收制动电机动力输出的曲轴、连接双缸式制动主缸输入轴的滑动轴、连接曲轴与滑动轴的连接杆。为避免出现死点位置，令滑动轴的移动非常接近于线性传动，滑动轴的中心轴延长线与曲轴中心轴的延长线不相交。为保证滑动轴移动过程中具有良好的线性度，滑动轴向左、右滑动的过程中，曲轴向左、右的摆动角度均不超过43°。进一步的，连接杆的两端分别通过铜套轴承与曲轴、滑动轴连接；铜套轴承能够很好的吸收连接杆运动时所产生的振动，延长曲轴连杆机构的使用寿命。

本实用新型的控制方法为：无人运载工具运行时，由整车控制器根据当前车速vc、目标速度vt与减速周期t向电机控制器输出一个模拟电压ut，电机控制器根据模拟电压ut控制制动电机，制动电机的输出传递至动力换向机构，动力换向机构将制动电机的旋转运动转化为平移运动压缩双缸式制动主缸，双缸式制动主缸内的液压油经前制动油路、后制动油路传递至制动执行机构；油压传感器将所检测的前制动油路内的油液压转换为检测电压us并向整车控制器输出，整车控制器根据模拟电压ut与检测电压us的差值判断目标速度是否完成。

进一步的，无人运载工具运行前，由整车控制器向电机控制器输出一个制动斜坡的测试电压up，电机控制器根据测试电压up控制制动电机；利用油压传感器检测的前制动油路内的油液压，若油液压呈线性增长且达到标定值允许误差范围，则允许无人运载工具运行；若油液压呈非线性增长或未达到标定值允许误差范围，则不允许无人运载工具运行。

进一步的，整车控制器设有不同制动模式，如深度制动、偏深制动、中度制动、偏浅制动与浅度制动五个制动模式，其中，深度制动会直接将无人运载工具刹死，而其它制动模式视不同情况使用；整车控制器根据不同制动模式，向电机控制器输出不同模拟电压ut。

进一步的，由于油压传感器所采集的数据中有很多噪声，故油压传感器所检测的前制动油路内的油液压数据先经过经卡尔曼滤波后，转换为检测电压us再向整车控制器输出。

有益效果：本实用新型采用双缸式制动主缸设置前后两条独立的制动油路，液压油分别通过前制动油路、后制动油路输出，当双缸式制动主缸输出的任一制动油路失效，制动主缸仍能通过另外一路制动油路对其相对应的制动执行机构进行控制，降低了制动失效的风险；在制动油路设置高灵敏度的油压传感器，使得制动实现闭环控制，能够实现更加精确的制动力与减速度控制。本实用新型所采用的控制方法采用基于模糊控制的智能算法，可同时控制无人运载工具的速度与减速度，具有很快的收敛性与鲁棒性。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的结构组成框图；

图2为本实用新型实施例2的结构示意图；

图3为本实用新型实施例3中曲轴连杆机构的结构示意图；

图中：1-制动电机、2-减速机、3-动力换向机构、31-曲轴、32-连接杆、33-滑动轴、4-双缸式制动主缸、5-油压传感器、6-前制动油路、61-左前制动支路、62-右前制动支路、7-后制动油路、71-左后制动支路、72-右后制动支路、8-整车控制器、9-电机控制器、10-制动执行机构、11-第一分配阀、12-第二分配阀。

具体实施方式

实施例1，参见附图1，一种无人运载工具的制动系统，它包括：制动电机1动力换向机构3、制动执行机构10、双缸式制动主缸4、油压传感器5、前制动油路6、后制动油路7、整车控制器8以及电机控制器9；

整车控制器8与电机控制器9建立信号连接，用于向电机控制器9输出制动控制信号；电机控制器9与制动电机1建立信号连接，用于控制制动电机1的输出；本例中，制动电机1采用精度高，响应快的直流伺服制动电机；制动电机1通过减速机2与动力换向机构3的输入端相连，动力换向机构3的输出端与双缸式制动主缸4的输入轴连接，制动电机1的输出经减速机2减速后，在通过动力换向机构3将旋转运动转换为直线运动，对双缸式制动主缸4的输入端进行压缩；双缸式制动主缸4的两个输出端分别连接前制动油路6、后制动油路7，双缸式制动主缸4通过两路独立的制动油路向外输出，能够分别调整前后车轮的制动力；前制动油路6、后制动油路7控制各自对应的制动执行机构10，制动执行机构10的数量与无人运载工具的轮胎数量相匹配，制动执行机构10在前制动油路6、后制动油路7内液压油的作用下执行制动动作；油压传感器5具有高灵敏度，用于检测的前制动油路6和/或后制动油路7内的油液压变化，油压传感器5与整车控制器8建立信号连接；本例中，仅在前制动油路6处设置油压传感器5，油压传感器5向整车控制器8发送前制动油路6内的油液压变化信息，使得制动实现闭环控制，通过油压传感器5读数以及双缸式制动主缸4两个缸体的输出比例，可计算得到后制动油路7内的油液压变化。

上述方案中的双缸式制动主缸4可选用串联式制动主缸或并联式制动主缸；选用串联式制动主缸时，前制动油路6、后制动油路7内的油液压变化相同；选用并联式制动主缸时，前制动油路6、后制动油路7内的油液压可进行独立调节。

本例中，制动执行机构10包括：刹车钳与刹车盘；每个制动执行机构10中的刹车钳与刹车盘安装在对应的轮胎内侧，且靠近无人车悬架系统的减震器。

实施例2，参见附图2，在实施例1的基础上，考虑到无人运载工具的体积较小，故本例中的双缸式制动主缸4选用体积与排量均适合无人车的并联式制动主缸；无人运载工具设有4个车轮，其中，2个后轮为驱动轮，2个前轮为转向轮；相对应的，制动执行机构10的数量为4个。

前制动油路6与左前制动支路61、右前制动支路62相连通；左前制动支路61、右前制动支路62并联设置；左前制动支路61与右前制动支路62分别连接一个制动执行机构10，对左前轮、右前轮进行制动；后制动油路7通过与左后制动支路71、右后制动支路72相连通；左后制动支路71、右后制动支路72并联设置；左后制动支路71与右后制动支路72分别连接一个制动执行机构10，对左后轮、右后轮进行制动。利用用并联式制动主缸调节前后车轮的制动液压，可适当减弱前轮的制动力，增大后轮的制动力，以防止侧滑，使得制动更加平稳。

进一步的，前制动油路6通过第一分配阀11与左前制动支路61、右前制动支路62相连通，由此可控制前制动油路6输送至左前、右前侧制动执行机构的液压油量。同理，后制动油路7通过第二分配阀12与左后制动支路71、右后制动支路72相连通，由此可控制后制动油路7输送至左后、右后侧制动执行机构的液压油量。

实施例3，在实施例1或2的基础上，动力换向机构3可具体采用曲轴连杆机构、蜗轮蜗杆或丝杠螺母。

参见附图3，本例中的动力换向机构3采用曲轴连杆机构，用靠近机械死点的位置制动，刚度非常大，响应也很快；曲轴连杆机构包括：套接在减速机2输出轴上的曲轴31、连接双缸式制动主缸4输入轴的滑动轴33、连接曲轴31与滑动轴33的连接杆32。

在曲轴31逆时针转动到极限位置的过程中，推动连接杆32向左运动，滑动轴33向左移动，带动双缸式制动主缸4的输入端插入双缸式制动主缸4，双缸式制动主缸4通过前制动油路6、后制动油路7将液压油向外输出，制动执行机构工作。

进一步的，将滑动轴33的中心轴延长线设计为与曲轴31中心轴的延长线不相交，可避免出现死点位置，令滑动轴33的移动非常接近于线性传动。为保证滑动轴33移动过程中具有良好的线性度，滑动轴33向左、右滑动的过程中，曲轴31向左、右的摆动角度均不超过43°。

连接杆32的两端可分别通过铜套轴承与曲轴31、滑动轴33连接；铜套轴承能够很好的吸收连接杆32运动时所产生的振动，延长曲轴连杆机构的使用寿命。

实施例4，一种无人运载工具的制动控制方法，它使用于如上实施例1-3所述的一种无人运载工具的制动系统；

无人运载工具运行时，由整车控制器8根据当前车速vc、目标速度vt与减速周期t向电机控制器9输出一个模拟电压ut；模拟电压ut的计算方法为：无人运载工具的减速度a＝(vc-vt)/t；模拟电压ut＝k×a，其中k为系数。

电机控制器9根据模拟电压ut控制制动电机1，制动电机1的输出经减速机2减速后传递至动力换向机构3，动力换向机构3将制动电机1的旋转运动转化为平移运动压缩双缸式制动主缸4，双缸式制动主缸4内的液压油经前制动油路6、后制动油路7传递至制动执行机构。

油压传感器5将所检测的前制动油路6内的油液压数据并转换为检测电压us并向整车控制器8输出，由于油压传感器5所采集的数据中有很多噪声，故对其采集信号进行卡尔曼滤波后向整车控制器8输出；整车控制器8根据模拟电压ut与检测电压us的差值判断制动力是否合适，然后推算制动减速度是否达到要求，最终判断目标速度是否完成。

进一步的，无人运载工具运行前，由整车控制器8向电机控制器9输出一个制动斜坡的测试电压up，电机控制器9根据测试电压up控制制动电机1；利用油压传感器5检测的前制动油路6内的油液压，若油液压呈线性增长且达到标定值的95％以上，则允许无人运载工具运行；若油液压呈非线性增长或未达到标定值的95％，则不允许无人运载工具运行，并由整车控制器8发出报警信息。

进一步的，整车控制器8设有不同制动模式，如深度制动、偏深制动、中度制动、偏浅制动与浅度制动五个制动模式，其中，深度制动会直接将无人运载工具刹死，而其它制动模式视不同情况使用；整车控制器8根据不同制动模式，向电机控制器9输出不同模拟电压ut。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。