具备安全冗余的线控制动装置及使用方法

1.本发明涉及汽车制动技术领域，具体地，涉及具备安全冗余的线控制动装置及使用方法。


背景技术：

2.随着车辆制动系统逐步向电动化、线控化发展，电液线控制动系统也越来越多的受到关注，同时，得益于车联网与自动驾驶的发展，无人驾驶工具车纷纷在物流、环卫、厂区、矿区、港口、机场等落地应用，以实现减员增效。
3.目前，为了解决无人驾驶工具车可能存在的可靠性问题和安全隐患，通常需要搭载两套独立的线控制动系统，互为冗余，确保有效制动，其物料成本和运营费用较高，需要提供一种保障安全的同时成本较低的线控制动系统。
4.如专利文献cn108082157a所述的线控制动系统包括控制器、制动器组件、踏板组件和液压备用组件。制动器组件包括制动器和致动器，当系统处于正常模式中时，该致动器连接至制动器。当系统处于备用模式中时，踏板组件联接至制动器，并且当处于正常模式中时联接至控制器。控制器从踏板组件接收制动信号，并且向致动器输出命令信号。致动器在正常模式下驱动制动器。备用组件包括与制动器和踏板组件进行受控流体连通的液压管线。阀处于正常位置和备用位置中，当处于正常模式下时将踏板组件与制动器隔离，当处于备用模式下时在踏板组件与制动器之间提供连通。该专利采用两套独立并联的线控制动系统，包括了踏板组件等结构，成本较高。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具备安全冗余的线控制动装置及使用方法。
6.根据本发明提供的一种具备安全冗余的线控制动装置，包括：第一套电动缸单元、第二套电动缸单元、油壶、中央控制单元、液压控制单元以及轮缸；
7.所述第一套电动缸单元连接所述油壶和所述液压控制单元，所述第二套电动缸单元连接所述油壶和所述液压控制单元，所述液压控制单元连接所述轮缸；
8.所述中央控制单元连接所述第一套电动缸单元、所述第二套电动缸单元、所述油壶以及所述液压控制单元。
9.优选地，所述第一套电动缸单元包括：第一伺服电机、第一传动机构、第一电动缸活塞、第一电动缸腔体以及第一电动缸补偿孔；
10.所述第一电动缸活塞设置在所述第一电动缸腔体内，所述第一伺服电机通过所述第一传动机构传动连接于所述第一电动缸活塞；
11.所述第一电动缸腔体通过所述第一电动缸补偿孔和液压管路连通所述油壶，所述第一电动缸腔体连接所述液压控制单元。
12.优选地，所述第二套电动缸单元包括：第二伺服电机、第二传动机构、第二电动缸
活塞、第二电动缸腔体以及第二电动缸补偿孔；
13.所述第二电动缸活塞设置于所述第二电动缸腔体内，所述第二伺服电机通过所述第二传动机构传动连接于所述第二电动缸活塞；
14.所述第二电动缸腔体通过所述第二电动缸补偿孔和液压管路连通所述油壶，所述第二电动缸腔体连接所述液压控制单元。
15.优选地，所述油壶包括：第一油壶腔体、第二油壶腔体以及液位高度传感器；
16.所述第一油壶腔体通过油道连接所述第一套电动缸单元，所述第二油壶腔体通过油道连接所述第二套电动缸单元；
17.所述油壶内部设置所述液位高度传感器。
18.优选地，所述中央控制单元包括：第一控制硬件和第二控制硬件；
19.所述第一控制硬件和所述第二控制硬件独立设置有电源和通讯线路并互为冗余。
20.优选地，第一压力传感器一端连接所述第一电动缸腔体，另一端连接所述中央控制单元；
21.第一转子位置传感器一端连接所述第一伺服电机，另一端连接所述中央控制单元；
22.第二压力传感器一端连接所述第二电动缸腔体，另一端连接所述中央控制单元；
23.第二转子位置传感器一端连接所述第二伺服电机，另一端连接所述中央控制单元。
24.优选地，所述中央控制单元连接所述第一伺服电机、所述第二伺服电机。
25.优选地，所述中央控制单元连接自动驾驶控制器、电驱动控制器以及车载物联网单元。
26.优选地，所述液压控制单元包括：第一两位两通阀、第二两位两通阀、第三两位两通阀以及第四两位两通阀；
27.所述第一两位两通阀、所述第二两位两通阀、所述第三两位两通阀以及所述第四两位两通阀连接所述中央控制单元和所述轮缸。
28.优选地，一种所述具备安全冗余的线控制动装置的使用方法，包括以下步骤：
29.步骤s1，接收主动制动请求：所述自动驾驶控制器通过外围摄像头、雷达或导航定位信息识别出刹车制动的工况，并把制动请求信息传递至所述中央控制单元；
30.步骤s2，第一套制动单元建压：所述中央控制单元根据制动需求，启动所述第一伺服电机，并通过所述第一传动机构带动所述第一电动缸活塞在所述第一电动缸腔体内建压；
31.步骤s3，开启电磁阀导通油路：所述中央控制单元开启所述第一两位两通阀和所述第二两位两通阀，所述液压控制单元通过液压管路导通所述轮缸，实现车辆制动；
32.步骤s4，压力控制与能量回收：所述中央控制单元向所述电驱动控制器发出能量回收请求，所述电驱动控制器切断驱动电机，并开启充电模式；
33.所述中央控制单元根据所述电驱动控制器的反馈以及车辆减速度情况，重新调整所述第一伺服电机，完成压力闭环控制；
34.步骤s5，第二套制动单元建压：当所述第一套电动缸单元发生故障或建压不足，所述中央控制单元根据制动需求启动所述第二伺服电机，并通过所述第二传动机构带动所述
第二电动缸活塞在所述第二电动缸腔体内建压；
35.同时，所述中央控制单元将故障诊断结果通过所述车载物联网单元发送到云端运维控制中心，以便对车辆展开故障救援；
36.步骤s6，开启电磁阀导通油路：所述中央控制单元开启所述第三两位两通阀和所述第四两位两通阀，所述液压控制单元通过液压管路导通所述轮缸系统，实现车辆制动。
37.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
38.(1)、本技术提供一种无人驾驶工具车的制动系统，当主制动系统部分失效，或全部故障，或制动力不足时，备用制动系统随即启动，继续独立或协同完成制动，解决无人驾驶工具车可能存在的可靠性问题和安全隐患。
39.(2)、本技术无需使用人力缸单元、踏板模拟单元等，结构更加简洁，成本较低。
40.(3)、本技术实现控制系统安全冗余，中央控制单元包括两套独立的控制硬件，与自动驾驶控制器、电驱动控制器和车载物联网单元连接，能够实现主动制动、协同制动、能量回收、系统检测和安全冗余。
41.(4)本技术实现执行系统安全冗余，本身集成两套执行系统，互为备份，第一套电动缸单元与第二套电动缸单元通过四个两位两通阀并联，相比于现有两套独立制动系统并联，集成度更高，提高了系统可靠性，缩短制动响应时间和制动距离，更方便装车布置和维护。
附图说明
42.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
43.图1为线控制动装置原理图；
44.图中所示：
45.第一套电动缸单元1，第一伺服电机10，第一传动机构11，第一电动缸活塞12，第一电动缸腔体13，第一电动缸补偿孔14，第一压力传感器15，第一转子位置传感器16，第二套电动缸单元2，第二伺服电机21，第二传动机构22，第二电动缸活塞23，第二电动缸腔体24，第二电动缸补偿孔25，第二压力传感器26，第二转子位置传感器27，油壶3，第一油壶腔体28，第二油壶腔体29，液位高度传感器30，中央控制单元4，第一控制硬件31，第二控制硬件32，液压控制单元5，第一两位两通阀17，第二两位两通阀18，第三两位两通阀19，第四两位两通阀20，轮缸6，自动驾驶控制器7，电驱动控制器8，车载物联网单元9。
具体实施方式
46.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
47.实施例1
48.如图1所示，本实施例包括：第一套电动缸单元1、第二套电动缸单元2、油壶3、中央控制单元4、液压控制单元5以及轮缸6；第一套电动缸单元1连接油壶3和液压控制单元5，第
二套电动缸单元2连接油壶3和液压控制单元5，液压控制单元5连接轮缸6；中央控制单元4连接第一套电动缸单元1、第二套电动缸单元2、油壶3以及液压控制单元5。
49.第一套电动缸单元1包括：第一伺服电机10、第一传动机构11、第一电动缸活塞12、第一电动缸腔体13以及第一电动缸补偿孔14；第一电动缸活塞12设置在第一电动缸腔体13内，第一伺服电机10通过第一传动机构11传动连接于第一电动缸活塞12；第一电动缸腔体13通过第一电动缸补偿孔14和液压管路连通油壶3，第一电动缸腔体13连接液压控制单元5。
50.第二套电动缸单元2包括：第二伺服电机21、第二传动机构22、第二电动缸活塞23、第二电动缸腔体24以及第二电动缸补偿孔25；第二电动缸活塞23设置于第二电动缸腔体24内，第二伺服电机21通过第二传动机构22传动连接于第二电动缸活塞23；第二电动缸腔体24通过第二电动缸补偿孔25和液压管路连通油壶3，第二电动缸腔体24连接液压控制单元5。
51.油壶3包括：第一油壶腔体28、第二油壶腔体29以及液位高度传感器30；第一油壶腔体28通过油道连接第一套电动缸单元1，第二油壶腔体29通过油道连接第二套电动缸单元2，油壶3内部设置液位高度传感器30。
52.中央控制单元4包括：第一控制硬件31和第二控制硬件32；第一控制硬件31和第二控制硬件32独立设置有电源和通讯线路。第一压力传感器15一端连接第一电动缸腔体13，另一端连接中央控制单元4，第一转子位置传感器16一端连接第一伺服电机10，另一端连接中央控制单元4，第二压力传感器26一端连接第二电动缸腔体24，另一端连接中央控制单元4，第二转子位置传感器27一端连接第二伺服电机21，另一端连接中央控制单元4。中央控制单元4连接第一伺服电机10、第二伺服电机21，中央控制单元4连接自动驾驶控制器7、电驱动控制器8以及车载物联网单元9。
53.液压控制单元5包括：第一两位两通阀17、第二两位两通阀18、第三两位两通阀19以及第四两位两通阀20；第一两位两通阀17、第二两位两通阀18、第三两位两通阀19以及第四两位两通阀20连接中央控制单元4和轮缸6。
54.实施例2
55.实施例2作为实施例1的优选例。
56.如图1所示，本实施例包括：第一套电动缸单元1、第二套电动缸单元2、油壶3，中央控制单元4、液压控制单元5和轮缸6。
57.第一套电动缸单元1包括：第一伺服电机10、第一传动机构11、第一电动缸活塞12、第一电动缸腔体13、第一电动缸补偿孔14、第一压力传感器15和第一转子位置传感器16；第一电动缸活塞12设于第一电动缸腔体13内，第一伺服电机10通过第一传动机构11连接于第一电动缸活塞12；第一电动缸补偿孔14和第一电动缸腔体13内连通，第一电动缸补偿孔14通过相应的液压管路和油壶3连通；第一电动缸腔体13与液压控制单元5联通；液压控制单元5分别通过第一两位两通阀17、第二两位两通阀18及相应的液压管路和轮缸系统6连接。第一套电动缸单元1中第一压力传感器15用于测量第一电动缸腔体13压力，并传递给中央控制单元4形成压力闭环控制。第一转子位置传感器16用于测量第一伺服电机10转子角度，并传递给中央控制单元4形成第一伺服电机10转子位置闭环控制。
58.第二套电动缸单元2包括：第二伺服电机21、第二传动机构22、第二电动缸活塞23、
第二电动缸腔体24、第二电动缸补偿孔25、第二压力传感器26和第二转子位置传感器27；第二电动缸活塞23设于第二电动缸腔体24内，第二伺服电机21通过第二传动机构22传动连接于第二电动缸活塞23；第二电动缸补偿孔25和第二电动缸腔体24内连通，第二电动缸补偿孔25通过相应的液压管路和油壶3连通；第二电动缸腔体24与液压控制单元5联通；液压控制单元5分别通过第三两位两通阀19、第四两位两通阀20及相应的液压管路和轮缸6系统连接。第二套电动缸单元2中第二压力传感器26用于测量第二电动缸腔体24压力，并传递给中央控制单元4形成压力闭环控制。第二转子位置传感器27用于测量第二伺服电机21转子角度，并传递给中央控制单元4形成第二伺服电机21转子位置闭环控制。
59.油壶3内分隔为第一油壶腔体28和第二油壶腔体29；第一油壶腔体28与第一套电动缸单元1通过油道直连；第二油壶腔体29与第二套电动缸单元2通过油道直连。油壶3内设置液位高度传感器30，用于检测油壶3内的液位高度。
60.中央控制单元4包括两套独立的控制硬件：第一控制硬件31和第二控制硬件32，该两套硬件设置两套电源和通讯线路，互为冗余。中央控制单元4分别与第一套电动缸单元1的第一伺服电机10、第二套电动缸单元2的第二伺服电机21连接，控制两个伺服电机的位置环、电流环和压力环。
61.中央控制单元4与自动驾驶控制器7连接，接收并响应车辆的主动制动请求。中央控制单元4与电驱动控制器8连接，实现车辆的动力学控制与能量回收。中央控制单元4与车载物联网单元9连接，实现云端运维控制中心对车辆的系统检测、故障救援、软件升级。
62.液压控制单元5包含第一两位两通阀17、第二两位两通阀18、第三两位两通阀19、第四两位两通阀20和相应油路，由中央控制单元4控制第一两位两通阀17、第二两位两通阀18、第三两位两通阀19、第四两位两通阀20的开启与关闭，导通或阻断第一套电动缸单元1油路或第二套电动缸单元2油路。
63.液压控制单元5与四个轮缸6链接，输出或输入刹车油，实现车辆线控制动。
64.本实施例的使用方法，具体包括以下步骤：
65.步骤一，接收主动制动请求：自动驾驶控制器7通过外围摄像头、雷达或导航定位信息，识别出刹车制动的工况，并把制动请求信息给到中央控制单元4；
66.步骤二，第一套制动单元建压：中央控制单元4根据制动需求，启动第一套电动缸单元1的第一伺服电机10，通过第一传动机构11连接于第一电动缸活塞12，在第一电动缸腔体13内建压；
67.步骤三，开启电磁阀导通油路：中央控制单元4开启第一两位两通阀17、第二两位两通阀18，液压控制单元5通过液压管路导通轮缸6系统，实现车辆制动；
68.步骤四，压力控制与能量回收：中央控制单元4向电驱动控制器8发出能量回收请求，电驱动控制器8切断驱动电机，并开启充电模式。中央控制单元4根据电驱动控制器8的反馈以及车辆减速度情况，重新调整第一套电动缸单元1的第一伺服电机10，完成压力闭环控制。
69.步骤五，第二套制动单元建压：当第一套电动缸单元1发生故障或建压不足，中央控制单元4根据制动需求启动第二套电动缸单元2的第二伺服电机21，通过第二传动机构22连接于第二电动缸活塞23，在第二电动缸腔体24内建压。同时，中央控制单元4将故障诊断结果通过车载物联网单元9发送到云端运维控制中心，以便对车辆展开故障救援。
70.步骤六，开启电磁阀导通油路：中央控制单元4开启第三两位两通阀19和第四两位两通阀20，液压控制单元5通过液压管路导通轮缸6系统，实现车辆制动。
71.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“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为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
72.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种具备安全冗余的线控制动装置，其特征在于，包括：第一套电动缸单元(1)、第二套电动缸单元(2)、油壶(3)、中央控制单元(4)、液压控制单元(5)以及轮缸(6)；所述第一套电动缸单元(1)连接所述油壶(3)和所述液压控制单元(5)，所述第二套电动缸单元(2)连接所述油壶(3)和所述液压控制单元(5)，所述液压控制单元(5)连接所述轮缸(6)；所述中央控制单元(4)连接所述第一套电动缸单元(1)、所述第二套电动缸单元(2)、所述油壶(3)以及所述液压控制单元(5)。2.根据权利要求1所述具备安全冗余的线控制动装置，其特征在于，所述第一套电动缸单元(1)包括：第一伺服电机(10)、第一传动机构(11)、第一电动缸活塞(12)、第一电动缸腔体(13)以及第一电动缸补偿孔(14)；所述第一电动缸活塞(12)设置在所述第一电动缸腔体(13)内，所述第一伺服电机(10)通过所述第一传动机构(11)传动连接于所述第一电动缸活塞(12)；所述第一电动缸腔体(13)通过所述第一电动缸补偿孔(14)和液压管路连通所述油壶(3)，所述第一电动缸腔体(13)连接所述液压控制单元(5)。3.根据权利要求2所述具备安全冗余的线控制动装置，其特征在于，所述第二套电动缸单元(2)包括：第二伺服电机(21)、第二传动机构(22)、第二电动缸活塞(23)、第二电动缸腔体(24)以及第二电动缸补偿孔(25)；所述第二电动缸活塞(23)设置于所述第二电动缸腔体(24)内，所述第二伺服电机(21)通过所述第二传动机构(22)传动连接于所述第二电动缸活塞(23)；所述第二电动缸腔体(24)通过所述第二电动缸补偿孔(25)和液压管路连通所述油壶(3)，所述第二电动缸腔体(24)连接所述液压控制单元(5)。4.根据权利要求1所述具备安全冗余的线控制动装置，其特征在于，所述油壶(3)包括：第一油壶腔体(28)、第二油壶腔体(29)以及液位高度传感器(30)；所述第一油壶腔体(28)通过油道连接所述第一套电动缸单元(1)，所述第二油壶腔体(29)通过油道连接所述第二套电动缸单元(2)；所述油壶(3)内部设置所述液位高度传感器(30)。5.根据权利要求1所述具备安全冗余的线控制动装置，其特征在于，所述中央控制单元(4)包括：第一控制硬件(31)和第二控制硬件(32)；所述第一控制硬件(31)和所述第二控制硬件(32)独立设置有电源和通讯线路。6.根据权利要求3所述具备安全冗余的线控制动装置，其特征在于：第一压力传感器(15)一端连接所述第一电动缸腔体(13)，另一端连接所述中央控制单元(4)；第一转子位置传感器(16)一端连接所述第一伺服电机(10)，另一端连接所述中央控制单元(4)；第二压力传感器(26)一端连接所述第二电动缸腔体(24)，另一端连接所述中央控制单元(4)；第二转子位置传感器(27)一端连接所述第二伺服电机(21)，另一端连接所述中央控制单元(4)。7.根据权利要求3所述具备安全冗余的线控制动装置，其特征在于：所述中央控制单元(4)连接所述第一伺服电机(10)、所述第二伺服电机(21)。
8.根据权利要求7所述具备安全冗余的线控制动装置，其特征在于：所述中央控制单元(4)连接自动驾驶控制器(7)、电驱动控制器(8)以及车载物联网单元(9)。9.根据权利要求8所述具备安全冗余的线控制动装置，其特征在于，所述液压控制单元(5)包括：第一两位两通阀(17)、第二两位两通阀(18)、第三两位两通阀(19)以及第四两位两通阀(20)；所述第一两位两通阀(17)、所述第二两位两通阀(18)、所述第三两位两通阀(19)以及所述第四两位两通阀(20)连接所述中央控制单元(4)和所述轮缸(6)。10.一种权利要求9所述具备安全冗余的线控制动装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1，接收主动制动请求：所述自动驾驶控制器(7)通过外围摄像头、雷达或导航定位信息识别出刹车制动的工况，并把制动请求信息传递至所述中央控制单元(4)；步骤s2，第一套制动单元建压：所述中央控制单元(4)根据制动需求，启动所述第一伺服电机(10)，并通过所述第一传动机构(11)带动所述第一电动缸活塞(12)在所述第一电动缸腔体(13)内建压；步骤s3，开启电磁阀导通油路：所述中央控制单元(4)开启所述第一两位两通阀(17)和所述第二两位两通阀(18)，所述液压控制单元(5)通过液压管路导通所述轮缸(6)，实现车辆制动；步骤s4，压力控制与能量回收：所述中央控制单元(4)向所述电驱动控制器(8)发出能量回收请求，所述电驱动控制器(8)切断驱动电机，并开启充电模式；所述中央控制单元(4)根据所述电驱动控制器(8)的反馈以及车辆减速度情况，重新调整所述第一伺服电机(10)，完成压力闭环控制；步骤s5，第二套制动单元建压：当所述第一套电动缸单元(1)发生故障或建压不足，所述中央控制单元(4)根据制动需求启动所述第二伺服电机(21)，并通过所述第二传动机构(22)带动所述第二电动缸活塞(23)在所述第二电动缸腔体(24)内建压；同时，所述中央控制单元(4)将故障诊断结果通过所述车载物联网单元(9)发送到云端运维控制中心，以便对车辆展开故障救援；步骤s6，开启电磁阀导通油路：所述中央控制单元(4)开启所述第三两位两通阀(19)和所述第四两位两通阀(20)，所述液压控制单元(5)通过液压管路导通所述轮缸(6)系统，实现车辆制动。

技术总结
本发明提供了一种具备安全冗余的线控制动装置及使用方法，包括：第一套电动缸单元、第二套电动缸单元、油壶、中央控制单元、液压控制单元以及轮缸；所述第一套电动缸单元连接所述油壶和所述液压控制单元，所述第二套电动缸单元连接所述油壶和所述液压控制单元，所述液压控制单元连接所述轮缸；所述中央控制单元连接所述第一套电动缸单元、所述第二套电动缸单元、所述油壶以及所述液压控制单元。本申请提供一种无人驾驶工具车的制动系统，当主制动系统部分失效，或全部故障，或制动力不足时，备用制动系统随即启动，继续独立或协同完成制动，解决无人驾驶工具车可能存在的可靠性问题和安全隐患。安全隐患。安全隐患。


技术研发人员：李颖哲 何俊
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/7/18