无人驾驶汽车双冗余线控制动系统及方法
1.本发明涉及无人驾驶线控制动技术领域，尤其是一种无人驾驶汽车双冗余线控制动系统及方法。
背景技术：
2.无人驾驶技术主要包括环境感知、定位导航、路径规划和决策控制等，其中车辆动力学控制是实现无人驾驶的必备条件。制动系统是实现车辆动力学控制的基础，与车辆主动安全控制、车辆稳定性控制、泊车技术和车辆巡航技术等密切相关。
3.线控制动系统即电子控制制动系统主要分为两大类：电子机械制动系统和电子液压制动系统。电子机械制动系统的发展面临容错性差、抗干扰能力弱和成本高昂等问题，短期内难以量产化应用。电子液压制动系统保留了传统的液压系统，利用踏板感觉模拟器模反馈脚感，通过主动电机实现液压力控制，系统能够部分或全部解耦，已经实现商业化应用。
4.在国际汽车工程师协会制定的自动驾驶等级中，l3级别以上的智能驾驶辅助系统都要求具有双冗余备份回路。目前的双冗余线控制动系统方案多采用“液压泵+高压蓄能器”作为冗余备份，由于液压泵的动作是不连续的，导致压力抖动问题显著，液压力的实际控制效果差。此外，在目前的双冗余线控制动系统方案中，如果高压蓄能器失效，仍以人力制动作为第二备份，制动效能差且安全冗余能力明显不足，这也不符合无人驾驶汽车的制动要求，即无人驾驶车辆必须独立完成所有原本应该由驾驶员执行的操作。因此，现有的线控制动系统解决方案无法满足未来无人驾驶汽车的制动要求。
技术实现要素：
5.针对现有技术的不足，本发明提供一种无人驾驶汽车双冗余线控制动系统及方法，目的是提供双重冗余制动控制，实现通过制动电机实现液压快速精确制动控制，提高无人驾驶汽车的制动可靠性和驾驶安全性。
6.本发明采用的技术方案如下：
7.一种双冗余线控制动系统，包括：
8.液压源模块，包括具有两个工作腔的制动主缸总成、具有一个工作腔的第一制动副缸总成和第二副缸总成，分别由各自的电机驱动实现工作腔建压，还包括储液罐，为各工作腔提供液流，并回收四轮制动模块输出的回流；
9.四轮制动模块，包括四个制动轮缸，左前轮缸和右后轮缸构成一组，右前轮缸和左后轮缸构成一组；
10.液压源切换模块，包括第一切换电磁阀、第二切换电磁阀和第三切换电磁阀，均为两位三通电磁阀，所述第三切换电磁阀的两个输入端分别与所述第一制动副缸总成和所述第二副缸总成的工作腔相连，所述第三切换电磁阀的输出端分别与所述第一切换电磁阀和所述第二切换电磁阀的第一输入端，第一切换电磁阀和第二切换电磁阀的第二输入端分别
与所述制动主缸总成的两个工作腔相连，第一切换电磁阀和第二切换电磁阀的输出端分别与两组制动轮缸对应相连；
11.控制模块，包括压力传感器，用于采集各液压管路和工作腔内的压力，电机转速传感器，用于采集电机转速信号，整车控制器，与所述压力传感器、所述电机转速传感器、各电磁阀及各电机信号连接，进行液压源切换控制，使制动主缸总成、第一制动副缸总成和第二副缸总成中的一个提供液压。
12.进一步技术方案为：
13.第一切换电磁阀和第二切换电磁阀的输出端分别与两组制动轮缸对应相连的结构还包括：
14.左前第一电磁阀、右后第一电磁阀、右前第一电磁阀和左后第一电磁阀，左前第一电磁阀和右后第一电磁阀的输入端分别与第一切换电磁阀的输出端连接，输出端分别与左前轮缸和右后轮缸连接，右前第一电磁阀和左后第一电磁阀的输入端分别与第二切换电磁阀的输出端连接，输出端分别与右前轮缸和左后轮缸连接。
15.在左前轮缸、右后轮缸、右前轮缸、左后轮缸与对应相连的第一电磁阀的连接管路上分别设有左前第二电磁阀、右后第二电磁阀、右前第二电磁阀、左后第二电磁阀，各第二电磁阀的另一端分别与储液罐相连。
16.所述左前第一电磁阀、右后第一电磁阀、右前第一电磁阀和左后第一电磁阀为线性常开电磁阀，所述左前第二电磁阀、右后第二电磁阀、右前第二电磁阀和左后第二电磁阀为线性常闭电磁阀。
17.制动主缸总成的结构为：包括主缸体，其内设有将主缸体划分成第一工作腔和第二工作腔的主缸第一活塞和主缸第二活塞，两个工作腔内分别设有用于在泄压时使活塞复位的复位弹簧，还包括主电机，其输出端通过减速传动机构与主缸推杆相连，所述主缸推杆与所述主缸第一活塞连接。
18.所述减速传动机构的结构包括齿轮副传动机构和丝杆螺母机构，齿轮副传动机构的主动齿轮与主电机的输出相连，齿轮副传动机构的从动齿轮与丝杆螺母机构的螺母相连，丝杆螺母机构的丝杆与主缸推杆相连。
19.所述第一制动副缸总成和第二副缸总成的结构相同，均包括副缸体，副缸体内设有副活塞杆，还包括副电机，其通过滚珠丝杠机构驱动所述副活塞杆运动。
20.所述第一制动副缸总成和第二副缸总成的工作腔与所述储液罐相连的管路上设有单向阀。
21.一种所述的双冗余线控制动系统的双冗余线控制动方法，包括：由整车控制器实现常规制动、冗余制动和双冗余制动三种工作模式切换：
22.常规制动模式，第一切换电磁阀和第二切换电磁阀上电，第三切换电磁阀断电，第一制动副缸总成和第二副缸总成与各制动轮缸解耦，制动主缸总成的工作腔与各制动轮缸接通并提供液压；
23.冗余制动模式，检测到制动主缸总成失效，停止为其供电，第一切换电磁阀和第二切换电磁阀断电，第三切换电磁阀上电，制动主缸总成及第二制动副缸总成与各制动轮缸解耦，第一制动副缸总成的工作腔与各制动轮缸接通并提供液压；
24.双冗余制动模式，检测到制动主缸总成及第一制动副缸总成失效，停止为其供电，
第一切换电磁阀和第二切换电磁阀断电，第三切换电磁阀断电，制动主缸总成及第一制动副缸总成与各制动轮缸解耦，第二制动副缸总成的工作腔与各制动轮缸接通并提供液压。
25.本发明的有益效果如下：
26.完全取消了与驾驶员有关的制动部件，所有的制动动作全部由执行器独立完成。通过控制液压管路上的两位三通电磁阀实现常规制动、冗余制动和双冗余制动等模式的切换，符合国际汽车工程师协会对l3及以上智驾系统的双冗余备份要求，解决了现有线控制动方案无法满足无人驾驶汽车制动需求的问题。
27.提供双重冗余制动功能，提高无人驾驶汽车的制动可靠性。具有结构简单、易于控制、可靠性强、具有很强的工程应用价值等优点。
28.采用电动缸作为冗余备份，具有强伺服能力，提高压力跟随的响应速度和控制精度，有效克服现有技术中泵驱电子液压制动系统的不足。
29.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
30.图1为本发明实施例中双冗余制动模式下的系统结构示意图。
31.图中：1、丝杆；2、滚珠；3、螺母；4、从动齿轮；5、主缸推杆；6、主缸体；7、主缸第一活塞；8、第一复位弹簧；9、第一工作腔；10、储液罐；11、第二复位弹簧；12、主缸第二活塞；13、第二工作腔；14、第一液压管路；15、第二液压管路；16、主缸第一液压力传感器；17、主缸第二液压力传感器；18、左前第一电磁阀；19、右后第一电磁阀；20、右前第一电磁阀；21、左后第一电磁阀；22、左前第二电磁阀；23、右后第二电磁阀；24、右前第二电磁阀；25、左后第二电磁阀；26、左前轮缸压力传感器；27、右后轮缸压力传感器；28、右前轮缸压力传感器；29、左后轮缸压力传感器；30、左前轮缸；31、右后轮缸；32、右前轮缸；33、左后轮缸；34、左前轮；35、右后轮；36、右前轮；37、左后轮；38、第一副缸液压力传感器；39、第一副缸工作腔；40、第一副缸；41、第一副电机转速传感器；42、第一副电机；43、第一副缸活塞；44、整车控制器；45、主动齿轮；46、主电机；47、主电机转速传感器；48、第二副缸液压力传感器；49、第二副缸工作腔；50、第二副缸；51、第二副电机转速传感器；52、第二副电机；53、第二副缸活塞；54、第一切换电磁阀；55、第二切换电磁阀；56、第三切换电磁阀；57、第一单向阀；58、第二单向阀。
具体实施方式
32.以下结合附图说明本发明的具体实施方式。
33.参见图1，本技术实施例提供一种双冗余线控制动系统，包括：
34.液压源模块，包括具有两个工作腔的制动主缸总成、具有一个工作腔的第一制动副缸总成和第二副缸总成，分别由各自的电机驱动实现工作腔建压，还包括储液罐10，为各工作腔提供液流，并回收四轮制动模块输出的回流；
35.四轮制动模块，包括四个制动轮缸，左前轮缸30和右后轮缸31构成一组，右前轮缸32和左后轮缸33构成一组；
36.液压源切换模块，包括第一切换电磁阀54、第二切换电磁阀55和第三切换电磁阀
56，均为两位三通电磁阀，第三切换电磁阀56的两个输入端分别与第一制动副缸总成和第二副缸总成的工作腔相连，第三切换电磁阀56的输出端分别与第一切换电磁阀54和第二切换电磁阀55的第一输入端，第一切换电磁阀54和第二切换电磁阀55的第二输入端分别与制动主缸总成的两个工作腔相连，第一切换电磁阀54和第二切换电磁阀55的输出端分别与两组制动轮缸对应相连；
37.控制模块，包括压力传感器，用于采集各液压管路和工作腔内的压力，电机转速传感器，用于采集电机转速信号，整车控制器44，与所述压力传感器、所述电机转速传感器、各电磁阀及各电机信号连接，进行液压源切换控制，使制动主缸总成、第一制动副缸总成和第二副缸总成中的一个提供液压。
38.图1中实现代表液压管路连接，虚线代表电信号连接。具体的，第一切换电磁阀54和第二切换电磁阀55的输出端分别与两组制动轮缸对应相连的结构还包括：左前第一电磁阀18、右后第一电磁阀19、右前第一电磁阀20和左后第一电磁阀21，左前第一电磁阀18和右后第一电磁阀19的输入端分别与第一切换电磁阀54的输出端连接，输出端分别与左前轮缸30和右后轮缸31连接，右前第一电磁阀20和左后第一电磁阀21的输入端分别与第二切换电磁阀55的输出端连接，输出端分别与右前轮缸32和左后轮缸33连接。
39.具体的，在左前轮缸30、右后轮缸31、右前轮缸32、左后轮缸33与对应相连的第一电磁阀的连接管路上分别设有左前第二电磁阀22、右后第二电磁阀23、右前第二电磁阀24、左后第二电磁阀25，各第二电磁阀的另一端分别与储液罐10相连。
40.其中，在左前轮缸30、右后轮缸31、右前轮缸32、左后轮缸33与对应相连的第一电磁阀的连接管路上分别设有左前轮缸压力传感器26、右后轮缸压力传感器27、右前轮缸压力传感器28、左后轮缸压力传感器29，左前轮缸30、右后轮缸31、右前轮缸32、左后轮缸33分别对左前轮34、右后轮35、右前轮36、左后轮37执行液压制动。上述的各传感器、各第一电磁阀、第二电磁阀与整车控制器44电信号连接。
41.通过各第一电磁阀实现对各制动轮缸加压，通过各第二电磁阀实现对各制动轮缸进行泄压。具体的，左前第一电磁阀18、右后第一电磁阀19、右前第一电磁阀20和左后第一电磁阀21为线性常开电磁阀，左前第二电磁阀22、右后第二电磁阀23、右前第二电磁阀24和左后第二电磁阀25为线性常闭电磁阀。
42.具体的，制动主缸总成的结构为：包括主缸体6，其内设有将主缸体6划分成第一工作腔9和第二工作腔13的主缸第一活塞7和主缸第二活塞12，两个工作腔内分别设有用于在泄压时使活塞复位的第一复位弹簧8和第二复位弹簧11，还包括主电机46，其输出端通过减速传动机构与主缸推杆5相连，主缸推杆5与主缸第一活塞7连接，第一复位弹簧8两端分别与主缸第一活塞7和主缸第二活塞12连接，第二复位弹簧11分别与主缸第二活塞12和缸壁连接。还包括用于测量主电机46转速的主电机转速传感器47，第一工作腔9和第二工作腔13分别通过第一液压管路14和第二液压管路15与第一切换电磁阀54和第二切换电磁阀55连接，第一液压管路14和第二液压管路15上分别设有主缸第一液压力传感器16和主缸第二液压力传感器17，主电机46、主电机转速传感器47、主缸第一液压力传感器16和主缸第二液压力传感器17与整车控制器44电信号连接。
43.减速传动机构的结构包括齿轮副传动机构和丝杆螺母机构，齿轮副传动机构的主动齿轮45与主电机46的输出相连，齿轮副传动机构的从动齿轮4与丝杆螺母机构的螺母3相
连，丝杆螺母机构的丝杆1与主缸推杆5相连。丝杆1与螺母3之间通过滚珠2传动连接。
44.第一制动副缸总成和第二副缸总成的结构相同，均包括副缸体，副缸体内设有副活塞杆，还包括副电机，其通过滚珠丝杠机构驱动副活塞杆运动。
45.如图1所示，第一制动副缸总成的结构包括内形成有第一副缸工作腔39的第一副缸40、第一副电机42、第一副缸活塞43、用于测量第一副电机42的转速的第一副电机转速传感器41，第二制动副缸总成的结构包括内形成有第二副缸工作腔49的第二副缸50、第二副电机52、第二副缸活塞53、用于测量第二副电机52转速的第二副电机转速传感器51。第一副缸工作腔39和第二副缸工作腔49与储液罐10相连的管路上分别设有第一单向阀57和第二单向阀58。第一副缸工作腔39和第二副缸工作腔49与第三切换电磁阀56相连的液压管路上分别设有第一副缸液压力传感器38和第二副缸液压力传感器48，两个副电机、第一副缸液压力传感器38和第二副缸液压力传感器48与整车控制器44电信号连接。
46.整车控制器44可用于接收各传感器的信号，并控制各电磁阀的工作状态和各电机的启停和转速调节。
47.本技术实施例还提供一种所述双冗余线控制动系统的双冗余线控制动方法，由整车控制器44实现常规制动、冗余制动和双冗余制动三种工作模式切换：
48.常规制动模式，整车控制器接收并处理安全距离信号和实际车速信号等以判断车辆是否需要制动，当判断车辆需要制动时，整车控制器给主电机发送指令信息，控制主电机转动。第一切换电磁阀54和第二切换电磁阀55上电，第三切换电磁阀56断电，第一制动副缸总成和第二副缸总成与各制动轮缸解耦，制动主缸总成的工作腔与各制动轮缸接通并提供液压，主缸成为系统的唯一高压源。
49.当制动过程结束后，主缸推杆、主缸第一活塞和主缸第二活塞在主电机反转及第一回位弹簧和第二回位弹簧的作用下回位，制动主缸与储油罐接通，制动主缸泄压。
50.冗余制动模式，检测到制动主缸总成失效(如主电机或者主电机传动组件失效时)，停止为其供电以保证安全性，第一切换电磁阀54和第二切换电磁阀55断电，第三切换电磁阀56上电，制动主缸总成及第二制动副缸总成与各制动轮缸解耦，第一制动副缸总成的工作腔与各制动轮缸接通并提供液压，此时第一副缸成为系统的唯一高压源；
51.当制动过程结束后，第一副缸活塞通过第一副电机反转回位，第一副缸与储油罐接通，第一副缸泄压。
52.双冗余制动模式，参见图1，检测到制动主缸总成及第一制动副缸总成失效(主电机或者主电机传动组件失效，且第一副电机或第一副电机传动组件也失效时)，停止为其供电以保证安全性，第一切换电磁阀54和第二切换电磁阀55断电，第三切换电磁阀56断电，制动主缸总成及第一制动副缸总成与各制动轮缸解耦，第二制动副缸总成的工作腔与各制动轮缸接通并提供液压。此时第二副缸成为系统的唯一高压源；
53.当制动过程结束后，第二副缸活塞通过第二副电机反转回位，第二副缸与储油罐接通，第二副缸泄压。
54.此外，本技术实施例的双冗余线控制动方法，还包括压力调节，通过控制液压管路中各电磁阀的工作状态，实现四个制动轮缸差异化的压力调节。譬如，在无人驾驶汽车处于转向行驶的极限工况且esc系统介入时，esc根据各车轮制动时横摆力矩的变化特性，动态分配四个车轮的制动力以达到最满意的控制效果。假如某一时刻，左前轮缸需要减压，右后
轮缸需要保压，右前轮需要增压，左后轮需要减压。此时，电控单元发送指令信号，左前第一电磁阀关闭，左前第二电磁阀打开并控制在合适的开度，实现左前轮缸减压的效果；右后第一电磁阀关闭，右后第二电磁阀关闭，实现右后轮缸保压的效果；右前第一电磁阀打开并控制在合适的开度，右前第二电磁阀关闭，实现右前轮缸增压的效果；左后第一电磁阀关闭，左后第二电磁阀打开并控制在合适的开度，实现左后轮缸减压的效果。
55.本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种双冗余线控制动系统，其特征在于，包括：液压源模块，包括具有两个工作腔的制动主缸总成、具有一个工作腔的第一制动副缸总成和第二副缸总成，分别由各自的电机驱动实现工作腔建压，还包括储液罐(10)，为各工作腔提供液流，并回收四轮制动模块输出的回流；四轮制动模块，包括四个制动轮缸，左前轮缸(30)和右后轮缸(31)构成一组，右前轮缸(32)和左后轮缸(33)构成一组；液压源切换模块，包括第一切换电磁阀(54)、第二切换电磁阀(55)和第三切换电磁阀(56)，均为两位三通电磁阀，所述第三切换电磁阀(56)的两个输入端分别与所述第一制动副缸总成和所述第二副缸总成的工作腔相连，所述第三切换电磁阀(56)的输出端分别与所述第一切换电磁阀(54)和所述第二切换电磁阀(55)的第一输入端，第一切换电磁阀(54)和第二切换电磁阀(55)的第二输入端分别与所述制动主缸总成的两个工作腔相连，第一切换电磁阀(54)和第二切换电磁阀(55)的输出端分别与两组制动轮缸对应相连；控制模块，包括压力传感器，用于采集各液压管路和工作腔内的压力，电机转速传感器，用于采集电机转速信号，整车控制器(44)，与所述压力传感器、所述电机转速传感器、各电磁阀及各电机信号连接，进行液压源切换控制，使制动主缸总成、第一制动副缸总成和第二副缸总成中的一个提供液压。2.根据权利要求1所述的双冗余线控制动系统，其特征在于，第一切换电磁阀(54)和第二切换电磁阀(55)的输出端分别与两组制动轮缸对应相连的结构还包括：左前第一电磁阀(18)、右后第一电磁阀(19)、右前第一电磁阀(20)和左后第一电磁阀(21)，左前第一电磁阀(18)和右后第一电磁阀(19)的输入端分别与第一切换电磁阀(54)的输出端连接，输出端分别与左前轮缸(30)和右后轮缸(31)连接，右前第一电磁阀(20)和左后第一电磁阀(21)的输入端分别与第二切换电磁阀(55)的输出端连接，输出端分别与右前轮缸(32)和左后轮缸(33)连接。3.根据权利要求2所述的双冗余线控制动系统，其特征在于，在左前轮缸(30)、右后轮缸(31)、右前轮缸(32)、左后轮缸(33)与对应相连的第一电磁阀的连接管路上分别设有左前第二电磁阀(22)、右后第二电磁阀(23)、右前第二电磁阀(24)、左后第二电磁阀(25)，各第二电磁阀的另一端分别与储液罐(10)相连。4.根据权利要求3所述的双冗余线控制动系统，其特征在于，所述左前第一电磁阀(18)、右后第一电磁阀(19)、右前第一电磁阀(20)和左后第一电磁阀(21)为线性常开电磁阀，所述左前第二电磁阀(22)、右后第二电磁阀(23)、右前第二电磁阀(24)和左后第二电磁阀(25)为线性常闭电磁阀。5.根据权利要求1所述的双冗余线控制动系统，其特征在于，制动主缸总成的结构为：包括主缸体(6)，其内设有将主缸体(6)划分成第一工作腔(9)和第二工作腔(13)的主缸第一活塞(7)和主缸第二活塞(12)，两个工作腔内分别设有用于在泄压时使活塞复位的复位弹簧，还包括主电机(46)，其输出端通过减速传动机构与主缸推杆(5)相连，所述主缸推杆(5)与所述主缸第一活塞(7)连接。6.根据权利要求5所述的双冗余线控制动系统，其特征在于，所述减速传动机构的结构包括齿轮副传动机构和丝杆螺母机构，齿轮副传动机构的主动齿轮(45)与主电机(46)的输出相连，齿轮副传动机构的从动齿轮(4)与丝杆螺母机构的螺母(3)相连，丝杆螺母机构的
丝杆(1)与主缸推杆(5)相连。7.根据权利要求1所述的双冗余线控制动系统，其特征在于，所述第一制动副缸总成和第二副缸总成的结构相同，均包括副缸体，副缸体内设有副活塞杆，还包括副电机，其通过滚珠丝杠机构驱动所述副活塞杆运动。8.根据权利要求1所述的双冗余线控制动系统，其特征在于，所述第一制动副缸总成和第二副缸总成的工作腔与所述储液罐(10)相连的管路上设有单向阀。9.一种如权利要求1所述的双冗余线控制动系统的双冗余线控制动方法，其特征在于，包括：由整车控制器(44)实现常规制动、冗余制动和双冗余制动三种工作模式切换：常规制动模式，第一切换电磁阀(54)和第二切换电磁阀(55)上电,第三切换电磁阀(56)断电，第一制动副缸总成和第二副缸总成与各制动轮缸解耦，制动主缸总成的工作腔与各制动轮缸接通并提供液压；冗余制动模式，检测到制动主缸总成失效，停止为其供电，第一切换电磁阀(54)和第二切换电磁阀(55)断电,第三切换电磁阀(56)上电，制动主缸总成及第二制动副缸总成与各制动轮缸解耦，第一制动副缸总成的工作腔与各制动轮缸接通并提供液压；双冗余制动模式，检测到制动主缸总成及第一制动副缸总成失效，停止为其供电，第一切换电磁阀(54)和第二切换电磁阀(55)断电,第三切换电磁阀(56)断电，制动主缸总成及第一制动副缸总成与各制动轮缸解耦，第二制动副缸总成的工作腔与各制动轮缸接通并提供液压。
技术总结
本发明涉及一种双冗余线控制动系统及方法，系统包括：液压源模块，包括具有两个工作腔的制动主缸总成、具有一个工作腔的第一制动副缸总成和第二副缸总成，分别由各自的电机驱动实现工作腔建压；四轮制动模块，包括两组制动轮缸；液压源切换模块，包括切换电磁阀，用于连接液压源模块和四轮制动模块；控制模块，包括压力传感器，用于采集各液压管路和工作腔内的压力，电机转速传感器，用于采集电机转速信号，整车控制器，与压力传感器、电机转速传感器、各电磁阀及各电机信号连接，进行液压源切换控制，实现正常制动、冗余制动或双冗余制动。本发明解决了现有线控制动方案无法满足无人驾驶汽车制动需求的问题。汽车制动需求的问题。汽车制动需求的问题。
