阅读说明：本技术 一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制系统及控制方法 (Fault-tolerant control system and control method for brake-by-wire failure fault of automobile ) 是由 陈龙 陈智星 徐兴 仵晓涵 王峰 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制系统及控制方法,包括线控制动系统和液压制动系统；线控制动系统正常工作时,控制单元接收制动踏板转角信号(若是自动驾驶汽车,则接收雷达传感器信号),并控制制动器工作；此时控制单元还控制二位三通电磁阀使液压制动系统主缸中的油液在制动踏板的作用下,通过二位三通电磁阀流回储液罐,不驱动制动器工作。当线控制动系统出现故障时,控制单元控制线控制动系统停止工作,并控制二位三通电磁阀使液压制动系统的主缸与轮缸相通,此时车辆利用液压制动系统实现制动。本发明可以在汽车线控制动失效时满足驾驶员的制动需求,实现汽车线控制动系统和液压制动系统的协调控制,提高了车辆的安全性。(The invention discloses a fault-tolerant control system and a control method aiming at the brake-by-wire failure fault of an automobile, wherein the fault-tolerant control system comprises a brake-by-wire system and a hydraulic brake system; when the brake-by-wire system works normally, the control unit receives a brake pedal corner signal (if the automobile is automatically driven, a radar sensor signal is received), and controls the brake to work; at the moment, the control unit also controls the two-position three-way electromagnetic valve to enable oil in a main cylinder of the hydraulic braking system to flow back to the liquid storage tank through the two-position three-way electromagnetic valve under the action of the brake pedal, and the brake is not driven to work. When the brake-by-wire system fails, the control unit controls the brake-by-wire system to stop working and controls the two-position three-way electromagnetic valve to enable a master cylinder of the hydraulic brake system to be communicated with a wheel cylinder, and at the moment, the vehicle is braked by the hydraulic brake system. The invention can meet the braking requirement of a driver when the brake-by-wire of the automobile fails, realize the coordinated control of the brake-by-wire system and the hydraulic braking system of the automobile and improve the safety of the automobile.)

一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于汽车技术领域，具体涉及一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制系统及控制方法。

背景技术

汽车的制动性是汽车的主要性能之一，制动性直接关系到交通安全，一些重大交通事故往往是由于汽车的制动效能太差，制动距离太长、紧急制动时汽车发生侧滑等原因造成的。随着汽车行业的不断发展，汽车数量的持续增多，安全性成为广大车主购车时考虑的首要因素，人们对汽车制动性能的关注度越来越高。

传统汽车液压制动系统主要由制动踏板、制动主缸、油缸、轮缸、制动盘、各种阀体及液压管路等构成。在传统的制动系统中，驾驶员通过对制动主缸的调节，在轮缸建立制动压力。传统的制动系统只是均匀的分配液压力，当踩下制动踏板时，制动主缸就将等量的制动液送往各制动器的制动管路，并通过比例阀来平衡前后轮缸。

与传统的液压制动系统不同，线控制动系统则根据传感器所采集到的各种信息，通过控制单元计算出各制动器所需的最佳制动力，并将其分别施加于各制动轮，达到良好的制动效果。但线控制动系统工作的可靠性相对于传统的液压制动系统来说更容易受到电磁干扰，还有待进一步提高。为了保证在线控系统发生故障时也能安全停车，系统中应设计有后备液压系统，以保证线控制动系统在失效时汽车仍有制动能力，确保行驶安全。

随着人工智能被广泛应用于汽车领域，智能汽车给汽车产业和社会发展带来了巨大影响，智能汽车搭载行车电脑控制系统，通过车载传感器接收集路况和道路周边通信设备信息。本发明也可用于自动驾驶汽车上，即通过雷达传感器接收制动信号，经过控制单元将信号传递给制动器进行制动。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制系统及控制方法，在线控制动失效时启用液压制动系统使汽车能够正常制动，从而提高车辆的操纵稳定性和安全性。

一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制系统，包括线控制动系统和液压制动系统；所述线控制动系统包括控制单元及与控制单元信号连接的制动器、踏板转角传感器，所述踏板转角传感器安装在制动踏板上；所述液压制动系统包括制动器、制动踏板、真空助力器、储液罐以及制动主缸，制动器与制动主缸之间安装有二位三通电磁阀，二位三通电磁阀与制动器之间的液压制动回路上设有增压阀，增压阀与控制阀并联；所述二位三通电磁阀与控制单元信号连接。

上述技术方案中，所述制动器包括活塞I、制动片、制动盘、油缸I、油缸II、电极和活塞II；所述活塞II与油缸II相连，油缸II与油缸I相连，油缸I与活塞I相连，活塞I与制动片相连；活塞II底端和油缸II内壁均设有电极，活塞II移动时，两电极可接触；两电极还与信号灯相连。

上述技术方案中，所述活塞II上还固定有密封圈。

上述技术方案中，所述制动器还包括制动钳体，所述活塞I、制动片、制动盘、油缸I、油缸II、电极、活塞II和密封圈均固定在制动钳体内部。

上述技术方案中，该容错控制系统还包括靠近车轮的液压制动回路上设有的平衡阀，平衡阀连接轮缸传感器。

上述技术方案中，所述二位三通电磁阀的端口P连接制动主缸，端口A连通储液罐回路，端口B与车轮之间连通液压制动回路。

上述技术方案中，所述控制单元与制动器之间连接有蓄电池，蓄电池给制动器中的制动电机发出电信号并驱动制动电机工作。

上述技术方案中，该容错控制系统还包括与控制单元信号连接的雷达传感器，雷达传感器安装在自动驾驶汽车上。

一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制系统的控制方法，汽车制动时，若线控制动系统正常，储液罐回路保持打开，液压制动回路关闭，控制单元接收制动踏板转角信号驱动制动器制动；若线控制动系统失效，储液罐回路关闭，液压制动回路导通，油液经二位三通电磁阀流入制动器进行制动。

一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制系统的控制方法，自动驾驶汽车制动时，若线控制动系统正常，雷达传感器接收制动信号，并传输给控制单元，此时储液罐回路打开，液压制动回路关闭，控制单元驱动制动器进行制动；线控制动系统失效时，制动力由制动踏板产生，此时储液罐回路保持关闭，液压制动回路打开，油液经二位三通电磁阀流入制动器进行制动。

本发明的有益效果是：

1)本发明在车辆需要制动时，若汽车线控制动系统正常，利用踏板转角传感器采集到的制动信号经过控制单元传递到制动器进行制动；若汽车线控制动系统发生故障，制动主缸接收到踏板的制动力，推动油液经过管路到油缸，从而推动活塞进行制动，车辆无需立刻停车进行维修，可在液压制动系统下继续正常行驶；双制动系统提高了车辆的安全性，双制动系统不仅可以用于当下的线控制动汽车，还能在自动驾驶汽车上发挥用途，通过雷达传感器接收信号传递给控制单元，再执行线控制动。

2)本发明制动器采用双油缸、双活塞的结构，确保了线控制动系统和液压制动系统互不干涉。

3)本发明二位三通电磁阀控制了油液的流向，在驾驶员踩下踏板后，线控制动系统正常时，油液不进入液压制动系统管路，而是流回储液罐；线控制动系统出现故障时，油液才流入液压制动回路；实现线控制动系统和液压制动系统的协调控制。

附图说明

图1是本发明一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制系统的结构示意图；

图2是本发明一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制系统第一个实施例的结构示意图；

图3是本发明一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制系统中制动器的结构示意图；

图4是本发明一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制系统的储液罐液压回路结构示意图；

图5是本发明一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制系统的液压制动回路结构示意图；

图6是本发明一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制系统的反馈信号结构示意图；

图7是本发明一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制方法流程图；

图8是本发明一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制系统第二个实施例的结构示意图。

图中，1、制动器；2、制动踏板；3、真空助力器；4、储液罐；5、制动主缸；6、二位三通电磁阀；7、增压阀；8、控制阀；9、轮缸传感器；10、平衡阀；11、踏板转角传感器；12、雷达传感器；13、控制单元；14、蓄电池；101、制动钳；102、活塞I；103、制动片；104、制动盘；105、油缸I；106、油缸II；107、电极；108、活塞II；109、密封圈。

具体实施方式

下面结合附图具体实施方式对本发明一种汽车线控制动失效故障的容错控制系统及其控制方法作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制系统包括线控制动系统和液压制动系统，所述线控制动系统包括制动器1、制动踏板2、踏板转角传感器11、雷达传感器12、控制单元13以及蓄电池14，所述液压制动系统包括制动器1、制动踏板2、真空助力器3、储液罐4、制动主缸5、二位三通电磁阀6、增压阀7、控制阀8、轮缸传感器9和平衡阀10。

实施例1

如图2所示，本发明一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制系统的结构示意图，包括制动器1、制动踏板2、真空助力器3、储液罐4、制动主缸5、二位三通电磁阀6、增压阀7、控制阀8、轮缸传感器9、平衡阀10、踏板转角传感器11、控制单元13以及蓄电池14。

真空助力器3连接在制动踏板2与制动主缸5之间，储液罐4连接在制动主缸5上；所述制动踏板2用于在车辆需要制动或解除制动时，给予驾驶员一定的感觉；所述真空助力器3用于为驾驶员对制动踏板2的操作提供助力，在液压制动系统中，将驾驶员踩制动踏板2的力放大并传递给制动信号给制动主缸5；所述储液罐4用于存储和输送油液，为液压制动系统提供油液的来源和归宿；所述制动主缸5用于推动储液罐4中的油液进入管路进行液压制动。

所述二位三通电磁阀6安装在制动主缸5与制动器1之间的管路上，制动主缸5连接二位三通电磁阀6的端口P，二位三通电磁阀6的端口A连通储液罐回路，二位三通电磁阀6的端口B与车轮之间连通液压制动回路。液压制动回路上设有增压阀7，增压阀7与控制阀8并联，增压阀7、控制阀8用于协调油液流进与流出制动器1，制动器1与蓄电池14信号连接，蓄电池14与控制单元13信号连接；蓄电池14用于给制动器1里的制动电机发出电信号并驱动制动电机工作。制动器1安装车轮上，用于在线控制动时，接收控制单元发出13的制动信号，驱动制动电机，推动活塞II108贴近制动片103夹住制动盘104；或用于在液压制动时，油液经管路流入制动器1，推动活塞I102进行制动。靠近车轮的液压制动回路上设有平衡阀10，平衡阀10连接轮缸传感器9，用于感知车轮的油液压力，并通过平衡阀10调节车轮间的油液压力；制动踏板2安装有踏板转角传感器11，踏板转角传感器11与控制单元13信号连接，踏板转角传感器11用于在线控制动系统中不断地将踏板转角信号转换为电信号，并输入到控制单元13；控制单元13与二位三通电磁阀6信号连接，判断并控制液压系统何时开始工作。控制单元13控制制动器1制动，当线控制动系统出现故障时，控制单元13还需要发送信号给二位三通电磁阀6来驱动液压制动系统。

如图3所示，制动器1的结构示意图，包括制动钳体101和固定在制动钳体101内部的活塞I102、制动片103、制动盘104、油缸I105、油缸II106电极107、活塞II108和密封圈109；密封圈109固定在活塞II108上，活塞II108与油缸II106相连，且活塞II108底端设有电极107、油缸II106内壁也设有电极107，活塞II108上的电极107与油缸II106内的电极107个数相等，活塞II108在移动时，其底端的电极107可与油缸II106内的电极107接触，且两处电极均通过导线与驾驶室内的信号相连；油缸II106通过管路与油缸I105相连，油缸I105与活塞I102相连，活塞I102与制动片103相连。线控制动系统正常时，当产生制动信号，制动器1驱动制动电机推动活塞II108向下移动，油液从油缸II106向油缸I105流动，从而推动活塞I102，使制动片103贴近制动盘104产生制动力，实现制动；解除制动时，制动器1驱动制动电机驱动调节螺母反向旋转，活塞II108回移，回到正常形态。线控制动系统发生故障时，往往会出现制动电机卡死或轮缸制动器周围电路损坏的情况；当制动电机卡死时，汽车处于一直制动状态，活塞II108内的电极107与油缸II106内的电极107接触，产生信号，通过信号灯提示驾驶员。当驾驶员松开制动踏板2后，油缸I105和油缸II106内的油液会因为压力过大而通过控制阀8顺着管路回流到储液罐4，这时制动片103与制动盘104分离，解除制动，汽车正常行驶。当制动器1周围出现电路损坏时，线控制动失效，启用液压制动系统，油液经管路流入油缸I105，推动活塞I101使制动片103贴近制动盘104产生制动力，实现制动。

如图4所示，本发明一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制系统的储液罐回路油液流向示意图，储液罐回路指的是，当线控制动系统正常工作时，液压制动系统不工作，驾驶员踩下制动踏板2产生制动力，制动主缸5推动油液进入二位三通电磁阀6端口P，此时油液不会流入液压制动系统，而是沿着储液罐回路流回储液罐4内，保证液压制动系统不工作。当线控制动系统出现故障时，二位三通电磁阀6接收到来自控制单元13的信号，关闭储液罐回路，导通液压制动回路，油液沿着液压制动回路流入制动器1进行液压制动。

如图5所示，本发明一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制系统的液压制动回路示意图，当二位三通电磁阀6接收到控制单元13发出的反馈信号后，液压制动回路导通，油液从端口B流出，经管路流入增压阀7；当驾驶员踩下制动踏板2后，油液经增压阀7流入制动器1，当驾驶员松开制动踏板2后，油液经控制阀8流回储液罐4。

如图6所示，本发明一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制系统的反馈信号示意图，当制动器1没有收到控制单元13传输的信号，控制单元13判断出线控系统出现故障时，将反馈信号发送给二位三通电磁阀6，液压制动系统开始工作。

如图7所示，本发明提供一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制方法的流程图，包括如下步骤：

步骤1，驾驶员根据车辆前方的路面信息判断是否需要制动，制动力由驾驶员踩制动踏板2产生；

步骤2，若线控制动系统正常，储液罐回路保持打开，液压制动回路关闭；若线控制动系统失效，储液罐回路关闭，液压制动回路导通；

步骤3，线控制动系统正常时，踏板转角传感器11采集制动踏板2产生的制动力，将制动踏板转角信号传输给控制单元13；

步骤4，控制单元13驱动制动器1制动；

步骤5，若线控制动系统失效，油液经二位三通电磁阀6流入制动器1进行制动。

实施例2

如图8所示，本发明一种针对汽车线控制动失效故障的容错控制系统的结构示意图，包括如实施例1所述的容错控制系统，其结构和工作原理和工作过程已在实施例1中进行阐述，在此将不再赘述；本实施例中容错控制系统还包括与控制单元13信号连接的雷达传感器12，雷达传感器12安装在自动驾驶汽车上，用于感知周围的路面状况并判断是否需要制动。

该实施例中容错控制系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤1，雷达传感器12根据车辆前方的路面信息判断是否需要制动；

步骤2，线控制动系统正常时，雷达传感器12接收制动信号，并传输给控制单元13，此时储液罐回路保持打开，液压制动回路关闭，控制单元13驱动制动器1制动；

步骤3，线控制动系统失效时，制动力由驾驶员踩下制动踏板2产生，此时储液罐回路保持关闭，液压制动回路打开，油液经二位三通电磁阀6流入制动器1进行制动。

如上所述，在附图和说明书中已经公开了本发明的最佳实施例。虽然在本说明书中已经使用了特定术语，但是这些术语仅仅旨在描述本发明，而不是旨在限制其含义或所附权利要求书中描述的本发明的范围。因此，本领域技术人员将意识到，从这些实施例中可以进行各种修改和其他等效实施例；本发明的技术范围应该由权利要求书的技术精神来界定。