本發(fā)明屬于汽車制動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到一種無人駕駛電動(dòng)汽車真空助力制動(dòng)控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

隨著汽車行業(yè)的飛速發(fā)展和不可再生能源的不斷減少，電動(dòng)汽車是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)，無人駕駛電動(dòng)汽車更是智能汽車的一種發(fā)展方向，無人駕駛電動(dòng)汽車的制動(dòng)也不能沿用傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)。目前電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)大多是由制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu)、制動(dòng)主缸、真空助力器、真空泵、真空貯氣罐等組成，真空助力器適合在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車上使用，由內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)真空泵抽取真空助力器前氣室內(nèi)的空氣，使其達(dá)到一定的真空度，當(dāng)電動(dòng)汽車車輪采用輪轂電機(jī)或輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，在電動(dòng)汽車上沒有驅(qū)動(dòng)真空泵的動(dòng)力，因此需要采用專門的帶電機(jī)真空泵。而無人駕駛電動(dòng)汽車卻需要自動(dòng)地根據(jù)行駛條件及制動(dòng)控制策略進(jìn)行不同程度的制動(dòng)，對(duì)無人駕駛電動(dòng)汽車的制動(dòng)控制系統(tǒng)提出了新的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種無人駕駛電動(dòng)汽車真空助力制動(dòng)控制系統(tǒng)及控制方法，用以解決無人駕駛電動(dòng)汽車普及時(shí)的制動(dòng)問題。

一種無人駕駛電動(dòng)汽車真空助力制動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征是：包括儀表盤、電動(dòng)真空泵、單向閥、真空度傳感器I、真空貯氣罐、報(bào)警器、過濾環(huán)、毛氈過濾環(huán)、真空推力器、閥門Ⅰ、伺服電機(jī)Ⅰ、閥門II、伺服電機(jī)II和電子控制單元，

所述真空推力器包括制動(dòng)主缸、壓力傳感器、貯油罐、出油口、氣室殼體、彈性體材料、氣孔Ⅰ、主缸活塞、氣室膜片、制動(dòng)主缸推桿、膜片復(fù)位彈簧、氣孔Ⅱ、密封圈、真空度傳感器II和螺栓，所述制動(dòng)主缸的內(nèi)部設(shè)置有壓力傳感器和主缸活塞，制動(dòng)主缸上設(shè)置有貯油罐和出油口；所述制動(dòng)主缸推桿與主缸活塞剛性連接，制動(dòng)主缸推桿的外部套裝有膜片復(fù)位彈簧；所述膜片復(fù)位彈簧位于氣室殼體的內(nèi)部；所述氣室殼體的內(nèi)部為真空推力器氣室，氣室殼體的一側(cè)通過彈性體材料與氣室膜片連接，氣室殼體的另一端設(shè)置有氣孔Ⅰ、氣孔Ⅱ和螺栓，氣室殼體的內(nèi)部設(shè)置有真空度傳感器II，氣室殼體與螺栓之間設(shè)置有密封圈；所述氣室膜片的中部設(shè)置有凹槽，氣室膜片通過凹槽與制動(dòng)主缸推桿連接；

所述電動(dòng)真空泵通過單向閥與真空貯氣罐連接；所述真空貯氣罐通過閥門II與氣孔Ⅰ連接，真空貯氣罐的內(nèi)部設(shè)置有真空度傳感器I；所述閥門II與伺服電機(jī)II連接；

所述過濾環(huán)與毛氈過濾環(huán)固定連接；所述毛氈過濾環(huán)通過閥門Ⅰ與氣孔Ⅱ固定連接；所述閥門Ⅰ與伺服電機(jī)Ⅰ連接；

所述電子控制單元通過導(dǎo)線分別與儀表盤、電動(dòng)真空泵、真空度傳感器I、報(bào)警器、壓力傳感器、真空度傳感器II、伺服電機(jī)Ⅰ以及伺服電機(jī)II連接，電子控制單元通過CAN總線與無人駕駛電動(dòng)汽車的車載ECU連接。

所述真空貯氣罐的容量為5L以上。

所述氣室膜片中部的厚度大于邊緣的厚度。

所述閥門Ⅰ與伺服電機(jī)Ⅰ為剛性連接。

所述閥門II與伺服電機(jī)II為剛性連接。

一種無人駕駛電動(dòng)汽車真空助力制動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是：包括以下步驟，并且以下步驟順次進(jìn)行：

步驟一、無人駕駛電動(dòng)汽車通過自身環(huán)境感知系統(tǒng)的攝像頭拍攝自車前方照片，圖像處理系統(tǒng)通過圖像識(shí)別算法識(shí)別出攝像頭所拍照片中的障礙物，毫米波雷達(dá)檢測并獲得自車與前方障礙物之間的縱向距離D以及自車與前方障礙物的相對(duì)速度Δv，Δv＝v₁-v₂，v₁為自車速度，v₁由車速傳感器獲得，v₂為前方障礙物速度。根據(jù)縱向距離D、自車速度v₁和前方障礙物速度v₂在車載ECU的縱向控制系統(tǒng)中設(shè)定制動(dòng)減速度a_des和臨界安全距離L_n范圍的對(duì)應(yīng)關(guān)系，公式如下：

加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離L_n為：

其中n＝1,2,3，…，9，L₁是由減速度為-4.0m/s²獲得的安全距離，L₂是由減速度為-3.5m/s²獲得的安全距離，L₃是由減速度為-3.0m/s²獲得的安全距離，L₄是由減速度為-2.5m/s²獲得的安全距離，L₅是由減速度為-2.0m/s²獲得的安全距離，L₆是由減速度為-1.5m/s²獲得的安全距離，L₇是由減速度為-1.0m/s²獲得的安全距離，L₈是由減速度為-0.5m/s²獲得的安全距離，而L₉是由減速度為-0.25m/s²獲得的安全距離。d₀為最小保持車距，a_des為制動(dòng)減速度，

式中μ為反映駕駛模式特性的駕駛意圖參數(shù)，為路面附著系數(shù)，a、b為模型參數(shù)；

步驟二、車載ECU的縱向控制系統(tǒng)獲得縱向距離D在加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離L_n的區(qū)間范圍內(nèi)且v₁＜v₂或縱向距離D不在加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離Lx的區(qū)間范圍內(nèi)且v₁＜v₂或縱向距離D不在加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離L_n的區(qū)間范圍內(nèi)且v₁≥v₂，車載ECU發(fā)送持續(xù)行駛信號(hào)，無人駕駛電動(dòng)汽車持續(xù)行駛；

車載ECU的縱向控制系統(tǒng)獲得縱向距離D在加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離L_n的區(qū)間范圍內(nèi)且v₁≥v₂，車載ECU發(fā)送制動(dòng)信號(hào)，縱向控制系統(tǒng)中的加速度計(jì)算器根據(jù)獲得的實(shí)時(shí)的縱向距離D、實(shí)時(shí)的自車速度v₁、實(shí)時(shí)的前方障礙物速度v₂、實(shí)時(shí)的加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離L_n，利用制動(dòng)減速度a_des的公式獲得所需的實(shí)時(shí)制動(dòng)減速度a_des；

步驟三、制動(dòng)力/牽引力計(jì)算器根據(jù)步驟二中獲得的實(shí)時(shí)的制動(dòng)減速度a_des計(jì)算并獲得實(shí)時(shí)的總制動(dòng)力F_z，總制動(dòng)力F_z計(jì)算公式為：

ma_des＝F_z+_Fu，

式中，m為自車質(zhì)量，a_des為制動(dòng)減速度，F(xiàn)_u為空氣阻力、滾動(dòng)阻力以及坡道阻力之和；

步驟四、根據(jù)步驟三中獲得的總的制動(dòng)力F_z計(jì)算并獲得實(shí)時(shí)液壓管路所需壓力值P₀以及氣室殼體內(nèi)部的真空推力器氣室和大氣之間所需的壓力差ΔP₁，

P₀、ΔP₁利用如下公式聯(lián)合計(jì)算并獲得：

f_z＝4F₀，F(xiàn)_推＝P₀*A，F(xiàn)_壓＝ΔP₁*S，F(xiàn)_推＝F_壓

式中：F₀為單個(gè)輪子的制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力，d為輪缸直徑，N為制動(dòng)器單側(cè)油缸數(shù)目，C為制動(dòng)器效能因數(shù)，R為制動(dòng)器工作半徑，r為輪胎半徑，F(xiàn)_推為主缸活塞對(duì)油液的推力，F(xiàn)_壓為大氣壓對(duì)氣室膜片產(chǎn)生的壓力，A為主缸活塞工作面積，S為氣室膜片工作面積；

真空度傳感器II獲得實(shí)時(shí)真空推力器氣室與大氣之間的壓力差ΔP₂，再根據(jù)閥門開度θ公式：θ＝k*|ΔP₁-ΔP₂|，其中k為比例系數(shù)，獲得閥門II所需開度θ；

步驟五、車載ECU單元通過CAN總線將步驟四中獲得的閥門II所需開度θ值發(fā)送到電子控制單元，電子控制單元分別控制伺服電機(jī)II和伺服電機(jī)Ⅰ，伺服電機(jī)II開啟閥門II至所需開度θ，伺服電機(jī)Ⅰ關(guān)閉閥門Ⅰ，真空貯氣罐對(duì)真空推力器氣室進(jìn)行抽氣，壓力傳感器將檢測到的液壓管路實(shí)時(shí)壓力值P通過電子控制單元發(fā)送到車載ECU，真空度傳感器II將檢測到的真空推力器氣室與大氣之間的實(shí)時(shí)壓力差ΔP₂通過電子控制單元發(fā)送到車載ECU，車載ECU比較液壓管路實(shí)時(shí)壓力值P和實(shí)時(shí)液壓管路所需壓力值P₀的大小：

(a)實(shí)時(shí)壓力值P等于所需壓力值P₀，車載ECU通過CAN總線使電子控制單元發(fā)送閥門關(guān)閉信號(hào)給伺服電機(jī)II，伺服電機(jī)II關(guān)閉閥門II，保持此壓力，以恒定目的制動(dòng)強(qiáng)度制動(dòng)；

(b)實(shí)時(shí)壓力值P小于所需壓力值P₀，車載ECU通過CAN總線使電子控制單元發(fā)送閥門持續(xù)開啟信號(hào)給伺服電機(jī)II，伺服電機(jī)II按照θ＝k*|ΔP₁-ΔP₂|開啟閥門II至所需開度θ，持續(xù)對(duì)真空推力器氣室進(jìn)行抽氣，以調(diào)節(jié)真空推力器氣室與大氣之間的實(shí)時(shí)壓力差ΔP₂，直至液壓管路實(shí)時(shí)壓力值P等于所需壓力值P₀，伺服電機(jī)II關(guān)閉閥門II，保持此壓力，以恒定目的制動(dòng)強(qiáng)度制動(dòng)；

(c)實(shí)時(shí)壓力值P大于所需壓力值P₀，車載ECU通過CAN總線使電子控制單元發(fā)送關(guān)閉信號(hào)給伺服電機(jī)II，發(fā)送開啟信號(hào)給伺服電機(jī)Ⅰ，伺服電機(jī)II關(guān)閉閥門II，伺服電機(jī)Ⅰ按照θ＝k*|ΔP₁-ΔP₂|控制閥門Ⅰ開啟至所需開度θ，以調(diào)節(jié)真空推力器氣室與大氣之間的實(shí)時(shí)壓力差ΔP₂，直至液壓管路實(shí)時(shí)壓力值P等于所需壓力值P₀，電子控制單元驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)Ⅰ關(guān)閉閥門Ⅰ，保持此壓力，以恒定目的制動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行制動(dòng)；

步驟六、車載ECU的縱向控制系統(tǒng)獲得縱向距離D在加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離L_n的區(qū)間范圍內(nèi)且v₁＜v₂或縱向距離D不在加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離L_n的區(qū)間范圍內(nèi)且v₁＜v₂或縱向距離D不在加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離L_n的區(qū)間范圍內(nèi)且v₁≥v₂，車載ECU單元通過CAN總線發(fā)送汽車再次啟動(dòng)信號(hào)給電子控制單元，電子控制單元控制伺服電機(jī)II關(guān)閉閥門II，電子控制單元控制伺服電機(jī)Ⅰ開啟閥門Ⅰ，卸除氣室膜片對(duì)制動(dòng)主缸推桿的推力，真空度傳感器II檢測到真空推力器氣室與大氣之間的壓力差ΔP₂＝0，汽車完全解除制動(dòng)，電子控制單元驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)Ⅰ關(guān)閉閥門Ⅰ，汽車行駛；

車載ECU的縱向控制系統(tǒng)獲得縱向距離D在加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離L_n的區(qū)間范圍內(nèi)且v₁≥v₂，車載ECU發(fā)送制動(dòng)信號(hào)，縱向控制系統(tǒng)中的加速度計(jì)算器根據(jù)獲得的實(shí)時(shí)的縱向距離D、實(shí)時(shí)的自車速度v₁、實(shí)時(shí)的前方障礙物速度v₂、實(shí)時(shí)的加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離L_n，利用制動(dòng)減速度a_des的公式獲得所需的實(shí)時(shí)制動(dòng)減速度a_des，并重復(fù)步驟三至步驟六。

通過上述設(shè)計(jì)方案，本發(fā)明可以帶來如下有益效果：

本發(fā)明中設(shè)計(jì)的真空推力器只有真空推力器氣室一個(gè)前氣室，區(qū)別于傳統(tǒng)的推力器有兩個(gè)氣室的結(jié)構(gòu)形式。真空推力器在工作時(shí)靠大氣壓力壓伺服氣室膜片，從而推動(dòng)制動(dòng)主缸推桿。

伺服電機(jī)Ⅰ與閥門Ⅰ為剛性連接，伺服電機(jī)II與閥門II也為剛性連接，可以精確快速地調(diào)節(jié)閥門Ⅰ和閥門II的開度。

氣室殼體上設(shè)置有氣孔Ⅰ和氣孔Ⅱ兩個(gè)氣孔，因?yàn)槠渲幸粋€(gè)氣孔通過調(diào)節(jié)閥門開度可以和大氣連通，可以自行通過電機(jī)調(diào)節(jié)閥門進(jìn)行抽氣或放氣，所以可用于無人駕駛電動(dòng)汽車的真空推力器中。

本發(fā)明采用電動(dòng)真空泵總成，不僅可以節(jié)省空間，而且機(jī)構(gòu)新穎，能夠快速地建立穩(wěn)定而精確的制動(dòng)壓力。采用5L以上的真空貯氣罐使得電動(dòng)真空泵不用連續(xù)工作，從而降低能耗，延長電動(dòng)真空泵的使用壽命。且該制動(dòng)系統(tǒng)以無人駕駛電動(dòng)汽車為應(yīng)用對(duì)象，符合未來汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，發(fā)展前景較好。

附圖說明

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：

圖1為本發(fā)明一種無人駕駛電動(dòng)汽車真空助力制動(dòng)控制系統(tǒng)及控制方法中一種無人駕駛電動(dòng)汽車真空助力制動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中一種無人駕駛電動(dòng)汽車真空助力制動(dòng)控制系統(tǒng)制動(dòng)時(shí)真空推力器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明中一種無人駕駛電動(dòng)汽車真空助力制動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方法的流程圖。

圖中1-儀表盤、2-電動(dòng)真空泵、3-單向閥、4-真空度傳感器I、5-真空貯氣罐、6-報(bào)警器、7-過濾環(huán)、8-毛氈過濾環(huán)、9-制動(dòng)主缸、10-壓力傳感器、11-貯油罐、12-出油口、13-氣室殼體、14-彈性體材料、15-氣孔Ⅰ、16-主缸活塞、17-氣室膜片、18-制動(dòng)主缸推桿、19-膜片復(fù)位彈簧、20-氣孔Ⅱ、21-密封圈、22-真空度傳感器II、23-螺栓、24-閥門Ⅰ、25-伺服電機(jī)Ⅰ、26-閥門II、27-伺服電機(jī)II、28-電子控制單元。

具體實(shí)施方式

如圖所示，一種無人駕駛電動(dòng)汽車真空助力制動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征是：包括儀表盤1、電動(dòng)真空泵2、單向閥3、真空度傳感器I4、真空貯氣罐5、報(bào)警器6、過濾環(huán)7、毛氈過濾環(huán)8、真空推力器、閥門Ⅰ24、伺服電機(jī)Ⅰ25、閥門II26、伺服電機(jī)II27和電子控制單元28，

所述真空推力器包括制動(dòng)主缸9、壓力傳感器10、貯油罐11、出油口12、氣室殼體13、彈性體材料14、氣孔Ⅰ15、主缸活塞16、氣室膜片17、制動(dòng)主缸推桿18、膜片復(fù)位彈簧19、氣孔Ⅱ20、密封圈21、真空度傳感器II22和螺栓23，所述制動(dòng)主缸9的內(nèi)部設(shè)置有壓力傳感器10和主缸活塞16，制動(dòng)主缸9上設(shè)置有貯油罐11和出油口12；所述制動(dòng)主缸推桿18與主缸活塞16剛性連接，制動(dòng)主缸推桿18的外部套裝有膜片復(fù)位彈簧19；所述膜片復(fù)位彈簧19位于氣室殼體13的內(nèi)部；所述氣室殼體13的內(nèi)部為真空推力器氣室，氣室殼體13的一側(cè)通過彈性體材料14與氣室膜片17連接，氣室殼體13的另一端設(shè)置有氣孔Ⅰ15、氣孔Ⅱ20和螺栓23，氣室殼體13的內(nèi)部設(shè)置有真空度傳感器II22，氣室殼體13與螺栓23之間設(shè)置有密封圈21；所述氣室膜片17的中部設(shè)置有凹槽，氣室膜片17通過凹槽與制動(dòng)主缸推桿18連接；

所述電動(dòng)真空泵2通過單向閥3與真空貯氣罐5連接；所述真空貯氣罐5通過閥門II26與氣孔Ⅰ15連接，真空貯氣罐5的內(nèi)部設(shè)置有真空度傳感器I4；所述閥門II26與伺服電機(jī)II27連接；

所述過濾環(huán)7與毛氈過濾環(huán)8固定連接；所述毛氈過濾環(huán)8通過閥門Ⅰ24與氣孔Ⅱ20固定連接；所述閥門Ⅰ24與伺服電機(jī)Ⅰ25連接；

所述電子控制單元28通過導(dǎo)線分別與儀表盤1、電動(dòng)真空泵2、真空度傳感器I4、報(bào)警器6、壓力傳感器10、真空度傳感器II22、伺服電機(jī)Ⅰ25以及伺服電機(jī)II27連接，電子控制單元28通過CAN總線與無人駕駛電動(dòng)汽車的車載ECU連接。

所述真空貯氣罐5的容量為5L以上。

所述氣室膜片17中部的厚度大于邊緣的厚度。

所述閥門Ⅰ24與伺服電機(jī)Ⅰ25為剛性連接。

所述閥門II26與伺服電機(jī)II27為剛性連接。

一種無人駕駛電動(dòng)汽車真空助力制動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是：包括以下步驟，并且以下步驟順次進(jìn)行：

步驟一、無人駕駛電動(dòng)汽車通過自身環(huán)境感知系統(tǒng)的攝像頭探測前方行駛情況，拍攝自車前方照片，圖像處理系統(tǒng)通過圖像識(shí)別算法識(shí)別出攝像頭所拍照片中的障礙物，毫米波雷達(dá)檢測并獲得自車與前方障礙物之間的縱向距離D以及自車與前方障礙物的相對(duì)速度Δv，Δv＝v₁-v₂，v₁為自車速度，v₁由車速傳感器獲得，v₂為前方障礙物速度。根據(jù)縱向距離D、自車速度v₁和前方障礙物速度v₂在車載ECU的縱向控制系統(tǒng)中設(shè)定制動(dòng)減速度a_des和臨界安全距離L_n范圍的對(duì)應(yīng)關(guān)系，公式如下：

加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離L_n為：

其中n＝1,2,3，…，9，L₁是由減速度為-4.0m/s²獲得的安全距離，L₂是由減速度為-3.5m/s²獲得的安全距離，L₃是由減速度為-3.0m/s²獲得的安全距離，L₄是由減速度為-2.5m/s²獲得的安全距離，L₅是由減速度為-2.0m/s²獲得的安全距離，L₆是由減速度為-1.5m/s²獲得的安全距離，L₇是由減速度為-1.0m/s²獲得的安全距離，L₈是由減速度為-0.5m/s²獲得的安全距離，而L₉是由減速度為-0.25m/s²獲得的安全距離。d₀為最小保持車距，a_des為制動(dòng)減速度，

式中μ為反映駕駛模式特性的駕駛意圖參數(shù)，為路面附著系數(shù)，a、b為模型參數(shù)；

步驟二、車載ECU的縱向控制系統(tǒng)判斷出縱向距離D在加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離L_n的區(qū)間范圍內(nèi)且v₁＜v₂或縱向距離D不在加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離L_n的區(qū)間范圍內(nèi)且v₁＜v₂或縱向距離D不在加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離L_n的區(qū)間范圍內(nèi)且v₁≥v₂，車載ECU發(fā)送持續(xù)行駛信號(hào)，無人駕駛電動(dòng)汽車持續(xù)行駛；

車載ECU的縱向控制系統(tǒng)判斷出縱向距離D在加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離L_n的區(qū)間范圍內(nèi)且v₁≥v₂，車載ECU發(fā)送制動(dòng)信號(hào)，縱向控制系統(tǒng)中的加速度計(jì)算器根據(jù)獲得的實(shí)時(shí)的縱向距離D、實(shí)時(shí)的自車速度v₁、實(shí)時(shí)的前方障礙物速度v₂、實(shí)時(shí)的加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離L_n，利用制動(dòng)減速度a_des的公式獲得所需的實(shí)時(shí)制動(dòng)減速度a_des；

步驟三、制動(dòng)力/牽引力計(jì)算器根據(jù)步驟二中獲得的實(shí)時(shí)的制動(dòng)減速度a_des計(jì)算并獲得實(shí)時(shí)的總制動(dòng)力F_z，總制動(dòng)力F_z計(jì)算公式為：

ma_des＝F_z+F_u，

式中，m為自車質(zhì)量，a_des為制動(dòng)減速度，F(xiàn)_u為空氣阻力、滾動(dòng)阻力以及坡道阻力之和；

步驟四、根據(jù)步驟三中獲得的總的制動(dòng)力F_z計(jì)算并獲得實(shí)時(shí)液壓管路所需壓力值P₀以及氣室殼體13內(nèi)部的真空推力器氣室和大氣之間所需的壓力差ΔP₁，

P₀、ΔP₁利用如下公式聯(lián)合計(jì)算并獲得：

F_z＝4F₀，F(xiàn)_推＝P₀*A，F(xiàn)_壓＝ΔP₁*S，F(xiàn)_推＝F_壓

式中：F₀為單個(gè)輪子的制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力，d為輪缸直徑，N為制動(dòng)器單側(cè)油缸數(shù)目，C為制動(dòng)器效能因數(shù)，R為制動(dòng)器工作半徑，r為輪胎半徑，F(xiàn)_推為主缸活塞對(duì)油液的推力，F(xiàn)_壓為大氣壓對(duì)氣室膜片產(chǎn)生的壓力，A為主缸活塞工作面積，S為氣室膜片工作面積；

真空度傳感器II22獲得實(shí)時(shí)真空推力器氣室與大氣之間的壓力差ΔP₂，再根據(jù)閥門開度θ公式：θ＝k*|ΔP₁-ΔP₂|，其中k為比例系數(shù)，獲得閥門II26所需開度θ；

步驟五、車載ECU單元通過CAN總線將步驟四中獲得的閥門II26所需開度θ值發(fā)送到電子控制單元28，電子控制單元28分別控制伺服電機(jī)II27和伺服電機(jī)Ⅰ25，伺服電機(jī)II27開啟閥門II26至所需開度θ，伺服電機(jī)Ⅰ25關(guān)閉閥門Ⅰ24，真空貯氣罐5對(duì)真空推力器氣室進(jìn)行抽氣，以調(diào)節(jié)真空推力器氣室與大氣之間的實(shí)時(shí)壓力差ΔP₂，從而進(jìn)一步調(diào)節(jié)液壓管路實(shí)時(shí)壓力值P。同時(shí)壓力傳感器10將檢測到的液壓管路實(shí)時(shí)壓力值P通過電子控制單元28發(fā)送到車載ECU，真空度傳感器II22將檢測到的真空推力器氣室與大氣之間的實(shí)時(shí)壓力差ΔP₂通過電子控制單元28發(fā)送到車載ECU，車載ECU比較液壓管路實(shí)時(shí)壓力值P和實(shí)時(shí)液壓管路所需壓力值P₀的大?。?/p>

(a)實(shí)時(shí)壓力值P等于所需壓力值P₀，車載ECU通過CAN總線使電子控制單元28發(fā)送閥門關(guān)閉信號(hào)給伺服電機(jī)II27，伺服電機(jī)II27關(guān)閉閥門II26，保持此壓力，以恒定目的制動(dòng)強(qiáng)度制動(dòng)；

(b)實(shí)時(shí)壓力值P小于所需壓力值P₀，車載ECU通過CAN總線使電子控制單元28發(fā)送閥門持續(xù)開啟信號(hào)給伺服電機(jī)II27，伺服電機(jī)II27按照θ＝k*|ΔP₁-ΔP₂|開啟閥門II26至所需開度θ，持續(xù)對(duì)真空推力器氣室進(jìn)行抽氣，以調(diào)節(jié)真空推力器氣室與大氣之間的實(shí)時(shí)壓力差ΔP₂，直至液壓管路實(shí)時(shí)壓力值P等于所需壓力值P₀，伺服電機(jī)II27關(guān)閉閥門II26，保持此壓力，以恒定目的制動(dòng)強(qiáng)度制動(dòng)；

(c)實(shí)時(shí)壓力值P大于所需壓力值P₀，車載ECU通過CAN總線使電子控制單元28發(fā)送關(guān)閉信號(hào)給伺服電機(jī)II27，發(fā)送開啟信號(hào)給伺服電機(jī)Ⅰ25，伺服電機(jī)II27關(guān)閉閥門II26，伺服電機(jī)Ⅰ25按照θ＝k*|ΔP₁-ΔP₂|控制閥門Ⅰ24開啟至所需開度θ，以調(diào)節(jié)真空推力器氣室與大氣之間的實(shí)時(shí)壓力差ΔP₂，直至液壓管路實(shí)時(shí)壓力值P等于所需壓力值P₀，電子控制單元28驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)Ⅰ25關(guān)閉閥門Ⅰ24，保持此壓力，以恒定目的制動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行制動(dòng)；

步驟六、車載ECU的縱向控制系統(tǒng)獲得縱向距離D在加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離L_n的區(qū)間范圍內(nèi)且v₁＜v₂或縱向距離D不在加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離L_n的區(qū)間范圍內(nèi)且v₁＜v₂或縱向距離D不在加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離L_n的區(qū)間范圍內(nèi)且v₁≥v₂，車載ECU單元通過CAN總線發(fā)送汽車再次啟動(dòng)信號(hào)給電子控制單元28，電子控制單元28控制伺服電機(jī)II27關(guān)閉閥門II26，電子控制單元28控制伺服電機(jī)Ⅰ25開啟閥門Ⅰ24，卸除氣室膜片17對(duì)制動(dòng)主缸推桿18的推力，真空度傳感器II22檢測到真空推力器氣室與大氣之間的壓力差ΔP₂＝0，汽車完全解除制動(dòng)，電子控制單元28驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)Ⅰ25關(guān)閉閥門Ⅰ24，汽車行駛；

車載ECU的縱向控制系統(tǒng)獲得縱向距離D在加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離L_n的區(qū)間范圍內(nèi)且v₁≥v₂，車載ECU發(fā)送制動(dòng)信號(hào)，縱向控制系統(tǒng)中的加速度計(jì)算器根據(jù)獲得的實(shí)時(shí)的縱向距離D、實(shí)時(shí)的自車速度v₁、實(shí)時(shí)的前方障礙物速度v₂、實(shí)時(shí)的加速度對(duì)應(yīng)的臨界安全距離L_n，利用制動(dòng)減速度a_des的公式獲得所需的實(shí)時(shí)制動(dòng)減速度a_des，并重復(fù)步驟三至步驟六。

所述電動(dòng)真空泵2、真空度傳感器Ⅰ4、伺服電機(jī)Ⅰ25、伺服電機(jī)II27、儀表盤1、報(bào)警器6均與制動(dòng)系統(tǒng)的電子控制單元28電路連接。儀表盤1用于輸出顯示制動(dòng)系統(tǒng)的電子控制單元28傳輸?shù)某檎婵账俣?、電?dòng)真空泵2的氣壓、真空度傳感器Ⅰ4的電壓等數(shù)據(jù)；報(bào)警器6的作用是當(dāng)真空度傳感器Ⅰ4的當(dāng)前電壓值超出正常工作電壓范圍時(shí)，報(bào)警器6被觸發(fā)，從而發(fā)出故障報(bào)警提示。

所述真空推力器只有真空推力器氣室一個(gè)前氣室，工作時(shí)靠大氣壓力壓氣室膜片17，從而推動(dòng)制動(dòng)主缸推桿18，故稱其為真空推力器。氣室殼體13由硬度強(qiáng)度均較大的剛性材料制成；氣室膜片17由硬度強(qiáng)度均較大的剛性材料制成，且氣室膜片17整體厚薄不均，從兩端至中間厚度逐漸增大，中間部分受力最大，故厚度也最大；氣室膜片17的中間部分有一凹槽，氣室膜片17通過凹槽與制動(dòng)主缸推桿18連接；氣室膜片17的兩端通過彈性大、剛度小且牢固性強(qiáng)的彈性體材料14與氣室殼體13連接，有助于氣室膜片17復(fù)位。且該真空推力器氣室有兩個(gè)氣孔，分別是氣孔I15、氣孔II20，其中氣孔I15與閥門II26以及真空貯氣罐5相連接，氣孔II20與閥門Ⅰ24及大氣相連通。氣孔I15的作用是通過閥門II26和真空貯氣罐5對(duì)真空推力器氣室進(jìn)行抽氣，氣孔II20通過過濾環(huán)7、毛氈過濾環(huán)8與大氣相連通。過濾環(huán)7與毛氈過濾環(huán)8起到過濾空氣、減少真空推力器氣室被污染的作用。氣孔II20的作用是連接真空推力器氣室和大氣，并配合氣孔I15調(diào)節(jié)真空推力器氣室內(nèi)的氣壓。即通過調(diào)整閥門II26和閥門Ⅰ24的開度來調(diào)節(jié)制動(dòng)力。

實(shí)施例：

汽車正常行車無需制動(dòng)時(shí)，該真空助力制動(dòng)控制系統(tǒng)的閥門II26和閥門Ⅰ24處于常閉狀態(tài)。

電動(dòng)真空泵2通過一個(gè)單向閥3與真空貯氣罐5連接，例如該電動(dòng)真空泵2采用DC12V電機(jī)，抽氣速率60L/min，則相對(duì)真空度可達(dá)到-0.09MPa。

真空貯氣罐5上設(shè)有真空度傳感器Ⅰ4，該傳感器與電子控制單元28電連接，實(shí)時(shí)地將所測得的真空度值發(fā)送到電子控制單元28，經(jīng)電子控制單元28再發(fā)送到CAN總線，從而將數(shù)據(jù)共享。根據(jù)電動(dòng)真空泵2的功率將真空貯氣罐5的壓力范圍設(shè)置為55KPa～70KPa，容積為5L，保證了可以緊急制動(dòng)的能力。當(dāng)真空度傳感器Ⅰ4監(jiān)測到真空貯氣罐5內(nèi)的壓力低于所述下限值55KPa時(shí)，電子控制單元28發(fā)送抽真空控制命令，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)真空泵2對(duì)真空貯氣罐5進(jìn)行抽真空；當(dāng)真空度傳感器Ⅰ4監(jiān)測到真空貯氣罐5內(nèi)的壓力值超過所述上限值70KPa時(shí)，電子控制單元28發(fā)送停止抽真空控制命令，停止電動(dòng)真空泵2對(duì)真空貯氣罐5進(jìn)行抽真空，這樣一來可以減少制動(dòng)消耗的能量。

真空貯氣罐5在行車時(shí)抽氣到最大真空狀態(tài)，使得制動(dòng)更容易一些。當(dāng)需要緊急制動(dòng)時(shí)，電子控制單元28發(fā)送緊急制動(dòng)命令，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)II27將閥門II26打開到最大開度狀態(tài)，通過真空貯氣罐5對(duì)真空推力器氣室抽氣，此時(shí)氣室膜片17會(huì)以最快速度、最大推力推制動(dòng)主缸推桿18進(jìn)行制動(dòng)。當(dāng)需要緩速制動(dòng)時(shí)，電子控制單元28發(fā)送緩速制動(dòng)命令，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)II27將閥門II26打開到一定開度，通過真空貯氣罐5對(duì)真空推力器氣室抽氣，當(dāng)達(dá)到所要求的制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，關(guān)閉閥門II26，進(jìn)而以恒定減速度進(jìn)行制動(dòng)，并根據(jù)控制系統(tǒng)要求的制動(dòng)強(qiáng)度實(shí)時(shí)調(diào)整閥門II26和閥門Ⅰ24的開度。

閥門Ⅰ24與伺服電機(jī)Ⅰ25是剛性連接，閥門II26與伺服電機(jī)II27也是剛性連接，故伺服電機(jī)可以根據(jù)電子控制單元28發(fā)送來的執(zhí)行信號(hào)精確、快速地調(diào)節(jié)閥門的開度。

真空推力器的氣室外殼13內(nèi)設(shè)有真空度傳感器Ⅱ22，氣室外殼13內(nèi)為真空推力器氣室，真空度傳感器Ⅱ22實(shí)時(shí)監(jiān)測真空推力器氣室與大氣之間的壓差，并將所測得的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地發(fā)送給電子控制單元28。氣室膜片17通過中間部分的凹槽與制動(dòng)主缸推桿18連接。當(dāng)真空度傳感器Ⅱ22所測得的數(shù)值為0時(shí)，即真空推力器氣室與大氣氣壓相同，都是一個(gè)大氣壓，此時(shí)氣室膜片17不移動(dòng)。當(dāng)真空度傳感器Ⅱ22所測得的數(shù)值不為0時(shí)，此時(shí)氣室與大氣之間有壓差，如圖2所示，在大氣壓的作用下氣室膜片17向內(nèi)被壓從而推動(dòng)制動(dòng)主缸推桿18，并通過伺服電機(jī)調(diào)節(jié)閥門I和閥門II的開度來調(diào)節(jié)真空推力器氣室與大氣之間的壓力差，從而調(diào)節(jié)氣室膜片17對(duì)制動(dòng)主缸推桿18的推力，進(jìn)而達(dá)到所需制動(dòng)要求。

本發(fā)明的一種無人駕駛電動(dòng)汽車真空助力制動(dòng)控制系統(tǒng)及控制方法由制動(dòng)系統(tǒng)電子控制單元28控制，根據(jù)道路識(shí)別系統(tǒng)的雷達(dá)、攝像頭等探測設(shè)備探測到的前方路況信息，以及汽車根據(jù)CAN總線的車輛狀態(tài)信息和電子真空推力器反饋的制動(dòng)壓力信息等進(jìn)行綜合分析判斷，輸出制動(dòng)壓力，及時(shí)地實(shí)施制動(dòng)，以提高無人駕駛電動(dòng)汽車的行駛安全性。