CN113370959B - 适用低速自动驾驶特种作业车辆的双刹车控制方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种适用低速自动驾驶特种作业车辆的双刹车控制方法及***，用于规避单刹车***存在的缺点。同时通过多套刹车***可以提高车辆的刹车性能，多套刹车***热备份亦可升刹车***的可靠性和安全性；同时本发明还给出了如何依据车辆刹车需求控制各刹车子***启用和停用的判决方法，通过本发明能够及时高效精准地控制两套刹车***的切换。

Description

适用低速自动驾驶特种作业车辆的双刹车控制方法及***
技术领域
本发明属于自动驾驶车辆控制技术，具体涉及一种适用低速自动驾驶特种作业车辆的双刹车控制方法及***。
背景技术
目前，绝大多数特种作业车(例如洒水车等)均需要人工驾驶和作业，需要较大的人力和财力。而自动驾驶技术的快速发展对刹车***的结构、控制方法及安全性能提出了更高的要求和挑战，不断推动着刹车***各方面的技术改进及创新。
机械刹车的摩擦接触方式对刹车机构的磨损较大，需要经常的对刹车机构进行维护。而自动驾驶的车辆(尤其是低速自动驾驶状态下，特种作业车一般都需要低速形式，例如不超过30km每小时)往往长期工作于无人操作状态，机械刹车机构需要特定人员对车辆进行追踪及维护，维护成本较高。电子刹车***的制动性能与电机转速相关，在电机转速较低时制动性能下降。单独的电子刹车***难以提供稳定可靠的制动力度。
这就需要一种电子刹车和机械刹车的混合刹车***，而现有的双刹车***是应用于手动驾驶领域，其切换判断依据于驾驶人员对刹车踏板的操作来进行判决的。
但是，由于缺少驾驶人员的参与，自动驾驶特种车辆对制动能力以及安全性要求极高，并且自动驾驶特种车辆如何依据车辆制动效果的需求准确的控制各刹车子***的介入与退出也成为了随之而来的问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种适用低速自动驾驶特种作业车辆的双刹车控制方法及***，用于规避单刹车***存在的缺点。同时通过多套刹车***可以提高车辆的刹车性能，多套刹车***热备份亦可升刹车***的可靠性和安全性；同时本发明还给出了如何依据车辆刹车需求控制各刹车子***启用和停用的判决方法，通过本发明能够及时高效精准地控制两套刹车***的切换。
技术方案：本发明的一种适用低速自动驾驶特种作业车辆的双刹车控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：刹车控制决策过程开始，进入步骤S2；
步骤S2：判断刹车使能控制信号s的状态，即：如果判断为不是刹车***使能状态则进入步骤S3，否则进入步骤S4；
步骤S3：同时关闭机械刹车机构和电子刹车机构，并返回执行步骤S1；
步骤S4：从车辆信息采集模块获取车辆行驶速度V和车辆加速度a，从车辆控制决策模块获取安全刹车距离Ssfty和时间约束Tlimit，然后进入步骤S5；
步骤S5：判断当前的车辆行驶速度V是否小于驻车所需的速度阈值Vhold，如果是则进入步骤S6，否则进入步骤S7；
步骤S6：开启机械刹车机构，关闭电子刹车机构，然后返回执行步骤S1；
步骤S7：当前车辆行驶速度V是大于或等于驻车所需的速度阈值Vhold时，判断是否存在正在工作的刹车机构，如果机械刹车机构和电子刹车机构都处于关闭状态则进入步骤S8，否则进入步骤S9；
步骤S8：开启电子刹车机构，并返回步骤S1；
步骤S9：计算当前预计刹车距离
Figure BDA0003173770430000021
如果预计刹车距离Sestimate小于安全刹车距离Ssfty则进入步骤S10，否则进入步骤S12；此处预计刹车距离由刹车控制***计算所得；
步骤S10：计算预计刹车时间
Figure BDA0003173770430000022
如果Testimate小于Tlimit则进入步骤 S11，否则进入步骤S12；此处预计刹车时间由刹车控制***4计算所得；
步骤S11：关闭机械刹车机构并返回步骤S1；
步骤S12：打开机械刹车机构并返回步骤S1。
本发明还公开一种实现上述适用于低速自动驾驶车辆的双刹车控制方法的***，包括设置于汽车控制器的车辆控制决策模块、车辆信息采集模块和刹车控制***，以及机械刹车机构和电子刹车机构；所述车辆控制决策模块依据传感器数据、车辆运动状态、车辆自身参数等信息，采用智能控制策略对车辆的控制行为进行决策；决策的结果将产生刹车使能控制信号s、安全刹车距离Ssfty和刹车约束时间Tlimit，并将其传输至刹车控制***；所述车辆信息采集模块采集当前车辆行驶 速度V和车辆加速度a，并传输至刹车控制***；
所述刹车控制***(例如可以采用STM32处理器)根据接收到的车辆控制决策模块、车辆信息采集模块信号及信息做出决策，进而控制机械刹车机构和电子刹车机构的开启和关闭；
所述机械刹车机构根据刹车控制***的执行结果，开启或关闭机械刹车***；
所述电子刹车机构负责刹车控制***的执行结果，开启或关闭电子刹车***。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明中结合电子刹车***，能够降低现有机械刹车的磨损，降低车辆维护成本；
(2)本发明中的机械刹车机构能够在电子刹车制动力发生变化时自动介入和退出，进而保证车辆的制动性能；
(3)本发明的电子刹车***和机械刹车***互为热备份，任意一套刹车***故障后，仍有一套***提供制动力，保证自动驾驶车辆的行驶安全；
(4)本发明能够智能地依据自动驾驶车辆的所需制动效果，来决策和控制机械刹车机构和电子刹车机构的开启和关闭。
附图说明
图1为本发明的决策流程示意图；
图2为本发明的***示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1所示，本实施例的一种适用低速自动驾驶特种作业车辆的双刹车控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：刹车控制决策过程开始，进入步骤S2；
步骤S2：判断刹车使能控制信号s的状态，即：如果判断为不是刹车***使能状态则进入步骤S3，否则进入步骤S4；
步骤S3：同时关闭机械刹车机构和电子刹车机构，并返回执行步骤S1；
步骤S4：从车辆信息采集模块获取车辆行驶速度V和车辆加速度a，从车辆控制决策模块1获取刹车安全距离Ssfty和时间约束Tlimit，然后进入步骤S5；
步骤S5：判断当前的车辆行驶速度V是否小于驻车所需的速度阈值Vhold，如果是则进入步骤S6，否则进入步骤S7；
步骤S6：开启机械刹车机构，关闭电子刹车机构，然后返回执行步骤S1；
步骤S7：当前车辆行驶速度V是大于或等于驻车所需的速度阈值Vhold时，判断是否存在正在工作的刹车机构，如果机械刹车机构和电子刹车机构都处于关闭状态则进入步骤S8，否则进入步骤S9；
步骤S8：开启电子刹车机构，并返回步骤S1；
步骤S9：计算当前预计刹车距离
Figure BDA0003173770430000041
如果预计刹车距离Sestimate小于安全刹车距离Ssfty则进入步骤S10，否则进入步骤S12；此处预计刹车距离由刹车控制***4计算所得；
步骤S10：计算预计刹车时间
Figure BDA0003173770430000042
如果Testimate小于Tlimit则进入步骤 S11，否则进入步骤S12；此处预计刹车时间由刹车控制***4计算所得；
步骤S11：关闭机械刹车机构并返回步骤S1；
步骤S12：打开机械刹车机构并返回步骤S1。
如图2所示，本实施例的实现上述适用于低速自动驾驶车辆的双刹车控制方法的***，包括设置于汽车控制器的车辆控制决策模块1、车辆信息采集模块2和车控制***3，以及机械刹车机构4和电子刹车机构5；车辆控制决策模块1向刹车控制***3传输刹车使能控制信号s，同时计算获得当前车辆的安全刹车距离Ssfty和时间约束Tlimit，并传输至刹车控制***3；车辆信息采集模块2采集当前车辆行驶 速度V和车辆加速度a，并传输至刹车控制***3；刹车控制***3根据接收到的车辆控制决策模块1、车辆信息采集模块2的信号及信息做出决策(上述自动调整机械刹车和电子刹车的介入时机决策和控制方法)，进而控制机械刹车机构4和电子刹车机构5的开启和关闭；机械刹车机构4根据刹车控制***3 的执行结果，开启或关闭机械刹车***；电子刹车机构5负责刹车控制***3 的执行结果，开启或关闭电子刹车***。
实施例：
以下将通过具体实例说明本发明的实施方式，本实施例针对自动驾驶扫地车这一需低速驾驶的特种作业车辆进行双刹车控制。本实施例的双刹车控制***的机械刹车机构可采用但不限于电磁刹车机构。
本实施例的双刹车控制***的电子刹车机构可采用但不限于能耗刹车机构。
本实施例的低速自动驾驶扫地车中搭载智能控制器。智能控制器上设置车辆控制决策模块、车辆信息采集模块、刹车控制***。刹车控制***控制智能控制器的硬件产生控制信号来控制电磁刹车机构和能耗刹车机构。
本实施例的低速自动驾驶扫地车辆通过传感器感知车辆周围环境数据。传感器包括但不限于激光雷达、摄像头、惯性导航单元、超声波雷达等传感器、全球导航卫星***、编码器等传感器之一或其组合。
本实施例的车辆控制决策模块根据传感器数据信息结合控制算法来决定车辆是否存在刹车需求，进而控制刹车使能信号s的状态。
本实施例的车辆控制决策模块根据传感器数据信息来生成车辆和障碍物的行驶轨迹，结合控制算法来决定安全刹车距离Ssfty和时间约束Tlimit的大小；例如本实施例中预设为：当不需要对Ssfty或Tlimit进行特殊约束时，可将其一或全部其置为无穷大。
本实施例的传感器信息采集模块获取车辆传感器信息，并依据采集到的信息计算出车辆的速度V和车辆加速度a。
刹车控制***的执行过程可周期执行或由事件触发执行。
步骤S1：刹车控制决策过程开始，进入步骤S2。
步骤S2：判断刹车使能控制信号s的状态，即：如果判断为不是刹车***使能状态则进入步骤S3，否则进入步骤S4；
步骤S3：产生控制信号，同时关闭机械刹车机构和电子刹车机构，并返回执行步骤S1；
步骤S4：从车辆信息采集模块获取车辆行驶速度V和车辆加速度a，从车辆控制决策模块获取安全刹车距离Ssfty和时间约束Tlimit，然后进入步骤S5；
步骤S5：判断当前的车辆行驶速度V是否小于驻车所需的速度阈值Vhold。如果是则进入步骤S6，否则进入步骤S7；
步骤S6：开启机械刹车机构，关闭电子刹车机构，然后返回执行步骤S1；
步骤S7：当前车辆行驶速度V是大于或等于驻车所需的速度阈值Vhold时，判断是否存在正在工作的刹车机构，如果机械刹车机构和电子刹车机构都处于关闭状态则进入步骤S8，否则进入步骤S9；
步骤S8：开启电子刹车机构，并返回步骤S1；
步骤S9：计算当前预计刹车距离
Figure BDA0003173770430000061
如果预计刹车距离Sestimate小于安全刹车距离Ssfty则进入步骤S10，否则进入步骤S12；此处预计刹车距离由刹车控制***4计算所得；
步骤S10：计算预计刹车时间
Figure BDA0003173770430000062
如果Testimate小于Tlimit则进入步骤 S11，否则进入步骤S12；此处预计刹车时间由刹车控制***4计算所得；
步骤S11：关闭机械刹车机构并返回步骤S1；
步骤S12：打开机械刹车机构并返回步骤S1。
综上所述，本发明的能够智能地依据自动驾驶车辆的所需制动效果，来决策和控制机械刹车机构和电子刹车机构的开启和关闭。尤其是适用于对低速自动驾驶车辆的双刹车控制，能够根据刹车需求自动调整机械刹车和电子刹车的介入时机，在尽可能减少机械刹车损耗的同时保障整车的制动力，保障刹车***的可靠性和安全性。

Claims (2)

1.一种适用低速自动驾驶特种作业车辆的双刹车控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：刹车控制决策过程开始，进入步骤S2；
步骤S2：判断刹车使能控制信号s的状态，即：如果判断为不是刹车***使能状态则进入步骤S3，否则进入步骤S4；
步骤S3：同时关闭机械刹车机构和电子刹车机构，并返回执行步骤S1；
步骤S4：从车辆信息采集模块获取车辆行驶速度V和车辆加速度a，从车辆控制决策模块( 1) 获取安全刹车距离Ssfty和时间约束Tlimit，然后进入步骤S5；
步骤S5：判断当前的车辆行驶速度V是否小于驻车所需的速度阈值Vhold，如果是则进入步骤S6，否则进入步骤S7；
步骤S6：开启机械刹车机构，关闭电子刹车机构，然后返回执行步骤S1；
步骤S7：当前车辆行驶速度V是大于或等于驻车所需的速度阈值Vhold时，判断是否存在正在工作的刹车机构，如果机械刹车机构和电子刹车机构都处于关闭状态则进入步骤S8，否则进入步骤S9；
步骤S8：开启电子刹车机构，并返回步骤S1；
步骤S9：计算当前预计刹车距离
Figure FDA0003173770420000011
如果预计刹车距离Sestimate小于安全刹车距离Ssfty则进入步骤S10，否则进入步骤S12；此处预计刹车距离由刹车控制***计算所得；
步骤S10：计算预计刹车时间
Figure FDA0003173770420000012
如果Testimate小于Tlimit则进入步骤S11，否则进入步骤S12；此处预计刹车时间由刹车控制***计算所得；
步骤S11：关闭机械刹车机构并返回步骤S1；
步骤S12：打开机械刹车机构并返回步骤S1。
2.一种实现权利要求1所述适用低速自动驾驶特种作业车辆的双刹车控制方法的***，其特征在于：包括设置于汽车控制器的车辆控制决策模块、车辆信息采集模块和刹车控制***，以及机械刹车机构和电子刹车机构；
所述车辆控制决策模块依据传感器数据、车辆运动状态和车辆自身参数信息，采用智能控制策略对车辆的控制行为进行决策，决策的结果将产生刹车使能控制信号s、安全刹车距离Ssfty和刹车约束时间Tlimit，并将其传输至刹车控制***；
所述车辆信息采集模块采集当前车辆行驶速度V和车辆加速度a，并传输至刹车控制***；
所述刹车控制***根据接收到的车辆控制决策模块、车辆信息采集模块信号及信息做出决策，进而控制机械刹车机构和电子刹车机构的开启和关闭；
所述机械刹车机构根据刹车控制***的决策，开启或关闭机械刹车***；
所述电子刹车机构根据刹车控制***的决策，开启或关闭电子刹车***。
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