CN114194160B - 一种集成式线控制动***及冗余控制线圈的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成式线控制动***及冗余控制线圈的控制方法，该***包括主电源、主控制回路、备用电源、备用控制回路、主缸隔离阀、建压腔隔离阀、增压阀和减压阀。本发明中，在主线圈绕组或主线圈控制回路断路失去响应情况下，备用控制回路控制备用线圈绕组接管电磁阀开关动作以调节液压；在主线圈控制回路发生短路情况下，备用控制回路对备用线圈绕组施加反向电流，依靠备用线圈绕组形成的反向磁场抵消主线圈绕组正向磁场，使电磁阀回复到最初状态，备用控制回路针对以上故障的处理逻辑对于自动驾驶车辆执行安全可靠的ACC、AEB功能具有重要作用，降低自动驾驶的故障率。

Description

一种集成式线控制动***及冗余控制线圈的控制方法
技术领域
本发明涉及制动***技术领域，尤其涉及一种集成式线控制动***及冗余控制线圈的控制方法。
背景技术
自动驾驶技术近些年得到了广泛的关注，其中L4级自动驾驶技术由于在特定环境和特定场景下可实现车辆的完全接管，并且随着产业链成熟有望大幅缓解硬件成本高昂的弊端，而成为了市面上各家企业争相抢夺的战略高地。
自动驾驶***需要在驾驶员未介入的情境下完成车辆的加速、减速和转向，这意味着常规控制***失效后驾驶员无法实时介入接管控制权，因此配置备用控制***的冗余设计尤为重要。
自动驾驶车辆制动减速过程中，控制***通过识别路况和监测轮胎转速作出判断，通过向主缸隔离阀、建压腔隔离阀、增压阀或减压阀线圈施加电压或者电流来分别控制各轮缸对应电磁阀的开关状态，最终实现各车轮对应轮缸的建压或者减压，实现行车制动及过程中的车轮防抱死。
然而，若电磁阀对应线圈发生断路，则无论主控制***或者备用控制***都无法控制电磁阀的开关状态，将会导致车辆制动失效或者防抱死功能失效，严重时造成伤亡。
发明内容
为了解决上述背景技术中所提到的技术问题，而提出的一种集成式线控制动***及冗余控制线圈的控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种集成式线控制动***，包括主电源、主控制回路、备用电源、备用控制回路、主缸隔离阀、建压腔隔离阀、增压阀和减压阀；
所述主控制回路接收自动驾驶控制***根据特定情境判定的指令，按需求对***中各电磁阀的线圈施加电流或电压，通过主缸隔离阀、建压腔隔离阀、增压阀和减压阀的协同动作实现行车过程中的车轮制动和防抱死功能；
所述备用控制回路在主控制回路及其附属部件发生故障时，接收自动驾驶控制***根据特定情境判定的指令，接管主缸隔离阀、建压腔隔离阀、增压阀和减压阀的协同动作或者消除电磁阀误动作，确保行车过程中的车轮制动和防抱死功能。
作为上述技术方案的进一步描述：
每个车轮(FL、FR、RL、RR)的轮缸均设有一个增压阀和一个减压阀，其中两路轮缸对应设有一组主缸隔离阀和建压腔隔离阀，另外两路轮缸也对应设有一组主缸隔离阀和建压腔隔离阀，各电磁阀均配备有冗余控制线圈，所述主控制回路和备用控制回路通过控制各线圈通电状态完成各电磁阀协同动作。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述冗余控制线圈由两股绕线构成，分别为主线圈绕组和备用线圈绕组，两股绕组之间交叉缠绕，所述主线圈绕组与备用线圈绕组绕线方向相同，且均采用相同线径的铜线和漆包绕线，具有相同的匝数和电阻。
作为上述技术方案的进一步描述：
在施加相同电压或电流情况下，所述主线圈绕组与备用线圈绕组产生大小相等、方向相同的磁场，所述备用线圈绕组具备足够的能力接管主线圈绕组对电磁阀的控制；
在施加相反电压或相反电流情况下，主线圈绕组与备用线圈绕组产生大小相等、方向相反的磁场，所述备用线圈绕组具有消除主线圈绕组短路故障的能力。
所述主线圈绕组从主线圈绕组插针一出发，按照两倍漆包线线径的螺距沿骨架轴向缠绕，至线槽挡板后反向缠绕至主线圈绕组插针二；
所述备用线圈绕组从备用线圈绕组插针一出发，同样按照两倍漆包线线径的螺距沿骨架轴向缠绕，至线槽挡板反向缠绕至备用线圈绕组插针二，所述备用线圈绕组相对主线圈绕组在轴向方向偏移一根漆包线线径的距离，两股线圈绕组排列出平整的绕线外表面。
作为上述技术方案的进一步描述：
为防止电路板因过热被烧毁，主控制回路短路发生一定时间内触发保护机制，使主控制回路进入断路状态，由备用控制回路接管电磁阀开关动作的控制，主线圈绕组发生短路导致电磁力下降情况下，备用控制回路控制备用线圈绕组接管电磁阀开关动作以调节液压，主控制回路发生短路情况下，备用控制回路对备用线圈绕组施加反向电流，依靠备用线圈绕组形成的反向磁场抵消主线圈绕组正向磁场，在主控制回路触发保护机制前短期内使电磁阀回归最初始状态。
作为上述技术方案的进一步描述：
一种集成式线控制动***的冗余控制线圈的控制方法，包括以下步骤：
S1、在增压阀主控制回路短路的情况下，作为常开阀的增压阀长期通电处于关闭状态，制动液无法通过增压阀到达增压阀对应的轮缸，直观表现为制动失效；
S2、所述备用控制回路启动，且根据自动驾驶***作出的调控增压阀开关状态的判断，在主控制回路触发保护机制之前对备用线圈绕组施加反向的电压或电流，控制增压阀开启，使制动液通过增压阀到达轮缸，从而重新恢复制动能力；
S3、所述主控制回路短路发生一定时间内触发保护机制，所述主控制回路进入断路状态，由备用控制回路接管电磁阀开关动作的控制，有效消除主控制回路及其附属部件短路产生的热量对整个***造成二次损伤的隐患。
S4、主缸隔离阀主线圈绕组断路的情况下，作为常开阀的主缸隔离阀无法在主动增压的过程中由主控制回路控制关闭，导致制动液回流至主缸，直观表现为制动失效；
S5、启动备用控制回路，且根据自动驾驶***作出的接管主缸隔离阀控制的判断，对备用线圈绕组施加正向的电压或电流，控制主缸隔离阀关闭以保持住主动建压形成的轮缸压力，从而重新恢复制动能力。
作为上述技术方案的进一步描述：
集成式线控制动***中，每个轮缸对应一个增压阀和一个减压阀，主缸隔离阀和建压腔隔离阀对应两路轮缸，主缸隔离阀和建压腔隔离阀对应另两路轮缸。所有电磁阀均为机械结构，依靠调整各自线圈通电状态实现开启和关断。集成式线控制动***进行主动增压时，各电磁阀的协同作用(主缸隔离阀关闭、建压腔隔离阀开启、增压阀开启、减压阀关闭)可以确保稳定的主动增压；集成式线控制动***对轮缸减压时，各电磁阀的协同作用(主缸隔离阀开启、建压腔隔离阀关闭、增压阀关闭、减压阀开启)可调控轮缸压力降低，防止车轮抱死，实现安全可靠的行车制动。对于无驾驶人介入的自动驾驶***，为了消除电磁阀非预期开关动作导致制动***功能失效的隐患，作为电磁阀控制端的线圈需要配置备用绕组。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种集成式线控制动***的冗余控制线圈，可实现电磁阀开关动作的冗余控制。所述线圈配备的主线圈插针和备用线圈插针分别连接主控制回路和备用控制回路。
集成式线控制动***由电机51、电磁阀总成52(包括主缸隔离阀、建压腔隔离阀、增压阀、减压阀)、本体53等部件构成液压调节模块，对应图6的集成式线控制动***示意图中虚线回路部分；由线圈总成200(对应各电磁阀)、电控单元壳体54、电路板55和后盖56构成电控单元模块，对应图6中的实线回路部分。
当中央控制芯片根据路况判断车辆需要进行减速时，集成式线控制动***会通过集成于电路板55的主控制回路和备用控制回路控制各电磁阀总成52对应的线圈总成200的通电状态，使得各电磁阀总成52处于***需求的开关状态。同时图6的泵(等效于图1的电机51及其附属部件)开始工作，将制动液沿着虚线回路的建压腔隔离阀和增压阀路径注入各轮缸中，使得轮缸压力上升，带动卡钳夹紧制动盘，从而达到车辆减速的效果。
当中央控制芯片根据路况判断车辆需要停止减速时，集成式线控制动***同样通过调整各电磁阀总成52处于***需求的开关状态，使得轮缸压力经过减压阀回流至泵处，再通过泵输送回主缸，结束车辆减速状态。
如图3的主线圈绕组插针一201、主线圈绕组插针二202和备用线圈绕组插针一211、备用线圈绕组插针二212连接集成于电路板55的主控制回路和备用控制回路，如图7的主线圈绕组20两端分别缠绕于主线圈绕组插针一201和主线圈绕组插针二202，备用线圈绕组21两端分别缠绕于备用线圈绕组插针一211和备用线圈绕组插针二212。
如图8所示主线圈绕组20从主线圈绕组插针一201出发，按照两倍漆包线线径的螺距沿骨架轴向缠绕，至线槽挡板后反向缠绕至主线圈绕组插针二202；备用线圈绕组21从备用线圈绕组插针一211出发，同样按照两倍漆包线线径的螺距沿骨架轴向缠绕，至线槽挡板反向缠绕至备用线圈绕组插针二212，备用线圈绕组相对主线圈绕组在轴向方向偏移一根漆包线线径的距离。两股线圈绕组排列出平整的绕线外表面。其特征为主线圈绕组20和备用线圈绕组21沿线圈骨架轴向交叉排布，两股绕组的性能表现为匝数相同，阻值相等。
如图2所示为各电磁阀总成52对应的各线圈总成插针在电路板55上的排布情况，如图3所示的电磁阀总成52安装于本体53当中，线圈总成200安装于电磁阀总成52外侧，当线圈总成200受到集成于电路板55的主控制回路或者备用控制回路驱动而导通时，主线圈绕组20或者备用线圈绕组21产生环绕定铁521的磁场，被磁化的定铁521对动铁522施加向上的牵引力，使得制动液可以通过被钢球524密封住的阀座525通孔，电磁阀总成处于开启状态；线圈总成200断电后磁场消失，动铁522失去来自定铁521的牵引力，钢球524重新封闭阀座525通孔，电磁阀总成处于关闭状态。以上控制逻辑适用于建压腔隔离阀和减压阀，主缸隔离阀与增压阀控制逻辑与之相反。
基于冗余控制线圈的控制方法，集成式线控制动***进行主动增压过程中，各电磁阀的协同动作中增压阀因主控制回路短路而异常关闭，导致无法建压时，由备用控制回路对备用线圈绕组施加反向电流，抵消主线圈绕组产生的磁场，在主控制回路触发保护机制前短期内使增压阀回复到初始状态，恢复制动***的建压能力。同时主控制回路短路发生一定时间内触发保护机制，主控制回路进入断路状态，由备用控制回路接管电磁阀开关动作的控制。
基于冗余控制线圈的控制方法，集成式线控制动***进行主动增压过程中，各电磁阀的协同动作中主缸隔离阀因主线圈绕组或主线圈控制回路断路而导致主缸隔离阀无响应、无法关闭导致制动液回流主缸时，由备用控制回路对备用线圈绕组施加电流接管电磁阀的控制，恢复制动***的建压能力。
上述情境中，备用控制回路对线圈故障的处理逻辑均适用于主动增压及减压过程中需协同动作的任一电磁阀。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，在主线圈绕组或主线圈控制回路断路失去响应情况下，备用控制回路控制备用线圈绕组接管电磁阀开关动作以调节液压；在主线圈控制回路发生短路情况下，备用控制回路对备用线圈绕组施加反向电流，依靠备用线圈绕组形成的反向磁场抵消主线圈绕组正向磁场，使电磁阀回复到最初状态，备用控制回路针对以上故障的处理逻辑对于自动驾驶车辆执行安全可靠的ACC、AEB功能具有重要作用，降低自动驾驶的故障率。
2、本发明中，备用控制回路在主控制回路及其附属部件发生故障时，接收自动驾驶控制***根据特定情境判定的指令，接管主缸隔离阀、建压腔隔离阀、增压阀和减压阀的协同动作或者消除电磁阀误动作，确保行车过程中的车轮制动和防抱死功能。
3、本发明中，***通过控制四类电磁阀进行主动增压以完成车辆制动，也可以进行轮缸泄压来调控车轮所受到的制动力，从而获取临界点的最大制动力并防止车轮抱死。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例提供的一种集成式线控制动***的***示意图；
图2示出了根据本发明实施例提供的电路板装配示意图；
图3示出了根据本发明实施例提供的电磁阀驱动结构剖面图；
图4示出了根据本发明实施例提供的一种集成式线控制动***的***示意图；
图5示出了根据本发明实施例提供的常规线圈示意图；
图6示出了根据本发明实施例提供的集成式线控制动***示意图；
图7示出了根据本发明实施例提供的冗余控制线圈剖面图；
图8示出了根据本发明实施例提供的冗余控制线圈单层绕线示意图。
图例说明：
200、线圈总成；201、主线圈绕组插针一；202、主线圈绕组插针二；20、主线圈绕组；211、备用线圈绕组插针一；212、备用线圈绕组插针二；21、备用线圈绕组；101、线圈骨架；301、线圈外壳；401、线圈导磁环；51、驱动电机；52、电磁阀总成；53、本体；54、电控单元壳体；55、电路板；56、后盖；521、定铁；522、复位弹簧；523、动铁；524、钢球；525、阀座；526、支撑座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种集成式线控制动***，集成式线控制动***架构包括主电源、主控制回路、备用电源、备用控制回路、主缸隔离阀、建压腔隔离阀、增压阀、减压阀。图中实线代表电流回路，虚线代表液压回路。
主控制回路接收自动驾驶控制***根据特定情境判定的指令，按需求对***中各电磁阀的线圈施加电流或电压，通过主缸隔离阀、建压腔隔离阀、增压阀和减压阀的协同动作实现行车过程中的车轮制动和防抱死功能。
备用控制回路在主控制回路及其附属部件发生故障时，接收自动驾驶控制***根据特定情境判定的指令，接管主缸隔离阀、建压腔隔离阀、增压阀和减压阀的协同动作或者消除电磁阀误动作，确保行车过程中的车轮制动和防抱死功能。
每个车轮(FL、FR、RL、RR)的轮缸均对应一个增压阀和一个减压阀，主缸隔离阀1和建压腔隔离阀1对应两路轮缸，主缸隔离阀2和建压腔隔离阀2对应另两路轮缸，各电磁阀均配备冗余控制线圈。主控制回路和备用控制回路通过控制各线圈通电状态完成各电磁阀协同动作。
所述的电磁阀是实现自动驾驶车辆制动功能和防抱死功能的关键通路，***通过控制所述的四类电磁阀进行主动增压以完成车辆制动，也可以进行轮缸泄压来调控车轮所受到的制动力，从而获取临界点的最大制动力并防止车轮抱死。车辆自动驾驶***配备主控制回路和备用控制回路，在无驾驶人介入情境下，若主控制回路及其附属部件失效，可由备用控制回路接管控制。在此基础上，如果线圈的主线圈绕组发生短路或者断路，备用线圈绕组受备用控制回路驱动，接管或调整电磁阀开关状态，确保车轮制动能力和防抱死能力。
每个电磁阀均配备单独的冗余控制线圈，如图7所示为冗余控制线圈的剖面图，所述线圈由两股绕线构成，分别定义为主线圈绕组和备用线圈绕组。如图7所示，两股绕组交叉缠绕，主线圈绕组与备用线圈绕组绕线方向相同，两者采用相同线径铜线和漆包绕线，具有相同的匝数和电阻。因此在施加相同电压或电流情况下，主线圈绕组与备用线圈绕组产生大小相等，方向相同的磁场，备用线圈绕组具备足够的能力接管主线圈绕组对电磁阀的控制；在施加相反电压或相反电流情况下，主线圈绕组与备用线圈绕组产生大小相等，方向相反的磁场，证明备用线圈绕组具有消除主线圈绕组短路故障的能力。
如图8所示为冗余控制线圈的绕线示意图，主线圈绕组20从主线圈绕组插针一201出发，按照两倍漆包线线径的螺距沿骨架轴向缠绕，至线槽挡板后反向缠绕至主线圈绕组插针二202；备用线圈绕组21从备用线圈绕组插针一211出发，同样按照两倍漆包线线径的螺距沿骨架轴向缠绕，至线槽挡板反向缠绕至备用线圈绕组插针二212，备用线圈绕组相对主线圈绕组在轴向方向偏移一根漆包线线径的距离。两股线圈绕组排列出平整的绕线外表面。
所述集成式线控制动***的冗余控制线圈有众多实施例，此处优选两类实施例。参考图1的控制***示意图，实施例一为增压阀主控制回路短路故障案例。增压阀主控制回路短路的情况下，作为常开阀的增压阀长期通电处于关闭状态，制动液无法通过增压阀到达增压阀对应的轮缸，直观表现为制动失效。此时备用控制回路将根据自动驾驶***作出的调控增压阀开关状态的判断，在主控制回路触发保护机制之前对备用线圈绕组施加反向的电压或电流，控制增压阀开启，使制动液通过增压阀到达轮缸，从而重新恢复制动能力。同时主控制回路短路发生一定时间内触发保护机制，主控制回路进入断路状态，由备用控制回路接管电磁阀开关动作的控制，有效消除主控制回路及其附属部件短路产生的热量对整个***造成二次损伤的隐患。
实施例二为主缸隔离阀线圈断路故障案例。主缸隔离阀主线圈绕组断路的情况下，作为常开阀的主缸隔离阀无法在主动增压的过程中由主控制回路控制关闭，导致制动液回流至主缸，直观表现为制动失效。此时备用控制回路将根据自动驾驶***作出的接管主缸隔离阀控制的判断，对备用线圈绕组施加正向的电压或电流，控制主缸隔离阀关闭以保持住主动建压形成的轮缸压力，从而重新恢复制动能力。
上述情境中，备用控制回路对线圈故障的处理逻辑均适用于主动增压及减压过程中需协同动作的任一电磁阀，L4级自动驾驶要求的ACC和AEB功能需要在以上电磁阀均配备冗余控制时才具备足够的安全性和可靠性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种集成式线控制动***，其特征在于，包括主电源、主控制回路、备用电源、备用控制回路、主缸隔离阀、建压腔隔离阀、增压阀和减压阀；
所述主控制回路接收自动驾驶控制***根据特定情境判定的指令，按需求对***中各电磁阀的线圈施加电流或电压，通过主缸隔离阀、建压腔隔离阀、增压阀和减压阀的协同动作实现行车过程中的车轮制动和防抱死功能；
所述备用控制回路在主控制回路及其附属部件发生故障时，接收自动驾驶控制***根据特定情境判定的指令，接管主缸隔离阀、建压腔隔离阀、增压阀和减压阀的协同动作或者消除电磁阀误动作，确保行车过程中的车轮制动和防抱死功能；
每个车轮(FL、FR、RL、RR)的轮缸均设有一个增压阀和一个减压阀，其中两路轮缸对应设有一组主缸隔离阀和建压腔隔离阀，另外两路轮缸也对应设有一组主缸隔离阀和建压腔隔离阀，各电磁阀均配备有冗余控制线圈，所述主控制回路和备用控制回路通过控制各线圈通电状态完成各电磁阀协同动作；
所述冗余控制线圈由两股绕线构成，分别为主线圈绕组(20)和备用线圈绕组(21)，两股绕组之间交叉缠绕，所述主线圈绕组(20)与备用线圈绕组(21)绕线方向相同，且均采用相同线径的铜线和漆包绕线，具有相同的匝数和电阻；
在施加相同电压或电流情况下，所述主线圈绕组(20)与备用线圈绕组(21)产生大小相等、方向相同的磁场，所述备用线圈绕组(21)具备足够的能力接管主线圈绕组(20)对电磁阀的控制；
在施加相反电压或相反电流情况下，所述主线圈绕组(20)与备用线圈绕组(21)产生大小相等、方向相反的磁场，所述备用线圈绕组(21)具有消除主线圈绕组(20)短路故障的能力；
所述主线圈绕组(20)从主线圈绕组插针一(201)出发，按照两倍漆包线线径的螺距沿骨架轴向缠绕，至线槽挡板后反向缠绕至主线圈绕组插针二(202)；
所述备用线圈绕组(21)从备用线圈绕组插针一(211)出发，同样按照两倍漆包线线径的螺距沿骨架轴向缠绕，至线槽挡板反向缠绕至备用线圈绕组插针二(212)，所述备用线圈绕组(21)相对主线圈绕组(20)在轴向方向偏移一根漆包线线径的距离，两股线圈绕组排列出平整的绕线外表面。
2.根据权利要求1所述的一种集成式线控制动***，其特征在于，为防止电路板因过热被烧毁，主控制回路短路发生一定时间内触发保护机制，使主控制回路进入断路状态，由备用控制回路接管电磁阀开关动作的控制。
3.根据权利要求2所述的一种集成式线控制动***，其特征在于，所述主线圈绕组(20)发生短路导致电磁力下降情况下，备用控制回路控制备用线圈绕组(21)接管电磁阀开关动作以调节液压。
4.根据权利要求3所述的一种集成式线控制动***，其特征在于，主控制回路发生短路情况下，备用控制回路对备用线圈绕组施加反向电流，依靠备用线圈绕组形成的反向磁场抵消主线圈绕组正向磁场，在主控制回路触发保护机制前短期内使电磁阀回归最初始状态。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种集成式线控制动***的冗余控制线圈的控制方法，包括以下步骤：
S1、在增压阀主控制回路短路的情况下，作为常开阀的增压阀长期通电处于关闭状态，制动液无法通过增压阀到达增压阀对应的轮缸，直观表现为制动失效；
S2、所述备用控制回路启动，且根据自动驾驶***作出的调控增压阀开关状态的判断，在主控制回路触发保护机制之前对备用线圈绕组施加反向的电压或电流，控制增压阀开启，使制动液通过增压阀到达轮缸，从而重新恢复制动能力；
S3、所述主控制回路短路触发保护机制，所述主控制回路进入断路状态，由备用控制回路接管电磁阀开关动作的控制，有效消除主控制回路及其附属部件短路产生的热量对整个***造成二次损伤的隐患；
S4、在主缸隔离阀主线圈绕组断路的情况下，作为常开阀的主缸隔离阀无法在主动增压的过程中由主控制回路控制关闭，导致制动液回流至主缸，直观表现为制动失效；
S5、启动备用控制回路，且根据自动驾驶***作出的接管主缸隔离阀控制的判断，对备用线圈绕组施加正向的电压或电流，控制主缸隔离阀关闭以保持住主动建压形成的轮缸压力，从而重新恢复制动能力。
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