專利名稱：一種自動剎車系統及其控制方法
技術領域：
本發明涉及電動汽車安全防護領域，更具體地，本發明涉及一種剎車系 統及其控制方法。
背景技術：
在汽車駕駛過程中，由于汽車的速度過快，駕駛員常常因為判斷失誤而 造成不能及時剎住汽車，從而造成追尾事件時常發生。有時還會出現駕駛人 因為心里緊張而使得踩剎車誤踩成油門的情況，這樣造成的交通事故后果不 堪設想。
為了防止上述事故的發生，公開號為CN1586945A的專利公開了一種題 為"汽車追尾防撞預警智能控制系統及控制方法"的專利，所公開的系統包 括信號采樣部分(多普勒測距雷達、車速傳感器、制動傳感器)、系統中央 處理部分、控制執行部分(發動機供油系統控制裝置和制動系統控制裝置) 和顯示報警部分。該系統在多普勒測距雷達測得的當前車距小于或等于通過 車速傳感器、制動傳感器測得的數據等等計算出來的安全制動距離時，發出 連續蜂鳴報警聲并自動控制車速、制動。
上述專利所公開的內容雖然使得車輛可以在行駛過程根據具體情況而 自動剎車，但上述公開內容僅針對燃油汽車領域，其在制動過程中能量沒有 得到反饋吸收，汽車的能量利用率低，浪費了大量的能量，這對于車輛的續 駛里程是極為不利的。

發明內容
本發明針對電動汽車領域，提供一種控制簡單、安全性高的電動汽車的自動剎車系統及其控制方法。
本發明提供的自動剎車系統包括相互連接的控制模塊和制動模塊，所述 控制模塊用于檢測車輛與前方障礙物之間的當前間距以及相對速度，并且判 斷是否需要剎車，其中，所述制動模塊包括液壓制動模塊和回饋制動模塊， 所述控制模塊用于根據判斷結果分別控制液壓制動模塊和回饋制動模塊對 車輛進行剎車制動，所述液壓制動模塊以機械方式進行剎車制動，所述回饋 制動模塊以能量回饋方式進行剎車制動。
相應地，本發明還提供一種自動剎車系統的控制方法，所述自動剎車系 統為上述自動剎車系統，所述控制方法包括檢測車輛與前方障礙物之間的 當前間距以及相對速度；判斷是否需要剎車；根據判斷結果輸出相應的控制 所述液壓制動模塊和回饋制動模塊的動作。
通過使用本發明提供的自動剎車系統及其控制方法，可以根據車輛與前 方障礙物之間的間距和車輛相對于前方障礙物的相對速度來實現自動剎車， 避免了因人為因素而造成的剎車不及時以及將踩剎車誤踩為油門等誤操作， 減少了交通事故的發生。此外，通過使用所述回饋制動模塊，使得制動過程 中能量得到了回收，提高了汽車的能量利用率低，有利于延長汽車的續駛里 程。


圖1是本發明提供的自動剎車系統的結構圖2是本發明中的控制模塊的結構圖3a和3b是本發明所采用的超聲波檢測器的結構圖;
圖4是本發明所采用的回饋制動模塊的結構圖5是本發明所采用的液壓制動模塊的結構圖6是本發明中的制動踏板液壓制動系統的結構圖；圖7是本發明的電機驅動電路的電路圖；以及
圖8是本發明所提供的自動剎車控制方法的流程圖。
具體實施例方式
下面參考附圖詳細描述本發明。
如圖1所示，本發明提供了一種自動剎車系統，該剎車系統包括相互連
接的控制模塊10和制動模塊20，所述控制模塊10用于檢測車輛與前方障礙 物之間的當前間距以及相對速度，并且判斷是否需要剎車，其中，所述制動 模塊20包括液壓制動模塊210和回饋制動模塊230，所述控制模塊10用于 根據判斷結果分別控制液壓制動模塊210和回饋制動模塊230對車輛進行剎 車制動，所述液壓制動模塊210以機械方式進行剎車制動，所述回饋制動模 塊230以能量回饋方式進行剎車制動。
其中，如圖2所示，所述控制模塊10包括超聲波檢測器120和控制單 元110，所述超聲波檢測器120包括超聲波發射電路121和超聲波接收電路 122，分別用于發射和接收超聲波；所述控制單元110用于對超聲波接收電 路122傳送來的信號進行計算，得出當前間距，并獲取車輛與前方障礙物之 間的相對速度，根據當前間距、相對速度、液壓制動模塊210和回饋制動模 塊230的最大制動力，判斷當前間距是否在安全間距之內，并根據判斷結果 控制所述液壓制動模塊210和回饋制動模塊230的動作。
其中"當前間距"為前面描述的發射超聲波與接收到超聲波的時間差的 一半與超聲波的傳輸速度的乘積。"相對速度"為車輛當前速度減去前方障 礙物速度的速度差，相對速度用于計算安全間距時使用?？梢岳密囕v與前 方障礙物之間的間距變化量以及發生該間距變化量所經歷的時間(例如，兩 次測量車輛與前方障礙物的間距之間的時間間隔)來獲得車輛與前方障礙物 之間的相對速度，間距變化量通過在至少兩個時刻測量車輛與前方障礙物之間的間距可以得到。"安全間距"是指車輛在當前相對速度的情況下采取 最大制動力剎車剛好不能碰撞到該障礙物的距離。
其中，所述控制單元110控制所述超聲波發射電路121生成和發射超聲
波，該超聲波經前方障礙物反射并由超聲波接收電路122接收，超聲波接收 電路122并將接收到的超聲波傳送到控制單元110。
如圖3a所示，所述超聲波發射電路121包括超聲波發射換能器A1、變 壓器B1、三極管BJT和電阻R1，所述超聲波發射換能器A1的兩個輸入端 與變壓器B1的次級側相耦合，變壓器B1的初級側的一端接電源正極，另 一端與三極管BJT的集電極相連，三極管BJT的基極通過電阻Rl與控制單 元110的端口 P2.0相連，三極管BJT的發射極接地。
如圖3b所示，所述超聲波接收電路122包括超聲波接收換能器A2、芯 片CX20106、電阻R2-R4和電容C1-C4，所述超聲波接收換能器A2的一個 輸出端和芯片CX20106的引腳1均與電容C4的正極相連，超聲波接收換能 器A2的另一個輸出端以及電容C4的負極接地；芯片CX20106的引腳2與 電容Cl的正極相連，電容Cl的負極經由電阻R2接地；芯片CX20106的 引腳3與電容C2的正極相連，電容C2的負極接地；芯片CX20106的引腳 4直接接地；芯片CX20106的引腳5與電阻R3相連，電阻R3的另一端與 +5丫電源相連；芯片CX20106的引腳6與電容C3的正極相連，電容C3的 負極接地；芯片CX20106的引腳7分別與控制單元110的端口 P3.2和電阻 R4相連，電阻R4的另一端與+5V電源相連；芯片CX20106的引腳8與+5V 的電源相連。
下面結合上述超聲波檢測器的結構介紹其具體工作原理，首先控制單元 110的端口 P2.0發射出一個矩形脈沖信號，經過三極管包含BJT耦合到變壓 器B1的初級側，經過變壓器B1驅動，將信號直接加在超聲波發射換能器 Al上，從而發射出超聲波。當超聲波遇到障礙物時，超聲波返回到超聲波接收換能器A2。此時，聲波信號變成電信號，并經過芯片CX20106對信號 進行放大和帶通濾波處理，從而通過控制單元110的端口 P3.2觸發中斷，引 發控制單元110中斷，控制單元IIO計算自發出超聲波到接收到超聲波所經 歷的時間，并根據該時間和超聲波的傳播速度來算出車輛與前方障礙物之間 的當前間距?？刂茊卧狪IO還可以根據兩次獲得間距之間的間隔時間以及所 獲得的間距之間的差值來計算車輛相對于前方障礙物的相對速度。
所述控制單元110比較當前間距與安全間距，若當前間距大于安全間距， 則表明安全，控制單元110不進行任何操作；若當前間距小于或等于安全間 距且彼此之間的差值大于安全間距與安全比例(例如，20%)之積，則表明 存在潛在危險，控制單元110控制所述回饋制動模塊230工作；若當前間距 小于或等于安全間距，且彼此之間的差值小于或等于安全間距與安全比例之 積，則表明車距過近、十分危險，控制單元110控制所述回饋制動模塊230 和液壓制動模塊210工作。所述安全比例可以根據實際需要來進行設定，例 如為20%-50%。通過此種控制方式，可以在不發生危險的情況下實現能量最 大程度上的回收，有利于能源的節省。
其中，在所述液壓制動模塊210或回饋制動模塊230的工作過程中，所 述控制模塊10周期性地檢測車輛與前方障礙物之間的間距S，并且將所檢 測的間距S與前一次檢測的間距S'進行比較，如果所檢測的間距S連續至 少2次大于前一次檢測的間距S'，則控制液壓制動模塊210和回饋制動模 塊230中的至少一者停止工作。這樣可以及時地發現車輛與前方障礙物之間 的位置情況，及時判斷是否需要存在繼續剎車的必要，從而減少了不必要的 剎車，有利于能量的節省。所述檢測車輛與前方障礙物之間的間距的周期可 以根據實際需要而定，可以每隔200-500ms檢測一次。
所述控制單元110可以為能夠實現上述功能的任何電路，例如這里可以 為DSP控制單元，包括高速可編程數字信號處理芯片及其外圍電路，其中高速可編程數字信號處理芯片可以選用TI公司的TMS320F2812芯片。
下面結合圖4、 5和6介紹本發明中所使用的液壓制動模塊210和回饋 制動模塊230。
如圖4所示，所述回饋制動模塊230包括蓄電池231、逆變器232和永 磁型電機233，所述逆變器232分別與控制模塊10、永磁型電機233和蓄電 池231連接，用于在控制模塊10的控制下將交流電轉換為直流電，并且控 制所述永磁型電機233將在制動過程中的機械能轉化為電能，并將該電能輸 送至蓄電池231存儲。
其中，所述控制模塊IO用于計算控制電機旋轉的PWM信號，并送入 逆變器232;逆變器232由三個智能功率模塊(IPM)，也可用IGBT或晶體 管等功率器件來實現，IPM分為上下橋臂，三個IPM的上橋臂的輸入端與 蓄電池231的正極母線相連接，下橋臂與蓄電池231的負極母線相連接，各 IPM之間的各個連接點分別與電機的三相線圈(AB相、BC相、AC相)相 連接；所述永磁型電機233是永磁型同步電動機，作為車輛的動力輸出源。
永磁型電機233具有兩種工作狀態，即電動狀態和能量回饋狀態。在車 輛正常的行駛中，永磁型電機233是正向電動的，轉子逆時針旋轉，蓄電池 231經逆變器232給出的電壓加在永磁型電機233的三相繞組(AB相、BC 相、AC相)上產生一旋轉磁場，該磁場與轉子永磁場合成為永磁型電機233 的氣隙旋轉磁場。當永磁型電機233處于電動狀態時，氣隙旋轉磁場的方向 是超前于轉子磁場的方向的，該旋轉磁場拖動轉子磁場同步速旋轉，即帶動 轉子同步速旋轉，因此就將輸入的電功率轉變為機械功率。永磁型電機233 運行在能量回饋狀態時，氣隙旋轉磁場的方向要落后于轉子磁場的方向，轉 子磁場帶動該旋轉磁場同步速旋轉，傳遞一定的電磁功率，此時將轉子的機 械能轉化為電能，從定子繞組輸出電能給蓄電池231充電，在輸出電能的同 時，使轉子轉速下降，達到了制動的效果。如圖5所示，所述液壓制動模塊210包括電機211、電機驅動電路212、 傳動機構213和制動踏板液壓制動系統214，所述電機驅動電路212分別與 電機211和控制模塊10相連，電機211的輸出軸通過傳動機構213與所述 制動踏板液壓制動系統214相連，所述制動踏板液壓制動系統214用于在制 動踏板被踩下時對車輛進行剎車制動，所述控制模塊10通過電機驅動電路 212來控制電機211運行，然后電機211通過傳動機構213驅動所述制動踏 板液壓制動系統214進行剎車制動。通過該雙驅動型的液壓制動模塊210， 可以實現腳動剎車和自動緊急剎車，使得剎車系統變得靈活可靠。
其中，如圖6所示，所述制動踏板液壓制動系統214包括制動踏板215、 推桿216、主缸活塞217、制動主缸218、油管219、制動輪缸220、輪缸活 塞221、制動鼓222、摩擦片223、制動蹄224、制動底板225、支承銷226、 制動體回位彈簧227，制動踏板215通過推桿216與主缸活塞217相連，從 而推動制動主缸218中的液壓油，使液壓油通過油管219流到制動輪缸220， 擠壓輪缸活塞221;輪缸活塞221與固定在支承銷226上的制動蹄224相連， 摩擦片223內部緊挨著制動蹄224，外部靠近制動鼓222。輪缸活塞221受 到液壓油的擠壓，從而使得摩擦片223摩擦制動鼓222，產生制動。所述制 動體回位彈簧227連接在兩片制動蹄224之間，用于使制動蹄224復位。在 該制動踏板液壓制動系統214中，所述推桿216上具有齒槽，所述傳動機構 213為齒輪，該齒輪與所述推桿216上的齒槽相互配合，從而使得電機221 可以通過傳動機構213驅動推桿216運動。
其中，所述控制模塊10通過所述電機驅動電路212而使所述電機212 間歇性地工作。如圖7所示，所述控制模塊10通過端口P2.1發出預定頻率 的脈沖信號，以控制開關T的通斷，從而控制所述電機211間歇性地工作。 這樣可以產生防抱死制動的效果，即車輪處于"抱緊一放松一抱緊"的循環 工作過程，保證制動時車輛本身的操縱性和穩定性。這里所述控制模塊10可以控制所述電機211每隔500ms-ls工作1次。
相應的，如圖8所示，本發明還提供了一種自動剎車系統的控制方法， 所述自動剎車系統包括相互連接的控制模塊IO和分別與該控制模塊10相連 的液壓制動模塊210和回饋制動模塊230，所述控制方法包括檢測車輛與 前方障礙物之間的當前間距以及相對速度；判斷是否需要剎車；根據判斷結 果控制所述液壓制動模塊210和回饋制動模塊230的動作。
其中，檢測車輛與前方障礙物之間的當前間距的步驟可以包括以下步 驟發射超聲波；接收該超聲波經前方障礙物反射回來的超聲波；以及用發 射超聲波和接收到超聲波的時間差的一半乘以超聲波的傳輸速度得到車輛 與前方障礙物之間的當前間距。
其中，檢測車輛與前方障礙物之間的相對速度的步驟包括以下步驟檢 測車輛與前方障礙物之間的當前間距；以及根據車輛與前方障礙物之間的間 距變化量以及發生該間距變化量所經歷的時間來獲得車輛與前方障礙物之 間的相對速度。當然，上述測量相對間距和相對方法的步驟中，并不限于使 用超聲波測距離的方式，還可以使用其他測距方法。
其中，判斷是否需要剎車的步驟可以包括以下步驟根據相對速度以及 液壓制動模塊210和回饋制動模塊230的最大制動力，計算安全間距；比較 當前間距和安全間距若當前間距大于安全間距，則不需要剎車；否則，需 要剎車。
其中當判斷結果為需要剎車時，根據當前間距和安全間距來選擇相應的 制動方式，包括以下步驟若當前間距小于或等于安全間距，且彼此之間的
絕對差值大于安全間距與所述安全比例之積，則選擇回饋制動方式，控制回
饋制動系統230進行工作；若當前間距小于或等于安全間距，且彼此之間的
差值小于或等于安全間距與安全比例之積，則選擇回饋和液壓制動方式，控
制液壓制動系統210和回饋制動系統230同時進行工作。其中，在所述液壓制動模塊210或回饋制動模塊230的工作過程中，周 期性地檢測車輛與前方障礙物之間的間距S，并且將所檢測的間距與前一次 檢測的間距S'進行比較，如果所檢測的間距S連續至少2次大于前一次檢 測的間距S'，則控制液壓制動模塊210和回饋制動模塊230中的至少一者 停止工作。其中，所述檢測車輛與前方障礙物之間的間距的周期可以根據實 際需要而定，可以每隔200-500ms檢測一次。
本發明所提供的自動剎車系統及其控制方法可以在避免實現剎車的情 況下使能量得到了最大程度上的利用，從而較少了交通事故的發生，并且提 高了汽車的能量利用效率。
權利要求
1、一種自動剎車系統，該剎車系統包括相互連接的控制模塊(10)和制動模塊(20)，所述控制模塊(10)用于檢測車輛與前方障礙物之間的當前間距以及相對速度，并且判斷是否需要剎車，其特征在于，所述制動模塊(20)包括液壓制動模塊(210)和回饋制動模塊(230)，所述控制模塊(10)用于根據判斷結果分別控制液壓制動模塊(210)和回饋制動模塊(230)對車輛進行剎車制動，所述液壓制動模塊(210)以機械方式進行剎車制動，所述回饋制動模塊(230)以能量回饋方式進行剎車制動。
2、 根據權利要求1所述的自動剎車系統，其中，所述控制模塊(10) 包括控制單元(110)和超聲波檢測器(120):超聲波檢測器(120)包括超聲波發射電路(121)和超聲波接收電路 (122)，分別用于發射和接收超聲波；所述控制單元(110)用于對超聲波接收電路(122)傳送來的信號進行 計算，得出當前間距，并獲取車輛與前方障礙物之間的相對速度，根據當前 間距、相對速度、液壓制動模塊(210)和回饋制動模塊(230)的最大制動 力，判斷當前間距是否在安全間距之內，并根據判斷結果控制所述液壓制動 模塊(210)和回饋制動模塊(230)的動作。
3、 根據權利要求2所述的自動剎車系統，其中，所述控制單元(110) 控制所述超聲波發射電路(121)生成和發射超聲波，該超聲波經前方障礙 物反射并由超聲波接收電路(122)接收，超聲波接收電路(122)并將接收 到的超聲波傳送到控制單元(110)。
4、 根據權利要求l所述的自動剎車系統，其中，所述控制單元(110) 比較當前間距與安全間距，若當前間距大于安全間距，則控制單元(110)不進行任何操作；若當前間距小于或等于安全間距，且彼此之間的差值大于 安全間距與安全比例之積，則控制單元(110)控制所述回饋制動模塊(230) 工作；若當前間距小于或等于安全間距，且彼此之間的差值小于或等于安全 間距與安全比例之積，則控制單元(110)控制所述液壓制動模塊(210)和 回饋制動模塊(230)工作。
5、 根據權利要求4所述的自動剎車系統，其中，所述安全比例為20% -50%。
6、 根據權利要求1所述的自動剎車系統，其中，在所述液壓制動模塊 (210)或回饋制動模塊(230)的工作過程中，所述控制模塊(10)周期性地檢測車輛與前方障礙物之間的間距S，并且將所檢測的間距與前一次檢測 的間距S'進行比較，如果所檢測的間距S連續至少2次大于前一次檢測的 間距S'，則控制液壓制動模塊(210)和回饋制動模塊(230)中的至少一 者停止工作。
7、 根據權利要求6所述的自動剎車系統，其中，檢測車輛與前方障礙 物之間的間距S的周期為200-500ms。
8、 根據權利要求1-7中任一項所述的自動剎車系統，其中，所述回饋 制動模塊(230)包括蓄電池(231)、逆變器(232)和永磁型電機(233)， 所述逆變器(232)分別與控制模塊(10)、永磁型電機(233)和蓄電池(231) 連接，用于在控制模塊(10)的控制下將交流電轉換為直流電，并且控制所 述永磁型電機(233)將制動過程中的機械能轉化為電能，并將該電能輸送 至蓄電池(231)存儲。
9、 根據權利要求1-7中任一項所述的自動剎車系統，其中，所述液壓 制動模塊(210)包括電機(211)、電機驅動電路(212)、傳動機構(213) 和制動踏板液壓制動系統(214)，所述電機驅動電路(212)分別與電機(211) 和控制模塊(10)相連，電機(211)的輸出軸通過傳動機構(213)與所述 制動踏板液壓制動系統(214)相連，所述制動踏板液壓制動系統(214)用 于在制動踏板被踩下時對車輛進行剎車制動，所述控制模塊(10)通過電機 驅動電路(212)來控制電機(211)運行，然后電機(211)通過傳動機構(213)驅動所述制動踏板液壓制動系統(214)進行剎車制動。
10、 一種自動剎車系統的控制方法，所述自動剎車系統為根據權利要求 1-11中任一項所述的自動剎車系統，所述控制方法包括檢測車輛與前方障礙物之間的當前間距以及相對速度； 判斷是否需要剎車；根據判斷結果控制所述液壓制動模塊(210)和回饋制動模塊(230)的 動作。
11、 根據權利要求IO所述的控制方法，其中，檢測車輛與前方障礙物 之間的當前間距的步驟包括以下步驟發射超聲波；接收該超聲波經前方障礙物反射回來的超聲波；以及用發射超聲波和接收到超聲波的時間差的一半乘以超聲波的傳輸速度 得到車輛與前方障礙物之間的當前間距。
12、 根據權利要求IO所述的控制方法，其中，檢測車輛與前方障礙物 之間的相對速度的步驟包括以下步驟檢測車輛與前方障礙物之間的當前間距；以及根據車輛與前方障礙物之間的間距變化量以及發生該間距變化量所經 歷的時間來獲得車輛與前方障礙物之間的相對速度。
13、 根據權利要求IO所述的控制方法，其中，判斷是否需要剎車的步驟包括以下步驟-根據相對速度以及液壓制動模塊(210)和回饋制動模塊(230)的最大 制動力來計算安全間距；比較當前間距和安全間距若當前間距大于安全間距，則不需要剎車；否則，則需要剎車。
14、 根據權利要求13所述的控制方法，其中，當判斷結果為需要剎車 時，根據當前間距和安全間距來選擇相應的制動方式，包括以下步驟若當前間距小于或等于安全間距，且彼此之間的差值大于安全間距與安 全比例之積，則選擇回饋制動方式，控制回饋制動系統(230)進行工作；若當前間距小于或等于安全間距，且彼此之間的差值小于或等于安全間 距與安全比例之積，控制液壓制動系統(210)和回饋制動系統(230)同時 進行工作。
15、 根據權利要求13或14所述的控制方法，其中，所述安全比例為 20%-50%。
16、 根據權利要求IO所述的控制方法，其中，所述控制方法還包括 在所述液壓制動模塊(210)或回饋制動模塊(230)的工作過程中，周期性 地檢測車輛與前方障礙物之間的間距S，并且將所檢測的間距S與前一次檢測的間距S'進行比較，如果所檢測的間距S連續至少2次大于前一次檢測的 間距S'，則控制液壓制動模塊(210)和回饋制動模塊(230)中的至少一者 停止工作。 根據權利要求16所述的控制方法，其中，檢測車輛與前方障礙物 之間的間距S的周期為200-500ms。
全文摘要
本發明提供了一種自動剎車系統及其控制方法，該剎車系統包括相互連接的控制模塊和制動模塊，所述控制模塊用于檢測車輛與前方障礙物之間的當前間距以及相對速度，并且判斷是否需要剎車，其中，所述制動模塊包括液壓制動模塊和回饋制動模塊，所述控制模塊用于根據判斷結果分別控制液壓制動模塊和回饋制動模塊對車輛進行剎車制動，所述液壓制動模塊以機械方式進行剎車制動，所述回饋制動模塊以能量回饋方式進行剎車制動。該自動剎車系統及其控制方法可以實現自動剎車，減少了交通事故的發生。所述回饋制動模塊使得制動過程中能量得到了回收，提高了汽車的能量利用率，延長了汽車的續駛里程。
文檔編號B60K28/10GK101648521SQ200810146228
公開日2010年2月17日 申請日期2008年8月12日 優先權日2008年8月12日
發明者波 吳, 周慧君, 清 宮, 霞 李 申請人:比亞迪股份有限公司