1.一種無人駕駛電動汽車真空助力制動控制系統,其特征是:包括儀表盤(1)、電動真空泵(2)、單向閥(3)、真空度傳感器I(4)、真空貯氣罐(5)、報警器(6)、過濾環(7)、毛氈過濾環(8)、真空推力器、閥門Ⅰ(24)、伺服電機Ⅰ(25)、閥門II(26)、伺服電機II(27)和電子控制單元(28),
所述真空推力器包括制動主缸(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Ⅰ(15)、主缸活塞(16)、氣室膜片(17)、制動主缸推桿(18)、膜片復位彈簧(19)、氣孔Ⅱ(20)、密封圈(21)、真空度傳感器II(22)和螺栓(23),所述制動主缸(9)的內部設置有壓力傳感器(10)和主缸活塞(16),制動主缸(9)上設置有貯油罐(11)和出油口(12);所述制動主缸推桿(18)與主缸活塞(16)剛性連接,制動主缸推桿(18)的外部套裝有膜片復位彈簧(19);所述膜片復位彈簧(19)位于氣室殼體(13)的內部;所述氣室殼體(13)的內部為真空推力器氣室,氣室殼體(13)的一側通過彈性體材料(14)與氣室膜片(17)連接,氣室殼體(13)的另一端設置有氣孔Ⅰ(15)、氣孔Ⅱ(20)和螺栓(23),氣室殼體(13)的內部設置有真空度傳感器II(22),氣室殼體(13)與螺栓(23)之間設置有密封圈(21);所述氣室膜片(17)的中部設置有凹槽,氣室膜片(17)通過凹槽與制動主缸推桿(18)連接;
所述電動真空泵(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II(26)與氣孔Ⅰ(15)連接,真空貯氣罐(5)的內部設置有真空度傳感器I(4);所述閥門II(26)與伺服電機II(27)連接;
所述過濾環(7)與毛氈過濾環(8)固定連接;所述毛氈過濾環(8)通過閥門Ⅰ(24)與氣孔Ⅱ(20)固定連接;所述閥門Ⅰ(24)與伺服電機Ⅰ(25)連接;
所述電子控制單元(28)通過導線分別與儀表盤(1)、電動真空泵(2)、真空度傳感器I(4)、報警器(6)、壓力傳感器(10)、真空度傳感器II(22)、伺服電機Ⅰ(25)以及伺服電機II(27)連接,電子控制單元(28)通過CAN總線與無人駕駛電動汽車的車載ECU連接。
2.根據權利要求1所述的一種無人駕駛電動汽車真空助力制動控制系統,其特征是:所述真空貯氣罐(5)的容量為5L以上。
3.根據權利要求1所述的一種無人駕駛電動汽車真空助力制動控制系統,其特征是:所述氣室膜片(17)中部的厚度大于邊緣的厚度。
4.根據權利要求1所述的一種無人駕駛電動汽車真空助力制動控制系統,其特征是:所述閥門Ⅰ(24)與伺服電機Ⅰ(25)為剛性連接。
5.根據權利要求1所述的一種無人駕駛電動汽車真空助力制動控制系統,其特征是:所述閥門II(26)與伺服電機II(27)為剛性連接。
6.一種無人駕駛電動汽車真空助力制動控制系統的控制方法,其特征是:包括以下步驟,并且以下步驟順次進行:
步驟一、無人駕駛電動汽車通過自身環境感知系統的攝像頭拍攝自車前方照片,圖像處理系統通過圖像識別算法識別出攝像頭所拍照片中的障礙物,毫米波雷達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的縱向控制系統中設定制動減速度αdes和臨界安全距離Ln范圍的對應關系,公式如下:
加速度對應的臨界安全距離Ln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,αdes為制動減速度,
式中μ為反映駕駛模式特性的駕駛意圖參數,為路面附著系數,a、b為模型參數;
步驟二、車載ECU的縱向控制系統獲得縱向距離D在加速度對應的臨界安全距離Ln的區間范圍內且v1<v2或縱向距離D不在加速度對應的臨界安全距離Ln的區間范圍內且v1<v2或縱向距離D不在加速度對應的臨界安全距離Ln的區間范圍內且v1≥v2,車載ECU發送持續行駛信號,無人駕駛電動汽車持續行駛;
車載ECU的縱向控制系統獲得縱向距離D在加速度對應的臨界安全距離Ln的區間范圍內且v1≥v2,車載ECU發送制動信號,縱向控制系統中的加速度計算器根據獲得的實時的縱向距離D、實時的自車速度v1、實時的前方障礙物速度v2、實時的加速度對應的臨界安全距離Ln,利用制動減速度αdes的公式獲得所需的實時制動減速度αdes;
步驟三、制動力/牽引力計算器根據步驟二中獲得的實時的制動減速度αdes計算并獲得實時的總制動力Fz,總制動力Fz計算公式為:
mades=Fz+Fu,
式中,m為自車質量,αdes為制動減速度,Fu為空氣阻力、滾動阻力以及坡道阻力之和;
步驟四、根據步驟三中獲得的總的制動力Fz計算并獲得實時液壓管路所需壓力值P0以及氣室殼體(13)內部的真空推力器氣室和大氣之間所需的壓力差ΔP1,P0、ΔP1利用如下公式聯合計算并獲得:
Fz=4F0,F推=P0*A,F壓=ΔP1*S,F推=F壓
式中:F0為單個輪子的制動器產生的制動力,d為輪缸直徑,N為制動器單側油缸數目,C為制動器效能因數,R為制動器工作半徑,r為輪胎半徑,F推為主缸活塞對油液的推力,F壓為大氣壓對氣室膜片產生的壓力,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(22)獲得實時真空推力器氣室與大氣之間的實時壓力差ΔP2,再根據閥門開度θ公式:θ=k*|ΔP1-ΔP2|,其中k為比例系數,獲得閥門II(26)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(26)所需開度θ值發送到電子控制單元(28),電子控制單元(28)分別控制伺服電機II(27)和伺服電機Ⅰ(25),伺服電機II(27)開啟閥門II(26)至所需開度θ,伺服電機Ⅰ(25)關閉閥門Ⅰ(24),真空貯氣罐(5)對真空推力器氣室進行抽氣,壓力傳感器(10)將檢測到的液壓管路實時壓力值P通過電子控制單元(28)發送到車載ECU,真空度傳感器II(22)將檢測到的真空推力器氣室與大氣之間的實時壓力差ΔP2通過電子控制單元(28)發送到車載ECU,車載ECU比較液壓管路實時壓力值P和實時液壓管路所需壓力值P0的大小:
(a)實時壓力值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)發送閥門關閉信號給伺服電機II(27),伺服電機II(27)關閉閥門II(26),保持此壓力,以恒定目的制動強度制動;
(b)實時壓力值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)發送閥門持續開啟信號給伺服電機II(27),伺服電機II(27)按照θ=k*|ΔP1-ΔP2|開啟閥門II(26)至所需開度θ,持續對真空推力器氣室進行抽氣,以調節真空推力器氣室與大氣之間的實時壓力差ΔP2,直至液壓管路實時壓力值P等于所需壓力值P0,伺服電機II(27)關閉閥門II(26),保持此壓力,以恒定目的制動強度制動;
(c)實時壓力值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)發送關閉信號給伺服電機II(27),發送開啟信號給伺服電機Ⅰ(25),伺服電機II(27)關閉閥門II(26),伺服電機Ⅰ(25)按照θ=k*|ΔP1-ΔP2|控制閥門Ⅰ(24)開啟至所需開度θ,以調節真空推力器氣室與大氣之間的實時壓力差ΔP2,直至液壓管路實時壓力值P等于所需壓力值P0,電子控制單元(28)驅動伺服電機Ⅰ(25)關閉閥門Ⅰ(24),保持此壓力,以恒定目的制動強度進行制動;
步驟六、車載ECU的縱向控制系統獲得縱向距離D在加速度對應的臨界安全距離Ln的區間范圍內且v1<v2或縱向距離D不在加速度對應的臨界安全距離Ln的區間范圍內且v1<v2或縱向距離D不在加速度對應的臨界安全距離Ln的區間范圍內且v1≥v2,車載ECU單元通過CAN總線發送汽車再次啟動信號給電子控制單元(28),電子控制單元(28)控制伺服電機II(27)關閉閥門II(26),電子控制單元(28)控制伺服電機Ⅰ(25)開啟閥門Ⅰ(24),卸除氣室膜片(17)對制動主缸推桿(18)的推力,真空度傳感器II(22)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,電子控制單元(28)驅動伺服電機Ⅰ(25)關閉閥門Ⅰ(24),汽車行駛;
車載ECU的縱向控制系統獲得縱向距離D在加速度對應的臨界安全距離Ln的區間范圍內且v1≥v2,車載ECU發送制動信號,縱向控制系統中的加速度計算器根據獲得的實時的縱向距離D、實時的自車速度v1、實時的前方障礙物速度v2、實時的加速度對應的臨界安全距離Ln,利用制動減速度αdes的公式獲得所需的實時制動減速度αdes,并重復步驟三至步驟六。