一种车辆的制动系统及制动车辆的方法与流程

1.本发明涉及车辆的制动技术，尤其涉及一种在双控制模块的架构下响应自动驾驶系统产生的制动需求的电子机械制动系统与制动方法。


背景技术：

2.伴随着汽车工业的发展，人们对车辆智能化程度的要求也越来越高。车辆智能化通常表现为在车辆上配置的各种辅助系统，这些辅助系统通过控制车辆自动驾驶来解放驾驶员，从而提高车辆驾驶舒适性和便捷性。现有的辅助系统包括：自动紧急制动系统(aeb，autonomous emergency braking)、自适应巡航控制系统(acc，adaptive cruise control)、制动转向系统(sbb，steering by brake)和高级驾驶辅助系统(adas，advanced driver assistance system)等。这些不需要驾驶员干预的具有自动驾驶功能的系统通过分布在车辆上的各种传感器来获取车辆的行驶状态，随后通过先进的处理算法生成控制信号来控制车辆的驱动系统、制动系统，从而实现控制车辆自动驾驶。
3.以自动紧急制动系统为例，当其检测到车辆的前方存在障碍物、车辆即将发生碰撞的时候会及时输出制动需求。在制动转向的情景中，如果转向系统不能正常地提供足够的转向力，电子控制单元(ecu，electronic control unit)可以通过输出一个制动转向需求以使制动系统能够基于该制动转向需求实现车辆的转向。
4.区别于传统制动系统采用气体或液体作为能量传递介质，电子机械制动(electromechanical brake，emb)系统的能量传输和信号传输都以电的形式实现，是一种结构简单，响应迅速并且环境友好的车辆制动系统，是车辆制动领域未来的发展方向之一。现有的电子机械制动系统已经发展到包含有冗余的双控制模块和多个设置在轮端的各个最终产生制动的电子机械制动装置。
5.当上述的自动驾驶系统生成了外部制动需求信号后，需要由电子机械制动系统来响应，从而执行正确的制动操作。然而，对于高级别功能安全的系统而言，往往需要冗余的控制模块对操作需求进行校验或作为失效场景的备份。
6.有鉴于此，亟需要针对具有冗余控制模块和多电子机械制动装置架构的电子机械制动系统提出能够使其正确且及时响应外部制动需求的制动方法，以提供符合高级别功能安全要求的电子机械制动系统。


技术实现要素：

7.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
8.如上所描述的，为了解决现有中双控制模块和多电子机械制动装置构架的电子机械制动系统无法有效地响应外部制动需求的问题，本发明提供了一种车辆的制动系统及制
动车辆的方法，通过制动车辆的方法使得上述的制动系统能够及时响应外部制动需求，从而完善了制动系统的功能。
9.本发明的一方面提供了一种车辆的制动系统，包括至少两个控制模块和多个电子机械制动装置；上述电子机械制动装置包括轮端控制器、电机致动装置及其驱动的摩擦制动器；每一上述控制模块从制动需求产生装置接收制动需求，并根据该制动需求向每一上述轮端控制器发送控制信号；每一上述轮端控制器仅在从上述至少两个控制模块接收到的控制信号一致时响应该控制信号。
10.在上述制动系统的一实施例中，可选的，上述制动需求产生装置为非驾驶员干预的自动驾驶系统。
11.可选的，上述自动驾驶系统包括自动紧急制动系统、自适应巡航控制系统、制动转向系统和高级驾驶辅助系统中的一者或多者。
12.在上述制动系统的一实施例中，可选的，当上述至少两个控制模块中的任一者发生故障时，上述制动系统切换为安全模式；其中在上述安全模式下，上述轮端控制器仅响应于未发生故障的控制模块发出的控制信号。
13.在上述制动系统的各实施例中，可选的，上述至少两个控制模块通过各自的节点从同一通信网络接收制动需求。
14.在上述制动系统的各实施例中，可选的，上述至少两个控制模块通过至少两路通信网络分别接收上述制动需求产生装置发送的制动需求。
15.可选的，上述至少两路通信网络采用不同的协议。
16.可选的，上述至少两个控制模块对接收到的制动需求进行相互校验，且仅在制动需求一致时根据该制动需求向每一上述轮端控制器发送控制信号。
17.在上述制动系统的各实施例中，可选的，上述至少两个控制模块中仅有一个控制模块从上述制动需求产生装置接收制动需求，并将该制动需求转发至其余控制模块用以生成控制信号。
18.本发明的另一方面还提供了一种制动车辆的方法，上述车辆包括制动系统，上述制动系统包括至少两个控制模块和多个电子机械制动装置，上述电子机械制动装置包括轮端控制器、电机致动装置及其驱动的摩擦制动器，其中，上述方法包括：每一上述控制模块从制动需求产生装置接收制动需求，并根据该制动需求向每一上述轮端控制器发送控制信号；以及仅在从上述至少两个控制模块接收到的控制信号一致时，每一上述轮端控制器响应该控制信号。
19.在上述方法的一实施例中，可选的，上述方法还包括：通过非驾驶员干预的自动驾驶系统生成制动需求。
20.可选的，上述方法还包括：从自动紧急制动系统、自适应巡航控制系统、制动转向系统和高级驾驶辅助系统中的一者或多者接收制动需求。
21.在上述方法的一实施例中，可选的，上述方法还包括：当上述至少两个控制模块中的任一者发生故障时，将上述制动系统切换为安全模式；其中在上述安全模式下，上述轮端控制器仅响应于未发生故障的控制模块发出的控制信号。
22.在上述方法的各实施例中，可选的，由上述至少两个控制模块通过各自的节点从同一通信网络接收制动需求。
23.在上述方法的各实施例中，可选的，上述方法还包括：由上述至少两个控制模块通过至少两路通信网络分别接收上述制动需求产生装置发送的制动需求。
24.可选的，上述至少两路通信网络采用不同的协议。
25.可选的，上述方法还包括：使上述至少两个控制模块对接收到的制动需求进行相互校验，且仅在制动需求一致时根据该制动需求向每一上述轮端控制器发送控制信号。
26.在上述方法的各实施例中，可选的，上述控制方法还包括：仅由上述至少两个控制模块中的一个控制模块从上述制动需求产生装置接收制动需求，并将该制动需求转发至其余控制模块用以生成控制信号。
27.根据本发明所提供的车辆的制动系统及制动车辆的方法，由于具有冗余的双控制模块，并且通过设定轮端控制器的响应逻辑，能够准确且及时地响应外部制动需求，避免外部制动需求的误触发或无法响应。
附图说明
28.在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
29.图1示出了本发明所提供的制动系统一实施例的结构示意图。
30.图2示出了本发明所提供的制动系统另一实施例的结构示意图。
31.图3示出了本发明所提供的制动系统另一实施例的结构示意图。
32.图4示出了本发明所提供的制动系统另一实施例的结构示意图。
33.附图标记
34.111-112
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控制模块
35.210a、210b、210c、210d
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车轮
36.211-214
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轮端控制器
37.300
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外部制动需求产生装置
38.410-420
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通信网络
具体实施方式
39.给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。
40.在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。
41.以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
42.如上所描述的，本发明提供了一种车辆的制动系统及制动车辆的方法，通过制动车辆的方法使得上述的制动系统能够及时响应外部制动需求，从而完善了制动系统的功
能。
43.请结合图1-4来理解本发明所提供的车辆的制动系统及制动车辆的方法。本发明的一方面所提供的车辆的制动系统包括两个冗余的控制模块111、112和多个受控制模块111、112控制的为车轮提供制动力的电子机械制动装置。在一实施例中，制动系统包括四个电子机械制动装置，可以分别设置在车辆的右前轮210a、左前轮210b、右后轮210c和左后轮210d。更为具体的，每一个电子机械制动装置可以进一步包括轮端控制器(图1中的轮端控制器211-214)、电机致动装置及其驱动的摩擦制动器，每一个轮端控制器211-214均能够独立地与控制模块111、112通讯，从而能够基于控制模块111、112输出的电信号提供制动力矩。
44.在如图1所示出的实施例中，控制模块111和控制模块112分别通过各自的节点从同一个通信网络410接收来自外部制动需求产生装置300发出的外部制动需求。控制模块111和控制模块112在接收到外部制动需求后分别对外部制动需求进行处理，将其转换为适合于发送给轮端控制器211-214执行的控制信号，并分别将处理后的控制信号发送个各个轮端控制器211-214。
45.因此，各个轮端控制器211-214能够基本同时接收到分别来自控制模块111和控制模块112的控制信号。在接收到分别来自控制模块111和控制模块112输出的控制信号后，每一个轮端控制器211-214仅在从控制模块111和控制模块112接收到的控制信号一致时响应该控制信号，从而控制电机致动装置及其驱动的摩擦制动器根据该控制信号提供制动力矩。
46.上述的控制信号一致具体可以体现为：各个轮端控制器211-214均收到了控制信号，并且两个控制信号所对应的制动力矩相同，或者两个控制信号所对应的制动力矩的差别在预设的阈值范围内。当各个轮端控制器211-214在如图1所示出的实施例中仅接收到一个控制信号，则该控制信号可能为噪声信号或错误信号，应当避免响应该信号。类似的，若接收到的两个控制信号之间的差异较大，同样意味着通讯链路上存在较大的干扰或信号本身由传感器误差或计算错误导致，此时无法从差异较大的两个控制信号中确定外部制动需求产生装置300实际需要的制动扭矩，因此，应当避免响应这两个差异较大的控制信号。
47.如上所描述的，上述的外部制动需求产生装置300为非驾驶员干预的自动驾驶系统。进一步的，上述的非驾驶员干预的自动驾驶系统包括自动紧急制动系统、自适应巡航控制系统、制动转向系统和高级驾驶辅助系统中的一者或多者。需要注意的是，上述关于非驾驶员干预的自动驾驶系统的举例仅为示意性，外部制动需求产生装置300可以是现有或将有的其他并非人为干预而能够产生制动需求的装置，关于外部制动需求产生装置的具体实现方式不应不当地限制本发明的保护范围。
48.可以理解的而是，上述的通信网络410可以是现有或将有的执行任何一种应用协议的通信网络。上述的通信网络可以是can、flexray、lin或automotive ethernet，上述应用协议可以是sae j1939/iso11783、canopen、canaerospace、devicenet、nmea 2000中的一者。具体的通信网络的协议取决于本发明所提供的制动系统所应用的车辆。在如图1所示出的实施例中，控制模块111和控制模块112均独立地占用了通信网络410上的一个端口，从而能够独立地与通信网络410进行信息的交互。
49.进一步的，若冗余的双控制模块中的一者出现了故障，如图2所示出的，控制模块
112发生了故障，那么此时的制动系统切换为安全模式。在该安全模式下，由于控制模块112故障，因此，仅有控制模块111对外部制动需求产生装置300输出的制动需求进行处理，将该制动需求转化为控制信号后输出至各个轮端控制器211-214。由于控制模块112故障，因此，即使各个轮端控制器211-214仍然接收到控制模块112输出的指令，需要控制各个轮端控制其211-214忽略来自控制模块112的指令，以防止噪声干扰。可以理解的是，在该安全模式下，各个轮端控制器211-214仅响应于未发生故障的控制模块，即控制模块111发出的控制信号。控制模块的故障可以，示例性地，通过其内部或外部的诊断程序或模块进行检测。例如，根据其输入、输出数据和运行状态进行自我诊断，当诊断程序或模块认为控制模块的硬件或软件出现异常，根据异常的严重程度，控制模块会将其输出的控制信号的置信度降低或停止输出控制信号并发出异常警告，使得制动系统切换为安全模式。
50.在另一实施例中，如图3所示出的，外部制动需求产生装置300所产生的制动需求分别通过通信网络410和通信网络420进行传输，控制模块111和控制模块112分别从通信网络410和通信网络420接收到外部制动需求产生装置300输出的制动需求。在该实施例中，控制模块111和控制模块112分别独立地占用了通信网络410、通信网络420上的一个端口，从而能够独立地与通信网络410、通信网络420进行信息的交互。
51.在上述的实施例中，通信网络410和通信网络420分别采用不同的应用协议，上述的应用协议可以是sae j1939/iso11783、canopen、canaerospace、devicenet、nmea 2000，例如，通信网络410采用sae j1939/iso11783的应用协议，而通信网络420采用canopen的应用协议等，从而避免采用同种协议出现同样的信息传输错误，进一步提升安全性。
52.进一步的，在如图3所示出的实施例中，控制模块111从通信网络410接收到外部制动需求产生装置300输出的制动需求、控制模块112从通信网络420接收到外部制动需求产生装置300输出的制动需求后，首先需要使控制模块111与控制模块112进行握手，从而判断分别从通信网络410、420接收到的制动需求是否一致，只有当控制模块111从通信网络410接收到的制动需求与控制模块112通信网络420接收到的制动需求一致时，控制模块111和控制模块112才会进一步处理所接收到的制动需求。上述的制动需求一致指的是控制模块111和控制模块112均接收到了外部制动需求产生装置300发出的制动需求，且各自接收到的制动需求所对应的制动扭矩或减速度是相同的，或者各自接收到的制动需求所对应的制动扭矩或减速度的差值在预设的范围内，则认为控制模块111、112所获取的制动需求均是正确的。
53.在上述的实施例中，当控制模块111和控制模块112将控制信号发送至各个轮端控制器211-214后，轮端控制器211-214进一步判断从控制模块111和控制模块112输出的制动需求是否一致，只有当控制模块111和控制模块112输出的制动需求一致时，各个轮端控制器211-214才会响应该一致的制动需求。
54.在上述的实施例中，当所应用的车辆上搭配有不同应用协议的通信网络，可以将冗余的双控制模块分别接入不同的通信网络，并先行对从不同的通信网络接收到的制动需求是否一致来排除噪声信号，从而能够更准确地响应外部制动需求产生装置300。
55.可以理解的是，在上述如图3所示出的实施例中，若控制模块111或控制模块112中的任意一个出现故障，则可以参考图2所示出的实施例，整个制动系统进入安全模式，各个轮端控制器211-214仅响应没有出现故障的控制模块输出的控制信号，具体的请参见上文
关于图2所示出的实施例的描述，在此不再赘述。
56.在另一实施例中，若车辆上的通信网络节点有限，无法提供多个独立节点给到每一控制模块，此时将冗余的双控制模块中的任意一个作为主控制模块接入车辆的通信网络，以通过通信网络获取外部制动需求。如图4所示出的，可以选择控制模块111为从通信网络410的主控制模块，控制模块111能够独立地与通信网络410进行信息交互，从而接收外部制动需求产生装置300通过通信网络410输出的外部制动需求。
57.在上述的实施例中，当控制模块111接收到外部制动需求产生装置300输出的外部制动需求后，控制模块111将所接收到的外部制动需求转发给没有连接至通信网络410的控制模块112，从而使得控制模块111和控制模块112均接收到外部制动需求。随后，控制模块111和控制模块112分别独立地对外部制动需求进行处理，将其转换为适合于发送给轮端控制器211-214执行的控制信号，并分别将处理后的控制信号发送给各个轮端控制器211-214。
58.在接收到分别来自控制模块111和控制模块112输出的控制信号后，每一个轮端控制器211-214仅在从控制模块111和控制模块112接收到的控制信号一致时响应该控制信号，从而控制电机致动装置及其驱动的摩擦制动器根据该控制信号提供制动力矩。
59.在上述的实施例中，虽然仅有一个控制模块接入通信网络410，但通过转发外部制动需求至另一冗余的控制模块，并且设置各个轮端控制器211-214的响应逻辑，能够避免由于单一的控制模块在处理外部制动需求时发生的错误，提高整个制动系统响应外部制动需求的正确性。
60.在图4所示出的实施例中，可以理解的是，若冗余的双控制模块中未连接至通信网络410的控制模块112发生故障，则可以参考图2所示出的实施例，整个制动系统进入安全模式，各个轮端控制器211-214仅响应没有出现故障的控制模块，即连接至通信网络410的控制模块111输出的控制信号，具体的请参见上文关于图2所示出的实施例的描述，在此不再赘述。
61.至此，已经描述了在具有冗余的双控制模块的制动系统响应外部制动需求的具体实现方法。根据本发明所提供的制动系统，通过调整轮端控制器对双控制模块的响应逻辑，能够避免响应误触发的外部制动需求，从而在不同的应用环境中均能够准确、及时地响应外部制动需求。
62.本发明的另一方面还提供了一种制动车辆的方法，上述车辆包括上文所描述的制动系统，上述制动系统包括至少两个控制模块111、112和多个电子机械制动装置，上述电子机械制动装置包括轮端控制器211-214、电机致动装置及其驱动的摩擦制动器，其中，上述方法包括：每一上述控制模块从制动需求产生装置接收制动需求，并根据该制动需求向每一上述轮端控制器发送控制信号；以及仅在从上述至少两个控制模块接收到的控制信号一致时，每一上述轮端控制器响应该控制信号。
63.在上述方法的一实施例中，可选的，上述制动需求产生装置为非驾驶员干预的自动驾驶系统。进一步的，上述自动驾驶系统包括自动紧急制动系统、自适应巡航控制系统、制动转向系统和高级驾驶辅助系统中的一者或多者。
64.在上述方法的一实施例中，可选的，上述方法还包括：当上述至少两个控制模块中的任一者发生故障时，将上述制动系统切换为安全模式；其中在上述安全模式下，上述轮端
控制器仅响应于未发生故障的控制模块发出的控制信号。
65.在上述方法的各实施例中，可选的，由上述至少两个控制模块通过各自的节点从同一通信网络接收制动需求。
66.在上述方法的各实施例中，可选的，上述方法还包括：由上述至少两个控制模块通过至少两路通信网络分别接收上述制动需求产生装置发送的制动需求。进一步的，上述至少两路通信网络采用不同的协议。更为优选的，上述方法还包括：使上述至少两个控制模块对接收到的制动需求进行相互校验，且仅在制动需求一致时根据该制动需求向每一上述轮端控制器发送控制信号。
67.在上述方法的各实施例中，可选的，上述控制方法还包括：仅由上述至少两个控制模块中的一个控制模块从上述制动需求产生装置接收制动需求，并将该制动需求转发至其余控制模块用以生成控制信号。
68.关于本发明的另一方面所提供的制动车辆的方法具体实现方法可以参见本发明所提供的制动系统实现制动车辆的过程，在此不再赘述。
69.根据本发明所提供的车辆的制动系统及制动车辆的方法，由于具有冗余的双控制模块，并且通过设定轮端控制器的响应逻辑，能够准确且及时地响应外部制动需求，避免外部制动需求的误触发或无法响应。
70.本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。
71.本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。
72.结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、cd-rom、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在asic中。asic可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
73.提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。