無人駕駛電動賽車線控制動控制研究

任建平，李剛，石晶，張旭斌

（遼寧工業(yè)大學 汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001）

前言

汽車自動駕駛技術對未來車輛智能網(wǎng)聯(lián)技術發(fā)展起到重要作用。它是由環(huán)境感知、GPS 與IMU 導航定位技術、路徑規(guī)劃與決策及底層系統(tǒng)控制的綜合系統(tǒng)[1]。自動駕駛技術發(fā)展已經(jīng)很多年了，國內(nèi)外相關公司已經(jīng)達到了真實道路環(huán)境測試的階段，但是自動駕駛技術產(chǎn)品化在短時間內(nèi)不太可能產(chǎn)品化，基本會處于一個人機共存的狀態(tài)，即智能駕駛系統(tǒng)輔助駕駛員實現(xiàn)更好的行車，制動系統(tǒng)在汽車行駛安全過程中起到重要作用，人機共駕系統(tǒng)的協(xié)調(diào)對車輛的制動性能也提出了新的要求，良好的制動系統(tǒng)可以使車輛同時具有安全性和乘坐舒適性[2-3]。目前針對于無人駕駛汽車線控制動系統(tǒng)的改裝主要有三種方式[4]：基于原有的機械制動系統(tǒng)上進行改裝，使用拉線的方式將制動踏板與電機連接在一起實現(xiàn)制動，優(yōu)點對賽車的改動小，容易實現(xiàn)，但是制動延遲大；利用并聯(lián)或者串聯(lián)的方式，將柱塞泵連接在制動系統(tǒng)中，通過控制柱塞泵對各缸的壓力實現(xiàn)制動，優(yōu)點是賽車前端的制動電機移除，駕駛艙空間大，賽車有兩套制動系統(tǒng)共同作用，賽車安全性能提高，而且線控系統(tǒng)安裝于液壓系統(tǒng)中，制動響應快，缺點控制較為復雜。替換原賽車上的制動系統(tǒng)，實現(xiàn)主動制動。傳統(tǒng)的液壓與氣壓制動系統(tǒng)由于制動回路較長，維護不便捷等，不適用于現(xiàn)在新型電動汽車[5]，電控機械制動可以移除駕駛艙內(nèi)部一些機械制動與元件，簡潔了制動系統(tǒng)裝置[6-7]。

1 線控制動原理

傳統(tǒng)賽車制動過程如下圖1 所示，其制動時間有四部分：駕駛員反應時間、制動器作用時間、制動器連續(xù)作用時間以及制動力消除時間。

圖1 賽車制動過程

賽車在緊急的制動的情況下，應該使制動距離盡可能短。假定給賽車一個初始速度Va，由上圖可以得出最短制動距離應該為：

由上式可知，應該盡量縮短駕駛員響應時間與制動力作用時間，保證賽車在滿足一定的制動力的范圍內(nèi)進行行車減速。

線控制動系統(tǒng)可以消除駕駛員對賽車的一些影響因素。比如駕駛員反應時間、制動器協(xié)調(diào)時間等，這樣可以減少制動距離，提高賽車的制動安全性。線控制動可以完善賽車防撞及緊急停車系統(tǒng)等，減少賽車事故率，而且線控制動系統(tǒng)可以改善賽車預定行走路線，節(jié)約路徑規(guī)劃的成本。

圖2 賽車制動系統(tǒng)組成

通過將主動增壓部分串聯(lián)在傳統(tǒng)的機械制動主缸與控制ESP 的ECU 之間，通過開關電磁閥與動力泵可以實現(xiàn)無人與有人駕駛之間的轉換，通過控制策略實現(xiàn)賽車制動或者控制速度實現(xiàn)路徑協(xié)調(diào)跟蹤。

圖3 電液制動系統(tǒng)原理結構簡圖

2 結論

通過對我校FSAC 方程式賽車及參賽院校的線控制動系統(tǒng)詳細的研究，提出了一種基于原有制動系統(tǒng)的串聯(lián)式線控制動系統(tǒng)控制策略，改善賽車在行駛中的穩(wěn)定性與可靠性，對無人駕駛電動賽車線控制動系統(tǒng)的應用提出了一種解決方案。