純電動(dòng)自動(dòng)駕駛觀光車制動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與研究

程泊靜 李治國(guó) 譚慧 陳標(biāo)

湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院 湖南省株洲市 412000

隨著科技的發(fā)展，自動(dòng)駕駛技術(shù)得到了社會(huì)越來(lái)越多的關(guān)注?，F(xiàn)代高科技與汽車技術(shù)相結(jié)合，無(wú)人駕駛汽車已成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外汽車業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)汽車自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵技術(shù)包括環(huán)境感知、導(dǎo)航定位、軌跡規(guī)劃和底層線控等。那么在底層線控技術(shù)框架中，制動(dòng)系統(tǒng)的自動(dòng)控制無(wú)疑是非常關(guān)鍵的，因?yàn)橹苿?dòng)系統(tǒng)直接關(guān)系到了自動(dòng)駕駛汽車的安全性能。本項(xiàng)目依托湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院-李德毅院士專家工作站針對(duì)純電動(dòng)自動(dòng)駕駛觀光車進(jìn)行改造，依據(jù)目前的有人駕駛的純電動(dòng)觀光車駕駛平臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)駕駛的純電動(dòng)觀光車駕駛平臺(tái)改造工程，對(duì)自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展具有重要意義。

1 自動(dòng)駕駛汽車發(fā)展背景

美、日等國(guó)研究自動(dòng)駕駛起步較早、基礎(chǔ)較好，并在近年來(lái)研究制定了許多政策為自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展保駕護(hù)航。我國(guó)也正在通過(guò)“中國(guó)制造2025”等一系列規(guī)劃，讓自動(dòng)駕駛技術(shù)得到國(guó)家層面的大力支持。從汽車行業(yè)來(lái)說(shuō)，目前國(guó)內(nèi)外主要的汽車制造商均涉足自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，另外互聯(lián)網(wǎng)等其他科技企業(yè)也參與進(jìn)來(lái)。如2017年，寶馬牽手百度進(jìn)行自動(dòng)駕駛汽車的技術(shù)研發(fā)。在學(xué)術(shù)界，國(guó)內(nèi)外各科研機(jī)構(gòu)、院校在國(guó)家政策的支持下，自主開(kāi)發(fā)或與企業(yè)合作探索無(wú)人駕駛技術(shù)。例如，李德毅院士在國(guó)內(nèi)首次完成北京至天津高速公路的全程無(wú)人駕駛，率先實(shí)現(xiàn)世界第一輛無(wú)人駕駛公交車鄭州至開(kāi)封的開(kāi)放道路無(wú)人駕駛。

2 純電動(dòng)自動(dòng)駕駛觀光車的制動(dòng)系統(tǒng)改造方案

2.1 自動(dòng)駕駛整體方案設(shè)計(jì)

通過(guò)查詢知網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)目前針對(duì)自動(dòng)駕駛制動(dòng)系統(tǒng)的改造已經(jīng)有了一些可供借鑒的案例。尤其是針對(duì)液壓制動(dòng)系統(tǒng)改造的方案相對(duì)比較成熟，對(duì)其進(jìn)行的自動(dòng)駕駛改造不會(huì)干擾到原有平臺(tái)功能的實(shí)現(xiàn)。

為使純電動(dòng)觀光車能夠自動(dòng)駕駛，首先需要給出整體方案設(shè)計(jì)（圖1）。通常來(lái)說(shuō)，自動(dòng)駕駛車輛為了能夠讓上位機(jī)正確的做出路徑規(guī)劃和決策需要一個(gè)強(qiáng)大的環(huán)境感知系統(tǒng)。目前本項(xiàng)目采用的是一線激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)來(lái)完成外部環(huán)境的探測(cè)，通過(guò)雷達(dá)的信息融合，得到當(dāng)前環(huán)境的行駛現(xiàn)狀。同時(shí)為了保證觀光車能夠完成在既定路線、特定區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)駕駛，本項(xiàng)目中還為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)配備的GPS導(dǎo)航設(shè)備。

圖1 自動(dòng)駕駛整體方案設(shè)計(jì)

在底層控制平臺(tái)上，為保證決策指令的正確執(zhí)行，本項(xiàng)目針對(duì)轉(zhuǎn)向、制動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)都進(jìn)行專門的改造，并設(shè)計(jì)的專用的控制ECU。

2.2 制動(dòng)系統(tǒng)改造方案

目前針對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的改造方案已經(jīng)有較多案例，雙回路系統(tǒng)、電液控制等等。在參考了大量案例和結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況后，本項(xiàng)目以下圖的純電動(dòng)觀光車（圖2）為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)駕駛改造。改造的設(shè)計(jì)目的是為了形成日后可行的產(chǎn)業(yè)化套件方案，因此主要考慮以下兩個(gè)指標(biāo)。

圖2 觀光車實(shí)物圖

2.2.1 可靠性高

2.2.2 成本低

根據(jù)設(shè)計(jì)方案的要求，通過(guò)設(shè)計(jì)制造專用連接推桿、加裝直流電動(dòng)機(jī)、設(shè)計(jì)專用制動(dòng)控制ECU的方式。設(shè)計(jì)出的執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意圖

在該系統(tǒng)中，核心部件是專門設(shè)計(jì)加工而成的連接推桿機(jī)構(gòu)和電機(jī)。為了保證設(shè)計(jì)的初衷，電機(jī)的選擇應(yīng)盡量成本低、故障率低、執(zhí)行可靠的。專用連接推桿機(jī)構(gòu)因?yàn)闀?huì)頻繁的被使用，因此應(yīng)該針對(duì)不同的工況進(jìn)行力學(xué)仿真分析，以保證高可靠性。本方案的最終實(shí)物圖如圖4所示。

圖4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)物圖

3 結(jié)語(yǔ)

本文中所提到的方案經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)可靠有效，是一種低成本高可靠性的自動(dòng)駕駛制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，為未來(lái)自動(dòng)駕駛技術(shù)產(chǎn)業(yè)化落地有較大幫助。