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技术领域

本发明属于行车安全领域，具体涉及一种汽车紧急自动刹车系统及其控制方法。

背景技术

随着汽车数量的增多，交通事故也逐渐增多，汽车安全成为行业关注的重要问题，许多 的安全技术应运而生，自动刹车技术逐渐成熟并得到应用；沃尔沃汽车公司推出防撞技术， 城市安全系统作为一项最新的主动安全技术，它能够帮助司机避免城市交通常见的低速行驶 时的追尾事故；奔驰是最早进行安全研究的汽车公司之一，因此在预碰撞安全系统方面也有 很高的成就，目前著名的pre-safe预碰撞安全系统已经普及到C级、E级和S级上；丰田的 预碰撞安全系统称为Pre-CollisionSystem，简称PCS，凭借在电子技术方面的优势，丰田不 仅是最早将预碰撞安全系统装备在量产车上的品牌之一，而且一直都是世界领先水平。

申请号为201210100625.6的一种雷达测距自动刹车系统，该发明论述了自动制动系统原 理，其依据汽车与障碍物之间的距离，控制报警模块进行警报和刹车模块的刹车，但该发明 没有详细的自动刹车装置和控制方法；申请号为201510249348.9的一种车辆自动刹车装置及 其方法，该发明是通过计算车辆与障碍物发生碰撞时间，控制刹车模块对车辆进行全力刹车 或部分刹车，该发明也没有相应的自动刹车装置。本发明提供一种汽车紧急自动刹车系统及 其控制方法。

发明内容

本发明的目的为了克服现有技术的不足，而提供一种汽车紧急自动刹车系统及其控制方 法，通过汽车传动轴的驱动力使液压增压器推动附加的制动主缸产生高压油，将高压油输送 到制动回路中，使汽车制动。

本发明的技术方案是：一种汽车紧急自动刹车系统，包括检测机构、执行机构、液压增 压器、附加制动主缸和电子控制单元；

所述检测机构包括车速传感器、雷达测距传感器、制动踏板行程传感器和液体压力传感 器；所述执行机构包括电磁离合器、圆盘连杆机构、节流孔、电磁阀a和电磁阀b；

所述液压增压器包括低压腔、高压腔和储油箱；高压腔的直径小于低压腔，低压腔和高 压腔之间安装有单向阀；所述低压腔内设有活塞b，活塞b的前面与低压腔末端之间设有弹 性部件b；所述高压腔内设有活塞a，活塞a的后面与高压腔的末端之间设有弹性部件a；所 述储油箱固定在低压腔上方、且通过底部的补偿孔与低压腔连通；所述储油箱与高压腔通过 高压油管连接，所述节流孔设在储油箱与高压腔之间的高压油管上；所述液体压力传感器设 在高压腔内；所述电磁离合器的输入端与汽车传动轴连接，电磁离合器的输出端与圆盘连杆 机构的圆盘连接，圆盘连杆机构的连杆与所述活塞a的活塞杆连接；所述活塞a的活塞杆与 附加制动主缸的活塞杆连接；附加制动主缸和制动主缸通过制动油路连接；所述电磁阀a位 于附加制动主缸的出油口；所述电磁阀b位于制动主缸的出油口；

所述电子控制单元包括输入模块、运算模块、电磁阀控制模块、喷油控制模块、节流孔 控制模块、电磁离合器控制模块和输出模块；所述输入模块与检测机构电连接，用于接收车 速传感器检测的车速信号、雷达测距传感器检测的距离信号、制动踏板行程传感器检测的制 动信号和液体压力传感器检测的压力信号，并将所接收的信号传送到运算模块；所述运算模 块根据检测的车速信号和距离信号计算汽车是处于安全距离s还是危险距离s，并根据检测的 距离信号判断距离s逐渐增大还是减小，根据制动信号判断驾驶员是否进行制动，根据压力 信号判断高压腔内液压油的压力是维持在部分制动还是完全制时的液压油压力，并将运算结 果传送到节流孔控制模块、喷油控制模块、电磁离合器控制模块以及电磁阀控制模块，分别 生成节流孔控制指令、喷油控制指令、电磁离合器控制指令和电磁阀控制指令，所产生控制 指令传送到输出模块，所述输出模块与执行机构电连接，并根据控制指令分别控制执行机构 的工作。

上述方案中，还包括溢流阀，所述溢流阀安装在所述储油箱与高压腔连接的高压油管上。

上述方案中，所述执行机构还包括传动轴齿轮与小齿轮，所述传动轴齿轮的一端与汽车 传动轴连接，另一端与小齿轮啮合，小齿轮与所述电磁离合器的输入端连接。

上述方案中，还包括密封圈b和密封圈a；所述密封圈a套在活塞a上；所述密封圈b 套在活塞b上。

上述方案中，所述弹性部件a为弹簧a；所述弹簧a的一端抵在活塞a的后面，另一端抵 在高压腔的末端缸壁上。

上述方案中，所述弹性部件b为弹簧b；所述弹簧b的一端抵在活塞b的前面，另一端 抵在低压腔的末端缸壁上。

一种根据所述汽车紧急自动刹车系统的控制方法，，包括以下步骤：

Step1、车辆行驶过程中，所述检测机构进行实时检测，所述输入模块接收车速传感器检 测的车速信号、雷达测距传感器检测的距离信号、制动踏板行程传感器检测的制动信号和液 体压力传感器检测的压力信号，并将所接收的信号传送到运算模块；所述运算模块根据检测 的车速信号和距离信号计算汽车是处于第一安全位置S1、第二安全位置S2、第二危险位置 S3还是第一危险位置S4；

Step2、当运算模块计算出汽车与障碍物之间的距离为第一安全位置S1时，所述自动刹 车系统不起任何作用；

Step3、当运算模块计算出汽车与障碍物之间的距离为第二安全位置S2，并且汽车与障 碍物之间的距离s逐渐减小时，所述电子控制单元根据检测的制动信号，运算模块判断驾驶 员是否进行制动，在第二安全位置S2时为驾驶员的反应距离，当运算模块判断驾驶员没有进 行制动时，电子控制单元向汽车的发动机控制单元发出停止喷油指令，使发动机停止喷油， 此时自动刹车系统的电磁离合器不结合；

Step4、当运算模块计算出汽车与障碍物之间的距离为第二危险位置S3，并且汽车与障 碍物之间的距离s逐渐减小时，所述电子控制单元根据检测的制动信号，运算模块判断驾驶 员是否进行制动，当运算模块判断驾驶员任然没有进行制动时，电子控制单元控制电磁离合 器结合，电磁阀a打开，电磁阀b关闭；根据检测的液压油压力信号，运算模块判断高压腔 内液压油的压力是维持在部分制动还是完全制时的液压油压力，使电子控制单元实时控制节 流孔的孔径，在第二危险位置S3时，随着汽车与障碍物之间距离的减少，电子控制单元控制 高压腔内液压油的压力逐渐增大，使活塞a向前运动的距离逐渐增加，制动器的制动力逐渐 加大；

Step5、当运算模块计算出汽车与障碍物之间的距离为第一危险位置S4，并且汽车与障 碍物之间的距离s逐渐减小时，所述运算模块判断高压腔内液压油的压力能够维持在完全制 时的液压油压力时，所述电子控制单元控制节流孔完全关闭，电子控制单元控制电磁离合器 断开，此时高压腔内液压油维持高压状态，使活塞a推动附加制动主缸产生高压液压油，使 制动器进行完全制动；

Step6、当车速传感器检测的车速为零或回到安全距离S1时，电子控制单元停止向发动 机电子控制单元发送停止喷油指令，同时控制节流孔打开，在弹簧a的作用下高压腔内的液 压油被排回储油箱，电子控制单元控制电磁阀a关闭，电磁阀b导通。

上述方案中，所述步骤Step1中根据以下公式计算第一安全位置S1、第二安全位置S2、 第二危险位置S3和第一危险位置S4；

第一安全位置S1：

第二安全位置S2：

第二危险位置S3：

第一危险位置S4：

其中，τ₁驾驶员的反应时间，τ₂制动器的作用时间，U₀汽车的车速，a_bmax最大制动减速 度；s为当前障碍物与汽车的距离；s₁为汽车在驾驶员反应时间和制动器起作用时间时行驶 的距离与制动器完全起作用时行驶的距离之和；s₂为汽车在0.1s加上制动器起作用时间时行 驶的距离与制动器完全起作用时行驶的距离之和；s₃为汽车在制动器完全起作用时行驶的距 离。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明由于采用电控制，电磁离合器、电磁阀 和节流孔的运行速度较快，使产生制动所需的时间变短，有利于减小制动距离；由于采用汽 车的传动轴驱动液压增压器，因此汽车在制动时不需要额外的电动机耗电，使能耗降低，同 时增压器给传动轴反作用力，有利于减小制动距离；由于传感器能够实时采集车速和距离信 号，运算模块能根据距离公式进行实时运算，使制动做到实时动态调节，有利于提高自动制 动的可靠性和稳定性；由于采用分级制动，不会由于突然制动而造成较大的制动减速度，防 止惯性力多大造成乘客受伤，同时提高了乘坐的舒适性。

附图说明

图1是本发明一实施例的结构示意图。

图2是本发明一实施例的液压增压器剖视图。

图3是本发明一实施例的液压增压器三维图。

图4是本发明一实施例的电子控制示意图。

图5是本发明一实施例的汽车与障碍物之间距离示意图。

图中，1、电子控制单元；2、车速传感器；3、雷达测距传感器；4、制动踏板行程传感 器；5、圆盘及连杆机构；501、圆盘；502、连杆；6、电磁离合器；7、小齿轮；8、传动轴 齿轮；9、液压增压器；901、液压增压器壳；902、弹簧a；903、活塞a；904、密封圈a；905、 单向阀；906、弹簧b；907、低压腔；908、密封圈b；909、活塞b；910、螺栓a；911、储 油罐盖；912、储油罐；913、补偿孔；914、螺栓b；915、出油口；916、高压腔；917、回 油口；10、液体压力传感器；11、附加制动主缸；12、电磁阀a；13、溢流阀；14、节流孔； 15、电磁阀b。

具体实施方式

下面结合附图具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于 此。

如图1所示为本发明所述汽车紧急自动刹车系统的一种实施方式，在该实施方式中，所 述汽车紧急自动刹车系统，包括检测机构、执行机构、液压增压器9、附加制动主缸11和电 子控制单元1。

所述检测机构包括车速传感器2、雷达测距传感器3、制动踏板行程传感器4和液体压力 传感器10；所述车速传感器2用于检测汽车的车速，所述雷达测距传感器3用于检测障碍物 与汽车之间的距离，所述制动踏板行程传感器4用于检测驾驶是否踩制动踏板制动；所述液 体压力传感器10用于检测高压腔916内液压油的压力。

所述执行机构包括传动轴齿轮8、小齿轮7、电磁离合器6、圆盘连杆机构5、溢流阀13、 节流孔14、电磁阀a12和电磁阀b15。

所述液压增压器9包括低压腔907、高压腔916和储油箱912；高压腔916的直径小于低 压腔907，低压腔907和高压腔916之间安装有单向阀905。所述低压腔907内设有活塞b909， 活塞b909的前面与低压腔907末端之间设有弹性部件b；优选的，所述弹性部件b为弹簧b906； 所述弹簧b906的一端抵在活塞b909的前面，另一端抵在低压腔907的末端缸壁上。所述活 塞a903上套有密封圈a904，保证所述活塞a903与高压腔916做相对运动时的密封性。

所述高压腔916内设有活塞a903，活塞a903的后面与高压腔916的末端之间设有弹性部 件a；优选的，所述弹性部件a为弹簧a902；所述弹簧a902的一端抵在活塞a903的后面， 另一端抵在高压腔916的末端缸壁上。所述活塞b909上套有密封圈b908，保证所述活塞b909 与低压腔907做相对运动时的密封性。

所述储油箱912通过螺栓a910和螺栓b914固定在低压腔907上方，所述储油箱912的 顶部开有储油罐盖911和回油口917，底部设有补偿孔913、且通过补偿孔913与低压腔907 连通；所述储油箱912的回油口与高压腔916的出油口915通过高压油管连接，所述节流孔 14设在储油箱912与高压腔916之间的高压油管上；所述溢流阀13安装在所述储油箱912 与高压腔916连接的高压油管上；所述液体压力传感器10设在高压腔916内；所述电磁离合 器6的输入端与汽车传动轴连接，具体为所述传动轴齿轮8的一端与汽车传动轴连接，另一 端与小齿轮7啮合，小齿轮7与所述电磁离合器6的输入端连接；电磁离合器6的输出端与 圆盘连杆机构5的圆盘501连接，圆盘连杆机构5的连杆502与所述活塞a909的活塞杆连接； 所述活塞a903的活塞杆与附加制动主缸11的活塞杆连接；附加制动主缸11和制动主缸通过 制动油路连接；所述电磁阀a12位于附加制动主缸11的出油口；所述电磁阀b15位于制动主 缸的出油口。

所述活塞b909在传动轴齿轮8、小齿轮7、电磁离合器6和圆盘连杆机构5组成的传送 机构的驱动下做往复运动，使低压腔907的液压油被压入到高压腔916，由于高压腔916的 直径相对较小，单向阀905使高压腔916与低压腔907隔绝，在高压腔916内形成高压油， 高压油推动活塞a903运动，通过控制高压腔916内液压油的压力，使自动制动时能够实现分 级制动；位于液压增压器9上方的储油罐912通过补偿孔913与低压腔907连通，在连杆机 构的带动下，当活塞b909向前运动时补偿孔913关闭，低压腔907内的液压油被压入高压腔 916，当活塞b909向后运动时补偿孔913打开，储油箱912内的液压油迅速充满低压腔907； 当制动完成后，所述弹簧a902具有使活塞a903复位的作用，并使高压腔916内的液压油通 过节流孔14回到储油箱912，所述弹簧b906具有使活塞b909复位的作用。

所述电子控制单元1包括输入模块、运算模块、电磁阀控制模块、喷油控制模块、节流 孔控制模块、电磁离合器控制模块以及输出模块；所述输入模块接受车速传感器检测的车速 信号、雷达测距传感器检测的距离信号、制动踏板行程传感器检测的制动信号和液体压力传 感器检测的压力信号，并将所接受的信号传送到运算模块；所述运算模块根据检测的车速信 号和距离信号计算汽车是处于第一安全位置、第二安全位置、第二危险位置还是第一危险位 置，计算方法为：

第一安全位置S1：

第二安全位置S2：

第二危险位置S3：

第一危险位置S4：

其中，τ₁驾驶员的反应时间，τ₂制动器的作用时间，U₀汽车的车速，a_bmax最大制动减速 度；s为当前障碍物与汽车的距离；s₁为汽车在驾驶员反应时间和制动器起作用时间时行驶 的距离与制动器完全起作用时行驶的距离之和；s₂为汽车在0.1s加上制动器起作用时间时行 驶的距离与制动器完全起作用时行驶的距离之和；s₃为汽车在制动器完全起作用时行驶的距 离；

同时所述运算模块根据检测的距离信号判断当前障碍物与汽车的距离s逐渐增大还是减 小；根据制动信号判断驾驶员是否进行制动，根据液压压力信号判断高压腔916内液压油的 压力是维持在部分制动还是完全制动时的液压油压力；运算模块将运算结果传送到节流孔控 制模块、喷油控制模块、电磁离合器控制模块以及电磁阀控制模块，根据运算模块计算得到 的汽车所处位置，以及驾驶员是否进行制动，分别生成节流孔控制指令、喷油控制指令、电 磁离合器控制指令和电磁阀控制指令，并将所产生控制指令传送到输出模块，所述输出模块 与节流孔14、发动机电子控制单元、电磁离合器6、电磁阀a12电磁阀b15电连接，输出模 块根据控制指令控制节流孔14、发动机电子控制单元、电磁离合器6、电磁阀a12和电磁阀 b15的工作。汽车行驶过程中根据运算模块计算的汽车所处的位置以及距离是否逐渐减小， 电子控制单元1通过控制电磁阀a12、电磁阀b15、节流孔和电磁离合器6的工作，控制液压 增压器9的工作；根据高压腔916内液体压力的不同控制活塞a12的运动距离，实现分级制 动。

在进行自动制动时，所述传动轴齿轮8与小齿轮7啮合，将汽车传动轴的驱动力通过齿 轮传送到电磁离合器6的输入端，所述电磁离合器6在未通电时处于断开状态，当电磁离合 器6通电结合后，驱动力会通过电磁离合器6的输出轴传送到圆盘及连杆机构5，圆盘连杆 机构5推动液压增压器9的活塞b909运动；电子控制单元1根据液压增压器9高压腔907的 压力，控制节流孔14的开度，从而控制高压腔907内液压油的压力，各液压油压力下使活塞 a903运动不同的距离；所述溢流阀13的作用是防止高压腔907内液压油压力过高；所述电 磁阀a12位于附加制动主缸11的出油口，电磁阀a12处于常闭状态，防止在正常制动时，将 制动油路内的高压液压油压入附加制动主缸11，影响正常制动，当自动刹车时电磁阀a12导 通，附加制动主缸11内的高压液压油进入制动油路；电磁阀b15位于制动主缸的出油口，处 于常开状态，当汽车自动刹车时，电磁阀b15关闭，防止在自动制动时，将制动油路内的高 压液压油压入制动主缸。

一种根据所述汽车紧急自动刹车系统的控制方法，包括以下步骤：

Step1、车辆行驶过程中，所述检测机构进行实时检测，所述输入模块接收车速传感器2 检测的车速信号、雷达测距传感器3检测的距离信号、制动踏板行程传感器4检测的制动信 号和液体压力传感器10检测的压力信号，并将所接收的信号传送到运算模块；所述运算模块 根据检测的车速信号和距离信号计算汽车是处于第一安全位置S1、第二安全位置S2、第二危 险位置S3还是第一危险位置S4；

Step2、当运算模块计算出汽车与障碍物之间的距离为第一安全位置S1时，所述自动刹 车系统不起任何作用；

Step3、当运算模块计算出汽车与障碍物之间的距离为第二安全位置S2，并且汽车与障 碍物之间的距离s逐渐减小时，所述电子控制单元1根据检测的制动信号，运算模块判断驾 驶员是否进行制动，由于汽车行驶过程中紧急制动时，一般驾驶员反应时间为0.3～1.0s， 如果在0.3s以后驾驶员才制动就会发生交通事故，因此可以为0.3s，在第二安全位置S2 时为驾驶员的反应距离，当运算模块判断驾驶员没有进行制动时，电子控制单元1向汽车的 发动机控制单元发出停止喷油指令，使发动机停止喷油，此时自动刹车系统的电磁离合器6 不结合；

Step4、当运算模块计算出汽车与障碍物之间的距离为第二危险位置S3，并且汽车与障 碍物之间的距离s逐渐减小时，所述电子控制单元1根据检测的制动信号，运算模块判断驾 驶员是否进行制动，当运算模块判断驾驶员任然没有进行制动时，电子控制单元1控制电磁 离合器6结合，电磁阀a12打开，电磁阀b15关闭；根据检测的液压油压力信号，运算模块 判断高压腔916内液压油的压力是维持在部分制动还是完全制时的液压油压力，使电子控制 单元1实时控制节流孔14的孔径，在第二危险位置S3时，随着汽车与障碍物之间距离的减 少，电子控制单元1控制高压腔916内液压油的压力逐渐增大，使活塞a903向前运动的距离 逐渐增加，制动器的制动力逐渐加大；

Step5、当运算模块计算出汽车与障碍物之间的距离为第一危险位置S4，并且汽车与障 碍物之间的距离s逐渐减小时，所述运算模块判断高压腔916内液压油的压力能够维持在完 全制时的液压油压力时，所述电子控制单元1控制节流孔14完全关闭，电子控制单元1控制 电磁离合器6断开，此时高压腔916内液压油维持高压状态，使活塞a903推动附加制动主缸 11产生高压液压油，使制动器进行完全制动；

Step6、当车速传感器2检测的车速为零或回到安全距离S1时，电子控制单元1停止向 发动机电子控制单元发送停止喷油指令，同时控制节流孔14打开，在弹簧a902的作用下高 压腔916内的液压油被排回储油箱912，电子控制单元1控制电磁阀a12关闭，电磁阀b15 导通。

本发明通过汽车传动轴的驱动力使液压增压器9推动附加制动主缸11产生高压油，将高 压油输送到制动回路中，使汽车制动。本发明电子控制单元1控制电磁离合器6的结合，使 传动轴的驱动力传送到液压增压器9，通过控制高压腔916内液压油的压力控制活塞a903的 运动，活塞a903推动附加制动主缸11实现分级制动；本发明根据汽车的车速和汽车与障碍 物之间距离，实时计算汽车是处于第一安全位置S1、第二安全位置S2、第二危险位置S3还 是第一危险位置S4，电子控制单元1根据汽车所处的距离控制执行机构工作，稳定高效的实 现汽车自动刹车。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本 发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均 属于本发明的保护范围。