无人驾驶电动赛车线控制动控制研究

任建平，李刚，石晶，张旭斌

（辽宁工业大学 汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001）

前言

汽车自动驾驶技术对未来车辆智能网联技术发展起到重要作用。它是由环境感知、GPS 与IMU 导航定位技术、路径规划与决策及底层系统控制的综合系统[1]。自动驾驶技术发展已经很多年了，国内外相关公司已经达到了真实道路环境测试的阶段，但是自动驾驶技术产品化在短时间内不太可能产品化，基本会处于一个人机共存的状态，即智能驾驶系统辅助驾驶员实现更好的行车，制动系统在汽车行驶安全过程中起到重要作用，人机共驾系统的协调对车辆的制动性能也提出了新的要求，良好的制动系统可以使车辆同时具有安全性和乘坐舒适性[2-3]。目前针对于无人驾驶汽车线控制动系统的改装主要有三种方式[4]：基于原有的机械制动系统上进行改装，使用拉线的方式将制动踏板与电机连接在一起实现制动，优点对赛车的改动小，容易实现，但是制动延迟大；利用并联或者串联的方式，将柱塞泵连接在制动系统中，通过控制柱塞泵对各缸的压力实现制动，优点是赛车前端的制动电机移除，驾驶舱空间大，赛车有两套制动系统共同作用，赛车安全性能提高，而且线控系统安装于液压系统中，制动响应快，缺点控制较为复杂。替换原赛车上的制动系统，实现主动制动。传统的液压与气压制动系统由于制动回路较长，维护不便捷等，不适用于现在新型电动汽车[5]，电控机械制动可以移除驾驶舱内部一些机械制动与元件，简洁了制动系统装置[6-7]。

1 线控制动原理

传统赛车制动过程如下图1 所示，其制动时间有四部分：驾驶员反应时间、制动器作用时间、制动器连续作用时间以及制动力消除时间。

图1 赛车制动过程

赛车在紧急的制动的情况下，应该使制动距离尽可能短。假定给赛车一个初始速度Va，由上图可以得出最短制动距离应该为：

由上式可知，应该尽量缩短驾驶员响应时间与制动力作用时间，保证赛车在满足一定的制动力的范围内进行行车减速。

线控制动系统可以消除驾驶员对赛车的一些影响因素。比如驾驶员反应时间、制动器协调时间等，这样可以减少制动距离，提高赛车的制动安全性。线控制动可以完善赛车防撞及紧急停车系统等，减少赛车事故率，而且线控制动系统可以改善赛车预定行走路线，节约路径规划的成本。

图2 赛车制动系统组成

通过将主动增压部分串联在传统的机械制动主缸与控制ESP 的ECU 之间，通过开关电磁阀与动力泵可以实现无人与有人驾驶之间的转换，通过控制策略实现赛车制动或者控制速度实现路径协调跟踪。

图3 电液制动系统原理结构简图

2 结论

通过对我校FSAC 方程式赛车及参赛院校的线控制动系统详细的研究，提出了一种基于原有制动系统的串联式线控制动系统控制策略，改善赛车在行驶中的稳定性与可靠性，对无人驾驶电动赛车线控制动系统的应用提出了一种解决方案。