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1、无人驾驶汽车电子稳定控制系统的应用研究_王燕文 无人驾驶汽车电子稳定控制系统的应用研究 王燕文 谢泽金 陈 益 （上海汽车集团股份有限公司前瞻技术研究部，上海201804） 【摘要】无人驾驶汽车大大提高了交通系统效率和安全性，是未来汽车发展的一个方向。线控制动技 但目前线控制动技术仍处于研究阶段，技术尚未成熟。文章术是实现无人驾驶汽车底层控制的关键技术之一， 介绍了基于电子稳定控制系统进行无人驾驶汽车线控制动技术的应用研究，阐述了电子稳定控制系统面向无人并通过实车进行了无人驾驶汽车的各种制动工况功能测试验证。驾驶汽车进行的软件功能拓展设计， 【Abstract】Autonomousvehicl
2、ecangreatlyimprovethetransportationefficiencyandsafety，becomingthetrendoffuturevehicledevelopmentBBW（BrakeByWire）isoneofthekeytechnolo-giestorealizebasiccontrolofautonomousvehicleHowever，BBWisstillintheearlystageofre-searchThepapermainlystudieshowBBWtechnologyapplyinautonomousvehiclebasedontheESC（el
3、ectronicstabilitycontrolsystem），introducingsoftwaremoduleusedforESCfunctionextensionofautonomousvehicleInaddition，wedofunctionalvalidationtestsundervariousworkingconditionswithautonomoustestingvehicles 【关键词】无人驾驶汽车 电子稳定控制系统 应用研究 doi：10.3969/j.issn1007-455420160803 车路环境”的协调控制。 0引言 本文基于车辆稳定控制系统（ESC）实现线
4、控 制动功能的应用研究，通过开发制动控制软件算法策略，实现一种低成本、高可靠、集成化的无人 为无人驾驶汽车制动系驾驶汽车制动系统方案，统开发设计提供范例。 随着现代高科技与汽车技术相结合，无人驾 驶汽车已成为当今国内外汽车业发展的热点。无人驾驶汽车是一种智能汽车，可通过车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车。 在各大厂商努力推动之下，自适应巡航、前/后向主动避撞、红外夜视和自动泊车等智能化的辅助驾驶功能正逐步成为现实。通过雷达、红外传感器、摄像头等传感器探测车辆自身周围车辆、行人或障碍物信息，对车辆驱动、制动和转向等进行辅助操作，改善了车辆的驾驶体验，实现了
5、“人 1 无人驾驶汽车电子稳定控制系统 组成和工作原理 无人驾驶汽车控制系统介绍 11 无人驾驶汽车主要由环境感知技术、智能决策技术和车辆控制技术3大关键技术组成，其中 收稿日期：20160615 上海汽车2016.08 15 车辆控制技术是执行无人驾驶汽车技术的核心部分。无人驾驶汽车控制系统主要分两个子系统：上层规划系统和底层控制系统，底层控制系统主要实现车辆的横向控制和纵向控制，横向控制通过转向控制实现，纵向控制通过油门控制和制动控制实现，如图1。制动控制系统的技术要求主要包括：依据上层规划系统发出的制动压力或制动 实现全速范围内的制动减速；具备适减速度请求， 用于无人驾驶的自动驻车功能；
6、实现制动压力或 制动减速度请求仲裁；具备人工驾驶和无人驾驶模式切换功能；具备系统诊断和功能安全等 。 速度传感器和方向盘转角传感器，通过电子控制 左右车轮的驱动力和制动单元（ECU）控制前后、 力，确保车辆行驶的侧向稳定性。 ESC系统由传感器、电子控制单元和执行器3大部分组成，通过电子控制单元监控汽车运行状态，对车辆的发动机及制动系统进行干预控制。典型的汽车电子稳定控制系统在传感器上主要包括4个轮速传感器、方向盘转角传感器、侧向加速横摆角速度传感器、制动主缸压力传感度传感器、器等，执行部分则包括传统制动系统（真空助力管路和制动器）、液压调节器等，电子控制单元器、 与发动机管理系统联动，可对发
7、动机动力输出进行干预和调整。 ESC系统主要对车辆纵向和横向稳定性进行控制，保证车辆按照驾驶员的意识行驶。电子稳定控制系统的基础是ABS防抱死制动功能，该系1s内连续统在汽车制动情况下轮胎即将抱死时， 。如此一制动上百次，有点类似于机械式“点刹”来，在车辆全力制动时，轮胎依然可以保证滚动， 滚动摩擦的效果比抱死后的滑动摩擦效果好，且可以控制车辆行驶方向。 另一方面ESC系统会与发动机ECU协同工作，当驱动轮打滑时通过对比各个车轮的转速，电立刻自动减少节子系统判断出驱动轮是否打滑，气门进气量，降低发动机转速从而减少动力输出， 图1 无人驾驶汽车控制系统 对打滑的驱动轮进行制动。这样便可以减少打滑
8、并保持轮胎与地面抓地力之间最合适的动力输出，避免发生打滑现象，如图2。ESC系统在保证车辆横向稳定性方面体现在当系统通过转角传感器、横向加速度传感器及轮系速传感器的信号发现车辆转向不足或过度时，统会控制单个或多个车轮进行制动，来调整汽车变换车道或在过弯时的车身姿态，使汽车在变换车道或过弯时能够更加平稳而安全，如图3。 目前多数无人驾驶汽车制动系统通过外加踏 板控制改装机构来实现，集成化程度低，可靠性存在系统响应时间长、制动控制性能差等问差， 题。采用集成化方案实现对制动系统的控制成为发展趋势，车辆稳定控制系统随着技术的发展逐步成熟并应用于智能驾驶辅助系统，基于车辆稳定控制系统进行控制策略算法开
9、发将满足无人驾驶汽车制动系统的功能开发要求。12 电子稳定控制系统组成和工作原理汽车电子稳定控制系统是车辆新型的主动安全系统，是汽车防抱死制动系统（ABS）和牵引力控制系统（TCS）功能的进一步扩展，并在此基础 增加了车辆转向行驶时横摆率传感器、侧向加上，16 2 无人驾驶汽车电子稳定控制系统 设计 随着汽车电子技术的快速发展，电子稳定控制系统技术发展很快，功能变得越来越强大。电 上海汽车2016.08 图2 电子稳定控制系统侧滑控制 图4 电子稳定控制系统电子控制单元结构 图3电子稳定控制系统转向过度和不足控制 子稳定控制系统随着控制技术的不断进步，除具备传统的制动防抱死（ABS）、制动力分
10、配（EBD）、牵引力控制（TCS）、电子车身稳定（ESP）和刹车辅助（BA）等功能外，还具有自适应巡航（ACC）、紧急制动（AEB）等功能。无人驾驶汽车制动系统可在硬件不以基于先进的电子稳定控制系统技术，变的前提下，进行软件开发实现功能的拓展。电子控制单元是电子稳定控制系统的核心部件，一般由液压调节单元（HCU）、传感器和控制单元（ECU）组成，如图4。其液压控制原理如图5。 先进的电子稳定控制系统控制单元软件模块EBD、TCS、ESP等功能外，除实现传统ABS、还增加了自适应巡航控制（ACC）、碰撞缓解系统（CMS）、自动驻车（AVH）等软件模块，实现汽车智能驾驶辅助系统功能。无人驾驶汽车制
11、动系统可基于电子稳定控制系统控制单元增加的ACC、CMS和AVH软件模块进行功能拓展开发， 其软件 上海汽车2016.08 图5 电子稳定控制系统液压原理图 系统架构如图6。 ACC能够自动控制车速使车辆与前车保持一个安全距离。无人驾驶汽车的ESC软件中ACC模块能够接受来自总线的制动压力或减速度请 采用一种舒适平缓的方式实现该减速请求。求， CMS是为达到避免碰撞或者减小碰撞速度的目能够对即将到来的碰撞提醒驾驶员并帮助实的， 现车辆的最大制动减速，也能够在紧急情况下实现系统独立刹车，最大减速度能够达到1g。无人驾驶汽车的ESC软件中CMS模块能够接受来自总线的减速/预建压请求，尽可能快地实现
12、来自总线的减速度请求建立轮压。AVH可以帮助驾驶员自动施加制动力实现驻车功能，并在车辆再次启 17 动功能 。 图6无人驾驶汽车电子稳定控制系统软件架构简图 动时自动释放制动力。无人驾驶汽车的ESC软件中AVH模块，当车辆在ACC或CMS控制下减速AVH模块能够从ACC或CMS模到静止状态后， 块上接管对车辆的控制权，保持制动压力实现驻车功能。无人驾驶汽车电子稳定控制系统基于ESC中原有的CMS、ACC和AVH模块进行开发，通过ACC模块控制车辆实现平顺性减速（ACC功能）请求，通过CMS模块控制车辆实现紧急性减通过AVH模块实现对车辆在速（AEB功能）请求， 静止状态的管理及与电子驻车系统（
13、EPB）的协调控制。 无人驾驶汽车电子稳定控制系统软件流程图如图7，无人驾驶汽车车辆控制单元（VCU）给ESCESC判断减速请求指令数据是否发送减速请求，正确有效，若无效将反馈给VCU上报指令数据错误，若判断正确有效，经过ESC仲裁判断属于常规制动还是紧急制动的请求。一般减速度小于04g为常规制动，大于04g为紧急制动。如果是常规制动请求将通过ACC模块来实现ACC工况的制动扭矩控制，如果是紧急制动请求将通过CMS模块来实现AEB工况的制动扭矩控制，实时判断车辆是否达到了减速请求的要求，并与VCU形成闭环实现车速的控制。当车辆实现减速请求后需要停车，将通过AVH模块实现静止状态的管理并与EPB
14、进行协调控制，实现无人驾驶汽车的自动制18 图7 无人驾驶汽车电子稳定控制系统软件流程图 3实车验证 基于电子稳定控制系统应用开发的无人驾驶 汽车进行了实车验证，分别对常规制动（ACC功紧急制动（AEB功能）和自动驻车（EPB功能）、 能）进行测试。 常规制动测试如图8。在无人驾驶模式下，当车速为20km/h时，VCU发出制动减速请求，减 2 速度值为3m/s，对车速和实际减速度进行了测试。测试显示，经过09s，车辆实际减速度达到 2 要求值3m/s，经过18s车辆停止，实现了常规制动功能。 紧急制动（AEB功能）测试如图9。在无人驾驶模式下，当车速为35km/h时，VCU发出制动 2减速请求
15、，减速度值为8m/s，对车速和实际减速度进行了测试。测试显示，经过09s时间，车2 经过19s车辆实际减速度达到要求值8m/s， 辆停止，实现了紧急制动功能。 自动驻车功能测试如图10，在无人驾驶模式 VCU发出减速请求，下，当车速为20km/h时，减 上海汽车2016.08 图8 无人驾驶汽车常规制动功能测试 图10无人驾驶汽车自动驻车功能测试 的功能，而且制动系统不需要做较大更改，实现了低成本、集成化的设计方案。 参考文献 1卓桂荣，王宁波无人驾驶汽车制动系统研究J公路2005（11）交通科技， 2肖焱曦无人驾驶智能车制动控制系统研究D吉林：2003吉林大学， 3王伟，陈慧，李一染等无人驾
16、驶电动汽车底盘系统设J机械设计，2007（9）计与研究 4邱钊鹏无人驾驶车辆控制方式研究D北京：北京工 图9无人驾驶汽车紧急制动功能测试 2009业大学， 5周勇智能车辆中的几个关键技术研究D上海：上海2007交通大学， 速度值为3m/s，当车辆停止后发出驻车制动请求，对车速和实际减速度进行了测试。测试显 示，经过18s后车辆停止，驻车制动请求发出后，车辆保持静态驻车状态，实现了车辆停车后自动驻车功能。 通过对无人驾驶汽车常规制动、紧急制动和自动驻车的功能测试验证，电子稳定控制系统均能按VCU发出的减速请求实现车辆的制动控制。 4结语 本文介绍了一种车辆稳定控制系统在无人驾驶汽车中的应用设计方案。该方案通过实车测试验证，制动控制效果稳定可靠，且易于实现，不仅 实现了智能驾驶汽车在无人驾驶模式下自动制动 上海汽车2016.08 19