作者：沈克強 來源：人工智慧學習圈
無人駕駛汽車是一種智能汽車，它通過傳感器來感知車輛的周圍環境，並根據感知所獲得的數據（例如道路、車輛位置、障礙物等）信息，通過計算中心處理後，由決策執行模塊控制車輛完成，最終使車輛安全可靠的行駛。
要實現無人駕駛，控制是關鍵。無人駕駛汽車主要通過線控技術來實現自動化控制，而線控技術最難的一部分便是制動系統。汽車界流傳著這樣一句話，讓車子動起來不難，停下來難，同樣的，線控制動對於無人駕駛來說更為重要。
線控制動發展到今天，也還沒有實現真正的brake-by-wire，都是通過將電信號轉化為機械信號來控制制動系統。接下來我們按照傳統的線控制動結構，來談談無人駕駛制動系統。
Ⅰ制動系統的結構
在探討無人駕駛制動系統之前，我們先要了解傳統汽車的制動過程。在日常生活中，大家都會使用小型車輛，大部分小型車都採用液壓制動，因為液體是不能被壓縮的，能夠幾乎100%的傳遞動力，基本原理是駕駛員踩下剎車踏板，向剎車總泵中的剎車油施加壓力，液體將壓力通過管路傳遞到每個車輪剎車卡鉗的活塞上，活塞驅動剎車卡鉗夾緊剎車盤從而產生巨大摩擦力令車輛減速。
無人駕駛制動系統，顧名思義，就是要在無人駕駛狀態下根據計算中心的指令控制車輛減速，同時為了防止無人駕駛系統出錯帶來的安全隱患，制動系統還要求可以實現有人駕駛狀態下的傳統液壓制動。所以我們的制動系統至少要滿足兩種工作模式：無人駕駛模式和有人駕駛模式。
根據以上的分析，我們來設計無人駕駛的制動系統：
首先，假設無人駕駛車輛前方出現障礙物，計算中心向制動系統下達制動指令。PID控制器接收到指令後，將算法發送給制動電機驅動器，電機驅動器驅動電動推桿帶動踏板機構運動，此時可以模擬人腳剎車的狀態。踏板推動主缸活塞運動，產生液壓，剎車油進入輪缸，產生輪缸壓力，從而產生制動力。
這裡出現了一個問題，由於電子信號和人腳有著一定的區別，所以僅僅依靠踏板來帶動主缸活塞運動無法達到預定的效果，此時我們就需要加入真空助力器來模擬剎車力，帶動主缸活塞運動。
由於真實的路況是複雜多變的，制動需要隨著路況的變化而變化，此時我們需要在制動系統中添加上位移和壓力傳感器，反饋信號給計算中心以便做出調整。
Ⅱ制動系統設計
電動推桿電動推桿在該系統中作為動力來源，將電能轉化為機械能作用於踏板機構。
電機產生的轉矩Ｔｍ，與電流Ｉｍ成正比，得出：
Ｔｍ＝ＫＩｍ（K為電機力矩常數）
電流Ｉａ產生的力矩，用來克服系統所含負載慣性和摩擦。
制動踏板和真空助力器制動踏板和真空助力器均簡化為一個比例環節。實際上，真空助力器是一個非線性環節 , 它的助力係數並不是常值。但本文關注的重點是液壓系統在電動推桿位移輸入下的響應，所以在仿真以及實驗過程中做了簡化處理
制動主缸
根據液體體積的定義，得出：
其中負號表示壓強增加引起體積減小。 故以腔內製動液為研究對象， 得液體壓縮方程:
制動輪缸
制動輪缸的動力學方程為：
Ⅲ制動系統的仿真
模型驗證制動系統的模型驗證我們使用了simlink/matlab聯合仿真的方式進行，得出以下模型：
傳統液壓制動系統在駕駛員腳部離開制動踏板後，踏板在復位彈簧和制動主缸液壓力的作用下可自行復位；然而本文的研究方案中，電動推桿採用滾珠絲槓，逆效率極低。電機輸 出正 向力矩驅動推桿從而控制制動踏板； 當電機不再輸出力矩，推桿將不能在液壓力的作用下 自動復位，必須施加反向力矩才能將推桿拉回。
臺架仿真為了進一步驗證該制動系統實施方案的可行性，我們利用智能駕駛綜合開發臺架進行了驗證，實驗結果如下：
從實驗結果可以看出，位置閉環控制和液壓控制均可正常進行，但是由於制動系統存在空行程問題，在液壓控制中，如果指令為０，那麼電動推桿回到空行程零界點時液壓達到目標０，此時電動推桿將停止在零節點上，也就是說制動系統會越來越硬化，從而影響了無人駕駛的效果。
相比於液壓 閉環控制, 位置閉環控制沒有電動推桿滯留問題; 同時由於對原車的液壓制動部分 不做任何改動因而更易於實現且不降低其可靠性。並且位置閉環還可通過與油門踏板的配合 ,在駕駛員快速鬆開油門踏板時, 控制系統預先通過位置控制消除制動空行程, 從而減少制動系統響應時間。
硬體在環仿真本文搭建了基於matlab/simlink仿真軟體和dSpace快速原型的硬體在環仿真系統.整個開發流程如下:
首先我們推導出被控對象的模型，然後基於三自由度整車模型進行離線仿真和控制算法測試，仿真通過後，用實物進行替代仿真。
Ⅳ結束語
本文通過研究無人駕駛汽車制動系統，通過離線仿真和硬體在環實驗，得出以下結論：
通過離線仿真和臺架試驗，實現了閉環控制，更易於實現且可靠性高；通過硬體在環實驗，驗證了制動系統控制算法的可行性，並初步實現了ABC。
原文連結:https://zhuanlan.zhihu.com/p/144682840