本发明涉及一种内外集成制动系统，特别涉及一种新一代乘用车载内外集成制动系统。
背景技术：
目前，根据中国国家统计局数据显示，我国近10年间的民用汽车保有量持续超过10％，带来了交通事故死亡数持续超过20万人/年的状况。其中，约80％-85％的交通事故是由驾驶人直接造成的。故保持行驶效率的同时提高驾乘安全性，是目前亟待解决的关键问题。优化车辆被动安全系统结构或主动安全控制策略，是目前提高驾乘安全性的两种主要手段。车辆被动安全技术存在缺乏预测性的刚性碰撞缺陷，而主动安全技术存在控制策略的普适性及车内执行机构机电特性约束等缺陷，开发基于主动安全技术的柔性碰撞一体化避碰系统是解决上述缺陷的关键手段。新一代乘用车载内外继承制动系统，通过在原有的被动气囊、被动碰撞车身-车架及车内制动系统基础上增加外气囊及外制动系统，提高了主被动执行机构的作动空间和机电性能；通过增加环境传感及集成控制器，集成了车辆主被动子系统，在极大程度上避免车辆间刚性碰撞并降低车内人员伤亡。
目前，国内外在车辆的被动安全领域，通过优化气囊机构及车架或承载式车身刚度，深度开发了车内被动碰撞系统，而对于车外被动碰撞系统研发较弱。在车辆的主动安全领域，深度优化了主动安全算法及车内制动系统结构。随着车辆智能化技术的提高，实现了基于车外传感的主动智能避撞功能。对于车外制动系统及主被动集成控制系统的研发较弱。车外主被动系统的缺失导致车辆减速避撞性能以及车间刚性碰撞的人员伤亡状况出现瓶颈，车辆的主被动安全机构独立而无法集成化，导致了车内冗余子系统堆积、制动应激性弱及车辆子系统间协同避撞冲突等诸多问题。
围绕乘用车载内外集成制动系统研发相对较少，中国专利201810523481.2公开了一种车外制动测控方法及制动系统，通过传感器及车外辅助人员协助，实现车辆顺利起步、停车及泊车。中国专利200820145104.1公开了一种挂车及拖车用外收鼓式自动制动装置，通过伸缩轴和拉杆机构产生制动力并通过外收鼓式机构实现制动。上述两项专利可以实现乘用车及商用车低速情况下的制动功能，但尚无法满足车辆常规制动及紧急制动功能。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决目前多数车辆的主被动安全机构独立而无法集成化，导致了车内冗余子系统堆积、制动应激性弱及车辆子系统间协同避撞冲突等诸多问题而提供的一种新一代乘用车载内外集成制动系统。
本发明提供的新一代乘用车载内外集成制动系统包括有外制动系统总成、内制动系统总成、集成控制系统、车身车架总成和传感器总成，其中外制动系统总成、内制动系统总成、集成控制系统和传感器总成均装配在车身车架总成上，外制动系统总成、内制动系统总成和传感器总成均与集成控制系统相连接，传感器总成还与内制动系统总成相连接，传感器总成能够把采集的数据实时传输给内制动系统总成和集成控制系统，集成控制系统控制外制动系统总成和内制动系统总成的工作。
外制动系统总成包括有数个外气囊、外气囊控制器、外抓地系统总成控制器、真空泵控制器和外抓地系统总成，其中数个外气囊分别位于车身车架总成左右纵梁前段及发动机舱前端，外气囊控制器位于发动机舱内并与数个外气囊电连接，外气囊控制器控制数个外气囊的启动，外抓地系统总成分别与外抓地系统总成控制器及真空泵控制器电连接，外抓地系统总成控制器及真空泵控制器控制外抓地系统总成的工作，外抓地系统总成均布于于车身车架总成的底部后横轴的后方，外抓地系统总成与车身车架总成通过磁力阀固定连接，外气囊控制器、外抓地系统总成控制器和真空泵控制器均与集成控制系统相连接，集成控制系统控制外气囊控制器、外抓地系统总成控制器和真空泵控制器的工作。
外抓地系统总成包括有磁力阀、真空泵、送缆电机、缆绞器、平衡旋翼总成、空气推进器、磁力贴板、抽气管路、抓地器、惯性仪和超声波传感器，其中磁力阀、送缆电机、空气推进器和超声波传感器分别与外抓地系统总成控制器电连接，超声波传感器能够把采集的数据实时传输给外抓地系统总成控制器，外抓地系统总成控制器控制磁力阀、送缆电机和空气推进器的工作，磁力阀位于车身车架总成的下后方，磁力阀与车身车架总成刚性连接，磁力阀通过磁力与磁力贴板相吸合，真空泵与真空泵控制器电连接，真空泵控制器控制真空泵的工作，真空泵、送缆电机及缆绞器分别位于车身车架总成的下后方，真空泵及缆绞器分别与车身车架总成刚性连接，送缆电机的电机外壳与缆绞器外壳刚性连接，送缆电机的电机输出轴与缆绞器的缆绳轴刚性连接，送缆电机控制缆绞器的工作，磁力贴板及空气推进器分别与平衡旋翼总成中的抓地上盖板刚性连接，抽气管路与平衡旋翼总成中的抓地下盖板刚性连接，并通过气道与真空泵的进气口连接，数个抓地器均布于抓地下盖板下方，并分别与抽气管路刚性连接，惯性仪与平衡旋翼总成中的抓地壳体刚性连接，用于实时测量外抓地系统总成的姿态，数个超声波传感器分别同轴固定于平衡旋翼总成中的数个旋翼圈下方。
平衡旋翼总成包括有旋翼、旋翼圈、旋翼电机、抓地上盖板、旋翼驱动器、旋翼连接板、抓地下盖板、旋翼控制器和抓地壳体，旋翼电机与旋翼驱动器电连接，旋翼驱动器与旋翼控制器电连接，旋翼控制器控制旋翼驱动器驱使旋翼电机进行工作，旋翼控制器与外抓地系统总成控制器电连接，外抓地系统总成控制器控制旋翼控制器的工作，旋翼驱动器与抓地壳体刚性连接，旋翼控制器与抓地下盖板刚性连接，抓地上盖板和抓地下盖板分别与抓地壳体刚性连接，抓地下盖板通过数个旋翼连接板分别与旋翼圈刚性连接，旋翼电机的定子部分与旋翼圈同轴刚性连接，旋翼电机的转子部分与旋翼同轴刚性连接。
内制动系统总成包括有内气囊控制器、内气囊、内制动轮缸、内主动制动控制器和液压控制单元，其中内气囊控制器与内气囊电连接，内气囊控制器控制内气囊的开启，内气囊控制器分别与集成控制系统和传感器总成相连接，集成控制系统控制内气囊控制器的工作，内主动制动控制器与液压控制单元电连接，内主动制动控制器控制液压控制单元的工作，液压控制单元通过液压管路与内制动轮缸刚性连接，液压控制单元控制内制动轮缸的工作，内主动制动控制器分别与集成控制系统和传感器总成相连接，集成控制系统控制内主动制动控制器的工作。
集成控制系统包括有交通态势评估模块、制动模式仲裁模块、内气囊释放逻辑模块、内制动系统使能逻辑模块、外制动系统使能逻辑模块和外制动系统返回逻辑模块，交通态势评估模块估计车辆周围交通参与物的运动意图，并通过预测车辆周围交通残余物与本车未来运动轨迹的纵侧向距离评估交通态势危险等级，交通态势评估模块接收传感器总成输出的环境感知信息和制动模式仲裁模块输出的系统触发指令序列后，将车辆当前所处的交通态势输出至制动模式仲裁模块，制动模式仲裁模块经过计算后，将系统触发指令序列分别传输至交通态势评估模块、内气囊释放逻辑模块、内制动系统使能逻辑模块、外制动系统使能逻辑模块和外制动系统返回逻辑模块，内制动系统使能逻辑模块同时接收传感器总成输出的环境感知信息和制动模式仲裁模块的系统触发指令序列，经过计算后将触发信号输出至内制动系统总成中的内主动制动控制器，内气囊释放逻辑模块接收制动模式仲裁模块的系统触发指令序列，经过计算后将触发信号输出至内气囊控制器，外制动系统使能逻辑模块接收制动模式仲裁模块的系统触发指令序列，经过计算后将触发信号序列分别输出至外气囊控制器和真空泵控制器，外制动系统返回逻辑模块接收制动模式仲裁模块的系统触发指令序列，经过计算后将触发信号输出至外制动系统总成中。
真空泵控制器包括抽气使能逻辑模块和真空泵控制模块，抽气使能逻辑模块接收到外制动系统使能逻辑模块的系统触发指令序列后，将控制指令输出至真空泵控制模块，真空泵控制模块接收到抽气使能逻辑模块的控制指令后输出控制指令控制真空泵，真空泵在下一时刻将控制结果反馈至真空泵控制模块中。
外抓地系统总成控制器包括旋翼姿态控制模块、推进控制模块、系统离合模块和送缆控制模块，旋翼姿态控制模块包括旋翼动力学数学模型和pid控制模块，系统离合模块接收外制动系统使能逻辑模块的系统触发指令序列后，将控制指令分别输出至旋翼姿态控制模块、推进控制模块、送缆控制模块和磁力阀中，磁力阀在下一时刻将状态信号反馈至系统离合模块，旋翼姿态控制模块接收到系统离合模块的控制指令后输出控制指令控制平衡旋翼总成，平衡旋翼总成在下一时刻将状态信号反馈回旋翼姿态控制模块，旋翼姿态控制模块在下一时刻将控制结果反馈至系统离合模块中，送缆控制模块接收到系统离合模块的控制指令后输出控制指令控制送缆电机，送缆电机在下一时刻将状态信号反馈回送缆控制模块，送缆控制模块在下一时刻将控制结果反馈至系统离合模块中，推进控制模块接收到系统离合模块的控制指令后输出控制指令控制空气推进器，空气推进器在下一时刻将状态信号反馈回推进控制模块，推进控制模块在下一时刻将控制结果反馈至系统离合模块中。
旋翼姿态控制模块中的旋翼动力学数学模型如下式所示：
式中，xe、ye和ze分别为机体坐标系下的旋翼位移矢量，m为平衡旋翼总成、空气推进器、磁力贴板、抽气管路、抓地器、惯性仪及超声波传感器的质量之和，θy、θr和θp分别为侧倾角、横摆角和俯仰角，u1、u2、u3和u4分别为垂直方向控制量、横摆控制量、俯仰控制量和侧偏控制量，kr和kf分别为旋翼的升力系数和空气阻力系数，ix、iy和iz分别为绕机体坐标系坐标轴的转动惯量，ir为各个旋翼的转动惯量，ω为旋翼转速的代数和，l为旋翼的转轴到质心的距离，g为重力加速度；控制量u1、u2、u3和u4分别通过pid控制模块实现跟随控制，pid控制模块的输入为各控制量期的控制偏差，输出为期望的旋翼电机扭矩值。
传感器总成由数个毫米波雷达组成，传感器总成位于车身车架总成的正前方和正后方，传感器总成与车身车架总成刚性连接。
本发明的工作原理：
本发明提供的新一代乘用车载内外集成制动系统可以加装在任意类型的乘用车上，实现无制动、常规制动及紧急制动等乘用车制动功能需求以及碰撞功能需求。在车辆行驶过程中，集成控制系统中的交通态势评估模块计算并输出常规制动模式或紧急制动模式等制动模式结果。
当车辆处于常规制动模式时，驾驶人踩下制动踏板后，集成控制系统中的制动模式仲裁模块通过内制动系统使能逻辑模块触发内制动系统总成。液压控制单元通过液压管路在内制动轮缸中建立制动压力，制动轮缸推动制动钳产生车辆的液压制动力。
当车辆的常规制动模式结束时，驾驶人松开制动踏板，集成控制系统中的制动模式仲裁模块通过内制动系统使能逻辑模块关闭内制动系统总成。液压控制单元通过液压管路在内制动轮缸中释放制动压力，制动轮缸释放制动钳解除车辆的液压制动力。
当车辆处于紧急制动模式时，集成控制系统中的制动模式仲裁模块分别通过内制动系统使能逻辑模块及外制动系统使能逻辑模块触发内制动系统总成中的内主动制动控制器及外制动系统总成中的真空泵控制器及系统离合模块。内制动系统总成中的内主动制动控制器通过控制液压控制单元在内制动轮缸中建立制动压力，制动轮缸推动制动钳产生车辆的制动力。外制动系统总成中的系统离合模块关闭磁力阀，同时分别触发旋翼姿态控制模块、送缆控制模块及推进控制模块。旋翼姿态控制模块控制平衡旋翼总成中的数个旋翼电机旋转，旋翼电机带动旋翼旋转提供升降力，进而使平衡旋翼总成获得飞行升降力。惯性仪实时反馈平衡旋翼总成的侧倾、俯仰及横摆姿态角至旋翼姿态控制模块，完成闭环控制，保证外制动系统总成平稳飞行。送缆控制模块控制送缆电机旋转，使缆绞器上的缆绳逐圈脱开，同平衡旋翼总成随动。推进控制模块控制空气推进器产生向下推进力，带动外制动系统总成向下运动。当数个超声波传感器检测到的离地高度满足真空泵控制器中的抽气使能逻辑模块时，抽气使能逻辑模块触发真空泵控制模块。真空泵控制模块控制真空泵，真空泵通过抽气管路，将抓地器与地面接触的密闭腔中空气抽出，产生车辆的抓地制动力。
当车辆紧急制动模式结束时，集成控制系统中的制动模式仲裁模块首先通过外制动系统使能逻辑模块关闭外制动系统总成中的真空泵控制器，并判断车辆处于常规制动模式或无制动模式。真空泵控制模块控制真空泵，真空泵通过抽气管路，将抓地器与地面接触的密闭腔与大气连通，释放车辆的抓地制动力。集成控制系统中的制动模式仲裁模块再次通过外制动系统使能逻辑模块触触发外制动系统总成中的系统离合模块。外制动系统总成中的系统离合模块关闭推进控制模块并开启磁力阀，后依次触发旋翼姿态控制模块及送缆控制模块。旋翼姿态控制模块控制平衡旋翼总成中的数个旋翼电机旋转，旋翼电机带动旋翼旋转提供升降力，进而使平衡旋翼总成获得飞行升力。惯性仪实时反馈平衡旋翼总成的侧倾、俯仰及横摆姿态角至旋翼姿态控制模块，完成闭环控制，保证外制动系统总成平稳上升飞行。送缆控制模块控制送缆电机旋转，使缆绞器上的缆绳逐圈缠绕，拉动平衡旋翼总成回缩。当缆绞器上的缆绳回收至初始位置时，磁力阀与磁力贴板吸合。外制动系统总成中的系统离合模块关闭旋翼姿态控制模块及送缆控制模块。当集成控制系统中的制动模式仲裁模块判断车辆处于常规制动模式时，所述的新一代乘用车载内外集成制动系统完成与常规制动模式下相同的动作序列及功能。当集成控制系统中的制动模式仲裁模块判断车辆处于无制动模式时，所述的新一代乘用车载内外集成制动系统完成与常规制动模式结束状态下相同的动作序列及功能。
当车辆处于碰撞模式时，所述的新一代乘用车载内外集成制动系统完成与紧急制动模式下相同的动作序列及功能。此外，集成控制系统中的制动模式仲裁模块分别通过内气囊释放逻辑模块及外制动系统总成中的外气囊控制器触发内制动系统总成中的内气囊控制器以及外制动系统总成中的数个外气囊控制器。内气囊控制器及外气囊控制器分别控制内气囊和外气囊弹出，内气囊包裹并保护驾驶人，外气囊产生于前方碰撞物间的柔性气囊碰撞体，包裹本车车辆并为其提供碰撞缓冲。
当车辆的碰撞模式结束时，所述的新一代乘用车载内外集成制动系统完成与紧急制动模式下相同的动作序列及功能。
本发明的有益效果：
1)本发明提供的新一代乘用车载内外集成制动系统通过一个内制动系统总成、一个集成控制系统、一个传感器总成及数个外制动系统总成，能够实现乘用车辆常规制动及紧急制动功能，极大地提高车辆在弱附着路面或高速极限工况下的紧急制动性能；通过集成控制系统及传感器总成的合理匹配，实现车载内外制动系统中各总成间的协同运行及集成控制；
2)本发明提供的新一代乘用车载内外集成制动系统通过外制动系统总成完成抓地制动动作，进而极大地缩短了车辆极限工况下的制动距离，并同时提高了极限工况下制动时的车辆稳定性。采用空气推进器与平衡旋翼总成的结构配置，能够实现外制动系统总成的快速且稳定的沉降动作。采用真空泵及送缆电机的结构配置，能够实现外制动系统总成的真空式抓地模式及牵引式制动模式，在保证制动时系统安全性的同时，能够达到毫秒级周期内的大制动减速度效果；
3)本发明提供的新一代乘用车载内外集成制动系统通过集成控制系统及传感器总成的合理配置，实现了车辆内外制动系统及车辆主被动制动系统的一体化感知和集成控制。该种车载电子/电气配置框架及控制策略，极大地降低了传统车辆主被动制动系统内的部件冗余，克服主被动制动系统面向事件时的异步作动缺陷，实现实时且协同的内外制动系统及主被动制动系统响应效果；
4)本发明提供的新一代乘用车载内外集成制动系统通过集成控制策略能够实时感知车辆周围的交通态势，当车辆处于危险交通态势时，集成控制策略能够合理仲裁车辆内外制动系统的作动顺序和制动程度。当车辆出现无法避免的碰撞时，集成控制策略能够合理分配内主动制动控制器、内气囊控制器、外气囊控制器及外抓地系统总成控制器的使能顺序及控制模式，使系统实现充分发挥驾驶人操纵优势前提下的安全制动辅助作用。此外，当交通态势出现危险程度突变或紧急制动解除时，集成控制策略可以依次解除内外制动系统中机构作动并还原机构状态；
5)本发明提供的新一代乘用车载内外集成制动系统对原有车载主被动安全部件做最小改动的基础上增加低成本且高性能的集成控制系统、传感系统及外制动系统总成等部件。所设计的外制动系统总成方便拆卸且执行机构可更换，采用多电机联动及旋翼式动力配置可以极大地缩小外制动系统体积，保证车辆正常行驶时的通过性；
6)本发明提供的新一代乘用车载内外集成制动系统中各总成机构结构坚固且紧凑，柔性部件刚度合理，摩擦及挠度较小，控制及反馈用传感器、驱动器工作安全可靠，输出的电信号灵敏度高，零部件对应材料选择合理，寿命较高。
附图说明
图1为本发明所述制动系统总体结构示意图。
图2为本发明所述的内制动系统总成结构示意图。
图3为本发明所述的外制动系统总成结构示意图。
图4为本发明所述的外抓地系统总成结构示意图。
图5为本发明所述的外抓地系统总成分解结构示意图。
图6为本发明所述的平衡旋翼分解结构示意图。
图7为本发明所述的制动系统控制策略模块功能原理结构框图。
上图中的标注如下：
1、外制动系统总成2、内制动系统总成3、集成控制系统4、车身车架总成5、传感器总成6、内气囊控制器7、内气囊8、内制动轮缸9、内主动制动控制器10、液压控制单元11、外气囊12、外气囊控制器13、外抓地系统总成控制器14、真空泵控制器15、外抓地系统总成16、磁力阀17、真空泵18、送缆电机19、缆绞器20、平衡旋翼总成21、空气推进器22、磁力贴板23、抽气管路24、抓地器25、惯性仪26、超声波传感器27、旋翼28、旋翼圈29、旋翼电机30、抓地上盖板31、旋翼驱动器32、旋翼连接板33、抓地下盖板34、旋翼控制器35、旋翼姿态控制模块36、交通态势评估模块37、推进控制模块38、制动模式仲裁模块39、内气囊释放逻辑模块40、内制动系统使能逻辑模块41、外制动系统使能逻辑模块42、外制动系统返回逻辑模块43、抽气使能逻辑模块44、真空泵控制模块45、系统离合模块46、送缆控制模块47、抓地壳体。
具体实施方式
请参阅图1至图7所示：
本发明提供的新一代乘用车载内外集成制动系统包括有外制动系统总成1、内制动系统总成2、集成控制系统3、车身车架总成4和传感器总成5，其中外制动系统总成1、内制动系统总成2、集成控制系统3和传感器总成5均装配在车身车架总成4上，外制动系统总成1、内制动系统总成2和传感器总成5均与集成控制系统3相连接，传感器总成5还与内制动系统总成2相连接，传感器总成5能够把采集的数据实时传输给内制动系统总成2和集成控制系统3，集成控制系统3控制外制动系统总成1和内制动系统总成2的工作。
外制动系统总成1包括有数个外气囊11、外气囊控制器12、外抓地系统总成控制器13、真空泵控制器14和外抓地系统总成15，其中数个外气囊11分别位于车身车架总成4左右纵梁前段及发动机舱前端，外气囊控制器12位于发动机舱内并与数个外气囊11电连接，外气囊控制器12控制数个外气囊11的启动，外抓地系统总成15分别与外抓地系统总成控制器13及真空泵控制器14电连接，外抓地系统总成控制器13及真空泵控制器14控制外抓地系统总成15的工作，外抓地系统总成15均布于于车身车架总成4的底部后横轴的后方，外抓地系统总成15与车身车架总成4通过磁力阀16固定连接，外气囊控制器12、外抓地系统总成控制器13和真空泵控制器14均与集成控制系统3相连接，集成控制系统3控制外气囊控制器12、外抓地系统总成控制器13和真空泵控制器14的工作。
外抓地系统总成15包括有磁力阀16、真空泵17、送缆电机18、缆绞器19、平衡旋翼总成20、空气推进器21、磁力贴板22、抽气管路23、抓地器24、惯性仪25和超声波传感器26，其中磁力阀16、送缆电机18、空气推进器21和超声波传感器26分别与外抓地系统总成控制器13电连接，超声波传感器26能够把采集的数据实时传输给外抓地系统总成控制器13，外抓地系统总成控制器13控制磁力阀16、送缆电机18和空气推进器21的工作，磁力阀16位于车身车架总成4的下后方，磁力阀16与车身车架总成4刚性连接，磁力阀16通过磁力与磁力贴板22相吸合，真空泵17与真空泵控制器14电连接，真空泵控制器14控制真空泵17的工作，真空泵17、送缆电机18及缆绞器19分别位于车身车架总成4的下后方，真空泵17及缆绞器19分别与车身车架总成4刚性连接，送缆电机18的电机外壳与缆绞器19外壳刚性连接，送缆电机18的电机输出轴与缆绞器19的缆绳轴刚性连接，送缆电机18控制缆绞器19的工作，磁力贴板22及空气推进器21分别与平衡旋翼总成20中的抓地上盖板30刚性连接，抽气管路23与平衡旋翼总成20中的抓地下盖板33刚性连接，并通过气道与真空泵17的进气口连接，数个抓地器24均布于抓地下盖板33下方，并分别与抽气管路23刚性连接，惯性仪25与平衡旋翼总成20中的抓地壳体47刚性连接，用于实时测量外抓地系统总成15的姿态，数个超声波传感器26分别同轴固定于平衡旋翼总成20中的数个旋翼圈28下方。
平衡旋翼总成20包括有旋翼27、旋翼圈28、旋翼电机29、抓地上盖板30、旋翼驱动器31、旋翼连接板32、抓地下盖板33、旋翼控制器34和抓地壳体47，旋翼电机29与旋翼驱动器31电连接，旋翼驱动器31与旋翼控制器34电连接，旋翼控制器34控制旋翼驱动器31驱使旋翼电机29进行工作，旋翼控制器34与外抓地系统总成控制器13电连接，外抓地系统总成控制器13控制旋翼控制器34的工作，旋翼驱动器31与抓地壳体47刚性连接，旋翼控制器34与抓地下盖板33刚性连接，抓地上盖板30和抓地下盖板33分别与抓地壳体47刚性连接，抓地下盖板33通过数个旋翼连接板32分别与旋翼圈28刚性连接，旋翼电机29的定子部分与旋翼圈28同轴刚性连接，旋翼电机29的转子部分与旋翼27同轴刚性连接。
内制动系统总成2包括有内气囊控制器6、内气囊7、内制动轮缸8、内主动制动控制器9和液压控制单元10，其中内气囊控制器6与内气囊7电连接，内气囊控制器6控制内气囊7的开启，内气囊控制器6分别与集成控制系统3和传感器总成5相连接，集成控制系统3控制内气囊控制器6的工作，内主动制动控制器9与液压控制单元10电连接，内主动制动控制器9控制液压控制单元10的工作，液压控制单元10通过液压管路与内制动轮缸8刚性连接，液压控制单元10控制内制动轮缸8的工作，内主动制动控制器9分别与集成控制系统3和传感器总成5相连接，集成控制系统3控制内主动制动控制器9的工作。
集成控制系统3包括有交通态势评估模块36、制动模式仲裁模块38、内气囊释放逻辑模块39、内制动系统使能逻辑模块40、外制动系统使能逻辑模块41和外制动系统返回逻辑模块42，交通态势评估模块36估计车辆周围交通参与物的运动意图，并通过预测车辆周围交通残余物与本车未来运动轨迹的纵侧向距离评估交通态势危险等级，交通态势评估模块36接收传感器总成5输出的环境感知信息和制动模式仲裁模块38输出的系统触发指令序列后，将车辆当前所处的交通态势输出至制动模式仲裁模块38，制动模式仲裁模块38经过计算后，将系统触发指令序列分别传输至交通态势评估模块36、内气囊释放逻辑模块39、内制动系统使能逻辑模块40、外制动系统使能逻辑模块41和外制动系统返回逻辑模块42，内制动系统使能逻辑模块40同时接收传感器总成5输出的环境感知信息和制动模式仲裁模块38的系统触发指令序列，经过计算后将触发信号输出至内制动系统总成2中的内主动制动控制器9，内气囊释放逻辑模块39接收制动模式仲裁模块38的系统触发指令序列，经过计算后将触发信号输出至内气囊控制器6，外制动系统使能逻辑模块41接收制动模式仲裁模块38的系统触发指令序列，经过计算后将触发信号序列分别输出至外气囊控制器12和真空泵控制器14，外制动系统返回逻辑模块42接收制动模式仲裁模块38的系统触发指令序列，经过计算后将触发信号输出至外制动系统总成1中。
真空泵控制器14包括抽气使能逻辑模块43和真空泵控制模块44，抽气使能逻辑模块43接收到外制动系统使能逻辑模块41的系统触发指令序列后，将控制指令输出至真空泵控制模块44，真空泵控制模块44接收到抽气使能逻辑模块43的控制指令后输出控制指令控制真空泵17，真空泵17在下一时刻将控制结果反馈至真空泵控制模块44中。
外抓地系统总成控制器13包括旋翼姿态控制模块35、推进控制模块37、系统离合模块45和送缆控制模块46，旋翼姿态控制模块35包括旋翼动力学数学模型和pid控制模块，系统离合模块45接收外制动系统使能逻辑模块41的系统触发指令序列后，将控制指令分别输出至旋翼姿态控制模块35、推进控制模块37、送缆控制模块46和磁力阀16中，磁力阀16在下一时刻将状态信号反馈至系统离合模块45，旋翼姿态控制模块35接收到系统离合模块45的控制指令后输出控制指令控制平衡旋翼总成20，平衡旋翼总成20在下一时刻将状态信号反馈回旋翼姿态控制模块35，旋翼姿态控制模块35在下一时刻将控制结果反馈至系统离合模块45中，送缆控制模块46接收到系统离合模块45的控制指令后输出控制指令控制送缆电机18，送缆电机18在下一时刻将状态信号反馈回送缆控制模块46，送缆控制模块46在下一时刻将控制结果反馈至系统离合模块45中，推进控制模块37接收到系统离合模块45的控制指令后输出控制指令控制空气推进器21，空气推进器21在下一时刻将状态信号反馈回推进控制模块37，推进控制模块37在下一时刻将控制结果反馈至系统离合模块45中。
旋翼姿态控制模块35中的旋翼动力学数学模型如下式所示：
式中，xe、ye和ze分别为机体坐标系下的旋翼位移矢量，m为平衡旋翼总成20、空气推进器21、磁力贴板22、抽气管路23、抓地器24、惯性仪25及超声波传感器26的质量之和，θy、θr和θp分别为侧倾角、横摆角和俯仰角，u1、u2、u3和u4分别为垂直方向控制量、横摆控制量、俯仰控制量和侧偏控制量，kr和kf分别为旋翼27的升力系数和空气阻力系数，ix、iy和iz分别为绕机体坐标系坐标轴的转动惯量，ir为各个旋翼27的转动惯量，ω为旋翼转速的代数和，l为旋翼27的转轴到质心的距离，g为重力加速度；
控制量u1、u2、u3和u4分别通过pid控制模块实现跟随控制，pid控制模块的输入为各控制量期的控制偏差，输出为期望的旋翼电机29扭矩值。
传感器总成5由数个毫米波雷达组成，传感器总成5位于车身车架总成4的正前方和正后方，传感器总成5与车身车架总成4刚性连接。
本发明的工作原理：
本发明提供的新一代乘用车载内外集成制动系统可以加装在任意类型的乘用车上，实现无制动、常规制动及紧急制动等乘用车制动功能需求以及碰撞功能需求。在车辆行驶过程中，集成控制系统3中的交通态势评估模块36计算并输出常规制动模式或紧急制动模式等制动模式结果。
当车辆处于常规制动模式时，驾驶人踩下制动踏板后，集成控制系统3中的制动模式仲裁模块38通过内制动系统使能逻辑模块40触发内制动系统总成2。液压控制单元10通过液压管路在内制动轮缸8中建立制动压力，制动轮缸8推动制动钳产生车辆的液压制动力。
当车辆的常规制动模式结束时，驾驶人松开制动踏板，集成控制系统3中的制动模式仲裁模块38通过内制动系统使能逻辑模块40关闭内制动系统总成2。液压控制单元10通过液压管路在内制动轮缸8中释放制动压力，制动轮缸8释放制动钳解除车辆的液压制动力。
当车辆处于紧急制动模式时，集成控制系统3中的制动模式仲裁模块38分别通过内制动系统使能逻辑模块40及外制动系统使能逻辑模块41触发内制动系统总成2中的内主动制动控制器9及外制动系统总成1中的真空泵控制器14及系统离合模块45。内制动系统总成2中的内主动制动控制器9通过控制液压控制单元10在内制动轮缸8中建立制动压力，制动轮缸8推动制动钳产生车辆的制动力。外制动系统总成1中的系统离合模块45关闭磁力阀16，同时分别触发旋翼姿态控制模块35、送缆控制模块46及推进控制模块37。旋翼姿态控制模块35控制平衡旋翼总成20中的数个旋翼电机29旋转，旋翼电机29带动旋翼27旋转提供升降力，进而使平衡旋翼总成20获得飞行升降力。惯性仪25实时反馈平衡旋翼总成20的侧倾、俯仰及横摆姿态角至旋翼姿态控制模块35，完成闭环控制，保证外制动系统总成1平稳飞行。送缆控制模块46控制送缆电机18旋转，使缆绞器19上的缆绳逐圈脱开，同平衡旋翼总成20随动。推进控制模块37控制空气推进器21产生向下推进力，带动外制动系统总成1向下运动。当数个超声波传感器26检测到的离地高度满足真空泵控制器14中的抽气使能逻辑模块43时，抽气使能逻辑模块43触发真空泵控制模块44。真空泵控制模块44控制真空泵17，真空泵17通过抽气管路23，将抓地器24与地面接触的密闭腔中空气抽出，产生车辆的抓地制动力。
当车辆紧急制动模式结束时，集成控制系统3中的制动模式仲裁模块38首先通过外制动系统使能逻辑模块41关闭外制动系统总成1中的真空泵控制器14，并判断车辆处于常规制动模式或无制动模式。真空泵控制模块44控制真空泵17，真空泵17通过抽气管路23，将抓地器24与地面接触的密闭腔与大气连通，释放车辆的抓地制动力。集成控制系统3中的制动模式仲裁模块38再次通过外制动系统使能逻辑模块触41触发外制动系统总成1中的系统离合模块45。外制动系统总成1中的系统离合模块45关闭推进控制模块37并开启磁力阀16，后依次触发旋翼姿态控制模块35及送缆控制模块46。旋翼姿态控制模块35控制平衡旋翼总成20中的数个旋翼电机29旋转，旋翼电机29带动旋翼27旋转提供升降力，进而使平衡旋翼总成20获得飞行升力。惯性仪25实时反馈平衡旋翼总成20的侧倾、俯仰及横摆姿态角至旋翼姿态控制模块35，完成闭环控制，保证外制动系统总成1平稳上升飞行。送缆控制模块46控制送缆电机18旋转，使缆绞器19上的缆绳逐圈缠绕，拉动平衡旋翼总成20回缩。当缆绞器19上的缆绳回收至初始位置时，磁力阀16与磁力贴板22吸合。外制动系统总成1中的系统离合模块45关闭旋翼姿态控制模块35及送缆控制模块46。当集成控制系统3中的制动模式仲裁模块38判断车辆处于常规制动模式时，所述的新一代乘用车载内外集成制动系统完成与常规制动模式下相同的动作序列及功能。当集成控制系统3中的制动模式仲裁模块38判断车辆处于无制动模式时，所述的新一代乘用车载内外集成制动系统完成与常规制动模式结束状态下相同的动作序列及功能。
当车辆处于碰撞模式时，所述的新一代乘用车载内外集成制动系统完成与紧急制动模式下相同的动作序列及功能。此外，集成控制系统3中的制动模式仲裁模块38分别通过内气囊释放逻辑模块39及外制动系统总成1中的外气囊控制器12触发内制动系统总成2中的内气囊控制器6以及外制动系统总成1中的数个外气囊控制器12。内气囊控制器6及外气囊控制器12分别控制内气囊7和外气囊11弹出，内气囊7包裹并保护驾驶人，外气囊11产生于前方碰撞物间的柔性气囊碰撞体，包裹本车车辆并为其提供碰撞缓冲。
当车辆的碰撞模式结束时，所述的新一代乘用车载内外集成制动系统完成与紧急制动模式下相同的动作序列及功能。
1.一种新一代乘用车载内外集成制动系统，其特征在于：包括有外制动系统总成、内制动系统总成、集成控制系统、车身车架总成和传感器总成，其中外制动系统总成、内制动系统总成、集成控制系统和传感器总成均装配在车身车架总成上，外制动系统总成、内制动系统总成和传感器总成均与集成控制系统相连接，传感器总成还与内制动系统总成相连接，传感器总成能够把采集的数据实时传输给内制动系统总成和集成控制系统，集成控制系统控制外制动系统总成和内制动系统总成的工作。
2.根据权利要求1所述的一种新一代乘用车载内外集成制动系统，其特征在于：所述的外制动系统总成包括有数个外气囊、外气囊控制器、外抓地系统总成控制器、真空泵控制器和外抓地系统总成，其中数个外气囊分别位于车身车架总成左右纵梁前段及发动机舱前端，外气囊控制器位于发动机舱内并与数个外气囊电连接，外气囊控制器控制数个外气囊的启动，外抓地系统总成分别与外抓地系统总成控制器及真空泵控制器电连接，外抓地系统总成控制器及真空泵控制器控制外抓地系统总成的工作，外抓地系统总成均布于于车身车架总成的底部后横轴的后方，外抓地系统总成与车身车架总成通过磁力阀固定连接，外气囊控制器、外抓地系统总成控制器和真空泵控制器均与集成控制系统相连接，集成控制系统控制外气囊控制器、外抓地系统总成控制器和真空泵控制器的工作。
3.根据权利要求2所述的一种新一代乘用车载内外集成制动系统，其特征在于：所述的外抓地系统总成包括有磁力阀、真空泵、送缆电机、缆绞器、平衡旋翼总成、空气推进器、磁力贴板、抽气管路、抓地器、惯性仪和超声波传感器，其中磁力阀、送缆电机、空气推进器和超声波传感器分别与外抓地系统总成控制器电连接，超声波传感器能够把采集的数据实时传输给外抓地系统总成控制器，外抓地系统总成控制器控制磁力阀、送缆电机和空气推进器的工作，磁力阀位于车身车架总成的下后方，磁力阀与车身车架总成刚性连接，磁力阀通过磁力与磁力贴板相吸合，真空泵与真空泵控制器电连接，真空泵控制器控制真空泵的工作，真空泵、送缆电机及缆绞器分别位于车身车架总成的下后方，真空泵及缆绞器分别与车身车架总成刚性连接，送缆电机的电机外壳与缆绞器外壳刚性连接，送缆电机的电机输出轴与缆绞器的缆绳轴刚性连接，送缆电机控制缆绞器的工作，磁力贴板及空气推进器分别与平衡旋翼总成中的抓地上盖板刚性连接，抽气管路与平衡旋翼总成中的抓地下盖板刚性连接，并通过气道与真空泵的进气口连接，数个抓地器均布于抓地下盖板下方，并分别与抽气管路刚性连接，惯性仪与平衡旋翼总成中的抓地壳体刚性连接，用于实时测量外抓地系统总成的姿态，数个超声波传感器分别同轴固定于平衡旋翼总成中的数个旋翼圈下方。
4.根据权利要求3所述的一种新一代乘用车载内外集成制动系统，其特征在于：所述的平衡旋翼总成包括有旋翼、旋翼圈、旋翼电机、抓地上盖板、旋翼驱动器、旋翼连接板、抓地下盖板、旋翼控制器和抓地壳体，旋翼电机与旋翼驱动器电连接，旋翼驱动器与旋翼控制器电连接，旋翼控制器控制旋翼驱动器驱使旋翼电机进行工作，旋翼控制器与外抓地系统总成控制器电连接，外抓地系统总成控制器控制旋翼控制器的工作，旋翼驱动器与抓地壳体刚性连接，旋翼控制器与抓地下盖板刚性连接，抓地上盖板和抓地下盖板分别与抓地壳体刚性连接，抓地下盖板通过数个旋翼连接板分别与旋翼圈刚性连接，旋翼电机的定子部分与旋翼圈同轴刚性连接，旋翼电机的转子部分与旋翼同轴刚性连接。
5.根据权利要求1所述的一种新一代乘用车载内外集成制动系统，其特征在于：所述的内制动系统总成包括有内气囊控制器、内气囊、内制动轮缸、内主动制动控制器和液压控制单元，其中内气囊控制器与内气囊电连接，内气囊控制器控制内气囊的开启，内气囊控制器分别与集成控制系统和传感器总成相连接，集成控制系统控制内气囊控制器的工作，内主动制动控制器与液压控制单元电连接，内主动制动控制器控制液压控制单元的工作，液压控制单元通过液压管路与内制动轮缸刚性连接，液压控制单元控制内制动轮缸的工作，内主动制动控制器分别与集成控制系统和传感器总成相连接，集成控制系统控制内主动制动控制器的工作。
6.根据权利要求1所述的一种新一代乘用车载内外集成制动系统，其特征在于：所述的集成控制系统包括有交通态势评估模块、制动模式仲裁模块、内气囊释放逻辑模块、内制动系统使能逻辑模块、外制动系统使能逻辑模块和外制动系统返回逻辑模块，交通态势评估模块估计车辆周围交通参与物的运动意图，并通过预测车辆周围交通残余物与本车未来运动轨迹的纵侧向距离评估交通态势危险等级，交通态势评估模块接收传感器总成输出的环境感知信息和制动模式仲裁模块输出的系统触发指令序列后，将车辆当前所处的交通态势输出至制动模式仲裁模块，制动模式仲裁模块经过计算后，将系统触发指令序列分别传输至交通态势评估模块、内气囊释放逻辑模块、内制动系统使能逻辑模块、外制动系统使能逻辑模块和外制动系统返回逻辑模块，内制动系统使能逻辑模块同时接收传感器总成输出的环境感知信息和制动模式仲裁模块的系统触发指令序列，经过计算后将触发信号输出至内制动系统总成中的内主动制动控制器，内气囊释放逻辑模块接收制动模式仲裁模块的系统触发指令序列，经过计算后将触发信号输出至内气囊控制器，外制动系统使能逻辑模块接收制动模式仲裁模块的系统触发指令序列，经过计算后将触发信号序列分别输出至外气囊控制器和真空泵控制器，外制动系统返回逻辑模块接收制动模式仲裁模块的系统触发指令序列，经过计算后将触发信号输出至外制动系统总成中。
7.根据权利要求2所述的一种新一代乘用车载内外集成制动系统，其特征在于：所述的真空泵控制器包括抽气使能逻辑模块和真空泵控制模块，抽气使能逻辑模块接收到外制动系统使能逻辑模块的系统触发指令序列后，将控制指令输出至真空泵控制模块，真空泵控制模块接收到抽气使能逻辑模块的控制指令后输出控制指令控制真空泵，真空泵在下一时刻将控制结果反馈至真空泵控制模块中。
8.根据权利要求2或6所述的一种新一代乘用车载内外集成制动系统，其特征在于：所述的外抓地系统总成控制器包括旋翼姿态控制模块、推进控制模块、系统离合模块和送缆控制模块，旋翼姿态控制模块包括旋翼动力学数学模型和pid控制模块，系统离合模块接收外制动系统使能逻辑模块的系统触发指令序列后，将控制指令分别输出至旋翼姿态控制模块、推进控制模块、送缆控制模块和磁力阀中，磁力阀在下一时刻将状态信号反馈至系统离合模块，旋翼姿态控制模块接收到系统离合模块的控制指令后输出控制指令控制平衡旋翼总成，平衡旋翼总成在下一时刻将状态信号反馈回旋翼姿态控制模块，旋翼姿态控制模块在下一时刻将控制结果反馈至系统离合模块中，送缆控制模块接收到系统离合模块的控制指令后输出控制指令控制送缆电机，送缆电机在下一时刻将状态信号反馈回送缆控制模块，送缆控制模块在下一时刻将控制结果反馈至系统离合模块中，推进控制模块接收到系统离合模块的控制指令后输出控制指令控制空气推进器，空气推进器在下一时刻将状态信号反馈回推进控制模块，推进控制模块在下一时刻将控制结果反馈至系统离合模块中。
9.根据权利要求8所述的一种新一代乘用车载内外集成制动系统，其特征在于：所述的旋翼姿态控制模块中的旋翼动力学数学模型如下式所示：
式中，xe、ye和ze分别为机体坐标系下的旋翼位移矢量，m为平衡旋翼总成、空气推进器、磁力贴板、抽气管路、抓地器、惯性仪及超声波传感器的质量之和，θy、θr和θp分别为侧倾角、横摆角和俯仰角，u1、u2、u3和u4分别为垂直方向控制量、横摆控制量、俯仰控制量和侧偏控制量，kr和kf分别为旋翼的升力系数和空气阻力系数，ix、iy和iz分别为绕机体坐标系坐标轴的转动惯量，ir为各个旋翼的转动惯量，ω为旋翼转速的代数和，l为旋翼的转轴到质心的距离，g为重力加速度；控制量u1、u2、u3和u4分别通过pid控制模块实现跟随控制，pid控制模块的输入为各控制量期的控制偏差，输出为期望的旋翼电机扭矩值。
10.根据权利要求1所述的一种新一代乘用车载内外集成制动系统，其特征在于：所述的传感器总成由数个毫米波雷达组成，传感器总成位于车身车架总成的正前方和正后方，传感器总成与车身车架总成刚性连接。
技术总结