CN113439046B - 用于车辆的制动***、车辆动力学***、车辆和操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于车辆的制动***,包括以下部件:至少一个液压制动回路(BK1、BK2),每个液压制动回路具有至少一个液压操作的车轮制动器(RB1、RB2、RB3、RB4、H‑EMB);压力供应装置(DV1、DV2),该压力供应装置用于控制车轮制动器(RB1‑RB4、H‑EMB)中压力,这些车轮制动器由电动马达驱动器(M1、M2)驱动,主制动装置另外包括至少一个电子开环和闭环控制装置(DV ECU1、DV ECU2)和具有阀的阀组件(HCU),该阀用于设置车轮特定制动压力和/或将车轮制动器(RB1、RB2、RB3、RB4、H‑EMB)与压力供应装置(DV1、DV2)断开或将该车轮制动器与该压力供应装置连接;活塞‑气缸单元(HZ),该活塞‑气缸单元可以通过致动装置(BE)、特别是以制动踏板的形式的致动装置(BE)来致动,并且该活塞‑气缸单元连接至或可以连接至至少一个液压制动回路;至少一个制动单元(BA),特别是连接至功率大于或等于30千瓦的电动驱动马达(TM)、电动驻车制动器(EPB)、液压支持机电制动器(H‑EMB)和/或机电制动器(EMB);至少一个电动驱动马达(TM1、TM2),该电动驱动马达用于车辆的至少一个轴或一个车轮,该电动驱动马达用于驱动和制动轴或车轮;中央控制单元(M‑ECU),该中央控制单元用于控制制动***和电动驱动马达(TM1、TM2),其特征在于,主制动装置的一个或更多个部件或者该一个或更多个部件的子部件是冗余的,并且,在主制动装置部分或完全发生故障时,可以通过主制动装置、致动装置和/或至少一个制动单元的仍然能够发挥作用的部件在至少一个轴或至少一个车轮上产生制动力。
Description
技术领域
本发明涉及用于电动车辆并且特别是具有高度自动驾驶(HAD)或完全自动驾驶(FAD)的车辆的制动器的液压致动***的装置。
背景技术
汽车行业正在经历颠覆性的变革过程。除了电动车辆的市场渗透率不断提高外,自动驾驶正在经历各个阶段,这些阶段最初是:3级-高度自动驾驶-HAD,4级-全自动驾驶-FAD,以及5级-自主驾驶-AD,每个级别都增加了对所用的制动***的要求。
这推动了新型制动***向前发展。在最初的方法之后,2005年开始用电动制动助力器(e-BKV)替代真空制动助力器[ATZ第6/11版],2013年在市场上推出了所谓的带有电动从动制动助力器和额外ESP单元的双箱解决方案[ATZ第4/18版],随后不久又在2017年推出了带有踏板模拟器的首个集成单箱***[制动器手册-第20章]。目前正在开发3级(HAD)的解决方案。
从3级(HAD)开始,首次强制要求冗余的压力供应。另外,在开放式制动***的情况下,应当尽可能避免制动回路与储液器之间的连接,并且应当使用具有恒定踏板特性的踏板感觉模拟器。还必须提供ABS功能的冗余度。根据DE 11 2009 005 541 B3的现有技术,在所谓的带有电动制动助力器和ESP/ABS单元的双箱***中,以这样的方式实现ABS功能的冗余度:电动制动助力器(e-BKV)在ESP单元发生故障时接管压力调节功能,以便始终确保较高的车辆减速。在第一步中,引入了所谓的“ABS低选控制”。
从4级(FAD)开始,为了足够的***可用性需要3倍冗余,例如,踏板传感器的规则是“3选2”。另外,由于电动车辆的恢复性能不断增加,而且因为在切换到领航驾驶时,全自动驾驶(FAD)可以在较长的时间段内操作,而使车辆驾驶员对切换到无人驾驶时的踏板特性变化没有准备,从而无法接受踏板特性的变化,因此踏板模拟器是必不可少的。为了监测压力供应,必须提供冗余的压力传感器,或者必须提供替代的诊断选项。还将需要至少具有单独轴控制的冗余ABS功能,并且将引入部分冗余。在ABS操作中具有封闭制动回路的制动***具有安全优势。
在5级(AD)中,踏板位置传感器和踏板模拟器以及它们的特性不再重要。相反,其余部件和子***将具有三重冗余或具有多重冗余,在三重冗余中,传感器、控制和调节单元ECU和部分-ECU的规则是“3选2”。另外,必须为车轮特定控制提供完整的冗余。
一些新的车辆制造商,比如苹果(Apple)、优步(Uber)和Waymo,正在研究没有车辆驾驶员的完全自主的车辆,该车辆在第一扩展阶段具有带有简单踏板感觉模拟器单元的制动踏板(4级FAD),而在最后扩展阶段(5级AD)应当不再有制动踏板。另外,在后轴和前轴上都装有强大的电动驱动马达的车辆正变得越来越流行。
除了描述的电液制动***之外,机电制动器(EMB,机电楔形制动器)是已知的解决方案。由于安全问题和高成本,EMB在过去没有流行起来。高成本特别是由于每个车轮制动器都需要电动马达和复杂的机电机构的事实。另外,EMB具有大量的电气接触点,众所周知,这些接触点比液压管路更容易发生故障。
因为成本和可靠性的原因,FAD和AD级别的制动***不能仅具有EMB或楔形制动器。EMB仅适用于车辆的后轴,因为后轴的制动力份额较小,故障不会被视为像前轴上的故障那样严重。因此,优选的是液压制动***,该***经由电驱动的活塞-气缸单元在主要的封闭制动回路中进行控制。
在DE 10 2005 055 751 B4和DE 10 2005 018 649 B4中,通过具有主轴驱动器的电驱动活塞-气缸单元实现高精度活塞压力控制(PPC)。使用非线性映射、即所谓的压力-体积特性来控制压力,在该映射中评估了压力与活塞位置之间的关系。替代性地或额外地,通过电动马达的相电流控制来使用压力,电流与转矩之间成比例的物理关系,以及由于已知的活塞面积和固定的齿轮比,电流与压力之间成比例的物理关系也存在并被使用。通过这两个参数,可以非常精确地控制压力和压力变化曲线。
在EP 1 874 602 B1和EP 2 396 202 B1中描述了所谓的多路复用方法(MUX),该多路复用方法特别适用于4级和5级的要求,因为如之后所解释的,封闭的制动***没有任何休眠故障。另外,可以仅用一个开关阀或者同时或者一个接一个地对多个车轮制动器进行加压和减压。对电动马达的高动力学要求是不利的,特别是如果所有车轮制动器都由一个马达控制。这需要具有双气隙的特殊马达(EP 1 759 447 B1),或者需要具有非常低的惯性质量的马达。
在WO201614622A2中,还实现了开关阀的特殊阀回路,其中开关阀的内部经由液压管路连接至相关的制动回路,并且阀座补偿经由液压管路连接至相关的车轮制动器。这种阀的开关特别适用于每个制动回路仅有一个开关阀的MUX方法,因为在发生故障时,电磁阀由于车轮制动器中的压力而打开,从而防止压力继续锁定在车轮制动器中,从而导致不期望的车辆减速。
从EP 3 271 221 A2中已知进一步开发的MUX方法(MUX 2.0),其中每个制动回路仅有一个出口阀。这意味着可以大大降低多路复用操作的动力学要求,因为在压力变化动力学要求极高的情况下,也可以经由出口阀降低压力,而且在正常操作期间,制动***在封闭的制动回路中运行。结果,对电动马达的动力学要求可以大大降低,或者使用多路复用方法可以实现非常好的调节。
从WO 2012 059 175A1中已知带有两个路径传感器和作用于这两个路径传感器之间的弹性元件的有利的致动单元(BE),制动***的控制器利用该致动单元来测量和使用差分路径和/或差分力。具有这样的致动单元的制动***,辅以踏板感觉模拟器,需要3级至5级的多重冗余的要求。
制动***的某些部件将被视为对安全至关重要。这些是活塞、电磁阀和滚珠丝杠驱动器的密封件。以下列出了各种故障和它们的影响:
·活塞:活塞密封件可能发生故障,尽管泄漏可能不会在低压下发生,例如,仅在高压下发生。泄漏会导致活塞功能故障。活塞用于路径模拟器、压力供应器和主制动缸(HZ),并且活塞可能导致踏板发生故障或压力供应器发生故障。
·电磁阀:污物颗粒会沉降在阀座上。例如,如果开放的制动***中的电磁阀连接至储液器,则当它们关闭时,颗粒会沉降并且连接会不密封。在打开时则无法诊断出密封性。
·滚珠丝杠驱动器:滚珠丝杠驱动器在其使用寿命内会磨损并且可能卡住,特别是如果污物颗粒进入到滚珠丝杠驱动器中。这可能导致压力供应器发生故障。
对于3级(HAD)、4级(FAD)和5级(AD)制动***以及对于在一个或更多个轴上具有越来越强大的电动驱动马达的电动车辆,其要求可以总结如下:
-完全无噪音运行,即没有来自舱壁上的各单元的干扰噪音;
-由于电动车辆的新车辆平台概念,其结构甚至比传统汽车更短;
-即使在模块完全或部分故障的情况下,也能对单个车轮或轴进行制动干预;
-即使在模块完全或部分故障的情况下,对功能范围ABS、ESP、ASR、恢复和扭矩矢量的性能的限制也可能最小;
-通过最大限度地利用电动马达的制动功率,最大限度地恢复车辆的动能;因此,根据需要对液压制动***进行动态且精确的控制;
-使用可用的制动扭矩,例如来自驱动马达的制动扭矩,以简化制动***或缩短制动距离;
-通过***、信号传输和电力供应的冗余来提高安全性;
-用于检测泄漏或避免休眠故障的诊断方法;
-对控制准确度有较高要求,以进一步减少制动距离,特别是当电动驱动马达和液压制动扭矩一起工作时;
-***的高度模块化,即使用相同的零件/模块,特别是对于压力供应器;模块化由大量的车辆驱动概念推动,特别是在带内燃发动机的车辆、混合动力车辆和纯电动车辆(内燃发动机、混合动力发动机、纯电动车辆、无人驾驶车辆)共存的情况下。
本发明的目的
本发明的目的是提供一种满足高度自动驾驶(HAD)和完全自动驾驶(FAD)中的高可用性要求并且也适用于电动车辆的制动***。
实现该目的
本发明的目的是通过具有以下特征的用于车辆的制动***实现的。根据本发明的制动***的有利设计源于优选实施方式的特征。
一种用于车辆的制动***,所述制动***具有以下部件:
-至少一个液压制动回路,每个液压制动回路具有至少一个液压操作的车轮制动器,
-压力供应装置,所述压力供应装置用于控制所述车轮制动器中的压力,所述车轮制动器由电动马达驱动器驱动,
-主制动装置另外具有至少一个电子控制和调节装置和具有阀的阀组件,所述阀用于设置车轮制动压力和/或用于将所述车轮制动器与所述压力供应装置断开连接或将所述车轮制动器与所述压力供应装置连接,
-活塞-气缸单元,所述活塞-气缸单元能够通过致动装置来致动,并且所述活塞-气缸单元连接至或能够连接至至少一个液压制动回路,
-至少一个制动单元,
-至少一个电动驱动马达,所述电动驱动马达用于所述车辆的至少一个轴或一个车轮,所述电动驱动马达用于驱动和制动所述轴或所述车轮,
-中央控制单元,所述中央控制单元用于控制所述制动***和所述电动驱动马达,
其中,所述主制动装置的一个或更多个部件或者所述一个或更多个部件的子部件是冗余的,并且在所述主制动装置部分或完全发生故障时,能够通过所述主制动装置、所述致动装置和/或至少一个制动单元的仍然能够发挥作用的部件在至少一个轴或至少一个车轮上产生制动力。
有利地,本发明的特征在于,根据本发明的制动***为高度自动化驾驶、完全自动驾驶(HAD、FAD)提供了足够高的***相关部件的冗余度,同时在制动***与电动车辆的电动驱动马达的相互作用中可以使用高协同效应。例如,电动马达动能的能量恢复不受制动***的限制,例如在没有根据DE 11 2009 005 541 B3的路径模拟器的从动制动助力器的情况下,同时电动马达可以有助于制动。根据本发明的制动***对于HAD和FAD来说有利地配备有带有踏板感觉模拟器的致动单元(BE)。
对于4级(FAD),应当为完全自动驾驶提供具有相应冗余的致动单元。致动单元具有与至少一个制动回路连接的液压连接。
提供中央控制和调节单元(M-ECU)也是有利的,该中央控制和调节单元是制动***的各个部件的上级并且控制制动***的各个部件。
对于车轮特定冗余制动控制,本发明在基本实施方式中规定,压力供应装置或者仅在车辆的一个轴上或者在车辆的两个轴上实行压力控制。压力供应装置有利地具有两个相互独立的电子控制和调节单元或双重冗余控制和调节单元,以用于控制该压力供应装置的电动马达驱动器,使得如果一个控制和调节单元发生故障,则另一个仍然发挥作用的控制和调节单元仍然可以控制驱动器。
两个电子控制和调节单元中的每个电子控制和调节单元都有利地控制彼此独立的电动马达驱动器的绕组或相位***。这有利地确保了如果绕组或相位***发生故障,驱动马达仍然能以最大扭矩的至少一半运行。这种设计至少为压力供应装置和该压力供应装置的控制提供了多个冗余。
在又一实施方式中,压力供应装置,连同阀组件和分配给压力供应装置的至少一个电子控制和调节单元,可以被组合以形成模块或组件。这导致了紧凑且廉价的单元,该单元可以以节省空间且简单的方式容纳并安装在车辆中。
在又一实施方式中,压力供应装置,连同阀组件和分配给压力供应装置的至少一个电子控制和调节单元一起,可以被组合以形成模块或组件。这里可以提供简单的主制动缸或串联式主缸——可选择地带有冗余的密封件,以及绝对必要的路径模拟器。
上述制动***在控制操作中利用封闭的制动回路有利地进行调节,即在控制操作中不存在经由储液器中的电磁阀的压力降低,和/或使用多路复用方法和/或同时地控制或设置各个制动回路的车轮制动器中的压力。为了安全起见,开关阀应当连接至车轮制动器使得该开关阀由于车轮制动器中的压力而自动打开。这有利地确保了车轮制动器中的制动压力在任何情况下都可以降低,并且不会发生不期望的制动或锁定车轮。
如果在上述制动***中,在控制操作中发生压力降低,尤其是在非常高的压力动力学需求下、例如在高-μABS控制下,特别是在车轮制动器中的压力供应的控制和调节装置和/或压力供应装置发生故障时通过打开储液器中的出口阀,特别是在所有车轮制动器的压力供应装置接管压力控制的扩展多路复用操作(所谓的MUX 2.0方法)中使压力降低,则也是有利的。
在上述制动***的另外的非常有利的设计中,至少一个车轮制动器——优选地是两个车轮制动器,是液压支持机电制动器(H-EMB)、电动驻车制动器(EPB)或机电制动器(EMB)。类似地,除了常规的液压车轮制动器之外,电动马达、额外的驻车制动器或液压支持制动器或机电制动器可能对车轮有制动作用。该措施产生了额外的冗余。当提供了液压支持机电制动器时,可以有利地以液压方式和以机电方式用该液压支持机电制动器增加制动力。
如果为车辆的至少一个轴或车轮提供至少一个电动驱动或牵引马达,这也可以有利地用于制动轴或车轮。这提供了额外的冗余。在正常操作中,或者如果制动***的部件、例如压力供应装置发生故障,也可以通过牵引马达产生(支持)制动力。通过联合使用压力供应装置、液压支持机电制动器H-EMB、电动驻车制动器EPB和/或机电制动器EMB和/或一个或多个驱动马达,在控制操作中或在制动***的一个或多个部件发生故障的情况下,可以有利地以更短的锁定时间(TTL)或更高的制动扭矩更快地增加制动力。
在上述制动***中,压力供应装置可以有利地在压力供应器的出口处前面有分离阀,压力供应装置能够通过关闭该分离阀与制动回路断开连接,特别是在该压力供应装置发生故障时。
为了使根据本发明的制动***更加安全地应对故障,阀组件和压力供应装置的至少一个控制和调节装置可以具有独立的电压供应和/或信号传输,特别是压力供应装置的所有模块可以由至少两个车辆电气***供应和/或压力供应装置的所有模块具有冗余的信号传输。两个车辆电气***被理解为意味着或者使用不同的电压水平以及/或者使用不同的电压源来对制动***进行供应。
如果在根据本发明的制动***的上述可能的实施方式中,使用至少一个压力传感器以及/或者经由驱动器的马达电流的电流测量和压力供应装置的活塞的路径控制来进行制动回路中的压力控制,则也是有利的,其可以通过考虑驱动器的温度来进一步在压力控制质量方面细化。这样即使在没有压力传感器的情况下也能实现精确的压力控制,正如申请人在DE 10 2005 055 751 B4中已经详细解释的在没有温度传感器的情况下的功能。
同样有利的是,如果制动***的活塞-气缸单元具有冗余的密封件和液压诊断管路,并且,还提供冗余的控制和调节单元,压力供应装置的驱动器具有2×3相,并且,通过马达电流i相的传感器,在压力控制中测量和考虑马达角度α、特别是温度T,并且,特别是存在经由两个车辆电气***或电压等级的冗余供应,并且,提供有冗余的信号传输。所有这些措施的提供有利地产生了非常安全的***,该***适用于3级和4级。
上述制动***可以有利地以这样的方式运行:通过压力供应装置、电动驱动马达和液压支持机电制动器(H-EMB)至少为每个轴、优选地为每个车轮或机电制动器(EMB)进行车轮的减速。扭矩矢量也可以通过压力供应装置、电动驱动马达(TM)和液压支持机电制动器(H-EMB)或机电制动器(EMB)来进行。
当使用温度传感器时,压力供应装置的驱动器的温度也可以被确定,并且该温度可以用来更精确地确定扭矩常数,该扭矩常数由于温度升高而以系数(1-Br%*ΔT)线性下降。这样允许甚至更精确地控制扭矩,并且因此控制压力,只要这是基于相电流i的,因为扭矩=kt(T)*相电流i的关系适用。
对于压力控制,除了电流控制之外,还可以使用活塞位置和压力体积特性,并且在例如夹杂空气的情况下,压力体积特性的变化可以由压力传感器或H-EMB进行调整。联合使用上述两种方法产生了高精度的压力控制,这在没有压力传感器的情况下也是可能的。这种方法在压力传感器发生故障时提供额外的冗余,或者这种方法也可以用来简化冗余要求低的***(例如,只有一个压力传感器或没有压力传感器的***)。
根据本发明的制动***也可以用于转向/扭矩矢量,其中,可以使用具有至少一个压力供应器和液压支持机电制动器H-EMB、电动驻车制动器EPB和/或机电制动器EMB和/或驱动马达或转向器EPS的车轮特定控制选项。
因此,本发明的特征在于结构非常简单,可用性非常高,即在模块完全或部分故障的情况下,功能不受限制或限制在非常小的范围内。即使各种部件发生故障,也能始终确保几乎最大的减速和驱动稳定性。为此,即使压力供应装置发生故障,也能保证高达大约0.9g的减速和基于轴的控制,优选地是具有转向干预/稳定干预的车轮特定控制。因此,高水平的可用性和性能是通过以下措施实现的——再次集体实现,这些措施可以单独地或组合提供:
-主要在制动助力器(e-BKV)、恢复操作以及主要在ABS控制操作中的封闭的制动回路中运行(>90%的运行时间),从而避免休眠故障。如果***以开放的方式运行,例如在ABS中以开放的方式运行,则***通过打开车轮回路的出口阀而与储液器液压连接,这使得特别难以检测阀和密封件中未检测到的泄漏(休眠故障)。因此,应当避免该操作状态,或者在每次ABS操作后对密封性进行诊断是有用的;诊断可以以这样的方式进行:例如,当阀关闭时,移动压力供应器的活塞,并且确定和评估体积损失或压力增加;
-DV马达电子器件的冗余和部分冗余:例如,将DV的马达设计为2×3相马达以及马达控制的部分冗余。这意味着,如果电子部件中的一个电子部件发生故障(绕组短路、3相线路故障),仍然能以一半的扭矩运行马达。在设计为200巴的情况下,则在发生故障时也可以实现100巴,即大约是阻断压力。这意味着,即使电子器件中的一个电子器件发生故障,ABS操作也可以在低摩擦系数的情况下实现最大性能并且在高摩擦系数的道路条件下实现令人满意的性能;
-用于阀控制的电子器件的部分冗余。在电子装置发生故障的情况下,如果开关阀仍然可以操作,这对可用性是非常有利的。因此,在电子器件中要提供用于阀控制的冗余,使得如果发动机控制发生故障,阀致动仍然能发挥作用;
-在发生故障的情况下,即压力供应发生故障或部分故障的情况下,用开关阀在封闭的MUX操作中运行,并且使用出口阀(每个轴至少1个AV)。这意味着仍然能以低马达功率维持压力动态控制,因为压力可以由压力供应器依次或同时增加和降低,而且也可以经由出口阀降低压力;
-在制动操作中使用H-EMB、EMB或EPB,特别是在模块故障的情况下使用EPB或H-EMB。这意味着,一方面,可以经由液压通道和经由内置在H-EMB中的电动马达对车轮进行制动。电动马达可以设计成EC马达或有刷马达。因此,可以通过各个车轮上的电动马达提供制动支持;
-使用所使用的牵引马达来增加制动扭矩,同时恢复车辆动能。然而,由于驱动马达的高惯性,必须考虑到经由牵引马达增加的制动扭矩比经由压力供应器和H-EMB、EPB或EMB增加的制动扭矩的动态性要小;
-使用带有踏板感觉模拟器、冗余位移传感器和力-位移传感器(KWS)的故障安全和能够诊断的致动单元以及用于诊断踏板感觉模拟器的特殊回路;
-通过滞留在车轮制动器中的压力,特别是在断电状态下,使用具有自开机制的阀;
-通过经由开关阀FV连接致动单元,在制动回路或轴中使用液压回落水平;
-当达到体积限制时,后续输送DV的体积;
-在没有压力传感器的情况下,通过从相电流中智能、精确的扭矩估计来操作压力位置,这考虑到马达温度和压力体积特性,其经由压力传感器或H-EMB功能进行比较;
-在DV发生故障的情况下,使用AV从MUX方法中的正常操作2***作切换到MUX 2.0方法中的4***作;
-使用梯形主轴(不会由滚珠丝杠驱动器的滚道中的污物颗粒堵塞主轴);
-自锁梯形主轴->省去了FV和TV。
表1列出了正常操作(控制操作)和四种不同的故障情况故障1至故障4的各种车轮控制功能。
在第一行显示和解释正常操作。压力供应装置DV产生最大的所需控制功率。出口阀AV在90%至99%的控制时间内不使用,仅在极端情况下打开以快速降低储液器中的压力。踏板感觉是恒定的,因为线控制动操作是完全解耦的。能量通过电动驱动马达TM1和TM2进行恢复,并且压力供应器的压力曲线与驱动马达随时间变化的扭矩曲线相适应,使得车辆驾驶员无法确定电动液压制动***是单独使用还是与恢复一起使用。
发生故障F1时,压力供应装置DV的驱动装置的3相***发生故障,压力供应装置仍然可以经由第二3相***增加制动压力并且控制ABS控制操作。这里可以在较大程度上将AV阀用于减压控制,以避免ABS控制性能的明显损失。因为压力供应器仅能输送正常状态下的压力的一半,所以使用电动驱动马达来增加制动扭矩。在强大的电动马达的情况下,因此可以安全地实现车轮锁定压力。
发生故障F2时,通过压力供应装置DV的压力供应不再可能。在这种情况下,致动装置用于使车辆减速,通过该致动装置可以增加车轮制动器的制动压力。此外,牵引马达可以用于对车辆进行制动。液压支持机电制动器H-EMB或纯机电制动器EMB也可以提供制动力以使车辆减速。
发生故障F3时,只有压力传感器DG发生了故障,通过压力供应装置的测量的马达电流和使用压力-体积特性的路径控制仍然可以进行压力控制,这可以通过温度测量进一步改进。在发生这种故障时,诊断功能也可以继续运行。
发生故障F4时,环境影响(例如,气泡)和磨损导致需要向制动回路供应更多的制动流体,这可以在任何时候使用压力供应装置实行,并且不影响踏板感觉。
表2显示了制动和各种动力学控制功能(电动制动助力器e-BKV、ABS操作、转向/扭矩矢量、稳定性控制/ESP、恢复和驻车制动器),这些功能可以由以下部件形成:压力供应器DV1、驱动马达TM1、TM2、转向器EPS和液压支持的H-EMB或驻车制动器EPB。因此,确定了主要功能和次要功能/冗余。这清楚地表明,本发明中最重要的车辆动力学功能至少是双重冗余的,并且该***因此适用于3级(HAD)甚至4级(FAD)。
制动***也可以以这样的方式简化:从该***中得出具有较低的冗余要求以及主要供电装置与制动单元的合理组合的非常有成本效益的***,例如用于诸如印度、巴西、中国的金砖国家。这里,省去了带有冗余ECU的压力供应装置的冗余,例如2×3相,并且通过由车辆驾驶员经由致动单元产生的压力和电动马达TM的减速使用液压回落水平。这意味着,即使用简单的带活塞(HZ)的致动单元,也可以达到当前法律要求的用于1级至2级自主驾驶的直至0.3g至0.5g的制动减速。另外,例如,可以省去压力传感器,完全根据PPC方法进行控制。这意味着,故障F1和F3不能再出现。如果使用H-EMB,或者使用根据DE 10 2007015809的液压支持驻车制动器,并且用电磁阀锁定驻车制动器中的压力,则也可以省略电动驻车制动器。如果液压管路发生故障或存在泄漏,则可以进行另外的输送或仍然可以经由牵引马达产生保持扭矩。
同样可以想象的是,如果产生的压力供应非常可靠,以至于可以用足够的FIT率来排除活塞密封故障和滚珠丝杠驱动器的阻塞,则可以省略致动单元。
根据本发明的压力供应装置也可以由旋转泵驱动,该旋转泵特别地可以是齿轮泵。然后它可以具有马达壳体,该马达壳体中布置有驱动齿轮泵的电动马达驱动器。为此,驱动器具有定子和转子。经由驱动器的转子移动齿轮泵的内部齿轮。根据本发明,驱动器通过至少一个密封件设计成干式转轮,该密封件布置在转子与内齿轮之间,或者驱动器具有干式运行的转子,即由齿轮泵输送的介质不在驱动器的转子周围流动,和/或驱动器的转子不被介质包围。由于设计为干式转轮,转子旋转时没有大的摩擦和流动阻力,这意味着可以实现更高的速度和更好的效率。
当马达壳体具有侧壁,齿轮泵布置在该侧壁上,特别是该侧壁具有凹槽,齿轮泵至少部分地或全部***该凹槽中时,就可以获得特别紧凑和简单的压力供应装置。马达壳体的侧壁可以由轴穿透,该轴以在旋转上固定的方式连接至转子,齿轮或者以在旋转上固定的方式连接至该轴,或者经由***的齿轮和/或离合器联接至该轴。
如果驱动器及其壳体靠在液压壳体上,而该液压壳体内布置有至少一个阀和/或液压管路或通道,或者驱动器及其壳体与该液压壳体形成一单元,则可以获得上述压力供应装置的有利的紧凑和集成设计。驱动器壳体的侧壁可以与液压壳体的侧壁邻接或毗连、特别是附接至液压壳体的侧壁,特别地呈罐形的凹槽至少部分地或完全地接纳齿轮泵并且朝向液压壳体打开。在壳体相邻布置的情况下,齿轮泵可以完全停留在驱动器壳体的壁的凹槽中、完全停留在液压壳体的凹槽中、或者停留在驱动器壳体的侧壁的凹槽中和液压壳体的侧壁的凹槽中。在后一种情况下,这两个凹槽的开口则相互面对。可以提供额外的密封件,以便将两个壳体相互密封并对外部密封。
上述驱动器壳体的侧壁上的凹槽有利地向外部敞开,并且如果存在液压壳体,则向该液压壳体敞开。凹槽本身可以有利地设计成罐的形状。凹槽也可以有横截面是圆形的筒状部分,并且齿轮泵与该齿轮泵的齿轮停留在该凹槽中。
驱动器壳体的侧壁也可以有利地设计成凸缘,驱动器可以通过该凸缘紧固至另一零件或单元。
在根据本发明的压力供应装置中使用的齿轮泵可以是带有镰刀的内部齿轮泵、外部齿轮泵或齿环泵。
如果驱动器的定子和/或转子的结构和尺寸不受齿轮泵的不利限制,则齿轮泵也可以有利地轴向布置在该定子和/或转子旁边。齿轮泵的尺寸和结构则不依赖于定子和转子的尺寸。
驱动器壳体可以设计成至少两个部分,侧壁是第一壳体部分的一部分或形成第一壳体部分。第二壳体部分例如可以是罐形的,并且容纳驱动器的定子和转子。
如前所述,转子通过驱动轴直接地或经由变速器和/或离合器连接至齿轮。齿轮可以或者通过力配合连接或者通过形状配合连接——特别是通过销钉或锯齿形成的连接——以在旋转上固定的方式连接至驱动轴。在齿轮环泵中,内部齿轮偏心地布置在与驱动轴连接的部分上,特别是以圆盘或凸轮盘的形式。
当根据本发明的压力供应装置的齿轮泵设计成内部齿轮泵或设计成齿环泵时,除了内部齿轮之外,还需要外部的内环齿轮圈。在内部齿轮泵的情况下,内环齿轮通过由驱动轴驱动的内部齿轮绕该内环齿轮的旋转轴旋转,内齿轮与内环齿轮偏心地布置。内环齿轮在围绕该内环齿轮的外环或气缸中旋转。此外,必须提供镰刀,该镰刀必须布置在内环齿轮与内齿轮之间因偏心而产生的空间中。
与内部齿轮泵相反,内环齿轮固定地布置在齿轮环泵中,内齿轮滚动由于其偏心地安装在圆盘上而通过内环齿轮中的驱动轴旋转。不需要与内部齿轮泵一样的镰刀。
根据本发明,驱动轴可以通过合适的轴承、特别是径向轴承以球轴承或滚柱轴承和/或轴向轴承的形式或者支承或者安装在以下位置:
a)一方面在马达壳体内,另一方面在齿轮泵和/或液压壳体中,或者
b)仅在齿轮泵中,或者
c)在液压壳体和马达壳体中,或者
d)在齿轮泵和液压壳体中。
如果提供液压壳体,则驱动轴可以延伸到液压壳体中,特别是直到该液压壳体的与驱动器相对的一侧。例如,传感器的目标可以布置在驱动轴上,传感器布置在控制和调节单元(ECU)中。额外的密封件可以防止输送的介质进入控制和调节单元。也有可能驱动轴直接延伸穿过液压壳体,并且终止于与该液压壳体相邻的壳体,例如控制和调节单元。
齿轮泵可以不同地设计为内部齿轮泵。因此,在第一实施方式中,内齿轮、内环齿轮、镰刀和外环可以布置在两个圆盘之间,在对零件互相进行适当的定心和调整后,圆盘牢固地连接至外环。内聚的连接可以一直围绕圆周延伸,从而形成稳定和紧凑的实施方式,在该实施方式中,各个运动零件彼此之间仅具有较小的间距和间隙,由此实现了良好的效率并且可以实现高压。
下面参照附图对根据本发明的制动***的可能的实施方式进行更详细地解释。
在附图中:
图1:显示了根据本发明的制动***的第一实施方式的示意图,该实施方式在后轴上有电动驻车制动器,在前轴和后轴上有电动驱动马达TM1和TM2,在压力控制模块组件中有带有电磁阀、控制和调节装置的压力供应装置,该组件与4个车轮制动器和致动单元(BE)液压连接;
图1a:显示了根据图1的制动***的第一可能实施方式的基本回路图;
图2:显示了根据本发明的制动***的第二可能实施方式的示意图,与根据图1的制动***不同的是,在后轴上布置有液压支持机电制动器;
图2a:显示了根据图2的制动***的基本回路图;
图3:显示了根据本发明的制动***的第三可能实施方式的示意图,该实施方式有用于前轴的压力供应装置,在每个车轮的后轴上设置有机电制动器;
图3a:显示了根据图3的制动***的基本回路图;
图4a:显示了穿过液压支持机电制动器的横截面图;
图4b:显示了可能的阀回路的基本回路图以及该阀回路用于在车轮制动器中降低压力的功能;
图4c:显示了致动装置,该致动装置有用于增加制动回路中的压力的相关活塞-气缸单元;
图5:显示了带有两个控制和调节装置的压力供应装置;
图6a:显示了扭矩图,以显示通过液压支持机电制动器和牵引马达的制动力支持;
图6b:显示了扭矩图,以显示缩小压力供应装置的规模的可能性,条件是通过液压支持机电制动器和牵引马达提供制动力支持;
图6c:显示了扭矩图,以显示在制动***的部件发生故障的情况下,在紧急操作中通过液压支持机电制动器和牵引马达的制动力支持;
图6d:显示了扭矩图,以显示在通过液压支持机电制动器和牵引马达的制动力支持的情况下在需要制动液时的致动扭矩曲线;
图6e:通过电流测量和对压力-体积特性曲线的评估,显示了在压力传感器发生故障时的制动压力控制;
图7:表1:显示了主要故障对操作策略的影响;
图8:表2:显示了主要功能和次要功能/冗余;
图9a:显示了由电动马达22、单回路旋转泵Z、带有电磁阀的HCU和ECU组成的单元;
图9b:显示了由电动马达22、双回路旋转泵Z、带有电磁阀的HCU和ECU组成的单元。
图1显示了根据本发明的制动***的第一可能实施方式,该实施方式有压力供应装置DV1、致动单元BE、上级控制和调节单元M-ECU和布置在前轴VA上的两个车轮制动器RB1和RB2,并且后轴HA上还布置了两个车轮制动器RB3和RB4以及另外的电动驻车制动器EPB。牵引马达TM1和TM2布置在前轴和后轴上。压力供应装置DV1具有两个独立的控制和调节单元DV-ECU1和DV-ECU2,该控制和调节单元中的每个控制和调节单元控制压力供应装置DV1的驱动马达的两个绕组或相位***中的一个绕组或相位***,这两个绕组或相位***在此由三相***形成。另外,可以提供冗余的信号线DS1和DS2。
压力供应装置DV1也具有阀装置R-HCU,其中设置了开关阀,以用于使压力供应装置DV1与车轮制动器连接或断开连接。虚线代表将控制单元M-ECU连接至制动***的部件的信号传输线。
图1a显示了根据图1的制动***的第一可能实施方式的基本回路图。车辆具有前轴VA和后轴HA。常规的液压车轮制动器RB1、RB2布置在前轴的每个车轮上。另外,牵引马达TM1连同该牵引马达的控制单元TM-ECU布置在前轴VA上,其中,牵引马达TM1可以用于对前轴VA进行驱动和制动。
在后轴HA上,每个车轮上都布置有常规的、液压作用的车轮制动器RB3、RB4和电动驻车制动器EKB。后轴HA上还布置了带有相关控制电子器件TM-ECU的牵引马达TM2,与前轴VA上的牵引马达TM1一样,牵引马达TM2可以用于对后轴HA进行驱动和制动。
压力供应装置DV1用于在液压作用的车轮制动器RB1至RB4中增加压力,该压力供应装置DV1具有电动马达驱动器M1,该电动马达驱动器M1由控制和调节装置DV-ECU进行控制。另外,压力供应装置DV1还可以具有马达电流测量装置i/U、至少一个温度传感器T/U和转子角度传感器α/U,该马达电流测量装置、该至少一个温度传感器和该转子角度传感器的信号可以用于压力控制。马达M1经由主轴驱动器对活塞KB进行驱动,该主轴驱动器以可移位的方式安装在压力供应装置DV1的气缸中并且划定了压力室,以在该压力室增加、维持或降低压力。压力室经由液压管路HL10与分离阀TV和液压管路HL5连接。可以通过压力传感器p/U来确定液压管路HL5或HL10中的压力。可以借助于压力传感器p/U进行压力控制。也可以通过借助于马达电流测量装置i/U测量的电流以及角度传感器α/U和存储的压力-体积特性来实行压力控制,因为马达扭矩与压力室中的压力成比例并且马达扭矩也与马达电流i成比例。马达M1具有独立的两个2×3相绕组***。当然,可以根据各自的要求改变相数。如果一绕组***发生故障,则仍然可以以降低的功率运行马达M1。这已经造成了大量冗余。控制和调节装置DV-ECU也可以冗余地设计,使得,例如,可以提供一独立的控制和调节装置DV-ECU1和DV-ECU2,该控制和调节装置中的每个控制和调节装置控制马达M1的相位***。因此,即使控制和调节装置DV-ECU1或DV-ECU2发生故障,制动***仍然可以安全运行。
通过分离阀TV,压力供应装置DV1可以可选地与液压管路HL6或第一制动回路BK1连接或分离。通过开关阀SV1和SV2,连接至车轮制动器的液压管路HL1和HL2可以可选地与液压管路HL6连接。如果现在要在前轴VA的车轮制动器RB1中增加压力,则可以经由以下操作来完成:打开阀TV和SV1,并关闭阀AV1、SV2和FV,并且通过马达M1来调整活塞KB。为了降低车轮制动器RB1中的压力,活塞KB可以通过相同的阀开关被缩回,或者出口阀AV1被打开,从而车轮制动器RB1中的压力可以被降低到储液器VB中。以同样的方式进行车轮制动器RB2中的压力增加。当然,车轮制动器RB1和RB2中的压力也可以同时增加和减少。也可以通过压力供应装置DV1在一个车轮制动器中建立压力,同时经由相关的出口阀AV降低另一个车轮制动器中的压力。如果压力仅在第二制动回路BK2的车轮制动器RB3和RB4中增加,则分离阀TV和/或开关阀SV1和SV2必须被关闭并且相应的开关阀SV3或SV3必须被打开。如果压力供应装置DV1发生故障,可以用致动装置BE来增加一个或两个制动回路中的压力。为此,致动装置BE具有制动踏板,该制动踏板作用于划定压力室的活塞,然后该活塞将液压介质从压力室压入制动回路中,从而增加一个或所有车轮制动器中的制动压力。为此,开关阀优选地设计成断电开式阀。
机电制动器EMB也布置在后轴的车轮上,通过该机电制动器EMB,可以经由该机电制动器EMB的驱动器增加制动扭矩,该制动扭矩可以用作压力控制的支持或替代。制动扭矩也可以通过牵引马达TM1和TM2施加至轴VA和HA。在需要高动力的情况下,这也可以具有支持作用,或者在压力控制完全发生故障或部分发生故障的情况下,通过压力供应装置DV1作为替代或补充。上级控制和调节装置M-ECU控制各个部件控制器TM-ECU、DV-ECU和R-HCU(阀控制器)。
图2显示了根据本发明的制动***的第二可能实施方式的示意图,与根据图1的制动***不同的是,液压支持机电制动器——而不是另外的机电制动器——布置在后轴上。如果相应地设计液压支持机电制动器H-EMB,则也可以省去常规的RB3和RB4车轮制动器。液压支持机电制动器H-EMB中的压力由压力供应装置DV1进行控制。
图2a显示了根据图2的制动***的基本回路图。这与图1a中的不同之处仅在于几点。例如,这里为每个制动回路提供一个出口阀AV。除此之外,制动***的调节和控制器类似于图1a所示和所述的调节和控制器。因此,在这方面参照图1a及其说明。
图3显示了本发明的制动***的第三可能实施方式的示意图,该实施方式的前轴VA有压力供应装置DV1,当车轮制动器RB3和RB4设置在后轴HA上时每个车轮仅有一个机电制动器EMB,并且具有自己的牵引马达TM1、TM2的每个后轮可以被驱动也可以被制动。这里也提供了两个单独的控制和调节装置DV-ECU1和DV-ECU2,该控制和调节装置的每个控制和调节装置控制压力供应装置DV1的驱动马达的单独绕组***(1×3相)。额外地或替代性地,可以为控制和调节装置和/或阀控制器R-HCU提供冗余的电力供应。例如,冗余的电力供应可以连接至两个不同的车辆电气***BN1和BN2,如图所示,使得如果一个车辆电气***发生故障,仍然可以经由另一个车辆电气***BN确保电力供应。
图3a显示了根据图3的制动***的基本回路图。通过这个***,可以省去出口阀AV,因为也可以经由断电开式阀SV1、SV2和TV通过压力供应装置DV1的通向储液器VB的压力室快速进行压力降低。
图4a显示了通过液压支持机电制动器H-EMB的橫截面图,该液压支持机电制动器可以经由液压连接HL-DV1连接至压力供应装置DV1,使得可以经由液压和/或电动马达EM向制动盘施加力。电动马达的旋转运动经由齿轮G转变成线性运动,并且在车轮制动器上产生力FEM。变速器G最好设计成自锁定,使得当车辆电气***发生故障时,驻车制动器能安全地发挥作用。除了电动马达之外,还经由压力供应器产生液压力Fhyd。根据作为具有较低或较高功率的有刷马达或无刷马达的EM的实施方式,制动扭矩的动态性产生变化并且额外的可用制动扭矩可以由H-EMB通过适当的部件设计来确定并与液压制动器相匹配。
图4b显示了可能的阀回路及其功能,以用于调节与图2a的阀回路相对应的四个车轮制动器RB1至RB4中的压力。当开关阀SV1或SV3以压力作为控制变量而打开时,车轮制动器RB1和RB3中的压力增加和压力降低经由压力供应装置DV1进行,优选地由PPC方法支持,例如,通过适当的先导控制,或者如果没有压力传感器,则完全由PPC方法支持。当开关阀SV2或SV4打开时,车轮制动器RB2和RB4中的压力增加也经由压力供应装置DV1进行,优选地也通过PPC方法进行,替代性地经由储液器VB中的指定出口阀AV1、AV2或经由PPC方法中的打开的开关阀SV2或SV4进行这些车轮制动器中的压力降低。因此,车轮制动器中的压力增加也是可能的,同时经由相关的出口阀AV1或AV2在车轮制动器RB2或RB4中进行压力降低。PPC方法与PWM控制的结合也是可能的控制方法。开关阀SV2和SV4都打开或仅有一个开关阀SV2或SV4打开,或者一个开关阀或两个开关阀都使用PWM方法进行时钟控制,并且出口阀AV1和/或AB2或者打开或者也进行时钟控制。这种方法是已知的多路复用方法的替代方法,在这种方法中,开关阀以数字方式打开或关闭,并且压力降低按顺序或同时进行并且基于DE 102015103858中的方法。出口阀AV1和AV2也可以不同地定位,如图1a,出口阀AV1和AV2可以分配到轴或制动回路的车轮制动器。以与上述相同的方式实行控制。
图4c显示了有制动踏板1、挺杆2、活塞3、气缸5和踏板感觉模拟器6的致动装置BE的实施方式,以用于在一个或更多个制动回路BK1和/或BK2中增加压力。制动踏板1经由挺杆2使在气缸5中具有3个密封件x的活塞3向左移动,从而在压力室4中增加压力,或者经由液压管路HL将压力体积输送到制动回路BK1/BK2中。另外,气缸中的冗余密封件和与储液器平行的液压管路设置在密封件之间,一个密封件具有节流阀。因此,可以可靠地诊断密封件的故障,并且存在具有踏板感觉模拟器的可靠的致动***和具有多重冗余的密封***以及在电动压力供应装置发生故障时产生压力的可能性。
图5显示了带有两个控制和调节装置DV-ECU1和DV-ECU2的压力供应装置DV1的可能实施方式。压力供应装置具有电动马达M1,该电动马达M1的转子R对连接至活塞KB的主轴SP进行调整。通过调整活塞KB,可以在压力室DR中增加压力,该压力可以经由分离阀TV进入制动回路BK中。活塞由气缸中的多个密封件密封,与致动单元一样创建冗余的、能够诊断的密封***。同样在压力供应装置中,液压管路通向密封件之间的储液器。这意味着,即使某一密封件发生故障,压力供应仍然全面运行并且是冗余的。压力室DR经由止回阀连接至储液器。因此,可以随后输送压力供应。两个控制和调节装置DV-ECU1和DV-ECU2中的每个控制和调节装置经由1x3相线与马达M1的独立绕组或相位***连接,使得如果一个控制和调节装置或绕组***发生故障,马达M1仍然有另一绕组或相位***,并且另一控制和调节装置可以运行,即使之后仅能通过驱动器M1产生约一半的扭矩。一个或两个控制和调节装置具有用于确定电动马达的温度T、马达电流i和转子角度α的传感器。为了实现高水平的可用性,不仅控制和调节装置DV-ECU是冗余的,而且电力供应BN1、BN2以及数据和控制线DS1和DS2也提供两次。例如,电力供应BN1和BN2可以是一车辆电气***的不同电压水平或不同的车辆电气***。
图6a显示了扭矩图,以显示通过液压支持机电制动器H-EMB和牵引马达TM的制动力支持。左边的图显示了扭矩曲线Mhyd,DV1,这可以仅通过压力供应装置DV1来实现。右边的图显示了通过增加液压支持机电制动器H-EMB和牵引马达TM可以实现的扭矩曲线。H-EMB的最大扭矩M最大,H-EMB或牵引马达的最大扭矩M最大,TM是可用的。通过牵引马达TM额外产生的制动扭矩M最大,TM和通过H-EMB产生的制动扭矩ΔMH-EMB,会在时间段Δt之前达到锁定压力(水平虚线)。还可能产生明显更大的制动扭矩。
图6b显示了缩小压力供应装置DV1的规模的可能性,条件是将根据图4a的液压支持制动器(H-EMB)的制动效果包括在压力控制中。压力供应装置DV1不应该在其可以增加的最大压力方面减少,而应该在其动力学方面减少,通过这样可以更便宜地生产电动马达。
图6c显示了扭矩图,以显示在驱动器M1的绕组或相位***1×3相发生故障时,在紧急操作中通过液压支持机电制动器H-EMB和牵引马达TM的制动力支持。通过消除绕组***,压力供应器DV1不能再将所需的压力增加增加直到阻断压力,并且也不再有足够的动力。通过使用液压支持机电制动器H-EMB和牵引马达,可以增加所需的动力和所需的制动压力(右图)。
图6d显示了扭矩图,以说明在后续输送制动液期间的制动扭矩曲线Mbrems。在来自储液器VB的后续输送期间,不能再通过压力供应装置DV1增加另外的制动压力。随着牵引马达TM的制动扭矩M最大,TM和通过H-EMB产生的制动扭矩ΔMH-EMB的加入,在后续输送期间,制动扭矩Mbrems可能进一步增加,从而大大改善了***的动力。
图6e显示了在压力传感器DG发生故障的情况下的制动压力控制,其中通过测量马达电流i相和评估压力-体积特性,对马达扭矩MMot进行控制,并因此对压力p进行控制。马达温度T也被考虑在内,因为扭矩常数在温度下会降低,并且因此马达温度T对马达扭矩MMot与马达电流i相之间的比例系数kt*(1-Br%*ΔT)有影响。这有利地产生了压力测量的冗余。这也意味着可以省去压力传感器。控制由压力传感器校准,并且主要由电流、路径和压力体积特性进行控制。
其中
Mmot=kt*i相*(1-Br%*ΔT)
kt:扭矩常数
I相:相电流
ΔT:以k为单位的温度变化
Br%:典型的Br=kt随温度升高而下降的值
图9a显示了由马达22、泵Z、HCU和ECU组成的整个结构单元的视图,该整个结构单元能够行使压力控制和对诸如制动器、变速器等的***的控制。这里主要关注的是马达和泵的组合。如图的上半部分所示,泵布置在支承凸缘18中,或者附接至单独的泵壳体40中的HCU或ECU。在图9a中显示了需要额外的马达轴承20的版本,其中轴1安装在该马达轴承20中。按照惯例,马达由转子21组成,该转子21经由驱动器10a与轴1连接。转子21经由壳体30中的永久磁铁,通过该转子21的力进行轴向预紧。这是马达制造商的解决方案,他们制造并测试带有壳体22和定子及绕组23的马达并将该马达输送给***供应商。在没有泵的情况下用辅助轴对马达进行测试。此后,当轴被移除时,转子通过轴向磁力居中,使得轴1然后可以在最终组装期间与转子组装在一起。这里驱动器壳体也必须与凸缘18连接并固定在25a处——如图的下半部分所示——例如,使用在三个连接件上分段附接的弹簧。这里还需要壳体密封件31。驱动器壳体可以从具有HCU或ECU的发动机凸缘在25处通过敛缝固定,见图9a的上半部分。这里显示了带泵壳体的泵版本。这里马达显示为需要马达传感器来进行换向和控制泵的输送量的无刷马达。该马达传感器布置在距驱动壳体22一段距离处,传感器轴26携带传感器目标27,该传感器轴布置或附接至驱动轴1。该目标27作用于传感器元件28,该传感器元件28布置在ECU的电路板上。绕组经由接触条24与ECU连接。
带有支承凸缘18的马达可以直接连接至液压壳体HCU,该液压壳体HCU包括阀或其他要与泵连接的液压部件。如果不是这种情况,则可以将驱动器壳体22、18直接与ECU的壳体连接。
也可以将齿轮泵Z布置在泵壳体40中,该泵壳体直接与液压壳体HCU连接,如图9a在驱动轴1的上半部分中所示。在泵壳体40和液压壳体HCU的组装或者泵壳体40和ECU的组装之前,齿轮泵Z首先集成到或安装在泵壳体40中,然后将转子21压在轴1上,再将转子21与轴承20组装。这里,磁铁30的张力也可以作用于转子21和轴承20,使得轴承就像四点轴承一样作用。因此,马达壳体22与齿轮泵Z及其泵壳体40连接,并且在下一步中,该马达壳体22可以与液压壳体HCU或电子壳体ECU连接。为此,使用紧固螺钉41。轴1先前位于外盘7.1和7.2的中心,使得在螺钉与液压壳体HCU或电子壳体ECU连接之前,泵壳体40以轴1为中心。
根据图9b的压力供应装置使用带有长滑动或滚动轴承的2级泵,该2级泵不需要单独的马达轴承。因此,简化了带有壳体的马达结构。转子21与驱动器10a一起坐置于马达轴上并且轴向连接至锁紧环。这里泵壳体稍微突出到HCU中。
Claims (46)
1.一种用于车辆的制动***,所述制动***具有以下部件:
-至少一个液压制动回路(BK1、BK2),每个液压制动回路(BK1、BK2)具有至少一个液压操作的车轮制动器(RB1、RB2、RB3、RB4、H-EMB),
-压力供应装置(DV1、DV2),所述压力供应装置(DV1、DV2)用于控制所述车轮制动器(RB1-RB4、H-EMB)中的压力,所述车轮制动器(RB1-RB4、H-EMB)由电动马达驱动器(M1、M2)驱动,
-主制动装置另外具有至少一个电子控制和调节装置(DV ECU1、DV ECU2)和具有阀的阀组件(HCU),所述阀用于设置车轮制动压力和/或用于将所述车轮制动器(RB1、RB2、RB3、RB4、H-EMB)与所述压力供应装置(DV1、DV2)断开连接或将所述车轮制动器(RB1、RB2、RB3、RB4、H-EMB)与所述压力供应装置(DV1、DV2)连接,
-活塞-气缸单元(HZ),所述活塞-气缸单元(HZ)能够通过致动装置(BE)来致动,并且所述活塞-气缸单元(HZ)连接至或能够连接至至少一个液压制动回路,
-至少一个制动单元,
-至少一个电动驱动马达(TM1、TM2),所述电动驱动马达(TM1、TM2)用于所述车辆的至少一个轴或一个车轮,所述电动驱动马达用于驱动和制动所述轴或所述车轮,
-中央控制单元(M-ECU),所述中央控制单元(M-ECU)用于控制所述制动***和所述电动驱动马达(TM1、TM2),
其特征在于,所述主制动装置的一个或更多个部件或者所述一个或更多个部件的子部件是冗余的,并且在所述主制动装置部分或完全发生故障时,能够通过所述主制动装置、所述致动装置和/或至少一个制动单元的仍然能够发挥作用的部件在至少一个轴或至少一个车轮上产生制动力,
其中,用于所述车轮制动器(RB1、RB2)的所述压力控制仅经由所述压力供应装置(DV1)在第一车辆轴(VA)上进行,其中,另一第二车辆轴(HA)具有机电制动器(EMB)或电动驻车制动器(EPB)和至少一个电动驱动马达或牵引马达(TM1、TM2)。
2.根据权利要求1所述的制动***,其特征在于,所述压力供应装置具有活塞-气缸单元,所述活塞-气缸单元的活塞通过电动马达驱动器(M1)经由齿轮进行调整,以进行所述车轮制动器(RB1-RB4、H-EMB)中的压力控制。
3.根据权利要求1所述的制动***,其特征在于,所述压力供应装置具有旋转泵,所述旋转泵通过电动马达驱动器(M1)进行调整,以进行所述车轮制动器(RB1-RB4、H-EMB)中的压力控制。
4.根据权利要求1所述的制动***,其特征在于,在所述主制动装置或所述主制动装置的部件部分或完全发生故障时,至少轴制动控制以降低的减速进行。
5.根据权利要求1或2所述的制动***,其特征在于,所述压力供应装置(DV1)具有用于控制所述压力供应装置(DV1)的电动马达驱动器(M1)的双重冗余控制和调节单元(DV-ECU1、DV-ECU2)以及/或者所述驱动马达(M1)具有冗余的马达绕组。
6.根据权利要求5所述的制动***,在于,所述双重冗余控制和调节单元具有两个单独的控制和调节单元(DV-ECU1、DV-ECU2),每个电子控制和调节单元(DV-ECU1、DV-ECU2)以这样的方式控制所述电动马达驱动器(M1)的独立绕组或绕组***:在一电子控制和调节单元(ECU1、ECU2)或一绕组***发生故障时,仍然能够经由另一个绕组***通过所述电动马达驱动器(M1)产生扭矩。
7.根据前述权利要求中的一项所述的制动***,其特征在于,所述制动***通过上级控制单元(M-ECU)进行控制。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的制动***,其特征在于,所述压力供应装置(DV1)与所述阀组件(R-HCU)以及至少一个所述电子控制和调节单元(DV-ECU1、DV-ECU2)一起被组合以形成模块或组件。
9.根据前述权利要求中的一项所述的制动***,其特征在于,所述制动***具有致动装置(BE),以用于检测驾驶员的指令,并且所述致动装置(BE)形成独立组件,所述独立组件附接至所述车辆的舱壁。
10.根据权利要求9所述的制动***,其特征在于,所述致动装置(BE)具有活塞-气缸单元(HZ),所述活塞-气缸单元(HZ)能够利用活塞致动,所述活塞-气缸单元(HZ)连接至或者能够连接至至少一个液压制动回路(BK1、BK2)。
11.根据前述权利要求中的一项所述的制动***,其特征在于,在控制操作中,所述制动***通过封闭的制动回路进行操作,即在控制操作中,不存在经由储液器中的电磁阀的压力降低以及/或者在复用方法中调整或设置各个所述制动回路(BK1、BK2)的所述车轮制动器(RB1-RB4)中的压力和/或同时调整或设置各个所述制动回路(BK1、BK2)的所述车轮制动器(RB1-RB4)中的压力。
12.根据前述权利要求中的一项所述的制动***,其特征在于,每个车轮制动器(RB1、RB2、RB3、RB4)都具有开关阀(SV1、SV2、SV3、SV4),所述开关阀(SV1、SV2、SV3、SV4)以这样的方式连接至所述车轮制动器:当所述开关阀通电时,保持各个所述车轮制动器中的压力,并且当所述开关阀断电时,由于所述车轮制动器中的压力而自动打开所述开关阀。
13.根据前述权利要求中的一项所述的制动***,其特征在于,除了至少一个车轮制动器上的开关阀(SV1、SV2、SV3、SV4)之外,还提供有断电关闭的出口阀(AV),使得在控制操作中进行压力降低。
14.根据前述权利要求中的一项所述的制动***,其特征在于,至少一个车轮制动器是液压支持机电制动器(H-EMB)、电动驻车制动器(EPB)或机电制动器(EMB),或者除了所述车轮制动器(RB1-RB4)之外,另外的驻车制动器(EPB)或机电制动器(EMB)对所述车轮有制动作用。
15.根据前述权利要求中的一项所述的制动***,其特征在于,所述制动***通过上级控制单元(M-ECU)进行控制。
16.根据前述权利要求中的一项所述的制动***,其特征在于,所述至少一个电动驱动马达(TM1、TM2)是为所述车辆的轴上的多个轴或多个车轮提供的,并且在对一个或多个轴或车轮进行制动时,所述驱动马达(TM1、TM2)用于制动能量的恢复。
17.根据前述权利要求中的一项所述的制动***,其特征在于,当制动时,通过所述车轮制动器(RB1、RB2、RB3、RB4)和/或所述驱动马达(TM1、TM2),在所述轴上产生不同的制动扭矩以用于制动力分配和/或在轴的所述车轮上产生不同的制动扭矩以用于产生偏航力矩或转向干预。
18.根据前述权利要求中的一项所述的制动***,其特征在于,所述上级控制单元(M-ECU)在制动过程和/或ABS控制操作期间和/或为诊断所述制动***而控制所述压力供应装置(DV、DV1)、阀、电动驱动马达(TM1、TM2)以及/或者EMB或H-EMB。
19.根据前述权利要求中的一项所述的制动***,其特征在于,所述压力供应装置(DV1)分配有分离阀(TV),其中,通过关闭所述分离阀(TV),所述压力供应装置(DV1)能够与所述制动回路(BK1、BK2)分离。
20.根据前述权利要求中的一项所述的制动***,其特征在于,所述压力供应装置(DV1)的至少一个电子控制和调节单元(DV-ECU)和阀组件(R-HCU)具有独立的电力供应。
21.根据前述权利要求中的一项所述的制动***,其特征在于,制动回路(BK1、BK2)中的所述压力控制使用至少一个压力传感器以及/或者通过测量所述驱动器的马达电流的电流和控制所述活塞的位置和/或控制所述压力供应装置(DV1、DV)的所述驱动器的电流来进行。
22.根据前述权利要求中的一项所述的制动***,其特征在于,所述制动***具有冗余的密封件和冗余的控制和调节单元(DV-ECU1、DV-ECU2),并且所述压力供应装置(DV1)的所述驱动器(M1)具有多个绕组或相位***,并且通过所述马达电流(i)的传感器,在所述压力控制中测量和考虑转子角度(α)并且提供有冗余的信号传输(DS1、DS2)。
23.根据前述权利要求中的一项所述的制动***,其特征在于,在用于以较短的时间增加锁定压力从而更快地增加制动力的控制操作中或如果所述制动***的一个或更多个部件发生故障时,联合使用压力供应装置(DV1)、液压支持机电制动器(H-EMB)、电动驻车制动器(EPB)和/或机电制动器(EMB)和/或驱动马达(TM、TM1、TM2)。
24.根据前述权利要求中的一项所述的制动***,其特征在于,所述压力供应装置(DV1、DV)具有旋转泵,其中,所述旋转泵(RP)能够执行受控的体积控制以用于压力增加和压力降低。
25.根据权利要求24所述的制动***,其特征在于,所述旋转泵是齿轮泵(ZRP),所述齿轮泵(ZRP)设计成一个级或多个级,多个级以液压方式串联布置。
26.根据权利要求24或25所述的制动***,其特征在于,所述齿轮泵(ZRP)布置或集成在驱动所述齿轮泵的所述马达的马达壳体中。
27.根据权利要求24至26中的一项所述的制动***,其特征在于,所述旋转泵(ZRP)、所述旋转泵的驱动器和阀以及压力传感器(DG)组合或布置在结构单元、模块或壳体中并且形成压力供应装置。
28.根据权利要求24至27中的一项所述的制动***,其特征在于,所述驱动器或所述旋转泵的所述驱动器的转子干式运行或与所述旋转泵的待输送的液压介质密封分离。
29.根据前述权利要求中的一项所述的制动***,其特征在于,提供有至少一个液压支持机电制动器(H-EMB),所述液压支持机电制动器(H-EMB)能够经由液压管路与压力供应装置(DV1、DV2)连接,并且通过所述压力供应装置的压力增加或压力降低产生液压力(Fhyd),其中,电动马达(EM)和非液压传动装置(FEM)额外对所述车轮制动器产生力,并且这两个力同时地或单独地互相作用于制动盘上。
30.一种具有根据权利要求1至29中的一项所述的制动***的车辆动力学***,其特征在于,所述车辆动力学***通过所述制动***、所述电动驱动马达和电动助力转向器(EPS)用所述车辆动力学***的上级中央控制单元(M-ECU)控制所述车辆的动力学控制功能。
31.根据权利要求30所述的车辆动力学***,其特征在于,所述车辆动力学控制功能是电气制动助力器(e-BKV)、ABS操作、稳定性控制(ESP)、恢复和转向。
32.一种具有根据权利要求1至29中的一项所述的制动***或根据权利要求30或31所述的车辆动力学***的车辆。
33.一种用于操作根据权利要求1至29中的一项所述的制动***或根据权利要求30或31所述的车辆动力学***的方法,其特征在于,至少对于每个轴,通过所述压力供应装置和所述电动驱动马达(TM1、TM2)和/或所述液压支持机电制动器(H-EMB)或所述机电制动器(EMB)进行所述车轮的减速。
34.根据权利要求33所述的方法或用于操作根据权利要求1至29中的一项所述的制动***的方法,其特征在于,通过所述压力供应装置并同时用至少一个驱动马达(TM1、TM2)对所述车轮进行轴向减速,由此,在所述轴上以不同的制动扭矩同时实现恢复和电子制动力分配(EBV)。
35.根据权利要求33或34所述的方法或用于操作根据权利要求1至29中的一项所述的制动***的方法,其特征在于,通过所述压力供应装置和/或所述电动驱动马达(TM、TM1、TM2)和/或所述液压支持机电制动器(H-EMB)或所述机电制动器(EMB)进行转向或偏航力矩干预/扭矩矢量。
36.根据权利要求35所述的方法,其特征在于,所述制动扭矩通过所述压力供应装置在所述车轮上单独产生,以确保支持电动助力转向器(EPS)的转向干预的可操纵性,或者在所述电动助力转向器发生故障的紧急情况下,所述制动扭矩通过所述压力供应装置在所述车轮上单独产生。
37.根据权利要求35所述的方法,其特征在于,通过所述压力供应装置(DV1)为每个车轮单独产生所述车轮上的所述制动扭矩,以为转向干预产生偏航力矩,从而在没有电动助力转向器(EPS)的情况下对车辆进行转向。
38.根据权利要求33至37中的一项所述的方法或用于操作根据权利要求1至29中的一项所述的制动***的方法,其特征在于,使用温度传感器确定所述驱动器的温度(T),并且在确定由所述马达产生的所述扭矩时考虑所述温度(T)。
39.根据权利要求33至38中的一项所述的方法或用于操作根据权利要求1至29中的一项所述的制动***的方法,在于,除了电流控制之外,活塞位置和压力体积特性也用于压力控制,并且在受夹杂空气的因素影响的情况下,所述压力体积特性的变化能够通过所述压力传感器或所述H-EMB进行调整。
40.根据权利要求38和39中的任一项所述的方法,其特征在于,通过结合使用根据权利要求38或39所述的方法,在同时使用所述压力体积特性曲线的情况下,利用对所述电动马达进行电流控制和/或在使用带有活塞-气缸单元的压力供应器时进行活塞路径控制或在使用带有旋转泵的压力供应器时进行角度位置控制,实现了没有压力传感器的高精度压力控制。
41.根据权利要求33至40中的一项所述的方法或用于操作根据权利要求1至29中的一项所述的制动***的方法,其特征在于,经由所述压力供应装置(DV1)和/或所述液压支持机电制动器(H-EMB)、电动驻车制动器(EPB)和/或机电制动器(EMB)的车轮控制选项用于控制行驶稳定性。
42.根据权利要求33至41中的一项所述的方法或用于操作根据权利要求1至29中的一项所述的制动***的方法,其特征在于,当所述分离阀(TV)关闭时,所述压力供应装置(DV1)从所述储液器(VB)供应流体。
43.用于操作根据权利要求1至29中的一项所述的制动***的方法,其特征在于,开关阀(SV1、SV2、SV1、SV2)通过脉冲宽度调制方法进行时钟控制,以便在经由所述压力供应装置同时进行压力增加或压力降低的情况下,实现不同的阀开口横截面并且因此在多个车轮制动器上实现不同的压力曲线。
44.一种具有根据前述权利要求1至29中的一项所述的制动***的车辆,其特征在于,两个车辆轴(VA、HA)中的所述车轮制动器(RB1-RB4)的所述压力控制经由所述压力供应装置(DV1)进行,其中,第一车辆轴(VA)具有常规的车轮制动器(RB1、RB2),而第二车辆轴(HA)除了所述常规的车轮制动器(RB3、RB4)之外,还具有液压支持机电制动器(H-EMB)或机电制动器(EMB),其中,电动驱动马达或牵引马达(TM1、TM2)以可选的方式布置在至少一个轴或至少一个车轮上。
45.根据权利要求44所述的车辆,其特征在于,所述牵引马达(TM1、TM2)与所述机电制动器(EMB)或电动驻车制动器(EPB)一起用于所述第二车辆轴(HA)的所述车轮的驱动和制动。
46.根据权利要求44至45中的一项所述的车辆或具有根据前述权利要求1至29中的一项所述的制动***的车辆,其特征在于,所述制动***的所述压力供应装置没有冗余的控制和调节装置,并且在发生故障时,由车辆驾驶员通过所述致动装置(BE)增加压力,其中,通过所述马达(TM)产生额外的减速扭矩,并且以可选的方式提供有至少一个液压支持制动器(H-EMB)。
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