CN100413739C - 用于汽车的制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制动装置，它具有至少两个电气或电子的制动回路，它们在电气上相互隔离。

Description

用于汽车的制动装置

技术领域

本发明涉及一种用于汽车、尤其是多用途运载车的制动装置。

背景技术

DE 19915253A1公开了一种具有两个制动回路的汽车制动装置，它在一个中央单元中具有两个微计算机，它们分别由隔离的能量源供给电流。两个微计算机通过两个隔离的冗余总线系统控制多个用于单个车轮制动的制动操纵装置。此控制总是并行地在两个总线系统上进行。为了控制两个微计算机，设置了与一个制动踏板相耦合的测量装置。

DE 3502049A描述了一种用于一辆具有脚踏制动阀的卡车的制动压力控制装置，将一个用于控制制动车轮的压力调节阀的信号发送到一个控制电路。

WO 01/62569A示出一个具有三个用于供给电流的能量源的电子制动控制。电流源被二极管相互隔离。

DE 19640148A示出一种具有多个汽车模块的电子制动系统，模块通过一个数据总线进行通信。各个模块通过光电耦合器在电气上相互隔离。

DE 19509150A示出一种具有至少两个制动回路的汽车制动装置，两个制动回路分别具有一个相互独立的微处理器控制的调节单元。一个控制计算机监测两个不同的控制器/调节单元。

DE 3204185A也示出一种具有脚踏制动阀的压缩介质制动装置，此脚踏制动阀电气控制制动控制阀。

DE 19904721A1公开了一种电子机械控制的汽车制动装置，它具有电气制动控制电路，其中一个用于前轮的制动，一个用于后轮的制动。两个控制电路分别具有一个自己的供电系统和一个自己的电子控制单元，它们电气上与一个制动踏板相连接。两个控制单元的工作相互独立进行，然而可以相互通信，从而知道在一个控制单元中的故障。如果两个控制单元由同一个传感器输入信号得到不同的控制信号，则认为出现一个故障。在故障情况下两个控制单元被关闭，并且制动过程由对应于各个轮子的、只能完成简单的基本功能的分解控制单元控制。

现代多用途运载车制动装置具有双路的气动控制器和一个电子制动控制器，它使更快的信号传输成为可能，并且优化了制动装置的动作参数特性。此外电子机械控制部件的成本通常比气动部件的成本低。另一个优点是安装开销很小。如今流行的主要是电子气动的制动装置，其中由压缩空气施加制动力，而制动控制则由电子电路完成。电气或电子制动控制的一个主要“品质标准”是它们的抗干扰能力或故障安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有更高抗干扰能力或故障安全性的可通过电气控制的制动装置，它尤其是还能够完成诸如ABS，ASR，EBS等高级功能。

上述任务由以下特征完成：

一种用于汽车的制动装置，它具有至少一个第一制动回路和至少一个第二制动回路，其中这两个制动回路分别具有一个带有各自的控制电路和各自的能量供应装置的电气控制回路，及可由控制电路控制的制动操纵装置，其中至少一个制动操纵装置可由多于一个的控制电路控制，其中制动回路可通过一个脚踏制动阀被电气控制，并且脚踏制动阀具有两个电气制动发起装置，它们分别在电气上隔离地与控制电路相连接。

根据本发明的一个实施例，所述电气控制回路在电气上相互隔离。

根据本发明的一个实施例，第一制动回路的控制电路通过一个通信线路与第二制动回路的控制电路连接，其中通信线路具有一个用于使两个控制回路在电气上隔离的装置。

根据本发明的一个实施例，两个控制回路具有一个公共的接地端。

根据本发明的一个实施例，控制电路在电气上隔离地与其它的电气或电子汽车系统相连接。

本发明的基本原理在于在一个制动装置中具有至少两个或更多个电气或电子的制动控制系统，其中各个制动执行器或制动执行器组对应于不同的制动控制系统，并且存在一些可由多个制动控制系统控制的制动执行器。

在一个制动控制系统发生障碍或故障时，被其控制的车轮的控制立即由另一个制动控制系统接管。

具有优点的是各个制动控制系统如此相互隔离，使得在一个制动控制系统中的故障不影响其它的制动控制系统。最好是各个制动控制系统在电位上相互隔离。

具有优点的是相互间隔离的各个制动控制系统相互进行通信，其目的是使制动控制功能能够由其它制动控制系统快速接管，将由不同制动控制系统控制的制动执行器的制动动作进行交换，作为协调和被学习的参数。

由电子的制动控制系统所控制的制动执行器最好是“气动的制动执行器”，即其中气动地施加制动力。在目前可供使用的电气控制的制动执行器中还没有其它制动执行器能够提供令人满意的或足够的制动力。

最好如此构造制动系统，使得能够“简单地”将目前所采用的电子气动制动元件转变为纯粹由电气控制的元件。

按照本发明的一个改进方案，控制回路分别具有一个自己的控制电路和一个自己的供电系统。电气控制回路控制电子气动的压力调节模块，设置了至少两个气动供应回路为其提供制动压力。

制动回路可以通过不同的方式分配给各个汽车制动器。

存在以下可能：一个汽车轴或一个轴组对应于一个制动回路。最好每个制动回路具有一个自己的控制回路和一个自己的供应回路，即一个供应回路和一个控制回路对应于一个唯一的制动回路。

存在以下的另一种可能性：设置了具有运转制动回路功能的第一制动回路和接管运转制动回路功能的第二制动回路，其中制动过程在上述控制回路之间均匀地交替分配。未处在工作状态的制动回路在此状态下分别检查故障。在一个制动回路发生故障时功能立即由另一制动回路接管并执行，这里完成了另一次交换过程：即一个有错误的功能被一个冗余的无错误的功能所代替。对于每个制动回路分别设置有一个自己的控制电路，它可通过一根通信线与其它电气隔离的控制电路相互通信。最好运转制动回路具有两个独立的子供应回路，它们分别连接到一个对应于其自身的压力介质存储器。例如第一个子供应回路用于前轴压力调节模块的压力施加，另一个子供应回路用于后轴压力调节模块的压力施加。第二个制动回路同样具有一个自己的压力介质存储器。

附图说明

下面借助附图详细说明本发明。附图中：

图1示出本发明的第一实施例；

图2示出本发明的第二实施例；

图3示出两个制动控制回路的能量供应的原理图；

图4简要示出一个定位制动阀的实施例；以及

图5简要示出联网的电子控制系统。

具体实施方式

图1简要示出一个电子气动的汽车制动装置。前轮1，2分别对应于一个制动汽缸3，4，一个制动衬层磨损传感器5，6，以及一个车轮转速传感器7，8。制动汽缸3，4通过气动线路9，10被相应的电子气动压力调节模块11，12(EPM)施加制动压力。这里两个压力调节模块11，12通过一个公共的供应线路13与配置给前轴的第一压缩空气存储器14相连接。制动衬层磨损传感器5，6和车轮转速传感器7，8分别通过电导线15，16与压力调节模块11，12的信号输入端相连接。压力调节模块11，12还分别具有一个电控制输入端17，18，它们通过图中仅示意性示出的电导线19与第一控制电路20相连接。这里控制电路20负责前轮制动器的制动控制。

后轮21，22分别对应于一个弹簧贮力器制动汽缸23，24，它们通过气动的制动线路25，26与相应的压力调节模块27，28相连接，压力调节模块通过一个供应线路29与第二压缩空气存储器30相连接。弹簧贮力器制动汽缸23，24还通过一个公共的压缩空气线路31与一个可电控的定位阀32相连接。

对应于前轴的情况，压力调节模块27，28通过电导线33，34与相应的制动衬层磨损传感器35，36及车轮转速传感器37，38相连接。压力调节模块27，28具有控制输入端39，40，它们通过图中仅示意性示出的电导线41与第二控制电路42相连接，第二控制电路42在此控制汽车后轴的制动。

定位制动阀32在图4中详细示出，并在后面还要详细说明，它通过电控制线43与第一控制电路20相连接，并通过电控制线44与第二控制电路42相连接。此外一个气动线路46从定位制动阀32出发，经由回击阀45引至第三压力介质存储器47。三个压力介质存储器14，30和47分别连接到一个公共的压力分配装置48上，此压力分配装置48由一个压力产生装置49(压缩机)供应压力。

两个控制电路20，42通过电导线50，51与相应的总线VehCom1或VechCom2相连接。通过这些总线导线，汽车制动装置与其它电气或电子的汽车系统相连接。尤其是通过这些总线，驾驶者通过制动踏板给出的制动请求信号被送到控制电路20，42。

控制电路20通过电导线52与一个正导线V1相连接。相应地控制电路42通过电导线53与第二个正导线V2相连接。正导线V1连接到第一块电池54的正极上，而第二个正导线V2连接到第二块电池55的正极上。这两块电池54，55的正极通过电气隔离56相互连接，这将结合图3详细说明。

电池54的正极还通过一个整流器57与一台交流发电机(汽车发电机)相连接。

两个控制电路20，42还通过一个通信线路58和一个电气隔离装置59相互连接。

在图1所示制动装置中为了改进故障安全性，设置了一个具有两个独立的能量供应装置的“双重电子控制器”。同时这两个电子控制电路在电气上相互隔离，因此两个电池54，55可以有一个公共的接地端。

驾驶者的制动请求信号通过电气的制动踏板信号馈送到两个控制电路。机械部件具有故障安全结构。电子部件则具有两套，而且在机械和电气相互隔离。

在图1中电子控制的“分配”对应于气动供应回路的“分配”，即供应回路和控制回路分别分配给前轴或后轴。

图2示出另一个改进的制动回路，其中在“主制动回路”发生故障时整个气动制动器都可以被控制。

图2示出图1所示制动装置的进一步改进。这里制动装置也具有两个制动回路，其中第一制动回路作为运转制动回路(主回路)，负责在制动装置无故障工作时对汽车以及可能带有的拖车的所有车轮进行制动控制，第二制动回路(辅助回路)在运转制动回路、即第一制动回路发生故障时接管对汽车以及可能带有的拖车的所有车轮的制动控制。

这里，作为主回路的第一制动回路由前轴的压力调节模块11，12和后轴的压力调节模块27，28构成。类似于图1，压力调节模块11，12通过气动线路13由第一压力介质容器14供应贮存压力。第二压力介质容器30通过气动线路29给压力调节模块27，28供应储备压力。

此外压力调节模块11，12还通过气动控制线路60’与一个脚踏制动阀61的控制输出端60相连接。此气动控制线路60’同样通过脚踏制动阀61与第一压力介质容器14相连接。

第二压力介质容器30通过脚踏制动阀61与脚踏制动阀61的一个控制输出端62相连接，第二制动回路的压力调节模块66，67的控制输入端64，65通过控制线路62’连接到脚踏制动阀61上。第二制动回路的压力调节模块66，67还通过气动供应线路68，69与第三压力介质容器47相连接。

后轴的运转制动回路的压力调节模块27，28通过气动控制线路70也连接到脚踏制动阀61的气动控制输出端60上。

对应于前轴，在后轴上第二制动回路也有两个其它的压力调节模块71，72，它们通过气动供应线路68，69由第三压力介质容器47供应压缩空气，并且压力调节模块71，72还通过气动控制线路63与脚踏制动阀61的控制输出端62相连接。第二制动回路的压力控制模块66，67，71，72通过电气连接导线73与第二控制电路42相连接。当然，脚踏制动阀61的气动控制输出端60，62至压力调节模块11，12，27，28，66，67，71，72也可以有其它的连接方式。

类似地，运转制动回路的压力调节模块11，12，27，28通过电气连接导线74与第一控制电路20相连接。

压力调节模块11，67或12，66分别通过相应的高压选择阀75，76和气动线路9，10与制动汽缸3，4相连接。

类似于图1，制动衬层磨损传感器5，6和车轮转速传感器7，8连接到运转制动回路的压力调节模块11，12上。此外在图2所示实施例中还增设了第二组车轮转速传感器77，78，它们连接于第二制动回路的压力调节模块67或66上。

类似地，在后轴上除了连接到运转制动回路的压力调节模块27，28上的车轮转速传感器37，38之外，还增设了车轮转速传感器79，80和制动衬层磨损传感器35，36，它们连接到第二制动回路的压力调节模块71，72上。

脚踏制动阀61还具有电控制输出端，它一方面通过电导线81与控制电路20相连接，另一方面通过电导线82与控制电路42相连接。类似于图1，定位制动阀32的控制输入端连接到控制电路20和控制电路42上，定位制动阀32还具有另一个手动控制输入端83。

图2与图1相比还增设了另一个压力调节模块84，它通过气动控制线路与拖车控制阀85相连接。此压力调节模块84通过气动线路69由第三压力介质容器47供应储备压力，并且通过电控制导线86与第二控制电路42相连接。此外在定位制动阀32与拖车控制阀85之间设置有一个用于对拖车进行定位制动的气动控制线路87。拖车控制阀85同样通过电控制导线88连接于第一控制电路20。

类似于图1，两个控制电路20，42通过导线52，53连接于正极V1或V2，并通过导线50，51与总线导线VehCom1或VehCom2相连接。此外这里还有到TrCom1-或TrCom2端子的连接导线89，90，它们引至拖车。对应于图1，由电池54，55供应能量。不同于图1的是，这里压力分配装置48也连接到VehCom总线上，此压力分配装置可以切断一个发生故障的压缩空气供应回路，并对所有其它回路维持必要的系统压力。

对应于图1，两个控制电路20，42通过电导线58和电气隔离59相互连接。通过这种关系避免了例如一个执行器同时被不同的控制设备所控制。

类似于前轴，在后轴上压力调节模块27，71或28，72分别通过一个高压选择阀91，92与弹簧贮力器制动汽缸23，24的输入端相连接。

高压选择阀(High Select)75，76，91，92保证了所连接的制动回路的两个制动压力中较高的一个被送到制动气缸去。在正常工作时运转制动系统“取代”第二制动系统进行控制，这时在第二制动回路中的压力略小于在运转制动回路中的压力。这保证了可靠的压力控制并使得第二制动回路可检查其自身的“功能合格性”，例如通过在第二制动回路的压力调节模块66，67或71，72的输出端上，即在高压选择阀75，76，91，92的前面测量压力进行检查。

从高压选择阀75，76，91，92的输出端开始，阀元件只有“一套”。相应地这些阀元件结构对故障是安全的。

最高级的制动系统电子控制是由两个控制电路20，42(主控制电路和第二控制电路)实现的。这两个控制电路具有两个相互独立的电气上隔离的通信连接58，59。通过这些“连接导线”可以实现这两个独立回路的可靠控制。此外还可以交换“学习到的”和瞬时的或测得的制动参数。“主电控单元”(控制电路20)在正常工作时负责所有汽车制动器的控制，并且在第二系统出现干扰或故障时也负责所有汽车制动器的控制。

在主制动系统发生故障时第二系统接管制动控制工作。主系统对于前轴由压力介质存储器14提供气动压力，对于后轴由压力介质存储器30提供气动压力，并且主系统控制相应压力调节模块11，12，27，28上的压力。

为了提高抗干扰能力，在每个车轮上有两个车轮转速传感器，其中一个对应于运转制动回路的相应压力调节模块，另一个对应于第二制动回路的相应压力调节模块。

脚踏制动阀61与两个电控单元ECU相连接，即与控制电路20，42相连接，从而保证了电气上的隔离，这使得可靠的控制成为可能。

每个ECU具有一个与其相应控制单元的数据连接，由此数据连接可以接收外部的制动请求。这些数据连接当然必须与两个制动控制回路在电气上隔离。

停车或定位制动只由两个独立的ECU进行电子控制，并且直接由驾驶者进行电气控制，并且以下述方式受控：由驾驶者进行的定位制动的电操作优先于由两个ECU进行的电子控制。仅当ECU及驾驶者发出触发信号时定位制动才被启动。

图3以放大的视图示出图2的制动控制的能量供应。发电机93(汽车发电机)产生电压并与电池54的正极和电气隔离装置56(双工供电单元)相连接。电池55的正极也连接到电气隔离装置上。两个电池54，55的正极从而在电气上隔离。电气隔离例如可以由具有电磁变压器的变换器实现。

两个电池54，55和发电机93的负极分别具有一个公共的接地端(GND)。从电池54的正极可得到电势V1，而从电池55的正极可得到电势V2。隔离装置56还具有监测电路94，95，它们与总线导线VehCom1或VehCom2相连接。监测电路94，95监测并控制充电或放电过程，并从而使电池的使用寿命最优化。

在一辆汽车中不是所有的电气系统都是与可靠性相关的，不需要所有系统都“双倍设置”。因而能量供应系统是“非对称”结构。

主系统-例如电池54-给所有的主用户，例如起动器，灯，驱动控制，主电子制动电路，主电子操纵电路等供应电流。辅助系统-即电池55-给所有与安全性有关的系统的“重复设置”的备份部件，即电子备份制动控制回路或一个电子备份操纵电路供应电流。

由于这种“非对称”，第二个电池可具有比第一个电池小的容量，或者也可以采用其它的电池型号。电池54，55就尺寸、容量，充电和放电曲线等相互协调。

交流发电机93(汽车发电机)对第一个电池54充电，并且在电气上隔离地也对第二个“备用”电池55充电。在一个供电回路发生故障时，“双工供电单元”56或监测电路保证了另一个供电回路的完好。

电池的最佳利用要求适合于电池的充电和放电方法，这由电子控制装置94，95进行监测。充电或放电应尽可能按规定的“充电或放电曲线”进行。电子控制装置94，95也用作“智能的充电或放电控制装置”。

因为在一个完全由电子控制的高可靠性系统中电池状态是一个很重要的信息，隔离装置56具有两个在电气上隔离的数据连接(图中未示出)，通过它们传送电池状态信号。

图4简要示出一个定位制动阀32的实施例。定位制动阀由两个功能阀FV1，FV2，两个锁止阀LV1，LV2，两个压力传感器PS1，PS2和两个跟踪检查阀TC1，TTC2组成。阀FV1和LV2接通定位制动阀32的上方空气通路，阀FV2和LV1接通定位制动阀的下方空气通路。阀FV1和LV1由第一控制电路20控制，阀FV2和LV2由控制电路42控制。在正常情况下功能阀FV1，FV2控制定位制动功能。在一个功能阀(例如FV2)发生故障的情况下，相应锁止阀LV1锁闭发生故障的空气通路。

中继阀RV是一个功率阀，并且受阀FV1，FV2，LV1，LV2的控制，因为这些阀不能足够快地操作弹簧贮力器制动汽缸23，24。

跟踪检查阀TC1，TC2负责检查弹簧贮力器制动工作。

如果功能阀FV1或其控制发生了一个错误，则锁止阀LV2被驱动，并从而锁闭上方空气通路。在此情况下由功能阀FV2和锁止阀LV1继续保证正常功能。

如果锁止阀LV2或其控制发生了一个错误，则必须进一步控制两个功能阀FV1，FV2，使得继续维持正常的功能。

为了识别故障，在定位制动设备中采用了两个压力传感器PS1，PS2，它们在功能阀FV1，FV2和锁止阀LV1，LV2的开关序列中被查询。

在所有电气供电电压发生故障的情况下，定位制动阀32被制动。

图5示出一个具有多个冗余备份的联网电子控制系统的示图。图中仅示出了ECU_1至ECU_16及它们的供电线路和通信连接。这些控制系统设置成系统组。ECU_1至ECU_5是基础系统，例如制动、转向、汽车动力、发动机控制、变速箱控制等。此系统由一个发电机G通过供电线路V_1供电。相应的贮能器是电池BATT_1。下一组由控制系统ECU_6至ECU_8构成，它也由发电机G供电。然而在供电线路中有一个变换器TR_1，其上连接有供电线路V_2。控制系统组ECU_6至ECU_8是控制系统组ECU_1至ECU_5的符合安全性要求的冗余备份配对(例如制动2、转向2、汽车动力2)。

控制系统的通信线路相互间也通过变换器隔离。例如控制系统ECU_1至ECU_8之间通过通信线路COM_1形成通信连接，此线路通过变换器TR_1与控制系统ECU_6至ECU_8之间的通信线路COM_2连接。

图5示出一个4重设置的冗余系统，其中采用了4个变换器TR_1至TR_4。

控制系统ECU_15至ECU_16的情况显示了另一种应用变换器的可能性。这些控制系统通过供电线路V_5和通信线路COM_5相互连接，并连接到变换器TR_4上。变换器TR_4构成至供电线路V_3和通信线路COM_3的连接，它们又通过另一个变换器TR_2与供电线路V_1和通信线路COM_1相连接。

变换器TR_1至TR_4构成不同的冗余设置之间的电气隔离。

Claims (5)

1. 一种用于汽车的制动装置，它具有至少一个第一制动回路和至少一个第二制动回路，其中这两个制动回路分别具有一个带有各自的控制电路(20，42)和各自的能量供应装置(54，55)的电气控制回路，及可由控制电路(20，42)控制的制动操纵装置(11，12，27，28，66，67，71，72)，其中至少一个制动操纵装置(11，12，27，28，66，67，71，72)可由多于一个的控制电路(20，42)控制，其特征在于，制动回路可通过一个脚踏制动阀(61)被电气控制，并且脚踏制动阀(61)具有两个电气制动发起装置，它们分别在电气上隔离地与控制电路(20，42)相连接。

2. 如权利要求1所述的制动装置，其特征在于，所述电气控制回路在电气上相互隔离。

3. 如权利要求1或2所述的制动装置，其特征在于，第一制动回路的控制电路(20)通过一个通信线路(58)与第二制动回路的控制电路(42)连接，其中通信线路(58)具有一个用于使两个控制回路在电气上隔离的装置(59)。

4. 如权利要求1所述的制动装置，其特征在于，两个控制回路具有一个公共的接地端(GND)。

5. 如权利要求1所述的制动装置，其特征在于，控制电路(20，42)在电气上隔离地与其它的电气或电子汽车系统相连接。

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