CN101405163B - 用于公路车辆的全电控电气制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出配装车轮(1)的公路车辆的全电控电气制动系统，车轮旋转地与相应至少一个旋转电机(2)连接，至少一个电子车轮控制模块(23)控制同一车轮的电机，每个控制模块选择性地对车轮施加已确定幅值和符号的控制转矩，使车轮根据控制转矩对车辆施加驱动力或制动力，系统包括确保车辆移位的管理的中央单元(3)，中央单元(3)控制所有电子车轮控制模块(23)、并有由具有表示用于全电控车轮的所需总制动力的给定幅值的车辆制动控制信号启动的车辆制动工作模式，在制动模式下，无论制动控制信号幅值如何，中央单元以所有车轮纵向力之和是制动控制信号的幅值的函数的方式控制所有电子车轮控制模块，在最简单示例中该函数是比例函数。

Description

用于公路车辆的全电控电气制动系统

技术领域

本发明涉及公路车辆，尤其涉及使用电力牵引的公路车辆的制动系统。

背景技术

电动车辆包括使其移位所需电能被储存在电池中的车辆和通过驱动发电机的热力发动机或通过燃料电池在车上产生电能的车辆。由一个或多个电机确保车辆牵引。通过常规机械制动系统确保车辆制动，机械制动有时采用电气辅助。

此时，因为电机为可逆的，其在车辆制动阶段过程中也可用作发电机，此时可选择地通过热消散可将机械制动能量转换为车辆需吸收的电能。该工作模式通常称为“电气制动”或“再生制动”。

现有技术中已提出使用电力牵引的许多车辆。应提及，例如根据描述每个车轮由对应电机驱动的系列混合型四轮车辆的专利申请GB2383567制成的车辆，所述专利可使该装置重新配置动态车辆控制器功能。该专利申请不涉及制动，但是涉及由电动机施加至车辆的偏航转矩。也应提及根据描述每个车轮由对应电机驱动的系列混合型四轮车辆的专利GB2344799制成的车辆，所述专利更具体地描述用于辅助常规机械摩擦型制动系统的电气制动操作。

实际上，电机用作发电机以确保车辆适度减速，以尽可能地恢复能量并储存在蓄电池中，或用于将其消散以减小车辆机械制动器所承受的应力。实际上通常以辅助方式通过液压控制的机械制动器确保车辆的主制动，且目前常设有已知为“ABS”的防抱死功能。制动是至关重要的车辆安全功能。机械制动器具有相当大的功率，足以导致车轮抱死，所述功率由防抱死功能限定，与最大夹紧力相关。为确保乘客安全，客运车辆制动系统通常能够确保减速度达到1“g”量级，其中g为加速度单位，而其数值“1”相当于地球重力。

此外，在电力牵引车辆中，特别地值得在车轮中引入电机，因为其消除机械轴并为车辆基本结构提供更大的范围。现有技术已知将电机并入车轮的多种装置。专利申请WO2003/065546提出布置四个电机通过行星齿轮系传递其转矩至车轮。专利EP0878332公开了包括位于车轮内的车轮垂直悬挂和旋转牵引电机的地面接触系统。车轮与电机之间存在减速级，所述电机与齿轮啮合，所述齿轮与车轮同轴。当然，车轮包括盘式制动器以确保脚踏制动功能。此外，地面接触系统包括枢轴以使车轮转向。如此地面接触系统的所有机械功能包括在车轮中。最后，专利申请DE10054368描述包括电机的车轮与用于控制电机的电子装置；也讨论了除使车辆固定情况外取消机械制动器的可能性。

但是，在电力牵引车辆的情况下，取消机械制动器仍有风险，因为电气制动显然需要能量足够大，且极为可靠，不会使车辆或甚至车轮更重。此外，也应可能以转换为适用行车制动器(service brake)的方式控制电气制动，制动车辆而不会损害稳定性，而同时利用车轮可用的组合，其夹紧力可变化且是不均匀的，且最大级别制动所产生的所有能量需能够被吸收。

本发明目的是提出使车辆的地面接触系统的结构简化的可靠全电气制动系统。本发明提出实用的装置以完全通过电气完成脚踏制动功能，而同时确保高级别安全性。

发明内容

本发明涉及一种用于公路车辆的全电控电气制动系统，所述公路车辆配装有多个车轮，每个车轮旋转地连接到至少一个旋转电机，每个旋转电机与单一车轮配合，一个电子车轮控制模块控制同一车轮的电机，每个电子控制模块使得可选择性地对所述车轮施加已确定幅值和符号的控制转矩，其方式为所述车轮根据所述确定的控制转矩对车辆施加驱动力或制动力，所述系统包括确保纵向车辆移位的管理的中央单元，所述中央单元控制所有电子车轮控制模块，所述中央单元具有由车辆制动控制信号所启动的车辆制动工作模式，所述车辆制动控制信号具有表示用于所述车辆的所需总制动力的给定幅值，在制动模式下，无论制动控制信号幅值如何，所述中央单元以旋转电机所输出的所有车轮的纵向力之和是制动控制信号的所述幅值的函数的方式控制所有电子车轮控制模块，并且所述系统包括用于热消散电能的装置，其功率超过车辆每吨350kW，所有旋转电机能够输出大于车辆每吨350kW的峰值功率。

本发明涉及的车辆制动系统中，没有机械行车制动器。在本发明一个特别有利的实施例中，车辆车轮不包括机械行车制动器。无论制动控制信号幅值如何，即，即使对于最强烈的制动，也可通过利用电机作为发电机确保电气制动。每个车轮包括一个或多个专用电机以使在每个车轮上可选择地产生制动力，这无法通过多个车轮(例如在一个轴上的多个车轮)共用电机而实现，因为此时在车轮之间存在机械传动和差分。电机合适地选择尺寸以对每个车轮施加最大可能的制动力。

当然，所述系统包括用于热消散电能的装置，这些装置能够吸收升高的电功率，所述电功率升高使得例如需安装一个或多个由例如水循环有效冷却的电力消散电阻器，已知的蓄电池不能够吸收紧急制动所产生的电功率或者不能够吸收延长制动所产生的所有电能，除非所设置的容量可使得其真正抵消车辆的重量作用。也可能采用其它消散装置，例如线圈与由水循环冷却的铁磁体之间的磁耦合。如此，本发明可能形成与环境隔离的独立电气系统，能够在所有行进情况下提供车辆电气制动，并且如此工作时与车辆外部没有电能交换，且因此所述制动也可被施加至电动车辆，电气制动系统应用的难度远远大于车辆与例如火车或城市列车等电气网络连接的情况。

控制器电子优选地包括冗余。有利地，仍考虑安全性原因，也提供硬件冗余。以下描述根据本发明特别值得的制动系统实施例，其中可区分：

牵引所需电功率与电气制动所产生的电功率所经过的功率级；

用于为控制和驱动功率元件的电子器件供电的低电压电源级；以及

用于控制车辆制动的信号的流动级。

以下提出一种每一这些级均具有某种程度冗余的结构。所提出的所述各级冗余均可单独或相互组合使用。当然，通过将所提出的所有冗余加在一起可提高可靠性水平。

首先，在功率级水平下，使用多个旋转电机，至少为两个且优选为每个驱动车轮一个旋转电机，这已提供某种程度的冗余。此外，优选地，用于热消散电能的所述装置包括两个电子消散模块和两个电力消散电阻器以使得在电阻器或其控制模块损坏情况下总可提供某些减速性能。这形成如下所示布置的两个子系统。

根据一个重要方面，本发明提出一种用于公路车辆的全电控电气制动系统，所述公路车辆配装有多个车轮，所述车轮中至少两个车轮分别旋转地连接到至少一个旋转电机，每一旋转电机与单一车轮配合，至少一个电子车轮控制模块控制同一车轮的电机，每个电子控制模块可对所述车轮选择地施加已确定幅值和符号的控制转矩，其方式为所述车轮根据所述已确定的控制转矩对车辆施加纵向的驱动力或纵向制动力，其特征在于，所述系统包括与主电力线连接的至少两个子系统，各子系统包括：

所述多个车轮的一部分；

与所述部分的每个车轮相联的电子控制模块；以及

由电子消散模块供电的消散器。

在四轮车辆的一个实施例中，优选地每个车轮与其各自旋转电机机械地连接，每个所述子系统包括两个所述车轮。优选地，每个子系统将车辆相对角部对角放置的车辆车轮组合在一起。可知该方案比机动车辆中通常采用的双液压制动电路提供更高的安全性。

此外，非常有利地，用于为控制并驱动功率元件的电子器件供电的低电压电源级包括两个独立的电压源。所述低电压电源级包括第一电源与至少一个第二电源，所述第一电源与所述第二电源由包括第一节段与第二节段的低电压电力线连接，在其中之一欠电压情况下由隔离所述两节段的电流隔离器将所述第一与第二节段连接，其中一个子系统的每一电子车轮控制模块与电子消散模块由第一节段供电，而另一子系统的每一电子车轮控制模块与电子消散模块由第二节段供电。

所述第一电源包括例如与主电力线连接的电压转换器。该主电力线中的电能可来自任一主电源，例如燃料电池、电能储存装置或实时再利用的制动能量。因此也具有能量源冗余。所述第二电源包括例如专用于该低电压电源的低电压电池。当然，也可为该第二电压源使用其自身也与主线路连接或替代地直接与存储装置连接的第二电压转换器。所述两个电压源通过包括所述第一节段和所述第二节段的所述电气连线相互连接。

最后，车辆制动控制信号流动级围绕两个传感器被设立，所述传感器与受驾驶员操纵的制动控制器机械地且优选为单独地连接，所述传感器如下所述以完全不同的方式被利用。

也应指出，优选地，为保持车辆固定不动，安装通常已知为停车制动器的机械制动装置。但是，这种装置并非设计为用于制动车辆，而是仅用于优选地在甚至非常大的斜坡上保持其停止。因此，根据本发明所述系统包括与至少一个车轮相联的、仅由停车制动控制器控制的机械车轮制动装置。优选地，停车制动装置由受制动控制单元控制的电致动器所控制，制动控制单元仅在低于车辆纵向速度阈值时可被启动，所述阈值例如为小于10km/h。

本发明也包括配备有此处所描述的电气制动系统的车辆。

附图说明

根据以下优选但是非限制性实施例描述，本发明的其它目的和优点将是明显的，如附图所述，其中：

图1为带有车载电能生产的四轮车辆制动系统的示意图；

图2为编排以表现某些硬件冗余的功率水平的详细图表；

图3详细显示了不同控制电子器件的低电压电源水平；

图4详细显示了不同元件与中央单元的控制电子器件之间的控制线水平。

具体实施方式

图1为具有四个车轮1_FrL、1_FrR、1_ReL与1_ReR的车辆的示意图。左侧前车轮被指定为1_FrL，右侧前车轮为1_FrR，左侧后车轮为1_ReL且右侧后车轮为1_ReR。每个车轮配备有与其机械联结的电机。图中显示电机2_FrL、2_FrR、2_ReL与2_ReR。下文中，特定地指示车轮1或电机2在车辆中位置的下标仅在若可有助于清楚说明的情况下使用。电力牵引机2为三相同步电机，配备有解码器类型的角位移传感器，由与电力线21连接的电子车轮控制模块23控制。电子车轮控制模块23被设计为在转矩方面控制电机。因此，电机可用作电动机以及发电机。每一后车轮1_ReL与1_ReR还配备有由受制动控制单元控制的电气致动器7所控制的车轮机械制动装置71。

布置与车轮机械联结的电机的多种布置是可能的。但应注意的是，有利地应提供例如至少等于10并实际优选地大于15的较大减速，如此电机体积不会过大。可将电机与车轮同轴安装，由行星齿轮系确保机械连接以提供所需的减速。也可能采用专利申请EP0878332所描述类型的优选地通过加入机械减速级的结构。也可能选择提供多个电机，其转矩相加在一起。此时，电子车轮模块可并行控制安装在同一车轮中的多个电机。对于在一个车轮中安装的多个电机，可参考例如专利申请WO2003/065546和专利申请FR2776966。

本发明描述应用于车辆确保电能的车载产生。燃料电池4显示为在主电力线40中提供电流。当然，例如电池等提供电能的其它任何器件可被采用。也显示电能储存器件，它在该实例中包括一组超级电容器5，其通过电子再生模块50与主电力线40连接。电力消散电阻器6显示为优选地浸入向换热器(未图示)消散热量的传热液体中，其构成能够吸收制动过程中所有电机所产生电能的能量吸收器件。消散电阻器6通过电子消散模块60与主电力线40连接。

中央单元3管理包括车辆电力牵引系统等的多种功能。所述中央单元3通过电力线30A(CAN 

)与所有电子车轮控制模块23以及电子再生模块50交互。中央单元3也通过电力线30E与加速控制器33交互、通过电力线30F与制动控制器32(行车制动器)交互、并通过电力线30C与选择向前或向后行进的控制器31交互。这使其可能考虑驾驶员的意愿。中央单元3也通过电力线30D与纵向加速度传感器34交互。最终，电子再生模块50通过电力线30B与电子消散模块60交互。

中央单元3确保车辆纵向移位的管理。所述中央单元3控制所有电子车轮控制模块23。中央单元3具有由车辆制动控制信号所启动的车辆制动工作模式，车辆制动控制信号具有表示所述车辆所需的总制动力的给定幅值。在制动模式下，无论制动控制信号幅值如何，所述中央单元3以旋转电机输出的所有车轮1的纵向力之和是制动控制信号的所述幅值的函数的方式控制所有电子车轮控制模块23。即，没有机械行车制动器；此处所描述的电气制动系统为车辆行车制动器。

图中也显示停车制动控制器35。机械车轮制动装置的致动器7仅由该停车制动控制器35而并非由制动控制器32通过电力线30H控制。优选地，为了避免设计为仅用于保持车辆固定不动且其消散热量的能力非常有限的机械制动装置71的任何性能下降，所述停车制动控制单元在例如低于10km/h的车辆非常低的纵向速度阈值时可被启动。

以下描述根据本发明系统的运行。

当驾驶员使用控制器31选择向前行进并启动加速踏板33，中央单元3指示电子车轮控制模块23通过由主电力线40获取电能而向电机2供电。所述主电力线根据其充电的状态，在中央单元3控制下由燃料电池4和/或一组超级电容器5供电。车辆向前运动。电机2将电能转化为机械牵引能。所采用功率特别地取决于加速控制器33的位置。

当驾驶员启动制动踏板32，中央单元3转入制动模式。根据驾驶员对制动踏板32的作用，中央单元3计算制动控制信号的数值。无论制动控制信号幅值如何，所述中央单元3以所有车轮1的纵向力之和与制动控制信号的所述幅值成比例的方式控制所有电子车轮控制模块23。此后旋转电机2将机械转动能转化为电能。

根据电子再生模块50中程序设定的电能管理策略，所述电子再生模块分配制动能量以使该组超级电容器5再充电、和/或控制电子消散模块60以消散电力消散电阻器6中的能量。应易于理解，当例如该组超级电容器5等的储存装置饱和时，全部能量须被消散。此外，储存装置的功率可能是有限的，即储存装置的充电速度例如对应于较缓和的制动，正如对热力发动机(已知为“发动机制动”)通常期望的。在该制动程度以外，所产生的电功率此后被导向消散装置。

为确保车辆工作安全性，电力消散电阻器6采用以紧急制动工作过程即最剧烈的制动所产生的全部电能可被消散的方式确定其尺寸并被冷却。实际上，与机械制动系统所采用的严格准则相似，可取的是设计该系统由旋转电机2、电子车轮控制模块23、主电力线40、电子消散模块60和电力消散电阻器6组成。

优选地，所有旋转电机2能够输出大于车辆每吨500kW的峰值功率，优选地所有电力消散电阻器6形成功率大于车辆每吨500kW的能量吸收器件。有效地，如果F为施加至车辆以使其制动的力，如果其质量为M且速度为V、且如果γ为加速度，则F＝M*γ且P＝F*V＝M*(γ*V)。假设最大减速度为1g，在130km/h时车辆每吨功率为大约350kW且在160km/h时大约为500kW。根据此信息，本领域技术人员将易于使能量吸收器件与旋转电机的功率的比例为驾驶员希望建立的车辆特性的函数。

因此，正如显示本发明的示例，具有两个子系统，其中每个子系统均具有电力消散电阻器，这些电力消散电阻器6A和6B中的每个功率大于250kW，且所有旋转电机2在每种情况下能够输出大于车辆每吨500kW的峰值功率。

当驾驶员选择反向行进时，中央单元3指示电子车轮控制模块23使旋转电机2反向工作，包括在制动情况下。

以下描述如何创建车轮防抱死功能。

由于电力牵引机2配备有解码器类型的角位移传感器，且每个车轮1具有其各自旋转电机2，因此为每个车轮提供转速传感器。在此基础上构建用于控制每个车轮滑动的器件，其中，在制动模式下，当滑动控制装置检测到所述车轮滑动，车轮的控制转矩减小。可例如实时分析每个车轮转速传感器输出的信号，并根据显著改变(减速度)推断开始发生抱死。可实时计算每个车轮转速信号的导数，从而获得表示每个车轮加速/减速的信号，如果具有适用传感器，可将所述信号与车辆的真实加速/减速的信号比较。所述传感器即为上述的纵向加速度传感器34，或由处理用于估计车辆的真实加速度/减速度的多个信号而产生。因此，当滑动控制装置检测到所讨论车轮的滑动，中央单元3可指示电子车轮控制模块23减小车轮控制转矩(由车轮选择)。应注意的是，转矩降低可直接由对车轮处测得的速度和加速度可作出实时响应的电子车轮控制模块控制，中央单元传输例如对应的最大速度和加速度指示。

总之，应指出无需常规制动部件(参见申请EP0878332中的盘闸与夹闸)不仅仅大体上简化了配备有根据本发明系统的车辆的结构，而且通过取消涉及更换衬垫或闸盘等的周期性工作可简化维护。在取消常规液压制动部件所获得的各优点中，还应提及消除衬垫的残余摩擦(已知该摩擦耗费常规制动时车辆工作所需能量的不小部分)。应注意另一优点是消除了常规液压制动部件在地面接触系统所产生的热应力，并消除与衬垫和闸盘磨损产生的粉尘相关的损害。

上述描述为车轮均未配备机械制动器的机动车辆牵引系统。车辆减速能力来自采用旋转电机作为发电机，所述旋转电机被设计为可导致车辆每个车轮抱死，即其能够提供足够的制动转矩。

本发明其余部分描述特别的非限制性实例，其能够建立具有足够硬件冗余以能够确保车辆制动系统中具有非常高级别安全性的系统。

图2显示电气制动系统包括与主电力线40连接的两个子系统(A与B)，所述每个子系统包括两个车轮，其中每个车轮旋转地与其专用的至少一个旋转电机2连接。右侧前车轮与左侧后车轮，或更准确地其旋转电机2和与其相联的电子车轮控制模块23形成子系统A。左侧前车轮与右侧后车轮，或更准确地其旋转电机2和与其相联的电子车轮控制模块23形成子系统B。每个子系统分别包括电力消散电阻器6A或6B，每一电力消散电阻器分别由电子消散模块60A或60B供电。

如果根据硬件冗余准则检查牵引系统不同组成元件，由于每个车轮具有其各自的电机，包括在车轮中的旋转电机2形成自然具有冗余性的系统。由于每个这些电机2具有其各自的控制电子器件，这些电机的控制电子器件，即电子车轮控制模块23，同样形成具有硬件冗余的系统。

在再生制动过程中，各旋转电机2通过电子车轮控制模块提供电能至电力线40。该能量或者可被储存在例如一组超级电容器5的蓄电池中、或被电功率电阻器6A和6B消散。在紧急制动过程中，显然不可能依靠蓄电池的储存能力，因为所述蓄电池可能已经为最大充电，不能吸收电能。因此，电阻器6对于工作安全性是至关重要的部件。同样，电力线4对于全电动车辆制动系统的工作安全性是至关重要的部件。以下将对不同故障情况进行检查。

图2显示主电源在本实施例实例中为燃料电池4。该图也显示允许储存电能的蓄电池组以及其电子再生模块50，蓄电池组在本实施例实例中为一组超级电容器5。最终，不同电子模块的低电压电源一方面通过允许电力线40上可用的电压转变为用于供给不同控制电子器件的低电压(例如12伏)的电压转换器41、而另一方面通过车辆中常规采用的例如直流12伏电池的电池42被确保。

为确保制动安全性，制动系统被被构造为两个子系统，即将右侧前车轮与左侧后车轮组合的系统A、以及将左侧前车轮与右侧后车轮组合的系统B。子系统A通过过电流保护器件41A与电力线40连接。子系统B通过过电流保护器件41B与电力线40连接。每个子系统因此包括各自的消散电阻器6A、6B、且均具有各自控制电子器件60A、60B。在器件41A下游，电力线节段40A连接到与左侧后车轮相联的电子车轮控制模块23、与右侧前车轮相联的电子车轮控制模块23、以及与消散电阻器6A相联的电子消散模块60A。子系统B同样如此。

每一电子车轮控制模块23自身能够控制电气制动工作。因此，在电力线40损坏导致过电流保护装置41A与41B的连接两点之间中断的情况下，两个子系统即系统A与系统B保持相互独立、且均能够确保车辆电气制动。每个这些子系统具有其各自的电力消散电阻器。因此提供功率级硬件冗余。

功率级可经受除电力线40故障以外的故障。例如在电子消散模块60A处终止的电力线40A的节段可被中断。此时，消散电阻器6A在电路之外。子系统A在电气制动过程中所产生的电功率可流经电力线40A的未中断的节段、通过过电流保护器件41A流回电力线40、并被引导通过电力线40B流向电力消散电阻器6B。因此电力消散电阻器6B此时变为子系统A与子系统B共用。

即使可用电力消散功率划分为两部分，此时准确地，电气制动系统的减速能力保持相当大，足以确保紧急制动。实际上，每个电力消散电阻器6被浸入液压冷却回路中。在紧急制动的情况下，电气制动所产生的能量足以使冷却流体以达到沸点。当其转化为蒸汽相时，汽化的流体立即被液相的冷却流体替代，液相的冷却流体再次冲洗电阻器，该系统继续呈现一定的热消散能力。此外，冷却系统具有一定程度的温度滞后。申请人所进行的试验已证明，即使在此情况下，电气制动系统比诸如目前电动车辆中采用的液压交叉制动系统在相当大程度上功率更大、效用更高。

如果电力线40A在与右侧前车轮相联的电子车轮控制模块23和与左侧后车轮相联的电子车轮控制模块23之间被中断，在此情况下则电力消散电阻器6A对与右侧前车轮相联的旋转电机2保持可用，此时其用作发电机，而电力消散电阻器6B对子系统B以及与左侧后车轮相联的旋转电机2即子系统A的旋转电机2的其中一个可用。电力消散电阻器中的一个电力消散电阻器6B比另一电力消散电阻器6A将接收更高电功率。运转并非最优，但是该结构比前述段落中所解释的情况对车辆减速能力不利性更小。

如果，不论任何原因，故障导致过电流保护器件41A打开，如此隔离子系统A，在此情况下，车辆制动能力也保持最大，因为电力消散电阻器被设计为使其能够总体上确保车辆完全减速，即使当此处包括一组超级电容器5的蓄电池处于最大充电。此时，对最大减速能力而言并非其中一个电气制动系统损坏。普遍认为，对于常规管理该情况并非最优，因为尤其是再生能量的可能性丧失，但这对安全性并无损害。

如果在子系统B中发生已经对子系统A解释的任一故障，因为对称性，电气制动安全性条件基本保持相同。总之，通过将功率级构建为两个独立的子系统，即，分别通过其各自过电流保护器件(器件41A与41B)与车辆的主电力线40连接的系统A与系统B，并通过为每个子系统配备各自的电力消散电阻器，提供双重硬件冗余，使得可能为车辆的电气制动确保良好安全性条件。

电力消散电阻器6A与6B的消散功率取决于冷却系统的良好运转。实际上，所述电力消散电阻器浸入传热流体中。图3为冷却回路的示意图。可见所述冷却回路包括两个泵8A与8B以及两个散热器80A与80B。所述两个泵8A与8B串联安装，且每一泵均分别由各自电动机81A与81B控制。每个这些电动机被其各自的控制电子器件82A与82B控制。所述散热器80A与80B并联安装并装有阀83，阀83可在散热器中的一个出现泄漏的情况下选择性地隔离每一散热器。另一方面，所述泵与泵驱动电动机组件被以这种方式设计，即如果其中一个泵工作失常，另一泵仍能够确保传热流体具有足够流速，尽管另一泵不再正常工作。

参见图3，此处提供不同控制电子器件以及不同辅助装置的的低功率电源的描述。该图显示了两个电力消散电阻器6A，6B的电子消散模块60A与60B、分别与四个电机2的其中一个相联的电子车轮控制模块23、以及与该组超级电容器5相联的电子再生模块50。图中也显示中央单元3、冷却回路中的一个泵的控制电子器件82A、以及冷却回路中的另一泵的控制电子器件82B。制动踏板因为其构造认为足够安全，因此不必成双。两个位置传感器C1，C2分别与制动踏板相联，且分别提供表示车辆驾驶员所需指令的信号。

低电压电源的冗余性设计如下。因为一方面提供与电力线40连接并提供12伏直流电压的电压转换器41，另一方面电池42也提供12伏直流电压，某些元件将如下所述与电压转换器41连接，其它元件与12伏电池连接。连线43确保电压转换器41与电池42之间的相互连接。该连线43包括第一节段43A与第二节段43B，以及在其中一个节段欠压时隔离所述两个节段的电流隔离器430。一些元件均通过过电流保护器件434A与第一节段43A相互连接。一些元件均通过过电流保护器件434B与节段43B连接。

例如，为确保冷却回路的泵的良好运转，电动机中的一个81A通过其控制电子器件82A与所述第一节段43A连接。电动机中的另外一个81B通过其控制电子器件82B与所述第二节段43B连接。子系统A的控制电子器件，即与右侧前车轮的旋转电机2相联的电子车轮控制模块23、与左侧后车轮旋转电机2相联的电子车轮控制模块23、以及消散电阻器6A的电子消散模块60A与第二节段43B连接，而子系统B中相同的电子装置与第一节段43A连接。

因为中央单元3控制所有电子车轮控制模块23，确保车辆移位的管理的该中央单元3因双重电气连接而受益。所述中央单元通过将所述第一与第二节段隔离的一对二极管与第一节段43A与第二节段43B均连通。即使在两个低电压电源中的一个损坏的情况下，中央单元3均通过二极管435连通以确保中央单元3供电连续性。此外，合适的电路436监控每一供电连线中电压的存在，以在两个电源中的一个损坏的情况下发出故障信号。与一组超级电容器5相联的电子再生模块50仅与第一节段43A连接。应注意的是该类型的双重连接也可能用于所有电子器件，尤其是用于电子车轮控制模块23。

因此可见，如果不论任何原因电压转换器41存在严重故障，所述电流隔离器430将中断电压转换器41与电池42之间的相互连接，而电池可继续对与子系统A、中央单元以及液压冷却回路的两个泵中的一个相联的控制电子器件低电压供电。相反，如果电池42发生严重故障，所述电流隔离器430可中断相互连接，且电压转换器41可继续对子系统B、中央单元以及液压冷却回路中的一个泵供电。由此可见，所述结构使其可保持两子系统A或B的其中一个工作，因此一半的车辆制动功率仍为可用。

以下描述为制动控制器系统中第一连接的制动传感器C1与C2的供电。应记住，根据本发明的系统包括控制所有电子车轮控制模块23的中央单元3。另一方面，根据本发明的系统包括驾驶员可用的制动控制器32，所述控制器至少机械地连接到第一传感器C1和第二传感器C2，第一传感器C1输出具有表示车辆所需总制动力的给定幅值的车辆制动控制信号，第二传感器C2输出具有表示车辆所需总制动力的给定幅值的车辆制动控制信号。

根据本发明的系统的结构为传感器C1与C2设定不同功能。传感器C1由中央单元3提供低电压电能。它输出控制信号到中央单元3，而所述中央单元仅从传感器C1接收制动控制信号，以产生总体车辆制动控制信号的第一水平。第二传感器C2由与各电机相联的电子车轮控制模块23供电。所述第二传感器C2输出其控制信号到各电子车轮控制模块23。当然，二极管230被设置在每一控制电子器件23与传感器C2之间的连线中。此外，合适电路231监控各四个供电连线上电压的存在，以在四个供电的其中一个损坏的情况下发出故障信号。在下一段落中可见，传感器C2直接与车轮控制电子器件23相联，且仅与车轮控制电子器件23相联。

已经看到，低电压电源级包括第一电源和至少一个第二电源，所述第一电源与第二电源通过包括第一节段43A与第二节段43B的电力线43相互连接，所述第一与第二节段通过电流隔离器430连接，在其中一个欠压的情况下所述隔离器将两个节段分离并能够根据需要将该相互连接断开。所述第一传感器C1与中央单元3由同一节段供电，且所述第二传感器C2经隔离所述电源的一对二极管由其中一个子系统A的车轮控制电子器件23以及由另一子系统B的车轮控制电子器件23供电。

在图4中，可见中央单元3通过使控制器指令以计算机化形式传输的CAN总

(控制器局域网络，由参考序号30A表示)与各电子车轮控制模块23以及电子再生模块50相互连接。中央单元3装有适合考虑所有所要参数的软件，以获得根据通过CAN总线30A循环传递的所需协议发送到控制电机的不同电子器件的制动控制信号。每一电子车轮控制模块23另外可直接经模拟连线300接收传感器所输出的模拟信号。

最终，控制器连线30B将电子再生模块50连接到电子消散模块60A与60B。在电子再生模块50故障情况下，电子消散模块60A与60B保留消散自动传回到电力线40的制动功率的可能性而不会接收连线30B的指令。由于在此后一种情况下电子再生模块50失效，子系统A与B因此对于制动保持完全可操作，但是不能储存能量。

为返回到使电机2产生制动转矩，电机2的控制由与每一电机2对应的电子车轮控制模块23直接确保。所述模块装有适合根据所接收的控制信号在转矩方面控制每一电机的软件。每一电子车轮控制模块23一方面通过总线30A、另一方面通过从传感器C2提供信号的模拟连线300接收制动控制信号。每一电子车轮控制模块23由此可在任一时刻将总线30A所提供的控制信号与模拟连线300所提供的控制信号进行比较，在根据试验确定的例如10至20％量级的一定允许范围内，优先采用来自总线30A的制动控制信号。这即是常规工作模式。

另一方面，如果由于中央单元3或中央单元3中所设软件的故障，总线30A所传送的制动控制信号远远低于从传感器C2直接以模拟方式发送的制动控制信号，则优先采用来自传感器C2的控制信号以确保制动车辆时的工作安全性。可见所提出的结构对各传感器C1与C2所提供的信号加以不同利用。传感器C1与中央单元3相联，并且可计算第一水平总体制动信号。另一方面，传感器C2所提供的控制信号通过合适连线直接以模拟方式提供到电子车轮控制模块23。通过比较不同信号确保总体一致性。在所选择的允许范围内，与最大减速对应的信号优先。这样，即使在总线30A或所述总线节段或任一模拟连线300损坏的情况下，均可确保制动控制安全性。

除以上所述之外，可建立通过例如驾驶员操纵紧急按钮等方式产生由紧急指令预定的制动信号的可能性。该类型的制动指令被中央单元3，更准确地说由中央单元3中所设的软件纳入在内，并通过CAN总线30A被传递到每一电机的控制电子器件23。即使制动踏板损坏，仍可确保制动过程中的工作安全性。同样，在两个传感器损坏或两个制动传感器C1与C2的固定装置损坏的情况下，仍可确保制动过程中的工作安全性。如果两个传感器C1或C2仅其中一个的机械连接或两个传感器中的一个出现故障，如前述段落所述当然可确保制动过程中的工作安全性。但是，此时可能例如使其行程到达终点，一旦车辆停止则防止其再次启动。

最后，应指出所描述的硬件冗余优选地与软件冗余组合使用，有利地中央单元3中所装载的软件以及电子车轮控制模块23中所装载的软件均应如此。这样，全电动的车辆制动系统可实现高度安全性。

Claims (18)

1.一种用于公路车辆的电气制动系统，所述公路车辆配装有多个车轮(1)，每个车轮旋转地连接到至少一个旋转电机(2)，每个旋转电机(2)与单一车轮配合，电子车轮控制模块(23)控制同一车轮的电机，每个电子车轮控制模块使得可选择性地对所述车轮施加已确定幅值和符号的控制转矩，其方式为所述车轮根据所述确定的控制转矩对车辆施加纵向驱动力或纵向制动力，所述系统包括确保纵向车辆移位的管理的中央单元(3)，所述中央单元(3)控制所有电子车轮控制模块(23)，其特征在于，所述中央单元(3)具有由车辆制动控制信号所启动的车辆制动工作模式，所述车辆制动控制信号具有表示用于所述车辆的所需总制动力的给定幅值，在制动模式下，无论车辆制动控制信号幅值如何，所述中央单元(3)以旋转电机所输出的所有车轮(1)的纵向力之和是车辆制动控制信号的所述幅值的函数的方式控制所有电子车轮控制模块(23)，并且所述系统包括用于热消散电能的装置，其功率超过车辆每吨350kW，所有旋转电机(2)能够输出大于车辆每吨350kW的峰值功率，所述的电气制动系统还包括与主电力线(40)连接的至少两个子系统(A，B)，每个所述子系统包括：

所述多个车轮(1)的一部分；

与所述部分的每个车轮相联的电子控制模块；以及

由电子消散模块(60)供电的消散器。

2.如权利要求1所述的用于公路车辆的电气制动系统，其特征在于，车辆制动控制信号的所述幅值的所述函数是比例函数。

3.如权利要求1所述的用于公路车辆的电气制动系统，其特征在于，包括与至少一个车轮相联的机械制动装置(71)，所述机械制动装置由制动控制单元控制的电气致动器(7)操纵，所述制动控制单元仅在低于车辆纵向速度阈值时能够被启动，所述阈值低于10km/h。

4.如权利要求1所述的用于公路车辆的电气制动系统，其特征在于，包括与至少一个车轮相联的用于所述车轮的机械制动装置(71)，所述机械制动装置仅由停车制动控制器(35)操纵。

5.如权利要求1所述的用于公路车辆的电气制动系统，其特征在于，所述用于公路车辆的电气制动系统取消了机械行车制动器。

6.如权利要求1所述的用于公路车辆的电气制动系统，其特征在于，包括用于控制每个车轮滑动的装置，其中，在制动模式下，当滑动控制装置检测到所述车轮滑动时，车轮控制转矩被减小。

7.如权利要求6所述的用于公路车辆的电气制动系统，其特征在于，实时计算每个车轮的转速信号的导数以获得表示每个车轮加速/减速的信号，所述车轮加速/减速的信号与给出由纵向加速度传感器(34)传输的车辆真实加速/减速的信号进行比较。

8.如权利要求6或7所述的用于公路车辆的电气制动系统，其特征在于，所述旋转电机(2)配装有解码器类型的角向位置传感器。

9.如权利要求1至7的任一权利要求所述的用于公路车辆的电气制动系统，其特征在于，用于热消散电能的装置包括一个或多个电力消散电阻器(6)。

10.如权利要求1所述的用于公路车辆的电气制动系统，其特征在于，所述旋转电机(2)是内置的旋转电机。

11.如权利要求1所述的用于公路车辆的电气制动系统，其用于具有四个车轮的车辆，每个所述车轮旋转地与相应的至少一个旋转电机(2)连接，每个所述子系统包括两个所述车轮，其中每个子系统将在车辆相对角部对角放置的车辆车轮组合在一起。

12.如权利要求1所述的用于公路车辆的电气制动系统，其特征在于，每个子系统的消散器功率大于车辆每吨250kW，且所有旋转电机(2)能够输出大于车辆每吨500kW的峰值功率。

13.如权利要求1所述的用于公路车辆的电气制动系统，其特征在于，其中每个子系统(A，B)通过过电流保护器件(41A，41B)与主电力线(40)连接，用于提供电能的装置与主电力线(40)连接。

14.如权利要求1所述的用于公路车辆的电气制动系统，其特征在于，包括为用于控制和驱动功率元件的电子装置供电的低电压电源级，所述低电压电源级包括第一电源和至少一个第二电源，所述第一电源与第二电源通过包括第一节段(43A)与第二节段(43B)的低电压电力线(43)相互连接，所述第一与第二节段由用于隔离所述两个节段的电流隔离器(430)连接，所述电流隔离器在节段中的一个处于欠电压情况下能够根据需要断开该相互连接，其中一个子系统(A)的每个电子车轮控制模块(23)与电子消散模块(60)由第一节段供电，另一子系统(B)的每个电子车轮控制模块(23)与电子消散模块(60)由第二节段供电。

15.如权利要求1所述的用于公路车辆的电气制动系统，其特征在于，包括确保纵向车辆移位的管理的中央单元(3)，所述中央单元(3)控制所有电子车轮控制模块(23)，还包括驾驶员可用的制动控制器(32)，所述制动控制器至少机械地与第一传感器(C1)和第二传感器(C2)连接，第一传感器(C1)输出具有表示用于车辆的所需总制动力的给定幅值的车辆制动控制信号，第二传感器(C2)输出具有表示用于车辆的所需总制动力的给定幅值的车辆制动控制信号，在所述系统中所述第一传感器(C1)输出其控制信号至所述中央单元(3)、且所述第二传感器(C2)输出其控制信号至每个电子车轮控制模块(23)。

16.如权利要求15所述的用于公路车辆的电气制动系统，其特征在于，包括为用于控制和驱动功率元件的电子装置供电的低电压电源级，所述低电压电源级包括第一电源和至少一个第二电源，所述第一电源与第二电源通过包括第一节段(43A)与第二节段(43B)的低电压电力线(43)相互连接，所述第一与第二节段由用于隔离所述两个节段的电流隔离器(430)连接，所述电流隔离器在节段中的一个处于欠电压情况下能够根据需要断开该相互连接，所述第一传感器(C1)与中央单元(3)由同一节段供电，所述第二传感器(C2)通过隔离所述电源的一对二极管由其中一个子系统(A)的车轮控制电子器件(23)和另一子系统(B)的车轮控制电子器件(23)供电。

17.如权利要求10所述的用于公路车辆的电气制动系统，其特征在于，所述用于公路车辆的电气制动系统的减速比大于10。

18.如权利要求10所述的用于公路车辆的电气制动系统，其特征在于，所述用于公路车辆的电气制动系统的减速比大于15。

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