CN101505990A - 所有车轮中的每一个均与至少一个旋转电机相连接的车辆的制动系统的控制信号级冗余硬件结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于道路车辆的电力制动系统，所述道路车辆的至少一个车轮与至少一个旋转电机可旋转地连接，至少一个电子车轮控制模块控制一个车轮的电机，包括控制车辆位移且控制所述电子车轮控制模块(23)的中央单元(3)，以及位于司机控制面板处的制动控制系统，所述控制系统至少与第一传感器(C1)和第二传感器(C2)机械地相连接，所述第一传感器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，所述第二传感器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。所述第一传感器(C1)将其控制信号输出给所述中央单元(3)，而所述第二传感器(C2)将其控制信号输出给每个电子车轮控制模块(23)。

Description

所有车轮中的每一个均与至少一个旋转电机相连接的车辆的制动系统的控制信号级冗余硬件结构

技术领域

本发明涉及道路车辆。本发明特别地涉及使用电力牵引的道路车辆的制动系统。

背景技术

电动车辆包括在其中必需用于其替换的电能存储在电池中的车辆，以及在其中通过热机驱动发电机或通过燃料电池而车载生成电能的车辆。车辆的牵引由一个或多个电机保证。车辆的制动由传统的机械制动系统保证。在现有技术中已经提出了许多电动车辆。例如，在US 5 418 437中描述了系列混合型的四轮车辆，每个车轮由其自身的电机驱动，控制器控制车轮马达并控制从电池的交流发电机向所述马达的电力供给。该专利没有提及电力制动的控制。

但是，由于电机是可逆的，所以在车辆制动阶段期间其也可以用作发电机，在这种情况下，其可选地通过热耗散而将机械制动能转化为车辆必须吸收的电能。这种操作模式通常称作“电力制动”或“再生制动”。

在实际应用中，电机起到发电机的作用以便于确保车辆适度的负加速度，以尽量回收能量并将其存储在蓄电池中，或甚至为了减小车辆机械制动器承受的应力而将其耗散。车辆的主要制动由液压控制的机械制动器有效地保证，通常以辅助的方式进行，目前最常见地设有一般称为“ABS”的防抱死功能。制动是关键的车辆安全性能。机械制动器具有相当大的力量，结合最大的夹紧力足够使车轮抱死，所述力量由防抱死功能限制。要确保乘客的安全，客运车辆的制动系统一般要能够保证1个“g”左右的负加速度，g是加速度单位，其值为“1”时对应重力加速度。

此外，在电力牵引车辆中，将电机结合在车轮中是尤其值得的，因为这样免除了机械轴，并且提供了关于车辆总体结构的更大范围。从现有技术中已知有多个将电机结合到车轮中的布置。专利申请WO 2003/065546提出布置四个电机，所述四个电机将它们的扭矩借助于行星齿轮系传递到车轮。专利EP 0878332公开了一种地面接触系统，其结合有车轮内的车轮垂直悬架和用于旋转电力牵引机。在车轮与电机之间存在减速级，所述电机与和车轮同轴的齿轮相啮合。当然，所述车轮包括盘式制动器以便确保常用制动(service braking)功能。此外，所述地面接触系统包括枢轴以便允许车轮转向。因此，地面接触系统的所有机械功能均结合到了车轮中。

因为安全操作是极其重要的，所以已经提出了许多用于控制传统机械制动器的系统，例如专利申请EP 1 026 060中的系统，该专利申请描述了冗余装置、择多判定控制、为了在许多电池失效时仍然保持完整可操作性的多种向控制系统供电的低压供电器。还应提及专利US 6 244 675，其描述了一种制动控制器，所述制动控制器的位置由三个传感器测量，所述三个传感器由两个独立的电源供电：一个传感器由第一电源供电，另一个由第二电源供电，而第三个由两个电源经由二极管供电；如果其中一个电源失去作用，仍然可以对两个传感器供电并保持运作。

本发明涉及装备有车轮的道路车辆的电力制动系统，其中每个车轮与至少一个旋转电机相连接以用于旋转，每个旋转电机与单个车轮协同工作。利用这样的结构，就可以赋予所述电力制动系统在动力方面以及控制车辆的稳定性(称作ABS和ESP的功能)方面的显著的作用，因为其可以通过与其相结合的旋转电机的控制系统而选择性地控制各车轮处的车轮扭矩。为此，电力制动还必须是极为可靠的。

本发明的目的是提高电力牵引车辆的电力制动系统的可靠性。特别地，所述目的是提出一种用于电力制动系统的结构，所述结构可以免除机械制动器并完全以电力确保常用制动功能。

发明内容

下面描述一种制动系统，其中可以区别的特征为：

·电力级(power stage)，在其中传输牵引所必需的电力和由电力制动产生的电力，

·低压供电级(low-voltage electrical supply stage)，为控制并驱动动力元件的电子器件供电，以及

·控制车辆制动的信号的传输级(flow stage)。

下面提出了一种结构，其中各级呈现出一定级别的冗余度。所提出的各级的冗余度中的每一个均可以单独使用或者彼此结合使用。当然，通过将所有的提出的冗余度加起来提高了可靠度水平。

本申请将车辆制动控制信号的传输级作为优先事项进行处理。本发明提出了一种用于道路车辆的电力制动系统，所述道路车辆的至少一个车轮与至少一个旋转电机相连接以用于旋转，至少一个电子车轮控制模块控制同一个车轮的电机，包括确保对车辆位移的控制的中央单元，所述中央单元控制所述电子车轮控制模块，包括司机可用的制动控制器，所述控制器至少与第一传感器和第二传感器机械地相连接，所述第一传感器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，所述第二传感器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，在所述系统中，所述第一传感器将其控制信号输出给所述中央单元，而所述第二传感器将其控制信号输出给所述电子车轮控制模块或者每个电子车轮控制模块。

优选地，本发明的系统包括至少两个子系统，每个所述子系统包括至少一个电子车轮控制模块，以及用于向控制和驱动动力元件的电子装置供电的低压供电级，所述低压供电级包括第一供电器和至少一个第二供电器，所述第一供电器和第二供电器通过包括第一段和第二段的输电线路互连，所述第一和第二段通过将这两段电隔离的装置连接，在其中一段电压不足或者电流过载的情况下，所述装置能够按要求断开所述互连，所述第一传感器由与中央单元相同的段供电，所述第二传感器通过一对将所述供电器隔离的二极管由其中一个子系统的车轮控制电子装置和另一个子系统的车轮控制电子装置供电。

此外，在电力级的水平，使用多个旋转电机，至少使用两个，优选地每个驱动轮使用一个，这已经提供了一定级别的冗余度。优选地，本发明的系统包括用于每个子系统的至少一个电子耗散模块，其中一个所述电子耗散模块由所述第一段供电，而另一个电子耗散模块由所述第二段供电。所述耗散装置例如包括与每一电子耗散模块相关联的电力耗散电阻，以便于在电阻或者其控制模块发生故障时始终提供一定的减速能力。

在用于四轮车辆的一个实施方式中，优选地，每个车轮与其自身的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，每个子系统将在车辆的相对角上对角布置的车辆的车轮组合到一起。可以看出，所述技术方案提供了比通常用于机动车辆中的双液压制动回路更大的安全性。

此外，非常有利地，用于对控制和驱动动力元件的电子器件供电的低压供电级包括两个独立的电压源。所述低压供电级包括第一供电器和至少一个第二供电器，所述第一供电器和所述第二供电器通过包括第一段和第二段的低压输电线路互连，所述第一和第二段由将所述两段电隔离的装置连接，所述装置能够在其中一段电压不足的情况下按要求断开所述互连，其中一个子系统的每个电子车轮控制模块和电子耗散模块由所述第一段供电，而另一子系统的每个电子车轮控制模块和电子耗散模块由所述第二段供电。

所述第一供电器例如由与中央输电线路相连接的电压转换器组成。该中央线路上的电能可以来源于主电源，比如燃料电池，或者来源于电能存储装置，或者来源于实时再利用的制动能。因此，还存在能源的冗余。所述第二供电器例如由专门用于所述低压供电器的低压电池组成。当然，也可以将第二电压转换器用于该第二电压源，所述第二电压转换器本身同样与中央线路相连接或者备选地直接与储能器相连接。

最后，车辆制动控制信号传输级围绕两个传感器构造，所述两个传感器机械地、并且优选单独地与司机的控制面板处的制动控制器相连接，所述传感器以相对于以下所说明的内容完全不同的方式被使用。

还应该指出的是，优选地，保持车辆固定不动，安装一种通常称作驻车制动器的机械制动装置。但是，这种装置并非设计用于制动车辆(刹车)，而仅仅用于保持其停止，优选地甚至在非常倾斜的斜坡上。因此，本发明的系统包括与至少一个车轮相关联的单独由驻车制动控制器控制的机械车轮制动装置。优选地，所述驻车制动装置由电动致动器控制，该电动致动器由制动控制单元控制，只有在低于车俩的纵向速度临界值时所述制动控制单元才会被起动，所述临界值例如小于10km/h。

附图说明

从以下由后面的附图示出的优选但非限制性的实施方式的描述中，本发明的其它目的和优点可变得显而易见，其中：

图1是带有车载电能生成的四轮车辆的制动系统的示意图；

图2是详细示出被构成为呈现一定硬件冗余的电力级的图表；

图3详细示出了各种控制电子器件的低压供电级；

图4详细示出了各种元件的控制电子器件与中央单元之间的控制线路级。

具体实施方式

图1是带有四个车轮1_FrL、1_FrR、1_ReL和1_ReR的车辆的示意图。标记为1_FrL的车轮是左侧前轮，1_FrR表示右侧前轮，1_ReL表示左侧后轮，1_ReR表示右侧后轮。每个车轮装备有与其机械联接的电机。电机2_FrL、2_FrR、2_ReL和2_ReR被示出。在下文中，具体表示车辆中的车轮1或电机2的位置的下标只有在它们起到清楚解释的作用时才使用。电力牵引机2是三相同步电机，其配备有解析器式的角位置传感器，并且由电子车轮控制模块23控制，它们通过供电线路21与所述电子车轮控制模块23相连接。所述电子车轮控制模块23设计成能在扭矩方面控制所述电机。每个电子车轮控制模块23能够选择性地将确定好大小和符号(正负号)的控制扭矩施加到相关的车轮上。因此，所述电机可以用作马达和发电机。每个后轮1_ReL和1_ReR另外配备有由电力致动器7控制的用于车轮的机械制动装置71，所述电力致动器7由制动控制单元控制。

在本发明的一个特别有利的实施方式中，没有一个车辆车轮包括机械常用制动器。无论幅值制动控制信号的幅值如何，即甚至对于最剧烈的制动，制动都以电力的方式、即通过使用如发电机的电机而得以确保。每个车轮包括一个或多个专用的电机，以便于能够选择性地在每个车轮上产生制动力，而这利用多个车轮、例如一个轮轴上的车轮所共用的电机是做不到的，因为在这种情况下，在车轮之间会存在机械传动和差动。所述电机被合适地确定尺寸，以将可能获得的最大制动力传递给或赋予每个车轮。

当然，所述系统包括能够吸收增加的电能的装置，这例如会需要一个或多个电能耗散电阻的安装，所述电能耗散电阻例如通过水循环被有效地冷却，除非设备容量使得车辆的重量全面提高到无法接受的地步，否则已知的蓄电池不能吸收由紧急制动产生的电能或者不能吸收由长时间制动产生的所有电能。因此，本发明可以形成与环境隔离的独立电气系统，不存在与车辆外部的电力交换，因此其也可以被应用于机动车辆，是一种比与电网相连接的车辆，比如火车或市内电车的情况下更难的电力制动系统应用。

多种用于布置机械地与车轮相连接的电机的布置方式是可行。但是，应当指出，提供相当大的减速传动比是有利的，所述减速传动比例如至少等于10，甚至优选地大于15，以使得所述电机不是太庞大。可以与所述车轮同轴地安装电机，通过行星齿轮系来确保机械联动，以提供必需的减速传动。也可以采用专利申请EP 0878332中描述的类型的结构，优选地通过添加机械减速传动级来实现。还可以选择提供多个电机，所述电机的扭矩被累加在一起。在这种情况下，电子车轮模块可以并行地控制安装在同一车轮中的多个电机。关于多个电机在一个车轮中的安装，例如可以查阅专利申请WO 2003/065546和专利申请FR 2776966。

本发明被示出为应用到车辆上确保电能的车载生成。经过中央输电线路40提供电流的燃料电池4被示出。当然，可以使用其它任何提供电能的装置，比如电池。还示出了在该示例中由超级电容器组5构成的电能存储装置，所述电能存储装置通过电子再生模块(electronic regeneration module)50与中央输电线路40相连接。示出了电力耗散电阻6，其优选地浸没在向交换器(未示出)耗散热量的传热液体中，所述电力耗散电阻6构成能够吸收在制动期间由所有电机产生的电能的能量吸收装置。所述耗散电阻6通过电子耗散模块60与中央输电线路40相连接。

中央单元3控制多种功能，包括车辆的电力牵引系统。该中央单元3经由输电线路30A(CAN总线)与所有的电子车轮控制模块23以及电子再生模块50相互作用。所述中央单元3还经由输电线路30E与加速控制器33相互作用，经由输电线路30F与制动控制器32(常用制动器)相互作用，并且经由输电线路30C与选择向前或向后行进的控制器31相互作用。这可以将司机的意图考虑在内。所述中央单元3还经由输电线路30D与纵向加速度传感器34相互作用。最后，所述电子再生模块50经由输电线路30B与所述电子耗散模块60相互作用。

所述中央单元3确保了车辆纵向位移的控制。所述中央单元3控制所有的电子车轮控制模块23。所述中央单元3具有由给定幅值的车辆制动控制信号启动的车辆制动运行模式，所述给定幅值表示所述车辆所需的总制动力。在制动模式中，无论所述制动控制信号的幅值如何，所述中央单元3以这样的方式控制所有的电子车轮控制模块23，以使得所有车轮1的源自于旋转电机的纵向力之和为制动控制信号的所述幅值的函数(随制动控制信号的所述幅值而变化)。换句话说，不存在机械常用制动器；此处所描述的电力制动系统即为车辆的常用制动器。

还示出了驻车制动控制器35。机械车轮制动装置的致动器7经由输电线路30H单独地由所述驻车制动控制器35控制，完全不由制动控制器32控制。优选地，为了避免仅仅设计用来保持车辆固定不动并因此其散热能力非常有限的机械制动装置71的任何磨损，所述驻车制动控制单元只有在很低的车辆纵向速度阈值之下、例如低于10km/h才能被启动。

下面解释本发明的系统的操作。

当司机使用控制器31选择向前行进并致动加速踏板33时，中央单元3命令电子车轮控制模块23通过将电能从中央输电线路40导出而向电机2供电。所述中央输电线路40由燃料电池4和/或超级电容器组5供电，所述供电根据它们的充电状态并在中央单元3的控制下进行。车辆向前行进。电机2将电能转化为机械牵引能。所使用的电力特别取决于加速控制器33的位置。

当司机启动制动踏板32时，中央单元3变成制动模式。所述中央单元3从制动踏板32上司机的动作计算制动控制信号的值。无论制动控制信号的幅值如何，所述中央单元3以这样的方式控制所有的电子车轮控制模块23以使得所有车轮1的纵向力之和与制动控制信号的所述幅值成比例。旋转电机2然后将机械旋转能转化为电能。

根据在电子再生模块50中编程的电能控制策略，电子再生模块50分配制动能以便于对超级电容器组5进行再充电和/或控制电子耗散模块60以便于在电力耗散电阻6中耗散能量。容易理解的是，当例如为超级电容器组5的存储装置饱和时，必须耗散全部的能量。此外，可以限制存储装置的能量，也就是说，存储装置的充电速度可以例如对应于轻制动(lightbraking)，正如热机通常所预期的(称作“发动机制动”)那样。超过该制动级别，所产生的电能于是被导向耗散装置。

为了确保车辆的操作安全性，以这样的方式对所述电力耗散电阻6确定尺寸并进行冷却，以使得在最强烈的紧急制动操作期间所产生电能可以被耗散掉。事实上，最好根据与应用到机械制动系统的标准同样严格的标准来设计包括旋转电机2、电子车轮控制模块23、中央输电线路40、电子耗散模块60和电力耗散电阻6的系统。

优选地，所有的电力耗散电阻6形成大于每公吨车辆500kW的功率的能量吸收装置。事实上，如果F是作用在车辆上使其制动的力，如果所述车辆的质量是M kg而其速度是V m/sec，并且如果γ是加速度m/sec²，则结果是F＝M*γ而P＝F*V＝M*(γ*V)；假设最大负加速度是1个g，那么在130km/h时每公吨车辆的功率约为350kW，而在160km/h时约为500kW。所属领域的技术人员可容易地根据他/她打算构造的车辆的特征来均衡能量吸收装置的功率。

因此，正如在说明本发明的示例中那样，存在每一个均具有电力耗散电阻的两个子系统，每个所述电力耗散电阻6A和6B具有大于250*M/1000kW的功率。

当司机选择倒车时，中央单元3命令电子车轮控制模块23逆向进行旋转电机2的操作，包括在制动的情况下。

下面将描述如何可以建立防车轮抱死功能。

因为电力牵引机2装备有解析器式的角位置传感器，且每个车轮1具有其自身的旋转电机2，所以为每个车轮设置转速传感器。因此有利地可以在本发明的系统上装备用于控制每个车轮滑动的装置，其中，在制动模式中，(或者甚至是一旦司机为了促成通常称作的“发动机制动”而将其脚从加速踏板上抬起时)，当滑动控制装置检测到所涉及的车轮的滑动时，所述车轮的控制扭矩被减小。例如，可以实时分析每个车轮的转速传感器输出的信号并且从被标记的变化(负加速度)中推断出抱死的开始。可以实时计算每个车轮的转速信号的导数，因此如果使用适当的传感器，则可以得到表示每个车轮的加速度/负加速度的信号，并且可以将所得到的信号与给出的车辆的真实加速度/负加速度进行比较。这是上面已经介绍的纵向加速度传感器34，或者其从可以实现车辆真实加速度/负加速度的评价的多个信号的处理中而产生。因此，当滑动控制装置检测到所涉及的车轮的滑动时，中央单元3可以命令电子车轮控制模块23减小车轮控制扭矩(通过车轮选择性地)。应该注意的是，这种扭矩上的减小可以由电子车轮控制模块直接控制，其可以实时地关于在所述车轮处测量的速度和加速度发生作用，所述中央单元传输待执行的例如最高速度和加速度指令。

总之，应该指出的是，传统制动部件(参见申请EP 0878332中的制动盘和制动钳)的省略不仅充分地简化了装备有本发明的系统的车辆结构，而且通过去除了包括制动块和制动盘的更换的定期操作而充分地简化了维护。在通过去除传统的液压制动部件所获得的优点中，另外还可提到的是去除了衬垫的任何残余摩擦(众所周知，这种摩擦消耗了相当一部分用于操作具有传统制动器的车辆所必需的能量)。另一个可以注意到的优点是消除了由传统的液压制动部件在地面接触系统处引起的热应力，而且消除了与由制动块和制动盘的磨损产生的灰尘相关的麻烦。

上面描述的是用于机动车辆的牵引系统，所述机动车辆中没有一个车轮装备机械制动器。车辆的减速能力源自于操作作为发电机的旋转电机，所述电机被设计为能够使车辆的每个车轮抱死，也就是说，它们能够提供足够的制动扭矩。

本说明书的其余部分说明了一个特殊的非限制性的示例，其可以构造一种具有足够硬件冗余度的系统，以能够在车辆制动系统中确保很高级别的安全性。

在图2中可以看出所述电力制动系统包括两个与中央输电线路40相连接的子系统(A和B)，每个子系统包括两个车轮，每个所述车轮与至少一个其专用的旋转电机2相连接以用于旋转。右侧前轮和左侧后轮，或者更确切地说，与它们相关的旋转电机2和电子车轮控制模块23构成子系统A。左侧前轮和右侧后轮，或者更确切地说，与它们相关的旋转电机2和电子车轮控制模块23构成子系统B。每个子系统分别包括电力耗散电阻6A或6B，每个所述电阻分别由电子耗散模块60A或60B供电。

如果对牵引系统的各种组成元件在硬件冗余标准方面进行检验，那么由于每个车轮具有其自身的电机，因此结合到车轮中的旋转电机2形成自然呈现出冗余度的系统。由于每个所述电机2均具有其自身的控制电子器件，因此所述电机的控制电子器件，即电子车轮控制模块23，同样形成呈现出冗余度的系统。

在电力再生制动期间，每个电机2经由电子车轮控制模块23在输电线路40上提供电能。这种能量可以存储在例如为超级电容器组5之类的蓄电池中，或者通过电功率电阻6A和6B耗散。在紧急制动期间，明显不可能依靠蓄电池的存储能力，因为所述蓄电池可能已经很好地充电到最大值而无法吸收电能。因此，所述电阻6是对于操作安全性来说极其重要的部件。同样地，输电线路40是对于全电动车辆制动系统的操作安全性来说及其重要的元件。下面将检查各种故障情形。

图2示出了电能的主电源，其在实施方式的该示例中是燃料电池4。图中还示出了可以实现电能存储的蓄电池组，其在实施方式的该示例中是超级电容器组5及其电子再生模块50。最后，各种电子模块的低压供电供给一方面由电压转换器41确保，另一方面由例如为通常用在车辆中的DC12伏特的电池之类的电池42确保，所述低压转换器41可以将输电线路40上的可用电压转换成用于向各种控制电子器件供给的低压(例如12伏特)。

我们已经清楚，为了确保制动安全性，所述制动系统被组织成两个子系统，即，将右侧前轮和左侧后轮组合到一起的系统A以及将左侧前轮和右侧后轮组合到一起的系统B。子系统A经由电流过载保护装置41A与输电线路40相连接。子系统B经由电流过载保护装置41B与输电线路40相连接。因此，每个子系统包括其自身的耗散电阻6A、6B，每个所述耗散电阻具有其自身的控制电子器件60A、60B，并且经由电流过载保护装置41A、41B与输电线路40相连接，所述电流过载保护装置能够将所述子系统与所述中央输电线路电隔离。在输电线路40的相对端，所述装置41A的下游，输电线路的一段40A与关联于左侧后轮的电子车轮控制模块23、关联于右侧前轮的电子车轮控制模块23相连接，最后与关联于耗散电阻6A的耗散模块60A相连接。子系统B的情况也一样。

在输电线路40遭到的损坏造成了电流过载保护装置41A和41B之间连接点中断的情况下，两个子系统，即系统A和B保持不变，它们彼此相互独立并且每一个均能够确保车辆的电力制动。所述子系统的每一个均具有其自身的电力耗散电阻。因此，提供了电力级的硬件冗余。

除了输电线路40上的故障外，电力级还可能经历其它故障。例如，终止于电子耗散模块60A的输电线路40A的所述段可能被中断。在这种情况下，耗散电阻6A断路。由子系统A在电力制动期间产生的电能可以经过输电线路40A的未中断的段，并经由电流过载保护装置41A回到输电线路40，并且经由输电线路40B被引导向电力耗散电阻6B。因此，在这种情况下，电力耗散电阻6B变成了由子系统A与子系统B共用。

即使可用的电力耗散功率被分成两部分，准确地说在这种情况下，电力制动系统的减速能力也仍然是相当大的，足够确保紧急制动。实际上，每个电力耗散电阻6均浸没在液压冷却回路中。在紧急制动的情况下，由电力制动所产生的能量足够使冷却液达到沸点。即使是这样，由于其被转化成汽态，所以蒸发掉的流体也会立即由液态的冷却液取代，所述液态冷却液再次冲洗所述电阻，并且所述系统继续呈现出一定的热耗散能力。此外，所述冷却系统呈现出一定程度的温度滞后。申请人进行的实验已经表明，即使对于这种情形，所述电力制动系统也比例如目前用在机动车辆中的液压交叉制动系统更强大、更有效。

如果输电线路40A在与右侧前轮相关联的电子车轮控制模块23和与左侧后轮相关联的电子车轮控制模块23之间被中断，那么在这种情况下，所述电力耗散电阻6A对于与右侧前轮相关联的旋转电机2在该电机作为发电机起作用时仍然有效，而所述电力耗散电阻6B对于子系统B和与左侧后轮相关联的旋转电机2、也就是子系统A的其中一个旋转电机2有效。所述电力耗散电阻的其中一个电力耗散电阻6B要接收比另一个电力耗散电阻6A更高的电能。这种操作虽然不是最佳的，但是这种结构比前一段落所说明的结构对车辆的减速能力具有更少的不利影响。

如果由于任何原因，故障使所述电流保护装置41A断开，从而子系统A隔离，那么在这种情况下，车辆的制动能力同样地仍然保持在最大，因为所述电力耗散电阻中的每一个均被设计为甚至当此处由超级电容器组5组成的电能蓄电池已经是最大充电量时，也能够全面地确保车辆的完全制动。在这种情况下，这种情形不是电力制动系统在最大制动能力方面的故障情形之一。诚然，这种情形在综合控制方面并非最佳，尤其是因为失去了再生能量的可能性，但是这对于安全性是没有坏处的。

如果刚刚说明的对于子系统A的任一个故障发生在子系统B中，由于对称的原因，很清楚，电力制动的安全条件是完全相同的。总之，通过在两个独立的子系统中建立电力级，系统A和系统B中的每一个均通过其自身的电流过载保护装置(装置41A和41B)并通过在每个所述子系统上装备其自身的电力耗散电阻而与车辆的中央输电线路40相连接，从而形成双硬件冗余，以使得可以为车辆的电力制动确保最佳的安全条件。

电力耗散电阻6A和6B的耗散功率取决于所述冷却系统的良好运行。实际上，它们被浸没在传热流体中。图3是冷却回路的示意图。可以看出所述冷却回路包括两个泵8A和8B以及两个散热器80A和80B。所述两个泵8A和8B串联安装，并且各自分别由自身的电动马达81A和81B控制。所述电动马达各自由其自身的控制电子器件82A和82B控制。所述散热器80A和80B并联安装并且配备有阀83，这使得可以在其中一个散热器泄漏的情况下使所述阀80选择性地隔离每个散热器。另一方面，所述泵和泵驱动马达组件以这样的方式设计，以使得如果其中一个泵发生故障，则另一个泵仍然能够确保传热流体的足够流速，尽管所述另一个泵已经不再起作用。

现在参照图3来描述各种控制电子器件和各种辅助装置的低压供电器。图3示出了两个电力耗散电阻6A和6B的电子耗散模块60A和60B、各自与四个电机2之一相关联的电子车轮控制模块23以及与超级电容器组5相关联的电子再生模块50。还示出了中央单元3、冷却回路的其中一个泵的控制电子器件82A以及冷却回路的另一个泵的控制电子器件82B。假设制动踏板由于其结构所以是足够安全的，因此没有印出。两个位置传感器C1和C2中的每一个均与制动踏板相关联，并且每一个均提供表示车辆司机所需命令的信号。

低压供电器的冗余性设计如下。因为一方面设置有与输电线路40相连接并供给12伏特直流电压的电压转换器41，而另一方面设置有同样供给12伏特直流电压的电池42，所以某些元件将与所述电压转换器41相连接，而其它的元件将与所述的12伏特电池相连接，如下所述。线路43确保所述电压转换器41与所述电池42之间的互连。所述线路43包括第一段43A和第二段43B，所述第一和第二段通过装置430相连接，所述装置430在其中一段电压不足或者电流过载的情况下将所述两段电隔离。因此，可以看出，在本发明的非限制性实施方式的说明中，以相同电压对所述两段43A和43B供电。某些元件各自通过电流过载保护装置434A与所述第一段43A相连接。某些元件各自通过电流过载保护装置434B与所述段43B相连接。

例如要确保所述冷却回路的泵的良好运转，将其中一个马达81A通过其控制电子器件82A与所述第一段43A相连接。而另一个马达81B通过其控制电子器件82B与所述第二段43B相连接。子系统A的控制电子器件，即与右侧前轮旋转电机2相关联的电子车轮控制模块23、与左侧后轮旋转电机2相关联的电子车轮控制模块23以及耗散电阻6A的电子耗散模块60A与所述第二段43B相连接，而子系统B的相同电子器件与所述第一段43A相连接。

确保车辆位移的控制的中央单元3由于其控制所有的电子车轮控制模块23，所以受益于双重电连接。其通过一对将所述第一与第二段隔离开的二极管与所述第一段43A和第二段43B相连接。所述中央单元3每次通过二极管435连接，以便于确保所述中央单元3的供电的连续性，甚至是在其中一个低电压源发生故障的情况下。此外，适当的电路436监控每条输电线路上的电压的存在，以便于在两个供电器中的一个发生故障的情况下发送故障信号。与超级电容器组5相关联的电子再生模块50仅与所述第一段43A相连接。应该指出的是，这种类型的双重连接还可以用于所有的电子器件，特别是用于所述的电子车轮控制模块23。

在电压不足或电流过载的情况下，所述电力分离装置430中断所述两段43A和43B之间的连接，以便于保护无故障段的功能，其中所述电压不足或电流过载的情况例如由于所述两段43A或43B中的一个短路或者直接在所述供电器41或42中的一个内部的短路而引起。因此可以看出，如果由于某些原因，电压转换器41的重大故障使所述电力分离装置430中断了所述电压转换器41与所述电池42之间的互连，那么所述电池42可以继续对与子系统A相关联的控制电子器件和中央单元以及所述液压冷却回路的两个泵的其中一个进行低压供电。相反，在电池42处发生重大故障的情况下，电力分离装置430可中断所述互连，并且电压转换器41可继续对子系统B、中央单元以及所述液压冷却回路的其中一个泵供电。因此，可以看出所描述的结构可以维持两个子系统A或B中的一个的运作，并且因此一半的车辆制动力仍然是可用的。当然，对所有的电子器件使用低压供电器的双重连接意味着甚至在所述故障情形中，全制动力仍然能够保持可用。

下面将描述制动传感器C1和C2的供电，所述传感器是制动控制系统中的第一环节。应该记得，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，本发明的所述系统包括司机可用的制动控制器32，所述控制器与至少第一传感器C1和第二传感器C2机械地相连接，所述第一传感器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，所述第二传感器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。

本发明的系统的结构对传感器C1和C2已经分配了不同的职能。

传感器C1由中央单元3提供低压电能。所述传感器C1向所述中央单元3输出控制信号，而所述中央单元3仅从传感器C1接收制动控制信号，以形成整个车辆制动控制信号的第一级。应该指出，所述中央单元3包括适当的电路，用于监视向传感器C1供电的线路上的电压存在以及线路30F上控制信号的完整性，以便于控制与传感器C1的条件电路上的故障有关的故障信息。

所述第二传感器C2由与每个电机相关联的电子车轮控制模块23供电。所述第二传感器C2向每个电子车轮控制模块23输出其控制信号。当然，在每个控制电子器件23与传感器C2之间的供电线路中嵌入了二极管230。此外，处于每个所述车轮控制模块23中的适当电路231监视四条供电线路中每条上的电压的存在，以便于在四个供电器中的一个发生故障的情况下发送故障信号。在下面的段落中，可以看出传感器C2与车轮控制电子器件23直接关联并且仅与所述车轮控制电子器件23直接关联。

刚才已经看出所述低压供电级包括第一供电器和至少一个第二供电器，所述第一供电器和第二供电器由包括第一段43A和第二段43B的输电线路43互连，所述第一和第二段由在其中一段发生电压不足或者电流过载的情况下将所述两段电隔离的装置430相连接。所述第一传感器C1由与中央单元3相同的段供电，所述第二传感器C2通过一对隔离所述供电器的二极管由其中一个子系统(A)的车轮控制电子器件23和另一个子系统(B)的车轮控制电子器件23供电。

在图4中，可以看出中央单元3通过CAN总线(控制器局域网络，由附图标记30A表示)与每个电子车轮控制模块23和电子再生模块50互连，所述CAN总线可以实现控制指令计算机化形式的传输。所述中央单元3写入有适用于能够将所有的所需参数考虑在内的软件，以便于形成发送到各个电子器件的制动控制信号，所述电子器件根据用于通过所述CAN总线30A的循环的所需协议控制所述电机。所述中央单元3以约10-20ms的周期有节奏地在所述总线30A上发送所述信号，每个电子车轮控制模块23监视该周期。如果因为CAN总线、中央单元3或者嵌入软件，或者由于某些其它原因引起的故障，使得该周期改变，则生成CAN通信故障数据项目。每个电子车轮控制模块23另外还通过模拟线路300直接接收由传感器输出的模拟信号。同样应该指出的是，每个车轮控制模块23包括合适电路，用于监视所述线路300上控制信号的完整性，以便于在用于传感器C2的条件电路上发生故障的情况下来控制故障信息。

最后，控制线路30B将电子再生模块50与电子耗散模块60A和60B相连接。在所述控制线路30B上或者在所述电子再生模块50处发生故障的情况下，所述电子耗散模块60A和60B保持耗散制动力的可能性，所述制动力在没有接收到线路30B上的命令的情况下自动回到输电线路40。因此，子系统A和B对于制动来说是保持完全运作的，但是由于所述电子再生模块50失效而无法储能。

回到制动扭矩由电机2的形成上，所述电机2的控制由专用于每个电机2的电子车轮控制模块23直接确保。所述模块写入有适用于根据所接收到的控制信号在扭矩方面控制每个电机的软件。每个电子车轮控制模块23一方面接收总线30A上的制动信号，另一方面接收模拟线路300上的制动信号，所述模拟线路供给来自于传感器C2的信号。每个电子车轮控制模块23因此可以随时比较总线30A上供给的控制信号和由模拟线路300供给的控制信号，并且在例如实验性确定的约10-20％的一定公差范围内优先考虑来自于总线30A的制动控制信号。这是正常运行方式。

另一方面，如果由于中央单元3或者安装在中央单元3中的软件的故障，则由所述总线30A所发送的制动控制信号比以模拟的方式直接来自于传感器C2的制动控制信号低得多，可以优先考虑来自于传感器C2的控制信号以在制动车辆时确保操作的安全性。可以看出，所提出的结构不同地使用由每个传感器C1和C2所提供的信号。传感器C1与中央单元3相关联并且可以计算第一级整体制动信号。另一方面，由传感器C2所提供的控制信号由适当的线路以模拟方式直接供给到电子车轮控制模块23中。整体一致性通过比较各个信号来确保。然后在选定的公差极限内优先考虑与最高负加速度需求对应的信号。这样，甚至在所述总线30A、或者总线的一段、或者模拟线路300或30F中任一个发生故障的情况下，制动控制安全性也能得到保证。

最后，如果车轮控制电子模块23检测到CAN通讯故障，或者如果所述中央单元3检测到传感器C1或者其条件电路的故障，则再一次优先考虑源自于传感器C2的控制信号以便于确保在制动下安全的车辆运行。

除了上面的所有内容之外，可以建立形成制动信号的可能性，所述制动信号由例如借助于司机的控制面板处的紧急状况按钮产生的紧急命令预先确定。这类制动命令由中央单元3考虑在内，更确切地，由安装在中央单元3内的软件考虑在内，并由CAN总线30A发送到每个电机的控制电子器件23。这样在制动期间即使制动踏板折断也可以确保操作的安全性。同样地，这样在制动期间两个传感器损坏或者两个制动传感器C1和C2的固定装置损坏的情况下也可以确保操作的安全性。如果只是两个传感器C1或C2中的一个的机械连接或者两个传感器中的一个发生故障，则在制动期间操作的安全性毫无疑问如前一段落中所说明的那样可得以保证。但是，在这种情况下例如可以使得行程结束，从而一旦车辆已经停止即防止其再次启动。

最后，应该指出的是，刚刚已经说明的硬件冗余优选地与软件冗余结合使用，有利地关于写入在中央单元3中和写入在电子车轮控制模块23中的软件。这样，对于全电动车辆制动系统可以实现高度的安全性。

Claims (10)

1.一种用于道路车辆的电力制动系统，所述道路车辆的至少一个车轮与至少一个旋转电机相连接以用于旋转，至少一个电子车轮控制模块(23)控制同一个车轮的电机，所述电力制动系统包括确保对车辆位移的控制的中央单元(3)，所述中央单元控制所述电子车轮控制模块(23)，包括司机可用的制动控制器，所述控制器至少与第一传感器(C1)和第二传感器(C2)机械地相连接，所述第一传感器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，所述第二传感器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，在所述系统中，所述第一传感器(C1)将其控制信号输出给所述中央单元(3)，而所述第二传感器(C2)将其控制信号输出给所述电子车轮控制模块或者每个电子车轮控制模块(23)。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括至少两个子系统(A和B)，每个所述子系统包括至少一个电子车轮控制模块(23)，所述系统包括用于向控制和驱动动力元件的电子器件供电的低压供电级，所述低压供电级包括第一供电器和至少一个第二供电器，所述第一供电器和第二供电器通过包括第一段(43A)和第二段(43B)的输电线路(43)互连，所述第一和第二段通过将所述两段电隔离的装置(430)连接，在其中一段电压不足或者电流过载的情况下，所述装置能够按要求断开所述互连，所述第一传感器(C1)由与中央单元(3)相同的段供电，所述第二传感器(C2)经由一对将所述供电器隔离的二极管由其中一个子系统(A)的车轮控制电子器件(23)和另一个子系统(B)的车轮控制电子器件(23)供电。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，包括用于每个子系统(A、B)的至少一个电子耗散模块(60)，其中所述电子耗散模块(60)中的一个(A)由所述第一段(43A)供电，而所述电子耗散模块(60)中的另一个(B)由所述第二段(43B)供电。

4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述第一供电器是电池(42)。

5.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，包括中央输电线路(40)，在所述系统中，所述第二供电器采用与中央输电线路(40)相连接的电压转换器(41)的形式。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的车辆制动系统，其特征在于，对于具有四个车轮的车辆，所述车轮中的每一个均与至少一个其专用的旋转电机(2)相连接以用于旋转，在所述系统中，每个所述子系统包括两个所述车轮。

7.根据权利要求2-6中任一项所述的车辆制动系统，其特征在于，每个子系统将在车辆的相对角上对角布置的车辆的车轮组合到一起。

8.根据权利要求2-9中任一项所述的系统，其特征在于，所述中央单元(3)经由一对将所述第一与第二段隔离的二极管由所述第一和第二段供电。

9.根据权利要求3-8中任一项所述的系统，其特征在于，所述电子耗散模块(60)与耗散器关联。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，对于质量为M kg的车辆，其中所述耗散器具有大于每个子系统250*M/1000kW的功率。

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