CN104203666A - 助力制动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种助力制动系统(2)，所述助力制动系统具有制动操作单元(8)、至少一个用于在所述制动操作单元(8)被驾驶员操作时检测驾驶员制动期望的传感器以及至少一个用于设定和调节制动力的伺服单元(86)。为此，根据本发明提出，设置有至少一个初级的电子控制和调节单元(160)，所述初级的电子控制和调节单元在信号输入侧与至少一个传感器连接并且根据或者说借助于所述传感器的信号控制所述伺服单元(86)，并且设置有至少一个次级的控制和调节单元(166)，所述次级的控制和调节单元在信号输入侧与至少一个传感器连接并且借助于或者说根据所述传感器的信号按照需求控制所述伺服单元(86)。

Description

助力制动系统
技术领域
本发明涉及一种助力制动系统，所述助力制动系统具有制动操作单元、至少一个用于在所述制动操作单元被驾驶员操作时检测驾驶员制动期望的传感器以及至少一个用于设定和调节制动力的伺服单元。
背景技术
助力制动系统的发展允许提供制动系统的对于驾驶员而言可靠且舒适的操纵。驾驶员在所述制动系统中不直接在制动回路或者说车轮制动器中通过其肌肉力建立压力。取而代之，通常，驾驶员的制动期望用制动踏板引入到模拟器单元中并且所述期望相应地被感测地检测。在电子控制和调节单元中由此计算给定制动力矩，其中，控制和调节单元于是借助于与给定制动力矩相对应的伺服参量控制伺服单元，用于建立制动压力。伺服单元在此例如包括电动机，所述电动机操作串联制动主缸，在所述串联制动主缸的腔上液压连接着制动回路。
具有中央控制装置的液压式助力制动系统的公知解决方案具有能量供给装置、(可靠的)中央电子控制装置和驱动装置，所述驱动装置主管制动压力建立。这种制动系统的一些实施形式具有液压的能量储存器(高压储存器)。但这种结构形式已被证实能量效率低下，由此，优选所谓按需供能地使用功能性。在此必须容忍相应的部件与电能量供给装置或者说整车电路网络的关系。
为了满足ECE 13要求，这种制动系统必须具有液压-机械的备用模式，在所述液压-机械的备用模式中，驾驶员可在制动系统的初级功能失效时通过肌肉力以至少0.3g的减速度使车辆制动。但在此不利的是，所述备用模式的作用对于车辆使用者在特殊情况中仅有条件地给出。驾驶员通常在使用备用模式时感觉到制动器的总失效，因为踏板感觉和制动所需的力投入以及最大减速度明显区别于制动系统的正常运行中的踏板感觉和制动所需的力投入以及最大减速度。因此，通常在制动踏板力/行程和加速度方面在制动系统的全功能与备用模式之间存在非常大的差别。为此在正常的车辆运行期间由于所需的电/电子部件尤其是与基于纯液压/机械的部件的具有正常制动功能的设备、例如具有真空放大器的设备相比较存在激活备用模式的相对大的可能性。对于已经习惯于制动系统的正常功能并且已经开发了相应的自动性的驾驶员存在危险，驾驶员在制动系统的正常功能的失效状况中不可足够快速地适应，由此，对于驾驶员及其周围环境可产生极端的危险状况。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供上述类型的制动系统，在所述制动系统中通过中间转换的备用模式在出现故障时明显降低激活机械-液压的备用模式的必要性。或者说视设计而定可完全取消。
根据本发明，所述目的这样来解决，其方式是设置有至少一个初级的电子控制和调节单元，所述初级的电子控制和调节单元在信号输入侧与至少一个传感器连接并且根据或者说借助于所述传感器的信号控制伺服单元，并且其方式是设置有至少一个次级的控制和调节单元，所述次级的控制和调节单元在信号输入侧与至少一个传感器连接并且借助于或者说根据所述传感器的信号按照需求控制伺服单元。
本发明的有利构型是从属权利要求的主题。
本发明的构思在于，在传统助力制动系统中在正常运行方式与液压的备用模式之间的大的区别可导致驾驶员停止固定地踩踏制动踏板，由此，制动行程在这种状况中明显变得过长并且由此存在强的潜在危险。出于此原因，如果以此方式和方法可处理或者说消除产生的故障，则应尽可能取消所述备用模式的激活。
如从现在起已经获知的那样，通过转换中间模式或者说附加的备用模式可实现所述目标，在所述中间模式或者说附加的备用模式中可处理局部化故障的出现，而不必动用机械-液压的备用模式。所述附加模式为此应尽可能具有与正常模式或者说正常运行方式类似的功能范围，就此而言也可尽可能动用相应的部件。尤其是应消除电子控制和调节单元(ECU)的故障或失效。
这种中间模式通过设置两个不相关的控制和调节单元来实现，所述控制和调节单元分别在信号输入侧与至少一个用于检测驾驶员制动期望的传感器连接，其中，在已经存在的控制和调节单元故障的情况中，伺服单元的控制可分别由另一个控制和调节单元进行。其作为最小功能应至少满足正常制动功能的基本功能(无防滑调节、ABS等)。
有利地，对应的控制和调节单元分别具有分开的并且与另一个控制和调节单元的能量供给装置无关的能量供给装置。以此方式，在从现在起设置的备用模式中不仅可补偿对应的控制和调节单元的工作能力的故障或失效，而且可补偿基于电流供给装置的失效的总失效。只要另一个控制和调节单元仍可被供给能量，所述另一个控制和调节单元就仍可承担伺服单元的控制。以此方式，根据另外的控制和调节单元的设计，虽然必要时功能多样性(例如不可再进行防滑调节)受到限制，但仍可调用助力控制的制动系统的基本功能。此外，驾驶员不会突然经历踏板行程与减速力矩的强偏差的关系，这在转换到机械-液压的备用模式时情况通常如此。
有利地，对于预给定的可靠性要求、尤其是ASIL D，所述初级的以及所述至少一个次级的控制和调节单元这样配置，使得所述初级的以及所述至少一个次级的控制和调节单元共同满足预给定的可靠性要求，其中，控制和调节单元任意之一本身都满足低的可靠性要求、尤其是ASIL B。由此，不必使用两个同样配置的控制和调节单元，而是所述控制和调节单元可在功能范围和结构空间、电流消耗和成本方面相对于全值的控制和调节单元降低。初级的和次级的控制和调节单元可安置在公用的壳体中或在分开的组件中实现。在此意义上，名称“初级”和“次级”不必意味着控制和调节单元任意之一必须具有比另一个控制和调节单元大的功能范围。全部所需的控制和调节功能也可基本上分摊给两个控制和调节单元。作为对此的替换方案，例如次级的控制和调节单元装备有基本功能，而另一个(初级的)控制和调节单元具有调节功能性(ABS、ASR等)。
在一个优选实施形式中，设置有包括电动机的伺服单元和执行器，所述执行器尤其是包括传动装置和丝杠单元，所述丝杠单元使电机轴的旋转运动转换成串联制动主缸(THZ)的初级活塞的平移运动，其中，串联制动主缸具有两个腔，其中，每个腔与具有两个车轮制动器的制动回路液压连接。
优选在此电动机、尤其是电子换向的BLDC(无刷直流)电机构造成两件式，具有两个部件，其中，两个部件任意之一分别由控制和调节单元任意之一控制。在此，两个件任意之一优选包括相应的三组定子线圈。如果两个线圈组由两个控制和调节单元控制，则电机提供完整的功率。在中间转换的备用模式中——在所述中间转换的备用模式中仅两个控制和调节单元或者说件之一控制相应的线圈，电机的功率于是虽然降低，但尽管如此仍可利用助力运行，以便使车辆制动和静止。
在另一个优选实施形式中，设置有附加伺服单元，所述附加伺服单元可由另外的控制和调节单元(ECU2)控制。这就是说，除了两个不相关的控制和调节单元，也存在两个不相关的伺服单元，所述伺服单元可分别由一个和/或两个控制和调节单元控制。以此方式，在一个伺服单元失效时也可保持制动系统的助力功能性。
优选每一个次级的控制和调节单元和附加伺服单元共同具有分开的并且分别与另一个控制和调节单元和伺服单元的能量供给装置无关的能量供给装置。
有利地，所述伺服单元分别包括电动机和执行器，所述执行器尤其是包括传动装置和丝杠单元，所述丝杠单元使电机轴的旋转运动转换成活塞在制动主缸的腔中的平移运动，其中，对应的腔与具有两个车轮制动器的制动回路液压连接。如果一个伺服单元失效，则可至少仍在配置给完好的伺服单元的制动回路中以外力通过相应的制动主缸的操作进行制动。
在助力制动系统的一个作为替换方案的构型中，对应的伺服单元包括多个电动机，所述电动机分别通过执行器操作机电式制动器。
为了检测驾驶员制动期望，有利地设置有构造得冗余的行程传感器。作为替换方案或与其组合地，为了检测驾驶员制动期望，有利地设置有构造得冗余的压力传感器。
此外，驾驶员制动期望检测有利地借助于操作单元来执行，所述操作单元包括制动踏板和模拟器。通过行程传感器可感测由制动踏板所走过的行程。压力传感器适用于液压的模拟器，在所述模拟器中，驾驶员在操作制动踏板时通过活塞使压力介质在缸中移动。本发明的优点尤其是在于，在可能故障时通过设置中间转换的备用模式用附加控制和调节单元改善制动系统的可靠性或者说车辆的操控性。通过冗余地构造对于助力制动系统的正常运行方式而言决定性的部件，可在出现故障的决定性情况中保证制动系统的第一备用模式的足够的性能。
因此，通过可按照需求控制伺服单元的另外的或者说附加的控制和调节单元，仍可通过外制动力进行制动，即使初级的控制和调节单元失效。如果也设置有附加的伺服单元，也可在伺服单元之一中消除故障功能或失效，并且机械-液压的备用模式不必激活。必须动用机械-液压的备用模式的可能性因此相对于传统制动系统明显降低。
附图说明
借助于附图详细描述本发明的实施例。在极其示意性的视图中示出：
图1根据现有技术的助力制动系统，所述助力制动系统具有制动操作单元、中央电子控制和调节单元和伺服单元以及两个制动回路，在所述制动回路上分别在液压上连接着两个车轮制动器，
图2外制动力设备的第一优选实施形式，具有初级和次级的控制和调节单元，
图3图2中的助力制动系统的优选扩展构型，其中，所述两个控制和调节单元任意之一具有自己的能量供给装置，以及
图4具有附加的伺服单元的外制动力设备。
具体实施方式
相同的件在全部视图中设置有同一个参考标号。
图1中的根据现有技术的助力制动系统2包括操作单元8，所述操作单元的部件在框14中示出。操作单元8具有制动踏板20，所述制动踏板在操作时在模拟器26中使模拟器活塞32移动到填充有压力介质的压力室38中。操作单元包括构造得冗余的行程传感器44和构造得冗余的压力传感器50，所述行程传感器例如测量由踏板或者说模拟器活塞32所走过的行程。取代行程传感器44，例如也可使用角度传感器或力传感器。压力传感器50测量存在于压力室38中的压力。上述部件用于检测信号来检测驾驶员制动期望并且总体满足可靠性要求ASIL D。
另外，助力制动系统2包括在框56中示出的唯一的(中央)电子控制和调节单元(ECU)62，所述电子控制和调节单元在信号输入侧通过信号导线68与压力传感器50并且通过信号导线74与行程传感器44连接。控制和调节单元62包括处理器和功率电子装置，用于检测驾驶员制动期望以及调节对于设定和调节期望的制动压力所需的伺服参量。控制和调节单元为此这样设计，使得所述控制和调节单元满足可靠性要求ASIL D。
控制和调节单元62为了设定伺服参量而在信号输入侧和信号输出侧与在框80中示出的伺服单元86通过信号导线92连接。所述伺服单元包括具有电机轴(未示出)的电动机、传动装置和丝杠单元(分别未示出)以及串联制动主缸104。所述串联制动主缸的第一腔110与第一制动回路116液压连接，所述第一制动回路包括两个后车轮制动器122。第二腔128与第二制动回路134液压连接，所述第二制动回路包括两个前车轮制动器140。
传感器44、50的信号在制动系统运行中在制动踏板20被驾驶员操作时由ECU处理，以便确定驾驶员制动期望并且由此计算出给定制动力矩，借助于所述给定制动力矩于是确定用于伺服单元86的伺服参量并且通过信号导线92传输给伺服单元86。在此如在下图中所示，助力制动系统2在制动回路116、134方面以黑白示出，其中，给次级的或者说浮动腔128配置前车轮制动器140。作为替换方案，也可给腔128配置后车轮制动器或可进行对角线的分布。
根据本发明的制动系统的第一实施例在图2中示出。与图1中的由现有技术公知的助力制动系统不同，设置有两个控制和调节单元160、166，即一个初级的控制和调节单元160(ECU)和一个次级的控制和调节单元166(ECU2)，其中，两个控制和调节单元160、166任意之一分别具有处理器和功率电子装置，用于检测驾驶员制动期望。ECU通过信号导线68与压力传感器50连接，ECU2通过信号导线74与行程传感器44连接。该配置也可颠倒地选择，并且两个控制和调节单元160、166也可与两个传感器44、50在信号输入侧连接。也可设置一个以上次级的控制和调节单元166，其中，于是全部ECU的总和总是满足预给定的可靠性要求。
电动机98构造成两件式，具有可由控制和调节单元160通过信号导线184控制的第一件172和可由控制和调节单元166通过信号导线190控制的第二件178。电机的两个件或者说子部件172、178通过传动装置/丝杠单元(未示出)操作串联制动主缸104，用于在制动回路116、134中建立制动压力。控制和调节单元160具有完整功率范围的控制和调节过程，而另外的控制和调节单元166可仅满足基本功能，而无调节过程如防滑调节。在本实施例中，电动机98构造成双重的星形连接的三相的BLDC电机，其中，定子包括6个线圈而不是3个线圈，其中，所述线圈的每三个通过一个控制和调节单元160、166控制，由此得到特别简单且成本低廉的连接。在控制全部6个线圈时，电动机提供完整的功率。
通过必要时也具有发电机的整车电路网络进行的电流供给142示意性地用正极144和电接地极(接地)146画出。
根据图2的助力制动系统通过控制和调节单元160、166的专门构造的冗余的实施形式和电动机98的两件式实施形式实现中间转换的备用模式，在所述中间转换的备用模式中，助力功能性至少仍在其基本功能方面被获得。在控制和调节单元160、166之一失效时，另一个控制和调节单元仍可分别控制伺服单元86并且由外力确定地建立制动压力。在这些情况中因此不必直接转换到液压的备用模式中，在所述液压的备用模式中，驾驶员感觉到明显不同的踏板行程/减速度-力矩关系或者说也必须使用明显大的力来制动。
图3中所述的助力制动系统2与图2中所示的助力制动系统的区别在于电流供给装置142的构型。所述电流供给装置现在具有两个正极144、148。电流供给装置142由此构造成双回路的，在这样的意义上：两个控制和调节单元160、166任意之一都具有分开的能量供给装置，由此，在电流供给装置之一失效时至少仍有一个控制和调节单元可控制伺服单元86。
图4示出了助力制动系统2的另一个优选实施形式。如在图2中的实施形式中那样，设置有两个控制和调节单元160、166。但此外现在也设置有两个不相关的伺服单元224、226。伺服单元224包括电动机200，所述电动机通过传动装置/丝杠单元在制动主缸206中使活塞212移动，用于在腔218和连接在所述腔上的制动回路134中建立压力。伺服单元226等价地包括电动机230，所述电动机在制动主缸236中使活塞242移动，用于在腔248和制动回路116中建立压力。通过信号导线184，控制和调节单元160控制伺服单元224，通过信号导线190，控制和调节单元166控制伺服单元226，在两种情况中分别尤其是控制相应的电动机200、230。因此，在助力制动系统2的该实施形式中，两个控制和调节单元任意之一都配置有伺服单元224、226。
在此也或者实现双回路的能量或者说电流供给装置142。在此，控制和调节单元160和伺服单元224配置给一个能量供给回路，控制和调节单元166和伺服单元226配置给另一个能量供给回路。现在，如果一个控制和调节单元160、166失效，则所配置的或者说在信号方面所连接的伺服单元224、226不可再被控制，由此，相应的制动回路134、116分别失效。但配置给仍具有功能且工作的控制和调节单元166、160的另一个制动回路116、134于是可分别仍在助力运行中被操作。
参考标号清单
2   助力制动系统
8   操作单元
14  框
20  制动踏板
26  模拟器
32  模拟器活塞
38  压力室
44  行程传感器
50  压力传感器
56  框
62  控制和调节单元
68  信号导线
74  信号导线
80  框
86  伺服单元
92  信号导线
98  电动机
104 串联制动主缸
110 腔
116 制动回路
122 轴车轮制动器
128 腔
134 制动回路
140 前车轮制动器
142 电流供给装置
144 正极
146 接地极
148 正极
160 初级的控制和调节单元
166 次级的控制和调节单元
172 第一件
178 第二件
184 信号导线
190 信号导线
200 电动机
206 制动主缸
212 活塞
218 腔
224 伺服单元
226 伺服单元
230 电动机
236 制动主缸
242 活塞
248 腔

Claims (10)

1.一种助力制动系统(2)，所述助力制动系统具有：制动操作单元(8)；至少一个用于在所述制动操作单元(8)被驾驶员操作时检测驾驶员制动期望的传感器；至少一个用于设定和调节制动力的伺服单元(86)；初级的电子控制和调节单元(160)，所述初级的电子控制和调节单元在信号输入侧与至少一个传感器连接并且根据所述传感器的信号按照需求控制所述伺服单元(86)；至少一个次级的控制和调节单元(166)，所述次级的控制和调节单元在信号输入侧与至少一个传感器连接并且根据所述传感器的信号按照需求控制所述伺服单元(86)。
2.根据权利要求1所述的助力制动系统(2)，其中，各个控制和调节单元(160，166)分别具有分开的并且与另一个控制和调节单元(166，160)的能量供给装置无关的能量供给装置。
3.根据权利要求1或2所述的助力制动系统(2)，其中，对于预给定的可靠性要求、尤其是ASIL D，所述初级的以及所述至少一个次级的控制和调节单元(160，166)这样配置，使得所述初级的以及所述至少一个次级的控制和调节单元共同满足所述预给定的可靠性要求，其中，所述控制和调节单元(160，166)任意之一本身都满足低的可靠性要求、尤其是ASIL B。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的助力制动系统(2)，所述助力制动系统具有包括电动机(230)的伺服单元(86)并且具有执行器，所述执行器尤其是包括传动装置和丝杠单元，所述丝杠单元使电机轴的旋转运动转换成串联制动主缸(104)的初级活塞的平移运动，其中，所述串联制动主缸(104)具有两个腔(110，128)，每个腔(110，128)与具有两个车轮制动器(122，140)的制动回路(116，134)液压连接。
5.根据权利要求4所述的助力制动系统(2)，其中，所述电动机(230)、尤其是电子换向的BLDC电机构造成两件式，具有第一部件和第二部件，其中，所述第一部件由所述初级的控制和调节单元(160)控制并且所述第二部件由对应的次级的控制和调节单元(166)控制。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的助力制动系统(2)，其中，设置有至少一个附加伺服单元，所述附加伺服单元可由所述至少一个次级的控制和调节单元(160，166)控制。
7.根据权利要求6所述的助力制动系统(2)，其中，每一个次级的控制和调节单元(160，166)及附加伺服单元共同具有分开的并且分别与另一个控制和调节单元(160，166)及伺服单元(86)的能量供给装置无关的能量供给装置。
8.根据权利要求7所述的助力制动系统(2)，其中，所述伺服单元(224，226)分别包括电动机(230)和执行器，所述执行器尤其是包括传动装置和丝杠单元，所述丝杠单元使电机轴的旋转运动转换成所述活塞(212)在制动主缸(206)的腔(110，128，218，248)中的平移运动，其中，各个腔(110，128，218，248)与具有两个车轮制动器的制动回路(116，134)液压连接。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的助力制动系统(2)，其中，设置有构造得冗余的行程传感器(44)和/或构造得冗余的压力传感器(50)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的助力制动系统(2)，其中，所述操作单元(8)包括制动踏板(20)和模拟器(26)。
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