CN106394521A - 用于自动行驶的车辆的致动器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的致动器系统，其包括：一个在车辆的第一汽车电器网络上运行的第一转向致动器；一个在该第一汽车电器网络上运行的、用于控制第一转向致动器的第一转向致动器控制单元；及一个在车辆的相对于第一汽车电器网络冗余地设计的第二汽车电器网络上运行的第二转向致动器。该致动器系统还包括一个在车辆的第二汽车电器网络上运行的制动致动器装置，具有制动致动器和用于控制该制动致动器的制动致动器控制单元。制动致动器装置还包括一个在车辆的第二汽车电器网络上运行的、用于控制第二转向致动器的第二转向致动器控制单元。

Description

用于自动行驶的车辆的致动器系统
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的致动器系统，该致动器系统包括两个相互冗余地设计的转向致动器和一个构成插入式模块形式的制动致动器装置，该制动致动器装置包括所述转向致动器之一的控制装置。本发明还涉及一种用于这种致动器系统的制动致动器装置，以及一种具有相应的致动器系统的车辆。
背景技术
现代车辆具有许多辅助系统，它们在一定的行驶状况中支持车辆驾驶员并甚至能主动地干预车辆的操纵。在汽车领域中，当前的发展目标是自动化行驶的车辆，其中，这种车辆的操纵将完全不用人为驾驶员来进行。为了实现这种自动化的或自主的行驶，车辆的功能、例如制动或转向必需以故障后能保持工作的方式(fail operational)设计。这里“故障后能保持工作”的意思是，相应的装置在故障情况下继续工作，其不会占据表示相应功能完全失效的故障状态。为了实现这点，相应的装置被冗余地设计，其中，相应的功能、例如制动或转向由至少两个相互独立运行的装置来执行。两个电装置的独立运行也要求：这两个装置在不同的、互相独立的汽车电器网络上运行。例如为了设计用于故障后能保持工作式运行的转向功能，则需要两个各自衔接到彼此独立的汽车电器网络上的、各具有自己的控制单元的转向致动器。
发明内容
当前对于转向还不存在这样的致动器，其完全地故障后能保持工作。对于制动器已公知模块、例如博世公司的iBooster，其使用一个电驱动的致动器作为一个传统的机械制动力增强器的替代。该模块原则上可作为第二调节器用于故障后能保持工作式运行。因为现在还不具备任何设备，其不仅对于制动而且对于转向均具有故障后能保持工作的性能，目前，故障后能保持工作式运行仅能通过安装附加的设备来实现。然而，出于组装的原因在车辆中附加设备的数目应尽可能地小。
本发明的任务在于，使一个传统车辆的基础结构用尽可能小的成本演变为故障后能保持工作式运行。该任务通过一种根据权利要求1的致动器系统来解决。此外，本发明的任务通过一种根据权利要求8的制动致动器装置，以及通过一种根据权利要求10的车辆来解决。在从属权利要求中给出其它有利的实施方式。
根据本发明，给出了一种用于车辆的致动器系统，该致动器系统包括：一个在车辆的第一汽车电器网络上运行的第一转向致动器和一个在该第一汽车电器网络上运行的、用于控制第一转向致动器的第一转向致动器控制单元。该致动器系统还包括：一个在车辆的相对于第一汽车电器网络冗余地设计的第二汽车电器网络上运行的第二转向致动器以及一个在车辆的第二汽车电器网络上运行的制动致动器装置，所述制动致动器装置具有一个制动致动器和一个用于控制该制动致动器的制动致动器控制单元。在此，制动致动器装置还包括一个在车辆的第二汽车电器网络上运行的、用于控制第二转向致动器的第二转向致动器控制单元。通过将第二转向致动器布置在制动控制装置内部，可减少要安装的设备的数目。由此也使组装成本降低。此外装入这样一个制动致动器装置可实现：使一个传统的车辆相对简单地准备用于自动化行驶。
在本发明的一个实施方式中设置：制动致动器装置包括一个壳体，所述壳体接收制动致动器和配属给制动致动器的制动致动器控制单元。在此情况下，转向致动器控制单元被设置在该壳体内部。通过将转向致动器控制单元安装到制动致动器装置的壳体中，可显著减少车辆改装时的组装成本。通过对于制动致动器装置和转向致动器控制单元使用一个共同的壳体还可减小车辆内的位置需求。
在另一实施方式中设置：第二转向致动器控制单元至少部分地与配属给制动致动器的制动致动器控制单元整体地构造。通过这两个控制装置的部分集成得到了协同作用，该协同作用尤其实现成本上有利的制造、小的重量和更小的位置需求。
根据另一实施方式设置：第二转向致动器控制单元和制动致动器控制单元各具有一个分立的电力电子装置(Leistungselektronik)；第二转向致动器控制单元的电力电子装置和制动致动器控制单元的电力电子装置被耦合在一个共同的散热装置上。通过对于这两个致动器控制单元的电力电子装置使用一个共同的散热装置，可简化制动致动器装置的结构并且由此使制动致动器装置成本上有利地制造。
在另一实施方式中设置：第一和第二转向致动器以一个共同的电动机的形式构造。在此情况下，给第一转向致动器配属该电动机的、由第一汽车电器网络供电的第一组绕组；而给第二转向致动器配置该电动机的、由第二汽车电器网络供电的第二组绕组。将两个转向致动器设置在一个共同的电动机内部，相对于使用两个分立的电动机而言，实现了特别有利的替代方案。在此情况下，除重量之外，两个转向致动器的制造成本以及位置需求也可显著减小。
在另一实施方式中设置：第一转向致动器被构造为一个电动伺服转向装置的一部分。通过使用电动伺服转向装置作为转向致动器可使根据本发明的致动器系统特别简单地实现。
在另一实施方式中设置：该系统还包括一个在第一汽车电器网络上运行的第二制动致动器装置，该第二制动致动器装置至少部分地通过一个电子稳定程序系统(ESP系统)的组成部分来实现。通过对现有的ESP系统的组成部分的动用，可使根据本发明的致动器系统特别简单地实现将一个传统的车辆演变成自动化行驶的车辆。
本发明还涉及一种用于致动器系统的制动致动器装置，其包括：一个制动致动器，一个用于控制该制动致动器的制动致动器控制单元，以及一个用于控制转向致动器的转向致动器控制单元。这样一个制动致动器装置可作为一个紧凑模块来实现，它可相对简单地结合到车辆的现有基础结构中。由此，一个传统的车辆可特别简单地改装成自动化行驶的车辆。
在另一实施方式中设置：制动致动器控制单元和转向致动器控制单元以一个共同的控制装置的形式构造。由此，除了制造成本之外还可使制动致动器装置的结构尺寸减小。
此外，根据本发明给出了一种车辆，其具有相应的致动器系统，其中，制动致动器装置以一个分立的插入式模块的形式构造。这里，该模块化的结构方式允许该制动致动器装置在车辆中特别简单的装入和卸出。因此可使传统的车辆相对简单地进行自动化行驶的准备。
附图说明
以下将借助附图详细地描述本发明。附图中示出：
图1：根据本发明的致动器系统的示意图，用于说明各个设备与两个相互冗余地设计的汽车电器网络的连接；
图2：一个替代性的致动器系统的示意图，具有以一个共同的电动机形式构成的两个转向致动器；
图3：根据本发明的致动器系统的示意性结构，具有一个替代传统的制动力增强器的制动致动器装置；
图4：以插入式模块形式构造的制动致动器装置的示意图；及
图5：具有构造为插入式模块的制动致动器装置的车辆的示意图。
具体实施方式
为了将一个传统车辆演变成一个AD(自动化驾驶)车辆，传统车辆的致动器装置将装备有用于转向和制动的冗余的致动器。在此情况下，在一个转向驱动系中(在该驱动系中已设置有一个可电驱控的转向致动器)，设置一个附加的可电驱控的转向致动器。相对地，在已装备了可电驱控的制动致动器的制动系统中，加入一个附加的制动致动器装置，该附加的制动致动器装置除了一个可电驱控的制动致动器和一个从属的制动致动器控制单元外之还具有附加的可电驱控的转向致动器的控制单元。这里，制动致动器装置优选地以插入式模块的形式构造，所述插入式模块优选地在车辆中用来更换或替代一个传统的制动力增强器。这里，图1示意性地示出这样一种致动器系统100，其包括：一个衔接到第一汽车电器网络210上的第一转向致动器装置110，其具有第一可电驱控的转向致动器111和从属的转向致动器控制单元112；一个衔接到第二汽车电器网络220上的第二转向致动器装置120，其具有第二可电驱控的转向致动器121和从属的转向致动器控制单元122；一个衔接到第二汽车电器网络220上的第一制动致动器装置130，其具有第一制动致动器131和从属的控制单元132；以及一个衔接到第一汽车电器网络210上的第二制动致动器装置140，其具有第二制动致动器141和从属的控制单元142。如由图1可看到的，这两个转向致动器装置110，120也像这两个制动致动器装置130，140那样分别在不同的汽车电器网络210，220上运行。由此确保：在汽车电器网络210，220之一失效的情况下仅仅驾驶系统250和制动系统260的两个相互冗余地设计的致动器装置110，120，130，140之一失效，使得相关系统250，260的运行将继续借助各个剩余的致动器装置110，120，130，140来保证。
如图1中还示出，第二转向致动器装置120的转向致动器控制单元122被设置在第一制动致动器装置130的内部并且与在空间上与其分开设置的第二转向致动器121例如通过所谓的动力控制导线123相连接。在此情况下，如图1中所示地，第二转向致动器控制单元122可一起使用第一制动致动器装置130到第二汽车电器网络220上的接头或者通过自己的接头衔接到第二汽车电器网络220上。
将第二转向致动器控制单元122设置在第一制动致动器装置130的壳体内部能实现通过优选地设计成插入式模块的第一制动致动器装置130的结构得到对于自动化驾驶所需功能的简单改装。根据现有的车辆基础结构而定必要时仍必需将第二转向致动器121加入到已有的驾驶系统中。
有利的是，第一转向致动器111和第二转向致动器121以一个共同的电动机的形式来实现。这样一种电动机具有用于这两个转向致动器111，121中每一个的分立的相。因此，分别被构造为三相电动机的两个转向致动器111，121例如可通过一个六相电动机来替代，其中，给这两个转向致动器111，121中的每一个各配属六相中的三相。该共同的电动机的转矩则由这两个转向致动器111，121的转矩的叠加导致，其中，在这两个转向致动器111，121之一失效的情况下该电动机将继续执行其功能。
图2示出一种致动器系统100的示意图，其具有以一个共同电动机的形式构造的两个转向致动器111，121。该组件的优点是：在该转向系统中不需要以分立模块为形式的附加的致动器。为了建立自动化驾驶功能，可通过一个相应的六相电动机来替代一个电动力转向模块的三相电动机。这也可在车辆组装期间已经进行，使得为车辆改装成自动化驾驶运行作好准备。
图3示出根据本发明的致动器系统100的另一示意图，由该图可看出各个致动器装置的相互作用。如图3的下部分所示，这两个转向致动器111，121位于将方向盘262的转向运动传送到前轮251，252上的转向系261中。在此情况下，这两个转向致动器111，121的确切的安装位置取决于相应的应用并且在本实施例中定位在转向柱263的区域中。然而，转向致动器111，121也可安装在转向驱动系261的其它合适位置上，例如在转向齿杆264的区域中。
还是如图3中所示地，第二转向致动器控制单元122在空间上远离第二转向致动器121地被设置在第一制动致动器装置130中。这里，第一制动致动器装置130优选地涉及一种机电装置，该机电装置将一个作为电信号出现的制动要求转化成与其连接的制动管路中的相应液压压力。这样一种制动致动器装置在这里可以相对紧凑的致动器插入式模块的形式来实现，例如用所谓的iBooster(博世公司)。这种插入式模块可好地加入现有的车辆致动器装置中。在该功能上，制动致动器装置130替代了传统的制动力增强器240，传统的制动力增强器在图3中通过虚线来表示。在此情况下，用于致动器插入式模块130的控制单元132的输入信号可由一个电制动踩板来提供。在车辆的自动化驾驶运行中，致动器插入式模块130的制动致动器控制单元132典型地由一个上级控制装置(在此未示出)获得相应的制动指令。
作为第二制动致动器装置140优选地使用ESP模块，在现代车辆中已存在这种模块。该ESP模块140也包括一个电驱动的致动器141，该致动器将一个电制动信号转换成一个相应的液压压力。这里，第二制动致动器装置140这样构造，使得它在故障情况下占据一个限定的状态，该状态不会影响到由第一制动致动器装置130对制动器251，252，253，254的操纵。然而，原则上，这两个制动致动器装置130，140可经由分立的液压循环支配(在此未示出)。
图4示意性地示出第一制动致动器装置130的结构。这里以致动器插入式模块的形式构造的制动致动器装置130具有一个壳体135，在该壳体中设置有一个机电的制动致动器131。此外，第一制动致动器装置130还包括配置给制动致动器131的制动致动器控制单元132以及配置给第二转向致动器121的第二转向致动器控制单元122，其中，致动器控制单元122，132也可被设置在壳体135内部。替代地，一个或两个致动器控制单元132，122也可被设置在一个布置在壳体135上的附加壳体内(在此未示出)。这两个致动器控制单元132，122通过共同的安置也可用一个共同的控制装置133的形式来构造，其中，现有的基础结构，例如电源、数据接口或信号处理或逻辑部分可由两个致动器控制单元132，122共同使用。对此替代地，也允许这两个致动器控制单元122，132以两个分立的控制装置的形式来实现。这在故障情况下简化了相关控制装置的更换。
通过共同的布置，第二转向致动器控制单元122和第一制动致动器控制单元132还可衔接到一个共同的散热装置134上。这里它可涉及一种被动的散热元件(例如散热片)或者涉及一种主动的冷却系统。该组件的优点是：对于共同的控制装置133以相应适配的热管理可实现明显较小的冷却成本。
图5示意性地示出一种车辆200，它具有优选地设置在车辆200的发动机室中的、作为致动器系统100的一部分的第一制动致动器装置130。该用来替代传统的制动力增强器的制动致动器装置130作为插入式模块被装入到车辆200的现有致动器系统100中并且将车辆200演变成一个自动化驾驶运行的车辆200。
通过将转向冗余部分集成到制动致动装置中，在转向装置中获得了一致性。
第一转向致动器装置110例如可用电转向(EPS＝Eletric Power Steering电动力转向)的形式来构造。在此情况下，该EPS可这样地设计，使得它本身便能胜任通常的转向操纵。然而，在极端要求的情况下ESP也可通过母线请求插入式模块的支持。
虽然这里借助具体实施例对本发明进行了说明，但本发明完全不局限在该说明上。因此，本领域技术人员可适当地改变所说明的特征并且可将其相互组合，而不背离本发明的核心。

Claims (10)

1.用于车辆(200)的致动器系统(100)，包括：
-一个在车辆(200)的第一汽车电器网络(210)上运行的第一转向致动器(111)和一个在该第一汽车电器网络(210)上运行的第一转向致动器控制单元(112)，该第一转向致动器控制单元用于控制第一转向致动器(111)，
-一个在车辆(200)的相对于第一汽车电器网络(210)冗余地设计的第二汽车电器网络(220)上运行的第二转向致动器(121)，以及
-一个在车辆(200)的第二汽车电器网络(220)上运行的制动致动器装置(130)，所述制动致动器装置具有制动致动器(131)和用于控制该制动致动器(131)的制动致动器控制单元(132)，
其中，制动致动器装置(130)还包括一个在车辆(200)的第二汽车电器网络(220)上运行的第二转向致动器控制单元(122)，用于控制第二转向致动器(121)。
2.根据权利要求1的致动器系统(100)，其中，制动致动器装置(130)包括一个壳体(133)，所述壳体接收制动致动器(131)和配属给制动致动器(131)的制动致动器控制单元(132)，以及
其中，第二转向致动器控制单元(122)被设置在该壳体(133)内部。
3.根据权利要求1或2的致动器系统(100)，其中，第二转向致动器控制单元(122)至少部分地与配属给制动致动器(131)的制动致动器控制单元(132)整体地构造。
4.根据以上权利要求中任一项的致动器系统(100)，其中，第二转向致动器控制单元(122)和制动致动器控制单元(132)各具有一个分立的电力电子装置，以及
其中，第二转向致动器控制单元(122)的电力电子装置和制动致动器控制单元(132)的电力电子装置被耦合在一个共同的散热装置(134)上。
5.根据以上权利要求中任一项的致动器系统(100)，
其中，第一和第二转向致动器(111，121)以一个共同的电动机的形式构造，
其中，给第一转向致动器(111)配属一个该共同的电动机的、由第一汽车电器网络(210)供电的第一组绕组，以及
其中，给第二转向致动器(121)配属一个该共同的电动机的、由第二汽车电器网络供电的第二组绕组。
6.根据以上权利要求中任一项的致动器系统(100)，其中，第一转向致动器(111)构造电动伺服转向装置的一部分。
7.根据以上权利要求中任一项的致动器系统(100)，其中，该系统还包括一个在第一汽车电器网络上运行的第二制动致动器装置(140)。
8.制动致动器装置(130)，用于根据以上权利要求中任一项的致动器系统(100)，包括：
-制动致动器(131)，
-用于控制该制动致动器(131)的制动致动器控制单元(132)，以及
-用于控制转向致动器(121)的转向致动器控制单元(122)。
9.根据权利要求9的制动致动器装置(130)，其中，制动致动器控制单元(132)和转向致动器控制单元(122)以一个共同的控制装置(133)的形式构造。
10.车辆(200)，其具有根据权利要求1至7中任一项的致动器系统(100)，
其中，制动致动器装置(130)以一个分立的插入式模块的形式构造。
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