CN111344200B - 用于通过脉宽调制控制电动驻车制动器的系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于控制机动车的电动驻车制动器系统的控制系统，电动驻车制动器系统具有被设计成安装在机动车的车轮(8)附近的至少两个制动器(12)，每个制动器(12)包括由电动机(16)致动的驻车制动致动器(14)；控制系统包括控制单元(UC)，所述控制单元(UC)具有用于控制电动机(16)的装置，使得当发布施加驻车制动器的指令时，电动机(16)被供电以致动该致动器并使得能够施加制动器。本发明的特征在于，控制装置被设计成至少在驻车制动致动器的某些致动阶段通过脉宽调制控制电动机。

Description

用于通过脉宽调制控制电动驻车制动器的系统

技术领域

本发明涉及一种用于对机动车的电动驻车制动器系统进行控制的系统和用于控制电动驻车制动器系统的方法。

背景技术

在目前的大多数汽车中，行车制动器由盘式制动器和/或鼓式制动器提供。

它们提供行车制动功能，旨在使机动车辆减速或甚至停止。通常，通过提供驻车制动的系统实现旨在使静止的车辆停止的驻车制动功能和紧急制动功能。

施加驻车制动器可通过拉动设置在车厢中的操纵杆实现，操纵杆通过制动拉索连接到位于鼓式制动器或盘式制动器中的机构。该机构趋向于将鼓式制动器的制动蹄拉开，以将制动蹄施加到鼓上。在盘式制动器的情况下，将衬垫施加在制动盘上。

为了提高驾驶员的舒适度和施加驻车制动器的安全性，汽车工业开发了电动驻车制动器。

存在两种类型的系统。第一种电动驻车制动器类型包括拉动拉索的电动机，该系统被称为拉索拉紧器系统。第二种电动驻车制动器类型包括至少在每个后制动器上设置有电动机的致动器，并使得制动器被施加。

驾驶员按下例如设置在仪表板上的按钮以激活电动驻车制动。

电动驻车制动器系统包括直流电动机，例如，德国汽车工业协会在其“VDA建议”中建议采用这种电动机。

制动施加速度，例如在盘式制动器的情况下制动衬垫相对于盘的施加速度，被设为相对较快的恒定速度。这是全有或全无的控制。在驻车制动器的正常操作时，这种“全有或全无的”控制令人满意，实际上，当希望激活驻车制动时，车辆在大多数时间是静止的，以恒定的速度将衬垫施加在制动盘上。

然而，在某些情况下，这种全有或全无的控制可能是破坏性的。

例如，在盘式制动器的情况下更换衬垫时，制动器最大程度地打开，即，活塞最大程度地向后运动直到活塞倚靠在支座上，与这些支座的接触使得能够检测制动器已达到其最大打开位置。然而，与支座的接触可突然发生。

在另一示例中，为了进行某些测试或检查，将车辆安装在辊台上，该辊台向车轮施加数个驱动扭矩。驻车制动器由此被激活。需要根据辊台施加的扭矩，使施加扭矩增加相同量。然而，直流电动机的情况确保了驻车制动器的全有或全无的施加，这导致车辆振动。这些振动可导致测量结果出现偏斜。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于对电动驻车制动器系统进行控制的系统和用于控制电动驻车制动器系统的方法，其能够减少或甚至解决上面提到的缺点。

本发明的目的通过一种用于对电动驻车制动器系统进行控制的系统来实现，电动驻车制动器系统包括实施脉宽调制(PWM)控制的至少一个直流电动机，以便能够调节电动机速度并因此在盘式制动器的情况下调节制动衬垫的运动速度或者在鼓式制动器的情况下调节制动衬片。然后在某些阶段通过脉宽调制控制电动机，而在其它阶段则以全功率控制电动机。

因此，例如在更换衬垫的情况下，控制系统可考虑使活塞低速向后运动。与支座的接触以不那么突然的方式发生。降低了损坏的风险。甚至可考虑减小支座的尺寸，不再需要将支座设置为所需的尺寸以承受突然的冲击。

在辊台上测试车辆的情况下，控制系统规定缓慢增加施加力，使得能够限制振动的发生。

根据本发明的控制系统还可在正常操作时在施加驻车制动器时控制制动器。例如，控制系统使得在第一阶段期间确保衬垫向盘的快速运动，然后在第二阶段确保衬垫的较慢运动，这使得所需的功率能够减小。

换句话说，电动驻车制动器被控制成能够在激活阶段期间具有可变的致动速度，而不管例如在制动器维护和/或对制动器进行测试期间制动器是否处于正常操作。

在与液压行车制动器相关联的电动驻车制动器的情况下，本发明尤其有利，以及在进一步包括含压力生成器的电子稳定程序(ESP^TM)的制动器系统的情况下，本发明甚至更有利。

在这种情况下，由于踩下制动踏板和/或由于ESP系统的压力生成器，使得PWM控制使得可能与由制动系统提供的液压动力相结合的部分电力能够被调节。

因此，本发明的一个主题是一种用于对电动驻车制动器系统进行控制的系统，电动驻车制动器系统用于机动车辆并包括设置在机动车辆的车轮处的至少两个制动器，每个制动器包括由电动机激活的驻车制动致动器，所述控制系统包括控制单元，所述控制单元包括用于控制电动机的装置，使得当给出施加驻车制动器的控制命令时，电动机被供电以激活致动器并能够施加制动器，所述控制装置被配置成在驻车制动致动器的一些激活阶段通过脉宽调制控制电动机，以及在驻车制动致动器的其它激活阶段则以全功率控制电动机。

控制单元有利地能够接收外部信息，该外部信息告知控制单元通过脉宽调制控制电动机。

例如，控制装置包括至少一个功率开关器件，例如功率晶体管或三端双向可控硅开关元件。

本发明的另一主题是一种制动系统，该制动系统包括根据本发明的控制系统和电动驻车制动器系统，电动驻车制动器系统包括设置在机动车辆的车轮处的至少两个制动器，每个制动器包括由电动机激活的驻车制动致动器。

制动系统优选地包括至少两个行车制动器。

本发明的另一主题是一种机动车辆，该机动车辆包括根据本发明的制动系统，电动驻车制动器系统作用于四个制动器中的至少两个上。因此，控制系统被配置成在电动驻车制动器的正常施加期间控制电动驻车制动器系统。

本发明的另一主题是一种用于控制电动驻车制动器系统的方法，电动驻车制动器系统包括控制单元和设置在机动车辆的车轮处的至少两个制动器，每个制动器包括由电动机激活的驻车制动致动器，所述方法至少包括：

-当认为电动驻车制动器系统的激活需要对电动机进行速度调制时，通过脉宽调制控制电动机的步骤，

-以全功率控制电动机的步骤。

PWM控制步骤可在以全功率控制的步骤之前或之后发生。

进一步地，控制步骤可在相同的制动动作期间或者在不同的制动动作期间发生。

在一个示例性实施例中，在更换盘式制动器的制动衬垫的情况下，通过脉宽调制沿着制动释放方向控制电动机，使得电动机的转速小于在正常操作时在驻车制动器的至少一个激活阶段的一部分期间电动机的转速。

在另一示例性实施例中，在机动车辆安装在试验台上的情况下，通过脉宽调制控制电动机，使得电动机的转速连续变化并且制动器的施加力连续变化。

在另一示例性实施例中，在机动车辆安装在试验台上的情况下，电动机通过脉宽调制来控制，使得电动机的转速台阶式变化，从一个台阶逐渐转换到另一台阶，并且制动器的施加力连续地台阶式变化，从一个台阶逐渐转换到另一台阶。

电动机可有利地通过脉宽调制来控制，使得电动驻车制动器系统的正常激活阶段包括处于第一速度的第一部分和处于第二速度的第二部分，第二部分对应于制动衬片的压缩阶段，第二速度小于第一速度。

在另一示例性实施例中，在确定至少一个活塞的位置的阶段期间，通过脉宽调制沿着制动释放方向控制电动机，使得电动机的转速小于在正常操作时在驻车制动器的至少一个激活阶段的一部分期间电动机的转速。

附图说明

基于如下描述和附图，将更好地理解本发明，在附图中：

-图1是以仰视图表示的包括电动驻车制动器系统的机动车辆的示意性表示，

-图2是通过根据本发明的控制系统在电动驻车制动器系统的制动时以及在现有技术的电动驻车制动器系统的制动时，致动器的速度变化的示例的图形表示，

-图3是通过根据本发明的控制系统在电动驻车制动器系统的制动时以及在现有技术的电动驻车制动器系统的制动时，施加的力随时间变化的示例的图形表示，

-图4是在驻车制动器的正常施加的情况下，通过根据本发明的控制系统在电动驻车制动器系统的制动时，致动器的速度变化的示例的图形表示，

-图5是可用于根据PWM控制供应给电动机的方波电压的示例的图形表示。

具体实施方式

在如下描述中，电动驻车制动器系统的制动器是盘式制动器，但是鼓式制动器的实施当然未脱离本发明的范围。在图1中，可看到配备有电动驻车制动器系统S的机动车辆的示意性表示。

机动车辆包括前轴2和后轴4，前轴2和后轴4中的每一个分别配备有两个车轮6、8。每个车轮分别配备有盘式制动器10、12。

电动驻车制动器系统S采用至少两个制动器，通常是安装在后轮处的制动器12。

根据另一示例，根据本发明的车辆包括四个驻车制动器。

该系统还包括在每个制动器12处的致动器14，以将制动衬垫施加到固定于车轮的盘上。

例如，致动器14由直流电动机16经由减速器(未示出)驱动。

盘式制动器例如包括其上安装有螺杆的活塞(未示出)。螺杆由电动机可旋转地驱动，使得活塞沿着螺杆运动。活塞推动衬垫使之与盘接触。作为反应，制动钳滑动，将另一衬垫施加在盘的另一面上。

用于对电动驻车制动器系统进行控制的系统包括用于控制驻车制动器的施加的控制单元UC。进一步地，在所示的示例中，系统包括设置在车厢中的控制构件18，驾驶员可通过控制构件18激活电动驻车制动器。控制构件例如是按钮。

当驾驶员按下按钮以用于施加驻车制动器时，信号发送到控制单元，该控制单元通过给电动机供电来激活致动器，使得制动衬垫运动到盘。

衬垫的运动速度与供应给电动机的电流成比例。该电流恒定并由给机动车辆供电的电路设置。

根据本发明，控制单元包括被配置成对电动机16进行脉宽调制(或PWM)控制的装置。

电动机16的PWM控制使得电动机的转速能够改变，并因此使得制动器的致动速度能够改变。

PWM控制包括给电动机供应方波电压。在图5中，可看到可用于根据PWM控制供应给电动机的方波电压U的示例。由此获得取决于方波持续时间T₀与信号周期T之比的平均电压。电动机的速度将取决于该平均电压，通过选择方波信号的特性，可改变电动机的速度。

PWM控制例如由开关和/或功率控制器件实现，功率控制器件例如是至少一个功率晶体管，例如绝缘栅场效应晶体管(还被称为MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管))、三端双向可控硅开关元件......

根据本申请的第一示例，在更换衬垫时实施电动机16的PWM控制。例如，向控制单元指示希望更换制动衬垫。

当制动衬垫已达到需要更换的磨损水平时，电动机被致动以使得活塞运动离开盘。当控制单元测量到由于活塞和由制动器承载的支座装置之间的接触而导致电动机的供应电流突然增加时，控制单元检测到制动器完全打开。

根据本发明，当控制单元被告知需要更换衬垫时，控制单元通过PWM控制来控制电动机的运动，使得相对于至少在支座附近(即活塞相对于盘的后退位置)不存在PWM控制的情况下的电动机的速度，盘式制动器的活塞的向后运动以缓慢的速度进行。

因此，活塞与支座装置之间的接触不会突然发生。降低了损坏制动器的风险。甚至可考虑减小支座装置的尺寸，从而减小制动器质量。

在图2中，可看到沿着制动器打开方向，致动器14的运动速度v随时间t的示意性图形表示。速度v与电动机16的转速成比例。曲线I表示根据本发明的系统的速度，曲线II表示现有技术的系统的速度。

曲线II的速度vII更高，打开时间tII更短，但是活塞和制动钳之间的冲击更突然，因此更可能使制动器恶化。

曲线I示出了小于vII的速度vI，因此打开时间tI更长，但是实际上，接触能量更低。大大降低了损坏风险。

根据一种替代方案，PWM控制可以使得电动机的速度台阶式改变，更具体地台阶式降低。在所示的示例中，在曲线III中，速度在第一阶段P1等于vII，然后在第二阶段P2根据线性函数连续减小至等于vI。在阶段P3结束时，活塞在tII和tI之间的时间tIII接触制动钳。因此，相对于tI，打开持续时间tIII减小，使得在冲击时间速度等于vI，并且能量耗散相同。

已知类型的制动活塞的向前或向后运动的速度例如等于1.2mm/s。

根据本发明的PWM控制的施加使得该速度能够例如以1.1与100之间的比率，优选地以1.5与30之间的比率，进一步优选地以2与5之间的比率，例如以2倍或3倍或4倍的比率减小。

根据另一示例性实施例，当车辆安装在辊台上并对制动器进行测试时，实施电动机的PWM控制。PWM控制使得制动力能够更逐渐地和更缓慢地变化。实际上，制动力取决于制动器的闭合度，即衬垫相对于盘的位置。制动力随时间变化的方式取决于衬垫运动的方式并因此取决于制动器的闭合速度。

与现有技术相比，通过精细地控制该速度的变化，能够更加精细地控制制动力的变化。

当控制单元被告知车辆安装在辊台上时，控制单元给电动机施加PWM控制，以更缓慢地和更逐渐地增加制动力。因此，减少了车辆的不受控制的运动/振动。

在图3中，可看到在根据本发明的制动系统的情况下(曲线IV和V)以及在现有技术的制动系统的情况下(曲线VI)，制动力F随时间t变化的示例。

考虑曲线VI，力台阶式变化F1，F2，F3…，几乎瞬间从一个台阶转换到另一台阶。台阶式变化已被预先编程。当车辆在辊台上时，制动器根据被称为辊台操作程序的特定程序进行操作。该程序的激活通过控制序列手动获得，或者通过检测到车辆安装在辊台上因而具有特殊动态行为的事实来获得。

曲线IV还示出了速度的台阶式增加。通过根据本发明的PWM控制，通过改变平均供电电压，从一个台阶到另一台阶的转换逐渐地进行。

曲线V示出了通过本发明实现的制动力的逐渐增加。

因此，减少或甚至消除了车辆振动的原因，这降低了偏斜测量的风险。

在本申请的该示例中，PWM控制使得在台阶期间，平均电压恒定，以及在从一个台阶转换到另一台阶时，平均电压逐渐增加。

本发明能够避免由于对驻车制动器的偏斜测量导致的对车辆的错误拒绝。

实际上，驻车制动器的正常操作通常是静态操作，即车轮停止并且制动器被施加。

然而，为了在台架上测试处于斜坡的驻车制动器，可通过使车轮旋转来动态模拟斜坡。然而，如果仅以全功率控制电动机，则制动系统将检测到车轮抱死并将释放制动。驻车制动器将因此被认为出故障了。

通过本发明，在制动阶段期间以脉宽调制控制电动机，这允许缓慢增加制动水平。一方面，不存在检测到车轮抱死和制动释放的风险，因此不存在错误地拒绝车辆的风险；另一方面，降低了制动器损坏的风险。

根据本申请的另一示例，在驻车制动器的正常操作期间使用电动机的PWM控制。“驻车制动器的正常操作”，其意思是当驾驶员想要停放他/她的车辆并使车辆停止，并且他/她激活电动驻车制动器时的预期操作。

例如，控制单元控制制动器，使得在行程的第一部分上，在衬垫接触盘之前，活塞以高速运动，以及使得在行程的第二部分上，在使衬垫压靠制动器时，活塞以较慢的速度运动，这降低了所需的动力。驻车制动器的激活持续时间比在常规系统的情况下的激活持续时间稍微长些，但是该持续时间通常很短，用户实际上无法察觉到延长了激活阶段。

在图4中，可看到速度V的这种变化的示意性表示。曲线VII示出了处于高速Ve的运动，随后是处于低速Vf的运动，在处于低速Vf的运动期间发生衬垫压缩。

将理解的是，速度可在两个以上的阶段中变化。或者，甚至在压缩阶段期间，速度可连续减小，如曲线VIII所描绘的。

根据一种替代方案，速度可连续减小。

根据一个示例，控制单元在驻车制动器的整个激活期间施加PWM控制。

根据另一示例，根据常规控制实现阶段A，根据PWM控制实现阶段B。

根据另一示例，在正常操作时，电动驻车制动器可根据情况为全有或全无的控制或者通过PWM控制来控制。

其它情况可涉及驻车制动器系统的单个PWM控制或者PWM控制与全有或全无的控制的组合。

根据另一示例，当驻车制动器用作紧急制动器时，可施加PWM控制。紧急制动控制通过在以较为明显的速度驾驶时按下制动按钮来实现；例如，对于高于5km/h的速度，制动按钮的激活会激活紧急制动器，而对于零速度或低于5km/h的速度，则施加驻车制动器。

根据本发明的PWM控制还可在制动阶段之外实施，无论是在行车、驻车和/或紧急制动时。

例如，每当计算器需要知道盘式制动器活塞的位置时，计算器使活塞向后运动，直到后支座处。例如，这在更换衬垫之后进行，但是可由电子稳定程序

的计算器定期进行。例如，每当计算器触发确定活塞位置的阶段时，施加PWM控制。为了确定活塞位置，使活塞向后运动直到活塞倚靠在后支座上，从而形成参考位置。从该参考位置起，计算器可例如通过对致动器的电动机的旋转次数进行计数来确定活塞的后续位置。通过实施PWM控制，当活塞更接近后支座时，活塞速度会减小，这降低了损坏风险，但不会干扰确定活塞位置的阶段。

有利地，在制动阶段期间和在制动阶段之外，PWM控制被施加到任何操作类型的制动器，驻车制动器或紧急制动器。

用于实施PWM控制的装置可以是制动器特有的，以执行这些控制和/或已经在其他地方实现的控制，例如在计算器中实现的用于控制制动调制的控制，例如

(电子稳定程序)。

本发明可适用于具有驻车制动器和/或电动紧急制动器的液压行车制动器，以及适用于全电动制动器，即行车制动器、驻车制动器和/或紧急制动器，其被称为EMB(机电制动器)。

在一个示例性实施例中，本发明可适用于具有或不具有驻车制动器的电动行车制动器。至少在电动机的一些激活阶段通过脉宽调制控制电动机，例如以更换制动衬垫或标记活塞位置。

进一步地，本发明可适用于包括一个或多个活塞的盘式制动器，其中每个活塞通过其自身的致动器运动。每个致动器的运动可被不同地控制。

2-前轴

4-后轴

6,8-车轮

10,12-制动器

14-致动器

16-电动机

S-电动驻车制动器系统

UC-控制单元

Claims (11)

1.一种用于对电动驻车制动器系统进行控制的控制系统，所述电动驻车制动器系统用于机动车辆并包括设置在机动车辆的车轮（8）处的至少两个制动器（12），每个制动器（12）包括由电动机（16）激活的驻车制动致动器（14），所述控制系统包括控制单元（UC），所述控制单元（UC）包括用于控制所述电动机（16）的控制装置，使得当给出施加所述制动器的控制命令时，所述电动机（16）被供电以激活所述驻车制动致动器并使得制动器能够被施加，所述控制装置被配置成在所述驻车制动致动器的一些激活阶段通过脉宽调制控制所述电动机，以及在所述驻车制动致动器的其它激活阶段则以全功率控制所述电动机，

其中，所述控制装置被配置成在第一激活阶段以全功率控制所述电动机，并且所述控制装置被配置成在第二激活阶段通过脉宽调制控制所述电动机，其中，所述第二激活阶段发生在所述第一激活阶段之后，并且其中，所述第一激活阶段和所述第二激活阶段在相同的制动动作期间发生，所述相同的制动动作不是次级制动动作。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述控制单元（UC）能够接收外部信息，所述外部信息告知所述控制单元（UC）通过脉宽调制控制所述电动机（16）。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述控制装置包括至少一个功率开关器件。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其中，所述功率开关器件是功率晶体管或三端双向可控硅开关元件。

5.一种制动系统，包括根据权利要求1所述的控制系统和电动驻车制动器系统，所述电动驻车制动器系统包括设置在机动车辆的车轮（8）处的至少两个制动器（12），每个制动器（12）包括由电动机（16）激活的驻车制动致动器（14）。

6.根据权利要求5所述的制动系统，所述制动系统包括至少两个行车制动器。

7.一种机动车辆，包括根据权利要求5所述的制动系统，所述电动驻车制动器系统（S）作用于四个制动器中的至少两个上，并且其中，所述控制系统被配置成在所述制动器的正常施加期间控制所述电动驻车制动器系统（S）。

8.一种用于控制电动驻车制动器系统的控制方法，所述电动驻车制动器系统包括控制单元（UC）和设置在机动车辆的车轮（8）处的至少两个制动器（12），每个制动器（12）包括由电动机（16）激活的驻车制动致动器（14），所述方法至少包括：

- 当认为所述电动驻车制动器系统的激活需要对所述电动机进行速度调制时，在第二激活阶段期间通过脉宽调制控制所述电动机的步骤，

- 在第一激活阶段期间以全功率控制所述电动机的步骤，其中，所述第二激活阶段发生在所述第一激活阶段之后，并且其中，所述第一激活阶段和所述第二激活阶段在相同的制动动作期间发生，所述相同的制动动作不是次级制动动作。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其中，在更换盘式制动器的制动衬垫的情况下，在所述第二激活阶段期间通过脉宽调制沿着制动释放方向控制所述电动机（16），使得所述电动机的转速小于在正常操作时在所述制动器的至少一个激活阶段的一部分期间所述电动机的转速，其中，在更换所述衬垫时，在所述第一激活阶段期间沿着所述制动释放方向以全功率控制所述电动机（16）。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其中，所述电动机（16）通过脉宽调制来控制，使得所述电动驻车制动器系统的正常激活阶段包括在所述第一激活阶段期间处于第一速度的第一部分和在所述第二激活阶段期间处于第二速度的第二部分，所述第二部分对应于制动衬片的压缩阶段，所述第二速度小于所述第一速度。

11.根据权利要求8所述的控制方法，其中，在确定至少一个活塞的位置的阶段期间，通过脉宽调制沿着制动释放方向控制所述电动机（16），使得所述电动机的转速小于在正常操作时在所述制动器的至少一个激活阶段的一部分期间所述电动机的转速，其中，所述确定至少一个活塞的位置的阶段发生在所述第一激活阶段之前和所述第二激活阶段之前。

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