CN111907509B - 用于故障安全地制动微型车辆的制动设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于故障安全地制动微型车辆(10)的方案。在此尤其可以当能量供应装置(16)故障时进行紧急制动。借助第一模块(22)产生制动力，并且通过制动力传输网系统(26)传输至制动单元(28)。第一模块(22)可以通过控制单元(18)控制，并且因此甚至适用于自动驾驶的微型车辆(10)。作为对制动力的响应，制动单元(28)施加制动力矩，用于制动微型车辆(10)。第二模块(24)同样与制动力传输网系统(26)耦连，并且设计用于存储剩余制动力，该剩余制动力在能量供应装置(16)故障时被释放。微型车辆(10)被故障安全地制动。本发明还涉及一种微型车辆(10)，其中实施上述方案，本发明还涉及一种相应的方法。

Description

用于故障安全地制动微型车辆的制动设备

技术领域

本发明涉及一种用于故障安全地制动微型车辆的制动设备、带有这种制动设备的自动驾驶微型车辆以及相应的方法。

背景技术

现代的和优选无人或者部分地自动驾驶的微型车辆越来越多地用作运输工具。这些微型的交通工具具有的优点在于它们重量小并且它们尺寸小。它们优选适用于密集的城市交通。微型车辆由于其尺寸容易找到停车位。此外，由于必须移动的重量较小，所以能实现较高的燃料效率或者说能效。

微型车辆的缺点是相对于轿车折皱区更小。在碰撞时，由于重量小和微型车辆的大多针对轻质结构优化的材料，微型车辆的驾驶员和乘员承受更大的危险。因此越来越需要提高微型车辆的交通工具乘员的安全性。尤其在自动驾驶的微型车辆的情况中，其中乘员至少暂时不能对微型车辆的控制进行影响，行驶安全系统应当多余地或者故障安全地设计。制动系统至少是交通工具的和尤其微型车辆的对安全至关重要的系统。

目前在市场上对于用于微型车辆的故障安全的制动，没有令人满意的解决方案。已知的解决方案用于轿车或者货车领域。已知的解决方案对于微型车辆来说尺寸设计过大，并且不满足例如重量小并且能效高的要求。

此外在自动驾驶交通工具中不再规定通过人的控制。因此为了控制制动，必须实现其他解决方案。此外必须在故障时，例如在能源供应或者电压供应中断时，保证交通工具尽可能快地停止。尤其在自动驾驶的交通工具中应当有效避免人员和物体的危险。

由文献DE 102 46 594 A1已知一种用于内燃机的燃料喷射设备的能量存储器，其改善了内燃机的启动性能。此外公开了，这种能量存储器也可以用于机动车的液压伺服转向装置的或者液压的制动系统的压力供应。通过使用这种能量存储器可以例如即使在伺服泵故障或者不工作时也能维持伺服辅助。同样适用于在压力产生装置故障时在液压制动系统中的压力。这种系统中的缺点是只能进行压力的维持。没有规定在压力消失或者电压降低时制动操作的自动触发。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题是提供一种用于故障安全地制动微型车辆的制动设备，所述自动装置尤其适合在自动驾驶的微型车辆中使用，在所述自动驾驶的微型车辆中不再进行由微型车辆的驾驶员的控制。优选的是在能量供应/电压供应故障时，尽可能快速地和可靠地使微型车辆停止。

上述技术问题通过一种用于故障安全地制动微型车辆的制动设备解决。

按照本发明的用于故障安全地制动微型车辆的制动设备包括：

-第一模块，第一模块具有用于产生制动力的执行器，

-第二模块，第二模块具有用于作为对施加在第二模块上的电压的反应存储剩余制动力的存储器件，

-制动单元，其用于将制动力转化为制动力矩，

-制动力传输网系统，其用于在第一模块，第二模块和制动单元之间传输制动力，

其中，当电压达到预先确定的阈值和/或低于预先确定的阈值时，第二模块的存储器件释放剩余制动力，以便故障安全地制动微型车辆。

按照本发明的用于故障安全地制动微型车辆的方法，用于优选借助上述制动设备故障安全地制动微型车辆的方法，包括步骤：

-通过第一模块借助执行器产生制动力；

-借助制动力传输网系统传输制动力；

-在第二模块中存储剩余制动力；和

-当在第二模块上的电压达到预先确定的阈值和/或低于预先确定的阈值时，释放剩余制动力，以便制动微型车辆。

按照本发明的自动驾驶的微型车辆包括上述制动设备和用于提供用于自动驾驶的微型车辆的能量和在第二模块上的电压的能量供应装置。

通过带有用于产生制动力的执行器的第一模块和制动力传输网系统，可以实现甚至适用于自动驾驶领域的制动系统。通过提供带有用于作为对施加在第二模块上的电压的响应存储剩余制动力的存储器件的第二模块，可以实现技术上可靠的紧急制动。尤其可以保证的是，在电压降低时存在足够的剩余制动力，以便可靠地使微型车辆停止。通过规定在第二模块上施加的电压的用于释放剩余制动力的预先定义的阈值，可以在系统故障时可靠执行制动。该阈值在此优选近似为零。换句话说，当供应电压中断时，所述制动设备进行制动操作。例如在电网中的线缆断开或者短路时，交通工具电池故障时和/或电池完全放电时。也可以想到的是定义阈值，所述阈值选择为，使得例如仍然存在有用于运行警示灯和/或喇叭的剩余能量，以便向其他的交通参与者告知进行的自动操作并且警告其他的交通参与者。

在本发明的优选设计方案中，用于产生制动力的执行器包括线性电机和活塞。制动力传输网系统包括流体网系统。线性电机借助活塞把压力施加到制动力传输网系统的流体上，以便产生制动力。线性电机优选设计为步进电机。通过使用流体网系统作为制动力传输网系统可以实现制动力的可靠传输。通过使用线性电机作为用于把压力产生到流体上的执行器，可以实现简单的控制。利用步进电机可以通过不同的伸出位置任意改变压力并且以此对制动力矩定量。

在本发明的优选设计方案中，用于存储剩余制动力的存储器件具有能量存储器件、优选弹簧形式的能量存储器件和电磁铁和活塞，其中，活塞具有磁性的和/或能磁化的材料，其中，能量存储器件的复位力小于当电磁体被电流通过时由电磁体产生的固持力。由此可以实现可靠的紧急制动设备。一旦在电磁体上的电压下降并因此流过电磁体的电流变得太小，就进行制动操作，以便施加足够的吸力。优选地可以通过选择在电磁体之间的间距和选择磁性的和/或可磁化的材料，确定用于触发或者释放剩余制动力的阈值。优选的是不需要用于释放剩余制动力的控制。紧急制动的可靠性是很高的。

在本发明的优选设计方案中，制动力传输网系统包括杠杆，所述杠杆在第一端部部段上与第一模块的执行器作用连接，并且所述杠杆在杠杆的与第一端部部段对置的第二端部部段上与第二模块的存储器件作用连接，并且在中间部段中与制动单元连接。以这种方式可以实现紧凑的和轻便的装置。降低了维护耗费，因为不必进行流体交换。

在本发明的优选设计方案中，第二模块具有与杠杆作用连接的能量存储器件、优选弹簧形式的能量存储器件和电磁体，其中，杠杆至少部段式地具有磁性的和/或能磁化的材料，所述磁性的和/或能磁化的材料这样布置在杠杆上，使得电磁体可以把固持力施加到杠杆上，其中，能量存储器件的复位力小于当电磁体被电流流过时由电磁体产生的固持力。

在本发明的优选设计方案中，线性电机在停电时具有固持力，所述固持力大于通过剩余制动力作用到线性电机的动子上的复位力。由此可以提高由剩余制动力产生的制动力矩，因为线性电机的动子作为对剩余制动力释放的响应不回缩。也可以想到的是将剩余制动力选择得更小。以此可以将制动设备构建得更轻。

在本发明的优选设计方案中，所述制动设备具有控制单元，以便控制第一模块的制动力，其中所述制动设备设计用于随自动驾驶的微型车辆使用。以这种方式可以实现用于微型车辆的紧凑的故障安全的制动系统。

在本发明的优选的设计方案中，在第二模块中存储剩余制动力之后，借助第一模块确定制动力矩。所述方法由此优选适用于自动驾驶的微型车辆。

只要没有单独做出另外的说明，各种在本申请文件中所述的本发明的实施方式可以有利地相互结合。

在此，微型车辆理解为仍然定位在小型车下的轿车车辆等级，也被称为微型轿车。此外，术语微型车辆也理解为电动的微型车辆、例如优选在城市环境中的电动滑板车和/或电动摩托车，以及自动驾驶的运输系统(FTS)和优选在生产环境中的移动机器人。例如轿车可以称为微型车，所述轿车可以在小型车的尺寸以下被分级。很相似的、但是带有尺寸和功率的精确限制的交通工具描述的是日本的轻型车(Kei-Car)，其在日本在税务方面是有利的。该交通工具类别描述的是不长于3.5米的车辆类型。微型轿车是非常省油和轻便的。它是轿车级别中最小的级别。

自动驾驶也作为自动驾驶或者自动化驾驶已知，其理解为交通工具和自动驾驶运输系统的前进。自动化的程度通常显示为下述级别。0级：没有自动，驾驶员自己转向、加速和制动。1级：车辆具有自动介入的单独的辅助性的系统，例如防抱死系统(ABS)或者电子的稳定程序(EPS)。2级：自动化的系统承担部分任务(例如自适应的速度调节，车道变化辅助，自动的紧急制动)，但是驾驶员保留关于车辆的权利和责任。3级：车辆可以路段式地自动加速、制动和转向(有限的自动化)，在需要时系统要求驾驶员承担控制。4级：在正常运行中，车辆可以完全自动驾驶，但是驾驶员能够介入并且“否决”系统。5级：车辆完全自动化的，自动驾驶的运行，驾驶员不能(并且也不必要)介入。在此，所有上述级别都理解为在本申请范围内的自动驾驶。

剩余制动力是存储在存储介质中的力，所述力可以再输入到制动力传输网系统，以便实现微型车辆的制动。在此根据使用情况可以规定将速度减小到预先定义的速度。但是也可以想到的是通过剩余制动力实现微型轿车的完全地制动直至静止。

制动力传输网系统可以是任何用于在制动力传输网的组件之间传递制动力的装置。制动力传输网系统尤其连接有把制动力引入制动力传输网系统中的组件和从制动力传输网系统中传输地得到制动力且将该制动力转化为制动力矩的组件，即造成微型车辆制动的组件。制动力传输网系统尤其可以是流体网系统，杠杆形式的机械器件，鲍登电缆和/或电气网络。

附图说明

下面在实施例中根据附图阐述本发明。

在附图中示出：

图1是带有按照本发明的制动设备的交通工具的示意图；

图2是按照本发明的制动设备的示意性框图；

图3是按照本发明的制动设备的第一实施方式的详细示意图；

图4是在图3中示出的制动设备的第一模块的详细示意图；

图5是在图3中示出的制动设备的第二模块的详细示意图；

图6是按照本发明的制动设备的第二实施方式的详细示意图；

图7是在图6中示出的制动设备的第二模块的详细示意图；

图8是按照本发明的方法的示意图。

具体实施方式

图1示意性示出微型车辆10，该微型车辆10具有驱动轮12，与驱动轮12作用连接的制动设备14，该制动设备14用于故障安全地制动微型车辆10。在此，图1是俯视图。重要的部件被放大并且未按比例示出。微型车辆10具有蓄电池或者蓄电器形式的能量供应装置16，该能量供应装置16给装置14提供电压。此外能量供应装置16借助线路20给控制单元18提供能量。控制单元18通过线路20控制用于故障安全地制动的制动设备14。在所示示例中，能量供应装置16的电压通过控制单元18传输到制动设备14。也可以想到的是电压直接从能量供应装置16传输到制动设备14上。

图2示出按照本发明的制动设备14的示意性框图。该制动设备具有第一模块22和第二模块24。控制命令从控制单元18借助线路20传递到第一模块22。借助线路20给第二模块24供应电压。第一模块22和第二模块24通过制动力传输网系统26与制动单元28连接并且相互连接。

第一模块22可以产生制动力，制动力借助制动力传输网系统26传输到制动单元28和第二模块24上。当电压施加在第二模块24上时，第二模块24就可以存储剩余制动力。此外，制动单元24可以优选根据在第一模块22中产生的制动力产生制动力矩并且制动微型车辆10。

在第二模块24上电压下降时，它释放存储的剩余制动力。释放的剩余制动力借助制动力传输网系统26传输到制动单元28，使得制动力矩由制动单元28产生并且微型车辆10被制动，优选直至微型车辆10的静止状态。因此所示制动设备14具有两个模块22、24，其中第一模块22包括用于调节或者控制在制动单元28中的制动的部件，并且第二模块22保证系统的故障安全性。

为了更好地控制制动和监控制动系统，在流体网系统中配设有压力传感器48。

图3示出按照装置14的第一实施方式的详细示意图。制动力传输网系统26包括流体网系统。第一模块22包含线性电机30，线性电机30的动子32与活塞34作用连接，使得活塞34可以执行活塞行程。线性电机30在所示示例中设计为步进电机。因此它可以行进到不同位置中。活塞34在壳体中导引，在所述壳体中，液压液体形式的流体处于流体腔36中。通过行程运动，力被施加到流体上并且流体压力升高。流体压力借助制动力传输网系统26传输并且把力作用到制动单元28的制动活塞38上，制动活塞接着产生制动力矩，以便制动微型车辆10。因此可以通过线性电机30的动子32的不同的伸出位置任意改变压力并因此还对制动力矩定量。

第二模块24包括作为能量存储器件40的弹簧、电磁体42和活塞44。制动单元28与第一模块22和第二模块24通过流体网系统的制动管液压地耦连，压力以此在整个流体网系统中作用。若线性电机30通过动子32的伸出产生压力，则该压力也在第二模块24中的流体腔46中作用。该压力产生使活塞44移动并且克服弹簧工作的力。若电压施加在电磁体42上，则电磁体将活塞44固持在终端位置中。因此在终端位置中，弹簧张紧并且存储剩余制动力。因为活塞44由电磁体42固持，所以活塞几乎与流体网系统断开。以此基本上将由第一模块24产生的压力完全通过制动单元28转换为制动力矩。

当能量供应装置16故障或者由于其他原因不再有电压施加在电磁体42上时，电磁体42才不再将固持力施加到活塞44上。弹簧释放存储的剩余制动力并且将活塞44向初始位置的方向回压。产生了压力，该压力借助流体网系统作用到制动活塞38上。在第二模块24上电压中断时，产生制动力矩，该制动力矩使微型车辆10制动并且优选停止。若再次建立电压供应，因此在电磁体42上又施加了电压，则可以解除制动，以便实现继续行驶。制动单元28在所示示例中包括盘式制动器。

图4示出在图3中示出的制动设备14的第一模块24的详细示意图。线性电机30布置在固持板50上并且与固持板借助螺钉52连接。螺钉52延伸穿过固持板50并且将壳体54与固持板50连接。壳体54和固持板50包围流体空间或者说流体腔36，该流体腔36在一个端部开口并且与流体网系统作用连接。线性电机30的动子32与活塞34作用连接。活塞34导引地容纳在流体空间中。若线性电机30的动子32执行行程，则以此升高在流体空间中的压力并且以此升高在流体网系统中的压力。流体空间是流体密封地与流体网系统连接的，使得流体基本上不会泄露。

图5示出在图3中示出的制动设备14的第二模块24的详细示意图。弹簧形式的能量存储器件40与活塞44作用连接，并且连同活塞44一起容纳在流体密封的壳体56中。在此，活塞44在壳体56中导引。在所示示例中，活塞44与包围弹簧的套筒一体式设计。套筒在其背离活塞44的端部上具有带有磁性的和/或可磁化的材料的部段58。当然套筒也可以完全由所述磁性的和/或可磁化的材料设计。活塞44作为对制动力传输网系统26中的压力的响应回移，并且克服弹簧工作。若低于在套筒和电磁体42之间的预先定义的间距，则当在电磁体42上施加电压时，套筒通过电磁体42固持。然后弹簧存储剩余制动力。第二模块24几乎与制动力传输系统26断开。当电磁体42不再施加固持力时，也就是当导至电磁体42的引线60没有电流或者没有电压时，存储的剩余制动力才被释放，使得活塞44可以把压力形式的剩余制动力释放到制动力传输网系统26中。

图6示出按照本发明的装置14的第二实施方式的详细示意图。相同的附图标记涉及相同的特征并且因此不再次阐述。主要介绍相对于上述的实施例的不同之处。

在所示示例中，有创造性的构思通过机械设计方案实施。在此，相似的组件如在上述方案中所述使用。

第一模块22具有线性电机30，该线性电机30与杠杆形式的制动力传输网系统26作用连接。在缩回/伸出时，线性电机30的动子32通过杠杆将制动单元28的制动摩擦衬片62压到制动片64上。杠杆可枢转地布置在制动单元28上，使得在动子32伸出时杠杆可以作用到制动单元28和第二模块24上。

第二模块24如上述示例所述借助电磁体42和弹簧实现。在此，弹簧与杠杆的端部部段和包围弹簧的套筒作用连接。杠杆至少部段式地具有磁性的和/或可磁化的材料，使得当杠杆到达电磁体42附近并且电磁体42通电或者当电压施加在电磁体42上时，杠杆可以由电磁体42固持。电磁体42布置在套筒的面朝杠杆的端部上。

在微型车辆10启动之前，线性电机30的动子32伸出，使得弹簧张紧并且杠杆通过电磁体42固持。当杠杆被固持时，线性电机30的动子32可以任意缩回或者伸出，以便控制制动单元28。在电压中断时，电磁体42失去其固持力，弹簧以此借助杠杆将制动摩擦衬片62压到制动片64上并且因此开始紧急制动。

图7示出在图6中示出的装置14的第二模块24的详细示意图。弹簧形式的能量存储器件40与杠杆和套筒形式的制动力传输网系统26作用连接。在所示示例中，套筒与微型车辆10的框架66连接。套筒在其面朝杠杆的端部上具有带有电磁体42的部段。当然套筒也可以完全由电磁体42构成。作为对在制动力传输网系统26中压力、即作用在杠杆的另一侧上的力的响应，杠杆回移并且克服弹簧工作。若低于带有电磁体42的套筒和杠杆之间预先定义的间距，则套筒通过电磁体42固持在杠杆上。第二模块24几乎与制动力传输系统26断开。当电磁体42不再施加固持力时，也就是当导至电磁体42的引线68没有电流或者没有电压时，存储的剩余制动力才被释放。

图8示出按照本发明的方法的示意图。所述方法可以利用用于故障安全地制动的制动设备14的上述实施方式执行。在所述方法的第一步骤S1中，通过第一模块22借助执行器产生制动力。在第二步骤S2中，借助制动力传输网系统26传输制动力。在第三步骤S3中，在第二模块24中存储剩余制动力。在第四步骤S4中，当在第二模块24上的电压达到预先确定的阈值和/或低于预先确定的阈值时，释放剩余制动力，以便制动交通工具。

当存储剩余制动力时，第二模块24几乎与制动力传输网系统26断开。然后可以通过第一模块22确定或者说控制制动作用。

附图标记列表

10 微型车辆

12 驱动轮

14 制动设备

16 能量供应装置

18 控制单元

20 线路

22 第一模块

24 第二模块

26 制动力传输网系统

28 制动单元

30 线性电机

32 动子

34 第一模块的活塞

36 第一模块的流体腔

38 制动活塞

40 能量存储器件

42 电磁体

44 第二模块的活塞

46 第二模块的流体腔

48 压力传感器

50 固持板

52 螺钉

54 第一模块的壳体

56 第二模块的壳体

58 具有磁性的和/或可磁化的材料的部段

60 引线

62 制动摩擦衬片

64 制动片

66 微型车辆的框架

68 引线

S1 第一方法步骤

S2 第二方法步骤

S3 第三方法步骤

S4 第四方法步骤

Claims (10)

1.一种用于故障安全地制动微型车辆(10)的制动设备(14)，其具有

-第一模块(22)，所述第一模块具有用于产生制动力的执行器，

-第二模块(24)，所述第二模块具有用于作为对施加在所述第二模块(24)上的电压的反应存储剩余制动力的存储器件，

-制动单元(28)，所述制动单元用于将制动力转变为制动力矩，

-制动力传输网系统(26)，所述制动力传输网系统用于在第一模块(22)，第二模块(24)和制动单元(28)之间传输制动力，

其特征在于，

当电压达到预先确定的阈值和/或低于预先确定的阈值时，所述第二模块(24)的存储器件释放剩余制动力，以便故障安全地制动所述微型车辆(10)，其中，所述制动力传输网系统(26)包括杠杆，所述杠杆在第一端部部段上与第一模块(22)的执行器作用连接，并且所述杠杆在杠杆的与第一端部部段对置的第二端部部段上与所述第二模块(24)的存储器件作用连接，并且在中间部段中与所述制动单元(28)连接。

2.按照权利要求1所述的制动设备(14)，其特征在于，用于产生制动力的执行器包括线性电机(30)和所述第一模块的活塞(34)，所述线性电机设计为步进电机；

并且所述制动力传输网系统(26)包括流体网系统，

其中，所述线性电机(30)借助所述第一模块的活塞(34)把压力施加到所述制动力传输网系统的流体上，以便产生制动力。

3.按照权利要求1或2所述的制动设备(14)，其特征在于，用于存储剩余制动力的存储器件具有能量存储器件(40)、电磁体(42)和所述第二模块的活塞(44)，其中，所述第二模块的活塞(44)具有磁性的和/或能磁化的材料，其中，所述能量存储器件(40)的复位力小于当所述电磁体(42)被电流通过时由所述电磁体(42)产生的固持力。

4.按照权利要求1所述的制动设备(14)，其特征在于，所述第二模块(24)具有与杠杆作用连接的能量存储器件(40)和电磁体(42)，其中，所述杠杆至少部段式地具有磁性的和/或能磁化的材料，所述磁性的和/或能磁化的材料这样布置在杠杆上，使得所述电磁体(42)能把固持力施加到杠杆上，其中，所述能量存储器件(40)的复位力小于当所述电磁体(42)被电流流过时由所述电磁体(42)产生的固持力。

5.按照权利要求2所述的制动设备(14)，其特征在于，所述线性电机(30)在停电时具有固持力，所述固持力大于通过剩余制动力作用到所述线性电机(30)的动子(32)上的复位力。

6.按照权利要求1或2所述的制动设备(14)，其特征在于配设有控制单元(18)，以便控制所述第一模块(22)的制动力，其中所述制动设备(14)设计用于通过自动驾驶的微型车辆(10)使用。

7.按照权利要求3所述的制动设备(14)，其特征在于，所述能量存储器件(40)是弹簧。

8.一种用于借助按照权利要求1至7之一所述的制动设备(14)故障安全地制动微型车辆的方法，包括步骤：

-通过第一模块(22)借助执行器产生(S1)制动力；

-借助制动力传输网系统(26)传输(S2)制动力；

-在第二模块(24)中存储(S3)剩余制动力；和

-当在所述第二模块(24)上的电压达到预先确定的阈值和/或低于预先确定的阈值时，释放(S4)剩余制动力，以便制动所述微型车辆(10)。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述第二模块(24)中存储(S3)剩余制动力之后，借助所述第一模块(22)确定制动力矩。

10.一种自动驾驶的微型车辆(10)，其具有：

-按照权利要求1至7之一所述的制动设备(14)，

-用于提供用于所述自动驾驶的微型车辆(10)的能量和在第二模块(24)上的电压的能量供应装置(16)。

Images