CN112739590A - 用于自动驾驶车辆的冗余制动系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种用于自动驾驶车辆的冗余制动系统(1)。冗余制动系统(1)包括电‑气动式行车制动系统，其中冗余制动系统(1)设置有用于控制电‑气动式行车制动系统的至少三个控制回路。

Description

用于自动驾驶车辆的冗余制动系统

技术领域

本发明涉及一种用于自动驾驶车辆的冗余制动系统，特别是涉及用于自动驾驶运输车辆、例如卡车和拖车组合的冗余制动系统。

背景技术

运输车辆的自动驾驶操作是创新的新领域。更多的精细化功能需要特定的硬件基础设施。

直到现在，特别是商用车辆系统需要驾驶员的存在和其注意力。然而，预期地，驾驶员将更少地参与到车辆的驾驶控制任务中。因此，自动驾驶系统将接管更多重要的驾驶功能，然而这需要增强的可靠性水平和因此地不同类型的系统冗余度。

如今，商用车辆使用电-气动式(electro-pneumatic)或者线控(by wire)制动系统，其中控制的电子部分被实现为单回路控制。在电子控制发生故障的情况下，驾驶员仍然可以通过脚来控制制动系统的气动部分，因为双回路的气动备用系统仍然是可用的。

然而，在高度自动化车辆的情况下，其中驾驶员不在控制环路中或者甚至不能触用车辆或不在车辆中时，上述制动系统将是不满足要求的，因为在单个电子控制回路发生故障的情况下将没有手段来替代驾驶员的制动控制。

发明内容

因此，本发明的基本目的在于提供一种在车辆自动驾驶操作的情况下加强其可靠性的冗余制动系统。

通过根据权利要求1所述的冗余制动系统来实现该目的。

其它有利的进展包括在从属权利要求中。

根据本发明的一方面，用于自动驾驶车辆的冗余制动系统包括电-气动式行车制动系统，其中冗余制动系统设置有用于控制电-气动式行车制动系统的至少三个控制回路。

通过提供至少三个控制回路，加强了针对故障的可靠性，因为在单个故障的情况下，还可通过冗余系统在安全方式下操作车辆。

在冗余制动系统的有利实施例中，所述至少三个控制回路由至少三个电源来供电。

由于即使当很大可能的电池故障发生时冗余制动系统还具有冗余配置，冗余制动系统的可靠性被进一步加强。

在冗余制动系统的另外的有利实施中，冗余制动系统包括前轴制动致动器和后轴制动致动器、用于控制前轴制动致动器的前轴控制阀、用于向前轴控制阀提供合适的前轴制动压力的前轴压力调节器、用于提供合适的后轴制动压力并控制后轴制动致动器的后轴压力调节器，以及至少地包括包括第一电子制动控制单元的第一控制回路、包括第二电子制动控制单元的第二控制回路和包括智能脚制动模块的第三控制回路，其中智能脚制动模块包括控制单元、用于根据制动踏板位置来致动智能脚制动模块的调节以用于预设制动力的压力控制与调节单元、配置为能够相应地控制向所述至少三个控制回路的控制单元提供驾驶员制动请求的制动踏板位置传感器、配置为能够气动地控制前轴压力调节器和后轴压力调节器的气动阀部，并且其中冗余制动系统被配置为能够可选择地通过智能脚制动模块以气动方式、通过第一电子制动控制单元或者通过第二电子制动控制单元来控制前轴压力调节器和后轴压力调节器，其中设置动力供应切换器，该动力供应切换器被配置为能够在第一控制回路与第二控制回路之间切换前轴压力调节器和后轴压力调节器的动力供应。

通过这种配置，提供了电控前轴制动与后轴制动的合适制动压力的两个控制回路和气控前轴制动与后轴制动的合适制动压力的一个控制回路。因此，由于电控控制回路的冗余设置和基于另一种物理原理运作的气控控制回路的附加设置，进一步加强了可靠性。

在冗余制动系统的另外的有利实施中，其包括配置为能够控制连接到拖车控制模块的拖车制动系统的拖车制动力的拖车控制模块，其中拖车制动力被配置为可选择地由第一电子制动控制单元、由第二电子制动控制单元或者由智能脚制动模块来控制。

由于这种配置，还能以冗余的方式并且通过提供控制回路的不同物理原理来控制拖车的冗余制动系统，因此加强了整个冗余制动系统的可靠性。

在冗余制动系统的另外的有利实施中，冗余制动系统还包括轮端传感器和信号切换装置，其中信号切换装置被配置为能够相应地切换轮端传感器与后轴压力调节器和前轴压力调节器中的相应一个之间、或者轮端传感器与智能脚制动模块之间的通信。

通过信号切换装置的设置，在正常操作中，轮端传感器的信号、例如轮速等可在压力调节器中被处理以提供合适的制动压力，并且在第一和第二控制回路发生故障而压力调节器不工作的情况下，信号由智能脚制动模块来使用。因此在冗余制动系统的任何条件下都可处理传感器的信号。

在冗余制动系统的另外的有利实施中，在智能脚制动模块的人工操作情况下，冗余制动系统配置为能够操作所有的至少三个控制回路。

这种配置使得能够在不降低安全标准的情况下人工操作车辆。

在冗余制动系统的另外的有利实施中，所述至少三个控制回路被配置为能够经由独立的回路外部通信线路来致动。

由于经由独立的回路外部线路、例如CAN总线来致动控制回路，所以一个控制回路中的故障不会阻碍制动任务转移到另一个控制回路。

在冗余制动系统的另外的有利实施中，制动控制单元通过互连通信线路而成对地彼此互连。

由于制动控制单元成对地互连，所以一个控制回路中的故障不会妨碍制动任务转移到另一个控制回路。

附图说明

在下文中，参照附图借助于实施例来阐明本发明。

具体地，

图1示出了根据本发明的冗余制动系统的实施例的制动系统架构。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的冗余制动系统1的一个实施例的制动系统架构。

冗余制动系统1包括电-气动式行车制动系统，其中冗余制动系统1设置有用于控制电-气动式行车制动系统的三个控制回路。具体地，冗余制动系统1包括包含两个电子控制回路的冗余电-气动式模块(rEPM)和包含一个气动控制回路的智能脚制动模块(iFBM)。在替代性实施例中，可设置多于三个控制回路。

通过至少三个电源向这三个控制回路供电。第一控制回路由第一电池2供电，第二控制回路由第二电池3供电，第三控制回路由第三电池4供电。在具有多于三个控制回路的一个替代性实施例中，不是每个控制回路均需由自有的电池供电，但电池的总数量必须是充足的。此外，可替换地，电池之外的其它电源，例如发电机，也是可用的。

在该实施例中，冗余制动系统1还包括两个前轴制动致动器5，5’和两个后轴制动致动器6，6’。前轴制动致动器5，5’分别由行车制动室形成，后轴制动致动器6，6’分别由弹簧制动组合缸形成，然而，其它类型的制动致动器也是可用的。此外，在该实施例中，冗余制动系统1设置有电-气动式驻车制动系统，该电-气动式驻车制动系统设置有电-气动式驻车制动控制器7，其也使用弹簧制动组合缸。然而，在替代性实施例中，可省略电-气动式驻车制动系统。此外，冗余制动系统1包括用于控制前轴制动致动器5，5’的两个前轴控制阀8，8’、用于向前轴控制阀8，8’提供合适的前轴制动压力的前轴压力调节器9、和用于提供合适的后轴制动压力并且控制后轴制动致动器6，6’的后轴压力调节器10。该实施例中这些部件的数量适用于设置有一个前轴和一个后轴的车辆、例如牵引机车。在替代性实施例中，这些部件的数量与轴的数量和配置有关。

此外，第一控制回路包括第一电子制动控制单元11，第二控制回路包括第二电子制动控制单元12，而第三控制回路包括智能脚制动模块13。

智能脚制动模块13包括脚制动控制单元14和压力控制与调节单元15，该压力控制与调节单元被配置为能够致动智能脚制动单元13根据用于预设制动力的制动踏板位置进行调节。通过压力控制与调节单元15，智能脚制动模块13可与包括在压力控制与调节单元15中的气动致动器类似地被致动。通过压力控制与调节单元15的驱动压力与踏板行程是成比例的。

此外，智能脚制动单元13包括制动踏板位置传感器16，17，18和气动阀部19，其中制动踏板位置传感器被配置为能够相应地向控制回路的控制单元11，12，14提供驾驶员制动请求，气动阀部被配置为能够气动地控制前轴压力调节器9和后轴压力调节器10。

冗余制动系统1被配置为能够可选择地通过智能脚制动模块13以气动方式、通过第一电子制动控制单元11以电子方式或者通过第二电子制动控制单元12以电子方式来控制前轴压力调节器9和后轴压力调节器10，其中设有动力供应切换器23，23’，其被配置为能够分别在第一控制回路与第二控制回路之间切换前轴压力调节器9和后轴压力调节器10的动力供应。

在替代性实施例中，冗余制动系统1可以以其它方式配置并且在合适的情况下可省略该实施例中提供的部件并且包括其它部件。

此外，冗余制动系统1包括拖车控制模块24，该拖车控制模块被配置为能够控制连接到拖车控制模块24的拖车制动系统的拖车制动力，其中，取决于第一控制回路的条件，拖车制动力被配置为可选择地由第一电子制动控制单元11、由第二电子制动控制单元12或者由智能脚制动模块13来控制。在替代性实施例中，例如不能选择附接拖车的单独卡车，可省略拖车控制模块24。

此外，冗余制动系统1包括轮端传感器25，25’，25”，25”’和信号切换装置26，26’，26”，26”’。信号切换装置26，26’，26”，26”’被配置为能够切换轮端传感器25，25’，25”，25”’与前轴压力调节器9和后轴压力调节器10中的相应一个之间、或者轮端传感器25，25’，25”，25”’与智能脚制动模块13之间的通信。在正常操作期间，信号切换装置26，26’，26”，26”’在信号切换装置26，26’，26”，26”’与前轴压力调节器9和后轴压力调节器10中的相应一个之间提供通信，然而，在第一和第二控制回路发生故障的情况下，信号切换装置26，26’，26”，26”’在轮端传感器25，25’，25”，25”’与智能脚制动模块13之间提供通信。

所述三个控制回路被配置为能够经由独立的回路外部通信线路27，28，29来致动。在替代性实施例中，控制回路可经由包括在控制回路中的通信线路来致动。制动控制单元11，12，14通过互连的通信线路20，21，22而成对地彼此互连。在替代性实施例中，制动控制单元也可通过例如总线系统而串行互连。

在使用中，在任一个控制回路都没有任何故障的正常操作中，冗余制动系统1通过使用包括控制两个前轴控制阀8，8’的第一制动控制单元11的第一控制回路，并经由动力供应切换器23，23’的特定切换位置来操作前轴压力调节器9和后轴压力调节器10。此外，经由拖车控制模块24来控制拖车的制动系统。

在第一控制回路发生故障的情况下，冗余电-气动式模块的第二回路继续冗余制动系统1的控制。因此，经由动力供应切换器23，23’的特定切换位置，仅控制前轴压力调节器9和后轴压力调节器10。

在冗余电-气动式模块发生故障的情况下，即包括其电池2，3，4的第一控制回路和第二控制回路发生故障时，智能脚制动模块、即第三控制回路接管控制冗余制动系统1的任务。

然后，在制动的情况下，智能脚制动模块13的压力调节器单元15的驱动压力生成模拟的踏板行程。其它操作与传统的脚制动模块相似。通过智能脚制动模块13的驱动压力致动压力调节器9，10的备用端口。因为，由于第一和第二控制回路的故障，压力调节器9，10处于非通电状态，所以压力调节器9，10的压力备用端口连接到智能脚制动模块13的气动输出，并且因此智能脚制动模块13可经由压力调节器9，10来致动制动致动器5，5’。

虽然已参考本文中特定的特征和实施例来说明本发明，但显而易见地，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可制定出各种修改和组合。因此说明书和附图仅被视为由所附权利要求定义的本发明的例证，并且涵盖落入本发明范围内的任何修改、变更组合或等同。

附图标记列表：

1 冗余制动系统

2 第一电池

3 第二电池

4 第三电池

5，5’ 前轴制动致动器

6，6’ 后轴制动致动器

7 电-气动式驻车制动控制器

8，8’ 前轴控制阀

9 前轴压力调节器

10 后轴压力调节器

11 第一电子制动控制单元

12 第二电子制动控制单元

13 智能脚制动模块

14 脚制动控制单元

15 压力控制与调节单元

16，17，18 控制输出

19 气动阀部

20，21，22 互连通信线路

23，23’ 动力供应切换器

24 拖车控制模块

25，25’，25”，25”’ 轮端传感器

26，26’，26”，26”’ 信号切换装置

27，28，29 通信线路

Claims (8)

1.一种用于自动驾驶车辆的冗余制动系统(1)，包括：

电-气动式行车制动系统，其中，

所述冗余制动系统(1)设置有配置为能够控制所述电-气动式行车制动系统的至少三个控制回路。

2.根据权利要求1所述的冗余制动系统(1)，其中，

所述至少三个控制回路由至少三个电源供电。

3.根据权利要求1或2所述的冗余制动系统(1)，其中，

冗余制动系统(1)包括：

前轴制动致动器(5，5’)和后轴制动致动器(6，6’)，

前轴控制阀(8，8’)，其配置为能够控制所述前轴制动致动器(6，6’)，

前轴压力调节器(9)，其配置为能够向所述前轴控制阀(8，8’)提供合适的前轴制动压力，

后轴压力调节器(10)，其配置为能够提供合适的后轴制动压力并且控制所述后轴制动致动器(6，6’)；以及至少包括：

包括第一电子制动控制单元(11)的第一控制回路，

包括第二电子制动控制单元(12)的第二控制回路，和

包括智能脚制动模块(13)的第三控制回路，

其中，

所述智能脚制动模块(13)包括：

控制单元(14)，

压力控制与调节单元(15)，其配置为能够根据制动踏板位置来致动所述智能脚制动单元(13)的调节以用于预设制动力，

制动踏板位置传感器(16，17，18)，其配置为能够相应地向所述至少三个控制回路的控制单元(11，12，14)提供驾驶员制动请求，

气动阀部(19)，其配置为能够气动地控制所述前轴压力调节器(9)和所述后轴压力调节器(10)，以及，

其中，所述冗余制动系统(1)被配置为能选择地以下述方式控制所述前轴压力调节器(9)和所述后轴压力调节器(10)：

通过所述智能脚制动模块(13)以气动方式，或者

通过所述第一电子制动控制单元(11)以电子方式，或者

通过所述第二电子制动控制单元(12)以电子方式，其中，

设置动力供应切换器(23，23’)，所述动力供应切换器配置为能够相应地在所述第一控制回路与所述第二控制回路之间切换所述前轴压力调节器(9)和所述后轴压力调节器(10)的动力供应。

4.根据权利要求3所述的冗余制动系统(1)，还包括

拖车控制模块(24)，其配置为能够控制连接到所述拖车控制模块(24)的拖车制动系统的拖车制动力，其中，

所述拖车制动力被配置为能选择地

由所述第一电子制动控制单元(11)，或者

由所述第二电子制动控制单元(12)，或者

由所述智能脚制动模块(13)来控制。

5.根据权利要求3或4所述的冗余制动系统(1)，还包括

轮端传感器(25，25’，25”，25”’)，以及

信号切换装置(26，26’)，

其中，所述信号切换装置(26，26’)被配置为能够相应地切换：

所述轮端传感器(25，25’，25”，25”’)与所述前轴压力调节器(9)和所述后轴压力调节器(10)中的相应一个之间的通信，或者

所述轮端传感器(25，25’，25”，25”’)与所述智能脚制动模块(13)之间的通信。

6.根据前述权利要求中任一项所述的冗余制动系统(1)，其中，

在所述智能脚制动模块(13)的人工操作情况下，

所述冗余制动系统(1)被配置为能够操作所有的所述至少三个控制回路。

7.根据前述权利要求中任一项所述的冗余制动系统(1)，其中，

所述至少三个控制回路被配置为能够经由独立的回路外部通信线路(27，28，29)来致动。

8.根据前述权利要求中任一项所述的冗余制动系统(1)，其中，

所述制动控制单元(11，12，14)通过互连的通信线路(20，21，22)而成对地彼此互连。

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