CN113423622A - 用于电动车辆和具有3阶(had)至5阶(ad)自主驾驶的车辆的具有两个压力供应单元的冗余制动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于车辆的制动系统，该制动系统包括以下部件：至少两个液压制动回路(BK1、BK2)，每个液压制动回路具有至少一个液压作用的车轮制动器(RB1、RB2、RB3、RB4)，至少两个压力供应装置(DV1、DV2)，所述两个压力供应装置中的每个压力供应装置由电动马达驱动器(M1、M2)驱动，具有阀的至少一个阀组件(HCU)，该阀用于车轮单独的制动压力调节以及/或者用于使车轮制动器(RB1、RB2、RB3、RB4)与压力供应装置(DV1、DV2)分离，或将该车轮制动器连接至该压力供应装置，至少一个电子开环和闭环控制单元，其中，所述至少一个电子开环和闭环控制单元中的一个电子开环和闭环控制单元是控制制动系统的部件的各个开环和闭环控制单元的上级中央控制单元(M‑ECU)，以及为车辆的至少一个轴或车轮提供至少一个额外的电动驱动马达(TM1、TM2)，该驱动马达用于对轴或车轮进行驱动和减速。本发明的特征在于，为了进行转向干预(扭矩矢量)，制动系统使用至少一个压力供应装置(DV1、DV2)来控制至少一个车轮制动器(RB)和/或至少一个电动驱动马达(TM1、TM2)中的压力，特别是以支承的方式进行控制。此外，提供至少一个压力供应装置(DV1、DV2)，所述至少一个压力供应装置具有彼此独立的两个电子开环和闭环控制单元(ECU1、ECU2)或者具有用于控制所述至少一个压力供应装置的电动马达驱动器(M1、M2)的双重冗余开环和闭环控制单元(DV1‑ECU、DV2‑ECU)，以及/或者每个压力供应装置(DV1、DV2)被分配到一个制动回路(BK1、BK2)，以用于制动系统的受控操作，并且提供连接模块(VM)，以用于选择性地连接制动回路(BK1、BK2)，以便在一个压力供应装置(DV1、DV2)发生故障时，由另一个仍在运作的压力供应装置(DV1、DV2)对两个制动回路(BK1、BK2)执行压力供应或压力控制。

Description

用于电动车辆和具有3阶(HAD)至5阶(AD)自主驾驶的车辆的 具有两个压力供应单元的冗余制动系统
说明
本发明涉及一种用于电动车辆，特别是具有高度自动驾驶、全自动驾驶或自主驾驶的车辆的制动器的液压致动系统的装置。
现有技术
汽车行业正在经历颠覆性的变革过程。除了电动车辆的市场渗透率不断提高外，自动驾驶正在经历各个阶段，这些阶段最初是：3级-高度自动驾驶-HAD，4级-全自动驾驶-FAD，以及5级-自主驾驶-AD，每个级别都增加了对所用的制动系统的要求。
这推动了新型制动系统向前发展。在最初的方法之后，2005年开始用电动制动助力器(e-BKV)替代真空制动助力器[ATZ第6/11版]，2013年在市场上推出了所谓的带有电动从动制动助力器和额外ESP单元的双箱解决方案[ATZ第4/18版]，随后不久又在2017年推出了带有踏板模拟器的首个集成单箱系统[制动器手册-第20章]。目前正在开发3级(HAD)的解决方案。
从3级(HAD)开始，首次强制要求冗余的压力供应。另外，在开放式制动系统的情况下，应当尽可能避免制动回路与储液器之间的连接，并且应当使用具有恒定踏板特性的踏板感觉模拟器。还必须提供ABS功能的冗余度。根据DE112009005541B3的现有技术，在所谓的带有电动制动助力器和ESP/ABS单元的双箱系统中以以下方式实现了ABS功能的冗余度：电动制动助力器(e-BKV)在ESP单元发生故障时接管压力调节功能，以便始终确保较高的车辆减速。在第一步中，引入了所谓的“ABS低选控制”。
从4级(FAD)开始，为了足够的系统可用性需要3倍冗余，例如，踏板传感器的规则是“3选2”。另外，由于电动车辆的恢复性能不断增加，而且因为在切换到领航驾驶时，全自动驾驶(FAD)可以在较长的时间段内操作，而使车辆驾驶员对踏板特性的变化没有准备，从而无法接受踏板特性的变化，因此踏板模拟器是必不可少的。为了监测压力供应，必须提供冗余的压力传感器，或者必须提供替代的诊断选项。还将需要至少具有单独轴控制的冗余ABS功能，并且将引入部分冗余。在ABS操作中具有封闭制动回路的制动系统具有安全优势。
在5级(AD)中，踏板位置传感器和踏板模拟器以及它们的特性不再重要。相反，其余部件和子系统将具有三重冗余或具有多重冗余，在三重冗余中，传感器、控制和调节单元ECU和部分ECU的规则是“3选2”。另外，必须为车轮特定控制提供完整的冗余。
一些新的车辆制造商，比如苹果(Apple)、优步(Uber)和Waymo，正在研究没有车辆驾驶员的完全自主的车辆，该车辆在第一扩展阶段具有带有简单踏板感觉模拟器单元的制动踏板(4级FAD)，而在最后扩展阶段(5级AD)应当不再有制动踏板。另外，在后轴和前轴上都装有强大的电动驱动马达的车辆正变得越来越流行。
除了描述的电液制动系统之外，机电制动器(EMB，机电楔形制动器)是已知的解决方案。由于安全问题和高成本，EMB在过去没有流行起来。高成本特别是由于每个车轮制动器都需要电动马达和复杂的机电机构的事实。另外，EMB具有大量的电气接触点，众所周知，这些接触点比液压管路更容易发生故障。
因为成本和可靠性的原因，FAD和AD级别的制动系统不能仅具有EMB或楔形制动器。EMB仅适用于车辆的后轴，因为后轴的制动力份额较小，故障不会被视为像前轴上的故障那样严重。因此，优选的是液压制动系统，该系统经由电驱动的活塞-气缸单元在主要的封闭制动回路中进行控制。
在DE102005055751B4和DE102005018649B4中，通过具有主轴驱动器的电驱动活塞-气缸单元实现高精度活塞压力控制(PPC)。使用非线性映射、即所谓的压力-体积特性来控制压力，在该映射中评估了压力与活塞位置之间的关系。替代性地或额外地，通过电动马达的相电流控制来使用压力，电流与转矩之间成比例的物理关系，以及由于已知的活塞面积和固定的齿轮比，电流与压力之间成比例的物理关系也存在并被使用。通过这两个参数，可以非常精确地控制压力和压力变化曲线。
在EP1874602B1和EP2396202B1中描述了所谓的多路复用方法(MUX)，该多路复用方法特别适用于4级和5级的要求，因为如之后所解释的，封闭的制动系统没有任何休眠故障。另外，可以仅用一个开关阀或者同时或者一个接一个地对多个车轮制动器进行加压和减压。对电动马达的高动力学要求是不利的，特别是如果所有车轮制动器都由一个马达控制。这需要具有双气隙的特殊马达，比如从EP 1759447B1中已知的那样，或者需要具有非常低的惯性质量的马达。
在WO201614622A2中，还实现了开关阀的特殊阀回路，其中开关阀的内部经由液压管路连接至相关的制动回路，并且阀座补偿经由液压管路连接至相关的车轮制动器。这种阀的开关特别适用于每个制动回路仅有一个开关阀的MUX方法，因为在发生故障时，电磁阀由于车轮制动器中的压力而打开，从而防止压力继续锁定在车轮制动器中，从而导致不期望的车辆减速。
从EP3271221A2中已知进一步开发的MUX方法(MUX 2.0)，其中每个制动回路仅有一个出口阀。这意味着可以大大降低多路复用操作的动力学要求，因为在压力变化动力学要求极高的情况下，也可以经由出口阀降低压力，而且在正常操作期间，制动系统在封闭的制动回路中运行。结果，对电动马达的动力学要求可以大大降低，或者使用多路复用方法可以实现非常好的调节。
从WO2012059175A1中已知带有两个路径传感器和作用于这两个路径传感器之间的弹性元件的有利的致动单元(BE)，制动系统的控制器利用该致动单元来测量和使用差分路径和/或差分力。具有这样的致动单元的制动系统，辅以踏板感觉模拟器，需要3级至5级的多重冗余的要求。
制动系统的某些部件将被视为对安全至关重要。这些是活塞、电磁阀和滚珠丝杠驱动器的密封件。以下列出了各种故障和它们的影响：
·活塞：活塞密封件可能出现故障，尽管泄漏可能不会在低压下发生，例如，只在高压下发生。泄漏会导致活塞功能故障。活塞用于路径模拟器、压力供应器和主制动缸(HZ)，并且活塞可能导致踏板发生故障或压力供应器发生故障。
·电磁阀：污物颗粒会沉降在阀座上。例如，如果开放的制动系统中的电磁阀连接至储液器，则当它们关闭时，颗粒会沉降并且连接会不密封。在打开时则无法诊断出密封性。
·滚珠丝杠驱动器：滚珠丝杠驱动器在其使用寿命内会磨损并且可能卡住，特别是如果污物颗粒进入到滚珠丝杠驱动器中。这可能导致压力供应器发生故障。
对于3级(HAD)、4级(FAD)和5级(AD)制动系统以及对于在一个或更多个轴上具有越来越强大的电动驱动马达的电动车辆，其要求可以总结如下：
-完全无噪音运行，即没有来自舱壁上的各单元的干扰噪音；
-由于电动车辆的新车辆平台概念，其结构甚至比传统汽车更短；
-即使在模块完全或部分发生故障时，也能对单个车轮或轴进行制动干预；
-即使在模块完全或部分发生故障时，对功能范围ABS、ESP、ASR、恢复和扭矩矢量的性能的限制也可能最小；
-通过最大限度地利用电动马达的制动功率，最大限度地恢复车辆的动能；因此，根据需要对液压制动系统进行动态且精确的控制；
-使用可用的制动扭矩，例如来自驱动马达的制动扭矩，以简化制动系统或缩短制动距离；
-通过系统、信号传输和电力供应的冗余来提高安全性；
-用于检测泄漏或避免休眠故障的诊断方法；
-对控制准确度有较高要求，以进一步减少制动距离，特别是当电动驱动马达和液压制动扭矩一起工作时；
-系统的高度模块化，即使用相同的零件/模块，特别是对于压力供应器；模块化由大量的车辆驱动概念推动，特别是在带内燃发动机的车辆、混合动力车辆和纯电动车辆(内燃发动机、混合动力发动机、纯电动车辆、无人驾驶车辆)共存的情况下。
本发明的目的
本发明的目的是提供一种满足全自动驾驶(FAD)和自主驾驶(AD)中高可用性要求并且也适用于电动车辆的制动系统。
实现该目的
本发明的目的是通过具有权利要求1的特征的制动系统实现的。根据权利要求1的制动系统的有利设计源于从属权利要求的特征。
本发明的有利特征在于，满足了全自动驾驶(FAD)和自主驾驶(AD)的冗余要求，并且同时，在制动系统与电动车辆的电动驱动马达的相互作用中使用了高协同效应。例如，电动马达动能的能量恢复不受制动系统的限制，例如在根据DE 11 2009 005 541 B3的没有路径模拟器的从动制动助力器的情况下。根据本发明的制动系统对于FAD来说有利地配备有带有踏板感觉模拟器的致动单元(BE)。然而，根据本发明的制动系统也可以在没有致动单元(BE)的情况下用于AD，然后制动系统由上级控制器控制。
在4级(FAD)的实施方式中，必须为自主驾驶提供具有相应冗余的致动单元。致动单元可选地与至少一个制动回路具有液压连接，或者该致动单元用作纯粹的踏板感觉模拟器而不与制动系统的液压装置连接，然后致动力被纯粹以电的方式传送。可以以液压方式或以机电方式设计电动制动踏板(电子制动踏板)。
在自主驾驶(AD)的实施方式中，没有提供致动单元，中央控制和调节单元(M-ECU)接管与致动单元的通信。
对于车轮特定冗余制动控制，本发明在基本实施方式中规定：
-至少一个压力供应装置具有两个独立的电子控制和调节单元或双重冗余控制和调节单元，以用于控制该压力供应装置的电动马达驱动器，以及/或者
-每个压力供应装置在每种情况下都被分配到制动回路，以用于制动系统的正常运行，并且提供连接模块以用于制动回路的可选连接，使得如果一个压力供应装置发生故障，两个制动回路的压力供应或压力控制由另一仍然起作用的压力供应装置来进行。
这种形式至少为压力供应器和该压力供应器的控制提供了双重冗余。
在根据本发明的基本实施方式的另一发展中，为了提供额外的冗余，前提是至少一个电子控制和调节单元、特别是每个电子控制和调节单元控制该电动马达驱动器或一电动马达驱动器的独立绕组。这有利地确保了如果绕组系统发生故障，驱动马达仍然能以最大扭矩的至少一半运行。
如果为每个压力供应装置分配一个阀组件、特别是冗余的阀组件，或者为两个压力供应装置分配一个冗余的阀组件，也可以使上述实施方式更加可靠。本发明理解的冗余阀组件的设计方式是，如果压力供应装置的一个或两个控制和调节单元发生故障，则压力供应器的电磁阀仍然可以安全地运行。
在又一实施方式中，压力供应装置，连同阀组件和分配给压力供应装置的至少一个电子控制和调节单元，可以被组合以形成模块或组件。这导致了紧凑且廉价的单元，该单元可以以节省空间且简单的方式容纳并安装在车辆中。
如果提供了致动装置，特别是以制动踏板的形式提供了致动装置，如果该致动装置作用于活塞-气缸单元并调整该致动装置的活塞以便在发生故障时可以经由液压连接在至少一个制动回路中用致动装置增加制动压力，则这是有利的。这里可以提供简单的主制动缸或串联式主缸——可选择地带有冗余的密封件，以及绝对必要的路径模拟器。
上述制动系统在控制操作中利用封闭的制动回路有利地进行调节，即在控制操作中不存在经由储液器中的电磁阀的压力降低，和/或使用多路复用方法和/或同时地控制或设置各个制动回路的车轮制动器中的压力。为了安全起见，开关阀应当连接至车轮制动器使得该开关阀由于车轮制动器中的压力而自动打开。这有利地确保了车轮制动器中的制动压力在任何情况下都可以降低，并且不会发生不期望的制动或锁定车轮。
如果在上述制动系统中，在控制操作中发生压力降低，尤其是在非常高的压力动力学需求下、例如在高-μABS控制下，特别是在车轮制动器中的压力供应器的控制和调节装置和/或压力供应装置发生故障时通过打开储液器中的出口阀，特别是在所有车轮制动器的压力供应装置接管压力控制的扩展多路复用操作(称为MUX 2.0方法)中使压力降低，则也是有利的。
在上述制动系统的另外的非常有利的设计中，至少一个车轮制动器——优选地是两个车轮制动器，是液压支持机电制动器(H-EMB)、电动驻车制动器(EPB)或机电制动器(EMB)。类似地，除了传统的液压车轮制动器之外，额外的电动驻车制动器或机电制动器的电动马达可能对车轮有制动作用。该措施产生了额外的冗余。当提供了液压支持机电制动器时，可以有利地以液压方式和以机电方式用该液压支持机电制动器增加制动力。
如果在制动系统中的一个制动系统中没有为车轮或轴提供致动装置和/或牵引马达，则制动系统、特别是压力供应装置的电子控制和调节单元应当由上级中央控制单元控制。因此，上级控制单元可以在制动过程中和/或ABS控制操作中控制压力供应装置、阀、电动驱动马达和/或EMB或H-EMB，和/或诊断制动系统，除了制动之外，还可以以有用的方式控制其他车辆动力学功能(例如，转向、阻尼、侧倾稳定)。
如果为车辆的至少一个轴或车轮提供至少一个电动驱动或牵引马达，这也可以有利地用于制动轴或车轮。这提供了额外的冗余。在控制操作中，或者如果制动系统的部件、例如压力供应装置发生故障，也可以通过牵引马达产生(支持)制动力。通过联合使用压力供应装置、液压支持机电制动器H-EMB、电动驻车制动器EPB和/或机电制动器EMB和/或一个或多个驱动马达，在控制操作中或在制动系统的一个或多个部件发生故障时，可以有利地以更短的锁定时间(TTL)或更高的制动扭矩更快地增加制动力。
在上述制动系统中，每个压力供应装置可以有利地在压力供应器的出口处前面有至少一个分离阀，各个压力供应装置能够通过关闭该分离阀从各个制动回路中断开连接，特别是当该压力供应装置发生故障时。
为了使根据本发明的制动系统对故障更加安全，阀组件和压力供应器的至少一个控制和调节装置可以具有独立的电压供应并且特别是具有独立的信号传输，特别是压力供应装置的所有模块可以由至少两个车辆电气系统供应和/或具有冗余的信号传输。在本发明的上下文中，两个车辆电气系统被理解为意味着使用不同的电压水平以及/或者使用不同的电压源来供应制动系统。
如果在根据本发明的制动系统的上述可能的实施方式中，使用至少一个压力传感器以及/或者经由驱动器的马达电流的电流测量和压力供应装置的活塞的路径控制来进行制动回路中的压力控制，则也是有利的，其可以通过考虑驱动器的温度来进一步在压力控制质量方面细化。这样即使没有压力传感器也能实现精确的压力控制，申请人在DE102005055751B4中已经详细解释了在没有温度传感器的情况下的功能。
为了在发生故障、例如阀泄漏的情况下能够安全地分离制动回路，并且为了减小车轮制动器中的压力，如果在制动回路之间布置带有开关阀的连接模块，则是有利的，使得该制动回路可以相互连接、相互分离以及/或者一个或两个制动回路可以连接至储液器，特别是在没有提供可以使储液器中的压力降低的致动装置的情况下。在断电状态下打开的电磁阀有利地用于将制动回路连接至储液器。对于压力单元之间的连接，应当优选地在连接模块中使用可以锁定到位的断电关闭的电磁阀或液压流体输送活塞。
连接模块可以具有多个电磁阀，例如，经由这些电磁阀可以在制动回路与储液器之间或者在两个制动回路之间建立液压连接。然而，以下也是可能的：连接模块由活塞-气缸单元形成，该活塞-气缸单元的活塞将第一压力室和第二压力室彼此分开，第一压力室连接至第一制动回路，而第二压力室连接至另一个第二制动回路，并且可以通过阻断装置锁定活塞。在锁定状态下，制动回路之间几乎不存在液压连接，因为阻止了体积偏移。
同样有利的是，如果制动系统的活塞-气缸单元具有冗余的密封件和液压诊断管路，并且还提供冗余的控制和调节单元，压力供应装置的驱动器具有2×3相，并且通过马达电流i相的传感器，在压力控制中测量和考虑马达角度α、特别是温度T，特别是存在经由两个车辆电气系统或电压等级的冗余供应，并且提供冗余的信号传输。所有这些措施的提供有利地产生了非常安全的系统，该系统适用于AD 3级至5级。
在上述制动系统中可以有利地使用储液器，该储液器具有多个独立的室，该储液器的一个室液压地连接至或能够连接至至少一个压力供应装置，以及/或者另外的室液压地连接至或能够连接至连接模块。这有利于通过所使用的阀产生额外的回路选项，这有助于提高制动系统的安全性。
上述制动系统可以有利地以这样的方式运行：通过压力供应装置、电动驱动马达和液压支持机电制动器(H-EMB)至少为每个轴、优选地为每个车轮或机电制动器(EMB)进行车轮的减速。扭矩矢量也可以通过压力供应装置、电动驱动马达(TM)和液压支持机电制动器(H-EMB)或机电制动器(EMB)来进行。
当使用温度传感器时，压力供应装置的驱动器的温度也可以被确定，并且该温度可以用来更精确地确定转矩常数，该转矩常数由于温度升高而以系数(1-Br％*ΔT)线性下降。这样允许甚至更精确地控制扭矩，并且因此控制压力，只要这是基于相电流i的，因为扭矩＝kt(T)*相电流i的关系适用。
对于压力控制，除了电流控制之外，还可以使用活塞位置和压力体积特性，并且在例如夹杂空气的情况下，压力体积特性的变化可以由压力传感器或H-EMB进行调整。联合使用上述两种方法产生了高精度的压力控制，这在没有压力传感器的情况下也是可能的。这种方法在压力传感器发生故障时提供额外的冗余，或者这种方法也可以用来简化冗余要求低的系统(例如，只有一个压力传感器或没有压力传感器的系统)。
根据本发明的制动系统也可以用于转向/扭矩矢量，其中，可以使用具有至少一个压力供应器和液压支持机电制动器H-EMB、电动驻车制动器EPB和/或机电制动器EMB和/或驱动马达或转向器EPS的车轮特定控制选项。
因此，本发明的特征在于结构非常简单，可用性非常高，即在模块完全或部分发生故障时，功能不受限制或限制在非常小的范围内。即使各种部件发生故障，也能始终确保几乎最大的减速和驱动稳定性。为此，即使压力供应装置发生故障，也能保证0.6g至0.9g的减速和基于轴的控制，优选地是具有转向干预/稳定干预的车轮特定控制。因此，高水平的可用性和性能是通过以下措施实现的——再次集体实现，这些措施可以单独地或组合提供：
-主要在制动助力器(e-BKV)、恢复操作以及主要在ABS控制操作中的封闭的制动回路中运行(>90％的运行时间)，从而避免休眠故障。如果系统以开放的方式运行，例如在ABS中以开放的方式运行，则系统通过打开车轮回路的出口阀而与储液器液压连接，这使得阀和密封件中未检测到的泄漏(休眠故障)特别难以检测。因此，应当避免该操作状态，或者在每次ABS操作后对密封性进行诊断是有用的；诊断可以以这样的方式进行：例如，当阀关闭时，移动压力供应器的活塞，并且确定和评估体积损失或压力增加；
-DV马达电子器件的冗余和部分冗余：例如，将DV的马达设计为2×3相马达以及马达控制的部分冗余。这意味着，如果电子部件中的一个电子部件发生故障(绕组短路、3相线路故障)，马达仍然能以一半的扭矩运行。在设计为200巴的情况下，则在发生故障时也可以实现100巴，即大约是阻断压力。这意味着，即使电子器件中的一个电子器件发生故障，ABS操作也可以在低摩擦系数的情况下实现最大性能并且在高摩擦系数的道路条件下实现令人满意的性能；
-用于阀控制的电子器件的部分冗余。在电子器件发生故障的情况下，如果开关阀仍然可以操作，这对可用性是非常有利的。这意味着在电子器件中必须提供用于阀控制的冗余，以便在马达控制发生故障时，阀致动仍然能发挥作用；
-在发生故障时，即压力供应发生故障或部分故障时，用开关阀在封闭的MUX操作中运行，并且使用出口阀(每个轴至少1个AV)。这意味着仍然能以低马达功率维持压力动态控制，因为压力不能仅由压力供应器依次或同时增加和降低，而且也可以经由出口阀降低压力；
-在制动操作中使用H-EMB、EMB或EPB，特别是在模块故障的情况下使用EPB或H-EMB。这意味着，一方面，可以经由液压通道和经由内置在H-EMB中的电动马达对车轮进行制动。电动马达可以设计成EC马达或有刷马达。因此，可以通过各个车轮上的电动马达提供制动辅助；
-使用所使用的牵引马达来增加制动扭矩，同时恢复车辆动能。然而，由于驱动马达的高惯性，必须考虑到经由牵引马达增加的制动扭矩比经由压力供应器和H-EMB、EPB或EMB增加的制动扭矩的动态性要小；
-使用带有踏板感觉模拟器、冗余位移传感器和力-位移传感器(KWS)的故障安全和能够诊断的致动单元以及用于诊断踏板感觉模拟器的特殊回路；
-通过车轮制动器压力的应用，特别是在断电状态下，使用具有自开机制的阀；
-使用能够诊断的连接模块(VM)，通过该连接模块可以安全地连接或断开制动回路，并且车轮制动器可以连接至储液器，特别是在系统没有连接至储液器的致动装置(BE)时；
-通过经由开关阀FV连接致动单元，在制动回路或轴中使用液压回落水平；
-当达到体积限制时，后续输送DV的体积；
-在没有压力传感器的情况下，通过从马达相电流中智能、精确的扭矩估计来操作压力位置，这考虑到马达温度和压力体积特性，其经由压力传感器或H-EMB功能进行比较；
-在DV发生故障时，使用AV从MUX方法中的正常操作2轮操作切换到MUX 2.0方法中的4轮操作；
-使用梯形主轴(不会由滚珠丝杠驱动器的滚道中的污物颗粒堵塞主轴)；
-自锁梯形主轴->省去了FV和TV。
在下表中描述了实施方式1(无连接模块的2个压力供应器，图1)和实施方式2和3(有连接模块的2个压力供应器，图2和图3)的操作策略。
Figure BDA0003213676840000111
Figure BDA0003213676840000121
表1：实施方式1(图1、图1a、图1b)中发生故障时的操作策略
Figure BDA0003213676840000122
Figure BDA0003213676840000131
表2：实施方式2和3(图2、图3、图3a至图3e)中发生故障时的操作策略
表3显示了制动和各种动力学控制功能(电动制动助力器e-BKV、ABS操作、转向/扭矩矢量、稳定性控制/ESP、恢复和驻车制动器)，这些功能可以由以下部件形成：压力供应器DV1和DV2、驱动马达TM1、TM2、转向器EPS和液压支持的EMB或驻车制动器EPB。因此，确定了主要功能和次要功能/冗余。这清楚地表明，最重要的车辆动力学功能至少以双重冗余的方式可用。当设计成2×3相马达和连接模块时，压力控制甚至可以看作是三重冗余。
因此，根据本发明的制动系统适用于所有级别的自主驾驶，直至5级(AD)。
Figure BDA0003213676840000141
表3：主要功能和次要功能/冗余
制动系统也可以以这样的方式简化：从该系统中得出具有较低的冗余要求以及主要供电装置与制动单元的合理组合的非常有成本效益的系统，例如用于诸如印度、巴西、中国的金砖国家。这里，省去了带有冗余ECU的压力供应装置的冗余，例如2×3相，并且通过由车辆驾驶员经由致动单元产生的压力和电动马达TM的减速使用液压回落水平。这意味着，即使用简单的带活塞(HZ)的致动单元，也可以达到当前法律要求的用于1级至2级自主驾驶的直至0.3g至0.5g的制动减速。另外，例如，可以省去压力传感器，完全根据PPC方法进行控制。这意味着，故障F1和F3不能再出现。如果使用液压支持制动器H-EMB，或者使用根据DE10 2007015809的液压支持驻车制动器，并且用电磁阀锁定驻车制动器中的压力，则也可以省略电动驻车制动器。如果液压管路发生故障或存在泄漏，可以进行额外的输送或经由牵引马达产生保持扭矩。
根据本发明的压力供应装置也可以由旋转泵驱动，该旋转泵特别地可以是齿轮泵。然后它可以具有马达壳体，该马达壳体中布置有驱动齿轮泵的电动马达驱动器。为此，驱动器具有定子和转子。经由驱动器的转子移动齿轮泵的内部齿轮。根据本发明，驱动器通过至少一个密封件设计成干式转轮，该密封件布置在转子与内齿轮之间，或者驱动器具有干式运行的转子，即由齿轮泵输送的介质不在驱动器的转子周围流动，和/或驱动器的转子不被介质包围。由于设计为干式转轮，转子旋转时没有大的摩擦和流动阻力，这意味着可以实现更高的速度和更好的效率。
当马达壳体具有侧壁，齿轮泵布置在该侧壁上，特别是该侧壁具有凹槽，齿轮泵至少部分地或全部插入该凹槽中时，就可以获得特别紧凑和简单的压力供应装置。马达壳体的侧壁可以由轴穿透，该轴以在旋转上固定的方式连接至转子，齿轮或者以在旋转上固定的方式连接至该轴，或者经由插入的齿轮和/或联轴器联接至该轴。
如果驱动器及其壳体靠在液压壳体上，而该液压壳体内布置有至少一个阀和/或液压管路或通道，或者驱动器及其壳体与该液压壳体形成一单元，则可以获得上述压力供应装置的有利的紧凑和集成设计。驱动器壳体的侧壁可以与液压壳体的侧壁邻接或毗连、特别是附接至液压壳体的侧壁，特别地呈杯状的凹槽至少部分地或完全接收齿轮泵并且朝向液压壳体敞开。在壳体相邻布置的情况下，齿轮泵可以完全停留在驱动器壳体的壁的凹槽中、完全停留在液压壳体的凹槽中、或者停留在驱动器壳体的侧壁的凹槽中和液压壳体的侧壁的凹槽中。在后一种情况下，这两个凹槽的开口则相互面对。可以提供额外的密封件，以便将两个壳体相互密封并对外部密封。
上述驱动器壳体的侧壁上的凹槽有利地向外部敞开，并且如果存在液压壳体，则向该液压壳体敞开。凹槽本身可以有利地设计成罐的形状。凹槽也可以有横截面为圆形的筒状部分，并且齿轮泵与该齿轮泵的齿轮停留在该凹槽中。
驱动器壳体的侧壁也可以有利地设计成凸缘，驱动器可以通过该凸缘紧固至另一零件或单元。
在根据本发明的压力供应装置中使用的齿轮泵可以是带有镰刀的内部齿轮泵、外部齿轮泵或齿环泵。
齿轮泵也可以有利地轴向布置在驱动器的定子和/或转子旁边，该定子和/或转子的结构和尺寸不受齿轮泵的不利限制。齿轮泵的尺寸和结构则不依赖于定子和转子的尺寸。
驱动器壳体可以设计成至少两个部分，侧壁是第一壳体部分的一部分或形成第一壳体部分。第二壳体部分例如可以是罐形的，并且容纳驱动器的定子和转子。
如前所述，转子通过驱动轴直接地或经由变速器和/或离合器连接至齿轮。齿轮可以或者通过力配合连接或者通过形状配合连接——特别是通过销钉或锯齿形成的连接——以在旋转上固定的方式连接至驱动轴。在齿轮环泵中，内部齿轮偏心地布置在与驱动轴连接的部分上，特别是以圆盘或凸轮盘的形式。
当根据本发明的压力供应装置的齿轮泵设计成内部齿轮泵或设计成齿环泵时，除了内齿圈之外，还需要外部的内部齿轮缘。在内部齿轮泵的情况下，内齿圈通过由驱动轴驱动的内部齿轮绕该内齿圈的旋转轴旋转，内齿轮与内齿圈偏心地布置。内齿圈在围绕该内齿圈的外圈或圆柱体中旋转。此外，必须提供镰刀，该镰刀必须布置在内齿圈与内齿轮之间因偏心而产生的空间中。
与内部齿轮泵相反，内齿圈固定地布置在齿轮环泵中，内齿轮滚动由于其偏心地安装在圆盘上而通过内齿圈中的驱动轴旋转。不需要与内部齿轮泵一样的镰刀。
根据本发明，驱动轴可以通过合适的轴承、特别是径向轴承以球轴承或滚柱轴承和/或轴向轴承的形式或者支承或者安装在以下位置：
a)一方面在马达壳体内，另一方面在齿轮泵和/或液压壳体中，或者
b)仅在齿轮泵中，或者
c)在液压壳体和马达壳体中，或者
d)在齿轮泵和液压壳体中。
如果提供液压壳体，则驱动轴可以延伸到液压壳体中，特别是直到该液压壳体的与驱动器相对的一侧。例如，传感器的目标可以布置在驱动轴上，传感器布置在控制和调节单元(ECU)中。额外的密封件可以防止输送的介质进入控制和调节单元。也有可能驱动轴直接延伸穿过液压壳体，并且终止于与该液压壳体相邻的壳体，例如控制和调节单元。
齿轮泵可以不同地设计为内部齿轮泵。因此，在第一实施方式中，内齿轮、内齿圈、镰刀和外环可以布置在两个圆盘之间，在对零件互相进行适当的定心和调整后，圆盘牢固地连接至外环。内聚的连接可以一直围绕圆周延伸，从而形成稳定和紧凑的实施方式，在该实施方式中，各个运动零件彼此之间仅具有较小的间距和间隙，由此实现了良好的效率并且可以实现高压。
下面参照附图对根据本发明的制动系统的可能的实施方式进行更详细地解释。
在附图中：
图1：显示了根据本发明的制动系统的第一实施方式的示意图，该实施方式在两个压力控制模块单元中具有两个压力供应装置、电磁阀、控制和调节装置，每个单元连接至2个车轮制动器和致动单元(BE)，该致动单元与压力控制模块单元有液压连接；
图1a：显示了根据图1的制动系统的第一可能实施方式的基本回路图，该实施方式具有电动驻车制动器EPB；
图1b：显示了根据图1的制动系统的第二可能实施方式的基本回路图，该实施方式具有液压支持机电制动器H-EMB；
图2：显示了根据本发明的制动系统的第二可能实施方式的示意图，该实施方式在压力控制模块组件中具有两个压力供应装置、电磁阀、控制和调节装置，每个压力供应器连接至2个车轮制动器和致动单元(BE)，该致动单元与压力控制模块有电气连接，制动回路经由连接模块能够相互连接或能够相互分离，或者能够连接至储液器；
图3：显示了根据本发明的制动系统的第三实施方式的示意图，该实施方式在两个压力控制模块组件中具有两个压力供应装置、电磁阀、控制和调节装置，每个组件连接至2个车轮制动器，两个制动回路经由连接模块能够相互连接或能够相互分离，或者能够连接至储液器；
图3a：显示了根据图2或图3的制动系统的第一可能实施方式的基本回路图；
图3b：显示了根据图2或图3的制动系统的第二可能实施方式的基本回路图；
图3c：显示了在压力供应装置的驱动马达的三相绕组发生故障时根据图3a的制动系统中的压力控制；
图3d：显示了在压力供应装置发生故障时根据图3a的制动系统中的压力控制；
图3e：显示了从储液器到压力供应装置中的后续输送；
图4a：显示了穿过液压支持机电制动器的横截面图；
图4b：显示了可能的阀回路的基本回路图以及该阀回路用于降低车轮制动器中的压力的功能；
图4c：显示了致动装置(BE)，该致动装置具有相关联的活塞-气缸单元，该活塞-气缸单元带有到制动回路的液压连接管路；
图5：显示了带有两个控制和调节装置的压力供应装置；
图6a：显示了扭矩图，以显示通过液压支持机电制动器和牵引马达的制动力支持；
图6b：显示了扭矩图，以显示缩小压力供应装置的规模的可能性，条件是通过液压支持机电制动器和牵引马达提供制动力支持；
图6c：显示了扭矩图，以显示在制动系统的部件发生故障时，在紧急操作中通过液压支持机电制动器和牵引马达的制动力支持；
图6d：显示了扭矩图，以显示在通过液压支持机电制动器和牵引马达的制动力支持的情况下在需要制动液时的制动扭矩曲线；
图6e：通过电流和温度测量以及对压力-体积特性曲线的评估，显示了在压力传感器发生故障时的制动压力控制；
图7a：显示了由电动马达22、单级旋转泵Z、带有电磁阀的HCU以及ECU组成的单元；
图7b：显示了由电动马达22、两级旋转泵Z、带有电磁阀的HCU以及ECU组成的单元。
图1显示了根据本发明的制动系统的第一实施方式的示意图，该制动系统具有两个压力供应装置DV1和DV2，这两个压力供应装置DV1和DV2用于向制动回路BK1和BK2的车轮制动器RB1至RB4或轴VA、HA供应压力。压力供应装置均具有两个控制和调节装置DV ECU1和DV ECU2以及阀组件R-HCU，经由两个车辆电气系统或电压供应器BN1和BN2对压力供应装置DV1和DV2的部件进行供应。另外，优选地提供有到控制和调节装置和到中央控制单元M-ECU的冗余信号线DS1、DS2(如图5所示，图1中未示出)。每个ECU用于控制压力供应装置DV1和DV2的驱动马达的两个绕组或3相系统(1-3PhDV-ECU1、1×3Ph DV-ECU2)中的一者。在该实施方式中，用于驱动和支持车辆车轮的制动的两个牵引马达TM1和TM2布置在后轴HA上。制动系统也具有致动装置BE，在发生故障时，可以经由该致动装置BE在车轮制动器中、在该实施方式中在前轴VA的车轮制动器中增加制动压力。牵引马达TM1和TM2在回落水平提供支持，即在后轴HA的制动期间压力供应器发生故障时提供支持。为了提高可靠性，压力供应装置DV1和DV2的部件均经由两个独立的车辆电气系统BN1和BN2来供应，有可能提供两个不同的电压水平来代替车辆电气系统。
图1a显示了根据图1的制动系统的第一可能实施方式的基本回路图，该实施方式具有电动驻车制动器EPB。压力供应装置DV1通过两个车轮制动器RB1和RB2接管前轴VA的压力供应，额外提供了电动助力转向器EPS。通过开关阀SV1和SV2以及可选的出口阀AV1，可以通过压力供应装置DV1顺序地或同时地控制车轮制动器中的压力。以下是可能的：通过调整压力供应装置DV1的活塞KB，在车轮制动器RB1中发生压力增加，而通过打开出口阀，同时在车轮制动器RB2中发生压力降低。车轮制动器中的压力控制优选地在MUX多路复用操作中进行，并且该压力控制可以通过在制动回路中测得的压力或者通过马达电流i相、活塞KB的位置和压力-体积特性来完成。可选地，马达M1的温度也可以被测量并用于更精确的压力控制。
这同样适用于后轴HA的压力控制，其通过压力供应装置DV2和开关阀TV、SV3和SV4以及可选的出口阀AV2进行。通过压力传感器p/U控制压力。如果压力传感器发生故障，则经由测得的马达电流i相、转子角度α以及可选地通过压力供应装置DV2的驱动马达M2的测得的马达温度T来控制压力。
如果压力供应装置发生故障，则前轴的车轮制动器中的压力可以经由致动装置BE进行，其中通过制动踏板1调整气缸5中的活塞3，并且液压介质因此从压力室4输送到前轴VA的制动回路BK中。
上级控制单元M-ECU控制制动系统的各部件的各个控制和调节单元。这对于整体优化的车辆动力学控制特别有用，例如，可以实现转向的协同作用、经由制动器的偏航力矩控制、经由制动器和牵引马达的扭矩矢量以及在车辆减速时制动器和电动马达的相互作用。
压力供应装置DV1和DV2均具有冗余的控制和调节单元DV1-ECU和DV2-ECU，控制和调节单元DV1-ECU和DV2-ECU控制驱动马达的独立绕组系统或相位系统，因此，即使马达M1、M2的绕组系统或控制和调节单元，各个压力供应装置仍然可以以降低的功率用于压力控制。
图1b显示了根据图1的制动系统的第二可能实施方式的基本回路图。后轴HA的车轮制动器RB3和RB4由液压支持机电制动器H-EMB形成，利用该液压支持机电制动器H-EMB，不仅可以通过压力供应装置DV2，而且可以通过其自身的电力驱动在控制操作中产生制动力。这可以用于支持制动、扭矩矢量、偏航力矩控制或者在制动器完全发生故障时使用。另外，牵引驱动器TM1可以以支持的方式或者单独地用于产生车辆车轮的减速。具有相关联的控制和调节单元EPS-ECU和TM-ECU的牵引驱动器TM2和电动助力转向器EPS也布置在前轴VA上。制动系统的所有部件都由中央控制单元M-ECU控制。
图2显示了本发明的制动系统的第二可能实施方式的示意图，该实施方式具有两个压力供应装置DV1和DV2，这两个压力供应装置DV1和DV2均具有控制和调节装置DV-ECU1和DV-ECU2以及用于向轴VA、HA供应压力的通用阀控制单元R-HCU或VM-ECU，经由两个车辆电气系统或电压供应器或电压水平来供应压力供应装置DV1和DV2的每个部件。R-HCU包括车轮制动控制的电磁阀，VM-ECU包括阀回路，该阀回路确保制动回路可以相互连接、可以相互分离以及/或者一个或两个制动回路可以连接至储液器。
图3显示了根据本发明的制动系统的第三可能实施方式的示意图，该实施方式具有两个压力供应装置DV1和DV2，这两个压力供应装置DV1和DV2被设置成用于向轴VA、HA的车轮制动器供应压力，经由两个车辆电气系统或电压供应器BN1和BN2对这两个控制和调节装置DV-ECU1和DV-ECU2以及带有控制单元R-HCU的阀组件、压力供应装置的每个部件进行供应，并且两个制动回路经由连接模块VM能够相互连接或能够相互断开连接。为了代替能够在车轮制动器中经由制动踏板增加液压压力的致动装置BE，根据图3的制动系统具有电子制动踏板，这产生了线控制动的制动系统。来自电子制动踏板的信号由中央控制单元M-ECU处理，并且相应地控制制动系统的部件。
图3a显示了根据图3的制动系统的第一可能实施方式的基本回路图。连接模块VM也具有控制单元VM-HCU，并且具有阀回路，该阀回路确保或者前轴VA和后轴HA的制动回路相互分离或相互连接，或者一个或两个制动回路与储液器VB的腔室K1处于液压连接。可以使用压力传感器p/U或者通过测量电流和使用压力体积特性来进行车轮制动器中的压力控制。通过打开开关阀SV1至SV4，也可以可选地经由可选的出口阀AV1和AV2进行车轮制动器RB2和RB3以及RB1和RB4中的压力降低。
根据图3b的制动系统与图3a所示的制动系统的不同之处仅在于未提供出口阀AV。为此，压力供应器的驱动马达必须设计成高动力学的，例如，以具有双气隙的马达的形式(US 7872389 B2)，或者其他产生制动力的单元，例如牵引马达、H-EMB(未示出)，必须集成到制动力控制中。
图3c显示了根据图3b的制动系统，其故障情况是在压力供应装置DV2中，马达的一相位绕组不能再被控制。然而，在这种情况下，压力控制可以继续由冗余地提供的绕组系统以及压力供应装置的控制和调节单元来操作。然而，用于车轮制动器RB3和RB4的压力供应装置DV2不能再调节最大制动压力，也不能再以高动力学调节。在这种情况下，后轴的牵引驱动器TM的扭矩可以用于产生额外的制动扭矩，从而，尽管压力供应装置的扭矩只有一半，仍然可以达到锁定压力或最大减速。然而，性能是有限的，因此在这种情况下，单个车轮控制器的性能较差并且制动距离增加，特别是在ABS操作中在高道路摩擦系数上操作时。在任何情况下，都可以实现优于HAD水平的当前系统的高水平安全和控制质量。
图3d显示了故障情况F2，其中后轴HA的压力供应装置完全发生故障。在这种故障情况下，制动回路经由连接模块相互连接，并且前轴的压力供应装置DV2接管压力控制，优选地以用于所有车轮制动器RB1至RB4的多路复用操作接管压力控制。同样在这种故障情况下，牵引驱动器TM的制动力也可以用于对车辆进行减速。如图3c所示，这种故障情况导致性能损失，但不会导致安全风险。
图3e显示了后续将制动介质从室K2输送到压力供应装置DV1中，其中活塞KB被调整到或撤向右侧。通过关闭开关阀SV1和SV2并打开分离阀TV2，则可以将介质从压力供应装置DV1经由连接模块压入储液器VB的室K1中，以便重新填充该室，或者替代性地，可以随后从储液器的这个室输送该介质。这就造成了进一步的冗余。
图4a显示了穿过液压支持机电制动器H-EMB的橫截面图，该液压支持机电制动器H-EMB可以经由液压连接HL-DV1连接至压力供应装置DV1，使得可以经由液压和/或电动马达EM向制动盘施加力。电动马达的旋转运动经由齿轮G转变成线性运动，并且在车轮制动器上产生力FEM。传动装置G优选地设计成是自锁定的，使得当车辆电气系统发生故障时，驻车制动器能安全地发挥作用。除了电动马达之外，还经由压力供应器产生液压力Fhyd。根据作为具有较低或较高功率的有刷马达或无刷马达的EM的实施方式，制动扭矩的动力学变化和额外的可用制动扭矩可以由H-EMB通过适当的部件设计来确定并且与液压制动器相匹配。
图4b显示了可能的阀回路及其功能，以用于根据图3a的阀回路(AV仅在车轮制动器RB2上实现，不在RB3上实现)调节四个车轮制动器RB1至RB4中的压力。当开关阀SV1和SV2在车轮制动器RB1和RB2中打开时，优选地经由压力供应装置DV1进行车轮制动器中的压力增加和压力降低，而当开关阀SV3和SV4分别在车轮制动器RB3和RB4中打开时，经由DV2进行车轮制动器中的压力增加和压力降低。或者以压力作为PPC方法支持的控制变量进行控制，例如，通过合适的先导控制，或者如果压力传感器不可用，则完全通过PPC方法进行控制。另外，车轮制动器RB2的压力可以经由出口阀AV释放到储液器VB中，例如通过AV阀的PWM控制，在这种情况下，AV打开而SV2关闭。同时，通过打开开关阀SV1，可以经由DV1在RB1中增加压力。PPC方法与PWM控制的结合也是可能的控制方法。在这种情况下，开关阀SV1与SV2都打开，或者一个开关阀或两个开关阀使用PWM方法进行时钟控制，并且出口阀AV或者打开或者也进行时钟控制。这种方法是已知的多路复用方法的替代方法，在这种方法中，开关阀以数字方式打开或关闭，并且压力降低按顺序或同时进行并且基于DE 102015103858中的方法。如果在降低压力时需要进一步的自由度，则可以用另外的出口阀(RB3的每个情况中的1个AV，见图3a，或所有车轮制动器中的三个或所有车轮制动器上的AV阀)来扩展阀回路。开关阀SV1至SV4布置和设计成使得由于被困在车轮制动器中的压力，该开关阀会自动打开。这确保了即使整个系统发生故障，也不会有制动压力被困在车轮中。
图4c显示了具有制动踏板1、挺杆2、活塞3、气缸5和踏板感觉模拟器6的致动装置BE的实施方式，以用于在一个或更多个制动回路BK1或BK2中增加压力。制动踏板1经由挺杆2使在气缸5中具有三个密封件D1、D2、D3的活塞3向左移动，从而在压力室4中增加压力，或经由液压管路HL向制动回路BK1/BK2输送压力体积。此外，在气缸中设置了冗余的密封件，以及在密封件D1、D2、D3之间提供了到储液器VB的平行液压管路VLDR、VLVB，液压管路VLDR具有节流阀DR。因此，可以可靠地诊断密封件D1至D3的故障，并且提供了具有踏板感觉模拟器的可靠的致动系统和具有多重冗余的密封系统以及在电动压力供应装置发生故障时产生压力的可能性。
图5显示了带有两个控制和调节装置DV-ECU1和DV-ECU2的压力供应装置DV1的可能实施方式。压力供应装置具有电动马达M1，该电动马达M1的转子R对连接至活塞KB的主轴SP进行调整。通过调整活塞KB，可以在压力室DR中增加压力，该压力可以经由分离阀TV进入制动回路BK中。活塞由气缸中的多个冗余密封件密封，与致动单元BE一样创建冗余的、能够诊断的密封系统。同样在压力供应装置中，液压管路通向密封件之间的储液器。这意味着，即使某一密封件发生故障，压力供应仍然全面运行并且仍是冗余的。压力室DR经由止回阀连接至储液器。因此，可以随后输送压力供应。两个控制和调节装置DV-ECU1和DV-ECU2中的每个控制和调节装置经由1x3相线与马达M1的独立绕组或相位系统连接，使得如果一个控制和调节装置或绕组系统发生故障，马达M1仍然有另一绕组或相位系统，并且另一控制和调节装置可以运行，即使之后仅能通过驱动器M1产生约一半的扭矩。一个或两个控制和调节装置具有用于确定电动马达的温度T、马达电流i和转子角度α的传感器。为了实现高水平的可用性，不仅控制和调节装置DV-ECU是冗余的，而且电力供应BN1、BN2以及数据和控制线DS1和DS2也提供两次。例如，电力供应BN1和BN2可以是一车辆电气系统的不同电压水平或不同的车辆电气系统。
图6a显示了扭矩图，以显示通过液压支持机电制动器H-EMB和牵引马达TM的制动力支持。左边的图显示了扭矩曲线Mhyd,DV1，这可以仅通过压力供应装置DV1来实现。右边的图显示了通过增加液压支持机电制动器H-EMB和牵引马达TM可以实现的扭矩曲线。H-EMB的最大扭矩M最大,H-EMB或牵引马达的最大扭矩M最大,TM是可用的。通过牵引马达TM额外产生的制动扭矩M最大,TM和通过H-EMB产生的制动扭矩ΔMH-EMB，会在时间段Δt之前达到锁定压力(水平虚线)。还可能产生明显更大的制动扭矩。
图6b显示了缩小压力供应装置DV1的规模的可能性，条件是将根据图4a的液压支持制动器(H-EMB)的制动效果包括在压力控制中。压力供应装置DV1不应该在其可以增加的最大压力方面减少，而应该在其动力学方面减少，通过这样可以更便宜地生产电动马达。
图6c显示了扭矩图，以显示在驱动器M1的绕组或相位系统1×3相发生故障时，在紧急操作中通过液压支持机电制动器H-EMB和牵引马达TM的制动力支持。通过消除绕组系统，压力供应器DV1不能再将所需的压力增加增加直到阻断压力，并且也不再有足够的动力。通过使用液压支持机电制动器H-EMB和牵引马达，可以增加所需的动力和所需的制动压力(右图)。
图6d显示了扭矩图，以说明在后续输送制动液期间的制动扭矩曲线Mbrems。在来自储液器VB的后续输送期间，不能再通过压力供应装置DV1增加另外的制动压力。随着牵引马达TM的制动扭矩M最大,TM和通过H-EMB产生的制动扭矩ΔMH-EMB的加入，在后续输送期间，制动扭矩Mbrems可能进一步增加，从而大大改善了系统的动力。
图6e显示了在压力传感器DG发生故障时的制动压力控制，其中通过测量马达电流i相和评估压力-体积特性，对马达扭矩MMot进行控制，并因此对压力p进行控制。马达温度T也被考虑在内，因为扭矩常数在温度下会降低，并且因此马达温度T对马达扭矩MMot与马达电流i相之间的比例系数kt*(1-Br％*ΔT)有影响。这有利地产生了压力测量的冗余。这也意味着可以省去压力传感器。控制由压力传感器校准，并且主要由电流、路径和压力体积特性进行控制。
然而，也有可能经由压力供应装置的驱动器的马达电流来设定压力，因为马达的扭矩和马达相电流相互成比例。
图7a显示了由马达22、泵Z、HCU和ECU组成的整个结构单元的视图，它能够对液压致动器、特别是液压车轮制动器或液压机电车轮制动器(H-EMB)进行压力控制。这里主要关注的是马达和泵的组合。如图的上半部分所示，泵布置在支承凸缘18中，或者附接至单独的泵壳体40中的HCU或ECU。在图7a中显示了需要额外的马达轴承20的版本，其中轴1安装在该马达轴承20中。按照惯例，马达由转子21组成，该转子21经由驱动器10a与轴1连接。转子21经由壳体30中的永久磁铁，通过该转子21的力进行轴向预紧。这是马达制造商的解决方案，他们制造并测试带有壳体22和定子及绕组23的马达并将该马达输送给系统供应商。在没有泵的情况下用辅助轴对马达进行测试。此后，当轴被移除时，转子通过轴向磁力居中，使得轴1然后可以在最终组装期间与转子组装在一起。这里驱动器壳体也必须与凸缘18连接并固定在25a处——如图的下半部分所示——例如，使用在三个连接件上分段附接的弹簧。这里还需要壳体密封件31。驱动器壳体可以从具有HCU或ECU的发动机凸缘在25处通过敛缝固定，见图28的上半部分。这里显示了带泵壳体的泵版本。这里马达显示为需要马达传感器来进行换向和控制泵的输送量的无刷马达。该马达传感器布置在距驱动壳体22一段距离处，传感器轴26携带传感器目标27，该传感器轴布置或附接至驱动轴1。该目标27作用于传感器元件28，该传感器元件28布置在ECU的电路板上。绕组经由接触条24与ECU连接。
带有支承凸缘18的马达可以直接连接至液压壳体HCU，该液压壳体HCU包括阀或其他要与泵连接的液压部件。如果不是这种情况，则可以将驱动器壳体22、18直接与ECU的壳体连接。
也可以将齿轮泵Z布置在泵壳体40中，该泵壳体40直接与液压壳体HCU连接，如图7a在驱动轴1的上半部分中所示。在泵壳体40和液压壳体HCU的组装或者泵壳体40和ECU的组装之前，齿轮泵Z首先集成或安装在泵壳体40中，然后将转子21压在轴1上，再将转子21与轴承20组装。这里，磁铁30的张力也可以作用于转子21和轴承20，使得轴承就像四点轴承一样作用。因此，马达壳体22与齿轮泵Z及其泵壳体40连接，并且在下一步中，该马达壳体22可以与液压壳体HCU或电子壳体ECU连接。为此，使用紧固螺钉41。轴1先前位于外盘7.1和7.2的中心，使得在螺钉与液压壳体HCU或电子壳体ECU连接之前，泵壳体40以轴1为中心。
根据图7b的压力供应装置使用带有长滑动或滚动轴承的2级泵，该2级泵不需要单独的马达轴承。因此，简化了带有壳体的马达结构。转子21与驱动器10a一起坐置于马达轴上并且轴向连接至锁紧环。这里泵壳体稍微突出到HCU中。

Claims (42)

1.一种用于车辆的制动系统，所述制动系统具有以下部件：
-至少两个液压制动回路(BK1、BK2)，每个液压制动回路具有至少一个液压作用的车轮制动器(RB1、RB2、RB3、RB4)，
-至少两个压力供应装置(DV1、DV2)，所述压力供应装置(DV1、DV2)中的每个压力供应装置由电动马达驱动器(M1、M2)驱动，具有阀的至少一个阀组件(HCU)，所述阀用于车轮特定的制动压力调节以及/或者用于使所述车轮制动器(RB1、RB2、RB3、RB4)与压力供应装置(DV1、DV2)断开连接或分离，
-至少一个电子控制和调节单元，所述至少一个电子控制和调节单元中的一个电子控制和调节单元是控制所述制动系统的部件的各个控制和调节单元的上级中央控制单元(M-ECU)，
-以及为所述车辆的至少一个轴或车轮提供的额外的至少一个电动驱动马达(TM1、TM2)，所述驱动马达用于对所述轴或所述车轮进行驱动和减速，
其特征在于，
为了进行转向干预(扭矩矢量)，所述制动系统使用所述至少一个压力供应装置(DV1、DV2)来控制至少一个车轮制动器(RB)和/或所述至少一个电动驱动马达(TM1、TM2)中的压力，特别是以支持的方式进行控制，其中另外
-提供至少一个压力供应装置(DV1、DV2)，所述至少一个压力供应装置(DV1、DV2)具有两个电子控制和调节单元(ECU1、ECU2)，所述两个电子控制和调节单元(ECU1、ECU2)彼此独立，或者所述至少一个压力供应装置(DV1、DV2)具有用于控制所述至少一个压力供应装置的所述电动马达驱动器(M1、M2)的双重冗余控制和调节单元(DV1-ECU、DV2-ECU)，以及/或者
-每个压力供应装置(DV1、DV2)被分配到一个制动回路(BK1、BK2)，以用于所述制动系统的受控操作，并且提供连接模块(VM)，以用于选择性地连接所述制动回路(BK1、BK2)，以便在一个压力供应装置(DV1、DV2)发生故障时，由另一个仍在运作的压力供应装置(DV1、DV2)对两个制动回路(BK1、BK2)执行压力供应或压力控制。
2.根据权利要求1所述的制动系统，其特征在于，至少一个电子控制和调节单元(ECU1、ECU2)、特别是每个电子控制和调节单元(ECU1、ECU2)控制所述电动马达驱动器(M1、M2)或一电动马达驱动器(M1、M2)的独立绕组。
3.根据权利要求1或2所述的制动系统，其特征在于，或者每个压力供应装置(DV1、DV2)在每种情况下都分配有一个阀组件(R-HCU)、特别是一个冗余阀组件(R-HCU)，或者两个压力供应装置(DV-ECU1、DV-ECU2)分配有一个冗余阀布置(R-HCU)，其中，所述一个冗余阀组件(R-HCU)设计成使得在所述压力供应装置(DV1、DV2、DV-ECU1、DV-ECU2)的一个或两个控制和调节单元ECU发生故障时，压力供应器的电磁阀仍然能够启动，特别是能够经由所述中央控制单元或另一模块的电子器件进行控制。
4.根据权利要求3所述的制动系统，其特征在于，所述压力供应装置(DV1、DV2)与所述阀组件(R-HCU)以及分配给所述压力供应装置的至少一个电子控制单元一起被组合以形成模块或组件。
5.根据前述权利要求中的一项所述的制动系统，其特征在于，所述制动系统具有致动装置(BE)，特别是以踏板感觉模拟器的形式的致动装置(BE)，以用于检测车辆驾驶员的指令，并且，所述致动装置(BE)形成附接至所述车辆的舱壁的独立组件。
6.根据权利要求5所述的制动系统，其特征在于，所述致动装置(BE)具有活塞-气缸单元(HZ)，所述活塞-气缸单元(HZ)能够利用活塞启动，特别是通过制动踏板(1)启动，所述活塞连接至或者能够连接至至少一个液压制动回路(BK1、BK2)，特别是连接至带有前轴(VA)的所述车轮制动器的所述制动回路。
7.根据权利要求6所述的制动系统，其特征在于，所述致动装置(BE)具有液压路径模拟器、活塞(3)、工作空间(4)、至少两个路径传感器(WS1、WS2)以及三个密封件(D1、D2、D3)，其中，液压管路(VLVB、VLDR)通向两个密封件之间的储液器(VB)，并且节流阀(DR)布置在至少一个液压管路(VLDR)中。
8.根据前述权利要求中的一项所述的制动系统，其特征在于，在控制操作中，所述制动系统通过封闭的制动回路进行操作，即在控制操作中，不存在经由所述储液器中的电磁阀的减压以及/或者各个所述制动回路(BK1、BK2)的所述车轮制动器(RB1-RB4)的压力在复用方法中调整或设置和/或同时调整或设置。
9.根据前述权利要求中的一项所述的制动系统，其特征在于，每个车轮制动器(RB1、RB2、RB3、RB4)具有开关阀(SV1、SV2、SV3、SV4)，所述开关阀(SV1、SV2、SV3、SV4)特别地设计成断电开式球座阀，并且所述开关阀(SV1、SV2、SV3、SV4)以这样的方式连接至所述车轮制动器，即当所述开关阀通电时，保持所述各个车轮制动器中的压力，并且所述开关阀在断电时由于所述车轮制动器中的所述压力而自动打开。
10.根据前述权利要求中的一项所述的制动系统，其特征在于，除了至少一个车轮制动器(RB1、RB2、RB3、RB4)上的所述开关阀(SV1、SV2、SV3、SV4)之外，还连接了用于降低所述储液器(VB)中的压力的出口阀(AV)，其中，在控制操作中、特别是在压力动力学要求很高时，例如，在高-μABS控制下、特别是在压力供应器DV1、DV2发生故障时或车轮制动器(RB1-RB4)中的压力供应器的ECU发生故障时，通过打开所述储液器(VB)中的出口阀(AV)、特别是以扩展多路复用操作(称为MUX 2.0方法)降低了压力，在所述扩展多路复用操作中，压力供应装置(DV1、DV2)接管了所有车轮制动器(RB1-RB4)的所述压力控制。
11.根据前述权利要求中的一项所述的制动系统，其特征在于，至少一个车轮制动器、优选地两个车轮制动器是液压支持机电制动器(H-EMB)、电动驻车制动器(EPB)或机电制动器(EMB)，或者除了所述车轮制动器(RB1-RB4)之外，额外的驻车制动器(EPB)或机电制动器(EMB)对所述车轮有制动作用。
12.根据前述权利要求中的一项所述的制动系统，其特征在于，所述至少一个电动驱动马达(TM1、TM2)在制动时用于恢复，并且，用于至少一个轴的多个驱动马达(TM1、TM2)或一个驱动马达设置在所述车辆的至少一个轴上并且用于对轴或车轮进行制动。
13.根据前述权利要求中的一项所述的制动系统，其特征在于，所述上级控制单元(M-ECU)确定在制动期间、特别是在恢复的情况下要通过所述车轮制动器(RB1-RB4)产生的制动扭矩，并且除了由所述车轮制动器(RB1-RB4)产生的所述制动扭矩之外，所述电子控制和调节单元(ECU1、ECU2)还相应地控制所述压力供应装置(DV1、DV2)以及/或者控制或使用所述至少一个电动驱动马达(TM1、TM2)来增加产生的制动扭矩。
14.根据前述权利要求中的一项所述的制动系统，其特征在于，当制动时，通过所述车轮制动器(RB1、RB2、RB3、RB4)和/或所述驱动马达(TM1、TM2)，在所述轴上产生不同的制动扭矩以用于制动力分配和/或在轴的车轮上产生不同的制动扭矩以用于产生偏航力矩或转向干预(扭矩矢量)。
15.根据前述权利要求中的一项所述的制动系统，其特征在于，所述上级控制单元(M-ECU)在所述制动过程和/或ABS控制操作期间和/或为诊断所述制动系统而控制所述压力供应装置、阀、电动驱动马达(TM1、TM2)和/或电动驻车制动器(EMB)或液压支持制动器(H-EMB)。
16.根据前述权利要求中的一项所述的制动系统，其特征在于，每个压力供应装置(DV1、DV2)被分配有至少一个分离阀(TV)，其中，通过关闭所述分离阀(TV)，特别是在所述压力供应装置(DV1、DV2)发生故障时，能够分离各个所述制动回路(BK1、BK2)的所述压力供应装置(DV1、DV2)，以便如果一个压力供应装置(DV1、DV2)发生故障并且其功能被另一压力供应装置所接管，故障的所述压力供应装置不占用液压容积。
17.根据前述权利要求中的一项所述的制动系统，其特征在于，所述压力供应装置的至少一个ECU(DV-ECU1、DV-EUC2)和阀组件(R-HCU)具有独立的电力供应和特别是独立的信号传输，特别地所有模块(DV-ECU1、DV-ECU2、R-HCU)由至少两个车辆电气系统(BN1、BN2)供应以及/或者具有冗余的信号传输(DS1、DS2)，特别是对所述中央控制单元(M-ECU)具有冗余的信号传输(DS1、DS2)。
18.根据前述权利要求中的一项所述的制动系统，其特征在于，通过使用至少一个压力传感器以及/或者通过测量所述驱动器的马达电流的电流和控制所述活塞的位置和/或控制至少一个压力供应装置(DV1、DV2)的所述驱动器的电流、特别是考虑到所述驱动器的温度来进行制动回路(BK1、BK2)中的所述压力控制。
19.根据前述权利要求中的一项所述的制动系统，其特征在于，所述连接模块(VM)或者
-具有三个电磁阀，经由所述三个电磁阀能够在制动回路(BK1、BK2)与所述储液器(VB)之间或在所述两个制动回路(BK1、BK2)之间产生液压连接，或者
-由活塞-气缸单元形成，所述活塞-气缸单元的活塞将第一压力室和第二压力室彼此分开，其中，所述第一压力室连接至一个制动回路(BK1)，而所述第二压力室连接至另一个制动回路(BK2)，并且能够通过阻断装置锁定所述活塞。
20.根据前述权利要求中的一项所述的制动系统，其特征在于，所述制动系统具有冗余的控制和调节单元(ECU1、ECU2)，并且，所述压力供应装置(DV、DV1、DV2)的所述驱动器(M1、M2)具有2×3相，并且，通过马达电流(i)的传感器，在所述压力控制中测量和考虑转子角度(α)、特别是温度(T)，并且，特别是存在经由两个车辆电气系统(BN1、BN2)或电压等级的冗余供应，并且，提供冗余的信号传输(DS1、DS2)。
21.根据前述权利要求中的一项所述的制动系统，其特征在于，在用于以更短的时间增加所述锁定压力(锁定时间-TTL)从而更快地增加制动力的控制操作中或如果所述制动系统的一个或更多个部件发生故障时，联合使用压力供应装置(DV、DV1、DV2)、液压支持机电制动器(H-EMB)、电动驻车制动器(EPB)和/或机电制动器(EMB)和/或驱动马达(TM、TM1、TM2)。
22.根据前述权利要求中的一项所述的制动系统，其特征在于，至少一个、特别是两个压力供应装置(DV1、DV2)具有活塞-气缸单元，所述活塞-气缸单元的活塞由电动马达驱动器(M1、M2)驱动。
23.根据前述权利要求中的一项所述的制动系统，其特征在于，至少一个压力供应装置(DV1、DV2)具有旋转泵，特别是以齿轮泵的形式的旋转泵，其中，所述旋转泵(RP)能够执行受控的体积控制以用于压力增加和压力降低。
24.根据权利要求23所述的制动系统，其特征在于，所述旋转泵是齿轮泵(ZRP)并且设计成一级或多级，其中，多级以液压方式串联布置。
25.根据权利要求23或24所述的制动系统，其特征在于，所述齿轮泵(ZRP)布置或集成在驱动所述齿轮泵的所述马达的马达壳体中，特别是至少部分地在所述驱动马达的其转子内。
26.根据权利要求23至25中的一项所述的制动系统，其特征在于，所述旋转泵(ZRP)、所述旋转泵的驱动器和阀以及压力传感器(DG)组合或布置在结构单元、模块或壳体中并且形成压力供应装置。
27.根据权利要求23至26中的一项所述的制动系统，其特征在于，所述驱动器或所述旋转泵的所述驱动器的转子干式运行或与所述旋转泵的待输送的液压介质密封分离，特别是通过至少一个密封件与所述旋转泵的输送所述液压介质的零件分离。
28.根据前述权利要求中的一项所述的制动系统，其特征在于，所述制动系统的所述中央控制单元(M-ECU)还控制电动助力转向器(EPS)。
29.根据前述权利要求中的一项所述的制动系统，其特征在于，提供有至少一个液压支持机电制动器(H-EMB)，所述液压支持机电制动器(H-EMB)能够经由液压管路与压力供应装置(DV1、DV2)连接，并且通过所述压力供应装置的压力增加或压力降低产生液压力(Fhyd)，其中，电动马达(EM)和非液压传动装置(FEM)额外对所述车轮制动器产生力，并且这两个力同时地或单独地互相作用于制动盘上。
30.一种具有根据前述权利要求中的一项所述的制动系统的车辆动力学系统，其特征在于，所述车辆动力学系统通过所述制动系统、所述电动驱动马达和电动助力转向器(EPS)、特别地还通过至少一个液压支持制动器(H-EMB)和/或至少一个电动驻车制动器(EMB)用所述车辆动力学系统的上级中央控制单元(M-ECU)控制所述车辆的动力学控制功能。
31.根据权利要求30所述的车辆动力学系统，其特征在于，所述车辆动力学控制功能是电气制动助力器(e-BKV)、ABS操作、稳定性控制(ESP)、恢复和转向、特别是转向干预比如扭矩矢量。
32.一种具有根据前述权利要求中的一项所述的制动系统或车辆动力学系统的车辆。
33.一种用于根据权利要求1至29中的一项所述的制动系统的储液器(VB)，其特征在于，所述储液器具有多个室(K1、K2)，其中，所述储液器(VB)的具有至少一个压力供应装置(DV、DV1、DV2)的一个室(K2)被或能够被液压连接至所述连接模块(VM)以及/或者另一室(K1)被或能够被液压连接至所述连接模块(VM)。
34.一种用于操作根据权利要求1至29中的一项所述的制动系统或根据权利要求30或31中的一项所述的车辆动力学系统的方法，其特征在于，所述车轮的减速通过所述压力供应装置与至少一个电动驱动马达(TM1、TM2、TM)同时沿轴方向进行，从而同时实现恢复和制动力分配(EBV)。
35.根据权利要求34所述的方法，或用于操作根据权利要求1至29中的一项所述的制动系统或根据权利要求30或31中的一项所述的车辆动力学系统的方法，其特征在于，所述车轮上的所述制动力矩是通过所述压力供应装置和/或所述电动驱动马达(TM1、TM2)单独产生的，或者
-为转向干预提供偏航力矩以支持所述电动转向器(EPS)或在所述电动转向器(EPS)发生故障的紧急情况下确保所述车辆能够转向，或者
-产生用于转向干预的偏航力矩，以便在没有电动助力转向器(EPS)的情况下对车辆进行转向。
36.根据权利要求34或35所述的方法，或用于操作根据权利要求1至29中的一项所述的制动系统的方法，其特征在于，扭矩矢量通过所述压力供应装置、所述电动驱动马达(TM)和/或所述液压支持机电制动器(H-EMB)或所述机电制动器(EMB)进行。
37.根据权利要求34至36中的一项所述的方法，或用于操作根据权利要求1至29中的一项所述的制动系统的方法，其特征在于，使用温度传感器确定所述驱动器的温度(T)，并且所述温度(T)用于更精确地确定转矩常数kt，所述转矩常数kt由于温度升高而以系数(1-Br％*ΔT)线性下降，并且这用于基于相电流＝kt(T)*相电流i对所述压力供应装置进行更准确的扭矩/压力控制。
38.根据权利要求34至37中的一项所述的方法，或用于操作根据权利要求1至29中的一项所述的制动系统的方法，其特征在于，经由至少一个压力供应装置(DV1、DV2)和/或所述液压支持机电制动器(H-EMB)和/或电动驻车制动器(EPB)和/或机电制动器(EMB)的单个车轮控制选项用于控制行驶稳定性。
39.根据权利要求34至38中的一项所述的方法，或用于操作根据权利要求1至29中的一项所述的制动系统的方法，其特征在于，经由至少一个压力供应装置(DV1、DV2)和/或所述液压支持机电制动器(H-EMB)和/或电动驻车制动器(EPB)和/或机电制动器(EMB)和/或至少一个驱动马达(TM1、TM2)的车轮特定控制选项，特别是以支持的方式，用于转向/扭矩矢量。
40.根据权利要求34至39中的一项所述的方法，或用于操作根据权利要求1至29中的一项所述的制动系统的方法，其特征在于，当所述分离阀(TV2、TV1)关闭时，所述压力供应器(DV1、DV2)从所述储液器(VB)供应流体。
41.根据权利要求34至40中的一项所述的方法，或用于操作根据权利要求1至29中的一项所述的制动系统的方法，其特征在于，所述开关阀(SV1、SV2)通过PWM方法进行时钟控制，以便在经由压力供应装置同时进行压力增加或压力降低的情况下，实现不同的阀开口横截面并且因此在多个车轮制动器上实现不同的压力曲线。
42.根据权利要求34至41中的一项所述的方法，或用于操作根据权利要求1至29中的一项所述的制动系统的方法，其特征在于，所述制动系统的所述压力供应装置没有冗余的控制和调节装置DV-ECU，并且，在发生故障时，由车辆驾驶员通过制动回路或两个车轮制动器中的所述致动装置(BE)增加压力，其中，通过所述马达(TM)产生额外的减速扭矩，并且，以可选择的方式提供至少一个液压支持制动器(H-EMB)，以通过所述H-EMB的所述电动马达产生的扭矩对所述减速提供额外支持。
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