CN116547179A - 一种包括驻车制动装备的车辆电子系统 - Google Patents

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Abstract

一种包括驻车制动装备的车辆电子系统，该驻车制动装备包括制动元件(2)，该制动元件包括制动垫片或制动蹄，所述制动元件(2)包括电路，该电路配备有用于实时检测与温度和/或法向力和/或剪切力相关的信号的一个或多个传感器(3、4、5)并且具有布置在用于从制动元件收集信号的区域中的电端子，所述车辆电子驻车制动系统还包括该制动元件(2)的致动器(8)、向该致动器(8)传送制动力命令的控制器(7)以及驱动该控制器(7)的调节装置(9、10)，其中该调节装置(9、10)包括制动力的闭合调节回路，该闭合调节回路包括参考制动力发生器(10)，并且该制动力的闭合调节回路与所述传感器(3、4、5)通信以获取温度和/或法向力和/或剪切力测量结果中的至少一者。

Description

一种包括驻车制动装备的车辆电子系统
背景技术
本公开涉及一种包括驻车制动装备的车辆电子系统。
发明内容
传统的手刹非常简单，实际上，通过抬起一个杠杆，将两根缆线拉到后制动器，使制动垫片(或制动蹄)抵靠制动盘(或制动鼓)闭合，以将后轮牢牢固定到位。
电子驻车制动器(EPB)用电气系统取代了该机械系统。
EPB系统提供其他功能，例如自动释放驻车制动、在检测到车辆时使用附加力重新夹持或坡道保持功能，坡道保持功能施加制动以防止在斜坡上驶离时向后溜车。
标准EPB以开环方式工作，在驾驶员通过手动或自动命令要求时向车辆施加制动力。
这种在开环中的使用存在一些限制，这些限制必须在EPB设计系统方面被克服，以保证其在所有情况下都能正确运行。
制动垫片和制动盘之间的界面中可能发生的一种现象是由于材料的膨胀(例如，由于温度冷却)引起的垫片厚度的变化。
在EPB应用之后，由于制动垫片和转子厚度的变化(在相同情况下甚甚至高达数百微米)，制动垫片的温度变化会产生力损失。
这种现象众所周知，需要进行补偿以便确保汽车在应用EPB后能够保持静止。
如果汽车停放在倾斜的街道上，那么问题就更大了。
标准EPB中采用的开环策略不允许实时恢复EPB力损失，也不允许根据车辆重量变化来调整制动力。
标准EPB中通常采用的策略是定期重新施加力，通常与道路上车辆倾斜度的指示相结合。
由于开环策略不允许测量卡钳中发生的变化，因此EPB制造商通常被迫设计高估尺寸和重新夹持次数(和施加的力)的系统。
此外，这些大的力反复地施加，会导致制动垫片和材料的弱化，在长期使用后可能会损坏制动垫片。
因此，本公开中描述的技术任务是消除这些限制。
根据本公开的技术任务通过提供一种车辆电子系统来实现，该车辆电子系统包括驻车制动装备，该驻车制动装备包括制动元件，并且制动元件包括制动垫片或制动蹄。所述制动元件包括电路，所述电路配备有用于实时检测与温度和/或法向力和/或剪切力相关的信号的一个或多个传感器并且具有布置在用于从制动元件收集信号的区域中的电端子，所述车辆电子系统还包括所述制动元件的致动器、向所述致动器传送制动力命令的控制器以及驱动所述控制器的调节装置，其中该调节装置包括制动力的闭合调节回路，该闭合调节回路包括参考制动力和/或扭矩发生器，所述制动力的闭合调节回路与所述传感器通信以获取温度和/或法向力和/或剪切力测量结果中的至少一者。
在一个实施方案中，包括驻车制动装备的车辆电子系统还包括加速度计和/或倾斜仪，所述制动力的闭合调节回路与加速度计和/或倾斜仪通信以从其中获取测量结果。
所述加速度计和/或倾斜仪可以在车辆上或者更具体地在制动元件上。
在一个实施方案中，该制动力的闭合调节回路还包括法向力和/或剪切力的测量值和/或由此导出的扭矩值与制动力和/或扭矩的参考值的节点比较器。
在一个实施方案中，该制动力和/或扭矩的参考值是固定的。
在一个实施方案中，该制动力和/或扭矩的参考值是可变的。
在一个实施方案中，所述制动力和/或扭矩的参考值由所述温度和/或法向力和/或剪切力和/或从中导出的扭矩值中的至少一者所获取的测量结果来确定。
在一个实施方案中，所述制动力和/或扭矩的参考值还由所述加速度计和/或倾斜仪所获取的测量结果来确定。
在一个实施方案中，所述制动力和/或扭矩的参考值仅由所述温度传感器所获取的测量结果来确定。
本公开还提供了一种利用上述包括驻车制动装备的车辆电子系统夹持车辆的车轮的方法，其中制动力变化的补偿方式如下：
-对所获取的温度和/或法向力和/或剪切力测量结果中的至少一者进行处理，以确定参考制动力和/或扭矩值；和/或结合所述参考制动力和/或扭矩值或固定参考制动力和/或扭矩值对所述至少一个法向力和/或剪切力测量结果进行处理，以驱动所述控制器；并且
-所述控制器向致动器发送制动力和/或扭矩命令。
在一个实施方案中，所述参考制动力和/或扭矩发生器进一步处理所述加速度计和/或倾斜仪的所获取的测量结果，以确定参考制动力和/或扭矩值。
在一个实施方案中，实时处理所述测量结果。
在一个实施方案中，通过参考制动力值与测量结果之间的一致性检查来检测启动或停用中的驻车制动装备故障。
附图说明
附图中所描绘的各种实施方案是为了进行示意性的说明，并且绝不应理解为限制本公开的范围。可组合不同公开实施方案的各种特征以形成作为本公开的一部分的附加实施方案。
图1示意性地示出了根据第一实施方案的包括驻车制动装备的车辆电子系统的布局，该车辆电子系统适于补偿由于制动器冷却而引起的制动力变化；
图2示意性地示出了在倾斜道路上防止装备有图1所示的包括驻车制动装备的车辆电子系统的车辆打滑所需的总夹持力；
图3示意性地示出了根据第二实施方案的包括驻车制动装备的车辆电子系统的布局，该车辆电子系统适于补偿由于制动器冷却引起的制动力变化和由于外部原因引起的制动器上的负载增加；
图4示意性地示出了根据第三实施方案的包括驻车制动装备的车辆电子系统的布局，该车辆电子系统适于补偿由于制动器冷却引起的制动力变化和由于外部原因引起的制动器上的负载增加；
图5a和图5b分别示意性地示出了在发生重量变化(例如，乘客在倾斜的道路上进入停放的车辆中)以及出现特定外部环境(在沿着倾斜的道路停车期间车辆碰撞)的情况下为了防止配备有图3或图4所示的包括驻车制动装备系统的车辆电子系统的车辆打滑所需要的总夹持力；
图6示意性地示出了根据第四实施方案的包括驻车制动装备的车辆电子系统的布局，该车辆电子系统适于通过获取制动元件温度来加强重新夹持逻辑；
图7示意性地示出了根据第五实施方案的包括驻车制动装备的车辆电子系统的布局，该车辆电子系统适于通过获取制动元件温度来加强重新夹持逻辑。
具体实施方式
以下具体实施方式参考了附图，附图形成具体实施方式的一部分。在附图中，除非上下文另有规定，否则类似的参考标号通常标识类似的部件。具体实施方式和附图中所述的示例性实施方案并非意在进行限制。在不脱离本文所呈现的主题的实质或范围的情况下，可以利用其他实施方案，并且可以做出其他改变。如本文大体所述并且如附图所示，本公开的各方面可被布置、取代、组合和设计成多种不同的构型，所有这些都是明确设想的并且构成本公开的一部分。
根据本发明的车辆电子系统包括驻车制动装备，例如但不一定是电子或机电制动系统或智能卡钳制动系统。
仅为了示例而不是为了限制的目的，在下文中我们参考车辆6的EPB系统，该EPB系统包括具有智能制动元件2的制动器1，该智能制动元件2包括用于盘式制动器的制动垫片或用于鼓式制动器的制动蹄。
智能制动元件2包括电路，该电路配备有一个或多个传感器，特别是温度传感器3和/或法向力传感器4和/或剪切力传感器5，用于实时检测与温度和/或法向力和/或剪切力相关的信号，并且具有布置在用于收集来自制动元件的信号的区域中的电端子。
EPB系统还包括制动元件2的致动器8、向致动器8传送制动力命令的控制器7、以及驱动控制器7的调节装置9和10。
有利地，调节装置9包括制动力的闭合调节回路，其包括参考制动力和/或扭矩发生器10。
此外，制动力的闭合调节回路与传感器3、4、5连通，以获取温度和/或法向力和/或剪切力测量结果中的至少一者。
电子驻车制动系统1还可以包括车辆6的加速度计11和/或倾斜仪12。
制动力的闭合调节回路9在这种情况下还与加速度计11和/或倾斜仪12通信以从其获取测量结果。
制动力的闭合调节回路9还可以包括节点比较器13，该节点比较器13对法向力和/或剪切力和/或从其导出的扭矩值的测量值与制动力的参考值进行比较。
制动力和/或扭矩的参考值可以是固定的或可变的。
制动力和/或扭矩的参考值可以由温度和/或法向力和/或剪切力的测量结果来确定。
制动力和/或扭矩的参考值可以仅由所述温度传感器所获取的测量结果来确定。
制动力和/或扭矩的参考值还可以由加速度计11和/或倾斜仪12所获取的测量结果来确定。
在一个实施方案中，智能制动元件是包括支撑板、摩擦垫和电路的传感制动垫片，该电路配备有上述传感器，用于实时检测与温度和/或法向力和/或剪切力相关的信号。
法向力传感器和剪切力传感器可包括压电陶瓷传感器，但替代地也可为电容性或压阻式传感器。
温度传感器可以是热敏电阻器，例如PT1000、PT200或PT100。
电路具有布置在用于收集来自所述制动垫片的信号的区中的电端子。
支撑板，优选地但不一定由金属制成，直接支撑电路。
摩擦垫施加在存在电路的支撑板的侧面上，因此电路结合在支撑板和摩擦垫之间。
在一些实施方案中，智能制动垫片主要由四个不同部分组成：金属支撑板、背板上的感测层(电子电路、互连介质以及集成的力和温度传感器)、可选的阻尼层以及摩擦材料层。
在使用期间，智能制动元件能够传输电信号，该电信号与检测到的制动元件的温度和/或由于与被制动元件(盘或鼓)接触而施加到制动元件的制动力成比例。
在一个实施方案中，剪切力传感器可优选地具有至少0.2mm的厚度，并且由操作温度高于200℃的压电陶瓷材料制成。
优选地，在一个实施方案中，温度传感器可以具有-50℃至600℃的使用范围。
温度传感器测量智能制动元件的温度，并且也可以用于补偿与温度相关的信号变化。
在一个实施方案中，法向力传感器可以优选地具有至少0.2mm的厚度以及居里温度高于200℃的压电陶瓷材料。
其上安装有传感器的电路可以是电绝缘的并且具有适当成形的分支，以将传感器布置在支撑板上的离散位置中。
EPB系统可用于估计和补偿由于制动器冷却引起的力变化和由于外部原因引起的制动器上的负载增加。
图1中所示的实施方案允许补偿由于制动器冷却而引起的制动力变化，并且为此需要通过法向力传感器4和/或剪切力传感器5测量法向力和/或剪切力和/或从其导出的扭矩值。
EPB系统可以自动地或由驱动器14手动地启动，并且固定的参考制动力和/或扭矩值由参考力/扭矩发生器10产生并且发送到节点比较器13。
法向力传感器4和/或剪切力传感器5直接测量法向力和/或剪切力。该测量值作为反馈被馈送到节点比较器13，节点比较器13进而将该测量值与固定的参考制动力和/或扭矩值进行比较并且相应地精心制作误差信号。该误差信号被自动地发送到控制器7，由控制器7生成传送到智能制动元件2的致动器8的制动力命令。
该闭环控制允许实时调节制动力变化，以便补偿例如智能制动元件2的厚度减小(膨胀现象)。
实际上，使用法向力反馈的重新夹持可用于补偿智能制动元件2随温度的厚度减小。
最初在高温下施加夹持力，然后施加的制动力由于智能制动元件2材料的减少和转子膨胀而趋于减小，因此制动力趋于减小不足以保证车辆阻塞的风险。
然而，检测法向力和/或剪切力变化，并且当所测量的法向力和/或剪切力下降到限定阈值以下时应用实时重新夹持策略，这保证了车辆的平稳性。最后产生新的且正确的制动力，以确保车辆停止。参考值和测量值之间的一致性检查也可以用于检测启动或停用中的EPB故障。
图2示出了当车辆停放在倾斜道路中时保持车辆静止的条件。
为了防止车辆打滑，必须保证：
Fb-ΔFb≥Fx
其中，
Fb是初始制动力
ΔFb是由于制动元件的温度降低引起的制动力的变化
Fp是车重，a是道路的倾斜角，Fx＝Fpsinα
图3和图4中示出的第二和第三实施方案相对于第一实施方案更加明确，并且在EPB应用中具有更好的性能。
实际上，它们允许补偿由于制动器冷却引起的制动力变化和由于外部原因引起的制动器上的负载增加。
现在参照图3所示的第二实施方案，其需要测量由智能制动元件2提供的法向力和/或扭矩和/或温度。
从传感器3、4、5所获取的法向力和/或剪切力和/或温度由调节装置9(在这种情况下包括状态观测器15)使用，以考虑制动元件厚度的变化、车辆重量、外部条件的变化等的影响来产生锁定车辆所需的可变制动力和/或扭矩参考值。
特别地，通过智能制动元件2的传感器4、5测量/估计的扭矩变化也可以用于智能重新夹持，以便避免/最小化滑动现象。
在一个实施方案中，工作阶段可以描述如下：
-EPB自动启动或由驱动器14启动；
-通过来自智能制动元件2的传感器4和/或5的测量来估计状态观测器15中的扭矩变化，并且产生参考制动力和/或扭矩值，其中在EPB-ON条件下估计扭矩变化；以及
-生成调整后的制动力指令。
该方法仅使用扭矩测量，但是其可以通过扭矩测量与法向力和/或剪切力和/或温度测量的组合来改进，以更新参考制动力和/或扭矩值。
这样在状态观察器15中产生的参考制动力和/或扭矩值可以用作制动力控制回路的直接输入，或者可以集成到现有的参考发生器10中。
通过法向力传感器4的法向力测量可以用作或不用作闭合控制回路的反馈。
参考和测量之间的一致性检查也可以用于检测启动或停用中的EPB故障。
图5a示出了当车辆停放在倾斜道路中并且由于例如乘客进入停放的车辆而发生重量变化时保持车辆静止的条件。
为了防止车辆打滑，必须保证：
Fb+ΔFb≥Fx+ΔFx＝Fpsinα+ΔFpsinα
其中，
Fb是初始制动力
Fp是车辆的重量
ΔFx是附加权重
ΔFb是停车所需的追加制动力，α是道路的倾斜角度，Fx＝Fpsinα
图5b示出了出现特定外部环境，例如当车辆停放在倾斜道路中并且在停放期间发生车辆碰撞时，保持车辆静止的条件。
为了防止车辆打滑，必须保证：
Fb+ΔFb≥Fx+ΔFx＝Fpsinα+ΔFx
Fb是初始制动力
Fp是车辆的重量
ΔFx是由碰撞产生的附加力
ΔFb是停车所需的追加制动力
α是道路的倾斜角度，Fx＝Fpsinα
在上述示例中，角度α可以直接利用当前在车辆上使用的仪器(如加速度计11或倾斜仪12)来测量。
现在参照图4所示的第三实施方案，其需要测量由智能制动元件2提供的法向力和/或扭矩和/或温度，以及测量由加速度计11和/或倾斜仪12提供的车辆加速度倾斜。
与第二实施方案的唯一区别在于，另外，从加速度计11和/或倾斜仪12所获取的测量值也被用在状态观测器15中，以考虑制动元件2的变化、车辆重量、外部条件的变化等的影响来产生锁定车辆所需的制动力和/或扭矩参考值。
在状态观察器15中如此产生的参考制动力和/或扭矩值可以用作制动力控制回路的直接输入，或者它可以集成到现有的参考发生器10中。
同样，通过法向力传感器4的法向力测量可用作或不用作闭合控制回路的反馈。
同样，参考和测量之间的一致性检查也可以用于检测启动或停用中的EPB故障。
图6和7所示的第四和第五实施方案涉及另一种技术，以便加强重新夹持逻辑。
在这种情况下，获取智能制动元件2的温度。
温度获取具有双重目的：首先，预测由于摩擦材料膨胀变化引起的不可避免的法向力下降；其次，可以提供对法向力传感器4的操作的补偿。
现在参见图6。
智能制动元件2温度的直接测量可以集成在现有模型中，从而减少错误和错误启动。
在这种情况下，状态观测器可能不是必需的。
在这种情况下，节点比较器不是必需的。
在一个实施方案中，工作阶段可以描述如下：
-EPB自动启动或由驱动器14启动；
-从智能制动元件2的温度传感器3测量温度，并且仅基于所测量的温度在现有的参考发生器10中产生参考制动力和/或扭矩值；以及
-参考制动力和/或扭矩值被发送到控制器7以产生被发送到致动器8的制动力命令。
现在参见图7。
智能制动元件2温度的直接测量可以集成在现有模型中，从而减少错误和错误启动。
而且，在这种情况下，状态观测器可能不是必需的。
在这种情况下，节点比较器13是必需的。
在一个实施方案中，工作阶段可以描述如下：
-EPB自动启动或由驱动器14启动；
-测量智能制动元件2的温度传感器3的温度，并且仅基于测量的温度在现有参考发生器10中产生参考制动力和/或扭矩值；
-测量智能制动元件2的传感器4、5的法向力和/或剪切(扭矩)力；
-节点比较器13比较参考制动力和/或扭矩值与来自传感器4、5的法向力和/或剪切(或扭矩)力测量值；
-将比较结果的输出发送到控制器7，以产生传送到致动器8的制动力命令。
因此，在这种情况下，所测量的法向力和/或剪切力和/或扭矩被用作闭合控制回路的反馈。
参考和测量之间的一致性检查也可以用于检测启动或停用中的EPB故障。
一般而言，利用根据本公开的具有车辆电子系统的夹持车辆的车轮的方法，制动力变化的补偿方式如下：
-处理所获取的温度和/或法向力和/或剪切力测量结果以确定参考制动力值；和/或-结合所述参考制动力和/或扭矩值或固定参考制动力和/或扭矩值对所述至少一个法向力和/或剪切力测量结果进行处理，以驱动所述控制器7；以及
-控制器7向致动器8发送制动力命令。
加速度计11和/或倾斜仪12的测量结果当然可以被进一步处理以确定该参考制动力和/或扭矩值。
优选地，实时处理该测量结果。
除了所描述的那些之外的修改和变化理所当然是可能的。如此设想的包括驻车制动装备的车辆电子系统易于在本发明构思的范围内进行多种修改和变化。此外，所有细节都可以替换为其他技术上等效的元件。在实践中，所使用的材料以及系统可以根据需要和现有技术而定。

Claims (15)

1.一种包括驻车制动装备的车辆电子系统，所述驻车制动装备包括制动元件(2)，所述制动元件包括制动垫片或制动蹄，所述制动元件(2)包括电路，所述电路配备有用于实时检测与温度和/或法向力和/或剪切力相关的信号的一个或多个传感器(3、4、5)并且具有布置在用于从制动元件(2)收集信号的区域中的电端子，所述车辆电子系统还包括所述制动元件(2)的致动器(8)、向所述致动器(8)传送制动力命令的控制器(7)以及驱动所述控制器(7)的调节装置(9、10)，其中所述调节装置(9、10)包括制动力的闭合调节回路，所述闭合调节回路包括参考制动力和/或扭矩发生器(10)和/或状态观测器(15)，所述制动力的闭合调节回路与所述传感器(3、4、5)通信以获取温度和/或法向力和/或剪切力测量结果中的至少一者。
2.根据权利要求1所述的包括驻车制动装备的车辆电子系统，其中，所述车辆电子系统还包括加速度计(11)和/或倾斜仪(12)，所述制动力的闭合调节回路与所述加速度计(11)和/或倾斜仪(12)通信，以从所述加速度计(11)和/或倾斜仪(12)获取测量结果。
3.根据权利要求1所述的包括驻车制动装备的车辆电子系统，其中，所述制动力的闭合调节回路还包括法向力和/或剪切力的测量值和/或由此导出的扭矩值与制动力和/或扭矩的参考值的节点比较器(13)。
4.根据任一前述权利要求所述的包括驻车制动装备的车辆电子系统，其中所述制动力和/或扭矩的参考值是固定的。
5.根据任一前述权利要求所述的包括驻车制动装备的车辆电子系统，其中所述制动力和/或扭矩的参考值是可变的。
6.根据前述权利要求所述的包括驻车制动装备系统的车辆电子系统，其中所述状态观测器(15)生成所述制动力和/或扭矩的参考值。
7.根据任一前述权利要求所述的包括驻车制动装备的车辆电子系统，其中，所述制动力和/或扭矩的参考值由所述温度和/或法向力和/或剪切力和/或从中导出的扭矩值中的至少一者所获取的测量结果来确定。
8.根据前述权利要求所述的包括驻车制动装备的车辆电子系统，其中所述制动力和/或扭矩的参考值还由所述加速度计(11)和/或倾斜仪(12)所获取的测量结果来确定。
9.根据任一前述权利要求所述的包括驻车制动装备的车辆电子系统，其中所述制动力和/或扭矩的参考值仅由所述温度传感器(3)所获取的测量结果来确定。
10.根据任一前述权利要求所述的包括驻车制动装备的车辆电子系统，其中所述传感器是压电陶瓷传感器。
11.一种包括车辆电子系统的车辆，所述车辆电子系统包括根据任一前述权利要求所述的驻车制动装备。
12.一种使用车辆电子系统夹持车辆的车轮的方法，所述车辆电子系统包括根据任一前述权利要求所述的驻车制动装备，其中制动力变化的补偿方式如下：
-对所获取的温度和/或法向力和/或剪切力测量结果中的至少一者进行处理，以确定参考制动力和/或扭矩值；和/或结合所述参考制动力和/或扭矩值或固定参考制动力和/或扭矩值对所述至少一个法向力和/或剪切力测量结果进行处理，以驱动所述控制器(7)；并且
-所述控制器(7)向所述致动器(8)发送制动力命令。
13.根据前述权利要求所述的方法，其中所述参考制动力和/或扭矩发生器(10)进一步处理所述加速度计(11)和/或倾斜仪(12)的所获取的所述测量结果，以确定所述参考制动力和/或扭矩值。
14.根据前述权利要求12和13中任一项所述的方法，其中所述测量结果被实时处理。
15.根据前述权利要求12至14中任一项所述的方法，其中通过所述参考制动力和/或扭矩值与所述测量结果之间的一致性检查来检测启动或停用中的驻车制动装备故障。
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