JP2001523619A - 電気機械式ブレーキ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
を認識するモジュールによってブレーキ装置の信頼性を高めることができ、同時
に低コストで実施可能である、電気機械式ブレーキ装置と電気機械式ブレーキ装
置を制御するための方法に関する。
とである。ブレーキパッドをブレーキディスクに押し付ける液圧シリンダは、各
々のディスクにおいて、出力の大きな電動機によって置き換えられる。電気式ブ
レーキは真空ブレーキ倍力装置またはタンデム式マスターシリンダのような機械
部品または液圧部品を必要としない。更に、電気式ブレーキは、アンチロックコ
ントロール(ABS)、トラクションコントロールまたはトラクションスリップ
コントロール(ASR)、電子スタビリティプログラム(ESP)、例えば車間
距離コントロールシステムの場合に設けられるような自動ブレーキング介入の機
能のような、ブレーキの最新の機能および将来の機能を備えることができる。
わゆる電子式ブレーキ装置は中央モジュールとブレーキ回路または車輪グループ
に付設されたブレーキモジュールを備えている。この場合、中央モジュールはA
BS演算とASR演算を行うことができ、ブレーキ力分配を調節し、車輪固有の
ブレーキ圧力目標値を決定する。
済む、特に自動車用の電気機械式ブレーキ装置とこの電気機械式ブレーキ装置の
制御方法を提供することである。
有利な実施形と発展形態を示している。
冗長的に検出するためのペダルシミュレータを備えている、特に自動車用の電気
機械式ブレーキ装置が設けられる。ブレーキ装置は更に、運転者の要求に基づい
てブレーキング目標値を決定するための装置と、ブレーキング目標値に基づいて
少なくとも1個の車輪ブレーキを制御するためのブレーキモジュールを備えてい
る。更に、ペダルモジュールと装置とブレーキモジュールとの間でデータを連絡
する、冗長的に形成されたデータ伝送ユニットを備えている。この場合、装置は
、ブレーキング目標値を決定する際にエラーを認識するエラー認識回路を備えて
いる。
モジュールは2つのアクチュエータを制御するための各々1個のパワーエレクト
ロニクス機器を備えている。各々の回路モジュール内には、2つのアクチュエー
タのためのアクチュエータ特有の機能ソフトウェア(例えばブレーキ締付け力コ
ントロール)を実行することができる。
ある。ブレーキ装置のアーキテクチャは実質的に、モジュールの信号インターフ
ェースと冗長インターフェースを特徴とする。このインターフェースは例えばフ
ォールトトレラント、フェイルサイレントまたはフェイルセーフに形成されてい
る。それによって、アーキテクチャは、モジュール自体によるエラー認識の機能
分割を重視する。
レーキモジュールで実行することができる。
構成要素レベルで隔離されるので、エラーが伝播しない。更に、個々のモジュー
ルを直接的に接続するデータバスを設けることにより、アナログ信号の伝送距離
を最小限に抑えることができるので、EMC(電磁的適合性)故障に耐えるため
のコストが比較的に少なくて済む。
ンピュータ、パワーエレクトロニクス機器またはセンサを備えたアクチュエータ
のエラーによる、1個のブレーキの安全上重大な締付けが不可能であることにあ
る。
ている。ブレーキペダル2またはブレーキペダル2の運動は例えば、3個のセン
サを備えたセンサ装置3によって検出可能である。2個の変位センサと1個の力
センサを使用することできる。このセンサ装置3の出力信号は、センサ装置3の
信号をデジタル信号に変換するためのモジュールに供給される。このモジュール
は例えば一体化されたアナログ/デジタルコンバータ4であってもよい。このア
ナログ/デジタルコンバータ4はデータバス5によって接続されている。
れた値を2つのバス接続部に供給してもよい(図示していない)。第1の構造は
(図示のように)、ブレーキ締付け力供給の分配が簡単であるという利点を有し
、第2の構造はセンサエラーとコンバータエラーの認識が簡単であるという利点
を有する。
3によって検出可能である。センサ装置は冗長的にかつ不同に形成されている。
この場合、例えばペダル変位と踏込み力が検出される。センサ装置3のアナログ
信号はローカル的にデジタル値に変換され、その他の処理をしないでデータバス
5に伝送される。しかし、伝送されたデータはエラーを含んでいてもよい。
の認識と、センサ装置3の出力信号に基づくブレーキング目標値の決定は、例え
ばこの実施の形態では、中央モジュール6で行うことができる。中央モジュール
6で決定されたブレーキング目標値は、データバス5を経てブレーキモジュール
7に伝えることができる。そして、ブレーキング目標値またはブレーキング要求
は、ブレーキモジュール7でブレーキ締付け力、ブレーキトルクおよびまたは同
等の量に変換される。
高度な機能を重ね合わせることができ、それによって必要である場合にはブレー
キング目標値を変更する。更に、中央モジュール6はフェイルサイレントに形成
可能である。エラーがある場合、中央モジュールは安全な状態に移行するので、
他の構成要素または全体システムは影響を受けない。この実施の形態では、中央
モジュールはエラー検出時に切り離される。
ング目標値の発生が各々のブレーキモジュール7で行われる。そのためには、セ
ンサ装置3の1つのセンサ信号を評価するだけでよい。しかし、物理的な理由(
分解能、ノイズ等)から、1個以上のセンサを評価することが都合がよい。しか
し、冗長センサの監視はブレーキモジュール7の緊急時動作機能では行われない
。
、このブレーキモジュール7内で、センサ信号からブレーキング目標値が決定さ
れ、データバス5を得て他方のブレーキモジュール7に伝達される。一方のブレ
ーキ7が故障すると、正常なブレーキモジュール7はブレーング目標値の演算を
受け持つ。しかし、高度な機能を実行しないブレーキモジュール7はデータ統合
整理とエラー認識を行わない。
、ブレーキモジュール7内に中央モジュール機能が設けられている。
レーキ力を各々の1個の車輪9に加えることができる。アクチュエータ8は例え
ば、車輪9のブレーキディスクに対してブレーキパッドを押圧する電動機である
。
ている。この場合、ブレーキモジュール7のためにそれぞれ1個の電源装置が設
けられている。それによって、一方の電源装置が故障したときに、一方のブレー
キモジュール7に確実に電流を供給することができる。同じことがアナログ/デ
ジタルコンバータ4についても当てはまる。
ニクス機器、アクチュエータ、アクチュエータのセンサおよびブレーキモジュー
ル7のコンピュータは、例えば演算モデルを介して実情に合わせられる。勿論、
演算モデル(例えば微分方程式)の代わりに、ブレーキ測定値を監視する予め記
憶された表を設けることができる。この場合、モデルが表す内容あるいは表に記
憶された測定データの値と異なる場合には、ブレーキモジュール7にエラーが存
在することを推測することができる。そして、ブレーキモジュール7は安全な状
態に移行する。そして、ブレーキが弛められ、それに伴い開放するかまたは車輪
9のブレーキディスクを擦過するだけである。従って、ブレーキモジュール7の
フェイルセーフ形成は、ハードウェア冗長と解析的冗長(ソフトウェア冗長)に
よって達成可能である。
して検出するための装置を備えている。車輪回転速度はデータバス5に供給され
、高度な機能を実施する部分または要素に案内される。ブレーキモジュール7は
共通の時間基準を有する。
図3でも、ブレーキに対する運転者の要求が、適切なセンサ装置3によって検出
される。この場合、センサ装置3は例えばペダル変位と踏込み力を検出する冗長
センサからなっている。このアナログ信号はローカル的にデジタル値に変換され
る。データ整理統合、すなわち欠陥のあるセンサまたは欠陥のあるハードウェア
の認識と、ブレーキング目標値の決定は、ペダルモジュールコンピュータ10で
行うことができる。ペダルモジュール1は故障許容性(フォールトトレラント)
に形成されている。故障許容性のシステムは整理統合された信号を出力する。こ
の場合、整理統合された信号(すなわち、例えばブレーキング目標値)が正しい
ということから出発する。センサ装置3のセンサのエラーが認識されると、故障
許容性のペダルモジュール1は再構成可能である。この場合、前と同じ機能を機
能損失なしに実施することができる。
っては高度な機能(ABS,ASR等)によって修正され、そしてブレーキモジ
ュール7に伝送される。ブレーキモジュール7はブレーキ締付け力、ブレーキト
ルクまたは同等の量を出力するためにブレーキング目標値を使用する。そして、
アクチュエータ8が操作される。中央モジュール8が故障すると、緊急時動作機
能が作動する。ブレーキモジュール7内で中央モジュール機能が実施されるとき
と同じことが当てはまる。
ブレーキモジュール7内でブレーキ締付け力、ブレーキトルク等の目標値に直接
換算される。
レーキモジュール7内で修正され、データバス5を経て他のブレーキモジュール
7に修正されたブレーキング目標値として伝送される。そして、修正されたこの
ブレーキング目標値は更に、ブレーキ締付け力、ブレーキトルクまたは同等の量
を決定および出力するために用いられる。ブレーキモジュール7が故障すると、
正常なモジュール7がブレーキ締付け力、ブレーキトルクまたは同等の量の決定
を行う。
個のコンピュータを設けることができるので、ブレーキング目標値の発生は故障
許容性である。
体が示してある。このコンピュータ構造体は双通信(デュオ)/二重通信(デュ
プレックス)構造の2個の冗長的なコンピュータを備えている。この変形の場合
、ペダルモジュール1のコンピュータは4個のコンピュータ(R1,R1′,R
2,R2′)からなっている。この場合、それぞれ2個が1つのフェイルセーフ
(フェイルサイレント)構造に組み合わせられている。対のコンピュータあたり
、1つの整理統合された運転者ブレーキング要求が決定され、データバス6に供
給される。コンピュータエラーが生じると、当該の冗長的なコンピュータが停止
する。すなわち、エラーのないブレーキング目標値が出力されるかまたはブレー
キング目標値が出力されない。更に、票決器/モニタを後続配置した3重のコン
ピュータを使用することができる。この構造の場合には、整理統合されたブレー
キ目標値が1つだけ出力される。
ついて詳しく説明する。
ュール1がフェイルセーフでない場合、ブレーキング目標値の決定を行う。中央
モジュール6は更に、ペダルモジュール1が故障許容性でないかまたはフェイル
セーフでない場合、ペダルモジュール1のエラー認識を行う。中央モジュールコ
ンピュータ11は冗長であり、エラーの場合それ自体で停止する。そして、中央
モジュール6は静止している(フェイルサイレント)かまたは全体のシステムを
安全な状態に移行するために(フェイルセーフ)、その故障について報告する。
エラーを含む値は出力されない。中央モジュール6の機能がブレーキモジュール
7において実施されるので(図2,4)、上記と同じことが当てはまる。しかし
、この実施の形態の場合には、中央モジュール/ブレーキモジュールのインター
フェースが設けられていない。
,R1′)と、2個のアクチュエータ8用パワーエレクトロニクス機器と、冗長
形成されたまたは周期的に検査可能な遮断ユニット14とからなっている。アク
チュエータ固有のセンサ信号(例えば電流、電圧、位置、温度等)はブレーキモ
ジュール7またはブレーキモジュールコンピュータ13に供給される。
いる。すなわち、パワーエレクトロニクス機器のエラーは遮断機能に影響を与え
ない。冗長コンピュータ構造により、中央モジュール6の遮断命令時またはブレ
ーキモジュール7のエラーの場合、遮断命令がローカル的に正しく行われる。こ
の構造により、中央モジュール6の別個の遮断線が節約可能である。
キモジュール7はその固有の機能を発揮するかまたはエラーの場合に遮断され、
エラー機能を報告するかまたはコンピュータエラーの場合静止している。フェイ
ルセーフ構造体により、エラーを認識し、アクチュエータ8を遮断することがで
きる。
ータ8のセンサのための解析的な冗長(ソフトウェア冗長)が得られる。従って
、アクチュエータ固有のセンサ(電流センサ、位置センサ、ブレーキ締付け力セ
ンサ、温度センサ等)と、アクチュエータ8の特殊な数学的モデルに基づいて行
われるエラーの認識が可能である。モデル出力と測定された信号と間の(場合に
よっては処理された)差が大きすぎると、エラーが存在し、アクチュエータ8が
停止される。
る。それによって、ブレーキモジュール故障時の回路故障が閉め出される。
性を有する冗長コンピュータが例えば同じ構造または異なる構造を有する平行な
2個の完全コンピュータによって形成可能であることが当てはまる。更に、場合
によってはコア冗長を有する二重コンピュータを使用することができる。類似の
構造体は故障許容性の三重コンピュータについても可能である。しかし、三重コ
ンピュータの場合には、比較器(双コンピュータ構想)の代わりに、故障許容性
の票決器/モニタが必要となる。
上の理由から、二重バス5を減らすことができる。中央モジュール6とブレーキ
モジュールまでの第2のバスは節約可能である。しかし、エラーの場合のブレー
キ機能に関する安全性は維持される。なぜなら、(例えば前車軸のための)ブレ
ーキモジュール7に対するペダルモジュール1の接続が二重であるからである。
しかし、完全な二重バス構造と異なり、単一バスのバスエラーの場合には機能損
失、例えば高度な機能の損失が発生する。しかしながら、この機能損失は場合に
よっては許容可能である。
ーク)−バスである。更に、TTP(時間トリガープロトコル)を使用可能であ
るので、時間同期のコンピュータネットワークが可能となる。
ル7で行うことができる。車輪回転速度とバス伝送の分離した検出と処理の場合
には、ブレーキモジュール7内で検出を時間同期的に行わなければならない。こ
れは例えばTTBバスを使用する場合には簡単に実施可能である。CANバスで
は、必要な同期性を達成するために、大きなコストが必要である。
at1,Bat2)。
ることにより、エラーの場合に、液圧ブレーキと類似の劣化が生じる。ブレーキ
モジュール7またはエネルギー供給部が故障すると、2個のブレーキ8,9が故
障する。従って、1個の回路が故障し得る。高度な機能が当該のブレーキモジュ
ール7で実施されると(図2,4参照)、このブレーキモジュールも一緒に故障
する。これは許容される。なぜなら、回路の故障時に、高度な機能がもはや不要
であるからである。そうでないと、アクチュエータ8と関連するパワー部分とセ
ンサのエラーの際に、1個の車輪ブレーキだけが影響を受ける。中央モジュール
6が故障すると、例えば高度な機能も故障する(図1,3)。この場合、完全な
車輪ブレーキング機能は維持されたままである。バスの故障は劣化を生じる(前
記の減少した二重バスを使用する場合を除いて)。本発明によるシステムアーキ テクチャは、エラーが伝播しないことを保証する。本発明では、エラーは、他の 機能またはモジュールに作用する前に認識可能である。更に、エラーの場合に、 連絡が低減され、通信作業が最小限に抑えられるからである。その際、エラーの 伝播およびエラー認識のためのコストにとって、運転者の要求検出(ブレーキン グ目標値決定)機能とペダルセンサのエラー認識機能がペダルモジュール1で行 われるかまたは中央モジュール6で行われるかは重要ではない。
々のブレーキモジュール7は、冗長コンピュータ13と、パワーエレクトロニク
ス機器と、アクチュエータ8と、アクチュエータ固有のセンサ(例えば電流、ブ
レーキ締付け力、位置)と、冗長形成されたまたは周期的に試験可能である、ア
クチュエータの給電部のための遮断ユニット14を備えている。特に、冗長コン
ピュータ13がれぞれ1個の車輪ブレーキのために設けられている。従って、コ
ンピュータ13の故障時に、1個だけの車輪ブレーキが影響を受ける。そのとき
、他のブレーキモジュール7は依然としてエラーなしに機能する。
ュール7(HR,HL)と中央モジュール6に至る第2のバスは節約可能である
。しかし、エラーの場合のブレーキング機能に関する安全性は維持されたままで
ある。なぜなら、ペダルモジュール1と特に前側のブレーキモジュール7(VR
,VL)との接続が二重であるからである。しかし、完全な二重バス構造(図1
〜4参照)と比べて、単一バスではバスエラーの際に機能損失が生じる。しかし
ながら、この機能損失は許容される。
または車輪2)の故障の場合にのみ、2個のブレーキが故障する(回路故障)。
そうでないと、常に車輪ブレーキ7が1個だけ影響を受ける。中央モジュール6
の故障の場合、高度な機能(ABS,ASR,ESP・・・)が失われる。この
場合、全部の基本ブレーキング機能は維持される。1個のバスの故障は劣化を生
じない。しかし、バスエラーの際、1個の二重バスに減少すると(図5に示すよ
うに)、後輪ブレーキ(HR,HL)に付設された中央モジュール6とブレーキ
モジュール7が故障する。エラーの場合、後輪ブレーキ(HR,HL)が単独で
決して使用されないように、アーキテクチャを形成することができる。システム
アーキテクチャはすべてのエラーの場合に高いブレーキ減速を生じる。
合わせでも単独でもその全部が本発明に含まれる。
Claims (17)
- 【請求項1】 適当なセンサ装置(3)によってブレーキペダル(2)の運
転者による操作を冗長的に検出するためのペダルシミュレータ(1)と、 センサ装置(3)の出力信号に基づいてブレーキング目標値を決定するための
装置と、 ブレーキング目標値に基づいて少なくとも1個の車輪ブレーキ(8,9)を制
御するための少なくとも1個のブレーキモジュール(7)と、 ペダルモジュール(1)と装置とブレーキモジュール(7)との間でデータを
連絡する、冗長的に形成されたデータ伝送ユニットとを備え、 装置が、ブレーキング目標値を決定する際にエラーを認識するエラー認識回路
を備えていることを特徴とする、特に自動車のための電気機械式ブレーキ装置。 - 【請求項2】 装置が例えばABS,ASR,走行動特性コントロール、I
CC、ブレーキアシストまたはヒルホルダのようなブレーキ装置の高度な機能の
ための制御ユニット内に設けられていることを特徴とする請求項1記載のブレー
キ装置。 - 【請求項3】 制御ユニットが中央モジュール(6)として形成されている
かあるいはブレーキモジュール(7)に統合されていることを特徴とする請求項
2記載のブレーキ装置。 - 【請求項4】 制御ユニットの故障時に、緊急時動作のブレーキング目標値
が、車輪モジュール(1)内のセンサ装置(3)の少なくとも1個のセンサの出
力信号を介して決定されることを特徴とする請求項2または3記載のブレーキ装
置。 - 【請求項5】 中央モジュール(6)またはブレーキモジュール(7)に統
合された制御ユニットが、ペダルモジュール(1)およびまたは制御ユニットの
故障を認識するためにデータ整理統合を行うことを特徴とする請求項1〜4の少
なくとも一つに記載のブレーキ装置。 - 【請求項6】 ペダルモジュール(1)が少なくとも2つのモジュール(4
)を備え、このモジュールが例えばセンサ装置(3)のアナログ信号およびまた
はインクリメンタル信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号が安全技術
上重要である分離された少なくとも2個のバス接続部を経て、データバス(5)
に供給されるかまたはペダルモジュール(1)内でデジタルで再処理されること
を特徴とする請求項1〜5の少なくとも一つに記載のブレーキ装置。 - 【請求項7】 装置がペダルモジュール(1)に形成されていることを特徴
とする請求項1記載のブレーキ装置。 - 【請求項8】 ペダルモジュール(1)が故障許容性であり、ペダルモジュ
ール(1)の故障を認識するためのデータ整理統合を行うことを特徴とする請求
項7記載のブレーキ装置。 - 【請求項9】 データ伝送ユニットが少なくともペダルモジュール(1)と
車輪モジュール(7)の間に二重に形成されたデータバス(5)であることを特
徴とする請求項1〜8の少なくとも一つに記載のブレーキ装置。 - 【請求項10】 ペダルモジュール(1)が少なくとも1つのペダル変位セ
ンサと少なくとも1つのペダル踏込み力センサを備えていることを特徴とする請
求項1〜9の少なくとも一つに記載のブレーキ装置。 - 【請求項11】 ブレーキモジュール(7)がフェイルセーフに形成されて
いることを特徴とする請求項1〜10の少なくとも一つに記載のブレーキ装置。 - 【請求項12】 中央モジュール(6)およびまたは制御ユニットがフェイ
ルサイレントに形成されていることを特徴とする請求項1〜11の少なくとも一
つに記載のブレーキ装置。 - 【請求項13】 ブレーキモジュール(7)が、例えばアクチュエータ電流
、アクチュエータ位置、ブレーキ締付け力のような局所的なアクチュエータ特有
の信号に基づいて、エラー認識を行い、エラー認識時に、エラーをブレーキ装置
に報告し、遮断されおよびまたはブレーキング目標値適合を行うことを特徴とす
る請求項1〜12の少なくとも一つに記載のブレーキ装置。 - 【請求項14】 エラー認識がモデルで補助されて行われることを特徴とす
る請求項1〜13の少なくとも一つに記載のブレーキ装置。 - 【請求項15】 ブレーキモジュール(7)がパワーエレクトロニクス機器
に依存しないかまたは安全技術的に分離された遮断装置(14)を備えているこ
とを特徴とする請求項1〜14の少なくとも一つに記載のブレーキ装置。 - 【請求項16】 ブレーキモジュール(7)内に、車輪回転速度を時間的に
同期して検出するための装置が設けられ、車輪回転速度がデータバス(5)に供
給されることを特徴とする請求項1〜15の少なくとも一つに記載のブレーキ装
置。 - 【請求項17】 ペダルモジュール(1)内の適当なセンサ装置(3)によ
ってブレーキペダル(2)の運転者による操作を冗長的に検出し、 装置内のセンサ装置(3)の出力信号に基づいてブレーキング目標値を決定し
、 ブレーキモジュール(7)内のブレーキング目標値に基づいて少なくとも1個
の車輪ブレーキ(8,9)を制御し、そして ペダルモジュール(1)と装置とブレーキモジュール(7)の間でデータ連絡
を冗長的に行い、ブレーキング目標値の決定時にエラー認識回路がエラーを認識
することを特徴とする、特に自動車のための電気機械式ブレーキ装置を制御する
ための方法。
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