KR101444959B1 - 모든 휠이 적어도 하나의 회전 전기 기계에 연결된 자동차의 제동 시스템의 전력 스테이지를 위한 중복 하드웨어 구성 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차용 전기 제동 시스템에 관한 것으로, 적어도 두 개의 휠(1)이 적어도 하나의 회전 전기 기계(2)에 회전 가능하게 연결되고, 각각의 회전 전기 기계(2)가 단일 휠과 상호 협동하며, 적어도 하나의 전자 휠 제어 모듈(23)이 하나의 휠의 전기 기계를 제어하며, 각각의 전자 제어 모듈이 결정된 크기 및 신호의 제어 토크를 대응하는 휠에 선택적으로 부가하여, 결정된 제어 토크에 따라 구동력 또는 제동력을 자동차에 부가할 수 있다. 본 발명은 중앙 전기 라인(40)에 연결되는 적어도 두 개의 보조 시스템(A, B)을 포함하며, 각각의 상기 보조 시스템은, 상기 휠(1)의 부품과, 각각의 상기 휠의 부품과 관련된 상기 전자 제어 모듈과, 전력 소비 모듈(60A, 60B)에 의해 제어되는 전력 소비 장치와, 중앙 전기 라인(40)으로부터 상기 보조 시스템을 전기적으로 격리시킬 수 있는 과전류 방지 장치(41A, 41B)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Figure R1020087031342
제어 신호, 제동 시스템, 회전 전기 기계, 휠 제어 모듈

Description

모든 휠이 적어도 하나의 회전 전기 기계에 연결된 자동차의 제동 시스템의 전력 스테이지를 위한 중복 하드웨어 구성 {REDUNDANT HARDWARE ARCHITECTURE FOR THE POWER STAGE OF THE BRAKING SYSTEM OF A VEHICLE IN WHICH ALL OF THE WHEELS ARE CONNECTED TO AT LEAST ONE ROTARY ELECTRICAL MACHINE}
본 발명은 자동차에 관한 것이다. 특히, 전기 견인을 사용하는 자동차의 제동 시스템에 관한 것이다.
전기 자동차는 배터리에 저장된 에너지의 대체를 위해 전기 에너지가 필요한 자동차와 발전기를 운전하는 열 기관 또는 연료 전지에 의해 보드에 전기 에너지가 생성되는 자동차를 포함한다. 자동차의 견인은 하나 이상의 전기 기계에 의해 보장된다. 자동차의 제동은 통상적인 기계적 제동 시스템에 의해 보장된다.
그러나, 전기 기계가 가역적이기 때문에 자동차의 제동 상태 동안 전기 발전기로서 사용될 수 있으며, 이 경우 기계적 제동 에너지를 열 방출에 의해 자동차가 선택적으로 흡수하는 전기 에너지로 전환시킨다. 이러한 작동 모드는 종종 "전기 제동" 또는 "회생 제동(regenerative braking)"으로 칭해진다. 전기 자동차의 기술적 발전에 대한 간단한 설명에 있어, 이해가 필요한 부분은 특허 출원 제WO2004/071800호를 참고한다. 또한 관련 기재는 미국 특허 제5,245,294호에 개시 되어 있으며, 상기 특허에는 다수의 모든 자동차가 동시에 순환하지만 다른 지점에 연결된 네트워크의 일부를 형성하는 정적 전기 라인과 접촉하는 오버헤드 현수선 케이블에 의해 전력을 공급받는 특이한 전기 자동차가 설명되어 있다. 이런 특정 경우에 있어, 제동시 전기 전력이 네트워크로 복귀하는 것을 가능하게 하며, 그 이유는 동일한 경우 전기 제동을 경험하지 않는 다른 자동차에 의해 소비될 수 있기 때문이다. 이는 예를 들면 승객용 차량과 같이, 이들 주위로부터 격리된 전기 시스템을 형성하는 자율적인 전기 자동차로 해결될 수 없다.
실제로, 전기 기계는, 자동차의 적절한 감속을 보장하거나, 가능한 최대로 에너지를 회복시켜 축전기에 저장하거나 또는 자동차의 기계적 브레이크로 인한 응력을 감소시키기 위하여 실제로 에너지를 분산시키기 위하여 발전기로서 작용한다. 자동차의 주요 제동은 대체로 보조 방식이며 최근 가장 흔하게 "ABS"로 공지된 잠금 방지 기능을 구비한 유압 조절식 기계 브레이크에 의한 효과로 보장된다. 제동은 중요한 자동차의 안전 기능이다. 기계적 브레이크는 휠을 고정시키기에 충분한 상당한 힘을 가지며, 이러한 힘은 최대 그립(grip)과 관련하여 잠금 방지 기능에 의해 제한된다. 승객의 안전을 보장하기 위하여 승용차의 제동 시스템은 대체로 약 1 "g"의 감속을 보장할 수 있으며, g는 가속도의 단위로서 1의 값은 지구 중력에 대응한다. 또한, 승객용 차량의 제동 시스템은 통상적으로, 예를 들면 미국특허출원 제2002/0021045호에 설명된 바와 같은 2개로 분리된 유압 회로로 설계된다.
또한, 전기 견인 자동차에서, 전기 기계를 휠에 통합시키는 것은, 기계적 샤프트를 폐지하고 자동차의 일반 구성에 관해 더 큰 허용도를 제공하기 때문에 특히 가치가 있다. 전기 기계를 휠에 통합시키는 복수의 구성은 종래 기술로부터 공지되었다. 특허 출원 공개 공보 제WO 2003/065546호는 유성 기어열(planetary gear train)에 의해 4개의 전기 기계의 토크를 휠로 전달하도록 4개의 전기 기계를 구성하는 것을 제안한다. 유럽 특허 제EP 0878332호는 내부로의 휠의 수직 완충장치와 회전 전기 견인 기계를 모두 통합하는 지면 접촉 시스템을 개시한다. 휠과 전기 기계 사이에 감속 스테이지가 있으며, 상기 전기 기계는 상기 휠과 동축인 톱니 휠과 맞물린다. 또한, 휠은 서비스 브레이크 기능을 보장하기 위하여 디스크(disc) 브레이크를 포함한다. 또한, 지면 접촉 시스템은 휠이 선회하도록 피봇(pivot)을 포함한다. 따라서, 지면 접촉 시스템의 모든 기계적 기능은 휠에 통합된다.
본 발명은 각각의 회전 전기 기계가 단일 휠과 협동하는, 적어도 하나의 회전 전기 기계에 회전을 위해 각각 연결되는 휠들을 구비한 자동차용 전기 제동 시스템에 관한 것이다. 이러한 구성으로 인해, 전기 제동 시스템이 자동차 안정성(ABS 및 ESP로 공지된 기능)을 작동하고 제어하는 양자 모두에 관해 우세한 역할을 하는 것이 가능하며, 이는 전기 제동 시스템과 관련된 회전 전기 기계의 제어 시스템을 통해 각각의 휠에서 선택적으로 휠 토크를 제어하는 것이 가능하기 때문이다. 이러한 목적을 위해 전기 제동 시스템은 매우 확실해야 한다.
본 발명의 목적은 전기 견인 자동차에 대한 전기 제동 시스템의 신뢰성을 향상하는 것이다. 특히, 본 목적은 기계적 브레이크를 제거하고 서비스 제동 기능을 단지 전기적으로만 보장할 수 있도록 하는 전기 제동 시스템에 대한 구성을 제안하는 것이다.
제동 시스템은 아래에 기술되며 다음과 같이 구분할 수 있다.
- 견인에 필요한 전력과 전기 제동에 의해 발생되는 전력을 유동시키는 전력 스테이지,
- 전력 요소를 제어하고 구동시키기 위한 전자를 공급하는 저 전압 전기 공급 스테이지,
- 자동차 제동을 제어하는 신호에 대한 유동 스테이지.
이러한 각각의 스테이지들은 특정 수준의 중복성을 나타내는 구성이 아래에 제안된다. 각각의 스테이지들에 대해 제안된 중복성은 각각 단독으로 사용되거나 서로 조합하여 사용될 수도 있다. 물론, 신뢰성의 수준은 제안된 중복성이 모두 서로 부가됨에 따라 상승된다.
본 출원은 사실상 전력 스테이지에 대해 설명된다. 복수개의 회전 전기 기계는 적어도 두 개, 바람직하게는 구동 휠 당 한 개가 사용되어, 일정 레벨의 중복성을 이미 제공한다. 또한, 양호하게는, 방출 설비는 저항기의 파손 또는 이의 제어 모듈의 파손 시에 일정한 감속 능력을 제공하도록 2개의 전력 소비 모듈과 2개의 전력 소비 저항기를 포함한다. 이는 이하 설명되는 바와 같이 배열되는 2개의 서브 시스템을 형성한다.
본 발명에 따르면, 적어도 2개의 휠이 회전을 위해 각각 적어도 1개의 회전 전기 기계에 연결되며, 각각의 회전 전기 기계가 단일 휠과 협동 작용하며, 적어도 1개의 전자 휠 제어 모듈이 동일한 휠의 전기 기계를 제어하고, 각각의 전자 제어 모듈이 결정된 크기 및 신호의 제어 토크를 대응되는 휠에 선택적으로 가하여, 상기 대응되는 힘이 상기 결정된 제어 토크에 따라 구동력 또는 제동력을 자동차에 가할 수 있는 자동차용 전기 제동 시스템은, 중앙 전기 라인(40)에 연결되는 적어도 두 개의 보조 시스템(A, B)을 포함하며, 각각의 상기 보조 시스템은,
상기 휠(1)의 부품과,
상기 부품의 각각의 휠과 관련된 상기 전자 제어 모듈과,
전력 소비 모듈(60A, 60B)에 의해 제어되는 전력 소비 장치와,
중앙 전기 라인(40)으로부터 상기 보조 시스템을 전기적으로 격리시킬 수 있는 과전류 방지 장치(41A, 41B)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
4륜 자동차의 일 실시예에서, 각각의 휠은 자체 회전 전기 기계에 기계적으로 연결되며, 상기 각각의 보조 시스템은 상기 휠들 중 둘을 포함하는 것이 바람직하다. 각각의 보조 시스템은 자동차의 대향 모서리에 대각선으로 배치된 자동차 휠들을 함께 집단화하는 것이 바람직하다. 이러한 방안은 자동차에서 흔히 사용되는 이중 유압식 제동 회로보다 더욱 큰 안전성을 제공하는 것으로 여겨진다.
또한, 전력 요소를 제어하고 구동시키기 위한 전자기기를 제공하는 저 전압 전기 공급 스테이지는 2개의 독립적인 전압원을 포함한다. 상기 저 전압 전기 공급 스테이지는 제1 저 전압 전기 공급기 및 적어도 1개의 제2 저 저압 전기 공급기를 포함하며, 상기 제1 공급기 및 제2 공급기는 제1 섹션 및 제2 섹션을 포함하는 저 전압 전기 라인에 의해 상호 연결되며, 상기 제1 섹션 및 제2 섹션은 상기 두 섹션을 전기적으로 분리하는 장치에 의해 연결되며, 이들 중 하나가 미달전압 또는 과전류를 경험하는 경우에 필요한 상호 연결을 차단할 수 있으며, 보조 시스템들 중 하나의 각각의 전자 휠 제어 모듈은 제1 섹션에 의해 공급받으며, 서브 시스템들 중 다른 하나의 각각의 전자 휠 제어 모듈은 제2 섹션에 의해 공급받는다.
제1 공급기는 예컨대, 중앙 전기 라인에 연결된 전압 변환기를 포함한다. 이러한 중앙 라인의 전기 에너지는 예컨대, 연료 전지와 같은 주요 공급원, 또는 전기 에너지 저장 장치, 또는 바로 재사용되는 제동 에너지로부터 비롯될 수 있다. 따라서, 에너지원의 중복성도 있다. 제2 공급기는 예컨대, 이러한 저 전압 전기 공급기에 전용인 저 전압 배터리를 포함한다. 또한, 이러한 제2 전압원을 위해 중앙 라인에 연결되거나 이와 달리 저장 뱅크에 직접 연결된 제2 전압 변환기를 상용하는 것이 가능하다.
따라서, 자동차 제동 제어 신호 유동 스테이지는 기계적으로 연결되고 양호하게는 독립적인 2개의 센서 주변으로, 운전자가 자유롭게 사용할 수 있는 제동 제어기에 구성되며, 상기 센서는 후술되는 바와 같이 전혀 다른 방식으로 이용된다.
자동차를 고정시켜 유지하기 위하여 주차 브레이크로 공지된 기계적 제동 장치가 설치되는 것도 두드러진다. 그러나, 이러한 장치는 자동차를 제동하기 위해서가 아니라, 양호하게는 매우 급경사에서도 자동차를 정지시켜 유지하도록 설계된다. 따라서, 본 발명에 따른 시스템은 적어도 일 휠에 연관된, 주차 제동 제어기에 의해서만 제어되는 기계적 휠 제동 장치를 포함한다. 주차 제동 장치는 제동 제어기 유닛에 의해 제어되는 전기 작동기에 의해 제어되며, 제동 제어기 유닛은 자동차의 종방향 속도 임계치 이하에서만 작동될 수 있으며, 상기 임계치는 예컨대, 10km/h보다 작다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 다음 도면에 의해 기술되는 양호하고 제한적이지 않은 실시예를 따르는 설명으로부터 명백해질 것이다.
도1은 온-보드(on-board) 전기 에너지 생성부를 구비한 4륜 자동차의 제동 시스템의 개략도이다.
도2는 특정 하드웨어 중복성을 나타내도록 조직된 전력 수준을 도시하는 다어어그램이다.
도3은 다양한 제어 전자기기의 저 전압 전기 공급 수준을 도시한다.
도4는 다양한 요소의 제어 전자기기와 중앙 유닛 사이의 제어 라인의 수준을 도시한다.
도1은 4개의 휠(1FrL, 1FrR, 1ReL 및 1ReR)을 구비한 자동차의 개략도이다. 휠은 좌측 전방 휠을 1FrL, 우측 전방 휠을 1FrR, 좌측 후방 휠을 1ReL, 우측 후방 휠을 1ReR로 표기된다. 각각의 휠은 휠에 기계적으로 결합된 전기 기계를 구비한다. 전기 기계(2FrL, 2FrR, 2ReL 및 2ReR)가 도시된다. 자동차의 휠(1) 또는 전기 기계(2)의 위치를 구체적으로 표시하는 접미사는 설명의 명확성에 기여하는 경우에만 사용된다. 전기 견인 기계(2)는 리졸버(resolver) 타입의 각 위치 센서를 구비한 3상 동기기(three-phase synchronous machine)이며, 전력 라인(21)에 의해 연결된 전자 휠 제어 모듈(23)에 의해 제어된다. 전자 휠 제어 모듈(23)은 토크와 관련하여 전기 기계를 제어하도록 설계된다. 각각의 전자 휠 제어 모듈(23)은 결정된 진폭 및 신호의 제어 토크를 대응되는 휠에 선택적으로 가할 수 있다. 따라서, 전기 기계는 모터 및 발전기로서 사용될 수 있다. 각각의 후방 휠(1ReL 및 1ReR)은 제동 제어기 유닛에 의해 제어되는 전기 작동기(7)로써 제어되는 휠에 대해 기계적 제동 장치(71)가 부가적으로 구비된다.
본 발명의 일 특정 바람직한 실시예에서, 자동차의 어떤 휠도 기계식 브레이크를 포함하지 않는다. 제동 제어 신호의 진폭이 몇이든 간에, 즉, 가장 강한 제동일지라도, 제동은 완전히 기계적으로, 즉, 발전기로서의 전기 기계를 사용함으로써, 보장된다. 각각의 휠은 각 휠에 선택적으로 제동력을 발생가능하도록 하기 위하여 하나 이상의 전용 전기 기계를 포함하며, 이는 복수의 휠, 예컨대, 한 차축 상에 있는 휠들에 공통으로 전기 기계가 작용되는 것이 아니며, 이러한 경우 때문에 휠들 사이에 기계적 전동장치와 차동장치가 있을 수 있다. 전기 기계는 가능한 최대 제동력을 각각의 휠에 부과하도록 적절히 치수화된다.
또한, 시스템은 상승된 전력을 흡수가능한 수단을 포함하며, 예컨대 이는 예컨대, 물 순환에 의해 효과적으로 냉각되는 하나 이상의 전력 소비 저항기의 설치로 이어지며, 공지된 축전기는 비상 제동에 의해 생산된 전력을 흡수할 수 없거나 장기 제동에 의해 생산된 모든 전기 에너지를 흡수할 수 없으며, 설치된 수용능력이 없으면 자동차의 중량이 매우 크게 될 것이다. 따라서, 본 발명은 자동차의 외부와 전력의 교환 없이, 주위와 격리된 독립형(self-contained) 전기 시스템을 형성할 수 있도록 하며, 따라서, 기차나 시내 트램과 같은 전기 네트워크에 연결된 자동차의 경우보다 더 어려운 자동차의 전기 제동 시스템 적용예에 응용될 수 있다.
다수의 구성은 휠에 기계적으로 결합된 전기 기계를 배열할 수 있다. 그러나, 기어링(gearing)을 상당히 낮게, 예컨대 적어도 10과 동등하고 양호하게는 15보다 크게 제공하는 것이 유리하기 때문에 전기 기계는 너무 부피가 커지지 않는다. 휠과 동축방향으로 전기 기계를 설치하는 것이 가능하며, 기계적 링크는 유성 기어열에 의해 필요한 기어링을 낮게 제공하는 것이 보장된다. 양호하게는 기계적 기어링 다운 스테이지(down stage)를 부가함으로써, 유럽 특허 출원 공개 공보 제EP 0878332호에 기술된 타입의 구조를 채택하는 것도 가능하다. 또한, 복수의 전기 기계를 제공하는 것을 선택가능하며, 전기 기계의 토크는 서로 더해진다. 이러한 경우, 전자 휠 모듈은 하나의 동일한 휠에 설치된 복수의 전기 기계와 동시에 제어될 수 있다. 한 휠에 있는 복수의 전기 기계의 설치와 관련하여, 예컨대, 특허 출원 공개 공보 제WO2003/065546호 및 특허 출원 공개 공보 제FR2776966호를 참고할 수 있다.
본 발명은 전기 에너지의 온-보드 생산을 보장하는 자동차에 적용되도록 설명된다. 연료 전지(4)는 중앙 전기 라인(40)을 통해 전류를 공급하도록 도시된다. 또한, 전기 에너지를 공급하는 다른 수단이, 예컨대 배터리와 같이 사용될 수도 있다. 또한, 전자 재생 모듈(50)에 의해 중앙 전기 라인(40)에 연결된 슈퍼커패시터 뱅크(a bank of supercapacitors; 5)의 예에 포함된 전력 저장 장치가 도시된다. 전력 소비 저항기(6)는, 바람직하게는 교환기(미도시)를 향해 열을 방출하는 열 전달 액체에 담궈지게 도시되며, 제동시 모든 전기 기계에 의해 생산되는 전기 에너지를 흡수할 수 있는 에너지 흡수 장치를 구성한다. 전력 소비 저항기(6)는 전력 소비 모듈(60)에 의해 중앙 전기 라인(40)에 연결된다.
중앙 유닛(3)은 자동차의 전기 견인 시스템을 포함하여 다양한 기능을 관리한다. 중앙 유닛(3)은 전기 라인[30A(CAN bus®)]을 통해 전자 재생 모듈(50) 뿐만 아니라 전자 휠 제어 모듈(23)과 상호작용한다. 또한, 중앙 유닛(3)은 전기 라인(30E)을 통해 가속 제어부(33), 전기 라인(30F)을 통해 제동 제어부[32, (서비스 브레이크)], 전기 라인(30C)을 통해 전방 또는 후방 이동을 선택하는 제어부(31)와 상호작용한다. 이는 운전자의 의도를 고려할 수 있다. 또한, 중앙 유닛(3)은 전기 라인(30D)을 통해 종방향 가속 센서(34)와 상호작용한다. 결국, 전자 재생 모듈(50)은 전기 라인(30B)을 통해 전력 소비 모듈(60)과 상호작용한다.
중앙 유닛(3)은 자동차의 종방향 변위에 대한 관리를 보장한다. 상기 중앙 유닛(3)은 모든 전자 휠 제어 모듈(23)을 제어한다. 중앙 유닛(3)은 상기 자동차에 필요한 총 제동력의 소정의 진폭 대표값에 대한 자동차 제동 제어 신호에 의해 작동되는 자동차 제어 작동 모드를 구비한다. 제동 모드에서, 제동 제어 신호의 진폭이 어느 정도이든지, 회전 전기 기계로부터 시발되는 모든 휠(1)의 종방향 힘의 합이 상기 제동 제어 신호의 진폭 함수인 방식으로, 상기 중앙 유닛(3)은 모든 전자 휠 제어 모듈(23)을 제어한다. 즉, 기계식 브레이크가 없이, 본 발명에서 기술되는 전기 제동 시스템이 자동차의 서비스 브레이크이다.
또한, 주차 브레이크 제어부(35)가 도시된다. 기계적 휠 제동 장치의 작동 기(7)는 단연코 제동 제어부(32)에 의해서가 아닌, 이러한 주차 브레이크 제어부(35)에 의해서만 전기 라인(30H)을 통해 제어된다. 바람직하게는, 자동차를 고정 유지하도록 설계된 기계적 제동 장치(71)의 어떤 열화도 방지하고 방출 열의 수용량이 매우 제한되도록 하기 위하여, 상기 주차 브레이크 제어기 유닛은 매우 작은 자동차의 종방향 속도 임계치, 예컨대 10km/h보다 작은 값 이하에서만 작동될 수 있다.
본 발명에 따른 시스템의 작동 설명이 후술된다.
운전자가 제어부(31)를 사용하여 전방 이동을 선택하고 가속기 페달(33)을 작동시킬 때, 중앙 유닛(3)은 중앙 전기 라인(40)으로부터 전기 에너지를 끌어옴으로써 전기 기계(2)에 공급하도록 전자 휠 제어 모듈(23)에 지시한다. 상기 전자 휠 제어 모듈(23)은 연료 전지(4) 및/또는 슈퍼커패시터 뱅크(5)에 의해 공급받고 이러한 전하 상태 및 중앙 유닛(3)의 제어 하에서 좌우된다. 자동차가 전방으로 이동한다. 전기 기계(2)는 전기 에너지를 기계적 견인 에너지로 전환한다. 사용되는 힘은 특히 가속 제어부(33)의 상태에 좌우된다.
운전자가 브레이크 페달(32)을 작동시킬 때, 중앙 유닛(3)은 제동 모드로 된다. 브레이크 페달(32) 상의 운전자의 작용으로부터, 중앙 유닛(3)은 제동 제어 신호 값을 계산한다. 제동 제어 신호의 진폭이 어느 정도이든지, 모든 휠들(1)의 종방향 힘의 합이 상기 제동 제어 신호의 진폭에 비례하는 방식으로, 상기 중앙 유닛(3)은 모든 전자 휠 제어 모듈(23)을 제어한다. 그 결과, 회전 전기 기계(2)는 기계적 회전 에너지를 전기 에너지로 전환한다.
전자 재생 모듈(50)에 프로그램된 전기 에너지에 대한 관리 전략에 의지할 때, 전자 재생 모듈(50)은 슈퍼커패시터 뱅크(5)를 재충전시키기 위해 제동 에너지를 분배하며 및/또는 전력 소비 저항기(6)의 에너지를 방출하도록 전력 소비 모듈(60)을 제어한다. 슈퍼커패시터 뱅크(5)와 같은 저장 수단이 포화될 때, 전체 에너지가 방출되어야 함을 쉽게 알 수 있다. 또한, 저장 수단의 힘이 제한될 수 있으며, 이는 흔히 열기관에서 예상되는 대로("엔진 브레이크"로 공지된) 저장 수단의 하전 속도가 예컨대 약한 제동(light braking)에 대응할 수 있음을 의미한다. 이러한 제동 수준 내에서, 생산된 전력은 방출 수단을 향해 안내된다.
자동차의 작동 안전성을 보장하기 위하여, 전력 소비 저항기(6)는 치수화되고, 가장 격렬한 비상 제동 작동시에 생산된 전체 전기 에너지가 방출되는 방식으로 냉각된다. 실제로, 기계적 제동 시스템에 적용된 유사한 기준 엄격성을 따른 회전 전기 기계(2), 전자 휠 제어 모듈(23), 중앙 전기 라인(40), 전력 소비 모듈(60) 및 전력 소비 저항기(6)를 포함하는 시스템을 설계하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 모든 전력 소비 저항기(6)는 자동차 1톤 당 500kW 보다 큰 힘의 에너지 흡수 장치를 형성한다. 실제로, F가 자동차를 제동시키기 위하여 자동차에 가해진 힘이고, 중량이 M kg이고 속도가 V m/sec 이며, γ가 m/sec2의 가속도라면, 최대 감속도가 1g이고, 130km/h일때 자동차 1톤 당 힘이 약 350kW이고 160km/h일때 자동차 1톤 당 힘이 약 500kW라고 가정시, 결과는 F = M × γ 및 P = F × V = M × (γ × V)이다. 당업자는 에너지 흡수 장치의 힘을, 구성하고자 하는 자동차의 특성 함수로서 조정할 것이다.
따라서, 본 발명에 도시된 예시에서와 같이, 각각 전력 소비 저항기를 구비하는 두 개의 보조 시스템이 있으며, 이러한 각각의 전력 소비 저항기(6A 및 6B)는 250 × M / 1000kW 보다 큰 힘을 가진다.
운전자가 후진 이동을 선택할 때, 중앙 유닛(3)은 제동의 경우를 포함하여 회전 전기 기계(2)의 작동을 역전시키도록 전자 휠 제어 모듈(23)에 지시한다.
휠 잠금 방지(anti-wheel-lock) 기능을 설정하는 것이 어떻게 가능한지에 대한 설명이 후술된다.
전기 견인 기계(2)가 리졸버(resolver) 타입의 각 위치 센서를 구비하고 각각의 휠(1)이 자체 회전 전기 기계(2)를 구비하기 때문에, 회전 속도 센서가 각각의 휠에 대해 제공된다. 따라서, 각 휠의 미끄러짐을 제어하기 위한 장치를 포함하는 본 발명에 따른 시스템을 구비하는 것이 바람직하며, 제동 모드에서(또는 운전자가 "엔진 제동"으로 공지된 것을 유발시키기 위하여 가속기 페달에서 발을 들어올리는 순간에서도), 미끄럼 제어 장치가 휠의 미끄러짐을 문제로 감지할 때 휠의 제어 토크가 감소된다. 예컨대, 각 휠의 회전 속도 센서가 출력하는 신호를 실시간으로 분석하고, 현저한 변화(감속)로부터 잠금 초기를 추론하는 것이 가능하다. 각 휠의 회전 속도 신호의 미분계수를 실시간으로 계산함으로써, 각 휠의 가속/감속의 신호 대표값을 얻고, 적절한 센서가 이용가능시 이를 자동차의 실제 가속/감속을 부여하는 신호와 비교하는 것이 가능하다. 이는 이미 앞에서 전술된 종방향 가속 센서(34)이며, 또는 자동차의 실제 가속/감속의 추정을 가능하게 하는 복수의 신호 처리로부터 기인한다. 따라서, 중앙 유닛(3)은 미끄럼 제어 장치가 휠의 미끄러짐을 문제로 감지할 때 휠 제어 토크를 감소시키도록 (휠에 의해 선택적으로) 전자 휠 제어 모듈(23)에 지시할 수 있다. 이러한 토크의 감소는 휠에서 측정된 속도 및 가속도에 관하여 실시간으로 반응할 수 있는 전자 휠 제어 모듈에 의해 직접적으로 관리될 수 있으며, 중앙 유닛은 예컨대 기록되는 최대 속도 및 가속도 지시를 전달함을 알 수 있다.
결론적으로, 전형적인 제동 부재[유럽 특허 출원 제EP0878332호의 디스크 및 캘리퍼스(calipers) 참조]가 없는 것은, 패드 및 디스크의 교체를 포함하는 주기적인 작업을 제거함으로써 본 발명에 따른 시스템을 구비한 자동차의 구성 뿐만 아니라 그 유지관리를 단순화함을 알 수 있다. 전형적인 유압식 제동 부재를 제거함으로써 얻어지는 장점들 중에서, 패드의 어떤 잔류 마찰(이러한 마찰은 전형적인 제동부를 구비한 자동차의 작동에 필요한 에너지 중 적지 않은 양을 소비하는 것이 공지되어 있다)도 제거될 수 있음이 더욱 두드러진다. 주목되는 다른 장점은 전형적인 유압 제동 부재에 의해 지면 접촉 시스템에 초래한 열응력을 제거하고, 패드 및 디스크 마모로 인해 발생하는 먼지와 연관된 피해를 제거하는 것이다.
전술한 내용은 모든 휠이 기계적 브레이크를 구비하지 않은 모터 자동차용 견인 시스템에 관한 것이다. 자동차의 감속 능력은 발전기로서의 회전 전기 기계를 작동시킴으로써 억제되며, 상기 회전 전기 기계는 자동차의 각각의 휠이 잠금되도록, 즉 이들이 충분한 제동 토크를 제공할 수 있도록 설계된다.
이하의 설명은 자동차의 제동 시스템에 고도의 안전성을 보장할 수 있는 충 분한 하드웨어 중복성을 갖는 시스템을 구성하는 것이 가능한 특정의 비제한적인 예가 설명된다.
도2에서 알 수 있는 바와 같이, 전기 제동 시스템은 각각 과전류 방지 장치(41A 및 41B)를 통해 중앙 전기 라인(40)에 연결된 2개의 보조 시스템(A, B)을 포함하며, 각각의 보조 시스템은 회전을 위해 각각이 적어도 하나의 회전 전기 기계(2)에 연결된 2개의 휠을 포함한다. 우측 전방 휠과 좌측 후방 휠, 또는 보다 구체적으로 회전 전기 기계(2)와 상기 회전 전기 기계와 관련된 전자 휠 제어 모듈(23)이 보조 시스템(A)을 형성한다. 좌측 전방 휠과 우측 후방 휠, 또는 보다 구체적으로 회전 전기 기계(2)와 상기 회전 전기 기계와 관련된 전자 휠 제어 모듈(23)이 보조 시스템(B)을 형성한다. 각각의 보조 시스템은 전력 소비 저항기(6A 또는 6B)를 각각 포함하며, 각각은 전력 소비 모듈(60A 또는 60B)에 의해 각각 제공된다.
견인 시스템의 다양한 구성 요소가 하드웨어 중복성의 기준에 대해 검사되면, 휠에 통합된 회전 전기 기계(2)는, 각각의 휠이 자체적으로 기계 기계를 가지기 때문에 자연스럽게 중복성을 나타내는 시스템을 형성한다. 유사하게, 이들 기계의 제어 전자기기, 즉 전자 휠 제어 모듈(23)은 이들 각각의 전기 기계(2)가 자체적으로 제어 전자기기를 가지기 때문에 하드웨어 중복성을 나타내는 시스템을 형성한다.
재생 제동 동안, 각각의 회전 전기 기계(2)는 전자 휠 제어 모듈(23)을 거쳐 전기 전력 라인(40)에 전기 에너지를 공급한다. 이런 에너지는 슈퍼커패시터 뱅크(5)와 같은 어큐뮬레이터에 저장되거나, 또는 전기 전력 저항기(6A, 6B)에 의해 발산될 수 있다. 비상 제동 동안, 어큐뮬레이터의 저장 능력에 의존하는 것이 사실상 불가능한데, 그 이유는 어큐뮬레이터가 이미 최대 충전 상태일 수 있고, 이에 따라 전기 에너지를 흡수하는 것이 불가능하기 때문이다. 결과적으로, 전기 저항기(6)는 작동 안전성을 위한 중요한 부재이다. 유사하게, 전기 전력 라인(40)은 전 전기 차량(fully electrical vehicle)의 제동 시스템의 작동 안정성을 위한 중요한 구성 요소이다. 다양한 결함 시나리오가 이하 설명될 것이다.
도2는 본 실시예에서 전기 에너지의 주 공급원인 연료 전지(4)를 도시한다. 또한, 도2는 본 실시예에서 전기 에너지를 저장하는 어큐뮬레이터 배터리인 슈퍼커패시터 뱅크(5)와 이의 전자 재생 모듈(50)을 도시한다. 마지막으로, 다양한 전자 모듈들 중 저 전압 전기 공급은 한편으로는 전기 전력 라인(40)에 가용한 전압을 다양한 제어 전자기기에 공급하여 사용될 수 있도록 저 전압(예컨대, 12볼트)으로 변압하는 전압 변환기(41)에 의해 보장되고, 다른 한편으로는 자동차에 통상적으로 사용되는 DC 12 볼트 배터리와 같은 배터리(42)에 의해 보장된다.
제동 안정성을 보장하기 위해, 제동 시스템은 2개의 보조 시스템, 즉 우측 전방 휠과 좌측 후방 휠을 함께 통합한 시스템(A)과, 좌측 전방 휠과 우측 후방 휠을 함께 통합한 시스템(B)으로 구성됨을 알고 있다. 보조 시스템(A)은 과전류 방지 장치(41A)를 거쳐 전력 라인(40)에 연결된다. 보조 시스템(B)은 과전류 방지 장치(41B)를 거쳐 전력 라인(40)에 연결된다. 따라서, 각각의 보조 시스템은 자체적으로 전력 소비 저항기(6A, 6B)와 제어 전자기기(60A, 60B)를 포함하며, 중앙 전기 라인으로부터 상기 보조 시스템을 전기적으로 격리시킬 수 있는 과전류 방지 장치(41A, 41B)를 거쳐 전력 라인(40)에 연결된다. 장치(41A)의 하류에 있는 전력 라인(40)의 대향 단부에서 전기 전력 라인의 섹션(40A)은, 좌측 후방 휠과 관련된 전자 휠 제어 모듈(23)과, 우측 전방 휠과 관련된 전자 휠 제어 모듈(23)과, 전력 소비 저항기(6A)와 관련된 전력 소비 모듈(60A)에 연결된다. 보조 시스템(B)에서도 동일한 연결이 이루어진다.
과전류 방지 장치(41A, 41B)의 연결 지점들 사이에 차단을 야기하는 전력 라인(40)의 손상이 있는 경우, 2개의 보조 시스템(A, B)은 상호 독립된 상태로 유지되어 각각이 자동차의 전기 제동을 보장할 수 있다. 각각의 이들 보조 시스템은 자체적으로 전력 소비 저항기를 갖는다. 따라서, 전력 스테이지 하드웨어 중복성(power stage hardware redundancy)이 제공된다.
전력 스테이지는 전력 라인(40)으로 인한 결함 외에도 다른 결함을 경험할 수 있다. 예를 들면, 전력 소비 모듈(60A)에서 종료되는 전력 라인(40A)의 섹션이 차단될 수 있다. 이런 경우, 전력 소비 저항기(6A)는 회로와 단락된다. 보조 시스템(A)에 의해 생성된 전기 전력은 전기 제어 동안 과전류 방지 장치(41A)를 거쳐 전기 전력 라인(40A)의 차단되지 않은 섹션을 통과하여 전력 라인(40)으로 복귀될 수 있고, 전력 라인(40B)을 거쳐 전력 소비 저항기(6B) 쪽으로 연결될 수 있다. 따라서, 이런 경우 전력 소비 저항기(6B)는 보조 시스템(A) 및 보조 시스템(B)에 공통 요소가 된다. 전력 소비 저항기(6A)의 결함 또는 전력 소비 모듈(60A)의 결함이 고려되어도, 그 결과는 동일하며, 이런 방출 회로는 작동되지 않는다.
이런 경우, 전기 방출 전력이 둘로 분할되더라도, 전기 제동 시스템의 감속 능력은 비상 제동을 보장하기에 충분할 정도의 능력을 유지한다. 사실상, 각각의 전력 소비 저항기(6)는 유압 냉각 회로에 침지된다. 비상 제동의 경우, 전기 제동에 의해 생성된 에너지는 냉각 유체를 비등점까지 상승시키기에 충분하다. 마찬가지로, 증발 단계로 변환되면, 증발된 유체는 액체 상태의 냉각 유체로 바로 교체되며, 상기 냉각 유체는 저항기를 다시 세척함으로써, 시스템은 방열에 대해 일정한 능력을 가지도록 지속된다. 또한, 냉각 시스템은 온도 지체를 나타낸다. 출원인에 의해 수행된 실험은 이런 시나리오에서도 전기 제동 시스템이 현존하는 모터 자동차에 사용되는 제동 시스템과 같은 유압 교차식 제동 시스템보다 현저하게 강하며 효과적임을 보여주고 있다.
전기 전력 라인(40A)이 우측 전방 휠과 관련된 전자 휠 제어 모듈(23)과 좌측 후방 휠과 관련된 전자 휠 제어 모듈(23) 사이에서 차단되면, 이런 경우 전력 소비 저항기(6A)는 회전 전기 기계(2)가 발전기로서 기능할 때 우측 전방 휠과 관련된 회전 전기 기계(2)에 이용 가능하게 유지되는 반면, 전력 소비 저항기(6B)는 보조 시스템(B)과, 좌측 후방 휠과 관련된 회전 전기 기계(2), 즉 보조 시스템(A)의 회전 전기 기계(2) 중 하나에 이용 가능하게 유지된다. 전력 소비 저항기들 중 하나인 전력 소비 저항기(6B)는 다른 전력 소비 저항기(6A)보다 큰 전기 전력을 수용할 것이다. 작동이 최적화되지 않지만, 이 구조는 전술한 구조보다 자동차의 감속 능력에 불리하지 않다.
어떤 이유에서든 결함이 과전류 방지 장치(41A)의 개방을 야기하여 보조 시스템(A)을 격리하더라도, 자동차의 제동 능력은 최대 상태로 유지된다. 왜냐하면 각각의 전력 소비 저항기는 본 명세서에서 슈퍼커패시터 뱅크(5)로 구성되는 전기 에너지 어큐뮬레이터가 최대 충전 상태이더라도 자동차의 전 감속을 보장하도록 설계되기 때문이다. 이런 경우, 이런 상태는 최대 감속 능력에 대해 전기 제동 시스템의 고장 중 하나가 아니다. 확실히, 재생 에너지의 가능성이 손실되기 때문에 이런 상태가 전반적인 관리에 있어 최적 상태는 아니지만 이것이 안전성에 불리한 것은 아니다. 전기 전력 라인(40A)에서의 단락과 같은 보다 심각한 결함을 고려한다. 이런 유형의 결함으로 인해 과전류 방지 장치(41A)가 개방되어 보조 시스템(A)을 격리시킴으로써 상기 보조 시스템(A)이 자동차 제동에 관여할 수 없다고 가정될 수 있지만, 결함이 보조 시스템(B)의 작동에 영향을 미치지 않음으로써 전체적인 작동성은 유지된다. 심각한 결함이 있을지라도, 총 제동 능력의 50%는 유지된다. 이는 전 감속에 대한 제동에 충분하지는 않지만, 양호한 상태의 안전성을 유지하면서 자동차가 감속되어 정지될 있도록 하는 능력은 유지된다.
보조 시스템(A)에 대해 설명된 결함들 중 임의의 결함이 보조 시스템(B)에 발생하면, 균형을 이루기 위해, 전기 제동 안전성 조건이 동일하게 확실히 유지된다. 결과적으로, 2개의 독립된 보조 시스템(A, B)에 전력 스테이지를 조직화함으로써 각각의 보조 시스템은 이의 자체적인 과전류 방지 장치(41A, 41B)에 의해 자동차의 중앙 전기 전력 라인(40)에 연결되고, 자체적인 전력 소비 저항기를 각각의 보조 시스템이 구비함으로써 이중 하드웨어 중복성이 제공되어, 자동차의 전기 제동을 위한 우수한 안전성 조건이 보장될 수 있다.
전력 소비 저항기(6A, 6B)의 방출 전력은 냉각 시스템의 양호한 작동에 따른다. 사실상, 이들은 열전달 유체에 침지된다. 도3은 냉각 회로를 개략적으로 도시한다. 냉각 회로가 2개의 펌프(8A, 8B)와, 2개의 라디에이터(80A, 80B)를 포함하는 것을 알 수 있다. 2개의 펌프(8A, 8B)는 일렬로 장착되고 각각은 자체적인 전기 모터(81A, 81B)에 의해 각각 제어된다. 이들 각각의 모터는 자체적인 제어 전자기기(82A, 82B)에 의해 제어된다. 라디에이터(80A, 80B)는 평행하게 장착되고 밸브(83)를 구비하며, 상기 밸브는 라디에이터 중 하나가 누수될 시에 각각의 라디에이터를 선택적으로 격리시킬 수 있다. 한편, 펌프 및 펌프 작동 모터 조립체는, 펌프 중 하나가 작동되지 않는 경우 다른 펌프가 열전달 유체의 충분한 유량을 보장할 수 있도록, 설령 다른 펌프가 더 이상 기능하지 않는다고 해도 충분한 유량을 보장할 수 있도록 설계된다.
도3을 참조하여, 다양한 제어 전자기기와 다양한 보조 장치의 저 전압 전기 공급원에 대해 이하 설명될 것이다. 도3은 2개의 전력 소비 저항기(6A, 6B)의 전력 소비 모듈(60A, 60B)과, 4개의 전기기기(2) 중 하나와 각각 관련된 전자 휠 제어 모듈(23)과, 슈퍼커패시터 뱅크(5)와 관련된 전자 재생 모듈(50)을 도시한다. 또한, 중앙 유닛(3)과, 냉각 회로의 펌프들 중 하나의 제어 전자기기(82A)와, 냉각 회로의 펌프들 중 다른 하나의 제어 전자기기(82B)를 도시한다. 브레이크 페달은 그 구성의 결과로서 충분히 안전한 것으로 간주됨에 따라, 중복하여 설명되지 않는다. 2개의 위치 센서(C1, C2) 각각은 브레이크 페달과 관련되어 있고, 각각은 자동차 운전자에 의해 필요한 명령을 나타내는 신호를 제공한다.
저 전압 전기 에너지 공급의 중복성은 다음과 같이 설계된다. 한편으로는, 전기 전력 라인(40)에 연결되어 12 볼트 직류 전압을 공급하는 전압 변환기(41)가 제공되고, 다른 한편으로는 12 볼트 직류 전압을 공급하는 배터리(42)도 제공되기 때문에, 일정 요소들이 전압 변환기(41)에 연결될 것이며, 다른 요소들이 다음과 같은 12 볼트 배터리에 연결될 것이다. 라인(43)은 전압 변환기(41)와 배터리(42) 사이의 상호 연결을 보장한다. 라인(43)은 제1 섹션(43A)과 제2 섹션(43B)을 포함하며, 상기 제1 섹션과 제2 섹션은 장치(430)를 거쳐 연결되고, 상기 장치(430)는 상기 섹션들 중 하나가 미달전압이거나 과전류를 경험하는 경우 두 섹션들을 전기적으로 분리한다. 따라서, 본 발명의 비제한적인 실시예에서, 두 섹션(43A, 43B)에는 동일한 전압이 공급됨을 알 수 있다. 일정 요소들 각각은 과전류 방지 장치(434A)를 거쳐 제1 섹션(43A)에 연결된다. 일정 요소들 각각은 과전류 방지 장치(434B)를 거쳐 섹션(43B)에 연결된다.
예를 들어, 냉각 회로의 펌프의 양호한 작동을 보장하기 위해, 모터들 중 하나(81A)는 이의 제어 전자기기(82A)를 거쳐 제1 섹션(43A)에 연결된다. 모터들 중 다른 하나(81B)는 이의 제어 전자기기(82B)를 거쳐 제2 섹션(43B)에 연결된다. 보조 시스템(A)의 제어 전자기기, 즉 우측 전방 휠의 회전 전기 기계(2)와 관련된 전자 휠 제어 모듈(23)과, 좌측 후방 휠의 회전 전기 기계(2)와 관련된 전자 휠 제어 모듈(23)과, 전력 소비 저항기(6A)의 전력 소비 모듈(60A)은 제2 섹션(43B)에 연결되는 반면에, 보조 시스템(B)의 동일한 상기 전자 기기들은 제1 섹션(43A)에 연결된다.
차량 변위의 관리 유지를 보장하는 중앙 유닛(3)은, 상기 중앙 유닛이 모든 전자 휠 제어 모듈(23)을 제어하기 때문에 이중 전기 연결이 바람직하다. 상기 중 앙 유닛은 제1 섹션과 제2 섹션을 격리시키는 한 쌍의 다이오드를 거쳐 상기 제1 섹션(43A)과 제2 섹션(43B)에 모두 연결된다. 중앙 유닛(3)은 다이오드(435)를 거쳐 매번 연결되어, 2개의 저 전압 공급원 중 하나가 파손되는 경우에도 중앙 유닛(3)의 전기 공급의 연속성을 보장한다. 또한, 적절한 회로(436)는 2개의 전기 공급원 중 하나가 파손되는 경우 결함 신호를 전송하도록 각각의 공급 라인에 전기 전압의 존재 여부를 감시한다. 슈퍼커패시터 뱅크(5)와 관련된 전자 재생 모듈(50)은 제1 섹션(43A)에만 연결된다. 또한, 이런 형태의 이중 연결은 모든 전자기기에 대해 사용될 수 있고, 특히 전자 휠 제어 모듈(23)에 이용될 수 있음을 알 것이다.
예를 들어, 2개의 섹션(43A) 또는 섹션(43B) 중 하나가 단락되거나, 공급원(41 또는 42)들 중 하나가 내부에 직접 접속됨에 따라 야기되는 미달전압 또는 과전류가 발생하는 경우, 전기 분리 장치(430)는 결함 제거 섹션(fault-free section)의 기능성을 보존하기 위해 두 섹션(43A)과 섹션(43B) 사이의 연결을 차단한다. 따라서, 어떤 이유에서든 전압 변환기(41)의 중대한 결함으로 인해 전기 분리 장치(430)가 전압 변환기(41)와 배터리(42) 사이의 상호 연결을 차단하더라도, 배터리는 유압 냉각 회로의 2개의 펌프 중 하나의 펌프뿐만 아니라 중앙 유닛과, 보조 시스템(A)과 관련된 제어 전자기기에 저 전압 공급을 지속할 수 있음을 알 수 있다. 이와 반대로, 배터리(42)에 중대한 결함이 있는 경우, 전기 분리 장치(430)는 상호 연결을 차단할 수 있고, 전압 변환기(41)는 보조 시스템(B)과, 중앙 유닛과, 유압 냉각 회로의 펌프 중 하나의 펌프에 공급을 지속할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 설명된 구조는 2개의 보조 시스템(A, B) 중 하나의 작동 유지를 가능하게 하기 때문에, 차량의 제동력의 절반은 사용 가능하다. 물론, 모든 전자기기에 대한 저 전압 전자 공급의 이중 연결은 이런 결함 시나리오의 경우에도 완전한 제동력의 사용이 가능함을 의미한다.
제동 제어 시스템에서 제1 링크인 제동 센서(C1, C2)의 제공에 대해 이하 설명된다. 본 발명에 따른 시스템이 전자 휠 제어 모듈(23) 모두를 제어하는 중앙 유닛(3)을 포함하는 것을 알 것이다. 한편으로는, 본 발명에 따른 시스템은 운전자에게 이용 가능한 제동 제어기(32)를 포함하며, 상기 제어기는 차량에 필요한 총 제동력을 나타내는 소정의 크기(amplitude)를 갖는 차량 제동 제어 신호를 출력하는 제1 센서(C1)와, 차량에 필요한 총 제동력을 나타내는 소정의 진폭을 갖는 차량 제어 신호를 출력하는 제2 센서(C2)에 적어도 기계적으로 연결된다.
본 발명에 따른 시스템의 구조는 센서(C1, C2)에 상이한 기능을 할당한다. 센서(C1)에는 중앙 유닛(3)에 의해 저 전압 전기 에너지가 공급된다. 상기 센서는 중앙 유닛(3)에 제어 신호를 출력하고, 상기 중앙 유닛(3)은 센서(C1)에서만 제동 제어 신호를 수신하여 전체 차량 제동 제어 신호의 제1 레벨을 생성한다. 중앙 유닛(3)은 센서(C1)에 공급되는 라인의 전압 여부와, 라인(30F)의 제어 신호의 보존성(integrity)을 감시하기 위한 적절한 회로를 포함하며, 따라서 센서(C1)의 조건 회로에 대한 결함과 관련한 결함 정보를 관리한다. 제2 센서(C2)는 각각의 전기 기계와 관련된 전자 휠 제어 모듈(23)에 의해 제공된다. 상기 제2 센서(C2)는 각각의 전자 휠 제어 모듈(23)에 센서의 제어 신호를 출력한다. 물론, 다이오 드(230)가 각각의 제어 전자기기(23)와 센서(C2) 사이의 공급 라인에 삽입된다. 또한, 각각의 휠 제어 모듈(23)의 적절한 회로(231)는 4개의 공급 라인 각각의 전기 전압의 존재 여부를 감시하여, 4개의 전기 공급원 중 하나가 파손되는 경우 결함 신호를 전송한다. 이하에서는 센서(C2)가 휠 제어 전자기기(23)와 직접 관련된 경우와, 휠 제어 전자기기(23)에만 관련된 경우에 대해 설명될 것이다.
저 전압 전기 공급 스테이지는 제1 공급원과 적어도 하나의 제2 공급원을 포함하며, 상기 제1 공급원과 제2 공급원은 제1 섹션(43A)과 제2 섹션(43B)을 포함하는 전기 라인(43)에 의해 상호 연결되고, 상기 제1 섹션과 제2 섹션은 장치(430)에 의해 연결되며, 상기 장치는 상기 섹션 중 하나가 미달전압 또는 과전류를 경험하는 경우 2개의 섹션을 전기적으로 분리됨을 알 수 있다. 상기 제1 센서(C1)는 중앙 유닛(3)과 같은 동일한 섹션에 의해 제공되고, 상기 제2 센서(C2)는 상기 공급원들을 격리하는 한 쌍의 다이오드를 거쳐, 보조 시스템 중 하나인 보조 시스템(B)의 휠 제어 전자기기(23)와, 보조 시스템 중 다른 하나인 서브시스템(A)의 휠 제어 전자기기(23) 모두에 의해 제공된다.
도4에서, 중앙 유닛(3)은 컴퓨터화된 형태의 제어 지시의 전달을 허용하는 CAN 버스®[도면부호 30A로 지시된 콘트롤 영역 네트워크(Control Area Network)]에 의해 각각의 전자 휠 제어 모듈(23)과 전자 재생 모듈(50)에 상호 연결됨을 알 수 있다. 중앙 유닛(3)은 원하는 모든 매개변수를 고려할 수 있기에 적절한 소프트웨어가 로딩되어 있기 때문에, CAN 버스(30A)를 통해 이동하는 소정의 프로토콜에 따라 전기 기계를 제어하는 다양한 전자기기로 전송되는 제동 제어 신호를 발생시킨다. 중앙 유닛(3)은 대략 10 내지 20ms의 주기로 상기 신호를 일정하게 버스(30A)에 전송하며, 각각의 전자 휠 제어 모듈(23)은 이런 주기를 감시한다. CAN 버스와, 중앙 유닛(3)과, 내장된 소프트웨어의 오작동, 또는 다른 이유로 인해 오작동되면, 이 주기는 변경되고, CAN 통신 결함 데이터 아이템이 발생된다. 또한, 각각의 전자 휠 제어 모듈(23)은 센서(C2)에 의해 출력된 아날로그 신호를 직접 수신하는데, 본 실시예에서는 아날로그 라인(300)을 거쳐 수신한다. 또한, 각각의 휠 제어 모듈(23)은 라인(300)의 제어 신호의 보존성을 감시하기 위한 적절한 회로를 포함하며, 따라서 센서(C2)의 조건 회로가 결함이 있는 경우 결함 정보를 관리한다.
마지막으로, 제어 라인(30B)은 전자 재생 모듈(50)을 전력 소비 모듈(60A, 60B)에 연결한다. 상기 제어 라인(30B) 또는 전자 재생 모듈(50)에 결함이 있는 경우, 전력 소비 모듈(60A, 60B)은 라인(30B)의 명령을 수신하지 않고 전력 라인(40)으로 자동으로 복귀하는 제동력의 방출 가능성을 보유한다. 따라서, 보조 시스템(A, B)은 제동을 위한 완전한 작동성을 보유하지만 에너지를 저장할 가능성은 없다. 왜냐하면, 전자 재생 모듈(50)이 작동되고 있지 않기 때문이다.
전기 기계(2)에 의한 제동 토크의 생성으로 복귀하기 위해, 전기 기계(2)의 제어는 각각의 전기 기계(2)에 특정한 전자 휠 제어 모듈(23)에 의해 직접 보장된다. 상기 모듈에는 수신된 제어 신호에 따른 토크에 대하여 각각의 전기 기계를 제어하기 위한 적절한 소프트웨어가 로딩되어 있다. 각각의 전자 휠 제어 모듈(23)은 한편으로는 버스(30A)의 제동 제어 신호를 수신하고 다른 한편으로는 센서(C2)로부터 신호를 제공하는 아날로그 라인(300)의 제동 제어 신호를 수신한다. 따라서, 각각의 전자 휠 제어 모듈(23)은 버스(30A)로부터 전송된 제동 제어 신호에 우선하는 경험적으로 결정된 제동 제어 신호에 따라, 버스(30A)에 제공된 제어 신호와 아날로그 라인(300)에 의해 제공된 제어 신호를 일정한 오차 범위 내에서, 예를 들면 대략 10% 내지 20%의 오차 범위 내에서 언제라도 비교할 수 있다.
다른 한편으로는, 중앙 유닛(3)에 오작동이 발생하거나 중앙 유닛(3)에 설정된 소프트웨어가 오작동하면, 버스(30A)에 의해 전송된 제동 제어 신호는 센서(C2)로부터 아날로그 방식으로 직접 전송된 제동 제어 신호보다 현저하게 낮기 때문에 센서(C2)로부터 전송된 제동 제어 신호에 우선권을 제공하여, 차량을 제동할 시에 작동 안전성을 보장한다. 제안된 구성은 각각의 센서(C1, C2)에 의해 제공된 신호를 다르게 이용함을 알 수 있다. 센서(C1)는 중앙 유닛(3)과 관련되어 있기 때문에 제1 레벨의 전체 제동 신호를 산출하는 것이 가능하다. 반면, 센서(C2)에 의해 제공된 제어 신호는 적절한 라인에 의해 전자 휠 제어 모듈(23)에 아날로그 방식으로 직접 제공된다. 전체적 일관성은 다양한 신호들을 비교함으로써 보장된다. 최대 감속 요구에 상응하는 신호는 선택된 오차 범위 내에서 우선권을 취한다. 이런 방식으로, 버스(30A), 또는 버스의 섹션, 또는 아날로그 라인(300, 30F) 중 임의의 라인이 파손되더라도, 제어 안전성이 보장된다. 이는 정상 작동 모드이다.
전술한 내용 이외에, 운전자의 위치에 있는 수단, 예를 들면 비상 버튼에 의한 비상 명령에 의해 미리 결정된 제동 신호의 생성 가능성을 설정하는 것이 가능하다. 이런 유형의 제동 명령은 중앙 유닛(3)에 의해, 보다 구체적으로는 중앙 유닛(3)에 설정된 소프트웨어에 의해 고려되며, CAN 버스(30A)에 의해 각각의 전기 기계의 제어 전자기기(23)의 루트가 정해진다. 이는 브레이크 페달이 파열되더라도 제동시에 작동 안전성을 보장한다. 유사하게, 이는 2개의 센서가 파손되거나 2개의 제동 센서(C1, C2)의 고정 수단이 파손되더라도 제동시에 작동 안전성을 보장한다. 2개의 센서(C1, C2) 또는 2개의 센서 중 하나의 기계적 연결에만 결함이 있는 경우라도, 제동시 작동 안전성은 전술된 바와 같이 보장된다. 그러나, 이런 경우 예를 들어 과정(journey)이 종료되는 것이 가능하며, 과정이 다시 재시작되는 것을 방지하도록 차량이 정지된다.
마지막으로, 전술된 하드웨어 중복성은 소프트웨어 중복성, 유리하게는 중앙 유닛(3)에 로딩된 소프트웨어와 전자 휠 제어 모듈(23)에 로딩된 소프트웨어와 함께 조합되어 사용되는 것이 바람직하다. 이런 방식에 따라, 높은 안전성이 전체 전기 차량 제동 시스템에 달성된다.

Claims (10)

  1. 적어도 2개의 휠을 포함하는 자동차용 전기 제동 시스템으로서, 각각의 휠은 회전을 위해 각각의 회전 전기 기계에 연결되어 있으며,
    상기 전기 제동 시스템은,
    자동차의 중앙 전기 라인에 연결된 제1 보조 시스템 및 제2 보조 시스템을 포함하고,
    상기 제1 보조 시스템은 상기 적어도 2개의 휠 중 제1 부분 집합에서의 제동을 제어하고, 상기 제2 보조 시스템은 상기 적어도 2개의 휠 중 제2 부분 집합에서의 제동을 제어하고, 상기 제2 부분 집합은 상기 제1 부분 집합과 상이하며,
    상기 제1 보조 시스템은,
    상기 제1 부분 집합의 휠의 회전 전기 기계를 제어하는 제1 전자 휠 제어 모듈로서, 결정된 크기 및 신호의 제1 제어 토크를 상기 제1 부분 집합의 휠에 선택적으로 가하여, 상기 제1 부분 집합의 휠이 상기 제1 제어 토크에 따라 구동력 또는 제동력을 자동차에 가할 수 있게 하는, 상기 제1 전자 휠 제어 모듈과,
    제1 전력 소비 모듈에 의해 제어되는 제1 전력 소비 장치로서, 상기 제1 전자 휠 제어 모듈에 연결되어 있는, 상기 제1 전력 소비 장치를 포함하고,
    상기 제2 보조 시스템은,
    상기 제2 부분 집합의 휠의 회전 전기 기계를 제어하는 제2 전자 휠 제어 모듈로서, 결정된 크기 및 신호의 제2 제어 토크를 상기 제2 부분 집합의 휠에 선택적으로 가하여, 상기 제2 부분 집합의 휠이 상기 제2 제어 토크에 따라 구동력 또는 제동력을 자동차에 가할 수 있게 하는, 상기 제2 전자 휠 제어 모듈과,
    제2 전력 소비 모듈에 의해 제어되는 제2 전력 소비 장치로서, 상기 제2 전자 휠 제어 모듈에 연결되어 있는, 상기 제2 전력 소비 장치를 포함하고,
    상기 중앙 전기 라인은,
    상기 제1 전력 소비 장치가 작동 불가능하게 된 경우, 상기 제1 보조 시스템에 의해 제공된 전력이 상기 제2 전력 소비 장치로 향하도록 경로가 되고,
    상기 제2 전력 소비 장치가 작동 불가능하게 된 경우, 상기 제2 보조 시스템에 의해 제공된 전력이 상기 제1 전력 소비 장치로 향하도록 경로가 되는,
    자동차용 전기 제동 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자동차는 4개의 휠을 포함하고, 상기 제1 부분 집합 및 제2 부분 집합 각각은 상기 4개의 휠 중 2개를 포함하는 자동차용 전기 제동 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 부분 집합의 2개의 휠은, 자동차의 대향 모서리에 대각선으로 배치되고, 상기 제2 부분 집합의 2개의 휠과는 상이한 자동차용 전기 제동 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 전력 소비 장치 및 제2 전력 소비 장치 각각은 전력 소비 저항기를 포함하는 자동차용 전기 제동 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 자동차는 중량이 M kg이고, 상기 제1 전력 소비 장치 및 제2 전력 소비 장치 각각은 보조 시스템 당 250 × M / 1000kW 보다 큰 전력인 자동차용 전기 제동 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 전기 에너지 공급원이 상기 중앙 전기 라인에 연결되는 자동차용 전기 제동 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 전기 에너지 저장 장치가 전자 재생 모듈에 의해 상기 중앙 전기 라인에 연결되는 자동차용 전기 제동 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 자동차의 외부로부터 전력을 받거나 자동차의 외부로 전력을 공급하지 않는, 독립형 전기 시스템을 형성하는 자동차용 전기 제동 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 자동차의 종방향 변위를 관리하기 위한 중앙 유닛을 더 포함하며, 상기 중앙 유닛은 상기 제1 전자 휠 제어 모듈 및 제2 전자 휠 제어 모듈 모두를 제어하고, 상기 중앙 유닛은 자동차에 필요한 총 제동력을 나타내는 소정 크기의 자동차 제동 제어 신호에 의해 작동하는 자동차 제동 작동 모드를 가지며, 제동 작동 모드에서는 제동 제어 신호의 어떤 크기에서도, 상기 중앙 유닛은, 회전 전기 기계로부터 시발되는 상기 적어도 2개의 휠 모두의 종방향 힘의 합이 상기 제동 제어 신호의 크기의 함수인 방식으로 상기 제1 전자 휠 제어 모듈 및 제2 전자 휠 제어 모듈 모두를 제어하는 자동차용 전기 제동 시스템.
  10. 삭제
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