KR20210003905A - 중복 제동 장치를 가진 차량을 위한 중복 모션 제어 - Google Patents

중복 제동 장치를 가진 차량을 위한 중복 모션 제어 Download PDF

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Abstract

제동 기능을 포함하는 차량 모션 시스템을 위한 제어 장치로서, 제동 기능과 관련된 하나 이상의 브레이크 액추에이터가 있는 모션 액추에이터, 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1) 및 제동 기능을 제어하기 위한 중복 어셈블리를 형성하는 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)를 포함하고, 주행 상태에서, 제1 차량 모션 관리 컨트롤러는 현재 공칭 예상 제동 성능으로 브레이크 액추에이터를 제어하고, 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)가 작동 대기 모드에 있는 동안, 제어 장치는 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)가 제1 차량 모션 관리 컨트롤러로부터 브레이크 액추에이터의 제어를 인수하도록 구성되는 핫 스왑 기능을 포함하고, 현재 공칭 예상 제동 성능으로 단시간(SWT)에서 1초 미만, 바람직하게는 0.5초 미만, 바람직하게는 0.3초 미만 및 관련 제어 방법인 제동 기능을 포함하는 차량 모션 시스템을 위한 제어 장치.

Description

중복 제동 장치를 가진 차량을 위한 중복 모션 제어
본 발명은 특히 하나의 제어 장치를 사용할 수 없게 될 수 있는 상황에 대처하기 위해 중복성이 요구되는 경우, 자동화 차량 및/또는 기본 또는 정교한 자율 주행 기능을 갖는 차량의 관점에서 차량 모션 제어에 관한 것이다. 특히, 트럭이나 중형 또는 중형 차량과 같은 자동화 차량에는 일부 중복성을 나타내는 전자 제어식 제동 시스템이 필요하다.
자동차 분야에서, 신뢰할 수 있는 궤도 제어는 도로에서 원활하고 안전한 교통을 보장하는 데 필요한 탁월한 안전 기능 중 하나이다. 특히, 조향 및 제동 기능, 구동계 토크 제어는 말할 것도 없이 가장 중요하다.
자동화 차량은 운전자(들)에 의해 이전에 수행된 동작을 대체할 수 있는 하나 이상의 차량 모션 관리 컨트롤러(들)를 포함한다. 중복성 기준은 일반적으로 높은 수준의 자율 주행 기능에 필요한 안전 및 무결성 수준(SILs, Safety and Integrity levels)을 준수하기 위해 차량 모션 관리 컨트롤러를 복제하라는 메시지를 표시한다.
자동화 차량은 신뢰할 수 있고 강력한 제동 기능을 필요로 한다. 제동 기능은 특히 트럭의 경우 보다 일반적으로 대형 차량의 경우 압력을 받는 공기를 작동 유체로 사용하는 전기 공압 시스템에 의존한다.
하나의 회로에 장애가 발생하는 경우에 제동 능력을 유지하기 위해 여분의 배열로서 2개의 독립적인 공압 회로를 제공하는 것이 오랫동안 의무화되어 왔다. 나중에 기본 공압 시스템에 전기 제어를 사용하는 솔루션이 도입되어 액슬의 압력 변화 속도를 높이기 때문에 브레이크 액추에이터의 효과적인 제어가 운전자 제어를 보다 실시간으로 반영할 수 있다.
보다 최근에, 브레이크-바이-와이어(brake-by-wire) 솔루션을 향한 추세는 트럭 설계자들이 EP2794368에 설명된 바와 같이 풋 페달 유닛에서 모든 공압 구성 요소를 제거함으로써 풋 페달 브레이크 유닛을 단순화하도록 이끌었다. 그러나 특히 전기 제어 및 공압 제어 영역에서 신뢰성과 고장에 대한 내성은 여전히 보장되어야 한다.
공압 시스템 이외에도, 본 개시의 범위 내에서 전기 기계식 브레이크 및 유압 브레이크가 고려된다.
이제, 자율 주행 차량 및 차량 자동화의 전망과 함께, 본 발명자들은 중복 전기-공압 제동 시스템 및 보다 일반적으로 차량 모션의 중복 제어를 제공하기 위한 새로운 솔루션을 찾기 위해 노력해 왔다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제동 기능을 포함하는 차량 모션 시스템을 위한 제어 장치가 개시되며, 다음을 포함한다:
제동 기능과 관련된 하나 이상의 브레이크 액추에이터(BA)가 있는 모션 액추에이터,
제동 기능을 제어하기 위한 중복 어셈블리를 형성하는 적어도 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1) 및 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)를 포함하고, 주행 상태에서, 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)가 제동 성능에 큰 영향을 주지 않고 작동 대기 모드에 있는 동안, 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)는 현재 공칭 예상 제동 성능으로 브레이크 액추에이터를 제어하고,
상기 제어 장치는 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)가, 현재 예상 공칭 예상 제동 성능으로, 1 초 미만, 바람직하게는 0.5 초 미만, 더욱 바람직하게는 0.3 초 미만의 기간(SWT) 내에, 제1 차량 모션 관리 컨트롤러로부터 브레이크 액추에이터의 제어를 인수하도록 구성되는 핫 스왑 기능을 포함한다.
이러한 배치 덕분에, VMM1에서 VMM2로 전환하여 100% 전체 엔벨로프(envelope) 성능에 도달하는 시간이 매우 짧기 때문에, 핫 테이크 오버가 제안되며, 이를 통해 충돌 방지 기능(도로에서 물체 또는 장애물이 감지됨) 또는 극심한 주행 및 핸들링 조건의 경우 모든 제동 조건 및 비상 상황에서의 제동을 포함하여 차량 움직임을 원활하게 제어할 수 있다.
유리하게는, 작동 대기 모드는 브레이크 액추에이터의 온라인 제어에 의해 사용되는 설정값 레벨보다 다소 낮은 설정값 레벨을 갖는 거의 사용 준비가 된 모드이다.
제1 차량 모션 관리 컨트롤러가 문제(또는 관련 액추에이터 또는 관련 필수 센서)를 가질 때마다, 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)는 자체 관련 액추에이터 또는 자체 관련 센서와 함께 금방 인수할 수 있다.
본 문서의 맥락에서 용어 "차량"은 동력 차량 뿐만 아니라 견인 유닛에 부착되도록 구성된 트레일러도 포함한다. 견인 유닛과 트레일러 모두 여기에서 홍보하는 제어 장치를 구성할 수 있다.
조향 기능을 위한 유사한 처리가 수행될 수 있음을 주목한다. 제1 컨트롤러(VMM1) 자체 또는 전원 공급 장치에 영향을 미치는 문제 또는 VMM1에 의해 제어되는 브레이크 액추에이터에 영향을 미치는 실질적인 문제 또는 적절한 통제를 수행하는 데 필수적인 센서에 영향을 미치는 문제 중 하나인 "VMM1의 비 공칭 조건" 절로 이해해야 한다.
일부 브레이크 액추에이터는 추진 및 제동을 담당하는 하나 이상의 휠 모터(휠 영역에 통합된 트랙션 모터)에 의해 형성될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 하나는 단독으로 또는 조합하여 다음 배치 중 하나 및/또는 다른 것에 추가하여 상환할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 브레이크 액추에이터는 압축 공기로 작동한다. 이는 트럭, 버스 또는 중형 또는 대형 차량에 특히 적합하고 관련 있는 솔루션이다. 이것은 또한 트레일러에 특히 적합하고 관련 있는 솔루션이다.
다른 실시예에 따르면, 브레이크 액추에이터는 전기 기계식 브레이크 유형이다. 이것은 예를 들어 제동 작동을 위한 전기 모터 및 캠베이스(cam-base) 또는 웨지 기반(wedge-based) 움직임, 작동 대기 모드에서 캠베이스 또는 웨지 기반 움직임이 사전 충전되는 공압 솔루션의 대안이다.
일 실시예에 따르면, 브레이크 액추에이터는 유압식 브레이크 유형이다. 이것은 오일 대신 작동 유체로 공기를 사용하는 공압 솔루션의 대안이다.
일 실시예에 따르면, 현재 공칭 예상 제동 성능을 담당하는 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)에 의해 제어되는 메인 제동 공압 회로(MBC) 및 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)에 의해 제어되는 백업 제동 공압 회로(BKC)가 제공될 수 있고, 백업 제동 공압 회로(BKC)는 메인 제동 공압 회로(MBC)에 적용된 압력보다 낮은 작동 대기 압력으로 작동 대기 모드에서 사전 충전된다. 유리하게는, 작동 대기 모드는 백업 제동 공압 회로가 메인 제동 공압 회로(MBC)에 의해 제공되고 브레이크 액추에이터의 온라인 제어에 의해 사용되는 제동 압력보다 다소 낮은 제동 압력을 전달하도록 하는 것이다.
일 실시예에 따르면, 시스템은 제어된 압력(PREF(t))을 하나 이상의 연관된 브레이크 액추에이터(들)에 전달하도록 구성된, 각 차량 액슬 또는 각 브레이크 휠에 하나 이상의 브레이크 제어 장치를 포함할 수 있다. 메인 제동 공압 회로(MBC) 및/또는 백업 제동 공압 회로(BKC)에서 각 브레이크 액추에이터에서 제어된 압력을 제공하기 위해 몇 가지 가능한 구성이 구상된다.
일 실시예에 따르면, 시스템은 하나 이상의 로컬 제동 장치를 포함할 수 있으며, 이러한 제동 장치 각각은 다음을 포함한다:
-서비스 브레이크 챔버 (C2)가있는 브레이크 액추에이터 (BA),
-다음을 갖는 이중 체크 밸브 (2FL, 2FR, 2RL, 2RR):
.브레이크 액추에이터(BA)의 서비스 브레이크 챔버(C2)에 연결된 배출구(26),
.메인 제동 공압 회로(MBC)에 연결된 제1 입구(21)
.백업 제동 공압 회로(BKC)에 연결된 제2 입구(22),
메인 제동 공압 회로(MBC)의 압력(PREF)에 대한 백업 제동 공압 회로(BKC)의 압력(PBK)은 0.5 PREF<PBK<0.99 PREF 조건에 의해 정의되는 작동 대기 범위 내에 있다.
이로써 100% PREF 도달하는 시간은 백업 제동 공압 회로(BKC)가 제동 공압 회로가 눌(null) 압력에서 활성화된 경우 훨씬 더 짧다.
일 실시예에 따르면, 작동 대기 범위는 0.85 PREF<PBK<0.95 PREF와 같은 것으로 간주된다. 이로써 100% PREF에 도달하는 시간은 백업 제동 공압 회로(BKC)가 더욱 짧아진다. 실제로 VMM1에서 VMM2로 전환하여 100% 전체 엔벨로프(envelope) 성능에 도달하는 데 걸리는 시간은 0.5초 미만, 심지어 0.3초 미만, 심지어 0.2초 미만일 수 있다. 이를 통해 차량 모션 관리 전환에 원활하게 대처할 수 있으며, 모든 제동 조건은 물론 극심한 비상 제동에서도 제동이 가능하다.
일 실시예에 따르면, 잠금 방지 기능(ABS 기능)을 수행하는 압력 제어 밸브(PCV)가 제공되며, 압력 제어 밸브는 이중 체크 밸브와 브레이크 액추에이터(BA)의 서비스 브레이크 챔버(C2) 사이에 삽입된다. 따라서 ABS 기능은 VMM1이 제어 중일 때 정상 작동 상태에서 그리고 VMM2가 제어를 인수할 때 백업 상태에서 제공된다. 이 구성에서 압력 제어 밸브는 VMM1 및 VMM2에 의해 병렬로 제어될 수 있다.
대안적인 실시예에 따르면, 잠금 방지 기능(ABS 기능)을 수행하는 압력 제어 밸브(PCV)가 제공되며, 압력 제어 밸브는 백업 제동 공압 회로(BKC)의 이중 체크 밸브 상류에 배치된다. 따라서 VMM2가 제어를 넘겨받은 백업 상태에서도 ABS 기능을 제공한다.
일 실시예에 따르면, 제1 및 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1, VMM2) 사이에 교차 통신 링크(28)가 제공된다. 이에 의해, 제1 및 제2 차량 모션 관리 컨트롤러는 '생존 및 활력' 신호의 상호 교환을 통해 서로를 모니터링 할 수 있다. 따라서 한 컨트롤러가 뮤트 될 때마다 오류를 감지할 수 있다.
일 실시에 따르면, 작동 대기 모드에서, 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)는 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)로부터 실시간 방식으로 현재 설정값을 수신한다. 이에 의해, 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)는 실시간 온라인 설정값을 따를 수 있고, 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)는 그로부터 작동 대기 압력 설정값을 계산할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 백업 제동 공압 회로(BKC)는 주차 브레이크 회로에 의해 형성될 수 있으며, 이 경우 사전 충전은 정상 주행 조건에서 정상 주차 브레이크 압력(PBref) 보다 낮은 압력이다. 따라서 원하는 백업 제동 공압 회로를 사용할 수 있도록 추가 구성 요소가 거의 필요하지 않으므로 비용 효율적인 솔루션이 형성된다. 이는 주차 브레이크 기능이 자체적으로 잠금 방지 기능을 갖추고 있을 때 특히 중요하다. 그러나 여기서 압력 논리는 반대라는 점에 유의해야 한다. 브레이크 액추에이터(BA)의 C1 챔버에서 주차 브레이크를 해제하려면 8~9bar의 압력을 가하고 반대로 제동력을 가하려면 압력을 줄여야 한다. 따라서, 사전 충전 대신 챔버(C1)의 주차 브레이크에 가해지는 압력이 [5-6bar] 범위의 임계값으로 방전된다. 따라서 이 압력의 추가 감소는 즉시 제동 작동을 생성했다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제동 기능을 포함하는 차량 모션 시스템을 제어하는 방법이 제안되며, 차량 모션 시스템은 제동 기능과 관련된 하나 이상의 브레이크 액추에이터가 있는 모션 액추에이터, 제동 기능을 제어하기 위한 중복 어셈블리를 형성하는 적어도 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1) 및 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)를 포함하고, 상기 방법은:
(a) 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)가 제동 성능에 큰 영향을 주지 않는, 작동 대기 모드에 있는 동안, 주행 조건에서 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)는 현재 공칭 예상 제동 성능으로 브레이크 액추에이터를 제어하고,
(b) 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)의 비 공칭 조건, 즉 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)의 일부 또는 모든 기능을 사용할 수 없는 경우, 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)는 현재 공칭 예상 제동 성능으로 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)로부터 브레이크 액추에이터의 제어를 인수하도록 구성되고, 제어 인수는 1초 미만, 바람직하게는 0.5초 미만, 바람직하게는 0.3초 미만의 기간(SWT) 내에 달성되는 것을 포함한다.
이 방법 덕분에 빠른 핫 테이크 오버가 달성된다. VMM1에서 VMM2로 전환하고 100% 전체 엔벨로프(envelope) 성능에 도달하는 데 걸리는 시간은 매우 짧다. 이를 통해 차량 모션 관리 VMM1에서 VMM2 로의 전환을 원활하게 처리할 수 있다. 여기에는 모든 제동 조건과 극한 주행 및 핸들링 조건에서 제동을 포함한다.
유리하게는, 작동 대기 모드는 브레이크 액추에이터의 온라인 제어에 의해 사용되는 설정값 레벨보다 다소 낮은 설정값 레벨을 갖는 거의 사용 준비가 된 모드이다.
제1 차량 모션 관리 컨트롤러가 문제(또는 관련 액추에이터 또는 관련 필수 센서)를 가질 때마다, 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)는 자체 관련 액추에이터 또는 자체 관련 센서와 함께 금방 인수할 수 있다.
제1 컨트롤러(VMM1) 자체 또는 전원 공급 장치에 영향을 미치는 문제 또는 VMM1에 의해 제어되는 브레이크 액추에이터에 영향을 미치는 실질적인 문제 또는 적절한 통제를 수행하는 데 필수적인 센서에 영향을 미치는 문제 중 하나인 "VMM1의 비 공칭 조건" 절로 이해해야 한다.
조향 기능에 대한 유사한 처리가 수행될 수 있음을 주목한다.
일 실시에 따르면, 방법은 다음을 포함할 수 있다:
작동 대기 모드에서, 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)는 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)로부터 현재 설정값을 실시간으로 수신한다. 이에 의해, 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)는 실시간 온라인 설정값을 따를 수 있고, 따라서 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)는 그로부터 작동 대기 압력 설정값을 계산할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)는 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)로부터 수신된 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1) 설정값으로부터의 현재 설정값을 실시간 방식으로 자체적으로 계산한다.
일 실시예에 따르면, 제1 및 제2 로컬 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1, VMM2) 사이에 교차 통신 링크(28)가 제공되며, 이는 서로 "생존 및 활력" 신호를 교환한다. 따라서, 제1 및 제2 차량 모션 관리 컨트롤러는 '생존 및 활력' 신호의 상호 교환을 통해 서로를 모니터링 할 수 있다. 따라서 한 컨트롤러가 뮤트 될 때마다 오류를 감지할 수 있다.
추가 실시예에 따르면, 본 개시는 또한 전술한 바와 같은 제어 장치 및/또는 시스템을 포함하는 차량에 관한 것이다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 비제한적인 예로서 그리고 첨부 도면을 참조하여 주어진 2개의 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 나타난다.
도 1은 차량의 자율 주행 시스템의 일반적인 레이아웃을 나타낸다.
도 2는 차량의 중복 자율 주행 시스템의 개략적인 회로 레이아웃을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 트럭용 전기-공압식 제동 시스템의 개략적인 회로 레이아웃을 나타낸다.
도 4는 도 3과 유사하며 변형 실시예를 나타낸다.
도 5A는 공기 생산 모듈의 특정 부분에 대한 더 자세한 뷰를 나타낸다.
도 5B는 도 5A와 유사하며 변형 실시예를 나타낸다.
도 3은 전기 및 기능 다이어그램을 나타낸다.
도 4는 도 1과 유사하며 변형 실시예를 나타낸다.
도 5a는 로컬 제동 장치의 보다 상세한 도면을 나타낸다.
도 5B는 도 5A와 유사하며 변형 실시예를 나타낸다.
도 6은 제1 차량 모션 관리 컨트롤러에서 제1 차량 모션 관리 컨트롤러로의 핫 스왑(hot swap)을 설명하는 타임 차트를 나타낸다.
도 6B는 도 6의 타임 차트의 보다 상세한 뷰를 나타낸다.
도 7은 전기 및 기능 다이어그램을 나타낸다.
도 8은 브레이크 공압 액추에이터를 나타낸다.
도 9는 차량 모션 관리 컨트롤러의 기능 블록도를 나타낸다.
도 10은 도 3과 유사하며 변형 실시예를 나타낸다.
도면에서, 동일한 참조는 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다. 달리 명시되지 않는 한, 공압 라인은 전기 라인보다 두껍게 표시된다.
시스템의 개요
도 1은 차량의 자율 주행 시스템의 일반적인 레이아웃을 나타낸다. 제안된 구성은 버스(buses) 및 코치(coaches)를 포함한 모든 종류의 중형(medium-duty) 또는 대형(medium-duty) 차량에 유효하다. 그러나, 경량 차량(light) 및 오프로드(off-road) 차량도 본 개시에 포함될 수 있다. 트레일러(Trailers)도 본 개시의 범위 내에서 고려된다.
여기에서 고려되는 트럭은 트랙터/트레일러 구성의 견인 장치 또는 유틸리티 "캐리어" 트럭일 수 있다.
적어도 하나의 프론트 액슬은 리어 액슬을 포함하는 조향 기능을 갖는 다른 액슬(들)을 제외하지 않고 조향 액슬이다.
여기에서 고려되는 트럭은 하나 이상의 자율 주행 기능 레벨(들)을 가질 수 있으며, 제동 시스템에서 중복성에 대한 강화된 요구를 수반한다.
자율 주행 기능은 여러 계층으로 분해될 수 있다. 기본 레이어 L0에는 추진 토크 기능, 제동 기능 및 스티어링 기능과 같은 궤적 제어 엔티티(trajectory control entities)가 제공된다.
구동계 토크 기능(drivetrain torque function)은 어셈블리(엔진+기어 박스+변속기)를 포함한다. 토크는 스로틀(throttle) 장치에 의해 제어되며, 현재의 경우에는 전동식 스로틀 장치이며, 이는 운전자가 있는 경우 가스 페달 또는 하나 이상의 전자 제어 장치에 의해 통상적으로 제어될 수 있다.
제동 기능(braking function)에 대해서는 후술한다. 구동계 토크 기능과 제동 기능은 차량의 종 방향 모션 제어에 기여한다.
여기서 우리는 추진 및 제동을 담당하는 하나 이상의 휠 모터(즉, 휠 영역에 통합된 트랙션 모터)가 제공될 수 있음을 주목한다.
조향 기능(steering function)은 적어도 전방 차축의 조향 각도를 능동적으로 제어하도록 구성된 하나 이상의 액추에이터(들)를 포함한다.
조향 기능은 차량의 요(yaw) 및 횡(transverse) 모션 제어에 주요 기여자이다. 그러나 선택적 제동은 ESP 기능에 관한한 차량의 요 및 횡 모션 제어에도 기여할 수 있다.
제동 기능과 함께 조향 기능은 또한 전복 방지 기능에 기여한다.
레이어(layer) L1은 "차량 동작 및 전력 관리"라고 불리며 다음 기능을 관리하기 위한 하나 이상의 전자 제어 유닛 또는 동등한 컴퓨팅 리소스를 포함한다 : 종 동작 제어(Longitudinal Motion Control), 요와 횡 동작 제어(Yaw & Transverse Motion Control) 및 전복 보호(Rollover protection).
하나 이상의 전자 제어 유닛은 레이어 L0에 대한 요청을 구축하고 전달한다. 각 기능(드라이브 트레인 토크, 제동, 조향)은 액추에이터의 상태와 기능을 반환한다. 레이어 L1에서, 차량의 실제 동작에 대한 실시간 신호를 전달하기 위한 관성 센서(76)가 제공될 수 있다.
레이어 L2는 "교통 상황 관리"라고 불리며 차량 단기 궤적에 대한 결정을 내리는 하나 이상의 전자 제어 유닛 또는 동등한 컴퓨팅 리소스를 포함한다. 레이어 L2에서, GPS, Glonass™, Galileo™ 및 유사 솔루션과 같은 정확한 지리적 위치 수단 및/또는 도로 차선(비콘 등)과 관련된 상대 위치 수단이 제공될 수 있다. 레이어 L2에는 차량 주변 환경에 대한 이미지 흐름을 전달하기 위한 카메라가 제공될 수 있다. 차량 단기간 궤적에 대한 결정은 요청으로 하위 레이어 L1으로 전송된다. 하위 레이어 L1은 차량의 실제 동작과 차량 모션 시스템의 높은 수준 상태를 레이어 L2로 반환한다.
레이어 L3은 "경로 관리"라고 불리며 차량 중장기 궤적에 대한 결정을 내리기 위한 하나 이상의 전자 제어 유닛 또는 동등한 컴퓨팅 리소스를 포함한다. 레이어 L3에는 내비게이션 계산, 교통 혼잡 회피 등이 포함될 수 있다.
도 2는 위에서 논의된 바와 같이 주로 레이어 L0, L1에 포함되는 중복 자율 구동 시스템의 개략적인 회로 레이아웃을 나타낸다. 여기서 우리는 공압 제동 시스템의 경우를 고려하고 다른 기술 솔루션도 위에서 언급한대로 고려한다.
전체 시스템에서, 여기서는 2개의 차량 모션 전자 제어 유닛, VMM1, VMM2가 제공되며, 이는 마찬가지로 자율 구동 ECUs VMM1, VMM2 또는 차량 모션 컨트롤러라고 불린다.
2개의 차량 모션 제어 유닛 각각은 레이어 L0의 엔티티(entities)에 요청(들)을 전송하고, 다양한 액추에이터에 대한 상태 및 능력을 반환한다.
이제 제동 기능에 더 초점을 맞추고, 2개의 차량 모션 제어 유닛 각각은 다양한 공압 회로 및 공압 제어 장치에 요청을 전송하며, 이에 대해서는 나중에 자세히 설명한다. 여기에 표현된 예에서는 메인 제동 공압 회로 MBC(제1 제동 채널) 및 백업 제동 공압 회로 BKC(제2 제동 채널)가 제공된다.
본 개시는 또한, 예를 들어 채널 A와 채널 B는 완전히 대칭인(백업은 '메인' 항목의 전체 복제임), 2개의 채널을 갖는 2개의 중복 제동 조립체가 제공되는 경우를 포함하며, VMM1과 VMM2의 역할은 교환될 수 있다.
전술한 공압 제동 시스템은 차량의 속도에 관계없이 정상 작동 중에 차량을 감속 및 정지시키는 데 사용되는 차량의 메인 서비스 제동 시스템을 구성한다. 또한 주차 제동 시스템은 주로 사용하지 않을 때 차량을 정지 상태로 유지하는 데 사용된다. 주차 제동 시스템은 서비스 제동 시스템과 적어도 부분적으로 결합될 수 있지만, 주차 제동 시스템은 서비스 제동 시스템과 독립적일 수 있으며, 예를 들어 차량 변속기를 차단하는 시스템을 포함할 수 있다.
트럭 및 버스와 같은 대형 차량에는 종종 차량 속도를 늦출 수 있는 감속 시스템(예 : '리타더(retarder)'라고 함)이 장착되어 있으나 종종 합리적인 거리 내에서 차량을 효과적으로 정지시킬 수 없다. 유체 역학 제동 또는 전자 역학 제동과 같은 감속 시스템은 차량이 특정 속도 이상으로 주행할 때 대부분 효율적이다. 이러한 감속 시스템은 본질적으로 위에서 설명한 공압 제동 시스템과 다르다.
도 3은 트럭용 전기-공압식 제동 시스템의 개략적인 회로 레이아웃을 나타낸다.
명확성을 위해 모든 휠에 대해 동일한 브레이크 액추에이터를 나타내었지만 물론 휠의 위치(전방, 후방, 트레일러 등)에 따라 변화와 차이가 있을 수 있다.
그 자체로 공지된 바와 같이, 서비스 브레이크 및 주차 브레이크 액추에이터를 결합할 수 있는 브레이크 액추에이터(RW-L, RW-R, FW-L, FW-R)가 제공된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 브레이크 액추에이터(일반적으로 BA라고 함)는 제1 방향(D1)으로 제1 힘(E1)을 가하는 제1 스프링(82)에 의해 로드된(loaded) 제1 피스톤(81)을 포함한다. 브레이크 액추에이터(BA)는 또한 제1 방향(D1)과 반대 방향(D2)으로 제2힘(E2)을 가하는 제2 스프링(84)에 의해 로드된 제2 피스톤 (83)을 포함한다. 피스톤(83)은 관련 브레이크 기구(브레이크 패드, 디스크 등은 도시되지 않음)를 구동하는 브레이크 액추에이터의 아웃풋 로드(88)와 견고하다. 고정 벽(86)은 브레이크 액추에이터의 하우징(87) 내에 장착된다. 벽(86)은 각각의 피스톤(81, 83)과, 가변 체적의 2개의 챔버(C1, C2)를 형성한다. 로드(88)는 피스톤(83)에 결합되고, 기밀 방식으로(in an air tight manner) 벽(86)을 가로 질러 피스톤(81)에 결합된다. 스프링(82, 84)은 힘(E1)이 힘(E2) 보다 크도록 선택된다. 따라서, 챔버(C1, C2) 내에 공기압이 없을 때, 힘(E1)은 피스톤(81)을 제1 방향(D1)으로 밀어 낸다. 이러한 힘은 피스톤(83)에 의해 로드(88)로 전달되어 관련 브레이크 메커니즘을 제1 방향으로 작동시킨다. 이러한 상황에서, 브레이크 메커니즘은 관련 왼쪽 뒷바퀴 또는 바퀴의 브레이크 디스크 또는 드럼과 맞물린다. 이것은 트럭의 주차 브레이크 작동에 해당합니다. 즉, 브레이크 액추에이터(BA)에 압력을 받는 공기가 공급되지 않으면 트럭의 주차 브레이크가 작동된다. 피스톤 대신 유연한 멤브레인(membranes) 또는 다이어프램(diaphragms)을 사용할 수 있다.
인풋 PBR(Parking Brake Release, 전면 및 후면에 대해 각각 PBR2 또는 PBR1)에 의해 공급되는 챔버(C1에 가압 공기가 공급될 때, 이 챔버 내의 공기 압력은 피스톤(81)을 스프링(82)의 작용에 대항하여 밀어 내고 스프링(84)은 피스톤(83)을 방향(D2)으로 밀어 낸다. 이것은 공기압에 의해 트럭의 주차 브레이크가 해제되는 것과 같다.
주차 브레이크가 해제되고 압력 하의 공기가 인풋 BC(Brake control)에 의해 공급되는 챔버(C2)에 제공되면, 챔버(C2) 내의 공기 압력은 피스톤(83)을 방향(D1)으로 밀어내어 대응하는 휠 또는 휠들을 제동하기 위해 브레이크 메커니즘을 점진적으로 작동시킨다. 액추에이터가 브레이크 메커니즘으로 전달하는 기계적 힘은 챔버(C2)로 전달되는 공기 압력과 함께 증가한다. 이것은 트럭의 서비스 브레이크 작동에 해당한다. 서비스 브레이크 액추에이터는 기압을 기계적 힘으로 변환하는 장치이다.
트럭에 부착된 트레일러는 또한 유사한 휠 브레이크 제어 장치를 포함할 수 있다.
2개의 전방 축 및/또는 2개 이상의 후방 축이 있는 경우, 4개 이상의 브레이크 액추에이터가 제공될 수 있다. 브레이크 액추에이터의 수는 2, 4, 6, 8 또는 그 이상이 될 수 있다. 일부 브레이크 액추에이터에는 주차 브레이크 기능이 없을 수 있다. 브레이크 액추에이터의 수는 액슬 수의 두 배가 될 수 있다.
도시된 예에서, 각 차축 또는 차축 그룹에는, 예를 들어 프론트 액슬 브레이크 모듈(FBM) 및 하나의(또는 그 이상의) 리어 액슬 브레이크 모듈(RBM)과 같은, 브레이크 모듈이 장착되어 있다. 또한 프론트 액슬 브레이크 모듈(FBM)과 관련된 백업 릴레이 밸브(BKRV-F)가 제공된다. 또한 각 리어 액슬 브레이크 모듈(RBM)과 관련된 하나의(또는 그 이상의) 백업 릴레이 밸브(들)(BKRV-R)가 제공된다.
그러나, 도 10에 도시된 다른 구성에서, 휠 당 통합된 백업 기능을 갖는 하나의 분산형 브레이크 모듈(WBCU) 또는 트윈 휠 당 통합된 백업 기능을 갖는 하나의 분산형 브레이크 모듈(WBCU)이 제공될 수 있다.
프론트 액슬 브레이크 모듈(FBM)은 일반적으로 압력 제어 밸브(PCV)를 통해 좌측 및 우측 전방 공압 브레이크 액추에이터(FW-L, FW-R)에 공압 제어 압력을 제공한다. 각 압력 제어 밸브(PCV)는 잠금 방지 기능(ABS 기능)을 수행한다. 예를 들어, 각 압력 제어 밸브(PCV)에는 브레이크 챔버로의 통로 또는 공기를 차단할 수 있는 직렬 배열의 제1 밸브와 브레이크 챔버 회로에서 공기를 꺼내 대기로 방출할 수 있는 제2 밸브가 있다. 이 밸브는 각 휠의 속도에 대한 실시간 분석에 따라 제어된다.
레이아웃과 관련하여 보다 정확하게, 압력 제어 밸브(3R)는 우측 휠 채널을 위한 프론트 액슬 브레이크 모듈(FBM)의 하류에 배치된다; 압력 제어 밸브(3L)는 좌측 휠 채널을 위한 프론트 액슬 브레이크 모듈(FBM)의 하류에 배치된다.
유사하게, 압력 제어 밸브(4R)는 우측 휠 채널을 위한 백업 릴레이 밸브(BKRV-R)의 하류에 배치된다; 압력 제어 밸브(4L)는 좌측 휠 채널을 위한 백업 릴레이 밸브(BKRV-L)의 하류에 배치된다.
유리하게는 본 개시에 따르면, 이중 체크 밸브(2FL, 2FR, 2RL, 2RR)가 제공된다. 이러한 이중 체크 밸브는 아웃풋이 두 인풋에서 우세한 더 높은 압력이기 때문에 'Select High'라고도 한다.
이중 체크 밸브(2FR)는 우측 휠 채널의 압력 제어 밸브 하류에 배치되고, 이중 체크 밸브(2FR)의 아웃풋은 대응하는 브레이크 액추에이터(FW-R)의 챔버(C2)에 연결된다. 이중 체크 밸브 2FL)는 좌측 휠 채널의 압력 제어 밸브 하류에 배치되고, 이중 체크 밸브(2FL)의 아웃풋은 대응하는 브레이크 액추에이터(FW-L)의 챔버(C2)에 연결된다.
리어 액슬 브레이크 모듈(RBM)은 일반적으로 프론트 액슬 중 하나와 유사한 배열로 좌측 및 우측 리어 공압 브레이크 액추에이터(RW-L, RW-R)에 공압 제어 압력을 제공한다.
압력 제어 밸브(4R, 4L)는 각각 우측 및 좌측 휠 채널에 대해 리어 액슬 브레이크 모듈(RBM)의 하류에 배치된다. 압력 제어 밸브(5R, 5L)는 각각 우측 및 좌측 휠 채널을 위해 백업 릴레이 밸브(BKRV-R)의 하류에 배치된다. 이중 체크 밸브(2RR)는 우측 휠 채널의 압력 제어 밸브 하류에 배치되고, 이중 체크 밸브(2RR)의 아웃풋은 대응하는 브레이크 액추에이터(RW-R)의 챔버(C2)에 연결된다. 이중 체크 밸브(2RL)는 좌측 휠 채널의 압력 제어 밸브 하류에 배치되고, 이중 체크 밸브(2RL)의 아웃풋은 대응하는 브레이크 액추에이터(RW-L)의 챔버(C2)에 연결된다.
이러한 배열 덕분에, 2개의 독립적인 공압 회로가 제공된다 : 메인 제동 공압 회로(MBC) 및 백업 제동 공압 회로(BKC), 후자는 "2차" 또는 "보조" 제동 공압 회로로 불릴 수 있다. 도 5에 더 자세히 도시된 바와 같이, 각각의 이중 체크 밸브 (일반적으로 참조 2로 언급됨)는 브레이크 액추에이터(BA)의 서비스 제동 챔버(C2)에 연결된 출구(26), 메인 제동 공압 회로(MBC)에 연결된 제1 입구(21), 백업 제동 공압 회로(BKC)에 연결된 제2 입구(22)를 갖는다.
메인 제동 공압 회로(MBC)와 백업 제동 공압 회로(BKC) 사이의 유일한 공통 부분은 브레이크 액추에이터(BA)의 챔버(C2)로 이어지는 '마지막(last)' 파이프(30)라는 것을 알 수 있다.
제1 PCV(3i, 5i)는 이중 체크 밸브(2)(i는 각각 L 또는 R을 나타냄)의 상류에 있는 메인 제동 회로(MBC)에 배치된다. 제2 PCV(4i, 6i)는 이중 체크 밸브(2-)의 상류에 있는 백업 제동 회로(BKC)에 배치된다. 제1 PCV는 제1 차량 모션 전자 제어 유닛으로부터 전달되는 전기 신호(들)(ESI)에 의해 제어되고; 제2 PCV는 제2 차량 모션 전자 제어 유닛으로부터 전달되는 전기 신호(들)(ES2)에 의해 제어된다.
각각의 프론트 및 리어 액슬 브레이크 모듈(FBM, RBM)은 공압 릴레이 기능을 제공하고 메인 제동 회로(MBC)에 속하는, 그 자체로 알려진 전기-공압 장치이다. 간단히 말해서, 압축 공기 공급 장치에서 공기를 선택적으로 취하고 제어 신호(전기 및/또는 공압)를 충실히 따르면서 공기를 선택적으로 대기로 방출한다. 아웃풋은 위에서 설명한 바와 같이 압력 제어 밸브와 이중 체크 밸브를 통해 대응하는 브레이크 액추에이터(BA)의 챔버(C2)에 연결된다.
프론트 및 리어 백업 릴레이 밸브 (BKRV-F, BKRV-F) 각각은 전기-공압식 또는 순수 공압식으로 그 자체로 알려진 공압식 릴레이 밸브이다. 아웃풋은 위에서 설명한대로 압력 제어 밸브와 이중 체크 밸브를 통해, 백업 공급 장치로서, 대응하는 브레이크 액추에이터(BA)의 챔버(C2)에 연결된다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 공기 공급 회로(AC1) 및 제2 공기 공급 회로(AC2)가 제공된다. 또한, 도시된 제1 실시예에서, 휠 브레이크 제어 장치에 대한 여분의 공기 공급을 형성하는 제3 공기 공급 회로(AC3)가 제공된다.
제1 공기 공급 회로(AC1)에 연결된 제1 공기 저장소(R1)가 제공된다.
제2 공기 공급 회로(AC2)에 연결된 제2 공기 저장소(R2)가 제공된다.
제3 공기 공급 회로(AC3)에 연결된 제3 공기 저장소(R3)가 제공될 수 있다.
달리 말하면, 각각 제1, 제2 및 제3 공기 공급 회로(AC1, AC2, AC3)에 연결된 3개의 공기 저장소(R1, R2, R3)가 제공되며, 서로 독립적으로 설계되었다. 제1 및 제2 공기 공급 회로(AC1, AC2)는 일반적으로 약 12bar로 설정된 서비스 압력을 가진다. 실제로, 제1 및 제2 공기 공급 회로(AC1, AC2)는 [5bar-15bar] 범위, 바람직하게는 [7bar-12bar] 범위에 포함된 서비스 압력을 가질 수 있다. 제3, 중복 공기 공급 회로(AC3)는 약 12bar에서 동일한 서비스 압력을 설정할 수 있다.
제1 공기 공급 회로(AC1)는 압력 하에 있는 공기를 리어 액슬 브레이크 모듈(RBM)에 제공한다. 제2 공기 공급 회로(AC2)는 압력 하에 있는 공기를 프론트 액슬 브레이크 모듈(FBM)에 제공한다. 후방 브레이크는 일반적으로 전방 브레이크보다 더 강력하기 때문에 AC1은 '1차' 회로라고도 하며 AC2는 '2차' 회로라고도 한다.
환경으로부터 취해진 공기를 압축하기 위한 공기 압축기(60)가 제공된다. 압축기의 아웃풋은 필터/건조기(62)를 통과하고; 이러한 구성 요소는 그 자체로 알려져 있으므로 여기서 자세히 설명하지 않는다.
바람직하게는 보호 인클로저(protective enclosure) 내부에 구성 요소를 수용하여 기계적 및 유체 공격에 대한 보호를 제공하는 공기 생성 모듈(6)(줄여서 "APM")이 제공된다. 공기 생산 모듈(6)은 캐빈 뒤에 위치하며, 캐리어 유형 트럭의 경우 트럭의 한쪽에서 접근 가능하거나, 캐빈이 기울어지거나 흔들릴 때 상단에서 접근할 수 있다. 공기 생산 모듈(6)은 다양한 밸브, 솔레노이드, 릴레이 밸브, 압력 센서 및 제어 유닛(61)을 포함할 수 있다.
공기 생산 모듈(6)은 주차 브레이크 기능의 핵심을 수용하고 트럭 PBR 릴레이 밸브(8)를 포함한다. 그 자체로 공지된 바와 같이, APM(6)의 제어 유닛(61)에 전달되는 전기 신호(S18)를 출력하는 주차 브레이크 전기 입력 장치(18)가 제공된다. 미국 표준에 대하여 트레일러 브레이크 제어와 관련하여 추가 브레이크 핸들(19)("빨간색 손잡이")이 제공될 수 있다. 대응하는 전기 신호(S19)는 APM(6)의 제어 유닛(61)에 전달된다.
압축기 및 필터로부터 나오는 압력을 받는 공기를 위해 트렁크부(AC0)가 제공된다. 트렁크부(AC0)는 오버 플로우 밸브(미도시)를 통해 제1 및 제2 공기 공급 회로(AC1, AC2) 및 제3 공기 공급 회로(AC3)로 공기를 분배한다. 추가로, 트렁크부(AC0)는 오버 플로우 밸브를 통해 트럭 PBR 릴레이 밸브(8) 및 트레일러 릴레이 밸브(1)를 공급하기 위해 AC4로 표시된 다른 공기 공급 회로로 공기를 분배한다.
도시된 예에서, 2개의 자율 주행 ECU(71, 72)가 제공된다. 도면 부호(71,72)는 각각 VMM1, VMM2를 언급하고 있지만, 이미 그 반대를 암시하고 있는 것도 가능하다. 일례에 따르면, 제1 자율 주행 제어 유닛(71)에 의해 전달되는 전기 제어 신호는 ESI로 표시되고, 제2 자율 주행 제어 유닛(72)에 의해 전달되는 전기 제어 신호는 ES2로 표시되며, 기존의 전기 제어 신호로 형성되거나 동등한 데이터 버스(databus) 메시지로 형성된다.
제동 시스템은 제1 입력 전기 신호(S16)를 전달하는 서비스 브레이크 전기 입력 장치(16)(일반적으로 브레이크 풋 페달로 형성됨)를 포함한다. 제1 및 제2 자율 주행 제어 유닛(71, 72)은 자율 주행 제어 유닛(71, 72)에서 분석되는 이미지의 흐름(S75)을 제공하는 카메라(75)에 적어도 의존한다. 레이더(radars), 리다(lidars) 또는 유사한 관성(inertial) 센서(76)와 같은 다른 유형의 센서가 제공될 수 있으며, 또한 다양한 트래픽 인식 엔티티(고정 또는 이동 엔티티로부터)로부터 수신된 통신 데이터가 제공될 수 있다.
메인 제동 회로(MBC)에 포함되는 구성 요소는 주로 제1 자율 주행 제어 유닛(71)에 의해 신호(ESI)에 의해 제어된다.
제1 PCV(3R, 3L, 5L, 5R)는 제1 자율 주행 제어 유닛(71)에서 전달되는 전기 신호(ESI)에 의해 제어되고, 제2 PCV(4R, 4L, 6L, 6R)는 제2 자율 구동 제어 유닛(72)에서 전달되는 전기 신호(ES2)에 의해 제어된다.
백업 제동 회로(BKC)에 포함되는 구성 요소는 주로 제2 자율 구동 제어 유닛(72)으로부터의 신호(ES2)에 의해 제어된다.
제1 및 제2 자율 주행 ECU(71, 72)는 제동 기능을 제어하기 위해 중복 어셈블리(redundant assembly)를 함께 형성한다. 그러나 중복성(redundancy)은 제어 유닛 수준에서 뿐만 아니라 브레이크 액추에이터까지의 중간 제어 장치에서도 확보된다.
제1 및 제2 자율 주행 ECU(71, 72)는 각각 독립적인 전원 공급 장치(PS1, PS2)에 의해 공급된다는 점에 유의한다.
또한 압축 공기 공급을 위한 중복성(redundancy)이 제공된다는 점에 유의한다.
따라서, 2개의 완전히 독립적인 제동 채널(braking channels)이 제공되어 높은 정격 중복성(high rating redundancy)을 제공한다.
도 4 및 5b는 이중 체크 밸브(2FL, 2FR, 2RL, 2RR) 및 압력 제어 밸브에 대해 상이한 배열을 갖는 변형 실시예를 도시한다.
압력 제어 밸브는 메인 제동 회로(MBC) 및 백업 제동 공압 회로(BKC) 모두에 속하는 공통 부분 상의 이중 체크 밸브의 하류에 배치된다. 달리 명시하면 각 제동 휠에 대해 하나의 압력 제어 밸브만 있다. 도시된 예에서, 압력 제어 밸브(34L)는 전방 좌측 휠 전용, 압력 제어 밸브(34R)는 전방 우측 휠 전용, 압력 제어 밸브(56L)는 후방 좌측 휠 전용, 압력 제어 밸브(56R)는 후방 우측 휠 전용이다.
이 경우, 각 압력 제어 밸브(34i, 56i)(i는 각각 L 또는 R을 나타냄)는 제1 및 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1, VMM2) 모두로부터 오는 신호(ESI, ES2)에 의해 이중 모드(dual mode)로 제어된다.
각 이중 체크 밸브에 대해, 하나의 인풋(21)은 메인 제동 회로(MBC)(도관(33))로부터 공급되고, 다른 인풋(22)은 백업 제동 회로(BKC)(도관 (32))에 의해 공급된다. 아웃풋은 대응하는 압력 제어 밸브(PCV)(도관(31)를 통해)를 공급하고, 대응하는 압력 제어 밸브(PCV)의 아웃풋은 대응하는 브레이크 액추에이터(BA)의 챔버(C2)에 도관(30)을 통해 연결된다.
도 3 및 도 4의 도시된 예에서 백업 릴레이 밸브(BKRV-F, BKRV-R)는 순전히 공압식이며, 백업 공압 라인(BBKC)에 의해 제어되고 공기 생산 모듈(6)에 의해 제어 및 출력된다. BBKC는 비례 제어 라인이다.
추가적으로, 각각의 공압 회로의 다양한 부분(30,31,32,33,34)에서 압력을 측정하는 압력 센서(도면에 도시되지 않음)가 제공될 수 있다.
핫 전환(Hot switchover)/VMM1에서 VMM2 인계(VMM2 taking over from VMM1)
전술한 제어 장치 덕분에 시스템은 유리하게는 지금 설명되는 핫 스왑 기능(hot swap functionality)을 포함한다.
이 특징에 따라, 소정의 조건에 따라, 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)는 제 1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)로부터 브레이크 액추에이터의 제어를 신속하게 인계하도록 구성된다. 실제로는 도 6 및 도 6B에 나와 있다. 이 전환은 특히 차량이 제동할 때를 포함하여 차량이 주행 중일 때 수행된다.
이러한 핫 테이크 오버 전환(hot takeover transition)이 필요하지 않은 라이딩 조건이 있을 수 있다. 예를 들어, 차량 속도가 40km/h 미만이거나 제동 요구가 null이거나 낮은 임계 값 미만이면 핫 테이크 오버 전환이 필요하지 않을 수 있다.
T1 이전에, 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)는 현재의 공칭 예상 제동 성능으로 브레이크 액추에이터를 제어하고 있으며, VMM1은 제동의 '온라인(on-line)' 제어를 가지며, 제동 공압(PREF)에 의해 정의된 제동 설정치를 갖는다.
실제로, 도 6의 타이밍 차트의 첫번째 부분에 도시된 바와 같이, PREF는 시간이 지남에 따라 진화하므로, PREF(t)를 주목하고 이것을 "기준" 압력이라고 부를 수 있다. 동시에 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)에 의해 제어되는 제2 백업 채널도 제어를 수행하지만 PREF(t)보다 약간 낮은 압력으로 제어된다. 달리 말하면, PBK로 표시된 백업 압력은 제어된 기준 압력(PREF(t))을 따르고 이 백업 압력이 제동 성능에 큰 영향을 미치지 않도록 간격을 유지한다. 여기서는 이중 체크 밸브(2FF, 2FR, 2RF, 2RR)가 'select high' 커넥터 역할을 하므로 백업 압력(PBK)이 기준 압력보다 낮기 때문에 브레이크 챔버(C2)는 기준 압력(PREF)에 의해서만 제어된다.
본 발명의 맥락에서, 백업 공압 회로는 사전 충전(pre-charged) 모드에 있다. 일반적으로, 대기 모드와는 다른 "작동 대기(waiting-to-operate)"모드라고 하는 모드이다.
여기서 우리는 순간 T1 이전에 하나의 문제가 발생한다고 가정하고, 이는 핫 테이크 오버 전환에 관여하는 결정으로 이어진다.
문제는 제1 컨트롤러(VMM1) 자체 또는 그 전원에 영향을 미치는 문제이거나, VMM1에 의해 제어되는 브레이크 액추에이터에 영향을 미치는 실질적인 문제이거나, 적절한 제어를 수행하는 데 필수적인 센서에 영향을 미치는 문제일 수 있다. VMM1이 상당한 문제를 인식하고 VMM2에 리더십을 제공하기로 결정할 수 있다. VMM1은 피드백 즉 관련 액추에이터로부터 받은 상태 및 기능에 따라 제1 제동 채널이 현재 공칭 예상 제동 성능을 더 이상 제공할 수 없다고 결정할 수 있다.
VMM1은 일반적으로 비 공칭 조건 또는 불충분한 제동 성능으로 가정되는 경우 VMM2에 리더십을 부여하기로 결정할 수 있다.
반면에, VMM1이 뮤트(mute, 죽었거나 더 이상 공급되지 않음)라고 결정한 후에 VMM2가 스스로 인계 받을 수 있다. 이를 위해, 제1 및 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1, VMM2)(바람직하게는 직접 링크) 사이에 교차 통신 링크(28)가 제공된다. 따라서, 제1 및 제2 차량 모션 관리 컨트롤러는 '생존 및 활력(alive & healthy)' 신호의 상호 교환을 통해 서로를 모니터링 할 수 있다; 그리고 따라서 한 컨트롤러가 뮤트 될 때마다 오류가 감지될 수 있다.
유리하게는 본 규정에 따르면, 핫 테이크 오버 전환은 수행되는 데 짧은 시간만 필요하다. 도 6 및 도 6B에 도시된 바와 같이, 스왑 시간(SWT)(SWT=T2-T1)는 1초 미만이다. 종종 스왑 시간(SWT)이 0.5 초 미만인 것으로 나타났다. 발명가들은 핫 테이크 오버 전환 스왑 시간(SWT)를 0.3초, 심지어 0.2초까지 마스터할 수 있었다.
T2는 백업 제동 공압 회로(BKC)가 메인 제동 공압 회로 대신 목표 예상 압력(PREF)을 적용하는 순간이다. 제동 성능의 작은 손실은 T1과 T2 사이에서만 발생한다.
PREF와 PBK 사이의 후속 갭은 작을 수 있으며, 예를 들어 1bar 일 수 있다. PREF의 백분율 일 수도 있다.
하나의 예에 따르면, 제어 배열 및 시스템 로직은 방정식 : 0.5 PREF<PBK<0.99 PREF를 준수하도록 설계될 수 있다.
다른 예에 따르면, 제어 배열 및 시스템 로직은 방정식 : 0.85 PREF<PBK<0.95 PREF를 준수하도록 설계될 수 있다.
이러한 좁은 갭이므로, PBK에서 PREF로 압력을 증가시키는 데 필요한 시간이 실질적으로 감소되고, 이는 핫 테이크 오버 전환을 위한 매우 짧은 시간을 달성할 수 있다.
운전 대기 모드에서, 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)는 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)로부터 현재 설정값(PREF 등)을 실시간으로 수신한다. VMM2는 PBK로부터 계산할 수 있다(PBK(t)는 시간이 지남에 따라 진화하기 때문에).
제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)는 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)로부터 수신한 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1) (setpoints)으로부터 현재 설정값을 실시간으로 스스로 계산할 수 있다.
대안적으로, 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)는 백업 설정값을 계산하여 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)로 전송할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 각각의 제1 및 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1, VMM2)는 모니터링 된 액추에이터에 대한 결함 핸들러(64) 및 VMM 리소스 및 마이크로 컨트롤러 자체의 적절한 작동을 모니터링하기 위한 결함 핸들러(65)를 나타낸다(이 모니터링은 마이크로 컨트롤러 코어와 독립적인 워치독(watchdog) 회로로 수행해야 한다).
모니터링 되는 액추에이터 결함 핸들러(fault handler)는 전용 액추에이터 또는 공유 액추에이터와 관련될 수 있다. 또한 타당성 테스트 및 다른 센서와의 일관성 검사를 통해 센서를 모니터링한다.
액추에이터 결함 핸들러(64)에 관하여: 이 결함 핸들러에서, 각 액추에이터로부터 수신된 상태 및 능력 정보가 모니터링된다. 액추에이터와의 '통신 끊김'도 여기에서 모니터링된다. 그런 다음 액추에이터 결함 핸들러는 이 정보를 요약하고 감지된 오류가 중요한지 여부를 결정한다.
코어 VMM 결함 핸들러(65)에 관하여: 이 결함 핸들러는 실제 "VMM 제어" 알고리즘 자체에서 결함을 검출하기 위한 것이다. 두 가지를 확인하기 위한 것이다. 먼저, VMM 제어 블록의 인풋(트래픽 상황 관리 레이어에서)을 VMM 제어 블록(66)에서 생성된 액추에이터 요청과 비교하고 이것이 타당성한지/일관적인지(즉, 일부 지정된 범위 내에서 생성된 요청 신호 등) 확인한다; 둘째, 교통 상황 관리에서 전송된 요청이 주어지면, 측정된 차량의 움직임(관성 센서(76)의 신호(S76))이 예상대로인지 확인한다. 예상한 것에서 상당한 편차가 감지되면 VMM에서 오류로 보고된다.
결함 핸들러로부터의 데이터는 VMM1에서 VMM2로 통신되는 활력 신호(67, 68)에 요약된다.
위에 나열된 결함 핸들러 외에도 VMM1은 자체 전원 공급 장치(PS1) 뿐만 아니라 여기에 연결된 센서를 모니터링 할 수도 있다(예 : 센서 신호가 범위 내에 있는지 확인). 모니터 상태는 일반 VMM1 활력 상태(63)에도 반영된다.
활력 상태에 더하여, VMM1은 또한 프리 러닝 카운터 신호(free running counter signal)(69)를 VMM2에 전달할 것이다.
VMM2는 자신의 액추에이터 결함 핸들러(64) 및 자신의 액추에이터 및 자신의 VMM 컨트롤러에서 결함을 검출하는 데 사용되는 자신의 VMM 결함 핸들러(65)를 갖는다. VMM2의 주요 구성 요소는 위에서 설명한대로 VMM 1의 구성 요소처럼 작동하고 행동한다.
시작 프로세스 동안 VMM1은 VMM2가 감지된 결함이 없다고 보고하는 경우에만 '활성(active)' 상태가 된다.
VMM2는 다음 중 하나가 발생하면 활성 모드로 '전환(switch)'된다.
* VMM1의 상태가 '비정상/중대 오류 감지(unhealthy/critical fault detected)'가 됨
* VMM1에서 수신한 카운터가 동결(frozen)됨
* VMM1과 VMM2 간의 통신 끊김(loss)
VMM1이 비정상 상태가 되면(그리고 VMM2가 활성화되면) VMM1 으로의 전환(switch back)은 차량이 정지되고 차량이 정지된 상태에서 초기 시동 프로세스가 다시 수행된 경우에만 발생할 수 있다.
모니터링 프로세스의 다른 실시예에 따르면, 위에서 설명한 것 외에도 VMM1과 VMM2 간의 완전한 교차 검사(cross checking)가 제공될 수 있다. 보다 정확하게는 VMM2는 자체 인풋/아웃풋 외에 VMM1의 인풋 및 아웃풋에 대한 모니터링을 추가로 수행하고, 반대로 VMM1은 자체 인풋/아웃풋 외에 VMM2의 인풋 및 아웃풋에 대한 모니터링을 추가로 수행한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 각각의 휠 브레이크 제어 유닛(WBCU)은 전기 및 공압 회로 모두를 위한 중복 회로를 포함한다. 채널 A는 VMM1에 의해 제어되는 반면 채널 B는 VMM2에 의해 제어된다. 사용 구성에서 바람직하게는 완전 이중 병렬 구성(full dual parallel configuration)이다.
기타(Miscellaneous)
상술한 작동 원리 및 배치는 전기 기계식 브레이크 유형에도 적용 가능하다.
상술한 작동 원리 및 배치는 유압 브레이크 유형에도 적용 가능하다.
주차 브레이크 기능과 관련하여, 일반적으로 제3 제동 채널로 간주될 수 있으며, 이는 메인 회로와 백업 회로가 적절한 백업 작동을 방해하는 심각한 고장을 보일 때 비상 시 사용될 수 있다.
대안적인 옵션에서, 주차 브레이크 기능은 백업 제동 공압 회로를 이용 가능하게 하여 비용 효율적인 솔루션을 형성하기 위해 추가 부품이 거의 없는 백업 제동 공압 회로에 사용될 수 있다.
이 경우, 사전 충전(pre-charged)은 정상 주행 조건에서 정상 주차 브레이크 압력(PBref)보다 낮은 압력이다. 이는 주차 브레이크 기능이 자체적으로 잠금 방지 기능을 갖추고 있을 때 특히 중요하다. 그러나 여기서 압력 논리는 반대라는 점에 유의해야 한다. 브레이크 액추에이터(BA)의 챔버(C1)에서 주차 브레이크를 해제하기 위해 8~9bar의 압력을 가하고, 반대로 제동력을 가하려면 압력을 줄여야 한다. 따라서, 사전 충전(pre-charged) 대신 챔버(C1)의 주차 브레이크에 가해지는 압력이 [5-6bar] 범위의 임계값으로 방전(de-charged)된다. 따라서 이 압력의 추가 감소는 즉시 제동 작동을 생성했다.

Claims (15)

  1. 제동 기능을 포함하는 차량 모션 시스템을 위한 제어 장치로서,
    제동 기능과 관련된 하나 이상의 브레이크 액추에이터(BA)가 있는 모션 액추에이터,
    제동 기능을 제어하기 위한 중복 어셈블리를 형성하는 적어도 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1) 및 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)를 포함하고, 주행 상태에서, 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)가 제동 성능에 큰 영향을 주지 않고 작동 대기 모드에 있는 동안, 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)는 현재 공칭 예상 제동 성능으로 브레이크 액추에이터를 제어하고,
    상기 제어 장치는 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)가, 현재 예상 공칭 예상 제동 성능으로, 1 초 미만, 바람직하게는 0.5 초 미만, 더욱 바람직하게는 0.3 초 미만의 기간(SWT) 내에, 제1 차량 모션 관리 컨트롤러로부터 브레이크 액추에이터의 제어를 인수하도록 구성되는 핫 스왑 기능을 포함하는, 제동 기능을 포함하는 차량 모션 시스템을 위한 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 브레이크 액추에이터는 압축 공기로 작동하는, 제동 기능을 포함하는 차량 모션 시스템을 위한 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    현재 공칭 예상 제동 성능을 담당하는 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)에 의해 제어되는 메인 제동 공압 회로(MBC) 및 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)에 의해 제어되는 백업 제동 공압 회로(BKC)가 제공되고, 백업 제동 공압 회로(BKC)는 메인 제동 공압 회로(MBC)에 적용된 압력보다 낮은 작동 대기 압력으로 작동 대기 모드에서 사전 충전되는, 제동 기능을 포함하는 차량 모션 시스템을 위한 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    제어된 압력(PREF(t))을 하나 이상의 브레이크 관련 액추에이터에 전달하도록 구성된, 각각의 차량 액슬 또는 각각의 브레이크 휠에 하나 이상의 브레이크 제어 장치를 포함하는, 제동 기능을 포함하는 차량 모션 시스템을 위한 제어 장치.
  5. 제3항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 로컬 제동 장치를 포함하고, 이러한 제동 장치 각각은:
    서비스 제동 챔버(C2)가 있는 브레이크 액추에이터(BA),
    브레이크 액추에이터(BA)의 서비스 제동 챔버(C2)에 연결된 배출구(26), 메인 제동 공압 회로(MBC)에 연결된 제1 입구(21), 백업 제동 공압 회로(BKC)에 연결된 제2 입구(22)가 있는 이중 체크 밸브(2FL, 2FR, 2RL, 2RR)를 포함하고,
    메인 제동 공압 회로(MBC)의 압력(PREF)과 관련하여, 백업 제동 공압 회로(BKC)의 압력(PBK)은 0.5 PREF<PBK<0.99 PREF 조건에 의해 정의되는 작동 대기 범위 내에 있는, 제동 기능을 포함하는 차량 모션 시스템을 위한 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    잠금 방지 기능(ABS 기능)을 수행하는 압력 제어 밸브(PCV)가 제공되며, 압력 제어 밸브는 이중 체크 밸브와 브레이크 액추에이터(BA)의 서비스 제동 챔버(C2) 사이에 삽입되는, 제동 기능을 포함하는 차량 모션 시스템을 위한 제어 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    잠금 방지 기능(ABS 기능)을 수행하는 압력 제어 밸브(PCV)가 제공되며, 압력 제어 밸브는 백업 제동 공압 회로(BKC)의 이중 체크 밸브 상류에 배치되는, 제동 기능을 포함하는 차량 모션 시스템을 위한 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1) 및 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2) 사이에 교차 통신 링크(28)가 제공되는, 제동 기능을 포함하는 차량 모션 시스템을 위한 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    작동 대기 모드에서, 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)는 실시간 방식으로 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)로부터 현재 설정값(setpoints)을 수신하는, 제동 기능을 포함하는 차량 모션 시스템을 위한 제어 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    백업 제동 공압 회로(BKC)는 주차 브레이크 회로에 의해 형성되며, 이 경우 사전 충전은 정상 주행 조건에서 정상 주차 브레이크 압력(PBref)보다 낮은 압력인, 제동 기능을 포함하는 차량 모션 시스템을 위한 제어 장치.
  11. 제동 기능을 포함하는 차량 모션 시스템을 제어하는 방법으로서, 차량 모션 시스템은 제동 기능과 관련된 하나 이상의 브레이크 액추에이터가 있는 모션 액추에이터, 제동 기능을 제어하기 위한 중복 어셈블리를 형성하는 적어도 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1) 및 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)를 포함하고, 상기 방법은:
    (a) 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)가 제동 성능에 큰 영향을 주지 않는, 작동 대기 모드에 있는 동안, 주행 조건에서 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)는 현재 공칭 예상 제동 성능으로 브레이크 액추에이터를 제어하고,
    (b) 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)의 비 공칭 조건, 즉 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)의 일부 또는 모든 기능을 사용할 수 없는 경우, 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)는 현재 공칭 예상 제동 성능으로 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)로부터 브레이크 액추에이터의 제어를 인수하도록 구성되고, 제어 인수는 1초 미만, 바람직하게는 0.5초 미만, 바람직하게는 0.3초 미만의 기간(SWT) 내에 달성되는 것을 포함하는, 제동 기능을 포함하는 차량 모션 시스템을 제어하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    작동 대기 모드에서, 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)는 실시간 방식으로 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)로부터 현재 설정값을 수신하는, 제동 기능을 포함하는 차량 모션 시스템을 제어하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2)는 상기 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1)로부터 수신된 제1 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1) 설정값으로부터 현재 설정값을 실시간 방식으로 자체적으로 계산하는, 제동 기능을 포함하는 차량 모션 시스템을 제어하는 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 로컬 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM1) 및 제2 로컬 차량 모션 관리 컨트롤러(VMM2) 사이에 교차 통신 링크(28)가 제공되며, 서로 '생존 및 활력(alive & healthy)' 신호를 교환하는, 제동 기능을 포함하는 차량 모션 시스템을 제어하는 방법.
  15. 제14항에 따른 시스템을 포함하는, 차량.
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