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CN106458185A - 自动控制的用于车辆的制动系统以及致动和控制用于车辆的制动系统的方法 - Google Patents

自动控制的用于车辆的制动系统以及致动和控制用于车辆的制动系统的方法 Download PDF

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CN106458185A
CN106458185A CN201580035320.3A CN201580035320A CN106458185A CN 106458185 A CN106458185 A CN 106458185A CN 201580035320 A CN201580035320 A CN 201580035320A CN 106458185 A CN106458185 A CN 106458185A
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Abstract

用于车辆的制动系统(4)包括：液压致动器单元(8)，其操作地连接到至少一个制动装置(12)，以通过处于第一工作压力(P1)下的第一液压回路(16)控制其致动，其中，液压致动器单元(8)包括用于用户的至少一个手动致动器(20)，以允许用户向制动系统(4)提供制动请求；发电单元(32)，其通过处于第二工作压力(P2)下的第二液压回路(36)操作地连接到液压致动器单元(8)；致动的制动泵(48)，其在输入端(54)操作地连接到发电单元(32)的第二液压回路(36)以被致动，并在输出端(64)操作地连接到第一液压回路(16)以用于致动至少一个制动装置(12)。第一和第二液压回路(16、36)供应有彼此流体分开的不同的液压流体。

Description

自动控制的用于车辆的制动系统以及致动和控制用于车辆的 制动系统的方法
技术领域
本发明涉及一种自动控制的用于车辆的制动系统以及致动和控制用于车辆的制动系统的方法。
背景技术
特别地，在赛车上功能越来越强的动能回收系统(KERS)的普及已使得能够自动地“混合”再生制动和耗散制动的系统的普及成为必需。再生制动恰好是一种允许在制动过程中通过将车辆损失的动能转换成待回收和/或存储的电能来回收能量的制动；而耗散制动是一种“传统的”制动，其包括将车辆的动能转换/耗散为热能，即，制动器的加热，该制动器通常是盘式制动钳、制动垫和制动盘。
这些系统通过“线控制动”致动器来致动传统的制动系统(或耗散制动系统)：换句话说，用户不通过直接操作在与这种制动装置流体连接的系统上施加压力的控制杆或踏板来直接控制制动装置，但是，由相关的致动器读取通过致动控制杆或踏板施加的用户所请求的制动，并将其转换成制动装置的对应致动。
缩短的致动时间(0.1-0.2秒以达到制动系统中的最大压力)意味着这些致动器在一圈上需要高瞬时功率和低平均功率(当其应用于赛车时)。
而且，在比赛环境中，致动器的质量也起着关键性作用，并且必须尽可能低。
发明内容
因此，在已知的解决方案中，经常是在赛车的领域中，对高瞬时功率和低电源电压的需求，导致大尺寸和质量的电气部件非常不适于赛车应用。
因此，揭示了一个明显的技术矛盾：为了得到所需性能，这些部件过重，而对于可接受的重量，这些部件无法提供所需的致动功率。
因此，需要解决参考现有技术提到的缺点和局限，即，需要提供这样一种制动系统，其可确保高功率、缩短致动时间，并且同时，部件具有小质量以不会影响安装有这种系统的车辆的性能。
通过根据权利要求1所述的用于车辆的制动系统，并通过根据权利要求14所述的致动和控制用于车辆的制动系统的方法，来满足此需求。
特别地，通过一种用于车辆的制动系统来满足此需求，该制动系统包括：
-液压致动器单元，其操作地连接到至少一个制动装置，以通过处于第一工作压力下的第一液压回路控制至少一个制动装置的致动，其中，液压致动器单元包括用于用户的至少一个手动致动器，以允许用户向制动系统提供制动请求，
-发电单元，其通过处于第二工作压力下的第二液压回路操作地连接到液压致动器单元，
-致动的制动泵，其在输入端操作地连接到发电单元的第二液压回路以被致动，并在输出端操作地连接到第一液压回路以用于致动该至少一个制动装置，
-其中，第一液压回路和第二液压回路供应有彼此流体分开的不同的液压流体，
-提供致动系统的至少一个控制单元，该控制单元管理制动系统的操作。
根据一个可能的实施例，该致动系统包括与手动致动器相互作用且与致动的制动泵的输出端相互作用的控制阀，所述控制阀能在至少第一操作状态或标准状态中操作，在该第一操作状态或标准状态中，控制阀使致动的制动泵的输出端与该至少一个制动装置流体地连接，并使手动致动器的出口分支与该至少一个制动装置流体地断开。
根据一个可能的实施例，液压致动器单元包括液压罐或液压蓄积器，该液压罐或液压蓄积器在第一操作状态中接收并存储从手动致动器的出口分支接收的流体。
根据一个可能的实施例，控制阀在第一操作状态中使所述液压罐或液压蓄积器流体地连接至手动致动器的出口分支。
根据一个可能的实施例，控制单元被编程为在第二液压回路中的第二工作压力保持大于或等于阈值时致动处于第一操作状态中的控制阀。
根据一个可能的实施例，所述控制阀能在第二操作状态或安全状态中操作，在该第二操作状态或安全状态中，控制阀使致动的制动泵的出口与该至少一个制动装置流体地断开，并使手动致动器的出口与该至少一个制动装置流体地连接。
根据一个可能的实施例，液压致动器单元包括液压罐或液压蓄积器，该液压罐或液压蓄积器在第二操作状态中接收并存储从致动的制动泵的出口接收的流体。
根据一个可能的实施例，控制阀在第二操作状态中使所述液压罐与致动的制动泵的出口流体地连接。
根据一个可能的实施例，控制单元被编程为使得当第二液压回路内的压力下降至阈值以下时致动处于第二操作状态中的控制阀。
根据一个可能的实施例，控制阀由制动系统的控制单元通过第二液压回路来致动。
根据一个可能的实施例，控制阀设置有弹性预加载装置，该弹性预加载装置推动控制阀以在第二操作状态或安全状态中起作用。
根据一个可能的实施例，致动的制动泵包括双效致动缸，该双效致动缸在相对的腔室处受到由作用于第二液压回路中的伺服阀调节的不同压力的作用。
根据一个可能的实施例，发电单元包括车辆的辅助电路以用于控制车辆的辅助装置。
根据一个可能的实施例，发电单元包括至少一个电机，该电机操作地连接到泵以用于将第二液压流体加压到第二工作压力。
根据一个可能的实施例，发电单元操作地连接到系统的控制单元，以由该控制单元控制。
根据一个可能的实施例，致动的制动泵在输出端操作地连接到布置在车辆的相同的轴上的至少两个制动装置(在四轮车辆的情况中)，或连接到单个制动装置(在二轮车辆的情况中)。
根据一个可能的实施例，能够在车辆上安装两个致动单元，以独立地控制不同的轴上的制动，而不需要使用分配器。
还通过一种致动和控制用于车辆的制动系统的方法来解决本发明的技术问题，该方法包括以下步骤：
-提供操作地连接到至少一个制动装置的液压致动器单元，以通过处于第一工作压力下的第一液压回路控制至少一个制动装置的致动，其中，液压致动器单元包括用于用户的至少一个手动致动器，以允许用户向制动系统提供制动请求，
-提供发电单元，其通过处于第二工作压力下的第二液压回路操作地连接到液压致动器单元，
-提供致动的制动泵，其在输入端连接到发电单元的第二液压回路以被致动，并在输出端操作地连接到第一液压回路以用于致动该至少一个制动装置，
-对第一液压回路和第二液压回路供应彼此流体分开的不同的液压流体，
-提供制动系统的至少一个控制单元，该控制单元管理系统的操作。
根据一个实施例，所述用于致动和控制的方法包括以下步骤：提供根据以上列出的实施例变型中的任何一个的用于车辆的制动系统。
附图说明
从这些实施例的优选的且非限制性的实例的以下描述中将更好理解本发明的其他特征和优点，附图中：
图1是处于第一操作状态中的根据本发明的制动系统的示意图；
图2是处于第二操作状态中的图1的制动系统的示意图；
图3是根据本发明的另一实施例的制动系统的示意图；
图4是根据本发明的制动系统与相关车辆的车载系统的连接和相互作用方案的示意图。
下述实施例之间相同的元件或这些元件的部分，将用相同的参考数字表示。
具体实施方式
参考以上附图，参考标号4在全文中表示用于车辆的制动系统。
首先，为了本发明的目的，必须明确指出车辆一般是表示任何类型、尺寸和动力的机动车辆，其具有两个、三个、四个或更多个车轮以及两个或更多个相关的轴；进而显而易见地，本发明优选地(尽管不是唯一地)涉及高性能四轮车辆，如在导言部分中说明的。
制动系统包括液压致动单元8，该液压致动单元操作地连接到至少一个制动装置12，以通过第一液压回路16在第一工作压力P1下控制其致动。
为了本发明的目的，所使用的制动装置12的类型是无关的，这是因为其优选地但并非唯一地可以是单件式或彼此连接的两半部式卡钳等中的用于固定或浮动类型的盘式制动器的卡钳。
液压致动单元8包括用于用户的至少一个手动致动器20，以允许用户对制动系统提供制动请求。
手动致动器20可包括例如致动使制动流体加压的液压泵的操作杆或踏板。
手动致动器20依次装配有：其本身的液压回路，该液压回路包括输出分支24；以及制动流体箱28，用于在制动垫的摩擦材料消耗之后对回路供应制动流体。手动致动器20的液压回路与第一液压回路16相互作用，如下面更好地描述的。
制动系统4还包括发电单元32，该发电单元通过第二液压回路36在第二工作压力P2下操作地连接到液压致动器单元8。根据本发明的一个实施例，发电单元32包括车辆的辅助电路以用于控制车辆的辅助装置的。这种辅助装置可包括两个车辆附件，例如，推进单元的分配装置的致动系统、推进单元的供电系统，等。
例如，在某些类型的“顶级”赛车(例如F1)中，赛车装配有高压液压系统，其可作为发电单元使用，以用于致动制动装置。
在其他类型中，出于设计或管理的选择，车辆上并没有高压液压系统，并且可用电气系统(特别是电动液压系统)来执行致动。
例如，根据一个可能的实施例，发电单元32包括至少一个电机40，该电机操作地连接到泵44以用于使液压流体加压到第二工作压力P2。也可用电力输出装置代替电机40，该电力输出装置操作地连接到例如安装有制动系统4的相关车辆的推进单元的驱动轴或副轴。
优选地，所述发电单元32是电动液压的，其中，电机40是电动机。
制动系统4还包括致动的制动泵48，该制动泵在输入端54操作地连接到发电单元32的第二液压回路36以被致动，并在输出端操作地连接到第一液压回路16以用于致动至少一个制动装置12。
第一液压回路16和第二液压回路36供应有彼此流体分开的不同的液压流体。
例如，第一液压回路16的液压流体是本领域已知的典型的制动流体，其优选地具有用于在高性能系统中使用的特征；这种制动流体是合成类型的，其具有高吸湿性和高抗气泡形成性的特征，以防止阻尼现象。这种流体在致动制动装置12时确保了高可靠性。
第二液压回路36的液压流体优选地是矿物流体，其特别适于在几百巴数量级的高得多的压力下工作。
如图所示，第一液压回路16和第二液压回路36供应有彼此流体分开的不同的液压流体：换句话说，不同类型的且在彼此非常不同的工作压力P1和P2下工作的两种液压流体决不会混合且决不会彼此直接接触；相关的第一液压回路16和第二液压回路36接收通过所述致动的制动泵48而彼此相互作用的这些液压流体。
例如，致动的制动泵48包括双效致动缸49，该双效致动缸例如装配有第一分离挡板50，对应于相对的腔室(例如，第一腔室51和第二腔室53)，第一分离挡板受到第一液压回路16和第二液压回路36的压力作用。例如，第一腔室51流体地连接到第一液压回路16，第二腔室53流体地连接到第二液压回路36；双效致动缸49根据从每个腔室51、53的侧面作用的力而移动。
制动系统4还包括系统的至少一个控制单元52，该控制单元管理系统的操作。
发电单元32操作地连接到系统的控制单元52，以由该控制单元控制。
而且，能够使系统的控制单元52连接到车辆56的对应控制单元(图4)；这样，在正常操作状态下，车辆56的控制单元即时地向系统的控制单元52传达其必须实现多少压力。
替代地，如果车辆56的控制单元检测到系统的控制单元52的故障，则能够通过以传统方式操作制动系统而绕过该控制单元，即，通过用户直接用手动致动器20控制，因此，不由致动的制动泵48致动。例如，在车辆56的控制单元与系统的控制单元52之间插入有开关/继电器58，车辆56的控制单元(其用作“主动装置”)可通过开关/继电器绕过和/或至少暂时地断开系统的控制单元52(其用作“从动装置”)。
制动系统4包括控制阀60，该控制阀与手动致动器20相互作用，并与致动的制动泵48的出口或输出端64相互作用。
所述控制阀60可至少在第一操作状态或安全状态中操作，在该状态中，控制阀60使致动的制动泵48的出口或输出端64流体地连接到该至少一个制动装置12，并使手动致动器20的出口分支24与该至少一个制动装置12流体地断开。
根据一个实施例，液压致动器单元8包括液压罐或液压蓄积器68，该液压罐或液压蓄积器在第一操作状态中接收并存储从手动致动器20的出口分支24接收的流体。
在这种状态中，液压罐或液压蓄积器68具有这样的功能：允许手动致动器的特定致动行程由用户操作并向用户返回逐渐增加的阻力的感觉，以允许用户调节期望的制动。同时，系统的控制单元52读取来自用户的制动请求并通过所述致动的制动泵48将其转换成制动装置12的致动，该制动泵通过控制阀60连接到制动装置12。
特别地，控制阀60在第一操作状态中同时地一方面使致动的制动泵48与制动装置12连接，另一方面使所述液压罐或液压蓄积器68与手动致动器20的出口分支24流体地连接。
控制阀60是例如四通阀。
优选地，系统的控制单元52被编程为使得如果将第二液压回路36中的第二工作压力P2保持高于或等于阈值则在第一操作状态中致动控制阀60。
换句话说，系统的控制单元52被编程为总是在第一模式中(即，在“线控”模式中)操作该系统，在该模式中，用户通过作用于手动致动器20而发出对制动转矩的请求，但是实际上，决不会直接控制制动装置12，该制动装置明显取决于用户手动发出的请求而总是由致动的制动泵48致动。
出于安全原因，只要将第二液压回路36中的压力P2保持高于预定阈值，便总是保持这种第一操作状态或运行状态。在不再确保这个阈值且由此该系统不再能够确保通过致动的制动泵来正确且快速地致动制动装置12的情况中，出于安全原因，该系统转到第二操作状态。
特别地，控制阀60可在第二操作状态或安全状态中操作，在该状态中，控制阀60使致动的制动泵48的出口64与该至少一个制动装置12流体地断开，并使手动致动器20的出口分支24与该至少一个制动装置12流体地连接。
这样，用户通过手动致动器20来直接控制制动装置12的致动。
而且，在第二操作状态中，液压致动单元8的所述液压罐或液压蓄积器68接收并存储从致动的制动泵48的出口64接收的流体。
特别地，控制阀60在第二操作状态中使所述液压罐或液压蓄积器68流体地连接至致动的制动泵48的出口64。
系统的控制单元52被编程为使得，如果第二液压回路36内的压力P2降到阈值以下其检测到故障，或者如果驾驶员决定转到手动模式，则控制阀60。
根据一个实施例，由系统的控制单元52通过第二液压回路36致动控制阀60。
根据一个实施例，控制阀60设置有弹性预加载装置72，该弹性预加载装置推动控制阀60以在第二操作状态或安全状态中工作。
换句话说，在不存在控制阀60的液压致动以在第一操作状态(标准状态)中操作的情况下，由于弹性预加载装置72的作用，该系统使其自动地在第二安全操作状态中工作。
例如，所述第二液压回路36的控制分支76经由致动阀80的插入而流体地连接到控制阀60。致动阀80提供第一操作状态，在该状态中，其使控制分支76与控制阀60流体地连接：这种流体连接允许以使控制阀60也可在第一操作状态中工作的方式克服弹性预加载装置72的作用。致动阀80还提供第二操作状态，在该状态中，其使控制分支76与控制阀60流体地断开：这种流体断开以使控制阀60也可在第二操作状态中工作的方式使弹性预加载装置72的作用占主导。
控制阀60可包括例如活塞84，该活塞一方面受到弹性预加载装置72的推力作用，另一方面受到来自控制分支76的流体的推力作用。
通常，即，在第一操作状态中，来自控制分支76的液压推力作用胜过(prevailover，占主导)弹性预加载装置72的弹性推力；而在第二操作状态中，弹性预加载装置72的推力作用占主导。
该系统还包括伺服阀88，其接收来自发电单元32的流体。这种伺服阀88能够调节待发送至致动的制动泵48的压力。因此，能够将第二液压回路的压力P2减小至不同的值，以便调节致动的制动泵48的操作。
应注意，伺服阀88的正确操作需要其通过绝对无杂质的高度过滤的流体来操作。第二液压回路36的液压流体具有这种高过滤度，而第一液压回路16的作用于制动装置12上的液压流体无法提供这种过滤度。因此重要的是，为了本发明的目的，第一液压回路16和第二液压回路36的流体总是彼此分开，并且这些液压回路16、36彼此流体地分开。这样，每种液压流体都可在其回路内最佳地工作，以便实现其技术功能。
根据一个可能的实施例，致动的制动泵48在输出端64中操作地连接到布置在车辆的相同的轴上的至少两个制动装置12(在四轮车辆的情况中)，或连接到单个制动装置(在二轮车辆的情况中)。
根据一个可能的实施例，能够提供安装有两个致动单元的车辆，以独立地控制不同的轴的制动，而不需要使用分配器。
如可从该描述中理解的，根据本发明的用于车辆的制动系统允许克服在现有技术中提出的缺点。
特别地，根据本发明的用于车辆的制动系统允许解决现有技术的系统的技术矛盾，该技术矛盾包括这样的事实：为了获得所需性能，这些部件过重，而对于可接受的重量，这些部件无法提供所需的致动功率。
由于本发明，能够将电气部件的尺寸设定为适应平均功率，而非功率峰值，因此，这些电气部件将具有可与赛车上的使用相容的更轻重量。
实际上，引入致动器中的能量以流体的压力能量的形式而逐渐累积，并且，从此“箱”中得到快速致动所需的高功率峰值。
所提出的解决方案还允许甚至在未装配有高压液压系统的车辆上利用液压应用的优点：实际上，对于这种车辆来说，能够使用能使适于操作制动装置的致动器的流体压力加压的特定电动液压单元。
根据本发明的制动系统可确保安全状态；实际上，如果第二液压回路中的压力降至阈值以下，则系统自动地转到第二安全操作状态，该状态由用户通过致动手动致动器来提供制动装置的手动控制。
在标准状态下，即，在第一操作状态中，该系统以获得快速的、有力的且可靠的制动的方式提供“BBW”或“线控制动”操作，该制动总是能够满足对用户通过操作手动致动器而得到的制动转矩的需求。
明显地，可简单地且有利地对根据本发明的系统补充额外的操作功能，例如，制动的自动管理以避免锁定现象(ABS)。
为了满足依情况而定的和特定的需求，本领域技术人员可对上述制动系统进行许多修改和变化，然而，所有这些修改和变化都包含在如由所附权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (15)

1.用于车辆的制动系统(4)，包括：
-液压致动器单元(8)，操作地连接到至少一个制动装置(12)，以通过处于第一工作压力(P1)下的第一液压回路(16)控制所述至少一个制动装置的致动，其中，所述液压致动器单元(8)包括用于用户的至少一个手动致动器(20)，以允许用户向所述制动系统(4)提供制动请求，
-发电单元(32)，通过处于第二工作压力(P2)下的第二液压回路(36)操作地连接到所述液压致动器单元(8)，
-致动的制动泵(48)，在输入端(54)操作地连接到所述发电单元(32)的所述第二液压回路(36)以被致动，并在输出端(64)操作地连接到第一液压回路(16)以用于致动所述至少一个制动装置(12)，
-其中，所述第一液压回路和所述第二液压回路(16、36)供应有彼此流体分开的不同的液压流体，
-所述制动系统的至少一个控制单元(52)，管理所述制动系统(4)的操作。
2.根据权利要求1所述的用于车辆的制动系统(4)，其中，所述制动系统(4)包括与所述手动致动器(20)相互作用且与所述致动的制动泵(48)的所述输出端(64)相互作用的控制阀(60)，所述控制阀(60)能在至少第一操作状态或标准状态中操作，在所述第一操作状态或标准状态中，所述控制阀(60)使所述致动的制动泵(48)的所述输出端(64)与所述至少一个制动装置(12)流体地连接，并使所述手动致动器(20)的出口分支(24)与所述至少一个制动装置(12)流体地断开。
3.根据权利要求1或2所述的用于车辆的制动系统(4)，其中，所述液压致动器单元(8)包括液压罐或液压蓄积器(68)，所述液压罐或液压蓄积器在所述第一操作状态中接收并存储从所述手动致动器(20)的所述出口分支(24)接收的流体。
4.根据权利要求3所述的用于车辆的制动系统(4)，其中，所述控制阀(60)在所述第一操作状态中使所述液压罐或液压蓄积器(68)流体地连接至所述手动致动器(20)的所述出口分支(24)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用于车辆的制动系统(4)，其中，所述制动系统的所述控制单元(52)被编程为，在所述第二液压回路(36)中的所述第二工作压力(P2)保持高于或等于阈值时致动处于所述第一操作状态中的所述控制阀(60)，并产生制动所需的压力值。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用于车辆的制动系统(4)，其中，所述控制阀(60)能在第二操作状态或安全状态中操作，在所述第二操作状态或安全状态中，所述控制阀(60)使所述致动的制动泵(48)的所述出口(64)与所述至少一个制动装置(12)流体地断开，并使所述手动致动器(20)的出口分支(24)与所述至少一个制动装置(12)流体地连接。
7.根据前述权利要求中任一项所述的用于车辆的制动系统(4)，其中，所述液压致动器单元(8)包括液压罐或液压蓄积器(68)，所述液压罐或液压蓄积器在所述第二操作状态中接收并存储从所述致动的制动泵(48)的所述出口(64)接收的流体。
8.根据权利要求7所述的用于车辆的制动系统(4)，其中，所述控制阀(60)在所述第二操作状态中使所述液压罐或液压蓄积器(68)与所述致动的制动泵(48)的所述出口(64)流体地连接。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的用于车辆的制动系统(4)，其中，所述制动系统的所述控制单元(52)被编程为使得当所述第二液压回路(36)中的压力下降至阈值以下时致动处于所述第二操作状态中所述控制阀(60)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的用于车辆的制动系统(4)，其中，所述控制阀(60)由所述制动系统的所述控制单元(52)通过所述第二液压回路(36)来致动。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的用于车辆的制动系统(4)，其中，所述控制阀(60)设置有弹性预加载装置(72)，所述弹性预加载装置推动所述控制阀(60)以在所述第二操作状态或安全状态中起作用。
12.根据前述权利要求中任一项所述的用于车辆的制动系统(4)，其中，所述致动的制动泵(48)包括双效致动缸(49)，所述双效致动缸在相对的腔室(51、53)处受到由作用于所述第二液压回路(36)中的伺服阀(88)调节的不同压力的作用。
13.根据前述权利要求中任一项所述的用于车辆的制动系统(4)，其中，所述发电单元(32)包括车辆的辅助电路以用于控制车辆的辅助装置。
14.致动和控制用于车辆的制动系统(4)的方法，包括以下步骤：
-提供操作地连接到至少一个制动装置(12)的液压致动器单元(8)，以通过处于第一工作压力(P1)下的第一液压回路(16)控制所述至少一个制动装置的致动，其中，所述液压致动器单元(8)包括用于用户的至少一个手动致动器(20)，以允许用户向所述制动系统(4)提供制动请求，
-提供发电单元(32)，所述发电单元通过处于第二工作压力(P2)下的第二液压回路(36)操作地连接到所述液压致动器单元(8)，
-提供致动的制动泵(48)，所述致动的制动泵在输入端(54)连接到所述发电单元(32)的所述第二液压回路(36)以被致动，并在输出端(64)操作地连接到第一液压回路(16)以用于致动所述至少一个制动装置(12)，
-对所述第一液压回路和所述第二液压回路(16、36)供应彼此流体分开的不同的液压流体，
-提供所述制动系统的至少一个控制单元(52)，所述控制单元管理所述致动系统的操作。
15.致动和控制用于车辆的制动系统的方法，包括以下步骤：提供根据权利要求1至13中任一项所述的用于车辆的制动系统(4)。
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