JP7741898B2 - 自動車用の電気機械式のブレーキシステム、ブレーキシステムを運転する方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用の電気機械式のブレーキシステムであって、４つのホイールブレーキ装置と、４つの一次の電気モータと、４つの二次の電気モータと、２つの制御装置とを備えるブレーキシステムに関する。

さらに本発明は、この種のブレーキシステムを運転する方法に関する。

自動化されたブレーキプロセスを例えば自動車の自律走行の範疇で実施するには、自動車のブレーキシステムは、自動車の運転者によるブレーキペダル操作とは独立して駆動可能なアクチュエータを備えていなければならない。この種のブレーキシステムは、例えば電気機械式のブレーキシステムとして形成されており、自動車のホイール毎にそれぞれ１つのホイールブレーキ装置を具備している。これらのホイールブレーキ装置の各々は、自動車を制動すべく、ホイールブレーキ装置に割り当てられた電気モータにより操作される。電気モータを駆動すべく、ブレーキシステムは、１つまたは複数の制御装置を備えている。

法規には、ブレーキシステムは、安全上の理由から、エラーが起こっても、つまり、ブレーキシステムのコンポーネントの１つが失陥しても、自動車が引き続き、予め決められた最低減速度では制動され得るように構成されていなければならないと定められている。液圧式のブレーキシステムであれば、非常操作用に、一般にブレーキペダルは、ホイールブレーキ装置に機械的に連結されている。

ブレーキシステムが、しかし、機械式の非常操作が不能な、純粋に電気機械式の、特にいわゆる「ブレーキバイワイヤ」ブレーキシステムとして形成されているとき、エラーが起こったときの制動は、一般に、ブレーキシステムのコンポーネントが冗長に構築されており、かつ／または互いに冗長性機能を担うことによって保証される。

冗長なコンポーネントを備えるこの種のブレーキシステムは、従来技術において公知である。例えば特許文献１は、自動車用の電気式のブレーキ装置であって、３つの制御ユニットを備え、制御ユニットの各々は、それぞれ２つのブレーキ機構を、２つのホイールを制動すべく、制御し、かつ制御ユニットの１つまたは２つが失陥した際は、他の制御ユニットの少なくとも１つが、失陥した制御ユニットのそれぞれのブレーキ機構を駆動し、その結果、自動車は、引き続き制動され得る、ブレーキ装置を開示している。特に制御ユニットの２つは、対角ホイール制御ユニットとして形成され、３番目の制御ユニットは、フロントホイール制御ユニットとして形成されている。代替的には、制御ユニットがそれぞれ全４つのブレーキ機構を駆動することができるように、制御ユニットを形成してある。ブレーキ機構自体のための冗長性は、しかし、設けられていないので、ブレーキ機構の１つが失陥してしまえば、自動車のブレーキ出力は、減じられてしまう。

欧州特許第３３１８４５８号明細書

請求項１の特徴を備える本発明に係るブレーキシステムは、制御装置が、ホイールブレーキ装置および／または自動車に割り当てられたセンサのセンサデータを検出および／または評価すべく、形成されており、ホイールブレーキ装置の各々に、それぞれ１つずつ、一次の電気モータと二次の電気モータとが、それぞれのホイールブレーキ装置を操作すべく、それぞれ割り当てられており、かつ制御装置の各々が、それぞれ２つずつの、ホイールブレーキ装置のうちの２つのホイールブレーキ装置の一次の電気モータと、ホイールブレーキ装置のうちの２つの他のホイールブレーキ装置の二次の電気モータとに、電気モータを駆動すべく割り当てられていることを特徴とする。これにより、有利な冗長性が、ブレーキ装置の操作のためにも、ホイールブレーキ装置に割り当てられた電気モータの駆動のためにも、達成される。こうしてホイールブレーキ装置の各々に、両制御装置、一次の電気モータの１つおよび二次の電気モータの１つが割り当てられているので、ブレーキシステムのブレーキ出力は、制御装置の一方および／または電気モータの１つもしくは複数が失陥したときでも、引き続き完全に存在している。電気モータは、それぞれのホイールブレーキ装置に特に機能的に割り当てられているだけ、つまり、ブレーキ装置と相互作用関係にあるだけ、あるいはブレーキ装置に機械的に連結されているだけ、ではなく、空間的にも割り当てられている、つまり、それぞれのホイールブレーキ装置に配置されてもいる。二次の電気モータの各々は、一次の電気モータの１つに対する冗長性をなす。二次の電気モータは、つまり、それぞれの一次の電気モータが失陥したときだけ、使用される。特に、二次の電気モータは、二次の電気モータにより、制動に際し、法規により要求される最低減速度のみが達成されるように指定され、その点において、一次の電気モータより小さい最大の電力およびサイズを有することが可能である。こうして、冗長性が存在するにもかかわらず、有利には組み付けスペースが節減される。制御装置は、ホイールブレーキ装置に特に機能的にのみ割り当てられており、つまり、ホイールブレーキ装置に信号技術的に電気的に接続され、かつ車両内の任意の場所に配置されているか、またはそれぞれ、ホイールブレーキ装置の少なくとも１つに空間的にも割り当てられ、つまり、特にホイールブレーキ装置に配置されてもいる。制御装置をそれぞれ４つのホイールブレーキ装置に割り当てることで、有利な冗長性を達成するのに、８つの制御装置の代わりに２つの制御装置のみが必要とされるので、ブレーキシステムの複雑性およびコストは、下げられる。制御装置をセンサデータの評価および／または検出のために形成することで、有利には、特別にこのために形成されるさらなる制御装置が省略され、またはこの種の制御装置に対する冗長性が、センサの少なくとも１つが、冗長に構築され、かつ／または両制御装置に割り当てられていることで、提供される。

本発明の好ましい一発展形によれば、センサは、ロータ位置センサ、回転数センサ、エアバッグセンサおよび／または間隔センサとして形成されていることが企図されている。このようにセンサを形成することで、有利には、電気モータの駆動にとって重要なセンサデータが、制御装置により直接的に検出および／または評価されることが保証されている。電気モータが、例えば電気的に整流される電気モータとして形成されている場合、電気モータのロータの正確な角度位置が、駆動のために検出されなければならない。制御装置がこれを、対応するロータ位置センサを介して直接的に検出すると、電気モータの特に有利な、効率的な駆動が保証されている。自動車のホイールに割り当てられた回転数センサにより、ホイール回転数が求められ、制動時、例えば有利には複数あるホイールの１つのホイールのロックを防止すべく、考慮され得る。エアバッグセンサおよび／または間隔センサのセンサデータを基に、危険状況および／または事故状況が認識可能であり、その結果、制御装置は、必要なとき、制動、特に非常制動を導入することができる。好ましくは、センサの少なくとも１つが、ホイール近傍のセンサとして、特にノイズ監視用のマイクロホンとして形成または配置されている。これにより同じく、重要なセンサデータの直接的な検出および／または評価が有利には保証されている。

本発明の好ましい一発展形によれば、一次の電気モータおよび／または二次の電気モータは、電気的に整流されるあるいはブラシレスの電気モータとして形成されていることが企図されている。電気モータを電気的に整流される電気モータとして形成することで、有利には、ホイールブレーキ装置の操作が効率的に実施されることが保証されている。好ましくは、一次の電気モータだけが、電気的に整流される電気モータとして形成されており、二次の電気モータは、有利には、組み付けスペースが省スペースで済む直流モータとして形成されている。代替的には、一次の電気モータおよび／または二次の電気モータは、三相交流非同期モータとして形成されている。これにより電気モータは、有利には低コストに形成されている。それというのも、特に、この種のモータは、モータのロータの角度位置を検出するロータ位置センサを必要としないからである。同じく、それぞれ、一次の電気モータの１つと、二次の電気モータの１つとが、１つの共通の電気モータとして、１つの一次のモータ巻線と、１つの二次のモータ巻線とを有して、特にステータ巻線を有して形成されており、一次のモータ巻線と、二次のモータ巻線とは、互いに独立的に駆動可能であり、かつ一次のモータ巻線の駆動時、電気モータは、一次の電気モータとして使用され、二次のモータ巻線の駆動時、電気モータは、二次の電気モータとして使用されることが可能である。モータ巻線の、制御装置に対する割り当ては、電気モータの、制御装置に対する前述の割り当てと同様に実施される。これにより電気モータは、同じく有利には低コストに形成されている。それというのも、特に、こうしてそれぞれ、一次の電気モータの１つと、二次の電気モータの１つとが、１つの共通のハウジング内に、１つのロータしか伴わず配置されているからである。

本発明の好ましい一発展形によれば、制御装置は、それぞれ、少なくとも、当該制御装置が割り当てられた二次の電気モータを有する両ホイールブレーキ装置の一方よりも、当該制御装置が割り当てられた一次の電気モータを有する両ホイールブレーキ装置の一方の近くに配置されていることが企図されている。このように制御装置を配置することで、有利には、一次の電気モータの少なくとも１つと、それぞれの制御装置との間の、潜在的にエラーが起こりやすい電気的な線路の長さが最小化されることが保証されているので、駆動の信頼性は、向上されている。代替的には、制御装置は、自動車の保護された領域内に配置されており、この領域内では、ホイールブレーキ装置の近傍におけるよりも低い温度要求および環境影響に曝されており、そこでは、それほどロバストでなくてよく、ひいては有利には、より低コストに構成されている。

本発明の好ましい一発展形によれば、制御装置がそれぞれ割り当てられた一次の電気モータを有する両ホイールブレーキ装置は、自動車の同じホイールアクスルに配置されていることが企図されている。このように配置することで、有利には、制御装置が、それぞれ、同じホイールアクスルにおいて互いに冗長性機能を担い、これにより、一方の制御装置が失陥したとき、引き続き、両アクスルにおけるすべてのホイールブレーキユニットが操作可能、すなわち一方のアクスルにおいて２つの一次の電気モータにより、かつ他方のアクスルにおいて２つの二次の電気モータにより操作可能であることが保証されている。このブレーキシステムは、アクスルに関してパラレルに冗長に設計されている。

本発明の好ましい一発展形によれば、代替的には、制御装置がそれぞれ割り当てられた一次の電気モータを有する両ホイールブレーキ装置は、それぞれ、自動車の異なるホイールアクスルに割り当てられており、かつホイールアクスルの、互いに反対側に位置する端部に配置されていることが企図されている。このように割り当てることで、有利には、制御装置の各々が、両アクスルの各々に設けられた一次の電気モータと二次の電気モータとをそれぞれ１つずつ駆動し、これにより、一方の制御装置が失陥したとき、引き続き、両アクスルにおけるすべてのホイールブレーキユニットが操作可能、すなわちアクスルの各々において１つの一次の電気モータと１つの二次の電気モータとにより操作可能であることが保証されている。このブレーキシステムは、アクスルに関してダイアゴナルに冗長に設計されている。

請求項７の特徴を備える本発明に係る方法は、ブレーキシステムの電気モータおよび制御装置を機能性について監視し、かつ電気モータの１つまたは制御装置の一方が失陥した際、代替反応をトリガすることを特徴とする。機能性について監視し、かつ代替反応をトリガすることで、有利には、電気モータの１つおよび／または制御装置の一方の失陥が遅滞なく認識され、かつブレーキシステムのブレーキ作用が引き続き維持されることが保証されている。

本発明の好ましい一発展形によれば、一次の電気モータの１つが失陥した際、代替反応として、同じホイールブレーキ装置に割り当てられた二次の電気モータを駆動することが企図されている。二次の電気モータを駆動することで、有利には、ホイールブレーキ装置の操作が引き続き保証されている。

本発明の好ましい一発展形によれば、制御装置の一方が失陥した際、代替反応として、他方の制御装置を駆動することが企図されている。他方の制御装置を駆動することで、有利には、全４つのホイールブレーキ装置の操作が引き続き保証されている。

本発明の好ましい一発展形によれば、代替反応として、特に、自動車の運転者に割り当てられた表示装置上に、警告を出力することが企図されている。警告を出力することで、有利には、運転者は、失陥について遅滞なく情報提供を受け、好適な対策を、特に走行を中止し、かつ／または整備場に行くために、講じ得ることが保証されている。好ましくは、警告の出力は、制御装置の一方および／または電気モータの１つを好適に駆動することで、制御装置の他方および／または電気モータの他の１つの失陥を補償する前述の代替反応の１つと同時に実施される。二次の電気モータの１つの失陥しか確認されない場合、特に駆動の変更は、不要であり、警告の出力で十分である。好ましくは、警告を失陥の重要度または深刻度に応じて出力し、例えば色分けして符号化する。こうして、例えば二次の電気モータの１つの失陥は、黄色の警告灯で表示するだけであるのに対し、一次の電気モータの１つおよび／または制御装置の一方の失陥は、赤色の警告灯で表示する等、なされてもよい。同じく運転者には、有利には様々な取り扱い指示を出力することができ、例えば一次の電気モータの１つおよび／または制御装置の一方が失陥した際には、走行の即時中止要求を出力することができる。

さらなる好ましい特徴および特徴組み合わせは、先の説明および特許請求の範囲から看取可能である。以下に本発明について図面を基に詳しく説明する。

電気機械式のブレーキシステムの概略図である。

以下に、図面を参照しながら、詳しくは図示しない自動車用の有利な電気機械式のブレーキシステム１について説明する。ブレーキシステム１は、正確に４つのホイールブレーキ装置２を備えている。ホイールブレーキ装置２の各々は、自動車の同じく図示しないホイールに１つずつ割り当てられている。ブレーキシステム１は、本実施例では、純粋に電気機械式に構成されており、つまり、ホイールブレーキ装置２を操作する液圧式のコンポーネントまたは液圧液体回路を具備していない。

制動は、むしろ、ホイールブレーキ装置２の直接的な操作により実施され、ホイールブレーキ装置２は、特に摩擦ブレーキ装置として形成されている。このためにブレーキシステム１は、それぞれ正確に４つの一次の電気モータ３と、正確に４つの二次の電気モータ４とを備えている。電気モータ３，４は、本実施例では、電気的に整流される電気モータとして形成されている。ホイールブレーキ装置２の各々には、それぞれ１つずつ、一次の電気モータ３と二次の電気モータ４とが、それぞれのホイールブレーキ装置２を操作すべく、それぞれ割り当てられている。

さらにブレーキシステム１は、正確に２つの制御装置５を備えている。制御装置５の各々は、それぞれ２つずつの、ホイールブレーキ装置２のうちの２つのホイールブレーキ装置２の一次の電気モータ３と、ホイールブレーキ装置２のうちの２つの他のホイールブレーキ装置２の二次の電気モータ４とに、電気モータ３，４を駆動すべく割り当てられている。制御装置５がそれぞれ割り当てられた一次の電気モータ３を有する両ホイールブレーキ装置２は、この場合、それぞれ、自動車の同じホイールアクスルに割り当てられている。制御装置５は、それぞれ、当該制御装置５が割り当てられた二次の電気モータ４を有する両ホイールブレーキ装置よりも、当該制御装置５が割り当てられた一次の電気モータ３を有する両ホイールブレーキ装置２の近くに配置されている。

二次の電気モータ４の各々は、同じホイールブレーキ装置２に割り当てられた一次の電気モータ３のための冗長性機能を担う。対応する一次の電気モータ３が失陥すると、この場合は、同じホイールブレーキ装置２に割り当てられた二次の電気モータ４が駆動される。

同じく制御装置５の各々は、他方の制御装置５のための冗長性機能を担う。制御装置５の一方が失陥すると、この場合は、他方の制御装置５が駆動される。

制御装置５は、さらに、ホイールブレーキ装置２および／または自動車に割り当てられたセンサ６のセンサデータを検出および／または評価すべく、形成されている。センサは、特に、複数ある電気モータ３，４の１つの電気モータのロータ位置センサ、自動車の複数あるホイールの１つのホイールの回転数センサ、自動車のエアバッグセンサおよび／または自動車の間隔センサである。

さらに制御装置５は、双方向矢印により略示するように、通信技術的にバスシステム、例えばＥｔｈｅｒｎｅｔ、ＦｌｅｘｒａｙまたはＣＡＮを介して相互に、かつ自動車の別の制御装置７に接続されている。複数ある別の制御装置７の少なくとも１つは、例えば、制御装置５により検出あるいは評価されるセンサデータをさらに処理すべく、形成されている。

さらに、例えば複数ある別の制御装置７の少なくとも１つは、電気モータ３，４および制御装置５を機能性について監視し、かつ電気モータ３，４の１つおよび／または制御装置５の一方が失陥した際、好適な代替反応をトリガ、特に前述のように駆動を変更し、かつ／またはエラー通知を出力すべく、形成されている。

１ ブレーキシステム
２ ホイールブレーキ装置
３ 一次の電気モータ
４ 二次の電気モータ
５ 制御装置
６ センサ
７ 別の制御装置

Claims (10)

1. 自動車用の電気機械式のブレーキシステム（１）であって、４つのホイールブレーキ装置（２）と、４つの一次の電気モータ（３）と、４つの二次の電気モータ（４）と、２つの制御装置（５）とを備え、
   －前記制御装置（５）は、前記ホイールブレーキ装置（２）および／または前記自動車に割り当てられたセンサ（６）のセンサデータを検出および／または評価すべく、形成されており、
   －前記ホイールブレーキ装置（２）の各々に、それぞれ１つずつ、前記一次の電気モータ（３）と前記二次の電気モータ（４）とが、それぞれの前記ホイールブレーキ装置（２）を操作すべく、それぞれ割り当てられており、かつ
   －前記制御装置（５）の各々は、それぞれ２つずつの、前記ホイールブレーキ装置（２）のうちの２つのホイールブレーキ装置（２）の前記一次の電気モータ（３）と、前記ホイールブレーキ装置（２）のうちの２つの他のホイールブレーキ装置（２）の前記二次の電気モータ（４）とに、前記電気モータ（３，４）を駆動すべく割り当てられている、
   自動車用の電気機械式のブレーキシステム。
2. 前記センサ（６）は、ロータ位置センサ、回転数センサ、エアバッグセンサおよび／または間隔センサとして形成されていることを特徴とする、請求項１記載のブレーキシステム。
3. 前記一次の電気モータ（３）および／または前記二次の電気モータ（４）は、電気的に整流される電気モータとして形成されていることを特徴とする、請求項１または２記載のブレーキシステム。
4. 前記制御装置（５）は、それぞれ、少なくとも、当該制御装置（５）が割り当てられた前記二次の電気モータ（４）を有する両前記ホイールブレーキ装置（２）の一方よりも、当該制御装置（５）が割り当てられた前記一次の電気モータ（３）を有する両前記ホイールブレーキ装置（２）の一方の近くに配置されていることを特徴とする、請求項１または２記載のブレーキシステム。
5. 前記制御装置（５）がそれぞれ割り当てられた前記一次の電気モータ（３）を有する両前記ホイールブレーキ装置（２）は、前記自動車の同じホイールアクスルに配置されていることを特徴とする、請求項１または２記載のブレーキシステム。
6. 前記制御装置（５）がそれぞれ割り当てられた前記一次の電気モータ（３）を有する両前記ホイールブレーキ装置（２）は、それぞれ、前記自動車の異なるホイールアクスルに割り当てられており、かつ前記ホイールアクスルの、互いに反対側に位置する端部に配置されていることを特徴とする、請求項１または２記載のブレーキシステム。
7. 請求項１または２記載の電気機械式のブレーキシステム（１）を運転する方法であって、前記ブレーキシステム（１）の前記電気モータ（３，４）および前記制御装置（５）を機能性について監視し、かつ前記電気モータ（３，４）の１つまたは前記制御装置（５）の一方が失陥した際、代替反応をトリガすることを特徴とする、電気機械式のブレーキシステムを運転する方法。
8. 前記一次の電気モータ（３）の１つが失陥した際、代替反応として、同じ前記ホイールブレーキ装置（２）に割り当てられた前記二次の電気モータ（４）を駆動することを特徴とする、請求項７記載の方法。
9. 前記制御装置（５）の一方が失陥した際、代替反応として、他方の前記制御装置（５）を駆動することを特徴とする、請求項７記載の方法。
10. 代替反応として、前記自動車の運転者に割り当てられた表示装置上に、警告を出力することを特徴とする、請求項７記載の方法。