用于车辆的车辆制动单元的致动器的制作方法

1.本发明涉及一种用于车辆的车轮制动单元的致动器、一种具有致动器的车轮制动单元、一种用于执行车辆的车轮制动单元安全致动的方法，特别是涉及一种具有集成能量储存器的电动机械制动器。


背景技术：

2.如今，电动气动制动致动器通常被用于商用车辆。在大多数情况下，这种致动器通过气缸使用气动能源，并提供行车和驻车制动器致动。驻车制动功能的致动器通常与提供行车制动的致动器不同，而且这两个致动器可以独立操作。驻车制动致动器通常涉及弹簧，其张力直接提供了制动车辆的能量并将其固定在原地。在紧急情况下，即使没有加压空气作为能量来源，也可以通过利用基于弹簧的驻车制动致动器设计，进行一次制动器致动。如果系统中失去了压力，驻车制动室中的预紧弹簧就会提供足够的制动能量来停止车辆，或使其处于静止状态。
3.另外的示例是一类以电动机械的方式操作的制动致动器。电动汽车的出现增加了这种电动机械式制动致动器在不久的将来会变得更加广泛的可能性。电动机械致动器的特点是具有电动马达，其致动扭矩一般通过合适的齿轮转变成线性力。电动马达通常由提供来自车辆主要能量源的能量的电源驱动。
4.制动单元中的电动机械致动器的示例可以在ep 1977134 b1中找到，该文件披露了一种具有电动机械致动器的自能式商用车轮式制动器，该致动器包括电子控制模块。wo 2019/185890 a1中公开了一种功能类似的制动单元，同样是通过电动马达进行电动机械致动，其配备有用于提供驻车制动功能的电磁离合器，并包括与电动马达一起设置在电动马达壳体内的电子控制模块。us 2019/0118790 a1又公开了一种用于车辆的盘式制动器致动器，在该致动器中，电力致动的扭矩通过串联于球状斜坡传动系统的螺纹传动系统进行转换，以用于施加行车制动，并且在该致动器中包括用于驻车制动功能的电动机械固定单元。cn 109899413公开了一种重型浮动卡钳制动器，其具有用于行车制动的电动马达和用于驻车制动的预紧螺旋弹簧，其中弹簧与用于行车制动应用的马达一起旋转，并在需要施加驻车制动时通过电磁离合器脱离。cn 109869424公开了另一种重型浮动盘式制动器，其具有用于行车制动的电动马达和用于驻车制动的预紧平面螺旋弹簧。该弹簧同样与用于行车制动的马达一起旋转，并在需要驻车制动时通过电磁离合器脱离。对于施加驻车制动，需要外部能量源来分离离合器。
5.由于许多致动器、特别是电动机械致动器依赖于从车辆其它地方获得的能量，它们本身就不适合于紧急情况，或者在与电源的连接不可用的情况下，进行最后一次致动、无论是施加还是释放制动器。在许多电动机械致动器中，来自电源的能量被暂时储存在致动过程的中间步骤中，例如可以从wo2019/185917a1中了解到，该文件披露了一种商用车轮式制动器，其具有电动机械致动器、用于施加驻车制动的电磁离合器以及包含电路板的马达控制模块，其储能电容器在距离电路板较远的位置布置成连接阵列。沿着这些思路，辅助能
源供应、例如用于在静止期间保持恒定的制动力在本领域中是已知的。然而，这种临时或辅助性的能量储存是不可靠的，和/或不能提供足够的能量来保证制动的致动，以便在电源发生故障时使车辆停止。
6.因此，需要有一种致动器，能够在正常操作中使用的电源的能量不可用的情况下，在车辆的车轮的制动单元中执行具有施加或释放制动器效果的致动。


技术实现要素：

7.根据权利要求1的致动器、权利要求9的车轮制动单元、根据权利要求10的方法或根据权利要求11的计算机产品至少克服了上述传统装置中的一些问题。从属权利要求代表独立权利要求的主题的其它有利的实施。
8.本发明涉及一种用于车辆的车轮制动单元的致动器，其中，该致动器包括用于执行致动的致动元件，并配置为通过电源接收用于执行致动的能量。该致动器的特征在于具有备用能量储存器。备用能量储存器配置为储存足够的能量，以使致动元件执行至少一次完整的制动器致动，并在紧急情况下提供致动元件执行致动所需能量的至少一部分。
9.致动可导致施加行车制动或驻车制动。特别是在驻车制动被施加的情况下，它也可以导致制动器的释放。致动器特别可以是电动机械致动器，也就是说，致动元件可以是电动马达。储存能量是指保留能量，独立于任何其它流入或流出致动器的能量流。能量储存器中的能量可以是任何形式的，以便向致动元件提供执行致动所需的能量。储存的能量应足以使车辆在任何驾驶情况下停止，并使其停住。因此，储存在备用能源储存器中的能量至少应足以实现施加行车制动，但有利的是也应实现驻车制动功能。
10.例如，如果在正常使用过程中，致动器收到了执行的请求，而功率下降或在预定的时间内保持在阈值以下，以致于尽管有请求，但马达不执行或不完全执行致动，就可以定义为发生了紧急状况。备用能量储存器，特别是如果其配置为储存电能可以配置为允许通过从致动器的电源中提取的能量进行充电。有利的是，备用能源储存器是可充电的。备用能源储存器可以定期充电，或根据一些其它方案进行充电。备用能源储存器的充电状态，除了或替代固定的充电方案之外，还可以由自动驾驶系统的构件在预定的时间点和/或在特定的事件中进行检查，例如在启动时、在静止期之后、当车辆电源被补充时或在系统关闭之前。
11.可选的是，备用能源储存器配置为能够接收信号，并在接收信号时提供致动元件所需能量的至少一部分以执行致动。该信号、特别是在自动驾驶车辆中可以由自动驾驶系统的某些构件产生。这特别可能是防撞系统，或操作紧急制动应用的其它一些装置。如果有司机在场，该信号也可以由司机发送或要求发送，特别是在司机要求紧急制动的情况下。
12.可选的是，电动机械致动器包括检测装置，其配置为检测指示紧急状况的能量短缺，并产生紧急信号以触发信号的生成。如前所述，后一个信号导致电动机械致动器的致动，并且可以在车辆驾驶员的手动互动下生成，或者可以由车辆的另外的构件生成。因此，根据该实施例，备用致动的启动分为两个阶段。首先是对紧急状况的检测(为此，致动需要备用能源)。在这之后，当进一步的可选条件得到满足时，紧急制动被触发。进一步的可选条件可以包括司机或其它操作单元的确认，或另外的控制单元对紧急情况的确认。这将确保没有错误的警报导致紧急制动的发生。
13.指示紧急状况的能量不足可以与关于车辆驾驶状态的信息相联系，该检测装置可
以配置为从车辆的一些其它部件接收、例如从轮速传感器或从自动驾驶系统接收该信息。
14.可选的是，致动器被包含在壳体内，并且备用能源储存器被包含在该壳体内。虽然原则上备用能源储存器也可以设置在致动器壳体之外(例如出于安全原因)，但将备用能源放置在靠近致动元件的地方是有利的。在致动器壳体内，可以采取措施保护备用能源储存以例如防止马达过热、例如通过屏蔽或将备用能源储存放置在特定的位置来防止其过热。
15.可选的是，备用能量储存器配置为储存电能。
16.可选的是，如果备用能量储存器配置为储存电能，则该能量被保存在诸如电容器、超级电容器、超等电容器或可充电电池等装置中。
17.然而，可选择的是，备用能源储存器可以配置为储存机械能。这特别可以是预紧弹簧的形式。储存机械能对于不是电动机械致动器的致动器中的备用能源储存是有利的。特别是，备用能源储存器储存备用能源，因此在一般情况下与驻车制动器的弹簧室不同。相反，它是额外的能量储存，作为致动元件的备用。致动元件可以负责提供行车制动或驻车制动。
18.可选的是，如果致动器包括电子控制单元，则检测装置和/或备用能量储存器可以部分或全部集成到该电子控制单元中。本发明的实施例还提到了车轮制动系统，包括车轮制动器和如上所述的致动器。
19.本发明还提及一种用于执行车辆的车轮制动单元的安全致动的方法，其中，致动器包括用于执行致动的致动元件并配置为通过电源接收用于执行致动的能量，该方法包括以下步骤：储存足以使致动元件执行至少一次完整的制动器致动的能量；以及在紧急情况下提供致动元件所需的能量。
20.这种方法也可以用软件或计算机产品来实现。本发明的实施例特别是可以通过软件或电子控制单元中的软件模块来实现。因此，本发明的实施例还涉及到一种具有程序代码的计算机程序，当该计算机程序在处理器上执行时，该程序代码用于执行该方法。
21.总之，本发明提供了一种用于车辆的车轮制动单元的致动器，该致动器至少包括作为用于产生制动力的主要转换元件的致动元件，以及备用能量储存器，即使用于制动单元的正常操作的外部能量供应不可用，该能量储存器也能为车辆的一次制动积累足够的能量。致动器还可以包括用于控制致动元件的电子控制单元，该单元可以设置在致动器的任何部分内，并且可以有利地与致动元件直接连接。该电子控制单元还可以包括备用能源储存器。施加制动的方向既可以是增加制动力的过程，也可以是释放制动力的过程，还可以用于施加行车制动或驻车制动。
22.备用能量储存器可以配置为以电力、机械或其它形式储存必要的能量。因此，能量储存可以以一个或多个电容器、电池或机械弹簧的形式实现。
附图说明
23.下面将仅以举例的方式并结合附图来描述系统和/或方法的一些实例，其中：
24.图1示出了车辆的车轮制动单元中的致动器，该致动器具有备用能量储存器，以执行紧急制动器致动；
25.图2示出了具有电动机械致动器的车轮制动单元的一些其它细节；
26.图3示出了对车辆的车轮制动单元进行安全致动的方法步骤。
具体实施方式
27.图1示意性地示出了车辆的车轮制动单元200中的致动器100。致动器100包括致动元件110，其用于通过传动和制动机构210来执行制动器的致动。致动元件110可以是电动马达。在正常使用中，致动元件110通过电源50接收能量。致动器还包括备用能源储存器130。备用能源储存器配置为通过信号输入线路70接收信号，该信号可由驾驶员和/或车辆的另一构件发出。该信号特别是可以要求致动元件110进行紧急致动，导致施加制动应用或释放制动。在紧急情况下，和/或在备用能源储存器130收到该信号的情况下，该致动可以触发行车制动或驻车制动。
28.此外，检测装置可以配置为检测指示紧急情况的其它信号、例如在指定时间内的功率下降或波动、或者通过轮速传感器和/或通过自动驾驶系统的构件检测的车辆的驾驶状态。此外，检测装置可配置为通过控制信号输入线路70接收控制信号，该信号可由驾驶员和/或车辆的另一构件发出。该控制信号特别是可以接受检测装置的释意，要求致动元件110进行致动，导致施加制动或释放制动。在检测装置检测到指示紧急情况的能量短缺的情况下，以及在检测装置接收到控制信号的情况下，致动都可以触发行车制动或驻车制动。
29.备用能量储存器130配置为储存足够的能量，以使致动元件110执行至少一次车辆的完全制动。因此，该能量应足以使行车制动器完全停止车辆。有利的是，它也足够用于应用驻车制动器。备用能源储存器130配置为提供致动元件110所需的能量，以便在紧急情况下执行致动。
30.图2示意性地示出了车辆车轮制动单元中的电动机械致动器100的实施例的一些额外细节。在电动机械致动器100中包括的是致动元件110，其是电动马达并用于致动驻车制动器150，以及用于电动马达110的电子控制单元140。电子控制单元140与本地备用能源储存器130相连，该储存器置于致动器100之内，并支持至少一次制动器的致动或停止。
31.该图提供了用于制动车轮30的传动和制动机构210的一个特定实施例的其它细节。传动和制动机构210包括具有内部传动系统、例如杠杆214的卡钳单元。对车轮30的夹紧力由电动马达110通过由适当的执行元件212和杠杆214提供的连接来实施，该连接与制动片推动件216直接连接以操作制动片218。
32.在正常操作条件下，车轮制动致动器100利用来自外部能源供应50(图中未示出)的能量。在紧急情况下，内部的备用能源储存器130可以提供足够的能量来施加制动，进行紧急制动或紧急释放制动。
33.本例中的传动和制动机构210应被理解为特定的示例。在其它实施例中，其可以被任何其它通过来自电动机械致动器100的力实现对车轮30的制动效果的系统取代。因此，电动机械致动器110可以是不同的制动单元的一部分、例如鼓式制动器的一部分，而不是所描述的实施例中的制动单元。
34.该图的另外的目的是说明电动机械致动器的构件如何可以被集成到其它构件中，或作为可执行的软件代码实现。在本实施例中，检测装置可以作为功能单元集成到电子控制单元140中，此外，该单元还配置为提供用于操作电动马达110的其它服务。另外，备用能源储存器130被包括在电子控制单元140中。
35.图3示出了为车辆的车轮制动单元200执行安全致动的方法的步骤，其中车轮制动单元200包括具有用于执行致动的致动元件110的致动器100，并且该致动器100配置为通过
电源50接收用于执行致动的能量。步骤包括储存s110足够的能量，以使致动元件110执行至少一次完整的制动器致动。这种能量的储存发生在致动器的本地专用备用能源储存器130的。
36.另外的步骤是，在紧急情况下，利用储存在备用能源储存器130中的能量，提供s140致动元件110所需能量的至少一部分，以执行致动。
37.该方法也可以是一种计算机实现的方法。本领域的技术人员会很容易认识到，上述方法的步骤可以由编程的计算机程序来执行。本实施例还旨在涵盖程序储存设备、例如数字数据储存介质，其是机器或计算机可读的并编码机器可执行或计算机可执行的指令程序，其中指令在计算机或处理器上执行时，执行上述方法的部分或全部行为。
38.说明书和附图只是说明了本公开的原则。因此，可以理解的是，本领域的技术人员将能够设计出各种布置，虽然在此没有明确描述或示出，但体现了本公开的原则，并包括在其范围内。此外，虽然每个实施例可以作为单独的示例独立存在，但需要注意的是，在其它实施例中，所定义的特征可以不同方式组合，即实施例中描述的特定特征也可以在其它实施例中实现。除非说明不打算进行特定的组合，否则这里的披露涵盖了这样的组合。
39.附图标记列表
40.30车轮
41.50电源
42.70信号输入线路
43.100致动器
44.110致动元件
45.130备用能源储存器
46.140电子控制单元
47.150驻车制动器的致动功能
48.200车轮制动单元
49.210传动和制动机构
50.212执行元件
51.214杠杆
52.216制动片推动件
53.218制动片
54.s100、s122、s127、s130、s140方法的步骤

技术特征：
1.一种用于车辆的车轮制动单元(200)的致动器(100)，其中，所述致动器(100)包括用于执行致动的致动元件(110)，并且所述致动器配置为能够通过电源(50)接收用于执行致动的能量，其特征在于，所述致动器具有备用能量储存器(130)，所述备用能量储存器配置为能够储存足以使所述致动元件(110)致动以执行至少一次完整制动器致动的能量，并在紧急情况下提供所述致动元件(110)所需的能量。2.根据权利要求1所述的致动器(100)，其特征在于，所述备用能量储存器配置为能够接收信号，并在接收所述信号时提供所述致动元件(110)所需能量的至少一部分以执行致动。3.根据权利要求2所述的致动器(100)，其特征在于，所述致动器具有检测装置(120)，所述检测装置配置为能够检测指示紧急状况的能量短缺，并产生紧急信号以触发所述信号的生成。4.根据权利要求1所述的致动器(100)，其特征在于，所述致动器具有用于容纳所述备用能源储存器(130)的壳体。5.根据前述权利要求中任一项所述的致动器(100)，其特征在于，所述备用能源储存器(130)配置为能够储存电能。6.根据权利要求5所述的致动器(100)，其特征在于，所述备用能量储存器(130)配置为能够在下述装置中的一个或多个中储存能量：-电容器；-超级电容器；-超等电容器；-可充电电池。7.根据前述权利要求中任一项所述的致动器(100)，其特征在于，所述备用能量储存器(130)能够储存机械能。8.根据前述权利要求中任一项所述的致动器(100)，其中，所述致动器(100)包括电子控制单元(140)，其中，所述备用能源储存器(130)被集成到该电子控制单元(140)中。9.一种车轮制动单元(200)，包括车轮制动器，其特征在于，所述车轮制动单元具有根据前述权利要求中任一项所述的致动器(100)。10.一种用于对车辆的车轮制动单元(200)执行安全致动的方法，其中，致动器(100)包括用于执行致动的致动元件(110)，并且所述致动器配置为能够通过电源(50)接收用于执行致动的能量，其特征在于，所述方法包括：储存(s100)足以使所述致动元件(110)执行至少一次完整制动器致动的能量；在紧急情况下提供(s200)所述致动元件(110)所需的能量。11.一种计算机产品，其上存储有程序代码，在计算机或数据处理单元上执行计算机程序时，所述程序代码用于执行根据权利要求10所述的方法。

技术总结
公开了一种用于车辆的车轮制动单元(200)的致动器(100)，该致动器(100)包括用于执行致动的致动元件(110)，并配置为通过电源(50)接收用于执行致动的能量。致动器(100)的特点是具有检测装置(120)，其配置为接收控制信号和检测指示紧急情况的能量短缺，并在收到控制信号或检测到能量短缺时产生紧急信号(125)。致动器还具有备用能源储存器(130)，其配置为储存足以使致动元件(110)执行至少一次完整制动器致动的能量，并在收到紧急信号(125)时，提供致动元件(110)执行致动所需能量的至少一部分。分。分。


技术研发人员：C
受保护的技术使用者：克诺尔商用车制动系统有限公司
技术研发日：2021.07.02
技术公布日：2023/6/27