车辆制动系统的制作方法

1.本发明涉及一种车辆制动系统以及该车辆制动系统的操作方法，特别是但不限于用于卡车-挂车组合的制动系统。


背景技术：

2.已知提供电动-气动的车辆制动系统，其包括电子控制单元，该电子控制单元用于提供电信号，例如指示制动需求，以控制制动系统的气动元件。
3.还已知提供用于流体控制系统(例如车辆制动系统)的电磁挠性阀，其中需要快速的切换时间，并且整个阀上具有较大的压差。
4.车辆制动系统通常包括被称为调制器的阀组件，其连接至加压流体源，该调制器用于控制和放大去向和来自流体压力操作式制动促动器的加压流体的流动。调制器具有一个连接到加压流体源的供应端口、一个连接到制动促动器的输送端口和一个连接到大气(或任何其他低压空间)的排放端口，并且可以采用允许流体在阀组件的供应端口和输送端口之间流动的应用位置，允许流体在输送端口和排放端口之间流动的排放位置，以及流体在供应端口、输送端口和排放端口中的任意两个之间的流动被基本阻止的保持位置。
5.已知提供制动系统的气动元件的冗余度，例如提供冗余阀，以在相应阀故障的情况下使用。对于车辆制动系统而言遵守所有相关的安全标准以及对于车辆制动系统的某些组件而言具有出色的故障安全(failsafe)能力也很重要。英国专利申请gb1811936.2描述了一种车辆制动系统，其包括多个冗余和故障安全部件。英国专利申请gb1806527.6描述了一种具有冗余模式的阀。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供车辆制动系统中冗余度的改进。
7.提供了一种控制车辆制动系统的方法，该车辆制动系统包括至少一个主要部件和至少一个冗余部件和制动控制系统，该制动控制系统可操作以确定是否满足不指示该主要部件或该冗余部件的故障的预定条件，其中如果满足该预定条件，则该制动控制系统使该主要部件可操作，并且如果不满足该预定条件，则该制动控制系统使该冗余部件可操作。
8.冗余部件可以不是主要部件的基本相同的重复件。
9.预定条件可以是预定阈值。
10.预定条件可以是所需的制动压力。
11.无论是否满足预定条件，制动控制系统可以监控主要部件和冗余部件的故障，并可以阻止发生故障的部件的操作。
12.该方法可以包括选择在大约50％的制动应用中可能满足的预定条件。
13.该方法可以包括监控相对于使用所述主要部件的使用冗余部件的频率，并且预定条件是相对于使用主要部件的使用冗余部件的预定频率。
14.还提供了一种车辆制动系统，其包括至少一个主要部件和至少一个冗余部件和制
动控制系统，该制动控制系统可操作以确定是否满足不指示该主要部件或该冗余部件的故障的预定条件，其中如果满足该预定条件，则该制动控制系统使该主要部件可操作，并且如果不满足该预定条件，则该制动控制系统使该冗余部件可操作。
15.车辆制动系统可以包括多个主要部件和多个冗余部件。
16.预定条件可以是所需的制动压力。
17.制动控制系统可操作以确定相对于主要部件的使用冗余部件的频率，并且所述预定条件是相对于主要部件的冗余部件的预定相对频率。
18.主要部件可以包括以下一个或多个：电子控制单元(ecu)；用于从一个或多个加压流体源供应加压流体的供应管线；用于控制流体从一个或多个加压流体源向调制器流动的控制阀；调制器；一个或多个调制器阀的一个或多个内部元件；构建阀；放卸阀；气动控制管线。
19.该冗余部件或每个冗余部件可以不是与主要部件的基本相同的提供冗余度的重复件。
附图说明
20.现在将参考附图仅以举例的方式描述本发明，其中：
21.图1是车辆制动系统的一部分的回路图。
具体实施方式
22.已知提供“完全冗余”，也就是说，如果元件或组件以某种方式发生故障，则提供一种替代的可提供车辆制动系统的全部功能的途径。在这样的系统中，提供了基本上相同的重复元件和组件，使得在制动系统的一部分发生故障的情况下，其冗余的对应元件自动接管，以提供制动系统的全部功能。还已知提供故障安全的部件，使得如果冗余不可能或发生灾难性故障，制动系统无法达到“安全”配置时，例如使车辆停止。
23.在提供了主要和相应的冗余元件或组件的情况下，则可以交替使用该主要和冗余部件，例如带有冗余调制器阀的制动系统或其他流体控制元件，因为它们彼此之间以相同方式操作，并且车辆驾驶员不会经历制动系统功能的任何变化。因此，有可能将一个或多个主要元件和/或组件用于每个其他制动应用，并且将一个或多个冗余元件和/或组件用于干预制动应用。
24.例如，冗余元件和/或组件可包括：电子控制单元(ecu)；用于从一个或多个加压流体源供应加压流体的供应管线；控制流体从一个或多个加压流体源向调制器流动的控制阀；调制器阀；一个或多个调制器阀的内部元件；构建阀；放卸阀；和/或气动控制管线。
25.下面参照图1详细描述具有各种冗余和故障安全部件的示例性制动系统10的一部分。
26.车辆制动组件10可以包括第一供应管线12，以从一个或多个加压流体源，例如储存器(未示出)，供应加压流体至控制阀组件16。来自供应管线12的流体的流动可以由第一电子控制单元(ecu)18、第二ecu 20和第三ecu 22控制，每个ecu可操作以向阀组件16的一个或多个阀提供控制信号，并与其他ecu中的一者或两者通信。图1中的虚线表示电信号路径。阀组件16的构造控制从所述加压流体源或每个加压流体源和/或第一控制管线28到阀
50的流体流动，该阀50控制加压流体到输送管线24的流动，该输送管线24可以与一个或多个制动促动器(未示出)和排放口26流体连通，该排放口26使加压流体能够与大气或低压区域连通。
27.阀50可以用作调制器阀，以便根据驾驶员的制动需求和/或其他条件，按照需要分配加压流体，并且在下文中将其称为调制器阀。调制器阀50可以是本领域中已知的三位三通继动阀。调制器阀50包括可以与加压流体源流体连通的入口端口50a，与制动促动器(未示出)通过输送管线24流体连通的输送端口50b，以及排放端口50c。排放端口50c可以经由排放流动路径与排放26流体连通，该排放流动路径可以包括消声器27。加压流体源与调制器阀50之间的流体连通可以是直接的(其包括通过往复阀)。调制器阀50是流体促动阀，并且用于促动调制器阀50的流体的流动由阀组件16控制。
28.除了第一供应管线12之外，还可以设置第二流体供应管线14，其与加压流体源(未示出)流体连通。设置有第二供应管线14的加压流体源可以与连接第一供应管线12的加压流体源相同，或者可以是单独的加压流体源。可以设置往复阀13以在第一和第二供应管线12、14之间切换，使得即使在供应管线12、14中的一个发生故障的情况下，加压流体也可用于阀组件16。
29.除了第一控制管线28之外，还可以具有第二控制管线30和第二往复阀31，该第二往复阀31可操作以在第一和第二控制管线28、30之间切换。这可以在控制管线28、30中的一个发生故障的情况下提供冗余。
30.车辆制动系统10还可以包括多个传感器(transducer)，每个传感器与ecu 18、20、22中的至少一个电子通信，以提供相应的流体流路中的压力的指示，和/或与传感器相关联的车辆制动系统10的一部分的状态。
31.阀组件16可以包括主阀组件32和副阀组件42。主阀组件32可以包括可彼此流体连通的主构建阀34和主放卸阀36。副阀组件42可包括可彼此流体连通的副构建阀44和副放卸阀46。主和副构建阀34、44以及主和副放卸阀36、46中的每一个可以是两位两通阀。主构建阀34可具有入口34a和出口34b。主放卸阀36可具有入口36a和出口36b。副构建阀44可具有入口44a和出口44b。副放卸阀46可具有入口46a和出口46b。
32.主和副构建阀34、44以及主和副放卸阀36、46中的每一个可以是电磁操作的。第一传感器60可以与加压流体源(例如，供应管线12、14)和主阀组件32之间的流体流动路径相关联，并且其目的是监控该流体流动路径中的压力，例如以确定主阀组件32是否正在被供应加压流体。第一ecu 18可操作以与主构建阀34和主放卸阀36中的每个连通。第一ecu 18也可操作以与第一传感器60连通。
33.第二传感器62可以与加压流体源(例如，供应管线12、14)和副控制组件42之间的流体流动路径相关联，并且其目的是监测在该流体流动路径中的压力，例如以确定是否向副阀组件42供应加压流体。第二ecu 20可操作以与副构建阀44和副放卸阀46中的每个连通。第二ecu 20也可操作以与第二传感器62连通。
34.主构建阀和副构建阀34、44可以通过第一往复阀13以及供应管线12、14与加压流体源流体连通。应当理解的是，在提供单个供应管线的配置中，可以不存在往复阀13，并且每个构建阀34、44可以通过单个供应管线有效地直接连接至加压流体源。
35.车辆制动系统还可包括控制阀组件52。控制阀组件52可包括第一控制阀54和第二
控制阀56。在实施例中，第一和第二控制阀54、56可以是两位三通阀。第一控制阀54可以具有第一入口54a、第二入口54b和出口54c，第一入口54a可以与主构建阀34的出口34b流体连通，第二入口54b可以与第二构建阀44的出口44b流体连通，出口54c可以与第二控制阀56的第一入口56a流体连通。第二控制阀56还可以具有第二入口56b和出口56c，该第二入口56b与控制管线28、30或其每个流体连通，该出口56c可以与调制器阀50流体连通，从而促动调制器阀50。第一和第二控制阀54、56可彼此流体连通。第一和第二控制阀54、56中的每个可以与第三ecu22电子通信。
36.第一控制阀54可以与主和副构建阀34、44中的每个流体连通。第二控制阀56可以与调制器阀50流体连通，例如当第二控制阀56打开时，提供调制器阀50的促动。第二控制阀56也可以例如经由第二往复阀31与第一和/或第二控制管线28、30流体连通。
37.可以提供第三传感器64和第四传感器66，它们各自可操作以监测在第二控制阀54、56和控制管线28、30或其中每个之间的流体流动路径中的流体压力，例如以监控流体是否在控制管线28、30或其中每个与第二控制阀56之间流动。第三传感器64可以与第一ecu18电子通信且第四传感器66可以与第二ecu20电子通信。应当理解，第三和第四传感器64、66可以由单个传感器代替，但是提供一对传感器64、66提供了冗余和改进的故障安全能力。
38.可以提供第五传感器68和第六传感器70以监控输送管线24中的压力。第五传感器68可以与第二ecu 20电子通信，第六传感器可以与第一ecu 18电子通信。第五和第六传感器68、70可以由单个传感器代替，但是提供一对输送传感器68、70提供了冗余并提高了故障安全能力。
39.在使用中，车辆制动系统10用于通过控制流过调制器阀50的流体的流动来促动一个或多个制动器(未示出)。如上所述，调制器阀50是三位阀，并且调制器阀50的每个位置或构造提供车辆制动系统10的不同“状态”。在第一的“构建”位，调制器阀50通过输送端口50b将加压流体输送到所述制动器或每个制动器。在第二的“排放”条件下，调制器阀通过排放口50c将流体排放至排放口26，以及在第三“保持”条件下，阻止流体流过调制器阀50。调制器阀50的促动通过来自第二控制阀56或控制管线28、30之一的加压流体的供应来实现。默认条件是调制器阀50的促动通过来自第二控制阀56的加压流体的供应来实现。
40.可以通过主阀组件32或副阀组件42从加压流体源将加压流体供应到第二控制阀56。这提供了制动系统10中的冗余，并且使得在第一和第二ecu 18、20和/或相关联的连通路径、和/或在阀34、36、44、46之一和/或供应加压流体至阀34、36、44、46的任一或所有或从阀34、36、44、46的任一或所有供应加压流体的流体流动路径(即控制阀组件52的上游)出现电子或气动障碍的情况下能够应用制动器。
41.为了在制动系统10中建立压力，必须打开至少一个构建阀34、44。每个构建阀34、44可向关闭配置偏置。相关联的ecu 18、20可以可操作以将信号提供给相应的构建阀34、44以打开。
42.为了从主或副阀组件32、42放卸加压流体，可以向各个放卸阀36、46(可以向关闭位置偏置)被提供有来自各个ecu 18、20的信号以打开。这通过各自的放卸阀36、46的出口提供了加压流体源与大气或低压区域之间的流体连通，该放卸阀36、46与各自的构建阀34、44的出口流体连通。
43.当第一构建阀34打开时，在第一构建阀34的出口34b和第一控制阀的第一入口之
间可以流体连通。为了使主阀组件32向调制器阀50提供流体流动路径，第一控制阀54必须处于第一位置，其中第一控制阀的第一入口54a和出口54c之间能够流体连通。在第一控制阀54的该第一位置，阻止第一控制阀54的第二入口54b和出口54c之间的流体连通。当第二控制阀56处于第一位置时，第一控制阀54的出口54c与第二控制阀的第一入口56a流体连通。第二控制阀56的第一位置使流体能够在第二控制阀的第一输入56a和出口56c之间流动，从而能够控制调制器阀50。
44.第一传感器60可操作以提供相应的构建阀34是否按预期和/或要求运行的指示。在主构建阀34和/或加压流体源与构建阀34之间的流体流动路径发生故障的情况下，第一传感器60可向第一ecu 18提供指示，即加压流体源和主构建阀34之间的流体流动路径中的压力不符合预期。在这种情况下，第一ecu 18向其他ecu 20、22中的一个或两个提供指示，以指示应该将副构建阀44打开。第二ecu 20可以将信号提供给副构建阀44以打开，并且第三ecu可以提供信号以将第一控制阀54置于第二位置。第三ecu 22可以控制第一控制阀54和第二控制阀56的位置。在第一ecu 18发生故障的情况下，第二ecu和第三ecu中的一个或两个可以检测到这种故障，并启用副阀组件42，并将第一控制阀54置于其第二位置。
45.当副构建阀44打开时，在第二构建阀44的出口44b和第一控制阀54的第二入口54b之间可流体连通。为了使副阀组件42提供流体流动路径到调制器阀50，第一控制阀54必须处于其第二位置，其中第一控制阀54的第二入口54b和出口54c之间能够流体连通。在第一控制阀54的该第二位置，第一控制阀54的第一入口54a和出口54c之间的流体连通被阻止。第一控制阀54的出口54c可与第二控制阀56的入口56a流体连通。第二控制阀56的第一位置使流体能够在第二控制阀56的第一入口56a和出口56c之间流动，从而能够控制调制器阀50。
46.当副阀组件42和/或第二ecu 20发生故障时，主阀组件32可操作，并且第一控制阀54置于其第一位置。
47.主阀组件32和副阀组件42可以常规地交替操作，这可以帮助识别可能原本可能保持潜在的故障。该操作方法是可选的，并且主阀组件32和副阀组件42中的一个可以作为主要阀组件运行，除非并且直到故障导致主阀组件32和副阀组件42中的另一个运行为止。
48.在第一传感器60和第二传感器62指示第一控制组件32和第二控制组件42均未被供应加压流体的情况下，则第一和第二ecu 18、20可将故障传达给第三ecu 22。在第一和第二ecu 18、20中的一个或两个都发生故障的情况下，则在任何情况下(例如，通过在第三ecu 22与发生故障的第一和第二ecu 18、20或其中一个之间的故障通信的方式)，可以将其指示给第三ecu 22。
49.主回路和副回路或第二控制阀56上游的故障导致第三ecu将第二控制阀置于第二状态，以使第二控制阀的第二入口56b和出口56c之间能够流体连通，因此使控制管线28、30和调制器阀50之间流体连通。
50.第五和第六传感器68、70监测输送管线24中的压力。在压力损失的情况下，例如，当做出制动要求时，每个传感器68、70可操作以指示该情况到其相应的ecu 18、20中的一个，并在必要或需要时采取补救措施。在第五和第六传感器68、70之一发生故障的情况下，相应的ecu 18、20能够将其传达给其他ecu 18、20、22中的一个或两个，使得如果有必要或需要则制动系统10的构造可以更改。
51.在失去所有电子通信的情况下，可以经由控制管线28、30之一向调制器阀50供应加压流体。第三和第四传感器64、66中的每一个将控制管线28、30和第二控制阀56之间的流体流动路径中的压力指示提供至其相应的第一和第二ecu 18、20中的一个。在第三和第四传感器64、66之一发生故障的情况下，相应的ecu 18、20能够将该故障指示到其他ecu 18、20、22中的至少一个，从而如果有必要或需要，制动系统10的构造可以更改。
52.车辆制动系统10的阀和ecu的布置提供增强的冗余度和改进的故障安全能力。制动系统10具有包括ecu 18、20的主供给回路和副供给回路，其在每个回路的气动和电子元件中均包括冗余。制动系统还通过提供流体促动的调制器来去除所有电子通信，从而可以避免系统中需要电信号或输入的所有组件，从而有效地提供气动控制。还存在冗余传感器64、66、68、70，以通过提供可以由相应的ecu 18、20作用的备用信号来提高故障安全能力。
53.将理解的是，第一、第二和第三ecu 18、20、22可以在物理上彼此分开地布置，或者作为单个ecu的元件或部件布置。换句话说，车辆制动系统的物理ecu可以针对第一、第二和第三电路板18、20、22中的每一个都具有单独的电路板，或者甚至可以是具有三个独立电路元件的单个电路板，它们如本文所述和/或如附图所示彼此可通信，但是彼此充分隔离以能够提供本文所述和/或如附图所示的冗余部件。
54.也可以提供部分冗余，例如，在发生故障或感知到的故障的情况下，使用替代的但不一定是基本相同的元件或组件时。这种系统的一个例子可能是车轮调制器发生故障，控制落回至冗余轮轴调制器上。这可能意味着，虽然制动系统的功能或功效可能有所不同(甚至减少)，但仍保持足够的制动能力，并遵守所有必要的安全法律和法规。例如，由替代部件提供冗余的主要部件可以是以下一项或多项：电子控制单元(ecu)；用于从一个或多个加压流体源供应加压流体的供应管线；用于控制流体从一个或多个加压流体源向调制器流动的控制阀；调制器阀；调制器阀的内部部件；构建阀；放卸阀；和/或气动控制管线。
55.本发明包括能够控制主要部件和冗余部件的操作的制动控制系统。制动控制系统可包括一个或多个控制单元，该控制单元可操作以指示和/或控制在任何给定时刻制动系统的哪一部分或哪些部分应可操作。制动控制系统可操作以接收主要或冗余部件的故障指示(例如来自压力传感器)，并提供所需的控制信号以确保未使用故障部件而是替代性地使用其对应部件。只要检测到故障状况，这种冗余模式就可以继续。该控制单元或每个控制单元也可以具有一个或多个冗余对应物。
56.制动控制系统可以根据预定条件来操作该冗余部件或每个冗余部件。预定条件可以是除了检测到的主要部件或冗余部件的故障以外的条件。预定条件可以是预定阈值。例如，当满足预定条件或每个预定条件时，制动系统的一个或多个冗余部件可用于选择性制动应用中。例如，如果制动需求低于预定阈值，则可以优先于等效的主要部件来使用冗余部件。因此，例如，如果没有必要实现全部级别的制动控制或功能，则可以使用冗余元件，而不会给驾驶员带来任何明显的影响，并且不会损害车辆的安全性。只要满足阈值条件，就可以操作主要功能，并且可以使用全部功能/性能。
57.预定条件可以是满足制动需求所需的制动压力。制动压力例如可以是50kpa。在这样的示例中，每当制动需求导致所需的制动压力小于预定条件(例如，小于50kpa)时，就使用一个或多个冗余部件。
58.制动控制系统仍在监控故障，从而无论是否满足预定条件，都不会尝试操作发生
故障的元件或组件。
59.可以选择预定条件以相对于冗余部件的使用频率来控制主要部件的使用频率。例如，预定条件可以被选择为统计上同样可能发生或不发生的条件，从而导致冗余部件在大约50％的制动应用中使用。某些其他频率可能是有利的，并且可以出于实现使用冗余部件的特定频率的目的来选择预定条件。制动控制系统可以是可操作的，使得在进行预定数量的制动应用而没有冗余部件在操作的情况下，制动控制系统可以使冗余部件在一个或多个随后的制动应用(例如，下一个制动应用)上运行，而不管预定条件是否满足。这可以等同地应用于主要部件的操作，即如果由于满足先决条件而导致主要部件不能用于预定数量的制动应用，则主要部件可以在一个或多个随后的制动应用(例如下一个制动应用)上被操作，而不管是否满足预定条件。
60.这提供了用于根据预定条件来操作冗余部件的超控(override)。
61.制动控制系统提供了更高的效率，因为使用了合适的部件来满足制动要求，而没有需过度满足的要求。此外，根据满足安全标准所需的频率来频繁地检查冗余部件，即，可以选择预定条件使得它可能相对频繁地被满足。在任何给定的制动应用中满足预定条件的可能性可能约为50％。这种系统和方法的另一个优点是，更少的元件需要重复，因为部分冗余可以利用相似但不相同的重复部件，这可能在制动系统内具有其他目的。
62.当在本说明书和权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”及其变型意味着包括指定的部件、步骤或整数。不应将这些术语解释为排除其他部件、步骤或组件的存在。
63.在前述说明书、所附权利要求或附图中公开的特征，以其特定形式或根据用于执行所公开的功能的手段、或用于获得所公开的结果的方法或过程来适当地表达，可以单独地、或以这些特征任意组合地方式用于以其各种形式实现本发明。
64.尽管已经描述了本发明的某些示例实施例，但是所附权利要求的范围并不旨在仅限于这些实施例。权利要求将按字面意义、目的性和/或包含等效物来解释。