制动系统的制作方法

本发明涉及车辆制动系统，尤其是(但不限于)具有再生制动器和耗散制动器的制动系统，以及安装有这种制动系统的车辆。

背景技术：

具有电力推进系统的汽车(例如具有包括内燃机、牵引电动机和电池的混合动力驱动系统的汽车)以及纯电动汽车，通常利用再生制动回收和存储用于推动车辆的车辆动能。这是通过反向的使用牵引电动机作为发电机来实现的——将车辆车轮的旋转动能转换为储存在车辆电池中的电能。

由于典型的牵引电动机的容量以及电力牵引系统的其他特性，使得这些再生制动系统不能像传统摩擦制动系统耗散能量那样快速吸收能量，而且它们吸收能量的能力会随着运行条件(如车速)的变化而变化。因此，通常还配置有摩擦制动系统，以对再生系统进行补充并提供其后备，并配置有制动控制系统，用于在摩擦系统和再生系统之间分配制动力。制动控制系统通常设置成在这两个制动系统之间分配制动力以最大限度地回收能量，同时保持传统摩擦制动系统带给驾驶员的感觉。

实践中，再生制动系统回收能量的多少受驾驶员驾驶风格的限制。急速制动通常需要同时运行再生制动器和摩擦制动器。每当利用摩擦制动器制动时，可能用于回收的能量就会耗散掉。

向驾驶员提供指示何时正在回收能量的视觉反馈以便驾驶员可以修改制动行为以优化能量回收是已知的。然而，这种显示在制动操作过程中会给驾驶员带来潜在的危险干扰，因此经常被忽略。此外，在制动操作过程中，驾驶员通常只有有限的时间来以对能量回收作出任何显著改进的方式识别并对视觉反馈做出反应。

通过改变制动踏板特性向驾驶员提供反馈以告知驾驶员增加制动力将涉及使用车辆的摩擦制动器从而会减少制动操作中的能量回收也是已知的。ep2314486公开了一种带有制动踏板的车辆，该制动踏板的行程被分为三个部分：a、b和c。在a段中，只激活再生制动器，以响应于踏板压力的增加提供增加的制动力。在b段中，只激活再生制动器，以响应于踏板压力的增加提供基本上恒定的制动力。在c段中，激活摩擦制动器，以便响应于踏板压力的增加将增加的总制动力施加到车辆上。b段提供了制动踏板特性的稳定阶段，帮助车辆驾驶员找到代表最佳制动的制动踏板位置。

然而，在实践中，在制动特性中提供稳定阶段并不能特别容易地确定最佳制动的制动踏板位置，特别是对于相对不熟练的驾驶员。为了保持最佳制动，驾驶员必须感觉到进一步踩下制动踏板不会增加制动力，然后停止进一步踩下踏板。制动特性中的短暂稳定阶段使其难以察觉，因此驾驶员很容易越过它，从而导致使用摩擦制动器。较长的稳定阶段更容易被察觉，但会给制动踏板带来不自然的感觉和/或导致驾驶员恐慌，因为增加制动力的请求(通过进一步踩下制动踏板)与增加的制动力不匹配。

本发明的实施例寻求解决这些问题。

技术实现要素：

本发明的第一方面，提供了一种车辆制动系统，该制动系统包括：

驾驶员制动控制装置，可操作成通过车辆驾驶员对抗支撑力来要求来自所述制动系统的制动力，所述驾驶员制动控制装置被设置成从释放位置移动到完全工作位置，其中：

在所述驾驶员制动控制装置的行程的第一部分中，所述支撑力以最高达第一最大正梯度的梯度随行程的变化而变化；

在所述驾驶员制动控制装置的行程的第二部分中，所述支撑力以最高达第二最大正梯度的梯度随行程的变化而变化；以及

在所述驾驶员制动控制装置的行程中的自所述第一部分的末端延伸至所述第二部分的开始的中间部分，所述支撑力以超过所述第一最大正梯度和第二最大正梯度的正梯度随着行程的增加而增加。

支撑力梯度增加随后减小向驾驶员提供了比现有技术中的系统更清晰的表明已达到制动控制装置行程的特定点的信号。这可以用来告知驾驶员制动系统的操作，并有助于驾驶员学习如何有效地使用制动系统。

在行程的第一部分和/或第二部分和/或中间部分的至少一部份或全部上，所述支撑力可随着行程基本呈线性增加。

在所述行程的中间部分，支撑力随行程增加的梯度可以是第一最大正梯度和/或第二个最大正梯度的1.5、2、2.5、3或更多倍。

在一个实施例中，在所述行程的第二部分开始时，所述支撑力随行程的增加而减小，随后在所述行程的第二部分的剩余部分，所述支撑力随行程的增加而增大。支撑力的暂时减小为驾驶员提供了关于控制装置位置的更清晰的信号。

所述踏板行程的中间部分可以小于可用行程的10％、7％、5％或3％。

所述踏板行程的第一部分和第二部分可各占可用行程的至少30％、40％或45％。

为了提供制动力，可能必须向所述驾驶员制动控制装置施加最小阈值力。这为所述制动系统提供了所谓的“跳入”特性。所述制动系统可设置成响应于对所述驾驶员制动控制装置施加超过所述最小阈值力的增加的力提供增加的制动力。制动力的增加可随施加到制动控制装置上的力的增加而线性或非线性变化。

所述制动系统可包括耗散制动器(dissipativebrake)(例如，摩擦制动器)和再生制动器。

所述制动系统还可包括制动控制系统。所述制动控制系统可被设置成响应于所述驾驶员制动控制装置的操作利用所述耗散制动器和/或所述再生制动器来提供制动力。所述制动系统可设置成在所述驾驶员制动控制装置处于其行程的所述第一部分时提供最高达选定水平的制动力，并且在所述驾驶员制动控制装置处于其行程的所述第二部分时提供超过所述选定水平的制动力。

所述制动控制系统可设置成当所述驾驶员制动控制装置处于所述行程的中间部分时使制动力保持在所述选定水平上。

当所述驾驶员制动控制装置处于所述行程的第一部分时，所述制动控制系统可只操作所述再生制动器。

当所述驾驶员制动控制装置处于所述行程的中间部分时，所述制动控制系统可只操作所述再生制动器。

当所述制动控制装置处于所述行程的第二部分时，所述制动控制系统可操作所述再生制动器和/或所述耗散制动器。

所述制动力的选定水平可以是所述制动系统能够实现最大或接近最大能量回收的水平。

所述制动力的选定水平可为安装所述制动系统的车辆预先确定并由所述制动控制系统存储，或由所述制动控制系统根据所述驾驶员制动控制系统初始应用时的一个或多个车辆运行条件计算得到。车辆运行条件可包括以下一项或多项：车速、车辆行驶的坡度和存储所述制动系统回收的能量的储能装置的可用容量。

所述制动力的选定水平可以是所述再生制动系统能够提供的最大值或接近最大值。特别地，所述制动系统可设置为使所述制动力的选定水平是所述再生制动系统能够提供的最大值，使得提供增加的制动力需要使用所述耗散制动器。

当向所述驾驶员制动控制装置施加的力足以使所述制动控制系统提供超过所述选定水平的制动力时，所述制动控制系统可使制动力随着施加到所述驾驶员制动控制装置上的力的增加而基本线性地增加。制动力可在至少一定范围的施加到所述驾驶员制动控制装置上的力上基本线性地增加，超过该范围，需要提供高于所述选定水平的制动力。制动力可随着施加在所述驾驶员制动控制装置上的力以高达上限的第一速率基本呈线性地增加，然后以较低的速率增加。

所述制动系统可包括力调节器，该力调节器可操作成调节所述驾驶员制动控制装置的支撑力。

所述制动控制器可设置成控制所述力调节器来调节所述支撑力。这使得在不管制动力是如何提供的情况下，都可以提供所需的制动控制特性。

当所述制动控制装置从所述释放位置移到所述完全工作位置时，制动力可保持不变或增加，但不减少。

所述驾驶员制动控制装置可是制动踏板或手控装置。

至少对于高于预定最低速度的车辆速度，所述制动控制系统可以优先于所述耗散制动器使用所述再生制动器，以便在制动过程中最大限度地回收能量。

所述耗散制动器可包括液压制动系统。所述耗散制动器可包括一个或多个盘式制动器。所述制动系统可包括机电式制动助力器，所述机电式制动助力器可包括用于向所述驾驶员制动控制装置提供可调节支撑力的力调节器。所述制动系统可包括液压蓄能器。

所述制动控制系统可包括电子控制系统，并且可编程。

根据本发明的第二方面，提供了一种车辆，例如汽车，包括本发明第一方面的制动系统，其可具有或不具有任何可选特征。

附图说明

为了更清楚地理解本发明，现仅通过示例，参照附图来描述本发明的实施例，其中：

图1为汽车的示意图；

图2为图1汽车制动系统的示意图；

图3为传统摩擦制动系统的踏板力与制动压力的关系图；

图4至6为本发明制动系统的踏板力与总制动系统力的关系图；以及

图7为本发明的制动系统踏板行程与支撑/踏板力的关系图。

具体实施方式

参考附图，汽车1有四个车轮2。后轮2与电动机3驱动连接，电动机3与电池4电连接。每个车轮2都配有耗散式盘式制动器5。

提供驱动控制器(未示出)，使驾驶员能够利用存储在电池中的能量使电动机推动车辆前进。汽车还可另外包括内燃机，其设置为用于直接推动汽车前进和/或向电动机和/或电池提供电力。因此，它可是所谓的混合动力汽车。这些部件是公众所知道和能够理解的，因此不再作进一步详细描述。

提供制动踏板7，通过该踏板，汽车驾驶员可以操作汽车的制动系统。制动踏板7通过制动控制系统9和机电式制动助力器10与液压主缸8相连。主缸具有与其相关联的制动液储液罐11，并且可操作成通过液压蓄能器12对主缸8到盘式制动器5之间的管路中的制动液进行加压，以使用盘式制动器。液压蓄能器12可操作成从制动管吸收制动液并将制动液返回至制动管。

机电式制动助力器10为已知类型，例如robertboschgmbh出售的商标为ibooster的机电式制动助力器，包括电动机或其他电动执行器，其可操作成向主缸施加力以操作盘式制动器。该力可以用来放大驾驶员通过制动踏板7施加的力，也可以独立于制动踏板的操作而施加(例如在紧急情况下)。制动助力器还包括力调节器，该力调节器可操作成提供和/或控制驾驶员可踩下制动踏板对抗的支撑力。

制动控制系统9包括用于确定制动踏板7位置的传感器，并被提供与汽车速度有关的信息。制动控制系统还包括用于使电动机3向电池4提供电流从而提供再生制动的再生制动控制器、以及可编程电子控制系统，并且，制动控制系统与机电式制动助力器10和液压蓄能器12可操作地连接。再生制动控制器还额外设置成使液压蓄能器从制动回路吸收制动液以降低制动回路中制动液的压力，从而减小盘式制动器提供的制动力，这是因为电动机提供了相应的再生制动力；反之亦然。

制动控制系统9测定制动踏板位置以确定所需的制动力，并控制再生控制器、机电式制动助力器10和液压蓄能器12以提供制动力并保持制动踏板上所需的支撑力(如下文所述)。制动控制系统被编程为尽可能采用再生制动，以最大限度地提高能量回收率。

图3为传统汽车伺服辅助液压制动系统施加到制动踏板上的力(踏板力，水平轴)与制动液压力(垂直轴)的关系图。对于这样的系统，制动液压力基本上与制动系统提供的制动力直接相关。该图示出了制动系统的特性曲线，分为三个部分。在第一部分13中，对制动踏板施力，制动液压力没有增加。第二部分14开始于达到临界踏板力时，此时制动液压力急剧增加到预定值，随后随着踏板力基本呈线性增加。在第三部分15中，制动液压力继续随着踏板力基本呈线性增加，但比第二部分的梯度减小。这是因为，在第二部分中，制动伺服(brakeservo)向驾驶员提供与驾驶员踩下制动踏板的力度成比例的辅助。在第二部分结束时，制动伺服提供它能够提供的最大辅助力。此后，制动液压力的任何增加都是施加在踏板上的力增加的直接结果。

对于同时具有摩擦和再生制动系统的汽车，传统方法是尽可能使用再生制动以最大限度地回收能量，并在必要时使用摩擦制动，从而这两个制动系统提供的总制动力与制动踏板力之间的关系实质上与图1所示的制动液压力和踏板力之间的关系相同。这可以通过图1和图2所示类型的制动系统实现，制动助力器10和再生制动控制器一起工作以提供所需的制动特性。在再生制动能够部分或全部满足所要求的制动力水平的情况下，再生制动控制器将利用电动机3使车辆减速并向电池4提供电能，同时使液压蓄能器12相应减小盘式制动器5提供的制动力。必要时，制动助力器10将调整制动踏板上的支撑力，以便在制动液压力降低时保持踏板支撑力。当再生制动不再可用时，例如，由于车速已下降到阈值速度以下、所需的制动力超过了电动机所能够提供的制动力、或电池4充满电，再生制动控制器使液压蓄能器12将液体返回制动管，从而激发或增加盘式制动器的制动力。

本发明的制动系统修改了踏板位置和踏板支撑力(即将踏板踩到特定位置所需的踏板力)之间的关系以及制动系统的特性曲线，以便通过制动踏板向驾驶员提供有关制动系统操作的反馈，以促进制动系统的有效使用。这是通过重新对制动控制系统编程来修改制动助力器10的操作来实现的。

图4是配置成根据本发明进行操作的图1和图2所示的制动系统施加到制动踏板上的力(踏板力，水平轴)与总制动力的关系图。总制动力是由电动机和盘式制动系统提供的制动力之和。制动系统设置成尽可能最大限度地利用电动机来提供制动力。

参考图4，制动控制系统被编程为使特性曲线具有五个不同的相邻部分。第一部分16与传统摩擦制动系统的特性曲线基本相同，使得对于低于临界压力的制动踏板力，不提供制动力。第二部分17从临界踏板力开始，制动力急剧增加到预定水平。在第三部分中，曲线变平，因此随着踏板力的增加，制动力基本上没有增加。在第四部分中，制动力随踏板力的增加基本呈线性增加，类似于常规特性曲线的第二部分。在第五部分中，与传统制动系统特性曲线的第三部分一样并基于相同的原因，制动力随踏板力继续呈线性增加，但与第四部分相比，梯度减小。

图5中实线为图4中曲线的第一部分16、第二部分17、和第三部分18的开始部分的放大图，其中的虚线为替代曲线。虚线示出了在该曲线延长的第二部分上制动力随踏板力更加平缓地增加。这就提供了这样一种制动踏板：在初始制动过程中提供更多的阻力，使驾驶员在需要更大的踏板力来获得制动力时更有“运动”的感觉。

图6中实线为图4中曲线的第一部分至第三部分16、17、18和第四部分19开始部分的放大图，其中的虚线为替代曲线(在曲线的第一部分至第三部分和第四部分上的一部分与实线重叠)。对于替代曲线，在曲线第三部分18的末端，增加制动力所需的踏板力暂时减小。

图7示出了具有如图4至图6所示特性曲线的所述各实施例中的制动系统的踏板行程和支撑力之间关系的实施例。图7绘出了踏板行程与支撑力的关系。踏板行程表示制动踏板从释放位置移动到完全工作位置的距离，当没有对踏板施加力时，制动踏板返回到释放位置；驾驶员可朝着完全工作位置推动踏板对抗制动系统提供的支撑力。在所描述的示例中，支撑力由主缸8提供，并且由构成制动助力器10一部分的力调节器对其进行修改。

踏板行程可以被测量为距离，或者，对于枢转安装的踏板用踏板围绕其枢轴的旋转量测得。该度量可以是绝对的，也可以表示为可用行程的一部分。

图7显示了三条不同的关于踏板行程和支撑力关系的曲线，其中，支撑力等于用户要获得相应的踏板行程量需要对踏板施加的力。这些曲线被标记为a(以实线示出)以及b和c(以虚线示出，与实线a部分重叠)。每条曲线由四个或五个部分组成。

首先参照曲线a，具有第一部分21，在该部分，支撑力以第一梯度随着行程的增加基本上呈线性上升。第一部分在可用踏板行程的约5％上延伸，并转入第二部分22。第二部分在可用踏板行程的约40％上延伸，在该部分上，支撑力以低于第一梯度的第二梯度继续随着踏板行程的增加基本呈线性上升。因此，在初始移动时，踏板会感觉在相对较短的行程中加载相对较快，然后逐渐移动对抗逐渐增大的支撑力。

第一部分和第二部分表示约35-45mm的踏板移动，将踏板移动到第二部分末端需要约30-40n的踏板力。

第二部分22转入第三部分23、24。第三部分在可用踏板行程的约2％上延伸，在这种情况下，大约为2毫米，在该部分，支撑力以明显高于第一梯度或第二梯度的第三梯度继续随着踏板行程基本上呈线性上升。因此，当制动踏板移动到第三部分时，会感觉明显更难移动，几乎就像遇到了止动件一样。需要额外10-15n的力来移动踏板通过第三部分。

第三部分23接着转入下一部分24、25。下一部分在可用踏板行程的剩余部分上延伸，因此略超过可用行程的一半。在所述下一部分中，支撑力以略高于第二梯度但明显低于第三梯度的第三梯度继续随着踏板行程的增加基本呈线性上升。因此，当制动踏板移动到所述下一部分时，它将更容易移动，尽管比在第二部分移动时要难一些。

由于支撑力的梯度随着踏板移动至所述下一部分而降低，因此踏板通过第三部分的过渡对驾驶员而言感觉就像止动装置，或其他暂时增加的运动阻力，要通过进一步踩下踏板来克服。这就向驾驶员提供了明确的反馈，即踏板已从其行程的第一段(包括第一部分和第二部分)移动到包含所述下一部分的第二段。

现在参考曲线b和c，这些曲线在第一部分21、第二部分22和第三部分23上与曲线a相同，不同之处在于，在下一部分25之前增加了第四部分24。第四部分24在可用踏板行程的约5％(曲线b)和7％(曲线c)之间上延伸，本例中约为4-5mm。在第四部分中，支撑力随踏板行程变化的梯度为负。由于踏板在移动至行程的所述下一部分25(此时支撑力梯度再次变为正值)之前会非常短暂地感觉到松开，这将向驾驶员提供更为明显的反馈，即踏板已在其行程的第一段和第二段之间移动。根据这些曲线，当踏板移动通过其行程的第三部分和第四部分时，驾驶员会感觉到踏板有点像在“过中心”运动。

制动控制器设置成使得踏板行程的第三部分(支撑力梯度随踏板行程增大的部分)位于制动系统特性曲线的第三部分18内。实际上，踏板行程第三部分的开始优选与特征曲线18第三部分的开始基本一致。也就是说，将踏板移动到踏板行程第三部分开始时所需的力基本上等于特性曲线变平时的踏板力。

制动控制器进一步设置成使得踏板行程第三部分终止(以及因此支撑力梯度随踏板行程降低的点)在制动系统特性曲线第三部分18内。实际上，踏板行程第三部分的末端优选与特性曲线18的第三部分的末端基本一致。也就是说，将踏板移动到踏板行程第三部分末端所需的力基本上等于特性曲线超过其第三部分、开始上升时的踏板力。

因此，表示支撑力随踏板行程变化的曲线a可以产生如图4至6中实线所示的特性曲线。曲线b和c可以产生如图6中虚线所示的特性曲线。

如上所述，所述替代曲线为驾驶员提供了更明显的指示，表明制动踏板正在通过其行程中的特定点。然而，重要的是，在所有曲线中，制动力总是随着踏板行程的增加而增大或保持不变，因此踏板的额外移动(包括紧急制动)不会导致制动力的减小。

将踏板行程第三部分23与特性曲线的区域18(在该区域，制动力不会随踏板力或行程增加而增加)相关联有助于告知驾驶员已达到预定的制动力水平。这种预定的制动力水平被选定为能达到最大或接近最大能量回收水平的力水平。例如，它可以是仅由电动机提供的制动力水平，使得对进一步制动力的需求将由盘式制动器来满足。它可以是存储值，也可以根据最初踩下制动踏板时的车辆操作条件进行计算得到。操作条件可包括车速、车辆行驶的坡度和电池的充电状态。特性曲线变平时的制动力水平可称为收获点。

修改后的支撑力与踏板行程之间的关系以及制动系统特性曲线产生的影响是，当达到收获点时，驾驶员将感觉到制动踏板行程阻力增加。因此，需要比以前更急剧增大的踏板力来获得制动力的任何进一步增加，随后踏板将更容易移动，制动力随踏板力基本呈线性增加。踏板行程阻力的暂时增加有效地在踏板行程中产生了一个止动。这就更清楚地向驾驶员发出信号，表明正在实现最大或接近最大的能量回收水平，并表明与现有制动系统相比，进一步增加制动力将降低制动效率。这一信息在没有任何视觉干扰的情况下传递给驾驶员，并且能够很容易地被察觉到，即使具有增大的支撑力梯度的制动踏板行程的比例很小。由于信号是通过感知到的阻力增加传递的，这就有效地鼓励驾驶员不要进一步增加制动力，从而鼓励高效驾驶。然而，如果需要更快速的减速或在紧急情况下，驾驶员更用力地踩下制动踏板的自然本能将产生更大的制动力。因此，制动系统能够以一种直观、无干扰、高利用率且安全的方式向驾驶员传达有用的信息。

应理解，本发明在于踏板行程与支撑力之间的关系以及制动系统的特性曲线，并且只要能够实现相同或等效的结果，用于实施制动系统的装置是可以改变的。例如，制动踏板和主缸之间可没有机械连接，使摩擦制动力完全由制动助力器提供，踏板支撑力由制动助力器或其他执行器提供。有了这样的设置，液压蓄能器可以省去，因为只有当需要从摩擦制动系统获得制动力时，才需要增加盘式制动系统中的制动压力。

以上实施例仅以示例的方式描述。在不脱离本发明权利要求书所限定的范围的情况下，可以进行多种变化。