具有抢先控制的用于抽吸制动颗粒的系统的制作方法

本发明涉及用于抽吸摩擦制动系统中的制动颗粒的系统。可以将此类摩擦制动系统安装到道路或轨道车辆，无需排除如风力涡轮机或工业机器等固定式机器。

背景技术：

在此类系统中，例如，如文献de4240873中描述的，提供抽吸涡轮机和颗粒收集过滤器。因此，由磨损产生的颗粒逐渐积聚在收集过滤器中。

合理常规的技术方案是仅在实际激活摩擦制动时才由驾驶员或车辆的系统激活抽吸涡轮机。

然而，发明人已经注意到，在导管和抽吸口中建立期望负压所需的时间是不可忽视的，并且因此在制动阶段的最开始，负压仍不足以用于正确地捕获制动颗粒。

换言之，如果在摩擦制动开始的时刻激活涡轮机，则负压有时可能需要很长时间才能建立，并且捕获率不是最佳的。此外，考虑涡轮机发动机的用电量和涡轮机运行产生的噪音，持续控制涡轮机也不是期望的。

本发明的目的是为了提出涉及在摩擦制动阶段最开始的捕获性能的改进技术方案。

技术实现要素：

为此，提出了用于抽吸制动颗粒的系统，制动颗粒来自在混合动力车辆或电动车辆中的车辆摩擦制动系统，抽吸系统包括：

至少一个负压源(例如，涡轮机或其它装置)、通过气动回路连接到所述负压源的至少一个抽吸口以及配置成控制所述负压源的控制单元，

其特征在于，所述抽吸系统进一步包括源自计算机的信息流，所述计算机控制车辆的行驶/制动系统的电动发电机，

并且其中所述控制单元配置成在摩擦制动实际激活之前抢先控制所述负压源，所述控制单元至少根据电磁制动的激活来控制所述负压源。

通过这些布置，在电动或混合动力车辆的情况下，其中具有能量回收的电磁制动阶段通常先于耗散摩擦制动阶段，触发电磁制动的信息有利地用于在通常较晚开始的制动摩擦阶段之前，在电磁制动开始之后的几百毫秒到几秒(根据情况而定)抢先对抽吸系统的抽吸阶段进行初始化。

此处，术语“混合动力车辆”表示包括具有内燃机和电动机两者的动力传动系统的车辆。在本文献中，根据可用电力水平并且根据可用自主水平，术语“混合动力车辆”覆盖从“微混合动力”到“全混合动力”的可以被称为混合动力的所有可用技术方案。

术语“电动车辆”在此理解为意指燃烧产生零排放(换言之，没有内燃机)的车辆。

术语“抽吸口”在此理解为意指主要的颗粒捕获区，例如在摩擦材料中形成的凹槽或与摩擦材料的至少一个边缘紧邻的狭槽。

颗粒源自摩擦材料，所述摩擦材料通常是制动片或等效构件的一部分。

术语“负压源”在此理解为意指特定于抽吸制动颗粒的功能的涡轮机，或者预先存在于车辆中的并且选择性地用于朝收集过滤器抽吸颗粒的负压源。

另外，系统可以包括用于收集所抽吸颗粒的至少一个过滤器2。

另外，气动回路可以至少包括将所述抽吸口连接到所述过滤器2的第一导管3。第一导管定位于从抽吸口到过滤器的颗粒路径中的抽吸口的下游。

根据有利的布置，过滤器2插置在所述第一导管3与所述负压源1之间。负压源通过当时相对于外部环境压力处于负压的过滤器来抽吸颗粒。

根据替代的相反布置，第一导管与过滤器之间插置的是负压源，在这种情况下，抽吸颗粒，并且然后将颗粒吹到过滤器中(过滤器处于正压)。

在本发明系统的各个实施例中，还可以进一步地单独或组合地使用以下布置中的一个或多个布置。

根据优选选项，所述负压源由通过电动机驱动的涡轮机形成。这形成了独立于车辆的任何其它气动系统的技术方案；另外，此技术方案得益于很大的控制灵活性，特别是可以控制涡轮机接通或断开或处于任何旋转速度。

根据替代性选项，负压源由预先存在于车辆中的负压源形成，特别是对于汽车行业的情况，负压源由通过车辆引擎的运行，例如来自进气口的旁路或在另一个实例中，通过使用对传出气流(例如废气流)的文丘里效应(venturieffect)诱导的负压源形成。在铁路行业的情况下，负压源可能源于铁路车辆的气动制动系统或某个其它辅助系统。

根据一个选项，所述抽吸系统进一步包括源自电动制动计算机的信息流，并且所述控制单元配置成根据电动制动的激活来控制所述负压源。以此方式，除了将电磁制动考虑在内以外，系统还可以将另一个电动类型的制动系统，例如减速器(重型车辆中经常发现的系统)考虑在内。

根据一个选项，所述系统包括连接到四个或更多个抽吸口的集中式过滤器和涡轮机。以此方式，对全面技术方案的成本进行优化。即使此配置中具有相当长的管道和不可忽视的内部体积，所提出的抢先控制能够在导管中很早，足以优化颗粒捕获地产生负压。

根据一个选项，所述系统包括分散式过滤器和涡轮机，也就是说，用于每个抽吸口或一对抽吸口。以此方式，获得分布式系统，并且一个部件的故障对系统的其它部件的正常运行没有影响。每片甚至可以具有过滤器、涡轮机和抽吸口，和/或每盘的侧面具有抽吸口。

根据一个选项，所述控制单元配置成根据脚从油门踏板快速松开来控制负压源。因此，用于抽吸制动颗粒的系统甚至可以在驾驶员踩下制动踏板之前启动，以触发电磁或电动制动装置，或者用于抽吸制动颗粒的系统可以抢先启动，以预测必须尽快施加摩擦制动的紧急制动阶段。

根据一个选项，提供将过滤器连接到负压源的至少一个第二导管。有利地，即使负压源(涡轮机或其它)与抽吸口(具有大量空气)之间的管道很长，但抢先预测的策略使得在摩擦制动开始时有足够的负压成为可能。

本发明还涉及控制用于抽吸摩擦制动颗粒的系统的方法，颗粒来自在混合动力车辆或电动车辆中的车辆制动系统，抽吸系统包括：

至少一个负压源(例如涡轮机或其它装置)、至少一个抽吸口83、将所述抽吸口连接到所述负压源的至少一个气动回路以及配置成实施以下步骤的控制单元6：

-从计算机接收一条或多条信息，所述计算机控制车辆的行驶/制动系统的电动发电机，

-建立用于抢先控制所述负压源的条件，

-根据所述抢先控制条件控制所述负压源。

通过这些布置，在电动或混合动力车辆的情况下，其中具有能量回收的电磁制动阶段通常先于耗散摩擦制动阶段，触发电磁制动的信息有利地用于在通常较晚开始的制动摩擦阶段之前，在电磁制动启动之后的几百毫秒到几秒(根据情况而定)抢先对抽吸系统的抽吸阶段进行初始化。

在本发明的涉及方法的各个实施例中，还可以进一步地单独或组合地使用以下布置中的一个或多个布置。

根据一个选项，所述控制单元进一步配置成从车辆的摩擦制动控制系统接收一条或多条信息。因此，即使未接收到对应于抢先预测的信息，则抽吸系统仍在存在或接收到由激活摩擦制动产生的信息时启动。例如，在紧急制动的情况下，立即施加摩擦制动，并且电磁制动的抢先预测信息没有在摩擦制动的信息之前到达。

根据一个选项，控制单元进一步配置成将脚从油门踏板迅速释放考虑在内。例如，这就使得预测必须尽快施加摩擦制动的紧急制动阶段成为可能。

根据一个选项，所述控制单元进一步配置成将控制内燃机的燃料喷射器的控制信号考虑在内。因此，喷射器的控制时间减少反映出大概率的后续制动，并且可以预测激活用于抽吸制动颗粒的系统。

根据一个选项，所述控制单元进一步配置成将含有大概率进行制动的区域和/或长下坡区域(隘口)的地图考虑在内。因此，另外的信息源用于帮助预测对抽吸制动颗粒的需要。

根据一个选项，所述控制单元进一步配置成将来自环境和危害识别系统的信息考虑在内，所述环境和危害识别系统可以包括相机、激光雷达，特别是那些具有障碍物探测功能的环境和危险识别系统。这有助于预测对抽吸制动颗粒的需要。

根据一个选项，所述控制单元进一步配置成接收关于车辆的当前速度的信息，以能够在车辆处于零速度时减少或中断对所述涡轮机的控制。这可以使控制逻辑精细化并且可以避免不必要的抽吸阶段，例如，当车辆停在红灯前且脚位于制动器上时。

根据一个选项，所述控制单元进一步配置成在以下事件之一之后将所述抽吸系统的激活延长预定时间：摩擦制动器的释放或车速的停止(保持零速度)。这种时间延长使得进一步优化颗粒捕获率成为可能。

本发明还涉及一种控制用于抽吸摩擦制动颗粒的系统的方法，颗粒来自在具有常规内燃机的车辆中的车辆制动系统，抽吸系统包括至少一个负压源、至少一个抽吸口83、将所述抽吸口连接到所述负压源的至少一个气动回路以及配置成确定用于抢先控制所述负压源的条件的控制单元6，用于抢先控制所述负压源的条件包括以下条件中的一个或多个：车辆出现在含有大概率进行制动的区域的地图区域中，车辆出现在长下坡路段中。

上述用于抢先控制的条件可以进一步包括脚从油门踏板迅速释放、控制内燃机的燃料喷射器的控制信号的向下变化。

上述用于抢先控制的条件还可以包含来自环境识别系统的危害信息，所述环境识别系统可以包括相机、激光雷达，特别是那些具有障碍物探测功能的环境识别系统。

本发明还涉及一种用于具有常规内燃机的车辆的系统，所述系统配置成实施先前段落中描述的方法。

附图说明

通过阅读以下对作为非限制性实例给出的本发明实施例的描述，本发明的其它特征、目的和优点将变得显而易见。通过参考附图将更好地理解本发明，在附图中：

-图1示出了摩擦制动构件的实例的侧视图，

-图2示出了车轮或车轴的用于抽吸制动颗粒的定位系统的功能图，

-图3示出了若干车轮或车轴上的用于抽吸制动颗粒的集中式系统的功能图，

-图4示出了在汽车中的用于抽吸制动颗粒的系统的功能框图，

-图5示出了在铁路车辆中的用于抽吸制动颗粒的系统的功能框图，

-图6示出了展示系统的至少一个功能的时序图，

-图7提供了用于抽吸制动颗粒的系统的组件的物理图示。

具体实施方式

在各个附图中，相同的附图标记指代相同或类似的元件。为表示清楚，某些元件不一定按照比例缩放。

图1示意性地示出了摩擦制动构件。在所展示的情况下，表示了旨在与车轮(或铁路车辆的车轴)旋转成一体制作的制动盘9。盘9绕车轴a旋转。根据现有技术，卡尺7跨坐在盘上，并且安装在卡尺支架上。另外，卡尺包括配置成作用于摩擦片上以夹置盘的活塞。摩擦片或衬里(未示出)安装在离合器盖或底板上，所有这些本身是已知的且在此不予以详述。

尽管已经表示了盘式制动器的图，但是本发明还适于鼓式制动器，或者甚至具有直接应用于轮辋的制动片的系统。

在摩擦片的位置处，提供了用于捕获逃逸颗粒的装置8。更具体地，可以为摩擦片中的每个摩擦片提供抽吸口83。例如可以在本发明申请人的文献fr3057040中发现实例，其中在形成于摩擦材料中的凹槽中捕获颗粒。抽吸口可以由一个或多个凹槽形成，所述一个或多个凹槽进而连接到摩擦衬里的底板中的通孔并且与通道下游(朝过滤器)连通。

抽吸口83通过气动回路连接到负压源。

通常，抽吸口可以位于颗粒离开片与旋转构件(盘、鼓、辋等)之间的界面时的颗粒路径中。在此位置处产生的负压或流有助于良好捕获。

在其它配置中，可以提供机罩，在这种情况下，抽吸口是由来自所述机罩覆盖的空间的出口形成的。

因此，应当理解，无论抽吸口83的配置如何，都可以应用本发明。

通常对于盘式制动器配置，在盘的每侧都会有抽吸口83，如图1所示。

抽吸口(或可以视情况而定的抽吸口)通过此处被称为第一导管3的流体导管连接到过滤器2，如图2所例证。第一导管3可以形成为不排除以穿过部件(例如卡尺的主体)的隧道的形式的通道的管道。第一导管的长度可以较长或较短，在如图3所示的集中式过滤配置中，此长度的范围为几十厘米(例如50cm)到几米。

通常，抽吸口与过滤器2之间的流体连接可以包括一个或多个分支、t连接、y连接等。术语气动回路还可以用于指代流体管道/空气软管。

抽吸口与过滤器2之间的流体连接可以包括刚性部分和柔性软管部分。

可以在抽吸口、过滤器与负压源之间发现各种配置：每个抽吸口或者甚至每对抽吸口(图2)可以有一个过滤器(最大程度地分散式配置)，但是多对抽吸口(图3)(所谓的集中式配置)还可能有单个过滤器，或者甚至整个车辆有单个过滤器。这种选择可以取决于车辆类型、过滤器在堵塞之前要求的使用寿命、对在车辆内进行的安装的各种约束等。

在附图中，示出负压配置，其中过滤器插置在第一导管3与负压源1之间，所述负压源通过当时相对于外部环境压力处于负压的过滤器来抽吸颗粒。但是，在未示出的配置中，负压源可以插置在第一导管与过滤器之间，在这种情况下，涡轮机吸入颗粒，并且然后涡轮机将颗粒吹入过滤器中(过滤器处于正压而非处于负压)。

在典型的实施例中，过滤器2可以包括纸质或其它类型的过滤介质，从而允许空气通过并捕捉来自抽吸口的流中含有的小颗粒。

术语“过滤器”在此广义地理解为：此术语包括离心过滤器技术方案(“旋风”型)、具有电磁捕捉技术的过滤器技术方案以及具有静电捕捉技术的过滤器技术方案。术语“过滤器”还包含颗粒直接朝向已经存在的过滤器(如乘客舱空气过滤器)或朝向催化转化器的过滤器的技术方案。

颗粒过滤器2配置成过滤来自抽吸口的携带具有微米或毫米尺寸的固体颗粒的空气，换言之，允许空气通过过滤介质，同时颗粒不会穿过过滤介质并捕捉在其中。

在所展示的实例中，负压源1由通过电动机11驱动的抽吸涡轮机10形成。

在所展示的实例中，涡轮机与其电动机形成与过滤器分开的实体。在这些条件下，提供了第二气动流体导管30以将涡轮机连接到过滤器。根据车辆配置和技术方案的集中式或非集中式方面，管道的长度可以或多或少地是长的。管道越长，管道中存在的空气量就越大，并且获得期望负压的响应时间就越长，这就阐明了下文呈现的技术方案的优点。

应当注意，具有作为单个实体的涡轮机和过滤器的配置也是可能的；在这种情况下，没有第二气动管线。

抽吸系统进一步包括配置成驱动涡轮机的控制单元6。可以由控制单元，例如通过控制继电器控制讨论中的涡轮机接通或断开。

用于为电动机发电的dc电压可以取决于用于抽吸颗粒的系统的应用领域，例如在常规机动车辆中为12伏、在如卡车或公交车等重型或工业车辆中为24伏，或者甚至在铁路车辆中为72伏。

根据一个特定实施例，控制单元6能够产生控制信号来控制电动机的速度；可以规定控制逻辑利用pwm(脉冲宽度调制)调制的信号。

此处应当注意，代替抽吸涡轮机，负压源可以预先存在于车辆中，特别是对于汽车行业的情况，负压源由车辆引擎的运行，例如来自进气口的旁路，要么通过使用对传出气流(例如废气流)的文丘里效应引起。在铁路行业的情况下，负压源可能源于讨论中的铁路车辆的气动制动系统或某个其它辅助系统。

为了抽吸磨损造成的制动颗粒，第一导管3的内部具有普遍期望的负压值。

如图4中可以看到的，控制单元6接收来自车辆上存在的其它单元的信息。

首先，在混合动力车辆的背景下，车辆系统包括具有电动机和电池batt的动力传动系统以及内燃机。电池通常是强大的电池batt，其能够在不受内燃机干预影响的情况下向前行驶车辆。在全电动车辆的背景下，强大的电池batt是唯一能量来源；全电动车辆没有内燃机。

因此，电机标记为m/g。此类电机以某种方式(或多或少直接地)与车辆的车轮连接。根据使用配置，此类电机可以像电动机一样被控制，或者像发电机一样被控制。

此类电机的功率范围可以在1kw到100千瓦之间，这取决于所述电机是否涉及用于所涉及低电功率的微混合动力配置(电升压和制动、再生)，或者所述电机是否涉及用于中等功率并且最终对于涉及致力于纯电动模式(在适当的情况下具有增程器)的车辆配置的最高功率的在低速下具有零排放燃烧(并且当然再生制动)模式的全混合动力配置。

应当注意，在上述情况中的所有情况下，电机可以像能量回收模式下的发电机一样被控制，这对应于再生制动阶段。因此，谈及车辆的行驶/制动动力传动系统是合理的。

提供控制电机的控制计算机61。参考讨论中的电机，也可以使用术语“电动发电机”(m/g)。所述电机可以以被布置为电动机的附件或传动装置的附件的交流发电机起动机的形式提供。

在电动机模式下或发电机模式下控制电机的功率或转矩本身是众所周知的，并且因此在此处不予以详述。尽管如此，应重申，控制电机的计算机能够提供表示在电机中激活再生制动模式的信息。下文将描述对此信息的使用。术语“电磁制动”还可以用于指定再生制动。

系统进一步包括制动踏板41，其旨在由车辆的驾驶员致动。在一些配置中，只有与制动踏板41相互作用的二进制接通/断开开关48。此开关可以直接将信息67递送到抽吸系统的控制单元6。在另一个实施例中，将开关68连接到制动功能的控制单元62，例如，管理abs功能并且将通过多路复用总线5(也不排除有线连接)将一条或多条信息传输到抽吸控制单元6的单元。

根据其它配置，可以提供更丰富的模拟或数字信息，精确地反映制动踏板的当前位置，这允许控制单元6了解了制动强度以及一旦用户或驾驶员在制动踏板上的行动开始，就能够很早地行动。在这种情况下，提供了模拟或数字电位计44，其将详细信息66直接(虚线)或通过制动功能的控制单元62递送到抽吸系统的控制单元6。

根据另一个配置，制动致动器可以是任何其它类型的踏板或操纵器，这取决于所关注的铁路车辆或车辆类型(轨道车等)。

除制动踏板之外，在图4所展示的实例中，提供了本身已知的油门踏板42。油门踏板可以递送表示油门踏板在油门踏板的授权路径内的当前位置的模拟或数字电信号。在混合动力车辆的背景下，通过连接69和68将关于当前位置的信息递送到用于内燃机的控制计算机63和用于电机的控制计算机61两者。当然，可以将油门踏板信息递送到通过多路复用总线5将信息传播到其它计算机的单个计算机。

控制单元6配置成将脚从油门踏板迅速释放考虑在内，以预测必须尽快施加摩擦制动的紧急制动阶段。

控制单元6配置成将控制内燃机的燃料喷射器的控制信号考虑在内。因此，喷射器的控制时间的减少是反映迅速释放脚并且因此大概率的后续制动的另一种方式，并且然后激活用于抽吸制动颗粒的系统的抢先激活。

涉及的各种计算机6、61、62、63通常可以通过可靠且快速的can型多路复用总线彼此通信。

控制单元6还使用当前车速信息vv。这可以有特定传感器递送，或者可以通过机载计算机96之一来实现。

根据另一种配置，特别是图5中所展示的，系统包括用于控制加速和减速两者的操纵器45。此配置通常是铁路车辆。操纵器通过连接94连接(可能是多路复用)到驱动-控制计算机61；操纵器通过连接93连接(多路复用或不多路复用)到抽吸控制单元6。

例如，当驾驶员利用前向控制向前推动手柄45时，这会使电机(或多个电机)处于行驶模式(正转矩)；同时，当驾驶员相反地向后拉动手柄45，这会产生负转矩控制，这意味着用于制动车辆的发电机模式。

系统可以进一步包含用于激活或释放驻车制动器的辅助控制致动器46。在某些配置中，通过连接95，此驻车制动器还可以用作行车制动器或紧急制动器。如果是这种情况，则可以提供将此致动器连接到控制单元6的有线连接，使得在控制逻辑中也考虑有线连接。

图5中示出的其它元件与图4描述的元件相同或类似。

借助于时序图，图6展示了操作逻辑和相关联控制方法的实例。

在时间t1时，驾驶员踩下激活再生制动阶段的制动踏板(或分别拉动操纵器)，换言之，控制电机处于发电机模式。由于将此信息实时传输到抽吸装置的控制单元6，因此然后在时间t2时控制抽吸涡轮机。从这一刻开始，应当注意，第一导管和标记为p3的抽吸口中占主导地位的压力减小(曲线从大气压向下偏离)。然而，摩擦制动在那时尚未开始；这就是此逻辑如何能够合理地称为对抽吸的抢先控制。时间t3对应于峰值电磁制动。

在时间t4时，涡轮机已经达到其设定点速度，并且压力p3继续降低，以达到标记为dpr的目标负压水平。

在环境压力以下20到40毫巴的范围内选择预定的负压设定点dpr。

时间t5对应于摩擦制动阶段的开始，

时间t6对应于当摩擦制动达到其标称功率的时刻。

标记为50的交叉影线区域表示通过片与旋转构件之间的磨损释放的颗粒的量。

鉴于在时间t5时，负压已经达到目标值dpr，当颗粒排放开始时，抽吸效率处于其最大值。

时间t7对应于当制动踏板41开始释放时。

时间t8对应于当对涡轮机的控制中止时。

标记为p3的曲线表示第一导管3内占主导地位的压力，换言之，基本上在抽吸口83处施加的抽吸压力。

展示了车速的曲线示出了在当前速度为高时，电磁制动更加有效；所述曲线还示出摩擦制动产生的减速率高于电磁制动的减速率。

根据一个可能的选项，在制动已经有效停止的情况下，涡轮机激活命令的延长时间(标记为pt)在时间t8外提供。

以另一种方式表示，控制单元6实施至少包括以下动作的方法：

-从用于车辆的行驶/制动系统的电动发电机的控制计算机接收一条或多条信息，

-根据至少一个电磁制动信号来建立用于抢先控制所述负压源的条件，

-根据用于抢先控制的条件来控制所述负压源。

控制逻辑还可以涉及其它信息源。

例如，车速信息vv可以用于避免在车速为零或保持为零时激活抽吸系统。

控制单元还可以配置成在行驶辅助和自动驾驶系统的背景下，考虑来自环境识别系统的信息，所述环境识别系统可以包括相机、激光雷达，特别是那些具有障碍物探测功能的环境识别系统。

根据另一个实例，规定在实际制动阶段之后，延长涡轮机的激活，持续预定时间，所述预定时间可以是固定的或是连接到校准的参数(延长时间pt是固定的或是由校准引起的)。

根据另一个实例，所述控制单元进一步配置成将含有大概率进行制动的区域和/或长下坡区域(例如，下山的隘口道路)的地图考虑在内。

根据另一个实例，所述控制单元进一步配置成将来自电动制动计算机的信息流考虑在内，所述电动制动计算机负责控制电动类型的辅助制动系统，例如减速器，所述辅助制动系统是在重型车辆中经常发现的系统。

为展示数量级，涡轮机10和其电动机11消耗的功率的范围可以在约三十瓦特到大于一千瓦；实际上，根据要服务的抽吸口的数量并且还根据管道长度，此功率可以包含在[30w-800w]的范围内，这会产生轻微的压降。

在一个配置中，涡轮机的速度的范围可以为0到12,000rmp。

在一个配置中，涡轮机的速度的范围可以为0到30,000rmp。

涡轮机从零到设定点速度的响应时间通常可以介于100毫秒与700毫秒之间，对于汽车应用，最常见地介于400毫秒与600毫秒之间。

在图3中，发现了集中式过滤器、集中式压力感应器以及管道或软管31、32、33、34，所述管道或软管使得抽吸口83中的每个抽吸口连接到过滤器2成为可能。

应当注意，同一涡轮机可以为若干过滤器服务。

应当注意，还可以将抢先控制的策略应用于固定式机器，如风力涡轮机或工业机器，以基于先于实际施加摩擦制动的控制信息来使转子制动。此抢先信息可以从用于控制转子处于电动机模式或发电机模式的电机的控制计算机中获得。