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CN113002511A - 一种电子机械制动系统 - Google Patents

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CN113002511A CN201911331551.5A CN201911331551A CN113002511A CN 113002511 A CN113002511 A CN 113002511A CN 201911331551 A CN201911331551 A CN 201911331551A CN 113002511 A CN113002511 A CN 113002511A
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Abstract

本发明涉及车辆的制动技术，尤其涉及一种冗余供电的电子机械制动系统。本发明提供的上述电子机械制动系统，包括一充电电源及至少两个对应于车轴的控制模块。每一所述控制模块包括向设于对应车轴两端的电子制动装置供电以响应操作需求的供电单元。所述充电电源用于为所述供电单元充电。至少一个所述控制模块的供电单元被配置为具有冗余度。本发明能够用于解决部分供电网络失效导致的车辆制动能力下降的问题，提高了制动系统的供电网络的冗余度，从而提升电子机械制动系统的可靠性。

Description

一种电子机械制动系统
技术领域
本发明涉及车辆的制动技术，尤其涉及一种冗余供电的电子机械制动(Electromechanical brake，EMB)系统。
背景技术
电子机械制动(Electromechanical brake，EMB)系统是一种结构简单，响应迅速并且环境友好的车辆制动系统，是制动技术未来的发展方向之一。
请参考图1，图1示出了一种现有的电子机械制动系统的示意图。如图1所示，区别于传统制动系统采用气体或液体作为能量传递介质，电子机械制动系统的制动能量(Energy)来源于整车的蓄电池或发电机11，其能量通过电压转换后为两个超级电容(Ultra-capacitor)模组121-122充电。两个超级电容模组121-122可以在短时间内分别输出足够的能量到对应的电子制动装置131-132以产生制动力。
具体来说，该电子机械制动系统的电子制动装置131-132可以包括由超级电容模组121-122供电以产生制动力的制动电机，以及由上述制动电机驱动的机械传动机构。在盘式制动器中，该机械传动机构最终通过驱动卡钳(caliper)夹紧制动盘而产生制动力。当驾驶员踩下制动踏板或由非人为操作方式(例如：ABS、ESC、AEBS、自动驾驶系统等)产生制动需求时，电子制动装置131-132可以控制制动电机转动，从而驱动机械传动机构推动制动片朝向或远离制动盘以响应制动需求。
然而，在上述现有的电子机械制动系统中，当车辆的负载不均衡，例如当车轴141承担了车辆的主要负载时，若此时超级电容模组121发生故障而无法为对应的电子制动装置131供电，则电子制动装置131将无法获得足够的能量来产生制动力，车辆只有依靠承担较小负载的车轴142所对应的电子制动装置132进行制动。此时，由于仅靠车轴142的负载能使其两端的车轮产生的摩擦力有限，车辆的制动性能将受到严重的影响。
因此，为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种车辆的制动技术，提高制动系统的供电网络的冗余度，用于解决部分供电网络失效导致的车辆制动能力下降的问题，从而提升电子机械制动系统的可靠性。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种冗余供电的电子机械制动系统，提高了制动系统的供电网络的冗余度，用于解决部分供电网络失效导致的车辆制动能力下降的问题，从而提升电子机械制动系统的可靠性。
本发明提供的上述电子机械制动系统，包括一充电电源及至少两个对应于车轴的控制模块。每一所述控制模块包括向设于对应车轴两端的电子制动装置供电以响应操作需求的供电单元。所述充电电源用于为所述供电单元充电。至少一个所述控制模块的供电单元被配置为具有冗余度。通过将供电单元配置为冗余供电的结构，可以向对应的电子制动装置提供冗余的供电，从而在部分供电网络故障时保持车辆的制动性能。
优选地，在本发明提供的上述电子机械制动系统中，所述具有冗余度的供电单元可以包括至少两个子供电单元。该两个子供电单元可以冗余地向对应的电子制动装置供电，从而在其中一个子供电单元发生故障时仍然能够向对应的电子制动装置供电，从而保持车辆的制动性能。
优选地，在本发明提供的上述电子机械制动系统中，每一子供电单元分别电性连接对应车轴两端的电子制动装置，其中所述两个子供电单元互为冗余地向对应车轴两端的每一电子制动装置供电；或每一子供电单元可以分别同时向对应车轴两端的电子制动装置供电。
可选地，在本发明提供的上述电子机械制动系统中，所述电子制动装置可以包括制动电机，所述制动电机可以包括至少两组绕组和/或驱动模块，每一子供电单元可以向一组绕组和/或驱动模块供电。采用上述配置可以使电子制动装置具有冗余的驱动电路。
可选地，在本发明提供的上述电子机械制动系统中，所述电子制动装置可以包括电磁操作的制动力保持装置，所述制动力保持装置可以包括至少两组绕组和/或驱动模块，每一子供电单元可以向一组绕组和/或驱动模块供电。采用上述配置可以使制动力保持装置具有冗余的驱动电路。
优选地，在本发明提供的上述电子机械制动系统中，所述制动力保持装置可以包括电磁制动器和/或螺线管。
可选地，在本发明提供的上述电子机械制动系统中，所述每一子供电单元分别电性连接对应车轴一端的电子制动装置并向其供电。
可选地，在本发明提供的上述电子机械制动系统中，所述控制模块还可以包括对应于所述供电单元的能量管理单元，所述能量管理单元可以用于管理对应的供电单元的充电和放电。通过设置所述能量管理单元，电子机械制动系统可以根据各供电单元的当前能量水平来控制充电电源向各供电单元充电和/或控制各供电单元向对应的电子制动装置供电。
优选地，在本发明提供的上述电子机械制动系统中，所述能量管理单元可以包括充电控制器，所述充电控制器可以电性连接所述充电电源和对应的供电单元，所述充电控制器可以根据对应的供电单元的能量水平控制所述充电电源为对应的供电单元充电。所述能量水平包括但不限于供电单元的电压值。
可选地，在本发明提供的上述电子机械制动系统中，所述能量管理单元可以包括供电开关，所述供电开关可以电性连接对应的电子制动装置和对应的供电单元，所述供电开关可以控制对应的供电单元向对应的电子制动装置供电。
可选地，在本发明提供的上述电子机械制动系统中，负载车身重量的车轴所对应的控制模块的供电单元可以被配置为具有冗余度的供电单元。通过将负载车身重量的车轴的供电单元配置为具有冗余度的供电单元，无论在车辆空载或负载不均衡时，具有冗余度的供电单元所对应的车轴始终至少承载主要的车身重量，从而确保两端的车轮能够始终产生一定量的摩擦力，在部分供电网络故障时通过冗余的供电保证电子制动装置的制动性能。
可选地，在本发明提供的上述电子机械制动系统中，所述供电单元可以包括电容性电源和/或电池。
可选地，在本发明提供的上述电子机械制动系统中，多个所述控制模块之间可以电性连接，多个所述控制模块的供电单元可以互为冗余。通过采用电性连接的多个所述控制模块的结构，电子机械制动系统可以在其中一个控制模块发生供电故障时，以另一个正常工作的控制模块的供电单元作为备用电源，向故障控制模块供电，或经由该故障控制模块的内部电路直接向其对应的电子制动装置供电，从而确保故障控制模块对应的电子制动装置仍然能够产生制动力。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1示出了一种现有的电子机械制动系统的示意图。
图2示出了根据本发明的一方面提供的电子机械制动系统的架构示意图。
图3A示出了根据本发明的一个实施例提供的控制模块的架构示意图。
图3B示出了根据本发明的另一个实施例提供的控制模块的架构示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施例提供的电子机械制动系统的架构示意图。
图5示出了根据本发明的一个实施例提供的电子机械制动系统的架构示意图。
图6示出了根据本发明的一个实施例提供的具有冗余度的供电单元的架构示意图。
图7示出了根据本发明的一个实施例提供的制动电机的架构示意图。
附图标记：
11 蓄电池；
121、122 超级电容模组；
131、132 电子制动装置；
141、142 车轴；
21 充电电源；
221、222、223 控制模块；
231-236 电子制动装置；
241、242、243 车轴；
251、252、253 供电单元；
2511、2512 子供电单元；
2521、2522 子供电单元；
2531、2532 子供电单元；
261 制动踏板；
262 驻车开关；
263 非人为操作系统或模块；
271-276 车轮；
31、32、33 能量管理单元；
311、321、331 充电控制器；
312、322、332 供电开关；
41、42、43 能量管理单元；
61 定子；
62 转子；
63 铁芯；
64、65 绕组。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种冗余供电的电子机械制动(Electromechanical brake，EMB)系统，提高了制动系统的供电网络的冗余度，用于解决部分供电网络失效导致的车辆制动能力下降的问题，从而提升电子机械制动系统的可靠性。
请参考图2，图2示出了根据本发明的一方面提供的电子机械制动系统的架构示意图。
如图2所示，车辆可以包括两根车轴241-242。每根车轴241-242的两端可以分别设有一个车轮271-274。每个车轮271-274可以配置一个对应的电子制动装置231-234。电子制动装置231-234可以包括用于产生制动力的制动电机，以及由上述制动电机驱动的机械传动机构。电子制动装置231-234可以用于根据收到的操作需求(Operation demand)执行相应的操作。
相应地，本实施例提供的上述电子机械制动系统可以包括一个充电电源21，以及两个对应于车轴241-242的控制模块221-222。控制模块221可以包括向设于对应车轴241两端的电子制动装置231-232供电以响应上述操作需求的供电单元251。控制模块222可以包括向设于对应车轴242两端的电子制动装置233-234供电以响应操作需求的供电单元252。供电单元251-252包括但不限于电容性电源和电池，由充电电源21充电。充电电源21包括但不限于车辆蓄电池(Vehicle battery)、动力电池(Power Battery)、车辆发电机(Vehiclegenerator)，以及轮毂发电机(Hub generator)，其输出电压可以为12V或24V。以控制模块221为例，作为一种示例性的实施方式，包含供电单元251的控制模块221可以作为一个独立封装的装置安装在车辆上，然而，本领域普通技术人员可以想到，也可以采用非独立封装的方式将电性连接的供电单元251和控制模块221分别安装在车辆的不同位置，其封装方式和安装位置可以根据车辆实际布局调整，只要能够实现向车轴241两端的电子制动装置231-232供电即可。
在一个实施例中，上述操作需求可以为驾驶员通过制动踏板261输入的制动需求(Brake demand)。控制模块221的供电单元251可以被配置为具有冗余度，包括两个冗余的子供电单元2511-2512。两个子供电单元2511-2512和供电单元252可以为由超级电容(Ultra-capacitor)单元组成的模组，例如基于石墨烯的超级电容单元，其输出电压可以为48V。
上述超级电容是一种电容性电源，主要依靠双电层电容和氧化还原准电容电荷来储存电能。采用超级电容作为电子制动装置231-234的直接供电电源可以在短时间内实现可靠的大电量输出。
具体来说，响应于收到上述制动需求，供电单元251的子供电单元2511可以向车轴241的右车轮271的电子制动装置231供电。供电单元251的子供电单元2512可以向车轴241的左车轮272的电子制动装置232供电。供电单元252可以同时向车轴242的左、右车轮273-274的电子制动装置233-234供电。设于车辆各车轮271-274的电子制动装置231-234可以使用供电单元251-252提供的能量来控制制动电机转动，从而驱动机械传动机构推动制动片朝向或远离制动盘以产生所需的制动力。可以理解的是，对应于车轴242的控制模块222的供电单元252也可以配置为具有冗余度。
通过将供电单元251和/或252配置为包括两个冗余的子供电单元的冗余供电结构，可以解决任一子供电单元失电导致车辆制动性能下降的问题。上述失电问题包括但不限于超级电容的电压过低及储能不足的现象，可能由控制模块故障、充电模块故障、超级电容漏电、电源连接线断路等原因导致。
具体来说，当供电单元251的子供电单元2511发生失电问题时，供电单元251的子供电单元2512仍可以向车轴241的左车轮272的电子制动装置232供电，从而确保车轴241的左车轮272的电子制动装置232能够获得能量来产生足够的制动力。反之，当供电单元251的子供电单元2512发生失电问题时，供电单元251的子供电单元2511仍可以向车轴241的右车轮271的电子制动装置231供电，从而确保主要承重车轴241的右车轮271的电子制动装置231能够获得能量来产生足够的制动力。当供电单元252发生失电问题时，供电单元251的两个子供电单元2511-2512仍可以向车轴241的左、右车轮271-272的电子制动装置231-232供电，从而确保车轴241的左、右车轮271-272的电子制动装置231-232能够获得能量来产生足够的制动力。
在一个实施例中车轴241可以为车辆的前车轴，当车辆为前驱车型或牵引车时，车辆本身的重量主要由前车轴承载。因此，无论车辆的负载情况如何，具有冗余度的供电单元251的前车轴始终至少承载主要的车身重量，从而可以确保两端的车轮271-272能够始终产生一定量的摩擦力。
在另一个实施例中，对应于车轴242的控制模块222的供电单元252也被配置为具有冗余度，从而无论车辆本身的重量分布如何，空载或满载，其载荷分布是否均匀，都能够保证制动系统的制动性能。
本领域的技术人员可以理解，上述制动需求只是本发明中操作需求的一种实施例，主要用于清楚地展示本发明的构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。
可选地，在其他实施例，上述操作需求还可以包括请求电子制动装置231-234执行其他操作的需求。上述其他操作包括但不限于唤醒电子制动装置231-234、使电子制动装置231-234自检、校准电子制动装置231-234、使电子制动装置231-234进入待机位置等操作。响应于请求电子制动装置231-234执行上述其他操作的需求，设于车辆各车轴241-242两端的电子制动装置231-234可以使用对应控制模块221-222的供电单元251-252提供的能量来执行相应的操作。
本领域的技术人员还可以理解，上述采用高压(48V)的超级电容等电容性电源来向电子制动装置231-234供电的方案，只是本发明的一个优选的实施例，主要用于提升电子制动装置231-234的制动力输出。
可选地，在另一个实施例中，车轴242也可以由低压(24V)的蓄电池供电。也就是说，车辆后车轴242对应的控制模块222的供电单元252可以为蓄电池。该蓄电池可以由车辆的充电电池21充电。
在本发明的一个实施例中，电子机械制动系统的控制模块221可以包括对应于供电单元251的能量管理单元31-32。能量管理单元31-32可以用于管理供电单元251的充电和放电。
请参考图3A，图3A示出了根据本发明的一个实施例提供的控制模块的架构示意图。
如图3A所示，控制模块221可以包括能量管理单元31-32。能量管理单元31对应于供电单元251的子供电单元2511，可以用于管理子供电单元2511的充电和放电。能量管理单元32对应于供电单元251的子供电单元2512，可以用于管理子供电单元2512的充电和放电。
上述能量管理单元31可以包括充电控制器311和供电开关312。充电控制器311电性连接车辆的充电电源21和对应的子供电单元2511，配置用于根据子供电单元2511的能量水平来控制充电电源21为子供电单元2511充电。供电开关312电性连接车辆前车轴241的右车轮271的电子制动装置231和子供电单元2511，配置用于响应上述操作需求以控制子供电单元2511向对应的电子制动装置231供电。
相应地，上述能量管理单元32可以包括充电控制器321和供电开关322。充电控制器321电性连接车辆的充电电源21和对应的子供电单元2512，配置用于根据子供电单元2512的能量水平来控制充电电源21为子供电单元2512充电。供电开关322电性连接车辆前车轴241的左车轮272的电子制动装置232和子供电单元2512，配置用于响应上述操作需求以控制子供电单元2512向对应的电子制动装置232供电。
具体来说，能量管理单元31-32的充电控制器311-321可以实时监测对应子供电单元2511-2512的电压值，从而监控供电单元251的能量水平。响应于子供电单元2511-2512中任意一者的电压值低于预设的电压阈值，对应的充电控制器311-321可以控制车辆的充电电源21为该低电量的子供电单元2511-2512充电，从而及时补充车辆制动所消耗的能量。
通过设置上述充电控制器311-321，电子机械制动系统可以根据各子供电单元2511-2512的当前能量水平来单独地控制充电电源21向各子供电单元2511-2512充电。因此，充电控制器311-321可以在确保各子供电单元2511-2512正常供电的前提下，尽可能地减少各子供电单元2511-2512反复充电的次数，从而延长子供电单元2511-2512的寿命。
可选地，在一个实施例中，能量管理单元31-32的供电开关312-322可以保持待机状态。响应于收到上述操作需求，供电开关312-322可以控制对应的子供电单元2511-2512向对应的电子制动装置231-232供电，以使对应的电子制动装置231-232可以获得足够的能量来执行相应的操作。
通过设置上述供电开关312-322，电子机械制动系统可以根据收到的操作需求，单独地控制各子供电单元2511-2512向对应的电子制动装置231-232供电，从而使对应的电子制动装置231-232可以获得足够的能量来执行相应的操作。
本领域的技术人员可以理解，上述为具有冗余供电单元251的控制模块221配置能量管理单元31-32的方案，只是本发明的一种实施例，主要用于清楚地展示本发明的构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。
请参考图3B，图3B示出了根据本发明的另一个实施例提供的控制模块的架构示意图。
如图3B所示，在另一个实施例中，电子机械制动系统的控制模块222也可以包括能量管理单元33。能量管理单元33对应于供电单元252，可以用于管理供电单元252的充电和放电。
具体来说，上述能量管理单元33可以包括充电控制器331和供电开关332。充电控制器331电性连接车辆的充电电源21和对应的供电单元252，配置用于根据供电单元252的能量水平来控制充电电源21为供电单元252充电。供电开关332电性连接车辆后车轴242的左、右车轮273-274的两个电子制动装置233-234和供电单元252，配置用于响应上述操作需求以控制供电单元252向对应的两个电子制动装置233-234供电。
能量管理单元33的充电控制器331可以实时监测对应供电模块252的电压值，从而监控供电单元252的能量水平。能量管理单元33的供电开关332可以保持待机状态。响应于供电模块252的电压值低于预设的电压阈值，对应的充电控制器331可以控制车辆的充电电源21为低电量的供电单元252充电。响应于收到上述操作需求，供电开关332可以控制对应的供电单元252向对应的两个电子制动装置233-234供电，以使对应的两个电子制动装置233-234可以获得足够的能量来执行相应的操作。
本领域的技术人员可以理解，上述只包括两个控制模块221-222的电子机械制动系统只是本发明的一个实施例，主要用于清楚地展示本发明的构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。
请参考图4，图4示出了根据本发明的一个实施例提供的电子机械制动系统的架构示意图。
如图4所示，在本发明的一个实施例中，车辆可以包括三根车轴241-243。每根车轴241-243的两端可以分别设有一个车轮271-276。每个车轮271-276可以配置一个对应的电子制动装置231-236。电子制动装置231-236可以包括用于产生制动力的制动电机，以及由上述制动电机驱动的机械传动机构。电子制动装置231-236可以用于根据收到的操作需求执行相应的操作。
相应地，本实施例提供的上述电子机械制动系统可以包括一个充电电源21，以及三个对应于车轴241-243的控制模块221-223。控制模块221可以包括向设于对应车轴241两端的电子制动装置231-232供电以响应上述操作需求的供电单元251。控制模块222可以包括向设于对应车轴242两端的电子制动装置233-234供电以响应操作需求的供电单元252。控制模块223可以包括向设于对应车轴243两端的电子制动装置235-236供电以响应操作需求的供电单元253。供电单元251-253包括但不限于电容性电源和电池，由车辆的充电电源21充电。充电电源21包括但不限于车辆蓄电池、动力电池、车辆发电机，以及轮毂发电机，其输出电压可以为12V或24V。
在一个实施例中，上述操作需求可以为驾驶员通过制动踏板261输入的制动需求。控制模块221-223的供电单元251-253都可以被配置为具有冗余度，分别包括两个冗余的子供电单元2511-2512、2521-2522、2531-2532。子供电单元2511-2512、2521-2522、2531-2532都可以为由超级电容单元组成的模组，例如基于石墨烯的超级电容单元，其输出电压可以为48V。
具体来说，响应于收到上述制动需求，供电单元251的子供电单元2511可以向车轴241的右车轮271的电子制动装置231供电。供电单元251的子供电单元2512可以向车轴241的左车轮272的电子制动装置232供电。供电单元252的子供电单元2521可以向车轴242的右车轮273的电子制动装置233供电。供电单元252的子供电单元2522可以向车轴242的左车轮274的电子制动装置234供电。供电单元253的子供电单元2531可以向车轴243的右车轮275的电子制动装置235供电。供电单元253的子供电单元2532可以向车轴243的左车轮276的电子制动装置236供电。设于车辆各车轮271-276的电子制动装置231-236可以使用供电单元251-253提供的能量来控制制动电机转动，从而驱动机械传动机构推动制动片朝向或远离制动盘以产生所需的制动力。
通过将车辆所有车轴241-243的供电单元251-253都配置为包括两个冗余的子供电单元的冗余供电结构，无论车辆本身的重量分布如何，空载或满载，其载荷分布是否均匀，都能够保证每一个电子制动装置都能够具有冗余的供电，从而确保制动系统的制动性能。
具体来说，当供电单元251的子供电单元2511发生失电问题时，供电单元251的子供电单元2512仍可以向车轴241的左车轮272的电子制动装置232供电，从而确保车辆前车轴241的左车轮272的电子制动装置232能够获得能量来产生足够的制动力。反之，当供电单元251的子供电单元2512发生失电问题时，供电单元251的子供电单元2511仍可以向车轴241的右车轮271的电子制动装置231供电，从而确保车辆前车轴241的右车轮271的电子制动装置231能够获得能量来产生足够的制动力。同理，采用相同配置的供电单元252和253的情况在此不再赘述。
可选地，在本发明的一个实施例中，电子机械制动系统的控制模块221-223可以分别包括对应于供电单元251-253的能量管理单元41-43。能量管理单元41-43可以用于管理供电单元251-253的充电和放电。
如图4所示，能量管理单元41可以对应于供电单元251的两个子供电单元2511-2512，可以用于管理子供电单元2511-2512的充电和放电。具体来说，能量管理单元41可以包括充电控制器和供电开关。充电控制器电性连接车辆的充电电源21和对应的两个子供电单元2511-2512，配置用于根据子供电单元2511-2512的能量水平来控制充电电源21分别为子供电单元2511-2512充电。供电开关分别电性连接车辆前车轴241的右车轮271的电子制动装置231和子供电单元2511，以及车辆前车轴241的左车轮272的电子制动装置232和子供电单元2512，配置用于响应上述操作需求以分别控制子供电单元2511-2512向对应的电子制动装置231-232供电。能量管理单元42和43也可采用上述配置，在此不再赘述。
能量管理单元41-43的充电控制器可以实时监测对应供电单元251-253的电压值，从而监控供电单元251-253的能量水平。能量管理单元41-43的供电开关可以保持待机状态。响应于供电单元251-253中任意一者的电压值低于预设的电压阈值，对应的充电控制器可以控制车辆的充电电源21为低电量的供电单元充电，从而及时补充车辆制动所消耗的能量。响应于收到上述操作需求，供电开关可以控制对应的供电单元251-253向对应的两个电子制动装置231-236供电，以使对应的电子制动装置231-236可以获得足够的能量来执行相应的操作。
通过设置上述能量管理单元41-43，电子机械制动系统可以根据供电单元251-253的当前能量水平来控制充电电源21向供电单元251-253充电，并控制供电单元251-253向对应的电子制动装置231-233供电，从而使对应的电子制动装置231-233可以获得足够的能量来执行相应的操作。
可选地，在本发明的一个实施例中，图4所示的电子机械制动系统的三个控制模块221-223之间可以电性连接。三个控制模块221-223的供电单元251-253互为冗余。
当三个控制模块221-223都正常工作时，响应于收到操作需求，控制模块221-223可以通过其供电单元251-253来向对应车轴241-243两端的电子制动装置231-236供电，从而使对应的电子制动装置231-236可以获得足够的能量来执行相应的操作。
当三个控制模块221-223中的任意一者发生故障时，以控制模块221为例，故障的控制模块221的供电单元251可能无法向对应车轴241两端的电子制动装置231-232供电。此时，通信连接于故障控制模块221的两个控制模块222-223可以判断其供电单元252-253的工作状态。响应于控制模块222能够正常工作，控制模块222可以通过供电单元252来向车轴241两端的电子制动装置231-232供电，从而使电子制动装置231-232可以获得足够的能量来执行相应的操作。
也就是说，通过将三个控制模块221-223电性连接，三个控制模块221-223中每一者的供电单元251-253都可以作为其余两者的冗余电源。一旦任意一个控制模块因发生故障而无法向其对应的电子制动装置供电，正常工作的其余控制模块即可将自身的供电单元作为备用电源，向故障控制模块供电，或经由该故障控制模块的内部电路直接向其对应车轴的电子制动装置供电，从而进一步提升电子机械制动系统的可靠性。
本领域的技术人员可以理解，上述由两个子供电单元分别向车轴一端的一个电子制动装置供电的方案，只是本发明的一个实施例，主要用于清楚地展示本发明的构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。
请参考图5，图5示出了根据本发明的一个实施例提供的电子机械制动系统的架构示意图。
与图4所示实施例不同的是，控制模块221的供电单元251中的子供电单元2511-2512分别电性连接车轴241两端的电子制动装置231-232。
一种示例性的冗余配置为，供电单元251中的子供电单元2511-2512互为冗余地向每一电子制动装置231-232供电。具体来说，在正常工作状态下，电子制动装置231由子供电单元2511供电，电子制动装置232由子供电单元2512供电。当任一子供电单元2511-2512的供电出现异常时，切换为由另一子供电单元同时向电子制动装置231-232供电。为了保证制动性能，在该配置中可以使用两个较高电压的子供电单元2511-2512，例如48V。
另一种示例性的冗余配置为，每一子供电单元2511-2512分别同时向电子制动装置231-232供电。参照图6，其示出了一种具有冗余度的供电单元的架构示意图。为简要说明，图中省略了部分冗余电路和电子制动装置232。具体来说，以供电单元251冗余地向电子制动装置231供电为例，在正常工作状态下，两个子供电单元2511-2512同时向电子制动装置231供电，当子供电单元2511的供电出现异常时，子供电单元2512利用冗余的电流通路单独向电子制动装置231供电，反之亦然。
一种示例性的冗余配置，子供电单元2511-2512分别电性连接车轴241两端的电子制动装置231-232，其中电子制动装置231-232的制动电机具有两组绕组。如图7所示，制动电机可以包括定子61和转子62。定子61可以包括在圆周方向上均匀分布的铁芯63，铁芯63上缠绕用于产生旋转磁场的两组电绝缘绕组64-65，其中，绕组64由一个子供电单元供电，绕组65由另一个子供电单元供电。转子62可以由永磁体制成，包括在圆周方向上均匀分布的磁芯。转子62可以响应于绕组64-65产生的旋转磁场而转动。
通过在定子61上设置两组独立的电绝缘绕组64-65，制动电机可以具有多种驱动转子62的选择。当子供电单元2511给绕组64供电时，车辆前轴241轮端的两个电子制动装置231-232，可以控制对应的制动电机的转子62在绕组64的驱动下旋转。当子供电单元2512给绕组65供电时，车辆前轴241轮端的两个电子制动装置231-232，可以控制对应的制动电机的转子62在绕组65的驱动下旋转。另一种可行的驱动方式为子供电单元2511和2512同时给绕组64和65供电。也就是说，在两个子供电单元2511-2512都能正常工作的情况下，两组电绝缘绕组64-65可以同时为两个电子制动装置231-232的制动电机转子62提供驱动转矩以产生制动力。
当子供电单元2511发生失电问题时，子供电单元2512可以通过绕组65在制动电机的相同磁路中产生磁力，为电子制动装置231-232的制动电机转子62提供驱动转矩以产生制动力。
相应地，当子供电单元2512发生失电问题时，子供电单元2511可以通过绕组64在制动电机的相同磁路中产生磁力，为电子制动装置231-232的制动电机转子62提供驱动转矩以产生制动力。
本领域的技术人员可以理解，上述双绕组64-65架构的制动电机只是本发明提供的一种实施例，主要用于清楚地展示本发明的构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。
图5中示例性地绘示了供电单元251向电子制动装置231-232冗余供电的配置，而供电单元252-253采用了与供电单元251不同的冗余配置向电子制动装置233-236供电。本领域的技术人员应当理解，供电单元252-253也可采用与上述供电单元251相同的冗余配置向其对应的电子制动装置233-236供电，在此不再赘述。
在另一个实施例中，基于本发明的构思，电子制动装置231-232的制动电机的驱动模块也可以冗余设置。冗余的两个驱动模块可以分别电性连接一个子供电单元2511-2512，从而由一个对应的子供电单元2511-2512供电。或者采用冗余的驱动模块分别对应制动电机的双绕组64-65，来提供完全冗余的制动电机驱动电路。
具体来说，当两个子供电单元2511-2512都能正常工作时，两组驱动模块可以同时为两个电子制动装置231-232的制动电机转子62提供驱动转矩以产生制动力。当子供电单元2511发生失电问题时，子供电单元2512可以通过对应的驱动模块为电子制动装置231-232的制动电机转子62提供驱动转矩以产生制动力。当子供电单元2512发生失电问题时，子供电单元2511可以通过对应的驱动模块为电子制动装置231-232的制动电机转子62提供驱动转矩以产生制动力。
在其他实施例中，基于本发明的构思，电子制动装置231-232的制动电机也可以相应于供电单元251包括三个及以上的子供电单元，而包括对应数量的绕组和/或驱动模块。每一组绕组和/或驱动模块可以电性连接一个子供电单元，从而由一个对应的子供电单元供电。
可选地，在本发明的一个实施例中，电子制动装置还可以分别包括一个电磁操作的制动力保持装置。该电磁操作的制动力保持装置包括但不限于电磁制动器、永磁制动器、螺线管，可以用于保持电子制动装置输出的制动力。例如，采用失电式永磁制动器可以在失电状态下锁止电子制动装置的机械传动机构，从而节能地实现制动力保持，例如实现驻车功能。每个制动力保持装置可以包括两组绕组，与上述制动电机类似地采用由不同子供电单元分别供电的配置，保证制动力保持装置具有冗余的供电。
在本发明的实施例中，制动踏板261仅是产生操作需求或制动需求的示例性实施方式，驻车开关、非人为操作系统或模块也可作为操作需求或制动需求的来源。如图5所示，除制动踏板261外，驻车开关262和非人为操作系统或模块263也通信连接控制模块221-223。上述非人为操作系统或模块263包括但不限于车辆的制动防抱死系统(Antilockbrake system，ABS)、牵引力控制系统(Acceleration slip regulation，ASR)、自动制动(Autonomous emergency braking，AEB)系统，以及车辆的无人驾驶系统中的一种或多种，可以根据控制模块221-223或车辆的其他控制器的控制指令而自动生成相应的操作需求或制动需求。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (13)

1.一种电子机械制动系统，包括一充电电源(21)及至少两个对应于车轴(241，242，243)的控制模块(221，222，223)，每一所述控制模块(221，222，223)包括向设于对应车轴(241，242，243)两端的电子制动装置(231，232，233，234，235，236)供电以响应操作需求的供电单元(251，252，253)，所述充电电源(21)为所述供电单元(251，252，253)充电，其特征在于，至少一个所述控制模块(221，222，223)的供电单元(251，252，253)被配置为具有冗余度。
2.如权利要求1所述的电子机械制动系统，其特征在于，所述具有冗余度的供电单元(251，252，253)包括至少两个子供电单元(2511，2512，2521，2522，2531，2532)。
3.如权利要求2所述的电子机械制动系统，其特征在于，
每一子供电单元(2511，2512，2521，2522，2531，2532)分别电性连接对应车轴(241，242，243)两端的电子制动装置(231，232，233，234，235，236)，其中
所述两个子供电单元(2511，2512，2521，2522，2531，2532)互为冗余地向对应车轴(241)两端的每一电子制动装置(231，232，233，234，235，236)供电；或
每一子供电单元(2511，2512)分别同时向对应车轴(241)两端的电子制动装置(231，232)供电。
4.如权利要求2-3中任一项所述的电子机械制动系统，其特征在于，所述电子制动装置(231，232)包括制动电机，所述制动电机包括至少两组绕组(64，65)和/或驱动模块，每一子供电单元(2511，2512)向一组绕组(64，65)和/或驱动模块供电。
5.如权利要求2-4中任一项所述的电子机械制动系统，其特征在于，所述电子制动装置(231，232)包括电磁操作的制动力保持装置，所述制动力保持装置包括至少两组绕组和/或驱动模块，每一子供电单元(2511，2512)向一组绕组和/或驱动模块供电。
6.如权利要求5所述的电子机械制动系统，其特征在于，所述制动力保持装置包括电磁制动器和/或螺线管。
7.如权利要求2所述的电子机械制动系统，其特征在于，
每一子供电单元(2511，2512，2521，2522，2531，2532)分别电性连接对应车轴(241，242，243)一端的电子制动装置(231，232，233，234，235，236)并向其供电。
8.如权利要求1-7中任一项所述的电子机械制动系统，其特征在于，所述控制模块(221，222，223)还包括对应于所述供电单元(251，252，253)的能量管理单元(31，32，33，41，42，43)，所述能量管理单元(31，32，33，41，42，43)用于管理对应的供电单元(251，252，253)的充电和放电。
9.如权利要求8所述的电子机械制动系统，其特征在于，所述能量管理单元(31，32，33)包括充电控制器(311，321，331)，所述充电控制器(311，321，331)电性连接所述充电电源(21)和对应的供电单元(251，252)，
所述充电控制器(311，321，331)根据对应的供电单元(251，252)的能量水平控制所述充电电源(21)为对应的供电单元(251，252)充电。
10.如权利要求8所述的电子机械制动系统，其特征在于，所述能量管理单元(31，32，33)包括供电开关(312，322，332)，所述供电开关(312，322，332)电性连接对应的电子制动装置(231，232，233，234)和对应的供电单元(251，252)，
所述供电开关(312，322，332)响应于所述操作需求，控制对应的供电单元(251，252)向对应的电子制动装置(231，232，233，234)供电。
11.如权利要求1-10中任一项所述的电子机械制动系统，其特征在于，负载车身重量的车轴(241)所对应的控制模块(221)的供电单元(251)被配置为具有冗余度。
12.如权利要求1-11中任一项所述的电子机械制动系统，其特征在于，所述供电单元(251，252，253)包括电容性电源和/或电池。
13.如权利要求1-12中任一项所述的电子机械制动系统，其特征在于，多个所述控制模块(221，222，223)之间电性连接，多个所述控制模块(221，222，223)的供电单元(251，252，253)互为冗余。
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