阅读说明：本技术 用于与制动助力器子系统相关联的马达的动态制动的系统和方法 (system and method for dynamic braking of a motor associated with a brake booster subsystem ) 是由 柯特·M·罗伯茨 于 2018-04-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于在车辆制动系统的马达驱动制动助力辅助系统的电池电力损失期间控制制动助力辅助系统的操作的方法。该方法可涉及检测其中发生制动助力辅助系统的电力损失事件并且与制动助力辅助系统相关联的马达响应于在制动助力辅助系统内产生的流体压力通过制动助力辅助系统内的部件的线性运动而被驱动的状况。该方法还涉及在电力损失事件期间使用由马达生成的电压来帮助启动对马达的动态制动动作。(A method for controlling operation of a brake assist system during a loss of battery power for a motor driven brake assist system of a vehicle braking system is disclosed. The method may involve detecting a condition in which a power loss event of the brake assist system occurs and a motor associated with the brake assist system is driven by linear movement of a component within the brake assist system in response to fluid pressure generated within the brake assist system. The method also involves using the voltage generated by the motor to assist in initiating a dynamic braking action on the motor during a power loss event.)

用于与制动助力器子系统相关联的马达的动态制动的系统和 方法

技术领域

本公开涉及用于机动车辆的制动系统，并且具体地涉及一种可实时检测何时出现电力损失状况以及何时制动助力器子系统已经断开电源并且可动态地制动制动助力器子系统的马达以防止损坏制动助力器子系统的制动系统。

背景技术

本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

用于客车(即，汽车和卡车)上的现代动力辅助制动系统通常利用制动助力器以有助于在操作员压下车辆的制动踏板时向车辆的制动钳提供加压流体流。

通常，制动助力辅助系统包括由电动马达驱动的滚珠丝杆螺母。在图1中所示的一个实施方案中，驾驶员在制动踏板(未示出)上施加力，该力沿箭头A的方向传递到耦合元件1。制动助力辅助系统2内的传感器(图1中不可见)检测由踏板运动引起的输入杆3的运动。车辆的电子控制单元(“ECU”)确定适当的控制策略。与制动助力辅助系统2可操作地相关联的马达(不可见)在制动动作期间接收来自ECU的信号，该信号部分地取决于制动踏板的感测冲程。马达驱动皮带4，该皮带驱动皮带轮5，该皮带轮继而驱动滚珠丝杆螺母(不可见)。滚珠丝杆螺母根据箭头B以轴向运动驱动滚珠丝杆6，这引起了位于制动助力辅助系统2的壳体或外壳内的活塞的运动。以轴向运动朝向完全伸出位置驱动活塞，这改变了车辆的主缸中的液压。当轴向地朝向活塞的完全伸出位置驱动活塞时，其向车辆的制动钳提供最大的加压流体流，以帮助制动车辆。

在突然断开对ECU的DC电源的极少数情况下，可能会出现这样的情况：在制动助力辅助系统的外壳内形成的液压作用在活塞上并且将活塞快速且突然地驱动回其完全回缩(即“起始”)位置。在该回缩运动期间，通过滚珠丝杆6的反向旋转运动沿相反的旋转方向驱动电动马达。由于当通过滚珠丝杆沿相反方向旋转地驱动马达时马达几乎没有提供阻力，因此滚珠丝杆可能由与其相关联的部件(例如，马达、皮带轮等)用显著力驱动，使得它的突然停止可能导致显著力被施加在外壳的内壁上。这可能产生使外壳破裂或以其他方式损坏滚珠丝杆的风险。因此，将非常期望以某种方式实时检测何时出现电力损失状况以及何时制动助力辅助系统已经断开电源，并且期待提供用于动态地制动制动助力辅助系统的马达以防止损坏系统的一些机构。

发明内容

本公开涉及用于在车辆制动系统的马达驱动制动助力辅助系统的电池电力损失期间控制制动助力辅助系统的操作的方法。该方法可包括检测其中发生制动助力辅助系统的电力损失事件并且与制动助力辅助系统相关联的马达正由制动助力辅助系统内形成的流体压力驱动的状况。该方法可还涉及在电力损失事件期间使用由马达生成的电压来帮助启动对马达的动态制动动作。

在另一方面，本公开涉及用于当电力损失事件(其中制动助力辅助系统内的元件被驱动回起始位置)发生时，在车辆制动系统的马达驱动制动助力辅助系统的电池电力损失期间控制该制动助力辅助系统的操作的方法。该方法可涉及使用马达的旋转来生成AC电压，以及使用与马达相关联的桥接驱动器部分来接收AC电压并且因此生成DC电压。该方法可还涉及将DC电压耦合到控制桥接驱动器部分的电源部分，并且该电源部分向在电力损失事件发生时已断电的电子控制单元(ECU)提供电力。该方法可还涉及使用电源部分以利用DC电压重新对ECU供电，以及使用ECU来控制桥接驱动器部分以动态地制动马达。

在又一方面，本公开涉及用于在车辆制动系统的马达驱动制动助力辅助系统的电池电力损失期间控制制动助力辅助系统的操作的系统。该系统可包括制动助力辅助系统，该制动助力辅助系统包括马达、用于生成用于帮助整流该马达的驱动信号的驱动级以及与驱动级连通的桥接切换电路，该桥接切换电路用于响应于来自驱动级的驱动信号来整流该马达。可使用与桥接切换电路连通的电路。桥接切换电路用于响应于电池电力损失事件而生成DC电压，其中通过制动助力辅助系统内的元件将马达旋转地朝向起始位置驱动。电路可被配置为在电力损失事件期间使用DC电压来控制至少一个电子开关元件以控制桥接切换电路，使得桥接切换电路充当马达的负载以动态地制动马达。

根据本文提供的描述，其他适用领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例旨在仅用于说明目的，并非旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文所描述的附图仅出于举例说明的目的，并非旨在以任何方式限制本公开的范围。

图1为在系统操作期间不能动态地制动与系统相关联的马达的制动助力辅助系统的简化透视图；

图2A和图2B示出了根据本公开的电子电路的一个实施方案的示意图，其用于帮助动态地制动与图1所示的制动助力辅助系统相关联的电动马达，并且其中电子电路不需要操作电子控制单元(ECU)来完成对马达的动态制动动作；

图3A和图3B示出了本公开的另一个实施方案的示意图，其用于在电力损失事件期间提供助力辅助系统的马达的动态制动，但该动态制动运行以向ECU提供紧急电力，该紧急电力由在电力损失事件期间由制动助力辅助系统的马达生成的电压获得，使得ECU可对马达实施动态制动控制；并且

图4为由图3A和图3B的电子电路执行的一系列操作的流程图，这些操作用于监测和检测电力损失事件以及在电力损失事件期间重新对ECU供电。

具体实施方式

下面的描述本质上仅仅是示例性的，并非旨在限制本公开、应用或用途。应当理解，在整个附图中，相应的附图标号表示相同或相应的部件和特征。

参见图2A和图2B，示出了根据本公开的系统10的一个实施方案。在该实施方案中，系统10形成电路12，该电路连接在现有无刷DC(“BLDC”)马达ASIC驱动级14与现有桥接切换电路16之间，这两者均用于控制制动助力辅助系统20的BLDC马达18的操作。系统10的一个重要优点是，其不需要由ECU 22运行任何附加软件，该ECU在电源可用于ECU 22的正常操作期间控制BLDC马达18的操作。如将在以下段落中更充分描述的，系统10使得与系统10一起使用的车辆的电池23的电力损失能够被检测到，并且在BLDC马达18通过制动助力辅助系统20的滚珠丝杆的轴向运动而被旋转驱动时，以提供对该BLDC马达的动态制动动作的方式来实时控制桥接切换电路16。

进一步参考图2A和图2B，电路12包括第一FET 24、第二FET 26、第三FET 28、双极结型晶体管(BJT)30和比较器电路32。桥接切换电路16是常规构造，并且包括固态继电器34、第四FET 36a、第五FET 36b、第六FET 38a、第七FET 38b、第八FET 40a和第九FET 40b。以熟知的方式接通和断开FET 36a、FET 36b、FET 38a、FET 38b、FET 40a和FET40b，以帮助控制BLDC马达的整流。当FET 24关断时，电阻器42用于保持FET 36b关断。BLDC ASIC在ASIC内部具有其自身的电阻器，该电阻器在ECU 22关断时保持FET 36b关断—电阻器42提供相同的功能，因为当ASIC关断时ASIC与FET 36b隔离。

第一FET 24用于将ASIC驱动级14与桥接切换电路16断开连接。第二FET 26向桥接切换电路16的第五FET 36b施加电压，并且BJT 30在系统10通电并且正常运行时禁用电路12。第三FET 28和比较器电路32用作电压阈值控制子系统。应当理解，仅在某些栅极-源极状况例如通常高于5.0伏特或高于10.0伏特下，才能指定FET电阻，并且因此指定功率耗散。为确保功率耗散不过量，优选的是确保电压正确以接通FET 28。电压控制阈值提供该功能，其在尝试接通FET 28之前确保电压高于5.0伏特或高于10.0伏特。可也由电路12接通第五FET 36b以根据需要使BLDC马达18相绕组短路，使得桥接切换电路16和马达相绕组充当BLDC马达18的负载。

在电池23被连接以及向系统10提供DC电源(通常为12v直流)的正常操作期间，第一FET 24将被接通。这使得BLDC ASIC驱动级14能够向桥接切换电路16提供电流。否则，桥接切换电路16以其正常的常规方式操作以电子整流BLDC马达18。在该正常操作模式期间，比较器电路32的输出44为高的、第二FET 26被断开、第三FET 28被接通并且BJT 30被接通。接通BJT 30有效地保持了第二FET 26断开。

当系统10失去DC电源时，无论DC电池23是否保持物理地连接到系统10，以及当BLDC马达18正旋转时(诸如当制动助力辅助系统20的滚珠丝杆/活塞由制动助力辅助系统20的外壳内的液压朝向其起始位置驱动时)，在点46(V桥)处仍将存在电压。这是因为BLDC马达18将充当发生器并且在桥接切换电路16中生成AC电压。在该电力损失事件期间，固态继电器34将被断开并且BJT 30将也被断开。BJT 30可通过操作电压轨(例如，操作3.3电压轨)来接通。应当理解，如果给ECU 22上的微控制器和其他电子器件供电的3.3V轨(即，在3.3伏特下)已启动并且运行，则BJT 30将被接通并且导通，这将仅允许BLDC ASIC控制FET36b。但是当BJT 30断开时，这导致第二FET 26接通。在点48处从固态继电器34输出的VSS继电器驱动电压的损失致使了第一FET 24的栅极50处的电压损失。断开第一FET 24使ASIC驱动级14的输出52与第五FET 36b的栅极54断开连接，并且因此与桥接切换电路16断开连接。当点46处的V桥为高时，第五FET 36b将被接通并且保持接通。

在其中系统10的电源已断开但BLDC马达18正由滚珠丝杆旋转地驱动的上述状况期间，BLDC马达将充当发生器。当BLDC马达18作为发生器运行时，BLDC马达将AC信号提供回桥接切换电路16中。桥接切换电路16将充当全波整流器以在点46处提供完全整流DC电压。这用于向比较器电路32和第二FET 26提供DC电源，以使得能够在上述电力损失事件期间接管桥接切换电路16的控制。重要的是，桥接切换电路16可被控制以消散由BLDC马达18递送的电力，并且因此在BLDC马达正由滚珠丝杆朝向其起始位置驱动时动态地制动该BLDC马达。因此，可用非常有限数量的附加硬件部件(即，由系统12表示的)来实现动态制动，并且无需来自ECU 22的任何动作或对ECU软件的任何修改或对桥接切换电路16自身的任何修改。

参见图3A和图3B，其示出了根据本公开的另一个实施方案的系统100。系统100还运行以向BLDC 18提供动态制动动作，但不是使用附加电子开关的网络，而是利用单个二极管将由桥接切换电路16提供的整流DC信号反馈回ECU电源22a的电源输入(例如，可能作为单独的ASIC提供)，这继而为ECU 22供电。这样，即使在电力损失事件期间，也可将ECU 22保持在通电状态。这使得ECU 22能够保持对ASIC的控制，并且因此根据需要保持对桥接切换电路16的控制，以使桥接切换电路充当负载以消散BLDC马达18在其由滚珠丝杆的运动驱动时生成的电力。

如图3A和图3B所示，系统100通过提供在ASIC电源部分102输入104与ASIC驱动器部分110的公共点108之间耦合的二极管106来完成对ECU 22的供电。应当理解，ECU 22和ASIC预驱动器部分102两者均可由ASIC电源部分102提供的电力供电。在一个示例性具体实施中，单个ASIC可具有包括其自身微控制器的电源部分102和驱动器部分104两者。另选地，这些子系统可能位于不同的ASIC上。

ASIC驱动器部分110的公共点108绑定到BLDC马达18的所有相绕组的一侧。ASIC驱动器部分110包括驱动级110x、110y和110z，这些驱动级向BLDC马达18的X、Y和Z相绕组中的每一者提供驱动电流，如本领域所熟知的。反向电池保护二极管112和114连接到车辆的电气系统，并且当BLDC马达18充当发生器时，防止在公共点108处产生的生成DC电压被耦合到车辆电气系统的其他部分。二极管114可也是固态继电器。如果二极管114被实现为固态设备，则其也提供使ASIC驱动器部分110与车辆的电池断开连接的能力。

当助力辅助系统20的滚珠丝杆在最初电源断开之后开始由液压朝向其起始位置驱动时，BLDC马达18开始作为发生器运行并且产生反馈到ASIC桥接驱动器部分110中的AC电压。桥接驱动器部分110然后在公共点108处产生DC电压。这是因为ASIC驱动器部分110内的FET具有使得驱动器部分110的FET能够充当全波桥整流器电路的寄生体二极管，这些FET由于ASIC预驱动器部分102的电力损失而在该点未被接通。然后点108处的DC电压可用于正向偏置二极管106并且将生成DC电压信号施加到ASIC电源部分102。这允许ASIC电源部分102重新供电并且生成用于重新对ECU22供电的所需的DC输出信号。同样，当最初发生电力损失状况时，ECU 22将立即断电，但在产生点108处的DC信号时与ASIC电源部分102被重新供电并且随后重新对ECU 22供电时之间的时间延迟非常短。通常，该时间延迟可小至约1ms至10ms。因此，实际上，ECU 22将在断开电源之后几乎立即被重新供电，然后可命令ASIC电源部分102根据需要开始控制驱动器部分110以动态地制动BLDC马达18。

参考图4，示出了软件控制模块200的流程图，以示出软件控制模块可如何使用系统100的部件来检测电力损失事件并且控制ASIC驱动器部分110以动态地制动BLDC马达18。最初在操作202处，当一些预先确定的事件发生(例如打开车门或打开车辆的点火开关)时，系统100通电。系统100在通电时将始终执行重置操作。在操作204处进行检查以确定重置操作是否完成。所谓“完成”是指电源轨处于正确的电压范围内，并且已经稳定了预先确定的时长(即，通常为几毫秒)。系统100正在执行重置操作。如果在操作204处的检查未完成，则重新执行在操作204处的检查，直到重置操作完成。当检测到重置操作完成时，则在操作206处启动引导加载程序操作，其使得ASIC驱动部分110被控制以无论马达的旋转方向如何都动态地制动BLDC马达18。

在操作208处，软件模块200进入待机模式并且通过感测车辆的制动踏板的位置来等待命令或用户的制动请求。在操作210处，检查是否已接收到断电请求，并且如果未接收到，则重复操作208。如果在操作210处检测到已接收到电力请求，则软件模块200在操作212处执行关闭例程。如果在操作214处检测到用于高制动压力的命令，则在操作216处，助力辅助系统20用于生成高压响应以在车辆的制动钳处启动制动动作。在操作218处，进行检查以检测制动助力辅助系统20是否已接收到“释放压力”信号，并且如果是，则由助力辅助系统释放压力，如操作220所示。

在操作222处，进行检查系统100在执行高压响应时是否经历了电力损失事件。如果没有，则在操作216处继续高压响应。但是，如果在操作222处检测到电力损失事件，则系统100将断开对ASIC电源部分102的电源，这也将导致ECU 22处的电力损失。这些条件在框224处示出。在该事件中，车辆主缸内产生的高压将使主缸活塞被驱动回起始位置。如框228所示，助力辅助系统20内的滚珠丝杆以及其附接活塞将也被推回其起始位置，使得BLDC马达18沿回缩旋转方向开始快速地旋转。然后，BLDC马达18将开始生成AC信号，如方框230所示，该AC信号实际上立即由ASIC驱动器部分110转换为全波整流DC电压。然后在操作232处进行检查以确定BLDC马达18是否(在ASIC驱动器部分110中的公共点108处)正在生成足以运行ECU 22的至少预先确定的最小电压。如果没有，则重复操作230。但如果正在生成足够的电压，则在操作234处，ECU 22被重新供电，并且该ECU经由ASIC电源部分102控制ASIC驱动器部分以动态地制动马达。

在上述软件控制模块200的一个具体实施中，当ECU 22在操作234处被重新供电时，ECU通过其正常启动例程启动。因此，这种正常启动例程可能涉及对车辆的各种电子子系统进行相当广泛的检查序列和重置序列。在软件控制模块200的经修改的具体实施中，操作234相反涉及执行“快速引导”序列。快速引导序列涉及一组缩写的检查和重置以显著地缩短启动序列，并且允许ECU 22更快速地获得对ASIC桥接驱动器部分110的控制。快速引导序列可还在有限操作条件下利用各种算法来控制各种车辆子系统，以进一步节省电力。快速引导序列可甚至涉及在电力损失事件发生时消除对ASIC的某些非必需子系统(例如，传感器、螺线管、通信网络)的DC电源。

基于硬件的系统10可同样任选地包括被编程到ECU 22中的软件，如果检测到电力损失事件并且系统10检测到其正在由BLDC马达18生成的电力上运行，则该软件与该系统一起使用以脱落一定负载。这样，非必需的ECU子系统可保持断电，以确保在电力损失事件期间有足够的电力可用于控制系统10的附加电子开关。

这些示例示出了各种实施方案，并非旨在限制本公开。因此，应该仅根据相关现有技术的必要限制来自由地解释说明书和权利要求书。