JP5335672B2 - 全車輪が少なくとも１つの回転電気機械に連結されている車両の制動システムの電力段のための冗長度ハードウェア設計思想 - Google Patents

Description

本発明は、道路車両（路上走行車）に関する。本発明は、特に、電気トラクションを利用した道路車両の制動（ブレーキ）システムに関する。

電気車両は、移動又は走行に必要な電気エネルギーがバッテリに蓄えられる車両や電気エネルギーが発電機を駆動するサーマルエンジン又は燃料電池により車上で作られる車両を含む。車両のトラクションは、１つ又は２つ以上の電気機械によって保証される。車両の制動は、従来の機械制動システムによって保証される。

しかしながら、電気機械は、可逆的なので、車両の制動段階中、発電機としても使用可能であり、この場合、電気機械は、機械制動エネルギーを車両が適宜熱放散によって吸収しなければならない電気エネルギーに変換する。この作動モードは、「電気制動」又は「再生制動」と呼ばれる場合が多い。電気車両の技術的開発に関する大まかな歴史については、利害関係者は、国際公開第２００４／０７１８００号パンフレットを参照するのが良い。また、米国特許第５，２４５，２９４号明細書を参照するのが良く、この米国特許明細書は、静止電線路と接触状態にある架空ちょう架線によって電力供給される電気車両の特定の場合に取り組んでおり、静止電線路は、同時に、しかしながら互いに異なる箇所を循環走行している多数の車両が全て接続されたネットワークの一部をなしている。この特定の場合、制動時、電気エネルギーをネットワークに戻すことが可能である。というのは、電気エネルギーは、その同時点において電気制動を受けていない他の車両によって消費可能であるからである。これは、環境から隔離された電気系統を形成する自律型電気車両、例えば乗用車では利用できないことは明らかである。

実際、電気機械は、車両のほどほどの減速を保証し、エネルギーを可能な限り回収し、そしてこれを電気アキュムレータに蓄え又はさらに言えば、車両の機械式ブレーキの受ける応力を減少させるためにこのエネルギーを消散させるよう発電機として機能する。車両の主要な制動は、実際には、全体として支援方式で油圧制御機械式ブレーキによって保証され、今日においては、“ＡＢＳ”と通称されているアンチロック機能を備えている場合が非常に多い。制動は、車両の極めて重要な安全上の機能である。機械式ブレーキは、車輪がロックするようにするのに十分な相当大きな動力を有し、この動力は、最大グリップと関連してアンチロック機能によって制限される。乗客の安全を確保するため、乗用車のブレーキシステムは、一般に、１“ｇ”のオーダの減速を保証することができ、ｇは、値“１”が地球の重力に対応する加速度の単位である。さらに、乗用車のブレーキシステムは、一般に、例えば米国特許出願公開第２００２／００２１０４５号明細書に記載されているように２つの別々の油圧回路として配備されているのが通例である。

さらに、電気トラクション車両では、特に、電気機械を車輪に組み込むだけの価値がある。というのは、これは、機械的シャフトを無しで済まし、車両の総合的な設計思想（アーキテクチャ）に関して高い寛容度を提供する。電気機械を車輪に組み込む複数の構成例が、先行技術から知られている。国際公開第２００３／０６５５４６号パンフレットは、トルクを車輪に遊星歯車列によって伝達する４つの電気機械を配置することを提案している。欧州特許第０８７８３３２号明細書は、車輪内の車輪垂直サスペンションとトラクションに用いられる回転電気機械の両方を備えた接地システムを開示している。車輪と電気機械との間には減速段が存在し、電気機械は、車輪と同軸の歯車と噛み合っている。当然のことながら、車輪は、常用ブレーキ機能を保証するようディスクブレーキを有している。さらに、接地システムは、車輪の方向転換を可能にするようピボットを有している。かくして、接地システムの機械的機能は全て、車輪に組み込まれている。

国際公開第２００４／０７１８００号パンフレット 米国特許第５，２４５，２９４号明細書 米国特許出願公開第２００２／００２１０４５号明細書 国際公開第２００３／０６５５４６号パンフレット 欧州特許第０８７８３３２号明細書

本発明は、環境から隔離された自蔵式電気システムを形成していて、各々が少なくとも１つの回転電気機械に回転可能に連結された車輪を備える道路車両用の電気制動システムであって、各回転電気機械が、単一の車輪と協働する電気制動システムに関する。かかる設計思想では、動力と車両安定性の制御（ＡＢＳ及びＥＳＰと呼ばれている機能）の両方に関して電気制動システムに最も重要な役割を与えることが可能である。というのは、車輪の各々のところの車輪トルクをこれと関連した回転電気機械の制御システムを介して選択的に制御することができるからである。この目的のため、電気制動も又、極めて信頼性がなければならない。

本発明の目的は、電気トラクション車両用の電気制動システムの信頼性を向上させることにある。特に、本発明の目的は、機械式ブレーキをなくし、常用制動機能を電気的にのみ確保することができるようにする電気制動システムの設計思想を提案することにある。

制動システムを以下に説明するが、この場合、
・トラクションに必要な電力及び電気制動により生じる電力が流れる電力段、
・動力要素を制御したり駆動したりするためのエレクトロニクスに給電する低電圧電力供給段、及び
・車両の制動を制御する信号のための流通段を識別することが可能である。

これら段の各々が或る特定の冗長度を示す設計思想が以下において提案される。段の各々に関する提案された冗長性は、各々、単独で又は他のものと組み合わせて用いられる場合がある。当然のことながら、安全レベルは、提案された冗長性を全て一緒に追加することによって高められる。

本願は、優先度の問題として、電力段を取り扱っている。複数の、駆動輪１本当たり少なくとも２つ、好ましくは１つの回転電気機械が用いられ、これは、或る程度の冗長度を既に提供している。さらに、好ましくは、電力消費装置は、抵抗器又はその制御モジュールが破損した場合でも常時或る程度の減少能力を提供するために、２つの電子消費モジュール及び２つの電力消費抵抗器を有している。これは、以下に説明するように配置された２つのサブシステムを形成している。

本発明によれば、道路車両用の電気制動システムであって、少なくとも２つの車輪が各々、少なくとも１つの回転電気機械に回転可能に連結され、各回転電気機械が、単一の車輪と協働し、少なくとも１つの電子車輪制御モジュールが、同一の車輪の回転電気機械を制御し、各電子車輪制御モジュールにより、問題の車輪に所定の大きさ及び符号の制御トルクを選択的に加えることができ、問題の車輪が所定の制御トルクに従って駆動力又は制動力を車両に与えるようになっている、電気制動システムにおいて、中央電線路に接続されている少なくとも２つのサブシステムを有し、サブシステムの各々は、
・車輪のパートと、
・パートの各車輪と関連した電子車輪制御モジュールと、
・電子消費モジュールによって制御される電力消費装置と、
・サブシステムを中央電線路から電気的に絶縁することができる過電流保護装置とを有することを特徴とする車両用電気制動システムが提供される。

一実施形態では、４つの車輪を備えた車両の場合、好ましくは、各車輪が、それ自体の回転電気機械に回転可能に連結されており、サブシステムの各々は、車輪のうちの２つを有する。好ましくは、各サブシステムは、車両の互いに反対側のコーナ部のところに対角線方向に配置された車両の車輪を互いにグループ化する。理解されるように、この解決手段は、一般に自動車に用いられている二重油圧制動回路よりも高い安全性を提供する。

さらに、非常に有利なこととして、動力要素を制御したり駆動したりするためのエレクトロニクスに給電する低電圧電気供給段は、２つの互いに独立の電圧源から成っている。低電圧電気供給源は、第１の低電圧電気供給源及び少なくとも１つの第２の低電圧電気供給源から成り、第１の供給源と第２の供給源は、低電圧電線路によって互いに接続され、かかる低電圧電線路は、第１の部分及び第２の部分を有し、第１の部分と第２の部分は、２つの部分を電気的に分離する装置によって互いに連結され、これら部分のうちの一方が不足電圧又は過電流を受けた場合には要望に応じて相互接続を中断することができ、サブシステムのうちの一方の各電子車輪制御モジュールは、第１の部分によって給電され、サブシステムのうちの他方の各電子車輪制御モジュールは、第２の部分によって給電される。

第１の電源は、例えば、中央電線路に接続された電圧変換器から成る。この中央電線路上の電気エネルギーは、主電源、例えば燃料電池、電気エネルギー貯蔵装置又はリアルタイムで再使用される制動エネルギーのいずれかから来て良い。かくして、エネルギー源の冗長度も又存在する。第２の電源は、例えば、この低電圧電源に専用の低電圧バッテリから成る。当然のことながら、この第２の電圧源のために、これ又中央電線路に接続され又は変形例として蓄電池バンクに直接接続された第２の電圧変換器それ自体を用いることが可能である。

最後に、車両制動制御信号流通段は、機械的に、好ましくは別々に運転手の意のままに制動制御装置に接続された２つのセンサの周りに構成され、センサは、以下に説明するように完全に異なる仕方で利用される。

また、好ましくは、車両を動かない状態に保つために、駐車ブレーキと通称されている機械式ブレーキ装置が設置されていることが指摘されるべきである。しかしながら、かかる装置は、車両を制動するために設計されているのではなく、好ましくは非常に急な坂道上であっても車両を停止状態に保つために設計されている。かくして、本発明のシステムは、少なくとも１本の車輪と関連していて、駐車ブレーキ制御装置によってのみ制御される機械式車輪制動装置を有する。好ましくは、駐車ブレーキ装置は、制動制御ユニットによって制御される電気アクチュエータによって制御され、この制動制御ユニットは、車両の長手方向速度しきい値を下回った状態で起動できるに過ぎず、かかるしきい値は、１０ｋｍ／ｈ未満である。

本発明の他の目的及び利点は、添付の図面に示された好ましいが非限定的な実施形態についての以下の説明から明らかになろう。

車両搭載電気エネルギー発生方式を備えた四輪車の制動システムの略図である。 或る特定のハードウェア冗長度を示すよう組織化された電力レベルの詳細図である。 種々の制御エレクトロニクスの低電圧電力供給レベルの詳細図である。 種々の要素の制御エレクトロニクスと中央ユニットとの間の制御ラインのレベルの詳細図である。

図１は、４つの車輪１_FrL，１_FrR，１_ReL，１_ReRを有する車両の略図である。車輪は、左前輪については１_FrLで示され、右前輪については１_FrRで示され、左後輪については１_ReLで示され、右後輪については１_ReRで示されている。各車輪は、これに機械的に結合された電気機械を備えている。電気機械２_FrL，２_FrR，２_ReL，２_ReRが示されている。以下、具体的に車両の車輪１又は電気機械２の位置を示す添え字は、これらが説明の明確さに幾分寄与する場合にのみ用いられる。電気トラクション機械２は、レゾルバ型の角度位置センサを備えた三相同期機であり、これらが電力ライン２１により接続されている電子車輪制御モジュール２３によって制御される。電子車輪制御モジュール２３は、電気機械をトルクに関して制御するよう設計されている。その結果、電気機械は、モータとしても発電機としても利用できる。後輪１_ReL，１_ReRの各々は、電気アクチュエータ７によって制御される車輪のための機械式制動装置７１を更に備え、電気アクチュエータ７は、制動制御ユニットによって制御される。

本発明の特に有利な一実施形態では、車両の車輪の位置で、機械式常用ブレーキを備えたものはない。制動制御信号の大きさはどのようなものであれ、即ち、最も強力な制動の場合であっても、制動は、電気的に、即ち、電気機械を発電機として用いることにより保証される。各車輪は、各車輪に選択的に加わる制動力を発生させることができるよう１つ又は２つ以上の専用電気機械を備えており、これは、複数の車輪、例えば１つのアクスルに取り付けられた車輪に共通の電気機械では行えない。というのは、この場合、車輪相互間には機械的変速装置及び差動装置が設けられているからである。電気機械は、可能な限り最も大きな制動力を各車輪に及ぼすよう適切に寸法決めされている。

当然のことながら、このシステムは、例えば１つ又は２つ以上の電力消費抵抗器の設置の原因となる高い電力を吸収することができる手段を備えなければならず、かかる電力消費抵抗器は、例えば水循環によって効果的に冷却され、公知の電気アキュムレータは、非常制動によって生じる電力を吸収することができず又は長時間にわたる制動により生じる電気エネルギーを全ては吸収することはできない。ただし、設置される機能は、これにより車両の重量が全く禁止された重量になるようなものでないことを条件とする。かくして、本発明により、環境から隔離されていて、車両の外部との電力の交換が行われない自蔵式電気系統を形成することが可能であり、したがって、かかる自蔵式電気系統を自動車や電気ネットワークに接続された車両、例えば列車又は市街電車の場合よりも遙かに困難な電気制動システム用途に利用することができる。

車輪に機械的に結合された電気機械を配置する多くの構成が可能である。しかしながら、注目されるべきこととして、電気機械があまり嵩張らないように相当に大きな減速比、例えば少なくとも１０に等しく、実際は好ましくは１５よりも高い減速比を提供するのが有利である。電気機械を車輪と同軸に設置することが可能であり、機械的リンクは、必要な減速比をもたらす遊星歯車列によって実現される。また、好ましくは機械的減速段を追加することにより欧州特許第０８７８３３２号明細書に記載されているような形式の構成を採用することが可能である。また、複数の電気機械を設けることを選択することが可能であり、これら電気機械のトルクは、互いにたし算される。この場合、電子車輪制御モジュールは、同一の車輪に設置された複数の電気機械を並列に制御することができる。１本の車輪への複数の電気機械の設置に関し、例えば、国際公開第２００３／０６５５４６号パンフレット及び仏国特許第２７７６９６６号明細書を参照することが可能である。

本発明は、電気エネルギーの車上発生を実現する車両に利用されたものとして説明される。中央電線路（「電力ライン」という場合がある）４０により、電流を供給する燃料電池４が示されている。当然のことながら、電気エネルギーを供給する任意他の手段、例えばバッテリを用いることができる。また、電気エネルギー貯蔵装置が示されており、この電気エネルギー貯蔵装置は、この場合、電子再生モジュール５０により中央電線路４０により接続された列状のスーパーキャパシタ５から成っている。電力消散抵抗器６が、好ましくは熱を交換器（図示せず）に向かって放散する熱伝達液中に浸漬された状態で示されており、制動中、電気機械全てにより生じる電気エネルギーを吸収することができるエネルギー吸収装置を構成している。消費抵抗器６は、電子消費モジュール６０によって中央電線路４０に接続されている。

中央ユニット３が、車両の電気トラクションシステムを含む種々の機能を管理する。中央ユニット３は、電線路３０Ａ（ＣＡＮ ｂｕｓ（登録商標））を介して全ての電子車輪制御モジュール２３並びに電子再生モジュール５０と相互作用する。中央ユニット３は又、電線路３０Ｅを介して加速度制御装置３３、電線路３０Ｆを介して制動制御装置３２（常用ブレーキ）及び電線路３０Ｃを介して前進又は後退を選択する制御装置３１と相互作用する。これにより、運転手の意図を考慮に入れることが可能である。中央ユニット３は又、電線路３０Ｄを介して長手方向加速度センサ３４と相互作用する。最後に、電子再生モジュール５０は、電線路３０Ｂを介して電子消費モジュール６０と相互作用する。
中央ユニット３は、車両の長手方向移動の管理を行う。この制御ユニット３は、電子車輪制御モジュール２３の全てを制御する。中央ユニット３は、車両に要望される全制動力を表す所与の大きさの車両制動制御信号によって起動される車両制動作動モードを有している。制動モードでは、制動制御信号の大きさがどのようなものであれ、中央ユニット３は、回転電気機械に源を発する車輪位置の全ての長手方向力の合計が制動制御信号の上述の大きさの関数であるように電子車輪制御モジュール２３の全てを制御する。換言すると、機械式常用ブレーキは存在せず、開示される電気制動システムが、車両の常用ブレーキである。

また、駐車ブレーキ制御装置３５が示されている。機械式車輪制動装置のアクチュエータ７は、決して制動制御装置３２によってではなく、この駐車ブレーキ制御装置３５によってのみ電線路３０Ｈを介して制御される。好ましくは、車両を動かない状態に保つためにだけ設計され、かくして、熱を放散する能力が非常に限られた機械式制動装置７１の劣化を回避するため、車両の極めて低い長手方向速度しきい値未満では、例えば、１０ｋｍ／ｈ未満の場合にのみこの駐車ブレーキ制御ユニットを起動するのが良い。

次に、本発明のシステムの動作原理を説明する。

運転手が制御装置３１を用いて前進を選択し、アクセルペダル３３を作動させると、中央ユニット３は、命令を電子車輪制御モジュール２３に出して電気エネルギーを中央電線路４０から引き出すことにより電気機械２に給電する。中央電線路は、燃料電池４及び（又は）列状のスーパーキャパシタ５によりその充電状態に応じて且つ中央ユニット３の制御下で給電される。車両は、前進する。電気機械２は、電気エネルギーを機械的トラクションエネルギーに変換する。用いられる電力は、特に加速度制御装置３３の位置で決まる。

運転手がブレーキペダル３２を作動させると、中央ユニット３は、制動モードに移る。ブレーキペダル３２に対する運転手の行為から、中央ユニット３は、制動制御信号の値を計算する。制動制御信号の大きさがどのようなものであれ、中央ユニット３は、車両１全ての長手方向力の合計が制動制御信号の大きさに比例するように電子車輪制御モジュール２３の全てを制御する。次に、回転電気機械２は、機械的回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。

電子再生モジュール５０にプログラムされている電気エネルギーの管理方式に応じて、電子再生モジュールは、制動エネルギーを分配して列状のスーパーキャパシタ５を充電すると共に（或いは）電子消費モジュール６０を制御して電力消費抵抗器６のエネルギーを消散させる。貯蔵手段、例えば列状のスーパーキャパシタ５が飽和すると、エネルギーの全体を消散させなければならないことが容易に理解されよう。さらに、貯蔵手段の電力は、制限される場合があり、即ち、貯蔵手段の充電速度は、サーマルエンジンの一般的に期待される軽い制動（「エンジンブレーキ」と呼ばれている）に対応する場合がある。このレベルの制動を超えると、生じる電力は、消費手段に差し向けられる。

車両の作動上の安全性を確保するため、電力消費抵抗器６は、最も激しい非常制動作動中に生じる電気エネルギーの全体を消散させることができるように構成されると共に冷却される。事実、回転電気機械２、電子車輪制御モジュール２３、中央電線路４０、電子消費モジュール６０及び電力消費抵抗器６から成るシステムを機械式制動システムに適用される厳格な基準とほぼ同じ厳格な基準に従って設計することが推奨される。

好ましくは、電力消費抵抗器６は全て、車両の１メートルトン当たり５００ｋＷよりも高い電力のエネルギー吸収装置を形成している。事実、Ｆが、車両を制動するために車両に加えられる力であり、その質量がＭ（ｋｇ）であってその速度がＶ（ｍ／秒）であり、しかもγが加速度（ｍ／秒²）である場合、最大減速度が１３０ｋｍ／ｈで１ｇであり、車両の１メートルトン当たりの電力が、約３５０ｋＷであり、１６０ｋｍ／ｈにおいて、電力が、約５００ｋＷであると仮定すれば、結果的に、Ｆ＝Ｍ×γ及びＰ＝Ｆ×Ｖ＝Ｍ×（γ×Ｖ）である。当業者であれば、当業者が構成しようとする車両の特性の関数としてエネルギー吸収装置の電力を容易に配分することになろう。

かくして、本発明を説明する例の場合のように、各々が電力消費抵抗器を有する２つのサブシステムが設けられ、これら電力消費抵抗器６Ａ，６Ｂの各々は、２５０×Ｍ／１０００ｋＷよりも高い電力のものである。

運転手が後退を選択した場合、中央ユニット３は、電子車輪制御モジュール２３に命令を出して制動の場合を含む回転電気機械２の作動を逆にする。

次に、アンチホイールロック（anti-wheel-lock）機能をどのようにすれば確立できるかについて説明する。

電気トラクション機械２がレゾルバ型の角度位置センサを備えており、各車輪１がそれ自体の回転電気機械２を備えているので、各車輪について１つの回転速度センサが設けられる。かくして、有利には、本発明のシステムに各車輪のスリップを制御する装置を備えることが可能であり、この場合、制動モードでは（又は、「エンジンブレーキ」と通称されている動作を行うために運転手が自分の足を上げてアクセルペダルから放すやいなやの場合であっても）、車輪の制御トルクは、スリップ制御装置が問題の車輪のスリップを検出したときに減少する。例えば、各車輪の回転速度センサが出力する信号をリアルタイムで分析し、顕著な変化（減速）からロックの開始を推定することが可能である。各回転車輪の回転速度信号の導関数をリアルタイムで計算し、かくして、各車輪の加速度／減速度を表す信号を得て、この信号と適当なセンサが利用されている場合に車両の真の加速度／減速度を与える信号を比較することが可能である。これは、既に上述した長手方向加速度センサ３４であり、或いは、これは、車両の真の加速度／減速度の推定を可能にする複数の信号の処理に起因して得られる。その結果、中央ユニット３は、スリップ制御装置が問題の車輪のスリップを検出したときに車輪制御トルク（選択的に車輪ごとの）を減少させるよう電子車輪制御モジュール２３に命令を出すことができる。注目されるべきこととして、トルクのこの減少は、電子車輪制御モジュールによって直接管理されるのが良く、この電子車輪制御モジュールは、車輪のところで測定された速度及び加速度に対してリアルタイムで応動することができ、中央ユニットは、例えば、守られるべき最高速度及び加速度指令を送る。

結論として、指摘されるべきこととして、従来型制動部材（欧州特許第０８７８３３２号明細書のディスク及びキャリパを参照されたい）が設けられていないので、パッド及びディスクの交換を含む定期的な作業をなくすことにより本発明のシステムを備えた車両の設計思想だけでなく、その保守が実質的に単純化される。従来型油圧制動部材をなくすことにより達成される利点のうちで、更に、パッドの残留摩擦がなくなるということがいえる（この摩擦は、従来型制動方式の車両の作動に必要なエネルギーの取るに足りないとはいえない部分を消費するということが知られている）。注目されるべき別の利点は、従来型油圧制動部材により接地システムのところに生じる熱応力がなくなること及びパッド及びディスクの摩耗により生じるダストと関連した厄介な問題がなくなるということである。

上述の説明は、車輪のどれもが機械式ブレーキを備えていない自動車用のトラクションシステムに関している。車両の減速能力は、回転電気機械を発電機として作動させることに起因しており、発電機は、車両の車輪の各々をロックさせることができるよう設計されており、即ち、発電機は、十分な制動トルクを提供することができる。

本明細書における説明の以下の残りの部分は、車両の制動システムにおける安全性の非常に高いレベルを保証することができるのに十分なハードウェアの冗長度を備えたシステムを構成することができるようにする特定の非限定的な例に関する。

図２では、電気制動システムは、過電流保護装置４１Ａ，４１Ｂによりそれぞれ中央電線路４０に接続された２つのサブシステム（Ａ，Ｂ）を有し、サブシステムの各々が、各々これに特有の少なくとも１つの回転電気機械２に回転可能に連結された２つの車輪を有することが理解できる。右前輪及び左後輪、より正確に言えば、これらと関連した回転電気機械２及び電子車輪制御モジュール２３が、サブシステムＡを構成している。左前輪及び右後輪、より正確に言えば、これらと関連した回転電気機械２及び電子車輪制御モジュール２３が、サブシステムＢを構成している。各サブシステムは、各々が電子消費モジュール６０Ａ又は６０Ｂにより給電される電力消費抵抗器６Ａ又は６Ｂをそれぞれ有している。

トラクションシステムの種々の構成要素をハードウェア冗長度の基準に関して吟味した場合、車輪に組み込まれた回転電気機械２は、当然のことながら、冗長度を呈するシステムを形成する。というのは、車輪の各々は、それ自体の電気機械を備えているからである。これら機械の制御エレクトロニクス、即ち、電子車輪制御モジュール２３は、同様に、これら電気機械２の各々がそれ自体の制御エレクトロニクスを備えているのでハードウェア冗長度を呈するシステムを形成している。

再生制動中、回転電気機械２の各々は、電子車輪制御モジュール２３を介して電気エネルギーを電力ライン４０に供給する。このエネルギーは、アキュムレータ、即ち列状に配置されたスーパーキャパシタ５に貯蔵されるか、電力消費抵抗器６Ａ，６Ｂによって消散されるかのいずれかであるのが良い。非常制動中、アキュムレータの貯蔵能力をあてにすることが不可能であることは明らかである。というのは、アキュムレータは、非常に良いことには、既に最大充電状態にあり、電気エネルギーを吸収することができないからである。それ故、電力消費抵抗器６は、作動上の安全性にとって極めて重要な要素である。同様に、電力ライン４０は、完全電気車両制動システムの作動上の安全性にとって非常に重要な要素である。以下において種々の故障の状況について吟味する。

図２は、主要な電気エネルギー源を示しており、この電気エネルギー源は、実施形態のこの例では、燃料電池４である。この図は又、電気エネルギーの貯蔵を可能にするアキュムレータバッテリを示しており、このアキュムレータバッテリは、実施形態のこの例では、列状に配置されたスーパーキャパシタ５及びその電子再生モジュール５０である。最後に、種々の電子再生モジュールの低電圧給電は、一方において、電力ライン４０上で利用できる電圧を種々の制御エレクトロニクスに給電するために用いられる低電圧（例えば、１２ボルト）に変換することができる電圧変換器４１により、他方において、車両に従来用いられているバッテリ４２、例えばＤＣ１２ボルトバッテリによって行われる。

本出願人は、制動上の安全性を確保するために、制動システムが２つのサブシステム、即ち、右前輪と左後輪を互いにグループ化したシステムＡ及び左前輪と右後輪を互いにグループ化したシステムＢに組織化されることを理解した。サブシステムＡは、過電流保護装置４１Ａによって電力ライン４０に接続されているサブシステムＢは、過電流保護装置４１Ｂにより電力ライン４０に接続されている。かくして、サブシステムの各々は、それ自体の電力消費抵抗器６Ａ，６Ｂを有し、各サブシステムは、それ自体の制御エレクトロニクス６０Ａ，６０Ｂを有し、又、サブシステムを中央電線路から電気的に絶縁することができる過電流保護装置４１Ａ，４１Ｂを介して電力ライン４０に接続されている。電力ライン４０と反対側の端部のところにおいて、装置４１Ａの下流側では、電力ラインの一部分４０Ａが、左後輪と関連した電子車輪制御モジュール２３、右前輪と関連した電子車輪制御モジュール２３及び最後に消費抵抗器６Ａと関連した電子消費モジュール６０Ａに接続される。同じことは、サブシステムＢについて当てはまる。

電力ライン４０が損傷して過電流保護装置４１Ａ，４１Ｂの接続箇所相互間の遮断が生じた場合、互いに別個独立であり、しかも各々が車両の電気制動を保証することができる２つのサブシステム、即ち、システムＡ，Ｂが残る。これらサブシステムの各々は、それ自体の電力消費抵抗器を備えている。かくして、電力段ハードウェア冗長度が得られる。

電力段は、電力ライン４０の故障以外の故障を生じる場合がある。例えば、電子消費モジュール６０Ａで終端する電力ライン４０Ａの一部分が遮断される可能性がある。この場合、消費抵抗器６Ａは、回路から外れる。電気制動中にサブシステムＡによって生じた電力は、電力ライン４０Ａの遮断部分を通過し、過電流保護装置４１Ａを介して電力ライン４０に戻り、そして電力ライン４０Ｂを介して電力消費抵抗器６Ｂに向けられる場合がある。かくして、電力消費抵抗器６Ｂは、この場合、サブシステムＡ及びサブシステムＢに対して共通になる。電力消費抵抗器６Ａに関する故障が考慮されるにせよ電子消費モジュール６０Ａに関する故障が考えられるにせよ、いずれにせよ、結果は同じことであり、この消費回路は、不作動状態になる。

利用可能な消散電力が二分される場合であっても、この場合、正確に言えば、電気制動システムの減速能力は、相当大きなままであり、非常制動を実現するのに十分である。事実、電力消費抵抗器６の各々は、油圧冷却回路中に浸漬される。非常制動の場合、電気制動により生じるエネルギーは、冷却用流体を沸点に至らせるのに十分である。同時に、蒸発した流体は、気相に変換しているときに、液相の冷却用流体ですぐに置き換えられ、この冷却用流体は、この場合も又、抵抗器に対して洗浄作用を及ぼし、システムは、熱放散のために或る特定の能力を発揮し続ける。さらに、冷却システムは、或る程度の温度の遅れを示す。本出願人により実施された実験の立証するところによれば、この状況の場合であっても、電気制動システムは、例えば現時点において自動車に用いられている油圧交差型制動システムよりもかなり強力且つ効果的なままである。

電力ライン４０Ａが右前輪と関連した電子車輪制御モジュール２３と左後輪と関連した電子車輪制御モジュール２３との間で中断された場合、この場合、電力消費抵抗器６Ａは、右前輪と関連した回転電気機械２が発電機として機能しているとき、かかる回転電気機械２に対して利用可能なままであり、これに対し、電力消費抵抗器６Ｂは、サブシステムＢ及び左後輪と関連した回転電気機械２、即ち、サブシステムＡの回転電気機械２のうちの一方に対して利用可能である。電力消費抵抗器のうちの一方６Ｂは、他方６Ａよりも高い電力を受け取ることになる。作動は、最適ではないが、構成は、車両の減速能力に関し、前段落で説明した不都合よりも不都合の度合いが少ない。

或る理由で、故障により過電流保護装置４１Ａの開路が生じ、かくして、それにもかかわらず車両制動に寄与することができる状態のままのサブシステムＡが隔離される場合、この場合も又、車両の制動能力は、最大の状態のままである。というのは、電力消費抵抗器は、この場合列状に配置されたスーパーキャパシタ５から成る電気エネルギーアキュムレータが最大充電状態にある場合でも車両の完全減速を保証することができるよう設計されているからである。この場合、状況は、最大減速能力に関し、電気制動システムの故障のうちの１つではない。認められるように、この状況は、全体的管理に関して最適ではない。というのは、特に、エネルギーを再生する可能性が失われるが、これは、安全性にとって有害ではないからである。次に、例えば電力ライン４０Ａに生じる深刻な故障、例えば短絡を考慮してみる。この種の故障により、過電流保護装置４１Ａは、開路し、かくして、この場合車両の制動に寄与することができないと考えられるサブシステムＡを隔離し、故障が完全に作動状態のままのサブシステムＢの作動に悪影響を及ぼすのが阻止される。それにもかかわらず、この大きな故障の場合であっても、全制動能力の５０％は、保持される。これは、制動を完全減速状態で可能にするのに十分でないことは明らかであるが、車両を良好な安全性条件下において停止まで減速させる能力が維持される。

サブシステムＡについて今説明したばかりの故障のうちのどれか１つが対称という理由でサブシステムＢに生じた場合、電気制動に関する安全上の条件は、明らかに同一のままである。結論として、電力段を２つの別個独立のサブシステム、即ち各々がそれ自体の過電流保護装置（装置４１Ａ，４１Ｂ）によって車両の中央電力ライン４０に接続されたシステムＡ及びシステムＢの状態に組織化し、サブシステムの各々にそれ自体の電力消費抵抗器を装備することにより、二重のハードウェア冗長度が得られ、したがって、車両の電気制動のための優れた安全上の条件を保証することができるようになっている。

電力消費抵抗器６Ａ，６Ｂの消費電力は、冷却システムの良好な作動で左右される。事実、これら電力消費抵抗器は、熱伝達流体中に浸漬されている。図３は、冷却回路の略図である。理解できるように、冷却回路は、ポンプ８Ａ，８Ｂ及び２つのラジエータ８０Ａ，８０Ｂを有する。ポンプ８Ａ，８Ｂは、直列に設けられ、各ポンプは、それ自体の電気モータ８１Ａ，８１Ｂによってそれぞれ制御される。これら電気モータの各々は、それ自体の制御エレクトロニクス８２Ａ，８２Ｂによって制御される。ラジエータ８０Ａ，８０Ｂは、並列に設けられており、ラジエータのうちの一方に漏れが生じた場合、ラジエータの各々を選択的に隔離することができるようにする弁８３を備えている。他方、ポンプ及びポンプ作動モータ組立体は、ポンプのうちの一方が故障している場合、他方のポンプが機能していないという事実にもかかわらず、他方のポンプが熱伝達流体に関して十分な流量を保証することができるよう設計されている。

次に、図３を参照して種々の制御エレクトロニクス及び種々の補助装置の低電圧給電について説明する。この図は、２つの電力消費抵抗器６Ａ，６Ｂの電子消費モジュール６０Ａ，６０Ｂ、各々が４つの電気機械２の各々とそれぞれ関連した電子車輪制御モジュール２３及び列状に配置されたスーパーキャパシタ５と関連した電子再生モジュール５０を示している。また、中央ユニット３、冷却回路のポンプのうちの一方のポンプの制御エレクトロニクス８２Ａ及び冷却回路のポンプのうちの他方のポンプの制御エレクトロニクス８２Ｂが示されている。ブレーキペダルは、その構成の結果として十分に安全であると見なされ、かくして、説明を繰り返さない。２つの位置センサＣ１，Ｃ２は、各々、ブレーキペダルと関連しており、各々、車両の運転手によって所望される指令を表す信号を送る。

低電圧電気エネルギー供給に関する冗長度は、次のように設計される。一方において、電力ライン４０に接続されていて、１２ボルトの直流電圧を供給する電圧変換器４１が設けられ、他方において、これ又１２ボルトの直流電圧を供給するバッテリ４２が設けられているので、或る特定の要素が電圧変換器４１に接続され、他の要素は、次のように１２ボルト電池に接続されることになる。ライン４３が、電圧変換器４１とバッテリ４２を相互に接続している。このライン４３は、第１の部分４３Ａ及び第２の部分４３Ｂから成り、第１の部分と第２の部分は、装置４３０によって互いに接続され、この装置４３０は、これら部分のうちの一方が不足電圧又は過電流を受けた場合に２つの部分を互いに電気的に分離する。かくして、理解できるように、本発明の例示としての非限定的な実施形態では、２つの部分４３Ａ，４３Ｂには同一の電圧が供給される。或る特定の要素は、各々過電流保護装置４３４Ａを介して第１の部分４３Ａに接続されている。或る特定の要素は、各々過電流保護装置４３４Ｂを介して部分４３Ｂに接続されている。

例えば、冷却回路のポンプの良好な作動を保証するため、モータのうちの一方のモータ８１Ａは、その制御エレクトロニクス８２Ａを介して第１の部分４３Ａに接続されている。モータのうちの他方のモータ８１Ｂは、その制御エレクトロニクス８２Ｂを介して第２の部分４３Ｂに接続されている。サブシステムＡの制御エレクトロニクス、即ち、右前輪の回転電気機械２と関連した電子車両制御モジュール２３、左後輪の回転電気機械２と関連した電子車輪制御モジュール２３及び消費抵抗器６Ａの電子消費モジュール６０Ａは、第２の部分４３Ｂに接続され、サブシステムＢの同一のエレクトロニクスは、第１の部分４３Ａに接続されている。

車両移動の管理を保証する中央ユニット３は、これが電子車輪制御モジュール２３の全てを制御するので、二重電気的接続の恩恵を受けている。この中央ユニットは、第１の部分４３Ａと第２の部分４３Ｂを互いに隔離する一対のダイオードを介して第１の部分４３Ａと第２の部分４３Ｂの両方に接続されている。中央ユニット３は、２つの低電圧源のうちの一方の故障が生じた場合でも中央ユニット３の給電の連続性を保証するよう常時ダイオード４３５を介して接続されている。さらに、適当な回路４３６が、２つの電源のうちの一方の故障が生じた場合に故障信号を送るために給電ラインの各々への電圧の存在をモニタする。列状のスーパーキャパシタ５と関連した電子再生モジュール５０は、第１の部分４３Ａにのみ接続されている。注目されるべきこととして、この種の二重接続は又、特に電子車輪制御モジュール２３のためのエレクトロニクス全てについて使用できる。

不足電圧又は例えば２つの部分のうちの一方４３Ａ又は４３Ｂの短絡に起因する過電流若しくは電源のうちの一方４１又は４２の内部の短絡に直接起因する過電流の場合、電気分離装置４３０は、故障のない方の部分の機能を維持するために２つの部分４３Ａ，４３Ｂ相互間の接続を中断する。したがって、理解できるように、何らかの理由で電圧変換器４１の重要な故障により、電気分離装置４３０が電圧変換器４１とバッテリ４１との間の相互接続を中断した場合、バッテリは、サブシステムＡと関連した制御エレクトロニクス及び中央ユニット並び油圧冷却回路の２つのポンプのうちの一方の低電圧給電を続けることができる。これとは逆に、バッテリ４２に重要な故障が生じた場合、電気分離装置４３０は、相互接続を中断することができ、電圧変換器４１は、サブシステムＢ、中央ユニット及び油圧冷却回路のポンプのうちの一方に給電し続ける。かくして、理解できるように、上述した設計思想により、２つのサブシステムのうちの一方Ａ又はＢの作動を維持することができ、かくして、車両制動電力の半分が依然として利用できる。当然のことながら、エレクトロニクス全てのための低電圧給電の二重接続を用いることは、全制動電力が、この故障状況の場合でも利用可能な状態のままであることを意味する。

次に、制動センサＣ１，Ｃ２の給電について説明し、これら制動センサは、制動制御システムにおける第１のリンクである。思い出されるべきこととして、本発明のシステムは、電子車輪制御モジュール２３の全てを制御する中央ユニット３を有する。他方、本発明のシステムは、運転手に利用可能な制動制御装置３２を有し、この制御装置は、少なくとも、車両に要望される全制動力を表す所与の大きさを備えた車両制動制御信号を出力する第１のセンサＣ１及び車両に要望される全制動力を表す所与の大きさを備えた車両制動制御信号を出力する第２のセンサＣ２に機械的に連結されている。

本発明のシステムの設計思想は、センサＣ１，Ｃ２に互いに異なる役割を割り当てている。センサＣ１には、中央ユニット３により低電圧電気エネルギーが供給される。このセンサは、制御信号を中央ユニット３に出力し、中央ユニットは、センサＣ１からのみ制動制御信号を受け取り、それにより全車両制動制御信号の第１のレベルを生じさせる。指摘すべきこととして、中央ユニット３は、センサＣ１のためのコンディショニング回路の故障に関する故障情報を管理するためにセンサＣ１に給電するライン上の電圧の存在及びライン３０Ｆ上の制御信号の完全性をモニタする適当な回路を有する。第２のセンサＣ２には、電気機械の各々と関連した電子車輪制御モジュール２３によって給電される。第２のセンサＣ２は、その制御信号を電子車輪制御モジュール２３の各々に出力する。当然のことながら、ダイオード２３０が、制御エレクトロニクス２３の各々とセンサＣ２との間の給電ライン中に設けられている。さらに、車輪制御モジュール２３の各々に設けられた適当な回路２３１が、４つの電源のうちの１つの故障の場合に故障信号を送るために４つの給電ラインの各々上の電圧の存在をモニタする。以下の段落において、理解されるように、センサＣ２は、車輪制御エレクトロニクス２３と直接関連すると共に車輪制御エレクトロニクス２３とのみ関連している。

低電圧給電段は、第１の電源及び少なくとも１つの第２の電源を有し、第１の電源と第２の電源は、第１の部分４３Ａ及び第２の部分４３Ｂを有する電力ライン４３によって互いに接続され、第１の部分と第２の部分は、２つの部分を電気的に分離し、これら部分のうちの一方が不足電圧又は過電流を受けた場合に必要に応じて相互接続を遮断することができる装置４３０によって互いに接続されていることが理解されたであろう。第１のセンサＣ１は、中央ユニット３と同一の部分によって給電され、第２のセンサＣ２は、上述の電源を隔離する１対のダイオードを介してサブシステムのうちの一方（Ａ）の車輪制御エレクトロニクス２３とサブシステムのうちの他方（Ｂ）の車輪制御エレクトロニクス２３の両方によって給電される。

図４では、中央ユニット３は、電子車輪制御モジュール２３の各々及び電子再生モジュール５０にＣＡＮ ｂｕｓ（登録商標）（コントロール・エリア・ネットワーク（Control Area Network）、参照符号３０Ａによって示されている）によって相互接続され、このＣＡＮ ｂｕｓ（登録商標）は、コンピュータ処理された形態で制御指令を送ることができる。中央ユニット３には、制動制御信号を出すために所望のパラメータの全てを考慮に入れることができるのに適したソフトウェアがロードされ、この制動制御信号は、ＣＡＮ ｂｕｓ３０Ａを介する循環のための所望のプロトコルに従って電気機械を制御する種々のエレクトロニクスに送られる。中央ユニット３は、１０〜２０ｍｓのオーダの周期で上述の信号を歩調を合わせてガス３０Ａで送り、各電子車輪制御モジュール２３は、この周期をモニタする。ＣＡＮ ｂｕｓの誤動作、中央ユニット３の誤動作又は組み込みソフトウェアの誤動作のために又は任意他の理由で、この周期が変化し、ＣＡＮ通信故障データアイテムが生じる。電子車輪制御モジュール２３の各々は、更に、この時点でアナログライン３００を介してセンサＣ２によって出力されたアナログ信号を受け取る。また、指摘されるべきこととして、各車輪制御モジュール２３は、センサＣ２のためのコンディショニング回路に故障が生じた場合に故障情報を管理するためにライン３００上の制御信号の完全性をモニタする適当な回路を有する。

最後に、制御ライン３０Ｂは、電子再生モジュール５０を電子消費モジュール６０Ａ，６０Ｂに接続している。制御ライン３０Ｂの故障又は電子再生モジュール５０のところで故障が生じた場合、電子消費モジュール６０Ａ，６０Ｂは、ライン３０Ｂ上の指令を受け取らないで自動的に電力ライン４０に戻る制動電力を消散させる可能性を保持する。かくして、サブシステムＡ，Ｂは、制動に関して完全に作動状態のままであるが、エネルギーを貯蔵する可能性がない。というのは、後者の場合、電子再生モジュール５０は、使用状態から外れているからである。

電気機械２による制動トルクの創出に戻るため、電気機械２の制御は、電気機械２の各々に特有の電子車輪制御モジュール２３によって直接保証される。このモジュールには、受け取った制御信号に応じてトルクに関して各電気機械を制御するのに適したソフトウェアがロードされている。各電子車輪制御モジュール２３は、一方において、バス３０Ａ上の制動制御信号を受け取り、他方において、センサＣ２からの信号を送るアナログライン３００上の制動制御信号を受け取る。かくして、各電子車輪制御モジュール２３は、バス３０Ａで送られる制御信号とアナログライン３００で送られる制御信号をいつでも比較することができ、例えば実験で定められることに応じて１０％〜２０％のオーダの或る特定の許容誤差のマージンの範囲内で、バス３０Ａから来る制動制御信号に優先権を与える。

他方、中央ユニット３又は中央ユニット３内に確立されているソフトウェアの誤動作に起因して、バス３０Ａによって送られた制動制御信号がセンサ２から直接アナログの形式で来る制動制御信号よりも非常に低かった場合、車両を制動する際、作動上の安全を確保するためにセンサ２から来る制御信号に優先権を与えるのが良い。理解できるように、提案した設計思想は、センサＣ１，Ｃ２の各々により送られる信号を別々に利用する。センサＣ１は、中央ユニット３と関連しており、センサＣ１により、第１レベルの全体的制動信号を計算することができる。他方、センサＣ２により送られる制御信号は、適当な場合によって電子車両制御モジュール２３に直接アナログの形で送られる。全体的な整合性は、種々の信号を比較することにより保証される。この場合、選択された許容誤差のマージンの範囲内で最も高い減速要求に対応した信号に優先権がある。このように、制動制御安全性は、バス３０Ａ、バスの一部分又はアナログライン３００又は３０Ｆのうちのいずれかの故障の場合でも保証される。

上述したことの全てに加えて、例えば運転手の意のままに非常ボタンによって非常時指令によってあらかじめ定められた制動信号を作り出す可能性を確立することが可能である。この種の制動指令は、中央ユニット３、より正確に言えば、中央ユニット３内に確立されているソフトウェアによって考慮され、ＣＡＮ ｂｕｓ３０Ａにより電気機械の各々の制御エレクトロニクス２３に送られる。これは、ブレーキペダルを放した場合でも、制動中、作動上の安全を確保することができる。同様に、これは、２つのセンサの故障又は２つのブレーキセンサＣ１，Ｃ２の固定手段の故障の場合、制動中作動上の安全性を確保することができる。２つのセンサのうちの一方Ｃ１又はＣ２の機械的連結にのみ欠陥があり又は２つのセンサのうちの一方が故障状態にある場合、制動中における作動上の安全性は、当然のことながら、全段落で説明したように保証される。しかしながら、この場合、例えば、ドライブを最後まで至らせることができることが可能であり、車両が一旦停止すると、車両が再び始動するのを阻止することができる。

最後に、上述したハードウェア冗長度が、有利には、中央ユニット３にロードされているソフトウェア及び電子車輪制御モジュール２３にロードされているソフトウェアの両方に関してソフトウェア冗長度と組み合わせ使用されることは指摘されるべきである。このように、高度の安全性が完全電気車両制動システムについて達成される。

Claims (9)

1. 道路車両用の電気制動システムであって、少なくとも２つの車輪（１）が各々、少なくとも１つの回転電気機械（２）に回転可能に連結され、各前記回転電気機械（２）が、単一の車輪と協働し、少なくとも１つの電子車輪制御モジュール（２３）が、同一の車輪の前記回転電気機械を制御し、各前記電子車輪制御モジュールにより、対応する車輪に所定の大きさ及び符号の制御トルクを選択的に加えることができ、前記対応する車輪が前記所定の制御トルクに従って駆動力又は制動力を前記車両に与えるようになっている、電気制動システムにおいて、中央電線路（４０）に接続されている少なくとも２つのサブシステム（Ａ，Ｂ）を有し、前記サブシステムの各々は、
   ・前記車輪（１）の一部と、
   ・前記一部の車輪のうちの各車輪と関連した前記電子車輪制御モジュールと、
   ・電子消費モジュール（６０Ａ，６０Ｂ）によって制御される電力消費装置と、
   ・前記サブシステムを前記中央電線路から電気的に絶縁することができる過電流保護装置（４１Ａ，４１Ｂ）とを有し、
   前記中央電線路は、第１の電源に接続された第１の部分と、第２の電源に接続された第２の部分とを含み、前記第１及び第２の電源は同じ電圧を供給し、
   第１のサブシステムは、第１の部分を介して第１の電源に接続され、
   第２のサブシステムは、第２の部分を介して第２の電源に接続され、
   前記第１の部分及び第２の部分は、不足電圧状態又は過電流状態において、前記第２の部分から前記第１の部分を電気的に切断する回路によって接続されている、
   車両用電気制動システム。
2. ４つの車輪を備えた車両の場合、各車輪が、これに専用の前記少なくとも１つの回転電気機械（２）に回転可能に連結されており、前記サブシステムの各々は、前記車輪のうちの２つを有する、請求項１記載の車両用電気制動システム。
3. 各前記サブシステムは、前記車両の互いに反対側のコーナ部のところに対角線方向に配置された前記車両の前記車輪を互いにグループ化する、請求項２記載の車両用電気制動システム。
4. 前記電力消費装置は、電力消費抵抗器（６）から成る、請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両用電気制動システム。
5. 前記サブシステム（Ａ，Ｂ）の各々は、過電流保護装置（４１Ａ，４１Ｂ）によって前記中央電線路（４０）に接続され、電気エネルギーを供給する手段が、前記中央電線路（４０）に接続されている、請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両用電気制動システム。
6. 電気エネルギー貯蔵装置が、電子再生モジュールによって前記中央電線路（４０）に接続されている、請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両用電気制動システム。
7. 環境から隔離されていて、前記車両の外部との電力の交換を行わない自蔵式電気系統を形成している、請求項１乃至６の何れか１項に記載の車両用電気制動システム。
8. 車両の長手方向変位の管理を保証する中央ユニット（３）を有し、前記中央ユニット（３）は、前記電子車輪制御モジュール（２３）の全てを制御し、前記中央ユニット（３）は、前記車両に所望される全制動力を表す所与の大きさの車両制動制御信号によって作動する車両制動作動モードを有し、制動作動モードでは、制動制御信号の大きさがどのようなものであれ、前記中央ユニット（３）は、前記回転電気機械に源を発する前記車輪（１）の全ての長手方向力の合計が制動制御信号の前記大きさの関数であるように前記電子車輪制御モジュール（２３）の全てを制御する、請求項１乃至７の何れか１項に記載の車両用電気制動システム。
9. 機械式常用ブレーキが設けられていない、請求項１乃至８の何れか１項に記載の車両用電気制動システム。

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