CN108715154A - 用于车辆的冗余电力架构的控制 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种用于车辆的冗余电力架构的控制。一种用于车辆的配电系统包括开关电路，开关电路被配置为：选择性地启用第一总线与第二总线之间的电流流动，所述第一总线和第二总线在公共电压范围内操作。所述用于车辆的配电系统还包括控制器，所述控制器被配置为：响应于电力流动处于非激活状态且流过第一总线的电流超过电流阈值，操作开关电路以启用从第二总线到第一总线的电力流动。

Description

用于车辆的冗余电力架构的控制
技术领域
本申请总体上涉及用于机动车辆的配电系统。
背景技术
机动车辆依靠低电压电力来支持各种电气装置。传统的车辆配电系统依靠单个电力总线来为所有的电气装置提供电力。因此，任何电气装置都可能影响单个电力总线的操作。例如，电气装置中的短路状况可使电压降低到令人不满意的水平。这样的电压波动可影响其它电气组件和电气系统的性能。
发明内容
一种车辆包括第一总线和第二总线，所述第一总线和第二总线被配置为：在公共电压范围内操作。所述车辆还包括配电电路，所述配电电路被配置为：选择性地启用第一总线与第二总线之间的电力传输。所述车辆还包括控制器，所述控制器被配置为：根据从第一总线电流和第二总线电流推导出的电力传输请求，启用第一总线与第二总线之间的电力传输。
一种用于车辆的配电系统包括开关电路，所述开关电路被配置为：选择性地启用第一总线与第二总线之间的电力流动，其中，所述第一总线和第二总线在公共电压范围内操作。所述配电系统还包括控制器，所述控制器被配置为：响应于电力流动处于非激活状态且流过第一总线的电流超过电流阈值，操作开关电路以启用从第二总线到第一总线的电力流动。
一种方法包括：响应于电力流动处于非激活状态且流过第一总线的电流超过电流阈值，操作开关电路，以启用从第二总线到第一总线的电力流动，其中，所述开关电路被配置为：选择性地启用第一总线和第二总线之间的电力流动，其中，第一总线和第二总线在公共电压范围内操作。
附图说明
图1描绘了用于具有自主驾驶功能的车辆的可行配置。
图2描绘了用于配电系统的可行配置。
图3描绘了用于配电系统的另一可行配置。
图4描绘了用于操作配电系统的可行操作序列的流程图。
具体实施方式
在此描述了本公开的实施例。然而，应当理解的是，公开的实施例仅为示例，并且其它实施例可采取各种可替代形式。附图不需要按比例绘制；一些特征可被夸大或最小化，以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各种特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以产生未被明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供了用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。
图1描绘了配置有自主驾驶功能的车辆100。例如，车辆100能够控制动力传动系统、转向功能和制动功能以自主地驾驶车辆100。车辆100可包括动力传动系统102，所述动力传动系统102被配置为提供用于驱动车轮104的动力。动力传动系统102可包括常规的动力传动系统，诸如，与传动装置连接的内燃发动机或柴油发动机。动力传动系统102可包括包含电机和牵引电池的纯电动动力传动系统。动力传动系统102可以是混合动力动力传动系统，所述混合动力动力传动系统包括内燃发动机或柴油发动机、牵引电池、一个或更多个电机以及混合动力传动装置或齿轮箱。动力传动系统102可包括一个或更多个动力传动系统控制器，所述动力传动系统控制器被配置为对动力传动系统102的操作进行监测和控制。
车辆100可包括转向系统106，所述转向系统106被配置为控制车辆100方向。例如，转向系统106可以是齿条和齿轮系统。转向系统106可以是液压致动的、电致动的或它们的某种组合。转向系统106可包括助力装置。转向系统106包括车轮104和转向机构之间的联动装置(linkage)。转向系统106可连接到转向控制装置(例如，方向盘)，所述转向控制装置允许驾驶员对转向系统106进行控制。转向系统106可包括一个或更多个转向系统控制器，所述转向系统控制器被配置为对转向系统106进行控制和监测。转向系统106可包括用于在没有驾驶员输入的帮助的情况下使车辆100转向的致动器和反馈装置。对于自主式车辆，转向系统106可对来自车辆控制器的转向命令做出响应。转向系统106可被配置为操作转向机构以实现转向指令。
车辆100可包括被配置为控制车辆100减速的制动系统108。制动系统108可包括针对每个车轮104的制动模块。例如，制动模块可以是盘式制动机构或鼓式制动机构。制动系统108可以是液压致动的、电致动的或它们的某种组合。制动系统108可与允许驾驶员对制动系统108进行控制的制动控制装置(例如，制动踏板)进行接口连接。制动系统108可包括一个或更多个制动系统控制器，所述制动系统控制器被配置为对制动系统108的操作进行控制和监测。制动系统108可包括用于在没有驾驶员输入的帮助的情况下对车辆100进行制动的致动器和反馈装置。制动系统108可包含用于实现防抱死制动、牵引控制和稳定性控制功能的硬件组件和软件组件。对于自主式车辆，制动系统106可对来自车辆控制器的制动命令做出响应。制动系统106可被配置为操作制动模块以实现制动命令。
车辆100可包括一个或更多个自主车辆系统组件(AVSC)110。AVSC 110可包括用于自主驾驶功能的组件。AVSC 110可包括多个电子模块和装置。AVSC 110可与其它控制器(例如，动力传动系统控制器、转向系统控制器和制动系统控制器)进行通信。AVSC 110可包括用于实现自主驾驶功能的传感器和致动器。例如，AVSC 110可包括一个或更多个模块，所述一个或更多个模块包括雷达、车辆速度传感器、加速度传感器、横摆率传感器和通信传感器。AVSC 110可包括诸如防撞系统和自适应巡航控制系统的组件。AVSC 110可包括用于协调与自主车辆功能有关的各种电子模块的车辆控制器。
车辆100可包括电力供应系统112。电力供应系统112可包括一个或更多个电机，所述一个或更多个电机操作为发电机。电机可以是动力传动系统102的一部分，并且提供推进动力和再生动力。在一些配置中，电机可机械地连接到动力传动系统102的旋转元件，并且仅提供电能(例如，交流发电机)。电力供应系统112可被配置为将交流(AC)电力转换成直流(DC)电力。在混合动力动力传动系统或电气化动力传动系统的配置中，牵引电池可为电力供应系统112提供高电压输出。例如，电力供应系统112可输出与牵引电池的电压相同的电压(例如，高电压水平)。在非混合动力的动力传动系统的配置中，一个或更多个交流发电机可为电力供应系统112提供输出。
车辆100内的电气装置可由低电压电源供电。例如，常规汽车中的电气系统由12伏电源供电。在常规汽车中，所有的电气系统都连接到单个电源网络，所述单个电源网络连接到12V电池。当电力供应系统112不在提供电力时，12V电池向单个电力网络提供电力。当电力供应系统112(例如，交流发电机)正在运行时，12V电池可在电力供应系统112(例如，交流发电机)无法单独支持的高电力需求期间提供补充电力。然而，这样的系统对于单个电力网络的问题很敏感。针对自主式车辆，提供一些冗余的电力架构可提高车辆电力系统的可用性和可靠性。
车辆100可包括电力转换模块114。电力转换模块114可包括一个或更多个DC/DC转换器，所述一个或更多个DC/DC转换器被配置为将输入电压转换为与低电压电力总线兼容的电压。车辆100可包括用于储存低电压电力总线的能量的能量储存模块116。例如，能量储存模块可包括一个或更多个辅助电池。电池可以是铅酸型电池、镍金属氢化物(NIMH)型电池和/或锂离子型电池。
车辆100可包括被配置为向多个低电压电力总线分配电力的配电系统118。配电系统118可对由电力转换系统114和能量储存系统116提供的电力进行分配，以给车辆100中的总线或网络供电。配电系统118可被配置为选择性地将电力总线隔离和连接。电力总线可由遍布在整个车辆100中的导电元件构成，并且可被包括在线束中。电力总线的连接点可通过连接器或端子来实现。例如，配电系统118的第一输出可连接到第一电力总线120。配电系统118的第二输出可连接到第二电力总线122。配电系统118的第三输出可连接到第三电力总线124。电力总线的数量可基于配置而有所不同。例如，在一些电力架构的配置中，第三电力总线124可能不存在。在这些配置中，每个车辆电负载可被分配给第一电力总线120和第二电力总线122。电力总线可被配置为在公共电压范围内进行操作。例如，电力总线可被配置为在6伏与20伏之间的电压范围内进行操作，其中，额定工作电压为12伏。
每个电力总线(120、122、124)可向电负载集合提供电力。电负载集合可被限定为电连接到公共电力总线的电负载。例如，第一电负载集合126可电连接到第一电力总线120。第二电负载集合128可电连接到第二电力总线122。第三电负载集合130可电连接到第三电力总线130。与电负载集合(126、128、130)相关联的每个电负载可通过熔断器132连接到相应的电力总线。在其它配置中，电负载集合内的一组电负载可通过熔断器132连接到相应的电力总线。每个熔断器132的额定操作可以是在流过的电流超过预定电流时断开。预定电流可取决于熔断器正在保护的一个特定负载或多个特定负载。
一些电气装置可电连接到多个电力总线。例如，AVSC 110可电连接到第一电力总线120和第二电力总线122。该配置可允许AVSC 110被冗余地供电。例如，在第一电力总线120断电的情况下，AVSC 110可从第二电力总线122汲取电力。AVSC 110可将每个电力线通过二极管路由到公共电源点(例如，二极管或构造)。与转向系统106和制动系统108相关的电气装置可以以类似的方式被配置。电力架构使得与自主驾驶功能相关的所有组件被冗余供电。与自主驾驶无关的组件(例如，信息娱乐系统、车厢舒适系统)可不被冗余供电。在电力总线中的一个未工作的情况下，被冗余供电的电气模块可继续工作。例如，如果第一电力总线120未工作，则被冗余供电的电负载将从第二总线122汲取电力并继续运行。
可选的第三电负载集合130可表示多个低功率电负载。第三电负载集合130可表示具有低功率需求的那些负载或者被分类为非必要负载的那些负载。第一电负载集合126可表示高功率电负载集合。第二电负载集合128可表示另一个高功率电负载集合。可基于功率需求对车辆100的电负载进行分析。每个电负载均可被分配给第一电负载集合126、第二电负载集合128或第三电负载集合130。电力架构可尝试对第一电负载集合126和第二电负载集合128的功率需求进行平衡。在一些配置中，第一电力总线120和第二电力总线122的功率需求可以是相似的。
图2描绘了用于自主式车辆的配电系统218的可行配置。配电系统218可被配置成选择性地将第一电力总线120和第二电力总线122隔离或连接。到配电系统218的第一电力输入224可电连接到第一辅助电池208和第一电力转换器210(PC1)。第一电力转换器210可将由电力供应系统112提供的电压转换成与第一辅助电池208兼容的电压水平。配电系统218可将第一电力输入224电连接到第一电力总线120。
到配电系统218的第二电力输入226可电连接到第二辅助电池212和第二电力转换器214(PC2)。第二电力转换器214可将由电力供应系统112提供的电压转换成与第二辅助电池212兼容的电压水平。配电系统218可将第二电力输入226电连接到第二电力总线122。
第一电力转换器210和第二电力转换器214可以是电力转换系统114的一部分。例如，可构造既包括第一电力转换器210又包括第二电力转换器214的单个电力转换模块。电力转换器(210、214)可以是被配置成将牵引电池电压(例如，300V)转换成与12V电力系统兼容的电压水平的DC/DC转换器。
第一辅助电池208和第二辅助电池212可以是能量储存系统116的一部分。例如，可构造既包括第一辅助电池208又包括第二辅助电池212的单个能量储存模块。
配电系统218可包括布置在开关电路(或配电电路)中的多个开关器件，以选择性地启用和/或控制多个电力总线之间的电力流动，所述多个电力总线工作在公共电压范围内。例如，配电系统218可被配置为选择性地将第一电力总线120和第二电力总线122连接，以在总线之间传输电力。配电系统218可包括连接到第一电力输入224的第一开关器件202。第一二极管222可跨接在第一开关器件202上，使得流过第一二极管222的电流仅被允许来自第一电力输入224。配电系统218可包括连接到第二电力输入226的第二开关器件204。第二二极管220可跨接在第二开关器件204上，使得流过第二二极管220的电流仅被允许来自第二电力输入226。
第一开关器件202和第二开关器件204可以是固态器件。例如，第一开关器件202和第二开关器件204可以是N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。尽管在该示例中使用了N沟道MOSFET器件，但是也可使用其它固态开关器件。第一开关器件202可被配置成使得晶体管的源极端子连接到第一电力输入224。第二开关器件204可被配置成使得晶体管的源极端子连接到第二电力输入226。第一开关器件202的漏极端子和第二开关器件204的漏极端子可在连接点228被连接在一起。第一二极管222可连接在第一开关器件202的源极端子与第一开关器件202的漏极端子之间。第二二极管220可连接在第二开关器件204的源极端子与第二开关器件204的漏极端子之间。用于控制第一开关器件202和第二开关器件204的栅极端子可电连接到配电控制器206。
第一开关器件202的漏极端子与第二开关器件204的漏极端子的连接点228可连接到公共负载总线(例如，第三电力总线124)。如所描绘的，流向公共负载总线的电流被允许来自配电系统218的第一电力输入224和第二电力输入226。
配电控制器206可包括用于使得开关器件202、204在导通状态和截止状态之间进行转换的与开关器件202、204进行接口连接的电路。开关器件的导通状态可被限定为使电流能够流过开关器件的状态。开关器件的截止状态可被限定为阻止电流流过开关器件的状态。在使用N沟道MOSFET器件的配置中，配电控制器206可包括与第一开关器件202的栅极端子和第二开关器件204的栅极端子进行接口连接的电路。所述电路可被配置为提供用于对N沟道MOSFET器件进行操作的电压水平和电流水平。在其它配置中，所述电路可被配置为与不同技术的开关器件进行接口连接。
如所描绘的，当第一开关器件202和第二开关器件204两者都处于截止状态时，第一电力总线120和第二电力总线122被彼此隔离。来自第一辅助电池208和第一电力转换器210的电力被提供给第一电力总线120。此外，来自第一辅助电池208和第一电力转换器210的电力可通过第一二极管222被提供给第三电力总线124。来自第二辅助电池212和第二电力转换器214的电力被提供给第二电力总线122。此外，来自第二辅助电池212和第二电力转换器214的电力可通过第二二极管220被提供给第三电力总线124。在隔离状态下，在第一电力输入224和第二电力输入226之间不存在电力传输。当第一电力总线120连接到第一电力输入224并且第二电力输入226连接到第二电力总线122时，第一电力总线120和第二电力总线122被彼此隔离。
在图2的配置中，使第一开关器件202操作在导通状态并且使第二开关器件204操作在截止状态允许电流从第二电力总线122流向第一电力总线120。电流可流过第二二极管220，并且流过操作在导通状态的第一开关器件202。在N沟道MOSFET的导通状态下，电流从漏极端子流向源极端子。在该模式下，可利用来自第二电力总线122的电力来满足来自第一电力总线120的电流需求。这允许第一电力总线120从第二辅助电池212和第二电力转换器214汲取电力。如果存在防止电流从第二电力总线122流向第一电力总线120的状况，则第一开关器件202可转换到截止状态。
在图2的配置中，使第二开关器件204操作在导通状态并且使第一开关器件202操作在截止状态允许电流从第一电力总线120流向第二电力总线122。电流可流过第一二极管222，并且流过操作在导通状态的第二开关器件204。在该模式下，可利用来自第一电力总线120的电力来满足来自第二电力总线122的电流需求。这允许第二电力总线122从第一辅助电池208和第一电力转换器210汲取电力。如果存在防止电流从第一电力总线120流向第二电力总线122的状况，则第二开关器件204可被转换到截止状态。
开关器件的布置允许电力总线之间的电力传输。电流流动基于第一开关器件202的操作状态和第二开关器件204的操作状态而沿着一个方向。电流流动还可取决于第一电力总线120的电压水平和第二电力总线122的电压水平。第一电力总线120的电压水平可取决于第一电力转换器210的操作。第二电力总线122的电压水平可取决于第二电力转换器214的操作。配电控制器206可与第一电力转换器210和第二电力转换器214进行通信。第一电力转换器210和第二电力转换器214可被配置为从配电控制器206接收命令并对所述命令做出响应，以对电压输出和电流输出进行修改。
配电系统218还可包括第一电流测量装置216，所述第一电流测量装置216被配置为对流向第一电力总线120的电流进行测量。配电系统218还可包括第二电流测量装置217，所述第二电流测量装置217被配置为对流向第二电力总线122的电流进行测量。电流测量装置可以是与电力总线串联的电流分流器。也可以使用霍尔效应电流传感器。来自电流测量装置的信号可电连接到配电控制器206。配电控制器206可包括用于对信号进行滤波和缩放的接口电路。例如，如果电流测量装置是电阻元件，则配电控制器206可被配置为测量电阻器两端的电压。随后可基于电阻元件的电压和电阻值来确定电流流动。
配电系统218被配置为选择性地将第一电力总线120和第二电力总线122连接和隔离。此外，配电系统218被配置为启用在第一电力总线120与第二电力总线122之间的电流流动。如所讨论的，图2描绘了配电系统218的一个示例。其它配置可用于实现类似的结果。例如，开关器件和二极管的具体布置可以以实现相同结果的方式而有所不同。此外，可以改变开关器件的类型，同时仍然实现相同结果。
针对图2中描绘的配置，可限定配电系统218的下列操作状态或操作模式。可限定第一电力总线120和第二电力总线被彼此隔离的隔离状态/隔离模式。该状态或模式可通过使第一开关器件202和第二开关器件204操作在截止状态来被实现。当第一电力总线120和第二电力总线122被彼此连接时，可限定连接状态或连接模式(电力传输启用模式)。当第一开关器件202操作在导通状态并且第二开关器件204操作在截止状态时，可限定第一连接状态。在第一连接状态下，启用从第二电力总线122到第一电力总线120的电流流动。当第一开关器件202操作在截止状态并且第二开关器件204操作在导通状态时，可限定第二连接状态。在第二连接状态下，启用从第一电力总线120到第二电力总线122的电流流动。连接模式下的实际电流流动可取决于总线之间的电压差。
图3描绘了配电系统318的另一可行配置的示例，配电系统318以与前述系统类似的方式操作。注意，除非特别说明，否则图2和图3中的相似编号的组件以相似的方式操作。配电系统318可被配置为选择性地将第一电力总线120和第二电力总线122隔离或连接。到配电系统318的第一电力输入324可电连接到第一辅助电池208和第一电力转换器210(PC1)。配电系统318可将第一电力输入324电连接到第一电力总线120。
到配电系统318的第二电力输入326可电连接到第二辅助电池212和第二电力转换器214(PC2)。配电系统318可将第二电力输入326电连接到第二电力总线122。
配电系统318可包括布置在电路中的多个开关器件，以对在公共电压范围内操作的多个电力总线之间的电力流动进行选择性控制。配电系统318可包括连接到第一电力输入324的第一开关器件302。配电系统318可包括连接在第一开关器件302和第二电力输入326之间的第二开关器件304。第一二极管322可跨接在第一开关器件302上，使得流过第一二极管322的电流仅被允许来自第二开关器件304。第二二极管320可跨接在第二开关器件304上，使得流过第二二极管320的电流仅被允许来自第一开关器件302。
第一开关器件302和第二开关器件304可以是固态器件。例如，第一开关器件302和第二开关器件304可以是N沟道MOSFET器件。第一开关器件302可被配置为使得晶体管的漏极端子连接到第一电力输入324。第二开关器件304可被配置为使得晶体管的漏极端子连接到第二电力输入326。第一开关器件302的源极端子和第二开关器件304的源极端子可在连接点328连接在一起。第一二极管322可连接在第一开关器件302的源极端子和第一开关器件302的漏极端子之间。第二二极管320可连接在第二开关器件304的源极端子和第二开关器件304的漏极端子之间。用于控制第一开关器件302的栅极端子和用于控制第二开关器件304的栅极端子可电连接到配电控制器306。
配电控制器306可包括用于使开关器件302、304在导通状态和截止状态之间进行转换的与开关器件302、304进行接口连接的电路。在使用N沟道MOSFET器件的配置中，配电控制器306可包括与第一开关器件302的栅极端子和第二开关器件304的栅极端子进行接口连接的电路。所述电路可被配置为提供用于对N沟道MOSFET器件进行操作的电压水平和电流水平。在其它配置中，所述电路可被配置为与不同技术的开关器件进行接口连接。
如图3所描绘的，当第一开关器件302和第二开关器件304两者均处于截止状态时，第一电力总线120和第二电力总线122被彼此隔离。来自第一辅助电池208和第一电力转换器210的电力被提供给第一电力总线120。来自第二辅助电池212和第二电力转换器214的电力被提供给第二电力总线122。在隔离状态下，在第一电力输入324和第二电力输入326之间不存在电力传输。当第一电力总线120连接到第一电力输入324并且第二电力输入326连接到第二电力总线122时，第一电力总线120和第二电力总线122被彼此隔离。
在图3的配置中，使第一开关器件302操作在导通状态并且使第二开关器件304操作在截止状态允许电流从第一电力总线120流向第二电力总线122。电流可流过第二二极管320，并且流过操作在导通状态的第一开关器件302。
在图3的配置中，使第二开关器件304操作在导通状态并且使第一开关器件302操作在截止状态允许电流从第二电力总线122流向第一电力总线120。电流可流过第一二极管322，并且流过操作在导通状态的第二开关器件304。
开关器件的布置允许在电力总线之间进行电力传输。电流流动基于第一开关器件302的操作状态和第二开关器件304的操作状态而沿着一个方向。配电控制器306可与第一电力转换器210和第二电力转换器214进行通信。
配电系统318还可包括第一电流测量装置316，所述第一电流测量装置316被配置为对流向第一电力总线120的电流进行测量。配电系统318还可包括第二电流测量装置317，所述第二电流测量装置317被配置为对流向第二电力总线122的电流进行测量。
针对图3中描绘的配置，也可限定配电系统318的类似的操作状态或操作模式。可限定第一电力总线120和第二电力总线被彼此隔离的隔离状态/隔离模式。该状态或模式可通过使第一开关器件302和第二开关器件304操作在截止状态来被实现。当第一电力总线120和第二电力总线122被彼此连接时，可限定连接状态/模式(电力传输启用模式)。当使第一开关器件302操作在截止状态并且使第二开关器件204操作在导通状态时，可限定第一连接状态。如前所述，在第一连接状态下，启用从第二电力总线122到第一电力总线120的电流流动。当第一开关器件302被操作在导通状态并且第二开关器件304被操作在截止状态时，第二连接状态可被限定。在第二连接状态下，启用从第一电力总线120到第二电力总线122的电流流动。
以下描述适用于任何配电系统118(例如，如图2中的标号218或图3中的标号318所描绘的)。配电系统118被操作以实现隔离状态和一个或更多个连接状态。所述连接状态可包括限定电力总线之间的电流流动或电力流动的方向的第一连接状态和第二连接状态。
下面的示例参考图2进行描述，但是也可被应用于图3。例如，配电控制器206的描述适用于图3(306)。配电控制器206可包括可被配置为实现用于实现所公开的策略的方法和过程的处理器。配电控制器206还可包括用于执行程序指令并存储程序和数据的易失性存储器和非易失性存储器。配电控制器206可实施控制策略以决定何时将第一电力总线120和第二电力总线122隔离以及何时将第一电力总线120和第二电力总线122连接。在一些配置中，配电控制器206可被配置为正常地以隔离模式操作配电系统218。在隔离操作模式下，第一开关器件202和第二开关器件204可被操作在截止状态。在隔离操作模式下，第一电力总线120和第二电力总线122被彼此隔离并且彼此独立地操作。
在一些配置中，配电控制器206可被配置为转换到操作的连接模式(或电力传输启用模式)。配电控制器206可被配置为根据从第一电力总线电流和第二电力总线电流推导出的电力传输请求来启用第一电力总线120与第二电力总线122之间的电力传输。电力传输请求可包括第一电力总线120与第二电力总线122之间的期望的电力流动方向。例如，配电控制器206可监测第一电力总线电流。如果第一电力总线电流超过预定电力传输阈值，则第二电力总线122可连接到第一电力总线120，以允许电力传输到第一电力总线120(例如，第一连接状态)。这可通过使第一开关器件202操作在导通状态来实现。随后可将电力从第二辅助电池212和第二电力转换器214传输到第一电力总线120。预定电力传输阈值可小于短路电流检测阈值。
此外，配电控制器206可监测第二电力总线电流。如果第二电力总线电流超过预定电力传输阈值，则第一电力总线120可连接到第二电力总线122，以允许电力传输到第二电力总线122(例如，第二连接状态)。这可通过如前所述的对开关器件进行操作来实现。随后可将电力从第一辅助电池208和第一电力转换器210传输到第二电力总线122。
用于启用电力传输操作模式的其它状况可包括第一电力转换器210或第二电力转换器214不工作的情况。也就是说，还可从第一电力转换器210的操作状态和第二电力转换器214的操作状态推导出电力传输请求。在电力转换器不工作的情况中，电力可从工作总线传输到具有未工作的电力转换器的电力总线。此外，当第一辅助电池208或第二辅助电池212中的一个具有小于预定荷电状态阈值的荷电状态时，可进入电力传输操作模式。预定荷电状态阈值可指示电池电量处于不能支持适当的操作电压的水平。也就是说，还可从第一辅助电池208和第二辅助电池212的荷电状态推导出电力传输请求。
配电控制器206可与第一电力转换器210和第二电力转换器214进行通信。响应于确定将要进入电力传输启用模式，配电控制器206可向供电总线的电力转换器发送请求或命令，以使输出电压上升。例如，如果将要进入第二连接模式，则可向第一电力转换器210发送请求以在预期进入所述连接模式时使电压上升。
当与电力总线中的一个相关联的电流测量值超过预定短路阈值时，可检测到短路状况。预定电流阈值可以是大于关联的电力总线的预期操作电流的电流水平。预定电流阈值可以是指示电力总线中的一个的短路状况的电流水平。预定电流阈值可被选择为使得配电控制器206可在比使位于电力接收总线中的熔断器断开的时间短的时间量内将电力总线隔离。这可防止供电总线经历严重的电压下降或波动。
第一开关器件202和第二开关器件204的操作可以是部分地基于电流测量信号的。例如，配电控制器206可监测从第一电流测量装置216得出的第一总线电流以及从第二电流测量装置217得出的第二总线电流。
当配电系统218正操作在连接操作模式中的一个时，配电控制器206可针对正在接收电力的电力总线中的短路状况进行监测。配电控制器206可对流向正在从另一个电力总线接收电力的电力总线的电流进行监测。例如，在第一连接操作模式下，第一开关器件202可处于导通状态。在该模式下，电流可从第二电力总线122流向第一电力总线120。在某些情况下，第一电力总线120可汲取过量的电流。例如，由于某种短路状况，第一电力总线120可变为通过低电阻信号路径而短接到地。在这种状况期间，第一电力总线120可汲取大电流。如果短路电流的持续时间超过预定持续时间，则相关联的熔断器132可断开。然而，根据熔断器132的操作特性，预定持续时间可能长到足以允许第一电力总线120的电压水平下降。短路状况下的延长操作可导致第一电力总线120和第二电力总线122两者的电压水平下降。配电控制器206可被配置为对短路状况进行检测并且通过将第一开关器件202切换到截止状态来将第一电力总线120与第二电力总线122隔离。在该模式下，短路状况可能仅影响第一电力总线120。连接到第二电力总线122的电组件可继续运行而不受影响。所述电组件包括具有冗余电力输入的那些电负载(诸如，AVSC 110)。AVSC 110可通过第二电力总线122继续运行。
配电控制器206可被配置为测量第一电力总线120的电压水平和第二电力总线122的电压水平。例如，电压感测电路可电连接到第一电力总线120和第二电力总线122。电压感测电路可将相关联的电压信号缩放和滤波到可由配电控制器206进行数字化的电压水平。配电控制器206可监测与第一电力总线120和第二电力总线122相关联的电压信号。
配电控制器206可被配置为基于第二电力总线122的电压信号将第一电力总线120与第二电力总线122隔离。例如，当配电系统218正操作在用于将电力从第二电力总线122传输到第一电力总线120的模式(例如，第一连接模式)时，如果第二电力总线122的电压水平下降到预定电压以下，则可将第一电力总线120与第二电力总线122隔离。预定电压可被选择为连接到第二电力总线122的电负载被配置为操作所处的最小电压水平。在一些配置中，预定电压可被选择为大于最小电压水平的值，以为电压提供安全余量。当以第二连接操作模式进行操作时，可采用类似的策略。
在另一操作模式下(例如，第二连接操作模式)，第二开关器件204可处于导通状态。在该模式下，电流可从第一电力总线120流向第二电力总线122。在特定情况下，第二电力总线122可汲取过量的电流。例如，由于某种短路状况，第二电力总线122可变为通过低电阻信号路径而短接到地。在这种状况期间，第二电力总线122可汲取大电流。如果短路电流的持续时间超过预定持续时间，则相关联的熔断器132可断开。以前面描述的相同方式，预定持续时间可长到足以允许第二电力总线122的电压水平下降。短路状况下的延长操作可导致第一电力总线120和第二电力总线122两者的电压水平下降。配电控制器206可被配置为对短路状况进行检测，并且通过将第二开关器件204切换到截止状态来将第一电力总线120与第二电力总线122隔离。在该模式下，短路状况可仅影响第二电力总线122。连接到第一电力总线120的电力组件可继续运行而不受影响。
配电控制器206还可被配置为基于第一电力总线120的电压信号将第一电力总线120与第二电力总线122隔离。例如，当配电系统218操作在用于将电力从第一电力总线120传输到第二电力总线122的模式(例如，第二连接操作模式)时，如果第一电力总线120的电压水平下降到预定电压以下，则可将第一电力总线120与第二电力总线122隔离。预定电压可被选择为连接到第一电力总线120的电负载被配置为操作所处的最小电压水平。在一些配置中，预定电压可被选择为大于最小电压水平的值，以为电压提供安全余量。
可通过响应于正在接收电流的总线中的电流超过阈值而操作在此描述的开关电路以将电力总线隔离，来实现用于保护车辆中的冗余电力总线的方法。所述方法还可包括响应于正在提供电流的总线上的电压下降到电压阈值以下而将电力总线隔离。
图4描绘了描述可由配电控制器(例如，206)执行的可行操作序列的流程图。在操作402，检查用于连接电力总线的状况。如果不存在用于连接总线的状况，则可重复操作402。
如果存在用于连接总线的状况，则可执行操作404。先前在此描述了用于连接电力总线的状况。在操作404，配电控制器206操作开关器件以将总线连接。例如，如果确定第二电力总线122需要电力，则可操作开关器件以实现第二连接操作模式。例如，开关器件204可被控制在导通状态，并且开关器件202可被控制在截止状态。
在操作406，配电控制器206对与每个电力总线相关联的电压信号和电流信号进行监测。在操作408，执行检查以识别短路状况。例如，可对与第二电力总线122相关联的电流信号进行监测。如果电流信号超过短路电流阈值，则可识别出短路状况。在一些配置中，当总线被连接时，任一总线上的电流超过阈值都可能导致总线被隔离。如果识别出短路状况，则可执行操作410。在操作410，配电控制器206操作开关器件以如先前在此描述地将电力总线隔离。例如，两个开关器件都可被操作在截止状态。
如果未识别出短路状况，则可执行操作412。在操作412，可执行检查以确定是否存在用于将电力总线隔离的其它状况。例如，车辆关闭状况可以是电力总线可被隔离的状况。其它状况可包括电力总线中的电流下降到电流阈值以下，所述电流阈值用于每个总线可在没有来自其它电力总线的帮助的情况下支持负载。如果不存在用于隔离电力总线的状况，则可重复操作406。也就是说，系统保持在连接状况，并且继续监测总线将被隔离的状况。
如果存在用于隔离电力总线的状况，则可执行操作414。在操作414，配电控制器206操作开关器件以将电力总线隔离。例如，两个开关器件都可被操作在截止状态。随后可重复操作402以检查用于连接总线的状况。
请注意，配电控制器(例如，206、306)的具体动作可取决于开关器件的配置。然而，如以上关于图2和图3所描述的，可执行将电力总线连接和隔离的操作。
配电系统118的优点在于：当总线中的一个上的负载状况增加时，可将电力总线连接。在负载增加期间，可连接两个电力总线以支持增加的负载。这有助于防止重载总线的总线电压下降。此外，配电系统118的操作确保了冗余电力架构的完整性。
描述的配电系统118的优点在于：在电力总线被连接时对短路状况进行检测。当电力总线中的一个电力总线处于短路状况时将电力总线进行快速隔离，能够防止其它电力总线受到影响。如果两个电力总线的电压水平下降至很低，则具有冗余电力输入的组件可能会受到影响。也就是说，具有冗余电力输入的组件(例如，AVSC 110)可能无法通过任一电压输入来运行。所描述的配电系统118的操作确保了电力总线中的至少一个被保持在适当的操作电压，使得冗余供电的组件可继续运行。这对于与执行自主驾驶策略相关的组件是特别有益的。例如，如果在自主驾驶时发生短路状况，则自主驾驶组件保持被供电并且保持可运行是有益的。任何正在进行的自主驾驶操纵都可被完成。可向车辆乘员提供关于受影响的电力总线可能存在问题的警告。例如，可在显示器上以灯或消息的形式来提供车辆服务警告。
在此公开的处理、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机，或者由处理装置、控制器或计算机来实现，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或者专用的电子控制单元。类似地，所述处理、方法或算法可以以多种形式被存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，所述多种形式包括但不限于信息被永久地存储在非可写存储介质(诸如，只读存储器(ROM)装置)上以及信息被可变地存储在可写存储介质(诸如，软盘、磁带、致密盘(CD)、随机存取存储器(RAM)装置以及其它磁介质和光学介质)上。所述处理、方法或算法还可被实现在软件可执行对象中。可选地，所述处理、方法或算法可使用合适的硬件组件(诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其它硬件组件或装置)或者硬件组件、软件组件和固件组件的组合来被整体或部分地实现。
虽然以上描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意在描述权利要求所涵盖的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下作出各种改变。如前所述，各个实施例的特征可被组合，以形成本发明的可能未被明确描述或示出的进一步的实施例。尽管各个实施例可能已被描述为提供优点或者在一个或更多个期望的特性方面优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应认识到，一个或更多个特征或特性可被折衷，以实现期望的整体系统属性，期望的整体系统属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、装配的容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式的实施例并不在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。

Claims (20)

1.一种车辆，包括：
第一总线和第二总线，被配置为：在公共电压范围内操作；
电力分配电路，被配置为：选择性地启用第一总线与第二总线之间的电力传输；
控制器，被配置为：根据从第一总线电流和第二总线电流推导出的电力传输请求，启用第一总线与第二总线之间的电力传输。
2.如权利要求1所述的车辆，其中，配电电路包括第一路径和第二路径，第一路径在第一总线与第二总线之间，第一路径包括第一开关器件且被配置为：选择性地允许电流从第一总线流向第二总线，第二路径包括第二开关器件且被配置为：选择性地允许电流从第二总线流向第一总线。
3.如权利要求2所述的车辆，其中，第一开关器件和第二开关器件是N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，第一总线连接到第一开关器件的漏极端子，第二总线连接到第二开关器件的漏极端子，第一开关器件的源极端子和第二开关器件的源极端子连接在一起。
4.如权利要求2所述的车辆，其中，第一路径包括与第二开关器件并联的第一二极管，并且第二路径包括与第一开关器件并联的第二二极管。
5.如权利要求1所述的车辆，其中，配电电路还被配置为：当电力传输未被启用时，将第一总线与第二总线隔离。
6.如权利要求1所述的车辆，其中，控制器被配置为：响应于流过第二总线的电流超过预定电流阈值，启用从第一总线到第二总线的电力传输。
7.如权利要求1所述的车辆，其中，控制器被配置为：响应于流过第一总线的电流超过预定电流阈值，启用从第二总线到第一总线的电力传输。
8.如权利要求1所述的车辆，还包括：连接到第一总线的第一转换器以及连接到第二总线的第二转换器，其中，控制器还被配置为：从第一转换器的操作状态和第二转换器的操作状态推导出电力传输请求。
9.如权利要求1所述的车辆，还包括：连接到第一总线的第一电池以及连接到第二总线的第二电池，其中，控制器还被配置为：从第一电池的荷电状态和第二电池的荷电状态推导出电力传输请求。
10.一种用于车辆的配电系统，包括：
开关电路，被配置为：选择性地启用第一总线与第二总线之间的电力流动，第一总线和第二总线在公共电压范围内操作；
控制器，被配置为：响应于电力流动处于非激活状态且流过第一总线的电流超过电流阈值，操作开关电路以启用从第二总线到第一总线的电力流动。
11.如权利要求10所述的配电系统，其中，控制器还被配置为：响应于电力流动处于非激活状态且流过第二总线的电流超过电流阈值，操作开关电路以启用从第一总线到第二总线的电力流动。
12.如权利要求10所述的配电系统，其中，控制器还被配置为：响应于电力流动处于非激活状态且连接到第二总线的电力转换器不能被操作为向第二总线提供电力，操作开关电路以启用从第一总线到第二总线的电力流动。
13.如权利要求10所述的配电系统，其中，控制器还被配置为：响应于电力流动处于非激活状态且连接到第一总线的电力转换器不能被操作为向第一总线提供电力，操作开关电路以启用从第二总线到第一总线的电力流动。
14.如权利要求10所述的配电系统，其中，控制器还被配置为：响应于电力流动处于非激活状态且连接到第二总线的电池的荷电状态小于预定荷电状态，操作开关电路以启用从第一总线到第二总线的电力流动。
15.如权利要求10所述的配电系统，其中，控制器还被配置为：响应于电力流动处于非激活状态且连接到第一总线的电池的荷电状态小于预定荷电状态，操作开关电路以启用从第二总线到第一总线的电流流动。
16.如权利要求10所述的配电系统，其中，开关电路包括与第一开关器件并联的第一二极管以及第二开关器件并联的第二二极管，第一开关器件和第二开关器件被串联布置在第一总线与第二总线之间，使得当从第二总线到第一总线的电力流动被启用时，电流流过第一二极管和第二开关器件。
17.一种方法，包括：
响应于电力流动处于非激活状态且流过第一总线的电流超过电流阈值，操作开关电路，以启用从第二总线到第一总线的电力流动，其中，开关电路被配置为：选择性地启用第一总线与第二总线之间的电力流动，第一总线和第二总线在公共电压范围内操作。
18.如权利要求17所述的方法，还包括：响应于电力流动处于非激活状态且流过第二总线的电流超过电流阈值，操作开关电路，以启用从第一总线到第二总线的电力流动。
19.如权利要求17所述的方法，还包括：响应于电力流动处于非激活状态且连接到第一总线的电力转换器不能被操作为向第一总线提供电力，操作开关电路，以启用从第二总线到第一总线的电力流动。
20.如权利要求17所述的方法，还包括：响应于电力流动处于非激活状态且连接到第二总线的电力转换器不能被操作为向第二总线提供电力，操作开关电路，以启用从第一总线到第二总线的电力流动。
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