CN110870034A - 用于控制功能构件的电气系统及用于驱动机动车辆的车轮的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电气系统(112、128)，其包括：‑电气装置(112)，包括：两个供电端子(114、116)，其旨在分别连接到电源(108)的正端子和负端子；功能部件(118)，其旨在由电源(108)供电；以及第一可控开关(120)，其放置在功能部件(118)和供电端子(114、116)之一之间；‑控制装置(128)，其设计成控制第一可控开关(120)以便控制功能部件(118)。该电气系统(112、128)还包括第二可控开关(122)，其放置在功能部件(118)和供电端子(114、116)之一之间，并且控制装置(128)还设计成检测电气装置(112)中的故障，并且在检测到故障的情况下，断开第二可控开关(122)以便停用功能部件(118)。

Description

用于控制功能构件的电气系统及用于驱动机动车辆的车轮的 系统
技术领域
本发明涉及安全地控制功能部件的领域。
背景技术
已知一种用于控制功能部件的电气系统，包括：
-电气装置，包括：
-两个供电端子，其旨在分别连接到电源的正端子和负端子；
-功能部件，其旨在由电源供电；
-第一可控开关，其放置在功能部件和供电端子之一之间；
-控制装置，其设计成控制第一可控开关以便控制功能部件。
通常，控制装置还设计成检测电气装置中的故障，并且在检测到故障的情况下命令第一开关断开，其作用是使功能部件与电源断开。
本发明的目的是提出一种用于控制功能部件的电气系统，该电气系统比上述的电气系统更加安全。
发明内容
为此，提出了一种用于控制功能部件的电气系统，该电气系统包括：
-电气装置，包括：
-两个供电端子，其旨在分别连接到电源的正端子和负端子；
-功能部件，其旨在由电源供电；
-第一可控开关，其放置在功能部件和供电端子之一之间；
-控制装置，其设计成控制第一可控开关以便控制功能部件，
该电气系统的特征在于，它还包括：
-第二可控开关，其放置在功能部件和供电端子之一之间，并且
控制装置还设计成检测电气装置中的故障，并且在检测到故障的情况下，断开第二可控开关以便停用功能部件。
借助于本发明，即使在第一可控开关发生故障的情况下，功能部件也可以与电源断开。
在特定实施例中，功能部件放置在第一可控开关和第二可控开关之间。
在特定实施例中，第一可控开关放置在功能部件和旨在连接到电源的负端子的供电端子之间。
在特定实施例中，第二可控开关放置在功能部件和旨在连接到电源的正端子的供电端子之间。可选地，第一可控开关是常闭开关。
同样可选地，第二可控开关是常开开关。
同样可选地，功能部件设计成以便根据一定的占空比交替地连接到电源和从电源断开，该占空比等于断开时间与周期时间相比，并且功能部件设计成选择性地采取在占空比小于预定阈值时的第一状态和在占空比大于预定阈值时的第二状态。
同样可选地，电气装置还包括电阻器，其放置在第一可控开关与供电端子之一之间，并且控制装置设计成根据流过电阻器的电流和/或在电阻器的端子处的电压来检测电气装置中的故障。
同样可选地，控制装置包括设计成控制第一可控开关的第一集成电路和设计成控制第二可控开关的第二集成电路。
同样可选地，第一集成电路设计成监控第二集成电路，以便检测第二集成电路中的故障，并且第二集成电路设计成监控第一集成电路，以便检测第一集成电路中的故障。
同样可选地，功能部件是设计成控制离合器的机电致动器。
还提出了一种用于驱动机动车辆的车轮的系统，该系统包括：
-电动机，其设计成驱动车轮；
-离合器，其设计成被启动以便将电动机连接到车轮，并且被停用以便将电动机与车轮断开；
-根据本发明的用于控制功能部件的电气系统，该功能部件是设计成控制离合器的机电致动器。
附图说明
唯一的附图示意性地示出了实现本发明的用于驱动机动车辆的后轮的系统。
具体实施方式
现在参考唯一的附图，将描述实现本发明的用于驱动机动车辆的后轮102的系统100。
驱动系统100首先包括机动车辆的后轮102。
驱动系统100还包括设计成驱动后轮102的电动机104。
驱动系统100还包括离合器106，其设计成被启动以便将电动机104连接到后轮102以及被停用以便使电动机104与后轮102断开。
驱动系统100还包括电源108。在所描述的示例中，电源108是例如包括电池的直流电压源。
驱动系统100还包括逆变器110，其设计成从电源108向电动机104提供来自交流电压。
驱动系统100还包括用于控制离合器106的装置112。
控制装置112首先包括连接到电源108的负端子(该负端子形成电接地)的第一供电端子114和连接到电源108的正端子的第二供电端子116。
控制装置112还包括旨在由电源108供电的功能部件118。在所描述的示例中，功能部件是机电致动器118，其设计成选择性地采取离合器106的启动状态和离合器106的停用状态。在所描述的示例中，机电致动器118包括螺线管和延伸到螺线管中的可移动杆。螺线管设计成在离合器106的启动位置(对应于电磁致动器118的启动状态)和离合器106的停用位置(对应于电磁致动器118的停用状态)之间选择性地移动杆。此外，在所描述的示例中，机电致动器118设计成根据一定的占空比交替地连接到电源108和从电源108断开，该占空比等于断开时间与周期时间相比。当占空比小于阈值SRC时，机电致动器118处于离合器106的停用状态。当占空比大于阈值SRC时，机电致动器118处于启动状态，因此启动离合器106。
控制装置112还包括放置在机电致动器118与供电端子之一(在所描述的示例中是第一供电端子114)之间的第一可控开关120。在所描述的示例中，第一可控开关120是常闭可控开关，即在没有控制的情况下，它的行为类似于闭合开关。例如，它包括N沟道MOSFET。
控制装置112还包括放置在机电致动器118与供电端子之一(在所描述的示例中是第二供电端子116)之间的第二可控开关122。在所描述的示例中，第二可控开关122是常开可控开关，即在没有控制的情况下，它的行为类似于断开开关。例如，它包括P沟道MOSFET。
控制装置112还包括放置在第一可控开关120和第一供电端子114之间的电阻器124。
控制装置112还包括测量装置126，其设计成测量流过电阻器124的电流I和在电阻器124的端子处的电压U。
驱动系统100还包括用于控制可控开关120、122和逆变器110的装置128。
控制装置128包括第一集成电路130和第二集成电路132。在所描述的示例中，第一集成电路130是微控制器，第二集成电路132是FPGA。
微控制器130设计成根据期望的占空比来控制第一可控开关120，以便控制机电致动器118。在所描述的示例中，微控制器通过向所述开关提供用于断开第一可控开关120的零栅极-源极电压和用于闭合所述开关的非零电压来控制第一可控开关120。微控制器130还设计成控制逆变器110。在所描述的示例中，为了使电子致动器118以正确的速度运动，微控制器设计成在1至3秒之间的切换时间内、例如优选在2秒内将占空比从0切换到1，反之亦然。
首先将微控制器130设计成处于操作状态。
在该操作状态下，当微控制器130接收到命令C以启动离合器106时，微控制器设计成控制第一开关120，从而将占空比移动到阈值SRC以上(在所描述的示例中至1)，以便将机电致动器118切换到离合器106的启动状态。此外，微控制器130控制逆变器110，使得电动机104提供非零扭矩。
此外，在该操作状态下，当微控制器130接收到命令C以停用离合器106时，微控制器设计成控制第一开关120，从而将较低的占空比移动到阈值SRC以下(在所描述的示例中至0)，以便将机电致动器118切换到离合器106的停用状态。此外，微控制器130控制逆变器110，使得电动机104提供零扭矩。
此外，微控制器130设计成接收车辆的速度V并且将其与预定阈值(例如130km/h)进行比较。
如果车辆的速度V大于预定阈值，则微控制器130设计成控制第一开关120，从而将占空比移动到阈值SRC以下(在所描述的示例中至0)，以便将机电致动器118切换到离合器106的停用状态。此外，微控制器130设计成控制逆变器110，使得电动机104提供零扭矩。此外，微控制器130设计成忽略命令C以启动离合器106。实际上，高速驱动后轮102是危险的。
如果车辆的速度V小于预定阈值，则微控制器130设计成切换到操作状态。
微控制器130还设计成在第一可控开关120闭合时接收电压U和电流I，并将它们分别与阈值SU和阈值SI进行比较。
如果电压U小于阈值SU或甚至电流I小于阈值SI，则微控制器130设计成检测控制装置112中的故障并控制第一开关120，从而将占空比移动到阈值SRC以下(在所描述的示例中至0)，以便将机电致动器118切换到离合器106的停用状态。此外，微控制器130设计成向FPGA132发送断开第二可控开关122的请求并控制逆变器110，使得电机106提供零扭矩。此外，微控制器130设计成忽略启动离合器106的命令C以及车辆的速度V。因此，离合器106不能被重新启动。
微控制器130还设计成监控FPGA132，以便检测其中的故障。例如，微控制器130在不同时刻将请求发送到FPGA132以获得响应。在没有响应的情况下或即使响应不符合，则微控制器130也确定FPGA132中存在故障。
如果微控制器130在FPGA132中检测到故障，则微控制器130设计成控制第一可控开关120，从而将占空比移动到阈值SRC以下(在所描述的示例中至0)，以便将机电致动器118切换到离合器106的停用状态。此外，微控制器130控制逆变器110，从而电机104提供零扭矩。此外，微控制器130忽略启动离合器106的命令和车辆的速度V。因此，离合器106不能被重新启动。
FPGA132设计成通过在所描述的示例中向所述开关提供用于断开第二可控开关122的零栅极-源极电压和用于闭合所述开关的非零电压来控制第二可控开关122。
FPGA132还设计成在第一可控开关120闭合时接收电流I和电压U，并且以便将它们分别与阈值SU和阈值SI进行比较。
如果电压U小于阈值SU或甚至电流I小于阈值SI，则FPGA132设计成检测控制装置112中的故障并命令第二可控开关122断开，以便将机电致动器118切换到离合器106的停用状态。
FPGA132还设计成监控微控制器130以便检测其中的故障。例如，FPGA132在不同时刻将请求发送到微控制器130以获得响应。在没有响应的情况下或即使响应不符合，则FPGA132也会确定微控制器130中存在故障。
如果FPGA132在微控制器130中检测到故障，则FPGA132命令第二开关122断开以将致动器118切换到离合器106的停用状态。此外，FPGA132控制逆变器110，使得电机104提供零扭矩。
此外，如果FPGA132从微控制器130接收到断开第二可控开关122的请求，则FPGA132设计成命令第二开关122断开，以便将致动器118切换到离合器106的停用状态。
本发明不限于前述实施例，相反，由所附权利要求书限定。实际上，对于本领域技术人员显而易见的是，可以对其进行修改。
例如，车轮可以是机动车辆的前轮。
此外，功能部件118可以是除设计成控制离合器的机电致动器以外的功能部件。
此外，权利要求中使用的术语不应被理解为限于先前描述的实施例的要素，相反，必须被理解为涵盖本领域技术人员能够从其常识中推断出的所有等同要素。

Claims (11)

1.一种用于控制功能部件(118)的电气系统(112、128)，包括：
-电气装置(112)，包括：
-两个供电端子(114、116)，其旨在分别连接到电源(108)的正端子和负端子；
-功能部件(118)，其旨在由所述电源(108)供电；
-第一可控开关(120)，其放置在所述功能部件(118)和所述供电端子(114、116)之一之间；
-控制装置(128)，其设计成控制所述第一可控开关(120)以便控制所述功能部件(118)，
该电气系统(112、128)的特征在于，它还包括：
-第二可控开关(122)，其放置在所述功能部件(118)和所述供电端子(114、116)之一之间，并且
所述控制装置(128)还设计成检测所述电气装置(112)中的故障，并且在检测到故障的情况下，断开所述第二可控开关(122)以便停用所述功能部件(118)。
2.如权利要求1所述的电气系统(112、128)，其中，所述功能部件(118)放置在所述第一可控开关(120)和所述第二可控开关(122)之间。
3.如权利要求1或2所述的电气系统(112、128)，其中，所述第一可控开关(120)是常闭开关。
4.如权利要求1至3中任一项所述的电气系统(112、128)，其中，所述第二可控开关(122)是常开开关。
5.如权利要求1至4中任一项所述的电气系统(112、128)，其中，所述功能部件(118)设计成以便根据一定的占空比交替地连接到所述电源(108)和从所述电源(108)断开，该占空比等于断开时间与周期时间相比，并且其中，所述功能部件(118)设计成选择性地采取在所述占空比小于预定阈值时的第一状态和在所述占空比大于所述预定阈值时的第二状态。
6.如权利要求1至5中任一项所述的电气系统(112、128)，其中，所述电气装置(112)还包括电阻器(124)，其放置在所述第一可控开关(120)与所述供电端子之一(114)之间，并且其中，所述控制装置(128)设计成根据流过所述电阻器(124)的电流(I)和/或在所述电阻器(124)的端子处的电压(U)来检测所述电气装置(112)中的故障。
7.如权利要求1至6中任一项所述的电气系统(112、128)，其中，所述控制装置(128)包括设计成控制所述第一可控开关(120)的第一集成电路(130)和设计成控制所述第二可控开关(122)的第二集成电路(132)。
8.如权利要求7所述的电气系统(112、128)，其中，所述第一集成电路(130)设计成监控所述第二集成电路(132)，以便检测所述第二集成电路(132)中的故障，并且其中，所述第二集成电路(132)设计成监控所述第一集成电路(130)，以便检测所述第一集成电路(130)中的故障。
9.如权利要求1至8中任一项所述的电气系统(112、128)，其中，所述功能部件(118)是设计成控制离合器(106)的机电致动器。
10.一种用于驱动机动车辆的车轮(102)的系统(100)，包括：
-电动机(104)，其设计成驱动所述车轮(102)；
-离合器(106)，其设计成被启动以便将所述电动机(104)连接到所述车轮(102)，并且被停用以便将所述电动机(104)与所述车轮(102)断开；
-如权利要求1至9中任一项所述的用于控制功能部件(118)的电气系统(112、128)。
11.如权利要求10所述的用于驱动机动车辆的车轮(102)的系统(100)，其中，所述车轮(102)是所述机动车辆的后轮。
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