CN112703143A - 用于控制电动车辆的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于控制电动车辆的系统。所述电动车辆包括用于推进所述车辆的主电源(5、9)和用于至少一个制动致动器(2)的至少一个制动电源(4、41、42、8)。所述系统包括用于控制至少一个推进致动器(3)的推进控制单元(7)和用于控制所述至少一个制动致动器(2)的至少一个制动控制单元(6、61、62)。所述推进控制单元(7)进一步被配置为控制一个或多个推进致动器(3)以执行备用制动或备用转向。

Description

用于控制电动车辆的系统和方法
技术领域
本发明涉及用于控制电动车辆的系统和方法，并且特别地涉及用于电动车辆的冗余架构。
背景技术
诸如制动系统的安全相关系统基于作为能源的压缩空气的致动现今很普遍。压缩空气存储在储气罐中，并且由压缩机产生。此类系统的管理和监视由诸如EAC(电子空气控制)或APU(空气处理单元)的中央控制单元执行。
电动车辆或混合动力车辆的推进致动器(驱动致动器，如电机)也能够产生一定水平的制动力。它们仅用作辅助或耐久制动源，因为推进致动器不能支持车辆动态功能，如ABS、ATC。
机动性的电气化程度不断提高引发各种车辆部件和架构的替换。结果，压缩空气系统也由电气或电子系统替换。因此，许多气动单元将由电动系统替换。除此之外，自动驾驶应用对车辆系统提出了一些新要求，尤其是与安全相关单元结合。因此，需要用于控制和/或致动不同部件的冗余电源系统。
DE 2006 10 10 713公开了一种用于车辆的常规电气系统，所述系统具有设置有初级和次级能量供应的至少一个安全相关负载。DE 2007 10 21 286公开了具有故障安全电源的用于机电制动系统的另一种常规系统以及相关联的方法。
然而，仍然需要可与安全相关应用结合用于电动车辆的其他冗余电源系统。
发明内容
这些问题中的一些通过根据权利要求1的系统、根据权利要求14的方法以及根据权利要求15的计算机程序产品解决。从属权利要求涉及独立权利要求的主题的特别有利的实现。
本发明的实施例涉及用于控制电动车辆的系统。电动车辆包括用于推进车辆的主电源和用于至少一个制动致动器的至少一个制动电源。所述系统包括用于控制至少一个推进(驱动)致动器的推进控制单元和用于控制所述至少一个制动致动器的至少一个制动控制单元。所述推进控制单元进一步被配置为控制一个或多个推进致动器以执行备用制动和/或备用转向。
任选地，所述推进控制单元被配置为耗散或回收(recuperate)在所述备用制动期间释放的制动能量。
任选地，所述系统包括所述推进致动器与所述至少一个制动控制单元之间的通信线路。所述至少一个制动控制单元可以被配置为经由所述通信线路控制所述车辆的所述推进。
所述系统还可以包括所述推进控制单元与所述至少一个制动控制单元之间的控制线路，用于交换有关一个部件故障的信息和/或用于提供备用控制。
任选地，所述推进控制单元和/或所述至少一个制动控制单元被配置为在每个车轮上单独地或按照车轴地(axle-wise)控制推进致动器。
任选地，所述至少一个制动电源包括彼此独立的第一制动电源和第二制动电源。所述至少一个制动控制单元可以包括第一制动控制单元和第二制动控制单元，所述第一制动控制单元和第二制动控制单元经由互连链路连接以在所述第一制动控制单元与所述第二制动控制单元之间交换信息和/或提供备用控制。
任选地，所述第一制动控制单元被配置为由所述第一制动电源供电。所述第二制动电源可以被配置为向所述第二制动控制单元供电。所述第一制动电源和所述第一制动控制单元可以与第一车轴相关联。所述第二制动电源与所述第二制动控制单元一起可以与所述车辆的不同车轴相关联。
任选地，所述至少一个推进致动器被配置为支持以下车辆动态功能中的至少一个：
防抱死系统(ABS)，
自动牵引力控制(ATC)，
拖滞扭矩控制(DTC)，
电子稳定程序(ESP)
请求扭矩和/或扭矩限制或扭矩矢量。
所述推进控制单元可以被配置为通过经由所述推进致动器提供高频调制和/或经由所述制动致动器提供低频调制来使能所述车辆动态功能中的至少一个。
任选地，所述推进控制单元和/或至少所有制动控制单元可以进一步被配置为接收驱动致动器马达速度信号。在制动系统的车轮速度传感器不可用的情况下，所述推进控制单元和/或至少所有制动控制单元可以将所述马达速度信号用作备用车轮速度信号以用于制动致动和/或用于车辆动态功能。
另外的实施例涉及用于电动车辆的推进系统。所述电动车辆包括用于安全相关消耗品的至少一个制动电源。所述推进系统包括：
用于推进所述车辆的主电源；
在每个车轮处的至少一个独立的推进致动器；以及
根据前述权利要求中任一项所述的用于控制电动车辆的系统。
另外的实施例涉及用于电动车辆的制动系统。所述电动车辆包括用于推进车辆的主电源。所述制动系统包括：
用于安全相关消耗品的至少一个制动电源；以及
根据前述权利要求中任一项所述的用于控制电动车辆的系统。
另外的实施例涉及电动车辆，特别是电动商用车辆，所述电动车辆具有：
如前所限定的推进系统；和/或
如前所限定的制动系统。
另外的实施例涉及用于控制电动车辆的方法。所述电动车辆包括用于推进车辆的主电源和用于至少一个制动致动器的至少一个制动电源。所述方法包括以下步骤：
通过推进控制单元控制至少一个推进致动器；
通过至少一个制动控制单元控制所述至少一个制动致动器；
在由所述至少一个制动控制单元检测到制动控制的故障时，控制一个或多个推进致动器执行备用制动或备用转向。
该方法也可以以软件的形式或作为计算机程序产品实施，并且本发明不应仅限于一种步骤顺序或者仅限于达到期望的效果。本发明的实施例特别地可以通过车辆的任意电子控制单元(ECU)中的软件或软件模块来实施。因此，实施例涉及具有其上存储有程序代码的非易失性存储器的计算机产品，当在处理器上执行所述程序代码时，用于执行所述方法。
本发明的实施例的特定优点涉及具有控制系统架构的冗余电源系统，所述系统特别适合于电动车辆的安全相关应用，诸如制动、转向、传感器、灯等。实施例的另一个优点涉及以下事实：在行车制动系统(service brake system)已经发生故障的情况下，车辆推进致动器充当备用制动系统。
附图说明
以下将仅以示例的方式并参考附图来描述系统和/或方法的一些示例，其中：
图1描绘了根据本发明的实施例的用于控制电动车辆的系统的系统，其具有按照车轴的单独储能器和单独控制单元。
图2描绘了用于控制电动车辆的系统的另一个实施例。
图3描绘了用于控制电动车辆的系统的又一个实施例。
图4描绘了用于控制电动车辆的系统的另一个实施例。
图5描绘了用于控制电动车辆的系统的再一个实施例。
具体实施方式
图1描绘了用于控制电动车辆的系统的第一实施例。电动车辆包括用于推进车辆的主电源5、9。针对每个车轮1单独地或至少按照车轴地使用推进或驱动致动器3来执行推进。车辆还包括专门用作制动系统2的电源的至少一个制动电源4、8，所述制动系统可以再次允许单独制动每个车轮1或制动车轮组合(例如，在一个车轴处)。所述至少一个制动电源4、8由一个或多个制动控制单元6、61、62控制，并且主电源5、9由推进控制单元7控制。
在图1的实施例中，所述至少一个制动电源4包括由第一制动控制单元61控制的第一制动电源41和由第二制动控制单元62控制的第二制动电源42。第一制动控制单元61和第二制动控制单元62通过互连链路12连接，以使得能够在两个制动控制单元61、62之间进行信息/数据交换。制动控制单元61、62还经由控制或通信线路13与推进控制单元7连接。另外，制动控制单元61、62经由线路10与制动致动器2连接，其中第一制动控制单元61控制例如前车轴，并且第二制动控制单元62控制例如后车轴。
类似地，推进控制单元7经由线路11连接到推进致动器3，所述线路可以允许独立地控制在每个车轮处或至少在每个车轴处的推进致动器3。推进致动器3可以是能够驱动在一个或两个车轴处的至少一个车轮1或两个车轮的电机。车轮1可以由电致动摩擦制动器2制动。为此，每个车轮1可以由单独的驱动单元3驱动并且由单独的制动单元2制动。动力传动系统由作为主电源5的一部分的能量存储装置(例如，电池或超级电容器或其他存储元件)供应，所述能量存储装置不仅可以为车辆的推进提供能量，还可以在回收式制动过程中接受能量。该动力传动系统由推进控制单元7控制。
主电源5经由电力供应线路9向推进致动器3和推进控制单元7提供电力。第一制动电源41/第二制动电源42经由电力供应线路8向第一制动控制单元61/第二制动控制单元62和制动单元2提供电力。
根据另外的实施例，例如当由推进致动器3产生制动力并且当推进电池(主电源5)为满时，推进马达(推进致动器3)可以连接到制动电阻器以耗散能量。
在图1的实施例中，制动系统包括两个独立的电力电路，并且它们中的每一个与具有专用制动控制单元61、62的专用能量存储单元(制动电路41、42)连接。由于它们经由通信互连链路12连接，因此两个制动控制单元61、62都能够控制任意车轮制动器2。在正常操作期间，它们中的一个被选为主单元，另一个被选为从单元。制动控制单元61、62可以提供以下控制命令/信号中的一个或多个：
与制动致动器的制动扭矩有关的信号，
使能如ABS(防抱死系统)、ATC(自动牵引力控制)、DTC(拖滞扭矩控制)、ESP(电子稳定程序)的车辆动态功能的命令，
来自推进单元的请求扭矩和/或扭矩限制，以用于回收，
用于支持车辆动态功能(扭矩矢量)。
如果制动电源41或42中的一个以及因此在一个车轴上发生故障(例如，一个电路的能源下线)，则其余的制动电路42或41的制动控制单元62或61可以接管制动控制的责任。故障车轴的驱动/推进致动器3可以执行支持制动致动，这可以由其余的制动控制单元62或61(经由数据连接14)来命令。特别地，推进致动器3甚至能够至少在一定水平上支持如ABS(为了避免车轮的锁定)或ATC(为了避免车轮的旋转)的车辆动态功能。为此，通过为推进致动器3提供高频调制和/或为制动致动器2提供低频调制(使用通信线路10)，推进控制单元7可以使能车辆动态功能。
附加的监视功能可以在推进/制动控制单元7、6、61、62内实现，或者可以由单独的管理单元(图1中未示出)提供。该监视特别包括监视专用能量存储单元4、41、42的所存储的能量水平或功能状态(关于仍然可能的操纵次数的估计，例如8次完全制动动作)。另外，还可以对主电源5进行监视和/或管理(例如，充电)，以将能量水平保持在目标水平，以能够执行限定的操纵(例如，所谓的最小风险操纵)以达到安全状态。
根据本发明的另外的实施例，例如当制动系统中的故障被检测时，制动控制单元61、62要求驱动致动器3在车轮上提供制动扭矩。因此，驱动系统和驱动致动器3充当制动系统的备用。为此，在推进控制单元7与制动控制单元6、61、62之间或在制动控制单元61、62与驱动致动器3之间或在推进控制单元与制动控制单元之间以及在制动控制单元与驱动致动器之间可使用通信/控制线路13、14。由于驱动致动器3可以针对每个车轮或对于完整的车轴单独地控制，因此驱动致动器3可以针对每个车轮单独地提供制动力。例如，制动需求可以从制动控制单元61、62中的一个通过推进控制单元7沿着路径经由元件/线路：6->13->7->11->3传播到驱动致动器3或直接传播到驱动致动器：6->14->3。如果通信/控制线路13、14两者都可用，则它们中的一个可被选为主控制线路，如果主控制线路不可用，则另一个作为备用线路。
由于各个车轮驱动致动器3可能能够在同一车轴上的车轮1上产生不同的扭矩，因此实施例甚至能够支持车辆的转向功能(如果转向辊半径为正)。
根据又一个实施例，推进控制单元7和/或制动控制单元6、61、62可以使用传输到驱动致动器3的马达速度信号作为备用，以实现制动、转向或其他车辆动态功能。
图2描绘了根据本发明的另一个实施例。它与图1的实施例的不同之处在于，仅设置一个制动控制单元6以经由通信线路10控制所有车轮1上的制动动作。制动控制单元6从制动电源中的一个(例如，从第二制动电源42)接收电力。
如在图1的实施例中那样，如果制动控制单元6发生故障，则驱动控制单元7接管控制。为此，在制动控制单元6发生故障(例如，损坏，但控制信号可以通过)的情况下，驱动控制单元7可以访问经由制动控制单元6通向制动致动器2的通信线路10。
所有其他部件或功能与图1的实施例中描述的相同，以使得在此可以避免重复描述。
图3示出了仅具有单个制动电源4和单个制动控制单元6的系统的又一个实施例。然而，可以维持系统中期望的冗余。在该实施例中，推进控制单元7适于通过执行包括控制制动致动器2的制动控制单元6的功能来控制制动系统。例如，在制动电源4和/或制动控制单元6中的任一个发生故障的情况下，可能需要这样做。
所有其他部件或功能与图1的实施例中描述的相同，以使得在此可以避免重复描述。
根据另外的实施例，车辆系统可以包括转向系统，所述转向系统包括至少一个转向致动器以及可能的集成转向控制单元。与制动系统一样，转向系统应该是冗余的，并且因此对于转向系统应有两个独立的电力电路可用。
图4描绘了具有这种转向系统15的系统的实施例。同样，大多数部件或功能与结合图1所述的相同。该实施例与图1的实施例的不同之处在于，附加的冗余电能存储单元16、17为转向系统15供电。因此，主电源5向驱动致动器3供电，制动电源41、42向制动系统8、2供电，并且附加的电源16、17向转向系统15供电。
类似于用于制动系统的能量存储单元41、42，该实施例可以包括对以下功能的附加监视：附加的电力电路的专用能量存储单元16、17的所存储的能量水平和/或功能状态(以预测的方式估计)。此外，该实施例可以实施充电管理(例如，针对充电状态)，以将这些能量存储单元16、17的能量水平保持在目标水平，以保留执行限定的操纵以达到安全状态所需的尽可能多的能量。该控制和管理可以通过相应的控制单元(图4中未示出)来执行。
图5描绘了本发明的另一个实施例，其中转向系统从制动电源41、42接收冗余电力。因此，制动系统的电力供应线路8(电路)和制动能量存储单元41、42与转向系统共享。电池的尺寸应考虑转向和制动系统两者的消耗。类似地，附加的电力电路的专用能量存储单元41、42的所存储的能量水平、功能状态(以预测的方式估计)再次由相应的控制单元监视和/或管理(例如，充电)。结果，这些能量存储单元41、42的能量水平可以保持在目标水平，以保留执行限定的操纵以达到安全状态所需的能量。
图4和5的实施例的所有其他部件或功能与图1的实施例中描述的相同，以使得在此可以避免重复的描述。
其他有利的实施例涉及以下主题：
用于电动车辆的冗余架构，所述冗余架构具有推进电源电路9、能量存储单元5和用于安全相关消耗品的至少一个附加独立能量存储器4以及分别用于推进和车辆动态系统的控制单元7、6，其中在发生故障的情况下，推进致动器3作为车辆的一个制动回路起作用。
限定的用于电动车辆的冗余架构，其中推进系统将制动能量回收到电池7。
限定的用于电动车辆的冗余架构，其中推进系统通过制动电阻器将制动能量耗散到环境中。
限定的用于电动车辆的冗余架构，其中推进系统由车辆动态控制单元6命令。
限定的用于电动车辆的冗余架构，其中推进系统包括每个车轮各自的推进致动器3。
限定的用于电动车辆的冗余架构，其中推进系统驱动车轴或车轴组。
限定的用于电动车辆的冗余架构，在冗余车辆动态控制器6之间具有互连通信线路12。
限定的用于电动车辆的冗余架构，其中车辆动态控制器单元由独立的电力电路供电。
限定的用于电动车辆的冗余架构，其中每个附加电力电路8和对应的能量存储单元4按照车轴分配。
限定的用于电动车辆的冗余架构，其中驱动致动器3支持车辆动态功能，ABS、ATC，以使得通过推进致动器来实现高频调制并且通过制动致动器来实现低频部分。
限定的用于电动车辆的冗余架构，其中在制动系统的车轮速度传感器不可用的情况下，驱动致动器的马达速度信号用作用于制动和车辆动态功能的备用车轮速度信号。
用于电动车辆的冗余架构，所述冗余架构具有推进电源电路9、能量存储单元5和用于安全相关消耗品的至少一个附加独立能量存储器4以及分别用于推进和车辆动态系统的控制单元7、6，其中在发生故障的情况下，推进致动器作为车辆的一个转向回路起作用。
限定的用于电动车辆的冗余架构，其中推进系统由车辆动态控制单元6命令。
限定的用于电动车辆的冗余架构，其中推进系统包括在转向轴上的每个车轮各自的推进致动器3。
说明书和附图仅示出了本公开的原理。因此，将理解，本领域技术人员将能够设计出尽管未在本文中明确描述或示出但体现了本公开的原理并且包括在其范围内的各种布置。
此外，尽管每个实施例可以作为单独的示例而独立存在，但是要注意，在其他实施例中，所定义的特征可以不同地组合，即，在一个实施例中描述的特定特征也可以在其他实施例中实现。除非指出不意图特定的组合，否则此类组合由在本文中的公开内容涵盖。
附图标记列表
1 车轮
2 制动致动器
3 推进/驱动致动器单元
4、41、42 制动电源(用于制动系统的能量存储器)
5 主电源(用于推进系统的能量存储器)
6、61、62 制动控制单元
7 推进控制单元
8 用于制动系统的能量供应线路
9 用于推进系统的能量供应线路
10 用于制动系统的通信/控制线路
11 用于推进系统的通信/控制线路
12 制动控制单元之间的互连、通信/控制线路
13 制动和推进控制单元之间的通信/控制线路
14 制动和推进致动器单元之间的通信/控制线路
15 转向系统(致动器和控制器)
16、17 转向系统专用的能量存储单元

Claims (15)

1.一种用于控制电动车辆的系统，所述电动车辆包括用于推进所述车辆的主电源(5、9)和用于至少一个制动致动器(2)的至少一个制动电源(4、41、42、8)，
其特征在于：
用于控制至少一个推进致动器(3)的推进控制单元(7)；以及
用于控制所述至少一个制动致动器(2)的至少一个制动控制单元(6、61、62)，
其中所述推进控制单元(7)进一步被配置为控制一个或多个推进致动器(3)以执行备用制动或备用转向。
2.根据权利要求1所述的系统，
其特征在于：
所述推进控制单元(7)被配置为耗散或回收在所述备用制动期间释放的制动能量。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，
其特征在于：
所述推进致动器(3)与所述至少一个制动控制单元(6、61、62)之间的通信线路(14)，其中所述至少一个制动控制单元(6、61、62)进一步被配置为经由所述通信线路(14)控制所述车辆的所述推进。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，
其特征在于：
所述推进控制单元(7)与所述至少一个制动控制单元(6、61、62)之间的控制线路(13)，用于交换有关一个部件故障的命令或信息和/或提供备用控制。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，
其特征在于：
所述推进控制单元(7)和/或所述至少一个制动控制单元(6)被配置为在每个车轮上单独地或按照车轴地控制推进致动器(3)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，
其特征在于：
所述至少一个制动电源(4、41、42)包括彼此独立的第一制动电源(41)和第二制动电源(42)，并且所述至少一个制动控制单元(6、61、62)包括第一制动控制单元(61)和第二制动控制单元(62)，所述第一制动控制单元和第二制动控制单元经由互连链路(12)相互连接以在所述第一制动控制单元(61)与所述第二制动控制单元(62)之间交换命令或信息和/或提供备用控制。
7.根据权利要求6所述的系统，
其特征在于：
所述第一制动控制单元(61)被配置为由所述第一制动电源(41)供电，并且所述第二制动电源(42)被配置为向所述第二制动控制单元(61)供电。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的系统，
其特征在于：
所述第一制动电源(41)和所述第一制动控制单元(61)与第一车轴相关联，并且所述第二制动电源(42)与所述第二制动控制单元(62)一起与所述车辆的不同车轴相关联。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，
其特征在于：
所述至少一个推进致动器(3)被配置为支持以下车辆动态功能中的至少一个：
防抱死系统(ABS)，
自动牵引力控制(ATC)，
拖滞扭矩控制(DTC)，
电子稳定程序(ESP)
请求扭矩和/或扭矩限制或扭矩矢量，
其中所述推进控制单元(7)被配置为通过经由所述推进致动器(3)提供高频调制和/或经由所述制动致动器(2)提供低频调制来使能所述车辆动态功能中的至少一个。
10.根据权利要求9所述的系统，
其特征在于：
所述推进控制单元(7)或至少所有制动控制单元(6、61、62)被配置为接收驱动致动器马达速度信号，
并且，在制动系统的车轮速度传感器不可用的情况下，将所述马达速度信号用作备用车轮速度信号以用于制动致动和/或用于车辆动态功能。
11.一种用于电动车辆的推进系统，所述电动车辆包括用于安全相关消耗品(2)的至少一个制动电源(4、41、42、8)，
其特征在于：
用于推进所述车辆的主电源(5、9)；
在每个车轮(1)处的至少一个独立的推进致动器(3)；以及
根据前述权利要求中任一项所述的用于控制电动车辆的系统。
12.一种用于电动车辆的制动系统，所述电动车辆包括用于推进所述车辆的主电源(5、9)，
其特征在于：
用于安全相关消耗品(2)的至少一个制动电源(4、41、42、8)；以及
根据前述权利要求中任一项所述的用于控制电动车辆的系统。
13.一种电动车辆，特别是电动商用车辆，
其特征在于：
根据权利要求11所述的推进系统；或者
根据权利要求12所述的制动系统。
14.一种用于控制电动车辆的方法，所述电动车辆包括用于推进所述车辆的主电源(5、9)和用于至少一个制动致动器(2)的至少一个制动电源(4、41、42、8)，
其特征在于：
通过推进控制单元(7)控制至少一个推进致动器(3)；
通过至少一个制动控制单元(6、61、62)控制所述至少一个制动致动器(2)；
在由所述至少一个制动控制单元(6、61、62)检测到制动控制的故障时，控制一个或多个推进致动器(3)执行备用制动或备用转向。
15.一种具有其上存储有程序代码的非易失性存储器的计算机产品，当在处理器上执行所述程序代码时，用于执行所述方法。
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