CN112739578B - 辅助电源和用于提供辅助电力的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于包括主电源(2)的车辆的辅助电源。该辅助电源包括专用作诸如控制器和/或致动器的安全相关的部件(4)的备用电源的至少一个辅助电力单元(3)。

Description

辅助电源和用于提供辅助电力的方法
技术领域
本发明涉及一种辅助电源、一种冗余车辆电源系统、一种用于供应辅助电力的方法，尤其是涉及一种不对称的冗余电源架构。
背景技术
汽车行业中的电气化已引发了若干车辆部件的替换，从而产生了新的架构。例如，商用车辆的许多部件以前依赖于压缩空气作为能源用于控制和致动目的。针对若干安全相关的部件实施基于压缩空气的冗余电源系统。由于电气化，这些气动部件中的许多部件将由电动部件代替。另外，自动驾驶应用对车辆系统、尤其是对安全相关的单元提出了新的要求。
在DE 2006 10 10 713中公开了一种常规系统，其中，安全相关的消耗器与主系统和副系统电连接。消耗器由彼此非耦联的主系统和副系统冗余地供应电力。在DE 2007 10212 86中公开了另一种常规系统，其中描述了机电制动系统和具有故障安全电源的相关方法。
然而，需要另外的冗余电源架构来确保对车辆中相关部件的控制和致动安全。
发明内容
本发明的实施例涉及一种用于包括主电源的车辆的辅助(或副)电源。辅助电源包括至少一个辅助电力单元，其专用作至少一个安全相关的车辆部件的备用电源，尤其是专用作一个或多个控制器和/或一个或多个致动器的备用电源。
在正常操作下，主电源可以为安全相关的部件提供电力。但是，如果主电源出现故障，则辅助电源可以用来提供备用电力。只要主电源正确操作，辅助电源就可以不供应电力。另外，辅助电源可以专用于特定的安全相关的部件。其可以不是用于主电源的通用的冗余电源，以用于向所有车辆部件提供额外电力。应当理解，主电源可以提供与其自身应用无关的冗余。
应当由本发明的实施例进行保护的安全相关的部件尤其是那些在其故障的情况下对人员和/或负载构成直接威胁的部件(例如，控制单元、致动器、传感器等)。主电源的故障并非必然表示有错误或失灵。术语“故障”同样是指主电源不足或(几乎)无电并需要充电的情形。在这种情况下，主电源也不能确保车辆部件的正确运转。
为了进一步提高安全水平，辅助电力可以包括用于监控和管理辅助电力单元的管理单元。可选地，管理单元被配置为(例如，向驾驶员)提供指示用于执行操纵的剩余容量的负载信息。
可选地，所述至少一个辅助电力单元包括不同的专用的电能存储单元，以便在主电源故障的情况下为特定的一个或多个安全相关的部件提供独立的电力。
可选地，所述至少一个辅助电力单元包括比主电源的蓄电容量低的电容量。因此，实施例尤其涉及一种不对称电源。辅助电源的容量可以被调节给特定的安全相关的部件。
可选地，诸如一个或多个控制器或致动器的安全相关的部件是至少一个下述单元的一部分：转向单元、制动单元、车辆的电子控制单元、照明单元、传感器单元。
进一步的实施例涉及一种用于车辆的冗余电源系统。该系统包括：主电源，用于提供操作车辆的电力；以及如之前所限定的辅助电源，用于为至少一个安全相关的车辆部件提供备用电力。主电源适于为安全相关的车辆部件和其他车辆部件提供电力。另一方面，在主电源发生故障的情况下，辅助电源可以适于仅为安全相关的车辆部件提供备用电力。
可选地，冗余电源系统包括用于主电源的管理单元，用于监控和控制主电源并(例如，向驾驶员)提供指示主电源的负载状态的信息。
进一步的实施例涉及一种车辆，尤其是商用车辆，其具有如前所限定的冗余电源系统。
另一实施例涉及一种用于为具有主电源的车辆提供辅助电源的方法。该方法包括以下步骤：
—检测主电源中的故障(例如，通过管理单元之一)；
—从专用作备用电源的至少一个辅助电源单元为安全相关的部件(例如控制器和/或执行器)提供辅助电力。
该方法或其一部分也可以在软件或计算机程序产品中实现或由其造成。本发明的实施例尤其可以通过车辆的ECU中的软件或软件模块来实现。因此，实施例还涉及一种计算机程序，该计算机程序具有用于在该计算机程序在处理器上执行时执行所述方法的程序代码。
本发明的实施例的特定优点是：能够通过专用于安全相关的消耗器/应用/部件的附加的独立电源(辅助电源)来确保依赖于初级主电源的系统的冗余电源的能力。这些尤其包括用于对车辆安全性(例如，与制动、转向、感应周围环境等有关)至关重要的多个单元的应用或控制器或致动器。
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，附图中：
图1描绘了根据本发明实施例的电源架构。
具体实施方式
图1描绘了根据本发明实施例的电源架构。该电源架构包括主电源2和辅助电源3，这两个电源彼此独立。另外，车辆包括特定的安全相关的部件4，例如控制器、致动器、传感器或安全相关的应用所需的其他应用。根据本发明的实施例，这些安全相关的部件具有由辅助电源3实现的单独的备用系统。
例如，主电源2致力用于车辆的正常操作(在没有任何故障的情况下)，而辅助电源3为安全相关的车辆部件或应用4(例如转向、制动或任何其他致动)提供备用电力。车轮1的转向例如在正常操作期间由主电源2提供电力。然而，如果主电源2发生故障，则辅助电源3用作备用电力。
该辅助电源3可以专用于一个或多个特定的安全相关的部件4(控制器和/或致动器)。因此，根据进一步的实施例，为各种安全相关的部件提供额外的辅助电源。每个安全相关的部件甚至均可以拥有其自身的辅助电源。
电源系统可以包括用于辅助电源3的管理单元35和用于主电源2的管理单元25。辅助电源3的管理单元35能够监控辅助电力单元3并基于此提供负载信息。用于主电源2的管理单元25同样能够监控和控制主电源2。两个管理单元25、35可以彼此通信以交换例如有关故障的信息。
如果检测到主电源2出现故障，或者如果主电源2不能提供足够的能量来维持所有功能，则将例如由主电源2的管理单元25发出相应的信号并且该信号将转发到辅助电源3的管理单元35。响应于此，辅助电源3将向安全相关的部件4提供备用电力，以确保该部件的正确操作。
根据进一步的实施例，辅助电源3被连续地监控，以确保总是有足够的电力可用。与此相反，主电源2并非一定需要连续地监控。辅助电源3的监控可以包括对执行一定数量的操纵(制动动作、转向动作等)的能力的预测。如果监控显示没有足够的电力来维持特定的最小致动次数，则可以向驾驶员提交相应的消息。
由于安全相关的控制器和致动器4仅需要辅助电源3作为备用系统，并且由于这些部件4可能需要较少的能量(例如，传感器不需要太多能量)，因此辅助电源3的容量可低于主电源2的容量。因此，车辆电源是不对称的：大型主电源2与用于安全相关的部件4的一个或多个小型辅助电源3组合在一起，所述辅助电源的容量可小于主电源2的容量的一半或小于主电源2的容量的十分之一。
实施例的优点尤其涉及以下方面：
—提供了一种冗余电源架构，其可以特别应用于诸如转向/制动系统的安全相关的消耗器4。
—车辆的标准车载网络2(主电源)用作主电源电路，辅助电源3专门用作备用系统。不对称电源成为可能。
—辅助电源3包括与主电源2分离并绝缘的专用电能存储单元。
—主电源2的状况并非一定需要连续地监控。然而，可以对其进行监控用于进一步提高车辆的安全。
进一步的有利实施例涉及以下主题：
—一种冗余电源架构，其中，主车辆电源电路用作初级电路，附加电路用作安全相关的控制器和/或致动器的次级电路；
—所限定的冗余电源架构，其中，次级电路被监控，以便能够提供剩余操纵能力的预测；
—所限定的冗余电源架构，其中，初级电路也被监控，以便提高安全；
—所限定的冗余电源架构，其中，次级电路具有专用的电能存储单元(电池、超级电容器等)；
—所限定的冗余电源架构，其中，次级电路具有的电能存储单元与初级(主)电能存储单元相比容量更低；
—所限定的冗余电源架构，其中，所描述的电源架构能够提供车辆的安全相关的控制和/或致动器单元(例如转向和/或制动致动、控制ECU、光源等)。
说明书和附图仅示出了本公开的原理。因此将认识到，本领域技术人员将能够设计出各种布置，这些布置尽管未在本文中明确描述或示出，但是体现了本公开的原理并且被包括在其范围内。
此外，尽管每个实施例可以作为单独示例独立存在，但是应注意，在其他实施例中，所限定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。除非声明不希望特定组合，否则本文的公开内容涵盖这些组合。
附图标记列表
1 车轮
2 主电源
3 辅助电源
4 安全相关的控制器和/或致动器
25 用于主电源的管理单元
35 用于辅助电源的管理单元

Claims (7)

1.一种用于车辆的冗余电源系统，包括：
用于提供操作所述车辆的电力的主电源(2)；
用于至少一个安全相关的车辆部件(4)的辅助电源(3)，所述辅助电源包括专用作备用电源的至少一个辅助电力单元，
其中，所述主电源(2)适于为所述安全相关的车辆部件(4)和其他车辆部件提供电力，并且
其中，在所述主电源(2)发生故障的情况下，所述辅助电源(3)适于仅为所述安全相关的车辆部件(4)提供备用电力，
其特征在于，设有：
用于所述主电源(2)的管理单元(25)，该管理单元被配置为监控所述主电源(2)并提供指示所述主电源(2)的负载状态的信息，所述管理单元(25)被配置为，如果所述主电源(2)不能提供足够的能量来维持所有功能，则发出信号；
用于监控所述辅助电力单元的管理单元(35)，该用于监控所述辅助电力单元的管理单元(35)被配置成提供指示用于执行操纵的剩余容量的负载信息，所述操纵包括制动动作和/或转向动作，
其中，用于所述主电源的管理单元(25)和用于监控所述辅助电力单元的管理单元(35)适于彼此通信以交换有关故障的信息，用于所述主电源的管理单元(25)的信号被转发到用于监控所述辅助电力单元的管理单元(35)并且响应于此，所述辅助电源(3)被配置成向所述安全相关的车辆部件(4)提供备用电力，以确保该安全相关的车辆部件的正确操作。
2.根据权利要求1所述的冗余电源系统，
其特征在于，
所述至少一个辅助电力单元包括不同的专用的电能存储单元，以便在所述主电源(2)故障的情况下为所述安全相关的车辆部件(4)提供独立的电力。
3.根据权利要求1或2所述的冗余电源系统，
其特征在于，
所述至少一个辅助电力单元的电容量比所述主电源(2)的蓄电容量低。
4.根据权利要求1或2所述的冗余电源系统，
其特征在于，
所述安全相关的车辆部件(4)是至少一个下述单元的一部分：转向单元、制动单元、所述车辆的电子控制单元、照明单元、传感器单元。
5.一种车辆，
其特征在于，
设有根据权利要求1至4中任一项所述的冗余电源系统。
6.根据权利要求5所述的车辆，
其特征在于，
所述车辆是商用车辆。
7.一种用于为车辆提供辅助电力的方法，所述车辆具有用于提供操作所述车辆的电力的主电源(2)和用于至少一个安全相关的车辆部件(4)的辅助电源(3)，所述辅助电源包括专用作备用电源的至少一个辅助电力单元，该方法包括：
通过所述主电源(2)为所述安全相关的车辆部件(4)和其他车辆部件提供电力，
检测所述主电源(2)中的故障；
在所述主电源(2)中有故障的情况下，通过所述辅助电源(3)仅为所述安全相关的车辆部件提供备用电力，
其特征在于，
通过用于所述主电源(2)的管理单元(25)来监控所述主电源(2)并提供指示所述主电源(2)的负载状态的信息，所述管理单元(25)被配置为，如果所述主电源(2)不能提供足够的能量来维持所有功能，则发出信号；
通过用于监控所述辅助电力单元的管理单元(35)来提供指示用于执行操纵的剩余容量的负载信息，所述操纵包括制动动作和/或转向动作；以及
使用于所述主电源的管理单元(25)和用于监控所述辅助电力单元的管理单元(35)彼此通信以交换有关故障的信息；
将用于所述主电源的管理单元(25)的信号转发到用于监控所述辅助电力单元的管理单元(35)；并且
响应于此，通过所述辅助电源(3)向所述安全相关的车辆部件(4)提供备用电力，以确保该安全相关的车辆部件的正确操作。
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