CN114274900A - 一种双电源冗余备份架构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双电源冗余备份架构及控制方法，包括配电器、HNS1线路、HNS2线路，所述HNS1线路的主线、所述HNS2线路的主线分别串联电源隔离器之后与所述配电器连接，所述HNS1线路上的负载、主电池、电源隔离器HNS1之间设置有BFD模块；所述HNS2线路上的负载、副电池、电源隔离器HNS2之间设置有BFD模块。本发明采用双电源冗余设计方案，保证在整车发生故障时能够实现功能降级，并提供足够的驾驶员接管时间。

Description

一种双电源冗余备份架构及控制方法

技术领域

本发明涉及车辆电源技术领域，特别是涉及一种双电源冗余备份架构及控制方法。

背景技术

EPS：电动助力撰写系统。一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元等组成。

IDC：互联网数据中心，电信部门利用已有的互联网通信线路、宽带资源，建立标准化的电信专业级机房环境，为企业、政府提供服务器托管、租用以及相关增值等方面的全方位服务。使用电电信的IDC服务器托管业务，企业或政府单位无需再建立自己的专门机房，铺设昂贵的通信线路。

ADAS：先进驾驶辅助系统。利用安装于车上的各式各样的传感器，在第一时间收集车内外的环境数据，进行静、动态物体的辨识、侦测与追踪等技术上的处理，从而能够让驾驶者在最快的时间察觉可能发生的危险，以引起注意和提高安全性的主动安全技术。

MDC：一套用来实时采集、并报表化和图表化车间的详细制造数据和过程的软硬件解决方案。应用至自动驾驶领域，则为汽车装上智能化引擎，使能自动驾驶的汽车大脑。

ACU：安全气囊控制器。是用于接收碰撞信号并控制安全气囊起爆，向安全气囊发出引爆指令的元件，一般装置于选档操作机构下部，驻车制动手刹前部的车体中央通道上。安全气囊控制器作为整个系统的核心，它是随着电子控制技术逐步发展的，其核心关键技术的发展将会体现在：对碰撞的准确判断、点火时刻的精确控制、超强的抗干扰能力和超高的可靠性及稳定性。

BFD：双向转发检测机制，提供毫秒级的检测，实现链路的快速检测。

Distributor：配电器。

QM负载：车辆的质量负载。

单电源供电在电源故障时，无法满足L3自动系统功能安全需求，极端情况会出现转向或者制动系统无法工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种双电源冗余备份架构及控制方法，采用双电源冗余设计方案，保证在整车发生故障时能够实现功能降级，并提供足够的驾驶员接管时间。

根据本发明的第一方面，提出一种双电源冗余备份架构，包括配电器、HNS1线路、HNS2线路，所述HNS1线路的主线、所述HNS2线路的主线分别串联电源隔离器之后与所述配电器连接，所述HNS1线路上的负载、主电池、电源隔离器HNS1之间设置有BFD模块；所述HNS2线路上的负载、副电池、电源隔离器HNS2之间设置有BFD模块。

进一步的，还包括DC/DC模块、QM负载，所述DC/DC模块与所述配电器连接，所述QM负载与所述配电器连接。

进一步的，所述主电池的正极与所述HNS1线路上的所述BFD模块连接、所述副电池的正极与所述HNS2线路上的所述BFD模块连接。

进一步的，所述HNS1线路、所述HNS2线路上均负载EPS、IDC。

进一步的，所述HNS1线路的负载还包括轮速传感器、车身域控制器、前灯总成、ADAS、MDC。

进一步的，所述HNS2线路的负载还包括制动踏板传感器、卡钳、油门踏板、碰撞传感器、ACU。

进一步的，所述BFD模块分流控制线路上所搭载的负载。所述BFD模块基于双向转发检测机制，实现上层供电线路对下辖负载的供电的独立控制。

根据本发明的第二方面，提供了一种双电源冗余备份架构的控制方法，包括：

当HNS1线路开路时，所述电源隔离器HNS1闭合，所述电源隔离器HNS2闭合，EPS功能切换到HNS1线路供电，制动功能切换到HNS2线路供电；

当HNS1线路短路时，所述电源隔离器HNS1断开，所述电源隔离器HNS2闭合，EPS功能切换到HNS2线路供电，制动功能切换到HNS2线路供电；

当HNS2线路开路时，所述电源隔离器HNS1闭合，所述电源隔离器HNS2闭合，EPS功能切换到HNS1线路供电，制动功能切换到HNS1线路供电；

当HNS2线路短路时，所述电源隔离器HNS1闭合，所述电源隔离器HNS2断开，EPS功能切换到HNS1线路供电，制动能够切换到HNS1线路供电。

进一步的，当基础负载支路开路时，所述电源隔离器HNS1闭合，所述电源隔离器HNS2闭合，EPS功能由DC/DC模块双路供电，制动功能由DC/DC模块双路供电；

当基础负载支路短路时，所述电源隔离器HNS1断开，所述电源隔离器HNS2断开，EPS功能由主、副电池供电，制动功能由主、副电池供电。

进一步的，当DC/DC模块开路时，所述电源隔离器HNS1断开，所述电源隔离器HNS2断开，EPS功能由主、副电池供电，制动功能由主、副电池供电；

当DC/DC模块过压时，所述电源隔离器HNS1断开，所述电源隔离器HNS2断开，EPS功能由主、副电池供电，制动功能由主、副电池供电。

本发明的有益效果为：

本发明提供了一种双电源冗余备份架构及控制方法，采用双低压双电源冗余方案，对非安全负载和安全负载电路进行故障隔离，在整车发生故障时能够实现功能降级，并提供足够的驾驶员接管时间。

相对于双DC/DC方案而言，本发明的技术方案在进行实施时的成本大幅度降低。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种双电源冗余备份架构的示意图。

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明实施例和现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创在性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。另，设计方位的属于仅表示各部件间的相对位置关系，而不是绝对位置关系。

实施例一

根据本发明的第一方面，提供了一种双电源冗余备份架构，请参阅图1，包括配电器、HNS1线路、HNS2线路，所述HNS1线路的主线、所述HNS2线路的主线分别串联电源隔离器之后与所述配电器连接，所述HNS1线路上的负载、主电池、电源隔离器HNS1之间设置有BFD模块；所述HNS2线路上的负载、副电池、电源隔离器HNS2之间设置有BFD模块。

应当明确的是，供电线路还包括DC/DC模块、QM负载，DC/DC模块与配电器（Distributor）连接，QM负载与配电器连接，如图1中所示。

HNS1线路与HNS2线路并行设置，HNS1线路的主线的前端串联电源隔离器HNS1之后与配电器连接，HNS1线路的主线的后端与BFD模块连接 BFD模块与HNS1线路上的负载之间建立连接，使得BFD模块能够对上层供电线路与下辖线路负载之间进行双向故障检测，以判断线路、负载的状态，进而实现电力供应的选择性控制。HNS1线路上配备有主电池，主电池可用于给线路上的负载进行供电，主电池的正极与BFD模块连接。

HNS2线路的主线前端串联电源隔离器HNS2之后与配电器连接，HNS2线路的主线的后端与BFD模块连接，BFD模块与HNS2线路上的负载之间建立连接，使得BFD模块能够对上层供电线路与下辖线路负载之间进行双向故障检测，以判断线路、负载的状态，进而实现电力供应的选择性控制。HNS2线路上配备有副电池，副电池可用于给线路上的负载进行供电，副电池的正极与BFD模块连接。

主电池的负极、副电池的负极、线路上的各负载的负极均接地。

可以理解的是，当主电池、副电池进行充电时，可通过BFD模块检测电池的性能状态，以判断电池是否能够充电。进一步的，可通过电源隔离器的通断对主电池、副电池进行独立充电、双线充电。

本发明的实施例中，HNS1线路与HNS2线路上可对EPS、IDC进行供电。进一步的，HNS1线路上的负载还包括转速传感器、车身域控制器、前灯总成、ADAS、MDC等；HNS2线路上的负载还包括制动踏板、卡钳、油门踏板、碰撞传感器、ACU等。

可以理解的是，当对应线路上的电源隔离器断开时，线路上的负载可通过线路对应的电池进行供电作业。

实施例二

根据本发明的第二方面，提供了一种双电源冗余备份架构的控制方法，基于实施例一的架构，可实现以下的逻辑控制，可适用于电源短路、断路，过电压场景，满足L3以上自动驾驶功能安全需求。双电源冗余策略的适用场景可包括：

故障模式1：当HNS1线路开路时，所述电源隔离器HNS1闭合，所述电源隔离器HNS2闭合，EPS功能切换到HNS1线路供电，制动功能切换到HNS2线路供电。

此种逻辑控制下，电网电压无变化，供电路径为：DC/DC模块至配电器（Distributor），由配电器（Distributor）至电源隔离器HNS2，再由电源隔离器HNS2至BFD模块，最终由BFD模块至负载。负载可选择性独立使用。

故障模式2：当HNS1线路短路时，所述电源隔离器HNS1断开，所述电源隔离器HNS2闭合，EPS功能切换到HNS2线路供电，制动功能切换到HNS2线路供电。

此种逻辑控制下，电网电压无变化，供电路径为：DC/DC模块至配电器（Distributor），由配电器（Distributor）至电源隔离器HNS2，再由电源隔离器HNS2至BFD模块，最终由BFD模块至负载。负载可选择性独立使用。

故障模式3：当HNS2线路开路时，所述电源隔离器HNS1闭合，所述电源隔离器HNS2闭合，EPS功能切换到HNS1线路供电，制动功能切换到HNS1线路供电。

此种逻辑控制下，电网电压无变化，供电路径为：DC/DC模块至配电器（Distributor），由配电器（Distributor）至电源隔离器HNS1，再由电源隔离器HNS1至BFD模块，最终由BFD模块至负载。负载可选择性独立使用。

故障模式4：当HNS2线路短路时，所述电源隔离器HNS1闭合，所述电源隔离器HNS2断开，EPS功能切换到HNS1线路供电，制动能够切换到HNS1线路供电。

此种逻辑控制下，电源电压拉低，供电路径为：DC/DC模块至配电器（Distributor），由配电器（Distributor）至电源隔离器HNS1，再由电源隔离器HNS1至BFD模块，最终由BFD模块至负载。负载可选择性独立使用。

对于线路上的负载而言：

故障模式5：当基础负载支路开路时，所述电源隔离器HNS1闭合，所述电源隔离器HNS2闭合，EPS功能由DC/DC模块双路供电，制动功能由DC/DC模块双路供电。

此种逻辑控制下，电网电压无变化。

HSN1线路上的供电路径为：DC/DC模块至配电器（Distributor），由配电器（Distributor）至电源隔离器HNS1，再由电源隔离器HNS1至BFD模块，最终由BFD模块至负载。

HNS2线路上的供电路径为：电源隔离器HNS2至BFD模块，再由BFD模块至负载。

故障模式6：当基础负载支路短路时，所述电源隔离器HNS1断开，所述电源隔离器HNS2断开，EPS功能由主、副电池供电，制动功能由主、副电池供电。

此种逻辑控制下，HNS1线路电压50ms恢复正常、HNS2线路电压50ms恢复正常。

HSN1线路上的供电路径为：主电池至电源隔离器HNS1，由电源隔离器HNS1至BFD模块，再由BFD模块至负载，最终由负载至QM负载。

HNS2线路上的供电路径为：副电池至电源隔离器HNS2，由电源隔离器HNS2至BFD模块，最终由BFD模块至负载。

对于DC/DC模块而言，当DC/DC模块的供电出现故障时：

故障模式7：当DC/DC模块开路时，所述电源隔离器HNS1断开，所述电源隔离器HNS2断开，EPS功能由主、副电池供电，制动功能由主、副电池供电。

此种逻辑控制下，电网电压无变化。

HSN1线路上的供电路径为：主电池至电源隔离器HNS1，由电源隔离器HNS1至BFD模块，再由BFD模块至负载，最终由负载至QM负载。

HNS2线路上的供电路径为：副电池至电源隔离器HNS2，由电源隔离器HNS2至BFD模块，最终由BFD模块至负载。

故障模式8：当DC/DC模块过压（50V）时，所述电源隔离器HNS1断开，所述电源隔离器HNS2断开，EPS功能由主、副电池供电，制动功能由主、副电池供电。

此种逻辑控制下，HNS1线路：电压正常；HNS2线路：电压正常。

HSN1线路上的供电路径为：主电池至电源隔离器HNS1，由电源隔离器HNS1至BFD模块，再由BFD模块至负载，最终由负载至QM负载。

HNS2线路上的供电路径为：副电池至电源隔离器HNS2，由电源隔离器HNS2至BFD模块，最终由BFD模块至负载。

可以理解的是，在一个具体的实例中，DC/DC的输出电压可为12V，过压电压可定义为50V。主电池、副电池均为低压冗余备份。

应当明确的是，根据本发明的冗余备份架构以及控制方法，亦可将低压冗余备份变更为双高压动力电池策略，满足L3以上功能安全需求。进一步的，可配置双DCDC的测量，满足L3以上功能安全需求。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施例只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双电源冗余备份架构，其特征在于，包括配电器、HNS1线路、HNS2线路，所述HNS1线路的主线、所述HNS2线路的主线分别串联电源隔离器之后与所述配电器连接，所述HNS1线路上的负载、主电池、电源隔离器HNS1之间设置有BFD模块；所述HNS2线路上的负载、副电池、电源隔离器HNS2之间设置有BFD模块。

2.根据权利要求1所述的一种双电源冗余备份架构，其特征在于，还包括DC/DC模块、QM负载，所述DC/DC模块与所述配电器连接，所述QM负载与所述配电器连接。

3.根据权利要求1所述的一种双电源冗余备份架构，其特征在于，所述主电池的正极与所述HNS1线路上的所述BFD模块连接、所述副电池的正极与所述HNS2线路上的所述BFD模块连接。

4.根据权利要求1所述的一种双电源冗余备份架构，其特征在于，所述HNS1线路、所述HNS2线路上均负载EPS、IDC。

5.根据权利要求4所述的一种双电源冗余备份架构，其特征在于，所述HNS1线路的负载还包括轮速传感器、车身域控制器、前灯总成、ADAS、MDC。

6.根据权利要求4所述的一种双电源冗余备份架构，其特征在于，所述HNS2线路的负载还包括制动踏板传感器、卡钳、油门踏板、碰撞传感器、ACU。

7.根据权利要求1所述的一种双电源冗余备份架构，其特征在于，所述BFD模块分流控制线路上所搭载的负载。

8.根据所述权利要求1-7中任一项所述的一种双电源冗余备份架构的控制方法，其特征在于，包括：

当HNS1线路开路时，所述电源隔离器HNS1闭合，所述电源隔离器HNS2闭合，EPS功能切换到HNS1线路供电，制动功能切换到HNS2线路供电；

当HNS1线路短路时，所述电源隔离器HNS1断开，所述电源隔离器HNS2闭合，EPS功能切换到HNS2线路供电，制动功能切换到HNS2线路供电；

当HNS2线路开路时，所述电源隔离器HNS1闭合，所述电源隔离器HNS2闭合，EPS功能切换到HNS1线路供电，制动功能切换到HNS1线路供电；

当HNS2线路短路时，所述电源隔离器HNS1闭合，所述电源隔离器HNS2断开，EPS功能切换到HNS1线路供电，制动能够切换到HNS1线路供电。

9.根据权利要求8所述的一种双电源冗余备份架构的控制方法，其特征在于，包括：

当基础负载支路开路时，所述电源隔离器HNS1闭合，所述电源隔离器HNS2闭合，EPS功能由DC/DC模块双路供电，制动功能由DC/DC模块双路供电；

当基础负载支路短路时，所述电源隔离器HNS1断开，所述电源隔离器HNS2断开，EPS功能由主、副电池供电，制动功能由主、副电池供电。

10.根据权利要求8所述的一种双电源冗余备份架构的控制方法，其特征在于，包括：

当DC/DC模块开路时，所述电源隔离器HNS1断开，所述电源隔离器HNS2断开，EPS功能由主、副电池供电，制动功能由主、副电池供电；

当DC/DC模块过压时，所述电源隔离器HNS1断开，所述电源隔离器HNS2断开，EPS功能由主、副电池供电，制动功能由主、副电池供电。

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