CN114435150B - 用于控制牵引系统中的接触器的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制牵引系统中的接触器的方法，牵引系统具有多个运行模式，一个相应的运行模式具有多个状态，这些状态由至少一个相应的目标状态和至少一个中间状态构成，牵引系统借助于相应的命令通过这些相应的状态之间的相应过渡而采取相应的状态，对于相应的状态为牵引系统指定开关表中的这些接触器的相应的开关位置，对于相应的接触器在开关时间表中保存闭合时长和断开时长，相应的状态通过由状态自动机固定预定的流程来实现，状态自动机通过控制程序实现，通过控制程序根据开关表借助于开关时间表来控制这些接触器。另外提出了一种实现该方法的系统。

Description

用于控制牵引系统中的接触器的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于控制牵引系统中的接触器的方法。另外提出了一种实现该方法的系统。
背景技术
在电动车辆中，在牵引系统中使用交流电池，其中通过连续变化地连接直流电压源来产生用于对电机进行交流电供应的一个或多个相。在牵引系统中布置有由控制器控制的接触器，以便中断或闭合不同部件之间的电连接。
文件US 2018/0043783 A1公开了一种包括控制器、中继器和接触器线圈的车辆系统。该中继器被配置为，使其在闭合状态下在牵引电池与电负载之间传输电流。控制器如此操作开关，使得由于从牵引电池穿过线圈和开关(其中绕过了中继器)的电流实现了将中继器关闭并且可以进行负载的预充电。
在文件US 2017/005371 A1中说明了用于储存能量以由电动车辆使用的系统和方法。这些系统包括电池串，这些电池串可以彼此独立地经由相应的可控开关与车辆电源相连。
美国文件US 2018/0072179 A1公开了一种高压锁定系统，该高压锁定系统包括具有接触器和分流连接器的第一模块以及具有第一电路和第二电路的第二模块，该第一电路和第二电路经由第一导线和第二导线与第一模块相连。第二模块响应于分流部的阻抗超过阈值来阻止用于开关该接触器的信号。
而在电动车辆的运行期间，可能希望牵引系统的不同运行状态，这些运行状态造成交流电池、电动机和连接外设的不同连接方式。因此，依据例如是进行在充电桩处的充电还是交流电池的用于牵引的放电，交流电池与电动机之间的连接被接触器断开或闭合。
对于一个相应的运行状态，从牵引系统的部件的相应的硬件连接方式、危险和风险分析以及功能安全性规定得出对接触器控制的要求，依据类型不同，这些接触器可能具有例如不同的常态位置(常开或常闭)和不同的开关时间。
发明内容
在此背景下，本发明的目的是提出一种用于控制牵引系统中的接触器的方法，其中对于牵引系统的不同运行状态，实现了牵引系统的部件的相应由接触器引起的连接方式。在此，出于安全性相关的考虑，应找到一种硬件解决方案。另外应提出一种实现该方法的系统。
本发明的目的通过下述1和7来实现，下述2-6和8-12为本发明的优选技术方案。
1.一种用于操控牵引系统中的接触器的方法，其中该牵引系统包括交流电池、电动机、至少一个外设单元、多个电压和电流传感器、多个接触器以及带有硬件可编程的处理器单元的控制器，这些接触器被布置在与该交流电池以及与该电动机以及与该至少一个外设单元的电连接中，在该控制器上配置有在开始运行时操控这些接触器的控制程序并且在配置之后存在该处理器单元的与操控这些接触器相关的固态半导体电路结构，其中所述牵引系统具有多个运行模式，其中相应的运行模式由车辆总控制器预定，其中一个相应的运行模式具有多个状态，这些状态由至少一个相应的目标状态和至少一个中间状态构成，其中该牵引系统借助于相应的命令通过这些相应的状态之间的相应过渡而采取相应的状态，其中对于相应的状态为该牵引系统指定开关表中的这些接触器的相应的开关位置，其中对于相应的接触器在开关时间表中保存闭合时长和断开时长，其中相应的状态通过由状态自动机固定预定的流程来实现，其中该状态自动机通过该控制程序实现，并且其中通过该控制程序根据该开关表借助于该开关时间表来控制这些接触器。
2.根据前述1所述的方法，其中具有相应目标状态和至少一个相应的中间状态的这些运行模式至少选自以下清单：在先前的中间状态“电源传感器检查”之后以“空闲”为目标状态的运行模式“加电-掉电”，在先前的中间状态“电机传感器检查”之后以“电机”为目标状态的运行模式“电机”，在先前的中间状态“直流电流传感器检查”之后以“直流充电”为目标状态的运行模式“直流充电”，在先前的中间状态“交流电流传感器检查”之后以“交流充电”为目标状态的运行模式“交流充电”，在先前的中间状态“空闲错误”之后以“初始”为目标状态的运行模式“错误”，在先前的中间状态“掉电”之后以“关机”为目标状态的运行模式“关闭”。
3.根据前述之一所述的方法，其中该至少一个外设单元选自以下清单：绝缘监测器、低压直流转换器、充电插头、CAN总线。
4.根据前述之一所述的方法，其中选择FPGA作为处理器单元，并且其中该状态自动机通过该控制程序借助于FPGA上的VHDL模块作为硬件程序实现。
5.根据前述之一所述的方法，其中该硬件可编程的处理器单元包括至少一个附加的微处理器核心，在该微处理器核心上作为软件来实施比该硬件编程的控制程序所实现的状态自动机高阶的元状态自动机。
6.根据前述之一所述的方法，其中用于操控这些接触器的该控制程序在开始运行时被在该硬件可编程的处理器单元上的程序加载器配置。
7.一种用于操控牵引系统中的接触器的系统，其中该牵引系统包括交流电池、电动机、至少一个外设单元、多个电压和电流传感器、多个接触器以及带有硬件可编程的处理器单元的控制器，这些接触器被布置在与该交流电池以及与该电动机以及与该至少一个外设单元的电连接中，其中该硬件可编程的处理器单元被设计为用于在开始运行时配置用于操控这些接触器的控制程序，由此在配置之后存在该处理器单元的与操控这些接触器相关的固态半导体电路结构，其中所述牵引系统具有多个运行模式，其中相应的运行模式由车辆总控制器预定，其中一个相应的运行模式具有多个状态，其中该多个状态由至少一个相应的目标状态和至少一个中间状态构成，其中该牵引系统能够借助于相应的命令通过这些相应的状态之间的相应过渡而采取该多个状态中的一个相应的状态，其中对于相应的状态为该牵引系统指定开关表中的这些接触器的相应的开关位置，其中对于相应的接触器在开关时间表中保存闭合时长和断开时长，其中相应的状态能够通过由状态自动机固定预定的流程来实现，其中该状态自动机通过该控制程序实现，并且其中能够通过该控制程序根据该开关表借助于该开关时间表来控制这些接触器。
8.根据前述7所述的系统，其中具有相应目标状态和至少一个相应的中间状态的这些运行模式至少选自以下清单：在先前的中间状态“电源传感器检查”之后以“空闲”为目标状态的运行模式“加电-掉电”，在先前的中间状态“电机传感器检查”之后以“电机”为目标状态的运行模式“电机”，在先前的中间状态“直流电流传感器检查”之后以“直流充电”为目标状态的运行模式“直流充电”，在先前的中间状态“交流电流传感器检查”之后以“交流充电”为目标状态的运行模式“交流充电”，在先前的中间状态“空闲错误”之后以“初始”为目标状态的运行模式“错误”，在先前的中间状态“掉电”之后以“关机”为目标状态的运行模式“关闭”。
9.根据前述7或8之一所述的系统，其中该至少一个外设单元得自以下清单：绝缘监测器、低压直流转换器、充电插头、CAN总线。
10.根据前述7至9之一所述的系统，其中该处理器单元为FPGA，并且其中该状态自动机通过该控制程序借助于FPGA上的VHDL模块作为硬件实现。
11.根据前述7至10之一所述的系统，其中该硬件可编程的处理器单元包括至少一个附加的微处理器核心，在该微处理器核心上能够作为软件来实施比该硬件编程的控制程序所实现的状态自动机高阶的元状态自动机。
12.根据前述7至11之一所述的系统，其中该系统附加地具有程序加载器，其中该程序加载器被设计为用于在开始运行时在该硬件可编程的处理器单元上配置用于操控这些接触器的该控制程序。
为了实现上述目的，提供了一种用于操控牵引系统中的接触器的方法，其中该牵引系统包括交流电池、电动机、至少一个外设单元、多个电压和电流传感器、多个接触器以及带有硬件可编程的处理器单元的控制器，这些接触器被布置在与该交流电池以及与该电动机以及与该至少一个外设单元的电连接中，在该控制器上配置有在开始运行时操控这些接触器的控制程序并且在配置之后存在该处理器单元的与操控这些接触器相关的固态半导体电路结构。该牵引系统具有多个运行模式，其中相应的运行模式由车辆总控制器预定。一个相应的运行模式具有多个状态，这些状态由至少一个相应的目标状态和至少一个中间状态构成，其中该牵引系统借助于相应的命令通过这些相应的状态之间的相应过渡而采取相应的状态。对于相应的状态，为该牵引系统指定开关表中的这些接触器的相应的开关位置。对于相应的接触器，在开关时间表中保存闭合时长和断开时长。相应的状态通过由状态自动机固定预定的流程来实现，其中该状态自动机通过该控制程序实现，并且其中通过该控制程序根据该开关表借助于该开关时间表来控制这些接触器。
此类的硬件可编程的处理器有利地是完全可测试的，从而可以通过测试序列预先排除掉错误的操控方式。附加地可以保证在时间上受限的流程以及在其顺序上受限的流程，例如在进入安全状态时。借助于此，本发明的方法在每个时间点都将相应的接触器开关状态(也就是说断开或是闭合)可靠地指定给牵引系统的相应状态并且由此满足危险和风险分析以及功能安全性对受控牵引系统的所有安全性要求。
相应的接触器的闭合时长和断开时长例如从具有与相应接触器类型相关的规格的数据表中得出。在牵引系统中例如可以安装不同类型的接触器(见表2)，这些接触器在开始运行时，即具有原先无电流的状态时，以常闭(英文normally closed或NC)或者常开(英文normally open或NO)方式连接。由此将用于主动短接电动机的AKS接触器被设计为NC，而被指配给交流电池的相应相电压的相应的电机相接触器被设计为NO。现在，出于连接技术原因(为了避免有害电流或电压脉冲)必须首先断开AKS接触器，然后再闭合相应的电机相接触器。然而，断开或闭合过程与相应的时长相关，然而这些时长还依据接触器的品牌而变化。然而根据本发明，这些相应的断开时长和闭合时长有利地被保存在开关时间表(见表3)中，并且被用于操控接触器的控制程序实现。
作为中间状态的例子可以提及传感器检查或电流传感器的自检，由此确保例如取决于这个电流传感器的过流电路起作用。
在关于功能安全性的分析中，为了该多个接触器的操控，尤其已经确定，必须在时间上并且取决于该多个接触器的相应状态来协调该操控。为此，根据本发明方法的在编程技术上的硬件实现方式是有利的，因为在状态自动机或开关表中对在编程技术上受控的车辆总系统和/或在编程技术上受控的交流电池(如具有串联和并联的可连接性的模块式多电平转换器，例如在Goetz,S.M.；Peterchev,A.V.；Weyh,T.,"Modular MultilevelConverter With Series and Parallel Module Connectivity:Topology and Control(具有串联和并联模块连接性的模块式多电平转换器)"Power Electronics,IEEETransactions on，第30卷，第1期，第203、215页，2015.doi:10.1109/TPEL.2014.2310225中描述的)可以简单、不复杂且以纯编程技术来进行。
在本发明方法的一个实施方式中，具有相应目标状态的这些运行模式至少选自以下清单：在先前的中间状态“电源传感器检查”之后以“空闲”为目标状态的运行模式“加电-掉电”，在先前的中间状态“电机传感器检查”之后以“电机”为目标状态的运行模式“电机”，在先前的中间状态“直流电流传感器检查”之后以“直流充电”为目标状态的运行模式“直流充电”，在先前的中间状态“交流电流传感器检查”之后以“交流充电”为目标状态的运行模式“交流充电”，在先前的中间状态“空闲错误”之后以“初始”为目标状态的运行模式“错误”，在先前的中间状态“掉电”之后以“关机”为目标状态的运行模式“关闭”。
在本发明方法的另一个实施方式中，该至少一个外设单元选自以下清单：绝缘监测器、低压直流转换器、充电插头、CAN总线。
在根据本发明的方法的再另一个实施方式中，选择FPGA作为处理器单元。FPGA为“现场可编程门阵列”、德语为“运行相关可编程门阵列(betriebsbezogenprogrammierbare Gatter-Anordnung)”的简称。在FPGA上例如在具有本发明的接触器操控器的电动车辆启动时可以配置相应的处理器编程，该处理器编程可以作为硬件实现方式生效并且可以对应地可靠地实施。状态自动机通过控制程序借助于FPGA上的VHDL模块作为硬件程序实现。VHDL表示“超高速集成电路硬件描述语言”，也称为“VHSIC硬件描述语言”，并且被开发出来用于以在硬件可编程的处理器上实现的方式作为状态自动机对应于硬件控制来实施所描述的系统流程。
在根据本发明方法的再另一实施方式中，该硬件可编程的处理器单元包括至少一个附加的微处理器核心，在该微处理器核心上能够作为软件程序来实施比该硬件编程的控制程序所实现的状态自动机高阶的元状态自动机。通过软件程序实现的元状态自动机在上述中间状态与目标状态之间变换，而硬件编程的控制程序实施为此所需的对接触器的控制。由此通过硬件编程的控制程序实现的状态自动机一方面保证接触器操控的配置自身一致并且考虑到了物理特性(例如开关时间)。另一方面，为元状态自动机提供了关于系统上下文的相应信息，也就是说元状态自动机可以访问电流传感器的测量值、获得为此特别配置的接触器的反馈信号、监测相应接触器的相应供电电压。元状态自动机可以从这些相应的信息来影响由操控接触器的状态自动机产生的在状态之间的过渡，在该状态中元状态自动机例如从为此配置的相应接触器的反馈信号中得出关于变化的闭合时长或断开时长的结论并且在开关时间表中进行改变。通过元状态自动机来监测接触器操控的上下文，也就是说在相应的过渡时是否出现时间延迟或时长偏差。由此例如可以得出关于存在接触器粘连(Schützklebers)的结论。当存在错误时，元状态自动机可以随时且与当前采取的状态无关地变换到错误状态。在此待进行的接触器操控则再次由硬件编程的控制程序接管，而完全没有基于软件的元状态自动机的其他活动，使得在任何情况下都保证对为此设置在开关表中的接触器进行操控。
在本发明方法的再仍另一个实施方式中，用于操控接触器的该控制程序在开始运行时被该硬件可编程的处理器单元上的程序加载器配置。在运行开始时用该控制程序来相应地重新处理该硬件可编程的处理器单元的程序加载器例如可以为第一级启动加载器，简称为FSBL，德语为“第一级-启动程序-加载器(Erststufen-Startprogramm-Lader)”。
另外要求保护一种用于操控牵引系统中的接触器的系统，其中该牵引系统包括交流电池、电动机、至少一个外设单元、多个电压和电流传感器、多个接触器以及带有硬件可编程的处理器单元的控制器，这些接触器被布置在与该交流电池以及与该电动机以及与该至少一个外设单元的电连接中。该硬件可编程的处理器单元被设计为用于在开始运行时配置用于操控这些接触器的控制程序，由此在配置之后存在该处理器单元的与操控这些接触器相关的固态半导体电路结构。该牵引系统具有多个运行模式，其中相应的运行模式由车辆总控制器预定。一个相应的运行模式具有多个状态，其中该多个状态由至少一个相应的目标状态和至少一个中间状态构成。该牵引系统能够借助于相应的命令通过这些相应的状态之间的相应过渡而采取相应的状态。对于相应的状态，为该牵引系统指定开关表中的这些接触器的相应的开关位置。对于相应的接触器，在开关时间表中保存闭合时长和断开时长。相应的状态能够通过由状态自动机固定预定的流程来实现，其中该状态自动机通过该控制程序实现，并且其中通过该控制程序能够根据该开关表借助于该开关时间表来控制这些接触器。
在本发明系统的一个设计方案中，具有相应目标状态和至少一个相应的中间状态的这些运行模式至少选自以下清单：在先前的中间状态“电源传感器检查”之后以“空闲”为目标状态的运行模式“加电-掉电”，在先前的中间状态“电机传感器检查”之后以“电机”为目标状态的运行模式“电机”，在先前的中间状态“直流电流传感器检查”之后以“直流充电”为目标状态的运行模式“直流充电”，在先前的中间状态“交流电流传感器检查”之后以“交流充电”为目标状态的运行模式“交流充电”，在先前的中间状态“空闲错误”之后以“初始”为目标状态的运行模式“错误”，在先前的中间状态“掉电”之后以“关机”为目标状态的运行模式“关闭”。
在本发明系统的另一个设计方案中，该至少一个外设单元得自以下清单：绝缘监测器、低压直流转换器、充电插头、CAN总线。
在本发明系统的仍另一个设计方案中，该处理器单元为FPGA，并且该状态自动机通过该控制程序借助于FPGA上的VHDL模块作为硬件实现。
在本发明系统的再仍另一个设计方案中，该硬件可编程的处理器单元包括至少一个附加的微处理器核心，在该微处理器核心上能够作为软件来实施比该硬件编程的控制程序所实现的状态自动机高阶的元状态自动机。
在本发明系统的再仍另一个设计方案中，该系统附加地包括程序加载器。该程序加载器被设计为用于在开始运行时在该硬件可编程的处理器单元上配置用于操控这些接触器的该控制程序。
附图说明
本发明的其他优点和设计方案从说明书和附图中得出。
不言而喻，在不脱离本发明范围的情况下，以上提到的这些特征以及仍将在以下说明的特征不仅能够在相应给出的组合中使用，而且还可以在其他组合中或者单独地使用。
图1示出本发明方法的一个实施方式中用于控制接触器的状态自动机的示意图。
图2示出本发明方法的另一个实施方式中用于控制牵引系统的元(Meta-)状态自动机的示意图。
图3示出本发明系统的一个设计方案中的牵引系统的框图。
具体实施方式
图1中示出本发明方法的一个实施方式中用于控制接触器的状态自动机100的示意图。在相关的图例9中，实线箭头4对应于基于状态自动机的命令在两个状态之间的转变，虚线箭头5对应于基于处理器命令的转变，圆形6对应于稳定状态，带阴影的虚线圆形7对应于过渡状态，并且虚线圆形8对应于具有自选择时长的受禁阻的延迟状态。状态自动机100在具有输入动作101的运行模式“加电-掉电”中开始，通过该输入动作采取状态“通电重启”10。通过命令“加电(或空闲)”111，变换到状态“CSCP”11，在该状态中实施对用于供电的电流传感器的测试。随后，利用接通的电源，通过另一个命令“加电(或空闲)”112变换到状态“空闲”20中，从该状态出发可以通过命令“掉电”再次返回到状态“通电重启”10。牵引系统在状态“空闲”20中以接通状态等待车辆总系统用于实施相应运行模式的要求。在要求运行模式“交流充电”时，通过命令“交流充电”123变换至状态“CSCA”31，在该状态中实施对用于以交流电流对交流电池进行充电过程的电流传感器的测试。在出错情况下，通过命令“错误”131变换回到状态“空闲”20，否则通过命令“ACCh”133变换到状态“ACCh”30，在该状态中进行对交流电池的交流充电。在交流充电结束之后，通过命令“空闲”132再次变换到状态“空闲”20，或者在出错情况下通过命令“错误”130首先变换到状态“空闲”。在要求运行模式“直流充电”时，通过命令“直流充电”124变换至状态“CSCD”41，在该状态中实施对用于以直流电流对交流电池进行充电过程的电流传感器的测试。在出错情况下，通过命令“错误”141变换回到状态“空闲”20，否则通过命令“DCCh”144变换到状态“DCCh”40，在该状态中进行对交流电池的直流充电。在直流充电结束之后，通过命令“空闲”142再次变换到状态“空闲”20，或者在出错情况下通过命令“错误”140首先变换到状态“空闲”20。在要求运行模式“电机”时，通过命令“电机”125变换到状态“CSCM”51，在该状态中进行对电机电流传感装置的测试。在出错情况下，通过命令“错误”151变换回到状态“空闲”20，否则通过命令“电机”153变换到另一个中间状态“CSC2电机”52，在该状态中维持自选择的时长158。如果存在错误，则通过命令“错误”156变换到过渡状态“PErrorT”61，在该状态中准备好处理存在的错误并且变换到状态“PError”60，该状态具有带有自选择的时长的延迟168并且最终在存在处理器命令126时变换到状态“空闲”20。但是如果在状态“CSC2电机”52下没有错误，则利用命令“电机”154可以变换到状态“电机”50，在该状态中例如可以实施驾驶操作。在这个状态“电机”50结束之后，通过命令“空闲”150变换回到状态“CSC2电机”52，从该状态自身进而可以通过另一个命令“空闲”152变换到状态“空闲”20。但是还可能在状态“电机”50中出现错误，然后利用命令“错误”165变换到状态“PError”60。
状态自动机100通过控制程序来实现。对于一个相应的状态10、11、20、30、31、40、41、50、51、52、60、61，通过表1的开关表给出了牵引系统的相应接触器的相应开关位置并且通过控制程序来进行操控。在此，在关于相应状态10、11、20、30、31、40、41、50、51、52、60、61之间过渡的相应命令111、112、121、123、124、125、126、130、131、132、133、140、141、142、144、151、152、153、154、156、165下，控制程序注意存在何种类型的接触器S1、S2、S3、S4、S5、S9、S10、S11、S12、S13、S14(见表2)以及需要维持怎样的开关时间(见表3)。
在图2中示出本发明方法的另一个实施方式中用于控制牵引系统的元状态自动机200的示意图。在另一个图例209中将向状态“空闲”220的过渡指定给点状线箭头206，将向状态“空闲错误”229的过渡指定给虚线箭头207，并且将向状态“准备关机”290的过渡指定给点划线箭头208。在启动201以后元状态自动机200具有分支202，其中经由用于对牵引系统的交流电池的各个模块进行除错的模式来进行判断。依据变量DBG_CB测试单模块启用(DBG_CB_TEST_SINGLE_MODULE_IS_ENABLED)是“真”203还是“伪”204，经历相应的分支。如果经历“真”分支203，则在状态“DBG_SINGLE_CB”之后直接到达状态“准备关机”290，或者间接地经由状态“更新CB”271和状态“更新CC”272。如果经历“伪”分支204，则首先在状态“通电重启”210中激活电源，然后采取状态“启动错误”219，或者在状态“CSCP”211中测试电流传感器之后来到状态“空闲”220。从状态“启动错误”219直接到达状态“准备关机”290，或者间接地经由状态“更新CB”271或经由状态“更新CC”272。但是还可以过渡到状态“DBG_HSB_CMD”281，然后从该状态到达状态“空闲”220或“空闲错误”229。还从状态“DBG_PMSM”到达后两个状态220和229。然而从状态“空闲错误”229再次直接到达状态“准备关机”290。从状态“空闲”220可以到达用于与“交流充电”的运行模式对应的状态“CSC_A”231、“ACCHG”230和“ACCGH错误”239。进一步地，可以从状态“空闲”220到达用于与“直流充电”的运行模式对应的状态“CSC_D”241、“DCCHG_SER”242、“DCCHG_PAR”243、“DCCHG_DYN”244和“DCCGH错误”249。此外可以从状态“空闲”220到达用于与“电机”的运行模式对应的状态“CSC_M”251、“CSC2电机”252、“电机检查停止”258和“电机错误”259。对应的错误状态239、249、259全都导致状态“准备关机”290，该状态导致状态“关机”291和元状态自动机200的结束299。
在图3中示出本发明系统的一个设计方案中的牵引系统300的框图。牵引系统300包括被本发明方法的一个实施方式操控的接触器S1 301、S2 302、S3 303、S4 304、S5 305、S9 309、S10 310、S11 311、S12 312、S13 313、S14 314。同样被包括在牵引系统300中的接触器S6 306在此扮演特殊角色，因为它仅用于对低压电源直流转换器的预充电并且与接触器S1 301、S2 302、S3 303、S4 304、S5 305、S9 309、S10 310、S11 311、S12 312、S13 313、S14 314的开关位置没有有关安全性的关系。牵引系统300另外包括控制器320，该控制器包括用于操控接触器S1 301、S2 302、S3 303、S4 304、S5 305、S9 309、S10 310、S11 311、S12312、S13 313、S14 314的端子321、用于作为交流电池360的模块式多电平转换器的模块控制器322、出错信号导线323、用于CAN网关329的接口324、相电流传感器331的信号输入端325、来自相电压传感器333的信号输入端326、以及用于电流传感器331、332的控制电流回路328。牵引系统300仍进一步包括相电流传感器331、星形点电流传感器332、相电压传感器333、电压传感器334、绝缘监测器337和低压电源直流转换器338、以及不同的保险装置F1341、F2 342、F3 343、F4 344、F5 345、F6 346、F7 347、F8 348。牵引系统300另外包括电动机350、作为交流电池360的模块式多电平转换器，该交流电池具有通向三个相U 373、V372、W 371的三个模块串(U模块串363，V模块串362，W模块串361)中的可控模块。最后，牵引系统300包括外部的48V电源380、用于直流充电的端子“DC充电负极”381和端子“DC充电正极”382、用于交流充电的L1导线端子385和N导线端子389、还有车辆接地端子387、12V车载端子388、线圈391和CAN网关329到车辆CAN总线399的端子。
表1：接触器的开关表
表2：所使用的接触器类型
接触器类型 t_on_max t_off_max
P115 25ms 8ms
GX14NO 20ms 12ms
HXNC241 20ms 20ms
EVC135(15.3欧姆) 25ms 10ms
表3：开关时间表
附图标记清单
100 用于控制接触器的状态自动机
4 基于命令的过渡
5 基于IP核心的过渡
6 稳定状态
7 过渡状态
8 具有自选择时长的受禁阻的延迟状态
9 图例
10 通电重启
11 CSCP：电源电流传感器测试
20 空闲
30 ACCh：交流充电
31 CSCA：交流电流传感器测试
40 DCCh：直流充电
41 CSCD：直流电流传感器测试
50 电机
51 CSCM：电机电流传感器测试
52 CSC2电机
60 PError：准备错误状态
61 PErrorT：向准备错误状态的过渡状态
101 输入动作
111 加电(或空闲)
112 加电(或空闲)
121 掉电
123 ACCh：交流充电命令
124 DCCh：直流充电命令
125 电机
126 通过IP核心致使过渡
130 错误
131 错误
132 空闲
133 ACCh
140 错误
141 错误
142 空闲
144 DCCh
150 空闲
151 错误
152 空闲
153 电机
154 电机
156 错误
158 延迟
165 错误
168 延迟
200 元状态自动机
201 开始
202 分支
203 分支“DBG_CB测试单模块启用”为真
204 分支“DBG_CB测试单模块启用”为假
206 向空闲的过渡箭头
207 向空闲错误的过渡箭头
208 向准备关机的过渡箭头
209 图例
210 通电重启
211 CSC_P
219 启动错误
220 空闲
229 空闲错误
230 ACCHG
231 CSC_A
239 ACCHG_错误
241 CSC_D
242 DCCHG_SER
243 DCCHG_PAR
244 DCCHG_DYN
249 DCCHG_错误
250 电机
251 CSC_M
252 CSC2电机
258 电机检查停止
259 电机错误
271 更新CB
272 更新CC
281 DBG_HSB_CMD
282 DBG_SINGLE_CB
283 DBG_PMSM
290 准备关机
291 关机
299 结束
300 牵引系统
301 接触器S1
302 接触器S2
303 接触器S3
304 接触器S4
305 接触器S5
306 接触器S6
309 接触器S9
310 接触器S10
311 接触器S11
312 接触器S12
313 接触器S13
314 接触器S14
320 控制器
321 接触器控制连接
322 用于多电平转换器的模块控制器
323 出错信号导线
324 用于CAN网关的接口
325 相电流传感器的信号输入端
326 相电压传感器的信号输入端
328 电流传感器的控制电流回路
329 网关
331 相电流传感器
332 星形点电流传感器
333 相电压传感器
334 电压传感器
337 绝缘监测器
338 低压供电直流转换器
341 保险装置F1
342 保险装置F2
343 保险装置F3
344 保险装置F4
345 保险装置F5
346 保险装置F6
347 保险装置F7
348 保险装置F8
350 电动机
360 交流电池：模块化的多电平转换器
361 W-模块串
362 V-模块串
363 U-模块串
371 相W
372 相V
373 相U
380 外部电源48V
381 直流充电负极
382 直流充电正极
385 交流充电L1导线
387 车辆接地端
388 12V车载接头
389 N导线
391 线圈
399 车辆CAN总线

Claims (12)

1.一种用于操控牵引系统(300)中的接触器(301，302，303，304，305，309，310，311，312，313，314)的方法，其中该牵引系统(300)包括交流电池(360)、电动机(350)、至少一个外设单元、多个电压和电流传感器(331，332，333，334)、多个接触器(301，302，303，304，305，306，309，310，311，312，313，314)以及带有硬件可编程的处理器单元的控制器(320)，这些接触器被布置在与该交流电池(360)以及与该电动机(350)以及与该至少一个外设单元的电连接中，在该控制器上配置有在开始运行时操控这些接触器(301，302，303，304，305，309，310，311，312，313，314)的控制程序并且在配置之后存在该处理器单元的与操控这些接触器(301，302，303，304，305，309，310，311，312，313，314)相关的固态半导体电路结构，其中所述牵引系统(300)具有多个运行模式，其中相应的运行模式由车辆总控制器预定，其中一个相应的运行模式具有多个状态(10，11，20，30，31，40，41，50，51，52，60，61)，这些状态由至少一个相应的目标状态(10，20，30，40，50，60)和至少一个中间状态(11，31，41，51，52，61)构成，其中该牵引系统(300)借助于相应的命令(111，112，121，123，124，125，126，130，131，132，133，140，141，142，144，151，152，153，154，156，165)通过这些相应的状态(10，11，20，30，31，40，41，50，51，52，60，61)之间的相应过渡而采取相应的状态(10，11，20，30，31，40，41，50，51，52，60，61)，其中对于相应的状态(10，11，20，30，31，40，41，50，51，52，60，61)为该牵引系统(300)指定开关表中的这些接触器(301，302，303，304，305，309，310，311，312，313，314)的相应的开关位置，其中对于相应的接触器(301，302，303，304，305，309，310，311，312，313，314)在开关时间表中保存闭合时长和断开时长，其中相应的状态(10，11，20，30，31，40，41，50，51，52，60，61)通过由状态自动机(100)固定预定的流程来实现，其中该状态自动机(100)通过该控制程序实现，并且其中通过该控制程序根据该开关表借助于该开关时间表来控制这些接触器(301，302，303，304，305，309，310，311，312，313，314)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中具有相应目标状态(10，20，30，40，50，60)和至少一个相应的中间状态(11，31，41，51，52，61)的这些运行模式至少选自以下清单：在先前的中间状态“电源传感器检查”(11)之后以“空闲”(20)为目标状态的运行模式“加电-掉电”，在先前的中间状态“电机传感器检查”(51，52)之后以“电机”(50)为目标状态的运行模式“电机”，在先前的中间状态“直流电流传感器检查”(41)之后以“直流充电”(40)为目标状态的运行模式“直流充电”，在先前的中间状态“交流电流传感器检查”(31)之后以“交流充电”(30)为目标状态的运行模式“交流充电”，在先前的中间状态“空闲错误”之后以“初始”为目标状态的运行模式“错误”，在先前的中间状态“掉电”之后以“关机”为目标状态的运行模式“关闭”。
3.根据前述权利要求之一所述的方法，其中该至少一个外设单元选自以下清单：绝缘监测器(337)、低压直流转换器(338)、充电插头、CAN总线(399)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中选择FPGA作为处理器单元，并且其中该状态自动机(100)通过该控制程序借助于FPGA上的VHDL模块作为硬件程序实现。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中该硬件可编程的处理器单元包括至少一个附加的微处理器核心，在该微处理器核心上作为软件来实施比该硬件编程的控制程序所实现的状态自动机(100)高阶的元状态自动机(200)。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中用于操控这些接触器(301，302，303，304，305，309，310，311，312，313，314)的该控制程序在开始运行时被在该硬件可编程的处理器单元上的程序加载器配置。
7.一种用于操控牵引系统(300)中的接触器(301，302，303，304，305，309，310，311，312，313，314)的系统，其中该牵引系统(300)包括交流电池(360)、电动机(350)、至少一个外设单元、多个电压和电流传感器(331，332，333，334)、多个接触器(301，302，303，304，305，306，309，310，311，312，313，314)以及带有硬件可编程的处理器单元的控制器(320)，这些接触器被布置在与该交流电池(360)以及与该电动机(350)以及与该至少一个外设单元的电连接中，其中该硬件可编程的处理器单元被设计为用于在开始运行时配置用于操控这些接触器(301，302，303，304，305，309，310，311，312，313，314)的控制程序，由此在配置之后存在该处理器单元的与操控这些接触器(301，302，303，304，305，309，310，311，312，313，314)相关的固态半导体电路结构，其中所述牵引系统(300)具有多个运行模式，其中相应的运行模式由车辆总控制器预定，其中一个相应的运行模式具有多个状态(10，11，20，30，31，40，41，50，51，52，60，61)，其中该多个状态(10，11，20，30，31，40，41，50，51，52，60，61)由至少一个相应的目标状态(10，20，30，40，50，60)和至少一个中间状态(11，31，41，51，52，61)构成，其中该牵引系统(300)能够借助于相应的命令(111，112，121，123，124，125，126，130，131，132，133，140，141，142，144，151，152，153，154，156，165)通过这些相应的状态(10，11，20，30，31，40，41，50，51，52，60，61)之间的相应过渡而采取该多个状态(10，11，20，30，31，40，41，50，51，52，60，61)中的一个相应的状态(10，11，20，30，31，40，41，50，51，52，60，61)，其中对于相应的状态(10，11，20，30，31，40，41，50，51，52，60，61)为该牵引系统(300)指定开关表中的这些接触器(301，302，303，304，305，309，310，311，312，313，314)的相应的开关位置，其中对于相应的接触器(301，302，303，304，305，309，310，311，312，313，314)在开关时间表中保存闭合时长和断开时长，其中相应的状态(10，11，20，30，31，40，41，50，51，52，60，61)能够通过由状态自动机(100)固定预定的流程来实现，其中该状态自动机(100)通过该控制程序实现，并且其中能够通过该控制程序根据该开关表借助于该开关时间表来控制这些接触器(301，302，303，304，305，309，310，311，312，313，314)。
8.根据权利要求7所述的系统，其中具有相应目标状态(10，20，30，40，50，60)和至少一个相应的中间状态(11，31，41，51，52，61)的这些运行模式至少选自以下清单：在先前的中间状态“电源传感器检查”(11)之后以“空闲”(20)为目标状态的运行模式“加电-掉电”，在先前的中间状态“电机传感器检查”(51，52)之后以“电机”(50)为目标状态的运行模式“电机”，在先前的中间状态“直流电流传感器检查”(41)之后以“直流充电”(40)为目标状态的运行模式“直流充电”，在先前的中间状态“交流电流传感器检查”(31)之后以“交流充电”(30)为目标状态的运行模式“交流充电”，在先前的中间状态“空闲错误”之后以“初始”为目标状态的运行模式“错误”，在先前的中间状态“掉电”之后以“关机”为目标状态的运行模式“关闭”。
9.根据权利要求7或8之一所述的系统，其中该至少一个外设单元得自以下清单：绝缘监测器(337)、低压直流转换器(338)、充电插头、CAN总线(399)。
10.根据权利要求7或8所述的系统，其中该处理器单元为FPGA，并且其中该状态自动机(100)通过该控制程序借助于FPGA上的VHDL模块作为硬件实现。
11.根据权利要求7或8所述的系统，其中该硬件可编程的处理器单元包括至少一个附加的微处理器核心，在该微处理器核心上能够作为软件来实施比该硬件编程的控制程序所实现的状态自动机(100)高阶的元状态自动机(200)。
12.根据权利要求7或8所述的系统，其中该系统附加地具有程序加载器，其中该程序加载器被设计为用于在开始运行时在该硬件可编程的处理器单元上配置用于操控这些接触器(301，302，303，304，305，309，310，311，312，313，314)的该控制程序。
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