CN115996860A - 驱动系统和用于运行驱动系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种驱动系统(20)，所述驱动系统包括第一子驱动系统(30)和第二子驱动系统(40)，所述第一子驱动系统和所述第二子驱动系统分别具有：至少一个电机(50)；至少一个控制电子设备(52)，用于操控所述至少一个电机(50)；能量源(60)；和能量源控制单元(62)，用于监视和控制所述能量源(60)。按照本发明，所述驱动系统(20)还包括第一驱动控制单元(72)和第二驱动控制单元(74)，其中所述第一驱动控制单元(72)不仅与所述第一子驱动系统(30)而且与所述第二子驱动系统(40)进行通信，并且被设立用于控制和监视所述驱动系统(20)，而且其中所述第二驱动控制单元(74)不仅与所述第一子驱动系统(30)而且与所述第二子驱动系统(40)进行通信，并且被设立为在所述第一驱动控制单元(72)的故障状态下接管对所述驱动系统(20)的控制和监视。本发明还涉及一种用于运行按照本发明所提出的驱动系统(20)的方法。本发明还涉及一种车辆(10)，所述车辆包括按照本发明所提出的驱动系统(20)和/或所述车辆被设立为执行按照本发明所提出的方法。

Description

驱动系统和用于运行驱动系统的方法
技术领域
本发明涉及一种驱动系统，该驱动系统包括第一子驱动系统和第二子驱动系统，该第一子驱动系统和该第二子驱动系统分别具有：至少一个电机；至少一个控制电子设备，用于操控该至少一个电机；能量源；和能量源控制单元，用于监视和控制该能量源。
本发明还涉及一种用于运行按照本发明所提出的驱动系统的方法。
本发明还涉及一种车辆，该车辆包括按照本发明所提出的驱动系统和/或该车辆被设立为执行按照本发明所提出的方法。
背景技术
电驱动车辆(Electric Vehicle，EV)的驱动系统由能量源、能量源控制单元、电机和控制电子设备组成。自主驱动车辆具有内置冗余，以便避免由于驱动系统中的故障而引起的抛锚。即，各个组件至少重复地存在，并且只有在故障情况下才接管相对应的任务，这也称为冷冗余，或者各个组件被设计到驱动系统中使得这些组件即使在无故障情况下也已经支持性地部分地或者高达50％地接管相对应的任务，这也称为热冗余。
如果进行划分，使得一个子驱动系统驱动后车桥并且另一个子驱动系统驱动前车桥，则借此已经存在一定的冗余，原因在于在有组件发生故障的情况下可以使车桥无故障地继续运行，并且因此可以使车辆继续移动，由此避免了车辆在流动交通中抛锚。车辆仍可以继续行驶直至车道右边缘、直至紧急停车处或者直至下一个停车场并且被安全停在那里。不同的剩余里程或剩余行驶时间意味着可达到不同的安全停车等级(Safe-Stop-Level，SSL)。SSL尤其是在自主驱动车辆中起着重要作用。SSL越高，就需要越多的工作和成本以及结构空间。
如果在示例情况下能量源或被分配给该能量源的能量源控制单元或者控制电子设备或驱动车桥的电机失灵，则第二子驱动系统能够以较低的性能和较少的里程来继续行驶。
在这种情况下，上级驱动控制单元，也称为车辆控制单元(VCU)，将损坏的子驱动系统切断。在驱动控制单元发生故障的情况下，截至今日同样将车桥的整个子驱动系统切断，原因在于这些组件无法再被监视、操控或调节。
文献US 2019/0100105 A1描述了一种用于在电动车辆中运行容错驱动系统的方法。
文献JP 2016-196295 A描述了一种用于控制车辆、尤其是电驱动车辆的车辆控制系统。
发明内容
提出了一种用于车辆的驱动系统。在此，该驱动系统包括第一子驱动系统和第二子驱动系统。该第一子驱动系统和该第二子驱动系统分别具有：至少一个电机；至少一个控制电子设备，用于操控该至少一个电机；能量源；和能量源控制单元，用于监视和控制该能量源。
按照本发明，该驱动系统还包括第一驱动控制单元和第二驱动控制单元。在此，第一驱动控制单元不仅与第一子驱动系统而且与第二子驱动系统进行通信。同样，第二驱动控制单元不仅与第一子驱动系统而且与第二子驱动系统进行通信。驱动单元与子驱动系统之间的通信被理解成数据传输、尤其是在驱动单元与电机的控制电子设备以及能量源控制单元之间的数据传输。在此，向驱动控制单元传输来自相应的控制电子设备的参量，诸如在该组件的当前状态、如温度下的电流限制和实际提供给电机的电流以及控制电子设备的输出电压；以及传输来自能量源控制单元的参量，诸如在该组件的当前状态、如充电状态、温度、健康状态下的电流限制以及能量源的电压并且附加地还有这些组件的故障代码；而且必要时传输其它参量，诸如电机的参量、如温度。这些参量被驱动控制单元用作输入参量。
在此，第一和第二驱动控制单元配备有相同的软件并且分别包括运行管理系统，该运行管理系统是相应的驱动控制单元的功能块。这两个驱动控制单元还拥有相同的输入信号。
在无故障状态下，第一驱动控制单元用作主机控制单元并且被设立用于对驱动系统的控制和监视。在此，第一驱动控制单元读入这两个子驱动系统的参量。在此，第一驱动控制单元控制整个驱动系统并且在没有第二驱动控制单元的情况下为相应的子驱动系统确定目标扭矩分配。
在此，第二驱动控制单元用作从机控制单元，并且被设立为在第一驱动控制单元的故障状态下接管对驱动系统的控制和监视。在第一驱动控制单元的故障状态下，第二驱动控制单元从从机控制单元变为主机控制单元。第二驱动控制单元拥有两个子驱动系统的所有必要信号，而且因此能够接管对整个驱动系统的控制和监视并且即使在没有第一驱动控制单元的情况下也为第一和第二子驱动系统确定目标扭矩分配。
在第二驱动控制单元的故障状态下，第一驱动控制单元的主机功能保持不变，并且继续接管对整个驱动系统的控制以及监视。
优选地，能量源被设计成电池组，该电池组具有一个或多个电池组电池。优选地，该电池组被设计成锂离子电池组。
有利地，能量源也可以被设计成燃料电池模块，该燃料电池模块具有一个或多个燃料电池。
备选地，能量源可以被设计成电容器模块，该电容器模块具有一个或多个电容器。优选地，电容器可以被设计成超级电容器(Supercapacitor，SC)。
优选地，第一和/或第二子驱动系统分别具有用于监视和控制能量源的辅助能量源控制单元。在此，相应的辅助能量源控制单元被设立为在能量源控制单元发生故障的情况下接管对能量源的监视和控制。在此，将第一和第二子驱动系统的能量源的参量、诸如电池组电池电压、电池组电池电流和电池组电池温度传输给被分配给相应能量源的能量源控制单元和辅助能量源控制单元。在无故障状态下，能量源控制单元用作主机控制单元并且被设立用于控制和监视被分配给该能量源控制单元的能量源。在此，辅助能量源控制单元用作从机控制单元，并且被设立为在能量源控制单元的故障状态下接管对被分配给该能量源控制单元的能量源的控制和监视。在能量源控制单元的故障状态下，辅助能量源控制单元从从机控制单元变为主机控制单元。在辅助能量源控制单元的故障状态下，能量源控制单元的主机功能保持不变，并且继续接管对被分配给该能量源控制单元的能量源的控制以及监视。
优选地，第一和第二驱动控制单元经由通信总线、诸如CAN总线来与第一和第二子驱动系统进行通信。驱动控制单元与子驱动系统之间的通信也可以经由点对点连接来进行。在此，驱动控制单元与能量源控制单元和控制电子设备的控制参量直接连接。
优选地，该点对点连接和/或该通信总线冗余地被设计。
还提出了一种用于运行按照本发明的驱动系统的方法。在此，按照本发明所提出的方法包括以下方法步骤：
-将第一子驱动系统和第二子驱动系统的参量传输给第一和第二驱动控制单元；
-在第一驱动控制单元的无故障状态下，通过第一驱动控制单元来控制和监视驱动系统；
-在第一驱动控制单元的故障状态下，通过第二驱动控制单元来控制和监视驱动系统。
优选地，按照本发明所提出的方法还包括以下方法步骤：
-将第一和第二子驱动系统的能量源的参量传输给被分配给相应能量源的能量源控制单元和辅助能量源控制单元；
-在被分配给第一和第二子驱动系统的能量源的能量源控制单元的无故障状态下，通过该能量源控制单元来控制和监视相应能量源；
-在该能量源控制单元的故障状态下，通过被分配给第一和第二子驱动系统的能量源的辅助能量源控制单元来控制和监视相应能量源。
还提出了一种车辆，该车辆包括按照本发明所提出的驱动系统和/或该车辆被设立为执行按照本发明所提出的方法。
本发明的优点
利用按照本发明所提出的驱动系统以及按照本发明所提出的方法，操控子驱动系统的组件的电子控制、这里是驱动控制单元或能量源控制单元的失灵不一定必然导致该子驱动系统的切断。如果所有组件继续无故障地工作，则可以以其它方式来接管控制。因此，例如可以使用在能量源中可用的能量，以便继续运行车辆的具有与车桥相关的组件的子驱动系统、控制电子设备和电机。借此，整个驱动系统都能正常工作，并且因此能预期在性能、驾驶乐趣、遵守公交车或班车的时间表以及里程方面没有限制，这也意味着达到最大SSL。
此外，不需要可能导致高成本和大结构空间的新硬件。在此，只需要轻微调整已经存在于这两个驱动控制单元上的软件，诸如用于另外的输入参量，并且只需要额外接线。
附图说明
本发明的实施方式依据附图和随后的描述更详细地予以阐述。
其中：
图1a示出了按照第一实施例的在现有技术中的驱动系统的示意图；
图1b示出了按照第一实施例的驱动系统的数据传输的示意图；
图2a示出了按照第二实施例的在现有技术中的驱动系统的示意图；
图2b示出了按照第二实施例的驱动系统的数据传输的示意图；
图3a示出了按照本发明所提出的驱动系统的示意图；以及
图3b示出了按照本发明所提出的驱动系统的数据传输的示意图。
具体实施方式
在随后对本发明的实施方式的描述中，相同或者类似的要素用相同的附图标记来表示，其中在个别情况下省去了对这些要素的重复的描述。这些附图只是示意性地呈现本发明的主题。
图1a和2a分别示出了具有现有技术中的驱动系统20的车辆10的示意图，而图1b和2b分别示出了按照图1a和2a的相应的驱动系统20的数据传输的示意图。
相应的驱动系统20包括第一子驱动系统30和第二子驱动系统40。在此，第一子驱动系统30用于驱动后车桥32并且第二子驱动系统40用于驱动前车桥42。第一和第二子驱动系统30、40分别具有：变速器54；和两个电机50，这两个电机分别包括控制电子设备52。第一和第二子驱动系统30、40还分别具有带能量源控制单元62的能量源60。
在图1a和1b中，给第一子驱动系统30分配第一驱动控制单元72，而给第二子驱动系统40分配第二驱动控制单元74。两个驱动控制单元72、74必须通过驱动控制单元协调器76来被协调并且驾驶行为必须最佳地被调整到工作点。为此，来自能量源控制单元62和控制电子设备52的参量以及必要时相应的驱动控制单元72、74的其它参量、诸如电机50的参量、如温度，用作输入参量。在此，这些输入参量经由点对点连接82直接被传输给相应的驱动控制单元72、74。每个驱动控制单元72、74都包含子运行管理系统92，该子运行管理系统是功能块并且确定子驱动系统30、40的最佳运行策略。接着，两个驱动控制单元72、74将最佳运行条件报告给驱动控制单元协调器76，该驱动控制单元协调器具有功能块、即上级运行管理系统94。该驱动控制单元协调器确定总体运行策略并且将所计算出的目标扭矩分配报告给电机50的相应的控制电子设备52。这些目标扭矩分配将各有不同，视车桥32、42或电机50的负载以及能量源60的充电状态等等而定。
在图2a和2b中，驱动系统20的结构拥有：第一驱动控制单元72，该第一驱动控制单元充当主机控制单元；和第二驱动控制单元74，该第二驱动控制单元是从机控制单元。两个驱动控制单元72、74经由通信总线84来彼此进行通信，并且包含相同的子运行管理系统92。第一驱动控制单元72操控第一子驱动系统30或后车桥32；第二驱动控制单元74操控第二子驱动系统40或前车桥42。只有上级运行管理系统94附加地并且仅固定在第一驱动控制单元72中。每个驱动控制单元72、74都处理由这些组件提供的诸如电流限制、扭矩限制等信息，并且能够运行相应的子驱动系统30、40。在两个驱动控制单元72、74都起作用的情况下，该总体运行策略在用作主机控制单元的第一驱动控制单元72中运行，并且为所有电机50确定目标扭矩分配。
如果第一驱动控制单元72完全失灵，则车辆10单独由第二驱动控制单元74及其所属的组件来驱动。第二驱动控制单元74从从机控制单元变为主机控制单元。因此，不需要车桥间的扭矩分配。相反，如果第二驱动控制单元74失灵，则第一驱动控制单元72仍然是主机控制单元。在这种情况下，总体运行策略同样不需要被确定。在这两种情况下，始终只有一个子驱动系统30、40是活跃的。在无故障运行时，第二驱动控制单元74的子运行管理系统92将输入参量经由通信总线84提供给第一驱动控制单元72的上级运行管理系统94。通信总线84的失灵同样会导致：只有属于第一驱动控制单元72的第一子驱动系统30仍然活跃。为了避免通信总线失灵、超时(Time-out)或者其它通信总线故障，该通信总线冗余地被设计。
按照图1a和2a的这两个实施方式的缺点在于：如果只有一个驱动控制单元72、74失灵并且能量源控制单元62继续无故障地工作，能量源60仍储存了能量并且控制电子设备52以及电机50能正常工作，则子驱动系统30、40无法再提供扭矩贡献，原因在于子驱动系统30、40被完全切断。
图3a示出了具有按照本发明所提出的驱动系统20的车辆10的示意图，而图3b示出了按照本发明所提出的驱动系统20的数据传输的示意图。
在此，按照本发明所提出的驱动系统20包括第一子驱动系统30和第二子驱动系统40。在此，第一子驱动系统30用于驱动后车桥32并且第二子驱动系统40用于驱动前车桥42。第一和第二子驱动系统30、40分别具有：变速器54；和两个电机50，这两个电机分别包括控制电子设备52。第一和第二子驱动系统30、40还分别具有带能量源控制单元62的能量源60。
按照本发明所提出的驱动系统20还包括第一驱动控制单元72和第二驱动控制单元74。这两个驱动控制单元72、74配备有相同的软件，并且分别包括总运行管理系统96，该总运行管理系统是相应的驱动控制单元72、74的功能块。此外，两个驱动控制单元72、74都拥有相同的输入信号。与在图1a和1b中示出的驱动系统20相比，如图3a和3b中所示，第一驱动控制单元72附加地与控制电子设备52的参量以及第二子驱动系统40的能量源控制单元62的参量连接。类似地，第二驱动控制单元74附加地与控制电子设备52的参量以及第一子驱动系统30的能量源控制单元62的参量连接。如这里所示，可以经由通信总线84或者也可以经由点对点连接82直接与来自能量源控制单元62和控制电子设备52的控制参量进行连接。在此，该连接冗余地被设计以确保失灵安全性。
在无故障状态下，第一驱动控制单元72用作主机控制单元，并且除了第一子驱动系统30的自身参量之外还读入第二子驱动系统40的参量。第一驱动控制单元72控制整个驱动系统20并且为第一子驱动系统30、40或者后车桥32和前车桥42的运行确定目标扭矩分配。
在故障状态下，如果第一驱动控制单元72失灵，则第二驱动控制单元74接管控制，然而不再只是接管对第二子驱动系统40的控制，而是接管对整个驱动系统20的控制。在此，第二驱动控制单元74拥有两个子驱动系统30、40的所有必要信号，并且因此能够即使在没有第一驱动控制单元72的情况下也确定总体运行策略和目标扭矩分配。现在，第二驱动控制单元74从从机控制单元变为主机控制单元。
在第二驱动控制单元74失灵时，第一驱动控制单元72的主机功能保持不变，即第一驱动控制单元72继续接管对整个驱动系统20的控制。第一驱动控制单元72继续拥有两个子驱动系统30、40的所有必要信号，并且因此能够即使在没有第二驱动控制单元74的情况下也确定总体运行策略和目标扭矩分配。
因此，来自具有损坏的驱动控制单元72、74的子驱动系统30、40的能量源60中的能量不被闲置并且供车辆10支配，使得该车辆可以在没有性能限制的情况下到达其目的地。
在此，能量源60可以被设计成电池组、燃料电池模块或者电容器模块。
本发明并不限于这里描述的实施例以及其中所强调的方面。更确切地说，在通过权利要求书所说明的保护范围内，多个变型方案都是可能的，所述变型方案都在本领域技术人员的处理范围内。

Claims (10)

1.一种驱动系统(20)，所述驱动系统包括第一子驱动系统(30)和第二子驱动系统(40)，所述第一子驱动系统和所述第二子驱动系统分别具有：至少一个电机(50)；至少一个控制电子设备(52)，用于操控所述至少一个电机(50)；能量源(60)；和能量源控制单元(62)，用于监视和控制所述能量源(60)，
其特征在于，
所述驱动系统(20)还包括第一驱动控制单元(72)和第二驱动控制单元(74)，其中所述第一驱动控制单元(72)不仅与所述第一子驱动系统(30)而且与所述第二子驱动系统(40)进行通信，并且被设立用于控制和监视所述驱动系统(20)，而且其中所述第二驱动控制单元(74)不仅与所述第一子驱动系统(30)而且与所述第二子驱动系统(40)进行通信，并且被设立为在所述第一驱动控制单元(72)的故障状态下接管对所述驱动系统(20)的控制和监视。
2.根据权利要求1所述的驱动系统(20)，其特征在于，
所述能量源(60)被设计成电池组，所述电池组具有一个或多个电池组电池。
3.根据权利要求1所述的驱动系统(20)，其特征在于，
所述能量源(60)被设计成燃料电池模块，所述燃料电池模块具有一个或多个燃料电池。
4.根据权利要求1所述的驱动系统(20)，其特征在于，
所述能量源(60)被设计成电容器模块，所述电容器模块具有一个或多个电容器。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的驱动系统(20)，其特征在于，
第一和/或第二子驱动系统(30、40)分别具有用于监视和控制所述能量源(60)的辅助能量源控制单元，所述辅助能量源控制单元被设立为在所述能量源控制单元(62)发生故障的情况下接管对所述能量源(60)的监视和控制。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的驱动系统(20)，其特征在于，
第一和第二驱动控制单元(72、74)经由点对点连接(82)和/或通信总线(84)与第一和第二子驱动系统(30、40)进行通信。
7.根据权利要求6所述的驱动系统(20)，其特征在于，
所述点对点连接(82)和/或所述通信总线(84)冗余地被设计。
8.一种用于运行根据权利要求1至7中任一项所述的驱动系统(20)的方法，所述方法包括以下方法步骤：
-将所述第一子驱动系统(30)和所述第二子驱动系统(40)的参量传输给第一和第二驱动控制单元(72、74)；
-在所述第一驱动控制单元(72)的无故障状态下，通过所述第一驱动控制单元(72)来控制和监视所述驱动系统(20)；
-在所述第一驱动控制单元(72)的故障状态下，通过所述第二驱动控制单元(74)来控制和监视所述驱动系统(20)。
9.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括以下方法步骤：
-将第一和第二子驱动系统(30、40)的能量源(60)的参量传输给被分配给相应能量源(60)的能量源控制单元(62)和辅助能量源控制单元；
-在被分配给所述第一和第二子驱动系统(30、40)的能量源(60)的能量源控制单元(62)的无故障状态下，通过所述能量源控制单元(62)来控制和监视相应能量源(60)；
-在所述能量源控制单元(62)的故障状态下，通过被分配给所述第一和第二子驱动系统(30、40)的能量源(60)的辅助能量源控制单元来控制和监视相应能量源(60)。
10.一种车辆(10)，所述车辆包括根据权利要求1至7中任一项所述的驱动系统(20)和/或所述车辆被设立为执行根据权利要求8或9所述的方法。
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