CN116905583A - 用于运行电驱动器的方法、设备和工作母机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行具有安全通信结构(225)的工作母机(200)的电驱动器(205)的方法(100)。所述方法(100)包括读入代表所述驱动器(205)的期望目标扭矩的目标信号(235)的步骤，读入经由所述安全通信结构(225)传输的实际信号(245)的步骤，所述实际信号代表所述驱动器(205)的当前实际扭矩，以及经由所述安全通信结构(225)提供安全的关闭信号(255)以用于使用所述目标信号(235)和所述实际信号(245)关闭所述驱动器(205)的步骤。

Description

用于运行电驱动器的方法、设备和工作母机
技术领域
本发明基于根据独立权利要求的用于运行电驱动器的方法、设备和工作母机。计算机程序也是本发明的主题。
背景技术
移动式柴油液压工作母机的安全概念通常基于以下事实，即通过关闭液压系统就无法在行驶驱动器上提供驱动扭矩或就阻止工作设备的运动。这通常通过安全地分离组件的电气控制来进行，由此所述组件自己采取安全状态。例如，静液压行驶驱动器的闭路中的未受操控的泵可以摆动到使得该泵可以对车辆产生制动作用的状态中，或者工作液压系统中的阀可以在未受操控的状态下防止油流入工作气缸中。
发明内容
在此背景下，利用这里提出的方案提出了根据独立权利要求的用于运行电驱动器的方法、使用该方法的设备以及工作母机。通过在从属权利要求中列出的措施，独立权利要求中说明的设备的有利扩展和改进是可能的。
利用这里提出的方法，可以有利地最佳地实施用于电动操作的工作母机的安全标准并且可以最小化对人和机器造成伤害的风险。
提出了一种用于运行具有安全通信结构的工作母机的电驱动器的方法。在此，该方法包括读入代表所述驱动器的期望目标扭矩的目标信号的步骤，读入经由所述安全通信结构传输的实际信号的步骤，所述实际信号代表所述驱动器的当前实际扭矩，以及经由所述安全通信结构提供安全的关闭信号以用于使用所述目标信号和所述实际信号关闭所述驱动器的步骤。
所述驱动器可以是电机，例如电动机。所述安全通信结构可以包括安全通信信道，经由所述安全通信信道可以安全地传输信号，例如控制信号或代表测量值的信号。所述通信结构可以基于以硬件和/或软件方式实施的用于保护信号传输的已知概念。所述目标信号可以但不必安全传输。因此，所述目标信号可以表示经由所述安全通信结构传输的信号。替代地，可以经由其他不安全的接口接收所述目标信号。然而根据一个实施方式，肯定给出所述目标信号以用于确定关闭信号，例如在目标信号与实际信号之间进行比较的位置。根据设计，所述工作母机可以用于不同的使用目的。在此，所述工作母机可以固定安装，例如安装在建筑物内，或者可以设计为可移动的或可行驶的。例如，所述工作母机可以构造为车辆，特别是商用车辆，例如构造为挖掘机或联合收割机，或者构造为用于运输货物或用于运输人员的车辆。对于电驱动的固定式或移动式工作母机应当遵守安全标准。这些安全标准一方面可以涉及带来危险的运动，另一方面涉及电安全性的符合。为了避免带来危险的运动(功能安全)，例如可以考虑以下方面：避免无意地启动机器，避免无意的运动，紧急情况下安全停止机器，防止无意的强烈加速或减速。
电安全性尤其是避免直接接触、避免间接接触、避免形成电弧、避免火灾和避免可接触部件上的电位差。在电动车辆的情况下，大多数组件都具有自己的控制设备。这些控制设备应当以适当的方式加以协调，以便能够采取整个机器的安全状态。永磁同步电机的一个特殊特性是这种同步电机只要运动就会在高压电路中感应出电压。该电压可以产生电流。这种电流或电压以及由此产生的扭矩可能导致危险，例如导致间接接触时的电击、组件损坏、火灾或机器由于高制动力矩而翻倒。利用这里提出的方法，可以有利地优化用于电动工作母机的安全标准并且因此可以保护工作母机环境中的人员以及机器或车辆的组件免受可能的损伤。
为此，诸如车辆控制器(VCU)的监视装置可以监视机器的安全平移运动并且例如经由安全通信结构(例如使用CAN)读入目标信号。替代地，所述目标信号可以经由非安全通信结构传输。所述目标信号可能已经例如使用诸如致动车辆的加速踏板的用户请求而建立，并且代表工作母机的期望动作(例如行驶一段距离)所需的扭矩。此外，驱动逆变器例如可以可靠地确定驱动器的实际扭矩。该实际扭矩也可以使用实际信号经由安全通道传输到所述监视装置。在例如超过与当前行驶状况相对应的预定义极限值时，可以由所述监视装置触发驱动器的安全关闭。将安全关闭指令安全地传输到驱动器。一旦所述驱动器安全地实施了该关闭指令，所述驱动器就可以例如经由安全通道将关闭反馈给VCU。
根据一个实施方式，当所述目标扭矩与所述实际扭矩之间的偏差超过预定阈值时，可以提供所述关闭信号。例如，当存在至少80％的偏差时可以提供所述关闭信号，其中这可以涉及绝对值的超过。实际和目标之间的这种偏差可以例如被定义为在工作母机的正常运行中不可能发生并且因此可以指示系统中的故障或机器的损伤或数据线路的断裂。例如，这样的阈值可以专门针对相应的工作母机并且附加地或替代地针对工作母机的使用地点来设定。有利地，当超过阈值时，可以立即关闭驱动器以避免进一步损伤。
根据另一实施例，当所述偏差超过所述阈值达预定时间段时，可以提供所述关闭信号。例如，可以在所述工作母机的系统中存储多个阈值。例如，可以将实际扭矩与目标扭矩之间的偏差在200ms的时间段内为100％定义为第一阈值。可以例如将偏差在400ms或600ms的时间段内为50％或75％定义为第二阈值。这样做的优点是，与工作母机正常运行的并非故障指示的偏差(例如在启动过程期间)不会错误地导致工作母机被关闭。由此可以优化工作母机的安全工作。
根据另一实施方式，当所述偏差超过所述阈值达所述驱动器的驱动轴的预定转数时，可以提供关闭信号。例如，可以使用转速计设定第三阈值，从而可以检测车辆行驶的行驶距离。在此例如对于0.5米、2米或3米的行驶距离，可以允许30％的偏差。如果超过该第三阈值，则可能存在故障并且因此可以关闭驱动器。由此可以有利地优化该方法，特别是在移动工作母机方面。
根据另一实施方式，该方法可以包括使用所述目标信号和所述实际信号将所述目标扭矩与所述实际扭矩进行比较的步骤。例如，所述监视装置可以进行安全目标扭矩和安全实际扭矩之间的比较。例如，还可以经由安全通道传送目标值-实际值比较所需的进一步信息。有利地，在该步骤中可以最佳地确定例如目标扭矩与实际扭矩的偏差是否超过预定阈值。通过该比较例如可以确定目标扭矩和实际扭矩之间的偏差，或者确定实际扭矩是否位于目标扭矩范围内。
根据另一实施方式，该方法可以包括使用所述目标信号确定扭矩范围的步骤，其中当所述实际扭矩位于所述扭矩范围之外时可以提供所述关闭信号。例如，所述目标扭矩可以根据致动元件(例如加速踏板)的位置来加以设定，而驱动电动机的实际扭矩例如可以从测量的电动机电流中加以计算。可以根据工作母机的具体设计和当前的工作使用来确定驱动器可以安全工作的扭矩范围。这样的扭矩范围可以例如从目标扭矩出发具有+/-10％的容差范围，其中安全扭矩范围可以在考虑目标扭矩的情况下连续重新设定。如果实际扭矩位于安全扭矩范围之外，则可以关闭驱动电动机。这样做的优点是可以考虑具体工作母机可容许的目标扭矩与实际扭矩之间的偏差。
根据另一实施方式，该方法可以包括读入经由安全通信结构传输的请求信号的步骤。在此，所述请求信号可以代表用户或工作母机的自动工作控制器对驱动器的请求，其中可以使用所述请求信号来提供所述目标信号。例如，可以从驾驶员的输入中经由人机界面(HMI)(例如经由加速踏板(PWG))可靠地确定驾驶员的行驶期望。然后可以从驾驶员的行驶期望中确定安全目标扭矩。有利地，因此可以可靠且精确地实施对工作母机提出的请求。
根据另一实施方式，该方法可以包括读入经由所述安全通信结构传输的变速器信号的步骤，该变速器信号可以代表与所述电驱动器耦合的变速器的传动比。在此可以使用所述变速器信号来提供所述目标信号。例如，所述变速器信号可以代表所设置的档位或变速器的有效传动比。该信息可以由组件可靠地确定并经由安全通道例如传送到VCU。VCU可以有利地将该信息用于最佳地执行目标值-实际值比较。
根据另一实施方式，该方法可以包括读入经由所述安全通信结构传输的中断信号以暂时阻止关闭信号的提供的步骤。例如，在工作母机的一些传动系中可以安装以下组件，通过这些组件可能由于系统而导致目标扭矩与实际扭矩之间的偏差，但是从安全技术的角度来看这些组件不是关键的。对此的一个示例可以是换档过程期间的变速箱。在这种情况下，该组件可以例如向VCU提供一个信号，通过该信号可以具有暂时中断或暂停目标值-实际值比较以防止系统由于错误解释的良好状态而被意外关闭的可能性。所述组件的中断监视功能的信号例如可以在所述组件本身上可靠地检测和安全地传送。因此，可以短时间地停止(“静默”)对是否符合扭矩极限值的监视。一个示例是可靠地确定变速箱中换档套筒的位置。例如，一旦换档套筒处于无法传递牵引力的位置，通过VCU进行的监视就会静默。有利地，由此可以将能够导致实际扭矩与目标扭矩之间的偏差的期望变化引入该方法中并且可以可靠地监视所述电驱动器。
根据另一实施方式，可以在提供步骤中提供所述关闭信号，以中断由逆变器提供的用于运行所述驱动器的运行电流。例如，为此可以适当地操控所述逆变器的开关，以中断所述运行电流的提供。由此立即中断用于驱动所述驱动器的能量输送。
附加地或替代地，可以在提供步骤中提供所述关闭信号以操控所述驱动器的电动机相的短路。例如，用于传导运行电流的线路可以相互短路。例如，可以通过安全操控例如逆变器的功率电子装置的下半桥或上半桥来使三相电流侧的电动机相短路(AKS)。有利地可以不产生电压，因为所有有源部件都连接在交流侧。为了结合这两种关闭方法的优点，可以首先在转速高时在电动机相中造成短路，然后可以在达到低转速时切换到安全关闭扭矩(STO)的状态，以防止出现过高的制动力矩。
根据另一实施方式，在提供步骤中可以经由所述通信结构的双通道线路或使用安全传输协议来提供所述关闭信号。例如，所述关闭信号以及其他信号可以在所述工作母机的安全通信结构内使用总线系统(例如所谓的控制器区域网络(CAN))传送。这样做的优点是可以安全地传送和读入诸如关闭信号的信号，并且可以优化使用这些信号执行的动作。
根据一个实施方式，该方法的步骤可以重复执行。这样做的优点是可以连续监视工作母机的驱动器，并在必要时立即关闭该驱动器。
该方法例如可以以软件或硬件或者以软件和硬件的混合形式例如在控制设备中实现。
这里提出的方法还创建了一种设备，所述设备被构造为在对应的装置中执行、操控或实施这里提出的方法的变型的步骤。通过本发明具有设备形式的该实施变型也可以快速且有效地解决本发明所基于的任务。
为此，该设备可以具有用于处理信号或数据的至少一个计算单元、用于存储信号或数据的至少一个存储单元、至传感器或致动器的至少一个接口以用于从所述传感器读入传感器信号或用于将数据或控制信号输出到所述致动器和/或用于读入或输出嵌入在通信协议中的数据的至少一个通信接口。所述计算单元例如可以是信号处理器、微控制器等，其中所述存储单元可以是闪存、EEPROM或磁存储单元。所述通信接口可以被构造为无线地和/或有线地读入或输出数据，其中可以读入或输出有线数据的通信接口例如可以从对应的数据传输线路以电或光的方式读入这些数据或者可以输出到对应的数据传输线路中。
在当前情况下，设备可以理解为处理传感器信号并且据此输出控制信号和/或数据信号的电设备。该设备可以具有能够以硬件和/或软件方式构造的接口。在以硬件方式构造的情况下，所述接口可以是例如所谓的系统ASIC的一部分，该部分包含所述设备的各种功能。然而，所述接口也可以是单独的集成电路或至少部分地由分立的器件组成。在以软件方式构造的情况下，所述接口可以是软件模块，其例如与其他软件模块一起存在于微控制器上。
此外，提出了一种具有电驱动器、安全通信结构和上述设备的变型的工作母机。例如，所述工作母机可以是电动车辆，其中大部分组件可以具有自己的控制设备。这些组件可以以合适的方式协调，以便能够采取整个机器的安全状态。永磁同步电机的一个特殊特性是这种同步电机只要运动就会在高压电路中感应出电压。该电压可以产生电流。这种电流或电压以及由此产生的扭矩可能导致危险，例如导致间接接触时的电击、组件损坏、火灾或机器由于高制动力矩而翻倒。通过使用提出的设备，可以有利地保护工作母机免受这种危险。此外，可以通过使用具有增强绝缘的高压电缆、带有封闭外壳和HV标记的组件以及通过仅使用工具或插头接入带电部件来优化电安全性。例如，插头可以在关闭状态下具有对应于IPXXD以及在打开状态下对应于IPXXB的接触保护，并且附加地或替代地可以安装在关闭状态下带有联锁装置的插头。此外，工作母机可以在机器上具有盖子，并且在HV与车辆之间具有高绝缘电阻。该系统可以通过以下方式来防止间接接触：单一故障IT系统、HV和车载网络的电流隔离、所有可接触部件之间的电位平衡以及利用合适的绝缘测量装置和在出现绝缘故障时尽早(车辆静止)关闭HV电路(断开电池以及对中间电路放电)来自动监视是否符合系统的绝缘电阻。此外，可以通过先导线路和HVIL来监视插头是否打开，并一旦先导线路中断就尽早(车辆静止)关闭HV电路(断开电池以及对中间电路放电)来优化保护。此外，中间电路可以经由中间电路中的可开关放电电阻主动放电，并且中间电路可以经由中间电路中永久有效的对称电阻以及整个中间电路中Y电容中的最大能量容量被动放电。工作母机中的火灾可以例如通过以下方式防止：符合标准地设计电缆和插头，使用高温导体，使用保险丝对电路进行选择性的和符合标准的保护以及在没有形成明火的情况下检查组件是否有热故障。
有利的还有具有程序代码的计算机程序产品或计算机程序，所述程序代码可以存储在机器可读的载体或存储介质上，如半导体存储器、硬盘存储器或光存储器，用于执行、实施和/或操控步骤根据上述实施方式之一的方法的步骤，特别是当所述程序产品或所述程序在计算机或设备上运行时。
附图说明
这里提出的方法的实施例在附图中示出并且在以下描述中得到更详细的解释。
图1示出了根据一个实施例的用于运行电驱动器的方法的流程图；
图2示出了根据实施例的工作母机的框图；
图3示出了根据实施例的用于运行电驱动器的方法的流程图；以及
图4示出了根据实施例的设备的框图。
在本发明的有利实施例的以下描述中，对于各个图中所示的具有相似效果的元件使用相同或相似的附图标记，其中省略了对这些元件的重复描述。
具体实施方式
图1示出了根据实施例的用于运行电驱动器的方法100的流程图。方法100可应用于运行具有安全通信结构的工作母机的电驱动器。在此，该方法包括读入可选地经由所述安全通信结构传输的目标信号的步骤105，该目标信号代表该驱动器的期望目标扭矩。此外，方法100包括读入经由所述安全通信结构传输的实际信号的步骤110，该实际信号代表该驱动器的当前实际扭矩。然后进行经由安全通信结构提供安全关闭信号以使用所述目标信号和所述实际信号来关闭驱动器的步骤115。
在该实施例中，在提供步骤115中，如果目标扭矩与实际扭矩之间的偏差超过预定阈值，则示例性地经由所述通信结构的双通道线路提供所述关闭信号。响应于所述关闭信号，仅示例性地中断由逆变器提供的用于运行驱动器的运行电流。
在另一个实施例中，所述关闭信号可以附加地或替代地使用安全传输协议来提供并且可以例如操控驱动器的电动机相(Motorphase)的短路。此外，如果目标扭矩与实际扭矩之间的偏差超过阈值达预定时间段，则可以提供所述关闭信号。例如，如果实际扭矩与目标扭矩之间存在偏差100％达200ms的时间段，或者偏差50％达400ms或达600ms的时间段，则可以提供所述关闭信号。
根据一个实施方式，如果实际扭矩导致高于启动时车辆最大加速度的75％到启动时车辆最大加速度的100％的加速度超过0.2s的最大持续时间，高于启动时车辆最大加速度的32％到启动时车辆最大加速度的75％的加速度超过0.4s的最大持续时间，或高达启动时车辆最大加速度的32％的加速度超过0.5m的最大行驶距离，则可以对应于标准DIN EN1175提供所述关闭信号。在此，启动时车辆最大加速度应理解为车辆在空载状态下可以从静止状态执行的最大加速度。因此，使用所描述的方案可以确保车辆的驱动系统被设计为防止在水平面中从静止状态不受控制地、危险地加速。
在一个实施例中，重复执行该方法的步骤105、110、115，以连续监视工作母机的驱动器。
图2示出了根据实施例的工作母机200的框图。仅示例性地，工作母机200被构造为电动车辆并且包括电驱动器205，在该实施例中，电驱动器205经由交流电缆210与逆变器215连接。在此，可以借助于设备220来监视该实施例中的驱动器205，该设备220被构造为控制如前图中所描述的方法。在该实施例中，设备220被构造为借助于安全通信结构225仅示例性地使用安全传输协议来传输信号，该安全传输协议也可以称为Save CAN。在另一个实施例中，安全通信结构中的信号也可以例如通过双通道传输。
为了运行电驱动器205，在该实施例中设备220具有监视装置230。监视装置230被构造为读入经由安全通信结构225传输的目标信号235，该目标信号代表驱动器205的期望目标扭矩并且仅示例性地可以从用于确定目标信号235的确定装置240既提供给监视装置230又提供给逆变器215。
此外，监视装置230被构造为读入经由安全通信结构225传输的实际信号245，该实际信号245代表驱动器205的当前实际扭矩并且在该实施例中可以由逆变器215的传感器单元250提供。
使用目标信号235和实际信号245，监视装置230可以经由安全通信结构225提供关闭信号255，以关闭驱动器205。
根据一个实施例，这里所示的工作母机200被构造为具有用于工业应用的电驱动器205和针对该驱动器优化的安全概念的车辆。在此可以在逆变器215上安全地中断功率输出级的操控(PWM)。在这种中断的情况下，相关联的电动机不再提供驱动扭矩并且机器停止。此外，在这里所示的工作母机200中符合电驱动移动工作母机所要求的安全标准。这些安全标准一方面与带来危险的运动有关，另一方面与电安全性的符合有关。
避免带来危险的运动(功能安全)涉及多个方面，例如避免无意地启动机器，避免无意的运动，紧急情况下安全停止机器以及防止无意的强烈加速或减速。
电安全性尤其是避免直接接触、避免间接接触、避免形成电弧、避免火灾和避免可接触部件上的电位差。
在电动车辆的情况下，大多数组件都具有自己的控制设备。这些控制设备在这里所示的工作母机200中以适当的方式加以协调，以便能够采取整个机器的安全状态。永磁同步电机的一个特殊特性是这种同步电机只要运动就会在高压电路中感应出电压。该电压可以产生电流。这种电流或电压以及由此产生的扭矩在该实施例中可以通过所使用的设备220监视，由此保护免遭间接接触时的电击以及保护免遭组件损坏、火灾或机器由于高制动力矩而翻倒。
图3示出了根据实施例的用于运行电驱动器的方法100的流程图。这里所示的方法与先前图1中描述的方法对应或相似，并且可以借助于先前图2中描述的设备进行控制。在此与先前图1中描述的方法不同，这里所示出的方法100具有附加的和替代的步骤。
在该实施例中，方法100包括读入经由安全通信结构传输的请求信号的步骤300，所述请求信号代表用户或工作母机的自动工作控制器对驱动器的请求。仅示例性地，所述请求信号经由人机界面(HMI)读入。
此外，该实施例中的方法100包括读入经由安全通信结构传输的变速器信号的步骤305，该变速器信号代表与所述电驱动器耦合的变速器的传动比。
在随后的读入目标信号的步骤105中，在该实施例中使用所述请求信号来提供所述目标信号。换言之，在该实施例中从驾驶员的行驶期望中计算安全目标扭矩。此外，在该实施例中使用所述变速器信号提供所述目标信号，以在确定目标信号时引入当前变速器状态。
仅示例性地，在这里示出的方法100中，读入步骤105之后是使用目标信号确定扭矩范围的步骤310。在此，特定的扭矩范围代表可以执行实际扭矩的容差范围。
在一个实施例中，然后是读入经由安全通信结构传输的实际信号的步骤110，所述实际信号代表所述驱动器的当前实际扭矩。仅示例性地，在该实施例中实际扭矩由驱动器的驱动逆变器可靠地确定和安全地提供。在一个实施例中，示例性经由安全信道并且示例性地使用安全传输协议来传输实际信号。示例性地，借助于CAN标准J1939-76进行安全通信。
在读入实际信号的步骤110之后，在一个实施例中执行使用目标信号和实际信号将目标扭矩与实际扭矩进行比较的附加步骤315，以示例性地确定实际扭矩位于所述扭矩范围之内还是之外。换言之，执行安全目标扭矩与安全实际扭矩的比较。
在一个实施例中，方法100还包括读入经由安全通信结构传输的中断信号以暂时阻止关闭信号的提供的步骤320。该中断信号例如由于安装在一些传动系中的组件而加以提供，通过这些组件可能由于系统而导致目标扭矩与实际扭矩之间的偏差，但是从安全技术的角度来看这些组件不是关键的。对此的一个示例是换档过程期间的变速箱。在这种情况下提供一个信号，通过该信号可以暂时中断或暂停目标值-实际值比较以防止系统由于错误解释的良好状态而被意外关闭。所述组件的中断监视功能的信号例如可以在所述组件本身上可靠地检测和安全地传送。因此，可以短时间地停止(“静默”)对是否符合扭矩极限值的监视。可以对所谓的静默是否符合时间限制进行监视。如果静默持续时间过长，则可以触发关闭。
一旦不再存在系统引起的中断，在一个实施例中就进行提供关闭信号的步骤115。在此，当实际扭矩位于先前步骤310中确定的扭矩范围之外时，在该示例性实施例中提供关闭信号。此外，当目标扭矩与实际扭矩之间的偏差超过预定阈值达驱动器的驱动轴的预定转数时，在一个实施例中提供关闭信号。在此，在一个实施例中提供关闭信号以操控驱动器的电动机相的短路。
换句话说，通过方法100实现对驱动器上的驱动扭矩的安全关闭。为此，安全概念包括多个子方面或步骤，以实现例如行驶功能的安全操控和调节。这些步骤中的至少一些步骤在此是可选的。例如，车辆控制器(VCU)监视机器的安全平移运动。车辆控制器从驾驶员经由人机界面(HMI)(例如经由加速踏板(PWG))的输入中可靠地确定驾驶员的行驶期望。车辆控制器从驾驶员的行驶期望中可靠地计算出安全目标扭矩。驱动逆变器可靠地确定驱动器的实际扭矩。驱动器的实际扭矩经由安全通道传输到车辆控制器。车辆控制器执行安全目标扭矩与安全实际扭矩的比较。在超过与当前行驶状况对应的预定义极限值时，车辆控制器触发驱动器的安全关闭。将安全关闭指令安全地传输到包括驱动器的驱动装置(双通道或经由Safe-CAN)。该驱动装置可靠地实施关闭指令。该驱动装置经由安全通道将关闭反馈给车辆控制器。
在一个实施例中，也可以经由安全通道传输目标值-实际值比较所需的进一步信息。这例如是所设定的档位或变速器的有效传动比。该信息示例性地由组件可靠地确定并经由安全通道传送到车辆控制器。然后VCU可以使用这些信息来更准确地进行目标值-实际值比较。
在不同的实施例中，可以使用两种基本方法安全地关闭驱动器的驱动扭矩。第一种方法基于对输出级的操控的安全闭锁(PWM的中断)。第二种方法基于借助于输出级的适当操控(操控下半桥或上半桥)安全地创建电动机相短路。这两种方法都具有特定的优点和缺点。这些将在下面简要解释。在应用中，根据状况将驱动器从一种关闭类型转换到另一种关闭类型可能是有意义的。
对于第一种方法，通过对功率输出级的操控的安全闭锁(将PWM闭锁到IGBT)确保了输出级无法调节驱动器三相(AC)上的电流。然后驱动器不再提供驱动扭矩。然而，如果驱动器是永磁同步电机(PSM)形式的电动机，则转子中的磁铁通过旋转在电动机相中感应出电压(EMK)。该电压取决于电动机的转速。电动机的转速越高，EMK就越高。该电压通过逆变器的空转二极管施加在逆变器的中间电路上。在高转速时，感应出的电压可能变得非常高，以至于损伤了功率电子装置。在此，驱动器既不提供驱动扭矩也不提供制动扭矩。但是，如果在中间电路中存在电流吸收器(例如电池)一一由于该电流吸收器中间电路电压可以不升高，则大量电流会经由逆变器的空转二极管从交流电路流入中间电路。在此过程中产生制动力矩。此外，电流不受调节并且可能例如在电流过高时损伤电池。
对于第二种方法，通过安全操控在三相侧的逆变器的功率电子装置的下半桥或上半桥，将电动机相短路(AKS)。可能不会建立电压，因为所有有源部件都连接在交流侧。然而，在永磁同步电机中，在这种状态下有大电流流过短路的交流电路。该电流会导致建立不受调节的、与转速相关的制动力矩，该制动力矩在特定应用中可能会导致机器纵向动态性方面的危险状况。在永磁同步电机的情况下，该制动扭矩在高转速时通常很小，并且在非常低的转速时大多会急剧增加。此外，通过高电流可能导致组件上的高热负荷。由于交流电路中没有建立电压，因此不可能有电流经由空转二极管流入中间电路。因此，在中间电路中不形成电压并且在中间电路中不保持业已存在的电压。可以在AKS期间对中间电路放电。
在高制动力矩可能造成危险的特定应用中，可以首先在PSM的高转速时触发AKS，由此保护系统免遭高压，并在达到低转速时将系统切换到安全关闭力矩的状态，以防止出现过大的制动力矩。
图4示出了根据实施例的设备220的框图。这里所示的设备220对应于或类似于先前图2中描述的设备并且可以用在先前图2中描述的车辆中。设备220被构造为控制如先前图1和图3中所描述的方法。
在一个实施例中，仅示例性的，设备220包括用户接口400，该用户接口仅示例性地是用于输入行驶速度或用户期望的加速踏板。在这个实施例中，用户期望的输入(例如踩下加速踏板)可以被用户接口400的传感器单元405检测到并且仅示例性地可以使用请求信号410提供给确定装置240。在另一实施例中，该请求信号可以附加地或替代地代表工作母机对驱动器的自动工作控制。
在一个实施例中，确定装置240附加地被构造为读入经由安全通信结构225传输的变速器信号415。在该实施例中，变速器信号415代表与电驱动器205耦合的变速器420的传动比。此外，确定装置240仅示例性地被构造为读入也经由安全通信结构225传输的中断信号425，以暂时阻止提供关闭信号255。
在一个实施例中，可以使用请求信号410和变速器信号415将目标信号235提供给监视装置230和逆变器215。
在此，监视装置230在一个实施例中被构造为使用实际信号245和目标信号235进行目标扭矩与实际扭矩的比较。仅示例性地，如果目标扭矩与实际扭矩之间的偏差超过预定阈值达预定时间段，则可以提供用于关闭驱动器205的关闭信号255。
在另一实施例中，如果偏差超过阈值达驱动器的驱动轴的预定转数或者如果实际扭矩位于借助于目标信号确定的扭矩范围之外，则附加地或替代地提供关闭信号255。
在一个实施例中，将关闭信号255提供给逆变器215以示例性地中断由逆变器提供的用于运行驱动器205的运行电流。在该实施例中，驱动器205包括转速传感器430，该转速传感器被构造为检测驱动器的关闭并且使用反馈信号435提供给监视装置230。
当设备220用在车辆中时，驱动器205例如用于驱动该车辆的至少一个车轮。例如，变速器420为此在驱动器侧与车辆的至少一个车轮连接。例如，如果设备220被构造为没有变速器420，则由驱动器205驱动的轴直接与该车轮连接。
这里所示的设备220例如还被构造为具有多个用于符合电安全性的保护措施。例如，该系统通过使用具有增强绝缘的高压电缆以及带有封闭外壳和HV标记的组件来防止与高压(HV)系统的直接接触。根据一个实施例，带电部件只能通过工具或插头来接触。在此，例如将插头设计为具有在关闭状态下对应于IPXXD的接触保护的插头，具有在打开状态下对应于IPXXB的接触保护的插头，或在关闭状态下带有联锁装置的插头。此外，例如在机器上设置盖子以及在高压电源与例如车辆之间设置高绝缘电阻。
该系统例如通过以下方式防止间接接触：所谓的单一故障安全IT系统、高压区域和车载网络的电流隔离、所有可接触部件之间的电位平衡以及利用合适的绝缘测量装置和在出现绝缘故障时尽早(车辆静止)关闭HV电路(断开电池以及对中间电路放电)来自动监视是否符合系统的绝缘电阻。可选地，可以通过先导线路和所谓的HVIL(High VoltageInterlock Loop，高压互锁回路)来监视插头是否打开，并且一旦先导线路中断就尽早(例如在车辆静止时)关闭HV电路(断开电池以及对中间电路放电)。可选地，中间电路可以经由中间电路中的可开关放电电阻主动放电，中间电路可以经由中间电路中永久有效的对称电阻和整个中间电路中Y电容中的最大能量容量被动放电。
火灾的可靠防止可以例如通过以下方式进行：符合标准地设计电缆和插头，使用高温导体，使用保险丝对电路进行选择性的和符合标准的保护以及在没有形成明火的情况下检查组件是否有热故障。

Claims (15)

1.一种用于运行具有安全通信结构(225)的工作母机(200)的电驱动器(205)的方法(100)，其中所述方法(100)包括以下步骤(105、110、115)：
读入(105)代表所述驱动器(205)的期望目标扭矩的目标信号(235)；
读入(110)经由所述安全通信结构(225)传输的实际信号(245)，所述实际信号代表所述驱动器(205)的当前实际扭矩；以及
经由所述安全通信结构(225)提供(105)安全的关闭信号(255)以用于使用所述目标信号(235)和所述实际信号(245)来关闭所述驱动器(205)。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，当所述目标扭矩与所述实际扭矩之间的偏差超过预定阈值时，提供所述关闭信号(255)。
3.根据权利要求2所述的方法(100)，其中，当所述偏差超过所述阈值达预定时间段时，提供所述关闭信号(255)。
4.根据权利要求3所述的方法(100)，其中，当所述偏差超过所述阈值达所述驱动器(205)的驱动轴的预定转数时，提供所述关闭信号(255)。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法(100)，具有使用所述目标信号(235)和所述实际信号(245)将所述目标扭矩与所述实际扭矩进行比较的步骤(315)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，具有使用所述目标信号(235)确定扭矩范围的步骤(310)，其中当所述实际扭矩位于所述扭矩范围之外时提供所述关闭信号(255)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，具有读入经由所述安全通信结构(225)传输的请求信号(410)的步骤(300)，所述请求信号代表用户或所述工作母机(200)的自动工作控制器对所述驱动器(205)的请求，其中使用所述请求信号(410)来提供所述目标信号(235)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，具有读入经由所述安全通信结构(225)传输的变速器信号(415)的步骤(305)，所述变速器信号代表与所述电驱动器(205)耦合的变速器(420)的传动比，其中使用所述变速器信号(415)来提供所述目标信号(235)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，具有读入经由所述安全通信结构(225)传输的中断信号(425)以暂时阻止所述关闭信号(255)的提供的步骤(320)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，在提供步骤(115)中提供所述关闭信号(255)，以中断由逆变器(215)提供的用于运行所述驱动器(205)的运行电流。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，在提供步骤(115)中提供所述关闭信号(255)以操控所述驱动器(205)的电动机相的短路。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，在提供步骤(115)中经由所述通信结构(225)的双通道线路或使用安全传输协议来提供所述关闭信号(255)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，重复执行所述方法(100)的步骤(105、110、115)。
14.一种设备(220)，其被设置为在对应的单元中执行和/或操控根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)的步骤(105、110、115)。
15.一种工作母机(200)，具有电驱动器(205)、安全通信结构(225)和根据权利要求14所述的设备(220)。
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