EP4208364A1 - Drive system and method for operating a drive system - Google Patents

Drive system and method for operating a drive system

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Publication number
EP4208364A1
EP4208364A1 EP21751543.6A EP21751543A EP4208364A1 EP 4208364 A1 EP4208364 A1 EP 4208364A1 EP 21751543 A EP21751543 A EP 21751543A EP 4208364 A1 EP4208364 A1 EP 4208364A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control unit
drive system
drive
energy source
partial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21751543.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gunther Handte
Christoph Woll
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4208364A1 publication Critical patent/EP4208364A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0092—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption with use of redundant elements for safety purposes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
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    • B60W50/02—Ensuring safety in case of control system failures, e.g. by diagnosing, circumventing or fixing failures
    • B60W50/023—Avoiding failures by using redundant parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a drive system, comprising a first partial drive system and a second partial drive system, each of which has at least one electric machine, at least one control electronics for controlling the at least one electric machine, an energy source and an energy source control unit for monitoring and controlling the energy source.
  • the invention also relates to a method for operating the drive system proposed according to the invention.
  • the invention also relates to a vehicle which includes the drive system proposed according to the invention and/or which is set up to carry out the method proposed according to the invention.
  • the drive system of electrically powered vehicles (Electric Vehicle, EV) consists of an energy source, an energy source control unit, an electric machine and control electronics.
  • Autonomously driven vehicles have built-in redundancies to avoid breakdowns due to a fault in the drive system. i.e. individual components are at least duplicated and only take over the corresponding task in the event of a fault, which is also referred to as cold redundancy, or are designed in the drive system in such a way that they also take over the corresponding tasks in support of part or up to 50% even if there is no fault , also known as warm redundancy.
  • the sub-drive system drives the rear axle and another sub-drive system drives the front axle, there is already a certain redundancy, since if one component fails, one axle can continue to operate without errors and the vehicle can therefore continue to move can be, whereby a breakdown of the vehicle in moving traffic is avoided.
  • the vehicle can continue to the right edge of the road, to the emergency lay-by or to the next parking lot and be safely parked there.
  • Different remaining ranges or remaining travel times mean different safe stop levels (SSL) that can be achieved.
  • SSL plays a crucial role in autonomously driven vehicles in particular. The higher the SSL, the more effort and costs as well as space are required.
  • the second partial drive system enables the journey to continue with less power and a shorter range.
  • a higher-level drive control unit also referred to as a vehicle control unit (VCU) switches off the defective partial drive system.
  • VCU vehicle control unit
  • the entire partial drive system of an axis is also switched off today, since the components can no longer be monitored, controlled or regulated.
  • Document JP 2016-196295 A describes a vehicle control system for controlling a vehicle, particularly an electrically powered vehicle.
  • a drive system for a vehicle includes a first partial drive system and a second partial drive system.
  • the first and the second partial drive system each have at least one electric machine, at least one control electronics for controlling the at least one electric machine, an energy source and an energy source control unit for monitoring and controlling the energy source.
  • the drive system also includes a first drive control unit and a second drive control unit.
  • the first drive control unit communicates both with the first partial drive system and with the second partial drive system.
  • the variables from the respective control electronics such as current limits in the current state of the component, such as temperature, and the current actually provided to the electrical machine and output voltage of the control electronics, and energy source control unit, such as current limits in the current state of the component, such as state of charge, Temperature, state of health, as well as the voltage of the energy source and also error codes of the components, and possibly other variables, such as variables of the electrical machine, such as temperature, are transmitted to the drive control unit. These variables are used by the drive control unit as input variables.
  • the first and the second drive control unit are equipped with identical software and each include an operational management system, which is a function block of the respective drive control units.
  • the two drive control units have the same input signals.
  • the first drive control unit serves as a master control unit and is set up to control and monitor the drive system.
  • the first drive control unit reads in the values of the two partial drive systems.
  • the first drive control unit controls the entire drive system and determines the target torque distributions for the respective partial drive systems without the second drive control unit.
  • the second drive control unit serves as a slave control unit and is set up to take over the control and monitoring of the drive system in the error state of the first drive control unit. in error state the first drive control unit, the second drive control unit becomes a master control unit from a slave control unit.
  • the second drive control unit has all the necessary signals from both partial drive systems and is therefore able to take over the control and monitoring of the entire drive system and to determine the target torque distributions for the first and the second partial drive system without the first drive control unit.
  • the master function of the first drive control unit is retained and continues to control and monitor the entire drive system.
  • the energy source is preferably designed as a battery which has one or more battery cells.
  • the battery is preferably designed as a lithium-ion battery.
  • the energy source can advantageously also be in the form of a fuel cell module which has one or more fuel cells.
  • the energy source can be designed as a capacitor module that has one or more capacitors.
  • the capacitor can preferably be designed as a supercapacitor (supercapacitor, SC).
  • the first and/or the second partial drive system preferably each have an auxiliary energy source control unit for monitoring and controlling the energy source.
  • the respective auxiliary energy source control unit is set up to take over the monitoring and control of the energy source in the event of a fault in the energy source control unit.
  • Variables from the energy source of the first and second partial drive systems such as battery cell voltage, current and temperature, are transmitted to the energy source control unit and auxiliary energy source control unit assigned to the respective energy sources.
  • the energy source control unit serves as a master control unit and is set up to control and monitor the energy source assigned to it.
  • the auxiliary energy source control unit serves as a slave control unit and is set up to take over the control and monitoring of the energy source assigned to it in the error state of the energy source control unit.
  • the auxiliary power source controller in the Error state of the power source controller, the auxiliary power source controller becomes a master controller from a slave controller. In the error state of the auxiliary energy source control unit, the master function of the energy source control unit is retained and continues to control and monitor the energy source assigned to it.
  • the first and the second drive control unit preferably communicate with the first and the second drive train system via a communication bus, such as a CAN bus.
  • a communication bus such as a CAN bus.
  • the communication between the drive control unit and the partial drive system can also take place via a point-to-point connection.
  • the drive control unit is connected directly to the control variables of the energy source control unit and the control electronics.
  • the point-to-point connection and/or the communication bus are preferably designed redundantly.
  • a method for operating the drive system according to the invention is also proposed.
  • the method proposed according to the invention comprises the following method steps:
  • the method proposed according to the invention preferably also comprises the following method steps:
  • a vehicle is also proposed which includes the drive system proposed according to the invention and/or which is set up to carry out the method proposed according to the invention.
  • a failure of an electronic controller here the drive control unit or energy source control unit, which controls the components of a partial drive system, does not necessarily have to lead to the shutdown of this partial drive system. If all components continue to work without errors, control can be taken over elsewhere.
  • the energy available in the energy source can be used to continue operating the partial drive system of the vehicle with the axle-related components, the control electronics and the electrical machines. This means that the entire drive system is functional and consequently no restrictions are to be expected in terms of performance, driving pleasure, adherence to schedules for buses or shuttles and range, which also means that the maximum SSL is achieved.
  • Figure la is a schematic representation of a drive system in the prior art according to a first embodiment
  • Figure lb is a schematic representation of the data transmission of the drive system according to the first embodiment
  • Figure 2a is a schematic representation of the drive system in the prior art according to a second embodiment
  • FIG. 2b shows a schematic representation of the data transmission of the drive system according to the second exemplary embodiment
  • FIG. 3a shows a schematic representation of the drive system proposed according to the invention
  • FIG. 3b shows a schematic representation of the data transmission of the drive system proposed according to the invention.
  • Figures la and 2a each show a schematic representation of a vehicle 10 with a drive system 20 in the prior art
  • Figures lb and 2b each show a schematic representation of the data transmission of the respective drive systems 20 according to Figures la and 2a.
  • the respective drive system 20 comprises a first drive train system 30 and a second drive train system 40.
  • the first drive train system 30 is used to drive a rear axle 32 and the second drive train system 40 is used to drive a front axle 42.
  • the first and second drive train systems 30, 40 each have two electric machines 50, each comprising control electronics 52, and a gear 54 on.
  • the first and second partial drive systems 30, 40 also each have an energy source 60 with an energy source control unit 62.
  • a first drive control unit 72 is assigned to the first partial drive system 30
  • a second drive control unit 74 is assigned to the second partial drive system 40 .
  • Both drive control units 72, 74 must be coordinated by a drive control unit coordinator 76 and the driving behavior must be optimally adjusted to the operating point.
  • the variables from the energy source control unit 62 and the control electronics 52 and possibly other variables, such as variables of the electrical machine 50, such as temperature, of the respective drive control unit 72, 74 are used as input variables.
  • Each propulsion control unit 72,74 includes a sub-operation management system 92 which is a functional block and determines the optimal operating strategy of the sub-propulsion system 30,40. Both propulsion control units 72, 74 then report the optimum operating conditions to the propulsion control unit coordinator 76, which has a functional block, namely a higher-level operations management system 94. This determines the overall operating strategy and reports the calculated target torque distributions to the respective control electronics 52 of the electrical machines 50. The target torque distributions will all be different, depending on the load on the axles 32, 42 or the electrical machines 50 and the charge states of the energy sources 60 etc.
  • the structure of the drive system 20 has a first drive control unit 72, which acts as a master control unit, and a second drive control unit 74, which represents a slave control unit. Both drive control units 72, 74 communicate with one another via a communication bus 84 and contain the same partial operation management system 92.
  • the first drive control unit 72 controls the first partial drive system 30 or the rear axle 32
  • the second drive control unit 74 controls the second partial drive system 40 or the front axle 42 at.
  • Only the higher-level operational management system 94 is anchored additionally and only in the first drive control unit 72 .
  • Each drive control unit 72, 74 processes the information supplied by the components, such as current, torque limits, etc., and is able to operate the respective sub-drive system 30, 40. With two functioning drive control units 72, 74 runs the overall operating strategy in the first drive control unit 72, which serves as a master control unit, and determines the desired torque splits for all electric machines 50.
  • the vehicle 10 will be driven solely by the second drive control unit 74 and its associated components.
  • the second drive control unit 74 becomes a master control unit from a slave control unit. A cross-axis torque distribution is therefore not necessary.
  • the first drive control unit 72 remains the master control unit. An overall operating strategy does not need to be determined in this case either. In both cases only one partial drive system 30, 40 is active.
  • the sub-operations management system 92 of the second drive control unit 74 supplies input variables via a communication bus 84 to the higher-level operations management system 94 of the first drive control unit 72.
  • a failure of the communication bus 84 would also result in only the first sub-drive system 30 belonging to the first drive control unit 72 becomes active. In order to avoid a communication bus failure, a timeout or other communication bus errors, this is designed redundantly.
  • FIG. 3a shows a schematic representation of a vehicle 10 with a drive system 20 proposed according to the invention
  • FIG. 3b shows a schematic representation of the data transmission of the drive system 20 proposed according to the invention
  • the drive system 20 proposed according to the invention comprises a first partial drive system 30 and a second partial drive system 40.
  • the first partial drive system 30 is used to drive the rear axle 32 and the second partial drive system 40 is used to drive the front axle 42.
  • the first and second partial drive systems 30, 40 each have two Electrical machines 50, each of which includes control electronics 52, and a transmission 54.
  • the first and second partial drive systems 30, 40 also each have an energy source 60 with an energy source control unit 62.
  • the drive system 20 proposed according to the invention also includes a first drive control unit 72 and a second drive control unit 74.
  • the two drive control units 72, 74 are equipped with identical software and each include an overall operation management system 96, which is a functional block of the respective drive control units 72, 74.
  • both drive control units 72, 74 have the same input signals.
  • the second drive control unit 74 is additionally connected to the variables of the control electronics 52 and the variables of the energy source control unit 62 of the first partial drive system 30 .
  • the connection can be made via communication bus 84 or also via point-to-point connection 82 directly with the control variables from energy source control unit 62 and control electronics 52 .
  • the connection is designed redundantly to ensure fail-safety.
  • the first drive control unit 72 serves as a master control unit and reads in the variables of the second drive system part 40 in addition to the own variables of the first drive system part 30 .
  • the first drive control unit 72 controls the entire drive system 20 and determines the target torque distributions for the first and second partial drive systems 30, 40 or the drive of the rear axle 32 and the front axle 42.
  • the second drive control unit 74 takes over control, now no longer just that of the second partial drive system 40, but that of the entire drive system 20.
  • the second drive control unit 74 has all the necessary signals from both partial drive systems 30, 40 and is therefore able to determine the overall operating strategy and the target torque distributions without the first drive control unit 72.
  • the second drive control unit 74 is now changed from a slave control unit to a master control unit.
  • the master function of the first drive control unit 72 is retained, i. H. the first drive control unit 72 continues to take over the control of the entire drive system 20.
  • the first drive control unit 72 still has all the necessary signals from both partial drive systems 30, 40 and is therefore able to determine the overall operating strategy and the target torque distributions even without the second drive control unit 74 .
  • the energy from the energy source 60 of the partial drive system 30, 40 with the defective drive control unit 72, 74 is not wasted and is available to the vehicle 10 so that it can reach its destination without any reduction in performance.
  • the energy source 60 can be designed as a battery, a fuel cell module or a capacitor module.

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Abstract

The invention relates to a drive system (20), comprising a first partial drive system (30) and a second partial drive system (40), which each have at least one electric machine (50), at least one actuation electronics unit (52) for actuating the at least one electric machine (50), a power source (60) and a power source control unit (62) for monitoring and controlling the power source (60). According to the invention, the drive system (20) also comprises a first drive control unit (74) and a second drive control unit (74), the first drive control unit (72) communicating both with the first partial drive system (30) and with the second partial drive system (40) and being designed to control and monitor the drive system (20), and the second drive control unit (74) communicating both with the first partial drive system (30) and with the second partial drive system (40) and being designed to take on the control and monitoring of the drive system (20) should the first drive control unit (72) enter into an error state. The invention further relates to a method for operating the drive system (20) according to the invention. The invention also relates to a vehicle (10) which comprises the drive system (20) according to the invention and/or which is designed to carry out the method according to the invention.

Description

Beschreibung description
Titel: Title:
Antriebssystem und Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems Propulsion system and method of operating a propulsion system
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem, umfassend ein erstes Teilantriebssystem und ein zweites Teilantriebssystem, die jeweils mindestens eine elektrische Maschine, mindestens eine Ansteuerelektronik zum Ansteuern der mindestens einen elektrischen Maschine, eine Energiequelle und eine Energiequellesteuereinheit zur Überwachung und Steuerung der Energiequelle aufweisen. The invention relates to a drive system, comprising a first partial drive system and a second partial drive system, each of which has at least one electric machine, at least one control electronics for controlling the at least one electric machine, an energy source and an energy source control unit for monitoring and controlling the energy source.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebssystems. The invention also relates to a method for operating the drive system proposed according to the invention.
Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, das das erfindungsgemäß vorgeschlagene Antriebssystem umfasst und/oder das eingerichtet ist, das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren durchzuführen. The invention also relates to a vehicle which includes the drive system proposed according to the invention and/or which is set up to carry out the method proposed according to the invention.
Stand der Technik State of the art
Das Antriebssystem von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen (Electric Vehicle, EV) besteht aus einer Energiequelle, eine Energiequellesteuereinheit, einer elektrischen Maschine und einer Ansteuerelektronik. Autonom angetriebene Fahrzeuge haben, um Liegenbleiben aufgrund eines Fehlers im Antriebssystem zu vermeiden, Redundanzen eingebaut. D. h. einzelne Komponenten sind mindestens doppelt vorhanden und übernehmen nur im Fehlerfall die entsprechende Aufgabe, was auch als kalte Redundanz bezeichnet wird, oder sind so in das Antriebssystem konzipiert, dass sie auch bereits im Nicht- Fehlerfall unterstützend die entsprechenden Aufgaben teilweise oder bis zu 50% übernehmen, was auch als warme Redundanz bezeichnet wird. The drive system of electrically powered vehicles (Electric Vehicle, EV) consists of an energy source, an energy source control unit, an electric machine and control electronics. Autonomously driven vehicles have built-in redundancies to avoid breakdowns due to a fault in the drive system. i.e. individual components are at least duplicated and only take over the corresponding task in the event of a fault, which is also referred to as cold redundancy, or are designed in the drive system in such a way that they also take over the corresponding tasks in support of part or up to 50% even if there is no fault , also known as warm redundancy.
Erfolgt die Aufteilung, dass ein Teilantriebssystem die Hinterachse und ein weiteres Teilantriebssystem die Vorderachse antreibt, so ist hiermit bereits eine gewisse Redundanz gegeben, da im Fehlerfall einer Komponente, eine Achse fehlerfrei weiterbetrieben werden kann und das Fahrzeug somit weiterbewegt werden kann, wodurch ein Liegenbleiben des Fahrzeugs im fließenden Verkehr vermieden wird. Das Fahrzeug kann noch bis zum rechten Fahrbahnrand, bis zur Nothaltebucht oder bis zum nächsten Parkplatz weiterfahren und dort sicher abgestellt werden. Unterschiedliche Rest- Reichweiten bzw. Rest- Fahrzeiten bedeuten unterschiedliche Safe-Stop-Levels (SSL), welche erreicht werden können. Insbesondere bei autonom angetriebenen Fahrzeugen spielt der SSL eine entscheidende Rolle. Je höher der SSL, umso mehr Aufwand und Kosten sowie Bauraum sind erforderlich. If the sub-drive system drives the rear axle and another sub-drive system drives the front axle, there is already a certain redundancy, since if one component fails, one axle can continue to operate without errors and the vehicle can therefore continue to move can be, whereby a breakdown of the vehicle in moving traffic is avoided. The vehicle can continue to the right edge of the road, to the emergency lay-by or to the next parking lot and be safely parked there. Different remaining ranges or remaining travel times mean different safe stop levels (SSL) that can be achieved. The SSL plays a crucial role in autonomously driven vehicles in particular. The higher the SSL, the more effort and costs as well as space are required.
Fällt im Beispielfall die Energiequelle oder die der Energiequelle zugeordnete Energiequellesteuereinheit, oder die Ansteuerelektronik oder eine elektrische Maschine, die eine Achse antreibt, aus, so ermöglicht das zweite Teilantriebssystem die Weiterfahrt mit geringerer Leistung und geringerer Reichweite. If, in the example, the energy source or the energy source control unit assigned to the energy source, or the control electronics or an electrical machine that drives an axle fails, the second partial drive system enables the journey to continue with less power and a shorter range.
Eine übergeordnete Antriebssteuereinheit, die auch als Fahrzeugsteuereinheit (VCU) bezeichnet wird, schaltet in diesem Fall das defekte Teilantriebssystem ab. Im Fehlerfall einer Antriebssteuereinheit wird Stand heute ebenfalls das komplette Teilantriebssystem einer Achse abgeschaltet, da die Komponenten nicht mehr überwacht, angesteuert oder geregelt werden können. In this case, a higher-level drive control unit, also referred to as a vehicle control unit (VCU), switches off the defective partial drive system. In the event of an error in a drive control unit, the entire partial drive system of an axis is also switched off today, since the components can no longer be monitored, controlled or regulated.
Das Dokument US 2019/0100105 Al beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines fehlertoleranten Antriebssystems in einem Elektrofahrzeug. Document US 2019/0100105 A1 describes a method for operating a fault-tolerant drive system in an electric vehicle.
Das Dokument JP 2016-196295 A beschreibt ein Fahrzeugsteuersystem zur Steuerung eines Fahrzeugs, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Document JP 2016-196295 A describes a vehicle control system for controlling a vehicle, particularly an electrically powered vehicle.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of Invention
Es wird ein Antriebssystem für ein Fahrzeug vorgeschlagen. Dabei umfasst das Antriebssystem ein erstes Teilantriebssystem und ein zweites Teilantriebssystem. Das erste und das zweite Teilantriebssystem weisen jeweils mindestens eine elektrische Maschine, mindestens eine Ansteuerelektronik zum Ansteuern der mindestens einen elektrischen Maschine, eine Energiequelle und eine Energiequellesteuereinheit zur Überwachung und Steuerung der Energiequelle auf. Erfindungsgemäß umfasst das Antriebssystem ferner eine erste Antriebssteuereinheit und eine zweite Antriebssteuereinheit. Dabei kommuniziert die erste Antriebssteuereinheit sowohl mit dem ersten Teilantriebssystem, als auch mit dem zweiten Teilantriebssystem. Ebenso kommuniziert die zweite Antriebssteuereinheit sowohl mit dem ersten Teilantriebssystem, als auch mit dem zweiten Teilantriebssystem. Unter Kommunizieren zwischen der Antriebseinheit und dem Teilantriebssystem wird Datenübertragung, insbesondere Datenübertragung zwischen der Antriebseinheit und der Ansteuerelektronik der elektrischen Maschine sowie der Energiequellesteuereinheit, verstanden. Dabei werden die Größen aus der jeweiligen Ansteuerelektronik, wie beispielsweise Stromlimits bei dem aktuellen Zustand der Komponente, wie Temperatur, und tatsächlich der elektrischen Maschine bereitgestellter Strom sowie Ausgangsspannung der Ansteuerelektronik, und Energiequellesteuereinheit, wie beispielsweise Stromlimits bei dem aktuellen Zustand der Komponente, wie Ladezustand, Temperatur, Alterungszustand, sowie die Spannung der Energiequelle und zusätzlich auch Fehlercodes der Komponenten, und gegebenenfalls weitere Größen, wie beispielsweise Größen der elektrischen Maschine, wie Temperatur, an die Antriebssteuereinheit übertragen. Diese Größen dienen der Antriebssteuereinheit als Eingangsgrößen. A drive system for a vehicle is proposed. The drive system includes a first partial drive system and a second partial drive system. The first and the second partial drive system each have at least one electric machine, at least one control electronics for controlling the at least one electric machine, an energy source and an energy source control unit for monitoring and controlling the energy source. According to the invention, the drive system also includes a first drive control unit and a second drive control unit. In this case, the first drive control unit communicates both with the first partial drive system and with the second partial drive system. Likewise, the second drive control unit communicates both with the first partial drive system and with the second partial drive system. Communication between the drive unit and the partial drive system is understood to mean data transmission, in particular data transmission between the drive unit and the control electronics of the electrical machine and the energy source control unit. The variables from the respective control electronics, such as current limits in the current state of the component, such as temperature, and the current actually provided to the electrical machine and output voltage of the control electronics, and energy source control unit, such as current limits in the current state of the component, such as state of charge, Temperature, state of health, as well as the voltage of the energy source and also error codes of the components, and possibly other variables, such as variables of the electrical machine, such as temperature, are transmitted to the drive control unit. These variables are used by the drive control unit as input variables.
Die erste und die zweite Antriebssteuereinheit sind dabei mit identischer Software bestückt und umfassen jeweils ein Betriebsmanagementsystem, das ein Funktionsblock der jeweiligen Antriebssteuereinheiten ist. Zudem verfügen die beiden Antriebssteuereinheiten über gleiche Eingangssignale. The first and the second drive control unit are equipped with identical software and each include an operational management system, which is a function block of the respective drive control units. In addition, the two drive control units have the same input signals.
Im fehlerfreien Zustand dient die erste Antriebssteuereinheit als eine Master- Steuereinheit und ist zur Steuerung und Überwachung des Antriebssystems eingerichtet. Dabei liest die erste Antriebssteuereinheit die Größen der beiden Teilantriebssysteme ein. Die erste Antriebssteuereinheit steuert dabei das gesamte Antriebssystem und bestimmt die Soll-Momentenaufteilungen für die jeweiligen Teilantriebssysteme ohne die zweite Antriebssteuereinheit. In the error-free state, the first drive control unit serves as a master control unit and is set up to control and monitor the drive system. The first drive control unit reads in the values of the two partial drive systems. The first drive control unit controls the entire drive system and determines the target torque distributions for the respective partial drive systems without the second drive control unit.
Die zweite Antriebssteuereinheit dient dabei als eine Slave-Steuereinheit und ist eingerichtet, im Fehlerzustand der ersten Antriebssteuereinheit die Steuerung und die Überwachung des Antriebssystems zu übernehmen. Im Fehlerzustand der ersten Antriebssteuereinheit wird die zweite Antriebssteuereinheit von einer Slave-Steuereinheit zu einer Master- Steuereinheit. Der zweiten Antriebssteuereinheit liegen alle erforderlichen Signale von beiden Teilantriebssystemen vor und ist somit in der Lage, die Steuerung und Überwachung des gesamten Antriebssystems zu übernehmen und die Soll- Momentenaufteilungen für das erste und das zweite Teilantriebssystem auch ohne die erste Antriebssteuereinheit zu bestimmen. The second drive control unit serves as a slave control unit and is set up to take over the control and monitoring of the drive system in the error state of the first drive control unit. in error state the first drive control unit, the second drive control unit becomes a master control unit from a slave control unit. The second drive control unit has all the necessary signals from both partial drive systems and is therefore able to take over the control and monitoring of the entire drive system and to determine the target torque distributions for the first and the second partial drive system without the first drive control unit.
Im Fehlerzustand der zweiten Antriebssteuereinheit bleibt die Masterfunktion der ersten Antriebssteuereinheit erhalten und übernimmt weiterhin die Steuerung sowie die Überwachung des gesamten Antriebssystems. In the error state of the second drive control unit, the master function of the first drive control unit is retained and continues to control and monitor the entire drive system.
Vorzugsweise ist die Energiequelle als eine Batterie ausgebildet, die eine oder mehrere Batteriezellen aufweist. Bevorzugt ist die Batterie als eine Lithium- Ionen- Batterie ausgebildet. The energy source is preferably designed as a battery which has one or more battery cells. The battery is preferably designed as a lithium-ion battery.
Vorteilhaft kann die Energiequelle auch als ein Brennstoffzellenmodul ausgebildet sein, das eine oder mehrere Brennstoffzellen aufweist. The energy source can advantageously also be in the form of a fuel cell module which has one or more fuel cells.
Alternativ kann die Energiequelle als ein Kondensatormodul ausgebildet sein, das einen oder mehrere Kondensatoren aufweist. Bevorzugt kann der Kondensator als ein Superkondensator (Supercapacitor, SC) ausgebildet sein. Alternatively, the energy source can be designed as a capacitor module that has one or more capacitors. The capacitor can preferably be designed as a supercapacitor (supercapacitor, SC).
Vorzugsweise weisen das erste und/oder das zweite Teilantriebssystem jeweils eine Hilfs-Energiequellesteuereinheit zur Überwachung und Steuerung der Energiequelle auf. Die jeweilige Hilfs-Energiequellesteuereinheit ist dabei eingerichtet, im Fehlerfall der Energiequellesteuereinheit die Überwachung und Steuerung der Energiequelle zu übernehmen. Dabei werden Größen der Energiequelle des ersten und des zweiten Teilantriebssystems, wie beispielsweise Batteriezellenspannung, -ström und -temperatur, an die der jeweiligen Energiequellen zugeordnete Energiequellesteuereinheit und Hilfs- Energiequellesteuereinheit übertragen. Im fehlerfreien Zustand dient die Energiequellesteuereinheit als eine Master- Steuereinheit und ist zur Steuerung und Überwachung der ihr zugeordneten Energiequelle eingerichtet. Die Hilfs- Energiequellesteuereinheit dient dabei als eine Slave-Steuereinheit und ist eingerichtet, im Fehlerzustand der Energiequellesteuereinheit die Steuerung und die Überwachung der ihr zugeordneten Energiequelle zu übernehmen. Im Fehlerzustand der Energiequellesteuereinheit wird die Hilfs- Energiequellesteuereinheit von einer Slave-Steuereinheit zu einer Master- Steuereinheit. Im Fehlerzustand der Hilfs- Energiequellesteuereinheit bleibt die Masterfunktion der Energiequellesteuereinheit erhalten und übernimmt weiterhin die Steuerung sowie die Überwachung der ihr zugeordneten Energiequelle. The first and/or the second partial drive system preferably each have an auxiliary energy source control unit for monitoring and controlling the energy source. The respective auxiliary energy source control unit is set up to take over the monitoring and control of the energy source in the event of a fault in the energy source control unit. Variables from the energy source of the first and second partial drive systems, such as battery cell voltage, current and temperature, are transmitted to the energy source control unit and auxiliary energy source control unit assigned to the respective energy sources. In the error-free state, the energy source control unit serves as a master control unit and is set up to control and monitor the energy source assigned to it. The auxiliary energy source control unit serves as a slave control unit and is set up to take over the control and monitoring of the energy source assigned to it in the error state of the energy source control unit. in the Error state of the power source controller, the auxiliary power source controller becomes a master controller from a slave controller. In the error state of the auxiliary energy source control unit, the master function of the energy source control unit is retained and continues to control and monitor the energy source assigned to it.
Vorzugsweise kommunizieren die erste und die zweite Antriebssteuereinheit via einen Kommunikationsbus, wie beispielsweise einen CAN-Bus, mit dem ersten und dem zweiten Teilantriebssystem. Die Kommunikation zwischen der Antriebssteuereinheit und dem Teilantriebssystem kann auch via eine Punkt-Zu- Punkt-Verbindung erfolgen. Dabei wird die Antriebssteuereinheit direkt mit den Steuergrößen der Energiequellesteuereinheit und der Ansteuerelektronik verbunden. The first and the second drive control unit preferably communicate with the first and the second drive train system via a communication bus, such as a CAN bus. The communication between the drive control unit and the partial drive system can also take place via a point-to-point connection. The drive control unit is connected directly to the control variables of the energy source control unit and the control electronics.
Vorzugsweise sind die Punkt-Zu-Punkt-Verbindung und/oder der Kommunikationsbus redundant ausgelegt. The point-to-point connection and/or the communication bus are preferably designed redundantly.
Es wird ferner ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen Antriebssystems vorgeschlagen. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren umfasst dabei nachfolgende Verfahrensschritte: A method for operating the drive system according to the invention is also proposed. The method proposed according to the invention comprises the following method steps:
- Übertragung von Größen des ersten Teilantriebssystems und des zweiten Teilantriebssystems an die erste und die zweite Antriebssteuereinheit; - Transmission of sizes of the first part of the drive system and the second part of the drive system to the first and the second drive control unit;
- Steuerung und Überwachung des Antriebssystems durch die erste Antriebssteuereinheit im fehlerfreien Zustand der ersten Antriebssteuereinheit;- Control and monitoring of the drive system by the first drive control unit in the error-free state of the first drive control unit;
- Steuerung und Überwachung des Antriebssystems durch die zweite Antriebssteuereinheit im Fehlerzustand der ersten Antriebssteuereinheit. - Control and monitoring of the drive system by the second drive control unit in the error state of the first drive control unit.
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ferner nachfolgende Verfahrensschritte: The method proposed according to the invention preferably also comprises the following method steps:
- Übertragung von Größen der Energiequelle des ersten und des zweiten Teilantriebssystems an die der jeweiligen Energiequellen zugeordnete Energiequellesteuereinheit und Hilfs- Energiequellesteuereinheit; - Transmission of sizes of the energy source of the first and the second partial drive system to the energy source associated with the respective energy source control unit and auxiliary energy source control unit;
- Steuerung und Überwachung der Energiequellen des ersten und des zweiten Teilantriebssystems durch die der jeweiligen Energiequellen zugeordnete Energiequellesteuereinheit im fehlerfreien Zustand der Energiequellesteuereinheit; - Control and monitoring of the energy sources of the first and of the second partial drive system by the energy source control unit assigned to the respective energy source in the error-free state of the energy source control unit;
- Steuerung und Überwachung der Energiequellen des ersten und des zweiten Teilantriebssystems durch die der jeweiligen Energiequellen zugeordnete Hilfs- Energiequellesteuereinheit im Fehlerzustand der Energiequellesteuereinheit. - Control and monitoring of the energy sources of the first and the second Sub-drive system by the respective energy sources associated auxiliary power source control unit in the error state of the power source control unit.
Es wird auch ein Fahrzeug vorgeschlagen, das das erfindungsgemäß vorgeschlagene Antriebssystem umfasst und/oder das eingerichtet ist, das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren durchzuführen. A vehicle is also proposed which includes the drive system proposed according to the invention and/or which is set up to carry out the method proposed according to the invention.
Vorteile der Erfindung Advantages of the Invention
Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebssystem sowie dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren muss ein Ausfall einer elektronischen Steuerung, hier der Antriebssteuereinheit oder Energiequellesteuereinheit, welche die Komponenten eines Teilantriebssystems ansteuert, nicht zwingend zum Abschalten dieses Teilantriebssystems führen. Wenn alle Komponenten weiterhin fehlerfrei arbeiten, so kann die Steuerung anderweitig übernommen werden. Somit kann beispielsweise die in der Energiequelle verfügbare Energie genutzt werden, um das Teilantriebssystem des Fahrzeugs mit den achsbezogenen Komponenten, die Ansteuerelektronik und die elektrischen Maschinen, weiter zu betreiben. Damit ist das gesamte Antriebssystem funktionsfähig und folglich sind keine Einschränkungen hinsichtlich Leistung, Fahrspaß, Einhaltung Zeitplan bei Bussen bzw. Shuttles und Reichweite zu erwarten, was auch bedeutet, dass das maximale SSL erreicht wird. With the drive system proposed according to the invention and the method proposed according to the invention, a failure of an electronic controller, here the drive control unit or energy source control unit, which controls the components of a partial drive system, does not necessarily have to lead to the shutdown of this partial drive system. If all components continue to work without errors, control can be taken over elsewhere. Thus, for example, the energy available in the energy source can be used to continue operating the partial drive system of the vehicle with the axle-related components, the control electronics and the electrical machines. This means that the entire drive system is functional and consequently no restrictions are to be expected in terms of performance, driving pleasure, adherence to schedules for buses or shuttles and range, which also means that the maximum SSL is achieved.
Darüber hinaus ist keine neue Hardware, welche zu hohen Kosten und hohem Bauraum führen kann, erforderlich. Dabei sind nur geringe Anpassung von Softwares, die bereits auf den beiden Antriebssteuereinheiten vorhanden sind, wie beispielsweise für weitere Eingangsgrößen, und Zusatzverdrahtung erforderlich. In addition, no new hardware, which can lead to high costs and a large installation space, is required. Only minor adjustments to software that is already available on the two drive control units, such as for additional input variables, and additional wiring are required.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the following description.
Es zeigen: Figur la eine schematische Darstellung eines Antriebssystems im Stand der Technik gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Show it: Figure la is a schematic representation of a drive system in the prior art according to a first embodiment,
Figur lb eine schematische Darstellung der Datenübertragung des Antriebssystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, Figure lb is a schematic representation of the data transmission of the drive system according to the first embodiment,
Figur 2a eine schematische Darstellung des Antriebssystems im Stand der Technik gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Figure 2a is a schematic representation of the drive system in the prior art according to a second embodiment,
Figur 2b eine schematische Darstellung der Datenübertragung des Antriebssystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, FIG. 2b shows a schematic representation of the data transmission of the drive system according to the second exemplary embodiment,
Figur 3a eine schematische Darstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebssystems und FIG. 3a shows a schematic representation of the drive system proposed according to the invention and
Figur 3b eine schematische Darstellung der Datenübertragung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebssystems. FIG. 3b shows a schematic representation of the data transmission of the drive system proposed according to the invention.
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference symbols, with a repeated description of these elements being dispensed with in individual cases. The figures represent the subject matter of the invention only schematically.
Figuren la und 2a zeigen jeweils eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 10 mit einem Antriebssystem 20 im Stand der Technik, während Figuren lb und 2b jeweils eine schematische Darstellung der Datenübertragung der jeweiligen Antriebssysteme 20 gemäß Figuren la und 2a zeigen. Figures la and 2a each show a schematic representation of a vehicle 10 with a drive system 20 in the prior art, while Figures lb and 2b each show a schematic representation of the data transmission of the respective drive systems 20 according to Figures la and 2a.
Das jeweilige Antriebssystem 20 umfasst ein erstes Teilantriebssystem 30 und ein zweites Teilantriebssystem 40. Dabei dient das erste Teilantriebssystem 30 zum Antrieb einer Hinterachse 32 und das zweite Teilantriebssystem 40 zum Antrieb einer Vorderachse 42. Das erste und zweite Teilantriebssystem 30, 40 weisen jeweils zwei elektrische Maschinen 50, die jeweils eine Ansteuerelektronik 52 umfasst, und ein Getriebe 54 auf. Das erste und zweite Teilantriebssystem 30, 40 weisen ferner jeweils eine Energiequelle 60 mit einer Energiequellesteuereinheit 62 auf. In Figuren la und lb ist dem ersten Teilantriebssystem 30 eine erste Antriebssteuereinheit 72 zugeordnet, während dem zweiten Teilantriebssystem 40 eine zweite Antriebssteuereinheit 74 zugeordnet ist. Beide Antriebssteuereinheiten 72, 74 müssen durch einen Antriebssteuereinheitskoordinator 76 koordiniert werden und das Fahrverhalten auf den Betriebspunkt optimal eingestellt werden. Hierzu dienen die Größen aus der Energiequellesteuereinheit 62 und den Ansteuerelektroniken 52 und ggf. weitere Größen, wie beispielsweise Größen der elektrischen Maschine 50, wie Temperatur, der jeweilige Antriebssteuereinheit 72, 74 als Eingangsgrößen.The respective drive system 20 comprises a first drive train system 30 and a second drive train system 40. The first drive train system 30 is used to drive a rear axle 32 and the second drive train system 40 is used to drive a front axle 42. The first and second drive train systems 30, 40 each have two electric machines 50, each comprising control electronics 52, and a gear 54 on. The first and second partial drive systems 30, 40 also each have an energy source 60 with an energy source control unit 62. In FIGS. 1 a and 1 b , a first drive control unit 72 is assigned to the first partial drive system 30 , while a second drive control unit 74 is assigned to the second partial drive system 40 . Both drive control units 72, 74 must be coordinated by a drive control unit coordinator 76 and the driving behavior must be optimally adjusted to the operating point. For this purpose, the variables from the energy source control unit 62 and the control electronics 52 and possibly other variables, such as variables of the electrical machine 50, such as temperature, of the respective drive control unit 72, 74 are used as input variables.
Dabei werden diese Eingangsgrößen via Punkt-Zu-Punkt-Verbindungen 82 direkt an die jeweiligen Antriebssteuereinheiten 72, 74 übertragen. Jede Antriebssteuereinheit 72, 74 enthält ein Teil- Betriebsmanagementsystem 92, welche ein Funktionsblock ist und die optimale Betriebsstrategie des Teilantriebssystems 30, 40 bestimmt. Beide Antriebssteuereinheit 72, 74 melden dann die optimalen Betriebsbedingungen an den Antriebssteuereinheitskoordinator 76, der einen Funktionsblock, nämlich ein übergeordnetes Betriebsmanagementsystem 94, aufweist. Dieser bestimmt die Gesamtbetriebsstrategie und meldet die berechneten Soll-Momentenaufteilungen an die jeweiligen Ansteuerelektroniken 52 der elektrischen Maschinen 50. Die Soll-Momentenaufteilungen werden alle unterschiedlich sein, je nach Belastung der Achsen 32, 42 bzw. der elektrischen Maschinen 50 und der Ladezustände der Energiequellen 60 usw. In this case, these input variables are transmitted directly to the respective drive control units 72, 74 via point-to-point connections 82. Each propulsion control unit 72,74 includes a sub-operation management system 92 which is a functional block and determines the optimal operating strategy of the sub-propulsion system 30,40. Both propulsion control units 72, 74 then report the optimum operating conditions to the propulsion control unit coordinator 76, which has a functional block, namely a higher-level operations management system 94. This determines the overall operating strategy and reports the calculated target torque distributions to the respective control electronics 52 of the electrical machines 50. The target torque distributions will all be different, depending on the load on the axles 32, 42 or the electrical machines 50 and the charge states of the energy sources 60 etc.
In Figuren 2a und 2b verfügt der Aufbau des Antriebssystems 20 über eine erste Antriebssteuereinheit 72, welche als eine Master- Steuereinheit fungiert und eine zweite Antriebssteuereinheit 74, welche eine Slave-Steuereinheit darstellt. Beide Antriebssteuereinheiten 72, 74 kommunizieren über einen Kommunikationsbus 84 miteinander und beinhalten das gleiche Teil- Betriebsmanagementsystem 92. Die erste Antriebssteuereinheit 72 steuert das erste Teilantriebssystem 30 bzw. die Hinterachse 32 an, die zweite Antriebssteuereinheit 74 steuert das zweite Teilantriebssystem 40 bzw. die Vorderachse 42 an. Lediglich das übergeordnete Betriebsmanagementsystem 94 ist zusätzlich und nur in der ersten Antriebssteuereinheit 72 verankert. Jede Antriebssteuereinheit 72, 74 verarbeitet die von den Komponenten gelieferten Informationen wie beispielsweise Strom-, Momenten-Limits, usw. und ist in der Lage, das jeweilige Teilantriebssystem 30, 40 zu betreiben. Bei zwei funktionierenden Antriebssteuereinheiten 72, 74 läuft die Gesamtbetriebsstrategie in der ersten Antriebssteuereinheit 72, die als eine Master- Steuereinheit dient, und bestimmt die Soll-Momentenaufteilungen für alle elektrischen Maschinen 50. In FIGS. 2a and 2b, the structure of the drive system 20 has a first drive control unit 72, which acts as a master control unit, and a second drive control unit 74, which represents a slave control unit. Both drive control units 72, 74 communicate with one another via a communication bus 84 and contain the same partial operation management system 92. The first drive control unit 72 controls the first partial drive system 30 or the rear axle 32, and the second drive control unit 74 controls the second partial drive system 40 or the front axle 42 at. Only the higher-level operational management system 94 is anchored additionally and only in the first drive control unit 72 . Each drive control unit 72, 74 processes the information supplied by the components, such as current, torque limits, etc., and is able to operate the respective sub-drive system 30, 40. With two functioning drive control units 72, 74 runs the overall operating strategy in the first drive control unit 72, which serves as a master control unit, and determines the desired torque splits for all electric machines 50.
Fällt die erste Antriebsteuereinheit 72 komplett aus, so wird das Fahrzeug 10 einzig von der zweiten Antriebssteuereinheit 74 und deren zugehörenden Komponenten angetrieben. Die zweite Antriebssteuereinheit 74 wird von einer Slave-Steuereinheit zu einer Master- Steuereinheit. Eine achsübergreifende Momentenaufteilung ist folglich nicht erforderlich. Im umgekehrten Fall, wenn die zweite Antriebssteuereinheit 74 ausfällt, bleibt die erste Antriebssteuereinheit 72 weiterhin Master- Steuereinheit. Eine Gesamtbetriebsstrategie braucht in diesem Fall ebenfalls nicht bestimmt zu werden. In beiden Fällen ist immer nur ein Teilantriebssystem 30, 40 aktiv. Im fehlerfreien Betrieb liefert das Teil- Betriebsmanagementsystem 92 der zweiten Antriebssteuereinheit 74 Eingangsgrößen via einen Kommunikationsbus 84 an das übergeordnete Betriebsmanagementsystem 94 der ersten Antriebssteuereinheit 72. Ein Ausfall des Kommunikationsbusses 84 würde ebenfalls dazu führen, dass nur noch das zur ersten Antriebssteuereinheit 72 gehörende erste Teilantriebssystem 30 aktiv wird. Um einen Kommunikationsbus-Ausfall, ein Time-out oder sonstige Kommunikationsbus- Fehler zu vermeiden, wird dieser redundant ausgelegt. If the first drive control unit 72 fails completely, the vehicle 10 will be driven solely by the second drive control unit 74 and its associated components. The second drive control unit 74 becomes a master control unit from a slave control unit. A cross-axis torque distribution is therefore not necessary. Conversely, if the second drive control unit 74 fails, the first drive control unit 72 remains the master control unit. An overall operating strategy does not need to be determined in this case either. In both cases only one partial drive system 30, 40 is active. In error-free operation, the sub-operations management system 92 of the second drive control unit 74 supplies input variables via a communication bus 84 to the higher-level operations management system 94 of the first drive control unit 72. A failure of the communication bus 84 would also result in only the first sub-drive system 30 belonging to the first drive control unit 72 becomes active. In order to avoid a communication bus failure, a timeout or other communication bus errors, this is designed redundantly.
Nachteilig an diesen beiden Ausführungsformen gemäß Figuren la und 2a ist, dass wenn einzig eine Antriebssteuereinheit 72, 74 ausfällt und das Energiequellesteuereinheit 62 weiterhin fehlerfrei arbeitet, die Energiequelle 60 noch Energie gespeichert hat und die Ansteuerelektroniken 52 sowie die elektrischen Maschinen 50 funktionstüchtig sind, das Teilantriebssystem 30, 40 keinen Momentenbeitrag mehr liefern kann, da das Teilantriebssystem 30, 40 komplett abgeschaltet wird. The disadvantage of these two embodiments according to FIGS 30, 40 can no longer deliver a torque contribution, since the partial drive system 30, 40 is switched off completely.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Figur 3a zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 10 mit einem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebssystem 20, während Figur 3b eine schematische Darstellung der Datenübertragung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebssystems 20 zeigt. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Antriebssystem 20 umfasst dabei ein erstes Teilantriebssystem 30 und ein zweites Teilantriebssystem 40. Dabei dient das erste Teilantriebssystem 30 zum Antrieb der Hinterachse 32 und das zweite Teilantriebssystem 40 zum Antrieb der Vorderachse 42. Das erste und zweite Teilantriebssystem 30, 40 weisen jeweils zwei elektrische Maschinen 50, die jeweils eine Ansteuerelektronik 52 umfasst, und ein Getriebe 54 auf. Das erste und zweite Teilantriebssystem 30, 40 weisen ferner jeweils eine Energiequelle 60 mit einer Energiequellesteuereinheit 62 auf. FIG. 3a shows a schematic representation of a vehicle 10 with a drive system 20 proposed according to the invention, while FIG. 3b shows a schematic representation of the data transmission of the drive system 20 proposed according to the invention. The drive system 20 proposed according to the invention comprises a first partial drive system 30 and a second partial drive system 40. The first partial drive system 30 is used to drive the rear axle 32 and the second partial drive system 40 is used to drive the front axle 42. The first and second partial drive systems 30, 40 each have two Electrical machines 50, each of which includes control electronics 52, and a transmission 54. The first and second partial drive systems 30, 40 also each have an energy source 60 with an energy source control unit 62.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Antriebssystem 20 umfasst ferner eine erste Antriebssteuereinheit 72 und eine zweite Antriebssteuereinheit 74. Die beiden Antriebssteuereinheiten 72, 74 sind mit identischer Software bestückt und umfassen jeweils ein Gesamtbetriebsmanagementsystem 96, das ein Funktionsblock der jeweiligen Antriebssteuereinheiten 72, 74 ist. Zudem verfügen beide Antriebssteuereinheiten 72, 74 über die gleichen Eingangssignale. Im Vergleich mit den in Figuren la und lb dargestellten Antriebssystemen 20 ist, wie in Figuren 3a und 3b dargestellt, die erste Antriebssteuereinheit 72 zusätzlich mit den Größen der Ansteuerelektroniken 52 und den Größen der Energiequellesteuereinheit 62 des zweiten Teilantriebssystems 40 verbunden. Analog ist die zweite Antriebssteuereinheit 74 zusätzlich mit den Größen der Ansteuerelektroniken 52 und den Größen der Energiequellesteuereinheit 62 des ersten Teilantriebssystems 30 verbunden. Die Verbindung kann, wie hier dargestellt via Kommunikationsbus 84 oder auch via Punkt-Zu-Punkt-Verbindung 82 direkt mit den Steuergrößen aus der Energiequellesteuereinheit 62 und der Ansteuerelektroniken 52 erfolgen. Dabei ist die Verbindung wegen Ausfallsicherheit redundant ausgelegt. The drive system 20 proposed according to the invention also includes a first drive control unit 72 and a second drive control unit 74. The two drive control units 72, 74 are equipped with identical software and each include an overall operation management system 96, which is a functional block of the respective drive control units 72, 74. In addition, both drive control units 72, 74 have the same input signals. In comparison with the drive systems 20 shown in FIGS. Similarly, the second drive control unit 74 is additionally connected to the variables of the control electronics 52 and the variables of the energy source control unit 62 of the first partial drive system 30 . As shown here, the connection can be made via communication bus 84 or also via point-to-point connection 82 directly with the control variables from energy source control unit 62 and control electronics 52 . The connection is designed redundantly to ensure fail-safety.
Im fehlerfreien Zustand dient die erste Antriebssteuereinheit 72 als eine Master- Steuereinheit und liest neben den eigenen Größen des ersten Teilantriebssystems 30 auch die Größen des zweiten Teilantriebssystems 40 ein. Die erste Antriebssteuereinheit 72 steuert das gesamte Antriebssystem 20 und bestimmt die Soll-Momentenaufteilungen für das erste und zweite Teilantriebssystem 30, 40 bzw. den Antrieb der Hinterachse 32 und der Vorderachse 42. In the error-free state, the first drive control unit 72 serves as a master control unit and reads in the variables of the second drive system part 40 in addition to the own variables of the first drive system part 30 . The first drive control unit 72 controls the entire drive system 20 and determines the target torque distributions for the first and second partial drive systems 30, 40 or the drive of the rear axle 32 and the front axle 42.
Im Fehlerzustand, bei Ausfall der ersten Antriebssteuereinheit 72, übernimmt die zweite Antriebssteuereinheit 74 die Steuerung, jetzt nicht mehr nur die des zweiten Teilantriebssystems 40, sondern die des gesamten Antriebssystems 20. Der zweiten Antriebssteuereinheit 74 liegen dabei alle erforderlichen Signale von beiden Teilantriebssystemen 30, 40 vor und ist somit in der Lage die Gesamtbetriebsstrategie und die Soll- Momentenaufteilungen auch ohne die erste Antriebssteuereinheit 72 zu bestimmen. Die zweite Antriebssteuereinheit 74 wird jetzt von einer Slave-Steuereinheit zu einer Master- Steuereinheit. In the error state, if the first drive control unit 72 fails, the second drive control unit 74 takes over control, now no longer just that of the second partial drive system 40, but that of the entire drive system 20. The second drive control unit 74 has all the necessary signals from both partial drive systems 30, 40 and is therefore able to determine the overall operating strategy and the target torque distributions without the first drive control unit 72. The second drive control unit 74 is now changed from a slave control unit to a master control unit.
Bei Ausfall der zweiten Antriebssteuereinheit 74, bleibt die Masterfunktion der ersten Antriebssteuereinheit 72 erhalten, d. h. die erste Antriebssteuereinheit 72 übernimmt weiterhin die Steuerung des gesamten Antriebssystems 20. Der ersten Antriebssteuereinheit 72 liegen weiterhin alle erforderlichen Signale von beiden Teilantriebssystemen 30, 40 vor und ist somit in der Lage die Gesamtbetriebsstrategie und die Soll-Momentenaufteilungen auch ohne die zweite Antriebssteuereinheit 74 zu bestimmen. If the second drive control unit 74 fails, the master function of the first drive control unit 72 is retained, i. H. the first drive control unit 72 continues to take over the control of the entire drive system 20. The first drive control unit 72 still has all the necessary signals from both partial drive systems 30, 40 and is therefore able to determine the overall operating strategy and the target torque distributions even without the second drive control unit 74 .
Somit bleibt die Energie aus der Energiequelle 60 des Teilantriebssystems 30, 40 mit der defekten Antriebssteuereinheit 72, 74 nicht ungenutzt und steht dem Fahrzeug 10 zur Verfügung, so dass es seinen Zielort ohne Leistungseinschränkung erreichen kann. Thus, the energy from the energy source 60 of the partial drive system 30, 40 with the defective drive control unit 72, 74 is not wasted and is available to the vehicle 10 so that it can reach its destination without any reduction in performance.
Die Energiequelle 60 kann dabei als eine Batterie, ein Brennstoffzellenmodul oder ein Kondensatormodul ausgebildet werden. The energy source 60 can be designed as a battery, a fuel cell module or a capacitor module.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen. The invention is not limited to the exemplary embodiments described here and the aspects highlighted therein. Rather, within the range specified by the claims, a large number of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Antriebssystem (20), umfassend ein erstes Teilantriebssystem (30) und ein zweites Teilantriebssystem (40), die jeweils mindestens eine elektrische Maschine (50), mindestens eine Ansteuerelektronik (52) zum Ansteuern der mindestens einen elektrischen Maschine (50), eine Energiequelle (60) und eine Energiequellesteuereinheit (62) zur Überwachung und Steuerung der Energiequelle (60) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (20) ferner eine erste Antriebssteuereinheit (72) und eine zweite Antriebssteuereinheit (74) umfasst, wobei die erste Antriebssteuereinheit (72) sowohl mit dem ersten Teilantriebssystem (30), als auch mit dem zweiten Teilantriebssystem (40) kommuniziert und zur Steuerung und Überwachung des Antriebssystems (20) eingerichtet ist, und wobei die zweite Antriebssteuereinheit (74) sowohl mit dem ersten Teilantriebssystem (30) als auch mit dem zweiten Teilantriebssystem (40) kommuniziert und eingerichtet ist, im Fehlerzustand der ersten Antriebssteuereinheit (72) die Steuerung und die Überwachung des Antriebssystems (20) zu übernehmen. 1. Drive system (20), comprising a first partial drive system (30) and a second partial drive system (40), each of which has at least one electric machine (50), at least one control electronics (52) for controlling the at least one electric machine (50), a energy source (60) and an energy source control unit (62) for monitoring and controlling the energy source (60), characterized in that the drive system (20) further comprises a first drive control unit (72) and a second drive control unit (74), the first drive control unit (72) communicates both with the first partial drive system (30) and with the second partial drive system (40) and is set up to control and monitor the drive system (20), and wherein the second drive control unit (74) communicates both with the first partial drive system (30 ) and communicates with the second partial drive system (40) and is set up, in the error state of the first drive control unit since (72) to take over the control and monitoring of the drive system (20).
2. Antriebssystem (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (60) als eine Batterie ausgebildet ist, die eine oder mehrere Batteriezellen aufweist. 2. Drive system (20) according to claim 1, characterized in that the energy source (60) is designed as a battery having one or more battery cells.
3. Antriebssystem (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (60) als ein Brennstoffzellenmodul ausgebildet ist, das eine oder mehrere Brennstoffzellen aufweist. 3. Drive system (20) according to claim 1, characterized in that the energy source (60) is designed as a fuel cell module having one or more fuel cells.
4. Antriebssystem (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (60) als ein Kondensatormodul ausgebildet ist, das einen oder mehrere Kondensatoren aufweist. 4. Drive system (20) according to claim 1, characterized in that the energy source (60) is designed as a capacitor module having one or more capacitors.
5. Antriebssystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Teilantriebssystem (30, 40) jeweils eine Hilfs-Energiequellesteuereinheit zur Überwachung und Steuerung der Energiequelle (60) aufweisen, die eingerichtet ist, im Fehlerfall der Energiequellesteuereinheit (62) die Überwachung und Steuerung der Energiequelle (60) zu übernehmen. Antriebssystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Antriebssteuereinheit (72, 74) via eine Punkt- Zu-Punkt-Verbindung (82) und/oder einen Kommunikationsbus (84) mit dem ersten und dem zweiten Teilantriebssystem (30, 40) kommunizieren. Antriebssystem (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Punkt-Zu-Punkt-Verbindung (82) und/oder der Kommunikationsbus (84) redundant ausgelegt sind. Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend nachfolgende Verfahrensschritte: 5. Drive system (20) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the first and/or the second partial drive system (30, 40) each have an auxiliary energy source control unit for monitoring and controlling the energy source (60), which is set up to allow the energy source control unit (62) to monitor and control the energy source (60) in the event of a fault take over. Drive system (20) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first and the second drive control unit (72, 74) via a point-to-point connection (82) and / or a communication bus (84) with the first and the second partial drive system (30, 40). Drive system (20) according to Claim 6, characterized in that the point-to-point connection (82) and/or the communication bus (84) are designed to be redundant. Method for operating a drive system (20) according to one of Claims 1 to 7, comprising the following method steps:
- Übertragung von Größen des ersten Teilantriebssystems (30) und des zweiten Teilantriebssystems (40) an die erste und die zweite Antriebssteuereinheit (72, 74); - Transmission of sizes of the first part of the drive system (30) and the second part of the drive system (40) to the first and the second drive control unit (72, 74);
- Steuerung und Überwachung des Antriebssystems (20) durch die erste Antriebssteuereinheit (72) im fehlerfreien Zustand der ersten Antriebssteuereinheit (72); - Control and monitoring of the drive system (20) by the first drive control unit (72) in the error-free state of the first drive control unit (72);
- Steuerung und Überwachung des Antriebssystems (20) durch die zweite Antriebssteuereinheit (74) im Fehlerzustand der ersten Antriebssteuereinheit (72). Verfahren nach Anspruch 8, umfassend ferner nachfolgende Verfahrensschritte: - Control and monitoring of the drive system (20) by the second drive control unit (74) in the error state of the first drive control unit (72). Method according to Claim 8, further comprising the following method steps:
- Übertragung von Größen der Energiequelle (60) des ersten und des zweiten Teilantriebssystems (30, 40) an die der jeweiligen Energiequelle (60) zugeordnete Energiequellesteuereinheit (62) und Hilfs- Energiequellesteuereinheit; - Transmission of sizes of the energy source (60) of the first and the second partial drive system (30, 40) to the respective energy source (60) associated energy source control unit (62) and auxiliary energy source control unit;
- Steuerung und Überwachung der Energiequellen (60) des ersten und des zweiten Teilantriebssystems (30, 40) durch die der jeweiligen Energiequellen (60) zugeordnete Energiequellesteuereinheit (62) im - 14 - fehlerfreien Zustand der Energiequellesteuereinheit (62); - Control and monitoring of the energy sources (60) of the first and of the second partial drive system (30, 40) by the respective energy sources (60) associated energy source control unit (62) im - 14 - error-free status of the power source control unit (62);
- Steuerung und Überwachung der Energiequellen (60) des ersten und des zweiten Teilantriebssystems (30, 40) durch die der jeweiligen Energiequellen (60) zugeordnete Hilfs- Energiequellesteuereinheit im Fehlerzustand der Energiequellesteuereinheit (62). Fahrzeug (10), das ein Antriebssystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst und/oder das eingerichtet ist, ein Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 durchzuführen. - Control and monitoring of the energy sources (60) of the first and second partial drive systems (30, 40) by the respective energy sources (60) associated auxiliary energy source control unit in the error state of the energy source control unit (62). Vehicle (10) which comprises a drive system (20) according to one of Claims 1 to 7 and/or which is set up to carry out a method according to Claim 8 or 9.
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