EP4504546A1 - Fahrzeugsteuerung - Google Patents

Fahrzeugsteuerung

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Publication number
EP4504546A1
EP4504546A1 EP23707884.5A EP23707884A EP4504546A1 EP 4504546 A1 EP4504546 A1 EP 4504546A1 EP 23707884 A EP23707884 A EP 23707884A EP 4504546 A1 EP4504546 A1 EP 4504546A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control
vehicle
monitoring module
monitoring
signal
Prior art date
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Pending
Application number
EP23707884.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias STENKAMP
Dirk MAGNOR
Uwe Kessels
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.)
BPW Bergische Achsen KG
Original Assignee
BPW Bergische Achsen KG
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 BPW Bergische Achsen KG filed Critical BPW Bergische Achsen KG
Publication of EP4504546A1 publication Critical patent/EP4504546A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/32—Control or regulation of multiple-unit electrically-propelled vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L1/003—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to auxiliary motors, e.g. for pumps, compressors
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    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/21—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having the same nominal voltage
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    • B60L2250/00—Driver interactions
    • B60L2250/26—Driver interactions by pedal actuation

Definitions

  • the invention relates to a vehicle control system of a vehicle which has electrical systems operating partly in high-voltage and partly in low-voltage mode, as well as an electric drive with at least one electric drive motor, with an inverter that works depending on driver-side input signals for the high-voltage power control of the at least one drive motor, and with a control and monitoring arrangement in the signal path between the driver's input signals and the inverter, the control and monitoring arrangement also being linked in terms of signals to other electrical systems of the vehicle.
  • vehicles with electric traction drives In addition to control and monitoring systems of a general or generic type, which perform more general control and/or monitoring functions with reference primarily to the electric drive and the control of the respective driving states, vehicles with electric traction drives often have additional control and/or Surveillance systems. Their character is more vehicle-specific in the sense that these other systems can also have a connection to the control of driving conditions, but they can also perceive and control completely different control and/or monitoring functions within the vehicle. This includes, for example, the control of vehicle-specific additional units such as an air conditioning system or an on-board cooling unit in the case of a specialized refrigerated vehicle. Older commercial vehicles are often equipped with special bodies and then require corresponding vehicle-specific additional units.
  • vehicle-specific additional units such as an air conditioning system or an on-board cooling unit in the case of a specialized refrigerated vehicle. Older commercial vehicles are often equipped with special bodies and then require corresponding vehicle-specific additional units.
  • Independent systems can be installed on board the vehicle for the vehicle-specific control and/or monitoring functions.
  • the invention is based on the object of providing a suitable technical solution for such cases of extensive system integration of the on-board control, monitoring and monitoring systems.
  • control and monitoring arrangement is divided into a primary control and monitoring module and a secondary control and monitoring module, each of which is designed for low-voltage operation and is designed to be spatially separable from one another , and are connected in terms of data technology exclusively via a separable communication interface.
  • This communication interface is preferably a digital BUS and particularly preferably a CAN connection.
  • This solution enables simplified and standardized system integration in the production of vehicles with different requirements for the control and/or monitoring functions from vehicle variant to vehicle variant.
  • a primary and, on the other hand, a secondary control and control module the system engineering effort associated with the on-board control and/or monitoring systems, some of which include generic and some vehicle-specific parts or functions, is reduced, and production costs are reduced.
  • the electric drive can consist of a single electric drive motor including a transmission connected downstream in the power flow. However, it is preferred that the electric drive uses two electric drive motors, i.e. a first electric drive motor for a drive exclusively on one side of the vehicle, and a second electric drive motor for a drive exclusively on the other side of the vehicle. Each of the drive motors is followed by a gearbox in the power flow, for example a planetary gearbox.
  • An embodiment of the vehicle control is preferred in which some electrical systems of the vehicle are connected exclusively to the primary control and monitoring module in terms of signaling, and other electrical systems of the vehicle are connected exclusively to the secondary control and monitoring module in terms of signaling.
  • the inverter or, in the case of two drive motors, the dual inverter is a functional unit of generic character because of its direct functional connection to the drive motors, which is therefore only connected to the primary control and monitoring module in terms of signaling.
  • the vehicle control further includes a control unit for the charge control of the vehicle's energy storage devices.
  • the energy storage devices are preferably electric traction batteries, whereby a single, correspondingly powerful traction battery can be installed on board the vehicle, or two, three or more traction batteries. In this case, the traction batteries are identical.
  • the control unit for charge control of the energy storage or traction batteries is also a functional unit of generic character and is therefore only connected to the primary control and monitoring module in terms of signaling.
  • Signal lines from further control and/or monitoring systems of the vehicle are preferably connected to the primary control and monitoring module, in particular a signal line to a charger for charging the energy storage device, and/or a signal line to an oil cooling system for the drive motor, and/or a signal line to one Drive-specifically configured switching and distribution box with various electrical switching components in it, such as relays and contactors, and / or a signal line to a cooling sensor system with which temperatures on the electric drive or its components are recorded.
  • the primary and secondary control and monitoring modules of the vehicle control are each arranged in a closed housing are, wherein the communication interface is designed as an electrical cable connection that extends between the housings.
  • This configuration creates the possibility of initially installing only the generic module in the vehicle that is closely linked to the vehicle drive and correspondingly configured, i.e. the primary control and monitoring module configured across all models.
  • the secondary control and monitoring module configured for vehicle-specific control and/or monitoring functions can then be added later, possibly specifically tailored to the requirements of the respective vehicle.
  • the electrical cable connection leads out of one of the housings and is provided with a detachable plug at its free cable end, with a mating plug being rigidly attached to the other housing.
  • the drawing shows the vehicle control in a schematic diagram. It shows high-voltage electrical lines and connections mostly in double lines, and low-voltage electrical lines and connections mostly in single lines.
  • the vehicle control is implemented here in a commercial vehicle.
  • the commercial vehicle has electrical systems that operate partly in high-voltage and partly in low-voltage mode, as well as an electric drive 10 consisting of two electric drive motors 11, 12, each of which is followed by a mechanical transmission 17, 18 in the power flow to the vehicle wheels 13, 14.
  • the mechanical part of the travel drive is formed by a compact assembly in which, on a common axis, the two drive motors 11, 12, the gears 17, 18 and the vehicle wheels 13, 14 are combined.
  • the first electric drive motor 11 is used to drive the wheels exclusively on one side of the vehicle and the second electric drive motor 12 is used to drive the wheels exclusively on the other side of the vehicle.
  • the power control of the electric motors 11, 12 in high-voltage operation of z. B. 400 volts operating voltage occurs via an inverter 20, which in the exemplary embodiment is designed as a dual inverter with separate control of one and the other electric motor.
  • the vehicle has three batteries or traction batteries 21, 22, 23 as energy storage devices.
  • the function check of the batteries, for example voltage and temperature monitoring, setting limit values, etc. is carried out by a control unit 33.
  • the control unit 33 is connected to a Charger 34, i.e. a battery charger, connected.
  • High-voltage connections exist between the batteries 21, 22, 23 and a switching and distribution box 37, which forms the power control center. It is preferably of the HV PDU (High Voltage Power Distribution Unit) type and contains low-voltage components as well as high-voltage components. Another high-voltage cable leads from the switching and distribution box 37 to the inverter 20.
  • HV PDU High Voltage Power Distribution Unit
  • the charger 34, the control unit 33 of the batteries, the switching and distribution box 37 and the inverter 20 are connected in terms of signals to a control and monitoring arrangement described in more detail below. These connections are low-voltage connections 25a - 25d.
  • the control and monitoring arrangement consists of two modules, in that it is distributed on the one hand a primary control and monitoring module 30, which forms a generic subsystem of the control and monitoring arrangement, and on the other hand a secondary control and monitoring module 40, which is a vehicle or forms a model-specific subsystem of the control and monitoring arrangement.
  • the primary and secondary modules 30, 40 both work in low-voltage operation with operating voltages of 12 volts DC or 24 volts DC. Since the two systems, i.e. the secondary module 30 on the one hand and the primary module 40 on the other, are configured independently of one another, the respective operating voltages of 12 V and 24 V in the two systems can and should also be different.
  • the two modules 30, 40 are also designed to be spatially separable from one another, being connected in one via a communication interface 50, which is also designed to be separable have a data connection.
  • the communication interface 50 is digital
  • BUS and preferably a CAN connection.
  • the division of the control and monitoring arrangement between the primary control and monitoring module 30 and the secondary control and monitoring module 40 takes place with regard to the production technology for commercial vehicles with electric traction drives.
  • These vehicles have control and control systems that are drive-related, i.e. H. Control and/or monitoring functions with regard to the electric drive and the control of the respective driving states, via a variety of other control and/or monitoring systems.
  • These other systems are vehicle-specific. They can be related to the control of driving conditions, but also perform completely different control and/or monitoring functions within the vehicle. This includes checking vehicle-specific additional units such as an air conditioning system or an on-board refrigeration unit in the case of a commercial vehicle that specializes in refrigerated transport.
  • Commercial vehicles in particular are often equipped with corresponding special bodies and then require corresponding model-specific additional units.
  • the driver's control of the vehicle takes place via input signals 41 - 44, which reach the secondary control and monitoring module 40 via corresponding signal lines.
  • the input signal 41 represents the respective pedal position of the accelerator pedal
  • the input signal 42 represents the brake signal of the brake installed in the vehicle
  • the input signal 43 represents the current position of the gear selector lever and thus the mode set in the transmission 17, 18,
  • the input signal 44 represents an ABS signal or a signal from a driver assistance system specifically tailored to the respective vehicle variant.
  • control and monitoring arrangement consisting of the two control and monitoring modules 30, 40 is therefore located in the signal path between the driver-side input signals 41 - 44 and the inverter 20, with the control and monitoring modules 30, 40 also being connected to other electrical systems for signaling purposes are linked. In terms of signaling, some of the other electrical systems are connected exclusively to the primary control and monitoring module 30, and other electrical systems are connected exclusively to the secondary control and monitoring module 40.
  • the inverter 20 is connected exclusively to the primary control and monitoring module 30 via the low-voltage connection 25d.
  • the control unit 33 for controlling the batteries 21, 22, 23 is also connected exclusively to the primary control and monitoring module 30 via the low-voltage connection 25b.
  • Also connected exclusively to the primary control and monitoring module 30 are, for example, individually or in any combination, a signal connection to the control unit 33 for controlling the batteries 21, 22, 23, a signal connection to the charger 34 for charging the batteries 21, 22, 23, a signal connection to an oil cooling 36 of the drive motor, a signal input from a speed sensor 38, which detects the current engine speed, a signal input from a cooling sensor system 39 for detecting temperatures on the electric drive or its components.
  • the signal inputs for the driver-side input signals 41 - 44 are connected exclusively to the secondary control and monitoring module 40. Also to the secondary Control and monitoring module 40 can also be connected, individually or in any combination: a signal connection to on-board cooling units, a signal connection to an air conditioning system, a signal connection to a heating control system, a signal connection to components of driver assistance systems, a signal connection to components of the communication electronics or the on-board infotainment, a signal connection to a radio-based vehicle tracking system, optionally assignable additional signal inputs 45, one or more additional modules 60.
  • the primary and secondary control and monitoring modules 30, 40 are each arranged in their own, closed and preferably sealed housings 30A and 40A, respectively.
  • the communication interface 50 consists of an electrical cable connection according to the CAN standard, which extends between the two housings 30A, 40A.
  • the electrical cable connection preferably leads out of one of the housings 30A or 40A and is provided with an electrical contact plug at its other, free cable end.
  • the corresponding mating connector is rigidly attached to the other housing 40A or 30A.

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Abstract

Vorgeschlagen wird eine Fahrzeugsteuerung eines Fahrzeugs, welches teils im Hochvolt- und teils im Niedervoltbetrieb arbeitende elektrische Systeme sowie einen elektrischen Fahrantrieb (10) mit mindestens einem elektrischen Antriebsmotor (11, 12) aufweist, mit einem abhängig von fahrerseitigen Eingabesignalen (41 - 44) arbeitenden Inverter (20) für die Hochvolt-Leistungssteuerung des mindestens einen Antriebsmotors (11, 12), und mit einer Steuer- und Kontrollanordnung im Signalweg zwischen den fahrerseitigen Eingabesignalen (41- 44) und dem Inverter (20). Die Steuer- und Kontrollanordnung ist außerdem mit weiteren elektrischen Systemen des Fahrzeugs signaltechnisch verknüpft. Für eine weitgehende Systemintegration der bordeigenen Steuerungs-, Kontroll- und Überwachungssysteme ist die Steuer- und Kontrollanordnung aufgeteilt auf ein primäres Steuer- und Kontrollmodul (30) und ein sekundäres Steuer- und Kontrollmodul (40). Die Module (30, 40), die jeweils auf Niedervoltbetrieb ausgelegt sind, sind räumlich voneinander trennbar ausgebildet, und datentechnisch ausschließlich über eine trennbar ausgebildete Kommunikationsschnittstelle (50) verbunden.

Description

Fahrzeugsteuerung
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugsteuerung eines Fahrzeugs, welches teils im Hochvolt- und teils im Niedervoltbetrieb arbeitende elektrische Systeme sowie einen elektrischen Fahrantrieb mit mindestens einem elektrischen Antriebsmotor aufweist, mit einem abhängig von fahrerseitigen Eingabesignalen arbeitenden Inverter für die Hochvolt-Leistungssteuerung des mindestens einen Antriebsmotors, und mit einer Steuer- und Kontrollanordnung im Signalweg zwischen den fahrerseitigen Eingabesignalen und dem Inverter, wobei die Steuer- und Kontrollanordnung außerdem mit weiteren elektrischen Systemen des Fahrzeugs signaltechnisch verknöpft ist.
Fahrzeuge mit elektrischen Fahrantrieben verfügen neben Steuerungs- und Kontrollsystemen von allgemeiner bzw. generischer Art, die eher allgemeine Steuerungs- und/oder Überwachungsfunktionen mit Bezug vor allem auf den elektrischen Fahrantrieb und die Kontrolle der jeweiligen Fahrzustände wahrnehmen, häufig über weitere Steuerungs- und/oder Öberwachungssysteme. Deren Charakter ist eher fahrzeugspezifisch in dem Sinne, dass diese weiteren Systeme zwar ebenfalls einen Bezug zur Kontrolle von Fahrzuständen haben können, sie aber auch ganz andere Steuerungs- und/oder Überwachungsfunktionen innerhalb des Fahrzeugs wahrnehmen und kontrollieren können. Hierzu zählt zum Beispiel die Kontrolle fahrzeugindividueller Zusatzaggregate wie etwa einer Klimaanlage oder eines bordeigenen Kühlaggregats im Fall eines spezialisierten Kühlfahrzeugs. Vor altem Nutzfahrzeuge werden häufig mit Sonderaufbauten versehen und erfordern dann auch entsprechende fahrzeugindividuelle Zusatzaggregate.
Für die fahrzeugspezifischen Steuerungs- und/oder Überwachungsfunktionen können eigenständige Systeme an Bord des Fahrzeugs installiert sein. Oft jedoch ist wegen der ohnehin einheitlichen elektrischen Betriebsspannungen eine Systemintegration vorteilhafter, bei der sämtliche bordeigenen Steuerungs- und/oder Überwachungsfunktionen zentral zusammengefasst sind.
Das zentrale Zusammenfassen der bordeigenen Steuerungs- und Kontrollsysteme hat jedoch nicht nur Vorteile. Schon bei der Konzeption und Realisierung der Systemintegration sind die jeweils fahrzeugspezifisch vorhandenen Aggregate und die damit signaltechnisch und steuerungstechnisch verbundenen Lösungen zu berücksichtigen, was zu einem hohen systemtechnischen Aufwand und damit hohen Kosten führen kann. Dies gilt insbesondere bei der Produktion von Fahrzeugen in unterschiedlichen Modellreihen oder Versionen, bei denen zu den einzelnen Modellreihen bzw. Versionen unterschiedliche Anforderungen in Bezug auf die jeweiligen Steuerungs-, Kontroll- und Oberwachungsfunktionen bestehen, und insoweit fahrzeugspezifische Realisierungen erforderlich sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für derartige Fälle einer weitgehenden Systemintegration der bordeigenen Steuerungs-, Kontroll- und Überwachungssysteme eine geeignete technische Lösung bereitzustellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Fahrzeugsteuerung mit den eingangs angegebenen Merkmalen vorgeschlagen, dass die Steuer- und Kontrollanordnung aufgeteilt ist auf ein primäres Steuer- und Kontrollmodul und ein sekundäres Steuer- und Kontrollmodul, die jeweils auf Niedervoltbetrieb ausgelegt sind, räumlich voneinander trennbar ausgebildet sind, und datentechnisch ausschließlich über eine trennbar ausgebildete Kommunikationsschnittstelle verbunden sind. Diese Kommunikationsschnittstelle ist vorzugsweise ein digitaler BUS und besonders bevorzugt eine CAN-Verbindung.
Diese Lösung ermöglicht eine vereinfachte und vereinheitlichte Systemintegration bei der Produktion von Fahrzeugen mit von Fahrzeugvariante zu Fahrzeugvariante unterschiedlichen Anforderungen an die Steuerungs- und/oder Oberwachungsfunktionen. Durch die Aufteilung auf einerseits ein primäres und andererseits ein sekundäres Steuer- und Kontrollmodul wird der mit den bordeigenen Steuerungs- und/oder Überwachungssystemen, die teils generische und teils fahrzeugspezifische Anteile bzw. Funktionen umfassen, verbundene systemtechnische Aufwand reduziert, und die Produktionskosten werden gesenkt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Fahrzeugsteuerung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Der elektrische Fahrantrieb kann aus einem einzelnen elektrischen Antriebsmotor einschließlich eines im Kraftfluss nachgeschalteten Getriebes bestehen. Bevorzugt ist allerdings, dass der elektrische Fahrantrieb zwei elektrische Antriebsmotoren verwendet, also einen ersten elektrischen Antriebsmotor für einen Antrieb ausschließlich auf der einen Fahrzeugseite, und einen zweiten elektrischen Antriebsmotor für einen Antrieb ausschließlich auf der anderen Fahrzeugseite. Jedem der Antriebsmotoren ist im Kraftfluss ein Getriebe nachgeschaltet, zum Beispiel ein Planetengetriebe.
Bevorzugt ist eine Ausgestaltung der Fahrzeugsteuerung, bei der einige elektrische Systeme des Fahrzeugs signaltechnisch ausschließlich an das primäre Steuer- und Kontrollmodul, und andere elektrische Systeme des Fahrzeugs signaltechnisch ausschließlich an das sekundäre Steuer- und Kontrollmodul angeschlossen sind. Dabei ist der Inverter bzw. im Fall zweier Antriebsmotoren der Dual-Inverter, wegen seiner direkten funktionellen Verknüpfung mit den Antriebsmotoren eine Funktionseinheit von generischem Charakter, die daher signaltechnisch ausschließlich an das primäre Steuer- und Kontrollmodul angeschlossen ist.
Die Fahrzeugsteuerung umfasst ferner eine Steuereinheit für die Ladungssteuerung von Energiespeichem des Fahrzeugs. Die Energiespeicher sind vorzugsweise elektrische Traktionsbatterien, wobei an Bord des Fahrzeugs eine einzelne, entsprechend leistungsfähige Traktionsbaterie verbaut sein kann, oder zwei, drei oder mehr Traktionsbatterien. Die Traktionsbatterien sind in diesem Fall identisch ausgebildet. Die Steuereinheit für die Ladungssteuerung der Energiespeicher bzw. Traktionsbatterien ist ebenfalls eine Funktionseinheit von generischem Charakter und ist daher signaltechnisch ausschließlich an das primäre Steuer- und Kontrollmodul angeschlossen.
Vorzugsweise sind an das primäre Steuer- und Kontrollmodul Signalleitungen weiterer Steuerungs- und/oder Überwachungssysteme des Fahrzeugs angeschlossen, insbesondere eine Signalleitung zu einem Ladegerät zum Laden der Energiespeicher, und/oder eine Signalleitung zu einer Ölkühlung des Antriebsmotors, und/oder eine Signalleitung zu einer antriebsspezifisch konfigurierten Schalt- und Verteilerbox mit verschiedenen elektrischen Schaltkomponenten darin, wie etwa Relais und Schütze, und/oder eine Signalleitung zu einer Kühlsensorik, mit der Temperaturen an dem elektrischen Fahrantrieb oder an dessen Komponenten erfasst werden.
In baulicher Hinsicht ist bevorzugt, dass die primären und sekundären Steuer- und Kontrollmodule der Fahrzeugsteuerung jeweils in einem geschlossenen Gehäuse angeordnet sind, wobei die Kommunikationsschnittstelle als eine elektrische Kabelverbindung ausgebildet ist, die sich zwischen den Gehäusen erstreckt. Diese Ausgestaltung schafft die Möglichkeit, im Fahrzeug zunächst nur das generische, eng mit dem Fahrzeugantrieb verknüpfte und entsprechend konfigurierte Modul zu montieren, also das modellübergreifend konfigurierte primäre Steuer- und Kontrollmodul.
Das auf fahrzeugspezifische Steuerungs- und/oder Überwachungsfunktionen konfigurierte, sekundäre Steuer- und Kontrollmodul lässt sich dann später ergänzen, eventuell spezifisch auf die Anforderungen des jeweiligen Fahrzeugs abgestimmt.
Für eine solche nicht nur zeitlich, sondern z. B. auch räumlich getrennte Montage der beiden Module ist es zudem von Vorteil, wenn die elektrische Kabelverbindung aus einem der Gehäuse herausführt und an ihrem freien Kabelende mit einem lösbar gestalteten Stecker versehen ist, wobei ein Gegenstecker starr an dem anderen Gehäuse befestigt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei zusätzlich auf die Zeichnung und die in der Zeichnung verwendeten Bezugszeichen Bezug genommen wird. In der Zeichnung wiedergegeben ist die Fahrzeugsteuerung in einem schematischen Diagramm. Darin sind elektrische Hochvoltleitungen und -Verbindungen zumeist in Doppellinien, und elektrische Niedervoltleitungen und -Verbindungen zumeist in Einfachlinien wiedergegeben.
Die Fahrzeugsteuerung ist hier in einem Nutzfahrzeug realisiert. Das Nutzfahrzeug verfügt über teils im Hochvolt- und teils im Niedervoltbetrieb arbeitende elektrische Systeme sowie über einen elektrischen Fahrantrieb 10 aus zwei elektrischen Antriebsmotoren 11, 12, denen im Kraftfluss zu den Fahrzeugrädern 13, 14 jeweils ein mechanisches Getriebe 17, 18 nachgeschaltet ist.
Den mechanischen Teil des Fahrantriebs bildet beim Ausführungsbeispiel eine kompakte Baugruppe, in der, auf einer gemeinsamen Achse, die beiden Antriebsmotoren 11, 12, die Getriebe 17, 18 und die Fahrzeugräder 13, 14 zusammengefasst sind. Der erste elektrische Antriebsmotor 11 dient dem Radantrieb ausschließlich auf der einen und der zweite elektrische Antriebsmotor 12 dem Radantrieb ausschließlich auf der anderen Fahrzeugseite. Die Leistungssteuerung der Elektromotoren 11, 12 im Hochvoltbetrieb von z. B. 400 Volt Betriebsspannung erfolgt über einen Inverter 20, der beim Ausführungsbeispiel als Dual- Inverter mit getrennter Steuerung des einen und des anderen Elektromotors ausgebildet ist.
Als Energiespeicher verfügt das Fahrzeug über drei Batterien bzw. Traktionsbatterien 21 , 22, 23. Die Funktionskontrolle der Batterien, zum Beispiel die Spannung- und Temperatur-Überwachung, das Einstellen von Grenzwerten etc. erfolgt durch eine Steuereinheit 33. An die Steuereinheit 33 ist ein Ladegerät 34, also ein Batterieladegerät, angeschlossen.
Hochvoltverbindungen bestehen zwischen den Batterien 21, 22, 23 und einer Schalt- und Verteilerbox 37, welche die Zentrale der Leistungssteuerung bildet. Sie ist vorzugsweise vom Bautyp einer HV PDU (High Voltage Power Distribution Unit) und enthält neben Hochvoltkomponenten auch Niedervoltkomponenten. Ein weiteres Hochvoltkabel führt von der Schalt- und Verteilerbox 37 zu dem Inverter 20.
Für die verschiedenen Steuerungs- und/oder Überwachungsfunktionen sind das Ladegerät 34, das Steuergerät 33 der Batterien, die Schalt- und Verteilerbox 37 und der Inverter 20 signaltechnisch mit einer nachfolgend näher beschriebenen Steuer- und Kontrollanordnung verbunden. Diese Verbindungen sind Niedervoltverbindungen 25a - 25d.
Die Steuer- und Kontrollanordnung besteht aus zwei Modulen, indem sie sich verteilt auf einerseits ein primäres Steuer- und Kontrollmodul 30, welches ein generisches Teilsystem der Steuer- und Kontrollanordnung bildet, und andererseits ein sekundäres Steuer- und Kontrollmodul 40, welches ein fahrzeug- oder modellspezifisches Teilsystem der Steuer- und Kontrollanordnung bildet.
Die primären und sekundären Module 30, 40 arbeiten beide im Niedervoltbetrieb mit Betriebsspannungen von 12 Volt DC oder 24 Volt DC. Da die beiden Systeme, also das sekundäre Modul 30 einerseits und das primäre Modul 40 andererseits, unabhängig voneinander konfiguriert sind, können und sollten auch die jeweiligen Betriebsspannungen 12 V bzw. 24 V in den zwei Systemen unterschiedlich groß sein.
Die beiden Module 30, 40 sind auch räumlich voneinander trennbar ausgebildet, wobei sie über eine ebenfalls trennbar ausgebildete Kommunikationsschnittstelle 50 in einer datentechnischen Verbindung stehen. Die Kommunikationsschnittstelle 50 ist ein digitaler
BUS und bevorzugt eine CAN-Verbindung.
Die Aufteilung der Steuer- und Kontrollanordnung auf das primäre Steuer- und Kontrollmodul 30 und das sekundäre Steuer- und Kontrollmodul 40 erfolgt im Hinblick auf die Produktionstechnik bei Nutzfahrzeugen mit elektrischen Fahrantrieben. Diese Fahrzeuge verfügen neben Steuerungs- und Kontrollsystemen, die antriebsbezogen sind, d. h. Steuerungs- und/oder Überwachungsfunktionen mit Bezug auf den elektrischen Fahrantrieb und die Kontrolle der jeweiligen Fahrzustände wahmehmen, über eine Vielzahl weiterer Steuerungs- und/oder Oberwachungssysteme. Diese weiteren Systeme sind fahrzeugspezifisch. Sie können Bezug zur Kontrolle von Fahrzuständen haben, nehmen aber auch ganz andere Steuerungs- und/oder Überwachungsfunktionen innerhalb des Fahrzeugs wahr. Hierzu zählen die Kontrolle fahrzeugindividueller Zusatzaggregate wie etwa einer Klimaanlage oder eines bordeigenen Kühlaggregats im Fall eines auf Kühltransports spezialisierten Nutzfahrzeugs. Gerade Nutzfahrzeuge werden häufig mit entsprechenden Sonderaufbauten versehen, und erfordern dann entsprechende modellspezifische Zusatzaggregate.
Es kann zwar sinnvoll sein, sämtliche bordeigenen Steuerungs- und/oder Überwachungsfunktionen zusammenzufassen, wofür die ohnehin einheitlichen elektrischen Betriebsspannungen sprechen. Ein strikt zentrales Zusammenfassen alter bordeigenen Steuerungs- und Kontrollsysteme in einem einzigen Modul hat jedoch Nachteile. Schon bei der Konzeption und Realisierung der Systemintegration sind die jeweils fahrzeugspezifisch vorhandenen Aggregate und die damit signaltechnisch und steuerungstechnisch verbundenen Lösungen zu berücksichtigen, was zu einem hohen systemtechnischen Aufwand und damit hohen Kosten führen kann. Dies gilt insbesondere bei der Produktion solcher Fahrzeuge, bei denen für einzelne Modellvarianten teils unterschiedliche Anforderungen in Bezug auf die jeweiligen Steuerungs-, Kontroll- und Überwachungsfunktionen bestehen. Für solche Fälle ist die hier beschriebene, flexiblere Lösung von Vorteil, bei der die Steuer- und Kontrollanordnung aufgeteilt ist auf das primäre Steuer- und Kontrollmodul 30, welches das generische Teilsystem bildet, und das sekundäre Steuer- und Kontrollmodul 40, welches das fahrzeug- oder modellspezifische Teilsystem bildet.
Die fahrerseitige Kontrolle des Fahrzeugs erfolgt über Eingabesignale 41 - 44, die über entsprechende Signalleitungen an das sekundäre Steuer- und Kontrollmodul 40 gelangen. Zum Beispiel steht das Eingabesignal 41 für die jeweilige Pedalstellung des Fahrpedals, das Eingabesignal 42 für das Bremssignal der im Fahrzeug verbauten Bremse, das Eingabesignal 43 für die aktuelle Stellung des Gangwahlhebels und damit des im Getriebe 17, 18 eingestellten Modus, und das Eingabesignal 44 für ein ABS-Signal oder für ein Signal eines spezifisch auf die jeweilige Fahrzeugvariante abgestimmten Fahrerassistenzsystems.
Die aus den beiden Steuer- und Kontrollmodulen 30, 40 bestehende Steuer- und Kontrollanordnung befindet sich daher im Signalweg zwischen den fahrerseitigen Eingabesignalen 41 - 44 und dem Inverter 20, wobei die Steuer- und Kontroll module 30, 40 darüber hinaus mit weiteren elektrischen Systemen signaltechnisch verknüpft sind. Dabei sind einige der weiteren elektrischen Systeme signaltechnisch ausschließlich an das primäre Steuer- und Kontrollmodul 30, und andere der elektrischen Systeme ausschließlich an das sekundäre Steuer- und Kontrollmodul 40 angeschlossen.
Der Inverter 20 ist, über die Niedervoltverbindung 25d, ausschließlich an das primäre Steuer- und Kontrollmodul 30 angeschlossen. Auch die Steuereinheit 33 zur Kontrolle der Batterien 21 , 22, 23 ist, über die Niedervoltverbindung 25b, ausschließlich an das primäre Steuer- und Kontrollmodul 30 angeschlossen. Gleiches gilt für die Niedervoltanschlüsse der Schalt- und Verteilerbox 37, in der verschiedene elektrische Schaltkomponenten, unter anderem Relais und Schütze, verbaut sind. Ebenfalls ausschließlich an das primäre Steuer- und Kontrollmodul 30 angeschlossen sind zum Beispiel, einzeln oder in beliebiger Kombination eine Signalverbindung zu der Steuereinheit 33 zur Kontrolle der Batterien 21 , 22, 23, eine Signalverbindung zu dem Ladegerät 34 zum Laden der Batterien 21 , 22, 23, eine Signalverbindung zu einer Ölkühlung 36 des Antriebsmotors, ein Signaleingang von einem Drehzahlsensor 38, der die aktuelle Motordrehzahl erfasst, ein Signaleingang von einer Kühlsensorik 39 zur Erfassung von Temperaturen an dem elektrischen Fahrantrieb oder an dessen Komponenten.
Ausschließlich an das sekundäre Steuer- und Kontrollmodul 40 angeschlossen sind die Signaleingänge für die fahrerseitigen Eingabesignale 41 - 44. Ebenfalls an das sekundäre Steuer- und Kontrollmodul 40 können, einzeln oder in beliebiger Kombination, außerdem angeschlossen sein: eine Signalverbindung zu bordeigenen Kühlaggregaten, eine Signalverbindung zu einer Klimaanlage, eine Signalverbindung zu einer Heizungssteuerung, eine Signalverbindung zu Komponenten von Fahrerassistenzsystemen, eine Signalverbindung zu Komponenten der Kommunikationselektronik oder des bordeigenen Infotainment, eine Signalverbindung zu einem System der funkgestützten Fahrzeugortung, optional belegbare, weitere Signaleingänge 45, ein oder mehrere Zusatzmodule 60.
Die primären und sekundären Steuer- und Kontrollmodule 30, 40 sind jeweils in eigenen, geschlossenen und vorzugsweise nach außen hin abgedichteten Gehäusen 30A bzw. 40A angeordnet. Die Kommunikationsschnittstelle 50 besteht in einer elektrischen Kabelverbindung nach CAN-Standard, die sich zwischen den beiden Gehäusen 30A, 40A erstreckt. Vorzugsweise fuhrt die elektrische Kabelverbindung aus einem der Gehäuse 30A bzw. 40A heraus und ist und an ihrem anderen, freien Kabelende mit einem elektrischen Kontaktstecker versehen. Der korrespondierende Gegenstecker ist starr an dem anderen Gehäuse 40A bzw. 30A befestigt. Bezugszeichenliste
10 elektrischer Fahrantrieb
11 Antriebsmotor
12 Antriebsmotor
13 Fahrzeugrad
14 Fahrzeugrad
17 Getriebe
18 Getriebe
20 Inverter
21 Energiespeicher, Batterie
22 Energiespeicher, Batterie
23 Energiespeicher, Baterie
25a Niedervoltverbindung
25b Niedervoltverbindung
25c Niedervoltverbindung
25d Niedervoltverbindung
30 primäres Steuer- und Kontrollmodul
30A Gehäuse
33 Steuereinheit für die Funktionskontrolle von Energiespeichern
34 Ladegerät
36 Ölkühlung
37 Schalt- und Verteilerbox
38 Signaleingang Drehzahlsensor
39 Kühlsensorik
40 sekundäres Steuer- und Kontrollmodul
40A Gehäuse
41 Eingabesignal Fahrpedalsteliung
42 Eingabesignal Getriebestufe
43 Bremssignal
44 Signale Fahrerassistenz
45 weiterer Signaleingang
50 Kommunikationsschnittstelle
60 Zusatzmodul

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeugsteuerung eines Fahrzeugs, welches teils im Hochvolt- und teils im Niedervoltbetrieb arbeitende elektrische Systeme sowie einen elektrischen Fahrantrieb (10) mit mindestens einem elektrischen Antriebsmotor (11, 12) aufweist, mit einem abhängig von fahrerseitigen Eingabesignalen (41 - 44) arbeitenden Inverter
(20) für die Hochvolt-Leistungssteuerung des mindestens einen Antriebsmotors (11 , 12), und mit einer Steuer- und Kontrollanordnung im Signalweg zwischen den fahrerseitigen Eingabesignalen (41 - 44) und dem Inverter (20), wobei die Steuer- und Kontrollanordnung außerdem mit weiteren elektrischen Systemen des Fahrzeugs signaltechnisch verknüpft ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Kontrollanordnung aufgeteilt ist auf ein primäres Steuer- und Kontrollmodul (30) und ein sekundäres Steuer- und Kontrollmodul (40), die jeweils auf Niedervoltbetrieb ausgelegt sind, räumlich voneinander trennbar ausgebildet sind, und datentechnisch ausschließlich über eine trennbar ausgebildete Kommunikationsschnittstelle (50) verbunden sind.
2. Fahrzeugsteuerung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Fahrantrieb (10) einen ersten elektrischen Antriebsmotor (11) für einen Antrieb ausschließlich auf der einen Fahrzeugseite und einen zweiten elektrischen Antriebsmotor (12) für einen Antrieb ausschließlich auf der anderen Fahrzeugseite aufweist.
3. Fahrzeugsteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einige elektrische Systeme des Fahrzeugs signaltechnisch ausschließlich an das primäre Steuer- und Kontrollmodul (30), und dass andere elektrische Systeme des Fahrzeugs signaltechnisch ausschließlich an das sekundäre Steuer- und Kontrollmodul (40) angeschlossen sind.
4. Fahrzeugsteuerung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Inverter (20) signaltechnisch ausschließlich an das primäre Steuer- und Kontrollmodul (30) angeschlossen ist
5. Fahrzeugsteuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Steuereinheit (33) für die Ladungssteuerung von Energiespeichem (21, 22, 23) des Fahrzeugs umfasst, wobei die Steuereinheit (33) signaltechnisch ausschließlich an das primäre Steuer- und Kontrollmodul (30) angeschlossen ist.
6. Fahrzeugsteuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich an das primäre Steuer- und Kontrollmodul (30) angeschlossen sind eine Signalleitung zu der Steuereinheit (33) zur Kontrolle der Energiespeicher (21, 22, 23), und/oder eine Signalleitung zu einem Ladegerät (34) zum Laden der Energiespeicher (21, 22, 23), und/oder eine Signalleitung zu einer Ölkühlung (36) des Antriebsmotors (11 , 12), und/oder eine Signalleitung zu einer elektrische Schaltkomponenten, insbesondere Relais und Schütze, umfassenden Schalt- und Verteilerbox (37), und/oder eine Signalleitung zu einer Kühlsensorik (39) zur Erfassung von Temperaturen an dem elektrischen Fahrantrieb oder an dessen Komponenten.
7. Fahrzeugsteuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich an das sekundäre Steuer- und Kontrollmodul (40) angeschlossen sind
Signaleingänge für die fahrerseitigen Eingabesignale (41 - 44); und/oder eine Signalverbindung zu bordeigenen Kühlaggregaten, und/oder eine Signalverbindung zu einer Klimaanlage, und/oder eine Signalverbindung zu einer Heizungssteuerung, und/oder eine Signalverbindung zu Komponenten von Fahrerassistenzsystemen, und/oder eine Signalverbindung zu einem System der funkgestützten Fahrzeugortung, und/oder eine Signalverbindung zu Komponenten der Kommunikationselektronik, und/oder Signalverbindungen zu einem oder mehreren Zusatzmodulen (60).
8. Fahrzeugsteuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das primäre Steuer- und Kontrollmodul (30) einerseits und das sekundäre Steuer- und Kontrollmodul (40) andererseits auf unterschiedliche Betriebsspannungen ausgelegt sind. Fahrzeugsteuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die primären und sekundären Steuer- und Kontrollmodule (30, 40) jeweils in einem geschlossenen Gehäuse (30A bzw. 40A) angeordnet sind, wobei die Kommunikationsschnittstelle (50) als eine elektrische Kabelverbindung ausgebildet ist, die sich zwischen den Gehäusen (30A, 40A) erstreckt. Fahrzeugsteuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kabelverbindung aus einem der Gehäuse (30A, 40A) herausführt und an ihrem freien Kabelende mit einem lösbar gestalteten Stecker versehen ist, und dass ein
Gegenstecker starr an dem anderen Gehäuse (40A, 30A) befestigt ist. Fahrzeugsteuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen digitalen BUS, vorzugsweise eine CAN-Verbindung, als Kommunikationsschnittstelle (50).
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