JP2021536403A - 補助電源および補助電力を提供するための方法 - Google Patents

Abstract

主電源（２）を含む車両用の補助電源が開示される。補助電源は、安全関連の構成要素（４）用の、例えばコントローラおよび／またはアクチュエータ用のバックアップ電源としての専用の少なくとも１つの補助電力ユニット（３）を含む。

Description

本発明は、補助電源、冗長な車両電源システム、補助電力を供給するための方法および特に非対称的な冗長電源アーキテクチャに関する。

自動車分野の電気化により、複数の車両構成要素の置き換えが引き起こされて、新しいアーキテクチャが生まれている。例えば、商用車の多数の構成要素はかつて、制御および作動のためのエネルギー源として圧縮空気に依存していた。圧縮空気に基づく冗長動力源システムが、複数の安全関連の構成要素向けに実装されていた。電気化により、これらの空圧式の構成要素の多くは、電気により動力供給される構成要素に置き換えられることになる。さらに、自動運転用途により、車両システム、特に安全関連のユニットに対する新しい要件が設定されている。

従来のシステムが、独国特許出願公開第２００６１０１０７１３号明細書に開示されており、この従来のシステムでは、安全関連の消費器が一次システムおよび二次システムに電気的に接続される。消費器には、互いに分離している一次システムと二次システムとによって冗長に電力が供給される。別の従来のシステムが、独国特許出願公開第２００７１０２１２８６号明細書に開示されており、同明細書には、フェイルセーフ電源を有する電気機械的な制動システムおよび関連する方法が記載されている。

しかし、車両内の関連構成要素の安全性の制御および作動を確保するための更なる冗長電源アーキテクチャが必要とされている。

これらの問題の少なくとも一部は、請求項１記載の補助電源、請求項６記載の冗長電源システムおよび請求項９記載の方法によって解決される。従属請求項は、独立請求項の主題の特に有利な実現形態に関する。

本発明の実施形態は、主電源を含む車両用の補助（または二次）電源に関する。補助電源は、少なくとも１つの安全関連の車両構成要素用の、特に１つまたは複数のコントローラおよび／または１つまたは複数のアクチュエータ用のバックアップ電源としての専用の少なくとも１つの補助電力ユニットを含む。

通常動作下では、主電源が、安全関連の構成要素に電力を提供することができる。しかし、主電源が不具合を呈した場合には、補助電源が、バックアップ電力の提供に従事することができる。補助電源は、主電源が正常に動作している限り、電力を供給しなくてよい。さらに、補助電源は、特定の安全関連の構成要素に専用のものであってよい。補助電源は、車両の全ての構成要素に付加的な電力を提供するための、主電源用の従来の冗長電源でなくてよい。当然ながら、主電源は、用途に依存しないそれ自体の冗長性を提供してよい。

本発明の実施形態によって保護されることになる安全関連の構成要素は、不具合が生じた場合に、特に人々および／または積荷に対して差し迫った脅威となる構成要素（例えば、制御ユニット、アクチュエータ、センサなど）である。主電源の不具合は、必ずしも誤作動または機能不全を意味するものではない。「不具合」という用語は、主電源が不足しているか、（ほとんど）空であり、再充電が必要な状況も指す。この場合にも、車両構成要素の正常な機能を主電源によって確保することができない。

安全レベルをさらに向上させるために、補助電源は、補助電力ユニットを監視および管理するための管理ユニットを含んでよい。選択的には、管理ユニットは、操作を実行するための残容量を示す負荷情報を（例えば運転者に）提供するように構成される。

選択的には、少なくとも１つの補助電力ユニットは、主電源の不具合が生じた場合に、１つまたは複数の特定の安全関連の構成要素に独立した電力を提供するための個別の専用の電気エネルギー蓄積ユニットを含む。

選択的には、少なくとも１つの補助電力ユニットは、主電源の蓄電容量に比べて少ない電気容量を含む。したがって、実施形態は、特に非対称的な電源に関する。補助電源の容量は、特定の安全関連の構成要素に合わせて調整されてよい。

選択的には、安全関連の構成要素、例えば１つまたは複数のコントローラまたはアクチュエータは、操舵ユニット、制動ユニット、車両の電子制御ユニット、ライトユニット、センサユニットのうちの少なくとも１つのユニットの一部である。

更なる実施形態は、車両用の冗長電源システムに関する。このシステムは、車両を動作させるための電力を提供するための主電源と、少なくとも１つの安全関連の車両構成要素にバックアップ電力を提供するための、上記で定義した補助電源とを含む。主電源は、安全関連の車両構成要素のみならず、他の車両構成要素にも電力を提供するように適合させられる。その一方で、補助電源は、主電源に不具合が生じた場合に、安全関連の車両構成要素だけにバックアップ電力を提供するように適合させられてよい。

選択的に、冗長電源システムは、主電源を監視および制御し、主電源の負荷状態を示す情報を（例えば運転者に）提供するための主電源用の管理ユニットを含む。

更なる実施形態は、上記で定義した冗長電源システムを有する車両、特に商用車に関する。

さらに別の実施形態は、主電源を有する車両用の補助電源を提供するための方法に関する。この方法は、
− 主電源における不具合を（例えば管理ユニットのうちの１つによって）検出するステップと、
− バックアップ電源としての専用の少なくとも１つの補助電源ユニットから安全関連の構成要素（例えばコントローラおよび／またはアクチュエータ）に補助電力を提供するステップと
を含む。

この方法、またはこの方法の一部は、ソフトウェアもしくはコンピュータプログラム製品に実装されてもよいし、ソフトウェアもしくはコンピュータプログラム製品によって実施されてもよい。本発明の実施形態は、特にソフトウェアまたは車両のＥＣＵのソフトウェアモジュールによって実装可能である。したがって、実施形態は、あるコンピュータプログラムがプロセッサ上で実行されたときに、この方法を実施するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラムにも関する。

本発明の実施形態の特定の利点は、一次主電源に依存するシステムのために、安全関連の消費器／アプリケーション／構成要素に専用の付加的な独立した電源（補助電源）により、冗長電源を確保できることである。安全関連の消費器／アプリケーション／構成要素としては、とりわけ、車両の安全にとって必須である（例えば、制動、操舵、周囲のセンサ検知などに関する）いくつかのユニットのためのアプリケーションまたはコントローラまたはアクチュエータが挙げられる。

システムおよび／または方法のいくつかの例を、単なる例として、添付図面に関して以下で説明する。

本発明の実施形態による電源アーキテクチャを示す図である。

図１は、本発明の実施形態による電源アーキテクチャを示す。この電源アーキテクチャは、主電源２と補助電源３とを備え、これら両方の電源は互いに独立している。さらに、車両は、特定の安全関連の構成要素４、例えばコントローラ、アクチュエータ、センサまたは安全関連の用途に必要な他のアプリケーションを備える。これらの安全関連の構成要素は、本発明の実施形態によれば、補助電源３によって実現される別個のバックアップシステムを有する。

主電源２は、例えば車両の（いかなる不具合もない）通常動作を対象としており、一方で補助電源３は、安全関連の車両構成要素またはアプリケーション４、例えば操舵、制動または任意の他の作動に対し、バックアップ電力を提供する。例えば、車両ホイール１の操舵は、通常動作中には主電源２によって電力供給される。しかし、主電源２に不具合が生じた場合には、補助電源３がバックアップ電力として使用される。

この補助電源３は、１つまたは複数の特定の安全関連の構成要素４（コントローラおよび／またはアクチュエータ）に専用のものであってよい。したがって、更なる実施形態によれば、追加の補助電源が、様々な安全関連の構成要素向けに提供される。それぞれの安全関連の構成要素が、それ自体の補助電源を有することさえ可能である。

電源システムは、補助電源３用の管理ユニット３５と、主電源２用の管理ユニット２５とを含んでよい。補助電源３の管理ユニット３５は、補助電力ユニット３を監視し、それに基づいて負荷情報を提供することができる。主電源２の管理ユニット２５も同様に、主電源２を監視および制御することができる。両方の管理ユニット２５、３５は、例えば不具合についての情報を交換するために互いに通信することができる。

主電源２に不具合が検出された場合、または主電源２が、全ての機能を維持するための十分なエネルギーを提供できない場合には、対応する信号が、例えば主電源２の管理ユニット２５によって発信され、補助電源３の管理ユニット３５に転送される。これに応答して、補助電源３は、安全関連の構成要素４にバックアップ電力を提供して、この構成要素の正常動作を確保する。

更なる実施形態によれば、補助電源３は、十分な電力が常に利用可能であることを確保するために、継続的に監視される。これとは対照的に、主電源２は、必ずしも継続的に監視される必要はない。補助電源３の監視は、一定の回数の操作（ブレーキ動作、操舵動作など）を実行できるかどうかについての予測を含んでよい。特定の最少回数の作動を維持するための十分な電力のないことが、監視によって明らかになった場合には、対応するメッセージが運転者に送信されてよい。

安全関連のコントローラおよびアクチュエータ４は、バックアップシステムとしてのみ補助電源３を必要とし、これらの構成要素４はそれほどエネルギーを必要としない（例えば、センサは多くのエネルギーを必要としない）ことから、補助電源３の容量は、主電源２の容量より少なくてよい。したがって、車両の電源は非対称的であり、大型の主電源２が、安全関連の構成要素４用の１つまたは複数の小型の補助電源３と組み合わされ、補助電源３の容量は、主電源２の容量の半分未満または１０分の１未満であってよい。

実施形態の利点は、特に以下の態様、つまり、
− 特に安全関連の構成要素４、例えば操舵／制動システムに適用することができる冗長電源アーキテクチャが提供される、
− 車両の標準的な基板のネットワーク２（主電源）が、一次電源の回路として使用され、補助電源３は、バックアップシステムとして専用に用いられる。非対称的な電源が可能になる、
− 補助電源３は、主電源２とは別個の分離された専用の電気エネルギー蓄積ユニットを備える、
− 主電源２の状態は、必ずしも継続的に監視される必要はない。しかし、車両の安全性をさらに向上させるために、主電源２の状態が監視されてもよい、
に関する。

さらに有利な実施形態は、以下の主題、つまり、
− 車両の主電力回路が一次回路として使用され、付加的な回路が、安全関連のコントローラおよび／またはアクチュエータ用の第２の回路として使用される冗長電源アーキテクチャ、
− 第２の回路が、残りの操作能力についての予測を提供できるように監視される、定義した冗長電源アーキテクチャ、
− 安全性を向上させるために第１の回路も監視される、定義した冗長電源アーキテクチャ、
− 第２の回路が、専用の電気エネルギー蓄積ユニット（バッテリ、スーパーキャパシタなど）を有する、定義した冗長電源アーキテクチャ、
− 第２の回路が、一次（主）電気エネルギー蓄積ユニットに比べて少ない容量の電気エネルギー蓄積ユニットを有する、定義した冗長電源アーキテクチャ、
− 説明した電源アーキテクチャが、車両の安全関連の制御ユニットおよび／またはアクチュエータユニット（例えば、操舵および／またはブレーキ作動、制御ＥＣＵ、ライトなど）に電力供給することができる、定義した冗長電源アーキテクチャ、
に関する。

明細書および図面には、本開示の原理を示したにすぎない。したがって、当業者であれば、本明細書に明示的な説明または図示がなくても、本開示の原理を具現化しかつ本開示の範囲内に含まれる様々な構成に想到可能であることは明らかである。

さらに、各々の実施形態はそれ自体別個の実施例として独立していてよいが、念のために付言しておくと、他の実施形態では、定義した特徴を異なる形で組み合わせることができる、つまり、一実施形態において記載した特定の特徴が他の実施形態において実現されてもよい。このような組合せは、特定の組合せが対象外であるという記載がない限り、本明細書の開示によって網羅される。

１ 車両ホイール
２ 主電源
３ 補助電源
４ 安全関連のコントローラおよび／またはアクチュエータ
２５ 主電源用の管理ユニット
３５ 補助電源用の管理ユニット

Claims (9)

1. 主電源（２）を含む車両用の補助電源であって、
   少なくとも１つの安全関連の車両構成要素（４）用の、特に１つまたは複数のコントローラおよび／またはアクチュエータ（４）用のバックアップ電源としての専用の少なくとも１つの補助電力ユニット（３）を備えることを特徴とする、補助電源。
2. 前記補助電力ユニット（３）を監視するための管理ユニット（３５）であって、操作を実行するための残容量を示す負荷情報を提供するように構成された管理ユニット（３５）を備えることを特徴とする、請求項１記載の補助電源。
3. 前記少なくとも１つの補助電力ユニット（３）は、前記主電源（２）の不具合が生じた場合に、前記安全関連のコントローラおよび／またはアクチュエータに独立した電力を提供するための個別の専用の電気エネルギー蓄積ユニットを含むことを特徴とする、請求項１または２記載の補助電源。
4. 前記少なくとも１つの補助電力ユニット（３）は、前記主電源（２）の蓄電容量に比べて少ない電気容量を含むことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の補助電源。
5. 前記安全関連のコントローラおよび／またはアクチュエータ（４）は、操舵ユニット、制動ユニット、前記車両の電子制御ユニット、ライトユニット、センサユニットのうちの少なくとも１つのユニットの一部であることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の補助電源。
6. 車両用の冗長電源システムであって、
   − 前記車両を動作させるための電力を提供するための主電源（２）と、
   − 少なくとも１つの安全関連の車両構成要素（４）用の、請求項１から５までのいずれか１項記載の補助電源（３）と
   を備え、
   前記主電源（２）は、前記安全関連の車両構成要素（４）および他の車両構成要素に電力を提供するように適合させられ、
   前記補助電源（３）は、前記主電源（３）に不具合が生じた場合に、前記安全関連の車両構成要素（４）だけにバックアップ電力を提供するように適合させられる
   ことを特徴とする、冗長電源システム。
7. 前記主電源（２）を監視し、前記主電源（２）の負荷状態を示す情報を提供するように構成された、前記主電源（２）用の管理ユニット（２５）を備えることを特徴とする、請求項６記載の冗長電源システム。
8. 請求項６または７記載の冗長電源システムを備えることを特徴とする、車両、特に商用車。
9. 主電源（２）を有する車両に補助電力を提供するための方法であって、
   前記主電源（２）における不具合を検出し、
   バックアップ電源としての専用の少なくとも１つの補助電源ユニット（３）から安全関連のコントローラおよび／またはアクチュエータ（４）に補助電力を提供する
   ことを特徴とする方法。

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