CN113306410A - 冗余车载电网***和机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的冗余车载电网***，其具有第一和第二子车载电网，用于对第一或第二驱动装置的相应供电。在此，第一子车载电网具有：第一高压电网；由第一高压电网供电的第一低压电网；和由第一高压电网或第一低压电网供电的第一总线***，用于在正常使用状态下集成到第一子车载电网中的组件之间进行数据传输。类似于此，第二子车载电网具有：第二高压电网；第二低压电网；和第二总线***，用于在正常使用状态下集成到第二子车载电网中的组件之间进行数据传输。第一和第二高压电网具有分别所分配的第一或第二蓄能器。对于机动车的行驶运行来说驱动相关的组件以及安全相关的组件在正常使用状态下以数据传输技术方式与第一和第二总线***耦合。第一和第二高压电网被设立为至少在行驶运行时彼此无反馈。

Description

冗余车载电网***和机动车
技术领域
本发明涉及一种冗余车载电网***。本发明还涉及一种具有这种冗余车载电网***的机动车。
背景技术
通常，车辆、尤其是也包括机动车的电和/或电子基础设施被理解为车载电网。该基础设施用于使耗电器联结并且尤其用于给耗电器供应（运行）能量。虽然车载电网也在具有内燃机的车辆中使用，但是所述车载电网的构造在电驱动车辆中相对复杂。在这种情况下，即通常存在至少两个不同的电压水平，即从中尤其是给牵引电机供电的高压水平和从中给其它耗电器、例如用于传感器、舒适功能、但是也用于安全相关的组件（例如安全气囊、电子稳定***等等）的控制设备供电的低压水平。
尤其是在电驱动车辆方面令人感兴趣的是冗余结构，所述冗余结构当例如在蓄能器中、在上文提到的耗电器之一中、在基础设施本身或者其它类似物中出现故障时发挥作用。目前，尤其是在纯电动车辆领域例如致力于能够在紧急运行时实现车辆的相对受控的滑行或者停车。
从DE 10 2016 215 564 A1例如公知一种具有两个子车载电网的车载电网***，其中这些子车载电网之一包含对于车辆安全性来说不那么相关的组件。这种组件更可能归属于舒适领域或正常运行。这些组件通常不那么安全相关。选择该划分的目的在于：对于车辆的紧急运行来说，具有不那么安全相关的组件的该子车载电网可以与另一子车载电网分开并且被切断。
从DE 100 33 317 A1公知一种车载电网***，该车载电网***具有用于安全相关的耗电器的应急电池。只要存在主电池进行能量供应，该应急电池就通过继电器与这些安全相关的耗电器分开。如果主电池失灵，则应急电池与这些安全相关的耗电器、例如还有驱动装置耦合，但是不与非关键耗电器耦合。
发明内容
本发明所基于的任务在于：实现一种特别是故障安全的车辆***。
按照本发明，该任务通过根据本发明的冗余车载电网***来解决。按照本发明，该任务还通过根据本发明的机动车来解决。有利的并且部分具有创造性的实施方式和扩展方案在随后的描述中说明。
按照本发明的用于机动车的冗余车载电网***具有第一子车载电网，该第一子车载电网被设立和设置用于给——尤其是在机动车中的车载电网的正常使用状态下集成到该第一子车载电网中的——第一驱动装置供电。该车载电网***还具有第二子车载电网，该第二子车载电网被设立和设置用于给——尤其是在机动车中的车载电网的正常使用状态下集成到该第二子车载电网中的——第二驱动装置供电。在此，第一子车载电网具有：第一高压电网；由第一高压电网供电的第一低压电网；和由第一高压电网或第一低压电网供电的第一总线***，用于在正常使用状态下集成到第一子车载电网中的组件之间进行数据传输。第二子车载电网具有：第二高压电网；由第二高压电网供电的第二低压电网；和由第二高压电网或第二低压电网供电的第二总线***，用于在正常使用状态下集成到第二子车载电网中的组件之间进行数据传输。第一和第二高压电网还具有分别所分配的第一或第二蓄能器。也就是说，第一高压电网具有第一蓄能器，而第二高压电网具有第二蓄能器。此外，对于机动车的行驶运行来说驱动相关的组件以及（尤其是同样对于行驶运行来说）安全相关的组件在正常使用状态下以数据传输技术方式与第一和第二总线***耦合。此外，至少第一和第二高压电网被设立为至少在行驶运行时彼此无反馈。
第一或第二驱动装置尤其分别是电行驶驱动，优选地电动机，该电行驶驱动优选地具有所分配的控制设备和/或变流器，例如脉冲逆变器、变频器等等。
术语“集成”这里以及在下文尤其被理解为：相对应的元件、例如驱动装置和/或相应的组件以能量和/或信号传输技术方式与相应的电网连接（也称为：耦合）。
一般来说，这里以及在下文所描述的按照本发明的冗余车载电网***具有两个基本上彼此无关且彼此独立的车载电网，即第一和第二子车载电网，所述第一和第二子车载电网又分别分成高压电网和低压电网并且具有“自己的”总线***。因此，由于通过这种独立的子车载电网分别给所分配的驱动装置供电，提供了高冗余度。然而，为了不必同样双重地设置所有车辆组件，优选地这些车辆组件中的很多车辆组件继续以常见方式（“只”）单一存在，但是驱动和安全相关的组件——例如安全气囊***、转向***、转向和驾驶员辅助***、防抱死***、其它行驶指令输入***（例如油门踏板和制动踏板）等等——与两个子车载电网的总线***耦合。由此，一方面可以节约能量，但是另一方面由此——至少在导致这两个子车载电网之一失灵的简单故障的情况下——能够使机动车以仅仅一个驱动装置以及因此另一子车载电网来继续行驶。
优选地，第一驱动装置被设立和设置为用于多个行驶轴之一的驱动，而第二驱动装置相对应地被设立和设置为用于机动车的多个行驶轴中的另一行驶轴的驱动。例如，一个驱动装置构成后轮驱动，另一个驱动装置构成前轮驱动。在这种情况下，使用该冗余车载电网***的——尤其是在下文更详细描述的按照本发明的——机动车优选地在正常行驶运行时构造为全轮驱动的（或者至少拥有多个驱动轴的）机动车，该机动车在有一个驱动装置——例如由于在子车载电网之一中的故障而——失灵时可以作为单轴驱动机动车（即例如用前轮驱动或后轮驱动）来继续行驶。
由此，尤其是与已知解决方案的常常只能够实现机动车在路边等处的相对受控的滑行和/或停车的紧急运行相比，甚至即使在这些驱动装置之一失灵的情况下，也能够实现（除了多轴驱动不再可能之外）几乎正常的继续行驶，例如直至下一个修理厂或者诸如此类的场所为止。这对于完全自主车辆来说特别有利，因为在这种情况下可以避免在比较长的高速公路或道路路段上抛锚。
在一个优选的实施方案中，第一和第二高压电网为了无反馈而彼此电流分开。由此，有效阻止了在两个高压电网之一中的失灵、例如第一或第二蓄能器的失灵影响另一高压电网。
优选地，第一和第二总线***被设立得至少在正常行驶状态下彼此无反馈。
在一个适宜的实施方案中，第一和第二总线***在正常使用状态下无反馈地（尤其是电流分开地）与驱动相关的组件以及与安全相关的组件耦合。由此，同样阻止了在这两个子车载电网之一中的失灵跨过相应的组件影响另一子车载电网。这些组件例如具有至少两个彼此独立的用于第一和第二总线***的接口（即分別所分配的接口）。附加地或替选地，这些组件被组合成（例如在所谓的“总线层面”之内的）一组或多组，并且相应的组本身无反馈地被引导到这两个总线***之一的分别一个输入端上。
例如，第一和第二总线***为了（必要时彼此直接和/或与上述驱动和安全相关的组件）电流分开而光学耦合。
可选地，使用CAN总线作为总线***。
在另一适宜的实施方案中，第一总线***被设立为用于驱动相关的组件以及安全相关的组件的主机，而第二总线***被设立为用于驱动相关的组件以及安全相关的组件的从机。即在这种情况下，在正常行驶运行（也称作“正常状态”）时，第一总线***与这些组件进行通信，而第二总线***尤其是只有当第一子车载电网（以及因此也包括第一总线***）失灵时接管该通信。
替选于此，对于驱动相关的组件和/或安全相关的组件的第一部分来说，第一总线***构成主机，而对于分別另外的第二部分来说，第一总线***构成从机，其中相对应地反过来地，第二总线***对于第二部分来说构成主机以及对于第一部分来说构成从机。
优选地，除了这两个主电压电网之外，第一和第二低压电网也至少在正常行驶状态下彼此无反馈、尤其是彼此电流分开。
在一个适宜的实施方案中，在正常使用状态下，分别只由第一或第二低压电网来给第一和第二子车载电网的相应的其它（也就是说非安全相关的）组件的控制设备（或者这些控制设备中的至少一部分）供应能量。换言之，为了能量供应，这些组件与相应的低压电网耦合。这种组件例如是座椅加热设备、用于可移动的车辆部件（例如后备箱盖、车门、车窗玻璃等等）的电动机、音频和媒体播放设备等等。
驱动相关的组件以及安全相关的组件尤其具有：要操控的元件，在转向***的情况下例如是产生所需的转向力的电动机；以及所分配的控制单元（在当前情况下是转向控制单元）。
在一个有利的实施方案中，在正常使用状态下，驱动相关的组件以及安全相关的组件的控制单元（以及可选地还有这些组件本身）为了能量供应而与第一和第二低压电网都耦合。适宜地，在这种情况下，第一和第二低压电网彼此无反馈地、尤其是电流分开地与相应的控制单元联结。因此，这些组件不仅以数据传输技术方式冗余连接，而且以能量供应技术方式冗余连接。
在一个适宜的变型方案中，驱动相关的组件以及安全相关的组件的上文提到的控制单元具有两个彼此电流分开的控制设备、即具体来说是彼此分开的电路逻辑（即例如分别具有处理器的两个电路板），这些电路逻辑布置在共同的外壳中或者替选地分别布置在单独被分配的外壳中。因此，这些控制单元包含冗余实施的电路逻辑。这些电路逻辑又彼此独立并且因此彼此电流分开地与这两个总线***或低压***中的分别一个总线***或低压***接线。由此可以防止：例如在这两个子车载电网之一中有短路时，不是将针对相应的驱动相关或安全相关的组件的整个控制单元切断，而是仅将相对应地分配的电路逻辑切断。
在一个替选的变型方案中，驱动相关的组件以及安全相关的组件的上文提到的控制单元只具有一个电路逻辑（构成唯一的控制设备），该电路逻辑与两个子车载电网（具体来说是两个总线***以及低压***）电流分开地接线。在这种情况下，该电路逻辑优选地也包括故障识别，该故障识别对在这两个子车载电网之一上的故障进行识别并且在故障情况下尽可能没有延迟地切换到另一子车载电网上，也就是说切断由其中一个子车载电网的供电并且接通由另一子车载电网的供电。
在一个适宜的实施方案中，在正常使用状态下，空调设备（尤其是电空调压缩机和/或加热器、例如高压加热器）为了能量供应而只与第一子车载电网联结，尤其是——不同于上文描述的其它组件——与高压电网联结。尤其是由于在正常使用状态下优选地同样通过该空调设备来供给对这两个蓄能器（和/或所分配的电动机）的冷却，所以在这种情况下第二驱动装置的控制设备被设立为在第一子车载电网失灵时降低第二驱动装置的功率。由此，可以防止第二蓄能器（或所分配的电动机）的过热或者至少比较快的加热，使得在第一子车载电网失灵时的航程可以保持得尽可能大。
在一个替选的实施方案中，在正常使用状态下，除了上文提到的空调设备之外，存在另一空调设备，该另一空调设备又（优选地只）与第二子车载电网、尤其是第二高压电网联结。由此，在无论哪个子车载电网以及因此其空调设备失灵时，即使在没有由于冷却而造成的（也就是说由于缺少冷却而引起的）功率降低的情况下也可以继续行驶。此外，在这种情况下，即使在紧急运行时（即在有子车载电网失灵时），成员的比较高的舒适性也是可能的。
优选地，相应的低压电网借助于直流电压转换器（也称为：“DC-DC转换器”）来与高压电网耦合。例如，相应的高压电网具有为400或800伏特的额定电压值，相应的低压电网具有为12、24或48伏特的额定电压值。
按照本发明的机动车具有上文所描述的第一和第二（尤其是全电）驱动装置以及上文所描述的冗余车载电网***。因此，该机动车具有与上文所描述的车载电网***相同的特征和优点。
优选地，该机动车构造为完全自主机动车。特别优选地，该机动车是机器人出租车，用户例如可以预约该机器人出租车到接送点并且被载到目的地。在这种情况下，特别有利的是：能够实现超越上文提到的、常见的紧急运行的继续行驶，因为这样可以防止也许单独出行的、也许有残疾的人员例如由于蓄能器等等的失灵而“停”在漫长的高速公路或州属公路路段上。
连词“和/或”这里以及在下文尤其应被理解为使得借助于该连词来关联的特征不仅可以共同构造而且可以彼此替选地来构造。
附图说明
随后，本发明的实施例依据附图进一步予以阐述。其中：
图1以示意性侧视图示出了具有车载电网***的机动车；
图2以示意性电路图示出了车载电网***的高压区和低压区；
图3以示意性电路图示出了车载电网***的高压区；以及
图4以示意性原理图示出了车载电网***的总线区。
在所有附图中，彼此相对应的部分始终配备有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中示意性示出了机动车1。机动车1构造为电动车辆并且具有车载电网***2，该车载电网***被设立和设置用于提供能量。机动车1还具有第一驱动装置4和第二驱动装置6。在此，第一驱动装置4具有第一驱动电机8，而第二驱动装置6相对应地具有第二驱动电机10。两个驱动装置4和6还分别具有被分配给相对应的驱动电机8或10的脉冲逆变器12（参见图3）。第一驱动装置4被分配给机动车1的后轴并且相对应地构成后轮驱动。相对应地，第二驱动装置6构成前轮驱动。
车载电网***2为了给第一驱动装置4供电而具有第一子车载电网14，并且为了给第二驱动装置6供电而具有第二子车载电网16。第一和第二子车载电网14和16关于能量提供方面相同且独立地被构造。在此，第一和第二子车载电网14和16包括第一或第二（高压）蓄能器18或20、第一或第二高压电网22或24和分别在这些高压电网下游的第一或第二低压电网26或28。这两个低压电网26和28分别借助于直流电压转换器30与分别被分配给它们的高压电网22或24耦合。可选地，两个低压电网26和28也具有低压蓄能器32。
在高压电网22和24中以能量供应技术方式集成有高压耗电器34（也称作“高压组件”）。除了两个驱动电机8或10之外，按照图3的在第一高压电网22中的这种高压耗电器34具体来说是电空调压缩机36和高压加热器38（例如车内供暖设备）。在低压电网26和28中以能量供应技术方式集成有低压耗电器40（也称作“低压组件”）。一方面，这些低压耗电器40是对于机动车1的驱动和安全性来说不关键的组件，具体来说例如是在机动车1中的车载电网***2的正常使用状态下集成在第一低压电网26中的后备箱盖驱动42和内部空间照明44，以及集成在第二低压电网28中的座椅加热设备46。另一方面，这些低压耗电器40也是对于机动车1的驱动和安全性来说、具体地对于行驶运行来说关键的（或：“相关的”）组件，具体来说是集成到第一低压电网26中的电子稳定***48和集成到第二低压电网28中的行车灯50。
为了上述组件的数据传输、具体来说将上述组件的数据传输到又包括控制设备的控制单元，第一子车载电网14具有第一总线***（“总线52”），具体来说构造为CAN总线，而第二子车载电网16具有第二总线***（“总线54”），具体来说同样构造为CAN总线。
在正常行驶运行时，第一子车载电网14和第二子车载电网16彼此无反馈、具体来说可逆地彼此电流分开（通过在高压电网22和24之间的连接线56以及可选地在低压电网26和28之间的连接线58来表示）。如果子车载电网14和16之一失灵，则利用这两个驱动装置中的仅仅一个驱动装置4或6仍能够继续行驶。为此，对于驱动和安全性来说关键的组件与两条总线52和54以数据传输技术方式耦合，使得相对应的信息也能用于并且供分别另外的子车载电网14或16支配。
如从图4中得知，两条总线52或54为此分别具有总线控制设备60或62，所述总线控制设备构成一种中央计算机或“网关”并且用于对各个“总线层面”64的信号进行路由，机动车1的不同功能范围的组件、例如与舒适性功能（例如座椅加热设备46和内部空间照明44）、能量供应、驱动功能（例如电子稳定***48）等等相关的组件又组合在所述“总线层面”中。在图4中示出：对于驱动和安全性来说关键的组件的相对应的控制单元借助于附加的信号线路66与分别另外的总线52或54的对应的总线层面64接线。在一个优选的（未进一步示出的）实施例中，这些控制单元分别包括两个控制设备或电路逻辑，这两个控制设备或电路逻辑分别与这两条总线中的一条总线52或54接线。在此，信号线路66在分别另外的总线52或54上无反馈地与相对应的控制设备耦合。这样，在子车载电网14或16之一失灵时，分别另外的子车载电网16或14可以动用对于驱动和安全性来说相关的数据。
未进一步示出的车辆控制设备还被设立为：选择性地（至少根据这两个子车载电网14和16的可支配性）以全轮驱动、前轮驱动或后轮驱动来运行机动车1。
车载电网***2还具有切换装置68，该切换装置用于在机动车1不行驶的充电运行时将两个高压电网22和24与能量馈入点、这里具体来说是机动车1的充电插座70连接。为此，切换装置68操控相对应的高压接触器72。
为了在短路或其它故障情况下将相应的蓄能器18或20分开，两个高压电网22和24分别具有防爆保险装置74以及至少一个其它的保险装置76。为了受控分开、例如为了维护而受控分开，这两个高压电网22和24具有在蓄能器18和20上游的接触器78。
本发明的主题并不限于在上文所描述的实施例。更确切地说，本发明的其它实施方式可以由本领域技术人员根据上文的描述推导出来。
附图标记列表
1 机动车
2 车载电网***
4 驱动装置
6 驱动装置
8 驱动电机
10 驱动电机
12 脉冲逆变器
14 子车载电网
16 子车载电网
18 蓄能器
20 蓄能器
22 高压电网
24 高压电网
26 低压电网
28 低压电网
30 直流电压转换器
32 低压蓄能器
34 高压耗电器
36 空调压缩机
38 高压加热器
40 低压耗电器
42 后备箱盖驱动
44 内部空间照明
46 座椅加热设备
48 电子稳定***
50 行车灯
52 总线
54 总线
56 连接线
58 连接线
60 总线控制设备
62 总线控制设备
64 总线层面
66 信号线路
68 切换装置
70 充电插座
72 高压接触器
74 防爆保险装置
76 保险装置
78 接触器。

Claims (10)

1.一种用于机动车（1）的冗余车载电网***（2），所述冗余车载电网***具有：
用于给第一驱动装置（4）供电的第一子车载电网（14）以及用于给第二驱动装置（6）供电的第二子车载电网（16），其中
- 所述第一子车载电网（14）具有：第一高压电网（22）；由所述第一高压电网（22）供电的第一低压电网（26）；和由所述第一高压电网（22）或所述第一低压电网（26）供电的第一总线***（52），用于在正常使用状态下集成到所述第一子车载电网（14）中的组件（34、40）之间进行数据传输，
- 所述第二子车载电网（16）具有：第二高压电网（24）；由所述第二高压电网（24）供电的第二低压电网（28）；和由所述第二高压电网（24）或所述第二低压电网（28）供电的第二总线***（54），用于在正常使用状态下集成到所述第二子车载电网（16）中的组件（34、40）之间进行数据传输，
- 第一和第二高压电网（22、24）具有分别所分配的第一或第二蓄能器（18、20），
- 对于所述机动车（1）的行驶运行来说驱动相关的组件（48）以及安全相关的组件（50）在正常使用状态下以数据传输技术方式与第一和第二总线***（52、54）耦合，而且
- 所述第一和第二高压电网（22、24）被设立为至少在行驶运行时彼此无反馈。
2.根据权利要求1所述的冗余车载电网***（2），
其中所述第一和第二高压电网（22、24）为了无反馈性而电流分开。
3.根据权利要求1或2所述的冗余车载电网***（2），
其中所述第一和第二总线***（52、54）在正常使用状态下无反馈地与所述驱动相关的组件（48）以及与所述安全相关的组件（50）耦合。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的冗余车载电网***（2），
其中所述第一总线***（52）被设立为用于所述驱动相关的组件（48）以及所述安全相关的组件（50）的主机，而所述第二总线***（54）被设立为用于所述驱动相关的组件（48）以及所述安全相关的组件（50）的从机。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的冗余车载电网***（2），
其中在正常使用状态下，分别只由第一或第二低压电网（26、28）来给所述第一和第二子车载电网（14、16）的相应的其它组件（40）的控制设备供应能量。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的冗余车载电网***（2），
其中在正常使用状态下，所述驱动相关的组件（48）以及所述安全相关的组件（50）的控制单元为了能量供应而与第一和第二低压电网（26、28）都耦合，尤其是其中所述第一和第二低压电网（26、28）彼此无反馈地、尤其是电流分开地与相应的控制设备联结。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的冗余车载电网***（2），
其中在正常使用状态下，空调设备（36）为了能量供应而只与所述第一子车载电网（14）联结，而且其中所述第二驱动装置（6）的控制设备被设立为在所述第一子车载电网（14）失灵时降低所述第二驱动装置（6）的功率。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的冗余车载电网***（2），
其中在正常使用状态下，为了能量供应，空调设备（36）只与所述第一子车载电网（14）联结，而另一空调设备只与所述第二子车载电网（16）联结。
9.一种机动车（1），其具有第一全电驱动装置（4）和第二全电驱动装置（6）以及具有根据权利要求1至8中任一项所述的冗余车载电网***（2）。
10.根据权利要求9所述的机动车（1），所述机动车构造为完全自主机动车、尤其是构造为机器人出租车。
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