ES2935975T3 - Accionamiento por tracción eléctrica para un vehículo - Google Patents

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Abstract

En un accionamiento de tracción eléctrico para un vehículo, que comprende al menos dos accionamientos de rueda individuales que deben controlarse independientemente uno de otro, los accionamientos pueden funcionar de forma redundante para implementar una función de funcionamiento de emergencia. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Accionamiento por tracción eléctrica para un vehículo
La presente invención se refiere a un accionamiento por tracción eléctrica para un vehículo, con al menos dos accionamientos de rueda individuales independientemente controlables.
El término “vehículo” debe entenderse en el sentido más amplio, por lo que se refiere predominantemente a vehículos de pasajeros, incluidos autobuses, así como vehículos utilitarios, incluidos vehículos especiales.
Si se producen daños en el sistema de propulsión de los vehículos híbridos o eléctricos de batería, en particular en un motor de combustión interna, un motor eléctrico, la transmisión, el diferencial, un inversor o la batería de alto voltaje, el vehículo ya no puede moverse y se denomina “vehículo parado”. Estos “vehículos parados” representan un obstáculo y un peligro en el tráfico terrestre. El remolque necesario también conlleva gastos considerables.
Los vehículos híbridos suelen incluir, además del motor de combustión, un motor eléctrico central, una caja de cambios y un diferencial. Para conocer el estado de la técnica, ver la Figura 1. El motor central se alimenta de energía eléctrica a través de una batería de alto voltaje y un inversor. Para controlar el motor central, se utiliza una unidad de control.
En la práctica, ya se conocen los accionamientos eléctricos de una rueda con relaciones de transmisión y los accionamientos de una rueda sin engranajes como accionamientos directos, es decir, los llamados motores de cubo de rueda. Se utilizan tanto en el área de vehículos de turismo como en vehículos utilitarios y autobuses, así como en vehículos especiales.
Independientemente del diseño específico, si se daña el sistema de propulsión, ya no es posible seguir conduciendo con el propio accionamiento del vehículo, por ejemplo, debido a un bloqueo de las piezas giratorias del tren motor. Por lo tanto, el vehículo averiado debe ser remolcado o reparado in situ. Esto supone un peligro para el conductor, los pasajeros y terceras personas, especialmente en lugares peligrosos como curvas ciegas, obras en la carretera, en carreteras/autopistas/autovías de varios carriles, en pasos a nivel, etc.
La simple conexión en red de los llamados accionamientos de cubo de rueda es conocida en el estado de la técnica. Están integrados en el tren motor, y los accionamientos individuales de las ruedas están protegidos en forma centralizada y se controlan a través de una única interfaz en la unidad de control del accionamiento (ver la Figura 2). Por lo tanto, no es posible un funcionamiento de emergencia fiable, ya que, por ejemplo, un fallo en el suministro eléctrico, por ejemplo, puede desactivar ambos accionamientos. Un fallo en la línea de bus de datos también provocaría la pérdida de funcionamiento de ambas unidades. Por lo tanto, el funcionamiento de emergencia real no es posible según el estado de la técnica.
Además, a partir del documento DE 199 10 091 C1, se conoce un accionamiento eléctrico con motor eléctrico y electrónica de motor, en el que la corriente para el motor eléctrico se genera mediante una fuente de corriente, en la que se prevén al menos dos fuentes de corriente independientes. A cada fuente de corriente, se le asigna un devanado de motor eléctrico, por lo que, por ejemplo, un motor eléctrico presenta dos devanados paralelos.
El documento WO 2014/048462 A1 divulga una disposición de accionamiento para un vehículo de motor y un vehículo de motor correspondiente. El documento DE 102005 004330 A1 se refiere a un sistema de alimentación eléctrica a bordo para consumidores relevantes para la seguridad.
La presente invención se basa ahora en la tarea de crear un accionamiento por tracción eléctrica para un vehículo con ruedas accionadas individualmente, que permita un funcionamiento en marcha de emergencia por medios sencillos, sin un esfuerzo especial de diseño, para evitar que el vehículo se detenga. La función de marcha de emergencia debe permitir al menos conducir el vehículo de manera autónoma fuera de la zona de peligro. Lo ideal sería poder conducir el vehículo de manera autónoma hasta el siguiente taller de servicio.
La tarea anterior se resuelve mediante las características de la reivindicación 1. Según esto, un accionamiento por tracción eléctrica para un vehículo con al menos dos accionamientos de rueda individuales que pueden controlarse independientemente uno del otro se caracteriza por dos ruedas accionadas individualmente en un eje y una fuente de energía común para las dos ruedas accionadas individualmente en el eje, en donde los accionamientos pueden funcionar redundantemente para implementar una función de marcha de emergencia, en donde los dos accionamientos de rueda individuales tienen cada uno su propia red de control y/o de potencia en el sentido de un subsistema y en donde cada subsistema comprende una interfaz de bus de datos separada en una unidad de control de accionamiento de eje central (6) para controlar los accionamientos de rueda individuales.
En un accionamiento por tracción eléctrica para un vehículo que tiene al menos dos accionamientos de rueda individuales controlables independientemente en un eje, la función de marcha de emergencia se realiza en el sentido de que los accionamientos son redundantes. Esto significa que, al menos si los dos accionamientos individuales de las ruedas no están averiados al mismo tiempo, uno de los accionamientos puede funcionar en modo de emergencia.
Para llevar a cabo la función de marcha de emergencia, cada uno de los dos accionamientos de las ruedas dispone de su propia red de control y/o potencia en el sentido de un subsistema. Con este fin, la red o cada subsistema comprende una interfaz de bus de datos independiente en una unidad de control de accionamiento del eje central, a saber, para el control directo o indirecto de los respectivos accionamientos individuales de las ruedas. En este sentido, se elimina la dependencia de una única línea de bus de datos.
Además, la red o subsistema puede incluir una fuente de alimentación de emergencia que proporcione la energía necesaria para la sección de potencia de un inversor respectivo.
En el caso de la fuente de energía de emergencia, se puede tratar de un generador de energía o el generador de energía puede formar parte de la fuente de energía de emergencia. Se puede tratar de un generador, celdas solares, etc.
En el caso de la fuente de energía de emergencia, se puede tratar preferiblemente de un acumulador o una batería, que se proporciona en un diseño más pequeño y con menor potencia. La fuente de energía de emergencia se utiliza para el suministro de tensión o potencia de los accionamientos de rueda individuales en funcionamiento de emergencia, por lo que su potencia se reduce, especialmente porque la fuente de energía de emergencia se utiliza de modo exclusivo para garantizar la función de funcionamiento de emergencia.
También es concebible que la fuente de energía de emergencia provoque una tracción asimétrica o el accionamiento de una sola rueda motriz para desplazar el vehículo en forma autónoma fuera de la zona de peligro o conducirlo a velocidad reducida hasta el siguiente taller de servicio.
En principio, es concebible que la función de marcha de emergencia, es decir, el modo de marcha de emergencia, pueda activarse automáticamente cuando se detecten parámetros predefinibles. La detección puede realizarse, por ejemplo, desde una unidad de control o un sistema de gestión de baterías.
Asimismo, y en el marco de una realización particularmente sencilla, es concebible que la función de marcha de emergencia, es decir, la operación de marcha de emergencia, pueda ser activada manualmente, mediante interruptor, botón, etc., por el conductor del vehículo, concretamente cuando se ha producido el daño/defecto. Con la activación de la función de marcha de emergencia, se activan, por ejemplo, la fuente de alimentación de emergencia y/o los mecanismos de control especiales del subsistema causante de la función de marcha de emergencia. Con o después de la activación de la función de marcha de emergencia, se puede seleccionar el sentido de la marcha para que el vehículo pueda maniobrar suficientemente bien. En este caso, el pedal del acelerador puede servir para el accionamiento habitual o actuar sobre un dispositivo de conmutación o control adecuado (palanca, etc.).
Una señal de baja tensión que activa la función de emergencia puede alimentarse al inversor y al menos a uno de los accionamientos individuales a través de una línea de control directamente o a través de la unidad de control del accionamiento del eje. Es esencial que el mismo inversor reciba alimentación activa, si es necesario, de la fuente de alimentación de emergencia.
El funcionamiento real se realiza a través de una corriente de accionamiento en el inversor, pudiendo almacenarse la cantidad de corriente de accionamiento en un software asignado al inversor. A este software, también accede el subsistema de la función de marcha de emergencia para garantizar un suministro de energía suficiente en el modo de marcha de emergencia.
La función de emergencia se implementa principal o totalmente mediante software. Por consiguiente, puede instalarse posteriormente en accionamientos existentes. En particular, los algoritmos de la función de emergencia se almacenan en su totalidad o al menos en parte como software en la unidad de control del inversor, en un área de hardware secundaria original o redundante.
También es concebible que la función de funcionamiento de emergencia, en particular los algoritmos de la función de funcionamiento de emergencia, se almacene en su totalidad o al menos en parte como software en el sistema de gestión de baterías.
Como ya se ha mencionado, el software de la función de marcha de emergencia puede utilizarse para evitar daños adicionales en el sistema de accionamiento, concretamente provocando una limitación de potencia en el modo de marcha de emergencia, si es necesario teniendo en cuenta el defecto respectivo detectado o determinado.
Ahora existen varias posibilidades para diseñar ventajosamente y seguir desarrollando la enseñanza de la presente invención. A tal efecto, se hace referencia, por una parte, a las reivindicaciones subordinadas a la reivindicación 1 y, por otra, a la siguiente explicación de las realizaciones preferidas de la invención con referencia al dibujo. En relación con la explicación de las realizaciones preferidas de la invención con referencia al dibujo, también se explican realizaciones generalmente preferidas y otras realizaciones de la enseñanza. En el dibujo:
Fig. 1 muestra en una representación esquemática un accionamiento que comprende un motor eléctrico central con conexión en red simple (estado de la técnica),
Fig. 2 muestra en una representación esquemática un accionamiento que comprende accionamientos de cubo de rueda con conexión en red simple (estado de la técnica),
Fig. 3 muestra en una representación esquemática un primer ejemplo de realización de un accionamiento según la invención con dos accionamientos de cubo de rueda en un eje y conexión en red simple, con implementación de funcionamiento de emergencia,
Fig. 4 muestra en una representación esquemática un segundo ejemplo de realización de un accionamiento según la invención con dos accionamientos de cubo de rueda en un eje y conexión en red simple, con implementación de funcionamiento de emergencia, y
Fig. 5 muestra en una representación esquemática un tercer ejemplo de realización de un accionamiento según la invención con dos accionamientos de cubo de rueda en un eje y conexión en red adicional, con implementación del funcionamiento de emergencia.
La Fig. 1 muestra una vista esquemática de un accionamiento del estado de la técnica, por ejemplo, de un vehículo híbrido, con referencia a la parte eléctrica del accionamiento. El motor eléctrico es un motor 1 central que actúa sobre un eje 3 a través de un diferencial 2.
El motor 1 central se alimenta de energía a través de una fuente 4 de energía (normalmente una batería de alto voltaje), que suministra energía eléctrica al motor 1 central a través de un inversor 5, controlado mediante una unidad 6 de control de accionamiento.
La Fig. 2 muestra una variante ya conocida en la práctica, a saber, la disposición de dos accionamientos 7 de cubo de rueda con conexión en red sencilla. También en este caso, los dos accionamientos se alimentan con tensión continua de alto voltaje a través de una fuente 4 de energía. La unidad 6 de control de accionamiento controla los dos accionamientos 7 en cada caso a través de un inversor 5 asignado al respectivo accionamiento 7, por lo que el bloque funcional que contiene el inversor 5 puede comprender otros elementos funcionales.
La Fig. 3 muestra un ejemplo de realización de un accionamiento según la invención con realización de una operación de emergencia, en donde se prevé la conexión en red. Los dos accionamientos 7 de cubo de rueda tienen su propia interconexión en red como subsistema respectivo. En concreto, se trata de una protección independiente de la fuente 4 de energía o de la alimentación de corriente continua de alta tensión. Además, la unidad central de control 6 (CU) prevé dos interfaces 8 de bus de datos separadas para el control.
Opcionalmente, puede utilizarse una fuente de energía alternativa a la fuente 4 de energía (batería de alto voltaje) para alimentar los accionamientos.
Dentro del alcance de la realización mostrada en la Fig. 3, debe asegurarse que una línea 10 de control en el intervalo de bajo voltaje desde un interruptor de parada de emergencia no mostrado allí hasta el inversor 5 de al menos un accionamiento 7 de cubo de rueda y una fuente 4 de energía al mismo inversor 5 estén activas. La línea 10 de control puede conectarse directamente al inversor 5 a través de la unidad 6 de control del accionamiento. Alternativamente, es posible una conexión a través del bus CAN del interruptor de parada de emergencia al inversor.
La Fig. 4 muestra otro ejemplo de realización del accionamiento según la invención, en donde se prevé una fuente 9 de energía de emergencia además de la fuente 4 de energía real. Al igual que la fuente 4 de energía real, la fuente de energía de emergencia puede ser una batería de alto voltaje, por lo que puede asignarse un sistema de gestión de baterías (BMS) tanto a la fuente 4 de energía real como a la fuente 9 de energía de emergencia. El BMS puede ser una subárea o subunidad de todo el sistema de suministro eléctrico. Mediante un sistema de análisis de software preferentemente integrado, se puede comprobar la disposición de la fuente 4 de energía y de la fuente 9 de energía de emergencia en cuanto a su funcionalidad completa o condicional.
De acuerdo con la disposición de la Fig. 4, se garantiza que una línea 10 de control en el intervalo de baja tensión conduce desde un interruptor 11 de parada de emergencia al inversor 5 hasta al menos uno de los accionamientos 7. En concreto, la línea 10 de control va desde el interruptor 11 de marcha de emergencia a través de la unidad 6 de control de accionamiento del eje hasta el inversor 5. Al mismo tiempo, debe garantizarse que el suministro de energía esté presente en forma activa en el mismo inversor 5, ya sea a través de la fuente 4 de energía real o a través de la fuente 9 de energía de emergencia. Es esencial que la línea 10 de control vaya desde el interruptor 11 de marcha de emergencia hasta el inversor 5.
La línea 10 de control puede conectarse a través de la unidad 6 de control del accionamiento o directamente al inversor 5. El accionamiento puede tener lugar en caso de emergencia a través del pedal 12 del acelerador y el interruptor 11 de dirección.
Si falla la tensión de alimentación de la fuente 4 de energía, se conecta o activa una tensión de emergencia de la fuente 9 de energía de emergencia a través de puntos de conexión adicionales, que proporciona la energía necesaria para la sección 13 de potencia del inversor 5.
La Fig. 5 muestra otra realización de un accionamiento según la invención. Comprende la unidad funcional del inversor 5. Además de la sección 14 de señalización, se ha previsto una sección 15 adicional para poder accionar el funcionamiento de emergencia a través de una interfaz independiente. La corriente de ajuste se especifica de nuevo a través de la línea 10 de control, por lo que la señal se activa a través de un selector 11 o un transmisor de valores analógico. El pedal 12 del acelerador puede accionarse convencionalmente en modo de marcha de emergencia. Con respecto a otras realizaciones ventajosas de la enseñanza según la invención, se hace referencia a la parte general de la descripción y a las reivindicaciones adjuntas para evitar repeticiones.
Por último, debe señalarse expresamente que las realizaciones descritas con anterioridad de la enseñanza según la invención sirven meramente para discutir la enseñanza reivindicada, pero no la limitan a las realizaciones.
Lista de signos de referencia
1 Motor central, motor eléctrico
2 Diferencial
3 Eje
4 Fuente de energía
5 Inversor, unidad inversora
6 Unidad de control del accionamiento
7 Transmisión de cubo de rueda, transmisión simple
8 Interfaz de bus de datos
9 Fuente de energía de emergencia
10 Línea de control
11 Interruptor de emergencia, interruptor selector, interruptor de dirección
12 Pedal del acelerador
13 Sección de potencia del inversor
14 Sección de señalización del inversor
15 Sección de señalización adicional para control de emergencia

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Accionamiento por tracción eléctrica para un vehículo, con al menos dos accionamientos (7) de rueda individuales que pueden controlarse independientemente el uno del otro, caracterizado por dos ruedas accionadas individualmente sobre un eje (3) y una fuente (4) de energía común para las dos ruedas accionadas individualmente sobre el eje (3), en donde los accionamientos pueden funcionar redundantemente para implementar una función de marcha de emergencia, en donde los dos accionamientos (7) de rueda individuales tienen cada uno su propia red de control y/o potencia en el sentido de un subsistema y en donde cada subsistema comprende una interfaz (8) de bus de datos separada en una unidad (6) de control de accionamiento del eje central para controlar los accionamientos (7) de rueda individuales.
2. Accionamiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la red o subsistema comprende una fuente (9) de energía de emergencia que proporciona la energía necesaria para la sección (13) de potencia de un inversor (5) respectivo, en donde la fuente (9) de energía de emergencia puede ser un generador de energía o un acumulador o una batería o una fuente de alimentación o convertidor de tensión.
3. Accionamiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la fuente (9) de energía de emergencia sirve para un control reducido de tensión o corriente de los accionamientos (7) de rueda individuales.
4. Accionamiento de acuerdo con la reivindicación 2 o 3, caracterizado porque la tracción simétrica, asimétrica o el accionamiento de una sola rueda de accionamiento se efectúa con la fuente (9) de energía de emergencia.
5. Accionamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la función de marcha de emergencia, es decir, el modo de marcha de emergencia, puede activarse automáticamente cuando se detectan parámetros predeterminables.
6. Accionamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la función de marcha de emergencia, es decir, el modo de marcha de emergencia, puede activarse mediante interruptor, botón, pedal, etc.
7. Accionamiento de acuerdo con la reivindicación 5 o 6, caracterizado porque la dirección de marcha puede seleccionarse con o después de la activación de la función de marcha de emergencia.
8. Accionamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque una señal de baja tensión que activa la función de marcha de emergencia se alimenta a través de una línea (10) de control directamente o a través de la unidad (6) de control del accionamiento del eje al inversor (5) de al menos uno de los accionamientos (7) de rueda individuales, estando el mismo inversor (5) alimentado activamente.
9. Accionamiento de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el modo de marcha real se realiza mediante una corriente de ajuste en el inversor (5), estando almacenada la cantidad de corriente de ajuste en un software asociado al inversor (5).
10. Accionamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la función de marcha de emergencia puede implementarse preponderante o completamente mediante software y puede reequiparse en consecuencia en accionamientos existentes.
11. Accionamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la función de marcha de emergencia, en particular los algoritmos de la función de marcha de emergencia, está almacenada en su totalidad o al menos en parte como software en la unidad de control del motor, en una zona de hardware original o en una zona de hardware secundaria redundante.
12. Accionamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la función de marcha de emergencia, en particular los algoritmos de la función de marcha de emergencia, está almacenada en su totalidad o al menos en parte como software en el inversor (5) o, alternativamente, en la unidad de control del motor.
13. Accionamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque, en el software de la función de marcha de emergencia, se almacena una limitación de potencia para evitar daños mayores en el sistema de accionamiento.
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