[发明专利]用于线控车辆的电子控制单元和动力电子的塑料光纤网络

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制运输工具的动力装置的控制装置，该控制装置包括互连的第一和第二电子控制单元，其中第一和第二电子控制单元可以分别连接到第一和第二动力装置。本发明进一步涉及串联控制网络和环状控制网络，所述网络包括各自串联互连或环形互连的这样的控制装置和更多的电子控制。本发明还涉及用电动力驱动第一和第二电动机的驱动装置，该驱动装置包括所述控制装置，以及可以分别连接到第一和第二电动机的第一和第二动力电子单元。而且，本发明涉及用电动力驱动电动机的串联驱动网络和环状驱动网络，所述网络分别包括所述串联控制网络和所述环状控制网络。本发明还涉及致动系统，其包括所述串联驱动网络或所述环状驱动网络以及电动机。最后，本发明涉及包括所述致动系统的车辆。

背景技术

在例如具有电子系统的飞机或汽车的运输工具中的机械或液压控制机构的取代物已知为线控(by-wire)技术。该技术首先出现在航空中，并且现在很多民用和大多数军用飞机依赖线控飞行，其改善了超越传统的飞行控制系统的性能和安全性。在线控技术的汽车应用中，已经开发出了线控节气门(throttle-by-wire)和线控制动(brake-by-wire)。线控驾驶(steer-by-wire)给传统的汽车系统带来了显著的改变，并且能够显著地提高车辆的操纵和驾驶安全性。

进一步，混合动力技术已经应用到车辆，其中除了通常的内燃机之外，一个电动机或多个电动机被电池驱动。

在这些运输工具的任一个中，电子控制单元和动力电子互连以在它们之间交换数据。在这些应用中，在电子子系统之间提供冗余系统和安全的通讯信道是强制的。这些需求导致用于带有电动机、动力电子和电子控制单元的电子致动系统的互连配线的数量相当多。迄今为止这些互连配线用铜线设计。

一些主要问题和缺点影响铜线的应用。在汽车应用中，配线的重量可以高达80kg，涉及车辆质量和空间的明显的问题。配线的长度可能引起通讯信道带宽减小，以及增加由于电磁噪声的产生和捕捉引起的电磁抗扰度的问题。由于通讯电缆和动力电缆之间的短距离也出现电磁抗扰度问题，可能引起不同系统之间的安全通讯问题，例如电子控制单元之间的通讯、或者电子控制单元和动力电子之间的通讯。

为了安全原因，通常选择冗余体系结构用于例如制动或转向的重要装置。例如，已知用于一般致动器的冗余伺服系统，其中两个电动机操作同一个装置，所以如果电动机中的一个或驱动部件失效，另一个电动机可以至少部分地执行所需的致动。每一个电动机被单独的动力电子单元驱动，并且两个动力电子部件都被单个的电子控制单元驱动。这里，在致动上提供两个电动机和在驱动电子上而分别实现冗余。然而，虽然是冗余的，如果两个驱动线路中的一个发生故障，该体系结构针对单个的计算电子控制单元是不安全的。只是在后一种情况中，系统将持续工作，尽管在性能方面降低。

驱动链路的改进包括两个电子控制单元，每一个驱动动力电子单元中的一个，并且利用硬实时(hard real time)总线对电子控制单元进行同步。硬实时总线必须具有高带宽以保证两个驱动链路之间的正确的同步。硬实时总线被用于共享在共享的存储器中的两个电子控制单元之间的驱动参数、时间约束(time constraints)和警报。为了安全，可以在两个电子控制单元之间定期调换主要(master)角色。典型地，硬实时总线是铜线的平行总线。

该方案提高了容错性，但是牵涉以下问题。两个电子控制单元必须彼此靠近或者至少在同一个板(board)上，因为否则平行的硬实时总线将受电磁问题影响。进一步，电子控制单元和动力电子之间的铜线连接可以是非常靠近保障系统性能的关键总线的电磁噪声源。而且，必须仔细考虑电子控制单元和高动力电子之间的电绝缘以避免对于部件之间的通讯致命的回路电流(loop current)和参考水平移位(referencelevel misalignment)。

发明内容

因此，本发明的目的在于改进通讯，即，例如汽车、飞机或轮船的运输工具中的动力装置之间的数据交换，因而可以基本避免电磁问题。进一步，本发明的目的在于减少车辆的关键部件附近的电磁噪声的产生。本发明的另一个目的在于减少车辆中的动力装置之间的互连的重量。本发明的另一个目的在于改进车辆中，尤其是线控车辆中重要系统的容错性。

根据本发明，这些目的可以由用于控制运输工具的动力装置的控制装置实现，该控制装置包括互连的第一和第二电子控制单元，其中第一和第二电子控制单元可分别连接到第一和第二动力装置，并且其中互连包括可以交换数据的双向塑料光纤。