自动驾驶电动汽车的动力来源有两种:一种是高压电池,另一种是常规12伏电池。因此,可以将对安全性至关重要的系统(例如刹车系统和转向系统)连接到这两种动力来源。但是,当其中一个出现故障(例如短路)时会发生什么呢?

  据外媒报道,为了防止完全故障并避免潜在危险,弗劳恩霍夫可靠性和微集成研究所IZM的研究人员与HiBord项目的合作伙伴开发出一种电子断开装置,能够隔离车辆电气系统中的任何此类故障。据了解,此模块已在宝马i3中成功地进行了测试。

  德国汽车组织ADAC(全德汽车俱乐部)乐观地预测,到2050年,多达70%的新车将配备相关技术,使驾驶员在高速公路驾驶时能够腾出时间来做其他事情。然而,批评人士对一些悬而未决的问题仍感到担忧。如果发生紧急情况,自动系统是否仍然可靠?如果由于短路传播而发生故障,会发生什么情况呢?

  在当今用于自动化车辆和全自动驾驶车辆的电气系统架构中,标准做法是通过过载保护系统将受故障影响的区域隔离开。这种设置意味着在发生故障时,受影响的组件将被完全关闭。对于自动化车辆和全自动驾驶车辆,这种方法仅在所有组件和车载电气系统都具有冗余的情况下才可行,也就是车辆在配备双套上述系统的情况下。

  然而,这是很昂贵的,同时也增加了重量并占据了空间,特别是对于车载电气系统来说。在HiBord项目中,来自弗劳恩霍夫IZM的研究人员与行业合作伙伴和弗劳恩霍夫集成系统和设备技术研究所IISB合作开发了一种断开装置,可在切断电气系统中故障组件的同时仍可确保安全关键组件的供电。这样可确保安全行驶,而无需安装双套的车载电气系统。

  尽管这听起来像是一种经济措施,但这种方法实际上代表了自动驾驶安全性方面的重大改进。正如弗劳恩霍夫IZM的研究助理Phillip Arnold解释的那样:“在常规系统中,行驶中发生的任何欠压都可能触发整个车载电子系统(包括制动系统和转向系统)的突然失控,带来不可接受的风险,尤其是在高速行驶时。但是,借助我们的新模块,部分车载电气系统仍可以像以前那样运行,因此,全自动车辆仍将有足够的时间将乘客运送到安全地点,例如高速公路的应急车道或停车场。”

  在动力电子设备领域,工程师使用所谓的MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)切换或阻断大电流。新开发的断开装置配备了16个MOSFET开关,能够切换高达180安培的电流。如果超过该阈值(例如在发生短路时),电气开关将断开,从而切断电源。此外,由于MOSFET开关能够处理高达300安培的电流,因此在其最大允许负载下仍能正常运行,并且它们的使用寿命比传统解决方案长得多。

  在研究人员故意触发短路的测试中,其结果表明该模块能够可靠地隔离高达700安培的电流,而不会发生任何初始短路的传播。与传统系统相比,在切换速度方面也有明显的优势。传统保险丝大约需要20毫秒才能跳闸,而断开装置能在10微秒内检测到故障并在300微秒内跳闸,比目前的熔断器快了60倍以上。

  该模块已在一辆电动宝马i3演示车上成功地进行了测试,其设计方式从原理上来说可用于任何电动汽车。通过防止车载电气系统突然出现问题而导致完全故障,这项新成果标志着在安全可靠的自动驾驶方面迈出了突破性的一步。

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