DE102004042004A1

DE102004042004A1 - Energy management based on a logical ring

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Publication number: DE102004042004A1
Application number: DE102004042004A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Heintel; Konstantin Dipl.-Ing. Demidov
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2006-03-02
Also published as: WO2006024447A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energiemanagementsystem, dessen Steuerungssoftware auf mehrere Steuergeräte innerhalb des Bordnetzwerkes verteilt ist, und die einzelnen Teilnehmer am Energiemanagement über eine Kommunikationsstruktur auf der Basis eines logischen Rings miteinander kommunizieren. Die Entscheidungskompetenz wird somit auf die einzelnen Steuergeräte im Netzwerk verteilt und die Redundanz im zentralen Steuergerät kann entfallen. Mit der Kommunikationsstruktur eines logischen Rings werden die für das Energiemanagement notwendigen Daten zwischen den einzelnen Teilnehmern am Energiemanagement ausgetauscht. Die beiden wichtigsten Ringnachrichten sind hierbei eine Verbraucheranmeldung und eine Zustandsmeldung mit Statusinformationen über die angemeldeten Verbraucher. Mit der Verbraucheranmeldung wird die logische Struktur des logischen Rings festgelegt und es werden die Identifikationen der beteiligten Steuergeräte sowie die benötigten Leistungen der einzelnen Steuergeräte allen Teilnehmern am Energiemanagement innerhalb des logischen Rings bekannt gegeben. Mit der Zustandsmeldung wird der jeweils aktuelle Status des Energiemanagements allen teilnehmenden Steuergeräten im logischen Ring mitgeteilt. Im Normalzustand werden die Funktionen des Energiemanagements von einem zentralen Steuergerät, vorzugsweise dem Bordnetz-Steuergerät, übernommen. Fällt das zentrale Steuergerät aus, so übernehmen die am logischen Ring weiterhin teilnehmenden Steuergeräte die Funktionen des ...The invention relates to an energy management system whose control software is distributed to a plurality of control devices within the on-board network, and the individual participants in the energy management communicate with each other via a communication structure based on a logical ring. The decision-making authority is thus distributed to the individual control units in the network and the redundancy in the central control unit can be omitted. The communication structure of a logical ring is used to exchange the data required for energy management between the individual participants in the energy management. The two most important ring messages are a consumer registration and a status message with status information about the registered consumers. With the consumer application, the logical structure of the logical ring is determined and it will be announced to all participants in the energy management within the logical ring the identifications of the participating ECUs and the required performance of the individual control units. With the status message, the current status of the energy management is communicated to all participating control units in the logical ring. In the normal state, the functions of the energy management of a central control unit, preferably the onboard power supply control unit, taken. If the central control unit fails, the control units still participating in the logical ring take over the functions of the control unit.

Description

Um die Sicherheit und Verfügbarkeit der elektrischen Energieversorgung im Fahrzeug zu erhöhen, ist ein elektrisches Energiemanagement erforderlich. Hierbei ist das vorrangige Ziel der bedarfsgerechten Energieerzeugung die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs. Eine Überlastung des Bordnetzes kann durch die bedarfsgerechte Energieerzeugung aufgrund der Reaktionszeiten des Energiemanagements oftmals nicht verhindert werden. Für das Energiemanagement in Kraftfahrzeugen wird bisher üblicherweise eine zentrale Lösung vorgeschlagen. Das Energiemanagement ist hierbei vorzugsweise im Bordnetz-Steuergerät als zentraler Knoten implementiert. Ein solches Energiemanagement hat jedoch dann schwerwiegende Nachteile, wenn dieses zentrale Bordnetz-Steuergerät ausfällt. Damit beim Ausfall des Bordnetz-Steuergeräts das Kraftfahrzeug mit seinen wichtigsten Funktionen weiterhin betriebsbereit bleibt, wurden deshalb in der Vergangenheit für Energiemanagementsysteme Notlaufebenen eingeführt.Around the security and availability to increase the electrical power supply in the vehicle is an electrical energy management required. Here it is The primary goal of demand-based energy generation is the reduction of fuel consumption. An overload of the electrical system can be due to the demand-based energy generation due often does not prevent the response times of the energy management become. For The energy management in motor vehicles has been common a central solution proposed. The energy management here is preferably in the electrical system control unit as central Node implemented. However, such energy management then has serious disadvantages if this central electrical system control unit fails. In order to in case of failure of the electrical system control unit with the motor vehicle Its key features continue to be operational therefore in the past for energy management systems Emergency running levels introduced.

Ein bekanntes Energiemanagementsystem der vorgenannten Art ist zum Beispiel aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 11 970 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren zur Anpassung des Leistungsbedarfs mehrerer elektrischer Verbraucher in einem Kraftfahrzeug, wird zur Steuerung der Leistungsaufnahme jedem dieser Verbraucher ständig eine Information über die gesamte jeweils zur Verfügung stehende elektrische Leistung zur Verfügung gestellt. Der jeweilige Verbraucher stellt seinen Leistungsbedarf entsprechend dieser Information und entsprechend seinem Leistungsbedarf derart ein, dass die gesamte jeweils verbrauchte Leistung die gesamte zur Verfügung stehende Leistung nicht übersteigt. Bei Ausfall des Energiemanagements geht das System in einen Notlauf. Im Notlauf werden nicht unbedingt notwendige Verbraucher abgeschaltet und den lebensnotwendigen Verbrauchern zum weiteren Betrieb des Kraftfahrzeugs wird jeweils ein Mindestbedarf an Energie zugewiesen. Dieser Mindestbedarf kann auch von der im Bordnetz noch verfügbaren Energie abhängig variabel eingestellt werden.A well-known energy management system of the aforementioned type is known, for example, from the German Offenlegungsschrift DE 102 11 970 A1 known. In this method for adjusting the power consumption of several electrical consumers in a motor vehicle, each of these consumers is constantly provided with information about the total available electrical power to control the power consumption. The respective consumer adjusts his power requirement in accordance with this information and according to his power requirements in such a way that the total consumed power does not exceed the total available power. If the energy management fails, the system goes into emergency mode. In emergency, not necessarily necessary consumers are switched off and the vital consumers for further operation of the motor vehicle is assigned a minimum energy requirement. This minimum requirement can also be set variably depending on the energy still available in the electrical system.

Derartige vorbekannte Energiemanagementsysteme haben den Nachteil, dass im Notlaufbetrieb eine Steuerung der Energieverteilung nicht mehr möglich ist. Dies ist ganz besonders dann von Nachteil, wenn lediglich das Steuergerät ausgefallen ist, in dem das Energiemanagement implementiert ist, ansonsten aber die Energieversorgung im Bordnetz noch voll intakt ist. Bei bekannten Energiemanagementsystemen findet damit im Notlauf kein Energiemanagement mehr statt, obwohl durchaus noch Energie im Überfluss vorhanden sein kann.such Previously known energy management systems have the disadvantage that in Emergency mode operation control of the power distribution is no longer possible. This is particularly disadvantageous if only the control unit failed is where the energy management is implemented, but otherwise the power supply in the electrical system is still fully intact. At acquaintances Energy management systems thus finds no energy management in emergency operation more, although there may well be plenty of energy left.

Ausgehend von dem vorbekannten Stand der Technik ist es deshalb das Ziel dieser hier beschriebenen Erfindung, ein Energiemanagement vorzuschlagen, das auch bei Ausfall eines für das Energiemanagement wichtigen Steuergeräts weiterhin funktionstüchtig bleibt.outgoing It is therefore the goal of this prior art invention described herein to propose an energy management, even if one of them fails the power management of the main controller remains functional.

Die Lösung gelingt mit einer Kommunikationsstruktur und mit einem Verfahren zum Energiemanagement entsprechend der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in der nachfolgenden Beschreibung enthalten.The solution succeeds with a communication structure and a procedure for energy management according to the independent claims. Further advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims and in the description below.

Die Lösung gelingt hauptsächlich mit einem Energiemanagementsystem, dessen Steuerungssoftware auf mehrere Steuergeräte innerhalb des Bordnetzwerkes verteilt ist, und die einzelnen Teilnehmer am Energiemanagement über eine Kommunikationsstruktur auf der Basis eines logischen Rings miteinander kommunizieren. Die Entscheidungskompetenz wird somit auf die einzelnen Steuergeräte im Netzwerk verteilt und die Redundanz im zentralen Steuergerät kann entfallen. Mit der Kommunikationsstruktur eines logischen Ringes werden die für das Energiemanagement notwendigen Daten zwischen den einzelnen Teilnehmern am Energiemanagement ausgetauscht. Die beiden wichtigsten Ringnachrichten sind hierbei eine Verbraucheranmeldung und eine Zustandsmeldung mit Statusinformation über die angemeldeten Verbraucher. Mit der Verbraucheranmeldung wird die logische Struktur des logischen Rings festgelegt und es werden die Identifikationen der beteiligten Steuergeräte sowie die benötigten Leistungen der einzelnen Steuergeräte allen Teilnehmern am Energiemanagement innerhalb des logischen Rings bekannt gegeben. Mit der Zustandsmeldung wird der jeweils aktuelle Status der Verbraucher (an/aus) und der aktuelle Status des Energiemanagements allen teilnehmenden Steuergeräten im logischen Ring mitgeteilt. Im Normalzustand werden die Funktionen des Energiemanagements von einem zentralen Steuergerät, vorzugsweise dem Bordnetz-Steuergerät, übernommen. Fällt das zentrale Steuergerät aus, so übernehmen die am logischen Ring weiterhin teilnehmenden Steuergeräte die Funktionen des Energiemanagements. Hierzu verfügen alle am Energiemanagement teilnehmenden Steuergeräte über ein eigenes Modul für ein dezentrales Energiemanagement. Durch die Kommunikationsstruktur des logischen Rings und durch die beiden Ringnachrichten der Verbraucheranmeldung sowie der Zustandsmeldung sind die für ein Energiemanagement notwendigen Informationen allen teilnehmenden Steuergeräten bekannt. Bei Ausfall des zentralen Energiemanagements kann daher problemlos auf ein dezentrales Energiemanagement umgeschaltet werden.The solution succeeds mainly with an energy management system, its control software on several controllers is distributed within the on-board network, and the individual participants on energy management via a communication structure based on a logical ring with each other communicate. The decision-making authority is thus on the individual ECUs distributed in the network and the redundancy in the central control unit can be omitted. With the communication structure of a logical ring, the for energy management necessary data exchanged between the individual participants in the energy management. The two most important ring messages here are a consumer registration and a status message with status information about the registered consumers. With the consumer application, the logical structure of the logical ring It defines and identifies the involved control devices as well the required services the individual control units all participants in the energy management within the logical ring announced. With the status message is the current Status of the consumers (on / off) and the current status of the energy management all participating control units communicated in the logical ring. In the normal state, the functions the energy management of a central control unit, preferably the on-board power supply control unit, taken over. Does that happen? central control unit out, so take over the control units still participating in the logical ring have the functions of energy management. All of them have energy management participating control units over own module for a decentralized energy management. Through the communication structure the logical ring and the two ring messages of the consumer application and the status message are those necessary for energy management Information known to all participating control units. In case of failure of centralized energy management can therefore be easily transferred to a decentralized Energy management to be switched.

Die mit einem dezentralen Energiemanagement hauptsächlich zu erzielenden Vorteile liegen in der Ausfallsicherheit des Energiemanagements gegenüber dem Versagen einzelner Steuergeräte, die am Energiemanagement teilnehmen. Der Ausfall eines Steuergerätes wird durch ausbleiben der Zustandsmeldung von allen anderen verbleibenden Steuergeräten innerhalb des logischen Rings erkannt. Sämtliche Steuergeräte können daher diese Information in ihr dezentrales Energiemanagementmodul mit einbeziehen und entsprechend auswerten. Die Kommunikationsstruktur des logischen Ringes sorgt hierbei dafür, dass der Ausfall eines Ringteilnehmers erkannt werden kann und eine Neuinitialisierung des Rings ausgelöst werden kann. Üblicherweise übernimmt ein Steuergerät, vorzugsweise das Bordnetz-Steuergerät, die Koordination der Kommunikation innerhalb des logischen Rings, z.B. durch zyklische Nachrichten, die von allen Teilnehmern empfangen werden. Fällt ausgerechnet dieses Steuergerät aus, so erkennen dies die verbleibenden Steuergeräte innerhalb des logischen Ringes daran, dass keine zyklischen Nachrichten mehr versendet werden. Bleiben diese zyklischen Nachrichten des Energiemanagements aus, so bleibt der logische Ring weiterhin funktionsfähig. Durch die Zustandsmeldung, die die aktuellen Zustandsdaten der Verbraucher enthält, sind somit alle Energiemanagement-relevanten Verbraucher und Steuergeräte im Netzwerk bekannt, so dass entweder die Aufgaben des Energiemanagements von einem anderen Steuergerät übernommen werden können oder die von den am Energiemanagement beteiligten Verbrauchern aufgenommene Gesamtleistung mit Hilfe dieser Informationen auf einen festgelegten Wert begrenzt werden kann. Somit bleibt das Energiemanagement funktionsfähig und kann mit dieser Notlaufstrategie eine Steuerung der Energieflüsse weiterhin gewährleisten ohne dabei das Bordnetz zu überlasten.The with a decentralized energy management The main advantages that can be achieved lie in the reliability of energy management versus the failure of individual ECUs that participate in energy management. Failure of one controller is detected by the failure of the status message from all other remaining controllers within the logical ring. All control units can therefore incorporate this information into their decentralized energy management module and evaluate it accordingly. The communication structure of the logical ring ensures that the failure of a ring participant can be detected and a reinitialization of the ring can be triggered. Usually, a control unit, preferably the onboard power supply control unit, takes over the coordination of the communication within the logical ring, for example by cyclic messages received by all subscribers. If just this control unit fails, then the remaining control units within the logical ring recognize that no cyclical messages are being sent. If these cyclical energy management messages are left out, the logical ring will continue to function. By the status message, which contains the current state data of the consumer, all energy management-relevant consumers and control devices in the network are known, so that either the tasks of energy management can be taken over by another control unit or the total power absorbed by the consumers involved in energy management Help this information can be limited to a specified value. Thus, the energy management remains functional and can continue to ensure control of the energy flows with this emergency operation strategy without overloading the electrical system.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der logische Ring auf der Basis eines CAN-Busses ausgebildet. Das Protokoll zu einem CAN-Bus kennt bereits die Verwendung von sogenannten Identifiern, mit denen die Nachricht identifiziert wird und mit deren Hilfe die Kommunikation der Bus-Teilnehmer untereinander gesteuert wird. Die Gestaltung eines CAN-Identifiers liegt mit großer Freiheit beim Netzwerkprogrammierer. Diese Freiheit ermöglicht im Zusammenhang mit der Erfindung in den Identiefier beziehungsweise genauer in den Header einer CAN-Nachricht eine Codierung einzubringen, mit Hilfe derer ein logischer Ring aufgebaut werden kann. Hierzu wird der Header einer CAN-Nachricht um zwei Blöcke mit jeweils vier Bit erweitert. In diesem erweiterten Header werden dann Kommunikationsinformationen eincodiert, die für das Versenden der Nachricht in einen logischen Ring benötigt werden. Im einzelnen sind dies ein reduzierter Basis-Identifier, der nach wie vor die Nachricht identifiziert, und nun zusätzlich eine Codierung beziehungsweise eine Identifikation des Senders und eine Identifikation des Empfängers enthält. Damit ist im Header einer jeden CAN-Nachricht festgelegt, von wem die Nachricht stammt und an wen sie gerichtet sein soll. Beim Reihumgeben innerhalb des logischen Ringes kann nun jeder Ringteilnehmer durch Überschreiben der Empfänger-Identifikation festlegen, an welchen nächsten Ringteilnehmer die Nachricht gesendet wird. Wenn jeder Ringteilnehmer seinen logischen Vorgänger und seinen logischen Nachfolger kennt, so kann durch entsprechendes Überschreiben der Senderidentifikationen und der Empfängeridentifikationen eine logische Ringtopologie für die Kommunikation der Steuergeräte im Bordnetz aufgebaut werden.In an advantageous embodiment The invention will be the logical ring based on a CAN bus educated. The protocol to a CAN bus already knows the use by so-called identifiers with whom the message identifies and with their help the communication of the bus participants with each other is controlled. The design of a CAN identifier is with great freedom at the network programmer. This freedom allows in connection with of the invention in the Identiefier or more precisely in the header to encode a CAN message with the help of these a logical ring can be established. This is the header a CAN message by two blocks extended with four bits each. In this extended header will be then encoded communication information suitable for sending the message is needed in a logical ring. In detail are this is a reduced base identifier that still holds the message identified, and now in addition an encoding or identification of the transmitter and an identification of the recipient contains. This defines in the header of each CAN message, by whom the message comes from and to whom it should be addressed. When ringing Within the logical ring, each ring participant can now overwrite set the recipient identification, to which next Ring subscriber the message is sent. If every ring participant his logical predecessor and knows his logical successor, so can by appropriate overwriting the sender identifications and the receiver identifications a logical one Ring topology for the communication of the control units be built in the electrical system.

Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäße Kommunikationsstruktur auf der Basis eines erweiterten Nachrichtenkopfes einer CAN-Nachricht, im Nachrichtenkopf eine weitere Codierung, die es ermöglicht, mehrere Ringnachrichten funktional unterscheidbar zu machen. Mit Hilfe eines derartigen Operation Codes können die am logischen Ring teilnehmenden Steuergeräte unterscheiden, wie das dem Nachrichtenkopf folgende Datenfeld zu interpretieren und zu lesen ist.Preferably contains the communication structure according to the invention on the basis of an extended message header of a CAN message, in the message header another encoding that allows make several ring messages functionally distinguishable. With The help of such an operation code can be at the logical ring participating controllers differ as the data field following the message header interpret and read.

Vorzugsweise wird mit Hilfe des Operation Codes zwischen mindestens zwei verschiedenen Ringnachrichten unterschieden. Die eine Ringnachricht wird beim Aufbau des logischen Ringes benötigt. Mit Hilfe dieser als Verbraucheranmeldung bezeichneten Ringnachricht melden sich die den Steuergeräten, die am CAN-Bus des Bordnetzes angeschlossen sind, zugeordneten Verbraucher mit ihrer Verbraucheridentifikation und mit ihrer benötigten Leistung beim Bordnetz-Steuergerät an.Preferably becomes with the help of the operation code between at least two different ring messages distinguished. The one ring message is used in building the logical Ringes needed. With the help of this as a consumer application called ring message the control units register, which are connected to the CAN bus of the electrical system, assigned consumers with their consumer identification and their required performance at the onboard power supply control unit at.

Mit der zweiten Ringnachricht, die als Zustandsmeldung bezeichnet wird, verteilen die Steuergeräte die Statusinformationen der einzelnen Verbraucher innerhalb des logischen Ringes an alle teilnehmenden Verbraucher. Diese Nachricht wird dabei als Token im logischen Ring verwendet. Durch diese Zustandsmeldung kann jedes Steuergerät erkennen, welche Verbraucher innerhalb des logischen Rings aktiv sind oder nicht. Das Bordnetzsteuergerät bzw. der Ringmaster empfängt und verarbeitet ebenfalls diese Ringnachrichten und sendet die Anweisungen des Energiemanagements mit einer zyklischen Nachricht an alle Teilnehmer. Insbesondere ermöglicht diese zyklische Nachricht den Teilnehmern am Energiemanagement die Erkennung, ob das Bordnetz-Steuergerät beziehungsweise der Ringmaster ausgefallen ist oder nicht.With the second ring message, called a status message, distribute the control units the status information of each consumer within the logical ring to all participating consumers. These news is used as a token in the logical ring. Through this status message can any controller recognize which consumers are active within the logical ring are or not. The onboard supply control unit or the ring master receives and also processes these ring messages and sends the instructions of the Energy management with a cyclical message to all participants. In particular, allows this cyclical message to the participants in the energy management the Detection of whether the onboard power supply control unit or the ring master has failed is or not.

Ohne Beschränkung der Allgemeinheit werden im folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von grafischen Darstellungen näher erläutert.Without restriction the generality will be in the following embodiments of the invention explained in more detail by means of graphical representations.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 Eine schematische Darstellung für ein elektrisches Bordnetz in einem Kraftfahrzeug, 1 A schematic representation of an electrical system in a motor vehicle,

2 Eine grafische Darstellung einer Kommunikationsstruktur in Form eines logischen Rings, 2 A graphical representation of a communication structure in the form of a logical ring,

3 Den Aufbau eines am Energiemanagement teilnehmenden Steuergerätes, 3 The structure of a controller participating in the energy management,

4 Das Prinzip der Codierung der Kommunikationsstruktur des Energiemanagements in eine Standard-CAN-Nachricht, 4 The principle of coding the communication structure of the energy management into a standard CAN message,

5 Einzelheiten der Kommunikationsstruktur für das Energiemanagement, 5 Details of the communication structure for the energy management,

6 eine spezielle Kommunikationsstruktur des Energiemanagements für die Verbraucheranmeldung, 6 a special communication structure of the energy management for the consumer registration,

7 eine andere spezielle Kommunikationsstruktur des Energiemanagements für die Ringmeldung der Verbraucherzustände. 7 another special communication structure of the energy management for ringing the consumer states.

In 1 wird ein an sich bekanntes elektrisches Bordnetz in einem Kraftfahrzeug schematisch dargestellt. Für die Energieversorgung der im Bordnetz angeschlossenen Verbraucher v1 v2, v3 ..., VN, VN+1, VN+2 können ein Bordnetzgenerator 1 und eine Kraftfahrzeug-Batterie 2 heran gezogen werden. Der Bordnetzgenerator wird üblicherweise von dem Verbrennungsmotor 3 des Kraftfahrzeugs angetrieben. Über elektrische Versorgungsleitungen 4 werden die im Bordnetz befindlichen Verbraucher mit Energie versorgt. Die Leistungsregulierung der ins Bordnetz abgegebenen Energie wird dem Bordnetzgenerator mit einer Leistungselektronik 5 und entsprechenden Leistungsstellgliedern geregelt. Zwischen Kraftfahrzeug-Batterie 2 und Bordnetzgenerator 1 ist ein Laderegler 6, der auch als Ladebilanzrechner ausgebildet sein kann, zwischengeschaltet. Die Leistungsaufnahme der im Bordnetz angeschlossenen Verbraucher wird über Steuergeräte eingestellt. Hierbei kann jedem Verbraucher ein eigenes, separates Steuergerät SG1, SG2, SG3 zugeordnet sein oder es können auch mehrere Verbraucher lediglich von einem für alle Verbraucher zuständigen Steuergerät SGN angesteuert werden. Um eine Koordination der verschiedenen Steuergeräte mit ihren jeweils angeschlossenen Verbrauchern zu ermöglichen, sind die Steuergeräte im Kraftfahrzeug üblicherweise über ein BUS-System 7, das oft als CAN-Bus ausgebildet ist, miteinander vernetzt. Um die im elektrischen Bordnetz zur Verfügung stehende Energie, geliefert durch den Bordnetzgenerator und die Kraftfahrzeug-Batterie, effizient auf die im Bordnetz angeschlossenen Verbraucher verteilen zu können, ist an das BUS-System ein Bordnetz-Steuergerät BSG angeschlossen, das auch mit dem Ladebilanzrechner in einem Modul ausgeführt sein kann. Aufgabe des Bordnetz-Steuergerätes ist es hierbei üblicherweise die Überlastung des elektrischen Bordnetzes zu verhindern. Energieverteilung und Überlastschutz erfolgt üblicherweise mit einem Energiemanagementsystem, das als Software-Programm in dem Mikroelektronikrechner des Bordnetz-Steuergerätes implementiert ist. Um die Leistungsdaten des Bordnetzgenerators und der Kraftfahrzeug-Batterie durch das Energiemanagementsystem abfragen zu können, sind die Steuergeräte 5 des Bordnetzgenerators und der Ladebilanzrechner 6 für die Kraftfahrzeug-Batterie ebenfalls über ein BUS-System 7 mit dem Bordnetz-Steuergerät in Kommunikationsverbindung.In 1 is a per se known electrical system in a motor vehicle shown schematically. For the power supply of the consumers connected to the vehicle electrical system v1 v2, v3, VN, VN + 1, VN + 2 can be a vehicle electrical system generator 1 and a motor vehicle battery 2 be pulled up. The electrical system generator is usually from the internal combustion engine 3 driven by the motor vehicle. Via electrical supply lines 4 the consumers in the vehicle electrical system are supplied with energy. The power regulation of the energy delivered to the electrical system is provided to the onboard power supply with power electronics 5 and corresponding power actuators. Between motor vehicle battery 2 and on-board generator 1 is a charge controller 6 , which can also be designed as a charge balance calculator, interposed. The power consumption of the consumers connected in the electrical system is set via control units. In this case, each consumer can be assigned a separate, separate control unit SG1, SG2, SG3, or several consumers can also be controlled only by a control unit SGN responsible for all consumers. In order to enable coordination of the various control devices with their respective consumers connected, the control units in the motor vehicle are usually via a bus system 7 , which is often designed as a CAN bus, networked with each other. In order to efficiently distribute the available energy in the electrical system, supplied by the electrical system generator and the motor vehicle battery to the consumers connected in the electrical system, to the bus system, a vehicle electrical system control unit BSG is connected, which also with the charge balance calculator in a module can be executed. Task of the electrical system control unit, this is usually to prevent the overload of the electrical system. Energy distribution and overload protection is usually carried out with an energy management system, which is implemented as a software program in the microelectronics computer of the onboard power supply control unit. In order to query the performance data of the electrical system generator and the motor vehicle battery by the energy management system, are the control units 5 of the on-board generator and the charge balance calculator 6 for the motor vehicle battery also via a bus system 7 with the electrical system control unit in communication connection.

Aufgabe des Energiemanagements ist die Steuerung und Überwachung der Zustände der am Energiemanagement beteiligten elektrischen Verbraucher beziehungsweise Funktionen im Fahrzeug. Die Verbraucher werden dabei durch das Energiemanagement deaktiviert beziehungsweise freigegeben, während sie der Fahrer durch Betätigen von entsprechenden Schaltern ein- und ausschaltet. Um den Ablauf der Funktionsdegradierung, das heißt die Deaktivierung von Verbrauchern, zu steuern, müssen alle am Energiemanagement beteiligten Funktionen beziehungsweise Verbraucher eine eindeutige Prioritätsstufe besitzen. Auf der Basis dieser Priorisierung kann vom Energiemanagement bei ungenügendem Leistungsangebot, ausgehend vom aktuellen Systemzustand, eine Überlastung des Bordnetzes verhindert werden, in dem unter Berücksichtigung der Prioritäten ein degradierter Systemzustand eindeutig durch das Energiemanagement bestimmt und festgelegt wird.task of energy management is the control and monitoring of the states of the involved in energy management electrical consumers or Functions in the vehicle. Consumers are doing so through the energy management disabled or released while the driver is through Actuate on and off by corresponding switches. To the process functional degradation, that is the deactivation of consumers, to control all functions involved in energy management respectively Consumers have a clear priority level. On the base this prioritization can be attributed to energy management in the case of insufficient service, Based on the current state of the system, it prevents overloading the vehicle electrical system in that, taking into account of priorities a degraded system state clearly by the energy management is determined and determined.

Aufgrund der Notwendigkeit der Steuerung und Überwachung der elektrischen Verbraucher sind vom Energiemanagement sowohl das Bordnetz-Steuergerät als auch alle Steuergeräte, die vom Energiemanagement deaktivierbare Verbraucher ansteuern betroffen. Das Energiemanagement greift auf die vom Batteriemanagement bzw. vom Ladebilanzrechner ermittelten und zur Verfügung gestellten Zustandsdaten der Batterie zurück. Darüber hinaus werden von den Steuergeräten Informationen über den Zustand der von ihnen angesteuerten Verbraucher zur Verfügung gestellt. Die für das Energiemanagement erforderlichen Informationen werden hierbei über ein Kommunikationssystem zwischen den Steuergeräten und dem Bordnetz-Steuergerät ausgetauscht. Die grundsätzliche Gleichwertigkeit der einzelnen Steuergeräte, die jeweils über eigene Mikrorechner verfügen, ermöglicht die Installation beziehungsweise die Implementierung von verteilten Energiemanagementsystemen. Bei verteilten Energiemanagementsystemen stellt das Bordnetz-Steuergerät lediglich die Informationen über den aktuellen Bordnetzzustand für alle Steuergeräte bereit und übernimmt die Aufgabe der Überwachung. Überwacht werden hierbei die Zustände der Energieversorgung sowie die Zustände der einzelnen Steuergeräte und der einzelnen an die Steuergeräte angeschlossenen Verbraucher. Alle anderen Aufgaben, wie die Auswertung dieser Informationen und die Entscheidungsfindung im Sinne eines Energiemanagements werden in den einzelnen Steuergeräten mit eigenen Programmmodulen des verteilten Energiemanagementsystems durchgeführt. Aus diesem Grund begrenzt sich die Überwachung der Steuergeräte durch das Bordnetz-Steuergerät auf ein Mithören der über das BUS-System ausgetauschten Informationen.Due to the necessity of controlling and monitoring the electrical consumers of the energy management both the on-board power supply control unit and all the control devices that control activatable by the energy management consumers concerned. The energy management accesses to the battery management and the charge balance calculator determined and made available condition data of the battery. In addition, the control units provide information about the state of the consumers they are driving. The information required for energy management is exchanged via a communication system between the control units and the onboard power supply control unit. The basic equivalence of the individual control units, each of which has its own microcomputer, enables the installation or the implementation of distributed energy management systems. In distributed energy management systems, the onboard power supply control unit merely provides the information about the current one On-board power supply status ready for all control units and takes over the task of monitoring. Here, the states of the power supply as well as the states of the individual control devices and the individual consumers connected to the control devices are monitored. All other tasks, such as the evaluation of this information and decision-making in the sense of energy management are carried out in the individual control units with their own program modules of the distributed energy management system. For this reason, monitoring of the control units by the on-board power supply control unit is limited to monitoring the information exchanged via the BUS system.

Bei einem Ausfall des Bordnetz-Steuergerätes, das im Normalbetrieb das gesamte Netzwerk mit Zustandsinformationen über alle beteiligten Systeme versorgt, muss schnell ein neuer, stabiler Netzwerkzustand gefunden werden. Bisher bekannte Systeme für Energiemanagement haben hier eine entscheidende Schwachstelle. Bekannte Lösungen, um den Ausfall des Bordnetz-Steuergerätes aufzufangen, laufen auf ein Abschalten des Energiemanagements und auf ein Umschalten eines Notlaufbetriebs hinaus. Im Notlaufbetrieb wird lediglich noch die zur Verfügung stehende Energie den lebensnotwendigen Verbrauchern zur Verfügung gestellt. Eine bedarfs- und zustandsgerechte Energieverteilung und ein Energiemanagement finden jedoch nicht mehr statt.at a failure of the electrical system control unit, which in normal operation the provides the entire network with status information about all involved systems, a new, stable network state must be found quickly. Previously known systems for Energy management has a crucial weak point here. Known Solutions, to catch the failure of the electrical system control unit, run on switching off the energy management and switching to a Emergency operation. In emergency mode, only the to disposal standing energy provided to the vital consumers. A demand and state-oriented energy distribution and energy management but do not take place anymore.

Die Erfindung löst diese Problematik durch ein Energiemanagement auf der Basis eines logischen Ringes und auf der Basis einer Kommunikationsstruktur, die es ermöglicht, beim Ausfall des Bordnetz-Steuergerätes ein anderes am Energiemanagement teilnehmendes Steuergerät zum neuen Bordnetz-Steuergerät zu bestimmen oder das Energiemanagement dezentral durch eine Begrenzung der aufgenommenen Gesamtleistung fortzuführen.The Invention solves this problem by an energy management on the basis of a logical ring and based on a communication structure, which makes it possible in case of failure of the electrical system control unit another on the energy management participating control unit to the new electrical system control unit to determine or the energy management decentralized by a limitation continue the recorded overall performance.

Im Zusammenhang mit 2 wird zunächst das Konzept des logischen Ringes erläutert. Das Kommunikationskonzept eines so genannten logischen Ringes (auch Token-Ring) ist für sich alleine genommen aus Rechner-Netzwerken bekannt. Der logische Ring wird hierbei durch einen Token-Umlauf realisiert. Der so genannte Token 8 wird hierbei jeweils von dem logischen Vorgänger an den logischen Nachfolger innerhalb des logischen Ringes weitergegeben. Jeweils derjenige Ringteilnehmer, der den Token hat, hat Sendeberechtigung auf dem zugrunde liegenden BUS-System. Logische Ringe können daher unabhängig von der physikalischen Struktur des zugrunde liegenden BUS-Systems grundsätzlich mit jedem BUS-System eingerichtet werden. Für ein verteiltes Energiemanagementsystem in einem Kraftfahrzeug reicht der alleinige Umlauf eines Token jedoch nicht aus. Bei einem verteilten Energiemanagementsystem muss der Token durch geeignete Ringnachrichten, wie sie noch im Zusammenhang mit den 4 bis 7 vorgestellt werden, ersetzt werden. Jedes Steuergerät, das am Energiemanagement teilnimmt, muss dabei die Ringnachrichten aller anderen Steuergeräte empfangen, um diese zu überwachen und den Systemzustand zu kennen. Zusätzlich werden die Ringnachrichten vom Bordnetz-Steuergerät empfangen, das die gesammelten Daten auswertet. Der Umlauf der Ringnachrichten kann hierbei durch eine Verzögerungszeit gesteuert sein, die zwischen dem Versenden zweier Ringnachrichten vergeht. Durch eine Verkürzung dieser Verzögerungszeit, kann in Notsituationen die Reaktionszeit des Energiemanagements auf Kosten einer höheren BUS-Auslastung verkürzt werden.In connection with 2 First, the concept of the logical ring is explained. The communication concept of a so-called logical ring (also token ring) is known per se from computer networks. The logical ring is realized here by a token circulation. The so-called token 8th is passed on in each case from the logical predecessor to the logical successor within the logical ring. In each case, the ring participant who has the token has authorization to send on the underlying BUS system. Therefore, independent of the physical structure of the underlying BUS system, logical rings can be basically established with any BUS system. For a distributed energy management system in a motor vehicle, however, the sole circulation of a token is not sufficient. In a distributed energy management system, the token must be replaced by appropriate ring messages as they are still associated with 4 to 7 be replaced. Each control unit that participates in the energy management must receive the ring messages of all other control units in order to monitor them and to know the system status. In addition, the ring messages are received by the onboard power supply control unit, which evaluates the collected data. The circulation of ring messages can be controlled by a delay time that elapses between sending two ring messages. By shortening this delay time, the response time of the energy management can be shortened in emergency situations at the expense of a higher BUS utilization.

Der logische Ring 9 wird in der Initialisierungsphase während des Hochlaufs des Bordnetzwerkes dynamisch aufgebaut. Durch eine Verbraucheranmeldung im Energiemanagementsystem wird das jeweilige Steuergerät als Teilnehmer im logischen Ring registriert und in die logische Ringtopologie integriert. Darüber hinaus werden die Verbraucher, die an das Steuergerät angeschlossen sind, beim Energiemanagement angemeldet. Die logische Reihenfolge innerhalb des logischen Rings, richtet sich hierbei nach der Reihenfolge des Eingangs der Verbraucheranmeldungen beim Energiemanagement. Entsprechend dieser Anmeldereihenfolge wird die Reihenfolge der Steuergeräte in Form von logischem Vorgänger und logischem Nachfolger festgelegt. Während der Initialisierungsphase hat zunächst das Bordnetz-Steuergerät eine herausgehobene Position, da sich zunächst alle Steuergeräte beim Energiemanagementmodul des Bordnetz-Steuergerätes anmelden müssen, damit dieses Modul die Verbraucherdaten sammeln und auf Basis dieser Daten das Energiemanagement realisieren kann. Der logische Ring wird somit in der Initialisierungsphase des Bordnetzes während dessen Hochlaufs dynamisch aufgebaut, wobei jedes Steuergerät seine logische Adresse und die logischen Adressen der Vorgänger und Nachfolger im Ring erhält. Zusätzliche Steuergeräte können aber auch zu einem späteren Zeitpunkt in den Ring integriert werden.The logical ring 9 is built up dynamically in the initialization phase during startup of the on-board network. By a consumer application in the energy management system, the respective control device is registered as a participant in the logical ring and integrated into the logical ring topology. In addition, the consumers connected to the control unit are registered with the energy management. The logical order within the logical ring depends on the order of receipt of the consumer applications in the energy management. According to this registration order, the order of the ECUs is determined in the form of logical predecessor and logical successor. During the initialization phase, the onboard power supply control unit initially has a prominent position, since firstly all control units have to log on to the energy management module of the onboard power supply control unit, so that this module can collect the consumer data and implement the energy management on the basis of this data. The logical ring is thus built up dynamically in the initialization phase of the electrical system during its run-up, each controller receives its logical address and the logical addresses of the predecessor and successor in the ring. Additional ECUs can also be integrated into the ring at a later date.

Ist der logische Ring einmal aufgebaut, wird die Kommunikation im Ring selbst mit Hilfe von Zustandsmeldungen realisiert. Die Zustandsmeldungen werden jeweils an alle Steuergeräte gesendet, wobei die Zustandsmeldungen selbst als Token von einem Knoten zum Nachfolgerknoten wandern. 2 verdeutlicht den Ablauf der Kommunikation beim Konzept des logischen Rings. Nach Aufbau des logischen Ringes versendet das Bordnetz-Steuergerät, beziehungsweise das Energiemanagementmodul im Bordnetz-Steuergerät, so genannte Zustandsmeldungen. Die Zustandsmeldung wird in zyklischen Abständen versendet und von allen Steuergeräten empfangen. Die Zustandsmeldung stellt hier gleichzeitig den Token 8 dar. Die Zustandsmeldung wird hierbei von einem Steuergerät an das nächste weitergegeben, was in 2 durch unterbrochene Pfeile symbolisiert wird. Die einzelnen Steuergeräte werden bei diesem Konzept durch alle in dem Ring integrierten Steuergeräte überwacht. Hierfür muss jedes Steuergerät alle Ringnachrichten empfangen. Bleibt eine gewisse Zeit nach Empfang einer Ringnachricht die Nachricht des logischen Nachfolgers aus, so kann dieser Ausfall festgestellt und somit eine Neuinitialisierung des Systems angestoßen werden. Bei einem Ausfall des Bordnetz-Steuergerätes ist der logische Ring weiterhin funktionsfähig und es besteht die Möglichkeit eine dezentrale Rückfallebene für das Energiemanagement zu realisieren. Hierzu muss vom verteilten Energiemanagement nach Ausfall des Bordnetz-Steuergerätes ein anderes an der Ringtopologie teilnehmendes Steuergerät zum neuen Bordnetz-Steuergerät bestimmt werden und dessen Funktion übernehmen. In der Regel wird dies das in der Reihenfolge dem Bordnetz-Steuergerät als nächstes folgende und nicht ausgefallene Steuergerät innerhalb des logischen Ringes sein. Bei entsprechender Ausstattung der verteilten Module des Energiemanagements kann jedes Modul und damit jedes Steuergerät, das am logischen Ring beteiligt ist, die Funktion des Bordnetz-Steuergerätes übernehmen. Falls dieser Aufwand nicht gewünscht ist, können auch einzelne Steuergeräte direkt vorgegeben werden, die bei Ausfall des Bordnetz-Steuergeräts dessen Funktion übernehmen, so dass nur die fest vorgegebenen Steuergeräte über entsprechende aufwändige Module des Energiemanagementsystems verfügen. Alternativ dazu kann eine rein dezentrale Notlaufstrategie ohne die Funktionalitäten des Bordnetzsteuergerätes realisiert werden, indem die Teilnehmer des logischen Rings die von ihren Verbrauchern aufgenommene Gesamtleistung auf einen fest vorgegebenen Wert begrenzen. Somit entfällt hierbei die Notwendigkeit, die aufwändigen Funktionsmodule des Bordnetzsteuergerätes in ein oder mehrere weitere Steuergeräten zu integrieren.Once the logical ring has been established, the communication in the ring itself is realized with the aid of status messages. The status messages are in each case sent to all the control units, the status messages themselves migrating as tokens from one node to the successor node. 2 illustrates the process of communication in the concept of the logical ring. After the logical ring has been set up, the electrical system control unit or the energy management module in the on-board power supply control unit sends so-called status messages. The status message is sent in cyclic intervals and used by all ECUs to catch. The status message here simultaneously represents the token 8th The status message is passed on from one control unit to the next, which in 2 symbolized by broken arrows. The individual control units are monitored in this concept by all integrated in the ring control units. For this, each control unit must receive all ring messages. If the message of the logical successor remains after a certain time after receiving a ring message, then this failure can be detected and thus a reinitialization of the system can be initiated. In case of failure of the electrical system control unit of the logical ring is still functional and it is possible to implement a decentralized fallback level for energy management. For this purpose, from the distributed energy management after failure of the onboard power supply control unit another participating in the ring topology control unit to the new onboard power supply control unit must be determined and take over its function. In general, this will be in the order following the onboard power supply control unit next and not failed control unit within the logical ring. With appropriate equipment of the distributed modules of the energy management, each module and thus each control unit, which is involved in the logical ring, take over the function of the electrical system control unit. If this effort is not desired, individual control units can be specified directly, which take over its function in case of failure of the electrical system control unit, so that only the fixed control units have corresponding complex modules of the energy management system. Alternatively, a purely decentralized emergency operation strategy can be implemented without the functionalities of the on-board network control device in that the participants of the logical ring limit the total power consumed by their consumers to a fixed predetermined value. This eliminates the need to integrate the complex function modules of the on-board power supply control unit into one or more further control units.

Die Anzahl, der zu einem logischen Ring gruppierten Steuergeräte darf nicht beliebig groß werden, da dies zu sehr großen Reaktionszeiten des Energiemanagements führen würde. Zu große Reaktionszeiten des Energiemanagements können jedoch dadurch vermieden werden, dass die Steuergeräte in mehrere Partitionen beziehungsweise mehrere logische Ringe gruppiert werden. Im gesamten Energiemanagement laufen dann mehrere Nachrichten um, jeweils eine pro Ring. Die Aufteilung der Steuergeräte auf die einzelnen Ringe erfolgt hierbei auch während der Initialisierungsphase des Systems. Hierbei wird zunächst ein logischer Ring aufgebaut, Steuergeräte, die sich mit einer Verbraucheranmeldung beim Energiemanagement anmelden, werden so lange in diesen ersten logischen Ring integriert, bis eine statisch festgelegte maximale Teilnehmerzahl des Rings erreicht ist. Das nächste sich anmeldende Steuergerät beginnt anschließend mit dem Aufbau eines weiteren logischen Rings. Der Vorgang wird fortgesetzt, bis sich alle Steuergeräte beim Energiemanagement angemeldet haben. Auch hier wird die Anmeldung der Verbraucher während des Initialisierens des Systems bei einem herausgehobenen Bordnetz-Steuergerät mit integriertem Energiemanagementmodul stattfinden.The Number allowed to control devices grouped into a logical ring not become arbitrarily large, because this is too big Reaction times of the energy management would lead. Too long reaction times of the energy management can However, this avoids that the control units in several Partitions or multiple logical rings are grouped. In the entire energy management then run several messages, respectively one per ring. The distribution of the control units on the individual rings takes place during this too the initialization phase of the system. Here is a first built a logical ring, ECUs, with a consumer registration when Log on to energy management will be so long in this first logical Ring integrated until a statically defined maximum number of participants of the ring is reached. The next registering controller then starts with the construction of another logical ring. The process continues until all the controllers logged in to the energy management. Again, the registration the consumer during Initializing the system with a stand-alone onboard control unit with integrated Energy management module take place.

3 zeigt schematisch den Aufbau eines Steuergerätes, wie es für den Betrieb in einem logischen Ring und für die Anwendung des verteilten Energiemanagements geeignet ist. In dem Steuergerät ist auf einer geeigneten Mikrorechnerplattform zumindest ein Software-Modul 10 des Energiemanagementsystems implementiert. Die Kommunikation des Steuergeräts mit seinem logischen Vorgänger und mit seinem logischen Nachfolger innerhalb des logischen Rings erfolgt über die entsprechenden Datenformate der Ringnachrichten 11. Nach Auswertung der Ringnachrichten insbesondere der eingehenden Ringnachrichten durch das Energiemanagementmodul, werden vom Energiemanagement entsprechende weitere Nachrichten an die vom Steuergerät angesteuerten Verbraucher beziehungsweise Applikationen weitergesendet. Hierzu verfügt das Energiemanagementmodul und die nachgeschalteten Applikationen jeweils über entsprechende Datenschnittstellen. Die Datenschnittstellen sind in 3 mit Kommunikationspfeilen 12 dargestellt. Insbesondere wenn von einem Steuergerät mehrere Applikationen angesteuert werden, kann es sinnvoll sein, auf der Seite des Energiemanagementmoduls einen Datenpuffer 13 vorzusehen, der den gleichzeitigen Informationsaustausch zwischen Energiemanagement und den nachfolgend angeschlossenen Applikationen beziehungsweise Verbrauchern ermöglicht. Nach Erhalt des Token werden die aktuellen Zustandsdaten der dem Steuergerät zugeordneten Applikationen wieder zurück in den Datenpuffer des Energiemanagements geschrieben, von wo aus sie vom Energiemanagement weiterverarbeitet werden und in eine ausgehende Ringnachricht geschrieben werden. Die ausgehende Ringnachricht des Energiemanagements wird dann als Reaktion auf eine Triggernachricht beziehungsweise auch als Reaktion auf einen Time Out an den logischen Nachfolger des Steuergerätes versendet. Die übrigen Teilnehmer an dem logischen Ring des Energiemanagements weisen einen vergleichbaren Aufbau auf. 3 shows schematically the structure of a control unit, as it is suitable for operation in a logical ring and for the application of distributed energy management. In the control unit is on a suitable microcomputer platform at least one software module 10 implemented by the energy management system. The communication of the controller with its logical predecessor and with its logical successor within the logical ring via the corresponding data formats of the ring messages 11 , After evaluating the ring messages, in particular the incoming ring messages by the energy management module, the energy management sends further messages to the consumers or applications controlled by the control unit. For this purpose, the energy management module and the downstream applications each have corresponding data interfaces. The data interfaces are in 3 with communication arrows 12 shown. In particular, if several applications are controlled by a control device, it may be useful to have a data buffer on the side of the energy management module 13 be provided, which allows the simultaneous exchange of information between energy management and the subsequently connected applications or consumers. Upon receipt of the token, the current state data of the applications associated with the controller are again written back to the data buffer of the energy management, from where they are further processed by the energy management and written to an outgoing ring message. The outgoing ring message of the energy management is then sent in response to a trigger message or in response to a time out to the logical successor of the control unit. The remaining participants in the logical ring of the energy management have a similar structure.

Zur Adressierung besitzen alle am Energiemanagement beteiligten Steuergeräte einen individuellen Identifier, der notwendigerweise eindeutig sein muss und im Netzwerk bekannt ist. Jede Ringnachricht des Energiemanagements enthält neben den Nutzdaten die Identifier des Senders und des Empfängers. Diese Daten werden dann in den Header und das Datenfeld der Ringnachricht codiert. Das Prinzip dieser Codierung ist in 4 dargestellt. Eine derartige Codierung, ist prinzipiell für alle gängigen BUS-Systeme möglich. Hierzu wird den Protokollen der bekannten BUS-Systeme vom Energiemanagement eine weitere Protokollschicht aufgesetzt, die die BUS-System bezogenen Nachrichtenformate in ein Nachrichtenformat, wie es für das Energiemanagement geeignet ist, umwandelt. Ein besonders verbreitetes BUS-System in Kraftfahrzeugen und auch ein für die Erfindung besonders geeignetes BUS-System ist hierbei der CAN-BUS. Ein CAN-BUS ist in seinen Nachrichten bereits Identifier- orientiert und ermöglicht daher insbesondere bei der Initialisierungsphase des Energiemanagements und beim Aufbau des logischen Ringes, die eindeutige Identifikation der sich am Energiemanagement anmeldenden Steuergeräte, noch bevor der logische Ring aufgebaut ist.For addressing all controllers involved in energy management have an individual identifier, which must necessarily be unique and is known in the network. Each ring message of the energy management contains the payload and the identifiers of the sender and the recipient. This data will then be in the header and encodes the data field of the ring message. The principle of this encoding is in 4 shown. Such coding is possible in principle for all common BUS systems. For this purpose, the protocols of the known BUS systems from the energy management another protocol layer is set up, which converts the BUS system related message formats in a message format, as it is suitable for energy management. A particularly widespread BUS system in motor vehicles and also a BUS system particularly suitable for the invention is the CAN-BUS. A CAN-BUS is already identifier-oriented in its messages and therefore makes it possible, especially during the initialization phase of the energy management and in the construction of the logical ring, to uniquely identify the ECUs that register with the energy management, even before the logical ring has been established.

Im Zusammenhang mit den 5, 6 und 7 werden nachfolgend die Kommunikationsstrukturen der für das erfindungsgemäße Energiemanagement verwendeten Nachrichten auf der Basis von CAN-Datenformaten erläutert. 5 zeigt ein Beispiel für die Konvertierung einer allgemeinen CAN-Nachricht in eine Ringnachricht für das Energiemanagement. Eine bekannte CAN-Nachricht besteht aus einem so genannten CAN-Identifier mit einer Länge von elf Bits, einem so genannten Controlfield mit einer Länge von vier Bits, sowie einem Datenfeld mit einer maximalen Länge von 64 Bits. Der Identifier dient zur Identifizierung der Nachricht, während das Controlfield eine Steuerungsmöglichkeit beeinhaltet, wie viele Datenbyts im Datenfeld der CAN-Nachricht angehängt sind. Für die Zwecke des Energiemanagementsystems wird das Nachrichtenformat einer CAN-Nachricht in eine spezielle Kommunikationsstruktur des Energiemanagements umgewandelt. Die Umwandlung beinhaltet im wesentlichen eine Erweiterung des Adressierungsfeldes, den so genannten Header auf Kosten der maximalen Länge des Datenfelds. Das Adressierungsfeld der erfindungsgemäßen Kommunikationsstruktur beinhaltet einen so genannten Basis-Identifier der Länge 7 Bit, einen Sender-Identifier der Länge 4 Bit, weiterhin das Controlfield der ursprünglichen CAN-Nachricht mit einer Länge von 4 Bits, einen Empfänger-Identifier der Länge 4 Bit, so wie einen so genannten Operation Code mit ebenfalls einer Länge von 4 Bit. Dadurch reduziert sich das maximal zur Verfügung stehende Datenfeld der ursprünglichen CAN-Nachricht bei der Kommunikationsstruktur für das Energiemanagementsystem auf eine maximale Länge von 56 Bit. Mit dem Operation Code der erfindungsgemäßen Kommunikationsstruktur beziehungsweise der erfindungsgemäßen Ringnachricht kann zwischen verschiedenen Ringnachrichtentypen unterschieden werden. Der Operation Code gibt hauptsächlich eine Codierung dafür, welche Struktur das Datenfeld der Ringnachricht aufweist. Der Operation Code ist damit für das Energiemanagementsystem eine Steuerungsmöglichkeit, wie Daten in die Ringnachricht geschrieben werden müssen beziehungsweise wie ausgelesene Daten aus dem Datenfeld der Ringnachricht zu interpretieren sind.In connection with the 5 . 6 and 7 the communication structures of the messages used for the energy management according to the invention on the basis of CAN data formats are explained below. 5 shows an example of the conversion of a general CAN message into a ring message for the energy management. A known CAN message consists of a so-called CAN identifier with a length of eleven bits, a so-called Controlfield with a length of four bits, as well as a data field with a maximum length of 64 bits. The identifier is used to identify the message, while the Controlfield controls how many bytes of data are appended to the data field of the CAN message. For the purpose of the energy management system, the message format of a CAN message is converted into a special communication structure of the energy management. The conversion essentially involves an extension of the addressing field, the so-called header at the expense of the maximum length of the data field. The addressing field of the communication structure according to the invention comprises a so-called base identifier of length 7 bits, a transmitter identifier of length 4 bits, furthermore the Controlfield the original CAN message with a length of 4 bits, a receiver identifier of length 4 bits, as well as a so-called operation code with also a length of 4 bits. As a result, the maximum available data field of the original CAN message in the communication structure for the energy management system is reduced to a maximum length of 56 bits. With the operation code of the communication structure according to the invention or the ring message according to the invention, a distinction can be made between different types of ring messages. The operation code is mainly an encoding of what structure the data field of the ring message has. The operation code is thus a control option for the energy management system as to how data must be written to the ring message or how read data from the data field of the ring message is to be interpreted.

Für das implementierte Energiemanagementsystem kommen hauptsächlich zwei Nachrichtentypen zum Einsatz. Es sind dies die Verbraucheranmeldung, näher beschrieben im Zusammenhang mit 6, sowie die Zustandsmeldung, näher beschrieben im Zusammenhang mit der 7. Grundsätzlich ermöglicht die Einführung eines Operation Codes in der Kommunikationsstruktur für das Energiemanagement die zukünftige Erweiterung des Energiemanagements um weitere Funktionen und Nachrichtentypen.For the implemented energy management system mainly two message types are used. These are the consumer declaration, described in more detail in connection with 6 , as well as the status message, described in more detail in connection with the 7 , In principle, the introduction of an operation code in the communication structure for energy management enables the future expansion of energy management by additional functions and message types.

6 zeigt zu der allgemeinen Kommunikationsstruktur gemäß 5 die nähere Aufschlüsselung in den Nachrichtentypen der Verbraucheranmeldung. Die Aufschlüsselung erfolgt wie schon beschrieben mit dem Operation Code aus dem Adressierungsfeld der allgemeinen Kommunikationsstruktur. In diesem Fall codiert der Operation Code die Verbraucheranmeldung. Die Verbraucheranmeldung selbst ist im Datenfeld der Verbraucheranmeldung enthalten. Sofern das jeweilige Steuergerät mit dem zugeordneten Verbraucher die gleichen Identifier besitzt, können sich die Angaben im Datenfeld der Verbraucheranmeldung auf die Angaben zur Leistung des jeweiligen Verbrauchers beschränken. Es ist jedoch auch möglich, mit einem Steuergerät mehrere Verbraucher beziehungsweise mehrere Applikationen anzusteuern. In diesem Fall können Sender-Identifier sowie Empfänger-Identifier des Steuergerätes nicht identisch mit den Verbraucher-Identifiern sein. Ein allgemeines Datenformat für die Verbraucheranmeldung enthält deshalb für jeden Verbraucher sowohl einen Verbraucher-Identifier V ID der Länge 5 Bit, dem sich für jeden Verbraucher ein Datenfeld der Länge 11 Bit anschließt, das die Nutzdaten für die Leistung des Verbrauchers enthält. In der Verbraucheranmeldung ist damit jeder Verbraucher mit insgesamt 16 Bits codiert. Somit können mit jeder Verbraucheranmeldung maximal drei Verbraucher pro Nachricht angemeldet werden. Werden von einem Steuergerät mehr als drei Verbraucher angesteuert, so müssen mehrere Verbraucheranmeldungen versendet werden, um alle Verbraucher bei dem Energiemanagement anzumelden. 6 shows to the general communication structure according to 5 the detailed breakdown in the message types of the consumer declaration. The breakdown is carried out as already described with the operation code from the addressing field of the general communication structure. In this case, the operation code encodes the consumer application. The consumer declaration itself is included in the data field of the consumer declaration. If the respective control device with the associated consumer has the same identifier, the information in the data field of the consumer application can be limited to the information on the performance of each consumer. However, it is also possible to control a plurality of consumers or multiple applications with one control device. In this case, transmitter identifier and receiver identifier of the control unit can not be identical to the consumer identifiers. A general data format for the consumer application therefore contains for each consumer both a consumer identifier V ID of length 5 bits, which is followed by an 11-bit data field for each consumer, which contains the user data for the consumer's performance. In the consumer application, this means that each consumer is encoded with a total of 16 bits. Thus, with each consumer registration a maximum of three consumers per message can be registered. If more than three consumers are controlled by a control unit, several consumer applications must be sent in order to register all consumers in the energy management.

Ist der logische Ring für das Energiemanagement mit Hilfe der Verbraucheranmeldung erst einmal aufgebaut, wird für den fortlaufenden Betrieb des Energiemanagements ein weiterer Nachrichtentyp benötigt. Auch dieser Nachrichtentyp der im folgenden als Zustandsmeldung bezeichnet wird, wird auf der Grundstruktur der Kommunikationsstruktur aus 5 aufgebaut. Eine Zustandsmeldung gemäß 7 enthält im Datenfeld der allgemeinen Kommunikationsstruktur für das Energiemanagement Statusinformationen zum Energiemanagement selbst sowie Statusinformationen zu allen am Energiemanagement teilnehmenden Verbrauchern. Die Klassifizierung der Zustandsmeldung erfolgt über den Operation Code aus dem Header der allgemeinen Kommunikationsstruktur. In 7 ist dieser Operation Code beispielhaft mit Status klassifiziert. Im Datenfeld der Zustandsmeldung erfolgt dann zunächst eine mit 5 Bit codierte Information über den Status des Energiemanagements selbst. Diese Statusinformation über das Energiemanagement schließen sich in logischer Reihenfolge aufsteigend entsprechend der Reihenfolge im logischen Ring die jeweils mit einem Bit codierten Verbraucherzustände der am Energiemanagement teilnehmenden Verbraucher an. Die Verbraucherzustände sind hierbei lediglich in Form von Aktiv und Nichtaktiv beziehungsweise ein- und ausgeschaltet codiert. Leistungsangaben müssen mit der Zustandsmeldung nicht übertragen werden, da die Leistungsangaben bereits mit der Verbraucheranmeldung an das Energiemanagement gemeldet wurden. Für die Überprüfung des Zustandes des gesamten Bordnetzes mit Hilfe der Zustandsmeldung ist es von vorrangigem Interesse, eine Rückmeldung der einzelnen Verbraucher zu bekommen, welche Verbraucher aktuell am Netz sind. Mit den mit 5 Bit codierten Statusinformationen zum Zustand des Energiemanagements selbst, wird jeweils allen Verbrauchern der aktuelle Status des Energiemanagements, das heißt gegebenenfalls seine Degradierungsstufe mitgeteilt. Mitgeteilt wird somit, zum Beispiel ob die volle Leistung der angeschlossenen Energieträger zur Verfügung steht oder in welchem Maße die aktuelle Leistungsentnahme der Verbraucher eingeschränkt werden muss, um eine Überlastung des Bordnetzes zu verhindern. Im Falle eines Ausfalls des Bordnetz-Steuergerätes ist durch das Ausbleiben der Zustandsmeldungen vom Bordnetzsteuergerät für die übrigen am Energiemanagement teilnehmenden Steuergeräte beziehungsweise den in diesen Steuergeräten implementierten Modulen des Energiemanagements bekannt, dass ein anderes am Energiemanagement teilnehmendes Steuergerät nun die Rolle des Bordnetz-Steuergeräts übernehmen muss. Über die Statusinformation wird allen angeschlossenen Steuergeräten mitgeteilt, welches Steuergerät nach Ausfall des Bordnetz-Steuergeräts nun seine Rolle übernommen hat. Die Energiemanagementmeldungen werden dabei jeweils von dem aktiven Bordnetz-Steuergerät innerhalb des logischen Ringes für das Energiemanagement versendet oder werden bei einer rein dezentralen Notlaufstrategie gar nicht mehr versendet.Once the logical ring for the energy management has been set up with the help of the consumer declaration, another type of message is required for the continuous operation of the energy management. This type of message, which is referred to below as status message, is based on the basic structure of the communication structure 5 built up. A status message according to 7 contains in the data field of the general communication structure for the energy management status information on the energy management itself as well as status information on all participating in the energy management consumers. The status message is classified via the operation code from the header of the general communication structure. In 7 This operation code is classified as an example with status. In the data field of the status message is then first coded with 5 bits information about the status of the energy management itself. This status information on the energy management close in logical order in ascending order according to the order in the logical ring each coded with a bit consumer states of participating in the energy management consumer , The consumer states are coded here only in the form of active and non-active or switched on and off. Performance data does not need to be transmitted with the status message, since the performance data has already been reported to the energy management with the consumer application. For checking the condition of the entire on-board network with the aid of the status message, it is of primary interest to receive feedback from the individual consumers as to which consumers are currently connected to the network. With the 5-bit coded status information about the state of the energy management itself, the current status of the energy management, that is, if necessary, its degradation level is communicated to all consumers. Thus, it is communicated, for example, whether the full power of the connected energy sources is available or to what extent the current power consumption of the consumers must be restricted in order to prevent an overload of the vehicle electrical system. In the event of a failure of the electrical system control unit is known by the absence of status messages from the onboard power supply control unit for the other participating in energy management control units or implemented in these control modules modules of energy management that another participating in the energy management control unit must now take over the role of the onboard power supply control unit , The status information informs all connected control units which control unit has now taken over its role after failure of the onboard power supply control unit. The energy management messages are in each case sent by the active on-board network control unit within the logical ring for energy management or are no longer sent in a purely decentralized emergency operation strategy.

Claims

Product for power distribution in the electrical system of a motor vehicle, being powered by a power supply with energy in the electrical system several consumers controlled by control units, and the power distribution is controlled or regulated by a software implemented in at least one control unit of the electrical system energy management, characterized in that the control units or the controlled consumers are in communication with each other via a communication structure based on a logical ring.

Product according to claim 1, characterized in that that the logical ring is based on a CAN bus.

Product according to claim 1 or 2, characterized that the communication structure is a consumer login for initialization of the logical ring and of the energy management.

Product according to one of claims 1 to 3, characterized that the communication structure sends a status message via the Status of the energy management and the connected ECUs or Consumers.

Product according to one of claims 1 to 4, characterized that the communication structure consists of several logical rings.

Product according to one of claims 1 to 5, characterized that the one or more logical rings are dynamic at initialization being constructed.

Communication structure in the form of a logical ring based on a data bus, suitable for a product according to claim 1, characterized in that the data format of a message the data bus an addressing field with at least one basic identifier, a sender identification, a receiver identification and a Operation code for the functional determination of the message contains.

Communication structure according to Claim 7, characterized that with the operation code at least one consumer application and a status message can be distinguished.

Communication structure according to claim 8, characterized in that the consumer application at least electrical performance data of or the registering ECUs or consumers.

Communication structure according to claim 8 or 9, characterized in that the chronological order of the consumer applications in the Initializing the communication structure determines the logical order of the controllers or consumers in the logical ring.

Communication structure according to claim 8, characterized characterized in that the status message information about the current state of the control devices, consumers or Contains functions.

Communication structure according to claim 8 or 11, characterized in that the status message simultaneously the Tokens for the logical ring is.

Communication structure according to claim 12, characterized characterized in that in the absence of a status message of the logical Ring is reinitialized.

Communication structure according to claim 8 or 9, characterized that consumers with a unique identifier be registered.

Communication structure according to claim 14, characterized that identifies the consumer at the same time their priority represent.