DE102015200121A1 - Method for monitoring a vehicle electrical system - Google Patents

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Abstract

Es werden eine Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes mit mehreren Bordnetzpfaden und ein Bordnetz, das zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist, vorgestellt. Dabei ist vorgesehen, dass eine Diagnose mit einer Komponente durchgeführt wird, die mehreren der Bordnetzpfade zugeordnet ist.The invention relates to a method for operating a vehicle electrical system having a plurality of vehicle electrical system paths and to a vehicle electrical system which is set up to carry out the method. It is provided that a diagnosis is performed with a component that is assigned to several of the vehicle electrical system paths.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Bordnetzes und ein solches Bordnetz. Das Bordnetz ist dabei insbesondere für ein Kraftfahrzeug vorgesehen.The invention relates to a method for monitoring a vehicle electrical system and such a vehicle electrical system. The electrical system is provided in particular for a motor vehicle.

Stand der TechnikState of the art

Unter einem Bordnetz ist im automotiven Einsatz die Gesamtheit aller elektrischen Komponenten in einem Kraftfahrzeug zu verstehen. Somit sind davon sowohl elektrische Verbraucher als auch Versorgungsquellen, wie bspw. Batterien, umfasst. Im Kraftfahrzeug ist darauf zu achten, dass elektrische Energie so verfügbar ist, dass das Kraftfahrzeug jederzeit gestartet werden kann und während des Betriebs eine ausreichende Stromversorgung gegeben ist. Aber auch im abgestellten Zustand sollen elektrische Verbraucher noch für einen angemessenen Zeitraum betreibbar sein, ohne dass ein nachfolgender Start beeinträchtigt wird.Under an electrical system is to be understood in the automotive use, the totality of all electrical components in a motor vehicle. Thus, this includes both electrical consumers and supply sources, such as batteries. In the motor vehicle care must be taken to ensure that electrical energy is available in such a way that the motor vehicle can be started at any time and that sufficient power is available during operation. But even when parked, electrical consumers should still be operable for a reasonable period of time, without a subsequent start being impaired.

Zu beachten ist, dass aufgrund der zunehmenden Elektrifizierung von Aggregaten sowie der Einführung von neuen Fahrfunktionen die Anforderung an die Zuverlässigkeit der elektrischen Energieversorgung im Kraftfahrzeug stetig steigt. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass zukünftig bei einem hochautomatischen Fahren fahrfremde Tätigkeiten in begrenztem Maße zulässig sein sollen. Eine sensorische, regelungstechnische, mechanische und energetische Rückfallebene durch den Fahrer ist in diesem Fall nur noch eingeschränkt vorhanden. It should be noted that due to the increasing electrification of units and the introduction of new driving functions, the requirement for the reliability of the electrical energy supply in the motor vehicle steadily increases. Furthermore, it must be taken into account that, in the future, highly non-driving activities should be permitted to a limited extent in the case of highly automated driving. A sensory, regulatory, mechanical and energetic fallback by the driver in this case is limited.

Unter einem hochautomatischen Fahren, das auch als hochautomatisiertes Fahren bezeichnet wird, ist ein Zwischenschritt zwischen einem assistierten Fahren, bei dem der Fahrer durch Assistenzsysteme unterstützt wird, und einem autonomen Fahren, bei dem das Fahrzeug selbsttätig und ohne Einwirkung des Fahrers fährt, zu verstehen. Bei diesem verfügt das Fahrzeug über eine eigene Intelligenz, die vorausplant und die Fahraufgabe zumindest in den meisten Fahrsituationen übernehmen könnte. Daher hat bei einem hochautomatischen Fahren die elektrische Versorgung eine bisher im Kraftfahrzeug nicht gekannte Sicherheitsrelevanz.Under a highly automatic driving, which is also referred to as highly automated driving, an intermediate step between an assisted driving in which the driver is assisted by assistance systems, and an autonomous driving in which the vehicle drives automatically and without the driver's intervention, to understand. In this, the vehicle has its own intelligence, which could plan ahead and take over the driving task, at least in most driving situations. Therefore, in a highly automatic driving the electrical supply has not previously known in the motor vehicle safety relevance.

Das heutige konventionelle 14 V-Bordnetz mit nur einem Generator und nur einer Batterie kann die erhöhten Anforderungen an die Zuverlässigkeit der elektrischen Versorgung nicht mehr in ausreichendem Maße erfüllen. Als Beispiel wird hier das Segeln mit abgeschaltetem Verbrennungsmotor erwähnt. Während der Segelphase steht der Generator als Energieerzeuger nicht mehr zur Verfügung. Der Ausfall der Batterie in der Segelphase führt daher zum Ausfall der gesamten elektrischen Versorgung im Kraftfahrzeug. Aus diesem Grund werden aktuell 14 V-Bordnetze mit zwei Batterien, sogenannte 2-Batterienbordnetze, bei Automobilherstellern und Zulieferern für Segeln diskutiert.Today's conventional 14 V electrical system with only one generator and only one battery can no longer meet the increased demands on the reliability of the electrical supply sufficiently. As an example, mention is made of sailing with the internal combustion engine switched off. During the sailing phase, the generator is no longer available as an energy generator. The failure of the battery in the sailing phase therefore leads to failure of the entire electrical supply in the vehicle. For this reason, 14 V electrical systems with two batteries, so-called 2-battery systems, are currently being discussed by car manufacturers and suppliers of sails.

Es sind Bordnetztopologien für erhöhte Zuverlässigkeit auf Basis eines 14 V-Bordnetzes bekannt, bei denen skalierbare und modulare Bordnetztopologien zur Versorgung von sicherheitsrelevanten elektrischen Verbrauchern realisiert werden. Bei diesen werden die Verbraucher in Verbrauchergruppen mit unterschiedlicher Sicherheitsrelevanz eingeteilt, wobei grundsätzlich eine zweikanalige elektrische Versorgung für redundante, sicherheitsrelevante Verbraucher und eine fehlertolerante Versorgung für einfach vorhandene sicherheitsrelevante Verbraucher vorgesehen sind. On-board network topologies for increased reliability on the basis of a 14 V on-board network are known, in which scalable and modular on-board network topologies for supplying safety-relevant electrical consumers are realized. In these consumers are divided into consumer groups with different security relevance, in principle, a two-channel electrical supply for redundant, security-relevant consumers and a fault-tolerant supply for simply existing security-relevant consumers are provided.

Neben der Weiterentwicklung des 14 V-Bordnetzes wird von Automobilherstellern die Einführung des 48 V/14 V-Bordnetzes geplant. Dieses 48 V/14 V-Bordnetz dient neben der Versorgung von Hochleistungsverbrauchern als Einstiegs-Hybridisierung.In addition to the further development of the 14 V electrical system, car manufacturers are planning to introduce the 48 V / 14 V vehicle electrical system. This 48 V / 14 V electrical system is used in addition to the supply of high-power consumers as entry-level hybridization.

In der Druckschrift DE 198 55 245 B4 ist eine redundante Spannungsversorgung für elektrische Verbraucher in einem Fahrzeugbordnetz beschrieben. Dabei werden vorhandene Verbraucher redundant aus zwei Teilbordnetzen mit unterschiedlicher Spannung versorgt, wozu eine Versorgung aus zwei getrennten Spannungszweigen vorgesehen ist.In the publication DE 198 55 245 B4 is described a redundant power supply for electrical loads in a vehicle electrical system. In this case, existing consumers are supplied redundantly from two sub-board networks with different voltage, including a supply of two separate voltage branches is provided.

Aus der Druckschrift DE 10 2006 010 713 B4 ist ein Bordnetz für ein Fahrzeug mit zumindest einem sicherheitsrelevanten Verbraucher bekannt. Hierbei wird ein einfach vorhandener sicherheitsrelevanter Verbraucher redundant aus zwei Teilnetzen, einem Primärnetz und einem Sekundärnetz, versorgt.From the publication DE 10 2006 010 713 B4 is a wiring system for a vehicle with at least one safety-relevant consumer known. In this case, a simply existing security-relevant consumer is supplied redundantly from two subnetworks, a primary network and a secondary network.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 10 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.Against this background, a method with the features of claim 1 and an arrangement according to claim 10 are presented. Embodiments result from the dependent claims and the description.

Es wird somit ein Bordnetz betrachtet, dass mehrere Teilbordnetze, die hierin auch als Bordnetzpfade bezeichnet werden, umfasst. Zudem kann ein Basisbordnetz vorgesehen sein. In dem Bordnetz sind nunmehr Komponenten, wie bspw. Verbraucher, Gleichspannungswandler usw., vorgesehen. Diese Komponenten können einem oder mehreren oder sogar allen der Bordnetzpfade zugeordnet sein. Dies bedeutet bspw., dass die Komponente in mehreren der Bordnetzpfade vorgesehen ist oder diese miteinander koppelt. So können insbesondere sicherheitsrelevante Verbraucher redundant aufgebaut sein, d. h. diese sind bspw. zweifach vorgesehen, wobei beide Verbraucher jeweils für sich alleine die zugeordnete Funktion erfüllen können. Das bedeutet, dass ein Verbraucher auf zwei Kanäle bzw. Bordnetzpfade verteilt ist.It is thus considered a vehicle electrical system that includes several sub-electrical systems, which are also referred to herein as vehicle electrical system paths. In addition, a base board network may be provided. In the electrical system now components, such as, consumers, DC-DC converters, etc., are provided. These components may be associated with one or more or even all of the vehicle electrical system paths. This means, for example, that the component is provided in several of the vehicle electrical system paths or couples them together. Thus, in particular safety-related consumers can be constructed redundantly, ie they are, for example, provided twice, with both consumers each alone the can fulfill assigned function. This means that a consumer is distributed over two channels or vehicle electrical system paths.

Ein solcher Verbraucher kann nunmehr in beiden Bordnetzpfaden eine Diagnose durchführen und die bei den Diagnosen ermittelten Ergebnisse miteinander vergleichen. Auf diese Weise kann ein Ausfall, bspw. durch Unter- oder Überspannung, oder eine Beeinträchtigung eines der beiden Bordnetzpfade erkannt werden und es können ggf. Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.Such a consumer can now carry out a diagnosis in both vehicle electrical system paths and compare the results determined in the diagnoses with each other. In this way, a failure, for example. Under or overvoltage, or impairment of one of the two electrical system paths are detected and it may be initiated countermeasures.

Neben insbesondere sicherheitsrelevanten, redundant vorgesehenen Verbrauchern können auch im Bordnetz angeordnete Koppelelemente, bspw. Gleichspannungswandler, herangezogen werden, da diese Bordnetzpfade, zwischen denen diese angeordnet sind, überwachen können. Ist ein Koppelelement zwischen einem Bordnetzpfad A und einem Bordnetzpfad B geschaltet, so wird hierin davon gesprochen, dass das Koppelelement in beiden Bordnetzpfaden vorgesehen ist.In addition to particularly safety-relevant, redundantly provided consumers, it is also possible to use coupling elements, for example DC-DC converters, arranged in the electrical system, since these vehicle electrical system paths, between which these are arranged, can monitor. If a coupling element is connected between an on-board network path A and an on-board network path B, then it is spoken here that the coupling element is provided in both vehicle network paths.

Mit dem vorgestellte Verfahren wird erreicht, den Zustand von mehreren Bordnetzkanälen zu diagnostizieren und diesen Zustand an andere Verbraucher oder Steller zu kommunizieren. Somit ist bei einem mehrkanaligen Bordnetz eine übergeordnete Diagnoseinstanz vorhanden, die den Zustand der sicherheitsrelevanten Bordnetzkanäle erkennt.With the presented method it is achieved to diagnose the condition of several vehicle electrical system channels and to communicate this status to other consumers or actuators. Thus, in the case of a multichannel vehicle electrical system, a higher-level diagnostic instance is available that detects the state of the safety-relevant vehicle electrical system channels.

Die Diagnose kann bspw. ergeben, dass ein Bordnetzpfad beeinträchtigt oder gar ausgefallen ist. Weiterhin können ungewollte galvanische Kopplungen, bspw. zwischen zwei Bordnetzpfaden, erkannt werden.The diagnosis may, for example, show that a vehicle electrical system path has been impaired or even failed. Furthermore, unwanted galvanic couplings, for example. Between two electrical system paths, can be detected.

Zu beachten ist, dass insbesondere bei Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen Bordnetze eingesetzt werden können, bei denen auf der Hochvoltseite kein Generator, sondern eine elektrische Maschine oder eine Batterie vorgesehen sein kann.It should be noted that in particular in electric vehicles and hybrid vehicles electrical systems can be used in which on the high-voltage side no generator, but an electric machine or a battery can be provided.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt eine Ausführung eines Bordnetzes. 1 shows an embodiment of a vehicle electrical system.

2 zeigt eine weitere Ausführung eines Bordnetzes. 2 shows a further embodiment of a vehicle electrical system.

3 zeigt in vereinfachter Darstellung den Aufbau eines Verbrauchers. 3 shows a simplified representation of the structure of a consumer.

4 zeigt eine Ausführung eines sicherheitsrelevanten Verbrauchers in vereinfachter Darstellung. 4 shows an embodiment of a safety-related consumer in a simplified representation.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.

1 und 2 zeigen beispielhaft und vereinfacht Topologien von Bordnetzen, wie diese bspw. in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. 1 and 2 show exemplary and simplified topologies of on-board networks, as used, for example, in motor vehicles.

1 zeigt ein Bordnetz, das insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Dieses umfasst ein Basisbordnetz 12 mit einem Starter 14, einem Generator 16, einer Batterie 18 und einem Verbraucher R3 20. Weiterhin sind ein erstes Koppelelement 22, bspw. ein Gleichspannungswandler, eine erste Batterie 24 und ein erster Verbraucher R1 26 sowie ein zweites Koppelelement 28, bspw. ein Gleichspannungswandler, eine zweite Batterie 30 und ein zweiter Verbraucher 32 vorgesehen. 1 shows a wiring system, the whole with the reference number 10 is designated. This includes a base board network 12 with a starter 14 , a generator 16 , a battery 18 and a consumer R3 20 , Furthermore, a first coupling element 22 , For example, a DC-DC converter, a first battery 24 and a first consumer R1 26 and a second coupling element 28 , For example, a DC-DC converter, a second battery 30 and a second consumer 32 intended.

Es ist in diesem Fall das Basisbordnetz 12 mit dem nicht sicherheitsrelevanten Verbrauch R3 20 und zusätzlich ein erster Bordnetzpfad 34 und ein zweiter Bordnetzpfad 36 vorgesehen, die jeweils über ein eigenes Koppelelement 22 bzw. 28 angekoppelt sind und über eine eigene Batterie 24 bzw. 30 bzw. einen elektrischen Speicher sowie sicherheitsrelevante, redundante Verbraucher R1 26 bzw. R2 32 verfügen. Die Verbraucher R1 26 und R2 32 sind zur Ausführung derselben Funktion vorgesehen.It is in this case the base board network 12 with the non-safety-related consumption R3 20 and additionally a first electrical system path 34 and a second electrical system path 36 provided, each with its own coupling element 22 respectively. 28 are coupled and have their own battery 24 respectively. 30 or an electrical storage as well as safety-relevant, redundant consumers R1 26 or R2 32 feature. Consumers R1 26 and R2 32 are intended to perform the same function.

2 zeigt ein Bordnetz, das insgesamt mit der Bezugsziffer 40 bezeichnet ist. Dieses umfasst ein Basisbordnetz 42 mit einem Starter 44, einem Generator 46, einer Batterie 48 und einem Verbraucher 50. Weiterhin sind ein Koppelelement 52, eine erste Batterie 54, ein erster Verbraucher R1 56 sowie ein zweiter Verbraucher 58 vorgesehen. 2 shows a wiring system, the whole with the reference number 40 is designated. This includes a base board network 42 with a starter 44 , a generator 46 , a battery 48 and a consumer 50 , Furthermore, a coupling element 52 , a first battery 54 , a first consumer R1 56 and a second consumer 58 intended.

2 zeigt eine Variante der Ausführung aus 1 mit einem sicherheitsrelevanten Bordnetzpfad 60 mit der Batterie 54 und dem ersten Verbraucher 56, der auch eine Verbrauchergruppe darstellen kann, welches über das Koppelelement 52 vom Basisbordnetz 42 entkoppelt und somit unabhängig von diesem ist. Ein zweiter sicherheitsrelevanter Bordnetzpfad 62 mit dem zweiten Verbraucher R2, der ggf. durch eine Verbrauchergruppe gegeben ist, ist direkt mit dem Basisbordnetz 42 verbunden. 2 shows a variant of the embodiment 1 with a safety-related vehicle electrical system path 60 with the battery 54 and the first consumer 56 , which can also represent a consumer group, which via the coupling element 52 from the base board network 42 decoupled and thus independent of this. A second safety-relevant wiring system path 62 with the second consumer R2, the possibly given by a consumer group, is directly to the base board network 42 connected.

Beide in 1 und 2 gezeigten Topologien haben gemeinsam, dass es eine Gruppe von sicherheitsrelevanten Verbrauchern gibt, die redundant ausgelegt und auf zwei getrennte Kanäle verteilt werden. Diese werden hierin als R1 und R2 bezeichnet. Beim hochautomatischen Fahren sind dies bspw. die Bremse und die Lenkung, welche redundant vorhanden sein müssen.Both in 1 and 2 The topologies shown have in common that there is a group of security-relevant consumers that are redundantly designed and distributed to two separate channels. These are referred to herein as R1 and R2. In the case of highly automatic driving, these are, for example, the brake and the steering, which must be available redundantly.

Damit ist sichergestellt, dass bei Ausfall eines Bordnetzpfads bzw. Kanals der andere weiterhin verfügbar ist. Von besonderer Bedeutung dabei ist jedoch, den Ausfall eines Kanals erkennen zu können und den defekten Kanal vom funktionierenden Bordnetz abzukoppeln. Hier setzt das vorgestellte Verfahren an.This ensures that if one of the on-board power supply channels or the channel fails, the other is still available. However, it is of particular importance to be able to detect the failure of a channel and to decouple the defective channel from the functioning electrical system. This is where the proposed process comes in.

In heutigen Bordnetzen ist die Erfassung des Bordnetzzustands auf die einzelnen Komponenten verteilt. Beispielsweise misst der Batteriesensor der Verbraucher, bspw. des ESP oder der elektrischen Lenkung, die Bordnetzspannung. Dabei fehlt jedoch eine übergeordnete Komponente, die bspw. bei zweikanaligen Systemen den Zustand beider Kanäle erfassen kann.In today's on-board networks, the recording of the on-board network status is distributed among the individual components. For example, the battery sensor of the consumer, for example the ESP or the electric steering, measures the vehicle electrical system voltage. However, there is no superordinate component that can detect the state of both channels, for example in the case of two-channel systems.

Ein Beispiel für einen sicherheitsrelevanten redundanten Verbraucher ist vereinfacht in 3 zu sehen, welcher mit der Bezugsziffer 80 bezeichnet ist. Bei diesem sind alle Elemente inklusive Energieversorgung und Kommunikation gedoppelt. Dies bedeutet, dass bei Ausfall eines Kanals der andere Kanal alleine den sicheren Betrieb gewährleisten kann.An example of a safety-related redundant consumer is simplified in 3 to see which one with the reference number 80 is designated. In this all elements including energy supply and communication are doubled. This means that if one channel fails, the other channel alone can ensure safe operation.

Die Darstellung zeigt eine erste Signalelektronik 82, eine zweite Signalelektronik 84, einen ersten Hauptcontroller 86, einen zweiten Hauptcontroller 88, eine erste Endstufe 90, eine zweite Endstufe 92, einen ersten Motor 94 und einen zweiten Motor 96. Weiterhin sind mit Doppelpfeilen eine erste Kommunikation 98, eine zweite Kommunikation 100 sowie eine interne Kommunikationsleitung 102 verdeutlicht. Pfeile zeigen einen ersten Anschluss 104 an einen ersten Bordnetzpfad und einen zweiten Anschluss 106 an einen zweiten Bordnetzpfad. In der Darstellung sind Komponenten eines Steuergeräts 110 und eines Motors 112 mit Umrandungen gekennzeichnet.The illustration shows a first signal electronics 82 , a second signal electronics 84 , a first main controller 86 , a second main controller 88 , a first power amplifier 90 , a second amplifier 92 , a first engine 94 and a second engine 96 , Furthermore, with double arrows, a first communication 98 , a second communication 100 as well as an internal communication line 102 clarified. Arrows show a first connection 104 to a first electrical system path and a second connection 106 to a second electrical system path. The illustration shows components of a control unit 110 and an engine 112 marked with borders.

Der in 3 gezeigte Verbraucher 80 könnte ein Lenksystem oder Bremssystem sein, d. h. der Motor 112 steuert ein sicherheitsrelevantes System. Bei diesem redundant aufgebauten Verbraucher 80 sind sowohl die Signalelektronik 82 bzw. 84, der Hauptcontroller 86 bzw. 88, die Endstufen bzw. Leistungsendstufen 90 bzw. 92 und der Motor 112 doppelt vorhanden. Auch die Anschlüsse 104 bzw. 106 an die Bordnetzpfade und die Kommunikation 98 bzw. 100 sind zweifach vorgesehen. Somit kann bei Ausfall einer Komponente oder eines Bordnetzpfads bzw. Kanals in der einen Hälfte die jeweils andere Hälfte redundant die Funktion übernehmen.The in 3 shown consumer 80 could be a steering system or braking system, ie the engine 112 controls a safety-relevant system. In this redundant consumer 80 are both the signal electronics 82 respectively. 84 , the main controller 86 respectively. 88 , the power amplifiers or output stages 90 respectively. 92 and the engine 112 duplicated. Also the connections 104 respectively. 106 to the on-board network paths and the communication 98 respectively. 100 are provided twice. Thus, in case of failure of a component or a vehicle electrical system or channel in one half, the other half redundant assume the function.

Die oben eingezeichneten Kästen 82, 86, 90 und 94 stellen einen der Verbraucher aus der Gruppe R1 in 1 bzw. 2 dar, die unten eingezeichneten Kästen 84, 88, 92 und 96 stellen einen Verbraucher aus der Gruppe R2 dar. Intern sind die beiden Teile 116, 118 über die interne Kommunikationsleitung 102 miteinander verbunden. Die beiden Teile 116, 118 sind somit Teile 116, 118 einer Komponente im Bordnetz, in diesem Fall Teile 116, 118 des redundanten Verbrauchers 80.The boxes marked above 82 . 86 . 90 and 94 put one of the consumers from the group R1 in 1 respectively. 2 The boxes below are shown 84 . 88 . 92 and 96 represent a consumer from the group R2. Internal are the two parts 116 . 118 via the internal communication line 102 connected with each other. The two parts 116 . 118 are thus parts 116 . 118 a component in the electrical system, in this case parts 116 . 118 of the redundant consumer 80 ,

Bei dem vorgestellten Verfahren ist nunmehr vorgesehen, dass mehrere Bordnetzpfade bzw. Teilnetze von einer Bordnetzkomponente überwacht werden, die an mehreren Teilnetzen angeschlossen ist. Hierfür sind zwei grundsätzliche Ausführungsformen denkbar:

  • 1. Einen Verbraucher aus der Gruppe der redundant vorhandenen Verbraucher (R1 und R2 genannt) für die Erkennung des Bordnetzzustands zu nutzen, da diese Verbraucher durch seine Teile auf beiden Bordnetzkanälen vorhanden sind und damit die Spannungsqualität der beiden Kanäle vergleichen können. Im konkreten Beispiel könnte der in 3 genannte redundante Verbraucher den ersten Bordnetzpfad und den zweiten Bordnetzpfad überwachen und die Diagnoseergebnisse über die interne Kommunikationsleitung teilen. Ist die Spannungsqualität im ersten Bordnetzpfad 1 schlechter als im Bordnetzpfad 2, würde der Verbraucher R1 oben abschalten und der Verbraucher R2 unten die Funktion übernehmen.
  • 2. Den bzw. die Koppelelemente, bspw. Gleichspannungswandler, für die Diagnose der Teilnetze und das Basisbordnetzes zu nutzen. Dies bedeutet, dass bspw. in 2 das Koppelelement den Zustand des Basisbordnetzes und des sicherheitsrelevanten Teilnetzes überwachen und vergleichen kann. Im Fehlerfall auf der Seite des Basisbordnetzes kann somit der Gleichspannungswandler das sicherheitsrelevante Bordnetz mit dem Verbraucher R1 vom Basisbordnetz abkoppeln. Somit würde die Gruppe der sicherheitsrelevanten Verbraucher R1 aus dem Speicher B1 versorgt.
In the presented method, it is now provided that a plurality of vehicle electrical network paths or subnetworks are monitored by an on-board network component which is connected to a plurality of subnetworks. For this purpose, two basic embodiments are conceivable:
  • 1. To use a consumer from the group of redundant existing consumers (R1 and R2 called) for the detection of the electrical system state, since these consumers are present through its parts on both electrical systems channels and thus can compare the voltage quality of the two channels. In the concrete example, the in 3 said redundant consumers monitor the first electrical system path and the second electrical system path and share the diagnostic results via the internal communication line. If the voltage quality in the first vehicle electrical system path 1 is worse than in the vehicle electrical system path 2, the consumer R1 would switch off at the top and the consumer R2 below would take over the function.
  • 2. Use the coupling element (s), for example DC-DC converter, for the diagnosis of the subnetworks and the base on-board network. This means that, for example, in 2 the coupling element can monitor and compare the state of the base on-board network and of the safety-relevant subnetwork. In the event of a fault on the side of the base-board network, the DC-DC converter can thus decouple the safety-relevant vehicle electrical system with the consumer R1 from the base vehicle electrical system. Thus, the group of safety-related consumers R1 would be supplied from the memory B1.

Ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass im Bordnetz vorhandene Komponenten für die Überwachung der Teilnetze genutzt werden, in dem diese funktional erweitert werden. Dadurch verringert sich für den OEM (original equipment manufacturer) der Integrationsaufwand im Kabelbaum und die Komponenten weisen einen Mehrfachnutzen bzw. Alleinstellungsmerkmal auf.An advantage of the described method is that existing components in the electrical system are used for monitoring the subnetwork, in which they are functionally expanded. As a result, the integration effort in the wiring harness is reduced for the OEM (original equipment manufacturer) and the components have a multiple benefit or unique selling point feature.

4 zeigt am Beispiel eines Verbrauchers, der mit Bezugsziffer 120 bezeichnet ist, die notwendigen Änderungen am Steuergerät. 4 shows the example of a consumer, the reference numeral 120 is designated, the necessary changes to the control unit.

Die Darstellung zeigt eine erste Signalelektronik 122, eine zweite Signalelektronik 124, einen ersten Hauptcontroller 126, einen zweiten Hauptcontroller 128, eine erste Endstufe 130, eine zweite Endstufe 132, einen ersten Motor 134 und einen zweiten Motor 136. Weiterhin sind mit Doppelpfeilen eine erste Kommunikation 138 zum Zustand eines ersten Bordnetzpfads, eine zweite Kommunikation 140 zum Zustand eines zweiten Bordnetzpfads sowie eine interne Kommunikationsleitung 142 für den Vergleich der Zustände der Bordnetzpfade verdeutlicht. Pfeile zweigen ein erster Anschluss 144 an einen ersten Bordnetzpfad und ein zweiter Anschluss 146 an einen zweiten Bordnetzpfad. In der Darstellung sind Komponenten eines Steuergeräts 150 und eines Motors 152 mit Umrandungen gekennzeichnet. Bezugsziffern 156 und 158 bezeichnen Teile des redundanten Verbrauchers 120.The illustration shows a first signal electronics 122 , a second signal electronics 124 , a first main controller 126 , a second main controller 128 , a first power amplifier 130 , a second amplifier 132 , a first engine 134 and a second engine 136 , Furthermore, with double arrows, a first communication 138 to the state of a first electrical system path, a second communication 140 to the state of a second on-board network path and an internal communication line 142 clarified for the comparison of the states of the vehicle electrical system paths. Arrows branch a first connection 144 to a first electrical system path and a second connection 146 to a second electrical system path. The illustration shows components of a control unit 150 and an engine 152 marked with borders. references 156 and 158 designate parts of the redundant load 120 ,

Es sind nunmehr folgende Schritte vorgesehen:
Die Eingangsspannung der jeweiligen Bordnetzpfade wird gemessen und von der jeweiligen Signalelektronik 122 oben bzw. 124 unten eingelesen. Die Spannungsmessung kann dabei in bekannter Weise erfolgen. Anhand verschiedener Diagnoseverfahren wird bewertet, ob der entsprechende Bordnetzpfad ausgefallen oder degradiert ist. Weiterhin kann eine Kopplung zwischen beiden Kanälen oder die Kopplung eines Kanals mit Masse festgestellt werden.The following steps are now provided:
The input voltage of the respective vehicle electrical system paths is measured and by the respective signal electronics 122 above or 124 read in below. The voltage measurement can be done in a known manner. On the basis of various diagnostic methods, it is evaluated whether the corresponding on-board network path has failed or has been degraded. Furthermore, a coupling between two channels or the coupling of a channel to ground can be determined.

Das Diagnoseergebnis kann über die zentral angeordnete Kommunikationsleitung 142 dem jeweils anderen Teil mitgeteilt werden. Davon hängt ab, welcher Teil, oben oder unten, die weitere Funktion übernimmt.The diagnosis result can be made via the centrally arranged communication line 142 be communicated to the other part. It depends on which part, above or below, takes over the further function.

Auf diese Weise können folgende Fehler erkannt werden:

  • • Ausfall eines Kanals: – Statische Unterspannung, z. B. kleiner 9 V – Statische Überspannung, z. B. größer 16 V – Dynamische Unterspannung, z. B. 10 ms kleiner 6 V – Dynamische Überspannung, z. B. 10 ms größer 19 V
  • • Zeitliche oder dynamische Begrenzung eines oder beider Kanäle: – Zeitbegrenzung: Spannung dauerhaft bei 12 V (Ausfall Gleichspannungswandler)
  • • Ungewollte galvanische Kopplung der Kanäle untereinander: – Sind die Spannung Kanal 1 = Kanal 2, auch bei Aufschaltung von Verbrauchern oder wenn einer der Wandler aktiv und der andere inaktiv ist, können die Kanäle durch einen Isolationsfehler galvanisch verbunden sein. Dies muss erkannt werden, um den Fehler ggf. zu kapseln.
  • • Ungewollte Kopplung eines/beider Kanäle mit dem Basisbordnetz: – Die Galvanische Kopplung mit dem Basisbordnetz kann bei der Topologie im 1 nur über den jeweiligen Gleichspannungswandler erkannt werden – Bei der in 2 gezeigten Topologie kann die galvanische Kopplung zwischen Basisbordnetz und dem sicherheitsrelevanten Teilnetz sowohl über den Gleichspannungswandler als auch über einen redundanten sicherheitsrelevanten Verbraucher erkannt werden.
In this way, the following errors can be detected:
  • • Failure of a channel: - static undervoltage, eg. B. less than 9 V - Static overvoltage, z. B. greater 16 V - Dynamic undervoltage, z. B. 10 ms less than 6 V - dynamic overvoltage, z. B. 10 ms greater 19 V
  • • Time or dynamic limitation of one or both channels: - Time limit: Voltage permanently at 12 V (DC-DC converter failure)
  • • Unintentional galvanic coupling of the channels with each other: - If the voltage is channel 1 = channel 2, even if consumers are connected or if one of the converters is active and the other is inactive, the channels may be galvanically connected due to an insulation fault. This must be recognized in order to encapsulate the error if necessary.
  • • Unintentional coupling of one / both channels to the base on-board network: - The galvanic coupling with the base on-board network can be used for the topology in the 1 can only be detected via the respective DC-DC converter - In 2 As shown, the galvanic coupling between the base on-board network and the safety-relevant subnet can be recognized both via the DC-DC converter and via a redundant safety-relevant consumer.

Auch hier kann geprüft werden, ob die Bedingung Spannung Kanal 1 = Spannung Kanal 2 dauerhaft erfüllt ist.Here too it can be checked whether the condition voltage channel 1 = voltage channel 2 is permanently fulfilled.

Schließlich könnte der Bordnetzzustand anderen, z. B. sicherheitsrelevanten, Verbrauchern, einem übergeordneten Energiemanagement, anderen Bordnetzteilnehmern, wie bspw. Koppelelementen, Speicher, Quellen, oder dem Fahrer mitgeteilt werden. Draus können weitere Maßnahmen abgeleitet werden, bspw. das Öffnen von Koppelelementen, die Erhöhung der Leistung von Energiequellen, das Zu- oder Abschalten weiterer Bordnetzlasten.Finally, the electrical system status could other, for. B. safety-relevant, consumers, a higher-level energy management, other on-board network participants, such as. Coupling elements, memory, sources, or the driver to be notified. Draus other measures can be derived, for example, the opening of coupling elements, increasing the power of energy sources, the connection or disconnection of other electrical system loads.

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Claims (11)

Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes (10, 40), das mindestens zwei Bordnetzpfade (34, 36, 60, 62) umfasst, wobei in dem Bordnetz (10, 40) mehrere Komponenten, vorgesehen sind, wobei eine Diagnose mit mindestens einer der Komponenten durchgeführt wird, die mehreren der Bordnetzpfade (34, 36, 60, 62) zugeordnet ist.Method for operating a vehicle electrical system ( 10 . 40 ), which has at least two electrical systems ( 34 . 36 . 60 . 62 ), wherein in the electrical system ( 10 . 40 ) are provided, wherein a diagnosis is performed with at least one of the components, the plurality of Bordnetzpfade ( 34 . 36 . 60 . 62 ) assigned. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Diagnose mit einer Komponente durchgeführt wird, die jeweils mindestens ein Teil (116, 118, 156, 158) in unterschiedlichen Bordnetzpfaden (34, 36, 60, 62) umfasst, wobei eine Kommunikation über eine interne Kommunikationsleitung (102, 142) zwischen den Teilen erfolgt.Method according to Claim 1, in which the diagnosis is carried out with a component which in each case comprises at least one part ( 116 . 118 . 156 . 158 ) in different vehicle electrical system paths ( 34 . 36 . 60 . 62 ), wherein a communication via an internal communication line ( 102 . 142 ) between the parts. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem als Komponenten Verbraucher (26, 32, 56, 58, 80, 120) vorgesehen sind, wobei die Diagnose mit mindestens einem der Verbraucher durchgeführt wird, der in mehreren der Bordnetzpfade (34, 36, 60, 62) vorgesehen ist.Method according to claim 2, in which as components consumers ( 26 . 32 . 56 . 58 . 80 . 120 ), wherein the diagnosis is performed with at least one of the consumers, which in several of the vehicle electrical system paths ( 34 . 36 . 60 . 62 ) is provided. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Verbraucher (26, 32, 56, 58, 80, 120) unterschiedlichen Sicherheitsstufen zugeordnet sind.Method according to claim 3, in which the consumers ( 26 . 32 . 56 . 58 . 80 . 120 ) are assigned to different security levels. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Komponenten mindestens ein Koppelelement (22, 28, 52) zwischen zwei Bordnetzpfaden (34, 36, 60, 62) vorgesehen ist, wobei die Diagnose mit wenigstens einem des mindestens einen Koppelelements (22, 28, 52) durchgeführt wird, das in mehreren der Bordnetzpfade (34, 36, 60, 62) vorgesehen ist.Method according to Claim 1, in which at least one coupling element ( 22 . 28 . 52 ) between two electrical system paths ( 34 . 36 . 60 . 62 ), wherein the diagnosis with at least one of the at least one coupling element ( 22 . 28 . 52 ) carried out in several of the vehicle electrical system paths ( 34 . 36 . 60 . 62 ) is provided. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Diagnose auf Grundlage der Messung von Eingangsspannungen der Bordnetzpfade (34, 36, 60, 62) durchgeführt wird, welcher der Bordnetzpfade (34, 36, 60, 62) aktiv wird. Method according to one of claims 1 to 5, wherein the diagnosis based on the measurement of input voltages of the vehicle electrical system paths ( 34 . 36 . 60 . 62 ), which of the vehicle electrical system paths ( 34 . 36 . 60 . 62 ) becomes active. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das dazu eingesetzt wird, eine zeitliche oder dynamische Begrenzung eines der Bordnetzpfade (34, 36, 60, 62) zu erkennen.Method according to one of claims 1 to 6, which is used to a temporal or dynamic limitation of one of the vehicle electrical system paths ( 34 . 36 . 60 . 62 ) to recognize. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das dazu eingesetzt wird, einen Ausfall durch Unter- oder Überspannung eines der Bordnetzpfade (34, 36, 60, 62) zu erkennen.Method according to one of claims 1 to 7, which is used to a failure by under- or overvoltage of one of the vehicle electrical system paths ( 34 . 36 . 60 . 62 ) to recognize. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das dazu eingesetzt wird, eine ungewollte galvanische Kopplung zu erkennen. Method according to one of claims 1 to 8, which is used to detect an unwanted galvanic coupling. Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, das insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist, mit mindestens zwei Bordnetzpfaden (34, 36, 60, 62), wobei in dem Bordnetz (10, 40) mehrere Komponenten vorgesehen sind, wobei mindestens eine der Komponenten, die mehreren der Bordnetzpfade (34, 36, 60, 62) zugeordnet ist, dazu eingerichtet ist, eine Diagnose durchzuführen.Vehicle electrical system for a motor vehicle, which is set up in particular for carrying out a method according to one of claims 1 to 9, with at least two vehicle electrical system paths ( 34 . 36 . 60 . 62 ), whereby in the electrical system ( 10 . 40 ) are provided, wherein at least one of the components, the plurality of vehicle electrical system paths ( 34 . 36 . 60 . 62 ) is arranged to perform a diagnosis. Bordnetz nach Anspruch 10, bei dem die Diagnose mit einer Komponente durchzuführen ist, die jeweils mindestens ein Teil (116, 118, 156, 158) in unterschiedlichen Bordnetzpfaden (34, 36, 60, 62) umfasst, wobei eine Kommunikation über eine interne Kommunikationsleitung (102, 142) zwischen den Teilen erfolgt.Vehicle electrical system according to Claim 10, in which the diagnosis is to be carried out with a component which in each case has at least one part ( 116 . 118 . 156 . 158 ) in different vehicle electrical system paths ( 34 . 36 . 60 . 62 ), wherein a communication via an internal communication line ( 102 . 142 ) between the parts.
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