DE102016112764B4 - INTERFACE MODULE FOR A VEHICLE ON-BOARD NETWORK, POWER DISTRIBUTOR AND ON-BOARD NETWORK FOR A MOTOR VEHICLE - Google Patents
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Abstract
Schnittstellenmodul (102) für ein Bordnetz (100) eines Kraftfahrzeugs (104) mit- einem konventionellen Teilbordnetz (106) und- einem hoch-verfügbaren Sicherheitsbordnetz (108), wobei das Teilbordnetz (106)- eine primäre Spannungsversorgung (110) und- eine sekundäre Spannungsversorgung (116) umfasst, wobei im Sicherheitsbordnetz (108) zumindest eine Last (112, 114) angeordnet ist, für die eine funktionale Sicherheit und eine redundante Stromversorgung mittels der primären Spannungsversorgung (110) und der sekundären Spannungsversorgung (116) sicherzustellen ist, wobei das Schnittstellenmodul (102) zwischen dem Teilbordnetz (106) und dem Sicherheitsbordnetz (108) angeordnet ist und ausgebildet ist, eine Störung einer Komponente des Bordnetzes (100) in Form einer ungeplanten Spannungsänderung und/oder Stromänderung zwischen dem Teilbordnetz (106) und dem Sicherheitsbordnetz (108) zu blocken, mit- einer Anzahl primärer Schalter (Tp1, Tp2, Tpn) jeweils zum Schalten der primären Spannungsversorgung (110) auf die zumindest eine Last (112, 114) im Sicherheitsbordnetz (108),- einer Anzahl sekundärer Schalter (Ts1, Ts2, Tsn) jeweils zum Schalten der sekundären Spannungsversorgung (116) auf die zumindest eine Last (112, 114), und- einer Steuerungseinrichtung (122) zum Ansteuern der Anzahl primärer Schalter (Tp1, Tp2, Tpn) und sekundärer Schalter (Ts1, Ts2, Tsn), um eine Störung einer Komponente des Bordnetzes (100) in Form einer ungeplanten Spannungsänderung und/oder Stromänderung zwischen dem Teilbordnetz (106) und dem Sicherheitsbordnetz (108) zu blocken, wobei die Anzahl primärer Schalter (Tp1, Tp2, Tpn) ausgebildet ist, auch im geschlossenen Zustand einen Stromfluss in Richtung des konventionellen Bordnetzes (106) zu blocken, und die Anzahl der sekundären Schalter (Ts1, Ts2, Tsn) ausgebildet ist, auch im geschlossenen Zustand einen Stromfluss in Richtung des Sicherheitsbordnetzes (108) zu blocken.Interface module (102) for an on-board network (100) of a motor vehicle (104) with a conventional sub-on-board network (106) and -a highly available safety on-board network (108), the sub-on-board network (106) - a primary power supply (110) and a secondary voltage supply (116), at least one load (112, 114) being arranged in the on-board safety network (108) for which functional safety and a redundant power supply are to be ensured by means of the primary voltage supply (110) and the secondary voltage supply (116), wherein the interface module (102) is arranged between the sub-on-board network (106) and the safety on-board network (108) and is designed, a fault in a component of the on-board network (100) in the form of an unplanned voltage change and / or current change between the sub-on-board network (106) and the Block safety electrical system (108), with a number of primary switches (Tp1, Tp2, Tpn) each for switching the primary voltage control supply (110) to the at least one load (112, 114) in the on-board safety network (108), - a number of secondary switches (Ts1, Ts2, Tsn) each for switching the secondary voltage supply (116) to the at least one load (112, 114 ), and a control device (122) for controlling the number of primary switches (Tp1, Tp2, Tpn) and secondary switches (Ts1, Ts2, Tsn) in order to prevent a fault in a component of the vehicle electrical system (100) in the form of an unplanned voltage change and / or to block a current change between the sub-on-board network (106) and the safety on-board network (108), the number of primary switches (Tp1, Tp2, Tpn) being designed to block a current flow in the direction of the conventional on-board network (106) even in the closed state, and the number of secondary switches (Ts1, Ts2, Tsn) is designed to block a current flow in the direction of the on-board safety network (108) even in the closed state.
Description
Technisches GebietTechnical field
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schnittstellenmodul für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, einen Stromverteiler mit einem solchen Schnittstellenmodul sowie ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug. Dabei umfasst das Bordnetz ein konventionelles Teilbordnetz und ein hoch-verfügbares Sicherheitsbordnetz.The present invention relates to an interface module for an electrical system of a motor vehicle, a power distributor with such an interface module and an electrical system for a motor vehicle. The on-board electrical system includes a conventional sub-electrical system and a highly available safety on-board electrical system.
Stand der TechnikState of the art
Das Bordnetz eines Fahrzeugs verbindet eine Energiequelle über Verteiler und Unterverteiler mit den verschiedenen Lasten oder Verbrauchern im Kraftfahrzeug. So kann man unter den Komponenten des Bordnetzes Stromverteiler wie Verteiler und Unterverteiler sowie Lasten, aber auch diese verbindende Leitungen verstehen. Dabei können die Leitungen über Steckverbindungen mit Schnittstellen der Verteiler, Unterverteiler oder Lasten verbunden sein.The vehicle electrical system connects an energy source via distributors and sub-distributors to the various loads or consumers in the motor vehicle. This means that the components of the on-board electrical system include power distributors such as distributors and sub-distributors as well as loads, but also cables connecting them. The cables can be connected to interfaces of the distributors, sub-distributors or loads via plug connections.
In Kraftfahrzeugen werden immer mehr elektronische Schaltungen im Bordnetz benutzt. So sind immer mehr elektronische Schaltungen nutzende (vernetzte) Steuergeräte in einem Kraftfahrzeug verbaut, die untereinander Schaltinformationen oder Schaltbefehle austauschen oder Lasten schalten. Durch die Entwicklung in Richtung autonomes Fahren gewinnt dabei das Thema funktionale Sicherheit (FuSi) immer mehr an Bedeutung. Dabei wird sowohl bei den Steuergeräten wie auch bei den angeschlossenen Lasten zwischen einem quasi konventionellem Teil und einem hochverfügbaren Sicherheitsteil unterschieden.More and more electronic circuits are used in the vehicle electrical system in motor vehicles. An increasing number of (networked) control devices using electronic circuits are installed in a motor vehicle, which exchange switching information or switching commands with one another or switch loads. With the development towards autonomous driving, the subject of functional safety (FuSi) is becoming increasingly important. A distinction is made between a quasi-conventional part and a highly available safety part both in the control units and in the connected loads.
Es existieren in heutigen Fahrzeugen bereits sicherheitsrelevante Funktionen, wie z.B. das automatisierte Lenken der Einparkfunktion. Diese Funktionen müssen Fail-Save ausgelegt werden, dass heißt, dass bei Erkennen eines Fehlers der sichere Zustand „aus“ eingenommen wird und der Fahrer über Anzeigeinstrumente benachrichtigt wird. Systeme des autonomen Fahrens hingegen müssen Fail-Operational mit einem Fehler-Zustandsübergang in den sicheren Zustand „an“ ausgelegt werden. Der Ausfall der Versorgung mit Energie (Versorgungsleitung) oder Kommunikation (Busleitung) für diese Funktion kann zu einer direkten Gefährdung von Menschen führen. Dieser sichere Zustand „an“ muss solange gehalten werden, bis das Fahrzeug an einem sicheren Ort angehalten werden kann oder bis der Fahrer die Kontrolle übernehmen kann. Da der Sichere Zustand „an“ ist, wird die Versorgung relevant für das Einhalten des Sicherheitsziels.Safety-relevant functions already exist in today's vehicles, e.g. automated steering of the parking function. These functions must be designed as fail-safe, which means that when an error is detected, the safe state is "off" and the driver is notified via display instruments. Autonomous driving systems, on the other hand, must be designed fail-operational with an error state transition to the safe state "on". The failure of the supply of energy (supply line) or communication (bus line) for this function can directly endanger people. This safe state "on" must be kept until the vehicle can be stopped in a safe place or until the driver can take control. Since the safe state is "on", the supply becomes relevant for compliance with the safety target.
Zur Erhöhung der funktionalen Sicherheit beschreibt die deutsche Patentanmeldung
Für das Bordnetz stellt sich für den für die funktionale Sicherheit relevanten Teilbereich die Anforderung der Interferenzfreiheit. Dabei wird unter Interferenzen eine Rückwirkung von Fehlern im konventionellen, nicht-FUSI relevanten Teilbereich verstanden, die zu einer Gefährdung des Sicherheitsziels führen. Beispiele hierfür sind ein Spannungseinbruch wegen Kurzschluss im Zuheizer oder eine Störung von Sensoren oder Steuergeräten auf Grund einer EMV-Gegenkopplung. Derartige Interferenzen sind in ihrer Auftrittswahrscheinlichkeit höher einzuschätzen als ein kompletter Ausfall einer Leitung. Mit anderen Worten können neben direkten Fehlern in der Versorgung (Leitungsabriss) Rückwirkungen der Fehler in anderen Systemen das Sicherheitsziel gefährden. Wenn sich die FUSI-Anforderungen in den „nicht-FUSI“, konventionellen Anteil des Bordnetzes vererben, so wird dies erheblich Kostenimplikationen haben.For the on-board electrical system, the requirement for freedom of interference arises for the subarea relevant for functional safety. Interference is understood as a retroactive effect of errors in the conventional, non-FUSI-relevant sub-area that endanger the safety target. Examples of this include a voltage drop due to a short circuit in the auxiliary heater or a fault in sensors or control units due to EMC negative feedback. Such interference is more likely to occur than a complete line failure. In other words, in addition to direct faults in the supply (line break), repercussions of the faults in other systems can endanger the safety target. If the FUSI requirements are passed on to the “non-FUSI”, conventional part of the vehicle electrical system, this will have considerable cost implications.
Die
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Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel den FUSI-Anteil des Bordnetzes „freizuschneiden“ und einen dedizierten FUSI-Layer im Bordnetz einzuführen.It is therefore an object of the invention to “cut free” the FUSI portion of the vehicle electrical system using means that are as simple as possible in terms of construction and to introduce a dedicated FUSI layer in the vehicle electrical system.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben. The object is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the accompanying figures.
Ein Schnittstellenmodul ist eingerichtet, um zwischen einem konventionellen Teilbordnetz und einem hoch-verfügbaren Sicherheitsbordnetz angeordnet zu sein. Dabei ist das Schnittstellenmodul ausgebildet, eine Störung einer Komponente des Bordnetzes in Form einer ungeplanten Spannungsänderung oder ungeplanten Stromänderung zwischen dem Teilbordnetz und dem Sicherheitsbordnetz zu blocken. Beispielsweise wird somit eine Störung in Form eines Kurzschlusses im Teilbordnetz oder im Sicherheitsbordnetz isoliert und von den anderen Bereichen des Bordnetzes elektrisch getrennt.An interface module is set up to be arranged between a conventional sub-electrical system and a highly available safety electrical system. The interface module is designed to block a malfunction of a component of the vehicle electrical system in the form of an unplanned voltage change or unplanned current change between the sub-electrical system and the safety electrical system. For example, a fault in the form of a short circuit in the sub-electrical system or in the safety electrical system is thus isolated and electrically isolated from the other areas of the electrical system.
Das Bordnetz umfasst eine Mehrzahl von Lasten, die sowohl im konventionellen Teilbordnetz als auch im Sicherheitsbordnetz angeordnet sein können. Unter einer Last kann hier jeglicher (elektrischer) Verbraucher verstanden werden, wie beispielsweise auch Sensoren. Im konventionellen Teilbordnetz sind zusätzlich zumindest eine primäre Spannungsversorgung und eine sekundäre Spannungsversorgung angeordnet, um das Bordnetz zu versorgen. Dabei kann unter einer Spannungsversorgung sowohl ein Energiespeicher als auch ein Generator sowie eine Kombination dieser verstanden werden. Die Spannungsversorgung kann weiterhin Gleichspannungswandler aufweisen. Die Spannungslage des Energiespeichers oder des Generators kann dabei der Spannungslage der angeschlossenen Last(en) entsprechen oder alternativ kann die Spannungslage über einen Gleichspannungswandler, auch als DC/DC-Wandler bezeichnet, angepasst werden.The on-board electrical system comprises a plurality of loads, which can be arranged both in the conventional sub-on-board electrical system and in the safety on-board electrical system. A load can be understood here to mean any (electrical) consumer, such as sensors. At least one primary voltage supply and one secondary voltage supply are additionally arranged in the conventional sub-electrical system in order to supply the electrical system. A voltage supply can be understood to mean both an energy store and a generator and a combination of these. The voltage supply can also have DC-DC converters. The voltage position of the energy store or of the generator can correspond to the voltage position of the connected load (s) or, alternatively, the voltage position can be adapted via a DC voltage converter, also referred to as a DC / DC converter.
Im Sicherheitsbordnetz ist zumindest eine Last angeordnet, die systemrelevant ist und somit nach den Prinzipien der funktionalen Sicherheit unter anderem eine redundante Stromversorgung benötigt. Je nach erforderlichem Sicherheitslevel oder Sicherheitsanforderungsstufe sind neben der redundanten Stromversorgung über primäre Spannungsversorgung und sekundäre Spannungsversorgung weitere Sicherheitsmaßnahmen zu ergreifen. Vorteilhaft werden durch das Schnittstellenmodul Störungen und Ausfälle isoliert und geblockt. Das Sicherheitsbordnetz umfasst die für die funktionale Sicherheit (FUSI) relevanten Lasten, weshalb diese auch als FUSI-relevante Lasten bezeichnet werden.At least one load is arranged in the on-board safety system that is system-relevant and thus requires, among other things, a redundant power supply according to the principles of functional safety. Depending on the required security level or security requirement level, additional security measures must be taken in addition to the redundant power supply via primary power supply and secondary power supply. Malfunctions and failures are advantageously isolated and blocked by the interface module. The safety on-board network includes the loads relevant for functional safety (FUSI), which is why these are also referred to as FUSI-relevant loads.
Mit dem Begriff der Sicherheitsanforderungsstufe wird in der internationalen Normung gemäß IEC 61508/IEC61511 auch ein Sicherheits-Integritätslevel (SIL) bezeichnet. In Bezug auf die Zuverlässigkeit von Sicherheitsfunktionen dient die Sicherheitsanforderungsstufe der Beurteilung von elektrischen/elektronischen/programmierbar elektronischen (E/E/PE)-Systemen. Aus dem angestrebten Level ergeben sich die sicherheitsgerichteten Konstruktionsprinzipien, die eingehalten werden müssen, damit das Risiko einer Fehlfunktion minimiert werden kann.In international standardization according to IEC 61508 / IEC61511, the term safety requirement level also refers to a safety integrity level (SIL). With regard to the reliability of safety functions, the safety requirement level serves to assess electrical / electronic / programmable electronic (E / E / PE) systems. The safety-related design principles result from the desired level, which must be observed so that the risk of malfunction can be minimized.
Wie eingangs dargestellt, ist eine Besonderheit der im Sicherheitsbordnetz angeordneten Lasten, dass ein sicherer Zustand (Safe State) definiert ist. Wenn ein System durch seine Eigendiagnose eine Funktionsstörung erkennt, soll es in einen Zustand wechseln, in dem keine Gefahr mehr vom System ausgeht. Dieser sichere Zustand ist von der Art des Gesamtsystems abhängig. Bei einer Motorsteuerung eines Pkw könnte dies der Zustand „Motor aus“ sein, bei einer Lenksteuerung für autonomes Fahren wäre der sichere Zustand „ein“.As shown at the beginning, a special feature of the loads arranged in the on-board safety system is that a safe state is defined. If a system detects a malfunction through its self-diagnosis, it should change to a state in which there is no longer any danger from the system. This safe state depends on the type of overall system. With an engine control system for a car, this could be the "engine off" state, with a steering control system for autonomous driving, the safe state would be "on".
Es wird ein Schnittstellenmodul für die Versorgung dedizierter, hochverfügbarer Sicherheits-Bordnetzmodule vorgestellt. Ein (oder mehrere) Schnittstellenmodul(e) separieren den FUSI-Anteil vom konventionellen-Anteil. Störungen, wie z.B. Spannungseinbruch oder -ausfall oder Überspannung werden durch das Schnittstellenmodul geblockt. Daraus ergibt sich als Vorteil, dass der konventionelle Teil des Bordnetzes kommunal, d.h. gemeinsam, mit Fahrzeugen ohne autonomes Fahren verwendet werden kann und keine Mehrkosten im konventionellen Teil verursacht. Vorteilhaft wird mit dem vorgestellten Schnittstellenmodul eine Rückwirkungsfreiheit im Sicherheitsbordnetz für die für die funktionale Sicherheit relevanten Komponenten erreicht.An interface module for the supply of dedicated, highly available safety on-board power supply modules is presented. One (or more) interface module (s) separate the FUSI part from the conventional part. Disorders such as A voltage dip or failure or overvoltage are blocked by the interface module. This has the advantage that the conventional part of the vehicle electrical system is local, i.e. can be used together with vehicles without autonomous driving and causes no additional costs in the conventional part. The presented interface module advantageously achieves a freedom from interference in the safety on-board network for the components relevant for functional safety.
Das Schnittstellenmodul umfasst eine Anzahl primärer Schalter zum Schalten der primären Spannungsversorgung auf die Last(en) im Sicherheitsbordnetz, sowie eine Anzahl sekundärer Schalter zum Schalten der sekundären Spannungsversorgung auf die Last(en) im Sicherheitsbordnetz als redundanten Versorgungszweig. Die Schalter werden von einer Steuerungseinrichtung angesteuert, um eine Störung einer Komponente des Bordnetzes in Form einer ungeplanten Spannungsänderung und ergänzend oder alternativ Stromänderung zwischen dem Teilbordnetz und dem Sicherheitsbordnetz zu blocken. Unter einer Komponente des Bordnetzes kann hier eine Last oder eine Verbindung wie ein Kabel oder eine Stromschiene, ein Verteiler oder ähnliches verstanden werden. Dabei können jeder Last im Sicherheitsbordnetz zumindest ein primärer Schalter und ein sekundärer Schalter zugeordnet sein. So kann ein Fehler isoliert werden und nur ein kleiner Teil des Bordnetzes, im Idealfall eine Last, von der primären Spannungsversorgung auf die sekundäre Spannungsversorgung umgeschaltet oder vom Bordnetz getrennt werden.The interface module comprises a number of primary switches for switching the primary voltage supply to the load (s) in the safety on-board network, and a number of secondary switches for switching the secondary voltage supply to the load (s) in the safety on-board network as a redundant supply branch. The switches are controlled by a control device in order to block a malfunction of a component of the on-board electrical system in the form of an unplanned voltage change and, additionally or alternatively, a change in current between the partial on-board electrical system and the safety on-board electrical system. A component of the vehicle electrical system can be understood here to mean a load or a connection such as a cable or a busbar, a distributor or the like. At least one primary switch and one secondary switch can be assigned to each load in the on-board safety system. In this way, a fault can be isolated and only a small part of the vehicle electrical system, ideally a load, can be switched from the primary voltage supply to the secondary voltage supply or separated from the vehicle electrical system.
Die primären Schalter sind ausgebildet, auch im geschlossenen Zustand einen Stromfluss in Richtung des konventionellen Bordnetzes zu blocken, und die sekundären Schalter sind ausgebildet, auch im geschlossenen Zustand einen Stromfluss in Richtung des Sicherheitsbordnetzes zu blocken. Im Ersatzschaltbild kann man sich dies als eine Diode vorstellen. So können Störungen oder Ausfälle im Bordnetz in die entsprechende Richtung immer isoliert werden. The primary switches are designed to block a current flow in the direction of the conventional electrical system, even in the closed state, and the secondary switches are designed to block a current flow in the direction of the safety electrical system, even in the closed state. In the equivalent circuit diagram this can be thought of as a diode. In this way, faults or failures in the vehicle electrical system can always be isolated in the appropriate direction.
Die primären Schalter und sekundären Schalter können als Transistoren realisiert sein. Insbesondere können die primären und sekundären Schalter als MOSFETs ausgebildet sein. Diese blocken im geöffneten Zustand einen Stromfluss von Source in Richtung Drain. So kann das Schnittstellenmodul einfach als integrierte Schaltung realisiert werden.The primary switches and secondary switches can be implemented as transistors. In particular, the primary and secondary switches can be designed as MOSFETs. In the open state, these block a current flow from the source towards the drain. The interface module can thus be easily implemented as an integrated circuit.
Wenn die Schalter des Schnittstellenmoduls als Transistoren ausgebildet sind, so ist es günstig, wenn die primäre Spannungsversorgung jeweils mit Source der primären Schalter und die sekundäre Spannungsversorgung mit Drain der sekundären Schalter verbunden sind. So kann bei den primären Schaltern einfach ein Stromfluss im geschlossenen Zustand in Richtung des konventionellen Bordnetzes, und bei den sekundären Schaltern ein Stromfluss im geschlossenen Zustand in Richtung des Sicherheitsbordnetzes geblockt werden.If the switches of the interface module are designed as transistors, it is advantageous if the primary voltage supply is connected to the source of the primary switch and the secondary voltage supply is connected to the drain of the secondary switch. With the primary switches, a current flow in the closed state can simply be blocked in the direction of the conventional electrical system, and with the secondary switches a current flow in the closed state in the direction of the safety electrical system.
In einer günstigen Ausführungsform sind die sekundären Schalter als elektronische Sicherung ausgebildet. Wenn die elektronischen Sicherungen zusammen mit einer Steuerungseinrichtung einen Kurzschluss erkennen, können diese in den geöffneten Zustand schalten. Wenn die Last über eine zusätzliche redundante Stromversorgung verfügt, kann die Last über letztere weiter versorgt werden. Durch den Einsatz von elektronischen Sicherungen kann in Zusammenarbeit mit einer Steuerungseinrichtung eine höhere Sicherheit erzielt werden, da eine zusätzliche Fehlersensierung erfolgt.In a favorable embodiment, the secondary switches are designed as electronic fuses. If the electronic fuses detect a short circuit together with a control device, they can switch to the open state. If the load has an additional redundant power supply, the load can continue to be supplied via the latter. By using electronic fuses, a higher level of safety can be achieved in cooperation with a control device, since additional error detection takes place.
Um den Sicherheitslevel zu erhöhen kann zwischen den sekundären Schaltern und der sekundären Spannungsversorgung ein Sicherheitsschalter angeordnet sein. Der Sicherheitsschalter ist ausgebildet, eine Rückspeisung von der primären Spannungsversorgung in die sekundäre Spannungsversorgung zu verhindern. Vorteilhaft blockt der Sicherheitsschalter auch im geschlossenen Zustand einen Stromfluss in Richtung der sekundären Spannungsversorgung. Dies sichert die sekundäre Spannungsversorgung vor Schäden durch einen Kurzschluss im Bereich des Schnittstellenmoduls oder des Sicherheitsbordnetzes.In order to increase the safety level, a safety switch can be arranged between the secondary switches and the secondary voltage supply. The safety switch is designed to prevent feedback from the primary voltage supply to the secondary voltage supply. The safety switch advantageously blocks a current flow in the direction of the secondary voltage supply even in the closed state. This secures the secondary power supply against damage due to a short circuit in the area of the interface module or the safety on-board network.
Der Sicherheitsschalter kann als ein Sicherheitstransistor ausgebildet sein, dessen Source mit der sekundären Spannungsversorgung verbunden ist. So kann kostengünstig und effizient der Schalter realisiert werden.The safety switch can be designed as a safety transistor, the source of which is connected to the secondary voltage supply. This enables the switch to be implemented cost-effectively and efficiently.
Ferner kann das Schnittstellenmodul eine Überwachungseinrichtung zum Überwachen einer Versorgungsspannung der Last(en) im Sicherheitsbordnetz aufweisen, um eine Störung einer Komponente des Bordnetzes in Form einer ungeplanten Spannungsänderung und ergänzend oder alternativ einer ungeplanten Stromänderung zu sensieren, auszuwerten und zu erkennen. Die Überwachungseinrichtung kann eine die Versorgungsspannung repräsentierende Überwachungsinformation bereitstellen. Dabei ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, die Schalter unter Verwendung der Überwachungsinformation anzusteuern.Furthermore, the interface module can have a monitoring device for monitoring a supply voltage of the load (s) in the safety on-board electrical system in order to sense, evaluate and recognize a fault in a component of the on-board electrical system in the form of an unplanned voltage change and additionally or alternatively an unplanned current change. The monitoring device can provide monitoring information representing the supply voltage. The control device is designed to control the switches using the monitoring information.
Vorteilhaft ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, die Schalter derart anzusteuern, dass bei Einbruch der Spannung unter einen Schwellwert der entsprechende Schalter geöffnet wird. Immer wenn die Spannung den vorabdefinierten Schwellwert unterschreitet, deutet dies auf einen Fehler hin. Im 12-V-Bordnetz kann dieser Schwellwert bei etwa 11 V liegen. Wenn auf diese Weise die primäre Spannungsversorgung von der Last abgeschaltet wird, wird parallel die sekundäre Spannungsversorgung zugeschaltet, das heißt, der zugeordnete sekundäre Schalter geschlossen. Sollte der Fehler im nachfolgenden Versorgungszweig sein und somit auch die sekundäre Stromquelle die Last nicht versorgen können, so wird auch die sekundäre Stromversorgung über den betroffenen Versorgungszweig gekappt, das heißt, der Schalter geöffnet.The control device is advantageously designed to control the switches in such a way that the corresponding switch is opened when the voltage drops below a threshold value. Whenever the voltage falls below the predefined threshold value, this indicates an error. In the 12 V vehicle electrical system, this threshold can be around 11 V. If the primary voltage supply from the load is switched off in this way, the secondary voltage supply is switched on in parallel, that is to say the associated secondary switch is closed. If the fault is in the following supply branch and thus the secondary power source cannot supply the load, the secondary power supply is also cut off via the affected supply branch, i.e. the switch is opened.
Zusätzlich zur Spannungsüberwachung kann die Überwachungseinrichtung auch einen Strom an einem Eingang zumindest eines Schalters auf der Seite des Teilbordnetzes überwachen. So kann der über den Schalter in das Sicherheitsbordnetz eingespeiste Strom bestimmt werden. In diesem Fall repräsentiert die Überwachungsinformation zusätzlich den Strom. Vorteilhaft kann so mehr Information zum Zustand des Sicherheitsbordnetzes ausgewertet werden und eventuell schleichende Fehler bereits frühzeitig erkannt werden. So sind bereits vorausschauende Maßnahmen einleitbar.In addition to voltage monitoring, the monitoring device can also monitor a current at an input of at least one switch on the side of the sub-electrical system. In this way, the current fed into the on-board electrical system via the switch can be determined. In this case, the monitoring information additionally represents the current. In this way, more information about the state of the safety on-board network can advantageously be evaluated and possibly creeping errors can be recognized at an early stage. In this way, forward-looking measures can be initiated.
Zur Erhöhung der Sicherheit kann zwischen einem Ausgang eines primären Schalters und einem Anschluss für die Last eine Sicherung angeordnet sein. Bei der Sicherung kann es sich um eine mechanische Sicherung, insbesondere eine Schmelzsicherung handeln. Bei einer Mehrzahl von Schaltern können für jeden Schalter separat entsprechende Sicherungen vorgesehen sein.To increase safety, a fuse can be arranged between an output of a primary switch and a connection for the load. The fuse can be a mechanical fuse, in particular a fuse. In the case of a plurality of switches, corresponding fuses can be provided separately for each switch.
Die erfinderische Idee ist gut in einen Stromverteiler integrierbar. Dabei können die Schalter als elektronische Sicherungen oder als eine Kombination aus Schaltern und mechanischen Sicherungen ausgebildet sein. So kann platzsparend ein entsprechendes Schnittstellenmodul in den Stromverteiler integriert werden. Je nach Anwendungsfall kann so ein Stromverteiler für Lasten im Sicherheitsbordnetz oder für Lasten im Sicherheitsbordnetz und zusätzlich im konventionellen Teilbordnetz geschaffen werden.The inventive idea can be easily integrated into a power distributor. The switches can be used as electronic fuses or as one Combination of switches and mechanical fuses should be formed. A space-saving interface module can be integrated into the power distributor. Depending on the application, a power distributor can be created for loads in the safety on-board network or for loads in the safety on-board network and also in the conventional partial on-board network.
Es wird weiterhin ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug vorgestellt, welches ein konventionelles Teilbordnetz und ein hoch-verfügbares Sicherheitsbordnetz umfasst. Das Teilbordnetz und das Sicherheitsbordnetz sind über eine Variante eines weiter oben beschriebenen Schnittstellemoduls verbunden.An on-board electrical system for a motor vehicle is also presented, which comprises a conventional sub-electrical system and a highly available safety on-board electrical system. The sub-electrical system and the safety electrical system are connected via a variant of an interface module described above.
In einer Variante weist das Bordnetz ein zweites Schnittstellenmodul auf. Eine Last, für die die Anforderung in Bezug auf die funktionale Sicherheit besonders hoch ist mit beispielsweise ASIL-Level D, ist sowohl über das erste Schnittstellenmodul als auch über das zweite Schnittstellenmodul angebunden. Dabei kann das zweite Schnittstellenmodul Energie aus der primären Spannungsversorgung und einer zweiten sekundären Spannungsversorgung auf die Last schalten. So können die Versorgungszweige und die Spannungsversorgung redundant ausgeführt werden und die Ausfallwahrscheinlichkeit weiter gesenkt werden.In one variant, the vehicle electrical system has a second interface module. A load for which the requirements in terms of functional safety are particularly high, for example ASIL level D, is connected both via the first interface module and via the second interface module. The second interface module can switch energy from the primary voltage supply and a second secondary voltage supply to the load. In this way, the supply branches and the voltage supply can be implemented redundantly and the probability of failure can be further reduced.
FigurenlisteFigure list
Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Bordnetzes mit einem konventionellen Teilbordnetz und einem Sicherheitsbordnetz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und -
2 einen vereinfachten Schaltplan eines Schnittstellenmoduls für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
-
1 a schematic representation of an electrical system with a conventional sub-electrical system and a safety electrical system according to an embodiment of the present invention, and -
2nd a simplified circuit diagram of an interface module for an electrical system of a motor vehicle according to an embodiment of the present invention.
Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The figures are merely schematic representations and serve only to explain the invention. The same or equivalent elements are provided with the same reference numerals throughout.
Die Last
Das Schnittstellenmodul
Das Schnittstellenmodul
Zwischen dem Stromverteiler
Der Ausgang des ersten primären Schalters Tp1 und der Ausgang des ersten sekundären Schalters Ts1 sind über einen Knotenpunkt (ohne Bezugszeichen) elektrisch verbunden, Der Knotenpunkt ist mit der Last
Eine Überwachungseinrichtung
Weiterhin ist eine Steuerungseinrichtung
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den primären Schaltern Tp1, Tp2, Tpn und den sekundären Schaltern Ts1, Ts2, Tsn um Transistoren, insbesondere sind als MOSFETs ausgeführt. Die MOSFETs Tp1, Tp2, Tpn, Ts1, Ts2, Tsn sind in
Bei einer Implementierung der Schalter Tp1, Tp2, Tpn, Ts1, Ts2, Tsn, Tqs als MOSFETS ist die primäre Spannungsversorgung
Im Folgenden wird die in
Bei einem Spannungseinbruch im konventionellen Bordnetzanteil
In einem zweiten Fehlerfall wird ein Kurzschluss bei einer FUSI-Last
In einem dritten Szenario werden versagende Versorgungsleitungen im FUSI-Bordnetzanteil
BezugszeichenlisteReference list
- 100100
- BordnetzWiring system
- 102102
- SchnittstellenmodulInterface module
- 104104
- KraftfahrzeugMotor vehicle
- 106106
- konventionelles Teilbordnetzconventional electrical system
- 108108
- SicherheitsbordnetzSafety electrical system
- 110110
- primäre Spannungsversorgungprimary power supply
- 112112
- Lastload
- 114114
- Lastload
- 116116
- sekundäre Spannungsversorgungsecondary power supply
- 118118
- ÜberwachungseinrichtungMonitoring device
- 120, 120'120, 120 '
- StromverteilerPower distributor
- 122122
- SteuerungseinrichtungControl device
- 124124
- ÜberwachungsinformationMonitoring information
- 126126
- Schwellwert Threshold
- 230230
- StromverteilerPower distributor
- 232232
- Gleichspannungswandler, DC/DC-WandlerDC voltage converter, DC / DC converter
- 234234
- Hochvolt-BatterieHigh-voltage battery
- 236236
- Ladeeinheit aus Spannungsniveau XCharging unit from voltage level X
- 238238
- Sicherung, Schmelzsicherung Fuse, fuse
- Tp1, Tp2, TpnTp1, Tp2, Tpn
- primärer Schalterprimary switch
- Ts1, Ts2, TsnTs1, Ts2, Tsn
- sekundärer Schaltersecondary switch
- TqsTqs
- SicherheitstransistorSafety transistor
- DC/DCDC / DC
- GleichspannungswandlerDC converter
- UU
- VersorgungsspannungSupply voltage
- µCµC
- Steuereinrichtung, MikrocontrollerControl device, microcontroller
- EFASicEFASic
- Steuerungs-ASIC: Treiber & Ansteuerung für MOSFETsControl ASIC: Driver & control for MOSFETs
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-
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