CN107271839A - 用于监测车辆的车载电气系统的方法和控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于监测车辆的车载电气系统(200)的方法，所述车载电气系统包括通过电缆(210；L₂₁，H₁)连接在一起的至少一个分配器(207；704)和负载(206)。该方法包括以下步骤：读取表示关于由驾驶者对车辆的操作和/或关于车辆的状态和/或驾驶者的状态和/或驾驶环境的信息的多个参数的数据序列；将所述数据分类为正常值或错误值，其中每个参数的正常值位于通过区分界限与所述错误值分离的状态空间内；评估被分类为错误值的数据，其中当被分类为错误值的数据满足准则时识别错误，和/或评估被分类为正常值的数据，其中，被分类为正常值的数据被统计地评估以确定随机参数，并且如果所述随机参数超过阈值则检测出错误信息。

Description

用于监测车辆的车载电气系统的方法和控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于监测车辆的车载电气系统的方法和控制装置。

背景技术

车辆的车载电气系统通过分配器和子分配器将电源连接到各种负载或用电器。因此，车载电气系统的部件可理解为包括分配器、子分配器和负载，以及将这些元件连接在一起的电缆。在这种情况下的电缆通过插头连接件连接到分配器、子分配器或负载的接口。插头连接件代表给定部件的输入和输出。除了电缆的完全故障之外，在车辆的使用寿命期间，老化过程可能会损坏电缆和插头连接件。这些过程导致车载电气系统的受影响的部件逐渐恶化，并且最终导致部件的故障。

越来越多的功能电气化伴随着系统中的用电器数量不断增加。确保车载电气系统是能量与信息上联动的系统的任务变得越来越复杂，因为部件的可能的相互作用变得越来越难以识别。同时，应在车载系统中实施全面的诊断程序，以满足功能安全性方面的要求。

在今天的车辆中已经存在与安全相关的功能，例如自动停车功能。这些功能必须是故障安全的，这意味着当检测到错误时采用安全状态“关闭”并通过显示仪表通知驾驶者。因此，对这些功能的功能安全性的观察常常在控制装置的插头处结束，因为电源的中止或断电直接导致安全状态“关闭”。因此，在电源水平上不需要安全概念。

另一方面，自动驾驶系统必须设置成在故障情况下可从错误状态转换为安全状态“开启”。此功能的电源断电(电源线)或通信(总线)中断可能导致对人的直接危害。必须保持这种安全状态“开启”，直到车辆能够在安全位置停止或直到驾驶者能够接管对车辆的控制。

DE 10 2015 209 588 B3公开了一种用于识别车载电气系统中的故障的简单且可靠的装置。该装置包括接收单元，该接收单元配置成接收第一和第二序列的测量值，其中在车载电气系统的第一测量点处测量第一序列的测量值，并且在车载电气系统的不同于第一测量点的第二测量点处测量第二序列的测量值。测量值表示电流或电压值。该装置还包括评估单元，该评估单元配置成基于第一序列的测量值的第一离差与第二序列的测量值的第二离差的比较来识别故障的发生。

DE 10 2014 018 640 B3公开了一种用于检测机动车辆中的电阻的方法。在第一测量阶段，其中第一装置从电压源接收负载电流，并且所有其他装置从电压源接收静态电流，第一装置检测第一电压值和负载电流值，并且第二装置检测第二电压值。在第二测量阶段中，每个装置从电压源接收特定的静态电流，第二装置检测第三电压值，第一装置检测第四电压值。评估单元基于第一电压值、第二电压值、第三电压值、第四电压值和负载电流值来确定第一装置的连接电缆的连接电阻。

DE 10 2014 004 791 B3描述了一种检查向机动车辆的低压网络供电的电池与该低电压网络之间的连接的方法。在该方法中，DC电压转换器将高压网络连接到低压网络，并且输出电压通过DC电压转换器以调制频率调制到低压网络中。由此注入的电流和由此注入的电压由电池测量，并且关于至少一个连接准则来确定和评估电阻值。如果存在至少一个未满足的连接准则，则确定连接中断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是使用诊断程序在早期阶段容易且可靠地识别即将发生的故障(老化过程)。

该技术问题通过独立权利要求的主题内容来实现。本发明的有利的进一步改进在从属权利要求、说明书以及附图中详细说明。

本发明的用于监测车辆的车载电气系统的方法包括读取步骤、分类步骤和评估步骤。车载电气系统包括通过电缆连接的至少一个分配器和负载。分配器连接到电流源或另一分配器上。在读取步骤期间读取数据序列。数据包括至少一个参数或多个参数。这里的每个参数表示关于驾驶者对车辆的操作以及附加地或替代地关于车辆的状态、驾驶者的状态或车辆的驾驶环境的信息。因此，参数可以表示测量数据或从测量数据导出的参数，但参数也可以表示来自诸如导航装置的其他源的信息或诸如GPS数据的位置数据，诸如温度、空气湿度、道路状况、降水量等环境数据。在分类步骤中，读取的数据被分类为正常值或错误值。为此，使用状态空间，其定义正常值的有效范围与值的其他范围之间的区分界限。状态空间具有对应于参数数量的维度。如果监测并因此读取n个参数Pn，则状态空间具有对应于相应参数的数目n的维度n。作为选项，多个参数可被组合以形成从它们导出的值，并且该导出的值被表示为状态空间中的参数。然而，导出的值也可以在读取之前确定，并且导出的值可以作为参数读取。正常值处于由区分界限限定的数值范围内或处于状态空间内。区分界限也可以是多维的，对应于状态空间的维度。在评估步骤中评估分类为错误值的数据和附加或替代地分类为正常值的数据。如果分类为错误值的数据符合准则，则在此处找到错误信息。在这种情况下的准则可以是能用数学方式描述的规则。例如，准则可以在代数上或统计上来限定。替代地或附加地，随机地评估分类为正常值的数据以确定随机参数。随机参数可理解为平均值(代数，几何，...)、标准偏差、方差、模、分布、相关系数等。如果随机参数超过阈值，则这里的错误信息被识别为错误。例如，阈值可以是固定的量或百分比偏差。因此，可以识别被分类为正常值的数据的缓慢漂移，并且确定为老化。

读取的数据可认为是点云或群集，点云通常不会显着地改变其基本位置。点云的迁移或漂移可被诊断为错误或即将出现的错误，即使参数的值尚未被分类为错误值。例如，可利用该过程早期识别由接触件的老化引起的即将发生的错误，并且作为预测性维护的一部分消除该错误，由此增强了构成车辆的整个系统的安全性。

该方法有利于监测车载电气系统的部件之间的连接质量。在读取步骤中，可以在车辆运行过程中间隔地读取电缆的电阻值，并且附加地或替代地也可读取一定数量的参数，并且由此确定电阻值。车辆的驱动原动机在读取过程中至少关闭一次。这允许使用该方法来诊断车辆运行期间逐渐发生的故障。因此，该诊断的可能性有利地超过在测试站处执行的测量和分析。因此，可以在例如数天、数周、数月或甚至数年的长时间段上收集、读取和存储数据。这确保在这个(长的)时间段的整个期间能对于错误或未来的错误或潜在的错误进行评估。

车载电气系统的部件可以连接到经由电缆互连的至少一个分配器和一个负载上。在读取步骤期间，在限定子步骤中，可以以多个时间间隔确定电缆的电阻值。在车载电气系统激活时、即在车辆的运行期间测量该电阻值。车辆的驱动原动机在确定动作之间至少关闭一次。在分类步骤中，在确定子步骤中，可利用电阻值和预定的比较信息来获得错误信息。

如上所述，对于诸如自动驾驶的某些应用，必须确保车载电气系统的部件的负载的功能安全。即使当相应的部件作为冗余部件施用时，也必须保证功能性。为了实现这一点，监测部件之间的连接质量。由于老化过程被观察，因而在更长的时间段上确定电阻值。这种类型的老化过程最初可在几个月的时间内逐渐形成。例如，所选择的观察期涵盖几次行程或行驶循环。在这种情况下的行驶循环限定为关闭驱动原动机并且停止车辆至少一次。因此，行驶循环可限定为例如在驱动原动机接通时的车辆连续运行的时间间隔。在此可以忽略由启动-停止自动化引起的短暂中断，这意味着行驶循环随后持续通过这种中断。行驶循环可以由车辆的运行中断来限定。因此，在至少两个不同的行驶循环中确定电缆的电阻值。在这种情况下，电阻值表示对应于电缆电阻的电阻值。

对于电缆的电阻，存在具有一个或多个周围公差范围的期望值。因此，可以针对不同的错误程度或连接件的老化程度来限定公差范围。以这种方式定义的公差范围则可用作比较信息的基础，由此允许在与所确定的电阻值一起考虑时限定错误信息。因此，例如，在本发明的一个实施例中，电缆的电阻的加倍可定义为故障。

此外，在读取步骤中，可读取表示通过电缆的电压降的电压值。这里的电阻值可以使用确定子步骤中的电压值来确定。在有利的实施例中，通过随机离差，两个读取电压值之间的时间间隔的选择或者读取电压值的时刻的选择，可变负载的影响可被消除或至少保持足够低以使其对待确定的电阻值没有显着影响。如果不考虑负载的影响，则可认为电流是恒定的。在这种情况下，电压降与电阻值相关。在车载电气系统中，可以假设负载保持在限定的负载范围内，即可以将某个带宽假定为电流的预期范围。因此，预期通过电缆的电压降处于相应的电压范围内。

还有利的是，在读取步骤中读取表示分配器的输出和负载之间的电流的电流值。可以有利地使用电流值确定电阻值。如前文已述，负载和负载分布产生了电流值的预期带宽。偏差、即在比较范围之外的电流值将提示电阻值已经改变。在这里介绍的方法的有利变型中，可以借助欧姆定律直接确定电阻值。

在读取步骤之后，在一个实施例中，可以形成在预定义的平均值时间段期间读取的电压值的平均值，并且该平均值可以用作随后步骤中的电压值。其优点在于，可变的或变化的负载对通过电缆的电压降的可能影响仍然可忽略。可通过高的扫描速率收集电阻值。本文的高扫描速率意味着在100和1000Hz之间的扫描速率。本发明的有利实施例描述了以几毫秒的时间间隙确定电缆的电阻值，特别地形成几秒的平均值，即至少三秒的平均值，优选多于七秒的平均值。确定平均值导致数据的聚合。在个位数的毫秒范围内的扫描速率的优点是虽然检测到电压曲线中的峰值，但由于形成平均值，它们不会严重影响结果。通过长的测量间隔实现类似的积极效果，由此相应的异常值对结果的影响同样减小。选择平均值间隔的长度会影响定义电阻值时可能出现的错误。较长的平均值间隔比较短的平均值间隔更优选。这样可以减少要提供的值，并且可以减少负载峰值的影响。在优选实施例中，平均值间隔对应于行驶循环的持续时间。

在平均值间隔上形成平均值的步骤之后进行识别随机变量的步骤也是有利的。在识别随机变量的步骤中，可以识别多个行驶循环上的平均值的离差。例如，可以在10至50个行驶循环、优选15至30个行驶循环、更优选20至25个行驶循环上识别离差。可以检测在选定数量的行驶循环上滑动的连续离差。在特定实施例中，可以在所有存储的行驶循环、即在所有行驶循环的所有存储值上检测离差。然而，由于这很复杂，如本文所述地限制行驶循环的数量将是有利的。

除了离差之外，在识别随机变量的步骤中，还可以确定标准偏差或相关系数。这构成了在被监测的电缆中出现的电阻值或过渡电阻的随机变化的有利指示。例如，可以利用所识别的随机变量来生成错误信息，例如通过限定离差或相关系数的极限值作为比较信息，。

为了检测通过电缆的电压降，读取表示在分配器的输出处的输出电压的输出电压值，并且读取表示在通过电缆连接到输出的子分配器或负载的输入处的输入电压的输入电压值。车载电气系统的许多部件已经检测到输入或输出电压。因此，可以有利地确定通过电缆的电压降，而无需额外的测量。因此，能以低成本实现功能安全性的附加监测。

有利地使用存储步骤来保存与电阻、电压、电流、输出电压、输入电压、一个或多个随机参数和/或平均值相关的值。因此，评估不仅仅在发生错误时识别错误。相反，可通过相应的数据分析在早期时间点发现趋势。因此，有利地能以预测性维护来应对错误，而不必进行昂贵的、无意义的部件替换。

待存储的值只在表示新的最小值或最大值时才被保存，这可以减少存储步骤中的数据。因此，在车辆中维护的存储器可以保持较小。如果待存储的值按照车辆到基础设施(车到X或C2X)的模式被传输到云，在云处被存储和评估，则要传输的数据量也减少。

此外，在存储步骤中可以存储车辆信息的至少一个附加项。这种附加车辆信息的一些示例包括驱动原动机信息、关于车辆的装饰信息、运行中的车辆的地理位置、诸如温度或湿度的气候状况、道路状况或用于存储所保存的值的特定时间。然后，在评估步骤中，可以使用更多或一个附加信息项来确定错误信息。

在优选实施例中，该方法还可以包括将在存储步骤中存储的值传送到中央基础设施单元的附加步骤。在这种情况下的基础设施单元可理解为云。待存储的值可以至少部分地无线发送、传送或接收。以这种方式，可以在中央基础设施单元中收集和评估来自多个车辆的相应数据。相应地累积的大量数据使得可以在甚至更早的时间点识别错误或者更确切地说未来错误的趋势。然后可以在单个车辆的定期维护过程中进行补救。

如果在云中进行评估，则有利的结果是创建具有学习能力的系统。例如，在大量车辆中观察读取数据如何以点云或群集的形式漂移可以揭示是否存在缺失参数，例如诸如大气温度的环境影响。云中的数据还可以通过与用于评估目的的其他数据或信息源的连接来进一步增强。

重复执行本文介绍的方法的至少单个步骤是有利的。因此，可以重复执行读取、形成、分类、确定、评估或识别、提供、存储和/或传送的步骤。例如在评估步骤中，可以使用存储的值来确定错误信息。如上所述，更大量的数据使得能够更早地识别错误趋势。

如果使用基础设施单元，则该方法的至少一部分可以在基础设施单元执行或使用存储在基础设施单元中的值。在本实施例中，所述方法可以包括以下附加步骤：

-在基础设施单元中接收来自多个车辆的多个值；

-将所述多个值存储在所述基础设施单元的中央存储装置中；

-使用所述多个车辆的所述多个值来确定其中一个车辆的至少一个车载电气系统的至少一项错误信息，以及

-使来自所述基础设施单元的所述错误信息对于所述车辆中的至少一个和/或对于所述多个车辆的监测功能可用。

该方法可包括使用用于多个参数、随机参数、电压值、输出电压值和输入电压值、平均值和/或电流值的数据序列来限定比较信息的步骤。因此，比较信息可以适应相应的影响。

在评估步骤中将数据的焦点有利地确定为随机参数。如果焦点随时间移动，则识别表示老化或预期错误的错误信息。焦点的运动在此被检测并与阈值进行比较，或确定焦点的运动的推导量并将其与阈值进行比较。如果超过阈值，则错误信息可用。

此外，在评估步骤中，可以监测被分类为错误值的一定量的数据作为预定时间段内的准则。错误信息的输出的准则可限定为被分类为错误值的数据达到预定的量。这里可以规定，在滑动时间间隔(意指一个在时间轴上滑动的、长度不变的时间间隔)中达到分类为错误值的数据的预定量。作为替代，与区分界限之间的距离可限定为错误信息。因此，预定量可以根据与区分界限的距离而变化。

在任选的学习步骤中，可以训练多个状态空间。在第一读取子步骤中，为多个参数读取一系列学习数据。这些参数被预先分类为表示正常值。在第二子步骤中，至少一个包络被定义为训练过的状态空间的区分界限。在作为学习步骤的一部分的读取子步骤期间读取的一系列学习数据可以是模拟的结果，并且附加地或替代地，它们可以是来自例如夏季或冬季测试的不同行驶测试的测量数据。学习数据包括至少一个参数或多个参数。这些是在读取步骤期间在生产性使用中读取的相同参数。

在读取步骤和分类步骤之间的导出步骤中，任选地导出一个或多个数据序列。然后，在分类步骤中对导出的数据进行分类，并且在评估步骤中分析分类的评估数据。

上述目的还通过用于监测至少一个车辆的车载电气系统的控制装置来实现。在此，车载电气系统的部件包括通过电缆连接的至少一个分配器和负载。控制装置包括至少一个单元，用于读取表示关于由驾驶者对车辆的操作和/或车辆的状态和/或驾驶者的状态和/或驾驶环境的信息的多个参数的数据序列。控制装置还包括用于将数据分类为正常值或错误值的装置，其中每个参数的正常值位于通过区分界限与错误值分开的状态空间内。控制装置还包括用于评估被分类为错误值的数据的单元和/或用于评估被分类为正常值的数据的单元，其中，如果被分类为错误值的数据满足准则，则识别出错误，并且其中，分类为正常值的数据被统计地评估以确定统计参数，并且如果统计参数超过阈值则识别出错误。

这里提到的控制装置可以是用于所述方法的处理器单元和/或至少部分地永久性布线或逻辑开关装置。该控制装置可以是或包括具有相应的必要外围设备(存储器、输入/输出接口、输入输出设备等)的任何类型的处理器或计算器或计算机。

上述关于该方法的解释也类似地适用于控制装置，反之亦然。控制装置可实现为一个部件或者划分为多个部件。

这里介绍的解决方案还包括可以直接加载到数字计算机的存储器中的软件产品，并且包括适于执行本文描述的方法步骤的程序代码部分。

本发明的上述属性、特征和优点及其实现方式将在下面参照附图更详细说明的实施例的以下示意性描述的内容中变得更清楚和更容易理解。为了更容易理解，相同或相似的元件设有相同的附图标记。

附图说明

下面参考附图说明本发明的有利实施例。附图显示：

图1是本发明的方法的流程图；

图2是车辆的车载电气系统的一部分的示意图；

图3是用于监测运行中的至少一个车辆的车载电气系统(的各部件之间的连接质量)的控制装置的示意图。

图4是示出多个连接件的电阻随时间变化的曲线图。

图5是示出用电器的电压随时间变化的曲线图；

图6是电压降随时间变化的示意表示：

图7是车辆的车载电气系统的示意图；

图8是具有用于监测车载电气系统的部件之间的连接质量的控制装置的多个车辆，和基础设施单元；

图9是车辆的车载电气系统的示意图；

图10至图17是状态空间在笛卡尔坐标系中的图形示意；和

图18是用于监测的控制装置和运行中的至少一个车辆的车载电气系统的示意图。

附图仅仅是示意性表示，并且仅用于解释本发明。相同或类似的元件始终设置有相同的附图标记。

具体实施方式

必须从功能安全的角度考虑现代车辆的功能。自动驾驶系统是与功能安全相关的功能。

诊断是满足ISO 26262要求的安全概念的一个组成部分。在没有诊断的情况下布设冗余电源电缆并不代表充分的安全概念，因为备用电缆作为冗余电缆在由潜在缺陷引起的故障的情况下不能接管供电。诊断作为安全概念的组成部分首先导致更高的成本和工作量。另一方面，没有冗余的单个诊断的供电路径可能足以用于令人信服的安全概念。如果能够及时识别即将发生的故障(老化过程中的供电中断)，则将是这种情况。非常希望使电缆组中的冗余电缆降至最低，因为今天的电缆组已经在重量和安装空间方面接近它们的极限。

老化过程(例如，接触件的老化)基于错误生长过程。在这些过程的描述的基础上制定失效模型。

错误生长过程是自我强化的，并且可以从根本上通过指数函数得出。

因此，可以针对错误(故障)S的增长给出以下等式：

S＝S0*exp[c(t)t]

其中S0：初始状态

c(t)：生长常数。这不是常数，因为故障变量的驱动因素根据状态而变化。

这可以基于通过接触件中的摩擦腐蚀(摩蚀)的故障的自我增强生长的示例来解释。摩擦腐蚀本身具有小的生长常数C1，结果是故障在长时间(例如多个月)内累积。故障导致过渡电阻的特性值改变。增加的过渡电阻又导致接触件中的功率损耗增大。如果这种额外的功率损耗不再能够充分消散，则开始热机械破坏的损坏过程。这具有大得多的生长常数C2。释放的热量导致过渡电阻增大，进而导致自增强的额外增热(热失控)。该过程导致在达到该点时接触件突然失效，并且中断对安全相关功能的供电。

下面描述的方法是特殊的实施例，其中在达到临界故障点之前监测过渡电阻的特性参数的变化。

图1示出了根据本发明的实施例的用于监测车辆的车载电气系统的方法100的流程图。方法100在其最一般的形式中包括至少三个步骤：读取S1，分类S2，评估S3。

在步骤S1、读取步骤中，读取n个参数Pn的数据序列。字母n表示大于或等于1的自然数。参数表示关于驾驶者对车辆的操作、关于车辆的状态、驾驶者的状态或驾驶环境的状态的信息。以这种方式，可以在随后的步骤中读取并处理与来自数据库或导航系统的信息或天气信息结合的测量数据。在下一步骤S2、分类步骤中，将读取的值区分为正常值和错误值。为此，关于相关联的状态空间中的位置检查单个参数或关于n维状态空间检查多个参数，以使得数据能够被区分并相应地分配给正常值和错误值。正常值通过区分界限与误差值分开。在步骤S3中，评估分类的数据。在第一变型中，评估这里被分类为错误值的数据。因此，当被分类为错误值的预定数量的数据已经在预定(滑行)时间间隔中被分类时，指示错误。在另一个变型中，所有数据或被分类为正常值的数据被组合以形成群集，即一种点云，并且被认为是这样。随机评估该变型中的数据，以便确定诸如焦点(几何或代数中心)、标准偏差、方差、中值等随机参数。如果随机参数超过阈值，则使得错误信息可用。

在特定实施例中，方法100在车辆运行期间监测至少一个车辆的车载电气系统的部件之间的电缆的连接质量。在读取步骤S1中，在子步骤中以重复的时间间隔确定电缆的电阻值，并且在分类步骤S2中，使用电阻值和预定的比较信息来确定错误信息。在确定过程之间，车辆的驱动原动机至少被关闭一次。这样，在数天、数周或数年的时间内，在多个行驶循环中重复地发生S1读取和S2分类。在步骤S3中，评估所有分类的数据。

换句话说，在一个实施例中，每个行驶循环至少确定一次电阻值。优选的电阻值通过形成每个行驶循环的平均值来确定。

图2示出了车辆的车载电气系统200的一部分的示意图。车载电气系统200包括两个电源202、功率分配器204和负载206。负载206是与功能安全相关的功能。负载206的输入208通过电缆210连接到功率分配器204的输出212。负载206还通过通信连接214连接到功率分配器204或连接到被设计为微控制器μC的控制装置216。

换句话说，图2示出了通过电缆210从冗余电源装置202(例如两个电池202)提供的功能安全相关的功能206。表示供电通道已经损坏的特性量是从电子分配器204到具有负载206的电路板(功能安全的功能)的总电阻R_ik。

在特定实施例中，在线诊断使用每30ms测得的以下测量变量，例如：

1.电子功率分配器204中的电压测量值U_e(t)

2.例如作为电子保护部件的电子功率分配器206中的电流测量值I(t)。

3.负载206中的电压测量值U_a(t)

当前的过渡电阻计算为

R_ik(t)＝[U_e(t)-U_a(t)]/I(t)。

可在电子电流分配器204中计算R_ik。为此，与功能安全相关的负载206中的电压值U_a(t)必须通过串行总线214传送到分配器204。

如果负载206中的测量值与分配器204中的测量值异步，则在t1<>t2的情况下测量Ue(t1)和Ua(t2)。因此，特别是对于动态负载206，如果例如由于在t2处不再施加的感应电压而在t1处出现峰值，则可发生严重的错误。

在特定实施例中，异步测量信号U_e(t)和U_a(t)经由随机链路链接。

例如一种方法是：

R_ik＝{MW[U_e(t)]_τ＝3s-MW[U_a(t)]_τ＝3s}/MW[I(t)]_τ＝3s

在单个异步测量的量的时间窗口(这里为3s)内形成平均值(MW)。基于平均值确定过渡电阻。仅必须传输平均电压MW[U_a(t)]_τ＝3s还可以显著减小总线上的负载。

因此，有利地实现车载电气系统的自诊断以用于令人信服的功能安全概念。

图3示出了用于监测运行中的至少一个车辆的车载电气系统的部件之间的连接质量的控制装置216的示意图。该车载电气系统可以是车载电气系统200的变型，其中的一部分在图2中示出。

控制装置216具有用于读取信号的接口330。根据特定实施例，信号是模拟信号，该模拟信号随后被数字化，或者信号已经是数字信号，例如经由总线传输的那些信号。此外，控制装置216具有用于确定车载电气系统中待监测的电缆的电阻值334的单元332，和用于检测错误信息338的单元336。在图2中，电阻值334对应于电阻R_ik。在这种情况下的错误信息使用电阻值334来确定。这里的电阻值被理解为对应于被监测电缆的电阻R_ik的信号或信息。用于检测错误信息338的单元336配置成使用电阻值334和预定的比较信息339来检测错误信息338。

在优选实施例中，控制装置216经由接口330继续读取表示电压值ΔU的电缆两端的压降或进入电缆的输入电流U_e(t)或离开电缆的输出电流U_a(t)，以便确定电阻值334。参考在图2中示出了相关描述的，进入电缆的输入电流U_e(t)对应于来自功率分配器204的输出电流，并且来自电缆的输出电流U_a(t)对应于负载206的输入电流。当读取输入电流U_e(t)和输出电流U_a(t)时，在单元338中任选地确定电压降ΔU。

通过接口330读取电流值I(t)，并且使用电流值I(t)如上面已经描述的那样确定电阻值334。

在一个实施例中，控制装置216包括用于形成读取电压值的平均值的单元340。这里的平均值通过数秒或数分钟的预定平均值时间间隔形成，或者通过优选变型中的行驶循环形成。在另一变型中模型计算表明，可通过下式非常良好地确定过渡电阻

R_ik＝{MW[U_e(t)]_τ-MW[U_a(t)]_τ}/MW[I(t)]_τ

其中t＝“时间跨度行驶循环”。因此，在一个实施例中，在完整的行驶循环上形成平均值，并且利用这些平均值确定电阻值334。

因此，微控制器μC或负载206中的控制装置在行驶循环上对电压U_a(t)进行平均，并且智能分配器204对电压U_e(t)和电流I_e(t)进行平均。在行驶循环完成之后，在行驶循环上的这三个数据或者三个数据的平均值被传送到也称为云的基础设施单元。

如果不可能测量电缆的输入侧的电流，则可能通过将输入U_e(t)处的电压和输出U_a(t)处的电压相关来假设电缆的过渡电阻中的随机变化的可能性。

在输入U_e(t)处的电压在行驶循环上再次被平均。下面使用英文标注U_in代替U_e(t)并以U_out代替U_a(t)：MW₁(U_in)。这同样适用于电缆的输出(MW₁(U_out))：这些值被传输到云。

然后可以计算相关系数，其中例如在20个行驶循环的值上计算附加的平均MW₂，并且因此计算离差：

相关系数通常为1，因为两个电压的轮廓是相同的。如果由于电缆的过渡电阻波动而发生U_out的随机变化，则相关系数例如减小到0.98。

在这里描述的实施例中，用于形成平均值的单元340配置成除了形成平均值之外还确定相关系数和离差。

在特别优选的实施例中，控制装置216还包括存储单元342，存储单元342被设计为存储读取和确定的值并且根据请求提供所述值。存储平均电压值MW₁(U_in)、MW₁(U_out)和如果存在的平均电流值MW₁(I)。如果存储器容量允许，则还保存附加的电阻值、离差和相关系数。所存储的值可提供给单元336以用于确定错误信息。

在一个变型中，为了减少存储单元342中的数据，数值仅在表示新的最小值和/或最大值时才被存储。然后在最大值确定单元344中对此进行检查。

控制装置216被设计成确保单个电缆在没有冗余的情况下的功能安全性，因为潜在的错误早期已经识别出。为了能够利用甚至更多的数据对老化过程进行可靠且可能更早的诊断，在特别优选的实施例中，由控制装置确定或存储的值与车辆信息348一起经由输出接口346传送到基础设施单元350。这将在图8的描述中再次讨论。

然而，如果数据在车辆的中央存储器中被编译然后被评估，则云方法已经在车辆内实现。因此，中央评估单元被置于监测和比较电缆与分配器和负载之间的多个电缆或接触件的位置。利用对车辆中的各个负载之间的相关性的了解，还可以在非常早的时间点识别导致错误的趋势并且向驾驶者或工作间发出相应的警报。

图4示出了数个连接件随时间的电阻变化的图。其示出了由于两个接触件中的一个的老化过程而导致的电缆的过渡电阻的升高。

图5示出了用电器的电压随时间变化的图。其示出了基于在假设为恒定的供电电压处循环重复的动态负载降低用电器电压。

图6示出了电压降随时间变化的示意表示。在特定的实际应用或具体车辆配置中，负载在具有已知的、恒定的下限和上限的固定范围内。由此可知，电压降在与负载范围相关的预定电压范围内。如果没有发生错误，则电缆的输入电压也应视为在公差范围内保持恒定。这已经成立，可以预期平均电压降位于模糊限定的云内。如果电压降的期望值的这个范围(这里称为模糊云)迁移，则可以假定出现错误。

图7示出了车辆的车载电气系统200的示意图。为了清楚起见，在整个附图中不提供类似部件的参考标号。在此示出了相比于图2中所示的车载电气系统200的附加的子分配器704和更多的负载206。

在一个实施例中，几乎每个控制装置216测量其在车载电气系统200中的供电电压。本发明思想的一种方法是，系统中所有电压测量信号的随机评估使得可以识别整个系统中的即将发生的错误。为此采用的策略是，将总线系统上的额外负载保持尽可能低。

电压信号U11和U12相对于其它电压信号同时、持续降低指示存在电缆H₁或子分配器704的老化过程。单独的电压U₂₁的持续降低指示电缆L₂₁或负载206有问题。

每个控制装置确定电压测量值的概率分布和离差。因此，不必发送原始数据。在预定时间间隔之后，将关于离差和概率分布的数据传送到识别随机变量偏移的主机。预定的时间间隔可以持续多达120分钟；例如，该值可以大于3且小于60分钟。因此，在一个实施例中，每10分钟收集和发送每个行驶循环的离差和概率分布的数据。在替代实施例中，对完整的行驶循环确定和传送离差和概率分布上的各一个数据值。例如，时间间隔可以持续多达8或24小时。

图8示出了多个车辆860和基础设施单元350，其中每个车辆具有用于监测车载电气系统200的至少一个控制装置216。如已经关于图3讨论的，控制装置216被实现为将存在于控制装置216中的数据传送到基础设施单元350。

在优选实施例中，数据从车载电气系统200的多个控制装置216传输到车辆中的上级控制装置。该装置接管处理和存储、特别是发送到基础设施单元350的任务。

基础设施单元350包括中央存储单元862和具有用于从多个车辆860接收多个值的接口的装置864；用于将多个值存储在中央存储单元862中的存储单元；用于使用所述多个值来确定其中一个车辆860的至少一个车载电气系统200的至少一个错误信息项的单元；以及用于使得错误信息对于车辆860中的至少一个或对于诸如控制中心的监测功能可用的接口。

在所示的示例中，错误信息可包括受影响的车辆860，系统中受影响的连接件和/或连接到它的负载，以及错误概率或错误的趋势。

上面描述的方法或控制装置以容易理解的、可靠的示例来描述，该示例为监测电流源和电流阱之间的连接质量以及监测连接电缆的电阻的确定。然而，这可以更普遍地在车辆中使用；还可以监测车载电气系统中的单个传感器、负载或其它部件或连接到车载电气系统的部件。本发明的装置还涉及一种能够在学习过程中结合允许的操作状态(允许的状态空间)的学习系统。可以基于车载系统模拟来执行学习过程。这同样可以在例如夏季试验和冬季试验的测试驾驶期间进行。学习过程的结果是具有对应于链接的参数Pn的数量的维度n的状态空间。如果在车辆使用期间各个参数Pn位于允许的状态空间之外，则识别出错误或至少老化。然后将其作为错误信息提供。

错误注入用于检查状态空间是否适合可靠地识别错误。因此，不会发生“假阳性”或“假阴性”的识别。如果是这种情况，则参数空间必须在适用时扩展一个参数，并且因此扩展一个维度，例如扩展环境温度或行驶动力学的参数。

以这种方式，创建用于诊断车辆的所有功能的标准化程序。在必要时可以调整参数Pn的数量。可以从初始状态空间P1，P2，...Pn进行功能映射到新的状态空间，一个示例是dP1/dt，dP2/dt，...dPn/dt。

功能映射也可以发生在具有降低到维度1：P1或维度0的具有好/坏状态的状态空间中。该过程允许减少用于连接的车队的远程在线诊断的数据量。

图9示出了附加应用。这里示出了一种装置，该装置包括源、具有电流和电压测量的电子分配器和用电器。在根据图9的装置中，假设并联电弧是错误的来源。这里选择的负载206的示例是48V车载电气系统中的气候压缩机，其可以在1kW、2kW和3kW的三个功率级中运行。

假定用电器206受输出控制。如果车载电气系统电压U(t)波动，则其输入电流I(t)因P＝U*I也波动。

后续图形显示了电流I(t)与电压U(t)的读取数据或从其导出的值。在示教程序中，例如每10ms在电子电流分配器中测量电流和电压，然后将其记录在状态空间1000中。因此，图10示出了I与U的二维状态空间1000。这里绘出了压缩机的三个功率级。类似于此，图11示出了经由函数dU/dt和dI/dt导出的状态空间1000。它是指参数随时间的变化，包括功率级的切换。

图12和图13示出了可限定“好”状态空间1000的包络。因此，状态空间1000中的这些“好”包络(这里指定为一个或多个区分界限1200)允许对负载进行分类。

如果车辆中的在线测量的测得的值移动到“好”包络的外面，则这表示存在错误。

图14和图15示出当出现并联电弧时测量值如何落在“好”包络线之外。现在可以定义用于错误识别的准则；例如，当在50ms中至少五个值出现在“好”包络外侧、相距小于20k，并且每10ms有两个值出现在与“好”包络相距>20k的外侧时，出现错误。

上面所示的状态空间有可能仅在一个温度下有效，例如25℃。如果是这种情况，则以“温度”维度扩展该状态空间。

成功地实施这里介绍的方法的先决条件是能够进行根据图12/图13的负载分类。

该过程允许减少用于连接的车队的远程在线诊断的数据量。为此目的，当数据在状态空间中移动其焦点或向“好”包络(早期警告子空间)的边界移动时，仅“向上”传送数据。

图16示出了连续控制的压缩机的原始状态空间1000。由于限定了大的空间，所以可能不容易分离“不良”状态。另一方面，如果使用差动电流值的变化率(参见图17)则该示例映射受控负载的控制特性。在出现错误(电弧)时，状态点出现在负载的控制器行为之外。因此，这种分类将允许识别错误。

图18示出了用于监测车辆的车载电气系统的控制装置216的另一实施例。控制装置216包括至少一个单元330，用于读取表示关于驾驶者对车辆的操作和/或车辆的状态和/或驾驶者的状态和/或驾驶环境的信息的多个参数的数据序列；用于将数据分类为正常值或错误值的单元336，其中每个参数的正常值位于通过区分界限与错误值分开的状态空间内；以及用于评估被分类为错误值的数据的单元346，其中如果被分类为错误值的数据满足准则，则识别出错误；和/或用于评估被分类为正常值的数据，其中，被分类为正常值的数据被统计地评估以确定统计参数，并且如果统计参数超过阈值，则识别出错误。

附图标记列表

100 方法

S1 读取步骤

S2 分类步骤

S3 评估步骤

200 车载电气系统

202 能源

204 分配器

206 负载

208 负载输入

210 电缆

212 分配器输出

214 通信连接，总线

216 控制装置

U_e(t) 输入电压

U_a(t) 输出电压

I(t) 电流

R_ik (电缆的)电阻

330 接口，读取单元

332 确定单元

334 电阻值

336 检测单元，分类单元

338 错误信息

339 比较信息

ΔU 电压值，电压降

340 用于形成平均值的装置

342 存储器

344 最大值确定单元

346 输出接口

348 车辆信息

350 基础设施单元

U₁₁，U₁₂ 电压信号

H₁ 电缆

704 子分配器

U₂₁ 电压

L₂₁ 电缆

860 车辆

862 中央存储单元

864 装置

Pn 参数

1000 状态空间

1200 区分界限

Claims (19)

1.一种用于监测车辆的车载电气系统(200)的方法，其中，所述车载电气系统(200)具有经由电缆(210；L₂₁，H₁)互连的至少一个分配器(207；704)和负载(206)，所述方法包括以下步骤：

a.(S1)读取表示关于驾驶者对车辆的操作和/或车辆的状态和/或驾驶者的状态和/或驾驶环境的信息的多个参数的数据序列；

b.(S2)将所述数据分类为正常值或错误值，其中，每个参数的正常值位于通过区分界限与所述错误值分开的状态空间内；

c.(S3)评估被分类为错误值的数据，其中，当被分类为错误值的数据满足准则时识别出错误；和/或评估被分类为正常值的数据，其中，被分类为正常值的数据被统计地评估以确定随机参数，并且如果所述随机参数超过阈值，则检测出错误信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述评估步骤(S3)中监测所述车载电气系统(200)的部件之间的连接的质量，在所述读取步骤中读取所述车辆(860)的操作期间的时间间隔中的所述电缆(210；L₂₁，H₁)的电阻值(R_ik；334)和/或读取用来确定所述电阻值的多个参数，其中，车辆(860)的驱动原动机在各确定过程之间关闭至少一次。

3.根据权利要求2所述的方法(100)，其中，在所述读取步骤(S1)中读取表示通过所述电缆(210；L₂₁，H₁)的电压降的电压值(ΔU)作为第一参数，并且使用所述电压值(ΔU)来确定所述电阻值(R_ik；334)。

4.根据权利要求3所述的方法(100)，其中，在所述读取步骤(S1)之后，通过在预定义的平均值时间间隔中读取的电压值(ΔU)形成平均值，并且该平均值在后续步骤中用作电压值(ΔU)。

5.根据权利要求4所述的方法(100)，其中，使用经由所述平均值时间间隔形成的平均值并且使用经由先前平均值时间间隔形成的多个平均值来限定离差，并且在所述检测步骤中，使用离差来检测错误信息(338)。

6.根据权利要求3至5中的一项所述的方法(100)，其中，读取表示所述分配器(204)的输出(212)处的输出电压的输出电压值(Ue(t))，读取连接到输出(212)的子分配器(704)或负载(206)的输入端(208)处的输入电压的输入电压值(U_a(t))，以确定穿过所述电缆(210；L₂₁，H₁)的电压降(ΔU)。

7.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，其中，在所述读取步骤中，读取表示所述功率分配器(204)的输出(212)与所述负载(206)的输入(208)之间的电流的电流值(I(t))，并且，使用所述电流值(I(t))确定所述电阻值(R_ik；334)。

8.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，具有为多个参数存储数据的步骤，其中，所述数据包括电阻值(R_ik；334)、电压值(ΔU)、电流值(I(t))、输出电压值(U_e(t))、输入电压值(U_a(t))、平均值和/或至少一个随机参数。

9.根据权利要求8所述的方法(100)，其中，在所述存储步骤中，待保存的值仅当它们表示新的最小值和/或最大值时才被存储。

10.根据权利要求8或9所述的方法(100)，其中，在所述存储步骤中，待保存的值仅当它们与先前存储的值具有最小距离时才被存储。

11.根据权利要求8至10中的一项所述的方法(100)，其中，在所述存储步骤中，存储车辆信息的至少另外一项，并且在所述检测步骤中，使用一项或多项另外的所述车辆信息检测错误信息。

12.根据权利要求8至11中的一项所述的方法(100)，该方法包括将在所述存储步骤中存储的值发送到中央基础设施单元(350)的步骤。

13.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，其特征在于，使用所存储的值特别通过在检测步骤获取的错误信息(338)重复执行读取、形成、分类、确定、评估或检测、提供、存储和/或传送的步骤。

14.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，包括以下步骤中的至少一个：

a.从基础设施单元(350)中的多个车辆(860)接收多个值；

b.将多个值存储在所述基础设施单元(350)的中央存储单元(862)中；

c.使用所述多个车辆(860)的所述多个值来确定所述车辆(860)之一的一个或多个车载电气系统(200)的至少一项错误信息(338)；和

d.使得来自所述基础设施单元(350)的所述错误信息(338)对于所述车辆(860)中的至少一个和/或对于所述多个车辆(860)的监测功能可用。

15.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，其中，在所述评估步骤(S3)中，当识别出焦点随时间的移动大于阈值时，将所述数据的焦点确定为统计参数，并且预测老化和/或错误。

16.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，其中，作为评估步骤(S3)中的准则，被分类为错误值的数据量在预定时间间隔超过所述准则的极限值。

17.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，具有在其中训练状态空间的学习步骤，其中，在读取的第一子步骤中针对多个参数读取学习数据序列，所述参数已经被预先分类为正常值，其中在第二子步骤中，至少一个包络被限定为用于训练过的状态空间的区分界限。

18.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，具有处于读取步骤和分类步骤之间的推导步骤，其中，推导出一个或多个数据序列，并且在分类步骤中将所推导出的数据分类，在评估步骤中评估已分类、已评估的数据。

19.一种用于监测车辆的车载电气系统(200)的控制装置，其中，所述车载电气系统(200)具有经由电缆(210；L₂₁，H₁)连接在一起的至少一个分配器(207；704)和负载(206)，所述控制装置包括以下单元：

a.用于读取表示关于驾驶者对车辆的操作和/或车辆的状态和/或驾驶者的状态和/或驾驶环境的信息的多个参数的数据序列的单元；

b.用于将所述数据分类为正常值或错误值的单元，其中每个参数的正常值位于通过区分界限与所述错误值分开的状态空间内；

c.用于评估被分类为错误值的数据的单元，其中，当被分类为错误值的数据满足准则时识别出错误；和/或用于评估被分类为正常值的数据的单元，其中，被分类为正常值的数据被统计地评估以确定随机参数，并且如果所述随机参数超过阈值，则识别出错误。