DE10020141B4 - Electrical system - Google Patents
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Abstract
Bordnetzsystem, umfassend mindestens ein Fahrzeugbordnetz und mindestens ein Teilbordnetz, in dem sicherheitsrelevante Verbraucher angeordnet sind, wobei das Fahrzeugbordnetz und das Teilbordnetz mit den sicherheitsrelevanten Verbrauchern auf dem gleichen Spannungsniveau arbeiten, wobei zwischen dem Fahrzeugbordnetz und dem Teilbordnetz ein DC/DC-Wandler angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum DC/DC-Wandler (23) eine Leistungsdiode (21) mit einem ersten nachgeordneten Schaltelement (22) und in Reihe zur Parallelschaltung mindestens ein zweites Schaltelement (24, 25) angeordnet ist.Electrical system, comprising at least one vehicle electrical system and at least one onboard electrical system, are arranged in the safety-relevant consumer, the On-board vehicle network and the on-board electrical network with the safety-relevant ones Consumers work at the same voltage level, with between the vehicle electrical system and the sub-board network, a DC / DC converter arranged is, characterized in that parallel to the DC / DC converter (23) a power diode (21) having a first downstream switching element (22) and in series with the parallel circuit at least one second switching element (24, 25) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft ein Bordnetzsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a wiring system according to the preamble of the claim 1.
Im zunehmenden Maße finden in modernen Kraftfahrzeugen X-by wire-Systeme Anwendung. Dabei werden bisher rein mechanische Komponenten wie Bremse oder Lenkung durch elektrische Aktuatoren ersetzt. Ein Problem bei derartigen Systemen ist, daß auch bei Ausfall der Energieversorgung eine sichere Betriebsweise dieser sicherheitsrelevanten Verbraucher gewährleistet sein muß.in the increasing dimensions find application in modern motor vehicles X-by-wire systems. It will be so far purely mechanical components such as brake or steering by electric Replaced actuators. A problem with such systems is that even at Failure of the power supply a safe operation of this safety-relevant consumer must be guaranteed.
Daher ist es bekannt, diese sicherheitsrelevanten Verbraucher in einem separaten Teilbordnetz anzuordnen. Hierzu wird dieses Teilbordnetz mit einer eigenen Spannungsversorgung ausgebildet und über einen DC/DC-Wandler mit dem Fahrzeugbordnetz verbunden. Über den DC/DC-Wandler sind die beiden Netze voneinander entkoppelt, wobei über den DC/DC-Wandler ein gerichteter Energiefluß vom Fahrzeugbordnetz zum Teilbordnetz sichergestellt ist. Dieser Energiefluß versorgt die elektrischen Verbraucher und lädt die Energiespeicher des Teilbordnetzes. Dabei ist es bekannt, daß das Teilbordnetz auf dem gleichen Spannungsniveau oder auf einem höheren Spannungsniveau im Vergleich zum Fahrzeugbordnetz arbeitet. Um auch bei Fehlern des Teilbordnetzes die Funktionalität wenigstens partiell zu erhalten, ist es weiter bekannt, die Teilbordnetze redundant auszubilden. So ist es beispielsweise bekannt, die vier elektromechanischen Radbremsanlagen auf zwei Teilbordnetze aufzuteilen. Diese Aufteilung erfolgt entweder achsseitig oder diagonal, so daß auch bei Ausfall eines Teilbordnetzes noch zwei elektromechanische Radbremsanlagen wenigstens die halbe Bremskraft erzeugen, so daß das Kraftfahrzeug noch sicher abgebremst und abgestellt werden kann.Therefore It is known to these security consumers in one separate sub-board network to arrange. For this purpose, this sub-board network designed with its own power supply and a DC / DC converter connected to the vehicle electrical system. On the DC / DC converters are the two networks decoupled from each other, using the DC / DC converters direct a directed power flow from the vehicle electrical system to Part-board network is ensured. This energy flow supplies the electrical consumers and charge the energy storage of the Part onboard network. It is known that the sub-board network on the same voltage level or at a higher voltage level in comparison works to vehicle electrical system. Even with errors of the sub-board network the functionality at least partially, it is further known the sub-network form redundant. So it is known, for example, the four split electromechanical wheel brake systems on two sub-networks. This division takes place either on the axle side or diagonally, so that also at Failure of a sub-board network nor two electromechanical wheel brake generate at least half the braking force, so that the motor vehicle is still safe can be braked and turned off.
Ein sicherheitsrelevantes System wie beispielsweise die elektromechanische Bremse stellt hohe Anforderungen an die Stromversorgung durch eine hohe Stromgrundlast sowie durch eine sehr hohe Belastung durch Spitzenströme, die das 10-fache des Nennstromes betragen können. Damit der DC/DC-Wandler die gesamte Stromversorgung übernehmen kann, muß dieser entsprechend ausgelegt und dimensioniert sein. Derartige DC/DC-Wandler sind jedoch sehr schwer und teuer.One safety-relevant system such as the electromechanical Brake places high demands on the power supply through a high base load and a very high load due to peak currents, the 10 times the rated current. Thus the DC / DC converter take over the entire power supply can, must this be designed and dimensioned accordingly. Such DC / DC converters are but very heavy and expensive.
Aus
der
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Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Bordnetzsystem mit einem sicherheitsrelevante Verbraucher aufweisenden Teilbordnetz zu schaffen, bei dem die Netze einfach und zuverlässig entkoppelt sind. Ein weiteres technisches Problem ist die Schaffung eines Verfahrens zur Überwachung der Entkoppelung.Of the The invention is therefore based on the technical problem of a wiring system with a safety-related consumer having sub-board network in which the networks are decoupled easily and reliably are. Another technical problem is the creation of a process for monitoring the decoupling.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 11. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution the technical problem arises from the objects with the features of the claims 1 and 11. Further advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims.
Hierzu ist zwischen Fahrzeugbordnetz und dem Teilbordnetz eine Leistungsdiode mit nachgeordnetem Schaltelement parallel zu einem DC/DC-Wandler angeordnet und in Reihe zur Parallelschaltung ein weiteres Schaltlelement angeordnet. Die Leistungsdiode ist dabei derart ausgelegt, daß diese im Normalbetrieb die gesamte Stromlast des Teilbordnetzes trägt. Der DC/DC-Wandler hat nur noch die Funktion, einen Ladestrom für die niedrig ausgelegten Energiespeicher in dem Teilbordnetz zur Verfügung zu stellen und kann entsprechend klein dimensioniert werden. Die Leistungsdiode und der DC/DC-Wandler entkoppeln dabei das Teilbordnetz vom Fahrzeugbordnetz, so daß Belastungen des Fahrzeugbordnetzes keine Auswirkungen auf das Teilbordnetz haben. Im Falle von Störungen des Teilbordnetzes kann diese durch das in Reihe geschaltete Schaltelement abgetrennt werden, so daß Rückwirkungen auf das Fahrzeugbordnetz vermieden werden. Bei Störungen der Leistungsdiode, die Auswirkungen auf das Bordnetzsystem hätten, wird über das in Reihe zur Leistungsdiode geschaltete Schaltelement die Leistungsdiode abgeschaltet. Bei Defekten des DC/DC-Wandlers erfolgt die Entkopplung durch Sperren aller Schaltelemente.For this is a power diode between vehicle electrical system and the sub-board network arranged with a downstream switching element in parallel with a DC / DC converter and arranged in series for parallel connection, another switching element. The Power diode is designed such that these in normal operation the carries the entire electricity load of the sub-board network. The DC / DC converter only has the function, a charge current for the low-level energy storage available in the sub-network too and can be sized accordingly small. The power diode and the DC / DC converter decouple the sub-board network from the vehicle electrical system, so that loads of the vehicle electrical system have no effect on the on-board electrical system. In case of disturbances the sub-board network can this through the series-connected switching element be separated, so that repercussions be avoided on the vehicle electrical system. In case of disturbances Power diodes that would affect the on-board electrical system is via the in series with the power diode switched switching element, the power diode off. In the case of defects of the DC / DC converter, decoupling takes place Locking of all switching elements.
Zur Erzeugung einer erhöhten Redundanz kann bei mehreren Teilbordnetzen mit sicherheitsrelevanten Verbrauchern jedem Teilbordnetz eine eigene Entkoppelungsschaltung zugeordnet sein, so daß auch schwere Defekte eines Teilbordnetzes bzw. der zugeordneten Entkopplungsschaltung keinen Einfluß auf die übrigen Teilbordnetze hat.to Generation of an increased Redundancy can occur with multiple subnetworks with safety related Each subboard network has its own decoupling circuit be assigned, so that too severe defects of a sub-board network or the associated decoupling circuit no influence on the remaining Sub-network has.
Ein besonders einfaches Schaltungskonzept ergibt sich, wenn eine einzige Entkopplungsschaltung für alle Teilbordnetze vorgesehen ist. In diesem Fall dient die Leistungsdiode und der DC/DC-Wandler zur Versorgung aller Teilbordnetze, wobei jedem Teilbordnetz ein Schaltelement zugeordnet ist, mittels dessen das Teilbordnetz abtrennbar ist.One particularly simple circuit concept arises when a single Decoupling circuit for all sub-network is provided. In this case, the power diode is used and the DC / DC converter for supplying all sub-network, wherein each sub-board network is associated with a switching element, by means of which the sub-board network is detachable.
Die Überwachung der ordnungsgemäßen Funktion der Schaltungsanordnung kann entweder über eine Spannungsmessung an den Elementen oder durch eine Strommessung erfolgen, wobei bei letzterer die Auswertung und Steuerung der Schaltelemente vereinfacht ist.The supervision the proper function the circuit arrangement can either via a voltage measurement the elements or by a current measurement, with the latter the evaluation and control of the switching elements is simplified.
Durch Auswertung der Stromstärke sowie der Stromrichtung kann auf die Art und den Ort der Fehler zurückgeschlossen werden, so daß dann durch entsprechendes Schalten der Schaltelemente diesem entgegengewirkt werden kann. Wird beispielsweise ein negativer Stromfluß durch die Leistungsdiode erfaßt, so muß diese niederohmig kurzgeschlossen sein. Dies wiederum bedeutet, daß aufgrund der nicht mehr vorhandenen Sperrwirkung der Diode die Netze nicht mehr entkoppelt sind. In diesem Fall muß die Entkopplung durch Sperren des der Leistungsdiode zugeordneten Schaltelementes erfolgen. Wird hingegen ein Diodenstrom ID > IDmax erfaßt, so läßt dies auf einen Kurzschluß hinter der Diode schließen. Dieser kann entweder vor dem Schaltelement der Diode, am Ausgang des DC/DC-Wandlers oder hinter einem Schaltelement der Teilbordnetze sein. Ein Kurzschluß hinter dem Schaltelement eines Teilbordnetzes wird jedoch durch Is > Ismax detektiert und durch Sperren des zugehörigen Schaltelementes behoben. Gilt jedoch ID > IDmax und Ism < 0, so wird zunächst das Schaltelement der Diode gesperrt. Gilt danach immer noch Ism < 0, so ist der Ausgang des DC/DC-Wandlers kurzgeschlossen und alle Schaltelemente müssen gesperrt werden.By evaluating the current and the current direction can be deduced the nature and location of the error, so that it can then be counteracted by appropriate switching of the switching elements. For example, if a negative current flow detected by the power diode, it must be low-resistance short-circuited. This in turn means that due to the no longer existing blocking effect of the diode, the networks are no longer decoupled. In this case, the decoupling must be done by blocking the power diode associated switching element. If, on the other hand, a diode current I D > I Dmax is detected , this indicates a short circuit behind the diode. This can be either before the switching element of the diode, at the output of the DC / DC converter or behind a switching element of the sub-network. However, a short circuit behind the switching element of a sub- electrical system is detected by I s > I smax and remedied by blocking the associated switching element. However, if I D > I Dmax and I sm <0, then the switching element of the diode is first blocked. After that, if I sm <0, then the output of the DC / DC converter is short-circuited and all switching elements must be disabled.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Fig. zeigen:The Invention will be described below with reference to a preferred embodiment explained in more detail. The Fig. Show:
Das
Bordnetzsystem
In
der
Im
Normalbetrieb sind alle Schaltelemente
Die
Schaltungsanordnung
Tritt
nun im ersten Teilbordnetz
Bei
Fehlern im Fahrzeugbordnetz
Eine
weitere mögliche
Fehlerquelle stellt die Leistungsdiode
Tritt
nun hinter der Leistungsdiode
Entsprechend
kann also festgehalten werden, daß die Schaltelemente
Die
Schaltelemente
Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
gemäß
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