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.

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Figure 00000001

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 DE 197 55 050 A1 ist eine Einrichtung zur Energieversorgung in einem Fahrzeugbordnetz für wenigstens zwei gleichartige elektrische Verbraucher bekannt, die mit wenigstens zwei von einem Generator aufladbaren Spannungsspeichern in Verbindung stehen, wobei das Fahrzeugbordnetz ein Mehrspannungsbordnetz mit wenigstens zwei unterschiedlichen Spannungen ist und ein Entkoppelelement zwischen den Spannungsspeichern liegt.From the DE 197 55 050 A1 a device for supplying energy in a vehicle electrical system for at least two similar electrical consumers are known, which are connected to at least two voltage generators can be charged by a generator, wherein the vehicle electrical system is a multi-voltage vehicle electrical system with at least two different voltages and a decoupling element between the voltage storage.

Aus der DE 197 34 598 C1 ist ein sicherheitsrelevantes System wie beispielsweise eine elektrische Bremsanlage oder eine elektrische Lenkanlage für ein Kraftfahrzeug bekannt, mit Verbrauchern, die mit elektrischer Energie betrieben werden, einer elektrischen Energiequelle mit einer ersten Nennspannung, die im Normalbetrieb die Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt, einem elektrischen Energiespeicher mit einer zweiten Nennspannung, der die Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt, wenn an der elektrischen Energiequelle die momentane Betriebsspannung unter einen Grenzwert fällt, einem Umschaltelement, das die Funktion einer Diode ausübt, deren Durchlassrichtung von dem Energiespeicher zu den Verbrauchern weist und das den Energiespeicher mit den Verbrauchern verbindet, wenn an der elektrischen Energiequelle die momentane Betriebsspannung unter den Grenzwert fällt, wobei am Eingang des Umschaltelements im Wesentlichen das Potential anliegt, das der momentanen Betriebsspannung des zweiten Energiespeichers entspricht, und am Ausgang des Umschaltelementes im Wesentlichen das Potential anliegt, das der momentanen Betriebsspannung der Energiequelle entspricht, wobei die Nennspannung des Energiespeichers kleiner ist als die Nennspannung der Energiequelle und die Verbraucher derart beschaffen sind, dass diese mit unterschiedlichen Betriebsspannungen betreibbar sind.From the DE 197 34 598 C1 is a safety-relevant system such as an electric brake system or an electric steering system for a motor vehicle known to consumers who are powered by electrical energy, an electrical energy source with a first nominal voltage, which supplies the consumer with electrical energy in normal operation, an electrical energy storage a second rated voltage, which supplies the consumers with electrical energy when the instantaneous operating voltage falls below a limit at the electrical energy source, a switching element which performs the function of a diode whose direction of passage from the energy store to the consumers and which the energy storage with the Consumers connects when at the electrical energy source, the current operating voltage falls below the limit, wherein at the input of the switching element substantially the potential is applied, the current operating voltage of the second Energiesp eicher corresponds, and at the output of the switching element is substantially the potential corresponding to the current operating voltage of the power source, the rated voltage of the energy storage is less than the rated voltage of the power source and the consumers are such that they are operable with different operating voltages.

Aus der DE 195 40 265 A1 ist eine Energieversorgungseinrichtung für eine elektrische Fahrzeugbremse bekannt, umfassend einen Generator, einen Speicher für das Bordnetz und ein zusätzliches elektrisches Bremsleitungsnetz mit zusätzlichem Speicher, wobei zwischen dem elektrischen Bremsleitungsnetz und dem restlichen Bordnetz ein Strombegrenzer angeordnet ist, der zusätzliche Speicher hochstromfähig ist und die Innenwiderstände der Bauteile aufeinander abgestimmt sind. Vorzugsweise ist der Strombegrenzer mit einem Spannungswandler gekoppelt, so dass der Speicher des Bremsleitungsnetzes auf einem höheren Spannungsniveau betrieben werden kann.From the DE 195 40 265 A1 a power supply device for an electric vehicle brake is known, comprising a generator, a memory for the electrical system and an additional electrical brake pipe network with additional memory, wherein between the electric brake pipe network and the rest of the electrical system, a current limiter is arranged, the additional memory is highly energized and the internal resistances of the Components are coordinated. Preferably, the current limiter is coupled to a voltage converter, so that the memory of the brake pipe network can be operated at a higher voltage level.

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:

1 ein Prinzipschaltbild eines Bordnetzsystems mit zwei Teilbordnetzen mit sicherheitsrelevanten Verbrauchern und 1 a schematic diagram of a wiring system with two sub-board networks with safety-related consumers and

2 ein Prinzipschaltbild einer Schaltung zur bidirektionalen Entkopplung. 2 a schematic diagram of a circuit for bidirectional decoupling.

Das Bordnetzsystem 1 umfaßt ein Fahrzeugbordnetz 2, ein erstes Teilbordnetz 3 und ein zweites Teilbordnetz 4 mit sicherheitsrelevanten Verbrauchern und ein weiteres Teilbordnetz 5 ohne sicherheitsrelevante Verbraucher. Das Fahrzeugbordnetz 2 umfaßt einen Generator 6, eine Bordnetzbatterie 7, einen Starter 8 und elektrische Verbraucher 9. Des weiteren sind dem Generator 6, eine Bordnetzbatterie 7, einen Starter 8 und elektrische Verbraucher 9 zugeordnet. Das Teilbordnetz 5 umfaßt weitere elektrische Verbraucher 12 und ist über einen DC/DC-Wandler 13 mit dem Fahrzeugbordnetz 2 verbunden. Über eine Schaltung 14 ist das Fahrzeugbordnetz 2 mit dem ersten und zweiten Teilbordnetz 3, 4 verbunden. Das erste Teilbordnetz 3 umfaßt erste sicherheitsrelevante Verbraucher 15, 16 und eine erste Spannungsversorgung 17. Das zweite Teilbordnetz 4 umfaßt zweite sicherheitsrelevante Verbraucher 18, 19 und eine zweite Spannungsversorgung 20. Die erste und zweite Spannungsversorgung 17, 20 können dabei je nach Anforderung als Batterie, Akkumulator oder Kondensator ausgebildet sein. Diese sind dabei derart dimensioniert, daß diese nur im Notbetrieb die Spannungsversorgung der sicherheitsrelevanten Verbraucher 15, 16 bzw. 18, 19 übernehmen, wohingegen im Normalbetrieb die Energie durch das Fahrzeugbordnetz 2 geliefert wird. Die sicherheitsrelevanten Verbraucher 15, 16 bzw. 18, 19 sind beispielsweise elektromechanische Bremsanlagen, die jeweils diagonal einem Teilbordnetz 3, 4 zugeordnet sind. So sind beispielsweise die dem vorderen rechten und dem hinteren linken Rad zugeordneten Bremsanlagen im ersten Teilbordnetz 3 und die dem vorderen linken und dem hinteren rechten Rad zugeordneten Bremsanlagen im zweiten Teilbordnetz 4 angeordnet. Im nachfolgenden wird die Spannung im Fahrzeugbordnetz 2 mit UBAT, die Spannung im ersten Teilbordnetz 3 mit UEMB1 und im zweiten Teilbordnetz 4 mit UEMB2 bezeichnet.The wiring system 1 includes a vehicle electrical system 2 , a first sub-board network 3 and a second sub-board network 4 with safety-relevant consumers and another sub-board network 5 without safety-relevant consumers. The vehicle electrical system 2 includes a generator 6 , a wiring system battery 7 , a starter 8th and electrical consumers 9 , Furthermore, the generator 6 , a wiring system battery 7 , a starter 8th and electrical consumers 9 assigned. The sub-board network 5 includes other electrical loads 12 and is via a DC / DC converter 13 with the vehicle electrical system 2 connected. About a circuit 14 is the vehicle electrical system 2 with the first and second sub-board network 3 . 4 connected. The first sub-board network 3 includes first safety-relevant consumers 15 . 16 and a first power supply 17 , The second subnetwork 4 includes second security relevant consumers 18 . 19 and a second power supply 20 , The first and second power supply 17 . 20 can be designed as a battery, accumulator or capacitor depending on the requirements. These are dimensioned such that they only in emergency operation, the power supply of safety-relevant consumers 15 . 16 respectively. 18 . 19 In normal operation, however, the energy is absorbed by the vehicle electrical system 2 is delivered. The safety-relevant consumers 15 . 16 respectively. 18 . 19 are, for example, electromechanical braking systems, each diagonal to a sub-board network 3 . 4 assigned. For example, the brake systems associated with the front right and rear left wheels are in the first sub-board network 3 and the front left and rear right wheels associated brake systems in the second subnetwork 4 arranged. In the following, the voltage in the vehicle electrical system 2 with U BAT , the voltage in the first sub-board network 3 with U EMB1 and in the second sub- board network 4 labeled U EMB2 .

In der 2 ist ein Prinzipschaltbild der Schaltung 14 zur bidirektionalen Entkopplung des Fahrzeugbordnetzes 2 und der beiden Teilbordnetze 3, 4 dargestellt. Die Schaltung 14 umfaßt eine Leistungsdiode 21, ein Schaltelement 22, einen DC/DC-Wandler 23, ein Schaltelement 24 für das erste Teilbordnetz 3 und ein Schaltelement 25 für das zweite Teilbordnetz 4. Eingangsseitig ist ein erster hochohmiger Spannungsteiler 26, 27 angeordnet. Der Spannungsteiler 26, 27 ist mit einer Steuereinheit 28 verbunden, die das Schaltelement 22 schaltet. Des weiteren ist der Leistungsdiode 21 eine Induktivität 29 zugeordnet, die ebenfalls mit der Steuereinheit 28 verbunden ist. Ausgangsseitig ist jeweils ein Spannungsteiler 30, 31 bzw. 32, 33 angeordnet, die den jeweiligen Eingängen der Teilbordnetze 3 bzw. 4 zugeordnet sind. Den Schaltelementen 24, 25 ist jeweils eine weitere Induktivität 34, 35 zugeordnet, die jeweils mit einer Steuereinheit 36, 37 verbunden sind. Die Steuereinheiten 36, 37 schalten die Schaltelemente 24, 25.In the 2 is a schematic diagram of the circuit 14 for bidirectional decoupling of the vehicle electrical system 2 and the two sub-networks 3 . 4 shown. The circuit 14 includes a power diode 21 , a switching element 22 , a DC / DC converter 23 , a switching element 24 for the first sub-board network 3 and a switching element 25 for the second sub-board network 4 , On the input side is a first high-impedance voltage divider 26 . 27 arranged. The voltage divider 26 . 27 is with a control unit 28 connected to the switching element 22 on. Furthermore, the power diode 21 an inductance 29 associated with the control unit 28 connected is. On the output side is a voltage divider 30 . 31 respectively. 32 . 33 arranged, the respective inputs of the sub-network 3 respectively. 4 assigned. The switching elements 24 . 25 is in each case a further inductance 34 . 35 assigned, each with a control unit 36 . 37 are connected. The control units 36 . 37 switch the switching elements 24 . 25 ,

Im Normalbetrieb sind alle Schaltelemente 22, 24 und 25 geschlossen. Über die Leistungsdiode 21 ist das Fahrzeugbordnetz 2 mit den beiden Teilbordnetzen 3, 4 verbunden. Für UBAT > UEMB1,2 ist die Leistungsdiode 21 in Flußrichtung gepolt und ein gerichteter Stromfluß kann von dem Fahrzeugbordnetz 2 in die beiden Teilbordnetze 3, 4 fließen. Dieser Stromfluß ist derart dimensioniert, daß dieser die Energieversorgung der sicherheitstechnischen Verbraucher 15, 16 bzw. 18, 19 deckt. Gilt hingegen UBAT < UEMB1,2, so sperrt die Leistungsdiode 21 und unter Vernachlässigung der Sperrströme sind das Fahrzeugbordnetz 2 und die Teilbordnetze 3, 4 entkoppelt. Der leistungsschwache DC/DC-Wandler 23 transformiert die niedrigere Fahrzeugbordnetzspannung UBAT hoch, so daß dennoch ein geringer Ladestrom für die Spannungsversorgungen 17, 20 verbleibt.In normal operation, all switching elements 22 . 24 and 25 closed. About the power diode 21 is the vehicle electrical system 2 with the two sub-board nets 3 . 4 connected. For U BAT > U EMB1,2 is the power diode 21 polarized in the flow direction and a directed current flow can from the vehicle electrical system 2 in the two sub-networks 3 . 4 flow. This current flow is dimensioned such that this the power supply of safety-related consumers 15 . 16 respectively. 18 . 19 covers. On the other hand, if U BAT <U EMB1,2 , then the power diode blocks 21 and neglecting the reverse currents are the vehicle electrical system 2 and the sub-network 3 . 4 decoupled. The low-power DC / DC converter 23 transforms the lower vehicle electrical system voltage U BAT high, so that nevertheless a low charging current for the power supplies 17 . 20 remains.

Die Schaltungsanordnung 14 hat darüber hinaus die Aufgabe, im Fehlerfall eines Bordnetzes Rückwirkungen auf die anderen Bordnetze zu verhindern, wozu gezielt einzelne Teile des Bordnetzsystems durch die Schaltelemente 22, 24, 25 abschaltbar sind. Hierzu werden die Ströme ID, Is1 und Is2 ausgewertet. Dies soll zunächst anhand des Stromes Is1 erläutert werden. Im Normalbetrieb muß für den Strom Is1 gelten: 0 < Is1 < Is1max. The circuit arrangement 14 has the additional task to prevent repercussions on the other vehicle electrical system in the event of a fault of a vehicle electrical system, including selectively individual parts of the electrical system by the switching elements 22 . 24 . 25 can be switched off. For this purpose, the currents I D , I s1 and I s2 are evaluated. This will first be explained on the basis of the current I s1 . In normal operation, the current I s1 must be: 0 <i s1 <I s1max ,

Tritt nun im ersten Teilbordnetz 3 ein Kurzschluß auf, so gilt UEMB1 = 0. Des weiteren bewirkt der Kurzschluß einen Eingangswiderstand von Null, so daß der Strom durch das Schaltelement 24 stark ansteigt, so daß Is1 > Is1max gilt. Um Rückwirkungen auf das Fahrzeugbordnetz 2 und das andere Teilbordnetz 4 zu verhindern, öffnet bzw. sperrt die Steuereinheit 36 das Schaltelement 24. Des weiteren wird das Schaltelement 24 geöffnet bzw. gesperrt, falls ein umgekehrter Stromfluß Is1 < 0 erfaßt wird, da dies auf einen Kurzschluß vor dem Schaltelement 24 schließen läßt. Sinngemäß gelten diese Ausführungen für Is2.Now step on the first sub-board net 3 a short circuit, then U EMB1 = 0. Furthermore, the short circuit causes an input resistance of zero, so that the current through the switching element 24 increases so strongly that I s1 > I s1max . To repercussions on the vehicle electrical system 2 and the other sub-board network 4 prevents or blocks the control unit 36 the switching element 24 , Furthermore, the switching element 24 opened or disabled, if a reverse current flow I s1 <0 is detected, since this is due to a short circuit in front of the switching element 24 close. Analogously, these statements apply to I s2 .

Bei Fehlern im Fahrzeugbordnetz 2, aufgrund derer der Generator 6 und die Bordnetzbatterie 7 defekt sind oder abgeschaltet werden müssen, gilt UBAT = 0. Da über die gesperrte Leistungsdiode 21 bzw. den DC/DC-Wandler 23 das Fahrzeugbordnetz 2 von den beiden Teilbordnetzen 3, 4 entkoppelt ist, können alle Schaltelemente 22, 24, 25 geschlossen bleiben. Wird dabei die Sperrspannung an der Leistungsdiode 21 aufgrund der Spannungsdifferenz zwischen den Teilbordnetzen 3, 4 und dem Fahrzeugbordnetz so groß, daß ein nennenswerter Sperrstrom durch die Leistungsdiode 21 fließt, so wird dies als Is1,2 < 0 erfaßt und die Schaltelemente 24, 25 geöffnet.In case of errors in the vehicle electrical system 2 , due to which the generator 6 and the electrical system battery 7 are defective or have to be switched off, U BAT = 0 applies. Because of the blocked power diode 21 or the DC / DC converter 23 the vehicle electrical system 2 from the two sub-nets 3 . 4 is decoupled, all the switching elements 22 . 24 . 25 stay closed. Is doing the reverse voltage at the power diode 21 due to the voltage difference between the sub-board networks 3 . 4 and the vehicle electrical system so large that a significant reverse current through the power diode 21 flows, so this is detected as I s1,2 <0 and the switching elements 24 . 25 open.

Eine weitere mögliche Fehlerquelle stellt die Leistungsdiode 21 dar. Im Normalbetrieb gilt: 0 < ID < IDmax. Another possible source of error is the power diode 21 In normal operation: 0 <i D <I Dmax ,

Tritt nun hinter der Leistungsdiode 21 ein Kurzschluß auf, so bewirkt dies ein Ansteigen des Diodenstroms ID > IDmax und das Schaltelement 22 wird geöffnet. Am Ausgang des DC/DC-Wandlers 23 liegt dann ein Potential, so daß normalerweise ein gerichteter Ladestrom für die Spannungsversorgungen 17, 20 verbleibt. Wird hingegen trotz des geöffneten Schaltelementes 22 ein negativer Strom Is1 oder Is2 erfaßt, so befindet sich der Kurzschluß zwischen den Schaltelementen 22 und 24, d. h. der DC/DC-Wandler 23 ist ausgangsseitig kurzgeschlossen. In diesem Fall müssen auch die Schaltelemente 24, 25 geöffnet werden, um eine Rückwirkung auf die Teilbordnetze 3, 4 zu verhindern. Eine weitere mögliche Fehlerart der Leistungsdiode 21 ist, daß diese selbst einen niederohmigen Kurzschluß darstellt. Dies wird durch ID < 0 detektiert und das Schaltelement 22 geöffnet. Des weiteren kann die Leistungsdiode 21 hochohmig defekt sein, so daß ID = 0 gilt. Dies allein reicht jedoch als Bedingung noch nicht aus. Vielmehr muß zusätzlich gelten UBAT > UEMB1,2. Allerdings bewirkt der hochohmige Defekt der Leistungsdiode 21, daß das Fahrzeugbordnetz 2 und die Teilbordnetze 3, 4 entkoppelt sind, so daß keine aktiven Maßnahmen am Schaltelement 22 notwendig sind.Now step behind the power diode 21 a short circuit, this causes an increase of the diode current I D > I Dmax and the switching element 22 will be opened. At the output of the DC / DC converter 23 then there is a potential, so that normally a directed charging current for the power supplies 17 . 20 remains. Will, however, despite the open switching element 22 a negative current I s1 or I s2 detected, so is the short circuit between the switching elements 22 and 24 ie the DC / DC converter 23 is shorted on the output side. In this case, the switching elements must also 24 . 25 be opened to have a retroactive effect on the sub-network 3 . 4 to prevent. Another possible type of fault of the power diode 21 is that this is itself a low-impedance short circuit. This is detected by I D <0 and the switching element 22 open. Furthermore, the power diode 21 be high impedance defective, so that I D = 0 applies. However, this alone is not sufficient as a condition. Rather, in addition, U BAT > U EMB1,2 must apply. However, the high-impedance defect causes the power diode 21 in that the vehicle electrical system 2 and the sub-network 3 . 4 are decoupled, so that no active measures on the switching element 22 necessary.

Entsprechend kann also festgehalten werden, daß die Schaltelemente 22, 24 und 25 immer dann geöffnet werden müssen, wenn der Strom durch sie negativ oder größer als ein zulässiger Grenzwert ist. Bei der Reihenfolge ist zunächst der Strom ID durch die Leistungsdiode 21 zu detektieren, da ein Kurzschluß zwischen Leistungsdiode 21 und Schaltelement 22 auch einen negativen Stromfluß durch die Schaltelemente 24, 25 zur Folge hat, der jedoch durch Öffnen des Schaltelementes 22 behoben wird.Accordingly, it can be noted who that, the switching elements 22 . 24 and 25 must always be opened when the current through them is negative or greater than an allowable limit. In the first order, the current I D through the power diode 21 to detect, as a short circuit between power diode 21 and switching element 22 also a negative current flow through the switching elements 24 . 25 has the consequence, however, by opening the switching element 22 is corrected.

Die Schaltelemente 22, 24, 25 sind vorzugsweise als Leistungshalbleiterschalter ausgebildet, die bereits über eine interne Stromüberwachung verfügen, deren Ergebnisse zur Steuerung der Schaltelemente 22, 24, 25 herangezogen werden können.The switching elements 22 . 24 . 25 are preferably designed as power semiconductor switch, which already have an internal current monitoring, the results of which control the switching elements 22 . 24 . 25 can be used.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 2 entkoppelt eine Schaltungsanordnung 14 zwei Teilbordnetze 3, 4 von einem Fahrzeugbordnetz. Selbstverständlich kann die Schaltungsanordnung 14 entweder nur ein einziges Teilbordnetz oder eine Vielzahl von Teilbordnetzen entkoppeln.In the illustrated embodiment according to 2 decouples a circuit arrangement 14 two sub-networks 3 . 4 from a vehicle electrical system. Of course, the circuit arrangement 14 decoupling either only a single sub-board network or a plurality of sub-board networks.

Claims (13)

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.On-board network system comprising at least one on-board electrical system and at least one sub-board network in which safety-relevant consumers are arranged, the vehicle on-board network and the sub-board network operating with the safety-relevant consumers at the same voltage level, wherein a DC / DC converter is arranged between the vehicle on-board network and the sub-board network, characterized in that parallel to the DC / DC converter ( 23 ) a power diode ( 21 ) with a first downstream switching element ( 22 ) and in series for parallel connection at least one second switching element ( 24 . 25 ) is arranged. Bordnetzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Teilbordnetz (3, 4) mit sicherheitsrelevanten Verbrauchern (15, 16, 18, 19) eine separate Entkopplungsschaltung (14) zugeordnet ist.Vehicle electrical system according to claim 1, characterized in that each sub-board network ( 3 . 4 ) with safety-relevant consumers ( 15 . 16 . 18 . 19 ) a separate decoupling circuit ( 14 ) assigned. Bordnetzsystem nach Anspruch 1, mit mindestens zwei Teilbordnetzen (3, 4) mit sicherheitsrelevanten Verbrauchern (15, 16, 18, 19), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Fahrzeugbordnetz (2) und den Teilbordnetzen (3, 4) ein einziger DC/DC-Wandler (23) mit parallelgeschalteter Leistungsdiode (21) und Schaltelement (22) angeordnet ist, wobei jedem Teilbordnetz (3, 4) ein Schaltelement (24, 25) zugeordnet ist, das zwischen der Parallelschaltung und dem jeweiligen Teilbordnetz (3, 4) verbunden angeordnet ist.Vehicle electrical system according to Claim 1, with at least two sub-board networks ( 3 . 4 ) with safety-relevant consumers ( 15 . 16 . 18 . 19 ), characterized in that between the vehicle electrical system ( 2 ) and the sub-board networks ( 3 . 4 ) a single DC / DC converter ( 23 ) with parallel-connected power diode ( 21 ) and switching element ( 22 ), each sub-board network ( 3 . 4 ) a switching element ( 24 . 25 ) which is connected between the parallel connection and the respective sub-board network ( 3 . 4 ) is arranged connected. Bordnetzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Leistungsdiode (21) und den Schaltelementen (22, 24, 25) ein Voltmeter oder eine andere Spannungsmeßeinrichtung angeordnet ist.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that at the power diode ( 21 ) and the switching elements ( 22 . 24 . 25 ) a voltmeter or other voltage measuring device is arranged. Bordnetzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsdiode (21) und den Schaltelementen (22, 24, 25) Strommeßeinrichtungen zugeordnet sind.Vehicle electrical system according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the power diode ( 21 ) and the switching elements ( 22 . 24 . 25 ) Are assigned to current measuring devices. Bordnetzsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strommeßeinrichtungen Induktivitäten (29, 34, 35) zur induktiven Strommessung umfassen.Vehicle electrical system according to claim 5, characterized in that the current measuring devices inductors ( 29 . 34 . 35 ) for inductive current measurement. Bordnetzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen der Bordnetze (2, 3,4) über hochohmige Spannungsteiler (26, 27; 30, 31; 32, 33) abgreifbar sind.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that the voltages of the vehicle electrical system ( 2 . 3 . 4 ) via high-impedance voltage dividers ( 26 . 27 ; 30 . 31 ; 32 . 33 ) can be tapped. Bordnetzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (22, 24, 25) als Leistungshalbleiterschalter oder als Leistungsrelais ausgebildet sind.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that the switching elements ( 22 . 24 . 25 ) are designed as a power semiconductor switch or as a power relay. Bordnetzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sicherheitsrelevanten Verbraucher (15, 16, 18, 19) als elektromechanische Bremsanlage ausgebildet sind.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that the safety-relevant consumers ( 15 . 16 . 18 . 19 ) are designed as electromechanical brake system. Bordnetzsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils diagonal an einem Kraftfahrzeug angeordneten Bremsanlagen einem Teilbordnetz (3, 4) zugeordnet sind.Vehicle electrical system according to claim 9, characterized in that in each case diagonally arranged on a motor vehicle brake systems a sub-board network ( 3 . 4 ) assigned. Verfahren zur Überwachung eines Bordnetzsystems (1), mit mindestens einem Fahrzeugbordnetz (2) und mindestens einem Teilbordnetz (3, 4), in dem sicherheitsrelevante Verbraucher (15, 16, 18, 19) angeordnet sind, wobei das Fahrzeugbordnetz (2) und das Teilbordnetz (3, 4) auf dem gleichen Spannungsniveau arbeiten, wobei zwischen dem Fahrzeugbordnetz (2) und dem Teilbordnetz (3, 4) ein DC/DC-Wandler (23) angeordnet ist, zu dem parallel ein Leistungsdiode (21) mit Schaltelement (22) geschaltet ist und zwischen Parallelschaltung und dem Teilbordnetz (3, 4) ein in Reihe geschaltetes zweites Schaltelement (24, 25) angeordnet ist, umfassend folgende Verfahrensschritte: a) Erfassen des Stromes ID durch die Leistungsdiode (21) und b) Sperren des in Reihe zur Leistungsdiode (21) angeordneten Schaltelementes (22), falls ID < 0 oder ID > IDmax erfaßt wird.Method for monitoring a vehicle electrical system ( 1 ), with at least one vehicle electrical system ( 2 ) and at least one sub-board network ( 3 . 4 ), in which safety-relevant consumers ( 15 . 16 . 18 . 19 ), wherein the vehicle electrical system ( 2 ) and the sub-board network ( 3 . 4 ) operate at the same voltage level, whereby between the vehicle electrical system ( 2 ) and the sub-board network ( 3 . 4 ) a DC / DC converter ( 23 ), parallel to which a power diode ( 21 ) with switching element ( 22 ) and between parallel connection and the sub-board network ( 3 . 4 ) a series-connected second switching element ( 24 . 25 ), comprising the following method steps: a) detecting the current I D through the power diode ( 21 ) and b) blocking in series with the power diode ( 21 ) arranged switching element ( 22 ) if I D <0 or I D > I Dmax is detected . Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom Is1, 2 über das zweite Schaltelement (24, 25) erfaßt wird und dieses gesperrt wird, falls der Strom Is < 0 oder Is > Ismax erfaßt wird.Method according to claim 11, characterized in that the current I s1 , 2 via the second switching element ( 24 . 25 ) is detected and this is disabled if the current I s <0 or I s > I smax detected becomes. Verfahren nach Anspruch 12, mit mehreren zweiten Schaltelementen (24, 25), dadurch gekennzeichnet, daß bei Erfassung von Is1 > Is1max und Is2 < 0 zunächst das Schaltelement (24) gesperrt wird und bei Erfassung von Is2 > Is2max und Is1 < 0 zunächst das Schaltelement (25) gesperrt wird.Method according to Claim 12, with a plurality of second switching elements ( 24 . 25 ), characterized in that upon detection of I s1 > I s1max and I s2 <0, first the switching element ( 24 ) is blocked and upon detection of I s2 > I s2max and I s1 <0 first the switching element ( 25 ) is locked.
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