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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Bordnetz mit hoher Verfügbarkeit während eines Fahrtbetriebes eines Fahrzeugs mit autonomen oder teilautonomen Fahrfunktionen.
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Fahrzeuge, die ein autonomes oder teilautonomes Fahren erlauben, erfordern eine hochverfügbare elektrische Energieversorgung verschiedener sicherheitsrelevanter Komponenten und Funktionen. Insbesondere ist sicherzustellen, dass während der Fahrt ein Fehler oder Defekt im Fahrzeug-Bordnetz nicht oder nur mit minimaler Wahrscheinlichkeit zu einem Verlust von Fahrfunktionen führen kann. Beim Auftreten eines Fehlers oder Defekts in dem Fahrzeug-Bordnetz muss zumindest für eine bestimmte Zeitspanne sichergestellt werden, dass sicherheitsrelevante Komponenten oder Funktionen noch arbeiten, bis ein Fahrer des Fahrzeugs dieses sicher zum Stillstand bringen kann. Zu derartigen Komponenten gehören beispielsweise eine dynamische Stabilitätskontrolle, eine elektrische Lenkung, eine Anzeige- und Bedienkomponente, ein Fahrerassistenzsystem und dergleichen.
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Beeinträchtigt werden kann die Verfügbarkeit des Fahrzeug-Bordnetzes durch eine Vielzahl an unterschiedlichen Fehlern. Diese werden anhand von 1, welche eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Fahrzeug-Bordnetzes zeigt, erläutert.
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Das Fahrzeug-Bordnetz 1, das beispielhaft auf eine Nenn-Spannung von 12 Volt ausgelegt ist, umfasst beispielhaft einen Generator G als Energiequelle, zwei Energiespeicher Batt1, Batt2 sowie drei Verbraucher V, S, EPS. Bei einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug ist die Energiequelle ein DC/DC-Wandler. Sämtliche der genannten Komponenten G, Batt1, Batt2, V, S, EPS sind an ein gemeinsames physisches Bordnetz, bestehend aus Kabeln und Stromverteilern, angeschlossen. In dem physischen Bordnetz ist darüber hinaus eine optionale Sicherheitsbatterieklemme SBK vorgesehen, wobei die Sicherheitsbatterieklemme SBK zwischen dem Energiespeicher Batt1 und den Komponenten G, Batt2 angeordnet ist. Die Sicherheitsbatterieklemme SBK unterteilt das physische Bordnetz in einen ersten Teilstrang, an den die Batterie Batt1 angeschlossen ist, und einen zweiten Teilstrang, an den der Generator G und der zweite Energiespeicher Batt2 angeschlossen sind. An dem ersten Teilstrang sind ferner beispielhaft zwei Stromverteiler SV, SH angeschlossen. Jeder der Stromverteiler SV, SH umfasst eine Anzahl an Klemmen KL bzw. Sicherungen, an die die Verbraucher V, S, ERS bzw. weitere Komponenten des Fahrzeug-Bordnetzes angeschlossen sind. Entgegen der zeichnerischen Darstellung könnten die Verbraucher V, S, EPS auch an jeweils eine der Klemmen KL des Stromverteilers SH angeschlossen sein.
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Die Sicherheitsbatterieklemme SBK ist üblicherweise ein einmalig betätigbares, pyrotechnisches Schaltelement. Im Normalfall sind der erste und der zweite Teilstrang über die Sicherheitsbatterieklemme SBK permanent elektrisch leitend miteinander verbunden. Lediglich im Falle eines Crashs wird aus Sicherheitsgründen, z.B. unter Nutzung eines von einem Airbag-Steuergerät ausgegebenen Signals, die Sicherheitsbatterieklemme SBK durch entsprechende Ansteuerung geöffnet, um die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Teilstrang und dem zweiten Teilstrang aufzutrennen. Ferner werden hierdurch auch die Stromverteiler SV, SH von dem zweiten Energiespeicher Batt2 und vom Generator G elektrisch getrennt.
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Die Versorgung der Verbraucher kann jedoch auch durch andere Defekte in unerwünschterweise hervorgerufen werden. Ein Defekt des Generators G kann je nach Art des Defekts unterschiedliche Auswirkungen haben. Erzeugt der Generator G eine Spannung, die kleiner als die Batteriespannung ist, so werden die Energiespeicher Batt1, Batt2 entladen. Dies führt schließlich zum Ausfall des oder der Energiespeicher Batt1, Batt2, so dass auch die Verbraucher des Fahrzeug-Bordnetzes nicht mehr mit Energie versorgt werden können. Ist die von dem Generator G erzeugte Spannung größer als eine erste vorgegebene Schwelle, so wird oder werden die Energiespeicher Batt1, Batt2 überladen. Auch dies führt letztendlich zum Ausfall des oder der Energiespeicher Batt1, Batt2. Übersteigt die von dem Generator G erzeugte Spannung einen zweiten Schwellwert, so erkennen in den Verbrauchern eingebaute Überspannungsschaltungen das Überschreiten dieser Spannungswelle und schalten die entsprechenden Verbraucher ab.
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Fällt hingegen beispielsweise der erste Energiespeicher Batt1 aus, so können die an den Stromverteilern SV, SH angeschlossenen Verbraucher über den Generator G und/oder den zweiten Energiespeicher Batt2 zumindest für eine bestimmte Zeit noch mit Energie versorgt werden.
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Ein weiteres Problem, das zum Ausfall einzelner oder mehrerer Verbraucher führen kann sind Ausfälle oder Defekte am physischen Bordnetz, wie z.B. Kabel oder Stromverteiler. Beispielsweise kann sich durch Kontaktkorrosion oder gealterte Sicherungen das Spannungsniveau des Fahrzeug-Bordnetzes verschlechtern, bis hin zum Ausfall von Komponenten.
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Auch durch Leitungsbruch oder auftretende Kurzschlüsse kann die Funktionsfähigkeit einzelner oder aller Komponenten beeinträchtigt werden.
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Das Auftreten der beschriebenen Fehler in einem wie in 1 dargestellten Fahrzeug-Bordnetz führt somit dazu, dass bei einem Fahrzeug bestimmte Funktionen ab dem Zeitpunkt des Auftreten des Fehlers nicht mehr zur Verfügung stehen, so dass eine sichere Fahrzeugbewegung nicht mehr gewährleistet werden kann. Dies trifft insbesondere auf Fahrzeuge mit autonomen oder teilautonomen Fahrfunktionen zu.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug-Bordnetz anzugeben, dessen Verfügbarkeit beim Auftreten eines Fehlers verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Fahrzeug-Bordnetz gemäß den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Es wird ein Fahrzeug-Bordnetz vorgeschlagen, welches ein erstes Teilnetz, an das zumindest ein erster Energiespeicher angeschlossen ist zur Einspeisung von Energie und/oder zur Entnahme von Energie, sowie ein zweites Teilnetz, an das zumindest eine Energiequelle angeschlossen ist, zur Einspeisung von Energie und/oder zur Entnahme von Energie, umfasst. Ein steuerbares Entkoppelelement verbindet das erste Teilnetz mit dem zweiten Teilnetz elektrisch miteinander, wobei das Entkoppelelement dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines Ansteuersignals einen Energiefluss zwischen dem ersten Teilnetz und dem zweiten Teilnetz zu ermöglichen oder zu verhindern. Das Fahrzeug-Bordnetz umfasst ferner eine Anzahl an Verbrauchern, wobei zumindest eine Teilanzahl der Anzahl an Verbrauchern mit dem ersten und mit dem zweiten Teilnetz gekoppelt ist und in Abhängigkeit einer Betriebssituation aus dem ersten und/oder aus dem zweiten Teilnetz mit Energie versorgbar ist.
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Ein derartiges Fahrzeug-Bordnetz ermöglicht für die Teilanzahl der Anzahl an Verbrauchern, die sowohl mit dem ersten und dem zweiten Teilnetz gekoppelt sind, die Versorgung mit Energie, auch wenn in einem der Teilnetze ein unerwarteter Fehler auftritt. Die Redundanz wird durch das Vorsehen des steuerbaren Entkoppelelements bereitgestellt, welche die Teilanzahl der Anzahl an Verbrauchern wahlweise aus dem ersten und/oder dem zweiten Teilnetz mit Energie versorgt. Im Ergebnis können sicherheitsrelevante Funktionen durch deren intelligente Energieversorgung gewährleistet werden, wobei die Bereitstellung dieser Funktionalität nur mit geringen Modifikationen gegenüber der herkömmlichen Architektur verbunden ist.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst das Entkoppelelement ein reversibel steuerbares Schaltelement, das im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes mittels eines ersten Steuersignals leitend geschaltet und beim Auftreten eines Fehlers in dem ersten oder dem zweiten Teilnetz mittels des ersten Steuersignals sperrend geschaltet ist.
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Wie eingangs beschrieben, kann das Auftreten eines Fehlers einen Fehler in der Verkabelung des ersten oder zweiten Teilnetzes, oder einer an das erste bzw. zweite Teilnetz angeschlossenen Komponente (z.B. Energiequelle, Energiespeicher oder Verbraucher) hervorgerufen sein. Das reversibel steuerbare Schaltelement kann beispielsweise ein Halbleiterschaltelement, wie z.B. ein MOSFET und dergleichen, oder ein Relais sein. Im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes verbindet das reversibel steuerbare Schaltelement das erste und das zweite Teilnetz elektrisch miteinander. Erst beim Auftreten des Fehlers wird die elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz mittels des reversibel steuerbaren Schaltelements aufgetrennt. Die Versorgung der Teilanzahl der Verbraucher erfolgt dann über dasjenige Teilnetz, bei dem die Energieversorgung noch ungestört möglich ist.
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Es ist dabei ausreichend, wenn die Bereitstellung der Energieversorgung aus dem nicht fehlerbehafteten Teilnetz lediglich für eine bestimmte Zeit ermöglicht wird. In diesem Zeitraum zwischen dem Auftreten des Fehlers und dem Erschöpfen der Energieversorgung hat der Fahrer des Fahrzeugs ausreichend Zeit, das gegebenenfalls autonom oder teilautonom betriebene Fahrzeug sicher zum Stillstand zu bringen.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Entkoppelelement alternativ oder zusätzlich zu dem reversibel Schaltelement einen Gleichspannungswandler umfasst, der im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes mittels eines zweiten Steuersignals derart angesteuert ist, dass dieser Energie von dem ersten Teilnetz zu dem zweiten Teilnetz, oder umgekehrt, überträgt. Hierdurch kann beispielsweise eine Versorgung der Teilanzahl an Verbraucher aus beiden Teilnetzen ermöglicht werden. Dies ist beispielsweise bei einer elektrisch ausgebildeten Lenkung möglich, deren Elektroantrieb zwei Spulen aufweist, von denen eine aus dem ersten Teilnetz und die andere aus dem zweiten Teilnetz versorgt wird.
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Ferner kann der Gleichspannungswandler beim Auftreten eines Fehlers in dem ersten oder dem zweiten Teilnetz mittels des zweiten Steuersignals derart angesteuert werden, dass dieser eine Energieübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz verhindert. In diesem Fall entspricht die Funktion des Gleichspannungswandlers der Funktion des oben beschriebenen reversibel steuerbaren Schaltelements.
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Umfasst das Entkoppelelement sowohl das reversibel steuerbare Schaltelement als auch den Gleichspannungswandler, so sind diese parallel geschaltet. Beim Auftreten eines Fehlers müssen dann das reversibel steuerbare Schaltelement sperrend geschaltet und der Gleichspannungswandler abgeschaltet werden, um die elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz aufzutrennen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann das Entkoppelelement auch die eingangs beschriebene Funktionalität der Sicherheitsbatterieklemme umfassen, gemäß der eine Auftrennung der elektrischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz im Falle eines detektierten Crashs (d.h. dem Übersteigen einer vorgegebenen Beschleunigungsschwelle) erfolgt.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst das Fahrzeug-Bordnetz ferner zumindest einen ersten Stromverteiler und zumindest einen zweiten Stromverteiler. Der zumindest eine erste Stromverteiler umfasst eine Mehrzahl an ersten Klemmen, an die jeweils eine Anzahl an Verbraucher angeschlossen ist, wobei der zumindest eine erste Stromverteiler an das zweite Teilnetz angeschlossen ist. Der zumindest eine zweite Stromverteiler umfasst eine Mehrzahl an zweiten Klemmen, an die jeweils die Teilanzahl der Anzahl an Verbrauchern angeschlossen ist, wobei der zweite Stromverteiler an das erste Teilnetz angeschlossen ist. Die zumindest eine Teilanzahl der Anzahl an Verbrauchern ist in Abhängigkeit der Betriebssituation von dem ersten und/oder dem zweiten Stromverteiler mit Energie versorgbar. Gemäß dieser Ausgestaltung werden der erste und der zweite Stromverteiler zur redundanten Versorgung der Teilanzahl an Verbrauchern genutzt.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung sind die mit dem ersten und dem zweiten Teilnetz gekoppelten Verbraucher sicherheitsrelevante Komponenten des Fahrzeugs, die für die Aufrechterhaltung oder Durchführung einer autonomen Bewegung des Fahrzeugs notwendig sind oder genutzt werden. Insbesondere fallen hierunter Komponenten, die für eine Querführung des Fahrzeugs erforderlich sind, wie z.B. eine Lenkung. Sicherheitsrelevante Komponenten können darüber hinaus auch ein Fahrerassistenzsystem oder eine dynamische Stabilitätskontrolle oder eine / mehrere Anzeige-Bedieneinheiten oder Gateways für Bussysteme sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass an das zweite Teilnetz zumindest ein zweiter Energiespeicher angeschlossen ist. Während der erste Energiespeicher beispielsweise eine herkömmliche Bleibatterie ist, kann es sich bei dem zweiten Energiespeicher um einen Supercap oder eine Lithium-Ionen-Batterie handeln, welche jeweils zur Aufnahme und Abgabe von Erzeugungsspitzen und Lastspitzen ausgebildet sind. Durch das Vorsehen eines zweiten Energiespeichers kann darüber hinaus auch eine Optimierung der Dimensionierung des ersten und des zweiten Energiespeichers erfolgen.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung kann das Fahrzeug-Bordnetz eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Entkoppelelements umfassen, die dazu ausgebildet ist, beim Erhalt eines Fehlersignals, das das Erkennen eines sicherheitskritischen Fehlers signalisiert, das ansonsten leitend geschaltete Entkoppelelement sperrend zu schalten und gleichzeitig die Teilanzahl der Verbraucher, die mit dem ersten und dem zweiten Teilnetz gekoppelt sind, durch Ansteuerung ausschließlich elektrisch mit dem ersten oder dem zweiten Teilnetz, das den sicherheitskritischen Fehler nicht aufweist, zu verbinden. Die Steuereinheit kann Bestandteil des Entkoppelelements sein. Die Steuereinheit kann ein externes Steuergerät sein. Wie eingangs beschrieben kann der sicherheitskritische Fehler ein Kurzschluss bzw. eine Über- oder Unterspannung in einem Teil des Fahrzeug-Bordnetzes sein. Um die Teilanzahl der Verbraucher ausschließlich elektrisch mit dem ersten oder dem zweiten Teilnetz, das den sicherheitskritischen Fehler nicht ausweist, zu verbinden, kann in den betreffenden Verbrauchern eine entsprechende Schalteinrichtung vorgesehen sein, welche eine Umschaltung auf das fehlerfreie Teilnetz zur Energieversorgung vornimmt. Gleichzeitig wird in Abhängigkeit des Inhalts des Fehlersignals eine elektrische Verbindung zu dem fehlerbehafteten Teilnetz aufgelöst. Diese Ausgestaltung sieht vor, die Trennung der beiden Teilnetze im sicherheitsrelevanten Fall in Echtzeit bzw. ereignisgesteuert durchzuführen.
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Gemäß einer anderen Betriebsstrategie, die insbesondere beim Vorhandensein des zweiten Energiespeichers des zweiten Teilnetzes zum Einsatz kommen kann, kann das Entkoppelelement bereits vor Eintreten eines sicherheitskritischen Fehlers, z.B. direkt nach dem Start des Fahrzeugs, geöffnet werden, d.h. eine Auftrennung von erstem und zweitem Teilnetz vornehmen. Die Versorgung der Teilanzahl an Verbrauchern erfolgt dann, bei entsprechend leistungsfähigem Generator oder zweiten Energiespeicher, aus dem zweiten Teilnetz. Dies hat gleichzeitig zur Folge, dass der erste Energiespeicher entsprechend kleiner dimensioniert werden kann. Das Entkoppelelement kann in dieser Ausgestaltungsvariante beispielsweise durch ein Relais realisiert sein. Umfasst das Entkoppelelement zusätzlich den Gleichspannungswandler, so kann über diesen ein Energieausgleich erfolgen.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist das Fehlersignal durch eine Fehlerdetektionseinheit erzeugbar, welche dazu ausgebildet ist, zu erkennen, ob der Fehler in dem ersten oder dem zweiten Teilnetz auftritt. In Abhängigkeit des Inhalts des Fehlersignals kann dann eine entsprechende Verbindung mit dem betreffenden, keinen Fehler aufweisenden, Teilnetz erfolgen.
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Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1: eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Fahrzeug-Bordnetzes und
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2: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Fahrzeug-Bordnetzes.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgebildeten Fahrzeug-Bordnetzes 1. Das Fahrzeug-Bordnetz ist in ein erstes Teilnetz 10 und ein zweites Teilnetz 20 unterteilt. Das erste und das zweite Teilnetz 10, 20 sind über ein Entkoppelelement EE miteinander gekoppelt. Entsprechend einer Ansteuerung des Entkoppelelements EE können das erste Teilnetz 10 und das zweite Teilnetz 20 elektrisch miteinander verbunden sein oder keine elektrische Verbindung zueinander aufweisen.
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Das erste Teilnetz umfasst im elektrischen Ersatzschaltbild einen ersten Energiespeicher Batt1. Bei dem ersten Energiespeicher Batt1 handelt es sich um eine 12V-Batterie des Fahrzeug-Bordnetzes 1, beispielsweise einen Blei-Akkumulator.
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An das zweite Teilnetz 20 sind im elektrischen Ersatzschaltbild eine Energiequelle in Gestalt eines Generators G, ein optionaler zweiter Energiespeicher Batt2 und ein oder mehrere optionale Verbraucher V angeschlossen. Der Generator G wird beispielsweise mechanisch von einem Verbrennungsmotor angetrieben, der die Rotationsenergie in elektrische Energie wandelt. Sofern es sich bei dem Fahrzeug um ein elektrifiziertes Fahrzeug wie z.B. einen Plug-In-Hybrid-Fahrzeug oder ein Hybrid-elektrisches Fahrzeug oder ein batteriebetriebenes Fahrzeug handelt, ist anstelle des Generators G ein DC/DC Wandler vorgesehen. In entsprechender Weise ist eine Dimensionierung des ersten Energiespeichers Batt1 für einen teilautonomen Fahrbetrieb erforderlich. Der zweite Energiespeicher Batt2 ist beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie. Der zweite Energiespeicher Batt2 ist in der Lage, in kurzer Zeit große Ströme aufzunehmen oder, wenn ein Verbraucher V kurzzeitig einen hohen Strombedarf aufweist, einen entsprechend hohen Strom abzugeben. Optional kann das zweite Teilnetz 20 auch einen oder mehrere weitere Energiespeicher, wie z.B. Doppelschichtkondensatoren (Supercaps) umfassen. Der lediglich optional direkt an das zweite Teilnetz angeschlossene Verbraucher V kann eine beliebige Stromverbraucherkomponente, wie z.B. ein Startermotor und dergleichen, sein.
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Entgegen der zeichnerischen Darstellung der Anbindung des Verbrauchers V an das zweite Teilnetz 20 sind die in einem Fahrzeug verbauten Verbraucher an den Klemmen eines Stromverteilers angeschlossen. Typischerweise weist ein Fahrzeug einen oder mehrere solcher Stromverteiler auf. In 2 sind zwei erste Stromverteiler SV, SH an das zweite Teilnetz 20 angeschlossen. Jeder der ersten Stromverteiler SV, SH umfasst eine individuelle Anzahl an Klemmen KL, wobei jeder der Klemmen eine oder mehrere Sicherungen zugeordnet sind. Sämtliche oder zumindest die überwiegende Mehrzahl an Verbrauchern des Fahrzeug-Bordnetzes, welche im Detail nicht näher dargestellt sind, sind an jeweilige Klemmen KL der ersten Stromverteiler SV, SH angeschlossen. Die ersten Stromverteiler SV, SH sind dabei typischerweise an räumlich unterschiedlichen Stellen im Fahrzeug angeordnet. Beispielsweise ist der erste Stromverteiler SV im vorderen Bereich des Fahrzeugs und der erste Stromverteiler SH im hinteren Teil des Fahrzeugs angeordnet. Dadurch kann die elektrisch Anbindung der jeweiligen Verbraucher bzw. Komponenten mit verhältnismäßig kurzen Leitungen erfolgen. Die elektrische Anbindung der ersten Stromverteiler SV, SH an das erste bzw. das zweite Teilnetz 10, 20 ist über das Entkoppelelement EE realisiert.
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In entsprechender Weise ist ein zweiter Stromverteiler SV2, der eine Anzahl an Klemmen KL aufweist, über das Entkoppelelement EE mit dem ersten Teilnetz 10 elektrisch verbunden.
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Während manche, in 2 nicht näher dargestellte Verbraucher bzw. Komponenten lediglich mit einer Klemme KL eines der ersten Stromverteiler SV, SH elektrisch verbunden sind, um aus dem zweiten Teilnetz 20 mit Energie versorgt zu werden, sind sicherheitsrelevante Verbraucher bzw. Komponenten S, EPS sowohl mit dem zweiten Stromverteiler SV2 als auch mit einem der ersten Stromverteiler (hier: erster Stromverteiler SV) gekoppelt. In Abhängigkeit einer Betriebssituation des Fahrzeug-Bordnetzes 1 werden diese sicherheitskritischen Verbraucher S, EPS aus dem ersten Teilnetz 10 und/oder aus dem zweiten Teilnetz mit Energie versorgt. Um die wahlweise Versorgung mit Energie aus einem der beiden Teilnetze 10, 20 realisieren zu können, verfügen die Verbraucher S, EPS über entsprechende Schaltmittel, welche die Verbraucher entweder mit dem ersten Stromverteiler SV oder dem zweiten Stromverteiler SV2 elektrisch verbinden.
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Das Entkoppelelement EE ist in der einfachsten Ausgestaltung ein reversibel steuerbares Schaltelement S1, z.B. ein Halbleiterschaltelement oder ein Relais. In einem bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes 1 ist das Schaltelement S1 mittels eines ersten Steuersignals leitend geschaltet und verbindet dadurch das erste und das zweite Teilnetz 10, 20 elektrisch miteinander. In diesem bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes werden die Verbraucher S, EPS über den ersten Stromverteiler SV aus dem zweiten Teilnetz 20 mit Energie versorgt. Beim Auftreten eines Fehlers, beispielsweise einem Defekt des Generators G, wird das Schaltelement S1 sperrend geschaltet, d.h. geöffnet. Gleichzeitig wird durch das erwähnte Schaltmittel in den jeweiligen Verbrauchern S, EPS eine Umschaltung von dem ersten Stromverteiler SV auf dem zweiten Stromverteiler SV2 vorgenommen. Die sicherheitskritischen Verbraucher S, EPS können nunmehr aus dem ersten Teilnetz 10 bzw. dem daran angeschlossenen ersten Energiespeicher Batt1 mit Energie versorgt werden.
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Da der Energieinhalt des ersten Energiespeichers Batt1 begrenzt ist, kann die Energieversorgung der Verbraucher S, EPS lediglich für eine bestimmte Zeitdauer sichergestellt werden. Diese Zeitdauer und damit der Energieinhalt des ersten Energiespeichers Batt1 muss derart bemessen werden, dass seit dem Auftreten des Fehlers in dem zweiten Teilnetz 20 das Fahrzeug z.B. noch sicher zum Stehen gebracht werden kann. Hierzu kann es beispielsweise ausreichend sein, zum Zeitpunkt des Auftretens des Fehlers den Fahrer akustisch und/oder optisch über das Auftreten des Fehlers zu informieren, so dass dieser z.B. innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer das Fahrzeug sicher zum Stillstand bringen kann. Die Zeitdauer sollte zumindest 10 Sek. betragen.
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Aus dieser Beschreibung ergibt sich, dass aus Gründen der Energieeffizienz lediglich sicherheitsrelevante Verbraucher bzw. Komponenten redundant entweder über den ersten oder den zweiten Stromverteiler mit Energie versorgt werden sollten. Solche Verbraucher sind beispielsweise Komponenten, die zur Querführung des Fahrzeugs benötigt werden, wie z.B. ein Motor zur Ansteuerung einer Lenkung.
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Die Ansteuerung des Entkoppelelements EE und der Schaltmittel in den Verbrauchern S, EPS kann mit dem gleichen Signal erfolgen, so dass mit dem Auftrennen der elektrischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz 10, 20 auch gleichzeitig eine Umschaltung auf das fehlerfreie Teilnetz erfolgen kann.
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Anstelle des Schaltelements S1 kann das Entkoppelelement EE auch einen Gleichspannungswandler DC/DC umfassen. Der Gleichspannungswandler DC/DC kann in einer Weise angesteuert werden, die der Funktionalität des eben beschriebenen Schaltelements S1 entspricht. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, durch geeignete Ansteuerung des Gleichspannungswandlers DC/DC im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes diesen derart anzusteuern, dass die Verbraucher S, EPS sowohl über den ersten als auch über den zweiten Stromverteiler SV, SV2 mit Energie versorgt werden. Es versteht sich, dass hierzu die in den Verbrauchern S, EPS enthaltenen Schaltelemente entsprechend angesteuert sein müssen, so dass eine elektrische Verbindung sowohl zu dem ersten als auch zu dem zweiten Stromverteiler SV, SV2 besteht. Beim Auftreten eines Fehlers in dem ersten oder in dem zweiten Teilnetz wird der Gleichspannungswandler DC/DC derart angesteuert, dass dieser die elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz 10, 20 auftrennt, so dass die Versorgung der Verbraucher S, EPS nur noch über einen der beiden Stromverteiler SV, SV2 und damit aus einem der beiden Teilnetze 10, 20 erfolgt.
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In einer weiteren alternativen Ausgestaltung könnten sowohl das Schaltelement als auch der parallel dazu verschaltete Gleichspannungswandler DC/DC vorgesehen sein. Der Schalter S1 und der Gleichspannungswandler DC/DC würden dann beim Auftreten eines Fehlers parallel zueinander angesteuert werden, dass die Teilnetze 10, 20 elektrisch voneinander getrennt sind.
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Um einen Fehler des Gleichspannungswandlers DC/DC erfassen und behandeln zu können, ist ferner seriell zu dem Gleichspannungswandler DC/DC eine Sicherung F vorgesehen, welche durch den ersten Energiespeicher Batt1 ausgelöst werden könnte.
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Die Trennung der beiden Teilnetze 10, 20 im sicherheitsrelevanten Fall erfolgt somit über das Entkoppelelement EE. Dies kann in Echtzeit oder ereignisgesteuert erfolgen, wie dies bereits beschrieben wurde.
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Eine alternative Betriebsstrategie besteht darin, dass bereits vor dem Eintreten eines sicherheitsrelevanten Ereignisses das Entkoppelelement EE geöffnet wird. Voraussetzung, die an den Stromverteilern SV und SH angeschlossenen Verbraucher mit Energie zu versorgen, ist eine ausgleichende Leistungsfähigkeit des Generators G bzw. beim Vorhandensein des zweiten Energiespeichers Batt2 ein ausreichender Energieinhalt dieses zweiten Energiespeichers.
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In einer Ausgestaltung kann der Standenergie- oder Ruhestrombedarf des Fahrzeugs synergetisch über die beiden Energiespeicher Batt1 und Batt2 versorgt werden. Dies reduziert die Dimensionierung des zweiten Energiespeichers Batt2. Das Nachladen bzw. Vollladen kann bei teilentladenem ersten Energiespeicher Batt1 und geöffnetem Schaltelement S1 über den dann parallel geschalteten Gleichspannungswandler DC/DC erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug-Bordnetz
- 10
- erstes Teilnetz
- 20
- zweites Teilnetz
- Batt1
- erster Energiespeicher
- Batt2
- zweiter Energiespeicher
- EE
- Entkoppelelement
- DC/DC
- Gleichspannungswandler
- F
- Sicherung
- G
- Generator
- KL
- Klemmen
- S, EPS
- sicherheitsrelevante Verbraucher
- V
- Verbraucher
- SV, SH
- erster Stromverteiler
- SV2
- zweiter Stromverteiler
