DE102015208927A1 - Method for monitoring a vehicle electrical system - Google Patents

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Anordnung zum Überwachen eines Bordnetzes (10) mit einer Anzahl an Komponenten (18), bei dem ein Spannungsverlauf im Bordnetz (10) erfasst und mit einer Diagnoseeinheit (22) ausgewertet wird, und anhand der Auswertung erkannt wird, welche der Komponenten (18) defekt ist, vorgestellt.A method and an arrangement for monitoring an electrical system (10) having a number of components (18), in which a voltage profile in the vehicle electrical system (10) is detected and evaluated by a diagnostic unit (22), are identified on the basis of the evaluation, which of the components (18) is defective presented.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Bordnetzes, insbesondere eines Bordnetzes in einem Kraftfahrzeug, und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for monitoring a vehicle electrical system, in particular a vehicle electrical system in a motor vehicle, and an arrangement for carrying out the method.

Stand der TechnikState of the art

Unter einem Bordnetz, das auch als Energiebordnetz bezeichnet wird, wird die Gesamtheit aller elektrischen Komponenten in einem Kraftfahrzeug verstanden. Komponenten des Bordnetzes sind bspw. Generatoren, Energiespeicher, Bussysteme, Aktoren, Sensoren, Steuergeräte, die Verkabelung und Anzeigeelemente. Da die uneingeschränkte Funktionsfähigkeit des Bordnetzes eine wesentliche Voraussetzung für die Betriebsfähigkeit des Kraftfahrzeugs darstellt, wird vorgeschlagen, dieses zu überwachen, um eine Fehlfunktion rechtzeitig erkennen und darüber hinaus geeignete Gegenmaßnahmen rechtzeitig einleiten zu können. Under a vehicle electrical system, which is also referred to as a power system, the entirety of all electrical components in a motor vehicle is understood. Components of the electrical system are, for example, generators, energy storage, bus systems, actuators, sensors, control units, the wiring and display elements. Since the unrestricted functionality of the vehicle electrical system is an essential prerequisite for the operability of the motor vehicle, it is proposed to monitor this in order to recognize a malfunction in good time and also be able to initiate appropriate countermeasures in good time.

Das Bordnetz hat die Aufgabe, elektrische Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen. Zu beachten ist, dass der Ausfall der Energieversorgung zu einem sicherheitskritischen Zustand führen kann, da Verbraucher, wie bspw. die elektrische Bremskraftverstärkung, inaktiv werden.The electrical system has the task of supplying electrical consumers with electrical energy. It should be noted that the failure of the power supply can lead to a safety-critical condition, since consumers, such as, for example, the electrical brake booster, become inactive.

Um diesen Ausfall zu erkennen und rechtzeitig einen Übergang in den sicheren Zustand zu ermöglichen, werden verschiedene Maßnahmen im Bordnetz ergriffen, um Komponentenfehler, bspw. in Zusammenhang mit einem Generator oder einer Batterie, im Bordnetz zu diagnostizieren.In order to detect this failure and to enable a timely transition to the safe state, various measures are taken in the electrical system to diagnose component errors, for example. In connection with a generator or a battery in the electrical system.

Innerhalb des Generatorreglers existieren verschiedene Diagnosemaßnahmen zur Erkennung von Fehlern im Erregerpfad, wie z. B. Kurzschlüsse der Feldendstufe und im Gleichrichter. Weiterhin überwacht ein Batteriesensor den Zustand der Batterie. Diese Überwachung erfolgt bspw. anhand der Welligkeit der Bordnetzspannung. Bislang werden verschiedene, hauptsächlich dezentrale Diagnosen auf Komponentenebene durchgeführt.Within the generator controller, there are various diagnostic measures for detecting errors in the path of the pathogen, such. B. Short circuits of the field amplifier and in the rectifier. Furthermore, a battery sensor monitors the condition of the battery. This monitoring takes place, for example, based on the ripple of the vehicle electrical system voltage. So far, various, mainly decentralized diagnoses are performed at the component level.

In der Druckschrift DE 10 2006 019 573 A1 ist ein Verfahren zum Überwachen eines Bordnetzes beschrieben, bei dem Verbraucher im Bordnetz periodisch ein- und ausgeschaltet werden und der Spannungsverlauf im Bordnetz aufgenommen und ausgewertet wird. Das in der Druckschrift beschriebene Verfahren stellt ein periodisches Messverfahren dar. Dabei wird der jeweils zu messende Verbraucher über eine Verbraucheransteuerung mit einer vorgegebenen und bekannten Frequenz ein- und ausgeschaltet. Währenddessen wird der Spannungsverlauf im Bordnetz, bspw. der Spannungsverlauf an den Polklemmen, der Batterie mitprotokolliert. Das aufgenommene Messprotokoll wird dann bspw. mit einem Hochpass von seinen Gleichspannungsanteilen befreit und anschließend in einem Mikroprozessor weiterverarbeitet.In the publication DE 10 2006 019 573 A1 a method for monitoring a vehicle electrical system is described in which consumers are switched on and off periodically in the electrical system and the voltage curve is recorded and evaluated in the electrical system. The method described in the document represents a periodic measuring method. In each case, the consumer to be measured is switched on and off via a consumer control with a predetermined and known frequency. Meanwhile, the voltage profile in the electrical system, for example. The voltage curve at the pole terminals, the battery is logged. The recorded measurement protocol is then freed, for example, with a high pass from its DC voltage components and then further processed in a microprocessor.

Es wird in der Druckschrift somit ein Verfahren beschrieben, mit dem gezielt ein Verbraucher und somit eine passive Komponente im Bordnetz überprüft wird. Hierzu muss in den Betrieb eingegriffen und der zu überprüfende Verbraucher ein- und ausgeschaltet werden, Das Verfahren ermöglicht es zu überprüfen, ob konkret der untersuchte Verbraucher defekt ist oder nicht. Ein Fehler einer anderen Komponente wird nicht erfasst.The document thus describes a method with which a consumer and thus a passive component in the vehicle electrical system are checked in a targeted manner. For this purpose, the operation must be intervened and the consumer to be checked switched on and off. The procedure makes it possible to check whether, in concrete terms, the examined consumer is defective or not. An error of another component is not detected.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 9 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.Against this background, a method with the features of claim 1 and an arrangement according to claim 9 are presented. Embodiments emerge from the dependent claims and from the description.

Mit dem vorgestellten Verfahren wird ermöglicht, anhand einer zentralen Diagnoseeinheit alle Komponenten, somit sowohl passive als auch aktive Komponenten, des Bordnetzes zu überwachen. Unter aktiven Komponenten wird hierin bspw. ein Generator oder eine Batterie verstanden. Es ist dabei nicht erforderlich, eine Komponente auszuwählen und diese ein- und auszuschalten und somit in den Betrieb einzugreifen. Das vorliegende Verfahren sieht vor, ohne Eingriff in den Betrieb an zentraler Stelle einen Spannungsverlauf aufzunehmen, diesen auszuwerten und auf Grundlage dieser Auswertung dann einen Fehler bzw. einen Defekt einer der Komponenten des Bordnetzes, auch bspw. einer aktiven Komponente des Bordnetzes, zu detektieren. Es wird somit erkannt, welche der Komponenten defekt bzw. fehlerhaft ist. Auch die Art bzw. Schwere des Fehlers kann erkannt werden. Somit kann auch ein Ausfall einer der Komponenten oder ein bevorstehender Ausfall erkannt werden.The presented method makes it possible to monitor all components, ie both passive and active components of the vehicle electrical system, by means of a central diagnostic unit. Active components are understood herein to mean, for example, a generator or a battery. It is not necessary to select a component and turn this on and off and thus intervene in the operation. The present method provides, without intervention in the operation at a central point to record a voltage curve, evaluate this and then based on this evaluation to detect a fault or a defect of one of the components of the electrical system, including, for example, an active component of the electrical system. It is thus recognized which of the components is defective or faulty. The type or severity of the error can also be detected. Thus, a failure of one of the components or an impending failure can be detected.

Sind mehrere Komponenten defekt, so kann dies ebenfalls im Rahmen der Auswertung erkannt werden. Insbesondere kann die defekte Komponente bzw. können die defekten Komponenten identifiziert werden, ohne dass vorab eine Auswahl der Komponente und ein Eingriff in den Betrieb vorgenommen werden müssen.If several components are defective, this can also be detected during the evaluation. In particular, the defective component or the defective components can be identified without first having to make a selection of the component and an intervention in the operation.

Mit dem Verfahren können unkontrollierte Totalausfälle der Energieversorgung für sicherheitskritische Verbraucher vermieden bzw. im Vorfeld erkannt werden. Die zentrale Diagnoseeinheit kann als Erweiterung des heutigen Batteriesensors umgesetzt werden, so dass dieser zusätzlich zu den Batteriefehlern auch die Fehler des Generators und anderer Komponenten im Bordnetz, wie bspw. eines Gleichspannungs- bzw. DC/DC-Wandlers, erkennen kann.With the method uncontrolled total failures of the energy supply for safety-critical consumers can be avoided or identified in advance. The central diagnostic unit can be implemented as an extension of today's battery sensor, so that this in addition to the battery errors and the errors of the generator and others Can detect components in the electrical system, such as a DC or DC / DC converter.

Ein Vorteil des Einsatzes der zentralen Diagnoseeinheit besteht darin, dass die Fehler aller Komponenten zu erfassen sind. Somit können die Fehler voneinander abgegrenzt werden; die Wahrscheinlichkeit von Fehldiagnosen sinkt. Desweiteren können Diagnoselücken in den Einzelkomponenten geschlossen und schon heute auf Komponentenebene vorhandene Diagnosen plausibilisiert werden. Bei Erweiterung des bereits vorhandenen Batteriesensors geschieht dies unter Umständen bauraumneutral.An advantage of using the central diagnostic unit is that the errors of all components are to be detected. Thus, the errors can be separated from each other; the likelihood of misdiagnosis decreases. Furthermore, diagnostic gaps in the individual components can be closed and existing diagnoses already existing at the component level can be made plausible. When expanding the existing battery sensor, this may be space-neutral.

Bei dem vorgestellten Verfahren ist in Ausgestaltung vorgesehen, an einer zentralen Stelle im Bordnetz, z. B. an der Batterie, die Spannungswelligkeit zu überwachen. Die aufgenommen Spannung in der zentralen Diagnoseeinheit wird in Ausgestaltung mit vorher ermittelten Spannungsverläufen bei Einprägung verschiedener Fehlerbilder verglichen. Es wird hierzu auf 2 verwiesen, in der eine Auswahl verschiedener Fehlerbilder des Generators beispielhaft gegeben ist. Der Vergleich kann mithilfe einer Mustererkennung durchgeführt werden. Die Mustererkennung kann auch über verschiedene Ersatzsysteme erfolgen oder durch Weiterverarbeitung des Signals vereinfacht werden. Hierbei kann bspw. ein Kalman-Filter, eine schnelle Fourier-Transformation (FFT: Fast Fourier Transform) usw. eingesetzt werden. Da die Fehlerbilder aller Bordnetzkomponenten in dieser zentralen Komponente bekannt sind, kann eine zuverlässige Diagnose getroffen werden.In the presented method is provided in an embodiment, at a central location in the electrical system, for. B. on the battery to monitor the voltage ripple. The recorded voltage in the central diagnostic unit is compared in design with previously determined voltage curves when impressing different error images. It is on this 2 referenced, in which a selection of different fault patterns of the generator is given by way of example. The comparison can be performed using pattern recognition. The pattern recognition can also take place via different replacement systems or be simplified by further processing of the signal. Here, for example, a Kalman filter, a fast Fourier transform (FFT: Fast Fourier Transform), etc. can be used. Since the fault patterns of all on-board network components in this central component are known, a reliable diagnosis can be made.

Das vorgestellte Verfahren und die erläuterte Anordnung haben, zumindest in einigen der Ausführungen eine Reihe von Vorteilen. So können Fehler, die bisher durch die Bordnetzkomponente selbst nicht diagnostiziert werden konnten, durch das zentrale Überwachungsgerät bzw. die zentrale Diagnoseeinheit erkannt werden. Es erfolgt in Ausgestaltung eine Kommunikation des Fehlers und eine Fehlerreaktion.The presented method and arrangement have, at least in some of the embodiments, a number of advantages. Thus, errors that could not previously be diagnosed by the onboard power supply itself can be detected by the central monitoring device or the central diagnostic unit. In an embodiment, a communication of the error and an error reaction takes place.

Das Verfahren ermöglicht es, die Überwachung im Bordnetz zu verbessern und damit ggf. eine höhere ASIL-Einstufung zu erzielen. Auf diese Weise kann den zunehmenden Sicherheits- und Zuverlässigkeitsanforderungen an das Bordnetz aufgrund neuer Fahrfunktionen, wie z. B. einem hochautomatisierten Fahren bzw. neuen sicherheitskritischen Verbrauchern, Rechnung getragen werden.The method makes it possible to improve monitoring in the on-board network and thus possibly to achieve a higher ASIL rating. In this way, the increasing safety and reliability requirements of the electrical system due to new driving features such. As a highly automated driving or new safety-critical consumers, bill be taken.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt eine Ausführungsform des Bordnetzes zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens. 1 shows an embodiment of the electrical system for carrying out the presented method.

2 zeigt in vier Graphen die Korrelation zwischen Bordnetzspannung und verschiedenen Fehlerbildern des Generators. 2 shows in four graphs the correlation between the vehicle electrical system voltage and various fault patterns of the generator.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.

In 1 ist ein Bordnetz dargestellt, das insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Das Bordnetz umfasst einen Generator 12, eine Batterie 14, einen Starter 16 und eine Anzahl an Komponenten 18, in diesem Fall Verbraucher, von denen hier vier dargestellt sind.In 1 is a wiring system shown, in total, with the reference numeral 10 is designated. The electrical system includes a generator 12 , a battery 14 , a starter 16 and a number of components 18 , in this case consumers, four of which are shown here.

An zentraler Stelle bei der Batterie 14 ist ein Batteriesensor 20 angeordnet, der den Verlauf der Spannung im Bordnetz 10 überwacht. Insbesondere wird dabei die Welligkeit der Spannung überwacht und diese bspw. mit zuvor ermittelten Spannungsverläufen verglichen. Weiterhin ist eine zentrale Diagnoseeinheit 22 dargestellt, deren Anbauort bei dieser Ausführung rein exemplarisch ist. Diese kann sich auch an anderer Stelle befinden.Central to the battery 14 is a battery sensor 20 arranged, showing the course of voltage in the electrical system 10 supervised. In particular, while the ripple of the voltage is monitored and this example. Compared with previously determined voltage waveforms. Furthermore, it is a central diagnostic unit 22 whose place of attachment is purely exemplary in this embodiment. This can also be located elsewhere.

In 2 sind in vier Graphen unterschiedliche Spannungsverläufe, die mit dem eingesetzten Sensor aufgenommen werden können, dargestellt.In 2 in four graphs different voltage curves that can be recorded with the sensor used, shown.

In einem ersten Graphen 30 ist ein erster Spannungsverlauf 32 gezeigt, der einen regelmäßigen periodischen Verlauf zeigt, der auf einen fehlerfreien Betrieb hinweist.In a first graph 30 is a first voltage curve 32 is shown, which shows a regular periodic course, which indicates a fault-free operation.

In einem zweiten Graphen 40 ist ein zweiter Spannungsverlauf 42 wiedergegeben, der auf einen Fehler hinweist. In diesem Fall ist eine Unterbrechung der Phase zu erkennen. Durch die Unterbrechung ergibt sich ein asymmetrischer Spannungsverlauf 42, da der Generator nicht mehr in allen Phasen Strom abgeben kann.In a second graph 40 is a second voltage curve 42 reproduced, indicating an error. In this case, a break in the phase can be seen. The interruption results in an asymmetrical voltage curve 42 because the generator can no longer deliver electricity in all phases.

Ein dritter Graph 50 zeigt einen dritten Spannungsverlauf 52, der ebenfalls einen Fehler erkennen lässt. In diesem Fall ist ein Kurzschluss an einer Diode zu erkennen. Charakteristisch für eine kurzgeschlossene Diode bildet sich ein Spannungsplateau aus, da in gewissen Phasen das Potential durch den Kurzschluss auf B+-Potential oder Masse geklammert wird.A third graph 50 shows a third voltage curve 52 who also reveals an error. In this case, a short circuit can be seen on a diode. Characteristic of one Shorted diode forms a voltage plateau, since in certain phases the potential is clamped by the short circuit to B + potential or ground.

Ein vierter Graph 60 zeigt einen vierten Spannungsverlauf 62, der eine Unterbrechung der Diode erkennen lässt.A fourth graph 60 shows a fourth voltage curve 62 , which indicates a break in the diode.

In Abhängigkeit der Art des Fehlers, d. h. in Abhängigkeit davon, welche Komponente betroffen ist und wie schwerwiegend dieser Fehler ist, können dann geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Der Fehler kann grundsätzlich auch zu einer Beeinträchtigung der Funktion der betroffenen Komponente oder sogar zu einem Ausfall der Komponente führen. Ggf. kann auch erkannt werden, dass ein Fehler zu einem baldigen Ausfall führen könnte oder in jedem Fall dazu führt.Depending on the nature of the error, d. H. depending on which component is affected and how serious this error is, then appropriate countermeasures can be taken. The error can in principle also lead to impairment of the function of the affected component or even failure of the component. Possibly. can also be recognized that a mistake could lead to a sudden failure or in any case leads to it.

So kann als geeignete Gegenmaßnahme das Bordnetz in einen sicheren Zustand überführt werden. Es kann bspw. auch berücksichtigt werden, wie häufig ein Fehler auftritt und über welchem Zeitraum dieser Fehler auftritt. So können eventuell auch Beeinträchtigungen der Funktion durch bestimmte äußere Umstände und bestimmte Betriebssituationen erkannt werden.So can be transferred as a suitable countermeasure, the electrical system in a safe state. For example, it can also be taken into account how frequently an error occurs and over which period of time this error occurs. Thus, possibly impairments of the function can be recognized by certain external circumstances and certain operating situations.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006019573 A1 [0006] DE 102006019573 A1 [0006]

Claims (10)

Verfahren zum Überwachen eines Bordnetzes (10) mit einer Anzahl an Komponenten (18), bei dem ein Spannungsverlauf (32, 42, 52, 62) im Bordnetz (10) erfasst und mit einer Diagnoseeinheit (22) ausgewertet wird, und anhand der Auswertung erkannt wird, welche der Komponenten (18) defekt ist.Method for monitoring a vehicle electrical system ( 10 ) with a number of components ( 18 ), in which a voltage curve ( 32 . 42 . 52 . 62 ) in the electrical system ( 10 ) and with a diagnostic unit ( 22 ) is evaluated, and the evaluation is used to identify which of the components ( 18 ) is defective. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erfasste Spannungsverlauf (32, 42, 52, 62) einer Frequenzanalyse unterzogen wird.Method according to Claim 1, in which the detected voltage profile ( 32 . 42 . 52 . 62 ) is subjected to a frequency analysis. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erfasst Spannungsverlauf (32, 42, 52, 62) mit vorgegebenen Spannungsverläufen (32, 42, 52, 62) verglichen wird.Method according to Claim 1 or 2, in which the detected voltage profile ( 32 . 42 . 52 . 62 ) with predetermined voltage curves ( 32 . 42 . 52 . 62 ) is compared. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der erfasst Spannungsverlauf (32, 42, 52, 62) mit Hilfe einer Mustererkennung verglichen wird.Method according to Claim 3, in which the detected voltage profile ( 32 . 42 . 52 . 62 ) is compared by means of a pattern recognition. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein Fehler einer aktiven Komponente im Bordnetz (10) erkannt wird. Method according to one of claims 1 to 4, wherein a fault of an active component in the electrical system ( 10 ) is recognized. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem ein Fehler eines Generators (12) erkannt wird.Method according to Claim 5, in which a fault of a generator ( 12 ) is recognized. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem ein Fehler einer Batterie (14) erkannt wird.Method according to Claim 5, in which a fault of a battery ( 14 ) is recognized. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem in Abhängigkeit der Art des Fehlers das Bordnetz (10) in einen sicheren Zustand überführt wird.Method according to one of Claims 1 to 7, in which, depending on the type of fault, the vehicle electrical system ( 10 ) is transferred to a safe state. Anordnung zum Überwachen eines Bordnetzes (10) mit einer Anzahl an Komponenten (18), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Anordnung einen Sensor zum Erfassen eines Spannungsverlaufs (32, 42, 52, 62) im Bordnetz (10) und eine Diagnoseeinheit (22) zum Auswerten des erfassten Spannungsverlaufs (32, 42, 52, 62) umfasst, wobei die Auswertung derart ist, dass zu erkennen ist, welche der Komponenten (18) defekt ist.Arrangement for monitoring a vehicle electrical system ( 10 ) with a number of components ( 18 ), in particular for carrying out a method according to one of claims 1 to 8, wherein the arrangement has a sensor for detecting a voltage profile ( 32 . 42 . 52 . 62 ) in the electrical system ( 10 ) and a diagnostic unit ( 22 ) for evaluating the recorded voltage profile ( 32 . 42 . 52 . 62 ), wherein the evaluation is such that it can be seen which of the components ( 18 ) is defective. Anordnung nach Anspruch 9, die als Sensor einen Batteriesensor (20) aufweist.Arrangement according to claim 9, which uses as a sensor a battery sensor ( 20 ) having.
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