DE102015222544A1

DE102015222544A1 - board network

Info

Publication number: DE102015222544A1
Application number: DE102015222544.5A
Authority: DE
Inventors: Norbert Mueller; Ahmet Kilic
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2017-05-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bordnetz (90) für ein Kraftfahrzeug, das ein erstes Teilbordnetz (92) mit einem ersten Kanal (100) und einem zweiten Kanal (102) aufweist, wobei mindestens ein erster elektrischer Verbraucher (112) mit dem ersten Kanal (100) und mindestens ein zweiter elektrischer Verbraucher (116) mit dem zweiten Kanal (102) an dem ersten Teilbordnetz (92) angeschlossen ist, wobei die mindestens zwei elektrischen Verbraucher (112, 116) zueinander redundant sind, wobei das Bordnetz (90) mindestens eine bidirektionale Schalteinrichtung (104) aufweist, die mindestens einem der beiden Kanäle (100, 102) zugeordnet ist.The invention relates to an on-board network (90) for a motor vehicle, which has a first sub-board network (92) with a first channel (100) and a second channel (102), wherein at least one first electrical consumer (112) is connected to the first channel (100 ) and at least one second electrical load (116) to the second channel (102) to the first sub-electrical system (92) is connected, wherein the at least two electrical loads (112, 116) are mutually redundant, wherein the electrical system (90) at least one bidirectional switching device (104) associated with at least one of the two channels (100, 102).

Description

Die Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug und eine Einrichtung für ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a vehicle electrical system for a motor vehicle and a device for a motor vehicle.

Stand der TechnikState of the art

Eine Bremseinrichtung oder eine Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs kann elektronisch statt mechanisch oder hydraulisch beaufschlagt werden. Um die Funktionsweise einer derartigen elektrischen Bremseinrichtung oder Lenkeinrichtung zu gewährleisten, ist erforderlich, diese über ein Bordnetz zuverlässig mit elektrischer Energie zu versorgen.A braking device or a steering device of a motor vehicle can be acted upon electronically instead of mechanically or hydraulically. In order to ensure the operation of such an electrical braking device or steering device, it is necessary to provide them reliably via a vehicle electrical system with electrical energy.

Die Druckschrift DE 10 2009 053 691 A1 beschreibt ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit einem Spannungswandler und einer Spannungsquelle, die miteinander verbunden sind, wobei die Spannungsquelle eine Quellenspannung bereitstellt. Ein Basisenergiespeicher ist mit dem Spannungswandler verbunden und dazu ausgebildet, eine Basisspannung bereitzustellen, die betragsmäßig geringer als die Quellenspannung ist. Verbraucher des Bordnetzes sind zu dem Spannungswandler oder zu dem Basisspeicher koppelbar.The publication DE 10 2009 053 691 A1 describes an electrical system for a motor vehicle with a voltage converter and a voltage source which are connected to each other, wherein the voltage source provides a source voltage. A base energy storage is connected to the voltage converter and designed to provide a base voltage that is lower in magnitude than the source voltage. Consumers of the electrical system can be coupled to the voltage converter or to the base memory.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden ein Bordnetz und eine Einrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen des Bordnetzes und der Einrichtung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.Against this background, a wiring system and a device with the features of the independent claims are presented. Further embodiments of the electrical system and the device will become apparent from the dependent claims and the description.

Das erfindungsgemäße Bordnetz umfasst ein erstes Teilbordnetz, an dem in Ausgestaltung zwei sicherheitsrelevante, zueinander redundante Verbraucher angeschlossen und zueinander parallel angeordnet sind. Dabei ist vorgesehen, dass mindestens einer der beiden Verbraucher mit einer bidirektionalen Schalteinrichtung an dem ersten Bordnetz angeschlossen ist. The vehicle electrical system according to the invention comprises a first sub-board network to which two safety-relevant, mutually redundant consumers are connected in an embodiment and are arranged parallel to one another. It is provided that at least one of the two consumers is connected to a bidirectional switching device to the first electrical system.

Dies bedeutet in Ausgestaltung, dass lediglich einer der beiden redundanten Verbraucher mit der bidirektionalen Schalteinrichtung an dem ersten Teilbordnetz angeschlossen ist, wohingegen der andere der beiden redundanten Verbraucher an dem Teilbordnetz direkt angeschlossen ist. Alternativ hierzu ist auch möglich, dass beide redundanten Verbraucher mit jeweils einer bidirektionalen Schalteinrichtung an dem Teilbordnetz angeschlossen sind. This means in an embodiment that only one of the two redundant consumers is connected to the bidirectional switching device on the first sub-board network, whereas the other of the two redundant consumers is connected directly to the sub-board network. Alternatively, it is also possible that both redundant consumers are connected to a bidirectional switching device to the sub-electrical system.

Die mindestens eine bidirektionale Schalteinrichtung ist dazu ausgebildet, den jeweiligen Verbraucher mit dem ersten Teilbordnetz zu koppeln und eine Richtung eines Stroms zwischen dem jeweiligen redundanten Verbraucher und dem ersten Teilbordnetz einzustellen, so dass je nach Zustand der redundanten Verbraucher Strom entweder nur von dem Teilbordnetz zu dem jeweiligen redundanten Verbraucher oder nur von dem jeweiligen redundanten Verbraucher zu dem Teilbordnetz fließt. Außerdem ist möglich, eine Verbindung zwischen dem Teilbordnetz und dem jeweiligen redundanten Verbraucher über die mindestens eine bidirektionale Schalteinrichtung zu entkoppeln und somit zu sperren.The at least one bidirectional switching device is configured to couple the respective consumer to the first sub-board network and to set a direction of a current between the respective redundant load and the first sub-board network so that, depending on the state of the redundant load, power either only from the sub-board network to the respective redundant load or only from the respective redundant load flows to the sub-board network. In addition, it is possible to decouple a connection between the sub-board network and the respective redundant consumer via the at least one bidirectional switching device and thus to block.

Ein Zustand mindestens eines der beiden redundanten Verbraucher ist über ein Kontrollmodul der mindestens einen bidirektionalen Schalteinrichtung zu überwachen. Dieses Kontrollmodul ist bspw. als Recheneinheit ausgebildet, so dass dieses Kontrollmodul auch als Intelligenz bezeichnet werden kann.A state of at least one of the two redundant consumers is to be monitored via a control module of the at least one bidirectional switching device. This control module is designed, for example, as a computing unit, so that this control module can also be referred to as intelligence.

Die mindestens eine bidirektionale Schalteinrichtung ersetzt einen ansonsten üblicherweise zu verwendenden Gleichspannungswandler bzw. Gleichstromwandler und benötigt im Vergleich zu dem Gleichspannungswandler nur einen geringen Bauraum innerhalb des Bordnetzes. The at least one bidirectional switching device replaces an otherwise usually to be used DC-DC converter or DC-DC converter and requires in comparison to the DC-DC converter only a small space within the electrical system.

Mit dem vorgestellten Bordnetz ist es u. a. möglich, eine Zuverlässigkeit einer elektrischen Energieversorgung zu erhöhen, so dass hiermit auch eine Einrichtung zur Durchführung einer vollautomatischen Fahrfunktion des Kraftfahrzeugs fehlertolerant mit elektrischer Energie zu versorgen ist. Dabei ist die Einrichtung entweder als Bremseinrichtung oder als Lenkeinrichtung ausgebildet und demnach dazu geeignet, eine Trajektorie und/oder Bewegung des Kraftfahrzeugs bei dessen Fahrt lenkend oder bremsend zu beeinflussen. With the presented electrical system, it is u. a. it is possible to increase the reliability of an electrical power supply, so that hereby also a device for carrying out a fully automatic driving function of the motor vehicle is to be supplied fault-tolerant with electrical energy. In this case, the device is designed either as a braking device or as a steering device and therefore suitable to influence a trajectory and / or movement of the motor vehicle while driving driving or braking.

Ein Kraftfahrzeug umfasst in der Regel eine mechanische und energetische Rückfallebene, die durch den Fahrer zu kontrollieren und somit zu steuern und/oder zu regeln ist. Allerdings sollen bei Durchführung eines automatischen Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs durch den Fahrer auch fahrfremde Tätigkeiten durchgeführt werden können, so dass der Betrieb des Kraftfahrzeugs durch den Fahrer nicht mehr kontrolliert wird, weshalb die fahrerbasierte Rückfallebene entfällt. A motor vehicle usually includes a mechanical and energetic fallback level that is to be controlled by the driver and thus controlled and / or regulated. However, when performing an automatic driving operation of the motor vehicle by the driver and non-driving activities can be performed so that the operation of the motor vehicle is no longer controlled by the driver, which is why the driver-based fallback level is eliminated.

Mit dem vorgestellten Bordnetz ist jedoch eine Sicherheit der elektrischen Versorgung der Einrichtung mit den zwei redundanten Verbrauchern zu sichern. Eine Fehlertoleranz dieses Bordnetzes wird u. a. durch dessen Topologie, eine Auswahl von Komponenten des Bordnetzes sowie eine Strategie zum Betreiben des Bordnetzes bestimmt. Bei dem vorgestellten Bordnetz wird als Koppelelement zwischen dem mindestens einen redundanten Verbraucher und dem ersten Teilbordnetz die mindestens eine bidirektionale Schalteinrichtung mit dem integrierten Kontrollmodul verwendet. Dieses Bordnetz erfüllt die Norm ECE R13-H (Stand 2015) zum Koppeln des mindestens einen redundanten Verbrauchers an dem ersten Teilbordnetz.However, with the presented vehicle electrical system, it is necessary to ensure safety of the electrical supply of the device with the two redundant consumers. An error tolerance of this vehicle electrical system is determined, inter alia, by its topology, a selection of components of the electrical system and a strategy for operating the electrical system. In the presented on-board electrical system is at least one bidirectional switching device with the. As a coupling element between the at least one redundant load and the first sub-electrical system integrated control module used. This wiring system meets the Standard ECE R13-H (as of 2015) for coupling the at least one redundant consumer to the first sub-electrical system.

Bezüglich dieser Norm ECE R13-H ist laut Absatz 5.2.2.8 vorgesehen: "Entsteht die Betriebsbremskraft und erfolgt ihre Übertragung ausschließlich durch einen vom Fahrzeugführer gesteuerten Energievorrat, so müssen mindestens zwei voneinander völlig unabhängige Energiespeicher mit je einer eigenen, ebenfalls unabhängigen Übertragungseinrichtung vorhanden sein; jeder Vorrat darf auf die Bremsen von nur zwei oder mehr Rädern wirken, die so gewählt sind, dass sie allein die vorgeschriebene Wirkung der Hilfsbremse gewährleisten, ohne dass die Stabilität des Fahrzeugs während des Bremsens beeinträchtigt wird; jeder Energievorrat muss außerdem mit einer Warneinrichtung nach Absatz 5.2.14 ausgerüstet sein."Regarding this Standard ECE R13-H is provided in paragraph 5.2.2.8: "If the service braking force is generated and its transmission is exclusively by an energy store controlled by the driver, there must be at least two completely independent energy stores, each with its own independent transmission facility; only two or more wheels shall be used, chosen to ensure only the prescribed action of the auxiliary brake without compromising the stability of the vehicle during braking, and any energy supply shall also be equipped with a warning device in accordance with paragraph 5.2.14. "

Absatz 5.2.4 der Norm ECE R13-H besagt: "Wird eine andere Energieform als die Muskelarbeit des Fahrzeugführers verwendet, so genügt eine einzige Energiequelle (Hydraulikpumpe, Kompressor usw.), doch muss die Art des Antriebs dieser Energiequelle so sicher wie irgend möglich sein."Paragraph 5.2.4 of Standard ECE R13-H Says: "If a different form of energy than the muscular work of the driver is used, so only a single source of energy (hydraulic pump, compressor, etc.) is sufficient, but the nature of the drive of this energy source must be as safe as possible."

Laut Absatz 2.5. der Norm ECE R13-H ist eine "Übertragungseinrichtung" die Gesamtheit der Bauteile, die zwischen der Betätigungseinrichtung und der Bremse angeordnet sind und diese in funktioneller Weise miteinander verbindet. Die Übertragungseinrichtung kann mechanisch, hydraulisch, pneumatisch, elektrisch oder kombiniert sein. Wird die Bremskraft von einer Energiequelle erzeugt oder von ihr unterstützt, die unabhängig vom Fahrzeugführer ist, so ist der Energievorratsbehälter des Systems ebenfalls ein Teil der Übertragungseinrichtung.According to paragraph 2.5. of the Standard ECE R13-H For example, a "transfer device" is the entirety of the components that are interposed between the actuator and the brake and operatively interconnects them. The transmission device may be mechanical, hydraulic, pneumatic, electrical or combined. If the braking force is generated or assisted by an energy source which is independent of the vehicle driver, then the energy reservoir of the system is also part of the transmission device.

Somit wird mit dem vorgestellten Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit einer fremdkraftbetätigten Bremse eine zweikanalige Energieübertragung mit zwei unabhängigen Energiespeichern gemäß der Norm ECE R13-H erfüllt. Somit ist hier eine zweikanalige "Brake-by-Wire"-Bremseinrichtung bei einer hochautomatischen Fahrt mit elektrischer Energie zu versorgen.Thus, with the presented electrical system for a motor vehicle with a power-operated brake a two-channel energy transfer with two independent energy storage according to Standard ECE R13-H Fulfills. Thus, here is a dual-channel "brake-by-wire" -Bremseinrichtung supply in a highly automatic ride with electrical energy.

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 in schematischer Darstellung ein erstes Beispiel für ein Bordnetz, das aus dem Stand der Technik bekannt ist. 1 shows a schematic representation of a first example of a vehicle electrical system, which is known from the prior art.

2 zeigt in schematischer Darstellung ein zweites Beispiel für ein Bordnetz, das aus dem Stand der Technik bekannt ist. 2 shows a schematic representation of a second example of a vehicle electrical system, which is known from the prior art.

3 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bordnetzes. 3 shows a schematic representation of a first embodiment of the electrical system according to the invention.

4 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bordnetzes. 4 shows a schematic representation of a second embodiment of the electrical system according to the invention.

Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleichen Komponenten sind dieselben Bezugszeichen zugeordnet.The figures are described coherently and comprehensively. Like components are assigned the same reference numerals.

Das in 1 schematisch dargestellte erste Beispiel des Bordnetzes 2, das aus dem Stand der Technik bekannt ist, umfasst ein erstes Teilbordnetz 4 und ein zweites Teilbordnetz 6, wobei das erste Teilbordnetz 4 eine erste hohe Bordnetzspannung von 48 V aufweist, wohingegen das zweite Teilbordnetz 6 eine zweite niedrige Bordnetzspannung von hier 14 V aufweist. Beide Teilbordnetze 4, 6 sind hier über einen Gleichspannungswandler 8 (48 V/14 V) miteinander verbunden.This in 1 schematically illustrated first example of the electrical system 2 , which is known from the prior art, comprises a first sub-board network 4 and a second sub-board network 6 , where the first sub-board network 4 has a first high vehicle electrical system voltage of 48 V, whereas the second sub-board network 6 has a second low vehicle electrical system voltage of 14 V here. Both sub-networks 4 . 6 Here are a DC-DC converter 8th (48 V / 14 V) interconnected.

Das erste Teilbordnetz 4 umfasst als Komponenten eine elektrische Maschine 10, mindestens einen nicht-sicherheitsrelevanten Verbraucher 12 sowie eine hier als Batterie ausgebildete elektrische Energiequelle 14.The first sub-board network 4 includes as components an electric machine 10 , at least one non-safety consumer 12 and a trained here as a battery electrical energy source 14 ,

Das zweite Teilbordnetz 6 umfasst hier einen ersten Schalter 16 (ePDU), mindestens einen daran angeschlossenen nicht-sicherheitsrelevanten Verbraucher 18 und eine elektrische Energiequelle 20, die hier als Batterie ausgebildet ist. Weiterhin umfasst das erste Teilbordnetz 4 einen ersten Kanal 22, der über einen Gleichspannungswandler 24 (14 V/14 V) an dem zweiten Teilbordnetz 6 angeschlossen ist, eine als Batterie ausgebildete elektrische Energiequelle 26, einen als Booster ausgebildeten sicherheitsrelevanten Verbraucher 28 als Komponente einer Bremseinrichtung und einen elektrischen Schalter 30 (ePDU). Über diesen Schalter 30 ist der erste Kanal 22 mit zwei weiteren Verbrauchern 40, 42 zu verbinden. Ein zweiter Kanal 32 des Teilbordnetzes 6 umfasst einen ersten sicherheitsrelevanten Verbraucher 34 (ESP) als Komponente der Bremseinrichtung und einen zweiten sicherheitsrelevanten Verbraucher 36 als Komponente der Lenkeinrichtung. Außerdem umfasst der zweite Kanal 32 einen elektrischen Schalter 38 (ePDU), über den der zweite Kanal 32 ebenfalls mit den beiden Verbrauchern 40, 42 zu verbinden ist, die hier als Sensoren ausgebildet sind. Somit sind diese beiden Verbraucher 40, 42 über die jeweiligen elektrischen Schalter 30, 38 mit mindestens einem der beiden Kanäle 22, 32 zu verbinden.The second subnetwork 6 here includes a first switch 16 (ePDU), at least one connected non-safety-related consumer 18 and an electrical energy source 20 , which is designed here as a battery. Furthermore, the first sub-board network includes 4 a first channel 22 that has a DC-DC converter 24 (14 V / 14 V) on the second subnetwork 6 is connected, designed as a battery electrical energy source 26 , a safety-related consumer designed as a booster 28 as a component of a braking device and an electrical switch 30 (EPDU). About this switch 30 is the first channel 22 with two more consumers 40 . 42 connect to. A second channel 32 of the sub-board network 6 includes a first safety-relevant consumer 34 (ESP) as a component of the braking device and a second safety-related consumer 36 as a component of the steering device. In addition, the second channel includes 32 an electrical switch 38 (ePDU), over which the second channel 32 also with the two consumers 40 . 42 to connect, which are designed here as sensors. Thus, these are both consumers 40 . 42 over the respective electrical switch 30 . 38 with at least one of the two channels 22 . 32 connect to.

Das in 2 schematisch dargestellte zweite Beispiel des Bordnetzes 50, das aus dem Stand der Technik bekannt ist, umfasst ein erstes Teilbordnetz 52 mit einer ersten hohen Bordnetzspannung von hier 48 V sowie ein zweites Teilbordnetz 54 mit einer zweiten niedrigen Bordnetzspannung von hier 14 V. Dabei sind die beiden Teilbordnetze 52, 54 über einen Gleichspannungswandler 56 miteinander verbunden. Das erste Teilbordnetz 52 umfasst als Komponenten eine elektrische Maschine 58, eine als Batterie ausgebildete elektrische Energiequelle 60, die die hohe Bordnetzspannung aufweist, sowie einen Verbraucher 62, der ebenfalls die hohe Bordnetzspannung aufweist. Das zweite Teilbordnetz 54 umfasst eine als Batterie ausgebildete elektrische Energiequelle 64 mit der niedrigen Bordnetzspannung und einen Verbraucher 66, der ebenfalls die niedrige Bordnetzspannung aufweist.This in 2 schematically illustrated second example of the electrical system 50 , which is known from the prior art, comprises a first sub-board network 52 with a first high on-board voltage from here 48 V and a second sub-board network 54 with a second low vehicle electrical system voltage of here 14 V. Here are the two sub-network 52 . 54 via a DC-DC converter 56 connected with each other. The first sub-board network 52 includes as components an electric machine 58 , An electrical energy source designed as a battery 60 , which has the high vehicle electrical system voltage, as well as a consumer 62 , which also has the high vehicle electrical system voltage. The second subnetwork 54 comprises a trained as a battery electrical energy source 64 with the low vehicle electrical system voltage and a consumer 66 , which also has the low vehicle electrical system voltage.

Außerdem ist an dem ersten Teilbordnetz 52 über einen Gleichspannungswandler 68 ein erster Kanal 70 angeschlossen, an dem wiederum eine als Batterie ausgebildete Energiequelle 72 und ein sicherheitsrelevanter Verbraucher 74 angeschlossen sind, die beide die zweite niedrige Bordnetzspannung von hier 14 V aufweisen. Außerdem ist an dem zweiten Teilbordnetz 54 ein zweiter Kanal 76 angeschlossen, an dem wiederum ein Verbraucher 78 angeschlossen ist. Die beiden sicherheitsrelevanten Verbraucher 74, 78, die über die jeweiligen Kanäle 70, 72 an den Teilbordnetzen 52, 54 angeschlossen sind, sind hier zueinander redundant ausgebildet. Dabei sind diese beiden Verbraucher 74, 78 einer Bremseinrichtung oder einer Lenkeinrichtung zugeordnet. Demnach ist dieses Beispiel des Bordnetzes 50 für ein Kraftfahrzeug einzusetzen, mit dem ein autonomes Fahren durchführbar ist. In addition, on the first sub-board network 52 via a DC-DC converter 68 a first channel 70 connected, in turn, designed as a battery energy source 72 and a security-relevant consumer 74 are connected, both of which have the second low vehicle electrical system voltage of 14 V here. In addition, on the second sub-board network 54 a second channel 76 connected, in turn, a consumer 78 connected. The two security-relevant consumers 74 . 78 that are over the respective channels 70 . 72 on the sub-board nets 52 . 54 are connected here are mutually redundant. These are both consumers 74 . 78 associated with a braking device or a steering device. Accordingly, this example of the electrical system 50 to use for a motor vehicle, with which an autonomous driving is feasible.

Bei beiden vorgestellten Beispielen der Bordnetze 2, 50 ist jedoch zu berücksichtigen, dass jeweils mindestens ein Kanal 22, 70 über einen Gleichspannungswandler 24, 68 an einem jeweiligen Teilbordnetz 6, 52 anzuschließen ist. In both presented examples of Bordnetze 2 . 50 However, it should be noted that at least one channel 22 . 70 via a DC-DC converter 24 . 68 on a respective sub-board network 6 . 52 is to be connected.

Die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bordnetzes 90 für ein Kraftfahrzeug ist in 3 schematisch dargestellt, wobei dieses Bordnetz 90 ein erstes Teilbordnetz 92 mit einer ersten, hier niedrigen Spannung von 14 V aufweist. Außerdem umfasst dieses Bordnetz 90 ein zweites Teilbordnetz 94 mit einer zweiten hohen Bordnetzspannung von hier 48 V. Diese beiden Teilbordnetze 92, 94 sind hier über einen Gleichspannungswandler 96 miteinander verbunden. The first embodiment of the electrical system according to the invention 90 for a motor vehicle is in 3 shown schematically, this electrical system 90 a first sub-board network 92 having a first, here low voltage of 14V. In addition, this wiring system includes 90 a second sub-board network 94 with a second high vehicle electrical system voltage of 48 V. These two sub-networks 92 . 94 Here are a DC-DC converter 96 connected with each other.

Das erste Teilbordnetz 92 umfasst mindestens eine hier nicht dargestellte Komponente, die als elektrische Energiequelle und/oder Verbraucher ausgebildet ist und die niedrige Bordspannung aufweist. Außerdem umfasst das erste Teilbordnetz 92 einen gemeinsamen Knoten 98, an dem hier ein erster Kanal 100 sowie ein zweiter Kanal 102 angeschlossen sind. The first sub-board network 92 includes at least one component not shown here, which is designed as an electrical energy source and / or consumers and has the low on-board voltage. In addition, the first sub-board network includes 92 a common node 98 where there is a first channel here 100 and a second channel 102 are connected.

Der erste Kanal 100 umfasst hier eine bidirektionale Schalteinrichtung 104 mit einem ersten Feldeffekttransistor 106 und einem zweiten Feldeffekttransistor 108, die entgegengesetzt orientiert und demnach back-to-back angeordnet sind. Dabei ist hier jedem Feldeffekttransistor 106, 108 eine Diode zugeordnet. Weiterhin umfasst die bidirektionale Schalteinrichtung 104 als Intelligenz ein Kontrollmodul 110. An der bidirektionalen Schalteinrichtung 104 sind ein erster elektrischer Verbraucher 112 und eine elektrische Energiequelle 114 angeschlossen, die beide die niedrige Bordnetzspannung aufweisen. The first channel 100 here comprises a bidirectional switching device 104 with a first field effect transistor 106 and a second field effect transistor 108 , which are oppositely oriented and therefore arranged back-to-back. Here is every field effect transistor 106 . 108 associated with a diode. Furthermore, the bidirectional switching device comprises 104 as intelligence a control module 110 , At the bidirectional switching device 104 are a first electrical consumer 112 and an electrical energy source 114 connected, both of which have the low vehicle electrical system voltage.

An dem zweiten Kanal ist ein zweiter elektrischer Verbraucher 116 angeschlossen, der zu dem ersten Verbraucher 112 redundant ausgebildet ist. Dabei sind diese beiden redundanten elektrischen Verbraucher 112, 116 einer für eine Fahrt des Kraftfahrzeugs sicherheitsrelevanten Einrichtung zugeordnet, die u. a. zur Realisierung eines autonomen Fahrens des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Dabei ist diese Einrichtung mit den beiden redundanten elektrischen Verbrauchern 112, 116 bspw. als Bremseinrichtung oder als Lenkeinrichtung des Kraftfahrzeugs ausgebildet. On the second channel is a second electrical load 116 connected to the first consumer 112 is redundant. These two are redundant electrical consumers 112 . 116 associated with a safety device for a drive of the motor vehicle, which is provided, inter alia, for the realization of an autonomous driving of the motor vehicle. This device is with the two redundant electrical consumers 112 . 116 For example, designed as a braking device or as a steering device of the motor vehicle.

Bei einem Betrieb des Bordnetzes 90 ist ein jeweils aktueller Zustand mindestens eines der beiden Verbraucher 112, 116 von dem Kontrollmodul 110 der bidirektionalen Schalteinrichtung 104 zu überwachen, wobei hier ein Wert mindestens einer elektrischen Größe mindestens eines der beiden Verbraucher 112, 116 zum Bestimmen des jeweiligen Zustands zu überwachen ist. Bei dieser mindestens einen elektrischen Größe handelt es sich um einen Strom, der durch mindestens einen der beiden redundanten Verbraucher 112, 116 fließt und/oder um eine Spannung, die an mindestens einem der beiden redundanten elektrischen Verbraucher 112, 116 anliegt. In an operation of the electrical system 90 is a current state of at least one of the two consumers 112 . 116 from the control module 110 the bidirectional switching device 104 Here, a value of at least one electrical variable of at least one of the two consumers 112 . 116 to monitor for determining the respective state. This at least one electrical variable is a current through at least one of the two redundant consumers 112 . 116 flows and / or a voltage that is connected to at least one of the two redundant electrical loads 112 . 116 is applied.

Das zweite Teilbordnetz 94 des Bordnetzes 90, das hier über den Gleichspannungswandler 96 mit dem ersten Teilbordnetz 92 verbunden ist, umfasst als Komponenten eine elektrische Maschine, die als Generator zu verwenden ist, eine Batterie als elektrische Energiequelle 120 sowie einen Verbraucher 122.The second subnetwork 94 of the electrical system 90 , here about the DC-DC converter 96 with the first sub-board network 92 As components, an electric machine to be used as a generator includes a battery as an electric power source 120 as well as a consumer 122 ,

Die in 4 schematisch dargestellte zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bordnetzes 124 für ein Kraftfahrzeug umfasst ein erstes Teilbordnetz 92, an dem an einem gemeinsamen Knotenpunkt 98 ebenfalls ein erster Kanal 100 und ein zweiter Kanal 102 angeschlossen sind. Dabei umfassen diese Kanäle 100, 102 dieselben Komponenten wie die beiden Kanäle 100, 102 der ersten Ausführungsform des Bordnetzes aus 3. Außerdem ist das erste Teilbordnetz 92 des Bordnetzes 124 aus 4 genauso wie das erste Teilbordnetz 92 des Bordnetzes 90 aus 3 ausgebildet.In the 4 schematically illustrated second embodiment of the electrical system according to the invention 124 for a motor vehicle includes a first Part-board network 92 , where at a common node 98 also a first channel 100 and a second channel 102 are connected. These include these channels 100 . 102 the same components as the two channels 100 . 102 the first embodiment of the electrical system 3 , In addition, the first sub-board network 92 of the electrical system 124 out 4 as well as the first sub-board network 92 of the electrical system 90 out 3 educated.

Die zweite Ausführungsform des Bordnetzes 124 umfasst ebenfalls ein zweites Teilbordnetz 126, das jedoch im Vergleich zu dem zweiten Teilbordnetz 94 der ersten Ausführungsform des Bordnetzes 90 dieselbe Bordnetzspannung wie das erste Teilbordnetz 92, hier eine Bordnetzspannung von 14 V, aufweist. Dieses zweite Teilbordnetz 126 umfasst als Komponenten eine elektrische Maschine 128, die als Generator zu betreiben ist, eine als Batterie ausgebildete elektrische Energiequelle 130 sowie einen elektrischen Verbraucher 132, wobei diese Komponenten des zweiten Teilbordnetzes 126 dieselbe Bordnetzspannung von hier 14 V wie die Komponenten des ersten Teilbordnetzes 92 aufweisen. The second embodiment of the electrical system 124 also includes a second sub-board network 126 , but compared to the second sub-board network 94 the first embodiment of the electrical system 90 the same vehicle electrical system voltage as the first onboard electrical system 92 , here a vehicle electrical system voltage of 14 V, has. This second subnetwork 126 includes as components an electric machine 128 which is to be operated as a generator, designed as a battery electrical energy source 130 as well as an electrical consumer 132 , these components of the second sub-electrical system 126 the same board voltage of 14 V here as the components of the first sub-board network 92 exhibit.

Da beide Teilbordnetze 92, 126 des Bordnetzes 124 dieselbe Bordnetzspannung aufweisen, sind diese beiden Teilbordnetze 92, 126 über einen Schalter 134, der hier einen Feldeffekttransistor sowie eine Diode umfasst, miteinander gekoppelt und somit zu verbinden. Since both sub-networks 92 . 126 of the electrical system 124 have the same vehicle electrical system voltage, these are two sub-network 92 . 126 via a switch 134 , which here comprises a field effect transistor and a diode, coupled together and thus to connect.

Bei beiden Ausführungsformen der Bordnetze 90, 124 ist der erste redundante und sicherheitsrelevante Verbraucher 112 mit der bidirektionalen Schalteinrichtung 104 an das erste Teilbordnetz 92 angeschlossen und somit mit diesem gekoppelt. Ergänzend ist möglich, dass auch der zweite Kanal 102 eine derartige bidirektionale Schalteinrichtung aufweist, mit der der zweite redundante und sicherheitsrelevante Verbraucher 116 an dem ersten Teilbordnetz 92 angeschlossen ist. In both embodiments of the vehicle electrical system 90 . 124 is the first redundant and safety-relevant consumer 112 with the bidirectional switching device 104 to the first sub-board network 92 connected and thus coupled with this. In addition it is possible that also the second channel 102 such a bidirectional switching device, with which the second redundant and safety-relevant consumer 116 on the first sub-board network 92 connected.

Somit ist im Gegensatz zu dem zweiten Beispiel des Bordnetzes 50, das anhand von 2 vorgestellt ist, kein zusätzlicher Gleichspannungswandler 68 erforderlich, um hier den ersten redundanten Verbraucher 112 mit dem ersten Teilbordnetz 92 zu verbinden.Thus, in contrast to the second example of the electrical system 50 that is based on 2 is presented, no additional DC-DC converter 68 required here to be the first redundant consumer 112 with the first sub-board network 92 connect to.

Der Zustand und somit ein Betrieb mindestens eines der beiden redundanten Verbraucher 112, 116 wird über das Kontrollmodul 110 überwacht. Falls durch das Kontrollmodul 110 ein fehlerfreier Betrieb mindestens eines redundanten Verbrauchers 112, 116 nachgewiesen wird, bleibt die elektrische Schalteinrichtung 104 geschlossen, wobei der erste redundante Verbraucher 112 mit dem ersten Teilbordnetz 92 verbunden ist. Falls jedoch von dem Kontrollmodul 110 für mindestens einen der redundanten Verbraucher 112, 116 ein Fehler nachgewiesen wird, ist die Verbindung zwischen dem ersten redundanten Verbraucher 112 und dem ersten Teilbordnetz 92 zu unterbrechen und dieser erste redundante Verbraucher 112 somit von dem ersten Teilbordnetz 92 zu entkoppeln. The state and thus operation of at least one of the two redundant consumers 112 . 116 is via the control module 110 supervised. If through the control module 110 an error-free operation of at least one redundant consumer 112 . 116 is detected, the electrical switching device remains 104 closed, with the first redundant consumer 112 with the first sub-board network 92 connected is. If, however, from the control module 110 for at least one of the redundant consumers 112 . 116 an error is detected is the connection between the first redundant consumer 112 and the first sub-board network 92 to interrupt and this first redundant consumer 112 thus from the first sub-board network 92 to decouple.

Als Fehler und somit als Störung in dem ersten Kanal 100 kann bspw. ein Kurzschluss gegen Masse auftreten. In diesem Fall wird der erste Kanal 100 über die bidirektionale Schalteinrichtung 104 von dem ersten Teilbordnetz 92 getrennt. Allerdings ist der zweite redundante Verbraucher 116 dennoch aus dem ersten Teilbordnetz 92 mit elektrischer Energie zu versorgen. Falls dagegen im zweiten Kanal 102 als Fehler bspw. ein Kurzschluss auftritt, wird die bidirektionale Schalteinrichtung 104 geöffnet, wobei der mindestens eine redundante Verbraucher 112 durch die elektrische Energiequelle 114 zu versorgen ist.As a fault and thus as a fault in the first channel 100 For example, a short circuit to ground may occur. In this case, the first channel 100 via the bidirectional switching device 104 from the first sub-board network 92 separated. However, the second is redundant consumer 116 nevertheless from the first sub-board net 92 to supply with electrical energy. If in the second channel 102 as a fault, for example, a short circuit occurs, the bidirectional switching device 104 open, wherein the at least one redundant consumer 112 through the electrical energy source 114 to be supplied.

Durch Vorsehen der mindestens einen bidirektionalen Schalteinrichtung 104 statt eines Gleichspannungswandlers sind Kosten sowie ein Bauraum einzusparen. Außerdem weist die bidirektionale Schalteinrichtung 104 geringere Schaltverluste als ein Gleichspannungswandler auf.By providing the at least one bidirectional switching device 104 instead of a DC-DC converter costs and a space must be saved. In addition, the bidirectional switching device has 104 lower switching losses than a DC-DC converter.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009053691 A1 [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Standard ECE R13-H (as of 2015) [0012]
Standard ECE R13-H [0013]
Standard ECE R13-H [0014]
Standard ECE R13-H [0015]
Standard ECE R13-H [0016]

Claims

On-board network for a motor vehicle, which has a first sub-board network ( 92 ) with a first channel ( 100 ) and a second channel ( 102 ), wherein at least one first electrical consumer ( 112 ) with the first channel ( 100 ) and at least one second electrical consumer ( 116 ) with the second channel ( 102 ) on the first sub-board network ( 92 ), wherein the at least two electrical consumers ( 112 . 116 ) are mutually redundant, the on-board network ( 90 . 124 ) at least one bidirectional switching device ( 104 ), the at least one of the two channels ( 100 . 102 ) assigned.

Vehicle electrical system according to Claim 1, in which the at least one bidirectional switching device is connected to the first channel ( 100 ), wherein the at least one first redundant consumer ( 112 ) with this bidirectional switching device ( 104 ) on the first sub-board network ( 92 ), whereas the at least one second redundant consumer ( 116 ) with the second channel ( 102 ) directly on the first sub-board network ( 92 ) connected.

Vehicle electrical system according to Claim 1 or 2, in which the at least one bidirectional switching device ( 104 ) a control module ( 110 ), which is adapted to a state of at least one of the at least two redundant consumers ( 116 ) and at least one redundant consumer ( 112 . 116 ) connected to this bidirectional switching device ( 104 ) on the first sub-board network ( 92 ) is connected, depending on the state of the at least one redundant consumer ( 112 . 116 ) with the first sub-board network ( 92 ) connect to.

Vehicle electrical system according to Claim 3, in which the at least one bidirectional switching device ( 104 ) is designed, depending on the state of the at least one redundant consumer ( 112 . 116 ) the at least one redundant consumer ( 112 . 116 ) with the first sub-board network ( 92 ) or from the first sub-board network ( 92 ) to decouple.

Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, in which the at least one bidirectional switching device ( 104 ) two series-connected, oppositely-oriented field-effect transistors ( 106 . 108 ) having.

Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, in which the first sub-board network ( 92 ) via a coupling element with a second sub-board network ( 94 . 126 ) of the vehicle electrical system ( 90 . 124 ), both sub-networks ( 90 . 92 . 124 ) have the same vehicle electrical system voltage and via a switch ( 134 ) trained coupling element are interconnected, or wherein the two sub-network ( 90 . 92 . 124 ) have different vehicle electrical system voltages and via a DC-DC converter ( 96 ) formed coupling element are interconnected.

Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, in which the two channels ( 100 . 102 ) at a common node ( 98 ) on the first sub-board network ( 92 ) are connected.

Device for a motor vehicle comprising the at least two redundant electrical consumers ( 112 . 116 ), which are connected to a vehicle electrical system ( 92 . 126 ) are connected according to one of the preceding claims, wherein the device from the electrical system ( 92 . 126 ) to provide electrical energy.

Device according to claim 8, with which a movement of the motor vehicle is to be influenced, wherein the device is designed as a braking device or steering device of the motor vehicle.