DE102017110620A1 - Fault diagnosis in an electrical network - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlerdiagnose in einem elektrischen Netzwerk, wobei das elektrische Netzwerk eine Mehrzahl von elektrischen Netzwerkkomponenten aufweist, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Simulationsmodells für das elektrische Netzwerk, das wenigstens für einen Teil der elektrischen Netzwerkkomponenten jeweils ein Netzwerkkomponentenmodell sowie für wenigstens einen Teil der bezüglich der Netzwerkkomponenten möglichen elektrischen Fehler jeweils ein Fehlermodell enthält, wobei
- jedes Fehlermodell einer jeweiligen elektrischen Netzwerkkomponente als mögliche elektrische Zustände der jeweiligen elektrischen Netzwerkkomponenten jeweils einen elektrischen Normalzustand der jeweiligen elektrischen Netzwerkkomponente und wenigstens einen elektrischen Fehlerzustand der jeweiligen elektrischen Netzwerkkomponente aufweist, und
- eine Mehrzahl von voneinander verschiedener möglicher Netzwerkzustände über die Permutation wenigstens eines Teils der jeweils möglichen elektrischen Zustände der jeweiligen elektrischen Netzwerkkomponenten definiert ist,
- Bestimmen des jeweiligen aktuellen elektrischen Zustands einer Mehrzahl der elektrischen Netzwerkkomponenten des elektrischen Netzwerks, und
- Ermitteln des aktuellen Netzwerkzustands durch Feststellen, welcher im Simulationsmodell definierte mögliche Netzwerkzustand die einzelnen aktuell bestimmten elektrischen Zustände der elektrischen Netzwerkkomponenten aufweist. Damit wird ein derartiges Verfahren zur Fehlerdiagnose in einem elektrischen Netzwerk mit einer Mehrzahl von elektrischen Netzwerkkomponenten angeben, mit dem es auf einfache und verlässliche Weise möglich ist, einen Fehler bezügliche einer elektrischen Netzwerkkomponente zu detektieren und zu lokalisieren und identifizieren.

Figure DE102017110620A1_0000
The invention relates to a method for fault diagnosis in an electrical network, wherein the electrical network has a plurality of electrical network components, with the following steps:
- Providing a simulation model for the electrical network, which contains at least for a part of the electrical network components in each case a network component model and for at least a part of the possible with respect to the network components electrical errors in each case a fault model, wherein
- Each fault model of a respective electrical network component as possible electrical states of the respective electrical network components each having a normal electrical state of the respective electrical network component and at least one electrical fault condition of the respective electrical network component, and
a plurality of mutually different possible network states is defined via the permutation of at least part of the respective possible electrical states of the respective electrical network components,
Determining the respective current electrical state of a plurality of the electrical network components of the electrical network, and
Determining the current network state by determining which defined network state defined in the simulation model has the individual currently determined electrical states of the electrical network components. Thus, such a method for diagnosing faults in an electrical network with a plurality of electrical network components, with which it is possible in a simple and reliable way to detect a fault relating to an electrical network component and to locate and identify.
Figure DE102017110620A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Fehlerdiagnose in einem elektrischen Netzwerk, wobei das elektrische Netzwerk eine Mehrzahl von elektrischen Netzwerkkomponenten aufweist. Insbesondere betriff die Erfindung ein Verfahren, mit dem es möglich sein soll, alle relevanten Fehler in einem DC-Energieversorgungs-Leitungsnetz, insbesondere in einem 48 V-Kfz-Bordnetz, zu detektieren, zu lokalisieren und identifizieren.The invention relates to methods for fault diagnosis in an electrical network, wherein the electrical network has a plurality of electrical network components. In particular, the invention relates to a method with which it should be possible to detect, locate and identify all relevant faults in a DC power supply line network, in particular in a 48 V vehicle electrical system.

Die Fehler, die insbesondere in einem 48 V-Kfz-Bordnetz auftreten können und detektiert werden sollen, sind u.a. Kurzschlüsse gegen Masse, Leitungsbrüche oder unbeabsichtigtes Öffnen von Steckkontakten, Wackelkontakte, Kontaktalterung bzw. Verschlechterung von Übergangswiderständen durch z.B. Korrosion und schleichende Kurzschlüsse, die Fehlerströme hervorrufen können. Neben Fehlerzuständen sollen auch normale Betriebszustände spezifisch erkannt werden.The errors that can occur in particular in a 48 V vehicle electrical system and are to be detected, i.a. Short circuits to ground, broken lines or unintentional opening of plug contacts, loose contacts, contact aging or deterioration of contact resistance by e.g. Corrosion and creeping short circuits that can cause fault currents. In addition to fault conditions, normal operating conditions should also be specifically detected.

Die Anforderungen an Niedervolt-Energieversorgungssysteme in Kraftfahrzeugen steigen stetig an. Durch die Erhöhung des Leistungsbedarfs durch neue Verbraucher, aber auch durch größere Leistungsanforderungen bereits bekannter Verbraucher kommt die etablierte 12 V-Spannungsebene an ihre Grenzen. Um die Leitungsquerschnitte reduzieren zu können, wurde mit 48 V eine neue Niedervolt-Spannungsebene für Kraftfahrzeuge (Kfz) eingeführt. 48 V-Bordnetze befinden sich auch bei Abweichungen von der Nennspannung, durch z.B. einen hohen Ladezustand, noch im Bereich der Schutzkleinspannung.The requirements for low-voltage power supply systems in motor vehicles are steadily increasing. By increasing the power requirement by new consumers, but also by greater power requirements of already known consumers, the established 12 V voltage level reaches its limits. In order to be able to reduce the cable cross-sections, a new low-voltage voltage level for motor vehicles (motor vehicles) was introduced at 48 V. 48 V electrical systems are also available for deviations from the rated voltage, by e.g. a high state of charge, even in the field of safety extra-low voltage.

In 48 V-Kfz-Bordnetzen besteht, anders als bei konventionellen 12 V-Netzen, zusätzlich zu den oben genannten Fehlern, die Gefahr der Entstehung von Lichtbögen. Bei Lichtbogenfehlern in Energieversorgungsnetzen unterscheidet man zwischen seriellen und parallelen Lichtbögen. Serielle Lichtbögen sind Fehlerzustände, die durch z.B. Leitungsbrüche, schlechten Kontakt von Steckverbindern durch Korrosion oder Trennung von stromtragenden Steckverbindern entstehen können. Sie treten in Serie zur Last auf. Parallele Lichtbögen treten auf, wenn eine spannungstragende Komponente (z.B. eine 48 V-Verkabelung bei beschädigter Isolation) in Kontakt mit Komponenten niedrigeren Potentials (z.B. 12 V oder 0 V/Masse) kommt, und sind in der Regel deutlich stromintensiver. Ist der Kontakt zu niedrigerem Potential zeitlich kurz genug und der entstehende Lichtbogenwiderstand hoch genug, so dass die Trägheit und die Stromtragfähigkeit der absichernden Schutzeinrichtung (z.B. Flachstecksicherung) ein Auslösen verhindert, kann ein stabiler Lichtbogen entstehen, welcher im Extremfall einen Fahrzeugbrand verursachen kann. Diese Lichtbögen treten parallel zur Last auf.In 48 V vehicle electrical systems, in contrast to conventional 12 V networks, in addition to the above-mentioned errors, the risk of arcing. For arcing faults in power supply networks, a distinction is made between serial and parallel arcs. Serial arcs are error conditions caused by e.g. Line breaks, poor contact of connectors due to corrosion or separation of current-carrying connectors may occur. They come in series to the load. Parallel arcs occur when a voltage carrying component (e.g., 48V wiring with damaged insulation) comes into contact with lower potential components (e.g., 12V or 0V / ground), and are typically significantly more current intensive. If the low potential contact is short enough and the resulting arc resistance is high enough that the inertia and current carrying capacity of the protective device (e.g., blade fuse) prevents it from tripping, a stable arc can result which, in extreme cases, can cause a vehicle fire. These arcs occur parallel to the load.

Einige der erwähnten neuen Steuergeräte bringen deutlich sicherheitskritischere Funktionen in das Kfz als bisher vorhanden. Speziell im Zusammenhang mit Energieversorgungs-Systemen für hochautomatisiertes oder autonomes Fahren sind die Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit extrem hoch. Daher ist es essentiell, eine ausreichende Bewertung der Zuverlässigkeit für individuelle Bordnetze und eine Möglichkeit der Fehlerdetektion, -lokalisierung und -identifikation zu integrieren. Nicht nur die Betrachtung von Lichtbögen, sondern auch Diagnosemethoden für beliebige Bordnetzfehler, sind daher notwendig.Some of the mentioned new ECUs bring significantly more safety-critical functions into the vehicle than previously available. Especially in the context of energy supply systems for highly automated or autonomous driving, the demands on reliability and availability are extremely high. Therefore, it is essential to integrate sufficient reliability rating for individual on-board electrical systems and a possibility of fault detection, localization and identification. Not only the consideration of electric arcs, but also diagnostic methods for any electrical system errors, are therefore necessary.

Aus der Praxis bekannt sind bereits einige Verfahren, mit denen Fehler, insbesondere serielle und/oder parallele Lichtbögen, in der genannten Umgebung erkannt werden können. Einige davon basieren darauf, typische Frequenzen zu identifizieren, die von Lichtbögen in das Bordnetz abgegeben werden, oder eigens eingekoppelte Hilfssignale zu beobachten, um so ein hinreichendes Indiz für das Vorhandensein eines Lichtbogens zu erhalten.Some methods are already known from practice, with which errors, in particular serial and / or parallel arcs, can be detected in said environment. Some of these are based on identifying typical frequencies emitted by electric arcs in the on-board network or on specially coupled auxiliary signals in order to obtain a sufficient indication of the presence of an electric arc.

Die DE 10 2014 206 925 A1 beschreibt ein Verfahren, das durch Überwachung eines selbst eingekoppelten Prüfsignals die Lichtbogendetektion sicherstellen soll. Hierbei wird von einer Sendeeinheit ein Prüfsignal auf eine Leitung eingekoppelt und von einer Empfangseinheit ausgewertet. Falls das Prüfsignal die Empfangseinheit nicht erreicht, was z.B. durch ein Handshake-Verfahren überprüft werden kann, kann unter bestimmten Voraussetzungen auf das Vorhandensein eines Lichtbogens oder die Unterbrechung der Strecke geschlossen werden. Auch eine Bewertung der Änderungen des empfangenen Prüfsignals kann Hinweise auf einen Lichtbogen liefern.The DE 10 2014 206 925 A1 describes a method which is to ensure the arc detection by monitoring a self-coupled test signal. In this case, a test signal is coupled to a line by a transmitting unit and evaluated by a receiving unit. If the test signal does not reach the receiving unit, which can be checked, for example, by a handshake procedure, the presence of an arc or the interruption of the route can be concluded under certain conditions. An assessment of the changes in the received test signal may also provide evidence of an arc.

In der DE 103 59 532 wird ein Verfahren beschrieben, das den Lichtbogen als breitbandige Rauschquelle in einem Verteilungsnetz identifiziert. Hierzu wird ein spezifischer Rauschdetektor aufgebaut, der die natürlich vorhandenen Signale von denen der durch einen Lichtbogen erzeugten unterscheiden kann. Der Aufbau beinhaltet einen Bandpassfilter, gesteuert von einem Mikroprozessor, der die entsprechenden Frequenzen des Filters einstellt. So kann das Spektrum abschnittsweise untersucht werden. In der DE 10 2004 037 193 A1 wird eine ähnliche Herangehensweise verfolgt.In the DE 103 59 532 describes a method that identifies the arc as a wideband noise source in a distribution network. For this purpose, a specific noise detector is constructed, which can distinguish the naturally occurring signals from those generated by an arc. The setup includes a bandpass filter controlled by a microprocessor that adjusts the corresponding frequencies of the filter. Thus, the spectrum can be examined in sections. In the DE 10 2004 037 193 A1 a similar approach is followed.

In der DE 101 32 952 B4 bzw. A1 wird schließlich ein Verfahren beschrieben, das auf Basis der bekannten Lichtbogenspannung eine Lichtbogenerkennung bietet. Ein Messmittel vor einer Last misst hierbei die an der Last anliegende Spannung. Sobald ein Spannungsabfall um die bekannte Lichtbogenspannung auftritt, soll die Last abgeschaltet oder wenn möglich erhöht werden, um den Lichtbogenstrom so weit abzusenken bis der minimale Lichtbogenstrom unterschritten wurde und der Lichtbogen erlischt. Da jedoch auch in normalen Betriebszuständen hohe Spannungseinbrüche, z.B. im Startmoment, auftreten können, sieht das Verfahren eine Wiedereinschaltung der abgeworfenen Lasten vor. Unter der Annahme, dass ein serieller Lichtbogen z.B. aufgrund eines Kabelbruchs oder eines schlechten/unterbrochenen Kontaktes innerhalb von Steckverbindern auftritt, besteht nach Löschung des seriellen Lichtbogens keine Versorgung der überwachten Last mehr. Der Versuch der Wiedereinschaltung bestätigt oder widerlegt also die vorherige Identifikation eines seriellen Lichtbogenfehlers. In the DE 101 32 952 B4 or A1, finally, a method is described which offers arc detection on the basis of the known arc voltage. A measuring device in front of a load measures the voltage applied to the load. As soon as a voltage drop occurs around the known arc voltage, the load should be switched off or, if possible, increased, in order to lower the arc current until the minimum arc current has been undershot and the arc extinguishes. However, since even in normal operating conditions high voltage dips, eg in the starting torque, may occur, the method provides a reconnection of the dropped loads. Assuming that a serial arc occurs, for example, due to cable breakage or bad / broken contact within connectors, there will be no supply to the monitored load after the serial arc is extinguished. The attempt to reconnect thus confirms or disproves the previous identification of a serial arcing fault.

Ein solches Verfahren ist je nach angeschlossenem Steuergerät nicht zweckdienlich. Besonders sicherheitskritische Funktionen und Steuergeräte dürfen nicht ohne das Vorhandensein eines Fehlers abgeschaltet werden. Auch der wiederkehrende Normalzustand nach Auslösung und die erneute Einschaltung zur Probe ist kein ausreichendes Indiz dafür, dass kein serieller Lichtbogen stattgefunden hat. Es besteht die Möglichkeit, dass bei seriellen Lichtbögen eine erneute Verbindung durch z.B. Zusammenschweißen der gelösten Kontakte oder gebrochenen Kabelenden hergestellt wird. Die Tatsache, dass ein Lichtbogen entstanden ist, muss trotzdem detektiert werden, um mögliche Spätfolgen oder daraus resultierende Fehler, wie z.B. Kurzschlüsse durch beschädigte Isolation, abschätzen zu können. Zusätzlich muss die Spannungsversorgung des messenden Steuergerätes sichergestellt sein und darf nicht über die vom Lichtbogenfehler betroffene Leitung geschehen, da sonst die Funktionalität nicht sichergestellt werden kann.Such a method is not appropriate depending on the connected control unit. Particularly safety-critical functions and control units must not be switched off without the presence of an error. Also, the recurrent normal state after triggering and re-switching to the sample is not sufficient indication that no serial arc has occurred. There is a possibility that, in the case of serial arcs, a reconnection by e.g. Welding the loose contacts or broken cable ends is made. Nevertheless, the fact that an arc has arisen must be detected in order to detect possible late effects or resulting errors, e.g. Short circuits due to damaged insulation can be estimated. In addition, the voltage supply of the measuring control unit must be ensured and must not be done via the cable affected by the arc fault, otherwise the functionality can not be ensured.

Den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist somit gemein, dass zur Fehlerdiagnose eines elektrischen Netzwerks ein vorrichtungsmäßig großer Aufwand betrieben werden muss, ohne dass die Diagnose auf einfache und verlässlich Weise zu befriedigenden Ergebnissen führt. Insbesondere haben Fehlerzustände, die eine Versorgung der verwendeten Messmittel betreffen, die Auswirkung, dass die Erkennung nach den vorgestellten Patenten nicht mehr ausgeführt werden kann.The solutions known from the state of the art are thus common in that a device-intensive effort must be made to diagnose the fault of an electrical network without the diagnosis leading to satisfactory and reliable results. In particular, fault conditions which concern a supply of the measuring means used have the effect that the recognition according to the patents presented can no longer be carried out.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein derartiges Verfahren zur Fehlerdiagnose in einem elektrischen Netzwerk mit einer Mehrzahl von elektrischen Netzwerkkomponenten anzugeben, mit dem es auf einfache und verlässliche Weise möglich ist, einen Fehler bezüglich einer elektrischen Netzwerkkomponente zu detektieren, zu lokalisieren und identifizieren.It is therefore the object of the invention to provide such a method for fault diagnosis in an electrical network with a plurality of electrical network components, with which it is possible in a simple and reliable manner to detect, locate and identify a fault with respect to an electrical network component.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den auf Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüchen beschrieben.This object is solved by the subject matter of claim 1. Preferred embodiments of the invention are described in the dependent claims on claim 1.

Insofern liegt die Erfindung also in einem Verfahren zur Fehlerdiagnose in einem elektrischen Netzwerk, wobei das elektrische Netzwerk eine Mehrzahl von elektrischen Netzwerkkomponenten aufweist, mit folgenden Schritten:

  • - Bereitstellen eines Simulationsmodells für das elektrische Netzwerk, das wenigstens für einen Teil der elektrischen Netzwerkkomponenten, vorzugsweise für alle elektrischen Netzwerkkomponenten, jeweils ein Netzwerkkomponentenmodell sowie für wenigstens einen Teil der bezüglich der Netzwerkkomponenten möglichen elektrischen Fehler jeweils ein Fehlermodell enthält, wobei
    • - jedes Fehlermodell einer jeweiligen elektrischen Netzwerkkomponente als mögliche elektrische Zustände der jeweiligen elektrischen Netzwerkkomponenten jeweils einen elektrischen Normalzustand der jeweiligen elektrischen Netzwerkkomponente und wenigstens einen elektrischen Fehlerzustand der jeweiligen elektrischen Netzwerkkomponente aufweist, und
    • - eine Mehrzahl von voneinander verschiedener möglicher Netzwerkzustände über die Permutation wenigstens eines Teils der jeweils möglichen elektrischen Zustände der jeweiligen elektrischen Netzwerkkomponenten definiert ist,
  • - Bestimmen des jeweiligen aktuellen elektrischen Zustands einer Mehrzahl der elektrischen Netzwerkkomponenten des elektrischen Netzwerks, und
  • - Ermitteln des aktuellen Netzwerkzustands durch Feststellen, welcher im Simulationsmodell definierte mögliche Netzwerkzustand die einzelnen aktuell bestimmten elektrischen Zustände der elektrischen Netzwerkkomponenten aufweist.
In this respect, the invention is therefore in a method for fault diagnosis in an electrical network, wherein the electrical network has a plurality of electrical network components, with the following steps:
  • - Providing a simulation model for the electrical network, which contains at least for a portion of the electrical network components, preferably for all electrical network components, each a network component model and for at least a portion of the possible with respect to the network components electrical faults each a fault model, wherein
    • - Each fault model of a respective electrical network component as possible electrical states of the respective electrical network components each having a normal electrical state of the respective electrical network component and at least one electrical fault condition of the respective electrical network component, and
    • a plurality of mutually different possible network states is defined via the permutation of at least part of the respective possible electrical states of the respective electrical network components,
  • Determining the respective current electrical state of a plurality of the electrical network components of the electrical network, and
  • Determining the current network state by determining which defined network state defined in the simulation model has the individual currently determined electrical states of the electrical network components.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt eine Besonderheit darin, dass darauf verzichtet werden kann, neue Steuergeräte oder Messeinrichtungen in das elektrische Netzwerk einzubringen. Vielmehr ist es möglich, z.B. bei einem Bordnetz mit elektrischen Steuergeräten, in den Steuergeräten vorhandene Sensoren zu nutzen, um durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Zustandserkennung und Fehlerdiagnose zu verwirklichen. Eine weitere Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass sich die Sensorik nicht in unmittelbarer Umgebung des zu beobachtenden elektrischen Netzwerks oder Teilnetzwerks befinden muss, wie es bei einem Großteil der bekannten Konzepte der Fall ist, sondern dass auch in anderen Zweigen aufgenommene Messwerte aufgrund ihrer Empfindlichkeit gegen die zu erkennenden Änderungen im Netzwerk geeignet sein können. In the method according to the invention, a special feature is that it is possible to dispense with introducing new control devices or measuring devices into the electrical network. Rather, it is possible, for example in an electrical system with electrical control units, to use existing sensors in the control units in order to realize state detection and fault diagnosis by the method according to the invention. A further special feature of the method according to the invention is that the sensor system does not have to be in the immediate vicinity of the electrical network or subnetwork to be observed, as is the case with a majority of the known concepts, but also that measured values recorded in other branches are due to their sensitivity against the changes in the network to be detected.

Die elektrischen Zustände der Netzwerkkomponenten können grundsätzlich unterschiedliche Eigenschaften sein, die eine Netzwerkkomponente in elektrischer Hinsicht charakterisieren. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass der elektrische Zustand einer Netzwerkkomponente ein Stromwert und/oder ein Spannungswert und/oder ein Widerstandswert ist. Das bedeutet, dass sowohl dem Normalzustand als auch jedem Fehlerzustand einer elektrischen Netzwerkkomponente ein jeweiliger Stromwert in Ampere, Spannungswert in Volt und/oder Widerstandswert in Ohm für diese Netzwerkkomponente zugeordnet ist.The electrical states of the network components may in principle be different properties that characterize a network component in electrical terms. According to a preferred embodiment of the invention, however, it is provided that the electrical state of a network component is a current value and / or a voltage value and / or a resistance value. This means that a respective current value in amps, voltage value in volts and / or resistance value in ohms for this network component is assigned to both the normal state and each fault state of an electrical network component.

Vorzugsweise dient das erfindungsgemäße Verfahren dazu, festzustellen, welche Art von Fehler (z.B. Kurzschluss, Leitungsbruch usw.) bei genau welcher Netzwerkkomponente vorliegt. Dazu ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass den im Simulationsmodell definierten möglichen Netzwerkzuständen jeweils eine Beschreibung zugeordnet ist, welche Art von Fehler an welcher elektrischen Netzwerkkomponente aktuell vorliegt.Preferably, the method of the invention serves to determine what type of fault (e.g., short circuit, open circuit, etc.) exists in exactly which network component. For this purpose, according to a preferred development of the invention, it is provided that the possible network states defined in the simulation model are each assigned a description of which type of fault currently exists on which electrical network component.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch auch vorgesehen, dass in dem Simulationsprogramm mögliche Netzwerkzustände, deren zugehörige elektrische Zustände der elektrischen Netzwerkkomponenten jeweils maximal um einen jeweiligen vorbestimmten Wert voneinander abweichen, eine gemeinsame Klasse bilden. Auf diese Weise können Netzwerkzustände mit ähnlichen elektrischen Zuständen der Netzwerkkomponenten zusammengefasst werden, um die Art des Fehlers bzw. der Fehler in dem elektrischen Netzwerk zumindest einzugrenzen.According to a preferred embodiment of the invention, however, it is also provided that in the simulation program possible network states, whose associated electrical states of the electrical network components each deviate from one another by a respective predetermined value, form a common class. In this way, network conditions may be combined with similar electrical states of the network components to at least limit the nature of the fault or faults in the electrical network.

Grundsätzlich ist es natürlich hilfreich, wenn das Simulationsmodell möglichst viele oder alle elektrischen Netzwerkkomponenten des elektrischen Netzwerks modellmäßig abbildet. Vorzugsweise berücksichtigt das Simulationsmodell als Netzwerkkomponenten wenigstens einerseits eine Batterie und/oder einen Generator und andererseits eine Mehrzahl von Verbrauchern und eine Mehrzahl von Leitungen zwischen den Verbrauchern selbst sowie zwischen den Verbrauchern und der Batterie und/oder dem Generator.In principle, it is naturally helpful if the simulation model models as many as possible or all the electrical network components of the electrical network. Preferably, the simulation model takes into account as network components at least on the one hand a battery and / or a generator and on the other hand a plurality of consumers and a plurality of lines between the consumers themselves and between the consumers and the battery and / or the generator.

Bei der Permutation wenigstens eines Teils der jeweils möglichen elektrischen Zustände der jeweiligen elektrischen Netzwerkkomponenten können grundsätzlich alle Zustände einer jeden elektrischen Netzwerkkomponente mit allen Zuständen aller anderen elektrischen Netzwerkkomponenten kombiniert werden. Die Permutation kann jedoch vereinfacht werden, z.B. dadurch, dass man die Annahme trifft, dass nie zwei Fehler gleichzeitig auftreten. Insofern ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass bei der Permutation wenigstens eines Teils der jeweils möglichen elektrischen Zustände der jeweiligen elektrischen Netzwerkkomponenten nur solche Permutationen verwendet werden, die für lediglich eine einzige elektrische Netzwerkkomponente einen elektrischen Fehlerzustand aufweisen.In the permutation of at least part of the respective possible electrical states of the respective electrical network components, basically all states of each electrical network component can be combined with all states of all other electrical network components. However, the permutation can be simplified, e.g. by making the assumption that two errors never occur at the same time. In this respect, it is provided according to a preferred development of the invention that when permuting at least part of the respective possible electrical states of the respective electrical network components only those permutations are used which have an electrical fault state for only a single electrical network component.

Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die jeweiligen aktuellen elektrischen Zustände einer Mehrzahl der elektrischen Netzwerkkomponenten des elektrischen Netzwerks wenigstens teilweise über einen Bus von den jeweiligen elektrischen Netzwerkkomponenten an eine Diagnoseeinrichtung übertragen werden, in der das Ermitteln des aktuellen Netzwerkzustands durchgeführt wird. Derartige Busse werden in typischen Kfz-Bordnetzen genutzt.Furthermore, it is provided according to a preferred embodiment of the invention that the respective current electrical states of a plurality of the electrical network components of the electrical network are at least partially transmitted via a bus from the respective electrical network components to a diagnostic device in which the determination of the current network state is performed. Such buses are used in typical motor vehicle electrical systems.

Außerdem betrifft die Erfindung auch die Verwendung eines Verfahrens, wie zuvor beschrieben, für ein Bordnetz eines Fahrzeugs als elektrisches Netzwerk, vorzugsweise für das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, ganz besonders bevorzugt für ein 48 V-Kfz-Bordnetz.Moreover, the invention also relates to the use of a method, as described above, for an electrical system of a vehicle as an electrical network, preferably for the electrical system of a motor vehicle, very particularly preferably for a 48 V vehicle electrical system.

Dabei umfassen die Netzwerkkomponenten vorzugsweise Steuergeräte mit Strom- und/oder Spannungssensoren, wobei das Bestimmen des jeweiligen aktuellen elektrischen Zustands einer Mehrzahl der elektrischen Netzwerkkomponenten des elektrischen Netzwerks die Erfassung von Strom- und/oder Spannungswerten mittels dieser Strom- und/oder Spannungssensoren erfolgt. Ganz besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, dass die Erfassung von Strom- und/oder Spannungswerten ausschließlich mittels dieser Strom- und/oder Spannungssensoren erfolgt. Auf diese Weise entfällt das Erfordernis, für das erfindungsgemäße Verfahren eigene Sensoren zu installieren, was die Sache weiter vereinfacht.In this case, the network components preferably include control devices with current and / or voltage sensors, wherein the determination of the respective current electrical state of a plurality of the electrical network components of the electrical network, the detection of current and / or voltage values by means of these current and / or voltage sensors. Very particularly preferred is in this Connection, that the detection of current and / or voltage values takes place exclusively by means of these current and / or voltage sensors. In this way, eliminates the need to install own sensors for the inventive method, which further simplifies matters.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

  • 1 ein Schema einer modellbasierten Überwachung und Fehlerdiagnose in einem Kfz-Bordnetz,
  • 2 schematisch ein Bordnetz gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit der Besonderheit einer fehlenden Messung in einem fehlerbehafteten Strang,
  • 3 verschiedene Netzwerkkomponentenmodelle und Fehlermodelle gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 4 ein Gesamtmodell des Bordnetzes gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 5 Variationen der Batteriespannung in Abhängigkeit der berücksichtigten Gesamtsystemzustände gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 6 Berechnung der Fehlernormen für einen bestimmten Netzwerkzustand und eine Darstellung der Fehlernormen als Histogramm gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 7 der Verlauf der Netzwerkzustände gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
  • 8 ein Ergebnis der Klassifikation und einen Vergleich der klassifizierten Netzwerkzustände gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
The invention will be further described by means of preferred embodiments with reference to the drawings. In the drawings show:
  • 1 a schematic of a model-based monitoring and fault diagnosis in a motor vehicle electrical system,
  • 2 1 schematically shows a vehicle electrical system according to a preferred exemplary embodiment of the invention with the special feature of a missing measurement in a faulty line;
  • 3 various network component models and error models according to the preferred embodiment of the invention,
  • 4 an overall model of the electrical system according to the preferred embodiment of the invention,
  • 5 Variations of the battery voltage as a function of the considered overall system states according to the preferred embodiment of the invention,
  • 6 Calculation of the error standards for a specific network state and a representation of the error standards as a histogram according to the preferred embodiment of the invention,
  • 7 the course of the network states according to the preferred embodiment of the invention and
  • 8th a result of the classification and a comparison of the classified network states according to the preferred embodiment of the invention.

Grundlage für die beschriebene Erfindung ist, dass in heutigen Kfz-Umgebungen bereits eine sehr große Zahl an Spannungs- und Stromsensoren vorhanden ist. Steuergeräte werden immer häufiger mit diesen ausgestattet, da sie das eigene elektrische Verhalten überwachen müssen. So gewährleistet jedes einzelne Steuergerät eine gewisse Diagnosefähigkeit. Zusätzlich ist eine vielseitige Kommunikation über unterschiedliche Bus-Systeme grundsätzlich für fast jedes Steuergerät möglich.Basis for the described invention is that in today's automotive environments already a very large number of voltage and current sensors is present. Control units are increasingly equipped with these because they have to monitor their own electrical behavior. Thus, each individual control unit ensures a certain diagnostic capability. In addition, versatile communication via different bus systems is basically possible for almost every ECU.

Auf dieser Basis können die vorhandenen Sensorinformationen zu einem zentralen Steuergerät kommuniziert werden. Dort realisiert das unten vorgestellte Überwachungs- und Diagnosekonzept die Überwachung, Fehlerdetektion, -lokalisierung und -identifikation. 1 zeigt ein Schema einer modellbasierten Überwachung und Fehlerdiagnose in einem Kfz-Bordnetz, um das modellbasierte Monitoring und die modellbasierte Fehlerdiagnose gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umzusetzen.On this basis, the existing sensor information can be communicated to a central control unit. There, the monitoring and diagnostic concept presented below realizes the monitoring, fault detection, localization and identification. 1 FIG. 12 shows a schematic of a model-based monitoring and fault diagnosis in a motor vehicle electrical system in order to implement the model-based monitoring and the model-based fault diagnosis according to the present exemplary embodiment.

Einerseits existiert das reale Kfz-Bordnetz 1, welches an verschiedenen Stellen bzw. in den Steuergeräten Strom- und/oder Spannungswerte liefern kann. Diese Werte werden im Vektor x = (v1, ..., i1, ...)T zusammengefasst. Darunter in 1 findet man das Bordnetzmodell 2 mit allen berücksichtigten Fehlermodellen. Durch die Verwendung eines Simulationsmodells 3 können alle damit verbunden Fehlervektoren x̂i bestimmt und einem Clustering 4 unterworfen werden. Durch den Vergleich des gemessenen Zustands mit den möglichen errechneten Zuständen im Rahmen einer Klassifikation kann festgestellt werden, ob ein Fehler vorliegt, und dieser kann eingegrenzt und über eine Ausgabe 6 ausgegeben werden.On the one hand, the real vehicle electrical system exists 1 which can supply current and / or voltage values at various locations or in the control units. These values are summarized in the vector x = (v 1 , ..., i 1 , ...) T. Including in 1 you find the electrical system model 2 with all considered error models. By using a simulation model 3 can all associated error vectors x i determined and a clustering 4 be subjected. By comparing the measured state with the possible calculated states in the context of a classification, it is possible to determine whether an error exists and this can be limited and output 6 be issued.

Zur Anwendung dieses modellbasierten Verfahrens ist es erforderlich, ein Gesamtmodell für das zu überwachende reale Bordnetz 1 zu erstellen. Im einfachsten Fall wird eine Modellbildung angestrebt, die eine statische Analyse unterstützt. Das heißt, dass zur Modellbildung nur Quellen und Widerstände verwendet werden müssen. Mit diesen Teilmodellen kann nun das reale Bordnetz 1 in das Bordnetzmodell 2 überführt werden.To use this model-based method, it is necessary to have an overall model for the real vehicle electrical system to be monitored 1 to create. In the simplest case, a model is sought, which supports a static analysis. This means that only sources and resistances have to be used to model. With these submodels can now the real electrical system 1 in the electrical system model 2 be transferred.

Verhaltensvariationen der realen Komponenten werden als diskrete Zustände verstanden. Diese diskreten Zustände können an die Modelle in Form einer Parametervariation weitergegeben werden. Um die genannten Fehler im Bordnetzmodell 2 berücksichtigen zu können, müssen Fehlermodelle erstellt und an den zu überwachenden Stellen im Bordnetzmodell 2 eingefügt werden. Eine Unterscheidung zwischen fehlerfreiem Zustand (Normalzustand) und Fehlerzustand kann ebenfalls durch eine Parametervariation in den Fehlermodellen erfolgen. Dabei muss sichergestellt sein, dass es einen Zustand der Fehlermodelle gibt, der keinen Einfluss auf das restliche Netzwerk hat und somit einen Normalzustand darstellt. Wenn zur Simulation z.B. eine modifizierte Knotenpotentialanalyse (MNA) herangezogen wird, kann die Modellbildung für eine statische Simulation ein algebraisches Gleichungssystem der folgenden Form ergeben: G x ^ = b

Figure DE102017110620A1_0001
Behavioral variations of the real components are understood as discrete states. These discrete states may be passed to the models in the form of a parameter variation. To the mentioned errors in the electrical system model 2 To be able to take into account, fault models must be created and at the points to be monitored in the electrical system model 2 be inserted. A distinction between error-free state (normal state) and error state can also be made by a parameter variation in the error models. It must be ensured that there is a state of the error models that has no influence on the rest of the network and thus represents a normal state. If, for example, a modified node potential analysis (MNA) is used for the simulation, the modeling for a static simulation can yield an algebraic equation system of the following form: G x ^ = b
Figure DE102017110620A1_0001

Hierbei beschreibt G die Admittanzmatrix und b den Anregungsvektor. Der Lösungsvektor x̂ = (v̂1..., î1,...) beschreibt die prädizierten Strom- und Spannungswerte an verschiedenen Stellen des Netzwerks. Der Lösungsvektor x̂ kann mehr Komponenten als der Messvektor x aufweisen. Here G describes the admittance matrix and b the excitation vector. The solution vector x = (v 1 ..., î 1 , ...) describes the predicted current and voltage values at different points in the network. The solution vector x may have more components than the measurement vector x.

Auf der Basis des Gesamtsystemmodells können die Komponentenzustände permutiert werden. Diese Permutation bringt eine Permutationsmatrix P hervor, welche z.B. die folgende Form aufweisen kann: P = [ 1 1 1 1 1 | 1 1 1 2 1 2 1 3 2 1 ]

Figure DE102017110620A1_0002
Based on the overall system model, the component states can be permuted. This permutation produces a permutation matrix P, which may have the following form, for example: P = [ 1 1 1 1 1 | 1 1 1 2 1 2 1 3 2 1 ]
Figure DE102017110620A1_0002

Das Beispiel zeigt eine Permutationsmatrix für ein Bordnetzmodell mit fünf elektrischen Elementen. Hierbei stellen die Zeilen Variationen der Komponentenzustände und die Spalten Gesamtsystemzustände des Bordnetzes dar. Im Umfeld später beschriebener Klassifikations- und Clustermethoden werden die Strom- und Spannungsmessungen als Merkmale des jeweiligen Zustands aufgefasst und den in der Permutationsmatrix definierten Gesamtsystemzuständen zugeordnet. Eine theoretische Anzahl an Systemzuständen kann mit folgender Regel angegeben werden: # s t a t e s = n = 1 N n #ld n

Figure DE102017110620A1_0003
The example shows a permutation matrix for a wiring system model with five electrical elements. In this case, the lines represent variations of the component states and the columns total system states of the electrical system. In the environment of classification and clustering methods described later, the current and voltage measurements are taken as characteristics of the respective state and assigned to the overall system states defined in the permutation matrix. A theoretical number of system states can be specified with the following rule: # s t a t e s = Π n = 1 N n #LD n
Figure DE102017110620A1_0003

Hierbei wird die Anzahl der Zustände des Gesamtsystems #states berechnet. n stellt die Anzahl der Komponentenzustände dar, während #Idn die Anzahl der Steuergeräte mit n Zuständen darstellt. N beschreibt die Anzahl an Zuständen, die die Komponente mit den meisten Zuständen aufweist.Here, the number of states of the total system # states is calculated. n represents the number of component states, while #Id n represents the number of n-state controllers. N describes the number of states that the component with the most states has.

Nach einer vollständigen Permutation können verschiedene vereinfachende Annahmen die Anzahl an Systemzuständen verringern. Eine Annahme kann sein, dass nie zwei Fehler gleichzeitig auftreten, dass also nicht zwei oder mehr Fehlermodelle mit einem einen Fehler beschreibenden Zustand gleichzeitig in einer Spalte der Permutationsmatrix auftreten.After a complete permutation, various simplifying assumptions can reduce the number of system states. One assumption may be that two errors never occur simultaneously, so that two or more error models with a state describing an error do not occur simultaneously in one column of the permutation matrix.

Nach der Definition der Gesamtsystemzustände in der Permutationsmatrix P können z.B. mit dem Verfahren gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung die berücksichtigten Systemzustände simuliert und so Lösungsvektoren x̂ erstellt werden. Die Gesamtheit aller Lösungsvektoren zu den verschiedenen Systemzuständen kann in der Lösungsmatrix X̂zusammengefasst werden, wie sie im oben im Zusammenhang mit 1 beschrieben ist.After the definition of the overall system states in the permutation matrix P, the method states according to the present preferred exemplary embodiment of the invention can be used to simulate the considered system states and thus create solution vectors x. The totality of all solution vectors to the various system states can be summarized in the solution matrix X, as described above 1 is described.

Grundsätzlich kann jeder prädizierte Lösungsvektor x̂ als eigene Klasse verstanden werden, der in der Klassifikation der Messvektor x zugeordnet wird (und somit auch den Zuständen/Spalten in der Permutationsmatrix). Als Preprocessing kann allerdings ein Clustering 4, wie in 1 dargestellt, vorgesehen werden. Dieser Bereich dient der näheren Untersuchung der berücksichtigten Zustände. Hier kann eine Bewertung der Beobachtbarkeit vorgenommen werden. Während verschiedene Zustände große Differenzen aufweisen können, können manche Zustände ebenfalls hohe Ähnlichkeiten aufweisen. Diese Ähnlichkeiten können durch Gruppen- bzw. Klassenbildung identifiziert und bewertet werden. Eine Gruppenbildung kann auf Basis verschiedener Cluster-Algorithmen erfolgen. Eine Besonderheit besteht darin, dass die sinnvolle Anzahl der Klassen nicht pauschal angegeben werden kann. Daher ist eine Kombination aus unüberwachten und überwachten Verfahren anzuwenden.In principle, each predicted solution vector x can be understood as a separate class to which the measurement vector x is assigned in the classification (and thus also the states / columns in the permutation matrix). However, as a preprocessing can be a clustering 4 , as in 1 shown, are provided. This area is used for a closer examination of the considered states. Here an evaluation of the observability can be made. While different states may have large differences, some states may also have high similarities. These similarities can be identified and evaluated through grouping or class formation. Grouping can be done on the basis of different cluster algorithms. A special feature is that the reasonable number of classes can not be specified as a whole. Therefore, a combination of unsupervised and supervised procedures should be used.

Eine Möglichkeit kann der k-nächste-Nachbarn-Algorithmus in Zusammenhang mit der Elbow-Methode darstellen. Bei dieser Methodenkombination wird nacheinander der k-nächste-Nachbarn-Algorithmus mit Werten für k beginnend bei 1 verwendet. Die Güte jeder Variante wird durch die Berechnung der Abweichung der zugeordneten Zustände zum Klassenschwerpunkt bewertet. Eine minimale Güte wird mit k = 1, eine 100%-ige Genauigkeit mit k = Anzahl Spalten der Permutationsmatrix erreicht. Sobald die Verbesserung der Güte im Vergleich der k-ten und (k + 1)-ten Iteration einen Grenzwert unterschreitet, wird die als optimal betrachtete Anzahl der Klassen auf diesen Wert festgesetzt. Der festzusetzende Grenzwert hängt u.a. mit der verfügbaren Messauflösung zusammen.One possibility is the k-nearest-neighbor algorithm in conjunction with the Elbow method. In this combination of methods, the k-nearest-neighbor algorithm with values for k starting at 1 is used successively. The quality of each variant is evaluated by calculating the deviation of the assigned states to the class center of gravity. A minimum quality is achieved with k = 1, a 100% accuracy with k = number of columns of the permutation matrix. As soon as the improvement of the quality in the comparison of the kth and (k + 1) iteration falls below a limit value, the number of classes regarded as optimal is set to this value. The limit to be set depends i.a. together with the available measurement resolution.

Neben dieser Methodenkombination gibt es eine große Anzahl anderer Möglichkeiten, die prinzipiell ebenfalls verwendet werden können. In addition to this method combination, there are a large number of other possibilities that can also be used in principle.

Nach einer Klassenbildung kann individuell eine Beobachtbarkeit besonderer Stellen im Bordnetz bewertet werden. Wenn es keine Klasse gibt, die sowohl Normal- als auch Fehlerzustände enthält, kann von einer vollständigen Detektierbarkeit der Fehler ausgegangen werden. Bilden die verschiedenen Fehlerzustände jeweils eigene Klassen, kann zusätzlich von einer vollständigen Lokalisierbarkeit und Identifizierbarkeit ausgegangen werden. Sollten sich Mischklassen gebildet haben, kann eine Aussage darüber getroffen werden, welche Zustände nicht voneinander unterschieden werden können.After class formation, individual observability of specific points in the electrical system can be assessed individually. If there is no class that contains both normal and error states, the error can be assumed to be completely detectable. If the different error states each form their own classes, a complete localizability and identifiability can additionally be assumed. If mixed classes have formed, a statement can be made as to which states can not be distinguished from one another.

Sowohl die Komponentenmodellbildung als auch die Gesamtsystemmodellierung, die Permutation und die Simulation der Zustände, sowie die Klassenbildung kann die Grundlage für die Klassifizierung bilden und muss nicht online geschehen. Nur das Ergebnis dieser Bearbeitungsschritte wird in ein Steuergerät (Beobachter-Steuergerät) implementiert. Hierdurch wird die geforderte Rechenleistung erheblich gesenkt. Die online auszuführende Aufgabe besteht einzig und alleine darin, den Messvektor x den vorher definierten Klassen zuzuordnen. Diese Klassifikation wird durch die Klassifikation 5 in 1 repräsentiert.Both component modeling and overall system modeling, permutation and simulation of states, as well as class formation can form the basis of classification and need not be done online. Only the result of these processing steps is implemented in a control unit (observer control unit). This considerably reduces the required computing power. The task to be performed online is solely to assign the measurement vector x to the previously defined classes. This classification is determined by the classification 5 in 1 represents.

Grundsätzlich können viele verschiedene Klassifizierungsalgorithmen angewendet werden und zum Ziel führen. Die einfachste Möglichkeit besteht beispielsweise ohne vorherige Klassenbildung bzw. ohne Zusammenfassung verschiedener Zustände darin, Fehlernormen (z.B. f1 = ||x̂1- x||) zwischen allen simulierten Zuständen und dem Messvektor zu erstellen. Die geringste Abweichung zwischen dem Messvektor und den in der Simulation erstellten Größen bildet den wahrscheinlichsten Zustand des Gesamtsystems. Neben der on, -lokalisierung und -identifikation bietet das Verfahren also auch die Möglichkeit, einen Normalzustand zu identifizieren.In principle, many different classification algorithms can be applied and lead to the goal. For example, the simplest way is to create error norms (eg, f 1 = || x 1 -x ||) between all simulated states and the measurement vector without prior class formation or summary of various states. The least deviation between the measurement vector and the variables created in the simulation forms the most probable state of the overall system. In addition to on, localization and identification, the method also offers the possibility of identifying a normal state.

Die berücksichtigten Informationen müssen sich nicht auf Strom- und Spannungswerte beschränken. Einigen Steuergeräten fehlen Sensoren, so dass die Strom- oder Spannungsinformation nicht unmittelbar vorhanden ist. Viele dieser speziellen Steuergeräte haben allerdings die Möglichkeit, den eigenen Zustand über ein Bus-System zu kommunizieren. Unter der Annahme, dass diese Zustandsinformation fehlerfrei ist, kann sie im Beobachter-Steuergerät, in welchem die Datenfusion erfolgt, genutzt werden, um bestimmte Zustände bzw. Klassen von der Klassifikation auszuschließen. Sind genauere Komponentenmodelle dieser speziellen Lasten bzw. Steuergeräte vorhanden, können durch Nebensimulationen ebenfalls die entsprechenden Strom- und Spannungswerte in der Klassifikation berücksichtigt werden. So wird die Anzahl der Eigenschaften erhöht und gleichzeitig die Anzahl der Klassen verringert, was die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Klassifikation erheblich steigert.The information taken into account need not be limited to current and voltage values. Some controllers lack sensors, so that the current or voltage information is not immediately available. However, many of these special control units have the option of communicating their own status via a bus system. Assuming that this state information is error-free, it can be used in the observer controller in which the data fusion takes place in order to exclude certain states or classes from the classification. If more precise component models of these special loads or control units are available, the corresponding current and voltage values in the classification can also be taken into account by means of ancillary simulations. This increases the number of properties and at the same time reduces the number of classes, which considerably increases the probability of a successful classification.

Zur Realisierung einer Messwertkommunikation können unabhängig vom tatsächlich verwendeten Bus verschiedene Strategien verfolgt werden. Einen bevorzugten Fall stellt die ständige Versorgung des auswertenden Steuergeräts mit allen verfügbaren Messwerten dar. Die zeitliche Auflösung sollte möglichst hoch sein, um auch nur kurz auftretende Zustandsänderungen erkennen zu können. Die aufgenommenen Messwerte können in einem Array von den jeweiligen Steuergeräten mit einer bestimmten Speichertiefe abgespeichert werden. Dieses Array kann wie ein Schieberegister organisiert sein, so dass der älteste Messwert einem neuen weichen muss, sobald das Array vollständig mit Messwerten gefüllt ist. Das zentrale Steuergerät fragt nacheinander die benötigten Daten ab. Das neue Datenpaket des ersten Steuergeräts, welches wiederholt Daten sendet, muss, um eine lückenlose Überwachung zu gewährleisten, noch mindestens einen dem zentralen Steuergerät bereits bekannten Wert enthalten. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die sendenden Steuergeräte statt auf eine Abfrage zu warten, selbständig nacheinander die Daten senden. Die Sendeerlaubnis bzw. die Sendeaufforderung kann von den Steuergeräten zyklisch weitergegeben werden.To implement a measured value communication, different strategies can be pursued independently of the bus actually used. A preferred case is the constant supply of the evaluating control unit with all available measured values. The temporal resolution should be as high as possible in order to be able to recognize even briefly occurring changes in state. The recorded measured values can be stored in an array by the respective control devices with a specific memory depth. This array can be organized like a shift register so that the oldest metric must go astray once the array is completely filled with metric. The central control unit inquires successively the required data. The new data packet of the first control unit, which repeatedly sends data must, in order to ensure seamless monitoring, still contain at least one value already known to the central control unit. Another possibility is that the sending ECUs instead of waiting for a query, independently send the data one after the other. The transmission permission or the transmission request can be forwarded cyclically by the control units.

Wichtig hierbei ist das Senden der Datenpakete, bestehend aus einer Anzahl an Messwerten abhängig von der gewählten Speichertiefe, zusammen mit Zeitstempeln, abgeleitet von einer gemeinsamen Zeitbasis. Eine vorherige Uhrensynchronisation ist daher nötig, und eine spätere Messwertsynchronisation im zentralen Steuergerät somit möglich. Unterschiedliche Auflösungen können durch Interpolation angeglichen werden.Important here is the sending of the data packets, consisting of a number of measured values depending on the selected memory depth, together with time stamps derived from a common time base. A prior clock synchronization is therefore necessary, and a subsequent measurement value synchronization in the central control unit thus possible. Different resolutions can be adjusted by interpolation.

Für das Verfahren gemäß dem vorliegend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es zunächst lediglich erforderlich, dass zu einem festen Zeitpunkt alle verfügbaren Daten vorliegen. Daher besteht eine weitere Möglichkeit der Kommunikationsorganisation darin, eine Broadcast-Nachricht des zentralen Steuergerätes an alle Messeinheiten, bestehend aus einem Start-Signal und einer gemeinsamen Zeitbasis, zu senden. Ab diesem Punkt beginnen die Steuergeräte mit einer definierten Auflösung (falls vorgesehen) und einer definierten Speichertiefe (falls vorgesehen), Messwerte aufzunehmen, die sie nach vollständiger Füllung des definierten Speicherplatzes, wie oben beschrieben, an das zentrale Steuergerät zurücksenden. Dieses Verfahren führt zu einer deutlichen Reduzierung der Buslast.For the method according to the presently described preferred embodiment of the invention, it is initially only necessary for all available data to be available at a fixed point in time. Therefore, another possibility of the communication organization is to send a broadcast message of the central control unit to all measuring units, consisting of a start signal and a common time base. From this point, the ECUs start recording readings with a defined resolution (if provided) and a defined memory depth (if provided) complete filling of the defined memory space, as described above, send back to the central control unit. This procedure leads to a significant reduction of the bus load.

Eine weitere Möglichkeit, die wiederum eine weitere Reduzierung der Buslast zur Folge hat, sieht vor, dass die messenden Steuergeräte selbstständig dann ihre Messwerte an das zentrale Steuergerät senden, sobald ihr Zustand bzw. ihr elektrisches Verhalten um eine bestimmte Größe von dem bisherigen abweicht. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass ein Ausfall der Kommunikation nicht erkannt werden könnte und in einer Klassifikation weiterhin eine größere Anzahl an möglichen Klassen verwendet würde.Another possibility, which in turn results in a further reduction of the bus load, provides that the measuring control units independently then send their measured values to the central control unit as soon as their condition or their electrical behavior deviates from the previous one by a certain size. This method has the disadvantage that a failure of the communication could not be detected and a classification would continue to use a larger number of possible classes.

Die vorliegend beschriebene Überwachungs- und Diagnosemethode bietet im Vergleich zu den oben diskutierten Konzepten aus den bekannten Patentanmeldungen verschiedene wichtige Vorteile:

  • - Es werden nur Komponenten verwendet, die bereits in einem Bordnetz vorhanden sind:
    • - Messtechnik, die aufgrund von der geforderten Eigendiagnosefähigkeit der Steuergeräte, bereits vorhanden ist;
    • - Implementierung des Klassifikationsalgorithmus kann auf einem bereits vorhandenen Steuergerät, wie z.B. dem Gateway, Batteriemanager oder Energiemanager, geschehen;
    • - Nutzung der vorhandenen Bus-Systeme;
  • - Auf Basis der zur Verfügung stehenden Sensoren kann eine Bewertung der Beobachtbarkeit einzelner Stellen im Bordnetz gewährleistet werden; so kann die Methode im Vorhinein eine Aussage über die eigene Fähigkeit, einzelne Fehler- und spezifische Normalzustände zu identifizieren, treffen.
  • - Es wird nicht für einen bestimmten Fehler an einem bestimmten Ort ein bestimmter Sensor verwendet oder sogar gefordert, sondern die Fähigkeit aller Sensoren wird darauf geprüft, Fehler an verschiedenen Stellen zu erkennen; so wird die Empfindlichkeit verschiedener bzw. aller Sensoren auf Änderungen im gesamten Bordnetz genutzt.
  • - Das Ergebnis einer Klassifikation ist immer ein spezifischer Zustand. Es werden keine binären Aussagen über bestimmte Zustände getroffen (z.B. Fehlerzustand vorhanden/Fehlerzustand nicht vorhanden).
The presently described monitoring and diagnostic method offers several important advantages compared to the concepts discussed above from the known patent applications:
  • - Only components that are already present in a vehicle electrical system are used:
    • - Measurement technology that already exists due to the required self-diagnostic capability of the ECUs;
    • - Implementation of the classification algorithm can be done on an existing control unit, such as the gateway, battery manager or energy manager;
    • - use of existing bus systems;
  • - On the basis of the available sensors, an assessment of the observability of individual points in the electrical system can be ensured; In this way, the method can make a statement in advance about its own ability to identify individual fault and specific normal states.
  • - A particular sensor is not used or even required for a particular fault in a particular location, but the ability of all sensors is checked to detect faults in different locations; The sensitivity of different or all sensors is used for changes in the entire vehicle electrical system.
  • - The result of a classification is always a specific condition. No binary statements about certain states are made (eg error state present / error state not present).

Die hier beschriebene bevorzugte Ausführungsform für eine statische Simulation stellt die einfachste Form der Anwendung dar. Erweiterungen auf dynamische Analysen sind einfach möglich, indem ein Prüfsignal an einer zentralen oder passenden Stelle im Bordnetz eingeprägt wird oder ein vorhandenes zeitlich veränderliches Signal genutzt wird. Strom- und Spannungsverläufe werden dann als Merkmale der Zustände herangezogen. Die Bewertungsmöglichkeit der Beobachtbarkeit spezieller Stellen im Bordnetz im Hinblick auf definierte mögliche Fehler kann eine Grundlage dafür sein, das Verfahren in seiner besten Form nutzbar zu machen. Es können Messstellen identifiziert werden, bei denen eine Ergänzung des Gesamtsystems um verschiedene Messungen eine erheblich bessere Beobachtbarkeit und somit robustere Fehlerdetektion liefern kann.The preferred embodiment for a static simulation described here represents the simplest form of the application. Extensions to dynamic analyzes are easily possible by impressing a test signal at a central or suitable point in the vehicle electrical system or by using an existing time-varying signal. Current and voltage curves are then used as characteristics of the states. The ability to assess the observability of specific points in the on-board network with regard to defined possible errors can be a basis for harnessing the method in its best form. Measuring points can be identified in which supplementing the entire system with different measurements can provide considerably better observability and thus more robust error detection.

Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Hierbei wird das Verfahren zur besseren Verständlichkeit auf die Beobachtung einer speziellen, kritischen Leitung reduziert, wobei zwei mögliche Fehler in Betracht gezogen werden. Das vorgestellte Beispiel ist skalierbar und die Komplexität des Netzwerks ist beliebig erweiterbar. Die Anzahl der möglichen Fehler kann je nach vorhandenen Modellen ebenfalls erweitert werden. Genauso kann die Anzahl der Messpunkte an die jeweiligen individuellen Anforderungen angepasst werden.Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described in detail. In this case, the method is reduced to the observation of a special, critical line for better understanding, with two possible errors being taken into account. The presented example is scalable and the complexity of the network can be extended as required. The number of possible errors can also be extended depending on existing models. Likewise, the number of measuring points can be adapted to the respective individual requirements.

Im vorliegenden Beispiel geht es um die Detektion von Leitungsbrüchen bzw. ausgelösten Sicherungen und seriellen Lichtbögen. Die beschriebene beispielhafte Ausführungsform geht von einem Kfz-Bordnetz 1 mit einem Energiespeicher 7, einem Generator 8 und einem ersten Verbraucher 9 und einem zweiten Verbraucher 10 aus. Die Netzwerkkomponenten sind über einen Sternpunkt mit Leitungen 11, 12, 13 und 14 untereinander verbunden.The present example deals with the detection of line breaks or triggered fuses and serial arcs. The described exemplary embodiment is based on a motor vehicle electrical system 1 with an energy storage 7 , a generator 8th and a first consumer 9 and a second consumer 10 out. The network components are connected via a neutral point with lines 11 . 12 . 13 and 14 interconnected.

Um den entscheidenden Vorteil des vorliegenden Verfahrens zu verdeutlichen, besitzen alle Netzwerkkomponenten eine Strom- und Spannungsüberwachung, außer das Steuergerät, welches von der von einem Fehler betroffenen Leitung 14 versorgt wird (redundante Informationen werden vernachlässigt). Diese Werte können über Bus-Systeme zu einer zentralen Stelle gesendet werden. Das zunächst betrachtete Szenario sieht einen Fehler in der Leitung 14 vor. Falls an dieser Stelle Messungen vorhanden waren, weist ein Kommunikationsabbruch auf einen Fehler hin. So können mögliche Zustände weiterhin eingegrenzt werden. Das grundsätzliche Fehlen der Messungen an diesem Punkt weist also eine zusätzliche Schwierigkeit auf. Das Vorgehen zeigt beispielhaft die gezielte Untersuchung einer Leitung auf mögliche Fehlerquellen.To clarify the key advantage of the present method, all network components have power and voltage monitoring, except for the controller which is from the line affected by a fault 14 is supplied (redundant information is neglected). These values can be sent via bus systems to a central location. The scenario considered first sees a fault in the line 14 in front. If measurements were available at this point, a communication abort indicates an error. Thus, possible states can still be limited. The fundamental lack of measurements at this point thus has an additional difficulty. The procedure shows an example of the targeted investigation of a line for possible sources of error.

Nachfolgend werden die für die DC-Simulation verwendeten Modelle unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Die Batterie wird, wie in 3a) gezeigt, im Rahmen einer Arbeitspunktanalyse als Spannungsquelle in Verbindung mit einem Innenwiderstand dargestellt. Sowohl die Quellenspannung als auch der Innenwiderstand variieren z.B. auf Basis des Batterietyps, des SoCs und des SoHs. Daher werden, wie in der Beschreibung der Methode erwähnt, Parameterräume für die Bedatung angegeben. In den angegebenen Beispielen werden aus Gründen der einfachen Nachvollziehbarkeit nur eine begrenze Anzahl an möglichen Zuständen berücksichtigt. Im vorliegenden Modell sind die Zustände der Batterie hinsichtlich Widerstand und Spannung: R B = { 10 m Ω ,   100 m Ω }

Figure DE102017110620A1_0004
v B = { 40 V ,   45 V ,   50 V }
Figure DE102017110620A1_0005
The models used for the DC simulation are described below with reference to FIG 3 described. The battery will, as in 3a ) shown in the context of an operating point analysis as a voltage source in conjunction with an internal resistance. Both the source voltage and the internal resistance vary, for example, based on the battery type, the SoC and the SoH. Therefore, as mentioned in the description of the method, parameter spaces are given for the rating. In the examples given, only a limited number of possible states are taken into account for reasons of simple traceability. In the present model, the states of the battery in terms of resistance and voltage are: R B = { 10 m Ω . 100 m Ω }
Figure DE102017110620A1_0004
v B = { 40 V . 45 V . 50 V }
Figure DE102017110620A1_0005

Der Generator wird, wie in 3b) gezeigt, als DC-Motor für eine DC-Simulation mit einer Spannungsquelle und einem Widerstand modelliert. Der Widerstand stellt hierbei den ohmschen Anteil der Wicklung dar, die Spannungsquelle stellt die induzierte Spannung dar. Je nach Betriebsstrategie und Reglung im Kfz variiert die Spannung der Spannungsquelle. Der ohmsche Anteil wird als konstant angenommen. Im vorliegenden Modell sind die Zustände des Generators hinsichtlich Widerstand und Spannung: R G = 120 m Ω

Figure DE102017110620A1_0006
v G = { 45 V ,   50 V ,   55 V }
Figure DE102017110620A1_0007
The generator will, as in 3b ) modeled as a DC motor for a DC simulation with a voltage source and a resistor. The resistance represents the ohmic portion of the winding, the voltage source represents the induced voltage. Depending on the operating strategy and regulation in the vehicle, the voltage of the voltage source varies. The ohmic portion is assumed to be constant. In the present model, the states of the generator in terms of resistance and voltage are: R G = 120 m Ω
Figure DE102017110620A1_0006
v G = { 45 V . 50 V . 55 V }
Figure DE102017110620A1_0007

Die Verbraucher werden, wie in 3c) dargestellt, in der DC-Simulation als reine Leistungsverbraucher angesehen. Der Wert des Ersatzwiderstandes variiert je nach Verbrauchercharakteristik. Folgende mögliche Charakteristik wird im vorliegenden Modell verwendet:

  • R = {10Ω, 20Ω) oder
  • R=15Ω
Consumers will, as in 3c ), considered as pure power consumers in the DC simulation. The value of the equivalent resistance varies depending on the consumer characteristics. The following possible characteristics are used in the present model:
  • R = {10Ω, 20Ω) or
  • R = 15Ω

Sicherungen, Kontakte und Leitungswiderstände werden im in 3d) gezeigten Leitungsmodell zusammengefasst. Die Summe der einzelnen Widerstände bildet dann den Gesamtwiderstand. Dieser kann durch Berücksichtigung von z.B. Material, Kontaktflächen oder Querschnitten berechnet werden. Angenommen werden:

  • R = 15mΩ oder
  • R = 10mΩ oder
  • R = 20mΩ
Fuses, contacts and line resistances are in the in 3d ) are summarized. The sum of the individual resistances then forms the total resistance. This can be calculated by considering eg material, contact surfaces or cross sections. Accepted are:
  • R = 15mΩ or
  • R = 10mΩ or
  • R = 20mΩ

Das Realisierungsbeispiel aus 3e) zeigt explizit die Berücksichtigung von Leitungsbrüchen, unbeabsichtigten Öffnungen von Steckkontakten oder ausgelösten Sicherungen. Das Widerstandsmodell berücksichtigt einen Fehlerzustand und einen Normalzustand im Rahmen der Parametervariation mit den Zuständen:

  • R = {lmfl, 100MΩ}
The realization example 3e ) explicitly shows the consideration of wire breaks, unintended openings of plug contacts or triggered fuses. The resistance model considers a fault condition and a normal condition within the parameter variation with the states:
  • R = {lmfl, 100MΩ}

Als weitere Ursache für einen Steuergeräte- und somit Kommunikationsausfall kommt ein serieller Lichtbogen in Frage. Die typische Lichtbogenspannung kann in einer DC-Simulation durch eine Spannungsquelle abgebildet werden, wie in 3f) gezeigt, und zwar mit den Zuständen:

  • varc = {0V, 15V}
As a further cause of a ECU and thus communication failure is a serial arc in question. The typical arc voltage can be mapped in a DC simulation by a voltage source, as in 3f ), with the states:
  • v arc = {0V, 15V}

Aus den vorgestellten Teilmodellen lässt sich ein Gesamtsystemmodell für das vorliegende Bordnetz erstellen, wie in 4 dargestellt. 4 zeigt das Gesamtbordnetzmodell basierend auf den Komponentenmodellen und Fehlermodellen für eine DC-Analyse mit gezielter Fehleruntersuchung in einem ausgefallenem Strang mit dem Verbraucher R33 und seriellem Lichtbogen und Leitungsbruch bzw. ausgelöster Sicherung. Der zur Verfügung stehende Vektor x beinhaltet die Batteriespannung, die Generatorspannung, die Verbraucherspannung an Knoten 4, den Batteriestrom und den Generatorstrom x = (v1, v2, v4, i1, i2)T - redundante Informationen werden nicht berücksichtigt.From the presented submodels it is possible to create an overall system model for the present vehicle electrical system, as in 4 shown. 4 shows the overall on-board network model based on the component models and error models for DC analysis with targeted fault investigation in a failed string with the consumer R33 and serial arc and line break or fuse blown. The available vector x includes the battery voltage, the generator voltage, the Consumer voltage at node 4 , the battery current and the generator current x = (v 1 , v 2 , v 4 , i 1 , i 2 ) T - redundant information is not taken into account.

Beispielhaft wird die Variation eines Messwertes, hier der gemessenen Batteriespannung, in Abhängigkeit der unterschiedlichen Zustände gezeigt, siehe 5. Die große Varianz in y-Richtung zeigt, dass eine Unterscheidung möglich ist. Zusätzlich zeigt die Ähnlichkeit mancher Zustandsmerkmale, dass eine vollständige Unterscheidung alleine auf Basis dieses Messwertes nicht uneingeschränkt gewährleistete werden kann. Daher bietet die Betrachtung von weiteren Messpunkten einen großen Mehrwert und eine starke Verbesserung.By way of example, the variation of a measured value, in this case the measured battery voltage, is shown as a function of the different states, see 5 , The large variance in the y-direction shows that a distinction is possible. In addition, the similarity of some state features shows that a complete distinction based solely on this measurement can not be fully guaranteed. Therefore, the consideration of further measuring points offers a great added value and a strong improvement.

In 6 wird beispielhaft für die Klassifikation eines gemessenen Zustands, d.h. für einen konkreten Vektor x, die Berechnung der Fehlernormen vorgestellt. Aus Gründen der besseren Verständlichkeit und Anschaulichkeit wird die Klassifikation über die Fehlernormen mit allen möglichen Zuständen, ohne Reduktion aufgrund von Ähnlichkeiten zwischen nur schwer zu unterscheidenden Zuständen, dargestellt.In 6 By way of example, for the classification of a measured state, ie for a specific vector x, the calculation of the error norms is presented. For the sake of clarity and clarity, the classification about the error norms with all possible states, without reduction due to similarities between states that are difficult to distinguish, is shown.

Die Darstellung der Fehlernormen zeigt, dass einige simulierte Zustände größere Ähnlichkeiten mit dem Messvektor aufweisen. Der unten links markierte Zustand weist die kleinste Abweichung auf und kann daher als wahrscheinlichster Zustand aufgefasst werden.The representation of the error norms shows that some simulated states have greater similarities with the measurement vector. The state marked on the bottom left has the smallest deviation and can therefore be considered the most probable state.

Das Szenario im vorgestellten Beispielbordnetz sieht vor, dass die Simulations- bzw. Versuchszeit 10 s beträgt. Zum Zeitpunkt t = 1 s tritt ein serieller Lichtbogen in der betroffenen Leitung auf, und ab t = 5 s wird die entsprechende Last aufgrund einer Unterbrechung in der Leitung oder einer geschmolzenen Sicherung nicht mehr versorgt. Die restlichen Zustände bleiben über die gesamte Simulation- bzw. Versuchszeit konstant. In 7 ist das Ergebnis der Klassifikation, angewendet auf das gezeigte Bordnetz mit dem beschriebenen Szenario, dargestellt.The scenario in the presented example on-board network provides that the simulation or test time 10 s is. At the time t = 1 s, a serial arc occurs in the affected line, and from t = 5 s, the corresponding load is no longer supplied due to a break in the line or a fused fuse. The remaining states remain constant over the entire simulation or test time. In 7 is the result of the classification, applied to the shown on-board network with the described scenario shown.

Der Verlauf der Gesamtzustände gibt zu den erwarteten Zeitpunkten Änderungen an. Die klassifizierten Zustände sind 9, 10 und 23. Ein Vergleich der Zustände wird in der in 8 dargestellten Tabelle gezeigt. Während Zustand 9 als fehlerfreier Zustand identifiziert wurde, können den Zuständen 10 und 23 die entsprechenden Fehler „serieller Lichtbogen“ oder „Leitungsbruch“ zugeordnet werden.The course of the overall states indicates changes at the expected times. The classified states are 9, 10 and 23. A comparison of the states is given in the 8th shown in the table. While state 9 has been identified as a healthy condition, can change the states 10 and 23 the corresponding errors "serial arc" or "line break" are assigned.

Die dieser Patentanmeldung zu Grunde liegende Erfindung entstand in einem Projekt, welches unter dem Förderkennzeichen D-11-41883-001-081082 vom BMBF gefördert wurde.The invention underlying this patent application was developed in a project which was funded under the grant number D-11-41883-001-081082 by the BMBF.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

Reales BordnetzReal on-board electrical system 11 Bordnetzmodell mit FehlermodellenWiring system model with fault models 22 Simulationsmodellsimulation model 33 Clusteringclustering 44 Klassifikationclassification 55 Ausgabeoutput 66 Energiespeicherenergy storage 77 Generatorgenerator 88th erster Verbraucherfirst consumer 99 zweiter Verbrauchersecond consumer 1010 Leitungencables 11, 12, 13, 1411, 12, 13, 14

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102014206925 A1 [0007]DE 102014206925 A1 [0007]
  • DE 10359532 [0008]DE 10359532 [0008]
  • DE 102004037193 A1 [0008]DE 102004037193 A1 [0008]
  • DE 10132952 B4 [0009]DE 10132952 B4 [0009]

Claims (10)

Verfahren zur Fehlerdiagnose in einem elektrischen Netzwerk, wobei das elektrische Netzwerk eine Mehrzahl von elektrischen Netzwerkkomponenten aufweist, mit folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Simulationsmodells für das elektrische Netzwerk, das wenigstens für einen Teil der elektrischen Netzwerkkomponenten jeweils ein Netzwerkkomponentenmodell sowie für wenigstens einen Teil der bezüglich der Netzwerkkomponenten möglichen elektrischen Fehler jeweils ein Fehlermodell enthält, wobei - jedes Fehlermodell einer jeweiligen elektrischen Netzwerkkomponente als mögliche elektrische Zustände der jeweiligen elektrischen Netzwerkkomponenten jeweils einen elektrischen Normalzustand der jeweiligen elektrischen Netzwerkkomponente und wenigstens einen elektrischen Fehlerzustand der jeweiligen elektrischen Netzwerkkomponente aufweist, und - eine Mehrzahl von voneinander verschiedener möglicher Netzwerkzustände über die Permutation wenigstens eines Teil der jeweils möglichen elektrischen Zustände der jeweiligen elektrischen Netzwerkkomponenten definiert ist, - Bestimmen des jeweiligen aktuellen elektrischen Zustands einer Mehrzahl der elektrischen Netzwerkkomponenten des elektrischen Netzwerks, und - Ermitteln des aktuellen Netzwerkzustands durch Feststellen, welcher im Simulationsmodell definierte mögliche Netzwerkzustand die einzelnen aktuell bestimmten elektrischen Zustände der elektrischen Netzwerkkomponenten aufweist.A method of fault diagnosis in an electrical network, wherein the electrical network comprises a plurality of electrical network components, comprising the following steps: - Providing a simulation model for the electrical network, which contains at least for a part of the electrical network components in each case a network component model and for at least a part of the possible with respect to the network components electrical errors in each case a fault model, wherein - Each fault model of a respective electrical network component as possible electrical states of the respective electrical network components each having a normal electrical state of the respective electrical network component and at least one electrical fault condition of the respective electrical network component, and a plurality of mutually different possible network states is defined via the permutation of at least a part of the respectively possible electrical states of the respective electrical network components, Determining the respective current electrical state of a plurality of the electrical network components of the electrical network, and Determining the current network state by determining which defined network state defined in the simulation model has the individual currently determined electrical states of the electrical network components. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der elektrische Zustand einer Netzwerkkomponente ein Stromwert und/oder ein Spannungswert und/oder ein Widerstandswert ist.Method according to Claim 1 wherein the electrical state of a network component is a current value and / or a voltage value and / or a resistance value. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei den im Simulationsmodell definierten möglichen Netzwerkzuständen jeweils eine Beschreibung zugeordnet ist, welche Art von Fehler an welcher elektrischen Netzwerkkomponente aktuell vorliegt.Method according to Claim 1 or 2 , wherein the possible network conditions defined in the simulation model are each assigned a description of which type of fault currently exists on which electrical network component. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in dem Simulationsprogramm mögliche Netzwerkzustände, deren zugehörige elektrische Zustände der elektrischen Netzwerkkomponenten jeweils maximal um einen jeweiligen vorbestimmten Wert voneinander abweichen, eine gemeinsame Klasse bilden.Method according to one of the preceding claims, wherein in the simulation program possible network states whose respective electrical states of the electrical network components each deviate from one another by a respective predetermined value form a common class. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Simulationsmodell als Netzwerkkomponenten eine Batterie, einen Generator, eine Mehrzahl von Verbrauchern und/oder eine Mehrzahl von Leitungen berücksichtigt.Method according to one of the preceding claims, wherein the simulation model takes into account as network components a battery, a generator, a plurality of consumers and / or a plurality of lines. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei bei der Permutation wenigstens eines Teils der jeweils möglichen elektrischen Zustände der jeweiligen elektrischen Netzwerkkomponenten nur solche Permutationen verwendet werden, die für lediglich eine einzige elektrische Netzwerkkomponente einen elektrischen Fehlerzustand aufweisen.Method according to one of the preceding claims, wherein in the permutation of at least a portion of the respective possible electrical states of the respective electrical network components only those permutations are used which have an electrical fault state for only a single electrical network component. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die jeweiligen aktuellen elektrischen Zustände einer Mehrzahl der elektrischen Netzwerkkomponenten des elektrischen Netzwerks wenigstens teilweise über einen Bus von den jeweiligen elektrischen Netzwerkkomponenten an eine Diagnoseeinrichtung übertragen werden, in der das Ermitteln des aktuellen Netzwerkzustands durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the respective current electrical states of a plurality of the electrical network components of the electrical network are at least partially transmitted via a bus from the respective electrical network components to a diagnostic device, in which the determination of the current network state is performed. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für ein Bordnetz eines Fahrzeugs als elektrisches Netzwerk, vorzugsweise für das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, ganz besonders bevorzugt für ein 48 V-Kfz-Bordnetz.Use of a method according to one of Claims 1 to 7 for a vehicle electrical system of a vehicle as an electrical network, preferably for the electrical system of a motor vehicle, very particularly preferably for a 48 V vehicle electrical system. Verwendung nach Anspruch 8, wobei die Netzwerkkomponenten Steuergeräte mit Strom- und/oder Spannungssensoren umfassen, und das Bestimmen des jeweiligen aktuellen elektrischen Zustands einer Mehrzahl der elektrischen Netzwerkkomponenten des elektrischen Netzwerks die Erfassung von Strom- und/oder Spannungswerten, vorzugsweise ausschließlich, mittels dieser Strom- und/oder Spannungssensoren erfolgt.Use after Claim 8 wherein the network components comprise control devices with current and / or voltage sensors, and determining the respective current electrical state of a plurality of the electrical network components of the electrical network, the detection of current and / or voltage values, preferably exclusively, by means of these current and / or Voltage sensors done. Verwendung nach Anspruch 9, wobei die Erfassung der Strom- und/oder Spannungswerte ausschließlich mittels dieser Strom- und/oder Spannungssensoren der Steuergeräte erfolgt.Use after Claim 9 , wherein the detection of the current and / or voltage values takes place exclusively by means of these current and / or voltage sensors of the control devices.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020160761A1 (en) * 2019-02-06 2020-08-13 Lisa Dräxlmaier GmbH Method and testing device
DE102020206273A1 (en) 2020-05-19 2021-11-25 Zf Friedrichshafen Ag Method for classifying a module, computer program, data carrier and control device
DE102020116609A1 (en) 2020-06-24 2021-12-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for analyzing an on-board electrical system of an at least partially electrically operated motor vehicle by means of an electronic computing device and electronic computing device

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112904226B (en) * 2021-01-19 2022-08-23 国网河北省电力有限公司 Method for rapidly judging short-circuit fault of high-voltage bus based on induced electricity
CN113554915A (en) * 2021-07-27 2021-10-26 广东电网有限责任公司 Secondary circuit wiring fault simulation system and method thereof

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10258899A1 (en) * 2002-12-17 2004-07-01 Bayerische Motoren Werke Ag Electrical system for road vehicle has battery and generator with operational amplifier, microcontroller and data bus connection lines for data IN and data OUT and includes high-side switch
DE10359532B3 (en) 2003-12-17 2005-06-09 Fachhochschule Dortmund Wideband noise source detection method for DC distribution network e.g. for arcing detection in automobile onboard network, using frequency filtering and analysis of network signal
DE10132952B4 (en) 2001-07-06 2006-03-09 Leoni Bordnetz-Systeme Gmbh & Co Kg Method for protecting a pipeline network when a serial arc occurs
DE102004037193A1 (en) 2004-07-30 2006-03-23 Hella Kgaa Hueck & Co. Vehicle's power device for recognizing electric arcs in a current circuit like a motor vehicle's power system has noise sensors, evaluatory devices and current sensors
DE102014206925A1 (en) 2014-04-10 2015-10-15 Volkswagen Aktiengesellschaft Motor vehicle electrical system and method for detecting an arc in a motor vehicle electrical system
AU2017100148A4 (en) * 2017-02-08 2017-03-09 Macau University Of Science And Technology A system, method, computer program and data signal for fault detection and recovery of a network

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7272516B2 (en) * 2002-12-23 2007-09-18 Abb Research Failure rate adjustment for electric power network reliability analysis
CN105305424B (en) * 2015-10-19 2017-11-17 重庆大学 A kind of distribution network reliability evaluation method of meter and electric automobile access
CN105445585B (en) * 2015-11-27 2018-04-13 广州供电局有限公司 The method for diagnosing faults and system of power grid primary circuit
CN106099927A (en) * 2016-08-25 2016-11-09 清华大学 A kind of method that power system hybrid simulation fault is uniformly processed

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10132952B4 (en) 2001-07-06 2006-03-09 Leoni Bordnetz-Systeme Gmbh & Co Kg Method for protecting a pipeline network when a serial arc occurs
DE10258899A1 (en) * 2002-12-17 2004-07-01 Bayerische Motoren Werke Ag Electrical system for road vehicle has battery and generator with operational amplifier, microcontroller and data bus connection lines for data IN and data OUT and includes high-side switch
DE10359532B3 (en) 2003-12-17 2005-06-09 Fachhochschule Dortmund Wideband noise source detection method for DC distribution network e.g. for arcing detection in automobile onboard network, using frequency filtering and analysis of network signal
DE102004037193A1 (en) 2004-07-30 2006-03-23 Hella Kgaa Hueck & Co. Vehicle's power device for recognizing electric arcs in a current circuit like a motor vehicle's power system has noise sensors, evaluatory devices and current sensors
DE102014206925A1 (en) 2014-04-10 2015-10-15 Volkswagen Aktiengesellschaft Motor vehicle electrical system and method for detecting an arc in a motor vehicle electrical system
AU2017100148A4 (en) * 2017-02-08 2017-03-09 Macau University Of Science And Technology A system, method, computer program and data signal for fault detection and recovery of a network

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020160761A1 (en) * 2019-02-06 2020-08-13 Lisa Dräxlmaier GmbH Method and testing device
US11415618B2 (en) 2019-02-06 2022-08-16 Lisa Dräxlmaier GmbH Method and testing device
DE102020206273A1 (en) 2020-05-19 2021-11-25 Zf Friedrichshafen Ag Method for classifying a module, computer program, data carrier and control device
DE102020116609A1 (en) 2020-06-24 2021-12-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for analyzing an on-board electrical system of an at least partially electrically operated motor vehicle by means of an electronic computing device and electronic computing device

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