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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung mindestens einer Netzwerkleitung in einem Kraftfahrzeug.
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Die Überwachung von Netzwerkleitungen in einem Kraftfahrzeug ist ein bekanntes Problem, wobei der Begriff Netzwerkleitung hier allgemein verstanden werden soll und jegliche Leitungen zwischen Komponenten umfassen soll einschließlich Energieversorgungsleitungen, sowie Leitungsnetzen (also Leitungen zwischen mehr als zwei angeschlossenen Komponenten).
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Verschärft wird die Problematik der Überwachung, da in Zukunft Kraftfahrzeuge immer höher automatisiert fahren können. Bei derartigen Systemen kommt es vor allem auf eine fehlerfreie und nicht bzw. nur sehr schwierig zu beeinflussende Sensorik und Steuerung an, die das Umfeld des Kraftfahrzeugs weiträumig beobachtet und die Bewegung des Kraftfahrzeugs entsprechend anpasst. In diesem Zusammenhang müssen die Verbindungen zwischen den Sensoren, wie z.B. Radarsensoren oder Kameras, ebenfalls einer besonderen Sicherheit unterliegen, um Fehler auf dem Übertragungsweg zwischen Sensor und Steuergerät zu vermeiden. Insbesondere muss sichergestellt werden, dass das weder Bordnetz durch Beschädigung (z.B. Scheuern) noch durch Manipulation Dritter (z.B. Einbau von nicht freigegebenen Komponenten oder „Tuning“) Daten fehlerhaft weitergibt.
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Aus der
EP 1 553 422 B1 ist ein elektrisches Versorgungsnetzwerk für Bordnetze von Fahrzeugen bekannt, umfassend mindestens ein Netzwerksystem mit einem Stromeinspeiseanschluss, mit mindestens einem Verbraucheranschluss und mit einem von dem Stromeinspeiseanschluss zu dem mindestens einen Verbraucheranschluss geführten Versorgungsleitungssystem. Das Versorgungsleitungssystem weist mindestens einen stromführenden Leitungsstrang und mindestens einen diesen umgebenden Schutzmantel auf. Der Leitungsstrang ist mit einem Detektorleitungssystem versehen. Weiter ist eine Detektorschaltung vorgesehen, welche mit einem ersten Ende des Detektorleitungssystems verbunden ist. Ein Abschlusselement ist an einem weiteren Ende des Detektorleitungssystems vorgesehen. Die Detektorschaltung erzeugt ein Prüfsignal, welches im defektfreien Zustand durch das Detektorleitungssystem und das Abschlusselement beeinflusst ist, wobei die Detektorschaltung einen Defekt durch Abweichung des Prüfsignals von einem dem defektfreien Zustand entsprechenden Sollwertbereich erfasst. Das Detektorleitungssystem ist so konzipiert, dass dieses beim Auftreten eines vom stromführenden Leitungsstrang ausgehenden lokalen Lichtbogens seine elektrischen Eigenschaften irreversibel verändert, sodass das Prüfsignal außerhalb des Sollwertbereiches liegt, sodass ein Defekt erkannt wird, wobei die Detektorschaltung beim Erfassen eines Defekts ein Trennen des Versorgungsleitungssystems von der Stromquelle auslöst.
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Aus der
DE 100 00 551 C1 ist eine Vorrichtung zur Überwachung einer Batterieleitung bekannt, umfassend einen die Batterieleitung umgebenden elektrisch leitfähigen Schirm, der nach außen vollständig isoliert und auf ein definiertes Potential gelegt ist. Weiter umfasst die Vorrichtung mindestens eine Auswerteelektronik, die mit dem Schirm gekoppelt ist, wobei die Auswertelektronik derart ausgebildet ist, dass aufgrund von einer Beschädigung auftretende Potentialunterschiede oder Leckströme erfassbar sind. Dabei sind zwei Auswerteelektroniken vorgesehen, die an den beiden Enden des Schirms angeordnet sind.
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Nachteilig an den bekannten Vorrichtungen ist insbesondere, dass an beiden Enden der Netzwerkleitung Elemente angeordnet werden müssen. Verschärft wird dieses Problem bei Verzweigungen, hier steigt mit jeder zusätzlichen Verzweigung die Komplexität der Messung erheblich. Des Weiteren ist auch die Messempfindlichkeit eingeschränkt.
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Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung zur Überwachung mindestens einer Netzwerkleitung in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, mittels derer verbessert die mindestens eine Netzwerkleitung auf Beschädigungen oder Manipulationen überwacht werden kann. Ein weiteres technisches Problem ist das Zurverfügungstellen eines geeigneten Verfahrens.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Hierzu weist die Vorrichtung zur Überwachung mindestens einer Netzwerkleitung in einem Kraftfahrzeug einen HF-Generator, einen HF-Empfänger und mindestens einen Speicher auf, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, ein HF-Signal auf eine elektrisch leitende Hülle um die mindestens eine Netzwerkleitung oder direkt auf die Netzwerkleitung aufzuprägen und ein resultierendes HF-Empfangssignal zu empfangen und mit einem im mindestens einen Speicher abgelegten Referenz-HF-Empfangssignal zu vergleichen, wobei bei einer Abweichung auf eine Beschädigung oder Manipulation der mindestens einen zu überwachenden Netzwerkleitung geschlossen wird.
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Der erste Vorteil der Vorrichtung ist, dass Sende- und Empfangsteil an der gleichen Stelle angeordnet sind. Ein weiterer Vorteil ist, dass Verzweigungen kein Problem darstellen, da sich die elektromagnetischen Wellen an den Verzweigungspunkten einfach aufteilen und die reflektierten Wellen dann wieder zurücklaufen. Erfindungsgemäß existieren dabei zwei Alternativen, nämlich das Aufprägen des HF-Signals direkt auf die zu überwachende Netzwerkleitung oder aber das Aufprägen auf eine die mindestens eine Netzwerkleitung umgebende elektrisch leitende Hülle. Die erste Alternative hat den Vorteil, dass keine zusätzliche Hülle benötigt wird und die zu überwachende Netzwerkleitung direkt ausgemessen und überwacht wird. Dabei ist dann jedoch sicherzustellen, dass die aufgeprägten HF-Signale keine Störungen an den angeschlossenen Komponenten verursachen bzw. diese das HF-Signal verfälschen. Des Weiteren ist der rechentechnische Aufwand relativ hoch, wenn jede Netzwerkleitung einzeln überwacht wird.
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Dies sind dann die Vorteile der anderen Alternative. Durch die elektrisch leitende Hülle können einerseits gleichzeitig mehrere Netzwerkleitungen überwacht werden. Weiter ist die Gefahr von Störungen durch das HF-Signal geringer. Schließlich ist auch von Vorteil, dass gegebenenfalls frühzeitiger Beschädigungen erfasst werden, bevor diese Auswirkungen auf die Netzwerkleitungen haben. Somit kann prinzipiell der komplette Kabelbaum mit einer Vorrichtung überwacht werden. Dabei ist dann nur sicherzustellen, dass der komplette Kabelbaum von der elektrisch leitenden Hülle umgeben ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Wellenwiderstand der elektrisch leitenden Hülle sehr empfindlich auf Knicke, Beulen etc. reagiert. Die Überwachung der Netzwerkleitung oder eines Kabelbündels kann aber auch auf Abschnitte beschränkt werden, indem einfach nur die elektrisch leitende Hülle an dem interessierenden Abschnitt vorhanden ist. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass mehrere räumlich verteilt angeordnete Abschnitte überwacht werden sollen. In dem Fall wird dann an den interessierenden Abschnitten jeweils eine elektrisch leitende Hülle aufgebracht, die dann elektrisch miteinander verbunden werden (z.B. über eine Drahtverbindung). Im Falle, dass einzelne Netzwerkleitungen durch Steckverbindungen oder ähnliche Verbinder miteinander verbunden sind, muss nur die elektrische Durchverbindung der elektrisch leitenden Hülle durch oder über die Steckverbinder gewährleistet werden, sodass die elektromagnetische Welle nicht gestört wird. Das definierte HF-Signal kann dabei verschiedene Formen haben, beispielsweise sinusförmig oder rechteckförmig, wobei letzteres bevorzugt ist. Es ist aber auch möglich, kurze Impulse auf die elektrisch leitende Hülle aufzuprägen.
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Die Frequenz des HF-Signals ist vorzugsweise größer 1 GHz und weiter vorzugsweise größer 10 GHz. Je höher die Frequenz ist, desto größer ist die räumliche Auflösung von Fehlerstellen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung derart ausgebildet, aus dem empfangenen HF-Empfangssignal und einer Abweichung zu dem Referenz-HF-Empfangssignal auf den Ort der Beschädigung oder Manipulation zu schließen, was die Fehlerbeseitigung erheblich vereinfacht.
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Das Verfahren zur Überwachung mindestens einer Netzwerkleitung in einem Kraftfahrzeug, wobei die mindestens eine Netzwerkleitung eine elektrisch leitende Hülle aufweist, erfolgt mittels einer Vorrichtung, wobei die Vorrichtung einen HF-Generator, einen HF-Empfänger und mindestens einen Speicher aufweist, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
- - Positionieren der Vorrichtung an einer Einkoppelstelle an einer elektrisch leitenden Hülle um die mindestens eine Netzwerkleitung oder an der mindestens einen Netzwerkleitung nach der Verlegung der Netzwerkleitung in dem Kraftfahrzeug,
- - Aufprägen mindestens eines definierten HF-Signals auf die elektrisch leitende Hülle oder auf die Netzwerkleitung,
- - Empfangen des reflektierten HF-Empfangssignals,
- - Speichern des empfangenen HF-Empfangssignals als Referenz-HF-Empfangssignal im Speicher,
- - situatives oder periodisches Aufprägen des mindestens einen definierten HF-Signals auf die elektrisch leitende Hülle oder die Netzwerkleitung,
- - Empfangen des reflektierten HF-Empfangssignals und
- - Vergleichen des empfangenen HF-Empfangssignals mit dem Referenz-HF-Empfangssignal aus dem Speicher, wobei bei einer Abweichung auf eine Beschädigung oder Manipulation der mindestens einen Netzwerkleitung geschlossen wird.
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Der Vorteil des Verfahrens mit der elektrisch leitenden Hülle ist, dass Beschädigungen oder Manipulationen an der Netzwerkleitung fast immer auch mit Beschädigungen oder Änderungen der elektrisch leitenden Hülle zusammenfallen bzw. diese vorausgehen, sodass gegebenenfalls bereits vor einer tatsächlichen Beschädigung der Netzwerkleitung reagiert werden kann.
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Hinsichtlich der weiteren Ausführungsformen wird vollinhaltlich auf die vorangegangenen Ausführungen Bezug genommen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Anordnung einer Vorrichtung zur Überwachung eines Leitungsbündels, das von einer elektrisch leitenden Hülle umgeben ist.
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In der 1 ist schematisch ein Kabelbündel 20 für ein Kraftfahrzeug mit fünf Netzwerkleitungen 10 dargestellt, die in Realität dicht zusammengepresst sind. Die Netzwerkleitungen 10 sind mit Sensoren, Steuergeräten, Aktoren oder Energiequellen 11-15 verbunden, wobei an dem anderen Ende der Netzwerkleitungen ebenfalls entsprechende Komponenten angeschlossen sind. Um mindestens einen Abschnitt des Kabelbündels 20 ist eine elektrisch leitende Hülle 30 aufgebracht. Die elektrisch leitende Hülle 30 ist beispielsweise als elektrisch leitendes Wickelband oder ähnlich einer Schirmfolie ausgebildet. Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass die Außenfläche der elektrisch leitenden Hülle eine elektrische Isolationsschicht aufweist.
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Weiter ist eine Vorrichtung 1 zur Überwachung der Netzwerkleitungen 10 bzw. des Kabelbündels 20 dargestellt. Die Vorrichtung 1 weist einen HF-Generator 2, einen HF-Empfänger 3 sowie einen Speicher 4 auf. Weiter kann die Vorrichtung 1 eine nicht dargestellte Steuereinheit aufweisen, die den HF-Generator 2 steuert. Der HF-Generator 2 und der HF-Empfänger 3 sind mit der elektrisch leitenden Hülle 30 gekoppelt, sodass der HF-Generator 2 HF-Signale auf die elektrisch leitende Hülle aufprägen kann und die reflektierten HF-Signale empfangen kann. Der HF-Generator 2 erzeugt dabei definierte HF-Signale im GHz-Bereich, vorzugsweise rechteckförmige Signale.
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Erfindungsgemäß wird nun nach Verlegung des Kabelbündels 20 die elektrisch leitende Hülle 30 auf das Kabelbündel 20 aufgebracht, und zwar an den Bereichen, wo das Kabelbündel 20 überwacht werden soll. Im Extremfall kann aber auch das Kabelbündel 20 über seine komplette Erstreckung mit der leitenden Hülle 30 umgeben sein. Der HF-Generator 2 prägt dann das mindestens eine definierte HF-Signal auf die elektrisch leitende Hülle 30 auf und der HF-Empfänger 3 empfängt das reflektierte Empfangssignal. Dabei kommt es an allen Stellen zu Reflexionen, wo Unterschiede im Wellenwiderstand auftreten und insbesondere am anderen Ende der elektrisch leitenden Hülle 30, wenn dieses nicht angepasst abgeschlossen ist. Dieses Empfangsmuster ist charakteristisch für die elektrisch leitende Hülle 30 nach ihrer Verlegung und wird dann im Speicher 4 abgelegt. Während des Betriebes kann es nun dazu kommen, dass beispielsweise irgendetwas am Kabelbündel 20 scheuert. Da die elektrisch leitende Hülle 30 das Kabelbündel umgibt, hat das Scheuern zunächst Auswirkungen auf die elektrisch leitende Hülle 30. Die elektrisch leitende Hülle 30 wird dabei entweder mechanisch verformt und/oder abgerieben. Dies hat Auswirkungen auf den Wellenwiderstand und damit das Reflexionsverhalten. Zum Überwachen des Kabelbündels 20 prägt nun während des Betriebes die Vorrichtung 1 das definierte HF-Signal auf und empfängt die reflektierten HF-Signale. Die aktuell empfangenen HF-Signale werden nun mit den Referenz-HF-Signalen im Speicher 4 verglichen. Ergibt der Vergleich signifikante Abweichungen, so spricht es dafür, dass die elektrisch leitende Hülle 30 beschädigt oder manipuliert wurde. Unter Berücksichtigung der Laufzeiten kann dabei auch der Ort der Beschädigung oder Manipulation lokalisiert werden. Somit kann sehr frühzeitig auf Probleme reagiert werden und insbesondere gegebenenfalls so frühzeitig, dass die Probleme noch keine Auswirkungen auf die Netzwerkleitungen 10 bewirkt haben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1553422 B1 [0004]
- DE 10000551 C1 [0005]
