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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Hochspannungselektroniksysteme in Fahrzeugen und insbesondere das Erkennen eines Gleichstromstörlichtbogen einem Hochspannungsfahrzeugelektroniksystem.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Moderne Fahrzeuge können Batterien und elektrische Verteilungssysteme beinhalten, die unter Verwendung verschiedener Spannungs- und Strompegel arbeiten können, darunter Hochspannungssysteme (z. B. 48 V und höher). Die Verwendung von Hochspannungen kann eine Möglichkeit eines anhaltenden Lichtbogens zwischen Knoten des Systems erhöhen.
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KURZDARSTELLUNG
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Die beigefügten Ansprüche definieren diese Anmeldung. Die vorliegende Offenbarung stellt Aspekte der Ausführungsformen in Kürze dar und ist nicht zur Einschränkung der Ansprüche zu verwenden. Weitere Implementierungen gemäß den hier beschriebenen Techniken sind vorgesehen, wie für den Durchschnittsfachmann nach der Prüfung der nachfolgenden Zeichnungen und der ausführlichen Beschreibung ersichtlich sein wird, und es ist vorgesehen, dass diese Implementierungen in den Umfang dieser Anmeldung fallen.
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Es werden Ausführungsbeispiele gezeigt, die Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Erkennen von einem oder mehreren Gleichstrom(direct current, DC)-Störlichtbögen in einem elektrischen Fahrzeughochspannungsverteilungssystem beschreiben. Ein beispielhaftes offenbartes Fahrzeug beinhaltet ein Hochspannungselektroniksystem, das einen Stromsensor, der zum Erfassen von Stromdaten konfiguriert ist, und einen Prozessor umfasst. Der Prozessor ist dazu konfiguriert, durch Anwenden eines Filters auf die Stromdaten zu gefilterte Daten erzeugen, einen Hurst-Exponenten auf Grundlage der gefilterten Daten zu bestimmen und in Reaktion auf das Bestimmen einer Schwellenänderung des Hurst-Exponenten das Vorhandensein eines Gleichstromlichtbogens in dem Hochspannungselektroniksystem zu erkennen.
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Ein beispielhaftes offenbartes Verfahren beinhaltet das Erfassen von Stromdaten unter Verwendung eines Stromsensors eines Hochspannungsfahrzeugelektroniksystems. Das Verfahren beinhaltet das Erzeugen gefilterter Daten durch Anwenden eines Filters auf die Stromdaten. Das Verfahren beinhaltet ferner das Bestimmen eines Hurst-Exponenten auf Grundlage der gefilterten Daten. Und das Verfahren beinhaltet außerdem das Erkennen des Vorhandenseins eines Gleichstromlichtbogens im Hochspannungselektroniksystem in Reaktion auf das Bestimmen einer Schwellenänderung des Hurst-Exponenten.
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Ein drittes Beispiel kann ein Mittel zum Erfassen von Stromdaten unter Verwendung eines Stromsensors eines Hochspannungsfahrzeugelektroniksystems beinhalten. Das dritte Beispiel kann auch ein Mittel zum Erzeugen gefilterter Daten durch Anwenden eines Filters auf die Stromdaten beinhalten. Das dritte Beispiel kann ferner ein Mittel zum Bestimmen eines Hurst-Exponenten auf Grundlage der gefilterten Daten, und ein ein Mittel zum Erkennen des Vorhandenseins eines Gleichstromlichtbogens im Hochspannungselektroniksystem in Reaktion auf das Bestimmen einer Schwellenänderung des Hurst-Exponenten beinhalten.
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Figurenliste
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Zum besseren Verständnis der Erfindung kann auf die in den nachfolgenden Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen Bezug genommen werden. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht zwingend maßstabsgetreu, und zugehörige Elemente können wegfallen, oder in einigen Fällen können Proportionen vergrößert dargestellt sein, um die hier beschriebenen neuartigen Merkmale zu betonen und klar zu veranschaulichen. Außerdem können Systemkomponenten in unterschiedlicher Weise angeordnet sein, wie im Stand der Technik bekannt. Ferner bezeichnen in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen in den mehreren Ansichten einander entsprechende Teile.
- 1 stellt ein beispielhaftes Fahrzeug gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar.
- 2 stellt ein beispielhaftes Blockdiagramm elektronischer Komponenten des Fahrzeugs aus 1 dar.
- 3 stellt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar.
- 4A-D stellen eine Serie von vier Datendiagrammen dar, die einen Gleichstromstörlichtbogen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beinhalten.
- 5A-D stellen eine Serie von vier Datendiagrammen dar, die Laständerungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigen.
- 6 stellt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Obwohl die Erfindung in unterschiedlicher Weise verkörpert sein kann, wie in den Zeichnungen gezeigt und nachstehend beschrieben, einige beispielhafte und nicht einschränkende Ausführungsformen, wobei es sich versteht, dass die vorliegende Offenbarung als Beispiel der Erfindung zu betrachten ist die Erfindung nicht auf die spezifischen dargestellten Ausführungsformen beschränken soll.
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Wie oben angeführt, können Fahrzeuge elektrische Hochspannungsverteilungssysteme beinhalten, die Leistung an verschiedene Lasten, Systeme und Untersysteme eines Fahrzeugs verteilen können. Mit vermehrter Nutzung von Hochspannungen, insbesondere im Hinblick auf Hybrid- und vollständig elektrische Fahrzeuge, hat auch das Risiko von Störlichtbögen zugenommen. Ein anhaltender Lichtbogen zwischen zwei oder mehr Knoten des elektrischen Systems kann die Systeme und Komponenten dauerhaft beschädigen. Allerdings können Hochspannungssysteme so beschaffen sein, dass Schutzmechanismen (z. B. Sicherungen oder andere Schalter) nicht rasch genug „ausgelöst“ werden können, um Schäden zu verhindern, oder überhaupt nicht „ausgelöst“ werden können, wenn der Strom einen Schwellenpegel nicht erreicht. Zum Beispiel können einige elektrische Verteilungssysteme so konfiguriert sein, dass sie starke Ströme an verschiedene Systeme des Fahrzeugs (z. B. den Antriebsstrang, den Batteriespeicher usw.) übertragen. Somit ist es möglich, dass eine Sicherung, die diesem Segment des Verteilungssystems einen hohen Sicherungswert aufweist und daher nicht ausgelöst wird, wenn der Strom nicht sehr hoch ist. Doch können ein oder mehrere Systeme in Reihe mit diesem Segment durch einen Strom beschädigt werden, der wesentlich niedriger ist als zum Auslösen der Sicherung erforderlich. Auch kann ein Gleichstromstörlichtbogen an diesem Segment eine Stromaufnahme bewirken, die kleiner ist als die zum Auslösen der Sicherung erforderliche. Daher besteht ein Bedarf an Systemen und Verfahren zum Erkennen und Abschwächen von Schäden aufgrund von Gleichstromstörlichtbögen in Hochspannungsfahrzeugelektroniksystemen.
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Ferner können insbesondere Fahrzeugelektroniksysteme an eine Vielzahl von Lasten und andere Leistungselektronik gekoppelt sein, was zu Elektronikschaltrauschen führen kann. Dieses Schaltrauschen kann Techniken stören, die zum Erkennen und Abschwächen von Schäden ausgelegt sind, die von Gleichstromstörlichtbögen verursacht werden.
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Hier offenbarte Beispiele können praktische kostengünstige Lichtbogenerkennungssysteme für elektrische Fahrzeugverteilungssysteme mit 48 V oder mehr bereitstellen. In einigen Beispielen kann ein Hurst-Exponentenverfahren verwendet werden, um anormales Verhalten im Strom einschließlich Gleichstromlichtbögen zu analysieren und zu erkennen. Das Hurst-Exponentenverfahren kann das Langzeitgedächtnisverhalten eines Signals wie etwa eines Stromsignals analysieren und kann zwischen einem Signal, das einem zufälligen Muster folgt, und einem Signal unterscheiden, das einem Trend folgt. Zum Beispiel können Hurst-Exponentenwerte irgendwo zwischen null und eins liegen. Der Wert des Hurst-Exponenten kann die Vorhersagbarkeit des Signals darstellen, derart, dass ein Wert von Eins ein persistentes (oder positiv korreliertes) Signal angibt. Ein Wert von Null kann dagegen ein antipersistentes (oder negativ korreliertes) Signal angeben. Ein rein zufälliges Signal kann einen Hurst-Exponentenwert von 0,5 aufweisen.
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Das plötzliche Auftreten eines Gleichstromlichtbogens in einem elektrischen System mit überwachtem Strom kann den Wert des aus dem Signal berechneten Hurst-Exponenten verändern. Diese Änderung kann jedoch aufgrund von Schaltrauschen beispielsweise von Leistungselektronik in dem elektrischen System schwer zu erkennen sein. Es können auch andere Rauschquellen vorliegen, ebenso wie falsche Hinweisquellen, die sich wie ein Gleichstromlichtbogen verhalten können, wie etwa das Hinzufügen von einer oder mehreren Lasten zu dem elektrischen System oder Entfernen eines solchen daraus.
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Hier aufgeführte Ausführungsbeispiele können ein Hochspannungselektroniksystem beinhalten, das einen oder mehrere Stromsensoren umfasst, die zum Erfassen von Stromdaten des Elektroniksystems konfiguriert sind. Es kann eine Vielzahl von Stromsensoren verwendet werden, um Strom zu messen, der durch verschiedene Segmente des Elektroniksystems fließt. Das Fahrzeug kann auch einen Prozessor beinhalten, der dazu konfiguriert sein kann gefilterte Daten zu erzeugen, indem er einen Filter auf die erfassten Stromdaten anwendet. Dann kann der Prozessor auf Grundlage der gefilterten Daten (sowohl eines aktuellen Werts als auch eines oder mehrerer historischer Werte) einen Hurst-Exponenten bestimmen. Der Wert des Hurst-Exponenten kann sich im Laufe der Zeit mit Änderung der Stromdaten verändern. Wenn eine Schwellenänderung des Hurst-Exponenten bestimmt wird, kann der Prozessor das Vorhandensein eines Gleichstromlichtbogen im Hochspannungselektroniksystem erkennen.
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1 stellt ein beispielhaftes Fahrzeug 100 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Das Fahrzeug 100 kann ein standardmäßiges benzinbetriebenes Fahrzeug, ein Hybridfahrzeug, ein Elektrofahrzeug, ein Brennstoffzellenfahrzeug oder ein Fahrzeug einer anderen Mobilitätsgeräteart sein. Das Fahrzeug 100 kann autonom, halbautonom oder autonom sein. Das Fahrzeug 100 beinhaltet mobilitätsbezogene Teile, wie etwa einen Antriebsstrang mit einem Motor, ein Getriebe, eine Antriebswelle und/oder Räder usw. Im dargestellten Beispiel kann das Fahrzeug 100 eine oder mehrere elektronische Komponenten beinhalten (nachstehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben).
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Wie in 1 gezeigt, kann das Fahrzeug 100 ein elektrisches Hochspannungssystem 110, einen oder mehrere Stromsensors 120, einen Prozessor 130 und eine oder mehrere elektrische Lasten 140 beinhalten. Das Fahrzeug 100 kann eine oder mehrere weitere elektronische Komponenten beinhalten, die unter Bezugnahme auf 2 ausführlicher beschrieben werden.
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Das elektrische Hochspannungssystem 110 kann eine oder mehrere Batterien, Lichtmaschinen, Motoren, Generatoren oder andere Leistungselektronikkomponenten beinhalten, die zum Erzeugen, Speichern und Übertragen von Elektrizität konfiguriert sind. Wie oben angemerkt, können einige Hochspannungsfahrzeugelektroniksysteme Spannungen von 48 V oder mehr beinhalten. In einigen Beispielen kann ein vollständig elektrisches Fahrzeug Spannungen von bis zu 300 V beinhalten. Das elektrische Hochspannungssystem 110 kann einen oder mehrere Stromsensoren 120 beinhalten, die dazu konfiguriert sind, Ströme durch verschiedene Teile, Komponenten, Zweige und Systeme des Systems 110 zu messen.
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Der Prozessor 130 kann dazu konfiguriert sein, ein(e) oder mehrere Merkmale, Funktionen oder Aktionen auszuführen, die hier beschrieben sind. In einigen Beispielen kann der Prozessor 130 ein zentralisierter Prozessor sein und kann dazu konfiguriert sein, viele weitere Funktionen als die beschriebenen auszuführen. In anderen Beispielen kann der Prozessor 130 spezialisiert sein und kann dazu konfiguriert sein, nur Funktionen in Bezug auf die Erkennung und Abschwächung von Gleichstromlichtbögen auszuführen. Ferner kann es sich bei dem Prozessor 130 um eine einzelne Einheit handeln, oder er kann mehrere Einheiten beinhalten. Wenn zum Beispiel mehrere intelligente FETs oder andere Sicherungen in dem Hochspannungselektroniksystem 110 enthalten sind, kann der Prozessor 130 auf die intelligenten FETs verteilt sein, derart, dass jeder intelligente FET einen Prozessor beinhaltet, der zum Ausführen von einer oder mehreren hier beschriebenen Funktionen konfiguriert ist.
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Das Hochspannungselektroniksystem 110 kann auch eine oder mehrere elektrische Lasten 140 beinhalten. Jede Last kann einem bestimmten System oder einer bestimmten Komponente entsprechen, das bzw. die sich auf Grundlage der Steuerung vom Prozessor 130 und/oder von einem oder mehreren Systemen bzw. einer oder mehreren Vorrichtungen ein- und ausschalten kann.
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2 stellt ein beispielhaftes Blockdiagramm 200 dar, das elektronische Komponenten des Fahrzeugs 100 gemäß einigen Ausführungsformen zeigt. Im dargestellten Beispiel beinhalten die elektronischen Komponenten 200 ein bordeigenes Rechensystem 210, eine Infotainment-Haupteinheit 220, Sensoren 240, intelligente Feldeffekttransistoren (FETs) 242, elektronische Steuereinheit(en) 250 und einen Fahrzeugdatenbus 260.
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Das bordeigene Rechensystem 210 kann eine Mikrocontrollereinheit, eine Steuerung oder einen Prozessor 130 und Speicher 212 beinhalten. Bei dem Prozessor 130 kann es sich um eine beliebige geeignete Verarbeitungsvorrichtung oder einen Satz von Verarbeitungsvorrichtungen handeln, wie etwa, ohne Beschränkung, einen Mikroprozessor, eine Mikrocontroller-basierte Plattform, eine integrierte Schaltung, ein oder mehrere feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs) und/oder eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs). Bei dem Speicher 212 kann es sich um flüchtigen Speicher (z. B. RAM einschließlich nicht flüchtigem RAM, magnetischem RAM, ferroelektrischem RAM usw.), nicht flüchtigen Speicher (z. B. Disk-Speicher, FLASH-Speicher, EPROMs, EEPROMs, memristorbasierten nicht flüchtigen Festkörperspeicher usw.), unveränderbaren Speicher (z. B. EPROMs), Nurlesespeicher und/oder Hochkapazitätsspeichervorrichtungen (z. B. Festplatten, Halbleiterlaufwerke usw.) handeln. In einigen Beispielen beinhaltet der Speicher 212 mehrere Arten von Speicher, insbesondere flüchtigen Speicher und nicht flüchtigen Speicher.
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Der Speicher 212 kann ein computerlesbares Medium sein, auf dem ein oder mehrere Sätze Anweisungen eingebettet sein können, wie etwa die Software zum Ausführen der Verfahren der vorliegenden Offenbarung. Die Anweisungen können ein(e) oder mehrere der hier beschriebenen Verfahren oder Logik verkörpern. Beispielsweise befinden sich die Anweisungen vollständig oder wenigstens teilweise in einem oder mehreren von dem Speicher 212, dem computerlesbaren Medium und/oder während der Ausführung der Anweisungen in dem Prozessor 130.
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Die Begriffe „nicht transitorisches computerlesbares Medium“ und „computerlesbars Medium“ beinhalten ein einzelnes Medium oder mehrere Medien, wie etwa eine zentrale oder verteilte Datenbank und/oder zugehörige Caches und Server, die einen oder mehrere Sätze Anweisungen speichern Ferner beinhalten die Begriffe „nicht transitorisches computerlesbares Medium“ und „computerlesbars Medium“ ein beliebiges greifbares Medium, das fähig ist, einen Satz Anweisungen zu speichern, zu codieren oder zu enthalten, die dazu dienen, durch einen Prozessor ausgeführt zu werden oder die ein System veranlassen, ein(en) oder mehrere der hier offenbarten Verfahren oder Vorgänge durchzuführen. Im hier verwendeten Sinne ist der Begriff computerlesbares Medium ausdrücklich derart definiert, dass er jede beliebige Art von computerlesbarer Speichervorrichtung und/oder Speicher-Disk einschließt und das Verbreiten von Signalen ausschließt.
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Die Infotainment-Haupteinheit 220 kann eine Schnittstelle zwischen dem Fahrzeug 100 und einem Benutzer bereitstellen. Die Infotainment-Haupteinheit 220 kann eine oder mehrere Eingabe- und/oder Ausgabevorrichtungen wie etwa die Anzeige 222 beinhalten. Die Eingabevorrichtungen können beispielsweise einen Steuerregler, ein Armaturenbrett, eine Digitalkamera zur Bilderfassung und/oder Erkennung visueller Befehle, einen Touchscreen, eine Audioeingabevorrichtung (z. B. ein Fahrgastzellenmikrofon), Tasten oder ein Touchpad beinhalten. Die Ausgabevorrichtungen können Instrumentenclusterausgaben (z. B. Skalen, Leuchtvorrichtungen), Aktoren, eine Heads-up-Anzeige, eine Mittelkonsolenanzeige (z. B. eine Flüssigkristallanzeige (LCD), eine organische Leuchtdioden(OLED)-Anzeige, eine Flachbildanzeige, eine Halbleiteranzeige usw.) und/oder Lautsprecher beinhalten. Im dargestellten Beispiel beinhaltet die Infotainment-Haupteinheit 220 Hardware (z. B. einen Prozessor oder eine Steuerung, Arbeitsspeicher, Datenspeicher usw.) und Software (z. B. ein Betriebssystem usw.) für ein Infotainmentsystem (wie etwa SYNC® und MyFord Touch® von Ford®, Entune® von Toyota®, IntelliLink® von GMC® usw.). In einigen Beispielen kann sich die Infotainment-Haupteinheit 220 einen Prozessor mit dem bordeigenen Rechensystem 210 teilen. Außerdem kann die Infotainment-Haupteinheit 220 das Infotainmentsystem beispielsweise auf einer Mittelkonsolenanzeige 110 des Fahrzeugs 100 anzeigen.
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Die Sensoren 240 können in beliebiger geeigneter Weise in und um das Fahrzeug 100 angeordnet sein. Im dargestellten Beispiel beinhalten die Sensoren 240 einen Stromsensor 120. Der Stromsensor 120 kann einen oder mehrere Stromsensoren beinhalten, die einen Strom, der durch ein oder mehrere Segmente oder einen oder mehrere Pfade der elektrischen Systeme des Fahrzeugs 100 wie etwa des elektrischen Hochspannungssystems 110 fließt, erkennen, messen oder anderweitig bestimmen. Andere Sensoren können ebenfalls vorhanden sein, wie etwa Spannung, Widerstand, Lasterkennung und weitere.
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Bei den intelligente FETs 242 kann es sich um eine beliebige Art von Leistungssteuervorrichtung handeln, etwa eine mechanische Sicherung, eine Elektroniksicherung (eFUSE) oder ein Relais. Hier offenbarte Systeme und Verfahren können mehrere intelligente FETs nutzen, um verschiedene Systeme, Vorrichtungen und/oder Lasten zu verbinden oder zu trennen, wenn ein Gleichstromlichtbogen erkannt wird. In einigen Beispielen können die intelligenten FETs im gesamten elektrischen System verteilt sein, derart, dass jedes Segment, jedes System, jede Last oder jedes andere Element des elektrischen Systems einen entsprechenden intelligenten FET aufweist. Jeder intelligente FET kann an einen Prozessor gekoppelt sein, der dazu konfiguriert ist, eine oder mehrere hier beschriebene Funktionen oder Handlungen auszuführen, derart, dass jeder intelligente FET unabhängig einen Gleichstromlichtbogen erkennen und eine geeignete Maßnahme dagegen ergreifen kann. Alternativ kann jeder intelligente FET an eine zentrale Steuerung gekoppelt sein, die die einzelnen intelligenten FETs individuell aktivieren oder deaktivieren kann.
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Die ECUs 250 können Untersysteme des Fahrzeugs 100 überwachen und steuern. Die ECUs 250 können über den Fahrzeugdatenbus 260 kommunizieren und Informationen austauschen. Außerdem können die ECUs 250 Eigenschaften (wie etwa den Status der ECU 250, Sensormesswerte, Steuerzustand, Fehler- und Diagnosecodes usw.) an andere ECUs 250 übermitteln und/oder Anforderungen von diesen empfangen. Einige Fahrzeuge 100 können siebzig oder mehr ECUs 250 an verschiedenen Positionen im Fahrzeug 100 aufweisen, die über den Fahrzeugdatenbus 260 kommunizierend gekoppelt sind. Die ECUs 250 können separate Elektroniksätze sein, die ihre eigene(n) Schaltung(en) (wie etwa integrierte Schaltungen, Mikroprozessoren, Arbeitsspeicher, Datenspeicher usw.) und Firmware, Sensoren, Aktoren und/oder Montagehardware beinhalten. Im dargestellten Beispiel können die ECUs 250 die Telematiksteuereinheit 252 und die Karosseriesteuereinheit 254 beinhalten.
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Die Telematiksteuereinheit 252 kann die Verfolgung des Fahrzeugs 100 steuern, beispielsweise mithilfe von Daten, die von einem GPS-Empfänger, Kommunikationsmodul 230 und/oder einem oder mehreren Sensoren empfangen werden. Die Karosseriesteuereinheit 254 kann verschiedene Untersysteme des Fahrzeugs 100 steuern. Beispielsweise kann die Karosseriesteuereinheit 254 die Stromversorgung eines Kofferraumriegels, von Fenstern, strombetriebenen Schlössern, einer strombetriebenen Schiebedachsteuerung, eines Wegfahrschutzsystems und/oder von strombetriebenen Spiegeln usw. steuern. Andere ECUs sind ebenfalls möglich.
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Der Fahrzeugdatenbus 260 kann einen oder mehrere Datenbusse beinhalten, die das bordeigene Rechensystem 210, die Infotainment-Haupteinheit 220, die Sensoren 240, die intelligenten FETs 242, die ECUs 250 und andere mit dem Fahrzeugdatenbus 260 verbundene Vorrichtungen oder Systeme kommunizierend koppeln. In einigen Beispielen kann der Fahrzeugdatenbus 260 gemäß dem CAN(controller area network)-Busprotokoll wie von der International Standards Organization (ISO) 11898-1 definiert implementiert sein. Alternativ kann der Fahrzeugdatenbus 250 in einigen Beispielen ein MOST(Media Oriented Systems Transport)-Bus oder ein CAN-flexible-Data(CAN-FD)-Bus (ISO 11898-7) sein.
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3 stellt ein vereinfachtes Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Das Verfahren 300 kann es einem Fahrzeugsystem ermöglichen, zu bestimmen, ob ein Gleichstromlichtbogen aufgetreten ist, der eine oder mehrere Komponenten von Elektroniksystemen des Fahrzeugs beschädigen kann. Das Ablaufdiagramm aus 3 (und 6, unten erörtert) stellt maschinenlesbare Anweisungen dar, die in Speicher (wie etwa dem Speicher 212) gespeichert sind, und kann ein oder mehrere Programme beinhalten, die bei Ausführung durch einen Prozessor (wie etwa den Prozessor 130) das Fahrzeug 100 und/oder ein(e) oder mehrere Systeme oder Vorrichtungen veranlassen können, eine oder mehrere hier beschriebene Funktionen auszuführen. Obwohl das beispielhafte Programm unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm aus 3 (und 6) beschrieben wird, können alternativ viele andere Verfahren zum Ausführen der hier beschriebenen Funktionen verwendet werden. Beispielsweise kann die Ausführungsreihenfolge der Blöcke umgeordnet werden oder in Reihe oder parallel zueinander durchgeführt werden, Blöcke können geändert, ausgelassen und/oder kombiniert werden, um die offenbarten Verfahren auszuführen. Da das Verfahren 300 (und 600) ferner in Verbindung mit den Komponenten aus 1-2 und 4-5 offenbart wird, werden einige Funktionen dieser Komponenten nachstehend nicht ausführlich beschrieben.
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Das Verfahren 300 kann an Block 310 beginnen, an dem Rohdaten gesammelt werden. Die Rohdaten können von einem oder mehreren Stromsensoren des Elektroniksystems gesammelt werden. 4A stellt ein beispielhaftes Stromsignal in Gegenüberstellung zur Zeit dar. Punkt 400 entspricht einem Zeitpunkt, an dem in diesem Beispiel ein Gleichstromlichtbogen auftritt. Wie in 4A zu erkennen ist, kann das Rohstromsignal aufgrund von Schaltrauschen, Hintergrundrauschen und mehr Rauschquellen, die die Erkennung eines Gleichstromlichtbogen verdecken können, recht rauschstark sein. 4A zeigt einen Gleichstromlichtbogen, der an Punkt 400 zusammen mit einer großen Menge an Schaltrauschen auftritt. Die Wellenform besteht aus einem Durchschnittsstrom von 8 A und zwei Schaltfrequenzen: 500 Hz, 1000 Hz. Die Schaltfrequenzen weisen jeweils 10 % und 25 % des Gleichstromwerts des Signals auf. Obwohl die Wellenform viel Rauschen aufweist, unterscheiden Ausführungsformen hierin korrekt zwischen Schaltrauschen und dem Lichtbogenrauschen.
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An Block 320 kann das Verfahren 300 das Anwenden eines Bandpassfilters beinhalten. Der Bandpassfilter kann die Gleichstromkomponente des Stromsignals sowie den niedrigen Frequenzbereich entfernen. 4B stellt das Stromsignal aus 4A nach der Anwendung des Bandpassfilters dar. Der hier verwendete Bandpassfilter ist auf zwischen 200 und 2000 Hz beschränkt. Allerdings sei angemerkt, dass auch andere Bereiche verwendet werden können.
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Das Verfahren 300 kann ferner das Anwenden eines Hüllkurvenfilters an Block 330 beinhalten. Der Hüllkurvenfilter kann Schaltrauschen und andere periodische Signale aus dem Stromsignal entfernen. Das Schaltrauschen kann darauf zurückgehen, dass sich eine oder mehrere Lasten mit einer bestimmten Frequenz ein- und ausschalten, was nicht von dem Bandpassfilter entfernt wurde.
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Die Stromsignalhüllkurve kann eine Kurve sein, die die Hauptsignalextreme umreißt. Durch Anwenden der Hüllkurve auf das elektrische Stromsignal kann Schaltrauschen aus der Wellenform entfernt werden, so dass nur die vom Gleichstromlichtbogen erzeugte Rauschsignatur zurückbleibt. Die Hüllkurve betrifft vor allem Schaltrauschen und/oder sinusförmige Signale, die in der Stromwellenform vorliegen können. Diese Signale können durch Leistungselektronikschaltungen (Schaltrauschen) oder im Fahrzeug arbeitende elektrische Maschinen erzeugt werden. Periodische Signale, die einen bekannten Trend oder ein bekanntes Muster aufweisen können, können sich auf die Ergebnisse des Hurst-Exponentenverfahrens auswirken. Daher kann die Hüllkurve diese Signale herausfiltern, um die Genauigkeit des Hurst-Exponentenverfahrens zu erhöhen.
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4C stellt die Stromsignalhüllkurve des Stromsignals aus den 4A und 4B nach der Anwendung des Hüllkurvenfilters dar.
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An Block 340 kann das Verfahren 300 das Hinzufügen von Weißrauschen beinhalten. Das Weißrauschen kann bei dem späteren Schritt des Bestimmens des Hurst-Exponenten helfen.
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An Block 350 kann das Verfahren 300 das Bestimmen des Hurst-Exponenten des gefilterten Stromsignals beinhalten. Wie oben angemerkt, kann der Hurst-Exponentenwert einer Vorhersagbarkeit des Signals entsprechen. Daher kann eine plötzliche persistente Änderung der Vorhersagbarkeit eines Signals angeben, dass ein Gleichstromlichtbogen aufgetreten ist. 4D stellt ein Kurvendiagramm dar, das den berechneten Hurst-Exponenten im Zeitverlauf zeigt. Insbesondere kann der Hurst-Exponent für ein kurzes Zeitintervall (z. B. 2 oder mehr Abtastungen) oder für eine größere Anzahl von Abtastungen berechnet werden.
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Wie in 4D zu erkennen ist, verändert sich der Hurst-Exponentenwert an Punkt 400, wenn der Gleichstromlichtbogen eingebracht wird, recht drastisch. Diese Änderung stellt eine Änderung des Hurst-Exponenten oberhalb einer Schwellenänderung dar. Der Schwellenwert kann ein Prozentwert oder ein Absolutwert sein und kann an einen oder mehrere andere Berechnungen oder Faktoren gebunden sein oder davon abhängen. Die hier offenbarten Systeme, Vorrichtungen und/oder Verfahren können fähig sein, zu bestimmen, wann eine Schwellenänderung des Hurst-Exponenten aufgetreten ist.
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In einigen Beispielen kann die Schwellenänderung auf Grundlage eines gemittelten Hurst-Exponenten bestimmt werden. Dies kann das Ermitteln eines gleitenden Mittelwerts oder anderen Mittelwerts des Hurst-Exponenten im Zeitverlauf beinhalten. In anderen Beispielen kann die Schwellenänderung auf Grundlage einer Schwellenänderung des Werts des Hurst-Exponenten für eine Schwellendauer bestimmt werden.
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Die 5A-D stellen ein Szenario dar, in dem 4 weitere Lasten zu dem Elektroniksystem hinzugefügt werden, während kein Gleichstromlichtbogen vorliegt. 5A stellt das Stromsignal in Gegenüberstellung zur Zeit dar, 5B stellt die Hurst-Exponentenwerte dar (die beispielsweise wie in Bezug auf die 3 und 4A-D beschrieben bestimmt wurden), 5C stellt einen gleitenden Mittelwert des Hurst-Exponenten dar und 5D stellt eine zeitbasierte Bestimmung des Hurst-Exponenten dar.
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Hurst-Exponentenwerte können sich verändern, wenn im System unerwartetes Verhalten auftritt. Laständerungen können die Hurst-Exponentenergebnisse ebenfalls beeinflussen und können einen falschen Alarm oder eine falsche Gleichstromlichtbogenerkennung verursachen. Lasten mit Niedrigfrequenztransienten können nicht zu einer Fehlauslösung der Gleichstromlichtbogenerkennung führen, da ein Hochpassfilter angewandt werden kann, um Niederfrequenzkomponenten zu entfernen. Lasten mit Hochfrequenztransienten wie etwa plötzlichen Laständerungen können jedoch als anormales Verhalten betrachtet werden und eine plötzliche Veränderung der Hurst-Exponentenwerte verursachen. Um zwischen einem Gleichstromlichtbogen und einer bloßen plötzlichen Laständerung zu unterscheiden, kann ein Ausführungsbeispiel zwei Techniken verwenden: gemittelte Hurst-Exponenten und Erkennung auf Zeitbasis.
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Für gemittelte Hurst-Exponenten kann eine plötzliche Laständerung einen sehr kurzzeitigen Ausschlag der Hurst-Exponentenwerte verursachen. Um dieses Problem abzuschwächen, können zeitlich benachbarte Exponentenwerte gemittelt werden, um den Ausschlag zu unterdrücken und eine Fehlauslösung der Gleichstromlichtbogenerkennung zu vermeiden.
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Bei der Erkennung auf Zeitbasis kann zwischen Laständerungen und Lichtbögen unterschieden werden, indem die Zeit gemessen wird, für die die Änderung der Hurst-Exponenten einen bestimmten Schwellenwert übersteigt, indem zum Beispiel ein Schwellenwert von 50 ms oder höher festgelegt wird, für den der Hurst-Exponent größer als eine Schwellengröße sein muss, um eine Gleichstromlichtbogenerkennung auszulösen. 5D stellt die Schwellengröße als ΔH dar, während die Schwellendauer mit Δt bezeichnet ist.
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Die 5A-D stellen ein Szenario dar, in dem Lasten dem System hinzugefügt werden, um den Strom mit Schritten von 8 A bis 27 A zu erhöhen. Die Daten werden verarbeitet und die entsprechenden Hurst-Exponenten sind in 5B dargestellt. Die Hurst-Werte ändern sich bei Lastübergängen vorübergehend von etwa 0,3 zu 0,6 und weisen auf eine Anormalität im Signal hin. Mit dem ersten Ansatz der Mittelung der Hurst-Exponenten, wie in 5C gezeigt, werden die Ausschläge bis hinab auf 0,45 unterdrückt, so dass das Maß an Veränderung der Hurst-Exponentenwerte gesenkt wird.
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Die oben beschriebenen zwei Techniken können verwendet werden, um eine Laständerung als Ursache für eine Veränderung des Hurst-Exponenten auszuschließen. Alternativ oder zusätzlich kann eine weitere Analyse durchgeführt werden, um eine Laständerung als Quelle der Veränderung des Hurst-Exponenten auszuschließen. Zum Beispiel kann eine Tabelle oder Datenbank geführt werden, die angibt, ob eine oder mehrere Lasten des Systems ein- oder ausgeschaltet sind. Wenn keine Veränderung in der Zusammenstellung der verbundenen Lasten und ihrem Ein-/Ausschaltzustand ergeben hat, kann eine Laständerung ausgeschlossen werden.
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6 stellt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 600 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Das Verfahren 600 kann es einem Fahrzeugsystem ermöglichen, zu bestimmen, ob ein Gleichstromlichtbogen aufgetreten ist, der eine oder mehrere Komponenten eines Elektroniksystems des Fahrzeugs beschädigen kann.
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Das Verfahren 600 kann an Block 602 beginnen. An Block 604 kann das Verfahren 600 das Sammeln von Daten beinhalten. Die Daten können durch einen oder mehrere Stromsensoren gesammelt werden und können Werten von Strom entsprechen, der durch verschiedene Teile, Segmente oder Komponenten des Fahrzeugelektroniksystems fließt.
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An Block 606 kann das Verfahren 600 das Anwenden von einem oder mehreren Filtern auf die gesammelten Daten beinhalten. Dies kann das Verwenden eines Bandpassfilters, eines Hüllkurvenfilters oder mehr beinhalten. An Block 608 kann das Verfahren 600 das Bestimmen eines Hurst-Exponenten auf Grundlage der gefilterten Daten beinhalten.
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An Block 610 können die Hurst-Exponenteninformationen in einem Speicher gespeichert werden. Die Speicherung der Hurst-Exponenten im Zeitverlauf kann es dem Verfahren ermöglichen, genauer zu bestimmen, ob eine Änderung des Hurst-Exponenten auf einen Gleichstromlichtbogen, Schaltrauschen aus Änderungen der Lasten oder eine andere Ursache zurückgeht.
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An Block 612 kann das Verfahren 600 das Bestimmen beinhalten, ob eine Schwellenänderung des Hurst-Exponenten stattgefunden hat. Wie oben beschrieben, kann die Schwellenänderung auf Grundlage eines gleitenden Mittelwerts oder auf Grundlage einer Schwellenänderung des Hurst-Exponenten für eine Schwellendauer bestimmt werden. Wenn keine Schwellenänderung stattgefunden hat, kann das Verfahren 600 zu Block 604 zurückkehren, um weitere Daten zu sammeln.
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Wenn an Block 612 aber eine Schwellenänderung bestimmt wird, kann das Verfahren 600 das Durchführen einer Laständerungsanalyse an Block 614 beinhalten. Die Laständerungsanalyse kann das Empfangen oder Abrufen von Daten zu einer oder mehreren Lasten beinhalten, die derzeit mit dem Elektroniksystem verbunden, davon getrennt sind, ein- oder ausgeschaltet sind oder sich in einem anderen Zustand in Bezug auf das elektrische System befinden. Durch diese Informationen kann das Verfahren bestimmen, dass eine Laständerung nicht die Ursache für die Schwellenänderung des Hurst-Exponenten ist.
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An Block 616 kann das Verfahren 600 das Bestimmen beinhalten, ob sich eine Last geändert hat. Wenn sich eine Last geändert hat und als Ursache der Schwellenänderung des Hurst-Exponenten bestimmt wird, kann das Verfahren 600 zu Block 604 zurückkehren, um weitere Daten zu sammeln.
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Wenn keine Laständerung erkannt wird oder als Ursache der Schwellenänderung der Hurst-Exponenten ausgeschlossen wurde, kann das Verfahren 600 das Erkennen beinhalten, ob ein Gleichstromlichtbogen aufgetreten ist.
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Block 620 des Verfahrens 600 kann das Bestimmen der Quelle des Gleichstromlichtbogens beinhalten. Wenn mehrere Stromsensoren verwendet werden, kann Block 620 das Bestimmen eines Segments des Elektroniksystems beinhalten, das dem Stromsensor entspricht, für den der Gleichstromlichtbogen erkannt wurde.
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An Block 622 kann das Verfahren 600 das Auslösen eines Schalters beinhalten, der der Quelle des Gleichstromlichtbogens entspricht. Dies kann das Auslösen eines intelligenten FET, einer Sicherung, eines Relais oder einer anderen elektronischen oder mechanischen Komponente beinhalten, um weitere Schäden durch den Gleichstromlichtbogen zu vermeiden. In einigen Beispielen kann dies das Trennen einer Leistungsschaltung beinhalten, die einem oder mehreren Systemen entspricht, etwa einer Last im Zusammenhang mit dem Gleichstromlichtbogen.
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In einigen Beispielen kann das Verfahren 600 ferner das Bestimmen einer bestimmten Last beinhalten, die dem Gleichstromlichtbogen entspricht und die als Fehlerlast bezeichnet werden kann. Wenn eine Vielzahl intelligenter FETs oder anderer Sicherungen verwendet wird, die jeweils einer jeweiligen Last entsprechen, können einige Beispiele das Erkennen eines Gleichstromlichtbogens, Bestimmen einer Fehlerlast und Ermöglichen, dass eine zentrale Steuerung einen intelligente FET steuert, der der Fehlerlast entspricht, beinhalten. Auf diese Weise kann die betreffende Fehlerlast aus dem elektrischen Hochspannungssystem entfernt werden, um die Beschädigung anderer Komponenten oder Systeme zu vermeiden. Das Verfahren 600 kann dann an Block 624 enden.
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In dieser Anmeldung soll die Verwendung der disjunktiven Form die konjunktive Form einschließen. Die Verwendung bestimmter oder unbestimmter Artikel soll keine Kardinalität angeben. Insbesondere soll die Bezugnahme auf „das“ Objekt oder „ein“ Objekt auch eins einer möglichen Vielzahl von Objekten bezeichnen. Ferner kann die Konjunktion „oder“ zum Vermitteln von Merkmalen verwendet werden, die gleichzeitig vorliegen, anstelle von sich gegenseitig ausschließenden Alternativen. Mit anderen Worten, die Konjunktion „oder“ soll auch „und/oder“ einschließen. Die Begriffe „beinhaltet“, „beinhaltend“ und „beinhalten“ sind einschließend und weisen jeweils denselben Umfang wie „umfasst“, „umfassend“ und „umfassen“ auf.
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen, insbesondere etwaige „bevorzugte Ausführungsformen“, sind mögliche Beispiele von Implementierungen und dienen lediglich einem klaren Verständnis der Grundgedanken der Erfindung. Viele Abwandlungen und Modifikationen kann an der oder den oben beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne wesentlich vom Geist und von den Grundgedanken der hier beschriebenen Techniken abzuweichen. Entsprechend ist vorgesehen, dass alle Abwandlungen in den Umfang dieser Offenbarung fallen und durch die nachfolgenden Ansprüche geschützt sind.
