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Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zum Trennen eines Energiebordnetzes eines Fahrzeugs von einer elektrischen Energieversorgungseinrichtung.
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Fahrzeuge weisen zur Versorgung des Energiebordnetzes mindestens eine Energieversorgungseinrichtung mit einer zugehörigen Spannungsquelle auf. Zum Abschalten bzw. Abtrennen des Energiebordnetzes von der Energieversorgungseinrichtung werden häufig elektromechanische Relais verwendet, welche als monostabile oder bistabile Relais gebildet sein können.
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Bekannt sind Verfahren zum Abschalten bzw. Abtrennen des Energiebordnetzes von der Energieversorgungseinrichtung aufgrund eines bestimmten Ereignisses durch Absprengen der Verbindung, oder durch Trennen der elektrischen Verbindung mittels entsprechender Steuerströme, wie z.B. aus den deutschen Patentanmeldungen
DE102009051293A1 ,
DE19712544A1 ,
DE102015201814A1 , oder der
US 2016/0105112 A1 oder der
EP1923256A2 bekannt. Ein solches Ereignis, das ein Abtrennen nötig macht, kann ein Unfallereignis oder ein Fehler an der Energieversorgungseinrichtung bzw. der Spannungsquelle sein.
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Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Steuervorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, durch welche eine verbesserte Abtrennung des Energiebordnetzes eines Fahrzeugs von der Energieversorgungseinrichtung bereitgestellt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Vorgeschlagen wird eine Steuervorrichtung, die in einem Fahrzeug angeordnet und dazu eingerichtet ist, ein Steuersignal in Abhängigkeit von einem erfassten Ereignis an eine mit der Steuervorrichtung in Wirkverbindung stehende Schalteinrichtung auszugeben. Die Ausgabe erfolgt derart, dass eine Trennung einer mit einem Energiebordnetz des Fahrzeugs verbundenen elektrischen Energieversorgungseinrichtung von dem Energiebordnetz durch Schalten der Schalteinrichtung von einem ersten in einen zweiten Zustand erfolgt. Das Steuersignal ist ferner derart ausgebildet, dass es einen elektrischen Ansteuerimpuls an die Schalteinrichtung derart ausgibt, dass die Trennung über einen vorgegebenen Zeitraum nach Erfassen des Ereignisses aktiv gehalten wird.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass das erfasste Ereignis ein erfasstes Unfallereignis ist.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Schalteinrichtung ein bistabiles Relais ist, und wobei das Steuersignal den elektrischen Ansteuerimpuls zum Schalten des bistabilen Relais entweder als kontinuierlichen Ansteuerimpuls über den vorgegebenen Zeitraum oder als Ansteuerimpuls mit zyklischer Wiederholung innerhalb des vorgegebenen Zeitraums ausgibt.
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In einer Ausgestaltung erfolgt im Fall, dass eine zyklische Wiederholung des Ansteuerimpulses über den vorgegebenen Zeitraum erfolgt, eine Wiederholung des Ansteuerimpulses innerhalb von 0,5 bis 10 Sekunden nach jedem vorhergehenden Ansteuerimpuls.
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In einer Ausgestaltung ist der erste Zustand des Relais ein Zustand, in dem das Relais geschlossen ist, so dass Energieversorgungseinrichtung und Energiebordnetz elektrisch verbunden sind, und der zweite Zustand des Relais ist ein Zustand, in dem das Relais in einer Offenstellung ist, in der die elektrische Energieversorgungseinrichtung von dem Energiebordnetz getrennt ist. Oder der erste Zustand des Relais ist ein Zustand, in dem das Relais in einer Offenstellung ist, in der die elektrische Energieversorgungseinrichtung mit dem Energiebordnetz verbunden ist, und der zweite Zustand des Relais ist ein Zustand, in dem das Relais geschlossen ist, so dass Energieversorgungseinrichtung und Energiebordnetz elektrisch getrennt sind.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Zeitraum ein Bereich von 20 Sekunden, 30 Sekunden, 1 Minute oder 2 Minuten ist und nach einer Sekunde oder nach 0,05 Sekunden oder nach 10 Sekunden oder innerhalb eines Bereichs von 0,05 bis 10 Sekunden nach Erfassen des Ereignisses beginnt.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass entweder die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, das Ereignis zu erfassen, oder das Ereignis der Steuervorrichtung durch eine damit in Wirkverbindung stehende Ereigniserfassungseinrichtung übermittelt wird.
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Vorgeschlagen wird ferner ein Fahrzeug, aufweisend die beschriebene Steuervorrichtung, eine Schalteinrichtung, welche zwischen einer Offenstellung und einer geschlossenen Stellung schaltbar ist und mit der Steuervorrichtung in Wirkverbindung steht, und eine mit einem Energiebordnetz des Fahrzeugs über die Schalteinrichtung in geschlossener Stellung verbindbare elektrische Energieversorgungseinrichtung. Die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, ein Steuersignal in Abhängigkeit von einem erfassten Ereignis an die Schalteinrichtung derart auszugeben, dass eine Trennung des Energiebordnetzes von der elektrischen Energieversorgungseinrichtung durch Schalten der Schalteinrichtung von einem ersten in einen zweiten Zustand erfolgt. Das Steuersignal ist ferner derart ausgebildet, dass es einen elektrischen Ansteuerimpuls an die Schalteinrichtung derart ausgibt, dass die Trennung über einen vorgegebenen Zeitraum nach Erfassen des Ereignisses aktiv gehalten wird.
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Vorgeschlagen wird ferner ein Verfahren zum Trennen eines mit einer elektrischen Energieversorgungseinrichtung über eine Schalteinrichtung verbundenen Energiebordnetzes eines Fahrzeugs im Falle des Erfassens eines vorgegebenen Ereignisses, wobei ein Steuersignal in Abhängigkeit von einem erfassten Ereignis an die Schalteinrichtung derart ausgegeben wird, dass eine Trennung des Energiebordnetzes von der elektrischen Energieversorgungseinrichtung durch Schalten der Schalteinrichtung von einem ersten in einen zweiten Zustand erfolgt. Das Steuersignal ist ferner derart ausgebildet, dass es einen elektrischen Ansteuerimpuls an die Schalteinrichtung derart ausgibt, dass die Trennung über einen vorgegebenen Zeitraum nach Erfassen des Ereignisses aktiv gehalten wird.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Ereignis ein Unfallereignis ist und der zweite Zustand entweder gehalten wird, indem der elektrische Ansteuerimpuls über den vorgegebenen Zeitraum aufrechterhalten wird, oder indem eine zyklische Wiederholung des elektrischen Ansteuerimpulses über den vorgegebenen Zeitraum erfolgt.
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Durch die vorgeschlagene Steuervorrichtung, welche vorteilhafterweise in einem Fahrzeug vorgesehen ist, und das Verfahren wird die Trennung auch im Falle eines auftretenden mechanischen Schocks in einem Zeitraum nach dem erfassten Ereignis vermieden werden, dass die Schalteinrichtung in einen fehlerhaften bzw. unerwünschten ersten Zustand zurückkehrt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung wichtiger Komponenten zur Abtrennung des Energiebordnetzes von der Energieversorgungseinrichtung in einem Fahrzeug gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt Diagramme mit zeitlichen Abläufen der Ansteuerung zur Trennung des Energiebordnetzes von der Energieversorgungseinrichtung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Wie bereits erwähnt werden elektromechanische Relais als Schalteinrichtung S in einer Vielzahl von Anwendungen im Fahrzeug 100 eingesetzt, unter anderem, um das Energiebordnetz V mit der Energieversorgungseinrichtung E, welche in der Regel eine oder mehrere Batterien aufweist, zu verbinden oder diese voneinander zu trennen, wie in 1 schematisch dargestellt. Das Trennen erfolgt vorteilhafterweise durch Öffnen des Schaltkontakts der Schalteinrichtung S, also des z.B. dafür verwendeten Relais. Im Falle eines Unfalls wird dieser als Unfallereignis bzw. Crash C1, oder auch erster Einschlag genannt, detektiert und es wird das Energiebordnetz V von der Energieversorgungseinrichtung E getrennt. Beispielsweise werden hierzu die Batterien der Energieversorgungseinrichtung E z.B. durch monostabile oder bistabile Relais abgeschaltet, um einen Kurzschluss der Energieversorgung und ein thermisches Ereignis zu verhindern.
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Ein Relais ist je nach Bauart empfindlich gegenüber mechanischen Beschleunigungen und Schocks. Bei einem mechanischen Schock ist es möglich, dass sich der Schaltkontakt unbeabsichtigt bewegt und somit öffnet oder schließt, d.h. sich von seinem vorgesehenen Zustand in einen anderen, nicht erwünschten Zustand, begibt. Insbesondere bei bistabilen Relais kann es passieren, dass nach einer Schockbeaufschlagung z.B. nach einem Unfallereignis C1 der Schaltkontakt nicht mehr in die Ausgangslage zurückkehrt, sondern im falschen, also nicht gewünschten, Schaltzustand bleibt. Deshalb wird nachfolgend die Erfindung anhand der Verwendung eines bistabilen Relais beschrieben. Außerdem wird die Erfindung nachfolgend anhand des Beispiels eines Unfallereignisses C1 beschrieben, da dies anschaulich zu beschreiben ist. Es können aber auch andere Ereignisse als Auslöser dienen, dass die Schalteinrichtung S über einen vorgegebenen Zeitraum t1-t2 in einem Zustand festgehalten wird, in dem eine Trennung von Energieversorgungseinrichtung E und Energiebordnetz V erfolgt.
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Nach einem Unfallereignis, nachfolgend lediglich als Crash C1 oder erster Einschlag C1 bezeichnet, kann es zu weiteren, sogenannten Post-Crash-Events oder zweiten Einschlägen C2a, C2b kommen, z.B. durch ein (auch mehrmaliges) Überschlagen des Fahrzeugs 100. Diese zweiten Einschläge C2a, C2b können zeitlich um mehrere Sekunden bis hin zu einer oder mehreren Minuten verzögert zum ersten Crash-Event C1 auftreten, wie in 2 im obersten Diagramm in zeitlichem Ablauf dargestellt. Ein Crash-Ereignis C1, ebenso wie ein oder mehrere Post-Crash-Ereignisse C2a, C2b werden beispielsweise über einen sprunghaften Anstieg eines oder mehrerer Beschleunigungswerte, gemessen in m/s2, z.B. Längs- und/oder Querbeschleunigung, detektiert.
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Im Falle eines Crashs wird bei Erfassen des ersten Crash-Events C1, wie in 2 im zweiten Diagramm von oben durch den Ausschlag in der Höhe D nach oben angedeutet, das als Schalteinrichtung S verwendete bistabile Relais per elektrischem Impuls bzw. Ansteuersignal angesteuert, wie in den beiden unteren Diagrammen (Si1, Si2) in 2 gezeigt, welche zwei unterschiedliche Ausführungen schematisch andeuten. Durch einen ersten, z.B. von einem durch eine Steuervorrichtung 1 ausgegebenen Steuersignal Si angelegten elektrischen Ansteuerimpuls, welcher als erste Flanke in beiden Diagrammen Si1 und Si2 gezeigt ist, wird das bistabile Relais S von einem ersten Zustand, welcher in dieser Ausführung eine geschlossene Stellung ist, in einen zweiten Zustand, welcher in dieser Ausführung eine Offenstellung ist, gebracht. Bisher werden lediglich kurze elektrische Ansteuerimpulse verwendet, die nur so lange dauern, bis sichergestellt ist, dass das bistabile Relais erstmals in die Offenstellung geht. Da es ein bistabiles Relais ist, hält es den Zustand stabil. Der stabile Zustand kann lediglich durch eine äußere Einwirkung wie ein Crash-Ereignis gestört werden. Durch das Bringen des bistabilen Relais in den zweiten Zustand, also der Offenstellung, wird das Energiebordnetz V von der Energieversorgungseinrichtung E getrennt.
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Falls nun ein oder mehrere zweite Einschläge C2a, C2b erfolgen, kann es passieren, dass der stabile Zustand des Relais aufgrund des mechanischen Schocks nicht erhalten bleibt und es wieder unabsichtlich geschlossen wird und somit einen fehlerhaften bzw. unerwünschten ersten Zustand übergeht.
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Aus diesem Grund wird eine optimierte Ansteuerung des bistabilen Relais im Crash-Fall bereitgestellt, durch welche ein erneutes Schließen des Relais verhindert werden kann.
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Hierfür wird für einen vorgegebenen Zeitraum t1-t2, wobei t1 der Startzeitpunkt und t2 der Endzeitpunkt ist, der Schaltkontakt des Relais aktiv in der Schaltstellung offen (zweiter Zustand) festgehalten, wobei offen heißt, dass eine Trennung zwischen Energiebordnetz V und Energieversorgungseinrichtung E hergestellt ist.
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Der Zeitraum t1-t2 wird so gewählt, dass möglichst alle eventuell auftretenden Post-Crash-Events C2a, C2b innerhalb des Zeitraums t1-t2 liegen. Der Zeitraum t1-t2 kann hierbei innerhalb einer bis einiger Sekunden bis hin zu einigen Minuten nach dem ersten Crash C1 gewählt werden. Vorteilhaft ist der Zeitraum t1-t2 ein Bereich von 20 Sekunden, 30 Sekunden, 1 Minute oder 2 Minuten und beginnt t1 direkt nach Erfassen des Crashs, spätestens nach 0,05 Sekunden oder nach 5 Sekunden oder nach 10 Sekunden oder innerhalb eines Bereichs von 0,05 bis 10 Sekunden nach Erfassen des Crashs C1. Der Zeitraum t1-t2 sollte möglichst direkt nach Erfassen des Crashs beginnen. Allerdings benötigen Signallaufzeiten und die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Steuergeräte momentan noch ca. 0,05 Sekunden, also 50 ms, bis zur Detektion, sodass diese 0,05 Sekunden als unterer Startwert t1 für den Zeitraum angenommen wird. Sollten sich diese Verzögerungswerte verkürzen, kann auch ein Startwert t1 von weniger als 0,05 Sekunden als Startwert t1 verwendet werden.
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Prinzipiell können zwei unterschiedliche Konzepte angewendet werden, um sicherzustellen, dass das Relais S über den vorgegebenen Zeitraum seinen stabilen zweiten Zustand nicht verlässt, in dem es das Energiebordnetz V und die Energieversorgungseinrichtung E trennt. In einer Ausführung wird das Relais S, genauer die Relaisspule, anstatt mit einem kurzen elektrischen Ansteuerimpuls mit einem elektrischen Ansteuerimpuls Si2 über den gesamten vorgegebenen Zeitraum t1-t2 permanent angesteuert, wodurch der Schaltkontakt des Relais S aktiv in der Schaltstellung offen (zweiter Zustand), also Trennen von Energiebordnetz V und Energieversorgungseinrichtung E, gehalten wird. Dadurch wird zur Kraft, die den Schaltkontakt ohnehin stromlos in der jeweiligen Stellung hält, also den stabilen Zustand erhält, eine zusätzliche Haltekraft erzeugt, die den Kontakt zusätzlich in der jeweiligen Position hält und ein unbeabsichtigtes Umschalten z.B. aufgrund eines mechanischen Schocks verhindert.
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In einer alternativen Ausführung erfolgt anstatt einer permanenten Ansteuerung über den Zeitraum t1-t2 eine sich zyklisch wiederholende Ansteuerung Si1, welche mehrere kurze elektrische Ansteuerimpulse in einem vorgegebenen Abstand bzw. einer vorgegebenen Wiederholfrequenz ausgibt. Die Wiederholfrequenz der zyklischen Ansteuerung innerhalb des Zeitraums t1-t2 muss ausreichend hoch sein, um das Risiko zu minimieren, dass sich das Relais S aus seinem stabilen, offenen zweiten Zustand in den anderen, ersten, geschlossenen Zustand z.B. aufgrund eines mechanischen Schocks begibt. Eine solche Wiederholfrequenz ist vorteilhafterweise derart gewählt, dass eine Wiederholung des Ansteuerimpulses innerhalb von 0,5 bis 10 Sekunden nach jedem vorhergehenden Ansteuerimpuls bis zum Ende t2 des vorgegebenen Zeitraums t1-t2 erfolgt.
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Durch das Ansteuern zum Halten des Relais S im zweiten Zustand, also in der Offenstellung, d.h. der Aufrechterhaltung der Trennung von Energiebordnetz V und Energieversorgungseinrichtung E, über einen längeren Zeitraum t1-t2, kann das Risiko eines Schließens des Relais S durch ein Post-Crash-Event, also einen oder mehrere zweite Einschläge C2a, C2b minimiert oder sogar ganz eliminiert werden. Somit wird eine optimierte Ansteuerung des bistabilen Relais S erzielt.
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In anderen Ausführungen können auch bistabile Relais S verwendet werden, welche eine Trennung des Energiebordnetzes V von der Energieversorgungseinrichtung E im geschlossenen Zustand bereitstellen. Hier wird dann der geschlossene Zustand über einen vorgegebenen längeren Zeitraum t1-t2 gehalten und die Bezeichnung erster Zustand ist der offene Zustand, bei dem keine Trennung von Energiebordnetz V und Energieversorgungseinrichtung E erfolgt, und der zweite Zustand ist der geschlossene Zustand, bei dem eine Trennung von Energiebordnetz V und Energieversorgungseinrichtung E erfolgt.
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In einer weiteren Ausführung können auch andere Schalteinrichtung S verwendet werden, welche dazu geeignet sind, das Energiebordnetz V von der Energieversorgungseinrichtung E mittels eines Schaltvorgangs zu trennen. Diese Schalteinrichtung S werden dann in der Stellung, in der sie das Energiebordnetz V von der Energieversorgungseinrichtung E trennen, aktiv über den vorgegebenen längeren Zeitraum t1-t2 gehalten.
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In einer Ausführung erfasst entweder eine Steuervorrichtung 1 des Fahrzeugs 100 das Ereignis, also den Crash C1, durch entsprechende Sensorik, oder das Ereignis C1 wird der Steuervorrichtung 1 durch eine damit in Wirkverbindung stehende Ereigniserfassungseinrichtung 2 übermittelt. Eine solche Ereigniserfassungseinrichtung 2 kann eine Unfall-Sensorik sein, welche dazu dient, einen Unfall zu detektieren. Die Steuervorrichtung 1 ist ferner auch vorteilhaft dazu eingerichtet, dass sie das Steuersignal Si an die Schalteinrichtung S, also z.B. das bistabile Relais, sendet.
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Ein Fahrzeug 100 benötigt zur Durchführung der aktiv festgehaltenen Trennung von Energiebordnetz V und Energieversorgungseinrichtung E eine entsprechende Steuervorrichtung, welche das elektrische Steuersignal S1 an die Schalteinrichtung S ausgibt. Die Schalteinrichtung S ist zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand schaltbar und steht mit der Steuervorrichtung 1 in Wirkverbindung. Der erste Zustand ist ein Zustand, bei dem keine Trennung zwischen Energiebordnetz V und Energieversorgungseinrichtung E besteht, während der zweite Zustand der Zustand ist, in dem eine Trennung zwischen Energiebordnetz V und Energieversorgungseinrichtung E besteht.
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Die Steuervorrichtung 1 gibt ein Steuersignal Si in Abhängigkeit von einem erfassten Ereignis C1 an die Schalteinrichtung S zum Trennen der elektrischen Energieversorgungseinrichtung E von dem Energiebordnetz V aus. Dabei ist die Schalteinrichtung S derart mittels des Steuersignals Si in den zweiten Zustand schaltbar, dass sie das Energiebordnetz V von der elektrischen Energieversorgungseinrichtung E trennt, wobei das Steuersignal Si ferner derart ausgebildet ist, dass es die Schalteinrichtung S derart ansteuert, dass ein aktives Halten des zweiten Zustands über einen vorgegebenen Zeitraum nach Erfassen des Ereignisses C1 erfolgt, d.h. dass die Trennung über den vorgegebenen Zeitraum t1-t2 nach Erfassen des Ereignisses C1 aktiv gehalten wird.
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Somit wird eine optimierte Ansteuerung des Relais bzw. der Schalteinrichtung S erzielt, um eine Trennung von elektrischer Energieversorgungseinrichtung E und Energiebordnetz V auch im Fall eines Post-Crash-Ereignisses sicherzustellen.
