DE102019213449A1

DE102019213449A1 - Monitoring device, motor vehicle and method for monitoring a ground connection between an engine block and a body of a motor vehicle

Info

Publication number: DE102019213449A1
Application number: DE102019213449.1A
Authority: DE
Inventors: Per Ulrich; Henning Wöhl-Bruhn
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2021-03-04
Also published as: WO2021043646A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung (1) zum Überwachen einer Masseanbindung (2) zum elektrischen Koppeln eines Motorblocks (3) eines Kraftfahrzeugs (4) mit einer Karosserie (5) des Kraftfahrzeugs (4), aufweisend eine Masseanbindung (2) mit einem ersten Masseleiter (6) sowie einem zweiten Masseleiter (7), wobei der Motorblock (3) über den ersten Masseleiter (6) und zusätzlich über den zweiten Masseleiter (7) mit der Karosserie (5) elektrisch koppelbar ist, einen Messkern (8) mit einer zentralen Messdurchführung (9) und einer ersten Messspulenwicklung (10) aus einem Spulendraht (11) sowie eine mit dem Spulendraht (11) der ersten Messspulenwicklung (10) elektrisch gekoppelten Messvorrichtung (12) zum Messen eines Stroms im Spulendraht (11). Der erste Masseleiter (6) und der zweite Masseleiter (7) sind gegenläufig durch die Messdurchführung (9) des Messkerns (8) hindurchgeführt. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug (4) und ein Verfahren zur Überwachung einer Masseanbindung (2) eines Motorblocks (3) mit einer Karosserie (5) eines Kraftfahrzeugs (4) mittels einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung (1).The present invention relates to a monitoring device (1) for monitoring a ground connection (2) for electrically coupling an engine block (3) of a motor vehicle (4) to a body (5) of the motor vehicle (4), having a ground connection (2) with a first one Ground conductor (6) and a second ground conductor (7), the engine block (3) being electrically connectable to the body (5) via the first ground conductor (6) and additionally via the second ground conductor (7), with a measuring core (8) a central measuring feedthrough (9) and a first measuring coil winding (10) made of a coil wire (11) and a measuring device (12) electrically coupled to the coil wire (11) of the first measuring coil winding (10) for measuring a current in the coil wire (11). The first ground conductor (6) and the second ground conductor (7) run in opposite directions through the measurement feedthrough (9) of the measuring core (8). The invention also relates to a motor vehicle (4) and a method for monitoring a ground connection (2) of an engine block (3) with a body (5) of a motor vehicle (4) by means of a monitoring device (1) according to the invention.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung zum Überwachen einer Masseanbindung zum elektrischen Koppeln eines Motorblocks eines Kraftfahrzeugs mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer gattungsgemäßen Überwachungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Überwachung einer Masseanbindung eines Motorblocks mit einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs mittels einer gattungsgemäßen Überwachungsvorrichtung.The present invention relates to a monitoring device for monitoring a ground connection for electrically coupling an engine block of a motor vehicle to a body of the motor vehicle. The invention also relates to a motor vehicle with a generic monitoring device and a method for monitoring a ground connection between an engine block and a body of a motor vehicle by means of a generic monitoring device.

Bei Kraftfahrzeugen kommen Bordnetze mit einer Nennspannung von 12 V zum Einsatz. Diese Bordnetze werden auch als „Niedervoltbordnetze“ bezeichnet. Als Masseanbindung zwischen der Batterie und den verschiedenen Komponenten, insbesondere Verbrauchern, des Bordnetzes untereinander wird meist die Fahrzeugkarosserie verwendet. Zudem ist es üblich, die Masseanbindung bei Komponenten, welche im Bereich des Motors des Kraftfahrzeugs angeordnet sind, am Motorblock vorzunehmen. Zur Gewährleistung einer sicheren galvanischen Anbindung an das restliche Bordnetz wird der Motorblock mittels eines Massebandes bzw. Masseleiters galvanisch mit der Karosserie gekoppelt.On-board electrical systems with a nominal voltage of 12 V are used in motor vehicles. These electrical systems are also referred to as "low-voltage electrical systems". The vehicle body is usually used as the ground connection between the battery and the various components, in particular consumers, of the vehicle electrical system. In addition, it is customary to establish the ground connection for components which are arranged in the area of the engine of the motor vehicle on the engine block. To ensure a secure galvanic connection to the rest of the vehicle electrical system, the engine block is galvanically coupled to the body by means of a ground strap or ground conductor.

Da die Leistung üblicher 12 V Lichtmaschinen für die elektrischen Systeme moderner Kraftfahrzeuge, insbesondere von Hybridfahrzeugen, oftmals nicht ausreicht, weisen diese Kraftfahrzeuge neben dem bekannten 12 V Niedervoltbordnetz zumeist ein weiteres Niedervoltbordnetz, üblicherweise mit einer Nennspannung von 48 V, auf. 48 V Komponenten eines 48 V Bordnetzes sind beispielsweise ein Vorheizsystem einer Abgasreinigung bzw. eine Katalysatorvorheizung, eine elektrische Aufladevorrichtung als Ersatz für einen herkömmlichen Turbolader, ein Hilfsantrieb, ein Riemenstartergenerator oder dergleichen. Aus konstruktiven Gründen hat es sich insbesondere bei motornahen Komponenten des 48 V Bordnetzes durchgesetzt, die Masseanbindung ebenfalls am Motorblock vorzunehmen.Since the power of conventional 12 V alternators is often insufficient for the electrical systems of modern motor vehicles, especially hybrid vehicles, these motor vehicles usually have an additional low-voltage electrical system, usually with a nominal voltage of 48 V, in addition to the familiar 12 V low-voltage electrical system. 48 V components of a 48 V on-board electrical system are, for example, a preheating system for exhaust gas cleaning or a catalytic converter preheating, an electric charging device as a replacement for a conventional turbocharger, an auxiliary drive, a belt starter generator or the like. For structural reasons, it has become generally accepted, especially for components of the 48 V on-board network that are close to the engine, that the ground connection is also made on the engine block.

Eine gemeinsame Masseanbindung von 12 V und 48 V Komponenten am Motorblock hat den Vorteil, dass die Bordnetzverkabelung auf diese Weise einfacher ausgestaltet werden kann. Zudem ist es für 48 V Bordnetzkomponenten von Vorteil, welche auch an das 12 V Bordnetz angeschlossen sind. Derartige Komponenten weisen üblicherweise eine interne Potentialtrennung zwischen beiden Bordnetzen auf, welche bei einer gemeinsamen Masseanbindung entbehrlich wird. Auf diese Weise sind der herstellungsaufwand sowie die Herstellungskosten dieser Komponenten deutlich reduzierbar.A common ground connection of 12 V and 48 V components on the engine block has the advantage that the on-board power supply wiring can be designed more simply in this way. It is also advantageous for 48 V on-board network components that are also connected to the 12 V on-board network. Such components usually have an internal potential separation between the two on-board networks, which can be dispensed with if there is a common ground connection. In this way, the production effort and the production costs of these components can be significantly reduced.

Ein Nachteil einer gemeinsamen Masseanbindung am Motorblock ist, dass mögliche Fehlerfälle zu ermitteln sind, welche bei einem Ausfall der Masseanbindung zwischen Motorblock und Karosserie potenziell auftreten können. In dem Fall, in welchem die Masseanbindung zwischen Motorblock und Karosserie beispielsweise ausfällt, insbesondere durch ein Ablösen eines Kontakts des Masseleiters, würde das Potential des Motorblocks durch die angeschlossenen 48 V Komponenten möglicherweise bis weit über 12 V angehoben werden. In Folge dessen könnte einer Rückspeisung elektrischer Energie in das 12 V Bordnetz erfolgen. Eine derartige Rückspeisung elektrischer Energie birgt das Risiko einer unzulässigen Spannungsüberhöhung im 12 V Bordnetz und somit der permanenten Beschädigung von 12 V Komponenten des 12 V Bordnetzes. Eine Beschädigung sicherheitsrelevanter 12 V Komponenten ist als besonders kritisch und somit als „ASIL“-relevant einzustufen. Aus diesem Grund wäre ein Ausfall der Masseanbindung zwischen Motorblock und Karosserie aus sicherheitskritischer Betrachtung unbedingt zu vermeiden.A disadvantage of a common ground connection on the engine block is that possible faults must be determined, which can potentially occur in the event of a failure of the ground connection between the engine block and the body. In the event that the ground connection between the engine block and the body fails, for example, due to a contact on the ground conductor becoming detached, the potential of the engine block would possibly be raised to well above 12 V by the connected 48 V components. As a result, electrical energy could be fed back into the 12 V on-board network. Such feedback of electrical energy carries the risk of an impermissible voltage increase in the 12 V on-board network and thus permanent damage to 12 V components of the 12 V on-board network. Damage to safety-relevant 12 V components is to be classified as particularly critical and therefore relevant to "ASIL". For this reason, a failure of the ground connection between the engine block and the body should be avoided from a safety-critical point of view.

Eine bekannte Lösung zur Reduzierung des Problems ist eine redundante Ausführung des Masseleiters zur Masseanbindung von Motorblock an die Karosserie. Hierdurch kann das Risiko eines Totalausfalls der Masseanbindung erheblich reduziert werden. Gleichwohl besteht weiterhin das Risiko eines, insbesondere sukzessiven, Ausfalls dieser Masseanbindung. Zur Lösung dieses Problems sind bereits Vorrichtungen und Systeme zur Analyse der Masseanbindung bekannt.A known solution for reducing the problem is a redundant design of the ground conductor for the ground connection of the engine block to the body. This can significantly reduce the risk of a total failure of the ground connection. At the same time, there is still the risk of an, in particular successive, failure of this ground connection. Devices and systems for analyzing the ground connection are already known to solve this problem.

Die DE 10 2012 215 542 A1 betrifft eine Diagnoseeinrichtung für ein Mehrspannungsbordnetz zur Überwachung eines Masseleiters einer Masseanbindung zwischen Motorblock und Karosserie mit zwei Masseleitern. Die Diagnoseeinrichtung ist ausgebildet, mithilfe einer Messvorrichtung den Stromfluss in einem der Masseleiter im Betrieb des Kraftfahrzeugs zu messen. Auf diese Weise ist ein Zustand der Masseleiter im Betrieb des Kraftfahrzeugs ermittelbar. Die DE 10 2013 021 486 A1 offenbart ein Verfahren zur Überwachung eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs im Betrieb des Kraftfahrzeugs. Mittels zweier in Reihe geschalteter, mit Wechselstrom betriebener Magnetspulen werden Ströme zweiter Masseleiter gemessen, wobei jedem Masseleiter eine Magnetspule zugeordnet ist. Bei gleichem Strom in beiden Masseleitern beträgt ein somit generiertes Stromsignal gleich Null. Aus der DE 10 2013 214 835 A1 ist eine alternative Überspannungsschutzschaltung bekannt, bei welcher zwei Bordnetze eine gemeinsame Masseanbindung sowie eine Referenzmasseanbindung aufweisen. Die Überspannungsschutzschaltung ist ausgebildet, die Spannung des Bordnetzes mit der höheren Spannung zu reduzieren, wenn eine gemessene Massedifferenzspannung zwischen der Masseanbindung und der Referenzmasseanbindung einen Schwellwert erreicht.The DE 10 2012 215 542 A1 relates to a diagnostic device for a multi-voltage electrical system for monitoring a ground conductor of a ground connection between the engine block and the body with two ground conductors. The diagnostic device is designed to measure the current flow in one of the ground conductors during operation of the motor vehicle with the aid of a measuring device. In this way, a state of the ground conductors during operation of the motor vehicle can be determined. The DE 10 2013 021 486 A1 discloses a method for monitoring an on-board network of a motor vehicle when the motor vehicle is in operation. Currents of second ground conductors are measured by means of two magnet coils connected in series and operated with alternating current, with a magnet coil being assigned to each ground conductor. With the same current in both ground conductors, a current signal generated in this way is equal to zero. From the DE 10 2013 214 835 A1 an alternative overvoltage protection circuit is known in which two vehicle electrical systems have a common ground connection and a reference ground connection. The overvoltage protection circuit is designed to reduce the voltage of the electrical system with the higher voltage when a measured differential voltage between the ground connection and the reference ground connection has reached a threshold value.

Derartige bekannte Vorrichtungen und Verfahren haben den Nachteil, dass eine Überwachung der Masseanbindung nur im Betrieb des Kraftfahrzeugs bzw. der Bordnetze möglich ist. Ein Montagefehler oder ein Spontanversagen der Masseanbindung könnte zu einer Rückeinspeisung elektrischer Energie vom Motorblock in das 12 V Bordnetz und somit zu Beschädigungen oder gänzlicher Zerstörung von 12 V Komponenten des 12 V Bordnetzes führen.Known devices and methods of this type have the disadvantage that the ground connection can only be monitored when the motor vehicle or the vehicle electrical system is in operation. An assembly error or a spontaneous failure of the ground connection could lead to electrical energy being fed back from the engine block into the 12 V on-board network and thus to damage or complete destruction of the 12 V components of the 12 V on-board network.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einer Überwachungsvorrichtung zum Überwachen einer Masseanbindung zum elektrischen Koppeln eines Motorblocks eines Kraftfahrzeugs mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs, bei einem Kraftfahrzeug sowie einem Verfahren zur Überwachung einer Masseanbindung eines Motorblocks mit einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Überwachungsvorrichtung, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise eine Rückeinspeisung elektrischer Energie vom Motorblock in das 12 V Bordnetz bei defekter Masseanbindung zwischen Motorblock und Karosserie vermeiden sowie eine frühzeitige Beschädigungen der Masseanbindung zuverlässig detektieren.It is therefore the object of the present invention to address the disadvantages described above in a monitoring device for monitoring a ground connection for electrically coupling an engine block of a motor vehicle to a body of the motor vehicle, in a motor vehicle and a method for monitoring a ground connection between an engine block and a body of a motor vehicle fix or at least partially fix it. In particular, it is the object of the present invention to provide a monitoring device, a motor vehicle and a method which, in a simple and inexpensive manner, prevent electrical energy from being fed back from the engine block into the 12 V on-board network in the event of a defective ground connection between the engine block and the body, as well as early damage reliably detect the ground connection.

Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch eine Überwachungsvorrichtung zum Überwachen einer Masseanbindung zum elektrischen Koppeln eines Motorblocks eines Kraftfahrzeugs mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 8 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.The above problem is solved by the patent claims. Accordingly, the object is achieved by a monitoring device for monitoring a ground connection for electrically coupling an engine block of a motor vehicle to a body of the motor vehicle with the features of independent claim 1, by a motor vehicle with the features of independent claim 8 and by a method with the features of independent claim 8 Claim 10 solved. Further features and details of the invention emerge from the subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the monitoring device according to the invention naturally also apply in connection with the motor vehicle according to the invention and the method according to the invention and vice versa, so that, with regard to the disclosure, reference is or can always be made to the individual aspects of the invention.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Überwachungsvorrichtung zum Überwachen einer Masseanbindung zum elektrischen Koppeln eines Motorblocks eines Kraftfahrzeugs mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs gelöst. Die Überwachungsvorrichtung weist eine Masseanbindung mit einem ersten Masseleiter sowie einem zweiten Masseleiter auf. Der Motorblock eines Motors des Kraftfahrzeugs ist über den ersten Masseleiter und zusätzlich über den zweiten Masseleiter mit der Karosserie elektrisch koppelbar. Überdies weist die Überwachungsvorrichtung einen Messkern mit einer zentralen Messdurchführung und einer ersten Messspulenwicklung aus einem Spulendraht sowie eine mit dem Spulendraht der ersten Messspulenwicklung elektrisch gekoppelten Messvorrichtung zum Messen eines Stroms im Spulendraht auf. Erfindungsgemäß sind der erste Masseleiter und der zweite Masseleiter gegenläufig durch die Messdurchführung des Messkerns hindurchgeführt.According to a first aspect of the invention, the object is achieved by a monitoring device for monitoring a ground connection for electrically coupling an engine block of a motor vehicle to a body of the motor vehicle. The monitoring device has a ground connection with a first ground conductor and a second ground conductor. The engine block of an engine of the motor vehicle can be electrically coupled to the body via the first ground conductor and additionally via the second ground conductor. In addition, the monitoring device has a measuring core with a central measuring feedthrough and a first measuring coil winding made of a coil wire and a measuring device electrically coupled to the coil wire of the first measuring coil winding for measuring a current in the coil wire. According to the invention, the first ground conductor and the second ground conductor are passed through the measurement feedthrough of the measurement core in opposite directions.

Der Messkern der Überwachungsvorrichtung ist vorzugsweise aus einem magnetisierbaren Material hergestellt oder weist vorzugsweise ein magnetisierbares Material auf. Der Messkern ist vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet. Ebenfalls bevorzugt weist der Messkern einen rechteckigen oder runden Querschnitt auf. Vorzugsweise ist der Messkern spiegelsymmetrisch, insbesondere um zwei um 90° zueinander angeordnete Symmetrieebenen, ausgebildet. Die zentrale Messdurchführung weist vorzugsweise eine Innenkontur mit einer Innenkonturform auf, welche einer Außenkonturform einer Außenkontur des Messkerns entspricht. Die zentrale Messdurchführung und der Messkern weisen vorzugsweise eine gemeinsame zentrale Mittelachse auf.The measuring core of the monitoring device is preferably made of a magnetizable material or preferably has a magnetizable material. The measuring core is preferably designed in the form of a disk. The measuring core likewise preferably has a rectangular or round cross section. The measuring core is preferably designed to be mirror-symmetrical, in particular around two planes of symmetry arranged at 90 ° to one another. The central measurement feedthrough preferably has an inner contour with an inner contour shape which corresponds to an outer contour shape of an outer contour of the measuring core. The central measurement leadthrough and the measurement core preferably have a common central central axis.

Die erste Messspulenwicklung besteht aus dem Messdraht, welcher mit einer Vielzahl von Wicklungsschleifen um den Messkern gewickelt ist. Der Messdraht ist vorzugsweise als isolierter bzw. lackierter Kupferdraht ausgebildet. Die erste Messspulenwicklung ist derart um den Messkern gewickelt, dass die einzelnen Wicklungsschleifen jeweils einen Bereich des Messkerns, welcher zwischen der zentralen Messdurchführung und einer Außenfläche des Messkerns ausgebildet ist, umfassen.The first measuring coil winding consists of the measuring wire, which is wound around the measuring core with a large number of winding loops. The measuring wire is preferably designed as an insulated or lacquered copper wire. The first measuring coil winding is wound around the measuring core in such a way that the individual winding loops each encompass an area of the measuring core which is formed between the central measuring feedthrough and an outer surface of the measuring core.

Die Messvorrichtung ist vorzugsweise zum Messen einer Stromstärke ausgebildet. Vorzugsweise ist die Messvorrichtung zum Messen einer Spannung ausgebildet. Weiter bevorzugt ist die Messvorrichtung ausgebildet, einen Messstrom bereitzustellen und in die Messspulenwicklung einzuprägen. Die Messvorrichtung ist vorzugsweise mit den beiden Enden des Spulendrahts der ersten Messspulenwicklung derart elektrisch gekoppelt, dass ein in der ersten Spulenwicklung induzierter elektrischer Strom mittels der Messvorrichtung ermittelbar ist.The measuring device is preferably designed to measure a current strength. The measuring device is preferably designed to measure a voltage. The measuring device is further preferably designed to provide a measuring current and impress it into the measuring coil winding. The measuring device is preferably electrically coupled to the two ends of the coil wire of the first measuring coil winding in such a way that an electric current induced in the first coil winding can be determined by means of the measuring device.

Der erste Messleiter und der zweite Messleiter der Überwachungsvorrichtung sind gegenläufig durch den Messkern der Überwachungsvorrichtung geführt. Zudem ist es bevorzugt, dass der erste Masseleiter und der zweite Masseleiter gleichermaßen dimensioniert sind. Durch die gleiche Dimensionierung der beiden Masseleiter fließen im Betrieb des Kraftfahrzeugs im Normalfall gleichgroße Ströme durch die beiden Masseleiter. Aufgrund der gegenläufigen Anordnung der beiden Masseleiter heben sich die durch die gleichgroßen Ströme bewirkten Magnetfelder gegenseitig auf, sodass in der ersten Spulenwicklung kein Strom induziert wird. Vorzugsweise sind die Masseleiter zum Durchleiten von Betriebsströmen von mindestens 800 A, besondere bevorzugt von mindestens 1000 A, ausgebildet.The first measuring conductor and the second measuring conductor of the monitoring device run in opposite directions through the measuring core of the monitoring device. In addition, it is preferred that the first ground conductor and the second ground conductor are dimensioned equally. By the same Dimensioning of the two ground conductors, currents of the same size normally flow through the two ground conductors when the motor vehicle is in operation. Due to the opposing arrangement of the two ground conductors, the magnetic fields caused by the currents of equal magnitude cancel each other out, so that no current is induced in the first coil winding. The ground conductors are preferably designed to conduct operating currents of at least 800 A, particularly preferably at least 1000 A.

Im Falle der Beschädigung eines der beiden Messleiter, können im Betrieb des Kraftfahrzeugs unterschiedliche Ströme durch die Messleiter fließen. Hierdurch heben sich die Magnetfelder nicht mehr vollständig auf, sodass ein Strom in der ersten Spulenwicklung induziert wird. Anhand der Größe und der Richtung des induzierten Stroms können mittels der Messvorrichtung zuverlässige Aussagen über den Zustand der Messleiter getroffen werden.If one of the two measuring conductors is damaged, different currents can flow through the measuring conductors when the motor vehicle is in operation. As a result, the magnetic fields no longer cancel each other out completely, so that a current is induced in the first coil winding. On the basis of the magnitude and direction of the induced current, the measuring device can be used to make reliable statements about the condition of the measuring conductors.

Eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung zum Überwachen einer Masseanbindung zum elektrischen Koppeln eines Motorblocks eines Kraftfahrzeugs mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs hat gegenüber herkömmlichen Überwachungsvorrichtung den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Diagnose der Masseanbindung zwischen Karosserie und Motorblock sichergestellt ist. Überdies hat die gegenläufige Durchführung der Masseleiter durch einen gemeinsamen Messkern den Vorteil, dass die Bestimmung der Ströme der Masseleiter auf Basis magnetischer Kompensation und nicht durch Differenzstrombildung erfolgen kann. Auf diese Weise ist eine Genauigkeit der Diagnose verbessert. Überdies können auf diese Weise mittels der Messvorrichtung Diagnosen im Parkzustand des Kraftfahrzeugs, also bei abgeschalteten Bordnetzen, erfolgen. Eine derartige Diagnose ist nach dem Stand der Technik nicht möglich, da ein Betrieb des Bordnetzes für die Messungen stets erforderlich ist.A monitoring device according to the invention for monitoring a ground connection for electrically coupling an engine block of a motor vehicle to a body of the motor vehicle has the advantage over conventional monitoring devices that a diagnosis of the ground connection between the body and the engine block is ensured with simple means and in a cost-effective manner. In addition, the fact that the ground conductors are routed in opposite directions through a common measuring core has the advantage that the currents of the ground conductors can be determined on the basis of magnetic compensation and not by generating differential currents. In this way, accuracy of diagnosis is improved. In addition, in this way, the measuring device can be used to carry out diagnoses when the motor vehicle is parked, that is, when the on-board networks are switched off. Such a diagnosis is not possible according to the prior art, since the on-board network must always be operated for the measurements.

Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer Überwachungsvorrichtung vorgesehen sein, dass der Messkern aus einem ferromagnetischen Material besteht oder zumindest ein ferromagnetisches Material aufweist. Als ferromagnetisches Material kann der Messkern beispielsweise Eisen, Nickel, Kobalt oder dergleichen aufweisen. Mittels eines ferromagnetischen Messkerns kann ein durch die Masseleiter im Messkern hervorgerufener magnetischer Fluss verbessert werden. Somit ist die Induktion eines in der ersten Messspulenwicklung derart verstärkt, dass die Messgenauigkeit der Überwachungsvorrichtung mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise weiter verbessert ist.According to a preferred further development of the invention, it can be provided in a monitoring device that the measuring core consists of a ferromagnetic material or at least has a ferromagnetic material. The measuring core can have iron, nickel, cobalt or the like, for example, as the ferromagnetic material. By means of a ferromagnetic measuring core, a magnetic flux caused by the ground conductors in the measuring core can be improved. The induction of a in the first measuring coil winding is thus increased in such a way that the measuring accuracy of the monitoring device is further improved with simple means and in a cost-effective manner.

Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass der Messkern mindestens einen, insbesondere als Luftspalt ausgebildeten, Unterbrechungsbereich zum Unterbrechen eines magnetischen Flusses aufweist. Erfindungsgemäß kann der Messkern auch mehrere, insbesondere als Luftspalt ausgebildete, Unterbrechungsbereiche aufweisen, welche vorzugsweise gleichmäßig über den Messkern verteilt sind. Erfindungsgemäß kann der Messkern auch ein ferromagnetisches Material mit verteiltem Luftspalt, wie z.B. ein Eisenpulverkern, aufweisen. Der Unterbrechungsbereich ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass im Unterbrechungsbereich kein ferromagnetisches Material angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Unterbrechungsbereich quaderförmig ausgebildet. Mittels des Unterbrechungsbereichs ist magnetische Energie des Messkerns mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise speicherbar. Auf diese Weise ist ein magnetischer Sättigungspunkt des Messkerns in Richtung höherer magnetischer Flussdichten verschoben. Somit kann der Messkern verhältnismäßig leicht sowie platzsparend ausgebildet sein.It is preferred according to the invention that the measuring core has at least one interruption area, in particular designed as an air gap, for interrupting a magnetic flux. According to the invention, the measuring core can also have several interruption areas, in particular designed as an air gap, which are preferably evenly distributed over the measuring core. According to the invention, the measuring core can also have a ferromagnetic material with a distributed air gap, such as an iron powder core. The interruption area is preferably designed in such a way that no ferromagnetic material is arranged in the interruption area. The interruption region is preferably designed in the shape of a cuboid. By means of the interruption area, magnetic energy of the measuring core can be stored with simple means and in a cost-effective manner. In this way, a magnetic saturation point of the measuring core is shifted in the direction of higher magnetic flux densities. The measuring core can thus be designed to be relatively light and space-saving.

Weiter bevorzugt ist der Messkern derart dimensioniert, dass dieser bei einem Differenzstrom zwischen dem ersten Masseleiter und dem zweiten Masseleiter von 500 A, insbesondere ab 500 A, eine Sättigung des magnetischen Flusses aufweist. Weiter bevorzugt ist der Messkern ausgebildet, ab einem Differenzstrom von zwischen 300A und 400A in die Sättigung zu gehen. Ein derartiger Messkern hat den Vorteil, dass der Messkern im Betrieb des Kraftfahrzeugs bereits bei einem Verhältnismäßig geringen Differenzstrom der Masseleiter in die Sättigung geht und infolgedessen der Koppelfaktor des Übertragers von Masseleitern, Messkern und erster Messspulenwicklung sinkt. Dieser Abfall des Koppelfaktors ist mittels der Messvorrichtung detektierbar, sodass hieraus auf eine Veränderung bzw. einen Anstieg des Gesamtwiderstands der Masseleiter geschlossen werden kann. Dieses Messprinzip funktioniert sowohl bei veränderlichen als auch bei stationären Strömen durch den ersten Masseleiter und den zweiten Masseleiter.The measuring core is further preferably dimensioned in such a way that it has a saturation of the magnetic flux at a differential current between the first ground conductor and the second ground conductor of 500 A, in particular from 500 A. More preferably, the measuring core is designed to go into saturation from a differential current of between 300A and 400A. Such a measuring core has the advantage that the measuring core goes into saturation during operation of the motor vehicle even with a relatively low differential current of the ground conductors and, as a result, the coupling factor of the transformer of ground conductors, measuring core and first measuring coil winding drops. This drop in the coupling factor can be detected by means of the measuring device, so that a change or an increase in the total resistance of the ground conductors can be deduced from this. This measuring principle works with both variable and stationary currents through the first ground conductor and the second ground conductor.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann bei einer Überwachungsvorrichtung vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung ausgebildet ist, die erste Messspulenwicklung mit einem Messstrom mit einer Messfrequenz zu beaufschlagen. Die Messfrequenz ist vorzugsweise innerhalb eines Bereichs zwischen einer Frequenzuntergrenze und einer Frequenzobergrenze definiert. Dabei ist die Frequenzuntergrenze vorzugsweise derart festgelegt, dass unterhalb der Frequenzuntergrenze keine sinusförmige induktive Übertragung zwischen der ersten Messspulenwicklung und dem ersten Masseleiter sowie dem zweiten Masseleiter erfolgt. Die Frequenzobergrenze ist vorzugsweise derart festgelegt, dass oberhalb der Frequenzobergrenze eine Induktivität der Widerstände einer Kurzschlussschleife aus dem ersten Masseleiter, dem zweiten Masseleiter, dem Motorblock und der Karosserie eine Leitungsinduktivität des ersten Masseleiters und des zweiten Masseleiters übersteigt. Der erste Masseleiter, der Motorblock, der zweite Masseleiter und die Karosserie bilden eine gemeinsame Kurzschlussschleife. Durch Beaufschlagung der ersten Messspulenwicklung mit dem Messstrom der Messfrequenz ist ein Magnetfeld im Messkern erzeugbar, welches wiederum einen Wechselstrom in der Kurzschlussschleife bewirkt. Durch eine Ermittlung der Phasenverschiebung des eingeprägten Messstromes zur angelegten Messspannung ist mittels der Messvorrichtung der Zustand der Masseanbindung ermittelbar. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise der Zustand der Masseanbindung auch in einem Parkzustand des Kraftfahrzeugs, insbesondere bei abgeschalteten Bordnetzen, ermittelbar ist. Eine fehlerhafte Verkabelung der Masseanbindung, beispielsweise in Folge eines Montagefehlers, ist somit frühzeitig, vor dem Hochfahren der Bordnetze des Kraftfahrzeugs detektierbar, sodass eine Beschädigung der 12 V Komponenten des 12 V Bordnetzes zuverlässig vermeidbar ist.In a particularly preferred embodiment of the invention, it can be provided in a monitoring device that the measuring device is designed to apply a measuring current with a measuring frequency to the first measuring coil winding. The measurement frequency is preferably defined within a range between a lower frequency limit and an upper frequency limit. The lower frequency limit is preferably set such that below the lower frequency limit there is no sinusoidal inductive transmission between the first measuring coil winding and the first ground conductor and the second ground conductor. The upper frequency limit is preferably such stipulates that above the upper frequency limit an inductance of the resistances of a short-circuit loop from the first ground conductor, the second ground conductor, the engine block and the body exceeds a line inductance of the first ground conductor and the second ground conductor. The first ground conductor, the engine block, the second ground conductor and the body form a common short-circuit loop. By applying the measuring current of the measuring frequency to the first measuring coil winding, a magnetic field can be generated in the measuring core, which in turn causes an alternating current in the short-circuit loop. By determining the phase shift of the impressed measuring current in relation to the applied measuring voltage, the state of the ground connection can be determined by means of the measuring device. This has the advantage that the state of the ground connection can be determined with simple means and in a cost-effective manner even when the motor vehicle is parked, in particular when the on-board networks are switched off. Faulty wiring of the ground connection, for example as a result of an assembly error, can thus be detected early, before the vehicle electrical system is started up, so that damage to the 12 V components of the 12 V electrical system can be reliably avoided.

Vorzugsweise ist die erste Messspulenwicklung an einer ersten Seite des Messkerns angeordnet, wobei der Messkern an einer zweiten Seite eine zweite Messspulenwicklung aus einem Spulendraht aufweist, wobei der Spulendraht der zweiten Messspulenwicklung mit der Messvorrichtung elektrisch gekoppelt ist. Die elektrische Kopplung der ersten Messspulenwicklung mit der Messvorrichtung ist dabei vorzugsweise von der elektrischen Kopplung der zweiten Messspulenwicklung mit der Messvorrichtung getrennt ausgeführt, sodass die Ströme der beiden Messspulenwicklungen getrennt voneinander detektierbar sind. Vorzugsweise sind die erste Messspulenwicklung und die zweite Messspulenwicklung an zwei entgegengesetzten Seiten des Messkerns angeordnet. Die zweite Messspulenwicklung kann gleichläufig oder gegenläufig zur ersten Messspulenwicklung ausgebildet sein. Vorzugsweise weist die zweite Messspulenwicklung eine ähnliche Windungszahl als die erste Messspulenwicklung auf. Eine zweite Messspulenwicklung hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine bessere Trennschäfe der Detektion der Sättigung des Messkerns erreichbar ist, da eine Induktion eines elektrischen Stroms in der zweiten Messspulenwicklung bei gesättigtem Messkern reduziert ist.The first measuring coil winding is preferably arranged on a first side of the measuring core, the measuring core having a second measuring coil winding made of a coil wire on a second side, the coil wire of the second measuring coil winding being electrically coupled to the measuring device. The electrical coupling of the first measuring coil winding to the measuring device is preferably carried out separately from the electrical coupling of the second measuring coil winding to the measuring device, so that the currents of the two measuring coil windings can be detected separately from one another. The first measuring coil winding and the second measuring coil winding are preferably arranged on two opposite sides of the measuring core. The second measuring coil winding can be designed in the same direction as or in the opposite direction to the first measuring coil winding. The second measuring coil winding preferably has a similar number of turns to the first measuring coil winding. A second measuring coil winding has the advantage that a better separation of the detection of the saturation of the measuring core can be achieved with simple means and in a cost-effective manner, since an induction of an electric current in the second measuring coil winding is reduced when the measuring core is saturated.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Messvorrichtung ausgebildet, ein Warnsignal auszugeben, wenn die Messvorrichtung einen vordefinierten Leitungsverlust des ersten Masseleiters und/oder des zweiten Masseleiters detektiert. Unter einem Leitungsverlust wird insbesondere eine Erhöhung des Widerstands der Masseanbindung verstanden. Ursächlich hierfür kann beispielsweise eine Beschädigung des Masseleiters und/oder ein Ablösen des Masseleiters vom Motorblock und/oder der Karosserie sein. Die Ausgabe des Warnsignals kann beispielsweise als optisches Warnsignal, insbesondere mittels einer Kontrollleuchte, und/oder als akustisches Warnsignal, insbesondere mittels eines Lautsprechers des Kraftfahrzeugs oder eines piezoelektrischen Elements, erfolgen. Weiter bevorzugt ist die Überwachungsvorrichtung ausgebildet, das 48 V Bordnetz herunterzufahren, wenn eine unzureichende Masseanbindung bevorsteht oder bereits vorhanden ist, um somit die 12 V Komponenten des Kraftfahrzeugs zu schonen. Die Überwachungsvorrichtung ist vorzugsweise weiter ausgebildet, dies in Verbindung mit einer kontrollierten Notbremsung des Kraftfahrzeugs durchzuführen. Die Ausgabe eines Warnsignals hat den Vorteil, dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs über einen Zustand der Masseanbindung mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise rechtzeitig informierbar ist, sodass dieser das Kraftfahrzeug zur Behebung der defekten Masseanbindung in eine Werkstatt fahren kann, bevor es zu einer Beschädigung der 12 V Komponenten des 12 V Bordnetzes kommen kann.According to a preferred embodiment of the invention, the measuring device is designed to output a warning signal when the measuring device detects a predefined line loss of the first ground conductor and / or the second ground conductor. A line loss is understood to mean, in particular, an increase in the resistance of the ground connection. The cause of this can be, for example, damage to the ground conductor and / or detachment of the ground conductor from the engine block and / or the body. The warning signal can be output, for example, as an optical warning signal, in particular by means of a control lamp, and / or as an acoustic warning signal, in particular by means of a loudspeaker of the motor vehicle or a piezoelectric element. The monitoring device is also preferably designed to shut down the 48 V on-board network when an inadequate ground connection is imminent or already present, in order to protect the 12 V components of the motor vehicle. The monitoring device is preferably further designed to carry out this in connection with a controlled emergency braking of the motor vehicle. The output of a warning signal has the advantage that the driver of the motor vehicle can be informed in good time about a state of the ground connection using simple means and in a cost-effective manner, so that he can drive the motor vehicle to a workshop to repair the defective ground connection before it closes damage to the 12 V components of the 12 V vehicle electrical system can result.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Kraftfahrzeug weist einen Verbrennungsmotor mit einem Motorblock, eine Karosserie, ein erstes Bordnetz mit einer ersten Bordnetzspannung und ein zweites Bordnetz mit einer zweiten Bordnetzspannung auf, wobei die erste Bordnetzspannung größer als die zweite Bordnetzspannung ist. Das erste Bordnetz und das zweite Bordnetz weisen eine Masseanbindung an den Motorblock auf. Erfindungsgemäß weist das Kraftfahrzeug eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung auf, wobei der Motorblock parallel über den ersten Masseleiter und den zweiten Masseleiter der Überwachungsvorrichtung mit der Karosserie elektrisch gekoppelt ist. Die erste Bordnetzspannung beträgt vorzugsweise 48 V, die zweite Bordnetzspannung beträgt vorzugsweise 12 V.According to a second aspect of the invention, the object is achieved by a motor vehicle. The motor vehicle has an internal combustion engine with an engine block, a body, a first vehicle electrical system with a first vehicle electrical system voltage and a second vehicle electrical system with a second vehicle electrical system voltage, the first vehicle electrical system voltage being greater than the second vehicle electrical system voltage. The first vehicle electrical system and the second vehicle electrical system have a ground connection to the engine block. According to the invention, the motor vehicle has a monitoring device according to the invention, the engine block being electrically coupled to the body in parallel via the first ground conductor and the second ground conductor of the monitoring device. The first vehicle electrical system voltage is preferably 48 V, the second vehicle electrical system voltage is preferably 12 V.

Bei dem beschriebenen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer Überwachungsvorrichtung zum Überwachen einer Masseanbindung zum elektrischen Koppeln eines Motorblocks eines Kraftfahrzeugs mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Diagnose der Masseanbindung zwischen Karosserie und Motorblock sichergestellt ist. Überdies hat die gegenläufige Durchführung der Masseleiter durch einen gemeinsamen Messkern den Vorteil, dass die Bestimmung der Ströme der Masseleiter auf Basis magnetischer Kompensation und nicht durch Differenzstrombildung erfolgen kann. Auf diese Weise ist eine Genauigkeit der Diagnose verbessert. Überdies können auf diese Weise mittels der Messvorrichtung Diagnosen im Parkzustand des Kraftfahrzeugs, also bei abgeschalteten Bordnetzen, erfolgen. Eine derartige Diagnose ist bei Kraftfahrzeugen nach dem Stand der Technik nicht möglich, da ein Betrieb des Bordnetzes für die Messungen stets erforderlich ist.The motor vehicle described results in all the advantages that have already been described for a monitoring device for monitoring a ground connection for electrically coupling an engine block of a motor vehicle to a body of the motor vehicle according to the first aspect of the invention. Accordingly, the motor vehicle according to the invention has the advantage over conventional motor vehicles that a diagnosis of the Ground connection between body and engine block is ensured. In addition, the fact that the ground conductors are routed in opposite directions through a common measuring core has the advantage that the currents of the ground conductors can be determined on the basis of magnetic compensation and not by generating differential currents. In this way, accuracy of diagnosis is improved. In addition, in this way, the measuring device can be used to carry out diagnoses when the motor vehicle is parked, that is, when the on-board networks are switched off. Such a diagnosis is not possible in motor vehicles according to the prior art, since the on-board network must always be operated for the measurements.

Vorzugsweise weisen der erste Masseleiter und der zweite Masseleiter einen gemeinsamen Anbindungspunkt an dem Motorblock und/oder einen gemeinsamen Anbindungspunkt an der Karosserie auf. Bei einem gemeinsamen Anbindungspunkt können der erste Masseleiter und der zweite Masseleiter beispielsweise mittels einer gemeinsamen Schraube am Anbindungspunkt fixiert sein. Vorzugsweise weisen die beiden Masseleiter einen gemeinsamen Anbindungspunkt am Motorblock und separate Anbindungspunkte an der Karosserie auf. Ein gemeinsamer Anbindungspunkt hat den Vorteil, dass eine Montage der Masseanbindung erleichtert ist, da die Anzahl der Montageschritte mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise reduziert ist.The first ground conductor and the second ground conductor preferably have a common connection point on the engine block and / or a common connection point on the body. In the case of a common connection point, the first ground conductor and the second ground conductor can be fixed at the connection point by means of a common screw, for example. The two ground conductors preferably have a common connection point on the engine block and separate connection points on the body. A common connection point has the advantage that assembly of the ground connection is facilitated, since the number of assembly steps is reduced with simple means and in a cost-effective manner.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Überwachung einer Masseanbindung eines Motorblocks mit einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs mittels einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung gelöst. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

- Beaufschlagen der ersten Messspulenwicklung mit einem Messstrom mit einer Messfrequenz mittels der Messvorrichtung,
- Messen einer Phasenverschiebung eines eingeprägten Messstromes zur angelegten Messspannung beeinflusst durch die aus erstem Masseleiter, Motorblock, zweitem Masseleiter und Karosserie gebildete Kurzschlussschleife mittels der Messvorrichtung, und
- Bestimmen eines Zustands der Masseanbindung auf Basis der gemessenen Phasenverschiebung mittels der Messvorrichtung.

According to a third aspect of the invention, the object is achieved by a method for monitoring a ground connection of an engine block with a body of a motor vehicle by means of a monitoring device according to the invention. The procedure consists of the following steps:

- applying a measuring current with a measuring frequency to the first measuring coil winding by means of the measuring device,
- Measuring a phase shift of an impressed measuring current to the applied measuring voltage influenced by the short-circuit loop formed from the first ground conductor, engine block, second ground conductor and body by means of the measuring device, and
- Determination of a state of the ground connection on the basis of the measured phase shift by means of the measuring device.

Zunächst wird die erste Messspulenwicklung mittels der Messvorrichtung mit dem Messstrom mit der Messfrequenz beaufschlagt. Die Messfrequenz ist vorzugsweise innerhalb eines Bereichs zwischen einer Frequenzuntergrenze und einer Frequenzobergrenze definiert. Dabei ist die Frequenzuntergrenze vorzugsweise derart festgelegt, dass unterhalb der Frequenzuntergrenze keine sinusförmige induktive Übertragung zwischen der ersten Messspulenwicklung und dem ersten Masseleiter sowie dem zweiten Masseleiter erfolgt. Die Frequenzobergrenze ist vorzugsweise derart festgelegt, dass oberhalb der Frequenzobergrenze eine Induktivität der Widerstände der Kurzschlussschleife aus dem ersten Masseleiter, dem zweiten Masseleiter, dem Motorblock und der Karosserie eine Leitungsinduktivität des ersten Masseleiters und des zweiten Masseleiters übersteigt. Dies hat zur Folge, dass im Messkern ein wechselnder magnetischer Fluss erzeugt wird. Dieser magnetische Fluss induziert im ersten Masseleiter und zweiten Masseleiter einen Wechselstrom. Abhängig von Induktivität und Widerstand der beiden Masseleiter entsteht eine Phasenverschiebung zwischen eingeprägtem Messstrom und angelegter Messspannung. Die Ausprägung dieser Phasenverschiebung ist abhängig vom Zustand der Masseanbindung und wird mittels der Messvorrichtung gemessen. Anhand der gemessenen Phasenverschiebung wird der Zustand der Masseanbindung mittels der Messvorrichtung bestimmt.First of all, the measuring current at the measuring frequency is applied to the first measuring coil winding by means of the measuring device. The measurement frequency is preferably defined within a range between a lower frequency limit and an upper frequency limit. The lower frequency limit is preferably set such that below the lower frequency limit there is no sinusoidal inductive transmission between the first measuring coil winding and the first ground conductor and the second ground conductor. The upper frequency limit is preferably set such that above the upper frequency limit an inductance of the resistances of the short-circuit loop from the first ground conductor, the second ground conductor, the engine block and the body exceeds a line inductance of the first ground conductor and the second ground conductor. As a result, an alternating magnetic flux is generated in the measuring core. This magnetic flux induces an alternating current in the first ground conductor and the second ground conductor. Depending on the inductance and resistance of the two ground conductors, there is a phase shift between the impressed measuring current and the applied measuring voltage. The extent of this phase shift depends on the state of the ground connection and is measured by means of the measuring device. The state of the ground connection is determined by means of the measuring device on the basis of the measured phase shift.

Bei dem beschriebenen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer Überwachungsvorrichtung zum Überwachen einer Masseanbindung zum elektrischen Koppeln eines Motorblocks eines Kraftfahrzeugs mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie zu einem Kraftfahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Diagnose der Masseanbindung zwischen Karosserie und Motorblock sichergestellt ist. Aufgrund der gegenläufigen Durchführung der Masseleiter durch einen gemeinsamen Messkern erfolgt eine Differenzstrombestimmung beider Masseleiter zueinander nicht durchgetrennte Messung beider Masseleiterströme sondern aus Basis magnetischer Kompensation im Messkern. Auf diese Weise ist eine Genauigkeit und Robustheit der Diagnose verbessert. Überdies können das Verfahren im Parkzustand des Kraftfahrzeugs, also bei abgeschalteten Bordnetzen, durchgeführt werden, sodass das Risiko einer Beschädigung der 12 V Komponenten des 12 V Bordnetzes reduziert ist. Eine derartige Diagnose ist bei verfahren nach dem Stand der Technik nicht möglich, da ein Betrieb des Bordnetzes für die Messungen stets erforderlich ist.The method described results in all the advantages that have already been described for a monitoring device for monitoring a ground connection for electrically coupling an engine block of a motor vehicle to a body of the motor vehicle according to the first aspect of the invention and for a motor vehicle according to the second aspect of the invention. Accordingly, the method according to the invention has the advantage over conventional methods that a diagnosis of the ground connection between the body and the engine block is ensured with simple means and in a cost-effective manner. Due to the fact that the ground conductors are routed in opposite directions through a common measuring core, a differential current determination of the two ground conductors takes place, not a separate measurement of the two ground conductor currents, but rather on the basis of magnetic compensation in the measuring core. In this way, the accuracy and robustness of the diagnosis are improved. In addition, the method can be carried out when the motor vehicle is parked, that is, with the on-board electrical system switched off, so that the risk of damage to the 12 V components of the 12 V on-board electrical system is reduced. Such a diagnosis is not possible with methods according to the prior art, since the on-board network must always be operated for the measurements.

Eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung, ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

1 in einer perspektivischen Ansicht eine bevorzugte erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung in einem ersten Zustand,
2 in einer Draufsicht einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung aus 1 in dem ersten Zustand,
3 in einer perspektivischen Ansicht die Überwachungsvorrichtung aus 1 in einem zweiten Zustand,
4 in einer Draufsicht einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung aus 3 in dem zweiten Zustand,
5 in einem Ersatzschaltbild die Überwachungsvorrichtung aus 1,
6 in einer Draufsicht einen Ausschnitt einer bevorzugten zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung in dem zweiten Zustand,
7 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und
8 in einem Ablaufdiagramm eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

A monitoring device according to the invention, a motor vehicle according to the invention and a method according to the invention are explained in more detail below with reference to drawings. They each show schematically:

1 in a perspective view a preferred first embodiment of a monitoring device according to the invention in a first state,
2 in a plan view of a section of the monitoring device according to the invention 1 in the first state,
3rd in a perspective view of the monitoring device 1 in a second state,
4th in a plan view of a section of the monitoring device according to the invention 3rd in the second state,
5 the monitoring device in an equivalent circuit diagram 1 ,
6th in a top view a section of a preferred second embodiment of a monitoring device according to the invention in the second state,
7th in a side view a preferred embodiment of a motor vehicle according to the invention, and
8th in a flowchart a preferred embodiment of a method according to the invention.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 8 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.Elements with the same function and mode of operation are in the 1 to 8th each provided with the same reference numerals.

In 1 ist eine bevorzugte erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung 1 in einem ersten Zustand schematisch in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Die Überwachungsvorrichtung 1 weist eine Masseanbindung 2 auf, mittels welcher ein Motorblock 3 eines Kraftfahrzeugs 4 (vgl. 7) mit einer Karosserie 5 des Kraftfahrzeugs 4 elektrische gekoppelt ist. Die Masseanbindung 2 weist einen ersten Masseleiter 6 und einen zweiten Masseleiter 7 auf, welche jeweils über einen eigenen Anbindungspunkt 18 mit dem Motorblock 3 und jeweils mit einem weiteren Anbindungspunkt 18 mit der Karosserie 5 elektrisch gekoppelt sind.In 1 is a preferred first embodiment of a monitoring device according to the invention 1 shown schematically in a perspective view in a first state. The monitoring device 1 has a ground connection 2 on, by means of which an engine block 3rd of a motor vehicle 4th (see. 7th ) with a body 5 of the motor vehicle 4th electrically coupled. The ground connection 2 has a first ground conductor 6th and a second ground conductor 7th each of which has its own connection point 18th with the engine block 3rd and each with a further connection point 18th with the body 5 are electrically coupled.

Zudem weist die Überwachungsvorrichtung 1 einen quaderförmigen Messkern 8 aus einem ferromagnetischen Material auf, welcher eine zentrale Messdurchführung 9 aufweist. Um einen Schenkel des Messkerns 8 ist eine erste Messspulenwicklung 10 der Überwachungsvorrichtung 1 aus Spulendraht 11 gewickelt. Der Spulendraht 11 der ersten Messspulenwicklung 10 ist mit einer Messvorrichtung 12 der Überwachungsvorrichtung 1 elektrisch gekoppelt. Der erste Masseleiter 6 und der zweite Masseleiter 7 sind von entgegengesetzten Seiten durch die Messdurchführung 9 geführt. Im Betriebsfall des Kraftfahrzeugs 4 kann ein Strom beispielsweise vom Motorblock 3 über die Masseanbindung 2 zur Karosserie 5 fließen.In addition, the monitoring device 1 a cuboid measuring core 8th made of a ferromagnetic material, which has a central measurement leadthrough 9 having. Around one leg of the knife core 8th is a first measuring coil winding 10 the monitoring device 1 made of coil wire 11 wrapped. The coil wire 11 the first measuring coil winding 10 is with a measuring device 12th the monitoring device 1 electrically coupled. The first ground conductor 6th and the second ground conductor 7th are from opposite sides through the measurement duct 9 guided. When the motor vehicle is in operation 4th can be a current for example from the engine block 3rd via the ground connection 2 to the body 5 flow.

Wenn der erste Masseleiter 6 und der zweite Masseleiter 7 gleich dimensioniert sind, wird sich der Strom gleichmäßig auf die beiden Masseleiter 6, 7 aufteilen. Die somit erzeugten Magnetfelder heben sich bei intakten Masseleitern 6, 7 gegenseitig auf, sodass in der ersten Messspulenwicklung 10 kein Strom induziert wird. Dies ist mittels der Messvorrichtung 12 ermittelbar. In dem Fall, dass der erste Masseleiter 6, der zweite Masseleiter 7 oder ein Anbindungspunkt 18 fehlerhaft sind, steigt der Widerstand der Masseanbindung 2. Zudem kann sich der Strom unterschiedlich auf die Masseleiter 6, 7 aufteilen, sodass sich die Magnetfelder gegenseitig nicht mehr komplett aufheben. Hierdurch wird ein Strom in der der ersten Messspulenwicklung 10 induziert, welcher mittels der Messvorrichtung 12 ermittelbar ist.When the first ground conductor 6th and the second ground conductor 7th are dimensioned the same, the current will be distributed equally to the two ground conductors 6th , 7th split up. The magnetic fields generated in this way are canceled out if the earth conductors are intact 6th , 7th mutually so that in the first measuring coil winding 10 no current is induced. This is by means of the measuring device 12th determinable. In the event that the first ground conductor 6th , the second ground conductor 7th or a connection point 18th are faulty, the resistance of the ground connection increases 2 . In addition, the current can affect the ground conductor differently 6th , 7th so that the magnetic fields no longer completely cancel each other out. This creates a current in the first measuring coil winding 10 induced, which by means of the measuring device 12th can be determined.

2 zeigt einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung 1 aus 1 in dem ersten Zustand schematisch in einer Draufsicht. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Messkern 8 an einem Schenkel einen Unterbrechungsbereich 13 auf, welcher beispielsweise mit einem nicht ferromagnetischen Material verfüllt ist. Der erste Masseleiter 6 und der zweite Masseleiter 7 verlaufen durch die Messdurchführung 9 gegenläufig, sodass in dieser Ansicht im ersten Zustand die Ströme durch die Masseleiter 6, 7 in entgegengesetzte Richtungen fließen. Die erste Messspulenwicklung 10 ist in dieser Ansicht nicht dargestellt. 2 shows a section of the monitoring device according to the invention 1 out 1 in the first state schematically in a plan view. In this exemplary embodiment, the measuring core 8th an interruption area on one leg 13th which is filled, for example, with a non-ferromagnetic material. The first ground conductor 6th and the second ground conductor 7th run through the measurement procedure 9 in opposite directions, so that in this view in the first state the currents through the ground conductor 6th , 7th flow in opposite directions. The first measuring coil winding 10 is not shown in this view.

In 3 ist die Überwachungsvorrichtung 1 aus 1 in einem zweiten Zustand schematisch in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Durch die gegenläufige Durchführung des ersten Masseleiters 6 und des zweiten Masseleiters 7 durch die Messdurchführung 9 bilden der erste Masseleiter 6, die Karosserie 5, der zweite Masseleiter 7 und der Motorblock 3 eine Kurzschlussschleife. In dem zweiten Zustand wird der Spulendraht 11 und somit die erste Spulenwicklung 10 mit einem ein Messstrom mit einer Messfrequenz beaufschlagt. Hierdurch wird in der Kurzschlussschleife ein Wechselstrom induziert. Durch Ermitteln einer Phasenverschiebung des induzierten Stroms zum Messstrom kann die Messvorrichtung 12 den Zustand der Masseanbindung 2 auch im Parkzustand des Kraftfahrzeugs, insbesondere bei abgeschalteten Bordnetzen 16, 17 (vgl. 7) beurteilen.In 3rd is the monitoring device 1 out 1 shown schematically in a perspective view in a second state. Due to the opposite implementation of the first ground conductor 6th and the second ground conductor 7th by performing the measurement 9 form the first ground conductor 6th , the body 5 , the second ground conductor 7th and the engine block 3rd a short circuit loop. In the second state, the coil wire 11 and thus the first coil winding 10 applied to a measuring current with a measuring frequency. This induces an alternating current in the short-circuit loop. By determining a phase shift between the induced current and the measuring current, the measuring device can 12th the state of the ground connection 2 even when the motor vehicle is parked, especially when the on-board networks are switched off 16 , 17th (see. 7th ) judge.

4 zeigt einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung 1 aus 3 in dem zweiten Zustand schematisch in einer Draufsicht. Der erste Masseleiter 6 und der zweite Masseleiter 7 verlaufen durch die Messdurchführung 9 gegenläufig, sodass in dieser Ansicht im zweiten Zustand die in der Kurzschlussschleife induzierten Ströme durch die Masseleiter 6, 7 in dieselbe Richtung fließen. 4th shows a section of the monitoring device according to the invention 1 out 3rd in the second state schematically in a plan view. The first ground conductor 6th and the second ground conductor 7th run through the measurement procedure 9 in opposite directions, so that in this view in the second state the currents induced in the short-circuit loop through the ground conductor 6th , 7th flow in the same direction.

In 5 ist die Überwachungsvorrichtung 1 aus 1 schematisch in einem Ersatzschaltbild abgebildet. Die Überwachungsvorrichtung 1 ist in diesem Ersatzschaltbild in einer Übertragerprimärseite 19 und eine Übertragersekundärseite 20 aufgeteilt. Die Übertragerprimärseite 19 weist eine Reihenschaltung eines Masseanbindungswiderstands 21 der gesamten Masseanbindung 2 sowie einer Masseanbindungsinduktivität 22 der gesamten Masseanbindung 2 auf, welche der Übertragersekundärseite 20 benachbart eine Primärwicklung 23 mit der Wicklungszahl „2“ aufweist, da die Kurzschlussschleife genau zwei Wicklungen aufweist. Auf der Übertragersekundärseite 20 ist die Messvorrichtung 12 mit einer Sekundärwicklung 24, welche der ersten Messspulenwicklung 10 entspricht, elektrisch gekoppelt. Die Sekundärwicklung 24 weist eine Wicklungszahl von „n“ auf und ist der Primärwicklung 23 benachbart.In 5 is the monitoring device 1 out 1 shown schematically in an equivalent circuit diagram. The monitoring device 1 is in this equivalent circuit in a transformer primary side 19th and a transmitter secondary 20th divided up. The transformer primary 19th has a series connection of a ground connection resistor 21 the entire ground connection 2 as well as a ground connection inductance 22nd the entire ground connection 2 on which of the transformer secondary side 20th adjacent a primary winding 23 with the number of turns " 2 “Because the short-circuit loop has exactly two windings. On the transformer secondary side 20th is the measuring device 12th with a secondary winding 24 which of the first measuring coil winding 10 corresponds, electrically coupled. The secondary winding 24 has a number of turns of "n" and is the primary winding 23 adjacent.

6 zeigt einen Ausschnitt einer bevorzugten zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung in dem zweiten Zustand schematisch in einer Draufsicht. In diesem Ausführungsbeispiel ist um einen Schenkel des Messkerns 8 eine erste Messspulenwicklung 10 aus Messdraht 11 und um einen entgegengesetzten Schenkel des Messkerns 8 eine zweite Messspulenwicklung 14 aus Messdraht 11 gewickelt. 6th shows a section of a preferred second embodiment of a monitoring device according to the invention in the second state, schematically in a top view. In this exemplary embodiment, it is around one leg of the measuring core 8th a first measuring coil winding 10 from measuring wire 11 and around an opposite leg of the knife core 8th a second measuring coil winding 14th from measuring wire 11 wrapped.

In 7 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 4 schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Das Kraftfahrzeug weist einen Verbrennungsmotor 15 mit einem Motorblock 3, eine Karosserie 5 und eine Überwachungsvorrichtung 1 auf. Mittels der Überwachungsvorrichtung 1 ist der Motorblock 3 mit der Karosserie 5 elektrisch redundant gekoppelt. Ferner weist das Kraftfahrzeug ein erstes Bordnetz 16 mit einer ersten Bordnetzspannung, insbesondere von 48 V, und ein zweites Bordnetz 17 mit einer zweiten Bordnetzspannung, insbesondere von 12 V, auf. Das erste Bordnetz 16 und das zweite Bordnetz 17 sind mit dem Motorblock 3 elektrisch gekoppelt.In 7th is a preferred embodiment of a motor vehicle according to the invention 4th shown schematically in a side view. The motor vehicle has an internal combustion engine 15th with an engine block 3rd , a body 5 and a monitoring device 1 on. By means of the monitoring device 1 is the engine block 3rd with the body 5 electrically redundant coupled. The motor vehicle also has a first electrical system 16 with a first vehicle electrical system voltage, in particular 48 V, and a second vehicle electrical system 17th with a second vehicle electrical system voltage, in particular of 12 V. The first electrical system 16 and the second electrical system 17th are with the engine block 3rd electrically coupled.

8 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einem Ablaufdiagramm. In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird die erste Messspulenwicklung 10 mittels der Messvorrichtung 12 der Überwachungsvorrichtung 12 mit einem Messstrom mit einer Messfrequenz beaufschlagt. Hierdurch wird ein wechselndes Magnetfeld erzeugt, welches in der Kurzschlussschleife aus erstem Masseleiter 6, Karosserie 5, zweitem Masseleiter 7 und Motorblock 3 einen zum Messstrom phasenverschobenen Wechselstrom erzeugt. In einem zweiten Verfahrensschritt 200 wird mittels der Messvorrichtung 12 diese Phasenverschiebung gemessen. In einem dritten Verfahrensschritt 300 wird mittels der Messvorrichtung 12 der Zustand der Masseanbindung 2 auf Basis der gemessenen Phasenverschiebung bestimmt. Somit lassen sich jegliche Montagefehler sowie Beschädigungen der Masseanbindung 2 zuverlässig ermitteln. 8th shows a preferred embodiment of a method according to the invention schematically in a flowchart. In a first process step 100 becomes the first measuring coil winding 10 by means of the measuring device 12th the monitoring device 12th applied with a measuring current with a measuring frequency. This creates an alternating magnetic field, which in the short-circuit loop consists of the first ground conductor 6th , Body 5 , second ground conductor 7th and engine block 3rd generates an alternating current that is out of phase with the measuring current. In a second process step 200 is by means of the measuring device 12th measured this phase shift. In a third process step 300 is by means of the measuring device 12th the state of the ground connection 2 determined on the basis of the measured phase shift. This eliminates any assembly errors or damage to the ground connection 2 reliably determine.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: ÜberwachungsvorrichtungMonitoring device
22: MasseanbindungGround connection
33: MotorblockEngine block
44th: KraftfahrzeugMotor vehicle
55: Karosseriebody
66th: erster Masseleiterfirst ground conductor
77th: zweiter Masseleitersecond ground conductor
88th: MesskernMeasuring core
99: MessdurchführungMeasurement implementation
1010: erste Messspulenwicklungfirst measuring coil winding
1111: SpulendrahtCoil wire
1212th: MessvorrichtungMeasuring device
1313th: UnterbrechungsbereichInterruption area
1414th: zweite Messspulenwicklungsecond measuring coil winding
1515th: VerbrennungsmotorInternal combustion engine
1616: erstes Bordnetzfirst electrical system
1717th: zweites Bordnetzsecond electrical system
1818th: AnbindungspunktConnection point
1919th: ÜbertragerprimärseiteTransformer primary
2020th: ÜbertragersekundärseiteTransmitter secondary side
2121: MasseanbindungswiderstandGround connection resistance
2222nd: MasseanbindungsinduktivitätGround connection inductance
2323: PrimärwicklungPrimary winding
2424: SekundärwicklungSecondary winding
100100: erster Verfahrensschrittfirst procedural step
200200: zweiter Verfahrensschrittsecond procedural step
300300: dritter Verfahrensschrittthird process step

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102012215542 A1 [0007]
DE 102013021486 A1 [0007]
DE 102013214835 A1 [0007]

Claims

Monitoring device (1) for monitoring a ground connection (2) for electrically coupling an engine block (3) of a motor vehicle (4) to a body (5) of the motor vehicle (4), having a ground connection (2) with a first ground conductor (6) and a second ground conductor (7), whereby the engine block (3) can be electrically coupled to the body (5) via the first ground conductor (6) and additionally via the second ground conductor (7), a measuring core (8) with a central measuring feedthrough (9) ) and a first measuring coil winding (10) made of a coil wire (11) and a measuring device (12) electrically coupled to the coil wire (11) of the first measuring coil winding (10) for measuring a current in the coil wire (11), characterized in that the first Ground conductor (6) and the second ground conductor (7) are passed in opposite directions through the measurement feedthrough (9) of the measuring core (8).

Monitoring device (1) according to Claim 1 , characterized in that the measuring core (8) consists of a ferromagnetic material or at least has a ferromagnetic material.

Monitoring device (1) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the measuring core (8) has at least one interruption area (13), in particular designed as an air gap, for interrupting a magnetic flux.

Monitoring device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring core (8) is dimensioned such that it saturates the magnetic flux with a differential current between the first ground conductor (6) and the second ground conductor (7) of 500 A. having.

Monitoring device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device (12) is designed to apply a measuring current with a measuring frequency to the first measuring coil winding (10).

Monitoring device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first measuring coil winding (10) is arranged on a first side of the measuring core (8), the measuring core (8) having a second measuring coil winding (14) on a second side Has coil wire (11), the coil wire (11) of the second measuring coil winding (14) being electrically coupled to the measuring device (12).

Monitoring device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device (12) is designed to output a warning signal if the measuring device (12) has a predefined line loss of the first ground conductor (6) and / or the second ground conductor (7) detected.

Motor vehicle (4), having an internal combustion engine (15) with an engine block (3), a body (5), a first vehicle electrical system (16) with a first vehicle electrical system voltage and a second vehicle electrical system (17) with a second vehicle electrical system voltage, the first vehicle electrical system voltage is greater than the second vehicle electrical system voltage, and wherein the first vehicle electrical system (16) and the second vehicle electrical system (17) have a ground connection (2) to the engine block (3), characterized in that the motor vehicle (4) has a monitoring device (1) according to one of the preceding claims, wherein the engine block (3) is electrically coupled to the body (5) in parallel via the first ground conductor (6) and the second ground conductor (7) of the monitoring device (1).

Motor vehicle (4) according to Claim 8 , characterized in that the first ground conductor (6) and the second ground conductor (7) have a common connection point (18) on the engine block (3) and / or a common connection point (18) on the body (5).

Method for monitoring a ground connection (2) between an engine block (3) and a body (5) of a motor vehicle (4) by means of a monitoring device (1) according to one of the Claims 1 to 7th , having the following steps: - applying a measuring current with a measuring frequency by means of the measuring device (12) to the first measuring coil winding (10), - measuring a phase shift of an impressed measuring current to the applied measuring voltage influenced by the first ground conductor (6), motor block (3 ), second ground conductor (7) and body (5) formed short-circuit loop by means of the measuring device (12), and - determining a state of the ground connection (2) on the basis of the measured phase shift by means of the measuring device (12).