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Die Erfindung betrifft ein redundantes Bordnetzsystem. Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen redundanten Bordnetzsystem.
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Als Bordnetz wird üblicherweise eine elektrische und/oder elektronische Infrastruktur eines Fahrzeugs, insbesondere auch eines Kraftfahrzeugs verstanden. Diese Infrastruktur dient zur Verknüpfung und insbesondere zur Energieversorgung von elektrischen Verbrauchern mit (Betriebs-) Energie. Zwar kommen Bordnetze auch bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren zum Einsatz, vergleichsweise aufwendig ist deren Aufbau allerdings bei Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb. In diesem Fall sind nämlich üblicherweise wenigstens zwei unterschiedliche Spannungsebenen, eine Hochspannungsebene, aus der insbesondere ein elektrischer Fahrmotor versorgt wird, und eine Niederspannungsebene, aus der andere Verbraucher, bspw. Steuergeräte für Sensoren, Komfortfunktionen, aber auch für sicherheitsrelevante Komponenten (bspw. Airbags, elektronische Stabilitätssysteme etc.), versorgt werden.
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Interessant sind insbesondere bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen Redundanzstrukturen, die greifen, wenn bspw. in einem Energiespeicher, in einem der vorstehend genannten Verbraucher, in der Infrastruktur selbst oder dergleichen ein Fehler auftritt. Derzeit laufen Bestrebungen insbesondere im Bereich rein elektrischer Fahrzeuge bspw. dahin, in einem Notbetrieb ein vergleichsweise kontrolliertes Ausrollen oder Abstellen des Fahrzeugs zu ermöglichen.
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Aus
DE 10 2016 215 564 A1 ist beispielsweise ein Bordnetzsystem mit zwei Teilbordnetzen bekannt, wobei eines dieser Teilbordnetze für die Sicherheit des Fahrzeugs weniger relevante Komponenten enthält. Diese Komponenten sind eher dem Komfortbereich beziehungsweise dem Normalbetrieb zuzuschreiben. Sie sind in der Regel weniger sicherheitsrelevant. Diese Aufteilung ist gewählt, damit für einen Notbetrieb des Fahrzeugs dieses Teilbordnetz mit den weniger sicherheitsrelevanten Komponenten von dem anderen Teilbordnetz getrennt und abgeschaltet werden kann.
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Aus
DE 100 33 317 A1 ist ein Bordnetzsystem bekannt, das eine Notbatterie für die sicherheitsrelevanten Verbraucher aufweist. Diese ist über ein Relais von diesen getrennt, solange eine Hauptbatterie zur Energieversorgung vorhanden ist. Fällt die Hauptbatterie aus, wird die Notbatterie mit den sicherheitsrelevanten Verbrauchern, bspw. auch den Antrieb, aber nicht mit unkritischen Verbrauchern gekoppelt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders ausfallsicheres Fahrzeugsystem zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein redundantes Bordnetzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Des Weiteren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
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Das erfindungsgemäße redundante Bordnetzsystem für ein Kraftfahrzeug weist ein erstes Teilbordnetz auf, das zur Versorgung einer - insbesondere im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand des Bordnetzes in dem Kraftfahrzeug in das erste Teilbordnetz eingebundenen - ersten Antriebseinrichtung eingerichtet und vorgesehen ist. Des Weiteren weist das Bordnetzsystem ein zweites Teilbordnetz auf, das zur Versorgung einer - insbesondere im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand des Bordnetzes in dem Kraftfahrzeug in das zweite Teilbordnetz eingebundenen - zweiten Antriebseinrichtung eingerichtet und vorgesehen ist. Das erste Teilbordnetz weist dabei ein erstes Hochspannungsnetz, ein aus dem ersten Hochspannungsnetz versorgtes erstes Niederspannungsnetz und ein aus dem ersten Hochspannungsnetz oder dem ersten Niederspannungsnetz versorgtes erstes Bussystem zur Datenübertragung zwischen im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand in das erste Teilbordnetz eingebundenen Komponenten auf. Das zweite Teilbordnetz weist ein zweites Hochspannungsnetz, ein aus dem zweiten Hochspannungsnetz versorgtes zweites Niederspannungsnetz und ein aus dem zweiten Hochspannungsnetz oder dem zweiten Niederspannungsnetz versorgtes zweites Bussystem zur Datenübertragung zwischen im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand in das zweite Teilbordnetz eingebundenen Komponenten auf. Das erste und das zweite Hochspannungsnetz weisen außerdem einen jeweils zugeordneten ersten bzw. zweiten Energiespeicher auf. D. h. das erste Hochspannungsnetz weist den ersten und das zweite Hochspannungsnetz den zweiten Energiespeicher auf. Des Weiteren sind für einen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs antriebsrelevante Komponenten sowie (insbesondere ebenfalls für den Fahrbetrieb) sicherheitsrelevante Komponenten im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand datenübertragungstechnisch mit dem ersten und dem zweiten Bussystem gekoppelt. Außerdem sind zumindest das erste und das zweite Hochspannungsnetz dazu eingerichtet, zumindest im Fahrbetrieb zueinander rückkopplungsfrei zu sein.
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Bei der ersten bzw. zweiten Antriebseinrichtung handelt es sich insbesondere jeweils um einen elektrischen Fahrantrieb, vorzugsweise einen Elektromotor, bevorzugt mit einem zugeordneten Steuergerät und/oder einem Umrichter, bspw. einen Pulswechselrichter, einen Frequenzumrichter oder dergleichen.
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Unter dem Begriff „eingebunden“ wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass das entsprechende Element, bspw. die Antriebseinrichtung und oder die jeweiligen Komponenten energie- und/oder signalübertragungstechnisch mit dem jeweiligen Netz verbunden (auch: gekoppelt) sind.
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Allgemein ausgedrückt weist das hier und im Folgenden beschriebene erfindungsgemäße redundante Bordnetzsystem zwei grundsätzlich voneinander unabhängige und voneinander separierte Bordnetze auf, nämlich das erste und das zweite Teilbordnetz, die jeweils wiederum in ein Hoch- und ein Niederspannungsnetz unterteilt sind und ein „eigenes“ Bussystem aufweisen. Aufgrund der Versorgung jeweils einer zugeordneten Antriebseinrichtung durch ein solches separates Teilbordnetz ist somit ein hoher Grad an Redundanz geschaffen. Um jedoch nicht alle Fahrzeugkomponenten ebenfalls doppelt vorsehen zu müssen, sind vorzugsweise viele dieser Fahrzeugkomponenten weiterhin in üblicher Weise („nur“) einfach vorhanden, aber die antriebs- und sicherheitsrelevante Komponenten - bspw. Airbagsystem, Lenksysteme, Lenk- und Fahrerunterstützungssysteme, Anti-Blockier-Systeme, sonstige Fahrbefehl-Eingabesysteme (z. B. Gas- und Bremspedal) etc. - mit den Bussystemen beider Teilbordnetze gekoppelt. Dadurch kann einerseits Energie eingespart werden aber andererseits wird dadurch - zumindest bei einem Einfachfehler, der zum Ausfall eines der beiden Teilbordnetze führt - die Weiterfahrt des Kraftfahrzeugs mit nur einer Antriebseinrichtung und somit dem anderen Teilbordnetz ermöglicht.
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Bevorzugt ist die erste Antriebseinrichtung als Antrieb für eine von mehreren Fahrachsen und die zweite Antriebseinrichtung entsprechend als Antrieb für eine andere der mehreren Fahrachsen des Kraftfahrzeugs eingerichtet und vorgesehen. Bspw. bildet eine Antriebseinrichtung einen Hinterradantrieb, die andere einen Vorderradantrieb. In diesem Fall ist das - insbesondere im Folgenden näher beschriebene erfindungsgemäße - Kraftfahrzeug, das das redundante Bordnetzsystem nutzt, vorzugsweise im normalen Fahrbetrieb als allradgetriebenes (oder zumindest über mehrere Antriebsachsen verfügendes) Kraftfahrzeug ausgebildet, das bei Ausfall einer Antriebseinrichtung - bspw. aufgrund eines Fehlers in einem der Teilbordnetze - als einachsig angetriebenes Kraftfahrzeug weiterfahren kann (also bspw. mit Vorderradantrieb oder Hinterradantrieb).
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Dadurch kann insbesondere im Vergleich zu einem Notbetrieb bekannter Lösungen, der oft nur ein vergleichsweise kontrolliertes Ausrollen und/oder Abstellen des Kraftfahrzeugs am Straßenrand oder dergleichen ermöglicht, sogar bei Ausfall einer der Antriebseinrichtungen selbst eine nahezu normale Weiterfahrt (abgesehen von dem dann nicht mehr möglichen mehrachsigen Antrieb), bspw. bis zur nächsten Werkstatt oder dergleichen, ermöglicht werden. Dies ist besonders günstig für vollständig autonome Fahrzeuge, da hierbei ein Liegenbleiben entlang vergleichsweise langen Autobahn- oder Straßenabschnitten vermieden werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführung sind das erste und das zweite Hochspannungsnetz zur Rückkopplungsfreiheit galvanisch voneinander getrennt. Dadurch wird eine Auswirkung eines Ausfalls in einem der beiden Hochspannungsnetze, bspw. des ersten oder zweiten Energiespeichers, auf das andere Hochspannungsnetz effektiv unterbunden.
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Vorzugsweise sind das erste und das zweite Bussystem zumindest im bestimmungsgemäßen Fahrzustand rückkopplungsfrei zueinander eingerichtet.
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In einer zweckmäßigen Ausführung sind das erste und das zweite Bussystem im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand rückkopplungsfrei (insbesondere galvanisch getrennt) mit den antriebsrelevanten Komponenten sowie mit den sicherheitsrelevanten Komponenten gekoppelt. Dadurch wird ebenfalls eine Auswirkung eines Ausfalls in einem der beiden Teilbordnetze über die jeweiligen Komponenten hinweg auf das andere Teilbordnetz unterbunden. Bspw. weisen diese Komponenten wenigstens zwei voneinander unabhängige Schnittstellen für das erste und das zweite Bussystem (also jeweils eine zugeordnete Schnittstelle) auf. Zusätzlich oder alternativ sind die Komponenten zu einer Gruppe oder mehreren Gruppen (bspw. innerhalb sogenannter „Busebenen“) zusammengefasst und die jeweilige Gruppe ist als solche rückkopplungsfrei auf jeweils einen Eingang eines der beiden Bussysteme geführt.
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Beispielsweise sind das erste und das zweite Bussystem zur galvanischen Trennung (gegebenenfalls direkt untereinander und/oder mit den vorgenannten antriebs- und sicherheitsrelevanten Komponenten) optisch gekoppelt.
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Optional kommt als Bussystem ein CAN-Bus zum Einsatz.
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In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind das erste Bussystem als Master für die antriebsrelevanten Komponenten sowie die sicherheitsrelevanten Komponenten und das zweite Bussystem als Slave für die antriebsrelevanten Komponenten sowie die sicherheitsrelevanten Komponenten eingerichtet. In diesem Fall kommuniziert im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb (auch als „Normalzustand“ bezeichnet) also das erste Bussystem mit diesen Komponenten, das zweite Bussystem übernimmt die Kommunikation hingegen insbesondere nur dann, wenn das erste Teilbordnetz (und somit auch das erste Bussystem) ausfällt.
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Alternativ hierzu bildet für einen ersten Teil der antriebsrelevanten Komponenten und/oder der sicherheitsrelevanten Komponenten das erste Bussystem den Master und für den jeweils anderen, zweiten Teil den Slave, wobei entsprechend umgekehrt das zweite Bussystem für den zweiten Teil den Master bzw. für den ersten Teil den Slave bildet.
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Vorzugsweise sind neben den beiden Hauptspannungsnetzen auch das erste und das zweite Niederspannungsnetz zumindest im bestimmungsgemäßen Fahrzustand zueinander rückkopplungsfrei, insbesondere voneinander galvanisch getrennt.
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In einer zweckmäßigen Ausführung werden im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand Steuergeräte (oder zumindest ein Teil dieser Steuergeräte) der jeweiligen weiteren (d. h. der nicht sicherheitsrelevanten) Komponenten des ersten und zweiten Teilbordnetzes jeweils nur aus dem ersten bzw. zweiten Niederspannungsnetz mit Energie versorgt. Anders ausgedrückt sind diese Komponenten zur Energieversorgung mit dem jeweiligen Niederspannungsnetz gekoppelt. Beispielsweise handelt es sich bei solchen Komponenten um Sitzheizungen, Elektromotoren für bewegliche Fahrzeugteile (z. B. Heckklappe, Türen, Fensterscheiben und dergleichen), Audio- und Medienwiedergabegeräte und dergleichen.
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Die antriebsrelevanten Komponenten sowie die sicherheitsrelevanten Komponenten weisen insbesondere ein anzusteuerndes Element, im Fall eines Lenksystems bspw. einen die erforderliche Lenkkraft erzeugenden Elektromotor, sowie eine zugeordnete Steuereinheit (im vorliegenden Fall die Lenkungssteuereinheit) auf.
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In einer vorteilhaften Ausführung sind im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand die Steuereinheiten der antriebsrelevanten Komponenten sowie der sicherheitsrelevanten Komponenten (sowie optional auch diese Komponenten selbst) zur Energieversorgung sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Niederspannungsnetz gekoppelt. Zweckmäßigerweise sind auch in diesem Fall das erste und das zweite Niederspannungsnetz zueinander rückkopplungsfrei, insbesondere galvanisch getrennt mit den jeweiligen Steuereinheiten verknüpft. Somit sind diese Komponenten nicht nur datenübertagungstechnisch redundant angebunden, sondern auch energieversorgungstechnisch.
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In einer zweckmäßigen Variante weisen die vorstehend genannten Steuereinheiten der antriebsrelevanten Komponenten sowie der sicherheitsrelevanten Komponenten zwei galvanisch voneinander getrennte Steuergeräte auf, d. h. konkret voneinander gentrennte Schaltungslogiken (bspw. also zwei Platinen mit jeweils einem Prozessor), die in einem gemeinsamen Gehäuse oder alternativ in jeweils einem separat zugeordneten Gehäuse angeordnet sind. Mithin enthalten die Steuereinheiten redundant ausgeführte Schaltungslogiken. Diese Schaltungslogiken sind wiederum separat voneinander und somit untereinander galvanisch getrennt mit jeweils einem der beiden Bussysteme bzw. Niederspannungssysteme verschaltet. Dadurch kann verhindert werden, dass bspw. bei einem Kurzschluss in einem der beiden Teilbordnetze die gesamte Steuereinheit für die jeweilige antriebsrelevante bzw. sicherheitsrelevante Komponente abgeschaltet wird, sondern lediglich die entsprechend zugeordnete Schaltungslogik.
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In einer alternativen Variante weisen die vorstehend genannten Steuereinheiten der antriebsrelevanten Komponenten sowie der sicherheitsrelevanten Komponenten nur eine Schaltungslogik auf (bilden als ein einziges Steuergerät), die mit beiden Teilbordnetzen (konkret beiden Bussystemen sowie Niedervoltsystemen) galvanisch getrennt verschaltet sind. Diese Schaltungslogik umfasst in diesem Fall vorzugsweise auch eine Fehlererkennung, die einen Fehler auf einem der beiden Teilbordnetze erkennt und im Fehlerfall möglichst verzögerungsfrei auf das andere Teilbordnetz umschaltet, d. h. die Versorgung aus dem einen Teilbordnetz ab- und die aus dem anderen anschaltet.
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In einer zweckmäßigen Ausführung ist im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand ein Klimatisierungsgerät (insbesondere ein elektrischer Klimakompressor und/oder Heizer, bspw. ein Hochvoltheizer) zur Energieversorgung nur mit dem ersten Teilbordnetz, insbesondere - abweichend von den vorstehend beschriebenen weiteren Komponenten - mit dem Hochspannungsnetz verknüpft. Insbesondere da eine Kühlung der beiden Energiespeicher (und/oder der zugeordneten Elektromotoren) im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand vorzugsweise ebenfalls durch dieses Klimatisierungsgerät versorgt wird, ist hierbei ein Steuergerät der zweiten Antriebseinrichtung dazu eingerichtet, bei einem Ausfall des ersten Teilbordnetzes die Leistung der zweiten Antriebseinrichtung zu reduzieren. Dadurch kann eine Überhitzung oder zumindest ein vergleichsweise schnelles Erwärmen des zweiten Energiespeichers (bzw. des zugeordneten Elektromotors) verhindert werden, so dass die Reichweite bei Ausfall des ersten Teilbordnetzes möglichst groß gehalten werden kann.
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In einer alternativen Ausführung ist im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand zusätzlich zu dem vorstehend genannten Klimatisierungsgerät ein weiteres Klimatisierungsgerät vorhanden, das wiederum (vorzugsweise nur) mit dem zweiten Teilbordnetz, insbesondere dem zweiten Hochspannungsnetz verknüpft ist. Dadurch kann bei Ausfall egal welchen Teilbordnetzes und somit dessen Klimatisierungsgeräts auch ohne kühlungsbedingte (d. h. aufgrund fehlender Kühlung) Leistungsreduktion weitergefahren werden. Des Weiteren ist hierbei auch im Notbetrieb (also bei Ausfall eines Teilbordnetzes) ein vergleichsweise hoher Komfort des Insassen möglich.
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Vorzugsweise ist das jeweilige Niederspannungsnetz mittels eines Gleichspannungswandlers (auch: „DC-DC-Wandler“) mit dem Hochspannungsnetz gekoppelt. Beispielsweise weist das jeweilige Hochspannungsnetz einen Soll-Spannungswert von 400 oder 800 Volt, das jeweilige Niederspannungsnetz einen Soll-Spannungswert von 12, 24 oder 48 Volt auf.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist die vorstehend beschriebenen ersten und zweiten (insbesondere vollelektrischen) Antriebseinrichtungen sowie das vorstehend beschriebene redundante Bordnetzsystem auf. Mithin weist das Kraftfahrzeug die gleichen Merkmale und Vorteile auf wie das vorstehend beschriebene Bordnetzsystem.
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Bevorzugt ist das Kraftfahrzeug als vollständig autonomes Kraftfahrzeug ausgebildet. Besonders bevorzugt stellt das Kraftfahrzeug ein Robotertaxi dar, das ein Nutzer bspw. zu einem Abholpunkt bestellen und sich zu einem Zielpunkt fahren lassen kann. In diesem Fall ist es von besonderem Vorteil, dass eine über den vorstehend genannten, üblichen Notbetrieb hinausgehende Weiterfahrt möglich ist, da so verhindert werden kann, dass gegebenenfalls allein reisende, gegebenenfalls behinderte Personen bspw. auf langen Autobahn- oder Landstraßenabschnitten aufgrund eines Ausfalls des Energiespeichers oder dergleichen „stranden“.
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Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden insbesondere derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 in einer schematischen Seitenansicht ein Kraftfahrzeug mit einem Bordnetzsystem,
- 2 in einem schematischen Schaltbild einen Hochspannungs- und einen Niederspannungsbereich des Bordnetzsystems,
- 3 in einem schematischen Schaltbild den Hochspannungsbereich des Bordnetzsystems, und
- 4 in einer schematischen Prinzipskizze einen Busbereich des Bordnetzsystems.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 schematisch dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 ist als Elektrofahrzeug ausgebildet und weist ein Bordnetzsystem 2 auf, das zur Energiebereitstellung eingerichtet und vorgesehen ist. Das Kraftfahrzeug 1 weist weiterhin eine erste Antriebseinrichtung 4 und eine zweite Antriebseinrichtung 6 auf. Die erste Antriebseinrichtung 4 weist dabei einen ersten elektrischen Antriebsmotor 8 und die zweite Antriebseinrichtung 6 entsprechend einem zweiten elektrischen Antriebsmotor 10 auf. Außerdem weisen beide Antriebseinrichtungen 4 und 6 jeweils einen dem entsprechenden Antriebsmotor 8 bzw. 10 zugeordneten Pulswechselrichter 12 auf (s. 3). Die erste Antriebseinrichtung 4 ist einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 1 zugeordnet und bildet entsprechend einen Hinterradantrieb. Entsprechend bildet die zweite Antriebseinrichtung 6 einen Vorderradantrieb.
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Zur Versorgung der ersten Antriebseinrichtung 4 weist das Bordnetzsystem 2 ein erstes Teilbordnetz 14 und zur Versorgung der zweiten Antriebseinrichtung 6 ein zweites Teilbordnetz 16 auf. Die ersten und zweiten Teilbordnetze 14 und 16 sind hinsichtlich der Energiebereitstellung gleichartig und eigenständig aufgebaut. Dabei umfassen die ersten und zweiten Teilbordnetze 14 und 16 einen ersten bzw. zweiten (Hochspannungs-) Energiespeicher 18 bzw. 20, ein erstes bzw. zweites Hochspannungsnetz 22 bzw. 24 und ein diesen jeweils nachgelagertes erstes bzw. zweites Niederspannungsnetz 26 bzw. 28. Die beiden Niederspannungsnetze 26 und 28 sind mit ihrem jeweils zugeordneten Hochspannungsnetz 22 bzw. 24 jeweils mittels eines Gleichspannungswandlers 30 gekoppelt. Optional weisen beide Niederspannungsnetze 26 und 28 auch einen Niederspannungs-Energiespeicher 32 auf.
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In den Hochspannungsnetzen 22 und 24 sind Hochspannungsverbraucher 34 (auch als „Hochspannungs-Komponenten“ bezeichnet) energieversorgungstechnisch eingebunden. Neben den beiden Antriebsmotoren 8 bzw. 10 sind solche Hochspannungsverbraucher 34 gemäß 3 im ersten Hochspannungsnetz 22 konkret ein elektrischer Klimakompressor 36 und ein Hochspannungsheizer 38 (bspw. eine Innenraumheizung). In den Niederspannungsnetzen 26 und 28 sind Niederspannungsverbraucher 40 (auch als „Niederspannungs-Komponenten“) energieversorgungstechnisch eingebunden. Bei diesen Niederspannungsverbrauchern 40 handelt es sich einerseits um für den Antrieb und die Sicherheit des Kraftfahrzeugs 1 unkritische Komponenten, konkret z. B. ein Heckklappenantrieb 42 und eine Innenraumbeleuchtung 44, die im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand des Bordnetzsystems 2 im Kraftfahrzeug 1 in dem ersten Niederspannungsnetz 26 eingebunden sind, sowie Sitzheizungen 46, die in dem zweiten Niederspanungsnetz 28 eingebunden sind. Andererseits handelt es sich bei den Niederspannungsverbrauchern 40 auch um für den Antrieb und die Sicherheit des Kraftfahrzeugs 1, konkret für den Fahrbetrieb, kritische (oder: „relevante“) Komponenten, konkret ein elektronisches Stabilitätssystem 48, das in das erste Niederspannungsnetz 26 eingebunden ist, und Fahrtlichter 50, die in das zweite Niederspannungsnetz 28 eingebunden sind.
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Zur Datenübertragung, konkret zu Steuereinheiten, die wiederum Steuergeräte umfassen, der vorgenannten Komponenten, weist das erste Teilbordnetz 14 ein erstes Bussystem („Bus 52“), konkret als CAN-Bus ausgebildet, und das zweite Teilbordnetz 16 ein zweites Bussystem („Bus 54“), ebenfalls konkret als CAN-Bus ausgebildet, auf.
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Im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb sind das erste Teilbordnetz 14 und das zweite Teilbordnetz 16 rückkopplungsfrei zueinander, konkret reversibel galvanisch voneinander getrennt (angedeutet durch Verbindungslinie 56 zwischen den Hochspannungsnetzen 22 und 24, sowie optional Verbindungslinie 58 zwischen den Niederspannungsnetzen 26 und 28). Fällt eines der Teilbordnetze 14 und 16 aus, ist eine Weiterfahrt mit nur einer der beiden Antriebseinrichtungen 4 oder 6 weiterhin möglich. Dazu sind die für den Antrieb und die Sicherheit kritischen Komponenten mit beiden Bussen 52 und 54 datenübertragungstechnisch gekoppelt, so dass die entsprechenden Informationen auch für das jeweils andere Teilbordnetz 14 bzw. 16 verfügbar und nutzbar sind.
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Wie aus 4 hervorgeht, weisen hierzu beide Busse 52 bzw. 54 jeweils ein Bussteuergerät 60 bzw. 62 auf, die eine Art Zentralrechner oder „Gateway“ bilden und dazu dienen, die Signale einzelner „Busebenen“ 64 routen, in denen wiederum Komponenten unterschiedlicher Funktionsbereiche des Kraftfahrzeugs 1, bspw. Komfortfunktionen (z. B. Sitzheizungen 46 und Innenraumbeleuchtung 44), Energieversorgung, Antriebsfunktionen (z. B. elektronisches Stabilitätssystem 48) etc. betreffende Komponenten zusammengefasst sind. In 4 ist dargestellt, dass die entsprechenden Steuereinheiten der für den Antrieb und die Sicherheit kritischen Komponenten mittels zusätzlicher Signalleitungen 66 mit der korrespondierenden Busebene 64 des jeweils anderen Busses 52 bzw. 54 verschaltet sind. Diese Steuereinheiten umfassen in einem bevorzugten (nicht näher dargestellten) Ausführungsbeispiel jeweils zwei Steuergeräte oder Schaltungslogiken, die jeweils mit einem der beiden Busse 52 bzw. 54 verschaltet sind. Die Signalleitungen 66 sind dabei auf den jeweils anderen Bus 52 bzw. 54 rückkopplungsfrei mit den entsprechenden Steuergeräten gekoppelt. So kann bei Ausfall eines der Teilbordnetze 14 oder 16 das jeweils andere Teilbordnetz 16 bzw. 14 auf die für Antrieb und Sicherheit relevante Daten zurückgreifen.
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Ein nicht näher dargestelltes Fahrzeugsteuergerät ist außerdem dazu eingerichtet, das Kraftfahrzeug 1 wahlweise (zumindest in Abhängigkeit von der Verfügbarkeit der beiden Teilbordnetze 14 und 16) mit Allradantrieb, Vorderradantrieb oder Hinterradantrieb zu betreiben.
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Das Bordnetzsystem 2 weist außerdem eine Schalteinrichtung 68 auf, die dazu dient, beide Hochspannungsnetze 22 und 24 in einem Ladebetrieb, in dem das Kraftfahrzeug 1 nicht fährt, mit einem Energieeinspeisungspunkt, hier konkret einer Ladedose 70 des Kraftfahrzeugs 1 zu verbinden. Dazu steuert die Schalteinrichtung 68 entsprechende Hochvoltschütze 72 an.
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Zum Trennen des jeweiligen Energiespeichers 18 bzw. 20 im Fall eines Kurzschlusses oder sonstigen Fehlerfalls, weisen die beiden Hochspannungsnetze 22 und 24 jeweils eine Sprengsicherung 74 sowie wenigstens eine weitere Sicherung 76 auf. Zum kontrollierten Trennen, bspw. für eine Wartung weisen die beiden Hochspannungsnetze 22 und 24 den Energiespeichern 18 und 20 vorgelagerte Schütze 78 auf.
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Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Bordnetzsystem
- 4
- Antriebseinrichtung
- 6
- Antriebseinrichtung
- 8
- Antriebsmotor
- 10
- Antriebsmotor
- 12
- Pulswechselrichter
- 14
- Teilbordnetz
- 16
- Teilbordnetz
- 18
- Energiespeicher
- 20
- Energiespeicher
- 22
- Hochspannungsnetz
- 24
- Hochspannungsnetz
- 26
- Niederspannungsnetz
- 28
- Niederspannungsnetz
- 30
- Gleichspannungswandler
- 32
- Niederspannungs-Energiespeicher
- 34
- Hochspannungsverbraucher
- 36
- Klimakompressor
- 38
- Hochspannungsheizer
- 40
- Niederspannungsverbraucher
- 42
- Heckklappenantrieb
- 44
- Innenraumbeleuchtung
- 46
- Sitzheizungen
- 48
- elektronisches Stabilitätssystem
- 50
- Fahrlichter
- 52
- Bus
- 54
- Bus
- 56
- Verbindungslinie
- 58
- Verbindungslinie
- 60
- Bussteuergerät
- 62
- Bussteuergerät
- 64
- Busebene
- 66
- Signalleitung
- 68
- Schalteinrichtung
- 70
- Ladedose
- 72
- Hochvoltschütz
- 74
- Sprengsicherung
- 76
- Sicherung
- 78
- Schütz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016215564 A1 [0004]
- DE 10033317 A1 [0005]
