DE102021115840A1 - Determining a state of degradation of a power supply path of an on-board power supply - Google Patents
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Abstract
Ein Energiebordnetz (1) für ein Fahrzeug (C) weist einen elektrischen Stromversorgungspfad (SVP), mindestens eine Messvorrichtung (12, 13) zum Messen von Spannungswerten (U (12), U (13)) an zumindest einem Ende des Stromversorgungspfads (SVP) und eine mit der mindestens einen Messvorrichtung (12, 13) kommunikativ verbundene Auswerteeinrichtung (10) auf, die dazu eingerichtet ist, einen Zählwert (n [U (12)], n [U (13)]) zu bestimmen, der angibt, wie oft die Spannungswerte (U (12), U (13)) innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums einen vorgegebenen Grenzwert (Ug(12), Ug(13)) erreichen oder unterschreiten, wobei die Auswerteeinrichtung (10) ferner dazu eingerichtet ist, dann, wenn der Zählwert (n [U (12)], n [U (13)]) mindestens einen vorgegebenen Zählerschwellwert (n_th [U (12)]; n_th [U (13)]) erreicht, einen zugehörigen Degradationszustand des Stromversorgungspfads (SVP) festzustellen. Ein Fahrzeug (C) weist ein Energiebordnetz (1) auf. Ein Verfahren (S1-S5) dient zum Feststellen eines Degradationszustands eines Stromversorgungspfads (SVP) eines Energiebordnetzes (1) eines Fahrzeugs (C).An onboard power supply system (1) for a vehicle (C) has an electrical power supply path (SVP), at least one measuring device (12, 13) for measuring voltage values (U (12), U (13)) at at least one end of the power supply path (SVP ) and an evaluation device (10) which is communicatively connected to the at least one measuring device (12, 13) and is set up to determine a count value (n [U (12)], n [U (13)]) which indicates how often the voltage values (U(12), U(13)) reach or fall below a specified limit value (Ug(12), Ug(13)) within a specified period of time, the evaluation device (10) also being set up for this, then , if the counter value (n [U (12)], n [U (13)]) reaches at least a predetermined counter threshold value (n_th [U (12)]; n_th [U (13)]), an associated degradation state of the power supply path ( SVP) to determine. A vehicle (C) has an electrical system (1). A method (S1-S5) is used to determine a degradation state of a power supply path (SVP) of an on-board power supply system (1) of a vehicle (C).
Description
Die Erfindung betrifft ein Energiebordnetz für ein Fahrzeug, aufweisend einen elektrischen Stromversorgungspfad, mindestens eine Messvorrichtung zum Messen von Spannungswerten an zumindest einem Ende des Stromversorgungspfads und eine mit der mindestens einen Messvorrichtung kommunikativ verbundene Auswerteeinrichtung. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit einem solchen Energiebordnetz. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Feststellen eines Degradationszustands eines Stromversorgungspfads eines Energiebordnetzes eines Fahrzeugs, bei dem an zumindest einem Ende des Stromversorgungspfads Spannungswerte gemessen werden. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anwendbar auf Elektrofahrzeuge.The invention relates to an on-board power supply system for a vehicle, having an electrical power supply path, at least one measuring device for measuring voltage values at at least one end of the power supply path and an evaluation device communicatively connected to the at least one measuring device. The invention also relates to a vehicle with such a power supply system. The invention also relates to a method for determining a degradation state of a power supply path of an on-board power supply system of a vehicle, in which voltage values are measured at at least one end of the power supply path. The invention is particularly advantageously applicable to electric vehicles.
Entlang eines Stromversorgungspfads eines Fahrzeugs kann durch im Fahrbetrieb vorherrschende Umwelteinflüsse und/oder bedingt durch Fehler in der Fertigung eine anomale Degradation auftreten, z.B. durch Reibungseffekte usw., welche deren elektrische Leitungsfähigkeit verschlechtern und im schlimmsten Fall zu einer Pfadunterbrechung führen kann. Um die Verfügbarkeit einer Stromversorgung insbesondere von sicherheitsrelevanten Funktionskomponenten des Fahrzeugs zu gewährleisten, erfolgt deren Stromversorgung häufig über zwei redundante Stromversorgungspfade.Anomalous degradation can occur along a power supply path of a vehicle due to environmental influences that prevail during driving and/or due to errors in production, e.g. due to friction effects, etc., which degrade their electrical conductivity and, in the worst case, lead to a path interruption. In order to ensure the availability of a power supply, in particular for safety-relevant functional components of the vehicle, their power supply is often provided via two redundant power supply paths.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit bereitzustellen, eine Versorgung von elektrisch betriebenen Funktionskomponenten eines Fahrzeugs sicherzustellen.It is the object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages of the prior art and in particular to provide an improved possibility of ensuring a supply of electrically operated functional components of a vehicle.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.This object is solved according to the features of the independent claims. Preferred embodiments can be found in particular in the dependent claims.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Energiebordnetz für ein Fahrzeug, aufweisend
- - einen elektrischen Stromversorgungspfad,
- - mindestens eine Messvorrichtung zum Messen von Spannungswerten an zumindest einem Ende des Stromversorgungspfads und
- - eine mit der mindestens einen Messvorrichtung kommunikativ verbundene Auswerteeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen Zählwert (auch als „Counter“ bezeichenbar) zu bestimmen, der angibt, wie oft die Spannungswerte innerhalb eines vorgegebenen (Beobachtungs- oder Überwachungs-) Zeitraums einen vorgegebenen Grenzwert erreichen oder unterschreiten,
- - die Auswerteeinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, dann, wenn der Zählwert einen vorgegebenen Schwellwert (im Folgenden als „Zählerschwellwert“ bezeichnet) erreicht, einen zugehörigen Degradationszustand des Stromversorgungspfads festzustellen.
- - an electrical power supply path,
- - at least one measuring device for measuring voltage values at at least one end of the power supply path and
- - an evaluation device that is communicatively connected to the at least one measuring device and is set up to determine a count value (also referred to as a "counter") that indicates how often the voltage values within a specified (observation or monitoring) period exceed a specified limit value reach or fall below
- - the evaluation device is also set up to determine an associated degradation state of the power supply path when the counter value reaches a predetermined threshold value (hereinafter referred to as “counter threshold value”).
Dieses Energiebordnetz ergibt den Vorteil, dass eine prädiktive Diagnose bereitgestellt wird, um den Gesundheitszustand von Stromversorgungspfaden zu überwachen, bevor es zu einer merklichen Verschlechterung seiner Funktion oder sogar zu seinem Ausfall kommt. Dadurch können bisherige redundante Absicherungskonzepte unterstützt oder sogar ersetzt werden. Vorliegend wird speziell ausgenutzt, dass ein Stromfluss durch einen Stromversorgungspfad typischerweise mit (z.B. durch induktive und kapazitive Effekte in dem Energieversorgungsnetz bewirkten) charakteristischen Spannungseinbrüchen einhergeht. Es hat sich nun gezeigt, dass sich anhand der Spannungseinbrüche eine Aussage über den Gesundheits- bzw. Degradationszustand des Stromversorgungspfads ableiten lässt. Speziell mit Hilfe des Spannungseinbruch-Zählwerts oder „-Counters“ kann ein anomaler Degradationszustand besonders zuverlässig festgestellt werden. Der Vergleich des Zählwerts mit einem vorgegebenen Zählerschwellwert ermöglicht zudem eine besonders einfach umsetzbare Bestimmung des Degradationszustands des Stromversorgungspfads.This on-board power supply provides the advantage of providing predictive diagnostics to monitor the health of power supply paths before their performance noticeably deteriorates or even fails. This means that previous redundant protection concepts can be supported or even replaced. In the present case, particular use is made of the fact that a current flow through a power supply path is typically accompanied by characteristic voltage dips (caused, for example, by inductive and capacitive effects in the power supply network). It has now been shown that a statement about the state of health or degradation of the power supply path can be derived from the voltage dips. An abnormal degradation state can be detected particularly reliably with the help of the voltage dip count value or "counter". The comparison of the counter value with a predetermined counter threshold value also enables the degradation state of the power supply path to be determined in a manner that is particularly easy to implement.
Geeignete Grenzwerte können z.B. experimentell oder durch Simulation(en) festgelegt bestimmt werden. Auch der mindestens eine Zählerschwellwert kann z.B. experimentell oder durch Simulation(en) festgelegt werden.Suitable limit values can be determined, for example, experimentally or by simulation(s). The at least one counter threshold value can also be established, for example, experimentally or by simulation(s).
Das Fahrzeug kann ein herkömmliches Kraftfahrzeug oder ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug wie ein Hybridfahrzeug oder ein vollelektrisch betriebenes Fahrzeug sein. Es ist eine Weiterbildung, dass das Fahrzeug ein zum autonomen Fahren eingerichtetes Fahrzeug ist.The vehicle can be a conventional motor vehicle or an at least partially electrically powered vehicle such as a hybrid vehicle or an all-electrically powered vehicle. In one development, the vehicle is a vehicle set up for autonomous driving.
Es ist eine Weiterbildung, dass das erste Ende des Stromversorgungspfads an einer Funktionskomponente des Energiebordnetzes in Form eines Stromverteilers liegt und/oder das zweite Ende des Stromversorgungspfads an einer Funktionskomponente des Energiebordnetzes in Form eines elektrischen Verbrauchers liegt. Der elektrische Verbraucher verursacht einen Stromfluss und kann z.B. eine elektrisch betriebene Lenkung, eine elektrisch betriebene Bremse, eine elektrisch betriebene Federung, ein elektrisch betriebener Aktuator, ein elektrisch betriebenes Heizelement, usw. sein.In one development, the first end of the power supply path is connected to a functional component of the on-board power supply system in the form of a power distributor and/or the second end of the power supply path is connected to a functional component of the on-board power supply system in the form of an electrical consumer. The electrical load causes a current to flow and can be, for example, an electrically operated steering system, an electrically operated brake, an electrically operated suspension system, an electrically operated actuator, an electrically operated heating element, etc.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Stromversorgungspfad mindestens ein elektrisches Verbindungssystem umfasst. Dies ist besonders vorteilhaft für Steckverbindungen, weil speziell Steckverbindungen aufgrund der Anforderung nach einer lösbaren Verbindung besonders anfällig für anomale Degradationsphänomene wie Reibkorrosion usw. sind. Der Stromversorgungspfad kann dann insbesondere die Leitung (z.B. ein Kabel) sowie die zugehörigen Stecker bzw. Steckverbindungen umfassen. Jedoch ist das Verbindungssystem nicht darauf beschränkt und kann z.B. auch eine verschraubte Verbindung sein.In one development, the power supply path includes at least one electrical connection system. This is particularly advantageous for connectors because connectors in particular are particularly susceptible to abnormal degradation phenomena such as fretting, etc., due to the requirement for a detachable connection. The power supply path can then in particular include the line (eg a cable) and the associated plug or plug-in connections. However, the connection system is not limited to this and can also be a screwed connection, for example.
Es ist eine Weiterbildung, dass das erste Ende und/oder das zweite Ende des Stromversorgungspfads eine elektronische Sicherung aufweist, in welche die jeweilige Messvorrichtung integriert ist. Dies ergibt den Vorteil, dass die Spannung an der elektronischen Sicherung (auch als „E-Fuse“ bekannt) ohne zusätzlichen Messaufwand gemessen werden kann, da eine Spannungsmessfunktion an elektronischen Sicherungen bereits bauteilbedingt vorgesehen ist. Die elektronische Sicherung kann in einen Anschluss zu dem Stromversorgungspfad einer mit dem Stromversorgungspfad verbundenen Komponente integriert sein.In one development, the first end and/or the second end of the power supply path has an electronic fuse, in which the respective measuring device is integrated. This has the advantage that the voltage on the electronic fuse (also known as "E-Fuse") can be measured without additional measurement effort, since a voltage measurement function is already provided on electronic fuses due to the component. The electronic fuse can be integrated into a connection to the power supply path of a component connected to the power supply path.
Die Auswerteeinrichtung kann eine eigenständige Auswerteeinheit sein oder funktional in eine bereits vorhandene Datenverarbeitungseinrichtung integriert sein, z.B. in einen Bordcomputer. Die Auswerteeinrichtung ist insbesondere in diesem Fall eine Komponente des Energiebordnetzes bzw. des das Energiebordnetz aufweisenden Fahrzeugs, z.B. der Bordcomputer. Die Auswerteeinrichtung kann aber auch außerhalb des Fahrzeugs verortet sein, und mit den Spannungsmessvorrichtungen beispielsweise über ein Netzwerk drahtlos kommunikativ gekoppelt sein. In diesem Fall kann die Auswerteeinrichtung beispielsweise ein entsprechend programmierter Netzwerk-Server oder ein Cloud-Rechner sein (sog. „Backend“). Das Energiebordnetz einschließlich der Auswerteeinrichtung kann dann auch als Energiebordnetzsystem o.ä. bezeichnet werden.The evaluation device can be an independent evaluation unit or functionally integrated into an already existing data processing device, e.g. in an on-board computer. In this case in particular, the evaluation device is a component of the on-board power supply system or of the vehicle that has the on-board power supply system, e.g. the on-board computer. However, the evaluation device can also be located outside of the vehicle and can be wirelessly communicatively coupled to the voltage measuring devices, for example via a network. In this case, the evaluation device can be a correspondingly programmed network server or a cloud computer (so-called “backend”), for example. The on-board electrical system including the evaluation device can then also be referred to as an on-board electrical system or the like.
Wie oft die Spannungswerte innerhalb des vorgegebenen Zeitraums einen vorgegebenen Grenzwert erreichen oder unterschreiten, kann in einer Weiterbildung umfassen, dass alle Spannungswerte in dem (Beobachtungs- oder Überwachungs-) Zeitraum hinzugerechnet wird, die den Grenzwert erreichen oder unterschreiten. Dies entspricht insbesondere einem Inkrementieren des Zählerwerts mit jedem neu hinzugekommenen solchen Spannungswert.In one development, how often the voltage values within the specified period reach or fall below a specified limit value can include adding all voltage values in the (observation or monitoring) period that reach or fall below the limit value. This corresponds, in particular, to an incrementing of the counter value with each newly added such voltage value.
Wie oft die Spannungswerte innerhalb des vorgegebenen Zeitraums einen vorgegebenen Grenzwert erreichen oder unterschreiten, kann in einer anderen Weiterbildung umfassen, dass zum Zählerwert jeder Spannungseinbruch einmal gezählt wird, bei dem zumindest ein Spannungswert den Grenzwert in dem Zeitraum erreicht oder unterschreitet, beispielsweise ein spitzenförmiger Spannungseinbruch. Umfasst der Spannungseinbruch mehrere Spannungswerte, die den Grenzwert erreichen oder unterschreiten, so werden diese zusammen nur einmal gezählt. Zwei aufeinanderfolgende Spannungseinbrüche können beispielsweise dadurch voneinander unterschieden werden, dass zwischen Ihnen ein gewisser Spannungsanstieg liegt. Dies entspricht insbesondere einem Inkrementieren des Zählerwerts mit jedem neu hinzugekommenen solchen Spannungseinbruch.In another development, how often the voltage values within the specified period reach or fall below a specified limit value can include counting once for the counter value each voltage dip in which at least one voltage value reaches or falls below the limit value in the period, for example a peak-shaped voltage dip. If the voltage dip includes several voltage values that reach or fall below the limit value, these are only counted together once. For example, two consecutive voltage dips can be distinguished from one another by the fact that there is a certain voltage rise between them. This corresponds, in particular, to an incrementing of the counter value with each newly added such voltage dip.
Fällt ein Spannungswert oder Spannungseinbruch zeitlich aus dem Zeitraum heraus, kann der Zählerwert entsprechend verringert bzw. dekrementiert werden.If a voltage value or voltage dip falls outside of the time period, the counter value can be reduced or decremented accordingly.
Der mindestens eine Zählerschwellwert n_th ist eine natürliche Zahl und kann beliebig festgelegt werden, z.B. zu n_th = 1, 2, 3, 4, ... usw. Je höher der Zählerschwellwert ist, desto tendenziell weniger kritisch ist in der Regel der mit dem zugehörigen Spannungsgrenzwert assoziierte Degradationszustand. Ist der Zählerschwellwert jedoch z.B. auf n_th = 1 festgesetzt, bedeutet dies, dass schon das einmalige Erreichen oder Unterschreiten des zugehörigen Spannungsgrenzwerts einen zuverlässigen Hinweis auf einen bestimmten Degradationszustand gibt. Ein solcher Grenzwert kann auch als kritische Unterspannungsmarke bezeichnet werden und insbesondere als Hinweis auf einen anomal degradierten Stromversorgungspfad angesehen werden.The at least one counter threshold value n_th is a natural number and can be defined arbitrarily, e.g. to n_th = 1, 2, 3, 4, ... etc. The higher the counter threshold value, the less critical the associated counter tends to be Stress Limit Associated Degradation State. However, if the counter threshold value is set to n_th = 1, for example, this means that reaching or falling below the associated voltage limit value provides a reliable indication of a specific degradation state. Such a limit value can also be referred to as a critical undervoltage mark and in particular can be seen as an indication of an abnormally degraded power supply path.
Der Vergleich des Zählwerts mit dem Zählerschwellwert kann grundsätzlich beliebig umgesetzt sein. So kann der Zählwert beginnend mit dem Wert 0 inkrementiert werden und überwacht werden, wann sein Inhalt dem Zählerschwellwert entspricht. Alternativ kann der Zählwert beginnend mit dem Zählerschwellwert dekrementiert werden und überwacht werden, wann sein Inhalt dem Wert null entspricht. Sollte im Folgenden eine dieser beiden Methoden konkret beschrieben sein, ist die andere Methode mitgemeint.In principle, the comparison of the counter value with the counter threshold value can be implemented in any way. In this way, the counter value can be incremented starting with the
Es ist eine Weiterbildung, dass durch die Auswerteeinrichtung überprüft wird, wie oft die Spannungswerte genau einen vorgegebenen Grenzwert erreichen oder unterschreiten. Es ist eine Weiterbildung, dass durch die Auswerteeinrichtung überprüft wird, wie oft die Spannungswerte jeweils mehrere vorgegebenen Grenzwerte erreichen oder unterschreiten, also z.B. wie oft ein erster Grenzwert erreicht oder unterschritten wird, wie oft im gleichen Zeitraum zweiter, insbesondere niedrigerer Grenzwert erreicht oder unterschritten wird, usw. Letzteres ermöglicht vorteilhafterweise eine Feststellung auf das Vorliegen unterschiedlicher Degradationszustände, z.B. „leicht degradiert“, „stark degradiert“, und damit auch eine gestufte Reaktion darauf.In a further development, the evaluation device checks exactly how often the voltage values reach or fall below a specified limit value. In a further development, the evaluation device checks how often the voltage values reach or fall below a number of predetermined limit values, ie how often a first limit value is reached or fallen below, how often in the same period of time a second, particularly lower limit value is reached or fallen below, etc. The latter advantageously enables a determination of the presence of different degradation states, eg “slightly degraded”, “severely degraded”, and thus also a graded reaction thereto.
Der vorgegebene Zeitraum kann z.B. der ab Anschalten, Fahrtantritt, usw. eines Fahrzeugs vergangene Zeitraum sein, dessen Dauer sich somit, auch variabel verhalten kann. Der Zeitraum kann auch abhängig vom Lebensdauerzeitpunkt, einer definierten Fahrsituation (z.B. einem Einparkvorgang) oder der bisherigen Fehlerhistorie angepasst werden. Der vorgegebene Zeitraum kann sogar die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs umfassen. Der vorgegebene Zeitraum kann aber auch ein mitlaufendes Zeitfenster sein, z.B. die letzten 100 ms, 1 s, 10 s, 1 min, 10 min, usw.The specified period of time can, for example, be the period of time that has elapsed since the vehicle was switched on, the start of a journey, etc., the duration of which can therefore also be variable. The period can also be adjusted depending on the service life time, a defined driving situation (e.g. a parking maneuver) or the previous error history. The predetermined period of time can even include the entire service life of the vehicle. However, the specified period can also be a running time window, e.g. the last 100 ms, 1 s, 10 s, 1 min, 10 min, etc.
Das Feststellen des Degradationszustands kann in einer Weiterbildung durch Messen bzw. Auswerten der Spannungswerte an nur einem Ende des Stromversorgungspfads bzw. an nur einer der an den Stromversorgungspfad angeschlossenen Komponenten durchgeführt werden, was sich besonders einfach und preiswert umsetzen lässt.In one development, the degradation state can be determined by measuring or evaluating the voltage values at only one end of the power supply path or at only one of the components connected to the power supply path, which can be implemented particularly easily and inexpensively.
Das Feststellen des Degradationszustands kann aber auch durch Messen bzw. Auswerten der Spannungswerte an beiden Enden des Stromversorgungspfads bzw. an beiden an den Stromversorgungspfad angeschlossenen Komponenten durchgeführt werden: So ist es eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Messvorrichtung
- - eine erste Messvorrichtung zum Messen von ersten Spannungswerten an einem ersten Ende des Stromversorgungspfads und
- - eine zweite Messvorrichtung zum Messen von Spannungswerten an einem zweiten Ende des Stromversorgungspfads
- - einen ersten Zählwert zu bestimmen, der angibt, wie oft die ersten Spannungswerte innerhalb des vorgegebenen Zeitraums einen vorgegebenen ersten Grenzwert erreichen oder unterschreiten und
- - einen zweiten Zählwert zu bestimmen, der angibt, wie oft die zweiten Spannungswerte innerhalb des vorgegebenen Zeitraum einen vorgegebenen zweiten Grenzwert erreichen oder unterschreiten,
- - a first measuring device for measuring first voltage values at a first end of the power supply path and
- - a second measuring device for measuring voltage values at a second end of the power supply path
- - to determine a first counter value, which indicates how often the first voltage values within the predetermined period of time reach or fall below a predetermined first limit value and
- - to determine a second counter value, which indicates how often the second voltage values within the predetermined period of time reach or fall below a predetermined second limit value,
Es ist eine Weiterbildung, dass der erste Zählerschwellwert n_th1 und der zweite Zählerschwellwert n_th2 gleich sind, also n_th = n_th1 = n_th2 gilt. Ein bestimmter Degradationszustand des Stromversorgungspfads wird also dann festgestellt, wenn sowohl der erste Zählerschwellwert n_th-mal als auch der zweite Zählerschwellwert n_th-mal erreicht wird.In one development, the first counter threshold value n_th1 and the second counter threshold value n_th2 are the same, ie n_th=n_th1=n_th2 applies. A specific degradation state of the power supply path is thus determined when both the first counter threshold value is reached n_th times and the second counter threshold value is reached n_th times.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der erste Zählerschwellwert und der zweite Zählerschwellwert unterschiedlich sind. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine besonders zuverlässige Detektion von vorliegenden Degradationserscheinungen. Darüber hinaus kann das Degradationsausmaß bzw. der Degradationsgrad besser abgeschätzt und eine detailliertere Aussage bezüglich einer Ausfallwahrscheinlichkeit bzw. des Ausfallzeitpunkts gegeben werden. Durch diese Ausgestaltung können zudem kleinere Degradationserscheinungen früher detektiert werden.In one configuration, the first counter threshold value and the second counter threshold value are different. This advantageously enables a particularly reliable detection of existing degradation phenomena. In addition, the extent or degree of degradation can be better estimated and a more detailed statement can be made regarding a probability of failure or the time of failure. This configuration also allows smaller degradation phenomena to be detected earlier.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Grenzwert (d.h., der einzige Grenzwert oder der erste und/oder der zweite Grenzwert) ein an mindestens einen Umgebungsparameter und/oder ein an eine Alterung des Stromversorgungspfads variabel anpassbarer Grenzwert ist. So wird der Vorteil erreicht, dass Umgebungseffekte, welche den ohmschen Widerstand des Stromversorgungspfads beeinflussen, aber nicht auf einer anomalen Degradation beruhen, mitberücksichtigt werden, wodurch wiederum die Wahrscheinlichkeit für Fehlfeststellungen bzw. Fehlalarme deutlich verringerbar ist. Dass der Grenzwert ein variabel anpassbarer Grenzwert ist, kann auch so ausgedrückt werden, dass der Grenzwert ein von mindestens einem Umgebungsparameter abhängiger Grenzwert ist.In a further development, the limit value (i.e. the only limit value or the first and/or the second limit value) is a limit value which can be variably adapted to at least one environmental parameter and/or an aging of the power supply path. This achieves the advantage that environmental effects that influence the ohmic resistance of the power supply path but are not based on abnormal degradation are also taken into account, which in turn significantly reduces the probability of erroneous determinations or false alarms. The fact that the limit value is a variably adaptable limit value can also be expressed in such a way that the limit value is a limit value that is dependent on at least one environmental parameter.
Es ist eine Weiterbildung, dass der mindestens eine Umgebungsparameter eine Temperatur des Stromversorgungspfads und/oder eine Feuchtigkeit im Bereich des Stromversorgungspfads umfasst und also der Grenzwert davon abhängig ist.In one development, the at least one environmental parameter includes a temperature of the power supply path and/or humidity in the area of the power supply path, and the limit value is therefore dependent on this.
Die Berücksichtigung der Temperatur des Stromversorgungspfads ist besonders vorteilhaft, weil ihr ohmscher Widerstand und damit auch die darüber abfallende Spannung merklich von der Temperatur abhängt. So wiederum wird der Vorteil erreicht, dass die Wahrscheinlichkeit einer Fehlerkennung oder einer Nichterkennung einer anomalen Degradation merklich verringert wird. Die Temperatur kann z.B. über einen Temperatursensor gemessen werden, aus einer Temperatur in dem Motorraum des Fahrzeugs und/oder aus einer Umgebungstemperatur des Fahrzeugs abgeschätzt werden.Taking the temperature of the power supply path into account is particularly advantageous because its ohmic resistance and thus also the voltage drop across it depend noticeably on the temperature. Thus, in turn, the advantage is achieved that the probability of error detection or non-detection of abnormal degradation is noticeably reduced. The temperature can, for example, be measured via a temperature sensor, estimated from a temperature in the engine compartment of the vehicle and/or from an ambient temperature of the vehicle.
Es ist auch möglich, die Temperatur des Stromversorgungspfads über eine Stromstärke eines dadurch fließenden Stroms oder durch eine Betrachtung einer Stromhistorie durch den Stromversorgungspfad abzuschätzen, z.B. auf der Basis von - beispielsweise in einer Tabelle oder Kennlinie abgelegten - Erfahrungswerten oder durch modellgestützte Abschätzungen. Je höher die Stromstärke ist, desto höher ist üblicherweise auch die Temperatur des Stromversorgungspfads. Der Grenzwert kann folglich auch ein von der Stromstärke des durch den Stromversorgungspfad fließenden Stroms abhängiger Grenzwert sein.It is also possible to estimate the temperature of the power supply path via a current strength of a current flowing through it or by considering a current history through the power supply path, e.g. on the basis of empirical values stored, for example, in a table or characteristic curve, or by model-based estimates. Typically, the higher the current, the higher the temperature of the power supply path. Consequently, the limit value can also be a limit value that is dependent on the current strength of the current flowing through the power supply path.
Die Feuchtigkeit kann durch Kriechströme ebenfalls den ohmschen Widerstand des Stromversorgungspfads beeinflussen: je höher die Feuchtigkeit ist, desto stärker sinkt typischerweise der Widerstand. Die Feuchtigkeit kann z.B. eine Luftfeuchtigkeit in der Umgebung des Fahrzeugs sein.Humidity can also affect the ohmic resistance of the power supply path through leakage currents: the higher the humidity, the more the resistance typically drops. The humidity can be, for example, air humidity in the environment of the vehicle.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Grenzwert ein von einer (zulässigen) Alterung des Stromversorgungspfads abhängiger Grenzwert ist. So wird der Vorteil erreicht, zwischen einer zulässigen Alterung der Stromleitung und einer „anomalen“ Degradation, z.B. aufgrund von Verschleißerscheinungen, Komponenten-, Montage- und/oder Materialdefekten usw. unterschieden werden kann. Dies ist vorteilhaft, weil der Effekt einer zulässigen Alterung einem Hersteller des Fahrzeugs typischerweise bekannt ist und z.B. durch übliche Wartungen behoben werden kann und deshalb in der Regel nicht zu einem Ausfall des Stromversorgungspfads während eines Fahrbetriebs führt. Die anomale Degradation ist hingegen bei der Auslegung des Energiebordnetzes nicht vorhersagbar und deshalb besonders kritisch, da sie zu einem unvorhergesehenen Ausfall des Stromversorgungspfads führen kann. Dass der Grenzwert ein von einer zulässigen Alterung der Stromleitung abhängiger Grenzwert ist, kann beispielsweise so umgesetzt sein, dass er sich mit steigendem Alter oder Betriebsdauer des Fahrzeugs oder der Stromleitung ändert, z.B. erhöht wird.In one development, the limit value is a limit value that is dependent on (permissible) aging of the power supply path. This has the advantage of being able to distinguish between permissible aging of the power line and "abnormal" degradation, e.g. due to signs of wear, component, assembly and/or material defects, etc. This is advantageous because the effect of permissible aging is typically known to a manufacturer of the vehicle and can be remedied, for example, through normal maintenance and therefore generally does not lead to a failure of the power supply path during driving operation. The abnormal degradation, on the other hand, cannot be predicted when designing the on-board energy supply system and is therefore particularly critical, since it can lead to an unforeseen failure of the power supply path. The fact that the limit value is a limit value that is dependent on a permissible aging of the power line can, for example, be implemented in such a way that it changes, e.g. is increased, with increasing age or the service life of the vehicle or the power line.
Es ist eine Weiterbildung, dass die variablen Grenzwerte mit ihren Einflussparametern in Tabellen oder als zwei- oder mehrdimensionale Kennlinien abgespeichert und abrufbar sind. Die können aber auch als von ihren Einflussparametern abhängigen Funktionen bereitgestellt werden.In a further development, the variable limit values with their influencing parameters are stored and can be called up in tables or as two-dimensional or multi-dimensional characteristic curves. However, they can also be provided as functions dependent on their influencing parameters.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch Fahrzeug, das ein Energiebordnetz wie oben beschrieben aufweist. Das Fahrzeug kann analog zu dem Energiebordnetz ausgebildet werden, und umgekehrt, und weist die gleichen Vorteile auf.The object is also achieved by a vehicle that has an on-board power supply system as described above. The vehicle can be designed analogously to the on-board power supply system and vice versa, and has the same advantages.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Fahrzeug dazu eingerichtet ist, nach Erkennung eines bestimmten, insbesondere anomalen, Degradationszustands mindestens eine Aktion auszulösen. Es ist eine Weiterbildung davon, dass die mindestens eine Aktion mindestens eine Aktion aus der Gruppe: Ausgeben eines Hinweises an einen Fahrer, eine Servicestation (z.B. eine Werkstatt) und/oder einen Hersteller des Fahrzeugs; Gezieltes Abschalten des durch Degradation betroffenen Pfads, um ein thermisches Ereignis zu unterbinden; Abspeichern einer Meldung im Fehlerspeicher umfasst.In one configuration, the vehicle is set up to trigger at least one action after a specific, in particular abnormal, degradation state has been detected. A further development thereof is that the at least one action is at least one action from the group: outputting a message to a driver, a service station (e.g. a workshop) and/or a manufacturer of the vehicle; Targeted shutdown of the path affected by degradation to prevent a thermal event; Saving a message in the error memory includes.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Feststellen eines bestimmten, insbesondere anomalen, Degradationszustands eines Stromversorgungspfads eines Energiebordnetzes eines Fahrzeugs, bei dem
- - an zumindest einem Ende des Stromversorgungspfads Spannungswerte gemessen wird,
- - ein Zählwert bestimmt wird, der angibt, wie oft die Spannungswerte innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums einen vorgegebenen Grenzwert erreichen oder unterschreiten und
- - dann, wenn der Zählwert einen vorgegebenen Zählerschwellwert erreicht oder überschreitet, ein zugehöriger Degradationszustand des Stromversorgungspfads festgestellt wird.
- - voltage values are measured at at least one end of the power supply path,
- - a counter value is determined, which indicates how often the voltage values within a predetermined period of time reach or fall below a predetermined limit value and
- - If the counter value reaches or exceeds a predetermined counter threshold value, an associated degradation state of the power supply path is determined.
Das Verfahren kann analog zu dem Energiebordnetz und dem Fahrzeug ausgebildet werden, und umgekehrt, und weist die gleichen Vorteile auf.The method can be designed analogously to the on-board power supply system and the vehicle, and vice versa, and has the same advantages.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.
-
1 zeigt eine vereinfachte Skizze eines Bordnetzes eines Fahrzeugs; -
2 zeigt einen Ausschnitt aus derSkizze aus 1 ; -
3 zeigt einen Verlauf von an einem Ende eines Stromversorgungspfads des Bordnetzes aus1 aufgenommenen Spannungswerten für einen nicht degradierten Stromversorgungspfad; -
4 zeigt einen Verlauf von an einem Ende eines Stromversorgungspfads des Bordnetzes aus1 aufgenommenen Spannungswerten für einen degradierten Stromversorgungspfad; -
5 zeigt zwei zeitgleich aufgenommene Verläufe von an beiden Enden eines Stromversorgungspfads des Bordnetzes aus1 aufgenommenen Spannungswerten für einen degradierten Stromversorgungspfad; und -
6 zeigt einen möglichen Ablauf des Verfahrens für die in5 beschriebene Messsituation.
-
1 shows a simplified sketch of a vehicle electrical system; -
2 shows a section of thesketch 1 ; -
3 shows a course from at one end of a power supply path of the vehicleelectrical system 1 sampled voltage values for a non-degraded power supply path; -
4 shows a course of at one end of a power supply path of the vehicle electrical system out1 recorded voltage values for a degraded power supply path; -
5 shows two simultaneously recorded curves from both ends of a power supply path of the vehicleelectrical system 1 sampled voltage values for a degraded power supply path; and -
6 shows a possible procedure for the in5 described measurement situation.
Ein Pluspol der Batterie 3 ist über eine weitere verschraubte Stromleitung Ls an einen ersten Stromverteiler 5 angeschlossen, der über noch eine weitere verschraubte Stromleitung Ls an einen zweiten Stromverteiler 6 angeschlossen ist. An den ersten Stromverteiler 5 können noch weitere Komponenten des Bordnetzes 1 angeschlossen sein (o. Abb.). Der zweite Stromverteiler 6 ist außerdem über noch eine verschraubte Stromleitung Ls an einen Pluspol des Generators 2 angeschlossen und über ein Kabel 8 gesteckt an einen Verbraucher 7 angeschlossen. Der Verbraucher 7 ist über eine Stromleitung Lst an die Karosserie 4 angeschlossen. Der Verbraucher 7 kann z.B. eine elektrische angetriebene Lenkung 7a sein.A positive pole of the
Vorliegend existiert unter anderem ein Stromversorgungspfad SVP zwischen dem zweiten Stromverteiler 6 und dem Verbraucher 7, der das Kabel 8, eine erste elektrische Steckverbindung St1 des Kabels 8 mit dem zweiten Stromverteiler 6 und eine zweite elektrische Steckverbindung St2 des Kabels 8 mit dem zweiten Stromverteiler 6 umfasst.In the present case, there is a power supply path SVP between the
Die Absicherung des Stromversorgungspfads SVP und damit des Verbrauchers 7 erfolgt über eine in den zweiten Stromverteiler 6 integrierte elektronische Sicherung 12, mittels der die daran anliegende Spannung U (12) und/oder der durch sie und damit auch durch den Stromversorgungspfad SVP fließende Strom messbar sind. In die elektronische Sicherung 12 sind somit eine Spannungsmessvorrichtung und vorteilhafterweise auch eine Strommessvorrichtung funktional integriert. Am anderen Ende des Stromversorgungspfads SVP befindet sich in oder an dem Verbraucher 7 eine Spannungsmessvorrichtung 13, an der eine Spannung U (13) messbar ist und die in einer Weiterbildung ebenfalls als elektronische Sicherung ausgebildet sein kann. Die Spannungen U (12) und U (13) werden vorteilhafterweise mit einer gleichen Messrate gemessen.The power supply path SVP and thus the
Auch andere Leitungen oder Zweige des zweiten Stromverteilers 6 können mit jeweiligen elektronischen Sicherungen abgesichert sein (o. Abb.).Other lines or branches of the
Die Spannungsmessvorrichtungen 12, 13, usw. sind mit Datenleitungen 9 verbunden, über die davon gemessene elektrische Spannungen und/oder Ströme bzw. deren Messwerte an eine Auswerteeinrichtung, hier beispielhaft in Form eines Bordcomputers 10, übertragbar sind.The
Der zweite Stromverteiler 6 weist ferner einen Ausgang zu dem ersten Stromverteiler 5 und mindestens einen weiteren Stromversorgungsausgang, wie hier zu einem Verbraucher 11 angedeutet, auf.The
Wieder zurückkehrend zu
Je nachdem, wie die untere Grenzspannung Ug (13) gewählt ist, kann dann immer noch ein gesunder Stromversorgungspfad SVP vorliegen, oder nicht. So kann die untere Grenzspannung Ug (13) so tief gewählt sein, dass ihr einmaliges Erreichen oder Unterschreiten bereits als zuverlässiger Hinweis auf einen anomal degradierten Stromversorgungspfad angesehen werden, also n_th = 1 gilt. Eine solcher unterer Grenzwert Ug (13) kann auch als kritische Unterspannungsmarke bezeichnet werden.Depending on how the lower limit voltage U g (13) is selected, a healthy power supply path SVP can still be present or not. For example, the lower limit voltage U g (13) can be chosen so low that once it is reached or fallen below it can already be regarded as a reliable indication of an abnormally degraded power supply path, ie n_th=1 applies. Such a lower limit value U g (13) can also be referred to as a critical undervoltage mark.
Während die Spannungswerte U (12) den ihnen zugehörigen Grenzwert Ug (12) bei drei Spannungseinbrüchen erreichen oder unterschreiten (entsprechend n [U (12)] = 3), erreichen oder unterschreiten die Spannungswerte U (13) den ihnen zugehörigen Grenzwert Ug (13) bei vier Spannungseinbrüchen (entsprechend n [U (13)] = 4). Dies kann, je nach eingestellten Schwellwerten n_th1 = n_th [U (12)] bzw. n_th2 = n_th [U (13)] für oder gegen einen, z.B. anomal, degradierten Stromversorgungspfad sprechen.While the voltage values U (12) reach or fall below their associated limit value U g (12) with three voltage dips (corresponding to n [U (12)] = 3), the voltage values U (13) reach or fall below their associated limit value U g (13) with four voltage dips (corresponding to n [U (13)] = 4). Depending on the set threshold values n_th1 = n_th [U (12)] or n_th2 = n_th [U (13)], this can speak for or against an abnormally degraded power supply path, for example.
Mit Beginn des Verfahrens werden in einem Schritt S1 die Spannungswerte U(12) und U(13) kontinuierlich bzw. quasi-kontinuierlich mit möglichst gleicher Messrate gemessen. At the beginning of the method, in a step S1, the voltage values U(12) and U(13) are measured continuously or quasi-continuously with the same measuring rate as possible.
In einem Schritt S2 werden jeweilige Verläufe der in Schritt S1 gemessenen Spannungswerte U (12) und U (13) daraufhin ausgewertet, ob Spannungseinbrüche als „Event“ jeweilige Grenzwerte U9 (12) bzw. Ug (13) erreichen oder unterschreiten.In a step S2, the respective curves of the voltage values U (12) and U (13) measured in step S1 are evaluated to determine whether voltage dips as an “event” reach or fall below the respective limit values U 9 (12) or U g (13).
Ist dies nicht der Fall („N“), wird zu Schritt S2 zurückverzweigt.If this is not the case (“N”), the process branches back to step S2.
Ist dies hingegen der Fall („J“), wird in einem Schritt S3 für jeden neu hinzugekommenen solchen Spannungseinbruch der zugehörige Zählwert n [(U (12)] bzw. n [(U (13)] um eins inkrementiert. Tritt also z.B. in dem Verlauf der Spannungswerte U (12) ein neuer Spannungseinbruch auf, der den Grenzwert Ug (12) von oben kommend erreicht oder unterschreitet, so wird der Zählwert n [(U (12)] gemäß n [(U (12)] := n [(U (12)] + 1 inkrementiert.If, on the other hand, this is the case (“Y”), in a step S3 the associated counter value n [(U(12)] or n [(U(13)]) is incremented by one for each newly added such voltage dip in the course of the voltage values U (12) a new voltage dip occurs, which reaches or falls below the limit value U g (12) coming from above, the count value n [(U (12)] according to n [(U (12)] := n[(U(12)] + 1 incremented.
Zusätzlich wird der Zählwert n [(U(12)] um diejenigen Spannungseinbrüche verringert, die aus dem vorgegebenen Zeitraum herausgefallen sind.In addition, the counter value n [(U(12)]) is reduced by those voltage dips that have fallen outside of the specified time period.
Diese Schema wird analog auf den Verlauf der Spannungswerte U(13) angewandt.This scheme is applied analogously to the course of the voltage values U(13).
In einem Schritt S4 wird überprüft, ob der Zählwert n [(U (12)] den zugehörigen Schwellwert n_th [U (12)] erreicht, und es wird überprüft, ob der Zählwert n [(U (13)] den zugehörigen Schwellwert n_th [U (13)] erreicht.In a step S4, it is checked whether the count value n [(U (12)] reaches the associated threshold value n_th [U (12)], and it is checked whether the count value n [(U (13)]] exceeds the associated threshold value n_th [U(13)] reached.
Falls beide Bedingungen nicht zusammen erfüllt sind („N“), wird zu Schritt S2 zurückverzweigt.If both conditions are not met together ("N"), the process branches back to step S2.
Sind jedoch beide Bedingungen zusammen erfüllt („J“), entspricht dies einer Feststellung eines bestimmten, z.B. anomalen, Degradationszustands, und es wird folgend in einem Schritt S5 mindestens eine Aktion ausgelöst.However, if both conditions are met together ("Y"), this corresponds to a determination of a specific, e.g. abnormal, degradation state, and at least one action is then triggered in a step S5.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.Of course, the present invention is not limited to the embodiment shown.
So kann in Schritt S4 mit der dort angegebenen Bedingung auch noch mindestens eine weitere Bedingung logisch UND-verknüpft oder ODER-verknüpft werden. Beispielsweise kann ein anomaler Degradationszustand auch erkannt werden, wenn nur eine der beiden Bedingungen erfüllt ist, aber der zugehörige Zählwert n [(U (12)] bzw. n [(U (13)] sehr hoch ist. Dies kann auch als eine Variante einer - grundsätzlich immer möglichen - gestuften Grenzwertüberwachung angesehen werden.In step S4, at least one further condition can be logically ANDed or ORed with the condition specified there. For example, an abnormal degradation state can also be detected if only one of the two conditions is met, but the associated count value n[(U(12)] or n[(U(13)] is very high. This can also be used as a variant of a - basically always possible - graded limit value monitoring.
Allgemein kann unter „ein“, „eine“ usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck „genau ein“ usw.In general, "a", "an" etc. can be understood as a singular or a plural number, in particular in the sense of "at least one" or "one or more" etc., as long as this is not explicitly excluded, e.g. by the expression "exactly a" etc.
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.A numerical specification can also include exactly the specified number as well as a usual tolerance range, as long as this is not explicitly excluded.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Energiebordnetzpower supply system
- 22
- Generatorgenerator
- 33
- Batteriebattery
- 44
- Karosseriebody
- 55
- Erster StromverteilerFirst power distributor
- 66
- Zweiter StromverteilerSecond power distributor
- 77
- Elektrischer Verbraucherelectrical consumer
- 7a7a
- Elektrisch angetriebene LenkungElectrically powered steering
- 88th
- KabelCable
- 99
- Datenleitungdata line
- 1010
- Bordcomputeron-board computer
- 1111
- Elektrischer Verbraucherelectrical consumer
- 1212
- Elektronische SicherungElectronic fuse
- 1313
- Spannungsmessvorrichtungtension measuring device
- 1414
- Leitungspfadconduction path
- 1515
- Steckverbindungselementconnector element
- 1616
- Steckverbindungsgegenelementmating mating element
- CC
- Fahrzeugvehicle
- S1-S5S1-S5
- Verfahrensschritteprocess steps
- SVPSVP
- Stromversorgungspfadpower path
- St1St1
- Erste elektrische SteckverbindungFirst electrical plug connection
- St2St2
- Zweite elektrische SteckverbindungSecond electrical connector
- tt
- Zeittime
- Uu
- Spannungtension
- U(12)U(12)
-
An der elektronischen Sicherung 12 gemessener SpannungswertVoltage value measured on the
electronic fuse 12 - U(13)U(13)
-
An der Spannungsmessvorrichtung 13 gemessener SpannungswertVoltage value measured at the
voltage measuring device 13 - Ug(12)Ug(12)
- Grenzwert für die Spannungswerte U(12)Limit value for the voltage values U(12)
- Ug(13)Ug(13)
- Grenzwert für die Spannungswerte U(13)Limit value for the voltage values U(13)
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021115840.0A DE102021115840A1 (en) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | Determining a state of degradation of a power supply path of an on-board power supply |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021115840.0A DE102021115840A1 (en) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | Determining a state of degradation of a power supply path of an on-board power supply |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021115840A1 true DE102021115840A1 (en) | 2022-12-22 |
Family
ID=84283785
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102021115840.0A Pending DE102021115840A1 (en) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | Determining a state of degradation of a power supply path of an on-board power supply |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102021115840A1 (en) |
Citations (2)
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---|---|---|---|---|
DE102013207775A1 (en) | 2013-04-29 | 2014-10-30 | Lisa Dräxlmaier GmbH | Device for detecting a fault in an electrical line |
DE102017122692A1 (en) | 2017-09-29 | 2019-04-04 | Lisa Dräxlmaier GmbH | Test apparatus and test method for testing a data cable for a motor vehicle by means of differential voltage levels |
-
2021
- 2021-06-18 DE DE102021115840.0A patent/DE102021115840A1/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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