DE102021207476A1

DE102021207476A1 - Method for operating an on-board network

Info

Publication number: DE102021207476A1
Application number: DE102021207476.6A
Authority: DE
Inventors: Nikolai Jakuba; Richard Schoettle; Nils Draese; Alexander Fuchs; Felix Hoos
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-07-14
Filing date: 2021-07-14
Publication date: 2023-01-19

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes (12, 32), wobei das Bordnetz (12, 32) eine Anzahl von Ring-Knoten aufweist, die in einer Ring-Architektur angeordnet sind, in jedem der Ring-Knoten zumindest ein Koppelelement vorgesehen ist, in zumindest zwei der Ring-Knoten, die benachbart zueinander sind, jeweils eine Stromrichtung bestimmt wird und die beiden bestimmten Stromrichtungen miteinander verglichen werden, und eine Überwachungseinrichtung vorgesehen ist, die die beiden Stromrichtungen miteinander vergleicht, um einen Fehler zu erkennen.Method for operating a vehicle electrical system (12, 32), the vehicle electrical system (12, 32) having a number of ring nodes which are arranged in a ring architecture, in each of the ring nodes at least one coupling element is provided, in at least two of the ring nodes which are adjacent to one another, a current direction is determined in each case and the two determined current directions are compared with one another, and a monitoring device is provided which compares the two current directions with one another in order to detect an error.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes und ein solches Bordnetz.The invention relates to a method for operating an on-board network and such an on-board network.

Stand der TechnikState of the art

Unter einem Bordnetz ist im automotiven Einsatz die Gesamtheit aller elektrischen Komponenten in einem Kraftfahrzeug zu verstehen. Somit sind davon sowohl elektrische Verbraucher als auch Versorgungsquellen, wie bspw. Batterien, umfasst. Man unterscheidet dabei zwischen dem Energiebordnetz und dem Kommunikationsbordnetz. Zu beachten ist, dass Bordnetze unterschiedliche Spannungsniveaus aufweisen können.In automotive use, an on-board network is to be understood as the entirety of all electrical components in a motor vehicle. This includes both electrical consumers and supply sources, such as batteries. A distinction is made between the on-board power supply and the on-board communication supply. It should be noted that vehicle electrical systems can have different voltage levels.

Es werden in Kraftfahrzeugen Energiebordnetze mit unterschiedlichen Topologien eingesetzt. So sind bspw. baumartige Energieverteilungsbordnetze bekannt, bei denen ein Hauptverteiler als Sternpunkt von Unterverteilern vorgesehen ist. Zu beachten ist, dass aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen an die automatisierten Fahrfunktionen einzelne Funktionen und deren Hardware, wie bspw. die Bordnetz-Verbraucher, redundant ausgeführt werden können.On-board power supply systems with different topologies are used in motor vehicles. For example, tree-like power distribution systems are known in which a main distributor is provided as the star point of sub-distributors. It should be noted that due to the high safety requirements for the automated driving functions, individual functions and their hardware, such as the on-board consumers, can be implemented redundantly.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Bordnetz gemäß Anspruch 7 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.Against this background, a method with the features of claim 1 and a vehicle electrical system according to claim 7 are presented. Embodiments emerge from the dependent claims and from the description.

Das vorgestellte Verfahren dient zum Betreiben eines Bordnetzes, das eine Anzahl von Ring-Knoten aufweist, die in einer Ring-Architektur angeordnet sind. Dabei ist in jedem der Ring-Knoten zumindest ein Koppelelement vorgesehen. In zumindest zwei der Ring-Knoten, die benachbart zueinander sind, wird jeweils eine Stromrichtung bestimmt. Es wird somit in einem ersten Ring-Knoten eine erste Stromrichtung und in einem zweiten Ring-Knoten eine zweite Stromrichtung bestimmt. Die beiden bestimmten Stromrichtungen werden miteinander verglichen. Es ist weiterhin eine Überwachungseinrichtung vorgesehen, die die beiden Stromrichtungen miteinander vergleicht, um einen Fehler zu erkennen.The method presented is used to operate an on-board electrical system that has a number of ring nodes that are arranged in a ring architecture. At least one coupling element is provided in each of the ring nodes. A current direction is determined in at least two of the ring nodes that are adjacent to one another. A first current direction is thus determined in a first ring node and a second current direction is determined in a second ring node. The two current directions determined are compared with one another. A monitoring device is also provided, which compares the two current directions with one another in order to detect an error.

Das beschriebene Bordnetz weist eine Anzahl von Ring-Knoten auf, die in einer Ring-Architektur angeordnet sind. In jedem der Ring-Knoten ist zumindest ein Koppelelement vorgesehen. Das Bordnetz weist eine Überwachungseinrichtung auf und ist zum Durchführen eines Verfahrens der hierin beschriebenen Art eingerichtet.The vehicle electrical system described has a number of ring nodes that are arranged in a ring architecture. At least one coupling element is provided in each of the ring nodes. The vehicle electrical system has a monitoring device and is set up to carry out a method of the type described here.

Die Überwachung findet zwischen benachbarten Ring-Knoten, insbesondere zwischen benachbarten Koppelelementen statt. Sowohl die Leitung zwischen vorne links und vorne rechts wird durch zwei Koppelelemente überwacht, sowie die Leitung zwischen vorne links und zentral links. Jede Versorgungsleitung zwischen zwei Ring-Knoten wird durch die Koppelelemente in den benachbarten Ring-Knoten überwacht. Somit hat jeder Ring-Knoten zwei Koppelelemente, die jeweils die beiden angebundenen Versorgungsleitungen überwachen, natürlich zusammen mit dem Ring-Knoten am anderen Ende der jeweiligen Versorgungsleitung.The monitoring takes place between adjacent ring nodes, in particular between adjacent switching elements. Both the line between the front left and the front right is monitored by two coupling elements, as well as the line between the front left and the center left. Each supply line between two ring nodes is monitored by the coupling elements in the neighboring ring nodes. Each ring node thus has two switching elements, each of which monitors the two connected supply lines, of course together with the ring node at the other end of the respective supply line.

Bei dem vorgestellten Verfahren wird in Ausgestaltung die Versorgung der Bordnetz-Verbraucher, wie bspw. zusätzlicher Sensoren, der Steuergeräte oder der Aktuatoren, bspw. für das manuelle Fahren, sowie der redundanten Bordnetz-Verbraucher, bspw. für das automatisierte oder autonome Fahren, über den gleichen Bordnetzkanal in Form einer Ringstruktur oder über einen zusätzlichen Bordnetzkanal, der als zusätzliche Ringverbindung realisiert werden kann.In the case of the method presented, the on-board power supply consumers, such as additional sensors, the control units or the actuators, e.g. for manual driving, and the redundant on-board power supply consumers, e.g. for automated or autonomous driving, are supplied via the same vehicle electrical system channel in the form of a ring structure or via an additional vehicle electrical system channel, which can be implemented as an additional ring connection.

Es wird somit die Versorgung auf Basis einer Ring-Topologie anstelle einer Baumtopologie realisiert. Zur rückwirkungsfreien Isolation von Bordnetzfehlern wird für spezielle Bordnetzfehler, wie bspw. Leitungsfehler der Hauptversorgung wie Kurzschluss nach Masse, Fehlern in der Steckverbindung der Hauptversorgung wie Kurzschluss nach Masse, eine geeignete Überwachung und Fehlerreaktion bzw. Betriebsstrategie benötigt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass Rückwirkungen von Bordnetzfehlern, bspw. in Verbrauchern, Verteilern und/oder Leitungen, nicht zu einem Betriebspunkt außerhalb des sicheren Betriebsbereichs, insbesondere hinsichtlich der Versorgungsspannung, führen.The supply is thus implemented on the basis of a ring topology instead of a tree topology. In order to isolate vehicle electrical system faults without any repercussions, suitable monitoring and error response or operating strategy is required for specific vehicle electrical system faults, such as line faults in the main supply such as a short circuit to ground, faults in the plug connection of the main supply such as a short circuit to ground. In this way it is ensured that repercussions from vehicle electrical system faults, for example in loads, distributors and/or lines, do not lead to an operating point outside the safe operating range, in particular with regard to the supply voltage.

Eine Überwachungseinrichtung zur Fehlerlokalisierung und Fehlerisolation sollte dabei die Anforderungen an das Energiebordnetz aus vorliegenden Komponentenanforderungen oder Standards sicherstellen. Es wird bspw. die Unterschreitung eines sicherheitskritischen Spannungsniveaus für eine maximale Zeit t_max vermieden. Wird die Unterschreitung eines sicherheitskritischen Unterspannungswerts für eine definierte Zeit nicht gewährleistet, kann es zu einer Funktionsdegradation der involvierten Steuergeräte und im worst-case zu einem Rücksetzen des Steuergeräts bzw. einen ECU-Reset (ECU: electronic control unit) der von der Unterspannung betroffenen Verbraucher führen, wodurch sicherheitsrelevante Funktionen nicht mehr gewährleistet werden können.A monitoring device for fault localization and fault isolation should ensure that the on-board power supply requirements from existing component requirements or standards are met. For example, falling below a safety-critical voltage level is avoided for a maximum time t _max . If the drop below a safety-critical undervoltage value is not guaranteed for a defined period of time, the functions of the control units involved may degrade and, in the worst case, the control unit may be reset or the consumers affected by the undervoltage may be reset (ECU: electronic control unit). result in which safety-related functions can no longer be guaranteed.

Mit dem vorgestellten Verfahren wird eine Fehlerfortpflanzung in Ring-Architekturen bei spezifischen Fehlern im Energiebordnetz vermieden.With the method presented, error propagation in ring architectures is avoided in the case of specific errors in the power supply system.

Durch die Ring-Topologie wird jeder Ring-Knotenpunkt mit Leistungsverteilungsfunktion (Power Hub) über zwei verschiedene Versorgungs-Eingänge versorgt. Der Energiefluss stellt sich daher je nach Lastbedarf und Betriebspunkt im ringförmigen Energiebordnetz ein.Due to the ring topology, each ring node with a power distribution function (power hub) is supplied via two different supply inputs. The energy flow is therefore adjusted depending on the load requirement and the operating point in the ring-shaped on-board energy network.

Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass durch die Implementierung der beschriebenen Überwachungseinrichtung und Einrichtung zur Fehlerlokalisierung und Fehlerisolation bei Auftreten von Bordnetzfehlern die sichere Versorgung von sicherheitsrelevanten Verbrauchern gewährleistet werden kann. Zudem kann eine Fehlerfortpflanzung oder der Ausfall einzelner Teilnetze, bspw. durch Abschneiden der Versorgung, verhindert werden.Furthermore, it must be taken into account that by implementing the described monitoring device and device for fault localization and fault isolation when vehicle electrical system faults occur, the safe supply of safety-relevant consumers can be guaranteed. In addition, error propagation or the failure of individual sub-networks, for example by cutting off the supply, can be prevented.

Spezifische Fehler sind hierbei:

Spannungseinbruch im Energiebordnetz nach Kurzschluss der Hauptversorgungsleitung, bspw. Leitung, Stecker, Steckkontakte usw.,
Spannungseinbruch im Energiebordnetz nach Kurzschluss, bspw. Verbraucher, Verteiler und/oder Leitung, in einem angeschlossenen Verteiler, an einem am Verteiler angeschlossenen Verbraucher oder in einer der Versorgungsleitungen zum Verteiler oder vom Verteiler zum Verbraucher.

Specific errors here are:

Voltage dip in the power supply system after a short circuit in the main supply line, e.g. line, plug, plug contacts, etc.,
Voltage dip in the power supply system after a short circuit, e.g. consumer, distributor and/or line, in a connected distributor, on a consumer connected to the distributor or in one of the supply lines to the distributor or from the distributor to the consumer.

Der Spannungseinbruch bzw. der Bordnetzfehler muss hierbei in äußerst kurzer Zeit, typischerweise im µs-Bereich, isoliert werden, um einen ECU-Reset der für die sicherheitsrelevante Fahrzeugfunktion benötigten Verbraucher zu verhindern.The voltage dip or the vehicle electrical system error must be isolated in an extremely short time, typically in the µs range, in order to prevent an ECU reset of the consumers required for the safety-relevant vehicle function.

Es werden hierin unterschiedliche Ausführungen von Diagnoseverfahren, Fehlerisolationsmechanismen und zugehörige Schaltungsanordnungen vorgestellt.Different implementations of diagnostic methods, fault isolation mechanisms and associated circuitry are presented herein.

Diagnoseverfahren sind bspw:

Messung der Stromrichtung an Koppelelementen,
Messung der Spannung an Koppelelementen,
Messung der Stromstärke an Koppelelementen,
Auswertung/Vergleich der Stromrichtung an zwei benachbarten Schaltungen bzw. Koppelelementen,
Eingriff in die Ansteuerung der benachbarten Koppelelemente, falls die Auswertung bzw. der Vergleich der Stromrichtungen einen Fehler anzeigt.

Examples of diagnostic methods are:

Measurement of the current direction at coupling elements,
Measurement of the voltage at coupling elements,
Measurement of the current strength at coupling elements,
Evaluation/comparison of the current direction on two adjacent circuits or coupling elements,
Intervention in the control of the adjacent coupling elements if the evaluation or comparison of the current directions indicates an error.

Koppelelemente beschreiben hierbei die Schaltelemente in den Ring-Knoten, es wird hierzu auf die nachfolgend erläuterten Figuren verwiesen.In this case, coupling elements describe the switching elements in the ring nodes; in this regard, reference is made to the figures explained below.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Figurenlistecharacter list

1 shows two variants of a ring architecture of a power supply system in two representations.
2 shows partial sections of two vehicle electrical systems in two representations.
3 shows an embodiment of the vehicle electrical system.
4 shows a further embodiment of the vehicle electrical system.
5 shows yet another embodiment of the vehicle electrical system.
6 shows a further embodiment of the vehicle electrical system.
7 shows a possible sequence of the presented method in a flow chart.
8th shows a schematic representation of a diagnostic circuit.
9 shows an embodiment of the vehicle electrical system.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is shown schematically on the basis of embodiments in the drawings and is described in detail below with reference to the drawings.

1 zeigt zwei Varianten einer Ring-Architektur eines Energiebordnetzes, wobei eine erste Variante auf der linken Seite und eine zweite Variante auf der rechten Seite dargestellt ist. 1 shows two variants of a ring architecture of a power supply system, a first variant being shown on the left side and a second variant on the right side.

Zur Verdeutlichung der ersten Variante ist auf der linken Seite ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Bordnetz 12 wiedergegeben, das eine Ring-Architektur aufweist. Die Darstellung zeigt sechs Zonen-Steuergeräte 14, eine 12V-Batterie 16 vorne, eine sekundäre 12V-Batterie 18 hinten und einen Gleichspannungswandler 20 mit Einspeisepunkt 22 vorne.To clarify the first variant, a motor vehicle 10 with an on-board network 12 is shown on the left, which has a ring architecture. The illustration shows six zone controllers 14, a 12V battery 16 at the front, a secondary 12V battery 18 at the rear, and a DC/DC converter 20 with feed point 22 at the front.

Zur Verdeutlichung der zweiten Variante ist auf der rechten Seite ein Kraftfahrzeug 30 mit einem Bordnetz 32 dargestellt, das eine Ring-Architektur aufweist. Die Darstellung zeigt sechs Zonen-Steuergeräte 34, eine 12V-Batterie 36 vorne, eine sekundäre 12V-Batterie 38 hinten und einen Gleichspannungswandler 40 mit Einspeisepunkt 42 vorne. Weiterhin ist ein zusätzlicher 12V-Verteiler (PDU: power distribution unit) 46 vorne vorgesehen, der bspw. in einem Motorraum angeordnet ist. Dieser zusätzliche 12V-Verteiler 46 ist für spezifische Verbraucher, z. B. für Verbraucher mit hoher Stromaufnahme (Konstant- und/oder Spitzenstrom), vorgesehen.To clarify the second variant, a motor vehicle 30 with an on-board network 32 is shown on the right-hand side, which has a ring architecture. The illustration shows six zone Controllers 34, a 12V battery 36 at the front, a secondary 12V battery 38 at the rear and a DC/DC converter 40 with feed point 42 at the front. Furthermore, an additional 12V distributor (PDU: power distribution unit) 46 is provided at the front, which is arranged, for example, in an engine compartment. This additional 12V distributor 46 is for specific consumers such. B. for consumers with high power consumption (constant and / or peak current) provided.

Das vorgestellte Verfahren und das beschriebene Bordnetz sind nicht auf die beiden dargestellten Varianten beschränkt, folgende Eigenschaften sind variabel:

Gleichspannungswandler-Einspeisepunkt,
Batterie-Einspeisepunkte,
Position und Anzahl der zusätzlichen Verteiler PDUs,
Anzahl der Zonen-Steuergeräte,
Art und Anzahl der Energiequellen, anstelle des Gleichspannungswandlers 20 bzw. 40 kann auch ein Generator oder eine ähnliche Komponente vorgesehen sein.

The method presented and the vehicle electrical system described are not limited to the two variants shown, the following properties are variable:

DC-DC converter feed point,
battery feed points,
Position and number of additional distributor PDUs,
number of zone controllers,
Type and number of energy sources, instead of the DC-DC converter 20 or 40, a generator or a similar component can also be provided.

Zur weiteren detaillierten Beschreibung wird im Folgenden lediglich ein Teilausschnitt des Energiebordnetzes betrachtet. Die beschriebenen Eigenschaften und Lösungen sind jedoch auch an anderen Teilbereichen bzw. zwischen anderen benachbarten Zonen-Steuergeräten notwendig.For a further detailed description, only a partial section of the vehicle electrical system is considered below. However, the properties and solutions described are also necessary in other sub-areas or between other adjacent zone control devices.

2 zeigt zwei Varianten einer Ausführungsform des beschriebenen Bordnetzes, wobei jeweils nur ein Teilausschnitt gezeigt ist. 2 nimmt hierbei Bezug auf die Bordnetz-Darstellungen in 1 und zeigt diese in einer vertiefenden Detailierungsebene. 2 shows two variants of an embodiment of the vehicle electrical system described, only a partial detail being shown in each case. 2 refers to the on-board network illustrations in 1 and shows them in a more detailed level of detail.

Gemäß einer ersten Variante ist auf der linken Seite ein Ausschnitt eines Bordnetzes gezeigt, das insgesamt mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt ein erstes Teilbordnetz 52 mit einem sicherheitsrelevanten Verbraucher L1 54 für eine automatisierte Fahrfunktion f_HAD und eine Einheit 56 mit einem ersten Sicherungselement 58, insbesondere einem elektronischen Sicherungselement in Form eines elektronischen Schalters oder eines Schmelzsicherungselements (Fuse-Element), für einen Leistungsschutz der Versorgungsleitung des Verbrauchers L1 54, einem ersten Koppelelement 60 und einem zweiten Koppelement 62 für einen Leitungsschutz der Hauptversorgungsleitungen, sowie mit einer 12V-Batterie 64. Generell ist neben dem Leitungsschutz die Aufgabe der Koppelelemente, fehlerhafte Teilbornetze zu isolieren. Bspw. kann ebenfalls die Einheit 56 einen internen Fehler aufweisen und dieser Fehler durch Öffnen der Koppelschalter in den angrenzenden Einheiten isoliert werden. Diese Aufgabe der Koppelelemente ist bei allen Ausführungsvarianten gegeben.According to a first variant, a section of a vehicle electrical system is shown on the left-hand side, which is denoted overall by reference number 50 . The illustration shows a first partial vehicle electrical system 52 with a safety-relevant consumer L1 54 for an automated driving function f _HAD and a unit 56 with a first safety element 58, in particular an electronic safety element in the form of an electronic switch or a fuse element (fuse element), for power protection the supply line of consumer L1 54, a first coupling element 60 and a second coupling element 62 for line protection of the main supply lines, and with a 12V battery 64. In general, in addition to line protection, the task of the coupling elements is to isolate faulty sub-board networks. For example, unit 56 may also have an internal fault and this fault is isolated by opening the tie switches in the adjacent units. This task of the coupling elements is given in all variants.

In einem zweiten Teilbordnetz 72 der ersten Variante sind ein sicherheitsrelevanter Verbraucher L2 74 für eine redundante Ausführung der automatisierten Fahrfunktion f_HAD und eine Einheit 76 mit einem ersten Sicherungselement 78, insbesondere einem elektronischen Sicherungselement in Form eines elektronischen Schalters oder eines Schmelzsicherungselements (Fuse-Element), für einen Leistungsschutz der Versorgungsleitung des Verbrauchers L2 74, einem ersten Koppelelement 80 und einem zweiten Koppelement 82 für einen Leitungsschutz der Hauptversorgungsleitungen vorgesehen.In a second sub-board network 72 of the first variant, a safety-relevant consumer L2 74 for a redundant execution of the automated driving function f _HAD and a unit 76 with a first safety element 78, in particular an electronic safety element in the form of an electronic switch or a fuse element (fuse element) , provided for power protection of the supply line of the consumer L2 74, a first coupling element 80 and a second coupling element 82 for line protection of the main supply lines.

Weiterhin zeigt die Darstellung einen Gleichspannungswandler 90 als Energiequelle mit einem Einspeisepunkt 92.The illustration also shows a DC-DC converter 90 as an energy source with a feed point 92.

Gemäß einer zweiten Variante ist auf der rechten Seite ein Ausschnitt eines Bordnetzes gezeigt, das insgesamt mit der Bezugsziffer 150 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt ein erstes Teilbordnetz 152 mit einem sicherheitsrelevanten Verbraucher L1 154 für eine automatisierte Fahrfunktion f_HAD und eine Einheit 156 mit einem ersten Sicherungselement 158, insbesondere einem elektronischen Sicherungselement in Form eines elektronischen Schalters oder eines Schmelzsicherungselements (Fuse-Element), für einen Leistungsschutz der Versorgungsleitung des Verbrauchers L1154, einem ersten Koppelelement 160 und einem zweiten Koppelement 162 für einen Leitungsschutz der Hauptversorgungsleitungen, sowie mit einer 12V-Batterie 164.According to a second variant, a section of a vehicle electrical system is shown on the right-hand side, which is denoted overall by reference number 150 . The illustration shows a first partial vehicle electrical system 152 with a safety-relevant consumer L1 154 for an automated driving function f _HAD and a unit 156 with a first safety element 158, in particular an electronic safety element in the form of an electronic switch or a fuse element (fuse element), for power protection the supply line of consumer L1154, a first coupling element 160 and a second coupling element 162 for line protection of the main supply lines, and with a 12V battery 164.

In einem zweiten Teilbordnetz 172 der zweiten Variante sind ein sicherheitsrelevanter Verbraucher L2 174 für eine redundante Ausführung der automatisierten Fahrfunktion f_HAD und eine Einheit 176 mit einem ersten Sicherungselement 178, insbesondere einem elektronischen Sicherungselement in Form eines elektronischen Schalters oder eines Schmelzsicherungselements (Fuse-Element), für einen Leistungsschutz der Versorgungsleitung des Verbrauchers L2 174, einem ersten Koppelelement 180 und einem zweiten Koppelement 182 für einen Leitungsschutz der Hauptversorgungsleitungen vorgesehen.In a second partial vehicle electrical system 172 of the second variant, a safety-relevant consumer L2 174 for a redundant execution of the automated driving function f _HAD and a unit 176 with a first safety element 178, in particular an electronic safety element in the form of an electronic switch or a fuse element (fuse element) , Provided for power protection of the supply line of the consumer L2 174, a first coupling element 180 and a second coupling element 182 for line protection of the main supply lines.

Weiterhin zeigt die Darstellung einen Gleichspannungswandler 190 als Energiequelle mit einem Einspeisepunkt 192 und eine dritte Einheit 194 mit beispielhaft drei Sicherungselementen 196 sowie einen Bordnetz-Hochstromverbraucher L3 198, der nicht für die Ausführung der sicherheitsrelevanten Fahrfunktion benötigt wird.The illustration also shows a DC-DC converter 190 as an energy source with a feed point 192 and a third unit 194 with, for example, three fuse elements 196 and an on-board power supply high-current consumer L3 198, which is not required to carry out the safety-relevant driving function.

Als Koppelelemente kommen unterschiedliche Koppelelemente in Frage. Das Bordnetz und das Verfahren werden mit einem elektronischen Schalter als Koppelement erklärt. Es kommen jedoch neben elektronischen Schaltern, wie z. B. MOSFETs, auch andere Koppelelemente in Frage, wie bspw. Gleichspannungswandler, solid state Relays usw. Sicherungselemente bzw. Fuse-Elemente für Verbraucherleitungen können Schmelzsicherungen, SmartFETs bzw. elektronische Sicherungen usw. sein.Different coupling elements can be considered as coupling elements. The vehicle electrical system and the procedure are explained using an electronic switch as a coupling element. However, in addition to electronic switches such. B. MOSFETs, other coupling elements in question, such as DC-DC converters, solid state relays, etc. Security elements or fuse elements for consumer lines can fuses, SmartFETs or electronic fuses, etc. be.

Das vorgestellte Verfahren ist anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme der folgenden Zeichnungen näher erläutert.The method presented is explained in more detail using exemplary embodiments with reference to the following drawings.

Ausführungsbeispiel 1:Example 1:

3 zeigt eine Ausführungsform eines Bordnetzes, das insgesamt mit der Bezugsziffer 200 bezeichnet ist. In diesem Bordnetz 200 sind sogenannte Zonen-Steuergeräte vorgesehen, die nachfolgend als Ring-Knoten bezeichnet werden, nämlich ein erster Ring-Knoten vorne links 202 und ein zweiter Ring-Knoten vorne rechts 204. Diese Ring-Knoten 202, 204 umfassen jeweils mindestens ein Koppelelement. 3 FIG. 1 shows an embodiment of a vehicle electrical system, which is denoted overall by the reference numeral 200. So-called zone control devices are provided in this vehicle electrical system 200, which are referred to below as ring nodes, namely a first ring node at the front left 202 and a second ring node at the front right 204. These ring nodes 202, 204 each include at least one coupling element.

Zwischen den zwei benachbarten Koppelementen, die mit einer Hauptversorgungsleitung 226 miteinander verbunden sind, der beiden Ring-Knoten 202, 204 befindet sich eine Signalleitung 206, die den aktuellen Betriebspunkt der Hauptversorgungsleitung 226 zwischen den benachbarten Koppelementen 202, 204 überwacht und für die Kommunikation bzw. Synchronisation zwischen beiden Ring-Knoten 202, 204 verwendet wird. Die Darstellung zeigt weiterhin eine Logikschaltung zur Auswertung von Messgrößen wie Ströme, Spannungen, Stromrichtungen, in einem Ausführungsbeispiel ist die Logikschaltung ausgeführt mit einer ersten Teillogikschaltung 210 in Ring-Knoten 202 bestehend bspw. aus einem ersten Operationsverstärker, einer Komparatorschaltung sowie einem digitalen Schaltelement bspw. einem RS-Flip-Flop, einer zweiten Teillogikschaltung 212 in Ring-Knoten 204, einen ersten Schalter 214 und einen zweiten Schalter 216. Die Logikschaltung bildet somit eine Überwachungseinrichtung zum Durchführen des Verfahrens. Der erste Schalter 214 wird von der ersten Teillogikschaltung 210, hier ausgeführt mit einem ersten Operationsverstärker, einer Komparatorschaltung sowie einem RS-Flip-Flop, mit einem Signal swt_ctr1 218 angesteuert. Der zweite Schalter 216 wird von der zweiten Teillogikschaltung 212, hier ausgeführt mit einem Operationsverstärker, einer Komparatorschaltung sowie einem RS-Flip-Flop, mit einem Signal swt_ctr2 220 angesteuert. Die Umsetzung der Logikschaltung ist dabei nicht auf die beschriebene Umsetzung reduziert, sondern kann ebenfalls mit Hilfe anderer Logikelemente umgesetzt sein. Ein erster Pfeil 222 verdeutlicht den Strom i_swt1 222 durch den ersten Schalter 214. Ein zweiter Pfeil 224 verdeutlicht den Strom i_swt2 durch den zweiten Schalter 216.Between the two adjacent switching elements, which are connected to one another by a main supply line 226, of the two ring nodes 202, 204 there is a signal line 206 which monitors the current operating point of the main supply line 226 between the adjacent switching elements 202, 204 and is used for communication or Synchronization between both ring nodes 202, 204 is used. The illustration also shows a logic circuit for evaluating measured variables such as currents, voltages, current directions. In one embodiment, the logic circuit is designed with a first partial logic circuit 210 in ring nodes 202 consisting, for example, of a first operational amplifier, a comparator circuit and a digital switching element, for example. an RS flip-flop, a second partial logic circuit 212 in ring node 204, a first switch 214 and a second switch 216. The logic circuit thus forms a monitoring device for carrying out the method. The first switch 214 is controlled with a signal swt_ctr1 218 by the first partial logic circuit 210, implemented here with a first operational amplifier, a comparator circuit and an RS flip-flop. The second switch 216 is driven by the second partial logic circuit 212, implemented here with an operational amplifier, a comparator circuit and an RS flip-flop, with a signal swt_ctr2 220. The implementation of the logic circuit is not reduced to the implementation described, but can also be implemented using other logic elements. A first arrow 222 illustrates the current i_swt1 222 through the first switch 214. A second arrow 224 illustrates the current i_swt2 through the second switch 216.

An den beiden gegenüberliegenden Koppelelementen werden relevante Parameter wie elektrische Spannung, Stromstärke und Stromrichtung kontinuierlich überwacht. Der Spannungspegel oder ein anderes physikalisches Signal der Signalleitung 206 zwischen den beiden Ring-Knoten 202, 204 wird in Abhängigkeit des aktuellen Betriebspunktes gewählt. Wird bspw. eine Verletzung der physikalischen Regeln, bspw. aufgrund eines Fehlers, erkannt, bspw. die Stromrichtung über den ersten Schalter 214, Koppelelement im ersten Ring-Knoten 202, und zweiten Schalter 216, Koppelement im zweiten Ring-Knoten 204 ist entgegengesetzt, wird durch einen definierten Mechanismus wie bspw. die Änderung des Spannungspegels auf der Signalleitung 206 der detektierte Fehlerzustand „fault state“ an beiden Ring-Knoten 202, 204 signalisiert bzw. erkannt und der Isolationsmechanismus, nämlich Schalter 214, 216 öffnen und Fehler in der Versorgungsleitung 226 isolieren, aktiviert.Relevant parameters such as electrical voltage, current intensity and current direction are continuously monitored at the two opposite coupling elements. The voltage level or another physical signal on the signal line 206 between the two ring nodes 202, 204 is selected as a function of the current operating point. If, for example, a violation of the physical rules, e.g. due to an error, is detected, e.g. the detected error state "fault state" is signaled or recognized at both ring nodes 202, 204 by a defined mechanism such as the change in the voltage level on the signal line 206 and the isolation mechanism, namely switches 214, 216 open and errors in the supply line 226 isolate, activated.

Der Überwachungsmechanismus kann hierbei kontinuierlich die Stromrichtung über das Koppelelement überwachen oder erst nach einem definierten Trigger, bspw. einem Überschreiten eines definierten Stromwerts, aktiv werden.The monitoring mechanism can continuously monitor the current direction via the coupling element or only become active after a defined trigger, for example a defined current value is exceeded.

4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Bordnetzes, das insgesamt mit der Bezugsziffer 300 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt einen ersten Ring-Knoten vorne links 302, einen zweiten Ring-Knoten vorne rechts 304, einen dritten Ring-Knoten zentral links 306, einen vierten Ring-Knoten zentral rechts 308, einen fünften Ring-Knoten hinten links 310 und einen sechsten Ring-Knoten hinten rechts 312. Dem ersten Ring-Knoten 302 sind ein Gleichspannungswandler 320, eine Batterie 322 mit elektronischem Batteriesensor (EBS) 324, ein erster sicherheitsrelevanter Verbraucher 326, ein zweiter sicherheitsrelevanter Verbraucher 328 und ein Komfortverbraucher 330 zugeordnet. Dem zweiten Ring-Knoten 304 sind ein erster sicherheitsrelevanter Verbraucher 340 und ein zweiter sicherheitsrelevanter Verbraucher 342 zugeordnet. Dem sechsten Ring-Knoten 312 ist eine Batterie 350 mit EBS 352 zugeordnet. Pfeile 360 zeigen die Stromrichtung an. 4 FIG. 1 shows a further embodiment of a vehicle electrical system, which is denoted overall by reference number 300. The illustration shows a first front left ring node 302, a second front right ring node 304, a third center left ring node 306, a fourth center right ring node 308, a fifth rear left ring node 310, and a sixth Ring node, rear right 312. The first ring node 302 is assigned a DC voltage converter 320, a battery 322 with an electronic battery sensor (EBS) 324, a first safety-related consumer 326, a second safety-related consumer 328 and a convenience consumer 330. A first safety-relevant consumer 340 and a second safety-relevant consumer 342 are assigned to the second ring node 304 . A battery 350 with EBS 352 is assigned to the sixth ring node 312 . Arrows 360 indicate the direction of current.

Zu beachten ist, dass in dem ersten Ring-Knoten 302 und dem zweiten Ring-Knoten 304 die Stromrichtungen entgegengerichtet sind. Weiterhin besteht eine höhere Differenz in den Stromwerten. Im zweiten Ring-Knoten 304 und im vierten Ring-Knoten 308 sind die Stromrichtungen gleichgerichtet. Es besteht eine minimale Differenz in den Stromwerten.It should be noted that in the first ring node 302 and the second ring node 304 the current directions are opposite. Furthermore, there is a higher difference in the current values. The current directions are rectified in the second ring node 304 and in the fourth ring node 308 . There is a minimal difference in the current values.

5 zeigt eine Ausführungsform des Bordnetzes, das insgesamt mit Bezugsziffer 400 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt einen ersten Ring-Knoten vorne links 402, einen zweiten Ring-Knoten vorne rechts 404, einen dritten Ring-Knoten zentral links 406, einen vierten Ring-Knoten zentral rechts 408, einen fünften Ring-Knoten hinten links 410 und einen sechsten Ring-Knoten hinten rechts 412. Dem ersten Ring-Knoten 402 sind ein Gleichspannungswandler 420, eine Batterie 422 mit elektronischem Batteriesensor (EBS) 424, ein erster sicherheitsrelevanter Verbraucher 426, ein zweiter sicherheitsrelevanter Verbraucher 428 und ein Komfortverbraucher 430 zugeordnet. Dem zweiten Ring-Knoten 404 sind ein erster sicherheitsrelevanter Verbraucher 440 und ein zweiter sicherheitsrelevanter Verbraucher 442 zugeordnet. Dem sechsten Ring-Knoten 412 ist eine Batterie 450 mit EBS 452 zugeordnet. Weiterhin zeigt die Darstellung zusätzliche Pin-zu-Pin-Verbindungen 460, welche die bereits beschriebene Signalleitung darstellen sollen. 5 shows an embodiment of the vehicle electrical system, which is denoted overall by reference number 400 . The illustration shows a first ring node on the front left 402, a second ring node on the front right 404, a third ring node on the center left 406, a fourth ring node on the center right 408, a fifth ring node on the rear left 410, and a sixth Rear right ring node 412. The first ring node 402 is assigned a DC-DC converter 420, a battery 422 with an electronic battery sensor (EBS) 424, a first safety-related consumer 426, a second safety-related consumer 428 and a convenience consumer 430. A first safety-relevant consumer 440 and a second safety-relevant consumer 442 are assigned to the second ring node 404 . A battery 450 with EBS 452 is assigned to the sixth ring node 412 . Furthermore, the representation shows additional pin-to-pin connections 460, which are intended to represent the signal line already described.

Ausführungsbeispiel 2:Example 2:

6 zeigt eine Ausführungsform eines Bordnetzes gemäß dem Ausführungsbeispiel 2, wobei das Bordnetz insgesamt mit der Bezugsziffer 500 bezeichnet ist. In diesem Bordnetz 500 sind sogenannte Zonen-Steuergeräte vorgesehen, die nachfolgend das Ring-Knoten bezeichnet werden, nämlich ein erster Ring-Knoten vorne links 502 und ein zweiter Ring-Knoten vorne rechts 504. Diese Ring-Knoten 502, 504 dienen als Koppelelemente. 6 1 shows an embodiment of a vehicle electrical system according to exemplary embodiment 2, the vehicle electrical system being denoted overall by reference number 500 . So-called zone control devices are provided in this vehicle electrical system 500, which are referred to below as the ring node, namely a first ring node on the front left 502 and a second ring node on the front right 504. These ring nodes 502, 504 serve as coupling elements.

Zwischen den zwei benachbarten Koppelementen, die durch eine Hauptversorgungsleitung 526 miteinander verbunden sind, der beiden Ring-Knoten 502, 504 befindet sich zwei Signalleitungen 506, 508 die den aktuellen Betriebspunkt der Versorgungsleitung zwischen den benachbarten Koppelementen überwacht und für die Kommunikation bzw. Synchronisation zwischen beiden Ring-Knoten 502, 504 verwendet wird. Die Darstellung zeigt weiterhin eine erste Teillogikschaltung 510, bspw. ausgeführt mit einem Operationsverstärker, einer Komparatorschaltung sowie einem RS-Flip-Flop, einen ersten Schalter 514 und einen zweiten Schalter 516. Der erste Schalter 514 wird von der ersten Teillogikschaltung 510 mit einem Signal swt_ctr1 518 angesteuert. Der zweite Schalter 516 wird von der zweiten Teillogikschaltung 512 mit einem Signal swt_ctr2 520 angesteuert. Ein erster Pfeil 522 verdeutlicht den Strom i_swt1 522 durch den ersten Schalter 514. Ein zweiter Pfeil 524 verdeutlicht den Strom i_swt2 durch den zweiten Schalter 516. Die Ausführung der Logikschaltung bzw. der Teillogikschaltungen 510, 512 ist dabei nicht auf die beschriebene Umsetzung mit Operationsverstärkern beschränkt, sondern kann ebenfalls mit Hilfe anderer Logikelemente umgesetzt sein. Die Teillogikschaltungen 510, 512 bilden somit eine Überwachungseinrichtung zum Durchführen des Verfahrens.Between the two adjacent switching elements, which are connected to one another by a main supply line 526, of the two ring nodes 502, 504 there are two signal lines 506, 508 which monitor the current operating point of the supply line between the adjacent switching elements and for communication or synchronization between the two ring node 502, 504 is used. The illustration also shows a first partial logic circuit 510, e.g. implemented with an operational amplifier, a comparator circuit and an RS flip-flop, a first switch 514 and a second switch 516. The first switch 514 is controlled by the first partial logic circuit 510 with a signal swt_ctr1 518 driven. The second switch 516 is controlled by the second partial logic circuit 512 with a signal swt_ctr2 520 . A first arrow 522 shows the current i_swt1 522 through the first switch 514. A second arrow 524 shows the current i_swt2 through the second switch 516. The design of the logic circuit or the partial logic circuits 510, 512 is not limited to the described implementation with operational amplifiers , but can also be implemented using other logic elements. The partial logic circuits 510, 512 thus form a monitoring device for carrying out the method.

Diese Ausführungsvariante gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 beruht auf dem gleichen Prinzip wie die Ausführungsvariante gemäß dem Ausführungsbeispiel 1. Es ist jedoch eine dedizierte Signalleitung 506 bzw. 508 für jedes Koppelelement der beiden interagierenden Ring-Knoten 502, 504 vorgesehen. Der Unterschied liegt folglich in der Anzahl der Signalleitungen. Während bei Ausführungsbeispiel 1 lediglich eine zusätzliche Signalleitung (Bezugsziffer 206) benötigt wird, sind es bei Ausführungsbeispiel 2 zwei Signalleitungen 506, 508. Dabei kann bspw. über die erste Signalleitung 506 der aktuelle Zustand des ersten Schalters 514 im ersten Koppelelements des ersten Ring-Knotens 502 erfasst und in Form eines Spannungspegels auf der ersten Signalleitung 506 an den zweiten Ring-Knoten 504 signalisiert werden und vice versa über die zweite Signalleitung 508.This embodiment variant according to embodiment 2 is based on the same principle as the embodiment variant according to embodiment 1. However, a dedicated signal line 506 or 508 is provided for each coupling element of the two interacting ring nodes 502, 504. The difference is therefore in the number of signal lines. While only one additional signal line (reference number 206) is required in exemplary embodiment 1, there are two signal lines 506, 508 in exemplary embodiment 2. The current state of the first switch 514 in the first coupling element of the first ring node can be transmitted, for example, via the first signal line 506 502 and signaled in the form of a voltage level on the first signal line 506 to the second ring node 504 and vice versa via the second signal line 508.

Wird ein Fehlerzustand erkannt bspw. durch ungleiche Spannungspegel oder Ähnliches, wird über eine definierte Hardware-Eingriffsschaltung, z. B. einen Komparator, der Isolationsmechanismus, bspw. Öffnen der Schalter, eingeleitet und das fehlerhafte Leitungssegment isoliert.If an error condition is detected, e.g. due to unequal voltage levels or the like, a defined hardware intervention circuit, e.g. B. a comparator, the isolation mechanism, e.g. Opening the switch initiated and isolated the faulty line segment.

Der Überwachungsmechanismus kann hierbei kontinuierlich die Stromrichtung über das Koppelelement überwachen oder erst nach einem definierten Trigger, bspw. einem Überschreiten eines definierten Stromwertes, aktiv werden.In this case, the monitoring mechanism can continuously monitor the direction of the current via the coupling element or only become active after a defined trigger, for example when a defined current value is exceeded.

7 zeigt anhand eines Flussdiagramms einen Ablauf unter Berücksichtigung des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels. In einem ersten Schritt 600 beginnt der Verfahrensablauf. Es wird dann in einem Schritt 602 der Zustand der Signalleitung, bspw. auf Grundlage eines Spannungspegels, überwacht. In einem Schritt 604 wird überprüft, ob der Zustand der Signalleitung fehlerhaft ist. Ist dies nicht der Fall (Pfeil 606), so werden in einem Schritt 608 relevante Parameter des Koppelelements, wie bspw. Stromrichtung, Strom, Spannung, Temperatur usw., gemessen. In einem Schritt 610 wird überprüft, ob ein definierter Trigger bzw. Schwellwert, bspw. ein Stromwert, überschritten wird. Ist dies der Fall (Pfeil 612), so wird in einem Schritt 614 überprüft, ob die Stromrichtung im ersten Koppelelement gleich der Stromrichtung im zweiten Koppelelement ist. Ist dies der Fall (Pfeil 616), so erfolgt ein Sprung zu Schritt 602. Ist dies nicht der Fall (Pfeil 618), also sind die Stromrichtungen über die beiden Koppelelemente in die Verbindungsleitung zwischen dem ersten und zweiten Ring-Knoten entgegengesetzt, so wird die Signalleitung in einem Schritt 620 auf einen Fehlerzustand gesetzt und das Verfahren fährt fort mit einem Schritt 622, in dem die benachbarten Koppelelemente der fehlerhaften Leitung geöffnet werden. Es wird dann in einem Schritt 624 der tatsächliche Zustand an eine zentrale Recheneinheit, bspw. einen Fahrzeugcomputer, übermittelt. Es wird dann in einem Schritt 626 der Fehlerzustand eingenommen. 7 FIG. 12 uses a flow chart to show a sequence taking into account the first and second exemplary embodiments. In a first step 600, the method sequence begins. In a step 602, the state of the signal line is then monitored, for example on the basis of a voltage level. In a step 604 it is checked whether the state of the signal line is faulty. If this is not the case (arrow 606), then in a step 608 relevant parameters of the coupling element, such as current direction, current, voltage, temperature, etc., are measured. In a step 610 it is checked whether a defined trigger or threshold value, for example a current value, has been exceeded. If this is the case (arrow 612), a step 614 checks whether the current direction in the first coupling element is the same as the current direction in the second coupling element. If this is the case (arrow 616), a jump is made to step 602. If this is not the case (arrow 618), i.e. the current directions are opposite via the two coupling elements in the connecting line between the first and second ring node the signal line is set to a fault state in a step 620 and the method continues with a step 622 in which the adjacent coupling elements of the faulty line are opened. In a step 624, the actual status is then transmitted to a central processing unit, for example a vehicle computer. In a step 626, the error state is then assumed.

Wird in Schritt 610 festgestellt, dass der definerte Schwellwert nicht überschritten wird (Pfeil 628), so erfolgt ein Sprung zu Schritt 602. Wird in Schritt 604 festgestellt, dass der Zustand der Signalleitung fehlerhaft ist (Pfeil 630), so wird das Verfahren mit Schritt 622 fortgeführt.If it is determined in step 610 that the defined threshold value is not exceeded (arrow 628), a jump is made to step 602. If it is determined in step 604 that the state of the signal line is faulty (arrow 630), the method starts with step 622 continued.

Ausführungsbeispiel 3:Example 3:

Die Ausführungsvariante gemäß Ausführungsbeispiel 3 beruht auf dem gleichen Prinzip, jedoch wird zur Kommunikation zwischen den beiden beteiligten Ring-Knoten keine dedizierte Signalleitung in die Architektur eingebracht, sondern eine bestehende High-Speed Kommunikation zwischen dem ersten Ring-Knoten und dem zweiten Ring-Knoten verwendet, z. B. Automotive Ethernet, SerDes usw.The embodiment variant according to embodiment 3 is based on the same principle, but no dedicated signal line is introduced into the architecture for communication between the two ring nodes involved, but an existing high-speed communication between the first ring node and the second ring node is used , e.g. B. Automotive Ethernet, SerDes, etc.

Dabei werden die aktuelle Stromrichtung und ggf. weitere Parameter über die High-speed Kommunikationsverbindung von einem Ring-Knoten an den anderen kommuniziert und vice versa, bspw. über eine High-Speed Full Duplex Kommunikation. Wird eine Verletzung der physikalischen Regeln, nämlich Stromrichtung entgegengesetzt, detektiert, wird über einen high-speed Eingriff in die Schaltersteuerung der Isolationsmechanismus, d. h. Schalter öffnen, eingeleitet.The current direction of current and, if applicable, other parameters are communicated from one ring node to the other via the high-speed communication connection and vice versa, for example via high-speed full duplex communication. If a violation of the physical rules, namely in the opposite direction of the current, is detected, the isolation mechanism, i. H. Open switch, initiated.

Der Überwachungsmechanismus kann hierbei kontinuierlich die Stromrichtung über das Koppelelement überwachen oder erst nach einem definierten Trigger, bspw. Überschreiten eines definierten Stromwertes, aktiv werden.The monitoring mechanism can continuously monitor the current direction via the coupling element or only become active after a defined trigger, for example a defined current value is exceeded.

Für die beschriebenen Ausführungsvarianten der Ausführungsbeispiele 1 bis 3 ist es zweckmäßig, die Fehlerdetektion und Fehlerisolationsmechanismen erst nach Überschreiten eines definierten Trigger-Wertes zu initiieren, falls die Architektur nach der Variante, die in 2 mit Bezugsziffer 150 bezeichnet ist, realisiert ist, also mit einem zusätzlichen Leistungsverteiler zwischen zwei Ring-Knoten.For the described embodiment variants of the exemplary embodiments 1 to 3, it is expedient to initiate the error detection and error isolation mechanisms only after a defined trigger value has been exceeded if the architecture is based on the variant described in 2 is denoted by reference number 150, is implemented, ie with an additional power distributor between two ring nodes.

Die Verwendung eines definierten Triggers, z. B. ein Überschreiten eines maximalen Stromwerts an einem der beiden benachbarten Koppelelemente, ist zweckmäßig, da für diesen Architekturansatz die entgegengesetzte Stromrichtung am Koppelelement vorne links und Koppelelement vorne rechts keinen Fehlerfall darstellt, sondern durch die Stromaufnahme von Verbrauchern wie L3 (Bezugsziffer 198 in 2) resultieren kann. Um die Fehlerisolation möglichst robust zu gestalten, ist es daher zweckmäßig, einen Trigger zu verwenden, mit dem der Nominalzustand klar ausgeschlossen werden kann. Es kann bspw. ein maximaler Stromwert an einem der beiden Koppelelemente als Trigger verwendet werden, der signifikant höher ist als der Betriebsstrom über die beiden Koppelelemente, welcher sich in den unterschiedlichen Lastzuständen einstellen kann.Using a defined trigger, e.g. B. exceeding a maximum current value at one of the two adjacent coupling elements, is useful because for this architectural approach the opposite current direction at the front left coupling element and the front right coupling element does not represent a fault, but due to the current consumption of loads such as L3 (reference number 198 in 2 ) can result. In order to make the fault isolation as robust as possible, it is therefore advisable to use a trigger with which the nominal state can be clearly excluded. For example, a maximum current value at one of the two coupling elements can be used as a trigger, which is significantly higher than the operating current across the two coupling elements, which can occur in the different load states.

Ausführungsbeispiel 4:Example 4:

Die Ausführungsvariante gemäß Ausführungsbeispiel 4 beruht auf einem weiteren Prinzip. Bei diesem besitzt jedes Koppelelement eine eigene DiagnoseSchaltung, die kontinuierlich oder nach Überschreiten eines definierten Triggers, bspw. einem Überschreitung eines maximalen Stromwerts, den Schalter öffnet, um das Steuergerät, in dem der fehlerhafte Strom detektiert wurde, vom Ringnetz abzutrennen. Nach Öffnen der Schalter und Abwarten eines kurzen Zeitversatzes, um auch weiteren Steuergeräten im Ring die Möglichkeit zu geben, Schalter zu öffnen, wird ein Messimpuls, nämlich ein Diagnosestrom, auf die Versorgungsleitung zwischen zwei Ring-Knoten eingebracht. Anhand des Messimpulses können bspw. über die Entladekurve eines DiagnoseKondensators Rückschlüsse auf den aktuellen Zustand der Versorgungsleitung, d. h. Zustand nach Öffnen von Schaltern in Steuergeräten, gezogen werden, bspw. Erkennung von Kurzschlüssen nach Masse oder Leitungsunterbrechungen.The embodiment variant according to exemplary embodiment 4 is based on a further principle. In this case, each coupling element has its own diagnostic circuit, which opens the switch continuously or after exceeding a defined trigger, e.g. exceeding a maximum current value, in order to separate the control device in which the faulty current was detected from the ring network. After opening the switches and waiting for a short time delay to give other control units in the ring the opportunity to open switches, a measurement pulse, namely a diagnostic current, is applied to the supply line between two ring nodes. The measuring pulse can be used, for example, to draw conclusions about the current status of the supply line, i.e. via the discharge curve of a diagnostic capacitor. H. State after opening switches in control units, e.g. detection of short circuits to ground or line breaks.

Ist die Leitung z. B. niederohmig, bspw. durch einen Kurzschluss nach Masse, erfolgt durch die Auswertung des Diagnosewerts, hier beispielhaft eine Entladekurve des Diagnosekondensators, die Fehlererkennung und der Fehlerisolationsmechanismus, nämlich ein Öffnen des Schalters bzw. ein Beibehalten des geöffneten Schalters, wird autark ohne direkte Kommunikations- oder Signalverbindung zwischen zwei benachbarten Ring-Knoten initiiert. Dies hat zum Vorteil, dass auf zusätzliche Verkabelung wie bei den Ausführungsvarianten der Ausführungsbeispiele 1 und 2 verzichtet werden kann. Nach erfolgreicher Fehlerdetektion und Fehlerisolation wird der aktuelle Zustand des Koppelelements an eine zentrale Stelle, bspw. einen Fahrzeugscomputer, übersendet.Is the line z. B. low resistance, e.g. due to a short circuit to ground, is carried out by evaluating the diagnostic value, here as an example a discharge curve of the diagnostic capacitor, the error detection and the error isolation mechanism, namely opening the switch or maintaining the open switch, becomes self-sufficient without direct communication - or initiated signal connection between two adjacent ring nodes. This has the advantage that additional cabling, as in the variant embodiments of exemplary embodiments 1 and 2, can be dispensed with. After successful fault detection and fault isolation, the current status of the coupling element is sent to a central location, e.g. a vehicle computer.

8 zeigt eine schematische Darstellung möglicher Diagnoseschaltungen für das Ausführungsbeispiel 4. Dabei sind auf der linken Seite eine Diagnoseschaltung 700 für den Normalfall und auf der rechten Seite die Diagnoseschaltung 700 für eine initiale Reaktion auf einen Kurzschluss dargestellt. 8th shows a schematic representation of possible diagnostic circuits for the embodiment 4. On the left side there is a diagnostic circuit 700 for the normal case and on the right side the diagnostic circuit 700 for an initial reaction to a short circuit is shown.

Die Darstellung zeigt auf der linken Seite und auf der rechten Seite ein Zonen-Steuergerät 702, einen ersten Operationsverstärker 704, einen zweiten Operationsverstärker 706, eine erste Diode 708, eine zweite Diode 710, eine erste Kapazität 712, eine zweite Kapazität 714, einen ersten Widerstand 716, einen zweiten Widerstand 718, einen Schalter S1 720, einen Schalter S2 722, zwei Schalter S3a 724 und zwei Schalter S3b 726.The illustration shows on the left side and on the right side a zone controller 702, a first operational amplifier 704, a second operational amplifier 706, a first diode 708, a second diode 710, a first capacitor 712, a second capacitor 714, a first resistor 716, a second resistor 718, a switch S1 720, a switch S2 722, two switches S3a 724 and two switches S3b 726.

Bei Erkennen von fehlerhaften Strömen auf den Versorgungsleitungen wird somit der Schalter S1 720 geöffnet. Nach Abwarten einer bestimmten Zeit wird durch Öffnen der Schalter S3a 724 und Schließen der Schalter S3b 726 die Diagnoseimpulse auf die Teilsegmente der Versorgungsleitungen geben.When faulty currents are detected on the supply lines, switch S1 720 is thus opened. After waiting a specific time, the diagnostic pulses are applied to the sub-segments of the supply lines by opening the switch S3a 724 and closing the switch S3b 726.

Ausführungsbeispiel 5: Bei diesem erfolgt eine Abbildung der Öffnungssequenz durch Anpassung der Schalter-Auslösecharakteristik zum Öffnen.Exemplary embodiment 5: In this case, the opening sequence is mapped by adapting the switch triggering characteristic for opening.

9 zeigt hierzu eine Ausführungsform des Bordnetzes, das insgesamt mit Bezugsziffer 800 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt einen ersten Ring-Knoten 802, einen zweiten Ring-Knoten 804, einen dritten Ring-Knoten 806, einen vierten Ring-Knoten 808, einen fünften Ring-Knoten 810 und einen sechsten Ring-Knoten 812. Dem ersten Ring-Knoten 802 sind ein Gleichspannungswandler 820, eine Batterie 822 und Verbraucher 824 zugeordnet. Dem zweiten Ring-Knoten 804 sind Verbraucher 826 zugeordnet. Dem dritten Ring-Knoten 806 sind Verbraucher 828 zugeordnet. Dem vierten Ring-Knoten 808 sind Verbraucher 830 zugeordnet. Dem fünften Ring-Knoten 810 sind Verbraucher 832 zugeordnet. Dem sechsten Ring-Knoten 812 sind Verbraucher 834 zugeordnet. Pfeile 840 zeigen die Stromrichtung an. 9 1 shows an embodiment of the vehicle electrical system, which is denoted overall by reference numeral 800. The illustration shows a first ring node 802, a second ring node 804, a third ring node 806, a fourth ring node 808, a fifth ring node 810 and a sixth ring node 812. The first ring node 802 are associated with a DC-DC converter 820, a battery 822 and consumers 824. Consumers 826 are assigned to the second ring node 804 . Consumers 828 are assigned to the third ring node 806 . Consumers 830 are assigned to the fourth ring node 808 . Consumers 832 are assigned to the fifth ring node 810 . Consumers 834 are assigned to the sixth ring node 812 . Arrows 840 indicate current direction.

Für die Ströme ergeben sich für den ersten Ring-Knoten 802 zwei Schwellwerte 1 850. Für den zweiten Ring-Knoten 804 ergeben sich Schwellwert 3 852 und Schwellwert 2 854. Für den dritten Ring-Knoten 806 ergeben sich Schwellwert 3 856 und Schwellwert 2 858. Für den vierten Ring-Knoten 808 ergeben sich Schwellwert 2 860 und Schwellwert 3 862. Für den fünften Ring-Knoten 810 ergeben sich Schwellwert 2 864 und Schwellwert 3 866. Für den sechsten Ring-Knoten 812 ergibt sich zweimal Schwellwert 1 868.For the currents there are two threshold values 1 850 for the first ring node 802. For the second ring node 804 there are threshold values 3 852 and threshold value 2 854. For the third ring node 806 there are threshold values 3 856 and threshold values 2 858 Threshold 2 860 and threshold 3 862 result for the fourth ring node 808. Threshold 2 864 and threshold 3 866 result for the fifth ring node 810. Threshold 1 868 results twice for the sixth ring node 812.

Es kann somit die Fehlerisolation über eine Anpassung der Auslösecharakteristiken der einzelnen Schalter erfolgen. Dabei ist kein zusätzlicher Verkabelungsaufwand sowie keine zusätzliche Diagnoseschaltung wie bspw. in Ausführungsbeispiel 4 erforderlich.The fault isolation can thus take place by adapting the tripping characteristics of the individual switches. In this case, no additional wiring effort and no additional diagnostic circuit as, for example, in exemplary embodiment 4 is required.

Das Wirkprinzip des Fehlerisolationsmechanismus beruht auf der Abstufung der Auslösegrenzwerte unterschiedlicher Koppelelemente. Es besteht eine Analogie zur Hausinstallation oder zur generellen Absicherung in baumartigen Energiebordnetzen, bei der sich der Sicherungswert ausgehend vom Hauptverteiler bis zum Verbraucherausgang reduziert.
Dabei ist Schwellwert 1 > Schwellwert 2 > Schwellwert 3The operating principle of the fault isolation mechanism is based on the gradation of the tripping limit values of different coupling elements. There is an analogy to domestic installations or to general protection in tree-like on-board power supply systems, in which the protection value is reduced starting from the main distributor to the consumer output.
Threshold 1 > Threshold 2 > Threshold 3

Die Koppelelemente in unmittelbarer Nähe der Einspeisepunkte von aktiven oder passiven Quellen sind hierbei mit dem höchsten Auslösegrenzwert belegt. Je weiter die Koppelelement-Kaskade (Schalter-Kaskade) mit Bezug der dargestellten Stromrichtung, wobei hier uni-direktionale Schalter verwendet werden, die lediglich in eine Richtung aufgrund der intrinsischen Body-Diode von MOSFETs sperren können, sich von den Einspeisepunkten der aktiven oder passiven Quellen entfernt, desto geringer wird der Auslösekennwert eingestellt. Dies hat den Effekt, dass bspw. ein Fehler in einer Leitung L_Fehler 670 durch das Öffnen des sechsten Koppelelements 812 und des vierten Koppelelements 808 isoliert wird.The coupling elements in the immediate vicinity of the feed-in points from active or passive sources are assigned the highest triggering limit value. The further the coupling element cascade (switch cascade) with reference to the current direction shown, whereby unidirectional switches are used here, which can only block in one direction due to the intrinsic body diode of MOSFETs, from the feed points of the active or passive Sources removed, the lower the tripping characteristic value is set. This has the effect that, for example, an error in a line L_Error 670 is isolated by opening the sixth coupling element 812 and the fourth coupling element 808 .

Da ein Einspeisepunkt einer passiven Quelle, in diesem Fall einer Batterie, am Ring-Knoten hinten rechts existiert, wird der Fehlerstrom, d. h. der Kurzschlussstrom, zum Fehler in Leitung L_Fehler 670 aus diesem Energiespeicher fließen und den Grenzwert Schwellwert 1 des sechsten Koppelelements 812 aufgrund der niederohmigen Anbindung zum Leitungsfehler auslösen. Ebenfalls wird der Fehlerstrom bzw. Kurzschlussstrom weiter im Ring fortgepflanzt und ebenfalls aus passiver und aktiver Quelle mit Einspeisepunkte vorne links, der Gleichspannungswandler 820 und die Batterie 822, über die Leitungssegmente im Uhrzeigersinn bis zum Fehlerpunkt in Leitung 670 fließen. Durch die Abstufung der Auslösegrenzwerte wird, bevor Schwellwert 1 und Schwellwert 2 überschritten wird, der Auslösegrenzwert Schwellwert 3 in dieser Stromrichtung von dem vierten Koppelelement 808 überstiegen. Dadurch wird das vierte Koppelement 808 als erstes, vor den Koppelemelementen an den Ring-Knoten vorne rechts und vorne links, geöffnet und der Fehler durch Öffnen des vierten Koppelemenets 808 und des sechsten Koppelements 812 isoliert.Since an injection point of a passive source, in this case a battery, exists at the rear right ring node, the fault current, i. H. the short-circuit current, flow from this energy store to the error in line L_Error 670 and trigger the limit value threshold value 1 of the sixth coupling element 812 due to the low-impedance connection to the line error. The fault current or short-circuit current is also propagated further in the ring and also from passive and active sources with feed points at the front left, the DC-DC converter 820 and the battery 822, flow clockwise via the line segments to the fault point in line 670. Due to the gradation of the tripping limit values, before threshold value 1 and threshold value 2 are exceeded, tripping limit value threshold value 3 is exceeded in this current direction by fourth coupling element 808 . As a result, the fourth coupling element 808 is opened first, before the coupling elements at the ring nodes on the front right and front left, and the fault is isolated by opening the fourth coupling element 808 and the sixth coupling element 812 .

Die Wahl der Anzahl an unterschiedlichen Grenzwerten als Auslösecharakteristik ist hierbei nicht auf drei beschränkt und kann je nach Architektur, d. h. Anzahl an Ring-Knoten, Anzahl an Koppelelementen, auch feingranularer oder geringer ausgeführt werden.The selection of the number of different limit values as a tripping characteristic is not limited to three and can vary depending on the architecture, i. H. Number of ring nodes, number of coupling elements, also fine-grained or less.

Claims

Method for operating a vehicle electrical system (12, 32, 50, 150, 200, 300, 400, 500, 800), wherein the vehicle electrical system (12, 32, 50, 150, 200, 300, 400, 500, 800) a number of ring nodes (202, 204, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 402, 404, 406, 408, 410, 412, 502, 504, 802, 804, 806, 808, 810, 812) arranged in a ring architecture, in each of the ring nodes (202, 204, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 402, 404, 406, 408, 410, 412, 502, 504, 802, 804, 806, 808, 810, 812 ) at least one coupling element (80, 82, 180, 182) is provided, in at least two of the ring nodes (202, 204, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 402, 404, 406, 408, 410, 412, 502, 504, 802, 804, 806, 808, 810, 812) which are adjacent to one another, a current direction is determined in each case and the two current directions determined are compared with one another, and a monitoring device is provided, which compares the two current directions with one another in order to detect an error.

procedure after claim 1 , in which error handling is carried out after an error has been detected.

procedure after claim 2 , in which the coupling element (80, 82, 180, 182) that is assigned to the error is opened.

Procedure according to one of Claims 1 until 3 , in which at least one further electrical quantity is detected.

procedure after claim 4 , in which the at least one further electrical variable is selected as a function of the current operating point.

Procedure according to one of Claims 1 until 5 , at the two ring nodes (202, 204, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 402, 404, 406, 408, 410, 412, 502, 504, 802, 804, 806, 808, 810, 812) communication takes place via at least one signal line (206, 506, 508).

On-board network with a number of ring nodes (202, 204, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 402, 404, 406, 408, 410, 412, 502, 504, 802, 804, 806, 808, 810 , 812) arranged in a ring architecture, in each of the ring nodes (202, 204, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 402, 404, 406, 408, 410, 412, 502, 504, 802, 804, 806, 808, 810, 812) at least one coupling element (80, 82, 180, 182) is provided, and the vehicle electrical system (12, 32, 50, 150, 200, 300, 400, 500, 800 ) has a monitoring device and for carrying out a method according to one of Claims 1 until 7 is set up.

on-board network claim 7 , where between the two adjacent ring nodes (202, 204, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 402, 404, 406, 408, 410, 412, 502, 504, 802, 804, 806, 808 , 810, 812) at least one signal line (206, 506, 508) is provided.

on-board network claim 7 or 8th , in which the monitoring device is implemented by two partial logic circuits (210, 212, 510, 512).

On-board network according to one of Claims 7 until 9 , where the ring nodes (202, 204, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 402, 404, 406, 408, 410, 412, 502, 504, 802, 804, 806, 808, 810, 812) are designed as zone control units (14, 34).