DE102022124564A1 - Determining filter parameters of a bandpass frequency filter in a vehicle power system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Filterparametern eines in einem Energiebordnetz eines Fahrzeugs zu verbauenden passiven Bandpass-Frequenzfilters, bei dem ein Modell des Energiebordnetzes mit Störquellen und Störsenken aufgestellt wird, ein Zugangspunkt des Bandpass-Frequenzfilters in dem Modell des Energiebordnetzes bestimmt wird und folgend beginnend mit k = 1 (a) dem Bandpass-Frequenzfilter eine k-te Bandpass-Filterstufe hinzugefügt wird, indem dafür (i) eine Filterstufenfrequenz festgelegt wird, dann (ii) ein Filterstufenwiderstand (Rk) festgelegt wird, dann (iii) eine Filterstufenkapazität festgelegt wird und aus der Filterstufenfrequenz und der Filterstufenkapazität eine Filterstufeninduktivität berechnet wird, und folgend (b) anhand des Modells berechnet wird, ob durch das Bandpass-Frequenzfilter bewirkte Transferimpedanzen zwischen den Störquellen und den Störsenken eine vorgegebene Maximalabweichung von zugehörigen Referenz-Transferimpedanzen überschreiten oder nicht, und (c) dann, wenn die Maximalabweichung nicht überschritten wird, die Auslegung des Bandpass-Frequenzfilters abgeschlossen wird, (d) während dann, wenn die Maximalabweichung überschritten wird, k inkrementiert wird und folgend (e) die Schritte (a) bis (d) erneut durchlaufen werden, wobei in Schritt (a) (iii) die Filterstufenkapazität danach festgelegt wird, ob eine Stabilitätsrandbedingung mit einer maximalen Filterstufenkapazität, eine Gleichgewichtsrandbedingung mit einer minimalen Filterstufenkapazität oder eine Verlust-Randbedingung mit einer Ziel-Filterstufenkapazität ausgewählt ist.The invention relates to a method for determining filter parameters of a passive bandpass frequency filter to be installed in an on-board energy network of a vehicle, in which a model of the on-board energy network is set up with interference sources and interference sinks, an access point of the bandpass frequency filter is determined in the model of the on-board energy network and following starting with k = 1 (a) a kth bandpass filter stage is added to the bandpass frequency filter by (i) specifying a filter stage frequency, then (ii) specifying a filter stage resistance (Rk), then (iii) a filter stage capacitance is determined and a filter stage inductance is calculated from the filter stage frequency and the filter stage capacitance, and following (b) it is calculated based on the model whether transfer impedances caused by the bandpass frequency filter between the interference sources and the interference sinks exceed a predetermined maximum deviation from associated reference transfer impedances or not , and (c) if the maximum deviation is not exceeded, the design of the bandpass frequency filter is completed, (d) while if the maximum deviation is exceeded, k is incremented and following (e) steps (a) to ( d) are run through again, wherein in step (a) (iii) the filter stage capacity is determined according to whether a stability boundary condition with a maximum filter stage capacity, an equilibrium boundary condition with a minimum filter stage capacity or a loss boundary condition with a target filter stage capacity is selected.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Filterparametern eines in einem Energiebordnetz eines Fahrzeugs zu verbauenden passiven Bandpass-Frequenzfilters, bei dem ein Modell des Energiebordnetzes mit Störquellen und Störsenken aufgestellt wird, ein Zugangspunkt des Bandpass-Frequenzfilters in dem Modell des Energiebordnetzes bestimmt wird, und folgend beginnend mit k = 1 (a) dem Bandpass-Frequenzfilter eine k-te Bandpass-Filterstufe hinzugefügt wird, indem dafür (i) eine Filterstufenfrequenz festgelegt wird, dann (ii) ein Filterstufenwiderstand festgelegt wird, dann (iii) eine Filterstufenkapazität festgelegt wird und aus der Filterstufenfrequenz und der Filterstufenkapazität eine Filterstufeninduktivität berechnet wird, und folgend (b) anhand des Modells berechnet wird, ob durch das Bandpass-Frequenzfilter bewirkte Transferimpedanzen eine vorgegebene Maximalabweichung von zugehörigen Referenz-Transferimpedanzen überschreiten oder nicht, und (c) dann, wenn die Maximalabweichung nicht überschritten wird, die Auslegung des Bandpass-Frequenzfilters abgeschlossen wird, (d) während dann, wenn die Maximalabweichung überschritten wird, k inkrementiert wird und folgend (e) die Schritte (a) bis (d) erneut durchlaufen werden. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, aufweisend ein Energiebordnetz mit mindestens einem mehrstufigen Frequenzfilter, wobei der Frequenzfilter nach dem Verfahren entworfen bzw. ausgelegt worden ist. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Energiebordnetze von vollelektrisch angetriebenen Fahrzeugen.The invention relates to a method for determining filter parameters of a passive bandpass frequency filter to be installed in an on-board energy network of a vehicle, in which a model of the on-board energy network is set up with interference sources and interference sinks, an access point of the bandpass frequency filter is determined in the model of the on-board energy network, and following starting with k = 1 (a) a kth bandpass filter stage is added to the bandpass frequency filter by (i) specifying a filter stage frequency, then (ii) specifying a filter stage resistance, then (iii) specifying a filter stage capacitance and a filter stage inductance is calculated from the filter stage frequency and the filter stage capacitance, and (b) using the model it is calculated whether transfer impedances caused by the bandpass frequency filter exceed a predetermined maximum deviation from associated reference transfer impedances or not, and (c) if the maximum deviation is not exceeded, the design of the bandpass frequency filter is completed, (d) while if the maximum deviation is exceeded, k is incremented and following (e) steps (a) to (d) are repeated. The invention also relates to a vehicle having an on-board power supply system with at least one multi-stage frequency filter, the frequency filter being designed or laid out according to the method. The invention is particularly advantageously applicable to on-board energy systems of fully electrically powered vehicles.

Um die Auswirkungen hochdynamischer Leistungsschwankungen zu reduzieren, können mehrstufige Bandpass-Filter verwendet werden. So beschreibt Martin Baumann, Ali Shoar Abouzari, Christoph Weissinger, Bjørn Gustavsen, Hans-Georg Herzog: „Passive Filter Design Algorithm for Transient Stabilization of Automotive Power Systems“, 2021 IEEE 93rd Vehicular Technology Conference (VTC2021-Spring), 25. - 28. April 2021, Helsinki, Finnland , dass das automobile Bordnetz zunehmend um hochdynamische Leistungselektronik erweitert wird. Diese Komponenten können möglicherweise zu Fehlfunktionen oder Ausfällen von sicherheitsrelevanten Niederspannungskomponenten führen. Die Störanfälligkeit wird häufig durch den Einsatz überdimensionierter passiver Eingangselektronik reduziert. In dieser Veröffentlichung wird ein alternatives Mittel zur Störungsunterdrückung durch die Einführung von systemintegrierten adaptiven passiven Filtern vorgestellt. Es wird ein Methodenvorschlag zur Untersuchung der Eignung potentieller Zugangspunkte innerhalb komplexer Netzwerke vorgestellt. Ein algorithmisches Verfahren zur Parametrierung mehrerer schaltbarer Bandpassfilterstufen wird erläutert. Messungen im Fahrzeug zeigen die Wirksamkeit des dimensionierten Filters, der Störungen bei 70 kHz um mehr als 75 % reduzieren kann. Jedoch werden ausschließlich serielle Ersatzschaltparameter für die elektrische Beschreibung des Kabelbaums verwendet, während keine Querbeläge betrachtet werden. Die aufgestellte Filterparametrierung ist lediglich für eine solche Modellierung geeignet. Diese Veröffentlichung wird vollumfänglich in die vorliegende Offenbarung aufgenommen.To reduce the effects of highly dynamic power fluctuations, multi-stage bandpass filters can be used. This describes it Martin Baumann, Ali Shoar Abouzari, Christoph Weissinger, Bjørn Gustavsen, Hans-Georg Herzog: “Passive Filter Design Algorithm for Transient Stabilization of Automotive Power Systems”, 2021 IEEE 93rd Vehicular Technology Conference (VTC2021-Spring), April 25th - 28th 2021, Helsinki, Finland that the automotive electrical system is increasingly being expanded to include highly dynamic power electronics. These components can potentially cause malfunctions or failures of safety-related low-voltage components. The susceptibility to interference is often reduced by using oversized passive input electronics. This paper presents an alternative means of interference suppression through the introduction of system-integrated adaptive passive filters. A proposed method for investigating the suitability of potential access points within complex networks is presented. An algorithmic method for parameterizing several switchable bandpass filter stages is explained. Measurements in the vehicle show the effectiveness of the dimensioned filter, which can reduce interference at 70 kHz by more than 75%. However, only serial equivalent switching parameters are used for the electrical description of the wiring harness, while no cross-plates are considered. The filter parameterization set up is only suitable for such modeling. This publication is incorporated in its entirety into this disclosure.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit bereitzustellen, einen Beeinflussungen zwischen einem in einem Energiebordnetz eines Fahrzeugs verbauten, insbesondere mehrstufigen, Frequenzfilter und anderen Komponenten des Energiebordnetzes zu berücksichtigen.It is the object of the present invention to at least overcome the disadvantages of the prior art and in particular to provide an improved possibility of taking into account influences between a, in particular multi-stage, frequency filter installed in an on-board energy network of a vehicle and other components of the on-board energy network.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.This task 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 Verfahren zum Bestimmen von Filterparametern eines in einem Energiebordnetz eines Fahrzeugs zu verbauenden passiven Bandpass-Frequenzfilters, bei dem ein Modell des Energiebordnetzes mit Störquellen und Störsenken aufgestellt wird, ein Zugangspunkt des Bandpass-Frequenzfilters in dem Modell des Energiebordnetzes bestimmt wird, und folgend beginnend mit k = 1

  1. (a) dem Bandpass-Frequenzfilter eine k-te Bandpass-Filterstufe hinzugefügt wird, indem dafür (i) eine Filterstufenfrequenz festgelegt bzw. berechnet wird, dann (ii) ein Filterstufenwiderstand festgelegt bzw. berechnet wird, dann (iii) eine Filterstufenkapazität festgelegt wird und aus der Filterstufenfrequenz und der Filterstufenkapazität eine Filterstufeninduktivität berechnet wird, und folgend
  2. (b) anhand des Modells berechnet wird, ob die durch das Bandpass-Frequenzfilter bewirkten Transferimpedanzen zwischen den Störquellen und den Störsenken eine vorgegebene Maximalabweichung von zugehörigen Referenz-Transferimpedanzen überschreiten oder nicht, und
  3. (c) dann, wenn die Maximalabweichung nicht überschritten wird, die Auslegung des Bandpass-Frequenzfilters abgeschlossen wird,
  4. (d) während dann, wenn die Maximalabweichung überschritten wird, k inkrementiert wird und folgend
  5. (e) die Schritte (a) bis (d) erneut durchlaufen werden,
wobei
  • - die Filterstufenkapazität danach festgelegt wird, ob eine Stabilitätsrandbedingung mit einer maximalen Filterstufenkapazität, eine Gleichgewichtsrandbedingung mit einer minimalen Filterstufenkapazität oder eine Verlust-Randbedingung mit einer Ziel-Filterstufenkapazität ausgewählt ist.
The task is solved by a method for determining filter parameters of a passive bandpass frequency filter to be installed in an on-board energy network of a vehicle, in which a model of the on-board energy network is set up with interference sources and interference sinks, and an access point of the bandpass frequency filter is determined in the model of the on-board energy network , and following starting with k = 1
  1. (a) a kth bandpass filter stage is added to the bandpass frequency filter by (i) setting or calculating a filter stage frequency, then (ii) setting or calculating a filter stage resistance, then (iii) setting a filter stage capacitance and a filter stage inductance is calculated from the filter stage frequency and the filter stage capacitance, and following
  2. (b) the model is used to calculate whether the transfer impedances caused by the bandpass frequency filter between the interference sources and the interference sinks exceed a predetermined maximum deviation from associated reference transfer impedances or not, and
  3. (c) if the maximum deviation is not exceeded, the design of the bandpass frequency filter is completed,
  4. (d) while if the maximum deviation is exceeded, k is incremented and following
  5. (e) steps (a) to (d) are repeated again,
where
  • - the filter stage capacity is determined according to whether a stability boundary condition with a maximum filter stage capacity, an equilibrium boundary condition with a minimum filter stage capacity or a loss boundary condition with a target filter stage capacity is selected.

Dieses Verfahren ergibt den Vorteil, dass nicht nur die Spannungsstabilität, sondern auch die Verlustenergie des Filters gewählt werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Verfahren auch für eng verzweigte Energiebordnetze (z.B. mit Baumstruktur, engen Kabelbündeln mit ausgeprägten Gegeninduktitiväten, usw.) wirksam ist.This method has the advantage that not only the voltage stability but also the energy loss of the filter can be selected. Another advantage is that the method is also effective for tightly branched on-board power systems (e.g. with a tree structure, narrow cable bundles with pronounced mutual inductances, etc.).

Dabei wird durch das Verfahren automatisch eine Filterstufe hinzugefügt und ausgelegt, wenn durch die vorherige Zahl von Filterstufen noch kein ausreichend gutes Filterergebnis erreicht werden konnte. Im einfachsten Fall, wenn bereits die erste Filterstufe ein ausreichend gutes Filterergebnis erbringt, kann der Frequenzfilter also auch ein einstufiger Filter sein.The process automatically adds and designs a filter stage if the previous number of filter stages could not achieve a sufficiently good filter result. In the simplest case, if the first filter stage already produces a sufficiently good filter result, the frequency filter can also be a single-stage filter.

Der Frequenzfilter ist in einer Weiterbildung ein mehrstufiger Frequenzfilter, wobei jede der einzelnen Filterstufen als Bandpass ausgebildet ist.In a further development, the frequency filter is a multi-stage frequency filter, with each of the individual filter stages being designed as a bandpass.

Dass der Frequenzfilter ein passiver Filter ist, umfasst insbesondere, dass seine Filtercharakteristik durch Filterparameter in Form des Filterstufenwiderstands Rk, der Filterstufenkapazität Ck und der Filterstufeninduktivität Lk ausgedrückt werden kann bzw. definierbar sind. Die Filterstufenfrequenz entspricht insbesondere der Mittenfrequenz des zugehörigen Passbands.The fact that the frequency filter is a passive filter means in particular that its filter characteristics can be expressed or can be defined by filter parameters in the form of the filter stage resistance R k , the filter stage capacitance C k and the filter stage inductance L k . The filter stage frequency corresponds in particular to the center frequency of the associated pass band.

Es ist eine Weiterbildung, dass die Filterstufen des mehrstufigen Frequenzfilters permanent zugeschaltet sind. Es ist eine Weiterbildung, dass die Filterstufen des mehrstufigen Frequenzfilters über jeweilige Schalter, insbesondere elektronische Schalter, wahlweise zu- und abschaltbar sind, z.B. wie weiter unten in Bezug auf 2 beschrieben.It is a further development that the filter stages of the multi-stage frequency filter are permanently switched on. It is a further development that the filter stages of the multi-stage frequency filter can be selectively switched on and off via respective switches, in particular electronic switches, for example as described further below in relation to 2 described.

Ein Modell eines Energiebordnetzes aufzustellen, ist grundsätzlich bekannt und kann beispielsweise wie in der Veröffentlichung von Baumann et al. beschrieben durchgeführt werden.Setting up a model of an on-board energy network is basically known and can be done, for example, as in the publication by Baumann et al. described.

Eine Störquelle kann beispielsweise ein Verbraucher oder eine Energiequelle wie z.B. ein Gleichspannungswandler eine Komfortkomponente und/oder eine hochdynamische sicherheitsrelevante (ASIL-)Komponente sein, die bzw. der in der Lage ist, hohe dynamische Leistungsschwankungen im Energiebordnetz zu bewirken. Eine Störsenke kann beispielsweise ein hochanfälliger und/oder sicherheitsrelevanter Verbraucher wie ein integriertes Bremssystem, eine elektrisch angetriebene Servolenkung, ein Scheibenwischermotor, Sensoren oder Rechengeräte sein. Eine Störsenke kann auch eine Stromversorgung wie ein Gleichspannungswandler sein. Eine Komponente kann gleichzeitig Störquelle und Störsenke sein. Störquellen, Störsenken und Bandpass-Frequenzfilter sind an verschiedenen Zugangspunkten des Bordnetzes angeschlossen. Der Bandpass-Frequenzfilter ist mit dem elektrischen Pfad verbunden, um Störungen zu reduzieren, insbesondere von den Störquellen bewirkte Störungen an den Störsenken, z.B. an Anschlussklemmen davon.A source of interference can be, for example, a consumer or an energy source such as a DC-DC converter, a comfort component and/or a highly dynamic safety-relevant (ASIL) component that is capable of causing high dynamic power fluctuations in the on-board energy system. An interference sink can, for example, be a highly vulnerable and/or safety-relevant consumer such as an integrated braking system, an electrically driven power steering, a windshield wiper motor, sensors or computing devices. An interference sink can also be a power supply such as a DC-DC converter. A component can be a source of interference and a sink of interference at the same time. Interference sources, interference sinks and bandpass frequency filters are connected to various access points in the on-board electrical system. The bandpass frequency filter is connected to the electrical path in order to reduce interference, in particular interference caused by the interference sources at the interference sinks, for example at connection terminals thereof.

Der Zugangspunkt des Bandpass-Frequenzfilters in dem Energiebordnetz bzw. in dem Modell des Energiebordnetzes kann beispielsweise wie in der Veröffentlichung von Baumann et al. beschrieben bestimmt werden.The access point of the bandpass frequency filter in the on-board energy network or in the model of the on-board energy network can, for example, as in the publication by Baumann et al. described.

Folgend kann der Frequenzfilter aufgestellt werden, indem zunächst eine erste Filterstufe (d. h., k = 1) zum dem Frequenzfilter hinzugefügt wird und die zugehörige Filterstufenfrequenz fk sowie die Filterparameter Rk, Ck, Lk gemäß den Schritten (a) bis (d) festgelegt werden.Subsequently, the frequency filter can be set up by first adding a first filter stage (ie, k = 1) to the frequency filter and determining the corresponding filter stage frequency f k as well as the filter parameters R k , C k , L k according to steps (a) to (d).

Schritt (b) kann allgemein einer Überprüfung, ob die durch Hinzufügen einer Filterstufe resultierenden Transferimpedanzen in einem Frequenzbereich außerhalb der bisher hinzugefügten Passbänder schlechter sind als vor dem Einbau der letzten Filterstufe, entsprechen. Ist dies der Fall, wird eine neue Filterstufe hinzugefügt, welche für die Frequenz bzw. den Frequenzbereich ausgelegt ist, der schlechter ist als vor dem Einbau der letzten Filterstufe. Es ist eine Weiterbildung, dass die Filter(stufen)frequenz der neuen Filterstufe (falls nötig) so festgelegt ist, dass sie der Frequenz entspricht, bei der sich bei Vergleich der Transferimpedanzen in Schritt (b) für ein Filter mit einer um eins geringeren Zahl von Filterstufen die maximale Abweichung ergeben hat.Step (b) can generally correspond to a check as to whether the transfer impedances resulting from adding a filter stage in a frequency range outside the previously added passbands are worse than before the last filter stage was installed. If this is the case, a new filter stage is added, which is designed for the frequency or frequency range that is worse than before the last filter stage was installed. It is a further development that the filter (stage) frequency of the new filter stage (if necessary) is set so that it corresponds to the frequency at which, when comparing the transfer impedances in step (b), a filter with a number one lower of filter stages resulted in the maximum deviation.

Im Folgenden werden unter „aktuellen“ Transferimpedanzen diejenigen Transferimpedanzen verstanden, die sich durch das Vorhandensein des Bandpass-Frequenzfilters mit dem aktuell zugewiesenen bzw. verwendeten k ergeben. Werden die Schritte (a) bis (c) das erste Mal durchlaufen und gilt also k = 1, entsprechen die Referenz-Transferimpedanzen idealen Transferimpedanzen, d.h., Transferimpedanzen, die sich ergeben würden, wenn anstelle der ersten Filterstufe ein idealer Superkondensator an Zugangspunkt eingesetzt wird. Beim ersten Durchlaufen von Schritt (b), wenn also nur die erste Filterstufe hinzugefügt worden ist (Fall k = 1), wird überprüft, ob die durch das einstufige Bandpass-Frequenzfilter bewirkten Transferimpedanzen eine vorgegebene Maximalabweichung δmax von den zugehörigen „idealen“ Referenz-Transferimpedanzen überschreiten oder nicht. Die zugehörigen idealen Transferimpedanzen zwischen Störquellen und Störsenken können beispielsweise wie in der Veröffentlichung von Baumann et al. beschrieben berechnet werden.In the following, “current” transfer impedances are understood to mean those transfer impedances that result from the presence of the bandpass frequency filter with the currently assigned or used k. If steps (a) to (c) are carried out for the first time and k = 1, the reference transfer impedances correspond to ideal transfer impedances, ie, transfer impedances that would result if an ideal supercapacitor was used at the access point instead of the first filter stage . When going through step (b) for the first time, i.e. when only the first filter stage has been added (case k = 1), it is checked whether the transfer impedances caused by the single-stage bandpass frequency filter have a predetermined maximum deviation δ max of may or may not exceed the associated “ideal” reference transfer impedances. The associated ideal transfer impedances between interference sources and interference sinks can, for example, as in the publication by Baumann et al. can be calculated as described.

Ist eine weitere Filterstufe hinzugefügt worden (d.h., dass k > 1 vorliegt), wird bei einem erneuten Durchlaufen von Schritt (b) überprüft, ob die durch das aktuelle Bandpass-Frequenzfilter mit der neu hinzugefügten k-ten Filterstufe bewirkten aktuellen Transferimpedanzen eine vorgegebene Maximalabweichung δmax von „initialen“ Transferimpedanzen aufweisen, d.h., von Transferimpedanzen, die sich für das ursprüngliche Bordnetz, d.h., ohne das Bandpass-Frequenzfilter und ohne Superkondensator, ergeben würden. Es werden also die Transferimpedanzen eines Filters mit k (k > 1) Filterstufen mit den „initialen“ Transferimpedanzen des ursprünglichen Bordnetzen verglichen. Referenz-Transferimpedanzen entsprechen also für k = 1 idealen Transferimpedanzen, für k > 1 initialen Transferimpedanzen.If a further filter stage has been added (ie that k > 1 is present), when step (b) is repeated, it is checked whether the current transfer impedances caused by the current bandpass frequency filter with the newly added kth filter stage have a predetermined maximum deviation δ max of “initial” transfer impedances, ie, of transfer impedances that would result for the original on-board electrical system, ie, without the bandpass frequency filter and without supercapacitor. The transfer impedances of a filter with k (k > 1) filter stages are compared with the “initial” transfer impedances of the original on-board electrical system. Reference transfer impedances correspond to ideal transfer impedances for k = 1 and initial transfer impedances for k > 1.

Unter einer Transferimpedanz, die auch als „Transferfunktion“ bezeichnet werden kann, wird hier insbesondere eine Auftragung oder Kurve einer Impedanz bzw. eines Widerstands über einen betrachteten Frequenzbereich verstanden. Weiterhin enthält die Transferfunktion neben der Amplitude auch die Phase. Die Einheit der Amplitude kann z.B. in Ohm angegeben werden. Die Transferimpedanzen können beispielsweise wie in der Veröffentlichung von Baumann et al., 3 beschrieben aufgetragen werden. Vorliegend ist ein Betrachtung eines Frequenzbereichs zwischen 10 kHz und 150 kHz besonders vorteilhaft.A transfer impedance, which can also be referred to as a “transfer function”, is understood here in particular to be a plot or curve of an impedance or a resistance over a frequency range under consideration. Furthermore, the transfer function contains not only the amplitude but also the phase. The unit of the amplitude can be specified, for example, in ohms. The transfer impedances can be, for example, as in the publication by Baumann et al., 3 be applied as described. In the present case, considering a frequency range between 10 kHz and 150 kHz is particularly advantageous.

Dass überprüft wird, ob die durch das Bandpass-Frequenzfilter bewirkten (aktuellen) Transferimpedanzen eine vorgegebene Maximalabweichung von den zugehörigen Referenz-Transferimpedanzen überschreiten, kann in einer Weiterbildung umfassen, dass dieser Vergleich für alle oder nur eine Teilmenge der einzelnen Transferimpedanzen zwischen einem bestimmten Paar aus Störquelle und Störsenke durchgeführt wird.The fact that it is checked whether the (current) transfer impedances caused by the bandpass frequency filter exceed a predetermined maximum deviation from the associated reference transfer impedances can, in a further development, include this comparison being carried out for all or only a subset of the individual transfer impedances between a specific pair interference source and interference sink is carried out.

Es ist eine besonders einfach umsetzbare Weiterbildung, dass zum Überprüfen, ob die durch das Bandpass-Frequenzfilter bewirkten Transferimpedanzen eine vorgegebene Maximalabweichung von den zugehörigen Referenz-Transferimpedanzen überschreiten, die Summe aller aktuellen Transferimpedanzen, die sich durch Einsatz eines Filters mit der zuletzt hinzugefügten k-ten Filterstufe ergeben, mit der Summe aller Referenz-Transferimpedanzen verglichen werden. Diese Summe entspricht einer Überlagerung aller Transferimpedanzen für ein bestimmtes k und kann auch als „Summenkurve“ bezeichnet werden.It is a particularly easy to implement further development that in order to check whether the transfer impedances caused by the bandpass frequency filter exceed a predetermined maximum deviation from the associated reference transfer impedances, the sum of all current transfer impedances, which are determined by using a filter with the last added k- th filter stage can be compared with the sum of all reference transfer impedances. This sum corresponds to a superposition of all transfer impedances for a specific k and can also be referred to as a “sum curve”.

Es ist eine Weiterbildung, dass das Überprüfen, ob die durch das Bandpass-Frequenzfilter bewirkten (aktuellen) Transferimpedanzen eine vorgegebene Maximalabweichung von den zugehörigen Referenz-Transferimpedanzen überschreiten, umfasst insbesondere, dass überprüft wird, ob für mindestens einen durch die Transferimpedanzen betrachteten Frequenzwert ein durch das aktuelle Bandpass-Frequenzfilter bewirkter Amplitudenwert der aktuellen Transferimpedanzen, insbesondere eine Summe davon, eine negative Abweichung von dem Amplitudenwert der Referenz-Transferimpedanzen aufweist, die betragsmäßig größer ist als die vorgegebene Maximalabweichung. Dies ist besonders vorteilhaft zum Dämpfen von Antiresonanzen.It is a further development that checking whether the (current) transfer impedances caused by the bandpass frequency filter exceed a predetermined maximum deviation from the associated reference transfer impedances includes, in particular, checking whether a through for at least one frequency value considered by the transfer impedances The amplitude value of the current transfer impedances caused by the current bandpass frequency filter, in particular a sum thereof, has a negative deviation from the amplitude value of the reference transfer impedances, which is greater in magnitude than the predetermined maximum deviation. This is particularly advantageous for dampening antiresonances.

Für den Fall der Stabilitätsrandbedingung wird als Filterstufenkapazität eine maximale Filterstufenkapazität festgelegt, für den Fall der Gleichgewichtsrandbedingung eine minimalen Filterstufenkapazität und für den Fall der Verlust-Randbedingung eine Filterstufenkapazität entsprechend einer Ziel-Filterstufenkapazität ausgewählt ist. Diese Wahl der Stabilitätsrandbedingung kann z.B. auf Basis eines vorgegeben Bauraums, eines vorgegebenen Zielgewichts oder eines geringen Preis für hohe Stückzahlen ausgewählt werden. Die Stabilitätsrandbedingung bewirkt relativ hohe Verluste bei besonders stabiler Filterung, die Gleichgewichtsrandbedingung relativ geringe Verluste bei einer höheren Frequenzselektivität und die Verlust-Randbedingung einen Kompromiss zwischen diesen beiden Extremen.For the case of the stability boundary condition, a maximum filter stage capacity is specified as the filter stage capacity, for the case of the equilibrium boundary condition a minimum filter stage capacity is selected and for the case of the loss boundary condition a filter stage capacity is selected corresponding to a target filter stage capacity. This choice of stability boundary condition can be selected, for example, based on a specified installation space, a specified target weight or a low price for large quantities. The stability boundary condition causes relatively high losses with particularly stable filtering, the equilibrium boundary condition causes relatively low losses with higher frequency selectivity and the loss boundary condition causes a compromise between these two extremes.

Es ist eine Ausgestaltung, dass für den Fall, dass die Stabilitätsrandbedingung ausgewählt ist, in Schritt (a)(iii) ein Wert der Filterstufenkapazität einem oberen Grenzwert CUB gleichgesetzt wird, dann überprüft wird, ob die verbleibende Abweichung zwischen den aktuellen Transferimpedanzen und den zugehörigen Referenz-Transferimpedanzen gleich einer vorgegebenen minimalen Abweichung ist, wenn dies der Fall ist, zu Schritt (b) übergegangen wird, und wenn dies nicht der Fall ist, der Filterstufenwiderstand nachjustiert bzw. angepasst wird. Der obere Grenzwert CUB kann sich beispielsweise aus der maximalen Kapazität Cmax verfügbarer Kapazitätsbauteile bzw. Kondensatoren ergeben und/oder kann durch eine minimale Induktivität Lmin verfügbarer bestückbarer Induktionsbauteile bzw. Spulen oder die Induktivität der Leiterplatte sowie durch die Filterstufenfrequenz fk begrenzt sein. Das Nachjustieren kann beispielsweise eine iterative Änderung des Filterstufenwiderstand Rk zum Auffinden einer möglichst geringen Abweichung δmin zwischen den aktuellen Transferimpedanzen zu den zugehörigen Referenz-Transferimpedanzen umfassen.It is an embodiment that, in the event that the stability boundary condition is selected, in step (a)(iii) a value of the filter stage capacitance is equated to an upper limit value C UB , then it is checked whether the remaining deviation between the current transfer impedances and the associated reference transfer impedances is equal to a predetermined minimum deviation, if this is the case, proceed to step (b), and if this is not the case, the filter stage resistance is readjusted or adjusted. The upper limit value C UB can result, for example, from the maximum capacity C max of available capacitance components or capacitors and/or can be limited by a minimum inductance L min of available induction components or coils that can be fitted or the inductance of the circuit board and by the filter stage frequency f k . The readjustment can, for example, involve an iterative change in the filter stage resistance R k to find the smallest possible deviation δ min between the current transfer impedances associated reference transfer impedances.

Es ist eine Ausgestaltung, dass der obere Grenzwert CUB gemäß C UB = min  { C max , 1 4   π 2   f k 2  L min }

Figure DE102022124564A1_0001
mit Cmax einem maximalen Kapazitätswert verfügbarer Kapazitätsbauteile und Lmin einem minimalen Induktivitätswert verfügbarer Induktionsbauteile festgelegt wird.It is an embodiment that the upper limit C UB according to C UB = min { C Max , 1 4 π 2 f k 2 L min }
Figure DE102022124564A1_0001
with C max a maximum capacity value of available capacitance components and L min a minimum inductance value of available induction components.

Es ist eine Ausgestaltung, dass für den Fall, dass die Gleichgewichtsrandbedingung ausgewählt ist, eine Ziel-Filterstufenkapazität Ctar zunächst einer vorgegebenen minimalen Filterstufenkapazität C*min gleichgesetzt wird und dann die Filterstufenkapazität Ck

  • - einem unteren Grenzwert CLB gleichgesetzt wird, falls ein Wert der Ziel-Filterstufenkapazität Ctar kleiner oder gleich dem unterem Grenzwert CLB ist,
  • - auf den Wert der Ziel-Filterstufenkapazität Ctar festgelegt wird, falls der Wert der der Ziel-Filterstufenkapazität Ctar größer als der untere Grenzwert CLB und kleiner als der obere Grenzwert CUB ist und
  • - dem oberen Grenzwert CUB gleichgesetzt wird, falls der Wert der Ziel-Filterstufenkapazität Ctar größer oder gleich dem oberen Grenzwert CUB ist.
It is an embodiment that, in the event that the equilibrium boundary condition is selected, a target filter stage capacity C tar is first equated to a predetermined minimum filter stage capacity C* min and then the filter stage capacity C k
  • - is equated to a lower limit value C LB if a value of the target filter stage capacity C tar is less than or equal to the lower limit value C LB ,
  • - is set to the value of the target filter stage capacity C tar if the value of the target filter stage capacity C tar is greater than the lower limit C LB and smaller than the upper limit C UB and
  • - the upper limit value C UB is equated if the value of the target filter stage capacity C tar is greater than or equal to the upper limit value C UB .

Es ist eine Ausgestaltung, dass der untere Grenzwert CLB gemäß C LB = max  { C min , 1 4   π 2  f k 2  L max }

Figure DE102022124564A1_0002
mit Cmin einem minimalen Kapazitätswert verfügbarer Kapazitätsbauteile und Lmax einem maximalen Induktivitätswert verfügbarer Induktivitätsbauteile festgelegt wird.It is an embodiment that the lower limit C LB according to C L.B = Max { C min , 1 4 π 2 f k 2 L Max }
Figure DE102022124564A1_0002
with C min a minimum capacitance value of available capacitance components and L max a maximum inductance value of available inductance components.

Die minimale Filterstufenkapazität C*min wird bei ersten Durchlaufen des obigen Verfahrens, wenn die Zahl k der Filterstufen die zulässige maximale Zahl kmax noch nicht erreicht hat, insbesondere auf Cmin gesetzt, also auf C*min = Cmin. C*min kann mit erneutem Durchlaufen des obigen Verfahrens startend bei k = 1, nachdem die Zahl k der Filterstufen zuvor die maximale Zahl kmax erreicht hat, um eine bestimmte Stufe hochgesetzt werden. Dies wird weiter unten genauer ausgeführt.The minimum filter stage capacity C* min is set in particular to C min the first time the above method is run through, when the number k of filter stages has not yet reached the permissible maximum number k max , i.e. to C* min = C min . C* min can be increased by a certain level by running through the above process again, starting at k = 1, after the number k of filter stages has previously reached the maximum number k max . This is explained in more detail below.

Es ist eine Ausgestaltung, dass für den Fall, dass die Verlust-Randbedingung ausgewählt ist, eine Ziel-Filterstufenkapazität Ctar der Filterstufenkapazität Ck gleichgesetzt wird und die Filterstufenkapazität Ck einem unteren Grenzwert CLB gleichgesetzt wird, falls der Wert der Ziel-Filterstufenkapazität Ctar kleiner oder gleich dem unterem Grenzwert CLB ist, auf den Wert der Ziel-Filterstufenkapazität Ctar festgelegt wird, falls der Wert der der Ziel-Filterstufenkapazität größer als der untere Grenzwert und kleiner als ein oberer Grenzwert ist und einem oberen Grenzwert CUB gleichgesetzt wird, falls der Wert der Ziel-Filterstufenkapazität Ctar größer oder gleich dem oberen Grenzwert CUB ist. Hier wird als Filterstufenkapazität Ck also die Ziel-Filterstufenkapazität Ctar eingesetzt, falls sich die Ziel-Filterstufenkapazität Ctar innerhalb der Grenzwerte CLB und CUB befindet, ansonsten auf den nächsten Grenzwert CLB, und CUB gezwungenIt is an embodiment that, in the event that the loss boundary condition is selected, a target filter stage capacity C tar is set equal to the filter stage capacity C k and the filter stage capacity C k is set equal to a lower limit value C LB if the value of the target filter stage capacity C tar is less than or equal to the lower limit C LB , is set to the value of the target filter stage capacity C tar if the value of the target filter stage capacity is greater than the lower limit and less than an upper limit and an upper limit C UB is equated if the value of the target filter stage capacity C tar is greater than or equal to the upper limit C UB . Here, the target filter stage capacity C tar is used as the filter stage capacity C k if the target filter stage capacity C tar is within the limit values C LB and C UB , otherwise forced to the next limit value C LB and C UB

Es ist eine Ausgestaltung, dass die Filterstufeninduktivität gemäß L k = 1 4   π 2  f k 2  C k

Figure DE102022124564A1_0003
berechnet wird.It is an embodiment that the filter stage inductance according to L k = 1 4 π 2 f k 2 C k
Figure DE102022124564A1_0003
is calculated.

Es ist eine Ausgestaltung, dass in Schritt (a)(ii) der Filterstufenwiderstand festgelegt wird, indem für die erste Filterstufe, d.h., für k = 1,

  • - ein Absolutwert der idealen Transferimpedanz als anfänglicher Filterstufenwiderstand R1 bei der identifizierten Filterstufenfrequenz f1 verwendet wird und
  • - dann, wenn eine anfängliche Abweichung δ* zwischen ugefiltert und uideal größer als eine maximal zulässige Abweichung δ*max ist, der Filterstufenwiderstand R1 sukzessive verringert wird, bis die Abweichung δ* die maximal zulässige Abweichung δ*max erreicht, und
  • - dann, wenn die anfängliche Abweichung δ* zwischen ugefiltert und uideal kleiner als die maximal zulässige Abweichung δ*max ist, der Filterstufenwiderstand R1 sukzessive erhöht wird, bis die Abweichung δ* die maximal zulässige Abweichung δ*max erreicht,
und für folgende Filterstufen (d.h., für k > 1) jeweils eine polynominale Näherungsfunktion der Ordnung n, welche mehrere iterativ gerechnete Testpaare (Rk,i, δk,i) annähert, bestimmt wird und als der Filterstufenwiderstand Rk ein Wert der Näherungsfunktion festgelegt wird, der innerhalb einer vorgegebenen Abweichung zum Funktionswert null liegt. Die Größe ugefiltert entspricht dabei der Amplitude der Transferimpedanz mit Filter an einer bestimmten Frequenz und uideal der Amplitude der Transferimpedanz an dieser Frequenz mit idealer Stabilisierung. Dass der Filterstufenwiderstand R1 sukzessive verringert wird, kann insbesondere umfassen, dass er in Schritten mit insbesondere gleicher Schrittweite verringert wird, z.B. in Schritten von 1 mΩ.It is an embodiment that in step (a)(ii) the filter stage resistance is determined by for the first filter stage, ie, for k = 1,
  • - an absolute value of the ideal transfer impedance is used as the initial filter stage resistance R 1 at the identified filter stage frequency f 1 and
  • - then, if an initial deviation δ* between u filtered and u is ideally greater than a maximum permissible deviation δ* max , the filter stage resistance R 1 is successively reduced until the deviation δ* reaches the maximum permissible deviation δ* max , and
  • - then, if the initial deviation δ* between u filtered and u ideally is smaller than the maximum permissible deviation δ* max , the filter stage resistance R 1 is successively increased until the deviation δ* reaches the maximum permissible deviation δ* max ,
and for the following filter stages (ie, for k > 1), a polynomial approximation function of order n, which approximates several iteratively calculated test pairs (R k,i , δ k,i ), is determined and a value of the approximation function as the filter stage resistance R k which is within a predetermined deviation from the function value zero. The size u filtered corresponds to the amplitude of the transfer impedance with filter at a certain frequency and u ideally corresponds to the amplitude of the transfer impedance dance at this frequency with ideal stabilization. The fact that the filter stage resistance R 1 is successively reduced can in particular include that it is reduced in steps with, in particular, the same step size, for example in steps of 1 mΩ.

Die Testpaare (Rk,i, δk,i) bilden insbesondere die Stützstellen für die Näherungsfunktion. Für den Fall von drei Testpaaren (Rk,i, δk,i) mit j = 1, 2, 3 können diese beispielsweise so bestimmt werden, dass für j = 1 der Absolutwert der idealen Transferimpedanz angenommen wird, für j = 2 ein doppelter Wert des Widerstands angenommen wird und für j = 3 ein halber Wert des Widerstands angenommen wird.The test pairs (R k,i , δ k,i ) form in particular the support points for the approximation function. In the case of three test pairs (R k,i , δ k,i ) with j = 1, 2, 3, these can be determined, for example, such that for j = 1 the absolute value of the ideal transfer impedance is assumed, for j = 2 a double value of the resistance is assumed and for j = 3 a half value of the resistance is assumed.

Es ist eine Weiterbildung, dass als der Filterstufenwiderstand Rk ein Wert festgelegt wird, der aus einer Menge real verfügbarer Widerstandsbauelemente eine geringste Abweichung zum Funktionswert null ergibt.It is a further development that a value is set as the filter stage resistance R k , which results in the smallest deviation from the functional value zero from a set of actually available resistance components.

Es ist eine Ausgestaltung, dass die polynominale Näherungsfunktion δ k ( f k ) = a R k ( f k ) 2 + b R k ( f k ) + c

Figure DE102022124564A1_0004
lautet. Dies umfasst insbesondere, dass es für jede Filterstufe und damit Filterstufenfrequenz fk eine solche polynomiale Näherungsfunktion gibt.It is an embodiment that the polynomial approximation function δ k ( f k ) = a R k ( f k ) 2 + b R k ( f k ) + c
Figure DE102022124564A1_0004
is. This includes in particular that there is such a polynomial approximation function for each filter stage and thus filter stage frequency f k .

Es ist eine Ausgestaltung, dass die Koeffizienten a, b, c der polynominalen Näherungsfunktion anhand von drei Testpaaren (Rk,1; δk,1) mittels der Gleichungen a = ( δ 1 δ 2 ) d ( δ 1 δ 3 ) ( R 1 2 R 2 2 ) d ( R 1 2 R 3 2 )

Figure DE102022124564A1_0005
b = ( δ 1 δ 3 ) a ( R 1 2 R 3 2 ) ( R 1 R 3 )
Figure DE102022124564A1_0006
c = δ 1 a   R 1 2 b   R 1
Figure DE102022124564A1_0007
d = R 1 R 2 R 1 R 3
Figure DE102022124564A1_0008
berechnet werden.It is an embodiment that the coefficients a, b, c of the polynomial approximation function based on three test pairs (R k,1; δ k,1 ) using the equations a = ( δ 1 δ 2 ) d ( δ 1 δ 3 ) ( R 1 2 R 2 2 ) d ( R 1 2 R 3 2 )
Figure DE102022124564A1_0005
b = ( δ 1 δ 3 ) a ( R 1 2 R 3 2 ) ( R 1 R 3 )
Figure DE102022124564A1_0006
c = δ 1 a R 1 2 b R 1
Figure DE102022124564A1_0007
d = R 1 R 2 R 1 R 3
Figure DE102022124564A1_0008
be calculated.

Es ist eine Ausgestaltung, dass dann, wenn in Schritt (d) die Maximalabweichung überschritten wird, zunächst überprüft wird, ob k noch unterhalb eines Maximalwerts kmax liegt, und

  • - wenn dies der Fall ist, k inkrementiert wird,
  • - wenn dies nicht mehr der Fall ist, k auf den Wert k = 1 zurückgesetzt wird (also der Frequenzfilter ganz neu aufgebaut wird) und dazu mindestens eine Anfangseinstellung geändert wird, bevor das Verfahren erneut durchlaufen wird. Das Verfahren kann abgebrochen werden, wenn unter keiner der gewählten Anfangseinstellungen die Abweichung δ geringer ist als die Maximalabweichung δmax. Alternativ zum Abbruch des Verfahrens kann ein anderer Zugangspunkt gewählt werden.
It is an embodiment that, if the maximum deviation is exceeded in step (d), it is first checked whether k is still below a maximum value k max , and
  • - if this is the case, k is incremented,
  • - if this is no longer the case, k is reset to the value k = 1 (i.e. the frequency filter is completely rebuilt) and at least one initial setting is changed before the process is repeated. The procedure can be aborted if the deviation δ is less than the maximum deviation δ max under any of the selected initial settings. As an alternative to aborting the procedure, another access point can be selected.

Mögliche Änderungen der Anfangseinstellung können beispielsweise umfassen:

  • - Änderung der Randbedingung (Wechsel zwischen Stabilitätsrandbedingung, Gleichgewichtsrandbedingung und Verlust-Randbedingung),
  • - Nutzung eines anderen, insbesondere größeren, Filterstufenwiderstands Rk=1,
  • - bei Verwendung der Gleichgewichtsrandbedingung: Erhöhen des Werts der Filterstufenkapazität Ck um eine Stufe.
Possible changes to the initial setting may include, for example:
  • - Change of the boundary condition (change between stability boundary condition, equilibrium boundary condition and loss boundary condition),
  • - Use of a different, in particular larger, filter stage resistance R k = 1 ,
  • - when using the equilibrium boundary condition: increasing the value of the filter stage capacity C k by one stage.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Fahrzeug, aufweisend ein Energiebordnetz mit mindestens einem mehrstufigen Frequenzfilter, wobei der Frequenzfilter nach einem Verfahren wie oben beschrieben entworfen worden ist. Das Fahrzeug, insbesondere dessen Energiebordnetz, kann analog zu dem Verfahren ausgebildet sein und weist die gleichen Vorteile auf.The object is also achieved by a vehicle having an on-board power supply system with at least one multi-stage frequency filter, wherein the frequency filter has been designed according to a method as described above. The vehicle, in particular its on-board power supply system, can be designed analogously to the method and has the same advantages.

Es ist eine Ausgestaltung, dass der mehrstufige Frequenzfilter in einen Stromverteiler des Energiebordnetzes integriert ist. Der Stromverteiler dient dazu, mehrere elektrische Komponenten (Lasten, Verbraucher, usw.) an das Energiebordnetz anzuschließen und weist dazu insbesondere jeweilige (Einzel-)Stromzweige mit entsprechenden Anschlüssen bzw. Anschlussklemmen auf. Die anschließbaren Komponenten sind grundsätzlich beliebig und können sicherheitsrelevante (ASIL-) und/oder nicht-sicherheitsrelevante Komfort (QM-) Komponenten umfassen. Insbesondere können die Einzelstromzweige jeweils wird mit einer Sicherung (E-Fuse oder Schmelzsicherung) abgesichert sein, um in hochverfügbaren Energiebordnetzen Fehler schnell und selektiv isolieren zu können.It is an embodiment that the multi-stage frequency filter is integrated into a power distributor of the on-board power system. The power distributor is used to connect several electrical components (loads, consumers, etc.) to the on-board power system and, for this purpose, in particular has respective (individual) power branches with corresponding connections or connection terminals. The components that can be connected are basically any and can include safety-relevant (ASIL) and/or non-safety-relevant comfort (QM) components. In particular, the individual current branches can each be protected with a fuse (E-fuse or fuse) in order to be able to quickly and selectively isolate errors in highly available on-board energy systems.

Es ist eine Ausgestaltung, dass das Energiebordnetz ein Niedervolt-Energiebordnetz, insbesondere Niedervolt-Energieteilbordnetz, ist. Das Niedervolt-Energiebordnetz kann beispielsweise eine Nennspannung zwischen 12 V und 60 V aufweisen. Ist das Energiebordnetz ein Niedervolt-Energieteilbordnetz, kann es einen Teil eines Gesamt-Energiebordnetzes sein, welches auch ein Hochvolt-Energieteilbordnetz aufweist, z.B. mit einer Nennspannung, die höher ist als die Nennspannung des Niedervolt-Energieteilbordnetzes, z.B. zwischen 48 V und 800 V oder sogar noch höher.It is an embodiment that the on-board energy network is a low-voltage on-board energy network, in particular a low-voltage on-board energy network. The low-voltage on-board power supply system can, for example, have a nominal voltage between 12 V and 60 V. If the on-board energy network is a low-voltage on-board energy sub-network, it can be part of an overall on-board energy network, which also has a high-voltage on-board energy sub-network, for example with a nominal voltage that is higher than the nominal voltage of the low-voltage on-board energy sub-network, for example between 48 V and 800 V or even higher.

Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Fahrzeug mit Verbrennermotor, ein Hybridfahrzeug oder ein vollelektrisch angetriebenes Fahrzeug sein. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Landfahrzeug wie ein Personenwagen, ein Motorrad, ein Bus, ein Lastwagen, usw., ein Luftfahrzeug wie ein Flugzeug, ein Hubschrauber, usw. oder ein Wasserfahrzeug wie ein Schiff, usw. sein.The vehicle can be, for example, a vehicle with a combustion engine, a hybrid vehicle or a fully electric vehicle. The vehicle may be, for example, a land vehicle such as a passenger car, a motorcycle, a bus, a truck, etc., an aircraft such as an airplane, a helicopter, etc., or a watercraft such as a ship, etc.

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 einen Ausschnitt aus einem Ersatzschaltbild eines möglichen Energiebordnetzes eines Fahrzeugs mit mehreren Stromverteilern;
  • 2 zeigt ein abstrahiertes Ersatzschaltbild eines mehrstufigen Filters eines Stromverteilers des Energiebordnetzes aus 1;
  • 3 zeigt einen möglichen Ablauf eines Verfahrens zum Bestimmen von Filterparametern eines in dem Energiebordnetz des Fahrzeugs aus 1 zu verbauenden Frequenzfilters; und
  • 4 zeigt einen der Schritte aus 3 in höherer Detaillierung.
The characteristics, features and advantages of this invention described above and the manner in which they are achieved will be more clearly and clearly understood in connection with the following schematic description of an exemplary embodiment, which will be explained in more detail in connection with the drawings.
  • 1 shows a section of an equivalent circuit diagram of a possible on-board power system of a vehicle with several power distributors;
  • 2 shows an abstracted equivalent circuit diagram of a multi-stage filter of a power distributor in the on-board power system 1 ;
  • 3 shows a possible sequence of a method for determining filter parameters in the vehicle's on-board energy system 1 frequency filter to be installed; and
  • 4 shows one of the steps 3 in higher detail.

1 zeigt anhand seiner Teilbilder 1(A) und 1(B) einen Ausschnitt aus einem Ersatzschaltbild eines Energiebordnetzes EBN eines Fahrzeugs F. Das Energiebordnetz EBN weist ein Niedervolt (NV-) Teilbordnetz auf, das aus einem Hochvolt (HV)Teilbordnetz mit einer HV-Netzspannung VHV über hier mehrere galvanisch getrennte Gleichspannungswandler GSW1, GSW2, GSW3 versorgbar ist. Die Gleichspannungswandler GSW1, GSW2, GSW3 wandeln die höhere HV-Netzspannung VHV des HV-Teilbordnetzes in eine jeweilige niedrigere NV-Spannung V_CM, V_CS1 bzw. V_CS2 um. Die Gleichspannungswandler GSW1, GSW2, GSW3 sind an einen Kommunikationskanal des Fahrzeugs F, hier z.B. einen CAN-Bus CAN, angeschlossen und können darüber miteinander kommunizieren. Insbesondere können die Gleichspannungswandler GSW1, GSW2, GSW3 in einer Master-Slave-Anordnung vorliegen, wobei z.B. der Gleichspannungswandler GSW1 als Master verwendet wird und die Gleichspannungswandler GSW2, GSW3 als Slaves eingesetzt werden. 1 shows based on its partial images 1(A) and 1(B) a section of an equivalent circuit diagram of an on-board energy network EBN of a vehicle F. The on-board energy network EBN has a low-voltage (LV) sub-board network, which consists of a high-voltage (HV) sub-board network with an HV network voltage VHV via several galvanically isolated DC-DC converters GSW1, GSW2, GSW3 is supplyable. The DC-DC converters GSW1, GSW2, GSW3 convert the higher HV mains voltage VHV of the HV sub-board network into a respective lower LV voltage V_CM, V_CS1 or V_CS2. The DC-DC converters GSW1, GSW2, GSW3 are connected to a communication channel of the vehicle F, here for example a CAN bus CAN, and can communicate with one another via this. In particular, the DC-DC converters GSW1, GSW2, GSW3 can be present in a master-slave arrangement, with, for example, the DC-DC converter GSW1 being used as a master and the DC-DC converters GSW2, GSW3 being used as slaves.

Die NV-Spannungen V_CM, V_CS1 und V_CS2 werden hier über einen jeweiligen Knoten A, B bzw. C an einen lokal ausgedehnten Kabelbaum KB des NV-Teilbordnetzes angelegt, und zwar über Leitungen mit jeweiligen Leitungsimpedanzen Z_L,CM, Z_L,CS1 bzw. Z_L,CS2. Benachbarten Knoten, A und B, B und C, usw. des ausgedehnten Kabelbaums KB sind typischerweise durch Leitungsabschnitte mit Leitungsimpedanzen Z_L,AB, Z_L,BC, usw. voneinander getrennt.The LV voltages V_CM, V_CS1 and V_CS2 are applied here via a respective node A, B and C to a locally extended wiring harness KB of the LV sub-board network, namely via lines with respective line impedances Z_L, CM, Z_L, CS1 and Z_L ,CS2. Adjacent nodes, A and B, B and C, etc. of the extended wire harness KB are typically separated from one another by line sections with line impedances Z_L,AB, Z_L,BC, etc.

An den Kabelbaum KB ist ferner eine Batterie BAT angeschlossen, hier beispielhaft an dem Knoten A über eine Leitung mit Leitungsimpedanz Z_L,BAT.A battery BAT is also connected to the cable harness KB, here for example at node A via a line with line impedance Z_L, BAT.

An dem Kabelbaum KB des NV-Teilbordnetzes sind außerdem mehrere elektrische Komponenten angeschlossen, und zwar über mindestens einen (hier: zwei) Stromverteiler PD1, PD2. Vorliegend sind die Stromverteiler PD1 und PD2 über Leitungsimpedanzen Z_L,PD1 bzw. Z_L,PD2 an die Knoten B bzw. C angeschlossen. An die Stromverteiler PD1, PD2 können über Einzelstromzweige sowohl sicherheitsrelevante (ASIL-) Komponenten wie ein integriertes Bremssystem, IB, eine elektrisch angetriebene Servolenkung, EPB, Scheibenwischermotor, WIP, usw. als auch Komfort- (QM-) Komponenten wie ein elektrischer Ventilator, ELF und eine Hinterachslenkung, RAS, angeschlossen sein. Die in den einzelnen Stromzweigen vorliegenden Impedanzen sind hier als die Leitungsimpedanzen Z_MNH,P und als Impedanzen Z_MN,P der angeschlossenen Komponenten mit „M“ der Nummer des Stromverteilers PD1, PD2, „N“ der Bezeichnung für einen Stromzweig mit „A“ für eine ASIL-Komponente und „Q“ für eine Komfortkomponente sowie „P“ der Nummer der ASIL- oder Komfortkomponente in einem jeweiligen Stromverteiler PD1, PD2 eingezeichnet.Several electrical components are also connected to the wiring harness KB of the NV sub-board network, via at least one (here: two) power distributors PD1, PD2. In the present case, the power distributors PD1 and PD2 are connected to nodes B and C via line impedances Z_L,PD1 and Z_L,PD2, respectively. Both safety-relevant (ASIL) components such as an integrated brake system, IB, an electrically driven power steering, EPB, windshield wiper motor, WIP, etc. as well as comfort (QM) components such as an electric fan, ELF and rear axle steering, RAS, must be connected. The impedances present in the individual current branches are here as the line impedances Z_MNH,P and as impedances Z_MN,P of the connected components with "M" the number of the power distributor PD1, PD2, "N" the designation for a current branch with "A" for one ASIL component and “Q” for a comfort component as well as “P” the number of the ASIL or comfort component in a respective power distributor PD1, PD2.

Um Störungen insbesondere von sicherheitsrelevanten Komponenten IB, EPB, WIP zu vermeiden, ist in jedem der Stromverteiler PD1, PD2 elektrisch parallel zu den jeweils angeschlossenen elektrischen Komponenten ein mehrstufiger Bandpass-Filter BP1 bzw. BP2 (mit jeweiligen Impedanzen Zf,PD1 bzw. Zf,PD2) mit jeweils mehreren, selektiv zu- und abschaltbaren Stufen FSj angeordnet. Die Filter BP1 und BP2 können baugleich oder - beispielsweise bezüglich der Zahl und/oder Filtereigenschaften der Filterstufen FSj - unterschiedlich ausgebildet sein.In order to avoid interference, particularly in safety-relevant components IB, EPB, WIP, a multi-stage bandpass filter BP1 or BP2 (with respective impedances Zf, PD1 or Zf, PD2) each with several stages FS j that can be selectively switched on and off. The filters BP1 and BP2 can be designed to be identical or different - for example with regard to the number and/or filter properties of the filter stages FS j .

Der mehrstufige Bandpass-Filter BP1, BP2 als auch die an die Stromverteiler PD1, PD2 angeschlossenen elektrischen Komponenten IB, EPB, WIP, ELF, RAS sind über jeweilige elektronische Sicherungen bzw. „E-Fuses“ EFi (siehe 2) abgesichert.The multi-stage bandpass filter BP1, BP2 as well as the electrical components IB, EPB, WIP, ELF, RAS connected to the power distributors PD1, PD2 are protected by respective electronic fuses or “E-Fuses” EFi (see 2 ) secured.

Grundsätzlich können in dem NV-Teilbordnetz ein oder mehrere Stromverteiler PDi mit i ≥ 1 vorhanden sein, also auch mehr als zwei Stromverteiler PD1, PD2. Insbesondere kann an jeden der Stromverteiler PDi mindestens eine sicherheitsrelevante Komponenten IB, EPB, WIP und/oder mindestens eine Komfortkomponente ELF, RAS angeschlossen sein.In principle, one or more power distributors PDi with i ≥ 1 can be present in the LV sub-board network, i.e. more than two power distributors PD1, PD2. In particular, at least one safety-relevant component IB, EPB, WIP and/or at least one can be connected to each of the power distributors PDi At least one comfort component ELF, RAS must be connected.

Um Störungen insbesondere von - insbesondere auch sicherheitsrelevanten - Komponenten IB, EPB, WIP, ELF, RAS, usw. noch weiter zu verringern, können in den zugehörigen Einzelstromzweig weitere Frequenzfilter und/oder elektronische Sicherungen (o. Abb.) vorhanden sein, welche dazu vorgesehen sind, speziell die jeweilige Komponenten IB, EPB, WIP, ELF, RAS, usw. zu sichern. Diese weiteren Frequenzfilter können bei Vorhandensein der Filter BP1 und BP2 vorteilhafterweise kleiner ausfallen als ohne Filter BP1 und BP2.In order to further reduce interference, especially from components IB, EPB, WIP, ELF, RAS, etc. - especially safety-relevant ones - additional frequency filters and/or electronic fuses (not shown) can be present in the associated individual current branch are intended to specifically secure the respective components IB, EPB, WIP, ELF, RAS, etc. These additional frequency filters can advantageously be smaller when the filters BP1 and BP2 are present than without filters BP1 and BP2.

2 zeigt ein abstrahiertes Ersatzschaltbild eines in einem der Stromverteiler PDi mit des Energiebordnetzes EBN integrierten mehrstufigen passiven Bandpass-Filters BPi. Der Filter BPi ist optional über eine niederimpedante elektronische Sicherung EFi abgesichert, welche sich durch Schalter Qfuse wahlweise leitend oder sperrend schalten lässt. Die elektronische Sicherung EFi befindet sich in dem gleichen Einzelstromzweig wie der Bandpass-Filter BPi und ist diesem vorteilhafterweise vorgeschaltet, ggf. mit dem Bandpass-Filter BPi in einem gemeinsamen Modul verbaut. 2 shows an abstracted equivalent circuit diagram of a multi-stage passive bandpass filter BPi integrated in one of the PDi power distributors with the EBN on-board power system. The BPi filter is optionally protected by a low-impedance electronic fuse EFi, which can be switched to conductive or blocking using the Q fuse switch. The electronic fuse EFi is located in the same individual current branch as the bandpass filter BPi and is advantageously connected upstream of it, possibly installed in a common module with the bandpass filter BPi.

Der mehrstufige Filter BPi umfasst k = 1, ..., kmax (hier: kmax > 2) parallel geschaltete Bandpass-Filterstufen FSn mit einer jeweiligen fest parametrierten Kombination aus ohmschen Widerstand Rn, elektrischer Induktivität Lk und elektrischer Kapazität Ck, deren Werte als Filterparameter angesehen werden können. Die Bandpass-Filterstufen FSk sind optional über jeweilige elektronische Schalter Qk wahlweise zum Stromnetz zuschaltbar oder davon abschaltbar. Die elektronischen Schalter Qk sind hier als niederimpedante MOSFETs ausgebildet.The multi-stage filter BPi comprises k = 1, ..., k max (here: k max > 2) parallel-connected bandpass filter stages FS n with a respective fixed parameterized combination of ohmic resistance R n , electrical inductance L k and electrical capacitance C k , whose values can be viewed as filter parameters. The bandpass filter stages FS k can optionally be switched on or off from the power supply via respective electronic switches Q k . The electronic switches Q k are designed here as low-impedance MOSFETs.

Die Filterstufen FSn sind durch eine dem mehrstufigen Filter BPi interne bidirektionale Suppressordiode D1 vor kurzzeitigen Spannungsimpulsen geschützt.The filter stages FS n are protected from short-term voltage pulses by a bidirectional suppressor diode D 1 internal to the multi-stage filter BPi.

Die elektronischen Schalter Qk werden mittels eines Gate-Treibers GT des Stromverteilers PDi angesteuert, welcher wiederum mittels einer Steuereinrichtung ECU des Stromverteilers PDi z.B. in Form eines Mikrokontrollers eingestellt wird. Die Steuereinrichtung ECU empfängt über den CAN-Bus CAN Änderungen über einen Schaltzustand des NV-Teilbordnetzes. Die Steuereinrichtung ECU gleicht eine Änderung des Schaltzustands bzw. den dann aktuellen Schaltzustand des NV-Teilbordnetzes mit einer Datenbank, insbesondere einer darin gespeicherten Nachschlagetabelle, ab, in welcher jedem möglichen Schaltzustand des NV-Teilbordnetzes eine entsprechende diskrete (Schalt-) Konfiguration des Filters BPi zugeordnet ist. Unter einer diskreten Konfiguration des Filters BPi wird insbesondere eine bestimmte Kombination von Leitend/Sperrend-Schaltungen der elektronischen Schalter Qj verstanden. Dazu ist die für einen bestimmten Schaltzustand des NV-Teilbordnetzes hinterlegte Konfiguration des Filters BPi die zur Unterdrückung von Resonanzen im NV-Teilbordnetzes unter diesem Schaltzustand des NV-Teilbordnetzes am besten geeignete diskrete Konfiguration des Filters BPi. Für jeden Schaltzustand des NV-Teilbordnetzes gibt es also insbesondere genau eine, durch die zugehörige Zu- und Abschaltung der Stufen FSk festgelegte Filterparametrierung des Filters BPi. In noch anderen Worten interpretiert oder ermittelt die Steuereinrichtung ECU die zugehörige Konfiguration der elektronischen Schalter Qk des Filters BPi anhand der über den CAN-Bus CAN mitgeteilten Information über den Schaltzustand des NV-Teilbordnetzes.The electronic switches Q k are controlled by means of a gate driver GT of the power distributor PDi, which in turn is adjusted by means of a control device ECU of the power distributor PDi, for example in the form of a microcontroller. The ECU control device receives changes via the CAN bus CAN via a switching state of the NV sub-board network. The control device ECU compares a change in the switching state or the then current switching state of the NV sub-board network with a database, in particular a lookup table stored therein, in which each possible switching state of the LV sub-board network is assigned a corresponding discrete (switching) configuration of the filter BPi assigned. A discrete configuration of the filter BPi is understood to mean, in particular, a specific combination of conductive/blocking circuits of the electronic switches Q j . For this purpose, the configuration of the filter BPi stored for a specific switching state of the LV sub-board network is the discrete configuration of the filter BPi that is most suitable for suppressing resonances in the LV sub-board network under this switching state of the LV sub-board network. For each switching state of the LV sub-board network, there is in particular exactly one filter parameterization of the filter BPi, which is determined by the associated switching on and off of the stages FS k . In yet other words, the control device ECU interprets or determines the associated configuration of the electronic switches Q k of the filter BPi based on the information about the switching state of the LV sub-board network communicated via the CAN bus CAN.

Der durch die Steuereinrichtung ECU nachgeschlagene diskrete Schaltzustand des Filters BPi wird an den Gate-Treiber GT weitergereicht, der die elektronischen Schalter Qk entsprechend schaltet.The discrete switching state of the filter BPi looked up by the control device ECU is passed on to the gate driver GT, which switches the electronic switches Q k accordingly.

Eine Systemspannung Vs entspricht der an dem Stromverteiler PDi detektierten Spannung zwischen dessen Knotenpunkt B, C o.ä. und dem lokalen Referenzpotenzial (Masse).A system voltage V s corresponds to the voltage detected at the power distributor PDi between its node B, C or similar and the local reference potential (ground).

3 zeigt einen möglichen Ablauf eines Verfahrens zum Bestimmen von Filterparametern Rk, Ck, Lk eines in dem Energiebordnetz EBN des Fahrzeugs 1 aus 1 zu verbauenden passiven Bandpass-Frequenzfilters BPi mit potenziell mehreren (k ≥ 2) Filterstufen. 3 shows a possible sequence of a method for determining filter parameters R k , C k , L k of an EBN in the on-board energy network of the vehicle 1 1 BPi passive bandpass frequency filter to be installed with potentially several (k ≥ 2) filter stages.

In einem Schritt S0 wird in einem Teilschritt S0-1 ein Modell des Energiebordnetzes EBN mit Störquellen und Störsenken aufgestellt, dann eine Liste von i = 1, ..., N Zugangspunkten APi erzeugt und außerdem Störquellen und Störsenken in dem Energiebordnetz EBN definiert.In a step S0, in a sub-step S0-1, a model of the on-board energy network EBN with interference sources and interference sinks is set up, then a list of i = 1, ..., N access points AP i is generated and also interference sources and interference sinks in the on-board energy network EBN are defined.

In einem Teilschritt S0-2 wird dann einer der Zugangspunkte APi ausgewählt und in einem Teilschritt S0-3 werden dafür ideale Transferimpedanzen berechnet, beispielsweise wie in der Veröffentlichung von Baumann et al., Kap. IV.A beschrieben.In a sub-step S0-2, one of the access points AP i is then selected and in a sub-step S0-3, ideal transfer impedances are calculated for it, for example as described in the publication by Baumann et al., Chapter IV.A.

In einem Teilschritt S0-4 wird überprüft, ob der ausgewählte Zugangspunkt APi geeignet ist, und falls nicht („N“), in Teilschritt S0-2 ein neuer Zugangspunkt APj ausgewählt. Falls jedoch der ausgewählte Zugangspunkt APi geeignet ist („J“) wird zu einem Ablaufblock ABL übergegangen, bei dem für den Zugangspunkt APi die Filterparameter Rk, Ck, Lk eines dort verorteten passiven k-stufigen Bandpass-Frequenzfilters BPi bestimmt werden. Ein Zugangspunkt ist insbesondere geeignet, wenn mittels einer idealen Transferimpedanz eines idealen Filters für diesen Punkt bzw. Ort bestimmt werden kann, dass sich eine Verbesserung gegenüber einem Ursprungszustand ohne Filter ergibt. Aufgrund der induktiven Kopplung ist nicht jeder Ort in dem Energiebordnetz für einen Filter geeignet: so ist es möglich, dass an einem ungeeigneten Zugangspunkt bzw. Ort nur negative Abweichungen bzw. Antiresonanzen auftreten.In a sub-step S0-4, it is checked whether the selected access point AP i is suitable, and if not (“N”), a new access point AP j is selected in sub-step S0-2. However, if the selected access point AP i is suitable (“J”), a transition is made to a process block ABL , in which the filter parameters R k , C k , L k of a passive k-stage bandpass frequency filter BPi located there are determined for the access point AP i become. An access point is particularly suitable if using a The ideal transfer impedance of an ideal filter for this point or location can be determined so that there is an improvement compared to an original state without a filter. Due to the inductive coupling, not every location in the on-board power system is suitable for a filter: it is possible that only negative deviations or anti-resonances occur at an unsuitable access point or location.

Schritt S0 kann jedoch auch analog zu dem in der Veröffentlichung von Baumann et al., 5 oberhalb des dort gestrichelt eingezeichneten Ablaufblocks Ablauf ausgestaltet werden.However, step S0 can also be performed analogously to the one in the publication by Baumann et al., 5 above the drain block shown there in dashed lines.

Folgend auf Schritt S0 wird in einem Schritt S1, beginnend mit k = 1, dem Bandpass-Frequenzfilter BPi eine k-te Bandpass-Filterstufe FSk hinzugefügt, deren Filterstufenfrequenz fk festgelegt wird, beispielsweise wie in der Veröffentlichung von Baumann et al, Kap. IV beschrieben. Die Filterstufenfrequenz fk wird so bestimmt, dass Antiresonanzen gedämpft werden, insbesondere in einem Frequenzbereich zwischen 10 kHz und 150 kHz.Following step S0, in a step S1, starting with k = 1, a kth bandpass filter stage FS k is added to the bandpass frequency filter BPi, the filter stage frequency f k of which is fixed, for example as in the publication by Baumann et al, chap . IV described. The filter stage frequency f k is determined so that antiresonances are attenuated, in particular in a frequency range between 10 kHz and 150 kHz.

In einem Schritt S2 wird dann ein Filterstufenwiderstand Rk für die Filterstufe FSk festgelegt, z.B. wie in der Veröffentlichung von Baumann et al, Kap. IV.A beschrieben oder, vorteilhafterweise anhand der oben beschriebenen polynominalen Näherungsfunktion.In a step S2, a filter stage resistance R k is then determined for the filter stage FS k , for example as in the publication by Baumann et al, chap. IV.A described or, advantageously, using the polynomial approximation function described above.

In einem Schritt S3 werden eine Filterstufenkapazität Ck festgelegt und aus der Filterstufenfrequenz fk und der Filterstufenkapazität Ck eine Filterstufeninduktivität Lk = f (fk, Ck) berechnet. Die Filterstufenkapazität Ck wird danach festgelegt, welche der folgenden Randbedingungen: „Stabilitätsrandbedingung“ RB-S mit einer maximalen Filterstufenkapazität, „Gleichgewichtsrandbedingung“ RB-G mit einer möglichst geringen Filterstufenkapazität oder „Verlust-Randbedingung“ RB-V mit einer Ziel-Filterstufenkapazität ausgewählt ist. Schritt S3 wird in 4 detaillierter ausgeführt.In a step S3, a filter stage capacitance C k is determined and a filter stage inductance L k = f (f k , C k ) is calculated from the filter stage frequency f k and the filter stage capacitance C k . The filter stage capacity C k is determined according to which of the following boundary conditions: "Stability boundary condition" RB-S with a maximum filter stage capacity, "Equilibrium boundary condition" RB-G with the lowest possible filter stage capacity or "Loss boundary condition" RB-V with a target filter stage capacity is selected is. Step S3 will be in 4 detailed.

Folgend wird in einem Schritt S4 anhand des Modells für Filterparameter Rk, Ck, Lk berechnet, ob die durch das Bandpass-Frequenzfilter BPi bewirkten Transferimpedanzen für alle betrachteten Frequenzwerte um nicht mehr als die vorgegebene Maximalabweichung δmax unterhalb der Referenz-Transferimpedanzen an den gleichen Frequenzwerten liegt oder nicht, d.h., ob eine Abweichung δ der aktuellen gerechneten Transferimpedanzen von den Referenz-Transferimpedanzen nach unten geringer ist als eine vorgegebene Maximalabweichung δmax. Dies kann insbesondere so umgesetzt sein, dass alle aktuellen Transferimpedanzen für das aktuelle k zu einer „aktuellen Summenkurve“ überlagert werden und alle Referenz-Transferimpedanzen zu einer „Referenz-Summenkurve“ überlagert werden und dann überprüft wird, ob für alle in den Transferimpedanzen betrachtete Frequenzen der Wert der Amplitude der aktuellen Summenkurve um weniger als die Maximalabweichung δmax geringer ist als der frequenzentsprechende Wert der Amplitude der Referenz-Summenkurve.Subsequently, in a step S4, it is calculated using the model for filter parameters R k , C k , L k whether the transfer impedances caused by the bandpass frequency filter BPi for all frequency values under consideration are no more than the predetermined maximum deviation δ max below the reference transfer impedances the same frequency values or not, that is, whether a downward deviation δ of the currently calculated transfer impedances from the reference transfer impedances is less than a predetermined maximum deviation δ max . This can be implemented in particular in such a way that all current transfer impedances for the current k are superimposed to form a “current sum curve” and all reference transfer impedances are superimposed to form a “reference sum curve” and it is then checked whether for all frequencies considered in the transfer impedances the value of the amplitude of the current cumulative curve is less than the maximum deviation δ max less than the frequency-corresponding value of the amplitude of the reference cumulative curve.

Ist dies der Fall („J“) wird in Schritt S5 die Auslegung für den des Bandpass-Frequenzfilters abgeschlossen bzw. das Filterdesign für den Zugangspunkt APi beendet.If this is the case (“Y”), the design for the bandpass frequency filter is completed in step S5 or the filter design for the access point AP i is ended.

Erreicht die Abweichung δ nach unten jedoch für mindestens eine Frequenz die Maximalabweichung δmax oder ist sogar betragsmäßig größer („N“), wird in Schritt S6 überprüft, ob k noch unterhalb einer vorgegebenen maximalen Zahl kmax von für diesen Bandpass-Frequenzfilter BPi erlaubten Filterstufen liegt. kmax kann beispielsweise durch einen vorhandenen Bauraum vorgegeben sein.However, if the downward deviation δ reaches the maximum deviation δ max for at least one frequency or is even greater in magnitude (“N”), it is checked in step S6 whether k is still below a predetermined maximum number k max for this bandpass frequency filter BP i permitted filter levels. k max can, for example, be specified by an available installation space.

Ist dies der Fall („J“), wird k um eins inkrementiert (was auch als k := k+1 oder k++ geschrieben werden kann) und zu Schritt S1 verzweigt. Dies bewirkt, dass eine neue Filterstufe FSk+1 aufgestellt wird. Die Filterstufenfrequenz fk+1 der neuen Filterstufe FSk+1 wird insbesondere so festgelegt, dass sie der Frequenz entspricht, bei der sich bei Vergleich der Transferimpedanzen in Schritt S4 die maximalen Abweichung ergeben hat. Mit dem Verzweigen zu Schritt S1 liegt k > 1 vor, was bewirkt, dass in Schritt S4 die Transferimpedanzen für das dann aktuelle Bandpass-Frequenzfilter BPi mit k Filterstufen mit den Transferimpedanzen des vorhergehenden Bandpass-Frequenzfilters BPi mit (k-1) Filterstufen verglichen wird, während bei k = 1 noch kein „vorhergehendes“ Bandpass-Frequenzfilter existiert und deshalb mit den idealen Transferimpedanzen vergleichen wird.If this is the case (“Y”), k is incremented by one (which can also be written as k := k+1 or k++) and branched to step S1. This causes a new filter stage FS k+1 to be set up. The filter stage frequency f k+1 of the new filter stage FS k+1 is determined in particular so that it corresponds to the frequency at which the maximum deviation resulted when comparing the transfer impedances in step S4. When branching to step S1, k > 1 is present, which means that in step S4 the transfer impedances for the then current bandpass frequency filter BPi with k filter stages are compared with the transfer impedances of the previous bandpass frequency filter BPi with (k-1) filter stages , while at k = 1 no “previous” bandpass frequency filter exists and is therefore compared with the ideal transfer impedances.

Ist die jedoch nicht der Fall („N“) und hat also die Zahl der Filterstufen FSi die maximale Zahl kmax erreicht, wird k in Schritt S7 auf den Wert k = 1 zurückgesetzt (also der Frequenzfilter neu aufgebaut wird) und dazu mindestens eine Anfangseinstellung geändert, bevor das Verfahren erneut durchlaufen wird. Das Verfahren kann abgebrochen werden, wenn unter keiner der gewählten Anfangseinstellungen die Abweichung δ geringer ist als die Maximalabweichung δmax. Alternativ zum Abbruch des Verfahrens kann ein anderer Zugangspunkt gewählt werden.However, if this is not the case (“N”) and the number of filter stages FS i has reached the maximum number k max , k is reset to the value k = 1 in step S7 (i.e. the frequency filter is rebuilt) and at least an initial setting is changed before the process is repeated. The procedure can be aborted if the deviation δ is less than the maximum deviation δ max under any of the selected initial settings. As an alternative to aborting the procedure, another access point can be selected.

Mögliche Änderungen der Anfangseinstellung können beispielsweise umfassen:

  • - Änderung der Randbedingung (Wechsel zwischen Stabilitätsrandbedingung RB-S, Gleichgewichtsrandbedingung RB-G und Verlust-Randbedingung RB-V),
  • - Nutzung eines anderen, insbesondere größeren, Filterstufenwiderstands Rk für die Filterstufe FSk in Schritt S2,
  • - bei Verwendung der Gleichgewichtsrandbedingung RB-G: Erhöhen des Werts der Filterstufenkapazität C*min (siehe unten) um eine Stufe.
Possible changes to the initial setting may include, for example:
  • - Change of the boundary condition (change between stability boundary condition RB-S, equilibrium boundary condition RB-G and loss boundary condition RB-V),
  • - Use of a different, in particular larger, filter stage resistance R k for the filter stage FS k in step S2,
  • - when using the equilibrium boundary condition RB-G: increase the value of the filter stage capacity C*min (see below) by one stage.

4 zeigt Schritt S3 in höherer Detaillierung. In einem ersten Teilschritt S3-1 wird die Randbedingung RG-S, RB-G oder RG-V eingestellt, z.B. gemäß einer automatisch oder nutzerseitig vorgenommenen Einstellung mit oder vor Beginn des Verfahrens oder gemäß einer Änderung der Anfangseinstellung aus Schritt S7. 4 shows step S3 in greater detail. In a first sub-step S3-1, the boundary condition RG-S, RB-G or RG-V is set, for example according to a setting made automatically or by the user with or before the start of the method or according to a change in the initial setting from step S7.

In Teilschritt S3-2 wird überprüft, ob die in Teilschritt S3-1 eingestellte Randbedingung der Stabilitätsrandbedingung RB-S entspricht. Ist dies der Fall („J“), wird zu Teilschritt S3-3 übergegangen.In substep S3-2 it is checked whether the boundary condition set in substep S3-1 corresponds to the stability boundary condition RB-S. If this is the case (“Y”), the process goes to sub-step S3-3.

In Teilschritt S3-3 wird die Filterstufenkapazität Ck auf einen vorgegebenen oberen Grenzwert CUB festgelegt. Der obere Grenzwert CUB kann sich beispielsweise aus der maximalen Kapazität verfügbarer Kondensatoren ergeben und/oder kann durch eine minimale Induktivität Lmin und die Filterstufenfrequenz fk begrenzt sein, so dass die Filterstufenkapazität Ck beispielsweise gemäß C k = C UB = min  { C max , 1 4   π 2   f k 2  L min }

Figure DE102022124564A1_0009
festgelegt werden kann.In substep S3-3, the filter stage capacity C k is set to a predetermined upper limit value C UB . The upper limit value C UB can result, for example, from the maximum capacity of available capacitors and/or can be limited by a minimum inductance L min and the filter stage frequency f k , so that the filter stage capacity C k , for example, according to C k = C UB = min { C Max , 1 4 π 2 f k 2 L min }
Figure DE102022124564A1_0009
can be determined.

In Schritt S3-4 wird nun die Filterstufeninduktivität Lk gemäß L k = 1 4   π 2   f k 2  C k

Figure DE102022124564A1_0010
berechnet.In step S3-4, the filter stage inductance L k is now determined according to L k = 1 4 π 2 f k 2 C k
Figure DE102022124564A1_0010
calculated.

In Teilschritt S3-5 wird überprüft, ob eine verbleibende Abweichung δ der aktuellen Transferimpedanzen von den Referenz-Transferimpedanzen gleich einer minimalen Abweichung δmin im gesamten betrachteten Frequenzbereich ist, z.B. zwischen 10 kHz und 150 kHz. Sollte die verbleibende Abweichung δ nicht der minimalen Abweichung δmin entsprechen, wird Rk für die Filterstufe k in Teilschritt S3-6 approximativ neu berechnet. Im Gegensatz dazu wird in Schritt S4 hingegen überprüft, ob die verbleibende Abweichung δ irgendwo im betrachteten Frequenzbereich zu groß ist, d.h., größer als δmax ist. δmax kann dabei auch kleiner als ein umsetzbares δmin von Schritt S3-5 sein.In substep S3-5 it is checked whether a remaining deviation δ of the current transfer impedances from the reference transfer impedances is equal to a minimum deviation δ min in the entire frequency range under consideration, for example between 10 kHz and 150 kHz. If the remaining deviation δ does not correspond to the minimum deviation δ min , R k is approximately recalculated for the filter stage k in substep S3-6. In contrast, in step S4 it is checked whether the remaining deviation δ is too large somewhere in the frequency range under consideration, that is, is greater than δ max . δ max can also be smaller than a feasible δ min from step S3-5.

Ist dies der Fall („J“), wird zu Schritt S4 übergegangen.If this is the case (“Y”), the process goes to step S4.

Ist dies jedoch nicht der Fall („N“), wird in einem Teilschritt S3-6 der Widerstand Rk aufgrund des zuvor erfolgten Einbindens von Ck und Lk neu berechnet, insbesondere im Rahmen eines iterativen Prozesses approximiert wird. Während Rk in Schritt S2 auf Basis der Abweichung δ einer Frequenz fk berechnet wird, wird Rk in Schritt S3-6 nachjustiert, so dass die Abweichung δ für alle Frequenzen f minimal ist. Folgend wird zu Teilschritt S3-5 zurückgekehrt. Die Nachjustage von Rk wird insbesondere deshalb durchgeführt, weil für die Stabilitätsrandbedingung RB-S die größte nutzbare Kapazität CUB fest vorgegeben ist und außer dem Widerstand Rk kein weiterer Freiheitsgrad für die Verringerung des Einflusses des Filters auf die Transferimpedanzen mehr zur Verfügung steht.However, if this is not the case (“N”), in a substep S3-6 the resistance R k is recalculated based on the previous integration of C k and L k , in particular approximated as part of an iterative process. While R k is calculated in step S2 based on the deviation δ of a frequency f k , R k is readjusted in step S3-6 so that the deviation δ is minimal for all frequencies f. The following returns to sub-step S3-5. The readjustment of R k is carried out in particular because the largest usable capacity C UB is fixed for the stability boundary condition RB-S and, apart from the resistance R k, no further degree of freedom is available for reducing the influence of the filter on the transfer impedances.

Die Iteration kann für den Fall k=1 so umgesetzt sein, dass die Abweichung δ zwischen den aktuellen Transferimpedanzen mit Bandpass-Frequenzfilter und den idealen Transferimpedanzen mit idealer Stabilisierung betrachtet wird, d.h., dass durch die Teilschritte S3-5 und S3-6 approximativ versucht wird, die ideale Stabilisierung zu erreichen. Für weitere Filterstufen k > 1 gilt, dass die Abweichung δ zwischen den Transferimpedanzen mit Bandpass-Frequenzfilter und initialer Transferimpedanz ohne Filter betrachtet wird, d.h., dass durch die Teilschritte S3-5 und S3-6 aller weiteren Filterstufen k > 1 approximativ versucht wird, die durch die erste Stufe erzielte schlechte Abweichung vom Initialzustand wieder auszugleichen.For the case k=1, the iteration can be implemented in such a way that the deviation δ between the current transfer impedances with bandpass frequency filter and the ideal transfer impedances with ideal stabilization is considered, i.e. that is attempted approximately through sub-steps S3-5 and S3-6 will achieve the ideal stabilization. For further filter stages k > 1, the deviation δ between the transfer impedances with bandpass frequency filter and initial transfer impedance without filter is considered, i.e. the partial steps S3-5 and S3-6 of all further filter stages k > 1 attempt to approximate to compensate for the poor deviation from the initial state achieved by the first stage.

Ist in Teilschritt S3-2 erkannt worden, dass die in Teilschritt S3-1 eingestellte Randbedingung nicht der Stabilitätsrandbedingung RB-S entspricht („N“), wird zu Teilschritt S3-7 übergegangen, in dem überprüft wird, ob die in Teilschritt S3-1 eingestellte Randbedingung der Gleichgewichtsrandbedingung RB-G entspricht. Ist dies der Fall („J“), wird zu Teilschritt S3-8 übergegangen.If it has been recognized in sub-step S3-2 that the boundary condition set in sub-step S3-1 does not correspond to the stability boundary condition RB-S (“N”), the process goes to sub-step S3-7, in which it is checked whether the boundary condition set in sub-step S3- 1 set boundary condition corresponds to the equilibrium boundary condition RB-G. If this is the case (“Y”), the process goes to sub-step S3-8.

In Teilschritt S3-8 wird als ein Zielwert Ctar der Filterstufenkapazität Ck ein Wert C*min festgelegt, z.B. wie oben ausgeführt.In substep S3-8, a value C* min is set as a target value C tar of the filter stage capacity C k , for example as explained above.

Folgend wird in Teilschritt S3-9 überprüft, ob der Zielwert Ctar einer von drei Bedingungen entspricht und dann der Wert der Filterstufenkapazität Ck entsprechend der zutreffenden Bedingung festgelegt.Subsequently, in substep S3-9, it is checked whether the target value C tar corresponds to one of three conditions and then the value of the filter stage capacity C k is set according to the applicable condition.

Speziell wird Ck = CLB mit CLB einem unteren Grenzwert gesetzt, wenn Ctar ≤ CLB gilt. Der untere Grenzwert CLB kann sich beispielsweise aus der minimalen Kapazität verfügbarer Kondensatoren ergeben und/oder kann durch eine maximale Induktivität Lmax und die Filterstufenfrequenz fk begrenzt sein, wobei die Filterstufenkapazität Ck beispielsweise gemäß C k = C LB = max  { C min , 1 4   π 2  f k 2  L max }

Figure DE102022124564A1_0011
festgelegt werden kann. Hingegen wird Ck = Ctar gesetzt, wenn CLB ≤ Ctar ≤ CUB gilt. Wenn Ctar ≥ CUB gilt, wird Ck = CUB gesetzt.Specifically, C k = C LB with C LB a lower limit is set if C tar ≤ C LB. The lower limit C LB can, for example, result from the minimum capacitance of available capacitors and/or can be limited by a maximum inductance L max and the filter stage frequency f k , where the filter stage capacitance C k is, for example, determined according to C k = C LB = Max { C min , 1 4 π 2 e k 2 L Max }
Figure DE102022124564A1_0011
can be specified. On the other hand, C k = C tar is set if C LB ≤ C tar ≤ C UB . If C tar ≥ C UB , C k = C UB is set.

Folgend wird in Teilschritt S3-10 analog zu Schritt S3-4 die Filterstufeninduktivität Lk berechnet und danach zu Schritt S4 übergegangen.Subsequently, in step S3-10, the filter stage inductance L k is calculated analogously to step S3-4 and then proceeded to step S4.

Ist in Teilschritt S3-7 erkannt worden, dass die in Teilschritt S3-1 eingestellte Randbedingung nicht der Gleichgewichtsrandbedingung RB-G entspricht („N“), wird zu Teilschritt S3-11 übergegangen, in dem überprüft wird, ob die in Teilschritt S3-1 eingestellte Randbedingung der Verlust-Randbedingung RB-V entspricht. Ist dies der Fall („J“), wird zu Teilschritt S3-9 übergegangen. Alternativ kann dann, wenn in Teilschritt S3-7 erkannt worden ist, dass die in Teilschritt S3-1 eingestellte Randbedingung nicht der Gleichgewichtsrandbedingung RB-G entspricht („N“), direkt zu Teilschritt S3-9 übergegangen werden.If it has been recognized in sub-step S3-7 that the boundary condition set in sub-step S3-1 does not correspond to the equilibrium boundary condition RB-G (“N”), the process goes to sub-step S3-11, in which it is checked whether the boundary condition set in sub-step S3-1 1 set boundary condition corresponds to the loss boundary condition RB-V. If this is the case (“Y”), the process goes to sub-step S3-9. Alternatively, if it has been recognized in sub-step S3-7 that the boundary condition set in sub-step S3-1 does not correspond to the equilibrium boundary condition RB-G (“N”), you can proceed directly to sub-step S3-9.

Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.Of course, the present invention is not limited to the exemplary embodiment shown.

So kann allgemein mindestens eine an einen Stromverteiler PDi angeschlossene Komponente IB, EPB, WIP, ELF, RAS zusätzlich mit einem eigenen, fest parametrierten, auch mehrstufigen Bandpassfilter ausgestattet sein. Ferner kann mindestens eine an einen Stromverteiler PDi angeschlossene Komponente IB, EPB, WIP, ELF, RAS zusätzlich durch eine eigene Sicherung, insbesondere elektronische Sicherung abgesichert sein. In general, at least one component IB, EPB, WIP, ELF, RAS connected to a PDi power distributor can also be equipped with its own, permanently parameterized, multi-stage bandpass filter. Furthermore, at least one component IB, EPB, WIP, ELF, RAS connected to a power distributor PDi can be additionally protected by its own fuse, in particular an electronic fuse.

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 to mean a singular or a plural, in particular in the sense of “at least one” or “one or more”, etc., unless this is explicitly excluded, e.g. by the expression “exactly one”, etc.

Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.A numerical statement can also include exactly the number specified as well as a usual tolerance range, as long as this is not explicitly excluded.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

AA
Knotennode
ASILASIL
Sicherheitsrelevante KomponenteSafety-relevant component
Bb
Knotennode
BPiBPi
i-ter mehrstufiger Bandpassfilteri-th multi-stage bandpass filter
CC
Knotennode
CkCk
Elektrische Kapazität der k-ten FilterstufeElectrical capacity of the kth filter stage
D1D1
Suppressordiodesuppressor diode
EBNEBN
EnergiebordnetzEnergy on-board network
ECUECU
SteuereinrichtungControl device
EFiEFi
Elektronische Sicherung des i-ten StromverteilersElectronic fuse of the i-th power distributor
ELFELEVEN
Elektrischer VentilatorElectric fan
EPBEPB
Elektrisch angetriebene ServolenkungElectrically driven power steering
FF
Fahrzeugvehicle
FSkFSk
k-te Filterstufekth filter stage
GSWiGSWi
i-ter Gleichspannungswandleri-th DC-DC converter
GTGT
Gate-TreiberGate driver
IBIB
Integriertes BremssystemIntegrated braking system
kmaxkmmax
Maximale FilterstufeMaximum filter level
LkLk
Induktivität der k-ten FilterstufeInductance of the kth filter stage
PDiPDi
i-ter Stromverteileri-th power distributor
QMQM
KomfortkomponenteComfort component
QfuseQfuse
Schalter der elektronischen SicherungElectronic fuse switch
QkQk
Schalter der k-ten FilterstufeSwitch of the k-th filter stage
RkRk
Widerstand der k-ten FilterstufeResistance of the kth filter stage
RASRAS
HinterachslenkungRear axle steering
VHVVHV
HV-NetzspannungHV mains voltage
WIPWIP
ScheibenwischermotorWindshield wiper motor
ZZ
Impedanzimpedance
ZlZl
LeitungsimpedanzLine impedance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • Martin Baumann, Ali Shoar Abouzari, Christoph Weissinger, Bjørn Gustavsen, Hans-Georg Herzog: „Passive Filter Design Algorithm for Transient Stabilization of Automotive Power Systems“, 2021 IEEE 93rd Vehicular Technology Conference (VTC2021-Spring), 25. - 28. April 2021, Helsinki, Finnland [0002]Martin Baumann, Ali Shoar Abouzari, Christoph Weissinger, Bjørn Gustavsen, Hans-Georg Herzog: “Passive Filter Design Algorithm for Transient Stabilization of Automotive Power Systems”, 2021 IEEE 93rd Vehicular Technology Conference (VTC2021-Spring), April 25th - 28th 2021, Helsinki, Finland [0002]

Claims (14)

Verfahren (S0, S0-1 - S0-4, S2, S3, S3-1 - S3-11, S4 - S7) zum Bestimmen von Filterparametern (Rk, Ck, Lk) eines in einem Energiebordnetz (EBN) eines Fahrzeugs (F) zu verbauenden passiven Bandpass-Frequenzfilters (BP1, BP2, BPi), bei dem - ein Modell des Energiebordnetzes (EBN) mit Störquellen (GSW1, GSW2, GSW3, ELF) und Störsenken (IB, EPS, WIP) aufgestellt wird, - ein Zugangspunkt des Bandpass-Frequenzfilters (BP1, BP2, BPi) in dem Modell des Energiebordnetzes (EBN) bestimmt wird - und folgend beginnend mit k = 1 (a) dem Bandpass-Frequenzfilter (BP1, BP2, BPi) eine k-te Bandpass-Filterstufe (FSk) hinzugefügt wird, indem dafür (i) eine Filterstufenfrequenz (fk) festgelegt wird, dann (ii) ein Filterstufenwiderstand (Rk) festgelegt wird, dann (iii) eine Filterstufenkapazität (Ck) festgelegt wird und aus der Filterstufenfrequenz (fk) und der Filterstufenkapazität (Ck) eine Filterstufeninduktivität (Lk) berechnet wird, und folgend (b) anhand des Modells berechnet wird, ob durch das Bandpass-Frequenzfilter (BP1, BP2, BPi) bewirkte Transferimpedanzen zwischen den Störquellen (GSW1, GSW2, GSW3, ELF) und den Störsenken (IB, EPS, WIP) eine vorgegebene Maximalabweichung (δmax) von zugehörigen Referenz-Transferimpedanzen überschreiten oder nicht, und (c) dann, wenn die Maximalabweichung (δmax) nicht überschritten wird, die Auslegung des Bandpass-Frequenzfilters (BP1, BP2, BPi) abgeschlossen wird, (d) während dann, wenn die Maximalabweichung (δmax) überschritten wird, k inkrementiert wird und folgend (e) die Schritte (a) bis (d) erneut durchlaufen werden, wobei in Schritt (a)(iii) die Filterstufenkapazität (Ck) danach festgelegt wird, ob - eine Stabilitätsrandbedingung (RB-S) mit einer maximalen Filterstufenkapazität (CUB), - eine Gleichgewichtsrandbedingung (RB-G) mit einer minimalen Filterstufenkapazität (CLB) oder - eine Verlust-Randbedingung (RB-V) mit einer Ziel-Filterstufenkapazität (Ctar) ausgewählt ist.Method (S0, S0-1 - S0-4, S2, S3, S3-1 - S3-11, S4 - S7) for determining filter parameters (R k , C k , L k ) in an on-board energy network (EBN). Vehicle (F) to be installed passive bandpass frequency filter (BP1, BP2, BPi), in which - a model of the on-board energy network (EBN) with interference sources (GSW1, GSW2, GSW3, ELF) and interference sinks (IB, EPS, WIP) is set up , - an access point of the bandpass frequency filter (BP1, BP2, BPi) is determined in the model of the on-board energy network (EBN) - and following, starting with k = 1 (a) the bandpass frequency filter (BP1, BP2, BPi) a k- th bandpass filter stage (FS k ) is added by (i) specifying a filter stage frequency (f k ), then (ii) specifying a filter stage resistance (R k ), then (iii) specifying a filter stage capacitance (C k ). and a filter stage inductance (L k ) is calculated from the filter stage frequency (f k ) and the filter stage capacitance (C k ), and following (b) the model is used to calculate whether transfer impedances caused by the bandpass frequency filter (BP1, BP2, BPi). between the interference sources (GSW1, GSW2, GSW3, ELF) and the interference sinks (IB, EPS, WIP) a predetermined maximum deviation (δ max ) from associated reference transfer impedances may or may not be exceeded, and (c) if the maximum deviation (δ max ) is not exceeded, the design of the bandpass frequency filter (BP1, BP2, BPi) is completed, (d) while if the maximum deviation (δ max ) is exceeded, k is incremented and following (e) steps (a) to (d) are run through again, whereby in step (a)(iii) the filter stage capacity (C k ) is determined according to whether - a stability boundary condition (RB-S) with a maximum filter stage capacity (C UB ), - an equilibrium boundary condition (RB -G) with a minimum filter stage capacity (C LB ) or - a loss boundary condition (RB-V) with a target filter stage capacity (C tar ) is selected. Verfahren (S0, S0-1 - S0-4, S2, S3, S3-1 - S3-11, S4 - S7) nach Anspruch 1, bei dem für den Fall, dass die Stabilitätsrandbedingung (RB-S) ausgewählt ist, - in Schritt (a)(iii) ein Wert der Filterstufenkapazität (Ck) einem oberen Grenzwert (CUB) gleichgesetzt wird, - dann überprüft wird, ob eine verbleibende Abweichung (δ) gleich einer minimalen Abweichung (δmin) ist, - wenn dies der Fall ist, zu Schritt (b) übergegangen wird, und - wenn dies nicht der Fall ist, der Filterstufenwiderstand (Rk) nachjustiert wird.Procedure (S0, S0-1 - S0-4, S2, S3, S3-1 - S3-11, S4 - S7). Claim 1 , in which, in the event that the stability boundary condition (RB-S) is selected, - in step (a)(iii) a value of the filter stage capacity (C k ) is equated to an upper limit value (C UB ), - then checked, whether a remaining deviation (δ) is equal to a minimum deviation (δ min ), - if this is the case, proceed to step (b), and - if this is not the case, the filter stage resistance (R k ) is readjusted. Verfahren (S0, S0-1 - S0-4, S2, S3, S3-1 - S3-11, S4 - S7)nach Anspruch 2, bei dem der obere Grenzwert (CUB) gemäß C UB = min { C max' 1 4   π 2   ƒ k 2  L min }
Figure DE102022124564A1_0012
mit Cmax einem maximalen Kapazitätswert verfügbarer Kapazitätsbauteile und Lmin einem minimalen Induktivitätswert verfügbarer Induktivitätsbauteile festgelegt wird.
Procedure (S0, S0-1 - S0-4, S2, S3, S3-1 - S3-11, S4 - S7) according to Claim 2 , at which the upper limit value (C UB ) according to C UB = min { C Max' 1 4 π 2 ƒ k 2 L min }
Figure DE102022124564A1_0012
with C max a maximum capacitance value of available capacitance components and L min a minimum inductance value of available inductance components.
Verfahren (S0, S0-1 - S0-4, S2, S3, S3-1 - S3-11, S4 - S7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für den Fall, dass die Gleichgewichtsrandbedingung (RB-G) ausgewählt ist, eine Ziel-Filterstufenkapazität zunächst einer vorgegebenen minimalen Filterstufenkapazität gleichgesetzt wird und dann die Filterstufenkapazität - einem unteren Grenzwert gleichgesetzt wird, falls ein Wert einer Ziel-Filterstufenkapazität kleiner oder gleich dem unterem Grenzwert ist, - auf den Wert der Ziel-Filterstufenkapazität festgelegt wird, falls der Wert der der Ziel-Filterstufenkapazität größer als der untere Grenzwert und kleiner als ein oberer Grenzwert ist und - einem oberen Grenzwert gleichgesetzt wird, falls der Wert der Ziel-Filterstufenkapazität größer oder gleich dem oberen Grenzwert ist. Method (S0, S0-1 - S0-4, S2, S3, S3-1 - S3-11, S4 - S7) according to one of the preceding claims, in which the equilibrium boundary condition (RB-G) is selected , a target filter stage capacity is first equated to a predetermined minimum filter stage capacity and then the filter stage capacity - is equated to a lower limit if a value of a target filter stage capacity is less than or equal to the lower limit, - is set to the value of the target filter stage capacity if the value of the target filter stage capacity is greater than the lower limit and smaller than an upper limit and - is equated to an upper limit if the value of the target filter stage capacity is greater than or equal to the upper limit. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der untere Grenzwert gemäß C LB = max { C min' 1 4   π 2  f k 2  L max }
Figure DE102022124564A1_0013
mit Cmin einem minimalen Kapazitätswert verfügbarer Kapazitätsbauteile und Lmax einem maximalen Induktivitätswert verfügbarer Induktionsbauteile festgelegt wird.
Procedure according to Claim 4 , at which the lower limit according to C L.B = Max { C min' 1 4 π 2 f k 2 L Max }
Figure DE102022124564A1_0013
with C min a minimum capacitance value of available capacitance components and L max a maximum inductance value of available induction components.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für den Fall, dass die Verlust-Randbedingung (RB-V) ausgewählt ist, die Filterstufenkapazität - einem unteren Grenzwert gleichgesetzt wird, falls ein Wert einer Ziel-Filterstufenkapazität kleiner oder gleich dem unterem Grenzwert ist, - auf den Wert der Ziel-Filterstufenkapazität festgelegt wird, falls der Wert der der Ziel-Filterstufenkapazität größer als der untere Grenzwert und kleiner als ein oberer Grenzwert ist und - einem oberen Grenzwert gleichgesetzt wird, falls der Wert der Ziel-Filterstufenkapazität größer oder gleich dem oberen Grenzwert ist.Method according to one of the preceding claims, in which, in the event that the loss boundary condition (RB-V) is selected, the filter stage capacity - is equated to a lower limit if a value of a target filter stage capacity is less than or equal to the lower limit, - is set to the value of the target filter stage capacity if the value of the target filter stage capacity is greater than the lower limit and smaller than an upper limit and - is equated to an upper limit if the value of the target filter stage capacity is greater than or equal to the upper limit. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Filterstufeninduktivität gemäß L k = 1 4   π 2  f k 2  C k
Figure DE102022124564A1_0014
berechnet wird.
Method according to one of the preceding claims, in which the filter stage inductance according to L k = 1 4 π 2 f k 2 C k
Figure DE102022124564A1_0014
is calculated.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Schritt (a)(ii) der Filterstufenwiderstand festgelegt wird, indem für die erste Filterstufe - der Absolutwert der idealen Transferimpedanz als anfänglicher Filterstufenwiderstand R1 bei der identifizierten Filterstufenfrequenz f1 verwendet wird und - dann, wenn eine anfängliche Abweichung δ* zwischen einer Amplitude, ugeflitert, der Transferimpedanz mit Filter an einer bestimmten Frequenz und einer Amplitude, uideal, der Transferimpedanz an dieser Frequenz mit idealer Stabilisierung größer als eine maximal zulässige Abweichung δmax ist, der Filterstufenwiderstand sukzessive verringert wird, bis die Abweichung δ* die maximal zulässige Abweichung δmax erreicht, und - dann, wenn die anfängliche Abweichung δ* zwischen ugefiltert und uideal kleiner als die maximal zulässige Abweichung δmax ist, der Filterstufenwiderstand (Rk) sukzessive erhöht wird, bis die Abweichung δ* die maximal zulässige Abweichung δmax erreicht, und für folgende Filterstufen jeweils - eine polynominale Näherungsfunktion der Ordnung n, welche mehrere iterativ gerechnete Testpaare (Rk,i, δk,i) annähert, bestimmt wird und - als der Filterstufenwiderstand ein Wert der Näherungsfunktion festgelegt wird, der innerhalb einer vorgegebenen Abweichung zum Funktionswert null liegt.Method according to one of the preceding claims, in which in step (a)(ii) the filter stage resistance is determined by using for the first filter stage - the absolute value of the ideal transfer impedance as the initial filter stage resistance R1 at the identified filter stage frequency f1 and - when a initial deviation δ* between an amplitude, u flitert , the transfer impedance with filter at a certain frequency and an amplitude, u ideal , the transfer impedance at this frequency with ideal stabilization is greater than a maximum permissible deviation δ max , the filter stage resistance is successively reduced, until the deviation δ* reaches the maximum permissible deviation δ max , and - then, when the initial deviation δ* between u filtered and u is ideally smaller than the maximum permissible deviation δ max , the filter stage resistance (R k ) is successively increased until the deviation δ* reaches the maximum permissible deviation δ max , and for each of the following filter stages - a polynomial approximation function of order n, which approximates several iteratively calculated test pairs (R k,i , δ k,i ), is determined and - as the filter stage resistance a value of the approximation function is determined which lies within a predetermined deviation from the function value zero. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die polynominale Näherungsfunktion δ k ( ƒ k ) = a   R k ( ƒ k ) 2 + b   R k ( ƒ k ) + c
Figure DE102022124564A1_0015
lautet.
Procedure according to Claim 8 , where the polynomial approximation function δ k ( ƒ k ) = a R k ( ƒ k ) 2 + b R k ( ƒ k ) + c
Figure DE102022124564A1_0015
is.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Koeffizienten a, b, c der polynominalen Näherungsfunktion anhand von drei Testpaaren (Rk,1; δk,1) mittels der Gleichungen a = ( δ 1 δ 2 ) d ( δ 1 δ 3 ) ( R 1 2 R 2 2 ) d ( R 1 2 R 3 2 )
Figure DE102022124564A1_0016
b = ( δ 1 δ 3 ) a ( R 1 2 R 3 2 ) ( R 1 R 3 )
Figure DE102022124564A1_0017
c = δ 1 a   R 1 2 b   R 1
Figure DE102022124564A1_0018
d = R 1 R 2 R 1 R 3
Figure DE102022124564A1_0019
berechnet werden.
Procedure according to Claim 9 , in which the coefficients a, b, c of the polynomial approximation function based on three test pairs (R k,1; δ k,1 ) using the equations a = ( δ 1 δ 2 ) d ( δ 1 δ 3 ) ( R 1 2 R 2 2 ) d ( R 1 2 R 3 2 )
Figure DE102022124564A1_0016
b = ( δ 1 δ 3 ) a ( R 1 2 R 3 2 ) ( R 1 R 3 )
Figure DE102022124564A1_0017
c = δ 1 a R 1 2 b R 1
Figure DE102022124564A1_0018
d = R 1 R 2 R 1 R 3
Figure DE102022124564A1_0019
be calculated.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem dann, wenn in Schritt (d) die Maximalabweichung überschritten wird, zunächst überprüft wird, ob k noch unterhalb eines Maximalwerts kmax liegt, und - wenn dies der Fall ist, k inkrementiert wird, - wenn dies nicht mehr der Fall ist, k auf den Wert k = 1 zurückgesetzt wird und dazu mindestens eine Anfangseinstellung geändert wird.Method according to one of the preceding claims, in which, if the maximum deviation is exceeded in step (d), it is first checked whether k is still below a maximum value k max and - if this is the case, k is incremented - if this is no longer the case, k is reset to the value k = 1 and at least one initial setting is changed. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Änderung der Anfangseinstellung mindestens eine Änderung aus der Gruppe: - Änderung der Randbedingung (RB-S, RB-G, RG-V), - Nutzung eines anderen, insbesondere größeren, Filterstufenwiderstands (Rk), - bei Verwendung der Gleichgewichtsrandbedingung (RB-G): Erhöhen eines Werts der Filterstufenkapazität (Ck) um eine Stufe umfasst.Procedure according to Claim 11 , in which the change in the initial setting at least one change from the group: - change in the boundary condition (RB-S, RB-G, RG-V), - use of a different, in particular larger, filter stage resistance (R k ), - when using the Equilibrium boundary condition (RB-G): Increasing a value of the filter stage capacity (C k ) by one stage. Fahrzeug, aufweisend ein Energiebordnetz mit mindestens einem mehrstufigen Frequenzfilter, wobei der Frequenzfilter nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche entworfen worden ist.Vehicle comprising an on-board power system with at least one multi-stage frequency filter, wherein the frequency filter has been designed according to a method according to one of the preceding claims. Fahrzeug nach Anspruch 13, wobei der mehrstufige Frequenzfilter in einen Stromverteiler des Energiebordnetzes integriert ist.Vehicle after Claim 13 , whereby the multi-stage frequency filter is integrated into a power distributor of the on-board energy system.
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