EP3243084A1 - Verfahren zum überwachen eines bordnetzes - Google Patents

Verfahren zum überwachen eines bordnetzes

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Publication number
EP3243084A1
EP3243084A1 EP15794894.4A EP15794894A EP3243084A1 EP 3243084 A1 EP3243084 A1 EP 3243084A1 EP 15794894 A EP15794894 A EP 15794894A EP 3243084 A1 EP3243084 A1 EP 3243084A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrical system
vehicle electrical
paths
vehicle
diagnosis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15794894.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Horn
Christian Bohne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3243084A1 publication Critical patent/EP3243084A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16542—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies for batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring a vehicle electrical system and such a vehicle electrical system.
  • the electrical system is provided in particular for a motor vehicle.
  • highly automated driving should be permitted to a limited extent. A sensory, regulatory, mechanical and energetic fallback by the driver in this case is limited.
  • a highly automatic driving which is also referred to as highly automated driving, an intermediate step between an assisted driving in which the driver is assisted by assistance systems, and an autonomous driving in which the vehicle drives automatically and without the driver's intervention to understand.
  • the vehicle has its own intelligence that could plan ahead and take over the driving task, at least in most driving situations. Therefore, in a highly automatic driving the electrical supply has not previously known in the motor vehicle safety relevance.
  • On-board network topologies for increased reliability based on a 14 V on-board network are known, in which scalable and modular on-board network topologies for supplying safety-relevant electrical consumers are realized.
  • these consumers are divided into consumer groups with different security relevance, in principle, a two-channel electrical supply for redundant, security-relevant consumers and a fault-tolerant supply for simply existing security-relevant consumers are provided.
  • a vehicle electrical system for a vehicle with at least one safety-relevant consumer is known.
  • a simply existing security-relevant consumer is supplied redundantly from two subnetworks, a primary network and a secondary network.
  • vehicle electrical system that includes several sub-electrical systems, which are also referred to herein as vehicle electrical system paths.
  • Base board network be provided.
  • components such as, consumers, DC-DC converters, etc.
  • These components may be associated with one or more or even all of the vehicle electrical system paths. This means, for example, that the component is provided in several of the vehicle electrical system paths or couples them together.
  • safety-relevant consumers can be constructed redundantly, i. H. These are, for example, provided in duplicate, with both consumers being able to fulfill the assigned function alone. This means that a consumer is distributed over two channels or vehicle electrical system paths.
  • Consumers can also be arranged in the electrical system coupling elements, for example.
  • DC-DC converter are used, since these electrical system paths, between which they are arranged, can monitor. Is a
  • Coupling element connected between a vehicle electrical system path A and a vehicle electrical system B it is spoken herein that the coupling element is provided in both vehicle electrical system paths.
  • a superordinate diagnostic instance is present which determines the state of the
  • the diagnosis may, for example, show that a vehicle electrical system path has been impaired or even failed. Furthermore, unwanted galvanic couplings, for example. Between two electrical system paths, can be detected.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a vehicle electrical system.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a vehicle electrical system.
  • Figure 3 shows a simplified representation of the structure of a consumer.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a safety-relevant consumer in a simplified representation.
  • Figures 1 and 2 show examples and simplified topologies of electrical systems, such as those used, for example, in motor vehicles.
  • FIG. 1 shows a vehicle electrical system, which is designated overall by the reference numeral 10.
  • This comprises a base on-board network 12 with a starter 14, a generator 16, a battery 18 and a consumer R3 20.
  • a first coupling element 22, for example a DC-DC converter, a first battery 24 and a first consumer Rl 26 and a second coupling element 28th for example, a DC-DC converter, a second battery 30 and a second consumer 32 are provided.
  • the base on-board network 12 with the non-safety-relevant consumption R3 20 and additionally a first on-board power supply 34 and a second on-board power supply 36 are provided which are each coupled via their own coupling element 22 or 28 and via their own battery 24 or 30 or .
  • a first on-board power supply 34 and a second on-board power supply 36 are provided which are each coupled via their own coupling element 22 or 28 and via their own battery 24 or 30 or .
  • the consumers Rl 26 and R2 32 are provided to perform the same function.
  • FIG. 2 shows a vehicle electrical system, which is designated overall by the reference numeral 40.
  • This includes a baseboard network 42 with a starter 44, a generator 46, a battery 48 and a consumer 50. Furthermore, a coupling element 52, a first battery 54, a first consumer Rl 56 and a second consumer 58 are provided.
  • Figure 2 shows a variant of the embodiment of Figure 1 with a
  • safety-relevant vehicle electrical system 60 with the battery 54 and the first consumer 56 which may also represent a consumer group, which is decoupled via the coupling element 52 from the base vehicle 42 and thus is independent of this.
  • a second safety-related vehicle electrical system path 62 with the second consumer R2, which is possibly given by a consumer group, is connected directly to the base on-board network 42.
  • the recording of the on-board network status is distributed among the individual components.
  • the battery sensor of the consumer for example the ESP or the electric steering, measures the vehicle electrical system voltage.
  • the vehicle electrical system voltage there is no superordinate component that can detect the state of both channels, for example in the case of two-channel systems.
  • FIG. 3 An example of a safety-relevant redundant load can be seen in simplified form in FIG. 3, which is designated by the reference numeral 80.
  • the illustration shows a first signal electronics 82, a second signal electronics 84, a first main controller 86, a second main controller 88, a first output stage 90, a second output stage 92, a first motor 94 and a second motor 96.
  • a first communication 98, a second communication 100 and an internal communication line 102 illustrates. Arrows show a first port 104 to a first one
  • On-board electrical system and a second terminal 106 to a second electrical system path On-board electrical system and a second terminal 106 to a second electrical system path.
  • components of a controller 110 and a motor 112 are labeled with borders.
  • the consumer 80 shown in FIG. 3 could be a steering system or
  • Signal electronics 82 and 84, the main controller 86 and 88, the power amplifiers or power output stages 90 and 92 and the motor 112 is present twice. Also, the ports 104 and 106 to the electrical system paths and the communication 98 and 100 are provided in duplicate. Thus, in case of failure of a component or a vehicle electrical system or channel in one half, the other half redundant assume the function.
  • the boxes 84, 88, 92 and 96 shown below represent a consumer from the group R2.
  • the two parts 116, 118 are connected to each other via the internal communication line 102.
  • the two parts 116, 118 are thus parts 116, 118 of a component in the electrical system, in this case parts 116, 118 of the redundant consumer 80.
  • Onboard network paths or subnets are monitored by an on-board network component that is connected to several subnets.
  • an on-board network component that is connected to several subnets.
  • two basic embodiments are conceivable:
  • the coupling element can monitor and compare the state of the base on-board network and of the safety-relevant subnetwork.
  • the DC-DC converter can thus decouple the safety-relevant vehicle electrical system from the base on-board network with the consumer Rl.
  • the group of safety-relevant consumer Rl would be supplied from the memory Bl.
  • An advantage of the described method is that existing components in the electrical system are used for monitoring the subnetwork, in which they are functionally expanded. As a result, the integration effort in the wiring harness is reduced for the OEM (original equipment manufacturer) and the components have a multiple benefit or unique selling point feature.
  • Figure 4 shows the example of a consumer, which is designated by reference numeral 120, the necessary changes to the control unit.
  • the illustration shows a first signal electronics 122, a second
  • Signal electronics 124 a first main controller 126, a second
  • the input voltage of the respective electrical system paths is measured and read from the respective signal electronics 122 above and 124 below.
  • the voltage measurement can be done in a known manner. On the basis of various diagnostic methods it is evaluated whether the corresponding
  • the diagnosis result can be arranged via the centrally arranged
  • the channels may be galvanically connected due to an insulation fault.
  • Figure 1 can be detected only on the respective DC-DC converter
  • the galvanic coupling between the base on-board network and the safety-relevant subnet can be effected both via the DC-DC converter and via a redundant network
  • On-board network subscribers such as, for example, coupling elements, memory, sources, or the driver to be notified.
  • Draus other measures can be derived, for example, the opening of coupling elements, increasing the power of energy sources, the connection or disconnection of other electrical system loads.

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Abstract

Es werden eine Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes mit mehreren Bordnetzpfaden und ein Bordnetz, das zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist, vorgestellt. Dabei ist vorgesehen, dass eine Diagnose mit einer Komponente durchgeführt wird, die mehreren der Bordnetzpfade zugeordnet ist.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zum Überwachen eines Bordnetzes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Bordnetzes und ein solches Bordnetz. Das Bordnetz ist dabei insbesondere für ein Kraftfahrzeug vorgesehen.
Stand der Technik
Unter einem Bordnetz ist im automotiven Einsatz die Gesamtheit aller elektrischen Komponenten in einem Kraftfahrzeug zu verstehen. Somit sind davon sowohl elektrische Verbraucher als auch Versorgungsquellen, wie bspw. Batterien, umfasst. Im Kraftfahrzeug ist darauf zu achten, dass elektrische Energie so verfügbar ist, dass das Kraftfahrzeug jederzeit gestartet werden kann und während des Betriebs eine ausreichende Stromversorgung gegeben ist. Aber auch im abgestellten Zustand sollen elektrische Verbraucher noch für einen angemessenen Zeitraum betreibbar sein, ohne dass ein nachfolgender Start beeinträchtigt wird.
Zu beachten ist, dass aufgrund der zunehmenden Elektrifizierung von
Aggregaten sowie der Einführung von neuen Fahrfunktionen die Anforderung an die Zuverlässigkeit der elektrischen Energieversorgung im Kraftfahrzeug stetig steigt. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass zukünftig bei einem
hochautomatischen Fahren fahrfremde Tätigkeiten in begrenztem Maße zulässig sein sollen. Eine sensorische, regelungstechnische, mechanische und energetische Rückfallebene durch den Fahrer ist in diesem Fall nur noch eingeschränkt vorhanden. Unter einem hochautomatischen Fahren, das auch als hochautomatisiertes Fahren bezeichnet wird, ist ein Zwischenschritt zwischen einem assistierten Fahren, bei dem der Fahrer durch Assistenzsysteme unterstützt wird, und einem autonomen Fahren, bei dem das Fahrzeug selbsttätig und ohne Einwirkung des Fahrers fährt, zu verstehen. Bei diesem verfügt das Fahrzeug über eine eigene Intelligenz, die vorausplant und die Fahraufgabe zumindest in den meisten Fahrsituationen übernehmen könnte. Daher hat bei einem hochautomatischen Fahren die elektrische Versorgung eine bisher im Kraftfahrzeug nicht gekannte Sicherheitsrelevanz.
Das heutige konventionelle 14 V-Bordnetz mit nur einem Generator und nur einer Batterie kann die erhöhten Anforderungen an die Zuverlässigkeit der elektrischen Versorgung nicht mehr in ausreichendem Maße erfüllen. Als Beispiel wird hier das Segeln mit abgeschaltetem Verbrennungsmotor erwähnt. Während der Segelphase steht der Generator als Energieerzeuger nicht mehr zur Verfügung. Der Ausfall der Batterie in der Segelphase führt daher zum Ausfall der gesamten elektrischen Versorgung im Kraftfahrzeug. Aus diesem Grund werden aktuell 14 V-Bordnetze mit zwei Batterien, sogenannte 2-Batterienbordnetze, bei
Automobilherstellern und Zulieferern für Segeln diskutiert.
Es sind Bordnetztopologien für erhöhte Zuverlässigkeit auf Basis eines 14 V- Bordnetzes bekannt, bei denen skalierbare und modulare Bordnetztopologien zur Versorgung von sicherheitsrelevanten elektrischen Verbrauchern realisiert werden. Bei diesen werden die Verbraucher in Verbrauchergruppen mit unterschiedlicher Sicherheitsrelevanz eingeteilt, wobei grundsätzlich eine zweikanalige elektrische Versorgung für redundante, sicherheitsrelevante Verbraucher und eine fehlertolerante Versorgung für einfach vorhandene sicherheitsrelevante Verbraucher vorgesehen sind.
Neben der Weiterentwicklung des 14 V- Bordnetzes wird von
Automobilherstellern die Einführung des 48 V/14 V-Bordnetzes geplant. Dieses 48 V/14 V-Bordnetz dient neben der Versorgung von Hochleistungsverbrauchern als Einstiegs-Hybridisierung. In der Druckschrift DE 198 55 245 B4 ist eine redundante Spannungsversorgung für elektrische Verbraucher in einem Fahrzeugbordnetz beschrieben. Dabei werden vorhandene Verbraucher redundant aus zwei Teilbordnetzen mit unterschiedlicher Spannung versorgt, wozu eine Versorgung aus zwei getrennten Spannungszweigen vorgesehen ist.
Aus der Druckschrift DE 10 2006 010 713 B4 ist ein Bordnetz für ein Fahrzeug mit zumindest einem sicherheitsrelevanten Verbraucher bekannt. Hierbei wird ein einfach vorhandener sicherheitsrelevanter Verbraucher redundant aus zwei Teilnetzen, einem Primärnetz und einem Sekundärnetz, versorgt.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 10 vorgestellt.
Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
Es wird somit ein Bordnetz betrachtet, dass mehrere Teilbordnetze, die hierin auch als Bordnetzpfade bezeichnet werden, umfasst. Zudem kann ein
Basisbordnetz vorgesehen sein. In dem Bordnetz sind nunmehr Komponenten, wie bspw. Verbraucher, Gleichspannungswandler usw., vorgesehen. Diese Komponenten können einem oder mehreren oder sogar allen der Bordnetzpfade zugeordnet sein. Dies bedeutet bspw., dass die Komponente in mehreren der Bordnetzpfade vorgesehen ist oder diese miteinander koppelt. So können insbesondere sicherheitsrelevante Verbraucher redundant aufgebaut sein, d. h. diese sind bspw. zweifach vorgesehen, wobei beide Verbraucher jeweils für sich alleine die zugeordnete Funktion erfüllen können. Das bedeutet, dass ein Verbraucher auf zwei Kanäle bzw. Bordnetzpfade verteilt ist.
Ein solcher Verbraucher kann nunmehr in beiden Bordnetzpfaden eine Diagnose durchführen und die bei den Diagnosen ermittelten Ergebnisse miteinander vergleichen. Auf diese Weise kann ein Ausfall, bspw. durch Unter- oder
Überspannung, oder eine Beeinträchtigung eines der beiden Bordnetzpfade erkannt werden und es können ggf. Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Neben insbesondere sicherheitsrelevanten, redundant vorgesehenen
Verbrauchern können auch im Bordnetz angeordnete Koppelelemente, bspw. Gleichspannungswandler, herangezogen werden, da diese Bordnetzpfade, zwischen denen diese angeordnet sind, überwachen können. Ist ein
Koppelelement zwischen einem Bordnetzpfad A und einem Bordnetzpfad B geschaltet, so wird hierin davon gesprochen, dass das Koppelelement in beiden Bordnetzpfaden vorgesehen ist.
Mit dem vorgestellte Verfahren wird erreicht, den Zustand von mehreren
Bordnetzkanälen zu diagnostizieren und diesen Zustand an andere Verbraucher oder Steller zu kommunizieren. Somit ist bei einem mehrkanaligen Bordnetz eine übergeordnete Diagnoseinstanz vorhanden, die den Zustand der
sicherheitsrelevanten Bordnetzkanäle erkennt.
Die Diagnose kann bspw. ergeben, dass ein Bordnetzpfad beeinträchtigt oder gar ausgefallen ist. Weiterhin können ungewollte galvanische Kopplungen, bspw. zwischen zwei Bordnetzpfaden, erkannt werden.
Zu beachten ist, dass insbesondere bei Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeug Bordnetze eingesetzt werden können, bei denen auf der Hochvoltseite kein Generator, sondern eine elektrische Maschine oder eine Batterie vorgesehen sein kann. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine Ausführung eines Bordnetzes. Figur 2 zeigt eine weitere Ausführung eines Bordnetzes.
Figur 3 zeigt in vereinfachter Darstellung den Aufbau eines Verbrauchers.
Figur 4 zeigt eine Ausführung eines sicherheitsrelevanten Verbrauchers in vereinfachter Darstellung.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Figuren 1 und 2 zeigen beispielhaft und vereinfacht Topologien von Bordnetzen, wie diese bspw. in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.
Figur 1 zeigt ein Bordnetz, das insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Dieses umfasst ein Basisbordnetz 12 mit einem Starter 14, einem Generator 16, einer Batterie 18 und einem Verbraucher R3 20. Weiterhin sind ein erstes Koppelelement 22, bspw. ein Gleichspannungswandler, eine erste Batterie 24 und ein erster Verbraucher Rl 26 sowie ein zweites Koppelelement 28, bspw. ein Gleichspannungswandler, eine zweite Batterie 30 und ein zweiter Verbraucher 32 vorgesehen.
Es ist in diesem Fall das Basisbordnetz 12 mit dem nicht sicherheitsrelevanten Verbrauch R3 20 und zusätzlich ein erster Bordnetzpfad 34 und ein zweiter Bordnetzpfad 36 vorgesehen, die jeweils über ein eigenes Koppelelement 22 bzw. 28 angekoppelt sind und über eine eigene Batterie 24 bzw. 30 bzw. einen elektrischen Speicher sowie sicherheitsrelevante, redundante Verbraucher Rl 26 bzw. R2 32 verfügen. Die Verbraucher Rl 26 und R2 32 sind zur Ausführung derselben Funktion vorgesehen.
Figur 2 zeigt ein Bordnetz, das insgesamt mit der Bezugsziffer 40 bezeichnet ist. Dieses umfasst ein Basisbordnetz 42 mit einem Starter 44, einem Generator 46, einer Batterie 48 und einem Verbraucher 50. Weiterhin sind ein Koppelelement 52, eine erste Batterie 54, ein erster Verbraucher Rl 56 sowie ein zweiter Verbraucher 58 vorgesehen.
Figur 2 zeigt eine Variante der Ausführung aus Figur 1 mit einem
sicherheitsrelevanten Bordnetzpfad 60 mit der Batterie 54 und dem ersten Verbraucher 56, der auch eine Verbrauchergruppe darstellen kann, welches über das Koppelelement 52 vom Basisbordnetz 42 entkoppelt und somit unabhängig von diesem ist. Ein zweiter sicherheitsrelevanter Bordnetzpfad 62 mit dem zweiten Verbraucher R2, der ggf. durch eine Verbrauchergruppe gegeben ist, ist direkt mit dem Basisbordnetz 42 verbunden.
Beide in Figuren 1 und 2 gezeigten Topologien haben gemeinsam, dass es eine Gruppe von sicherheitsrelevanten Verbrauchern gibt, die redundant ausgelegt und auf zwei getrennte Kanäle verteilt werden. Diese werden hierin als Rl und R2 bezeichnet. Beim hochautomatischen Fahren sind dies bspw. die Bremse und die Lenkung, welche redundant vorhanden sein müssen.
Damit ist sichergestellt, dass bei Ausfall eines Bordnetzpfads bzw. Kanals der andere weiterhin verfügbar ist. Von besonderer Bedeutung dabei ist jedoch, den Ausfall eines Kanals erkennen zu können und den defekten Kanal vom
funktionierenden Bordnetz abzukoppeln. Hier setzt das vorgestellte Verfahren an.
In heutigen Bordnetzen ist die Erfassung des Bordnetzzustands auf die einzelnen Komponenten verteilt. Beispielsweise misst der Batteriesensor der Verbraucher, bspw. des ESP oder der elektrischen Lenkung, die Bordnetzspannung. Dabei fehlt jedoch eine übergeordnete Komponente, die bspw. bei zweikanaligen Systemen den Zustand beider Kanäle erfassen kann.
Ein Beispiel für einen sicherheitsrelevanten redundanten Verbraucher ist vereinfacht in Figur 3 zu sehen, welcher mit der Bezugsziffer 80 bezeichnet ist. Bei diesem sind alle Elemente inklusive Energieversorgung und Kommunikation gedoppelt. Dies bedeutet, dass bei Ausfall eines Kanals der andere Kanal alleine den sicheren Betrieb gewährleisten kann. Die Darstellung zeigt eine erste Signalelektronik 82, eine zweite Signalelektronik 84, einen ersten Hauptcontroller 86, einen zweiten Hauptcontroller 88, eine erste Endstufe 90, eine zweite Endstufe 92, einen ersten Motor 94 und einen zweiten Motor 96. Weiterhin sind mit Doppelpfeilen eine erste Kommunikation 98, eine zweite Kommunikation 100 sowie eine interne Kommunikationsleitung 102 verdeutlicht. Pfeile zeigen einen ersten Anschluss 104 an einen ersten
Bordnetzpfad und einen zweiten Anschluss 106 an einen zweiten Bordnetzpfad. In der Darstellung sind Komponenten eines Steuergeräts 110 und eines Motors 112 mit Umrandungen gekennzeichnet.
Der in Figur 3 gezeigte Verbraucher 80 könnte ein Lenksystem oder
Bremssystem sein, d. h. der Motor 112 steuert ein sicherheitsrelevantes System. Bei diesem redundant aufgebauten Verbraucher 80 sind sowohl die
Signalelektronik 82 bzw. 84, der Hauptcontroller 86 bzw. 88, die Endstufen bzw. Leistungsendstufen 90 bzw. 92 und der Motor 112 doppelt vorhanden. Auch die Anschlüsse 104 bzw. 106 an die Bordnetzpfade und die Kommunikation 98 bzw. 100 sind zweifach vorgesehen. Somit kann bei Ausfall einer Komponente oder eines Bordnetzpfads bzw. Kanals in der einen Hälfte die jeweils andere Hälfte redundant die Funktion übernehmen.
Die oben eingezeichneten Kästen 82, 86, 90 und 94 stellen einen der
Verbraucher aus der Gruppe Rl in Figur 1 bzw. 2 dar, die unten eingezeichneten Kästen 84, 88, 92 und 96 stellen einen Verbraucher aus der Gruppe R2 dar. Intern sind die beiden Teile 116, 118 über die interne Kommunikationsleitung 102 miteinander verbunden. Die beiden Teile 116, 118 sind somit Teile 116, 118 einer Komponente im Bordnetz, in diesem Fall Teile 116, 118 des redundanten Verbrauchers 80.
Bei dem vorgestellten Verfahren ist nunmehr vorgesehen, dass mehrere
Bordnetzpfade bzw. Teilnetze von einer Bordnetzkomponente überwacht werden, die an mehreren Teilnetzen angeschlossen ist. Hierfür sind zwei grundsätzliche Ausführungsformen denkbar:
1. Einen Verbraucher aus der Gruppe der redundant vorhandenen Verbraucher (Rl und R2 genannt) für die Erkennung des Bordnetzzustands zu nutzen, da diese Verbraucher durch seine Teile auf beiden Bordnetzkanälen vorhanden sind und damit die Spannungsqualität der beiden Kanäle vergleichen können. Im konkreten Beispiel könnte der in Figur 3 genannte redundante Verbraucher den ersten Bordnetzpfad und den zweiten Bordnetzpfad überwachen und die
Diagnoseergebnisse über die interne Kommunikationsleitung teilen. Ist die
Spannungsqualität im ersten Bordnetzpfad 1 schlechter als im Bordnetzpfad 2, würde der Verbraucher Rl oben abschalten und der Verbraucher R2 unten die Funktion übernehmen. 2. Den bzw. die Koppelelemente, bspw. Gleichspannungswandler, für die
Diagnose der Teilnetze und das Basisbord netzes zu nutzen. Dies bedeutet, dass bspw. in Figur 2 das Koppelelement den Zustand des Basisbordnetzes und des sicherheitsrelevanten Teilnetzes überwachen und vergleichen kann. Im Fehlerfall auf der Seite des Basisbordnetzes kann somit der Gleichspannungswandler das sicherheitsrelevante Bordnetz mit dem Verbraucher Rl vom Basisbordnetz abkoppeln. Somit würde die Gruppe der sicherheitsrelevanten Verbraucher Rl aus dem Speicher Bl versorgt.
Ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass im Bordnetz vorhandene Komponenten für die Überwachung der Teilnetze genutzt werden, in dem diese funktional erweitert werden. Dadurch verringert sich für den OEM (original equipment manufacturer) der Integrationsaufwand im Kabelbaum und die Komponenten weisen einen Mehrfachnutzen bzw. Alleinstellungsmerkmal auf.
Figur 4 zeigt am Beispiel eines Verbrauchers, der mit Bezugsziffer 120 bezeichnet ist, die notwendigen Änderungen am Steuergerät.
Die Darstellung zeigt eine erste Signalelektronik 122, eine zweite
Signalelektronik 124, einen ersten Hauptcontroller 126, einen zweiten
Hauptcontroller 128, eine erste Endstufe 130, eine zweite Endstufe 132, einen ersten Motor 134 und einen zweiten Motor 136. Weiterhin sind mit Doppelpfeilen eine erste Kommunikation 138 zum Zustand eines ersten Bordnetzpfads, eine zweite Kommunikation 140 zum Zustand eines zweiten Bordnetzpfads sowie eine interne Kommunikationsleitung 142 für den Vergleich der Zustände der Bordnetzpfade verdeutlicht. Pfeile zweigen ein erster Anschluss 144 an einen ersten Bordnetzpfad und ein zweiter Anschluss 146 an einen zweiten
Bordnetzpfad. In der Darstellung sind Komponenten eines Steuergeräts 150 und eines Motors 152 mit Umrandungen gekennzeichnet. Bezugsziffern 156 und 158 bezeichnen Teile des redundanten Verbrauchers 120.
Es sind nunmehr folgende Schritte vorgesehen:
Die Eingangsspannung der jeweiligen Bordnetzpfade wird gemessen und von der jeweiligen Signalelektronik 122 oben bzw. 124 unten eingelesen. Die Spannungsmessung kann dabei in bekannter Weise erfolgen. Anhand verschiedener Diagnoseverfahren wird bewertet, ob der entsprechende
Bordnetzpfad ausgefallen oder degradiert ist. Weiterhin kann eine Kopplung zwischen beiden Kanälen oder die Kopplung eines Kanals mit Masse festgestellt werden.
Das Diagnoseergebnis kann über die zentral angeordnete
Kommunikationsleitung 142 dem jeweils anderen Teil
mitgeteilt werden. Davon hängt ab, welcher Teil, oben oder unten, die weitere Funktion übernimmt.
Auf diese Weise können folgende Fehler erkannt werden:
• Ausfall eines Kanals:
- Statische Unterspannung, z. B. kleiner 9 V
- Statische Überspannung, z. B. größer 16 V
- Dynamische Unterspannung, z. B. 10 ms kleiner 6 V
- Dynamische Überspannung, z. B. 10 ms größer 19 V
• Zeitliche oder dynamische Begrenzung eines oder beider Kanäle:
- Zeitbegrenzung: Spannung dauerhaft bei 12 V (Ausfall
Gleichspannungswandler) • Ungewollte galvanische Kopplung der Kanäle untereinander:
- Sind die Spannung Kanal 1 = Kanal 2, auch bei Aufschaltung von
Verbrauchern oder wenn einer der Wandler aktiv und der andere inaktiv ist, können die Kanäle durch einen Isolationsfehler galvanisch verbunden sein.
Dies muss erkannt werden, um den Fehler ggf. zu kapseln.
• Ungewollte Kopplung eines/beider Kanäle mit dem Basisbordnetz: - Die Galvanische Kopplung mit dem Basisbordnetz kann bei der Topologie im
Figur 1 nur über den jeweiligen Gleichspannungswandler erkannt werden
- Bei der in Figur 2 gezeigten Topologie kann die galvanische Kopplung zwischen Basisbordnetz und dem sicherheitsrelevanten Teilnetz sowohl über den Gleichspannungswandler als auch über einen redundanten
sicherheitsrelevanten Verbraucher erkannt werden.
Auch hier kann geprüft werden, ob die Bedingung Spannung Kanal 1 =
Spannung Kanal 2 dauerhaft erfüllt ist. Schließlich könnte der Bord netzzustand anderen, z. B. sicherheitsrelevanten,
Verbrauchern, einem übergeordneten Energiemanagement, anderen
Bordnetzteilnehmern, wie bspw. Koppelelementen, Speicher, Quellen, oder dem Fahrer mitgeteilt werden. Draus können weitere Maßnahmen abgeleitet werden, bspw. das Öffnen von Koppelelementen, die Erhöhung der Leistung von Energiequellen, das Zu- oder Abschalten weiterer Bordnetzlasten.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes (10, 40), das mindestens zwei Bordnetzpfade (34, 36, 60, 62) umfasst, wobei in dem Bordnetz (10, 40) mehrere Komponenten, vorgesehen sind, wobei eine Diagnose mit mindestens einer der Komponenten durchgeführt wird, die mehreren der Bordnetzpfade (34, 36, 60, 62) zugeordnet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Diagnose mit einer Komponente durchgeführt wird, die jeweils mindestens ein Teil (116, 118, 156, 158) in unterschiedlichen Bordnetzpfaden (34, 36, 60, 62) umfasst, wobei eine
Kommunikation über eine interne Kommunikationsleitung (102, 142) zwischen den Teilen erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem als Komponenten Verbraucher (26, 32, 56, 58, 80, 120) vorgesehen sind, wobei die Diagnose mit mindestens einem der Verbraucher durchgeführt wird, der in mehreren der Bordnetzpfade (34, 36, 60, 62) vorgesehen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Verbraucher (26, 32, 56, 58, 80, 120) unterschiedlichen Sicherheitsstufen zugeordnet sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Komponenten mindestens ein Koppelelement (22, 28, 52) zwischen zwei Bordnetzpfaden (34, 36, 60, 62) vorgesehen ist, wobei die Diagnose mit wenigstens einem des mindestens einen Koppelelements (22, 28, 52) durchgeführt wird, das in mehreren der
Bordnetzpfade (34, 36, 60, 62) vorgesehen ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Diagnose auf Grundlage der Messung von Eingangsspannungen der Bordnetzpfade (34, 36, 60, 62) durchgeführt wird, welcher der Bordnetzpfade (34, 36, 60, 62) aktiv wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das dazu eingesetzt wird, eine zeitliche oder dynamische Begrenzung eines der Bordnetzpfade (34, 36, 60, 62) zu erkennen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das dazu eingesetzt wird, einen Ausfall durch Unter- oder Überspannung eines der Bordnetzpfade (34, 36, 60, 62) zu erkennen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das dazu eingesetzt wird, eine ungewollte galvanische Kopplung zu erkennen.
10. Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, das insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist, mit mindestens zwei Bordnetzpfaden (34, 36, 60, 62), wobei in dem Bordnetz (10, 40) mehrere Komponenten vorgesehen sind, wobei mindestens eine der Komponenten, die mehreren der Bordnetzpfade (34, 36, 60, 62) zugeordnet ist, dazu eingerichtet ist, eine Diagnose durchzuführen.
11. Bordnetz nach Anspruch 10, bei dem die Diagnose mit einer Komponente durchzuführen ist, die jeweils mindestens ein Teil (116, 118, 156, 158) in unterschiedlichen Bordnetzpfaden (34, 36, 60, 62) umfasst, wobei eine
Kommunikation über eine interne Kommunikationsleitung (102, 142) zwischen den Teilen erfolgt.
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