EP3532346A1 - Method for operating an on-board power supply system - Google Patents

Method for operating an on-board power supply system

Info

Publication number
EP3532346A1
EP3532346A1 EP17768410.7A EP17768410A EP3532346A1 EP 3532346 A1 EP3532346 A1 EP 3532346A1 EP 17768410 A EP17768410 A EP 17768410A EP 3532346 A1 EP3532346 A1 EP 3532346A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy
sub
board network
criterion
resources
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Withdrawn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
EP17768410.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ahmet Kilic
Kirill Gorelik
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 EP3532346A1 publication Critical patent/EP3532346A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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 operating a vehicle electrical system in a vehicle
  • An electrical system is to be understood as the entirety of all electrical components in a motor vehicle. This includes both electrical consumers and supply sources, such as. Generators or electrical storage, z. B. batteries. Care must be taken in the motor vehicle so that electrical energy is available in such a way that the motor vehicle can be started at any time and an adequate power supply is ensured during operation. For this purpose, methods and devices for energy management or for energy management can be used.
  • driver assistance systems that actively support the driver in the longitudinal and transverse guidance of the vehicle, the requirements for safety and reliability of the electrical supply of safety-critical components increase.
  • driver assistance systems which are to take on the task of driving the vehicle partly or completely, a distinction is made between highly automatic and fully automatic driving, the driver is only limited or no longer available as a fallback level.
  • Highly automated driving which is also referred to as highly automated driving, is an intermediate step between assisted driving, in which the driver is assisted by assistance systems, and a fully automated driving.
  • automatic or autonomous driving in which the vehicle travels automatically and without the intervention of the driver.
  • the vehicle In the case of highly automatic driving, the vehicle has its own intelligence that could plan ahead and take on the driving task, at least in most driving situations. Therefore, in a highly automatic driving, the electrical supply has a high
  • the autonomous system must provide a minimum of functionality and enable the transition to the safe state.
  • the energy requirements of the safety-critical components such as actuators, sensors and logic, must be guaranteed.
  • an operating strategy is needed, which operates the system in an optimum for the achievement of the defined objectives operating point. If only the knowledge of the current and past system states is used to select the optimum operating point, then the operating strategy is referred to as causal. If the operating strategy additionally has knowledge of future system states that are known a priori or are determined predictively, the operating strategy is described as non-causal.
  • Another classification of operating strategies is based on the control optimality. If the choice of the optimal operating point is based on intuitive rules derived from human thinking, then this is a heuristic operating strategy. If, on the other hand, the optimal control theory is used in the search for the optimum operating point, then the operating strategy is described as optimal.
  • the system in this case the on-board network, is mapped in a mathematical model and a cost functional is set up to fulfill the overarching goals, which are then minimized or maximized in compliance with equality and / or inequality conditions.
  • the optimization takes place either at the term of the Systems, ie online, or purely for design purposes during the development phase and for the evaluation of rule-based procedures, ie offline.
  • An operating strategy with the primary objectives of increasing energy efficiency and distributing the energy resources to individual components in the on-board electrical system is referred to as energy management.
  • energy management approaches for purely internal combustion engine vehicles, hybrid and purely electric motor vehicles The objectives of the operating strategies can be classified into the following main groups:
  • a further operating strategy and a safety concept for fault operation is required.
  • One possibility for realizing such a security concept are rule-based and predefined error reactions.
  • a security analysis is carried out and possible errors are identified. If a safety-critical fault known to the system occurs, the vehicle is transferred to a safe state according to a defined scenario. For each known error, both the error response and a scenario for the transition to the safe state must therefore be defined in advance. If the topology and / or the components of the energy supply system are changed, the safety analysis must be carried out again in this approach, the safety concept and the operating strategy must be adapted and re-assured.
  • the operating strategy and the underlying safety concept depend on the topology of the energy supply system. When changing the topology, a safety analysis must be carried out again, the safety concept must be re-created and the operating strategy must be adapted and secured accordingly.
  • the operating strategy as well as the underlying security concept are rule-based, d. H. Depending on the error that has occurred, firmly defined error responses and a defined scenario for the transition to the safe state are initiated.
  • the definition of fault responses and design of the electrical system is based on assumptions for the system and the environment.
  • the operating strategy and the underlying safety concept do not take into account the efficiency of the power distribution in the electrical system.
  • One of the main requirements for fail-safe on-board electrical systems used in motor vehicles is to ensure a reliable power and power supply for safety-critical functions for the duration of a transition to a safe state, especially in the event of a system failure.
  • the establishment of a secure power supply for safety-critical functions is a functional safety requirement.
  • new fault-tolerant on-board network topologies become necessary on the one hand.
  • a functional safety concept is required for the electrical energy management system, which controls a fault-tolerant on-board network.
  • One approach to developing a functional safety concept for an electrical management system could be to analyze and identify all possible on-board fault conditions and to define a response for each individual fault. This approach would result in a rule-and-topology based on-board control strategy and safety concept which would require time-consuming error analysis, definition and verification of fault responses for each on-board network configuration and topology, without guaranteeing that the assumed fault hypothesis is complete.
  • a safety state that must be achieved in the event of a system failure for a vehicle with an automated drive, is the standstill.
  • the scenario for transitioning to a stop may be different, starting with driving to the destination given by the user and parking the vehicle at the destination as the best case scenario, and ending with an emergency stop and a stop of the vehicle Vehicle on the same lane as the worst-case scenario.
  • a rule-based functional safety concept would also mean defining a fixed scenario for each possible error to transition to a safe state, which would require a lot of time to verify or prove that the safe state will be achieved under all conditions designed topologyvariant. Slight changes in the on-board network topology and / or sizing of on-board components would require a new iteration of verification.
  • the verification of the safety concept is carried out under certain assumptions and model limitations for components of a vehicle electrical system as well as for vehicle condition states, it becomes clear that the safety concept would be softened by the uncertainty in the assumption made.
  • One of the main goals of energy management systems is to increase the energy efficiency of the system. This goal is achieved by optimizing and reducing the system energy consumption.
  • the aspect of power distribution is not considered due to the lack of configurability at the system level for power distribution.
  • redundancies may be required to meet the requirement for a fail-safe power supply.
  • Providing redundancy means using additional on-board network components, which means a higher degree of freedom at the system level, which is necessary to optimize the energy and power distribution.
  • An important goal for the energy management system presented herein is to provide a concept for a generic control strategy for a failsafe on-board network for automated driving that is independent of its topology and component sizing. It will Assuming that an on-board vehicle network consists of up to N (N> 1) sub-networks, which are interconnected via power links.
  • N N> 1 sub-networks, which are interconnected via power links.
  • the concept for the generic energy management system presented herein could be used in a vehicle with an internal combustion engine as well as in a hybrid drive or in all-electric vehicles. However, the examples presented herein show an on-board network topology for all-electric vehicles for all-electric vehicles.
  • the application of the generic energy management system for a specific vehicle type does not require any changes in the control algorithm and the functional safety concept and is achieved only by configuring and parameterizing the energy management system.
  • An important objective with regard to functional safety is to condition the vehicle electrical system in such a way that the vehicle comes to a stop in the safest possible place in the event of a fault.
  • An additional non-functional requirement for an energy management system is to provide the maximum possible ride comfort and driving profiles for normal operation and failure situations.
  • a three-level degradation concept is presented in design, based on predicted data for the driving profiles, predicted available energy resources and predicted energy requirements for the drive and for safety-critical functions and comfort functions.
  • the three levels of the degradation concept can be, in particular, the degradation of the load profiles for comfort functions, the degradation of the driving profiles (speed and acceleration) and the degradation of the target to be achieved for standstill.
  • the load profile, the driving profile and the destination are mentioned above and below.
  • other criteria can also be selected.
  • the method can also be carried out with only one criterion. Basically, at least one criterion is provided.
  • the method can also be carried out with two, three, four or more criteria. If several criteria are provided, these can be successively demoted in a specific order. This order represents a prioritization of the criteria.
  • the energy management system presented herein is an adaptive runtime optimized (on-line) topology independent control strategy with the main goal of reliable and energy efficient power supply and distribution for distributed fail-safe on-board network topologies for automated driving, both for normal operation as well as for fault operation is suitable.
  • an energetic on-board network can consist of up to N (N> 1) sub-board networks, which can be interconnected as desired to the entire on-board network of the vehicle.
  • the vehicle can be driven purely by internal combustion engine, hybrid or purely electric motor.
  • the safest destination ie a destination with the highest priority, while the driver specified destination is considered, which can be degraded depending on the condition of the entire electrical system, the electrical system components and the environment. It should be noted that this method gives the safest destination the highest priority. A top priority destination is generally not necessarily the safest destination. The individual stages of degradation from the destination are presented below. If, for example, the energy content of the battery in the faulty or faultless state for a given driving profile and switched comfort consumers according to their load profile sufficient for reaching the driver specified destination, the operating strategy reacts with measures to increase the range and optimization of energy flow, the detailed below being represented.
  • the operating strategy also reacts with degradation measures to reduce the energy requirements of the system, the detailed below being represented. If the operating strategy determines that the destination specified by the driver can not be reached despite the vehicle electrical system conditioning, the destination with the next highest priority, for example a continuation of the journey to a parking space, is aimed for.
  • diagnostic data on the system and component level, environmental information as well as the state of the individual components of the energy supply system and their changes in real time can be taken into account.
  • the error responses and the choice of the scenario for the transition to the safe state are therefore not predefined in contrast to known methods and are adaptive, for example, in real time depending on the state of the system and the environment and the availability of the electrical system components. It is thus an optimized and predictive energy management system that is able to take measures to stabilize the vehicle electrical system even when an error occurs outside the specified error hypothesis and to bring the vehicle into the safe state with the best possible scenario.
  • the approach of the presented method allows the detection of abnormalities, ie deviations from the specified state, even in case of non-functioning diagnosis of the on-board network components and the introduction of appropriate measures for on-board network stabilization in detected abnormalities.
  • the presented method which realizes an energy management system, has five main goals:
  • Figure 1 shows in a block diagram the structure of an embodiment of an energy management system.
  • FIG. 2 shows a proposal for the prioritization of scenarios for the transition to the safe state.
  • FIG. 3 shows the electrical block diagram of a partial on-board network K.
  • FIG. 4 shows the energy flow diagram of the sub-board network K from FIG. 3.
  • FIG. 5 shows the Sankey diagram of the sub-board network K from FIG. 3.
  • FIG. 6 shows a 3-level degradation concept.
  • FIG. 7 shows an example of the execution of a 3-level degradation concept.
  • FIG. 8 shows an on-board network topology with four sub-board networks.
  • FIG. 9 shows in a diagram values for energy resources and energy consumption.
  • FIG. 10 shows possible solutions to an optimization problem.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the architecture or the structure of an energy management system (EEM), which is denoted overall by the reference numeral 10.
  • EEM energy management system
  • the illustration shows a top-level energy management system (top EEM) 12, a first sub-energy management system (sub-EEM) 14, a second sub-EEM 16, an n-th sub-EEM 18, a first sub-board network 20 second sub-board network 22 and an n-th sub-board network 24.
  • the sub-network systems 20, 22 and 24 form an energy on-board network 26, which thus consists of n sub-board networks 20, 22, 24.
  • Each sub-board network 20, 22 and 24 has a sub-energy management system 14, 16 and 18, respectively, which knows the configuration and the state of the sub-board network 20, 22 and 24, respectively.
  • the size of the energy store, the maximum output power of coupling elements and the efficiencies in energy transfer, etc. belongs to the configuration of the sub-board network 20, 22 and 24, respectively.
  • a superordinated entity, the top EEM 12, optimizes the energy exchange between the sub-networks 20, 22, 24 and defines defaults for the sub-energy management systems 14, 16, 18 to fulfill the objectives defined herein.
  • a functional architecture for an energy management system is illustrated in FIG. It is assumed that an on-board network consists of N (N> 1) channels or sub-board networks. Each sub-board network K is controlled and monitored by an associated sub-energy management system K e [1 .. N].
  • the generic control algorithm for a sub-energy management system is used on a given sub-on-board network topology via a configuration file containing all relevant information about the components of that sub-board network. This information includes, for example, the number of energy stores, which may also be zero, and their nominal capacity, the energy consumption of safety-critical components and comfort components including their demotion profiles.
  • the sub-power management system monitors, during runtime, the current state of components associated with the sub-networks and receives diagnostic information, which makes it possible to initiate local responses to abnormalities or component failures
  • Top-level energy management system which is responsible for the system-level control and error response.
  • the top-level energy management system is designed for a given system via a configuration file that includes all relevant information about the given system. This information includes, for example, the number of sub-grids, efficiency maps for the drive and its components, and power links connecting the sub-systems, vehicle parameters that predict the amount of energy relevant to predicting the amount of energy needed for the drive. Based on this data and runtime information, the top-level power management system is able to optimize power flow, adapt the control strategy to the current system state, and adjust responses to system-level abnormalities or errors.
  • the safest place is considered to be the destination specified by the driver. If the operating strategy recognizes that it is under no circumstances possible to achieve this goal, the next safest goal is sought, which may mean, for example, a drive to the next free parking space. This is also referred to as degradation of the destination.
  • a free parking space could, for example, be reserved via vehicle-to-vehicle or V2X (Vehicle-to-X) communication.
  • FIG. 2 shows a proposal for prioritizing SSL scenarios.
  • the illustration shows in a table 50 the columns destination 52, priority 54, name 56 and energy requirement 58. Destinations are: destination by driver 60, parking 62, emergency stop 64, shoulder 66, right lane 68, same lane 70 and emergency braking 72nd name 56 are: SSL A 80, SSL B 82, SSL C 84, SSL D 86, SSL E 88, SSL F 90 and SSL G 92.
  • FIG. 2 thus shows a proposal for a possible prioritization of the scenarios for the transition to the safe state in descending order.
  • the scenarios SSL A 80 to SSL E 90 require a drive, steering and braking function. If, for example, the drive function fails, these scenarios are no longer executable.
  • the scenarios SSL E 88 and SSL F 90 require a steering and braking function, assuming that coasting is possible. Egg- Emergency braking according to scenario SSL G 92 must be carried out when no steering function is available.
  • the operating strategy can be adaptive, predictive and online-optimized.
  • the realization of such an operating strategy is based on a mathematical description of the distributed on-board network.
  • an on-board electrical system can consist of up to N (N> 1) sub-networks, which are connected to one another via energy converters / couplers.
  • FIG. 3 shows a partial onboard network, which is denoted overall by the reference numeral 100.
  • the illustration shows a K-th output PLouT_i, k 102 and K-th A ⁇ gear PLiN_k, i 104 from the first part-board network, a K-th output PLouT_n, k 106, and K-th input PLiN_k n, 108 from the N-th sub-board network , a first input PÜN_i, k HO and an N-th input PLiN_ n, k, 112 (the K-th sub-board network, a first output Plout U 114 and an N-th output PLouT_k, n 116, K-surfactant-part electrical system, l, K) -th coupling element 118, a (N, K) -th coupling element 120, a (K, l) -th coupling element 122, a (K, N) -th
  • FIG 4 shows an energy flow diagram of a K-th sub-board power supply system 150 according to FIG 3.
  • the figure shows the energy flows ⁇ _ ⁇ , ⁇ 152 at the K-th From ⁇ gear and EIN_K, I 154 at the K-th input of the sub-board network 1, energy flows EOUT_N, K 156 on K-th output and EIN_K, N 158 at K-th input from Operabord ⁇ network N, energy flows EIN_I, K 160 at the first input and EIN_N, K 162 at the N-th input from the sub-board network K, energy flows ⁇ _ ⁇ , ⁇ 164 at the first output and EOUT_K, N 166 at the Nth output of the sub-electrical network K, a power link (1, K) 168, a power link (N, K) 170, a power link (K, l) 172 and a power link (K, N) 174, Energy flow / resources of the K 176 sub-board network with associated energy flow / demand
  • a sub-board network K (K e [1 .. N]) can be supplied at the input of up to N 1 sub-board networks via energy converters PL i j ⁇ , K ll8, 120; the sub-board network K serves as an "energy sink", and at the output up to N-1 sub-network via energy converter PLOUT .
  • An energy converter may be a DC-DC converter, a switch, a toggle switch or any other type of coupling elements that allow an energy flow between two sub-networks.
  • HPLJ.K For the energy consideration of a coupler with efficiency HPLJ.K applies:
  • EOUTJ.K or EINJ.K denotes the energy that flows from the sub-board network i to the sub-board network K.
  • a sub-board network K (K e [1 .. N]) can have the following component classes (see FIGS. 3, 4 and 5):
  • OPR OPR
  • the goal of online optimization is to maximize the energy resources available in the vehicle upon arrival at the destination.
  • cost functional can be set up for this:
  • the sub-subnetworks that represent a source or a sink In the established cost functional, a distinction is made between sub-subnetworks that represent a source or a sink. If more energy is stored in the energy stores of the sub-board network than is needed to supply the components of this sub-board network for the entire onward journey, then the subsystem on-board network referred to as a source. If the energy requirement of a sub-board network is greater than the energy stored in this sub-board network, the sub-board network is referred to as sink and the missing energy resources must be made available by other sub-board networks.
  • the set of all sub-networks that represent a source is called SRC (Sou RCe).
  • the established cost functional thus represents the sum of all remaining energy resources on arrival at the destination of all sub-networks, which act as a source and are functional. The following terms are used in equation (3):
  • Equation (4) In order to increase the energy efficiency, the cost functional set up in equation (4) must be maximized in compliance with the energy balance ESPN_K (K e [1..N]) (see equation (3)) in all non-failed sub-networks, with the result that that the energy losses are minimized due to energy transport.
  • a sub-board network is said to have not failed if it has either a functional energy store or at least can be served by another functional sub-board network.
  • Compliance with the energy balance (ESPN_K ⁇ 0) for each on-board network K means that the energy resources are allocated so that the energy requirements of the components are always met.
  • OPR OPR
  • the main objective of the operating strategy according to the presented method is to optimize the energy flow in the electrical system in such a way that the safest possible destination with the highest possible driving comfort, d. H. Use of comfort consumers, and the best possible driving profile, for example, in terms of speed, acceleration, etc., is achieved.
  • the energy requirements for the onward journey are compared with the available energy resources based on predictive data in real time or online. If the energy resources exceed the energy requirement, the destination can be reached.
  • the operational strategy does not demote and only takes measures to increase energy efficiency.
  • the operating strategy carries out degradation measures. In this case, a 3-level degradation concept is proposed, as shown in FIG.
  • 1st level 300 gradual degradation of comfort consumers (load profile)
  • 3rd level 304 Gradual degradation from the destination
  • Criteria to which values can be assigned are thus the load profile, the driving profile and the destination.
  • FIG. 6 right shows the basic procedure of the degradation (reference numeral 320).
  • each sub-energy management system (sub-E EM) has a degradation table of the consumers in its sub-board network. A classification of the consumers into different classes or stages is based on this.
  • the degradation table can have up to M classes of consumers, which can be arbitrarily set by OEMs.
  • the class of consumers is also the priority. If the energy demand exceeds the existing energy resources, the consumers are degraded or shut down step by step.
  • the class M of consumers is degraded first. Consumers will be demoted until the energy balance for each on-board functional network is achieved for the duration of the onward journey. H. ESPN_K> 0 with K e [1 .. N]) (see FIG. 6).
  • the driving profile is degraded.
  • the degradation of the driving profile is also gradual and can be defined from normal to slow driving profile in several stages.
  • the definition of driving profiles, ie speed, acceleration, etc., as well as their stages, is carried out by OEMs and is configured accordingly in the operating strategy.
  • the stepwise de-rating of the load (load profile) is carried out (see FIG. 6).
  • the degradation on the 1st level 300 and the 2nd level 302 takes place until the energy balance for the duration of the onward journey in all functional sub-board networks is achieved.
  • the destination is degraded in the third level 304 of the degradation concept.
  • the definition, number of stages and the prioritization of destinations can also be done by OEMs and is taken into account in the operating strategy by configuration.
  • the travel profile (2nd level 302) and the load profile (1st level 300) are gradually degraded.
  • the degradation on the first level 300, the second level 302 and the third level 304 takes place until the energy balance for the duration of the onward journey is achieved (see FIG. 6). An example is shown in FIG.
  • FIG. 7 shows an example of the execution of a 3-level degradation concept.
  • the illustration shows a table 400 with a column Steps 402 in which is recorded for load profiles 404 group M 410, group Ml 412 to group 1 414, for driving profiles 416 normal 420 to slow 422 and for destination 426 SSL A 430, SSL B 432 to SSL G 434.
  • the last line 440 shows the result of the optimization, ie Whether the current degradation levels (load profile, driving profile and destination) allow you to continue driving with current SSL.
  • this degradation concept allows a maximum possible comfort 450, a maximum possible optimality of the driving profile and the transfer of the vehicle to the safe state (standstill) in a still maximally safest place according to the SSL prioritization.
  • the optimization at the start values SSL A 430 namely the target by the driver, for the travel destination, normal driving profile 420 as well as all comfort consumers switched on, group M 410, begins.
  • the energy balance for all functional sub-systems is only reached at destination SSL B 432, ie drive to the parking lot, slow driving profile 422 and level or group 1 414 of the switched consumers.
  • this configuration represents the maximum possible comfort and the best possible driving profile, which allow the maximum possible destination to be reached.
  • the operating strategy does not start the components until a solution to the optimization problem is found. Then, the motor vehicle is driven accordingly.
  • the levels of degradation are interchangeable. If, for example, an OEM sets maximum possible comfort and does not drive on to the safest possible destination, then the levels of degradation can be exchanged.
  • FIG. 8 shows a vehicle electrical system 500 with a first sub-board network 502, a second sub-board network 504, a third sub-board network 506 and a fourth sub-board network 508.
  • the first sub-board network 502 is connected to the second sub-board network 504 via a DC-DC converter 510.
  • the second sub-board network 504 is connected to the third sub-board network 506 via a DC-DC converter 512.
  • the fourth sub-board network 508 is connected via a toggle switch 520 to the second and third sub-networks 504 and 506.
  • EI_OAD The energy demand of all consumers in a sub-network K (K e [1..4]) is denoted by EI_OAD ⁇ K>.
  • the sum of all energy resources in a sub-board network K (K e [1..4]) is called EBAT ⁇ K>.
  • the efficiency of the energy flow from the sub-board network i to the sub-board network j (i, j e [1..4]) is denoted by ⁇ , ⁇ .
  • EAVB ⁇ K> denotes the surplus energy in the sub-board network K and EREQIK ⁇ the energy missing in the sub-board network K for fulfilling the energy balance ESPN_K (K e
  • FIG. 9 shows in a diagram 600 determined predictive values of the energy resources and the energy consumption.
  • the illustration shows the first sub-board network 602, the second sub-board network 604, the third sub-board network 606 and the fourth sub-board network 608.
  • the existing energy resources exceed the energy requirement (see FIG. 9).
  • the energy demand exceeds the existing energy resources.
  • the first and third sub-networks 602 and 606 are thus sources as defined above, the second and fourth sub-systems 604 and 608 are sinks. The energy must therefore be transported from the first and third sub-board networks 602 and 606 to the second and fourth sub-board networks 604 and 608.
  • a DC-DC converter can be operated in three modes, namely no energy transfer, energy transfer in the forward or reverse direction.
  • FIG. 10 shows possible solutions of optimization problems.
  • the illustration shows in six blocks 700, 702, 704, 706, 708 and 710 the four sub-sub-networks 602, 604, 606 and 608, respectively.
  • first arrow 720 energy flow of 1.681kWh from PNI to PN2
  • second arrow 722 energy flow of 0.444kWh from PN2 to PN4
  • Mode DC-DC converter 510 ( Figure 8): forward
  • Mode DC-DC converter 512 ( Figure 8): off
  • Mode toggle switch 520 ( Figure 8): connected to network 2
  • first arrow 730 energy flow of 1.125kWh from PNI to PN2
  • second arrow 732 energy flow of 0.571kWh from PN3 to PN4
  • Mode DC-DC converter 510 ( Figure 8): forward Mode DC-DC converter 512 ( Figure 8): off
  • Mode toggle switch 520 ( Figure 8): connected to network 3
  • first arrow 740 energy flow of 1.681kWh from PNI to PN2
  • second arrow 742 energy flow of 0.444kWh from PN2 to PN4
  • third arrow 744 energy flow of 0.0kWh from PN2 to PN3
  • Mode DC-DC converter 510 ( Figure 8): forward
  • Mode DC-DC converter 512 ( Figure 8): forward
  • Mode toggle switch 520 ( Figure 8): connected to network 2
  • first arrow 750 energy flow of 1.125kWh from PNI to PN2
  • second arrow 752 energy flow of 0.0kWh from PN2 to PN3
  • third arrow 754 energy flow of 0.571kWh from PN3 to PN4
  • Mode DC-DC converter 510 ( Figure 8): forward
  • Mode DC-DC converter 512 ( Figure 8): forward
  • Mode toggle switch 520 ( Figure 8): connected to network 3
  • first arrow 760 energy flow of 0.937kWh from PNI to PN2
  • second arrow 762 energy flow of 0.444kWh from PN2 to PN4
  • third arrow 764 energy flow of 0.70kWh from PN3 to PN2
  • Mode DC-DC converter 510 ( Figure 8): forward
  • DC-DC converter 512 (FIG. 8): backward
  • Mode toggle switch 520 ( Figure 8): connected to network 2
  • first arrow 770 energy flow of 0.988kWh from PNI to PN2
  • second arrow 772 energy flow of 0.129kWh from PN3 to PN2
  • third arrow 774 Energy flow of 0.571kWh from PN3 to PN4
  • Mode DC-DC converter 510 ( Figure 8): forward
  • DC-DC converter 512 (FIG. 8): backward
  • Mode toggle switch 520 ( Figure 8): connected to network 3

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for operating an on-board power supply system in a motor vehicle, in which an operator control strategy is developed for the on-board power supply system, wherein at least one criterion is taken into account, wherein values are stored in a sequence according to the priority for each criterion, wherein firstly it is checked whether selected values are to be complied with for the at least one criterion in that an energy demand for continued travel is compared with the existing energy resources in accordance with the selected criterion, and in the event of the energy demand exceeding the energy resources, the value of at least one of the at least one criterion is degraded at least once according to the assigned sequence, and this process is repeated until the energy demand is covered by the resources.

Description

Beschreibung  description
Titel title
Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes in einem The invention relates to a method for operating a vehicle electrical system in a vehicle
Kraftfahrzeug und eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens. Motor vehicle and a device for carrying out the method.
Stand der Technik Unter einem Bordnetz ist die Gesamtheit aller elektrischen Komponenten in einem Kraftfahrzeug zu verstehen. Dieses umfasst sowohl elektrische Verbraucher als auch Versorgungsquellen, wie bspw. Generatoren oder elektrische Speicher, z. B. Batterien. Im Kraftfahrzeug ist darauf zu achten, dass elektrische Energie so verfügbar ist, dass das Kraftfahrzeug jederzeit gestartet werden kann und wäh- rend des Betriebs eine ausreichende Stromversorgung sichergestellt ist. Hierzu können Verfahren und Einrichtungen zur Energieverwaltung bzw. zum Energiemanagement eingesetzt werden. PRIOR ART An electrical system is to be understood as the entirety of all electrical components in a motor vehicle. This includes both electrical consumers and supply sources, such as. Generators or electrical storage, z. B. batteries. Care must be taken in the motor vehicle so that electrical energy is available in such a way that the motor vehicle can be started at any time and an adequate power supply is ensured during operation. For this purpose, methods and devices for energy management or for energy management can be used.
Mit dem Aufkommen von Fahrerassistenzsystemen, die den Fahrer bei der Längs- und Querführung des Fahrzeugs aktiv unterstützen, steigen auch die Anforderungen an Sicherheit und Zuverlässigkeit der elektrischen Versorgung der sicherheitskritischen Komponenten. Bei der neuen Generation der Fahrerassistenzsysteme, die die Aufgabe der Fahrzeugführung teilweise bzw. ganz übernehmen sollen, man unterscheidet zwischen hochautomatischem und vollauto- matischem Fahren, steht der Fahrer nur begrenzt bzw. nicht mehr als Rückfallebene zur Verfügung. With the emergence of driver assistance systems that actively support the driver in the longitudinal and transverse guidance of the vehicle, the requirements for safety and reliability of the electrical supply of safety-critical components increase. With the new generation of driver assistance systems, which are to take on the task of driving the vehicle partly or completely, a distinction is made between highly automatic and fully automatic driving, the driver is only limited or no longer available as a fallback level.
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 vollau- tomatischen bzw. autonomen Fahren, bei dem das Fahrzeug selbsttätig und ohne Einwirkung des Fahrers fährt, zu verstehen. Beim hochautomatischen Fahren 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 hoheHighly automated driving, which is also referred to as highly automated driving, is an intermediate step between assisted driving, in which the driver is assisted by assistance systems, and a fully automated driving. automatic or autonomous driving, in which the vehicle travels automatically and without the intervention of the driver. In the case of highly automatic driving, the vehicle has its own intelligence that could plan ahead and take on the driving task, at least in most driving situations. Therefore, in a highly automatic driving, the electrical supply has a high
Sicherheitsrelevanz. Safety relevance.
Somit muss das autonom fahrende System auch beim Auftreten eines Fehlers ein Mindestmaß an Funktionalität erbringen und den Übergang in den sicheren Zustand ermöglichen. Dafür muss unter anderem der Energiebedarf der sicherheitskritischen Komponenten, wie bspw. Aktoren, Sensoren und Logik, garantiert gedeckt werden. Thus, even when an error occurs, the autonomous system must provide a minimum of functionality and enable the transition to the safe state. Among other things, the energy requirements of the safety-critical components, such as actuators, sensors and logic, must be guaranteed.
Durch die Vielzahl an Stellgliedern bei komplexen Systemen, wie bspw. das energetische Bordnetz eines autonom fahrenden Fahrzeugs, ergibt sich auch eine Vielzahl an möglichen Arbeitspunkten, in denen es betrieben werden kann. Zur Steuerung eines solchen fehlertoleranten Energiebordnetzes wird eine Betriebsstrategie benötigt, die das System in einem für die Erfüllung der definierten Ziele optimalen Arbeitspunkt betreibt. Wird zur Wahl des optimalen Arbeitspunk- tes nur das Wissen über den aktuellen sowie vergangene Systemzustände herangezogen, so wird die Betriebsstrategie als kausal bezeichnet. Steht der Betriebsstrategie zusätzlich das Wissen über zukünftige Systemzustände zur Verfügung, die a priori bekannt sind oder prädiktiv ermittelt werden, so wird die Betriebsstrategie als nicht kausal bezeichnet. Due to the large number of actuators in complex systems, such as. The energetic electrical system of an autonomously driving vehicle, there are also a variety of possible operating points in which it can be operated. To control such a fault-tolerant energy on-board network, an operating strategy is needed, which operates the system in an optimum for the achievement of the defined objectives operating point. If only the knowledge of the current and past system states is used to select the optimum operating point, then the operating strategy is referred to as causal. If the operating strategy additionally has knowledge of future system states that are known a priori or are determined predictively, the operating strategy is described as non-causal.
Eine weitere Klassifizierung von Betriebsstrategien erfolgt nach der Steue- rungsoptimalität. Basiert die Wahl des optimalen Betriebspunktes auf intuitiven, vom menschlichen Denken abgeleiteten Regeln, so handelt es sich um eine heuristische Betriebsstrategie. Wird dagegen bei der Suche nach dem optimalen Be- triebspunkt die Theorie der optimalen Steuerung herangezogen, so wird die Betriebsstrategie als optimal bezeichnet. Das System, in diesem Fall das Bordnetz, wird dafür in einem mathematischen Modell abgebildet und ein Kostenfunktional zur Erfüllung der übergeordneten Ziele aufgestellt, welches anschließend unter Einhaltung gegebener Gleichheits- und/oder Ungleichheitsbedingungen minimiert oder maximiert wird. Die Optimierung erfolgt dabei entweder zur Laufzeit des Systems, d. h. online, oder rein zu Auslegungszwecken während der Entwicklungsphase und zur Bewertung der regelbasierten Verfahren, d. h. offline. Another classification of operating strategies is based on the control optimality. If the choice of the optimal operating point is based on intuitive rules derived from human thinking, then this is a heuristic operating strategy. If, on the other hand, the optimal control theory is used in the search for the optimum operating point, then the operating strategy is described as optimal. The system, in this case the on-board network, is mapped in a mathematical model and a cost functional is set up to fulfill the overarching goals, which are then minimized or maximized in compliance with equality and / or inequality conditions. The optimization takes place either at the term of the Systems, ie online, or purely for design purposes during the development phase and for the evaluation of rule-based procedures, ie offline.
Eine Betriebsstrategie mit den primären Zielen, die Energieeffizienz zu steigern sowie die Energieressourcen auf einzelne Komponenten im energetischen Bordnetz zu verteilen, wird als Energiemanagement bezeichnet. Dabei wird zwischen Energiemanagementansätzen für rein verbrennungsmotorische Fahrzeuge, Hybrid- sowie rein elektromotorische Fahrzeuge unterschieden. Die Ziele der Betriebsstrategien lassen sich dabei in folgende Hauptgruppen einordnen: An operating strategy with the primary objectives of increasing energy efficiency and distributing the energy resources to individual components in the on-board electrical system is referred to as energy management. A distinction is made between energy management approaches for purely internal combustion engine vehicles, hybrid and purely electric motor vehicles. The objectives of the operating strategies can be classified into the following main groups:
- Steigerung der Energieeffizienz, z. B. bzw. Erhöhung der Reichweite, - increase energy efficiency, eg. B. or increase the range,
- Verbesserung des Fahrverhaltens sowie Fahrkomforts, - Improvement of driving behavior and ride comfort,
- Reduzierung der Komponentenbelastung bzw. Erhöhung der Komponentenlebensdauer, - reduction of component load or increase in component life,
- Reduzierung der Fahrzeit. - Reduction of travel time.
Bei allen erwähnten Ansätzen von Betriebsstrategien handelt es sich für eine gegebene, nicht fehlertolerante Bordnetztolopogie um einen Betrieb unter normalen Bedingungen. Dies wird auch als topologieabhängiger Ansatz bezeichnet. Der Betrieb im Fehlerfall wird nicht betrachtet. Ebenso wird nicht auf den Einsatz dieser Betriebsstrategien für autonomes Fahren eingegangen. Zur Steigerung der Energieeffizienz wird in den meisten Fällen der Energieverbrauch optimiert, nicht jedoch die Energieverteilung an sich. Der Grund dafür liegt in den fehlenden Freiheitsgraden zur Steuerung der Energieverteilung bei nicht fehlertoleranten Bordnetztopologien. Erst durch Einsatz von Redundanzen und Mehrkanaligkeit bei fehlertoleranten Bordnetztopologien kommen neue Freiheitsgrade bei der Energieverteilung im Bordnetz hinzu. All of the mentioned approaches to operating strategies for a given, non-fault tolerant on-board network topology is normal operation. This is also called a topology-dependent approach. Operation in case of error is not considered. Likewise, no mention is made of the use of these operating strategies for autonomous driving. To increase energy efficiency, energy consumption is optimized in most cases, but not the energy distribution itself. The reason for this lies in the lacking degrees of freedom for controlling the energy distribution in fault-tolerant on-board network topologies. Only through the use of redundancy and multi-channel capability in fault-tolerant on-board network topologies, new degrees of freedom in power distribution in the on-board network are added.
Um eine zuverlässige Energieversorgung auch im Fehlerfall zu garantieren, wird eine weitere Betriebsstrategie sowie ein Sicherheitskonzept für den Fehlerbetrieb benötigt. Eine Möglichkeit zur Realisierung eines solchen Sicherheitskonzepts sind regelbasierte und vordefinierte Fehlerreaktionen. Für eine gegebene Bord- netztopologie wird eine Sicherheitsanalyse durchgeführt und es werden mögliche Fehler identifiziert. Tritt ein sicherheitskritischer Fehler auf, der dem System bekannt ist, so wird das Fahrzeug nach einem festgelegten Szenario in einen sicheren Zustand überführt. Für jeden bekannten Fehler muss somit sowohl die Fehlerreaktion als auch ein Szenario für den Übergang in den sicheren Zustand im voraus definiert werden. Bei einer Änderung der Topologie und/oder der Komponenten des energetischen Bordnetzes muss bei diesem Ansatz die Sicherheitsanalyse erneut durchgeführt, das Sicherheitskonzept sowie die Betriebsstrategie angepasst und erneut abgesichert werden. In order to guarantee a reliable energy supply even in the event of a fault, a further operating strategy and a safety concept for fault operation is required. One possibility for realizing such a security concept are rule-based and predefined error reactions. For a given on-board network topology, a security analysis is carried out and possible errors are identified. If a safety-critical fault known to the system occurs, the vehicle is transferred to a safe state according to a defined scenario. For each known error, both the error response and a scenario for the transition to the safe state must therefore be defined in advance. If the topology and / or the components of the energy supply system are changed, the safety analysis must be carried out again in this approach, the safety concept and the operating strategy must be adapted and re-assured.
Die vorstehend erläuterten Verfahren und Strategien haben einige Nachteile, die nachstehend dargelegt sind: The methods and strategies discussed above have some disadvantages, which are set forth below:
Die Betriebsstrategie und das zugrunde liegende Sicherheitskonzept sind abhängig von der Topologie des energetischen Bordnetzes. Bei Änderung der Topologie muss erneut eine Sicherheitsanalyse durchgeführt, das Sicherheitskonzept neu erstellt und die Betriebsstrategie entsprechend angepasst und abgesichert werden. The operating strategy and the underlying safety concept depend on the topology of the energy supply system. When changing the topology, a safety analysis must be carried out again, the safety concept must be re-created and the operating strategy must be adapted and secured accordingly.
Die Betriebsstrategie sowie das zugrunde liegende Sicherheitskonzept sind regelbasiert, d. h. in Abhängigkeit vom aufgetretenen Fehler werden fest definierte Fehlerreaktionen sowie ein fest definiertes Szenario für den Übergang in den sicheren Zustand eingeleitet. Die Definition der Fehlerreaktionen sowie Auslegung des Bordnetzes basiert dabei auf Annahmen für das System und die Umgebung. The operating strategy as well as the underlying security concept are rule-based, d. H. Depending on the error that has occurred, firmly defined error responses and a defined scenario for the transition to the safe state are initiated. The definition of fault responses and design of the electrical system is based on assumptions for the system and the environment.
Durch die feste Vorgabe des Szenarios für den Übergang in den sicheren Zustand (Safe Stop Level, SSL) müssen die Komponenten des energetischen Bordnetzes entsprechend ausgelegt werden. Zudem muss simulativ und/oder rechnerisch nachgewiesen werden, dass die dem Bordnetz im Fehlerfall zur Verfügung stehende Energie noch ausreichend für den Übergang in den sicheren Zustand ist. Es besteht somit die Gefahr, dass durch die fehlende Möglichkeit der Änderung vom vordefinierten SSL bei Abweichungen von getroffenen Annahmen sowie unerwarteten Änderungen im System oder in der Umgebung der sichere Zustand nicht mehr erreicht wird. Durch die Änderung oder Neudimensionierung der Komponenten des energetischen Bordnetzes muss die Betriebsstrategie sowie das zugrunde liegende Sicherheitskonzept erneut abgesichert werden. By firmly specifying the scenario for the transition to the safe state (Safe Stop Level, SSL), the components of the power supply system must be designed accordingly. In addition, it must be demonstrated simulatively and / or computationally that the energy available to the electrical system in the event of a fault is still sufficient for the transition to the safe state. There is thus a risk that the secure state will no longer be achieved due to the missing possibility of changing the predefined SSL in the event of deviations from assumptions made and unexpected changes in the system or in the environment. By changing or re-dimensioning the components of the energy supply system, the operating strategy and the underlying safety concept must be safeguarded again.
Die Betriebsstrategie sowie das zugrunde liegende Sicherheitskonzept berücksichtigen nicht die Effizienz der Energieverteilung im Bordnetz. The operating strategy and the underlying safety concept do not take into account the efficiency of the power distribution in the electrical system.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Einrichtung gemäß Anspruch 11 vorgestellt. Es werden weiterhin ein Computerprogramm nach Anspruch 12 und ein maschinenlesbares Speichermedium gemäß Anspruch 13 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung. Against this background, a method having the features of claim 1 and a device according to claim 11 are presented. Furthermore, a computer program according to claim 12 and a machine-readable storage medium according to claim 13 are presented. Embodiments emerge from the dependent claims and from the description.
Eine der Hauptanforderungen für fehlersichere Bordnetze, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden, besteht darin, eine zuverlässige Energie- und Leistungsversorgung für sicherheitskritische Funktionen für die Dauer eines Übergangs in einen sicheren Zustand sicherzustellen, insbesondere im Falle eines Systemfehlers. In Übereinstimmung mit ISO 26262:2011 wird die Einrichtung einer sicheren Energieversorgung für sicherheitskritische Funktionen ein funktionales Sicherheitserfordernis. Um diese Anforderung zu erfüllen, werden neue fehlertolerante Bordnetztopologien einerseits notwendig. Andererseits wird ein funktionales Sicherheitskonzept erforderlich für das elektrische Energiemanagementsystem, das ein fehlertolerantes Bordnetz kontrolliert. One of the main requirements for fail-safe on-board electrical systems used in motor vehicles is to ensure a reliable power and power supply for safety-critical functions for the duration of a transition to a safe state, especially in the event of a system failure. In accordance with ISO 26262: 2011, the establishment of a secure power supply for safety-critical functions is a functional safety requirement. To meet this requirement, new fault-tolerant on-board network topologies become necessary on the one hand. On the other hand, a functional safety concept is required for the electrical energy management system, which controls a fault-tolerant on-board network.
Ein Ansatz zum Entwickeln eines funktionalen Sicherheitskonzepts für ein elektrisches Managementsystem könnte darin bestehen, alle möglichen Bordnetz- fehlerzustände zu analysieren und zu identifizieren und eine Reaktion für jeden einzelnen Fehler zu definieren. Dieser Ansatz würde zu einer auf Regel und Topologie basierenden Bordnetzsteuerungsstrategie und einem Sicherheitskonzept führen, was eine zeitaufwendige Fehleranalyse, Definition und Verifikation von Fehlerreaktionen für jede Bordnetz-Konfiguration und Topologie erfordern würde, ohne eine Garantie, dass die angenommene Fehlerhypothese vollständig ist. Ein Sicherheitszustand, der im Falle eines Systemfehlers für ein Fahrzeug mit einem automatisierten Antrieb erreicht werden muss, ist der Stillstand. Jedoch kann das Szenario zum Übergang in einen Stillstand verschieden sein, beginnend mit dem Fahren zu dem Ziel, das durch den Nutzer bzw. Fahrgast vorgegeben wird und Parken des Fahrzeugs am Ziel, als das beste Fallszenario, und endend mit einem Notstopp und einem Anhalten des Fahrzeugs auf derselben Fahrspur als das Worst Case-Szenario. Ein regelbasiertes funktionales Sicherheitskonzept würde ebenfalls bedeuten, dass für jeden einzelnen möglichen Fehler ein festes Szenario zum Übergang in einen sicheren Zustand definiert werden muss, was die Verifikation, bzw. den Beweis, dass der sichere Zustand unter allen Bedingungen erreicht werden wird, sehr zeitaufwendig und topologievariant gestaltet. Leichte Änderungen in der Bordnetztopologie und/oder der Dimensionierung der Bordnetzkomponenten würden eine neue Iteration einer Verifikation erfordern. Zusätzlich wird unter Berücksichtigung, dass die Verifikation des Sicherheitskonzepts unter bestimmten Annahmen und Modellbegrenzungen für Komponenten eines Bordnetz sowie für Fahrzeugbedingungszustände durchgeführt wird deutlich, dass das Sicherheitskonzept durch die Unsicherheit in der vorgenommenen Annahme aufgeweicht werden würde. One approach to developing a functional safety concept for an electrical management system could be to analyze and identify all possible on-board fault conditions and to define a response for each individual fault. This approach would result in a rule-and-topology based on-board control strategy and safety concept which would require time-consuming error analysis, definition and verification of fault responses for each on-board network configuration and topology, without guaranteeing that the assumed fault hypothesis is complete. A safety state that must be achieved in the event of a system failure for a vehicle with an automated drive, is the standstill. However, the scenario for transitioning to a stop may be different, starting with driving to the destination given by the user and parking the vehicle at the destination as the best case scenario, and ending with an emergency stop and a stop of the vehicle Vehicle on the same lane as the worst-case scenario. A rule-based functional safety concept would also mean defining a fixed scenario for each possible error to transition to a safe state, which would require a lot of time to verify or prove that the safe state will be achieved under all conditions designed topologyvariant. Slight changes in the on-board network topology and / or sizing of on-board components would require a new iteration of verification. In addition, taking into account that the verification of the safety concept is carried out under certain assumptions and model limitations for components of a vehicle electrical system as well as for vehicle condition states, it becomes clear that the safety concept would be softened by the uncertainty in the assumption made.
Eines der Hauptziele von Energiemanagementsystemen besteht darin, die Energieeffizienz des Systems zu erhöhen. Dieses Ziel wird durch Optimieren und Reduzieren des Systemenergieverbrauchs erreicht. Der Aspekt der Energieverteilung wird nicht aufgrund des Mangels an Konfigurabilität auf der Systemebene für eine Energie- bzw. Leistungsverteilung berücksichtigt. Unter Berücksichtigung der Bordnetztopologien für ein automatisiertes Fahren können Redundanzen erforderlich sein, um die Anforderung für eine ausfallssichere Leistungsversorgung zu erfüllen. Redundanzen bereitstellen bedeutet, dass zusätzliche Bordnetzkomponenten verwendet werden, was einen höheren Freiheitsgrad auf Systemebene bedeutet, was für die Optimierung der Energie- und Leistungsverteilung erforderlich ist. One of the main goals of energy management systems is to increase the energy efficiency of the system. This goal is achieved by optimizing and reducing the system energy consumption. The aspect of power distribution is not considered due to the lack of configurability at the system level for power distribution. Taking into account the on-board network topologies for automated driving, redundancies may be required to meet the requirement for a fail-safe power supply. Providing redundancy means using additional on-board network components, which means a higher degree of freedom at the system level, which is necessary to optimize the energy and power distribution.
Ein wichtiges Ziel für das Energiemanagementsystem, das hierin vorgestellt wird, besteht darin, ein Konzept für eine generische Steuerstrategie für ein ausfallssicheres Bordnetz für ein automatisiertes Fahren bereitzustellen, das unabhängig von dessen Topologie und der Dimensionierung der Komponenten ist. Es wird angenommen, dass ein Fahrzeugbordnetz aus bis zu N (N > 1) Teilbordnetzen besteht, die über Leistungsverbindungen miteinander verbunden sind. Das Konzept für das generische Energiemanagementsystem, das hierin vorgestellt wird, könnte in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor sowie in einem Hybrid- antrieb oder in reinen Elektrofahrzeugen verwendet werden. Die hierin vorgestellten Beispiele zeigen jedoch eine Bordnetztopologie für rein elektrische Fahrzeuge ohne Begrenzung der Allgemeingültigkeit. Die Anwendung des generischen Energiemanagementsystems für einen spezifischen Fahrzeugtyp erfordert keine Änderungen in dem Steueralgorithmus und dem funktionalen Sicherheitskonzept und wird nur durch Konfigurieren und Parametrisieren des Energiemanagementsystems erreicht. Zum Erreichen dieses Ziels werden eine Architektur für das Energiemanagementsystem und eine mathematische Beschreibung und Abstraktion von verteilten ausfallsicheren Bordnetzen vorgestellt. Ein weiteres Ziel des Energiemanagementsystems besteht darin, die Leistungsbzw. Energieversorgung auf eine Weise zu optimieren, dass die verbleibenden Energieressourcen in dem Fahrzeug nach Ausführen eines Fahrszenarios für sowohl den normalen Betrieb als auch für Fehlerfälle maximiert werden. Diagnostische Informationen zur Laufzeit und gegenwärtigen Zuständen der Bord- netzkomponenten werden für eine Energieflussoptimierung berücksichtigt. DieAn important goal for the energy management system presented herein is to provide a concept for a generic control strategy for a failsafe on-board network for automated driving that is independent of its topology and component sizing. It will Assuming that an on-board vehicle network consists of up to N (N> 1) sub-networks, which are interconnected via power links. The concept for the generic energy management system presented herein could be used in a vehicle with an internal combustion engine as well as in a hybrid drive or in all-electric vehicles. However, the examples presented herein show an on-board network topology for all-electric vehicles for all-electric vehicles. The application of the generic energy management system for a specific vehicle type does not require any changes in the control algorithm and the functional safety concept and is achieved only by configuring and parameterizing the energy management system. To achieve this goal, an architecture for the energy management system and a mathematical description and abstraction of distributed fail-safe on-board networks are presented. Another goal of the energy management system is the Leistungsbzw. Optimize power supply in a manner that maximizes the remaining energy resources in the vehicle after performing a driving scenario for both normal operation and failure situations. Diagnostic information on the runtime and current states of the on-board network components are taken into account for energy flow optimization. The
Definition des Optimierungsproblems und der Systemanforderungen, die zum Erreichen dieses Ziels notwendig sind, werden nachstehend erläutert. Definition of the optimization problem and the system requirements necessary to achieve this goal are explained below.
Ein wichtiges Ziel hinsichtlich der funktionalen Sicherheit besteht darin, das Bordnetz in einer Weise zu konditionieren, dass das Fahrzeug am sicherstmögli- chen Ort im Fall eines Fehlers zum Stillstand kommt. Ein zusätzliches nicht funktionales Erfordernis für ein Energiemanagementsystem besteht darin, den maximal möglichen Fahrkomfort und die bestgeeigneten Fahrprofile für einen normalen Betrieb sowie für Fehlerfälle bereitzustellen. Zum Erreichen dieser Erforder- nisse wird in Ausgestaltung ein Drei-Ebenen-Degradierungskonzept vorgestellt, basierend auf vorhergesagten Daten für die Fahrprofile, vorhergesagten verfügbaren Energieressourcen und vorhergesagten Energieanforderungen für den Antrieb sowie für sicherheitskritische Funktionen und Komfortfunktionen. Die drei Ebenen des Degradierungskonzepts können insbesondere die Degradierung der Lastprofile für Konnfortfunktionen, die Degradierung der Fahrprofile (Geschwindigkeit und Beschleunigung) und die Degradierung des Ziels, das für den Stillstand erreicht werden muss, sein. An important objective with regard to functional safety is to condition the vehicle electrical system in such a way that the vehicle comes to a stop in the safest possible place in the event of a fault. An additional non-functional requirement for an energy management system is to provide the maximum possible ride comfort and driving profiles for normal operation and failure situations. To achieve these requirements, a three-level degradation concept is presented in design, based on predicted data for the driving profiles, predicted available energy resources and predicted energy requirements for the drive and for safety-critical functions and comfort functions. The three levels of the degradation concept can be, in particular, the degradation of the load profiles for comfort functions, the degradation of the driving profiles (speed and acceleration) and the degradation of the target to be achieved for standstill.
Als Ebenen bzw. Kriterien sind vorstehend und nachstehend das Lastprofil, das Fahrprofil und das Fahrtziel genannt. Es können grundsätzlich auch andere Kriterien gewählt werden. Insbesondere kann das Verfahren auch bei nur einem Kriterium durchgeführt werden. Grundsätzlich ist mindestens ein Kriterium vorgese- hen. So kann das Verfahren auch mit zwei, drei, vier oder mehr Kriterien durchgeführt werden. Sind mehrere Kriterien vorgesehen, so können diese in einer bestimmten Reihenfolge nacheinander degradiert werden. Diese Reihenfolge repräsentiert eine Priorisierung der Kriterien. Alle Ziele und Erfordernisse zusammenfassend betrachtet ist das Energiemanagementsystem, das hierin vorgestellt wird, eine adaptive zur Laufzeit optimierte (online) topologieunabhängige Steuerstrategie mit dem Hauptziel einer verlässlichen und energieeffizienten Leistungsversorgung und Energieverteilung für verteilte fehlersichere Bordnetztopologien für ein automatisiertes Fahren, was so- wohl für den normalen Betrieb als auch für den Fehlerbetrieb geeignet ist. As levels or criteria, the load profile, the driving profile and the destination are mentioned above and below. In principle, other criteria can also be selected. In particular, the method can also be carried out with only one criterion. Basically, at least one criterion is provided. Thus, the method can also be carried out with two, three, four or more criteria. If several criteria are provided, these can be successively demoted in a specific order. This order represents a prioritization of the criteria. Summarizing all of the goals and requirements, the energy management system presented herein is an adaptive runtime optimized (on-line) topology independent control strategy with the main goal of reliable and energy efficient power supply and distribution for distributed fail-safe on-board network topologies for automated driving, both for normal operation as well as for fault operation is suitable.
Im Gegensatz zu den vorstehend erläuterten Verfahren realisiert das vorgestellte Verfahren ein konfigurierbares und von der Bordnetztopologie unabhängiges elektrisches Energiemanagementsystem (E EM) für den Normal- und den Fehler- fall. Dabei wird allgemein angenommen, dass ein energetisches Bordnetz aus bis zu N (N > 1) Teilbordnetzen bestehen kann, die untereinander beliebig zum Gesamtbordnetz des Fahrzeugs verbunden werden können. Das Fahrzeug kann dabei rein verbrennungsmotorisch, hybrid oder rein elektromotorisch angetrieben werden. In contrast to the methods explained above, the presented method realizes a configurable and independent of the on-board network topology electrical energy management system (E EM) for the normal and the fault case. It is generally assumed that an energetic on-board network can consist of up to N (N> 1) sub-board networks, which can be interconnected as desired to the entire on-board network of the vehicle. The vehicle can be driven purely by internal combustion engine, hybrid or purely electric motor.
Die hierin beschriebenen Ausführungen und Beispiele des vorgestellten Verfahrens und der erörterten Einrichtung beschreiben vorwiegend den Einsatz der Betriebsstrategie in einem rein elektromotorisch angetriebenen Fahrzeug. Zu beachten ist, dass die Anpassung der Betriebsstrategie an ein hybrid oder rein ver- brennungsmotorisch angetriebenes Fahrzeug allein durch Konfiguration und Pa- rametrierung der Betriebsstrategie erfolgt und keiner Neuentwicklung bedarf. Im Gegensatz zu bekannten Verfahren wird dadurch eine einfache Integration der Betriebsstrategie in neue Fahrzeugvarianten ermöglicht. The embodiments and examples of the presented method and the device discussed here describe predominantly the use of the operating strategy in a purely electric motor driven vehicle. It should be noted that the adaptation of the operating strategy to a hybrid or purely combustion engine-driven vehicle can only be achieved by configuration and configuration. restructuring of the operating strategy and no new development is required. In contrast to known methods, this allows a simple integration of the operating strategy into new vehicle variants.
Ausgehend von den Prädiktionsdaten für die im Bordnetz vorhandene Energieressourcen, für die Fahrtstrecke sowie für den Energiebedarf der Antriebs-, Komfort- und die sicherheitskritischen Verbraucher des Fahrzeugs wird der Based on the prediction data for the existing energy resources in the electrical system, for the route and for the energy needs of the drive, comfort and safety-critical consumers of the vehicle is the
Energiefluss im gesamten Bordnetz derart optimiert, dass noch ein möglichst sicheres Fahrtziel erreicht werden kann. Als sicherstes Fahrtziel, d. h. ein Fahrtziel mit der höchsten Priorität, wird dabei das vom Fahrer vorgegebene Fahrtziel betrachtet, das je nach Zustand des gesamten Bordnetzes, der Bordnetzkomponenten sowie der Umgebung degradiert werden kann. Dabei ist zu beachten, dass bei diesem Verfahren das sicherste Fahrtziel die höchste Priorität bekommt. Ein Fahrtziel mit höchster Priorität ist im Allgemeinen aber nicht unbedingt das sicherste Fahrtziel. Die einzelnen Stufen der Degradierung vom Fahrtziel werden nachstehend vorgestellt. Sollte bspw. der Energiegehalt der Batterie im fehlerhaften oder im fehlerfreien Zustand bei gegebenem Fahrprofil sowie eingeschalteten Komfortverbrauchern entsprechend deren Lastprofil ausreichend zum Erreichen des vom Fahrer vorgegeben Fahrtziels sein, so reagiert die Betriebsstrategie mit Maßnahmen zur Steigerung der Reichweite und Optimierung des Energieflusses, die nachstehend detailliert dargestellt werden. Sollte bspw. der Energiegehalt der Batterie im fehlerhaften oder im fehlerfreien Zustand bei gegebenem Fahrprofil sowie eingeschalteten Komfortverbrauchern entsprechend deren Lastprofil nicht ausreichend zum Erreichen des vom Fahrer vorgegeben Fahrtziels sein, so reagiert die Betriebsstrategie zusätzlich mit Degradierungsmaßnahmen zur Senkung des Energiebedarfs des Systems, die nachstehend detailliert dargestellt werden. Stellt die Betriebsstrategie fest, dass das vom Fahrer vorgegebene Fahrtziel trotz der Bordnetzkonditionierung nicht erreichbar ist, so wird das Fahrtziel mit der nächsthöheren Priorität, bspw. eine Weiterfahrt zu einem Parkplatz, angestrebt. Bei der Optimierung des Energieflusses können dabei Diagnosedaten auf der System- und Komponentenebene, Umgebungsinformationen sowie der Zustand der einzelnen Komponenten des energetischen Bordnetzes und deren Änderungen in Echtzeit berücksichtigt werden. Die Fehlerreaktionen sowie die Wahl des Szenarios für den Übergang in den sicheren Zustand sind also im Gegensatz zu bekannten Verfahren nicht fest vordefiniert und erfolgen adaptiv bspw. in Echtzeit in Abhängigkeit vom Zustand des Systems und der Umgebung sowie der Verfügbarkeit der Bordnetzkomponenten. Es handelt sich somit um ein optimiertes und prädiktives Energiemanagementsystem, das in der Lage ist, auch beim Auftreten eines Fehlers außerhalb der spezifizierten Fehlerhypothese Maßnahmen zur Stabilisierung des Bordnetzes zu ergreifen und das Fahrzeug mit einem bestmöglichen Szenario in den sicheren Zustand zu überführen. Darüber hinaus ermöglicht der Ansatz des vorgestellten Verfahrens das Erkennen von Anomalitäten, d. h. Abweichungen vom spezifizierten Zustand, auch bei nicht funktionierender Diagnose der Bordnetzkomponenten sowie das Einleiten entsprechender Maßnahmen zur Bordnetzstabilisierung bei erkannten Anomalitäten. Energy flow throughout the electrical system optimized so that even the safest possible destination can be achieved. The safest destination, ie a destination with the highest priority, while the driver specified destination is considered, which can be degraded depending on the condition of the entire electrical system, the electrical system components and the environment. It should be noted that this method gives the safest destination the highest priority. A top priority destination is generally not necessarily the safest destination. The individual stages of degradation from the destination are presented below. If, for example, the energy content of the battery in the faulty or faultless state for a given driving profile and switched comfort consumers according to their load profile sufficient for reaching the driver specified destination, the operating strategy reacts with measures to increase the range and optimization of energy flow, the detailed below being represented. If, for example, the energy content of the battery in the faulty or faultless state for a given driving profile and switched on comfort consumers according to their load profile is not sufficient to achieve the driver specified destination, the operating strategy also reacts with degradation measures to reduce the energy requirements of the system, the detailed below being represented. If the operating strategy determines that the destination specified by the driver can not be reached despite the vehicle electrical system conditioning, the destination with the next highest priority, for example a continuation of the journey to a parking space, is aimed for. When optimizing the energy flow, diagnostic data on the system and component level, environmental information as well as the state of the individual components of the energy supply system and their changes in real time can be taken into account. The error responses and the choice of the scenario for the transition to the safe state are therefore not predefined in contrast to known methods and are adaptive, for example, in real time depending on the state of the system and the environment and the availability of the electrical system components. It is thus an optimized and predictive energy management system that is able to take measures to stabilize the vehicle electrical system even when an error occurs outside the specified error hypothesis and to bring the vehicle into the safe state with the best possible scenario. In addition, the approach of the presented method allows the detection of abnormalities, ie deviations from the specified state, even in case of non-functioning diagnosis of the on-board network components and the introduction of appropriate measures for on-board network stabilization in detected abnormalities.
Das vorgestellte Verfahren, das ein Energiemanagementsystem verwirklicht, verfolgt fünf Hauptziele: The presented method, which realizes an energy management system, has five main goals:
Realisierung eines Energiemanagementsystems, das von der Topologie des Energiebordnetzes unabhängig ist und alleine durch Konfiguration und Paramet- rierung an ein konkretes Fahrzeug angepasst wird. Implementation of an energy management system that is independent of the topology of the energy grid and adapted to a specific vehicle by configuration and parameterization alone.
Optimierung des Energieflusses im Bordnetz im Normal- und Fehlerfall derart, dass die in den Energiespeichern des Bordnetzes vorhandene Energie bei Ankunft am Ziel maximiert wird. Das erstellte mathematische Modell eines verteilten Bordnetzes wird nachstehend beschrieben. Die Aufstellung des Optimierungsproblems wird ebenfalls nachstehend beschrieben. Optimization of the energy flow in the electrical system in normal and fault situations such that the energy present in the energy stores of the vehicle electrical system is maximized on arrival at the destination. The mathematical model of a distributed on-board network will be described below. The listing of the optimization problem will also be described below.
Optimierung des Energieflusses im Bordnetz im Normal- und Fehlerfall zum Erreichen des sicheren Zustandes mit einem bestmöglichen Fahrszenario. Die Definition und Priorisierung der Fahrszenarien für den Übergang in den sicheren Zustand erfolgt nachstehend. Optimization of the energy flow in the electrical system in normal and fault situations to achieve the safe state with the best possible driving scenario. The definition and prioritization of driving scenarios for the transition to the safe state is given below.
Optimierung des Energieflusses im Bordnetz im Normal- und Fehlerfall derart, dass der Fahrkomfort, d. h. die Nutzung der Komfortverbraucher, maximiert wird. Der Algorithmus zur Maximierung des Fahrkomforts wird nachstehend beschrieben. Optimization of the energy flow in the electrical system in normal and faulty circumstances such that the ride comfort, ie the use of comfort consumers, is maximized. The algorithm for maximizing ride comfort will be described below.
Optimierung des Energieflusses im Bordnetz im Normal- und Fehlerfall derart, dass das Fahrverhalten, d. h. angemessene Geschwindigkeit, Beschleunigung usw., optimal gewählt wird. Der Algorithmus zur Wahl vom optimalen Fahrverhalten wird nachstehend beschrieben. Optimization of the energy flow in the electrical system in normal and fault situations such that the driving behavior, d. H. adequate speed, acceleration, etc., is optimally selected. The optimal driving behavior algorithm will be described below.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Be- Schreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, oh- ne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Figur 1 zeigt in einem Blockdiagramm den Aufbau einer Ausführung eines Energiemanagementsystems. Figure 1 shows in a block diagram the structure of an embodiment of an energy management system.
Figur 2 zeigt einen Vorschlag zur Priorisierung von Szenarien zum Übergang in den sicheren Zustand. Figur 3 zeigt das elektrische Blockschaltbild eines Teilbordnetzes K. FIG. 2 shows a proposal for the prioritization of scenarios for the transition to the safe state. FIG. 3 shows the electrical block diagram of a partial on-board network K.
Figur 4 zeigt das Energieflussdiagramm des Teilbordnetzes K aus Figur 3. FIG. 4 shows the energy flow diagram of the sub-board network K from FIG. 3.
Figur 5 zeigt das Sankey-Diagramm des Teilbordnetzes K aus Figur 3. Figur 6 zeigt ein 3-Ebenen-Degradierungskonzept. FIG. 5 shows the Sankey diagram of the sub-board network K from FIG. 3. FIG. 6 shows a 3-level degradation concept.
Figur 7 zeigt ein Beispiel der Ausführung eines 3-Ebenen- Degradierungskonzepts. Figur 8 zeigt eine Bordnetztopologie mit vier Teilbordnetzen. Figure 7 shows an example of the execution of a 3-level degradation concept. FIG. 8 shows an on-board network topology with four sub-board networks.
Figur 9 zeigt in einem Diagramm Werte für Energieressourcen und Energieverbrauch. FIG. 9 shows in a diagram values for energy resources and energy consumption.
Figur 10 zeigt mögliche Lösungen eines Optimierungsproblems. FIG. 10 shows possible solutions to an optimization problem.
Ausführungsformen der Erfindung Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. EMBODIMENTS OF THE INVENTION The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.
Figur 1 zeigt in einem Blockdiagramm die Architektur bzw. den Aufbau eines Energiemanagementsystems (EEM), das insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt ein Top-Level-Energiemanagementsystem (Top-EEM) 12, ein erstes Sub- Energiemanagementsystem (Sub-EEM) 14, ein zweites Sub-EEM 16, ein n-tes Sub-EEM 18, ein erstes Teilbordnetz 20, ein zweites Teilbordnetz 22 und ein n-tes Teilbordnetz 24. Die Teilbordnetze 20, 22 und 24 bilden ein Energiebordnetz 26, das somit aus n Teilbordnetzen 20, 22, 24 besteht. Jedes Teilbordnetz 20, 22 bzw. 24 verfügt über ein Sub- Energiemanagementsystem 14, 16 bzw. 18, das die Konfiguration sowie den Zustand des Teilbordnetzes 20, 22 bzw. 24 kennt. Zur Konfiguration des Teilbordnetzes 20, 22 bzw. 24 gehört dabei bspw. die Größe der Energiespeicher, die maximale Ausgangsleistung von Koppelelementen und die Wirkungsgrade bei der Energieübertragung usw. Zum Zustand des Teilbordnetzes 20, 22 bzw. 24 gehört bspw. der Zustand der Energiespeicher und Verbraucher, nämlich Normalbetrieb, Fehlerfall, Diagnoseinformation usw. Maßnahmen zur Stabilisierung des Teilbordnetzes 20, 22 bzw. 24 werden in Abhängigkeit von der Konfiguration und dem Zustand des Teilbordnetzes 20, 22 bzw. 24 eingeleitet. FIG. 1 shows a block diagram of the architecture or the structure of an energy management system (EEM), which is denoted overall by the reference numeral 10. The illustration shows a top-level energy management system (top EEM) 12, a first sub-energy management system (sub-EEM) 14, a second sub-EEM 16, an n-th sub-EEM 18, a first sub-board network 20 second sub-board network 22 and an n-th sub-board network 24. The sub-network systems 20, 22 and 24 form an energy on-board network 26, which thus consists of n sub-board networks 20, 22, 24. Each sub-board network 20, 22 and 24 has a sub-energy management system 14, 16 and 18, respectively, which knows the configuration and the state of the sub-board network 20, 22 and 24, respectively. For example, the size of the energy store, the maximum output power of coupling elements and the efficiencies in energy transfer, etc. belongs to the configuration of the sub-board network 20, 22 and 24, respectively. The state of the energy store and, for example, belongs to the state of the sub-board network 20, 22 and 24, respectively Consumers, namely normal operation, failure, diagnostic information, etc. Measures to stabilize the sub-board network 20, 22 and 24 are initiated depending on the configuration and the state of the sub-electrical system 20, 22 and 24 respectively.
Eine übergeordnete Einheit, das Top-EEM 12, optimiert den Energieaustausch zwischen den Teilbordnetzen 20, 22, 24 und definiert Vorgaben für die Sub- Energiemanagementsysteme 14, 16, 18 zur Erfüllung der hierin definierten Ziele. Zum Erreichen der definierten Ziele wird eine funktionale Architektur für ein Energiemanagementsystem in Figur 1 illustriert. Es wird angenommen, dass ein Bordnetz aus N (N > 1) Kanälen bzw. Teilbordnetzen besteht. Jedes Teilbordnetz K wird gesteuert und überwacht durch ein zugeordnetes Teil- Energiemanagementsystem K e [1 .. N]. Der generische Steueralgorithmus für ein Teil- Energiemanagementsystem wird auf eine gegebene Teil- Bordnetztopologie über ein Konfigurationsfile verwendet, das alle relevanten Informationen über die Komponenten dieses Teilbordnetzes enthält. Diese Informationen umfassen bspw. die Anzahl von Energiespeichern, was ebenfalls Null sein kann, und deren nominale Kapazität, den Energieverbrauch von sicherheitskritischen Komponenten und Komfortkomponenten einschließlich deren De- gradierungsprofilen. A superordinated entity, the top EEM 12, optimizes the energy exchange between the sub-networks 20, 22, 24 and defines defaults for the sub-energy management systems 14, 16, 18 to fulfill the objectives defined herein. To achieve the defined goals, a functional architecture for an energy management system is illustrated in FIG. It is assumed that an on-board network consists of N (N> 1) channels or sub-board networks. Each sub-board network K is controlled and monitored by an associated sub-energy management system K e [1 .. N]. The generic control algorithm for a sub-energy management system is used on a given sub-on-board network topology via a configuration file containing all relevant information about the components of that sub-board network. This information includes, for example, the number of energy stores, which may also be zero, and their nominal capacity, the energy consumption of safety-critical components and comfort components including their demotion profiles.
Zu beachten ist, dass auch Ausführungsformen möglich sind, bei denen nicht je- dem Teilbordnetz ein Teil- Energiemanagementsystem zugewiesen ist. It should be noted that embodiments are also possible in which not every sub-board network is assigned a sub-energy management system.
Das Teil- Energiemanagementsystem überwacht während der Laufzeit den gegenwärtigen Zustand von Komponenten, die den Teilbordnetzen zugeordnet sind, und empfängt diagnostische Informationen, was es möglich macht, lokale Reaktionen auf Abnomalitäten oder Komponentenfehlern zu initiieren, ohne dasThe sub-power management system monitors, during runtime, the current state of components associated with the sub-networks and receives diagnostic information, which makes it possible to initiate local responses to abnormalities or component failures
Top-Level-Energiemanagementsystem, was für die Steuerung und Fehlerreaktion auf Systemebene verantwortlich ist, mit einzubeziehen. Top-level energy management system, which is responsible for the system-level control and error response.
Eine Aufgabe des Top-Level-Energiemanagementsystems besteht darin, die zu- verlässige Energieversorgung für sicherheitskritische Komponenten durch Optimieren des Energieflusses auf Systemebene sicherzustellen und ausreichend Energieressourcen den Komponenten zuzuweisen, die zum Überführen des Fahrzeugs in den sicheren Zustand erforderlich ist. Das generische Top-Level- Energiemanagementsystem ist für ein gegebenes System über ein Konfigurati- onsfile ausgelegt, das alle relevanten Informationen zu dem gegebenen System umfasst. Diese Informationen umfassen bspw. die Anzahl von Teilbordnetzen, Effizienzkennfelder für den Antrieb und dessen Komponenten und für Leistungsverbindungen, die die Teilbordnetze verbinden, Fahrzeugparameter, die die Energiemenge vorhersagen, die zur Vorhersage der für den Antrieb benötigten Energiemenge relevant sind. Basierend auf diesen Daten und Laufzeitinformatio- nen, die von den Teilbordnetzsystemen empfangen werden, ist das Top-Level- Energiemanagementsystem in der Lage, den Energiefluss zu optimieren, die Steuerstrategie dem gegenwärtigen Systemzustand anzupassen und Reaktionen auf Abnomalitäten oder Fehler auf Systemebene anzupassen. One of the tasks of the top-level energy management system is to ensure the reliable supply of energy to safety-critical components by optimizing system-level energy flow and allocating sufficient energy resources to the components required to transfer the vehicle to safe condition. The generic top-level energy management system is designed for a given system via a configuration file that includes all relevant information about the given system. This information includes, for example, the number of sub-grids, efficiency maps for the drive and its components, and power links connecting the sub-systems, vehicle parameters that predict the amount of energy relevant to predicting the amount of energy needed for the drive. Based on this data and runtime information When received by the sub-board network systems, the top-level power management system is able to optimize power flow, adapt the control strategy to the current system state, and adjust responses to system-level abnormalities or errors.
Tritt ein Fehler auf, so muss das Fahrzeug in einen sicheren Zustand überführt werden. Dabei können unterschiedliche Szenarien, d. h. Safe Stop Levels, SSL, für diesen Übergang in Betracht gezogen werden. Gemäß dem vorgestellten Verfahren ist vorgesehen, das Szenario für den Übergang so auszuwählen, dass man noch möglichst weit fahren kann bzw. an einem möglichst sicheren Ort ankommt. If an error occurs, the vehicle must be transferred to a safe state. Different scenarios, ie. H. Safe Stop Levels, SSL, should be considered for this transition. According to the presented method is provided to select the scenario for the transition so that you can drive as far as possible or arrive at a safe place as possible.
Als sicherster Ort wird das Fahrtziel angesehen, das durch den Fahrer vorgegeben wird. Erkennt die Betriebsstrategie, dass es unter keinen Umständen möglich ist, dieses Ziel zu erreichen, so wird das nächste sicherste Ziel angestrebt, was bspw. eine Weiterfahrt zum nächsten freien Parkplatz bedeuten kann. Dies wird auch als Degradierung des Fahrtziels bezeichnet. Ein freier Parkplatz könnte bspw. über Fahrzeug-zu-Fahrzeug bzw. V2X (Vehicle-to-X) Kommunikation reserviert werden. The safest place is considered to be the destination specified by the driver. If the operating strategy recognizes that it is under no circumstances possible to achieve this goal, the next safest goal is sought, which may mean, for example, a drive to the next free parking space. This is also referred to as degradation of the destination. A free parking space could, for example, be reserved via vehicle-to-vehicle or V2X (Vehicle-to-X) communication.
In Figur 2 ist ein Vorschlag zur Priorisierung von SSL-Szenarien wiedergegeben. Die Darstellung zeigt in einer Tabelle 50 die Spalten Fahrtziel 52, Priorität 54, Name 56 und Energiebedarf 58. Fahrtziele sind: Zielvorgabe durch Fahrer 60, Parkplatz 62, Nothaltebucht 64, Seitenstreifen 66, rechte Fahrspur 68, gleiche Fahrspur 70 und Notbremsung 72. Namen 56 sind: SSL A 80, SSL B 82, SSL C 84, SSL D 86, SSL E 88, SSL F 90 und SSL G 92. FIG. 2 shows a proposal for prioritizing SSL scenarios. The illustration shows in a table 50 the columns destination 52, priority 54, name 56 and energy requirement 58. Destinations are: destination by driver 60, parking 62, emergency stop 64, shoulder 66, right lane 68, same lane 70 and emergency braking 72nd name 56 are: SSL A 80, SSL B 82, SSL C 84, SSL D 86, SSL E 88, SSL F 90 and SSL G 92.
In Figur 2 ist somit ein Vorschlag für eine mögliche Priorisierung der Szenarien für den Übergang in den sicheren Zustand in absteigender Reihenfolge darge- stellt. Je nach Zustand des Fahrzeugs wird das bestmögliche Szenario ausgewählt. Die Szenarien SSL A 80 bis SSL E 90 erfordern eine Antriebs-, Lenk- und Bremsfunktion. Fällt bspw. die Antriebsfunktion aus, so sind diese Szenarien nicht mehr ausführbar. Die Szenarien SSL E 88 und SSL F 90 erfordern eine Lenk- und Bremsfunktion, unter der Annahme, dass ein Ausrollen möglich ist. Ei- ne Notbremsung gemäß Szenario SSL G 92 muss dann ausgeführt werden, wenn keine Lenkfunktion zur Verfügung steht. FIG. 2 thus shows a proposal for a possible prioritization of the scenarios for the transition to the safe state in descending order. Depending on the condition of the vehicle, the best possible scenario is selected. The scenarios SSL A 80 to SSL E 90 require a drive, steering and braking function. If, for example, the drive function fails, these scenarios are no longer executable. The scenarios SSL E 88 and SSL F 90 require a steering and braking function, assuming that coasting is possible. Egg- Emergency braking according to scenario SSL G 92 must be carried out when no steering function is available.
Es wird angenommen, dass die notwendige Sensorik zur Erfassung der Umgebung funktional ist und dass mit sinkender Priorität von SSL auch die dafür benötigte Energie abnimmt. Es wird auf die Spalte Energiebedarf 58 verwiesen. Die in Figur 2 definierten Szenarien sowie deren Priorisierung sind als Vorschlag zu sehen und nicht zwingend in dieser Reihenfolge zu implementieren. Die Vorgabe der Anzahl der Szenarien, deren Fahrtziele sowie Priorisierung kann vom It is assumed that the necessary sensor technology for detecting the environment is functional and that as the priority of SSL decreases, so does the energy required for this. Reference is made to the column Energy requirement 58. The scenarios defined in FIG. 2 and their prioritization are to be regarded as suggestions and not necessarily to be implemented in this order. The specification of the number of scenarios, their destinations and prioritization can be done by
Erstausrüster bzw. OEM (original equipment manufacturer) erfolgen und in der Betriebsstrategie parametriert werden. Original equipment manufacturer or OEM (original equipment manufacturer) and parameterized in the operating strategy.
Es ist nunmehr vorgesehen, eine von der Topologie des Energiebordnetzes unabhängige Betriebsstrategie zu realisieren, die durch Konfiguration und Paramet- rierung an ein konkretes Fahrzeug angepasst wird. Die Betriebsstrategie kann dabei adaptiv, prädiktiv sowie online-optimiert sein. Die Realisierung einer solchen Betriebsstrategie basiert auf einer mathematischen Beschreibung des verteilten Bordnetzes. It is now envisaged to realize an operating strategy independent of the topology of the energy grid, which is adapted to a specific vehicle by configuration and parameterization. The operating strategy can be adaptive, predictive and online-optimized. The realization of such an operating strategy is based on a mathematical description of the distributed on-board network.
Es wird angenommen, dass ein energetisches Bordnetz aus bis zu N (N > 1) Teilbordnetzen bestehen kann, die über Energiewandler/-koppler miteinander verbunden sind. It is assumed that an on-board electrical system can consist of up to N (N> 1) sub-networks, which are connected to one another via energy converters / couplers.
Figur 3 zeigt ein Teilbordnetz, das insgesamt mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt einen K-ten Ausgang PLouT_i,k 102 und K-ten Ein¬ gang PLiN_k,i 104 vom ersten Teilbordnetz, einen K-ten Ausgang PLouT_n,k 106 und K-ten Eingang PLiN_k,n 108 vom N-ten Teilbordnetz, einen ersten Eingang PÜN_i,k HO und einen N-ten Eingang PLiN_n,k 112 vom K-ten Teilbordnetz, einen ersten Ausgang PLOUT U 114 und einen N-ten Ausgang PLouT_k,n 116 vom K-ten- Teilbordnetz, ein (l, K)-tes Koppelelement 118, ein (N, K)-tes Koppelelement 120, ein (K,l)-tes Koppelelement 122, ein (K, N)-tes Koppelelement 124, Komponenten zur Speicherung der Energie Βκ im K-ten Teilbordnetz 126 , sicherheitskritische Komponenten RS_K im K-ten Teilbordnetzl28, Komfortkomponenten RC_K 130 im K-ten Teilbordnetz und Antriebskomponenten RPR K im K-ten Teilbordnetz 132. Figur 4 zeigt ein Energieflussdiagramm eines K-ten Teilbordnetzes 150 entsprechend Figur 3. Die Darstellung zeigt Energieflüsse Εουτ_ι,κ 152 am K-ten Aus¬ gang und EIN_K,I 154 am K-ten Eingang vom Teilbordnetz 1, Energieflüsse EOUT_N,K 156 am K-ten Ausgang und EIN_K,N 158 am K-ten Eingang vom Teilbord¬ netz N, Energieflüsse EIN_I,K 160 am ersten Eingang und EIN_N,K 162 am N-ten Eingang vom Teilbordnetz K, Energieflüsse Εουτ_κ,ι 164 am ersten Ausgang und EOUT_K,N 166 am N-ten Ausgang vom Teilbordnetz K, eine Leistungsverbindung (1, K) 168, eine Leistungsverbindung (N, K) 170, eine Leistungsverbindung (K,l) 172 und eine Leistungsverbindung (K, N) 174, Energiefluss/-ressourcen vom Teilbordnetz K 176 mit zugehörigem Energiefluss/-bedarf EB_K 178, sicherheitskritische Verbraucher im Bordnetz K 180 mit zugehörigen Energiefluss/- bedarf ERS_K 182, Komfort-Verbraucher im Teilbordnetz K 184 mit zugehörigem Energiefluss/-bedarf ERC_K 186 sowie Antriebsverbraucher im Bordnetz K 188 mit zugehörigem Energiefluss/-bedarf EPR K 190. Weiterhin sind Energieflüsse EIN_K 192 und EOUT_K 194 dargestellt. FIG. 3 shows a partial onboard network, which is denoted overall by the reference numeral 100. The illustration shows a K-th output PLouT_i, k 102 and K-th A ¬ gear PLiN_k, i 104 from the first part-board network, a K-th output PLouT_n, k 106, and K-th input PLiN_k n, 108 from the N-th sub-board network , a first input PÜN_i, k HO and an N-th input PLiN_ n, k, 112 (the K-th sub-board network, a first output Plout U 114 and an N-th output PLouT_k, n 116, K-surfactant-part electrical system, l, K) -th coupling element 118, a (N, K) -th coupling element 120, a (K, l) -th coupling element 122, a (K, N) -th coupling element 124, components for storing the energy Βκ in the K second sub-board network 126, safety-critical components RS_K in the K-th sub-board network 28, comfort components RC_K 130 in the K-th sub-board network and drive components RPR K in the K-th sub-board network 132. 4 shows an energy flow diagram of a K-th sub-board power supply system 150 according to FIG 3. The figure shows the energy flows Εουτ_ι, κ 152 at the K-th From ¬ gear and EIN_K, I 154 at the K-th input of the sub-board network 1, energy flows EOUT_N, K 156 on K-th output and EIN_K, N 158 at K-th input from Teilbord ¬ network N, energy flows EIN_I, K 160 at the first input and EIN_N, K 162 at the N-th input from the sub-board network K, energy flows Εουτ_κ, ι 164 at the first output and EOUT_K, N 166 at the Nth output of the sub-electrical network K, a power link (1, K) 168, a power link (N, K) 170, a power link (K, l) 172 and a power link (K, N) 174, Energy flow / resources of the K 176 sub-board network with associated energy flow / demand EB_K 178, safety-critical consumers in the on-board network K 180 with associated energy flow / demand ERS_K 182, convenience consumers in the KH4 subsystem with associated energy flow / demand ERC_K 186 and drive consumers in the Bordne tz K 188 with associated energy flow / demand EPR K 190. Furthermore, energy flows EIN_K 192 and EOUT_K 194 are shown.
Einige dieser Energieflüsse und weitere sind entsprechend in dem Sankey- Diagramm der Figur 5 dargestellt, nämlich Εουτ_ι,κ 184, EOUT_N,K 186, EIN_I,K 190, EIN_N,K 192, EIN_K 200, EB_K 202, ERS_K 204, ERC_K 206, Epr_k 208, EOUT_K 210 sowie Energieverluste in den Koppelelementen EPL_I,K 230 und EPL _N,K 232. Some of these energy flows and others are shown correspondingly in the Sankey diagram of FIG. 5, namely Εουτ_ι, κ 184, EOUT_N, K 186, EIN_I, K 190, EIN_N, K 192, EI N _K 200, E B _K 202, E RS _K 204, E RC _K 206, E pr _ k 208, E O UT_K 210 and energy losses in the coupling elements EPL_I, K 230 and EPL _N, K 232.
Wie in Figur 3 dargestellt ist, kann ein Teilbordnetz K (K e [1.. N]) am Eingang von bis zu N-l Teilbordnetzen über Energiewandler PLi ji},K ll8, 120 versorgt werden, das Teilbordnetz K dient als "Energiesenke", und am Ausgang bis zu N- 1 Teilbordnetze über Energiewandler PLOUT.K,» 122, 124 (i e [l.. N] \ {K}) versor¬ gen, das Teilbordnetz K dient als "Energiequelle". As shown in FIG. 3, a sub-board network K (K e [1 .. N]) can be supplied at the input of up to N 1 sub-board networks via energy converters PL i j}, K ll8, 120; the sub-board network K serves as an "energy sink", and at the output up to N-1 sub-network via energy converter PLOUT . K, "122, 124 (ie [l .. N] \ {K}) versor ¬ gene that part of vehicle electrical system K serves as a" source of energy ".
Ein Energiewandler kann dabei ein Gleichspannungswandler, ein Schalter, ein Toggle-Umschalter oder jede andere Art von Koppelelementen sein, die einen Energiefluss zwischen zwei Teilbordnetzen ermöglichen. Für die Energiebetrachtung eines Kopplers mit Wirkungsgrad HPLJ.K gilt: An energy converter may be a DC-DC converter, a switch, a toggle switch or any other type of coupling elements that allow an energy flow between two sub-networks. For the energy consideration of a coupler with efficiency HPLJ.K applies:
ElN (1) EOUTJ.K bzw. EINJ.K bezeichnet dabei die Energie, die vom Teilbordnetz i nach Teilbordnetz K fließt. ElN (1) EOUTJ.K or EINJ.K denotes the energy that flows from the sub-board network i to the sub-board network K.
Des Weiteren wird angenommen, dass ein Teilbordnetz K (K e [1.. N]) folgende Komponentenklassen haben kann (siehe Figuren 3, 4 und 5): Furthermore, it is assumed that a sub-board network K (K e [1 .. N]) can have the following component classes (see FIGS. 3, 4 and 5):
Energiespeicher Βκ mit Energiegehalt EB_K Energy storage Βκ with energy content EB_K
Komfortverbraucher RC_K mit Energiebedarf ERC_K Comfort consumer RC_K with energy requirement ERC_K
sicherheitskritische Verbraucher RS_K mit Energiebedarf ERS_K Safety-critical consumers RS_K with energy requirement ERS_K
Antriebsverbraucher RPR K mit Energiebedarf EPR K Drive consumer RPR K with energy requirement EPR K
Unter diesen Annahmen kann für jedes Teilbordnetz folgende Formel für die Energiebilanz aufgestellt werden: Under these assumptions, the following formula for the energy balance can be established for each onboard electrical system:
ESPN K — Σ (E IN i,K EQUT K,i ) + EB K ERS K ERC K EPR κ ESPN K - Σ (E IN i, K EQUT K, i) + E B KE RS KE RC KE PR κ
i=l,i#K  i = l, i # K
i.KeOPR  i.KeOPR
Σ _i,K -^OUT _i,K _ -^OUT K.i + ^B _K ~~ ^JS I ~~ ^RC_K ~~ ^ Σ _i, K - ^ OUT _i, K _ - ^ OUT Ki + ^ B _K ~~ ^ JS I ~~ ^ RC_K ~~ ^
i=l,i#K  i = l, i # K
i.KeOPR  i.KeOPR
Der Energiefluss von Teilbordnetz i nach K bzw. von K nach i ist nur möglich, wenn die beiden Teilbordnetze funktional sind. Die Menge aller funktionalen Teilbordnetze wird mit OPR (OPeRational) bezeichnet. The energy flow from sub-board network i to K or from K to i is only possible if the two sub-networks are functional. The set of all functional sub-networks is called OPR (OPeRational).
Das Ziel der Online-Optimierung ist es, die im Fahrzeug vorhandenen Energieressourcen bei Ankunft am Fahrtziel zu maximieren. Dafür kann das nachfolgende Kostenfunktional aufgestellt werden: The goal of online optimization is to maximize the energy resources available in the vehicle upon arrival at the destination. The following cost functional can be set up for this:
ieSRCnOPR ieSRCnOPR
N N  N N
Σ i=l J .= Σ V lPL_j,i -^OUT _j,i — EoLJT_i,jΣ i = l J. = Σ V lPL_j, i - ^ OUT _j, i - EoLJT_i, j
l,j#i + Σ H i — l, j # i + Σ H i -
i=l  i = l
ieSRCnOPR jeOPR ieSRCnOPR  ieSRCnOPR jeOPR ieSRCnOPR
Im aufgestellten Kostenfunktional wird zwischen Teilbordnetzen unterschieden, die eine Quelle oder eine Senke darstellen. Ist in den Energiespeichern des Teilbordnetzes mehr Energie gespeichert als zur Versorgung der Komponenten dieses Teilbordnetzes für die gesamte Weiterfahrt benötigt wird, so wird das Teil- bordnetz als Quelle bezeichnet. Ist der Energiebedarf eines Teilbordnetzes größer als die in diesem Teilbordnetz gespeicherte Energie, so wird das Teilbordnetz als Senke bezeichnet und die fehlenden Energieressourcen müssen von anderen Teilbordnetzen zur Verfügung gestellt werden. Die Menge aller Teilbordnetze, die eine Quelle darstellen, wird mit SRC (Sou RCe) bezeichnet. Das aufgestellte Kostenfunktional stellt also die Summe aller verbleibender Energieressourcen bei Ankunft am Zielort von allen Teilbordnetzen dar, die als Quelle agieren und funktional sind. Folgende Bezeichnungen werden in der Gleichung (3) verwendet: In the established cost functional, a distinction is made between sub-subnetworks that represent a source or a sink. If more energy is stored in the energy stores of the sub-board network than is needed to supply the components of this sub-board network for the entire onward journey, then the subsystem on-board network referred to as a source. If the energy requirement of a sub-board network is greater than the energy stored in this sub-board network, the sub-board network is referred to as sink and the missing energy resources must be made available by other sub-board networks. The set of all sub-networks that represent a source is called SRC (Sou RCe). The established cost functional thus represents the sum of all remaining energy resources on arrival at the destination of all sub-networks, which act as a source and are functional. The following terms are used in equation (3):
N Anzahl der Teilbordnetze N number of sub-networks
EBJ im Teilbordnetz i (i e [1..N]) gespeicherte Energie  EBJ stored in the on-board electrical network i (i e [1..N])
ERSJ Energiebedarf der im Teilbordnetz i (i e [1..N]) vorhandener sicherheitskritischer Verbraucher ERSJ energy demand of the safety-critical consumers present in the on-board electrical network (i e [1..N])
ERCJ Energiebedarf der im Teilbordnetz i (i e [1..N]) vorhandener  ERCJ energy demand of the sub-board network i (i e [1..N])
Komfortverbraucher  comfort consumers
EPRJ Energiebedarf der im Teilbordnetz i (i e [1..N]) vorhandener Antriebsverbraucher  EPRJ Energy requirement of the drive consumers present in the onboard electrical system i (i e [1..N])
EoUTJ.k Energiefluss vom Bordnetz i nach Bordnetz j  EoUTJ.k Energy flow from on-board network i to on-board network j
Zur Steigerung der Energieeffizienz muss das in der Gleichung (4) aufgestellte Kostenfunktional unter Einhaltung der Energiebilanz ESPN_K (K e [1..N]) (vgl. Gleichung (3)) in allen nicht ausgefallenen Teilbordnetzen maximiert werden, was zur Folge hat, dass die Energieverluste bedingt durch Energietransport minimiert werden. Ein Teilbordnetz wird als nicht ausgefallen bezeichnet, wenn es entweder über einen funktionalen Energiespeicher verfügt oder mindestens von einem anderen funktionalem Teilbordnetz versorgt werden kann. Die Einhaltung der Energiebilanz (ESPN_K ^ 0) für jedes Teilbordnetz K bedeutet, dass die Energieressourcen so zugewiesen werden, dass der Energiebedarf der Komponenten stets gedeckt wird. In order to increase the energy efficiency, the cost functional set up in equation (4) must be maximized in compliance with the energy balance ESPN_K (K e [1..N]) (see equation (3)) in all non-failed sub-networks, with the result that that the energy losses are minimized due to energy transport. A sub-board network is said to have not failed if it has either a functional energy store or at least can be served by another functional sub-board network. Compliance with the energy balance (ESPN_K ^ 0) for each on-board network K means that the energy resources are allocated so that the energy requirements of the components are always met.
Bei der Maximierung vom Kostenfunktional muss ebenfalls berücksichtigt werden, dass die Energie EouTj.k, die vom Teilbordnetz i in das Teilbordnetz k fließt, bzw. die Energie EOUTJO, die vom Teilbordnetz k in das Teilbordnetz i fließt, stets größer oder gleich Null ist. Somit ergeben sich nachfolgende Nebenbedingungen, die bei der Optimierung berücksichtigt werden müssen: When maximizing the cost functional, it must also be considered that the energy EouTj.k flowing from the sub-board network i into the sub-board network k or the energy EOUTJO flowing from the sub-board network k into the sub-board network i always remains greater than or equal to zero. This results in the following constraints, which must be considered in the optimization:
ESPN K > 0 fiir (K e l..N) A (K e OPR) E SPN K > 0 for (K e l..N) A (K e OPR)
E0UT . K > 0 für (i, K e 1..N) Λ (i K) E 0UT . K > 0 for (i, K e 1..N) Λ (i K)
OPR (OPeRational) steht dabei für die Menge der Teilbordnetze, die über einen funktionalen Energiespeicher verfügen oder mindestens von einem weiteren funktionalen Teilbordnetz versorgt werden können. OPR (OPeRational) stands for the quantity of sub-networks, which have a functional energy storage or at least can be supplied by another functional sub-board network.
Das Hauptziel der Betriebsstrategie gemäß dem vorgestellten Verfahren liegt darin, den Energiefluss im elektrischen Bordnetz derart zu optimieren, dass ein möglichst sicheres Fahrtziel mit möglichst hohem Fahrkomfort, d. h. Nutzung der Komfortverbraucher, und einem möglichst optimalem Fahrprofil, bspw. hinsichtlich Geschwindigkeit, Beschleunigung usw., erreicht wird. Zum Erfüllen dieser Hauptziele wird der Energiebedarf für die Weiterfahrt mit den vorhandenen Energieressourcen basierend auf prädiktiven Daten in Echtzeit bzw. online gegenübergestellt. Übersteigen die Energieressourcen den Energiebedarf, so kann das Fahrtziel erreicht werden. Die Betriebsstrategie führt keine Degradierung durch und ergreift lediglich Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz. Übersteigt der Energiebedarf dagegen die Energieressourcen, so führt die Betriebsstrategie Degradierungsmaßnahmen durch. Dabei wird ein 3-Ebenen- Degradierungskonzept vorgeschlagen, wie dies in Figur 6 dargestellt ist. The main objective of the operating strategy according to the presented method is to optimize the energy flow in the electrical system in such a way that the safest possible destination with the highest possible driving comfort, d. H. Use of comfort consumers, and the best possible driving profile, for example, in terms of speed, acceleration, etc., is achieved. In order to meet these main objectives, the energy requirements for the onward journey are compared with the available energy resources based on predictive data in real time or online. If the energy resources exceed the energy requirement, the destination can be reached. The operational strategy does not demote and only takes measures to increase energy efficiency. On the other hand, if the energy demand exceeds the energy resources, the operating strategy carries out degradation measures. In this case, a 3-level degradation concept is proposed, as shown in FIG.
Figur 6 zeigt Figure 6 shows
1. Ebene 300: schrittweise Degradierung der Komfortverbraucher (Lastprofil)1st level 300: gradual degradation of comfort consumers (load profile)
2. Ebene 302: schrittweise Degradierung vom Fahrprofil 2nd level 302: Gradual degradation of the driving profile
3. Ebene 304: schrittweise Degradierung vom Fahrtziel  3rd level 304: Gradual degradation from the destination
Kriterien, denen Werte zugeordnet werden können , sind somit das Lastprofil, das Fahrprofil und das Fahrtziel. Criteria to which values can be assigned are thus the load profile, the driving profile and the destination.
Figur 6 rechts zeigt den prinzipiellen Ablauf der Degradierung (Bezugsziffer 320). Es sind drei ineinander verschachtelte Schleifen. Zunächst sind Ausgangswerte für die Kriterien vorgegeben (Bezugsziffer 322). Die Reihenfolge der Schleifen kann untereinander ausgetauscht werden. Wie in Figur 6 dargestellt ist, wird die Optimierung zuerst für alle Stufen der Lastdegradierung (1. Ebene bzw. Schleife 328) durchgeführt. Wird die Energiebilanz für alle Teilbordnetze erreicht, so bricht der Algorithmus ab. Wenn auf der ersten Stufe immer noch keine Lösung exis- tiert, werden alle Degradierungsstufen der zweiten Ebene durchgeführt (2. FIG. 6 right shows the basic procedure of the degradation (reference numeral 320). There are three nested loops. Initially, initial values for the criteria are given (reference numeral 322). The order of the loops can be exchanged with each other. As shown in Figure 6, the optimization is first performed for all levels of load degradation (1st level or loop 328). If the energy balance for all sub-networks is reached, the algorithm aborts. If there is still no solution at the first level, all degradation levels of the second level are performed (2.
Schleife 326). Wird eine Lösung gefunden, so bricht der Algorithmus ab. Wenn nicht, dann wird die 3. Ebene (3. Schleife 324) analog zu Ebene 1 und 2 degradiert. Bezugsziffer 330 verdeutlicht den Aufruf der Optimierungsfunktion.  Loop 326). If a solution is found, the algorithm aborts. If not, then the 3rd level (3rd loop 324) is degraded analogous to level 1 and 2. Reference numeral 330 illustrates the call of the optimization function.
In der 1. Ebene 300 des Degradierungskonzepts werden die Komfortverbraucher (Lastprofil) stufenweise degradiert. Jedes Sub-Energiemanagementsystem (Sub- E EM) verfügt über eine Degradierungstabelle der Verbraucher in seinem Teilbordnetz. Eine Einordnung der Verbraucher in verschiedene Klassen bzw. Stufen wir dem zugrunde gelegt. Die Degradierungstabelle kann bis zu M Klassen von Verbraucher haben, die von OEMs beliebig festgelegt werden können. Die Klasse der Verbraucher stellt gleichzeitig die Priorität dar. Übersteigt der Energiebedarf die vorhandenen Energieressourcen, so werden die Verbraucher Stufe für Stufe degradiert bzw. abgeschaltet. Dabei wird die Klasse M der Verbraucher als erstes degradiert. Die Verbraucher werden solange degradiert, bis in jedem funktionalen Teilbordnetz die Energiebilanz für die Dauer der Weiterfahrt erzielt wird, d. h. ESPN_K > 0 mit K e [1.. N]) (siehe Figur 6). In the first level 300 of the degradation concept, the comfort consumers (load profile) are gradually degraded. Each sub-energy management system (sub-E EM) has a degradation table of the consumers in its sub-board network. A classification of the consumers into different classes or stages is based on this. The degradation table can have up to M classes of consumers, which can be arbitrarily set by OEMs. The class of consumers is also the priority. If the energy demand exceeds the existing energy resources, the consumers are degraded or shut down step by step. Here, the class M of consumers is degraded first. Consumers will be demoted until the energy balance for each on-board functional network is achieved for the duration of the onward journey. H. ESPN_K> 0 with K e [1 .. N]) (see FIG. 6).
Ist die Energiebilanz über die Degradierung der Verbraucher nicht erzielbar, so wird in der 2. Ebene 302 des Degradierungskonzepts das Fahrprofil degradiert. Die Degradierung des Fahrprofils erfolgt ebenfalls stufenweise und kann vom normalen bis langsamen Fahrprofil in mehreren Stufen definiert werden. Die Definition von Fahrprofilen, d. h. Geschwindigkeit, Beschleunigung usw., sowie deren Stufen erfolgt von OEMs und wird in der Betriebsstrategie entsprechend konfiguriert. Für jede Degradierungsstufe des Fahrprofils wird die stufenweise De- gradierung der Verbraucher (Lastprofil) durchgeführt (siehe Figur 6). Die Degradierung auf der 1. Ebene 300 und der 2. Ebene 302 erfolgt solange, bis die Energiebilanz für die Dauer der Weiterfahrt in allen funktionalen Teilbordnetzen erzielt wird. Ist die Energiebilanz über die Degradierung auf der 1. Ebene 300 und 2. Ebene 302 nicht erzielbar, so wird in der 3. Ebene 304 des Degradierungskonzepts das Fahrtziel degradiert. Die Definition, Anzahl der Stufen sowie die Priorisierung von Fahrtzielen kann ebenfalls von OEMs erfolgen und wird in der Betriebsstrategie durch Konfiguration entsprechend berücksichtigt. Für jede Degradierungsstufe auf der 3. Ebene 304 werden stufenweise das Fahrprofil (2. Ebene 302) und das Lastprofil (1. Ebene 300) degradiert. Die Degradierung auf der 1. Ebene 300, der 2. Ebene 302 und der 3. Ebene 304 erfolgt solange, bis die Energiebilanz für die Dauer der Weiterfahrt erzielt wird (siehe Figur 6). Ein Beispiel ist in der Figur 7 dargestellt. If the energy balance via the degradation of the consumers can not be achieved, then in the 2nd level 302 of the degradation concept the driving profile is degraded. The degradation of the driving profile is also gradual and can be defined from normal to slow driving profile in several stages. The definition of driving profiles, ie speed, acceleration, etc., as well as their stages, is carried out by OEMs and is configured accordingly in the operating strategy. For each degradation stage of the driving profile, the stepwise de-rating of the load (load profile) is carried out (see FIG. 6). The degradation on the 1st level 300 and the 2nd level 302 takes place until the energy balance for the duration of the onward journey in all functional sub-board networks is achieved. If the energy balance can not be achieved by way of the degradation on the first level 300 and the second level 302, the destination is degraded in the third level 304 of the degradation concept. The definition, number of stages and the prioritization of destinations can also be done by OEMs and is taken into account in the operating strategy by configuration. For each degradation level on the 3rd level 304, the travel profile (2nd level 302) and the load profile (1st level 300) are gradually degraded. The degradation on the first level 300, the second level 302 and the third level 304 takes place until the energy balance for the duration of the onward journey is achieved (see FIG. 6). An example is shown in FIG.
Figur 7 zeigt ein Beispiel der Ausführung eines 3-Ebenen- Degradierungskonzepts. Die Darstellung zeigt eine Tabelle 400 mit einer Spalte Schritte 402, in der für Lastprofile 404 aufgenommen ist Gruppe M 410, Gruppe M-l 412 bis Gruppe 1 414, für Fahrprofile 416 normal 420 bis langsam 422 und für Fahrtziel 426 SSL A 430, SSL B 432 bis SSL G 434. Die letzte Zeile 440 zeigt das Ergebnis der Optimierung, d.h. ob die aktuellen Degradierungsstufen (Lastprofil, Fahrprofil und Fahrziel) eine Weiterfahrt mit aktuellem SSL ermöglichen. Durch dieses Degradierungskonzept wird in Abhängigkeit vom aktuellen Bord- netzzustand ein noch maximal möglicher Komfort 450, eine noch maximal mögliche Optimalität vom Fahrprofil sowie das Überführen des Fahrzeugs in den sicheren Zustand (Stillstand) an einem noch maximal sichersten Ort entsprechend der SSL Priorisierung ermöglicht. Figure 7 shows an example of the execution of a 3-level degradation concept. The illustration shows a table 400 with a column Steps 402 in which is recorded for load profiles 404 group M 410, group Ml 412 to group 1 414, for driving profiles 416 normal 420 to slow 422 and for destination 426 SSL A 430, SSL B 432 to SSL G 434. The last line 440 shows the result of the optimization, ie Whether the current degradation levels (load profile, driving profile and destination) allow you to continue driving with current SSL. Depending on the current on-board network state, this degradation concept allows a maximum possible comfort 450, a maximum possible optimality of the driving profile and the transfer of the vehicle to the safe state (standstill) in a still maximally safest place according to the SSL prioritization.
In dem Beispiel der Figur 7 ist zu erkennen, dass die Optimierung bei den Startwerten SSL A 430, nämlich die Zielvorgabe durch den Fahrer, für das Fahrtziel, normales Fahrprofil 420 sowie alle Komfortverbraucher eingeschaltet, Gruppe M 410, anfängt. Die Energiebilanz für alle funktionalen Teilbordnetze wird erst bei Fahrtziel SSL B 432, d. h. Fahrt zum Parkplatz, langsamem Fahrprofil 422 und Stufe bzw. Gruppe 1 414 der eingeschalteten Verbraucher erreicht. Diese Konfiguration stellt gleichzeitig den maximal möglichen Komfort sowie ein möglichst optimales Fahrprofil dar, die das Erreichen des maximal möglichen Fahrtziels gestatten. Die Betriebsstrategie steuert die Komponenten erst an, wenn eine Lösung für das Optimierungsproblem gefunden wird. Dann wird auch das Kraftfahrzeug entsprechend angesteuert. Die Ebenen der Degradierung sind untereinander austauschbar. Sollte ein OEM bspw. auf maximal möglichen Komfort setzen und nicht auf Weiterfahrt zum möglichst sicheren Fahrtziel, so können die Ebenen der Degradierung ausgetauscht werden. In the example of FIG. 7, it can be seen that the optimization at the start values SSL A 430, namely the target by the driver, for the travel destination, normal driving profile 420 as well as all comfort consumers switched on, group M 410, begins. The energy balance for all functional sub-systems is only reached at destination SSL B 432, ie drive to the parking lot, slow driving profile 422 and level or group 1 414 of the switched consumers. At the same time, this configuration represents the maximum possible comfort and the best possible driving profile, which allow the maximum possible destination to be reached. The operating strategy does not start the components until a solution to the optimization problem is found. Then, the motor vehicle is driven accordingly. The levels of degradation are interchangeable. If, for example, an OEM sets maximum possible comfort and does not drive on to the safest possible destination, then the levels of degradation can be exchanged.
Nachfolgend soll der Block optimizeO (siehe Figur 6), der die Lösung des Opti¬ mierungsproblems 4 darstellt, an einem Beispiel verdeutlich werden. Es wird eine Bordnetztopologie angenommen, die aus vier Teilbordnetzen besteht. Subsequently, the block optimizeO to (see Figure 6), which is the solution of the Opti ¬ mierungsproblems 4 can be clarified by an example. An on-board network topology is assumed consisting of four sub-nets.
Hierzu zeigt Figur 8 ein Bordnetz 500 mit einem ersten Teilbordnetz 502, einem zweiten Teilbordnetz 504, einem dritten Teilbordnetz 506 und einem vierten Teilbordnetz 508. Das erste Teilbordnetz 502 ist über einen Gleichspannungswandler 510 mit dem zweiten Teilbordnetz 504 verbunden. Das zweite Teilbordnetz 504 ist über einen Gleichspannungswandler 512 mit dem dritten Teilbordnetz 506 verbunden. Das vierte Teilbordnetz 508 ist über einen Toggle-Umschalter 520 mit dem zweiten und dritten Teilbordnetzen 504 und 506 verbunden. Der Energiebedarf aller Verbraucher in einem Teilbordnetz K (K e [1..4]) wird mit EI_OAD{K> bezeichnet. Die Summe aller Energieressourcen in einem Teilbordnetz K (K e [1..4]) wird mit EBAT{K> bezeichnet. Der Wirkungsgrad vom Energiefluss vom Teilbordnetz i nach Teilbordnetz j (i,j e [1..4]) wird mit ηω,φ bezeichnet. EAVB{K> bezeichnet dabei die im Teilbordnetz K überschüssige Energie und EREQIK} die im Teilbordnetz K fehlende Energie zum Erfüllen der Energiebilanz ESPN_K (K e 8 shows a vehicle electrical system 500 with a first sub-board network 502, a second sub-board network 504, a third sub-board network 506 and a fourth sub-board network 508. The first sub-board network 502 is connected to the second sub-board network 504 via a DC-DC converter 510. The second sub-board network 504 is connected to the third sub-board network 506 via a DC-DC converter 512. The fourth sub-board network 508 is connected via a toggle switch 520 to the second and third sub-networks 504 and 506. The energy demand of all consumers in a sub-network K (K e [1..4]) is denoted by EI_OAD {K>. The sum of all energy resources in a sub-board network K (K e [1..4]) is called EBAT {K>. The efficiency of the energy flow from the sub-board network i to the sub-board network j (i, j e [1..4]) is denoted by ηω, φ. EAVB {K> denotes the surplus energy in the sub-board network K and EREQIK} the energy missing in the sub-board network K for fulfilling the energy balance ESPN_K (K e
[1..4]). Es wird angenommen, dass für ein gegebenes Fahrtziel der Energiebedarf sowie die vorhandenen Energieressourcen bereits prädiktiv ermittelt wurden und folgende, in der Figur 9 dargestellten Werte betragen: [1..4]). It is assumed that, for a given destination, the energy requirement and the existing energy resources have already been determined predictively and the following values are shown in FIG. 9:
Figur 9 zeigt in einem Diagramm 600 ermittelte prädiktive Werte der Energieressourcen und des Energieverbrauchs. Die Darstellung zeigt das erste Teilbordnetz 602, das zweite Teilbordnetz 604, das dritte Teilbordnetz 606 und das vierte Teilbordnetz 608. FIG. 9 shows in a diagram 600 determined predictive values of the energy resources and the energy consumption. The illustration shows the first sub-board network 602, the second sub-board network 604, the third sub-board network 606 and the fourth sub-board network 608.
Der Energieverbrauch bzw. die Energieressourcen für das erste Teilbordnetz 602 sind: EBATI = 5,8 kWh The energy consumption or energy resources for the first sub-electrical network 602 are: EBATI = 5.8 kWh
ELOADI = 3,1 kWh ELOADI = 3.1 kWh
EAVBI = 2,7 kWh EAVBI = 2.7 kWh
Für das zweite Teilbordnetz 604 For the second sub-system 604
ELOAD2 = 2,6 kWhELOAD2 = 2.6 kWh
Für das dritte Teilbordnetz 606 For the third sub-system 606
EBATS = 1,2 kWh EBATS = 1.2 kWh
ELOADS = 0,5 kWh ELOADS = 0.5 kWh
EAVBS = 0,7 kWh  EAVBS = 0.7 kWh
Für das vierte Teilbordnetz 608 For the fourth sub-system 608
ELOAD4 = 0,4 kWh ELOAD4 = 0.4 kWh
Weiterhin ist durch den ersten Doppelpfeil 620 angedeutet, dass die Energie- Übertragung bidirektional möglich ist mit dem Wirkungsgrad ηΐ2 = 80 % für denFurthermore, it is indicated by the first double arrow 620 that the energy transmission is bidirectionally possible with the efficiency ηΐ2 = 80% for the
Energiefluss vom Teilbordnetz 2 (PN2) nach 1 (PNI) sowie dem Wirkungsgrad r)2i = 70 % für den Energiefluss vom Teilbordnetz 2 (PN2) nach 1 (PNI). Durch die weiteren Doppelpfeile 622, 624 und 626 wird ebenfalls ein bidirektionaler Energiefluss zwischen entsprechenden Teilbordnetzen angedeutet. Die entspre- chenden Wirkungsgrade für die Energieflüsse betragen dabei r)24 = 90 % (Energiefluss von PN2 nach PN4) und n42 = 90 % (Energiefluss von PN4 nach PN2) r)34 = 70 % (Energiefluss von PN3 nach PN4) und r)43 = 70 % (Energiefluss von PN4 nach ΡΝ3),η23 = 85 % (Energiefluss von PN2 nach PN3)und n32 = 90 % (Energiefluss von PN3 nach PN2). Bei dem ersten und dritten Teilbordnetz 602 und 606 übersteigen die vorhandenen Energieressourcen den Energiebedarf (siehe Figur 9). Bei dem zweiten und vierten Teilbordnetz 604 und 608 übersteigt der Energiebedarf die vorhandenen Energieressourcen. Das erste und dritte Teilbordnetze 602 und 606 sind somit nach vorstehender Definition Quellen, das zweite und vierte Teilbordnetz 604 und 608 sind Senken. Die Energie muss also von dem ersten und dritten Teilbordnetz 602 und 606 zu dem zweiten und vierten Teilbordnetz 604 und 608 transportiert werden. Energy flow from sub-board network 2 (PN2) to 1 (PNI) and efficiency r) 2i = 70% for the energy flow from sub-board network 2 (PN2) to 1 (PNI). The additional double arrows 622, 624 and 626 likewise indicate a bidirectional energy flow between corresponding sub-board networks. The corresponding efficiencies for the energy flows are r) 24 = 90% (energy flow from PN2 to PN4) and n 4 2 = 90% (energy flow from PN4 to PN2) r) 34 = 70% (energy flow from PN3 to PN4) and r) 43 = 70% (energy flow from PN4 to ΡΝ3), η 23 = 85% (energy flow from PN2 to PN3) and n 32 = 90% (energy flow from PN3 to PN2). In the first and third sub-electrical networks 602 and 606, the existing energy resources exceed the energy requirement (see FIG. 9). In the second and fourth sub-electrical systems 604 and 608, the energy demand exceeds the existing energy resources. The first and third sub-networks 602 and 606 are thus sources as defined above, the second and fourth sub-systems 604 and 608 are sinks. The energy must therefore be transported from the first and third sub-board networks 602 and 606 to the second and fourth sub-board networks 604 and 608.
Es wird angenommen, dass ein Gleichspannungswandler in drei Modi, nämlich keine Energieübertragung, Energieübertragung in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung, betrieben werden kann. Ein Toggle-Umschalter kann in zwei Zuständen, nämlich Verbindung mit dem zweiten oder dritten Teilbordnetz 604 oder 606, betrieben werden. Somit ergeben sich insgesamt 18 (= 3*3*2) mögliche Betriebspunkte. Nur bei 6 von diesen 18 Betriebspunkten kann die Energiebilanz in allen Teilbordnetzen erzielt werden, die in der nachfolgenden Figur 10 dargestellt sind. It is assumed that a DC-DC converter can be operated in three modes, namely no energy transfer, energy transfer in the forward or reverse direction. A toggle switch can be operated in two states, namely connection to the second or third sub-board network 604 or 606. This results in a total of 18 (= 3 * 3 * 2) possible operating points. Only at 6 of these 18 operating points, the energy balance can be achieved in all sub-network, which are shown in the following Figure 10.
Figur 10 zeigt mögliche Lösungen von Optimierungsproblemen. Die Darstellung zeigt in sechs Blöcken 700, 702, 704, 706, 708 und 710 jeweils die vier Teilbordnetze 602, 604, 606 und 608. FIG. 10 shows possible solutions of optimization problems. The illustration shows in six blocks 700, 702, 704, 706, 708 and 710 the four sub-sub-networks 602, 604, 606 and 608, respectively.
Für den ersten Block 700 gilt: erster Pfeil 720: Energiefluss von 1,681kWh von PNI nach PN2 For the first block 700: first arrow 720: energy flow of 1.681kWh from PNI to PN2
zweiter Pfeil 722: Energiefluss von 0,444kWh von PN2 nach PN4 second arrow 722: energy flow of 0.444kWh from PN2 to PN4
Modus Gleichspannungswandler 510 (Figur 8): vorwärts  Mode DC-DC converter 510 (Figure 8): forward
Modus Gleichspannungswandler 512 (Figur 8): aus  Mode DC-DC converter 512 (Figure 8): off
Modus Toggle-Umschalter 520 (Figur 8): verbunden mit Netz 2  Mode toggle switch 520 (Figure 8): connected to network 2
Am Ende vom SSL im Bordnetz noch vorhandene Energie ETOT.END : 1,719 kWh  At the end of the SSL in the electrical system still existing energy ETOT.END: 1.719 kWh
Für den zweiten Block 702 gilt: erster Pfeil 730: Energiefluss von 1,125kWh von PNI nach PN2 For the second block 702: first arrow 730: energy flow of 1.125kWh from PNI to PN2
zweiter Pfeil 732: Energiefluss von 0,571kWh von PN3 nach PN4 second arrow 732: energy flow of 0.571kWh from PN3 to PN4
Modus Gleichspannungswandler 510 (Figur 8): vorwärts Modus Gleichspannungswandler 512 (Figur 8): aus Mode DC-DC converter 510 (Figure 8): forward Mode DC-DC converter 512 (Figure 8): off
Modus Toggle-Umschalter 520 (Figur 8): verbunden mit Netz 3  Mode toggle switch 520 (Figure 8): connected to network 3
Am Ende vom SSL im Bordnetz noch vorhandene Energie ETOT.END : 1,704 kWh Für den dritten Block 704 gilt: erster Pfeil 740: Energiefluss von 1,681kWh von PNI nach PN2  At the end of the SSL in the electrical system remaining energy ETOT.END: 1.704 kWh For the third block 704 applies: first arrow 740: energy flow of 1.681kWh from PNI to PN2
zweiter Pfeil 742: Energiefluss von 0,444kWh von PN2 nach PN4 second arrow 742: energy flow of 0.444kWh from PN2 to PN4
dritter Pfeil 744: Energiefluss von 0,0kWh von PN2 nach PN3 third arrow 744: energy flow of 0.0kWh from PN2 to PN3
Modus Gleichspannungswandler 510 (Figur 8): vorwärts Mode DC-DC converter 510 (Figure 8): forward
Modus Gleichspannungswandler 512 (Figur 8): vorwärts  Mode DC-DC converter 512 (Figure 8): forward
Modus Toggle-Umschalter 520 (Figur 8): verbunden mit Netz 2 Mode toggle switch 520 (Figure 8): connected to network 2
Am Ende vom SSL im Bordnetz noch vorhandene Energie ETOT.END : 1,719 kWh Für den vierten Block 706 gilt: erster Pfeil 750: Energiefluss von 1,125kWh von PNI nach PN2 At the end of the SSL in the electrical system remaining energy ETOT.END: 1.719 kWh For the fourth block 706 applies: first arrow 750: energy flow of 1.125kWh from PNI to PN2
zweiter Pfeil 752: Energiefluss von 0,0kWh von PN2 nach PN3 second arrow 752: energy flow of 0.0kWh from PN2 to PN3
dritter Pfeil 754: Energiefluss von 0,571kWh von PN3 nach PN4 third arrow 754: energy flow of 0.571kWh from PN3 to PN4
Modus Gleichspannungswandler 510 (Figur 8): vorwärts Mode DC-DC converter 510 (Figure 8): forward
Modus Gleichspannungswandler 512 (Figur 8): vorwärts  Mode DC-DC converter 512 (Figure 8): forward
Modus Toggle-Umschalter 520 (Figur 8): verbunden mit Netz 3 Mode toggle switch 520 (Figure 8): connected to network 3
Am Ende vom SSL im Bordnetz noch vorhandene Energie ETOT.END : 1,704 kWh Für den fünften Block 708 gilt: erster Pfeil 760: Energiefluss von 0.937kWh von PNI nach PN2 At the end of the SSL in the electrical system remaining energy ETOT.END: 1,704 kWh For the fifth block 708 applies: first arrow 760: energy flow of 0.937kWh from PNI to PN2
zweiter Pfeil 762: Energiefluss von 0,444kWh von PN2 nach PN4 second arrow 762: energy flow of 0.444kWh from PN2 to PN4
dritter Pfeil 764: Energiefluss von 0,70kWh von PN3 nach PN2 third arrow 764: energy flow of 0.70kWh from PN3 to PN2
Modus Gleichspannungswandler 510 (Figur 8): vorwärts Mode DC-DC converter 510 (Figure 8): forward
Modus Gleichspannungswandler 512 (Figur 8): rückwärts  DC-DC converter 512 (FIG. 8): backward
Modus Toggle-Umschalter 520 (Figur 8): verbunden mit Netz 2 Mode toggle switch 520 (Figure 8): connected to network 2
Am Ende vom SSL im Bordnetz noch vorhandene Energie ETOT.END : 1,763 kWh At the end of the SSL in the electrical system remaining energy ETOT.END: 1,763 kWh
Für den sechsten Block 710 gilt: erster Pfeil 770: Energiefluss von 0,988kWh von PNI nach PN2 For the sixth block 710: first arrow 770: energy flow of 0.988kWh from PNI to PN2
zweiter Pfeil 772: Energiefluss von 0,129kWh von PN3 nach PN2 second arrow 772: energy flow of 0.129kWh from PN3 to PN2
dritter Pfeil 774: Energiefluss von 0,571kWh von PN3 nach PN4 third arrow 774: Energy flow of 0.571kWh from PN3 to PN4
Modus Gleichspannungswandler 510 (Figur 8): vorwärts Mode DC-DC converter 510 (Figure 8): forward
Modus Gleichspannungswandler 512 (Figur 8): rückwärts  DC-DC converter 512 (FIG. 8): backward
Modus Toggle-Umschalter 520 (Figur 8): verbunden mit Netz 3 Mode toggle switch 520 (Figure 8): connected to network 3
Am Ende vom SSL im Bordnetz noch vorhandene Energie ETOT.END : 1,712 kWh Aus Figur 10 ist ersichtlich, dass die Summe aller Energieressourcen bei Ankunft am Ziel (ETOT.END) für den Betriebspunkt gemäß dem fünften Block 708 mit Gleichspannungswandler 510 = vorwärts (Energieübertragung vom ersten Teilbordnetz 502 zum zweiten Teilbordnetz 504), Gleichspannungswandler 512 = rückwärts (Energieübertragung vom dritten Teilbordnetz 506 zum zweiten Teil- bordnetz 504) und Toggle-Umschalter 520 = Netz 2 (zweites Teilbordnetz 504 verbunden mit viertem Teilbordnetz 508) maximal wird. At the end of the SSL in the electrical system remaining energy ETOT.END: 1.712 kWh From Figure 10 it can be seen that the sum of all energy resources on arrival at the destination (ETOT.END) for the operating point according to the fifth block 708 with DC-DC converter 510 = forward (energy transfer from the first sub-board network 502 to the second sub-board network 504), DC-DC converter 512 = backwards (power transmission from the third sub-board 506 to the second sub-board 504) and toggle switch 520 = network 2 (second sub-board 504 connected to fourth sub-board 508) becomes maximum.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes (26, 500) in einem Kraftfahrzeug, bei dem eine Bedienstrategie für das Bordnetz (26, 500) entwickelt wird, wobei mindestens ein Kriterium berücksichtigt wird, wobei für jedes Kriterium Werte in einer Reihenfolge entsprechend ihrer Priorität (54) hinterlegt sind, wobei zunächst überprüft wird, ob ausgewählte Werte für das mindestens eine Kriterium einzuhalten sind, indem ein Energiebedarf für eine Weiterfahrt gemäß dem ausgewählten Kriterium den vorhandenen Energieressourcen gegenübergestellt wird und für den Fall, dass der Energiebedarf die Energieressourcen übersteigt, der Wert mindestens eines von dem mindestens einen Kriterium entsprechend der zugeordneten Reihenfolge wenigstens einmal degradiert wird und dieser Vorgang solange wiederholt wird, bis der Energiebedarf durch die Ressourcen gedeckt ist. 1. A method for operating a vehicle electrical system (26, 500) in a motor vehicle, in which an operating strategy for the vehicle electrical system (26, 500) is developed, taking into account at least one criterion, wherein for each criterion values in an order according to their priority ( 54), wherein first it is checked whether selected values for the at least one criterion are to be met by comparing an energy requirement for a further journey according to the selected criterion with the existing energy resources and in the event that the energy requirement exceeds the energy resources, the value at least one of the at least one criterion is degraded at least once according to the assigned order, and this process is repeated until the energy requirement is covered by the resources.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als mindestens ein Kriterium ein Fahrtziel (52, 426), ein Fahrprofil (416) und/oder ein Lastprofil (404) berücksichtigt wird bzw. werden, 2. The method of claim 1, wherein as at least one criterion a destination (52, 426), a driving profile (416) and / or a load profile (404) is taken into account, or
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das im Rahmen eines adaptiven Sicherheitskonzepts eingesetzt wird und dazu dient, das Kraftfahrzeug in einen sicheren Zustand zu überführen. 3. The method of claim 1 or 2, which is used in the context of an adaptive safety concept and serves to transfer the motor vehicle in a safe state.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem, sobald die Gegenüberstellung von Energiebedarf und Energieressourcen ergibt, dass der Energiebedarf durch die Ressourcen gedeckt ist, das Kraftfahrzeug unter Berücksichtigung der bei der Gegenüberstellung zugrunde gelegten Werte für die Kriterien angesteuert wird. 4. Method according to one of claims 1 to 3, in which, as soon as the comparison of energy demand and energy resources shows that the energy demand is covered by the resources, the motor vehicle is driven taking into account the values for the criteria used in the comparison.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Bordnetz (26, 500) mehrere Teilbordnetze (20, 22, 24, 100, 150, 502, 504, 506, 508, 602, 604, 606, 608) umfasst und wobei für jedes Teilbordnetz (20, 22, 24, 100, 150, 502, 504, 506, 508, 602, 604, 606, 608) eine Energiebilanz erstellt wird und Energieflüsse zwischen den Teilbordnetzen (20, 22, 24, 100, 150, 502, 504, 506, 508, 602, 604, 606, 608) berücksichtigt werden. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrical system (26, 500) a plurality of sub-network (20, 22, 24, 100, 150, 502, 504, 506, 508, 602, 604, 606, 608) and wherein for each sub-electrical network (20, 22, 24, 100, 150, 502, 504, 506, 508, 602, 604, 606, 608) an energy balance is established and energy flows between the sub-board networks (20, 22, 24 , 100, 150, 502, 504, 506, 508, 602, 604, 606, 608).
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Energieflüsse derart gesteuert werden, dass eine Optimierung der Energieverteilung erreicht wird und damit eine Energiebilanz des gesamten Bordnetzes (26, 500) optimal wird. 6. The method of claim 5, wherein the energy flows are controlled so that an optimization of the power distribution is achieved and thus an energy balance of the entire electrical system (26, 500) is optimal.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das bei Auftreten eines Fehlers durchgeführt wird und bei dem das Kraftfahrzeug in einen sicheren Zustand überführt wird. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, which is carried out when an error occurs and in which the motor vehicle is transferred to a safe state.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem in einer ersten Ebene (300) das Lastprofil (404) degradiert wird, in einer nachfolgenden zweiten Ebene (302) das Fahrprofil (406) degradiert wird und in einer abschließenden dritten Ebene (304) das Fahrtziel (52, 426) degradiert wird. 8. Method according to one of claims 1 to 7, wherein in a first plane (300) the load profile (404) is degraded, in a subsequent second plane (302) the travel profile (406) is degraded and in a final third plane ( 304) the destination (52, 426) is degraded.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem nach einer Degradierung in der dritten Ebene (304) zunächst eine Degradierung in der zweiten Ebene (302) oder ersten Ebene (300) erfolgt. 9. The method of claim 8, wherein after a degradation in the third level (304) first a degradation in the second level (302) or first level (300).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem ein Energiebedarf für eine Weiterfahrt den vorhandenen Energieressourcen basierend auf prädiktiven Daten in Echtzeit gegenübergestellt wird. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein an energy requirement for further travel is compared to the existing energy resources based on predictive data in real time.
11. Einrichtung zum Betreiben eines Bordnetzes (26, 500), die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 eingerichtet ist. 11. Device for operating a vehicle electrical system (26, 500), which is adapted to carry out a method according to one of claims 1 to 10.
12. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit, insbesondere einer mobilen Recheneinheit, ausgeführt wird. 12. Computer program with program code means which is adapted to carry out a method according to one of claims 1 to 10, when the computer program is executed on a computing unit, in particular a mobile computing unit.
13. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 12. 13. A machine-readable storage medium with a computer program stored thereon according to claim 12.
EP17768410.7A 2016-10-25 2017-09-08 Method for operating an on-board power supply system Withdrawn EP3532346A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016220957.4A DE102016220957A1 (en) 2016-10-25 2016-10-25 Method for operating a vehicle electrical system
PCT/EP2017/072583 WO2018077518A1 (en) 2016-10-25 2017-09-08 Method for operating an on-board power supply system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3532346A1 true EP3532346A1 (en) 2019-09-04

Family

ID=59895288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP17768410.7A Withdrawn EP3532346A1 (en) 2016-10-25 2017-09-08 Method for operating an on-board power supply system

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3532346A1 (en)
CN (1) CN109963750A (en)
DE (1) DE102016220957A1 (en)
WO (1) WO2018077518A1 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3080073B1 (en) * 2018-04-12 2020-12-18 Psa Automobiles Sa AUXILIARY ELECTRICAL POWER SUPPLY FOR VEHICLE
DE102020200249A1 (en) 2020-01-10 2021-07-15 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Method for operating a fuel cell system
EP4101676B1 (en) * 2021-06-09 2024-08-28 Volvo Car Corporation Monitoring system for a vehicle
DE102021205851A1 (en) 2021-06-10 2022-12-15 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Method for operating an on-board network
DE102021208257A1 (en) 2021-07-29 2023-02-02 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Method for operating an on-board network
DE102022128960A1 (en) 2022-11-02 2024-05-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for operating a vehicle component of a motor vehicle by means of an electronic computing device of the motor vehicle, computer program product, computer-readable storage medium, electronic computing device and motor vehicle

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19838248A1 (en) * 1998-08-22 2000-03-02 Volkswagen Ag Process for controlling electrical consumers
DE19857916A1 (en) * 1998-12-15 2000-06-21 Bosch Gmbh Robert Method and device for controlling electrical consumers in a vehicle
DE10145270B4 (en) * 2001-09-14 2006-05-04 Audi Ag Energy management device and method for energy management in a vehicle
US7173347B2 (en) * 2002-10-15 2007-02-06 Denso Corporation Method and apparatus for driving and controlling on-vehicle loads
DE102004038741A1 (en) * 2004-08-10 2006-02-23 Robert Bosch Gmbh Method for managing the energy consumption of electrical consumers in an electrical network
DE102009000051A1 (en) * 2009-01-07 2010-07-08 Robert Bosch Gmbh Method for operating a vehicle electrical system with at least two subnetworks
US10479298B2 (en) * 2014-09-08 2019-11-19 Mahindra Electric Mobility Limited Intelligent determination and usage of energy in energy systems

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016220957A1 (en) 2018-04-26
WO2018077518A1 (en) 2018-05-03
CN109963750A (en) 2019-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3532346A1 (en) Method for operating an on-board power supply system
EP3584140B1 (en) Vehicle and method and apparatus for controlling a safety-relevant process
DE102011117116B4 (en) Control device for at least partially autonomous operation of a vehicle and vehicle with such a control device
DE102015104104A1 (en) REDUNDANT ELECTRICITY FOR AUTONOMOUS VEHICLES
DE102017106087A1 (en) ERROR TOLERANCE PATTERN AND SWITCH PROTOCOL FOR SEVERAL HOT AND COLD STANDBY REDUNDANCIES
DE112017006451T5 (en) Shared backup unit and control system
DE102012200489A1 (en) Double-charging system
EP3087440B1 (en) Method for selecting a plurality of program functions, method for selecting a program function, associated apparatuses and associated vehicle, ship or aircraft
EP3211533B1 (en) Fault-tolerant system architecture for controlling a physical installation, particularly of a machine or of a motor vehicle
WO2015165644A1 (en) Device for connecting a base on-board power supply to a, in particular safety-related, sub-network
EP3433999B1 (en) Method for lowering an energy demand of a vehicle
EP3814194B1 (en) Energy optimisation during operation of a rail vehicle fleet
EP3137342A1 (en) Device for supplying at least one load
DE102016215564A1 (en) Power supply of vehicle components in emergency mode
DE102018207043A1 (en) Method and coordination device for coordinating charging processes of several motor vehicles to optimize the energy availability and the electricity costs
EP2351186B1 (en) Redundant parallel operation of generators for a motor vehicle supply system
DE102019220160A1 (en) Method for dynamic context-based distribution of software in a control system of a vehicle and a control system
DE102012101586B4 (en) Vehicle device for supplying electric power and system for supplying electric power
DE102020203704A1 (en) Method for operating an autonomous or semi-autonomous vehicle
EP3847760B1 (en) Method and device for data transmission on board a watercraft
DE102021133550A1 (en) VEHICLE-BASED MICRONETWORK WITH DYNAMICLY ADDABLE AND REMOVABLE BATTERY SYSTEMS
DE102017214671A1 (en) control system
DE102017110753A1 (en) Device for fault-tolerant operation of a technical system
DE102019220162A1 (en) Method for dynamic context-based distribution of software in a control system of a vehicle and a control system
EP2707998B1 (en) Motor vehicle with two electronic components for providing a function of the motor vehicle, and corresponding operating method

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20190527

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: ROBERT BOSCH GMBH

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20220401