FR3084749A1

FR3084749A1 - Installation and method for measuring the intensity of a current in an on-board network

Info

Publication number: FR3084749A1
Application number: FR1908200A
Authority: FR
Inventors: Werner Schiemann; Nils Draese
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2020-02-07
Also published as: CN110780103A; DE102018212763A1

Abstract

Titre : Installation et procédé de mesure Installation de mesure (10) pour mesurer l’intensité d’un courant dans un réseau embarqué et procédé de mesure de l’intensité du courant dans un réseau embarqué. On modifie le comportement de transfert de l’installation de mesure pendant la mesure à l’aide d’une première modulation à l’aide d’un interrupteur (70, 72, 74). Figure 1Title: Installation and measuring method Measuring installation (10) for measuring the current intensity in an on-board network and method for measuring the current intensity in an on-board network. The transfer behavior of the measuring installation is modified during the measurement using a first modulation using a switch (70, 72, 74). Figure 1

Description

DescriptionDescription

Titre de l'invention : Installation et procédé de mesure Domaine de l’invention [0001] L’invention se rapporte à une installation de mesure de l’intensité d’un courant dans un réseau embarqué ainsi qu’un procédé de mesure de l’intensité, avec une telle installation de mesure. L’installation de mesure est appelée ci-après « installation de mesure de courant ».Title of the invention: Installation and measurement method Field of the invention [0001] The invention relates to an installation for measuring the intensity of a current in an on-board network as well as a method for measuring the intensity, with such a measuring installation. The measuring installation is hereinafter called "current measuring installation".

Etat de la technique [0002] Le réseau embarqué (ou réseau de bord) utilisé dans le domaine automobile désigne de façon globale tous les composants électriques d’un véhicule. Cela englobe ainsi à la fois les utilisateurs / consommateurs électriques et aussi les sources d’alimentation telles que les batteries. On distingue entre eux le réseau embarqué d’énergie et le réseau embarqué de communication et en particulier le réseau embarqué d’énergie qui assure l’alimentation en énergie des composants du véhicule. En général, il est prévu un microcontrôleur pour commander le réseau embarqué ; en plus des fonctions de commande, ce microcontrôleur assure également des fonctions de surveillance.STATE OF THE ART [0002] The on-board network (or on-board network) used in the automotive field globally designates all the electrical components of a vehicle. This thus includes both electrical users / consumers and also power sources such as batteries. A distinction is made between the on-board energy network and the on-board communication network and in particular the on-board energy network which supplies the vehicle components with energy. In general, a microcontroller is provided to control the on-board network; in addition to the control functions, this microcontroller also provides monitoring functions.

[0003] Dans un véhicule automobile, il faut veiller à disposer de l’énergie électrique pour que le véhicule puisse être démarré à tout moment et qu’en fonctionnement il fournisse suffisamment de courant. Mais également à l’arrêt, les utilisateurs électriques doivent pouvoir continuer de fonctionner pendant un certain temps sans que cela n’empêche le démarrage ultérieur.In a motor vehicle, care must be taken to have electrical energy available so that the vehicle can be started at any time and that in operation it provides sufficient current. But also when stopped, the electric users must be able to continue operating for a certain time without this preventing subsequent start-up.

[0004] Du fait de l’électrification croissante des éléments et modules ainsi que du développement de nouvelles fonctions de conduite telles que, par exemple, la conduite automatique, très automatique, voire autonome, cela augmente les conditions de fiabilité imposées à l’alimentation électrique du véhicule. Il faut, notamment tenir compte du nombre de systèmes électriques de puissance en croissance continue. Si un tel système est défaillant, il peut arriver que la tension du réseau de bord sorte de la plage de fonctionnement normal, ce qui peut produire la défaillance de composants et ainsi réduire la sécurité des occupants du véhicule.Due to the increasing electrification of elements and modules as well as the development of new driving functions such as, for example, automatic driving, very automatic or even autonomous, this increases the reliability conditions imposed on the power supply vehicle. We must, in particular, take into account the number of electrical power systems in continuous growth. If such a system fails, it can happen that the on-board supply voltage goes outside the normal operating range, which can produce the failure of components and thus reduce the safety of the occupants of the vehicle.

[0005] Pour les véhicules qui permettent une conduite partiellement automatisée ou totalement automatisée, les exigences concernant l’alimentation électrique sont particulières pour les composants relevant de la sécurité, comme, par exemple, la direction, le freinage et autre. Mais, comme d’autres composants non liés à la sécurité, utilisent la même alimentation, il faut du point de vue de la technique de sécurité, séparer les deux zones, ou surveiller les différents ensembles ou modules. La mesure de l’intensité du courant prend une importance particulière. La mesure de l’intensité du courant doit garantir que les différents composants ne sont pas exposés à des courants trop forts du réseau de bord qui mettraient ainsi en danger l’alimentation des systèmes relevant de la sécurité. Pour cela, il faut s’assurer de la fiabilité des mesures de courant.For vehicles that allow partially automated or fully automated driving, the requirements regarding the power supply are specific for safety-related components, such as, for example, steering, braking and the like. But, like other non-safety related components, use the same power supply, from a safety engineering point of view, separate the two areas, or monitor the different assemblies or modules. Measuring the current intensity is of particular importance. The measurement of the current must ensure that the various components are not exposed to excessively strong currents in the on-board network, which would endanger the power of safety-related systems. For this, it is necessary to ensure the reliability of the current measurements.

[0006] Une solution connue prévoit d’utiliser deux installations de mesure de courant, indépendantes. Pour garantir qu’il n’y a pas de défaut systématique, on peut utiliser en outre des moyens redondants, différents. Mais l’inconvénient de cette solution réside dans son coût élevé. En effet, des moyens redondants diversifiés augmentent les coûts de développement.A known solution provides for using two independent current measurement installations. To ensure that there is no systematic fault, different redundant means can also be used. The downside of this solution is the high cost. Indeed, diversified redundant means increase development costs.

[0007] Exposé et avantages de l’invention [0008] Pour remédier à ces inconvénients, l’invention a pour objet une installation de mesure de l’intensité d’un courant dans un réseau embarqué dont le comportement de transfert est modifié au cours de la mesure par une première modulation, c’est-à-dire qu’il est manipulé ou modulé.Presentation and advantages of the invention [0008] To remedy these drawbacks, the invention relates to an installation for measuring the intensity of a current in an on-board network, the transfer behavior of which is modified during of the measurement by a first modulation, that is to say that it is manipulated or modulated.

[0009] En d’autres termes, l’invention a pour objet une installation de mesure de l’intensité du courant dont on modifie le comportement de transfert par différents moyens pendant la mesure ; on manipule ou on module le comportement de transfert. L’installation de mesure modifie ainsi sa caractéristique pendant la mesure et permet de le prouver.In other words, the invention relates to an installation for measuring the intensity of the current, the transfer behavior of which is modified by various means during the measurement; we manipulate or modulate the transfer behavior. The measuring installation thus modifies its characteristic during the measurement and makes it possible to prove it.

[0010] La variation ou la modulation est faite par un commutateur électrique dans le chemin de mesure. La modulation du comportement de transfert peut se faire, par exemple, à haute fréquence, mais également dans la plage de transfert de l’installation de mesure. Cela permet une seconde modulation qui s’oppose à la première modulation dont elle est fonctionnellement différente, c’est-à-dire qu’elle est en relation fonctionnelle dans le temps de celle-ci.The variation or modulation is made by an electric switch in the measurement path. The modulation of the transfer behavior can be done, for example, at high frequency, but also within the transfer range of the measuring installation. This allows a second modulation which opposes the first modulation from which it is functionally different, that is to say that it is in functional relation in time thereof.

[0011] Les deux modulations peuvent s’éliminer à au moins un point de fonctionnement. [0012] L’installation de mesure permet, en plus d’utiliser plusieurs canaux de mesure. [0013] L’installation de mesure comporte un élément de mesure, par exemple, une résistance de mesure ou un shunt ou un chemin à semi-conducteur. De plus, la ou les chaîne(s) de mesure peuvent être dans un composant intégré, par exemple, dans un circuit de commutation intégré selon l’invention (circuit ASIC). De plus, l’effet de la modulation sur le système est exploité de manière statistique, ce qui permet de vérifier la fonctionnalité de la chaîne de mesure.The two modulations can be eliminated at at least one operating point. The measurement installation makes it possible, in addition to using several measurement channels. The measuring installation comprises a measuring element, for example, a measuring resistor or a shunt or a semiconductor path. In addition, the measurement chain (s) may be in an integrated component, for example, in an integrated switching circuit according to the invention (ASIC circuit). In addition, the effect of modulation on the system is used statistically, which makes it possible to check the functionality of the measurement chain.

[0014] Il faut veiller à ce que la solution proposée n’utilise qu’un unique chemin de mesure par signal de mesure pour éviter les coûts. La solution proposée utilise dans sa réalisation, un autocontrôlé continu de l’installation de mesure pour atteindre un niveau de sécurité élevé.It must be ensured that the proposed solution uses only a single measurement path per measurement signal to avoid costs. The proposed solution uses in its implementation, a continuous self-monitoring of the measuring installation to achieve a high level of security.

[0015] L’invention à également pour objet un procédé de mesure de l’intensité d’un courant dans un réseau embarqué à l’aide d’une installation de mesure dont le comportement de transfert est modifié pendant la mesure par une première modulation, c’est-à-dire une manipulation ou une modulation.The invention also relates to a method of measuring the intensity of a current in an on-board network using a measuring installation, the transfer behavior of which is modified during the measurement by a first modulation. , i.e. manipulation or modulation.

[0016] Le procédé tel que présenté sert à mesurer un courant dans un réseau de bord, de façon caractéristique, le réseau de bord d’un véhicule automobile. Ce procédé est appliqué à l’aide d’une installation de mesure, notamment d’une installation de mesure du type décrit ici. Pendant la mesure, on manipule ou on module le procédé pour changer son comportement de transfert.The method as presented is used to measure a current in an on-board network, typically, the on-board network of a motor vehicle. This method is applied using a measuring installation, in particular a measuring installation of the type described here. During the measurement, the process is manipulated or modulated to change its transfer behavior.

Présentation des dessins [0017] La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l’aide de modes de réalisation représentés schématiquement dans les dessins dans lesquels les mêmes éléments portent les mêmes références dans les différentes figures.Presentation of the drawings The present invention will be described below, in more detail using embodiments shown diagrammatically in the drawings in which the same elements have the same references in the different figures.

[0018] Ainsi :Thus:

[0019] [fig.l] schéma par blocs d’un mode de réalisation de l’installation de mesure décrite, [0020] [fig.2] graphe comme exemple d’exploitation d’un signal de mesure dans un signal de bruit.[Fig.l] block diagram of an embodiment of the described measurement installation, [fig.2] graph as an example of exploitation of a measurement signal in a noise signal .

[0021] Description du mode de réalisation de l’invention [0022] La figure 1 montre un mode de réalisation d’une installation de mesure de l’intensité d’un courant. Cette installation porte globalement la référence 10 ; elle est modulée en différents points pour permettre de vérifier le fonctionnement correct.Description of the embodiment of the invention [0022] Figure 1 shows an embodiment of an installation for measuring the intensity of a current. This installation generally bears the reference 10; it is modulated at different points to allow verification of correct operation.

[0023] La représentation montre une réalisation possible de l’installation de mesure d’intensité de courant. De la droite à la gauche on commence par la plage d’alimentation à protéger qui est ici représentée par une batterie 12. Ensuite, il y a les deux éléments consommateurs 14 et le capteur de mesure de courant 16 réalisé ici comme commutateur de puissance. Les autres éléments (OP1) 20 et (OP2) 22 servent de miroir de courant (OP1) et de tampon (OP2).The representation shows a possible embodiment of the installation for measuring current intensity. From right to left we start with the supply range to be protected which is represented here by a battery 12. Next, there are the two consumer elements 14 and the current measurement sensor 16 produced here as a power switch. The other elements (OP1) 20 and (OP2) 22 serve as a current mirror (OP1) and as a buffer (OP2).

[0024] Tout à gauche, on a un élément (OP3) 30 qui est une source de courant et un élément (OP2) 32 qui est une source de tension. Lonctionnellement, le bloc 40 est responsable de l’alimentation de l’installation de mesure 10 ; le bloc intermédiaire 50 est en liaison avec l’élément de mesure ou capteur de mesure d’intensité 16 ; dans le cas présent, le commutateur de puissance constitue l’installation de mesure proprement dite.On the far left, there is an element (OP3) 30 which is a current source and an element (OP2) 32 which is a voltage source. Functionally, the block 40 is responsible for supplying the measuring installation 10; the intermediate block 50 is in connection with the measurement element or intensity measurement sensor 16; in this case, the power switch constitutes the actual measuring installation.

[0025] Les éléments OP1, DP2, OP3, OP4 sont des amplificateurs opérationnels.The elements OP1, DP2, OP3, OP4 are operational amplifiers.

[0026] En commençant du côté gauche de la figure 1, l’élément (OP3) 30 constitue la source de courant qui applique un courant constant à la branche comprenant la résistance (RI) 33, le transistor (Tl) 35, la résistance (R3) 37, et le transistor (T2) 39. Le niveau du courant se détermine à partir de la tension de référence à l’entrée positive de l’élément (OP3) 30 et de l’importance de résistance (RI) 33.Starting from the left side of Figure 1, the element (OP3) 30 constitutes the current source which applies a constant current to the branch comprising the resistor (RI) 33, the transistor (Tl) 35, the resistor (R3) 37, and the transistor (T2) 39. The current level is determined from the reference voltage at the positive input of the element (OP3) 30 and the importance of resistance (RI) 33 .

[0027] L’entrée positive de l’élément (OP2) 32 reçoit une tension qui est ici la tension d’alimentation. Cela garantit qu’il y a la même tension à la base de la résistance (R3) 37. Ainsi, le courant à travers la résistance (R3) 37 est le même que celui que l’on a constaté dans l’élément (OP3) 30 et ainsi on connaît également la tension au point haut de la résistance (R3) 37.The positive input of the element (OP2) 32 receives a voltage which is here the supply voltage. This guarantees that there is the same voltage at the base of the resistor (R3) 37. Thus, the current through the resistor (R3) 37 is the same as that found in the element (OP3 ) 30 and thus the voltage at the high point of the resistor (R3) 37 is also known.

[0028] Dans le chemin de mesure (Bloc 50) on utilise la tension qui a été détectée dans le chemin d’alimentation (Bloc 40), pour générer ainsi le signal de mesure. La base de la résistance (R8) 41 est au même potentiel que la base du capteur de courant 16.In the measurement path (Block 50), the voltage which has been detected in the supply path (Block 40) is used, thereby generating the measurement signal. The base of the resistor (R8) 41 is at the same potential as the base of the current sensor 16.

Lorsqu’aucun courant passe par le capteur 16, on a U_DS=0. Ainsi, l’élément (OP1) 20 est à la tension d’alimentation.When no current flows through sensor 16, we have U_DS = 0. Thus, the element (OP1) 20 is at the supply voltage.

[0029] Globalement, on a le courant à mesurer comme suit :Overall, we have the current to be measured as follows:

[0030] Pl) I_mess= (I_load*RdsOn+Vref*R3/Rl)/R8 [0031] Ou comme autre tension, plus intéressante pour le traitement [0032] P2) Umess=(I_Ioad*RdsOn+Vref*R3/Rl)/*R9/R8 [0033] Du point de vue de la technique des circuits, il existe un grand nombre de possibilités pour influencer cette mesure, par exemple, à la figure 1 on a représenté les interrupteurs (Testl) 70, (Test2) 72 et (Test3) 74.Pl) I_mess = (I_load * RdsOn + Vref * R3 / Rl) / R8 Or as another voltage, more interesting for the treatment [0032] P2) Umess = (I_Ioad * RdsOn + Vref * R3 / Rl ) / * R9 / R8 From the point of view of the circuit technique, there are a large number of possibilities for influencing this measurement, for example, in FIG. 1 are shown the switches (Testl) 70, (Test2 ) 72 and (Test3) 74.

[0034] Il est proposé, par exemple, une variation qui de façon idéale ne produit au point de mesure choisi, aucune modification de la valeur de sortie, par exemple l’interrupteur (S2) 72. Si, dans ce cas, on mesure au point zéro de l’intensité (l_load=0), le résultat dépend exclusivement du niveau de la tension de référence Vref ainsi que du rapport des résistances R3*R9/(R1*R8).It is proposed, for example, a variation which ideally does not produce at the chosen measurement point, no modification of the output value, for example the switch (S2) 72. If, in this case, we measure at the zero point of the intensity (l_load = 0), the result depends exclusively on the level of the reference voltage Vref as well as the ratio of the resistances R3 * R9 / (R1 * R8).

[0035] Cela signifie qu’à ce point de fonctionnement on peut avoir une augmentation de la tension Vref, par exemple, en ouvrant l’interrupteur (S2) 72 que l’on compense avec une réduction de la résistance (R9) 57 et le chemin de l’interrupteur (S3) 74 que l’on ferme. Comme toute mesure simple pourrait conduire à une falsification du résultat de mesure conserver le résultat tout en utilisant les deux moyens appliqués de force à la fonction correcte de l’ensemble de l’installation de mesure en est la conséquence.This means that at this operating point it is possible to have an increase in the voltage Vref, for example, by opening the switch (S2) 72 which is compensated for with a reduction in the resistance (R9) 57 and the path of the switch (S3) 74 which is closed. As any simple measurement could lead to a falsification of the measurement result to keep the result while using the two means applied by force to the correct function of the entire measurement installation is the consequence.

[0036] Comme le procédé doit pouvoir se faire avec des mesures actives qui sont corrigées par le calcul pour les effets correspondants on ne s’attend toutefois pas à ce que pendant la manipulation, le courant de charge reste toujours constant ou reste nul. Ainsi, avec une seule mesure simple on ne peut confirmer l’exactitude de l’information ci-dessus.As the process must be able to be done with active measurements which are corrected by calculation for the corresponding effects, it is not expected, however, that during handling, the charge current will always remain constant or remain zero. So with just one simple measurement you cannot confirm the accuracy of the above information.

[0037] Dans l’exemple présenté on utilise ainsi une installation de mesure de courant dont l’élément de mesure est un Shunt ou résistance de mesure ou chemin semi-conducteur dans un commutateur de puissance. De telles installations de mesure sont habituelles et elles dépendent de l’application en étant économiques. L’intégration de l’élément de mesure se fait pour des raisons fonctionnelles dans le chemin côté haut, ce qui rend l’installation de mesure plus coûteuse.In the example presented, a current measurement installation is thus used, the measurement element of which is a shunt or measurement resistor or semiconductor path in a power switch. Such measuring installations are usual and depend on the application, being economical. The integration of the measuring element is done for functional reasons in the high side path, which makes the measuring installation more expensive.

[0038] La figure 2 montre un graphique 100 d’un signal de modulation 102, le bruit correspondant à savoir la modification du courant d’entrée pendant la modulation, le signal de sortie combiné, par exemple Umess 104, et le signal de sortie 106 obtenu par exploitation statistique, c’est-à-dire le signal de sortie 104 recombiné n fois, en synchronisme avec l’exploitation 106 obtenue pour le signal d’entrée. Le signal se détecte dans ce contexte exactement par rapport au signal d’entrée 102, c’est-à-dire discret dans le temps et dans sa valeur, ici avec un déphasage de 180°.FIG. 2 shows a graph 100 of a modulation signal 102, the noise corresponding to the modification of the input current during the modulation, the combined output signal, for example Umess 104, and the output signal 106 obtained by statistical exploitation, that is to say the output signal 104 recombined n times, in synchronism with the exploitation 106 obtained for the input signal. The signal is detected in this context exactly relative to the input signal 102, that is to say discrete in time and in its value, here with a phase shift of 180 °.

[0039] L’invention propose, pour cette raison, toujours l’exploitation de l’effet des modifications proposées ici dans la chaîne de mesures avec les procédés statistiques dans la chaîne de mesure.The invention therefore proposes, for this reason, always the use of the effect of the modifications proposed here in the measurement chain with the statistical methods in the measurement chain.

Claims

claims [Claim 1] Measuring installation to measure the intensity of a current in an on-board network whose transfer behavior is modified during the measurement by a first modulation, that is to say that it is manipulated or modulated. [Claim 2] Measuring installation according to claim 1, according to which the first modulation is made by at least one electrical switch (70, 72, 74) in the measurement path. [Claim 3] Measuring installation according to claim 1 or 2, in which a modulation of the transfer behavior takes place in the transfer zone of the measuring installation (10). [Claim 4] Measuring installation according to one of claims 1 to 3, characterized in that a second modulation is carried out which is opposed to the first modulation and which is made functionally dependent on the latter. [Claim 5] Measuring installation according to claim 4, in which the two modulations are such that they are eliminated at at least one operating point. [Claim 6] Measuring installation according to one of Claims 1 to 5, designed to use several measuring channels simultaneously. [Claim 7] Measuring installation according to one of claims 1 to 6 which is produced in the form of an integrated component, for example an ASIC circuit. [Claim 8] Measuring installation according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the effects of the modulations on the measuring installation (10) are used statistically. [Claim 9] Method for measuring the intensity of a current in an on-board network using a measuring installation (10) whose transfer behavior is modified during the measurement by a first modulation, that is to say manipulation or modulation. [Claim 10] Method according to claim 9, carried out using a measuring installation (10) according to one of claims 1 to 8.

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