WO2018162649A1 - Method for detecting a fault in an electrical network and evaluation device, measuring circuit and motor vehicle - Google Patents

Method for detecting a fault in an electrical network and evaluation device, measuring circuit and motor vehicle Download PDF

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WO2018162649A1
WO2018162649A1 PCT/EP2018/055783 EP2018055783W WO2018162649A1 WO 2018162649 A1 WO2018162649 A1 WO 2018162649A1 EP 2018055783 W EP2018055783 W EP 2018055783W WO 2018162649 A1 WO2018162649 A1 WO 2018162649A1
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correlation
signal
measuring
measurement
value
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PCT/EP2018/055783
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Sebastian Kaspar
Jonathan LEITERITZ
Werner Schiemann
Thomas Lang
Original Assignee
Audi Ag
Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
    • H02H3/28—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at two spaced portions of a single system, e.g. at opposite ends of one line, at input and output of apparatus
    • H02H3/30—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at two spaced portions of a single system, e.g. at opposite ends of one line, at input and output of apparatus using pilot wires or other signalling channel
    • H02H3/305—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at two spaced portions of a single system, e.g. at opposite ends of one line, at input and output of apparatus using pilot wires or other signalling channel involving current comparison
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0061—Details of emergency protective circuit arrangements concerning transmission of signals
    • H02H1/0084—Details of emergency protective circuit arrangements concerning transmission of signals by means of pilot wires or a telephone network; watching of these wires

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting an electrical fault in an electrical network.
  • Such an error may be, for example, an arc or an electrical short to a ground potential or ground potential.
  • the error may be caused, for example, by defective insulation.
  • the invention also includes a digital evaluation device for carrying out the method as well as a measuring circuit with the evaluation device and a motor vehicle with the measuring circuit.
  • an electrical network is understood in particular as a circuit having at least one current source and at least one current sink.
  • a current sink is here an electrical consumer or generally an electrical load (capacitive, inductive and / or ohmic load).
  • the at least one current source and the at least one current sink are in this case interconnected via at least one electrical conduction element, thus e.g. over at least one cable. If one of the line elements and / or a current sink is mechanically damaged, this can lead to an electrical fault, because, for example, a part of the electrical current of a current source can flow away via a ground potential of the electrical network.
  • a first measuring device becomes a first measuring device.
  • Signal from a first location eg the power source
  • from a second measuring device receive a second measurement signal from a second location (eg the current sink).
  • the first measuring location and the second measuring location are electrically coupled by the electrical network.
  • An electrical fault or an electrical fault can then be detected by comparing the two measuring signals, for example when a voltage drop occurs at the current sink or the measuring signal contains, for example due to an arc, a predetermined frequency noise of the electrical characteristic.
  • Methods of this type are known, for example, from DE 10 2014 1 1 1 416 A1, DE 10 2013 022 284 A1, DE 10 2013 207 775 A1 and DE 10 2012 023 461 B3.
  • a communication device used for the transmission can, for example, provide for an allocation of transmission times for the individual measuring devices as a function of the current data traffic, which may result in random transmission latencies.
  • the two measurement signals differ with respect to their amplitude and / or their time course, since, for example, internal inductances and capacitances of the electrical network can act as additional energy stores or energy sources.
  • a power source signal described by the first measurement signal at the measurement location of the power source or a power distribution circuit may be distorted upon transmission via the electrical network due to its transmission behavior or transmission characteristic, so that the second measurement signal at the measurement location of a current sink or a power distribution circuit even in the error-free case of the first measurement signal.
  • a reliable detection of a fault in an electrical network for example a line fault
  • additional information such as the circuit diagram of the network and the location of the measuring locations, as well as a deterministic data transmission of the measuring signals are ensured to the evaluation device. This makes the error detection technically complicated.
  • the invention is based, to detect an electrical fault in an electrical network, in particular an electrical network of a motor vehicle, the task.
  • the invention provides a method for detecting an electrical fault in an electrical network.
  • the method can be carried out or carried out by an evaluation device.
  • the method may include a measurement cycle lus or multiple, successive measuring cycles include.
  • a first measurement signal from a first measurement device for example, the said current source or a power distribution circuit
  • a second measurement device for example, a current sink or electrical load of the network or a Power distribution circuit
  • the first measuring location and the second measuring location are electrically coupled by the electrical network.
  • the evaluation device receives the measurement signals from different measurement locations, it is not guaranteed or ensured that the measurement signals are time-synchronized. They can be shifted in time against each other.
  • at least part of the electrical network is located between the measuring locations, so that its transmission characteristic (caused by at least one inductance and / or at least one capacitance and / or at least one ohmic resistance) acts between the measuring locations.
  • a correlation signal is therefore generated on the basis of the first measurement signal and the second measurement signal by means of a predetermined correlation function.
  • a correlation maximum is then determined.
  • the correlation maximum represents the greatest amplitude value or signal value of the correlation signal.
  • Two aspects can be described by the correlation maximum, namely a time value of the correlation maximum, ie the relative temporal displacement of the measurement signals relative to one another, and secondly a correlation value of the correlation maximum, ie the said amplitude value or signal value of the correlation signal in the correlation maximum.
  • the correlation value is a measure of the similarity of the measurement signals.
  • the time value is thus the abscissa (X-coordinate) of the correlation signal in the correlation maximum.
  • the correlation value is the ordinate (Y coordinate) of the correlation signal in the correlation maximum.
  • a predetermined detection routine is performed or operated. However, it is adjusted by means of the correlation maximum. In other words, the detection routine is thus parameterized or operated or configured by means of the correlation maximum.
  • the detection routine checks and signals whether a predetermined error criterion is met for a given correlation maximum. If the error criterion is met, an error signal is generated.
  • the invention provides the advantage that the error detection despite line-bound signal distortions and / or time delays and / or without information about the electrical circuit elements that are effective between the two locations (inductance and / or capacitance and / or resistive) can be performed and yet the fault detection is robust against a contained in the second measurement signal relative time offset with respect to the first measurement signal and / or designed robustly against signal distortion.
  • the correlation function and the correlation maximum thus determined, information can be determined on how far the two measurement signals have to be relatively shifted in time relative to one another in order to achieve the greatest possible coincidence of the two measurement signals (time value of the correlation maximum).
  • the correlation value of the correlation maximum can be used to provide a measure of how great the maximum possible coincidence of the two measurement signals is at all.
  • the detection routine can be adjusted by means of the correlation maximum to compensate for the influence of a time delay of the electrical network and / or the communication device for the measurement signal and / or signal distortion of the electrical network.
  • the invention also includes refinements, resulting in additional benefits.
  • the detection routine may include or include one or more of the following evaluations.
  • the detection routine may include that the first measurement signal and the second measurement signal are shifted in time relative to each other or against each other and the time shift is adjusted in dependence on the time value of the correlation maximum.
  • a predetermined comparison function is then applied to the measured signals shifted to each other. That checked by the detection routine Error criterion in this case comprises that the comparison function signals a similarity value smaller than a predetermined minimum similarity.
  • the comparison function can for example provide for a comparison of temporally corresponding signal amplitudes of the mutually shifted measurement signals. Additionally or alternatively, a signal energy of time-corresponding time intervals of the measurement signals can be compared. The comparison can be determined as a difference or a quotient.
  • any comparison function known from the prior art can be provided.
  • the further development hereby yields the advantage that the knife signals which are shifted in time relative to one another can be compared directly with one another, since the influence of a time delay is compensated by the displacement.
  • An error in an electrical network can be detected by the detection routine, but also directly on the basis of the correlation signal itself.
  • the detection routine may additionally or alternatively comprise the described evaluation that a difference between the amplitude value or correlation value of the correlation maximum and a reference value is determined and the error criterion comprises that the difference is greater than a predetermined minimum difference.
  • the difference can be determined relatively (for example as a quotient) or absolutely (for example as a difference).
  • This refinement has the advantage that, without evaluation of the measurement signals themselves, it is recognized directly from the correlation maximum whether the error criterion is satisfied. However, this requires a suitable reference value for the correlation value.
  • the reference value is preferably initialized before the at least one measurement cycle.
  • the measuring signals are corresponding to calibration measuring signals. From the first measuring device thus a first Kalibriermesssignal and from the second measuring device, a second Kalibriermesssignal is received.
  • a calibration correlation is calculated from the two calibration measurement signals. onssignal determined.
  • the reference value is then determined or set as a function of the correlation maximum of the calibration correlation signal.
  • the correlation value of the correlation maximum of the calibration correlation signal can be used or initialized as a reference value.
  • a scaling or a tolerance value may also be taken into account or applied to the correlation value in order to avoid a false alarm if, in a subsequent measurement cycle, a correlation value should deviate from the reference value.
  • the electrical behavior of the electrical network is time-dependent, since its transmission characteristic also varies or changes, for example, due to switching operations in the electrical network.
  • the reference value is therefore preferably adapted in the respective measurement cycle as a function of the respective correlation value of the ascertained current correlation maximum.
  • the current correlation maximum is that which is determined in the correlation signal of the current measurement cycle.
  • the reference value is only adapted as a function of this correlation value if the error criterion remains unfulfilled, that is, if it is detected for freedom from errors.
  • the reference value can be set, for example, to the new, current correlation value of the correlation signal.
  • an average or weighted average may be formed or calculated from the current correlation value and a predetermined number of previous correlation values.
  • a recursive averaging can also be provided in order to offset the current correlation value with the hitherto current reference value to a new reference value.
  • the reference value should not be changed with each correlation maximum. This could lead to the fact that with a temporal degradation of the network, so over a plurality of measurement cycles away gradually forming electrical errors, the reference value is gradually adjusted to the error, and then there is no indication of the error.
  • the reference value is therefore preferably adjusted or changed only by means of the respective correlation maximum of the current measurement cycle if, in a measurement cycle, the correlation value of the current correlation maximum is greater than a predetermined safety value.
  • This safety value can be determined, for example, as a function of the design of the electrical network. An example of a safety value is 0.3 if a normalized correlation function is used.
  • prototypes in order to establish a safety value, prototypes can be used to perform measurements at different switching states of the electrical network, in order to detect the extent to which the correlation value of the correlation maximum can change or vary with an error-free electrical network. From this, the safety value can be set as the lower limit.
  • the two measured signals described can not be comparatively compared in every operating state of the electrical network. For example, if multiple power sources are active in the network, a current that has not been detected at the first measurement location (e.g., a power source) may be generated or observed at a sink (electrical load) because it is from a different power source.
  • the measuring signals then have no relation to each other. Accordingly, it is preferably provided that the respective correlation maximum in a measurement cycle is only used if the correlation maximum has a correlation value which is greater than a predetermined reliability value.
  • a reliability value is 0.15 if a normalized correlation function is used. If the correlation value is smaller than the reliability value, the two measurement signals can not be used for the error detection.
  • a further training uses the correlation signal in order to even be able to draw conclusions about the type of error.
  • the error criterion that is, if an error or a fault in the electrical network detected by the detection routine, from the correlation maximum itself and / or from a time course of the correlation signal by means of a predetermined assignment function, an error type of several predetermined Error types selected or determined and this selected error type is signaled. So there is a detection of the fault type or error type. Several types of errors can be specified or listed or cataloged.
  • the assignment function then assigns the current correlation maximum and / or the temporal course of the correlation signal to one of these error types.
  • the assignment function can be realized for example by means of a table.
  • the mapping function may provide multiple value intervals and / or waveform patterns associated with each of the error types.
  • the assignment function can then check in which of the value intervals the current correlation value and / or the current time value of the correlation maximum lies and thus determine the assigned error type.
  • Said correlation function preferably generates said normalized correlation, which generates a correlation maximum with a correlation value of 1 for identical measurement signals.
  • a normalized correlation function is in itself available from the prior art.
  • the normalized correlation has the advantage that a voltage level used in the electrical network and / or an absolute current value has no influence on the correlation signal.
  • the first measurement signal and / or the second measurement signal may each be a time profile of an electrical voltage and / or an electrical current and / or an electrical power at the respective measurement location.
  • a measurement signal can therefore comprise a single time profile or a combination of several time profiles (for example, current and voltage).
  • an emergency shutdown in the network can be triggered or controlled.
  • a switching element for interrupting an electrical current in the electrical network is driven in accordance with a further development in response to the error signal.
  • the switching element of a power distribution circuit is driven, wherein the switching element is selected from a plurality of switching elements of the power distribution circuit in dependence on at least one of the measurement locations. ever After, at which location the fault or fault is detected, so an associated switching element is selected and controlled. By driving a switching element, this can be switched electrically blocking.
  • a switching element may for this purpose comprise, for example, a mechanical switch (for example a relay) and / or an electronic switch (for example a transistor).
  • a mechanical switch for example a relay
  • an electronic switch for example a transistor
  • the said evaluation device is provided.
  • This has a processor device which is set up to carry out an embodiment of the method according to the invention.
  • the described detection routine can be, for example, a program module of the processor device.
  • the processor device can have a program code which is set up to execute the embodiment of the method according to the invention when executed by the processor device.
  • the program code may be stored in a data memory of the processor device.
  • the invention also includes the complete measuring circuit with the evaluation device and with the first measuring device and the second measuring device for respectively generating said measuring signal at a measuring location in an electrical network.
  • the measuring circuit furthermore has the described communication device for transmitting each measuring signal to the evaluation device.
  • a measuring device may include a shunt resistor.
  • a measuring device known from the prior art can be used.
  • the communication device can be formed, for example, on the basis of an Ethernet and / or a data bus.
  • An example of a data bus is a CAN (Controller Area Network) bus.
  • the measuring device may comprise at least one analog-to-digital converter in order to convert an analog measuring signal into a digital measuring signal.
  • the method according to the invention is particularly suitable for detecting a fault in a motor vehicle. Accordingly, the invention also provides a force vehicle provided with an electrical network.
  • the motor vehicle according to the invention has an embodiment of the measuring circuit according to the invention.
  • the electrical network may be, for example, an electrical system of the motor vehicle.
  • a nominal voltage of the electrical network can be, for example, greater than 60 V ("high-voltage") in a range from 10 V to 16 V or 40 V to 60 V.
  • the motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of the measuring circuit according to the invention.
  • FIG. 2 shows a diagram for illustrating a detection routine of an evaluation device of the measurement circuit of FIG. 1;
  • 3 shows a diagram with schematic progressions of measuring signals
  • Fig. 4 is a diagram showing schematic waveforms of correlation signals formed on the basis of the measurement signals of Fig. 3;
  • FIG. 6 is a diagram showing schematic waveforms of correlation signals formed on the basis of the measurement signals of FIG. 5.
  • the described components of the embodiments each represent individual features of the invention, which are to be considered independently of one another, which each further develop the invention independently of one another and thus also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.
  • the evaluation device 1 1 shows a measuring circuit 10 with an evaluation device 11, a first measuring device 12, a second measuring device 13 and a communication device 14, via which the measuring devices 12, 13 are coupled to the evaluation device 11 for transmitting a respective measuring signal 15, 16 can.
  • the evaluation device 1 1 may be formed, for example, on the basis of a processor device ⁇ (eg a microcontroller).
  • the measuring devices 12, 13 may be connected to an electrical network 17, of which in FIG. 1, a current source 18, an electrical line element 19, an electrical power distributor (power distribution circuit 20), an electrical load 21 and a ground potential 22 are shown.
  • the communication device 14 may include, for example, an Ethernet and / or a CAN bus.
  • the power source 18 may include, for example, an electric generator and / or an electric battery.
  • the electrical load 21 represents a current sink and, for example, be a control unit.
  • the electrical network 17 and the measuring circuit 10 may be arranged, for example, in a motor vehicle.
  • the network 17 may be, for example, an electrical system of the motor vehicle.
  • the boundaries between the mentioned elements are illustrated in FIG. 1 by connections or connectors CON.
  • the power distribution circuit 20 may comprise at least one electrical switching element 23 (electrical switch, eg relay or transistor), by means of which the evaluation device 1 1 can interrupt an electric current I in the line element 19 by switching the switching element 23.
  • the evaluation device 11 can switch the switching element 23 by means of a switching signal 24 which can generate the evaluation device 11 as a function of an error signal that can be generated by a detection routine 25 of the evaluation device 11, if an electrical fault 26, for example a line interruption of the line member 19, detected or detected.
  • the measuring device 12 can be connected to the network 17 at a measuring location X and the measuring device 13 can be connected to a measuring location Y1.
  • a transmission characteristic of the line element 19 due to its line pad 27 acts between the two measuring devices 12, 13.
  • the line pad may have a capacitive and / or inductive and / or ohmic component, as symbolized in FIG. Due to the transmission characteristic, the measuring signals 15, 16 differ even in the error-free transmission case.
  • a change in the measuring location Y1 of the measuring device 13 to a measuring point Y2 leads to a change in the measured signal 16 due to the between the measuring devices 12, 13 then additionally located inductance L, the resistor R and / or the capacitance C, with otherwise the same electrical conditions the transmission of the measurement signals 15, 16 via the communication device 14 can shift the measurement signals 15, 16 in time relative to one another.
  • the evaluation device 1 1 uses a correlation function 28 for this purpose.
  • a method can be carried out which allows fault detection despite conducted faults and / or time delays and / or low information about the wiring of the load (eg of the electrical load 21) before the tapping point or measuring location 13 of the current / voltage measurement, and so on the detection of the error 26 designed robust against interference.
  • electrical measuring signals 15, 16 (such as energy, current, voltage), for example as analog signal or as signal packets from the measuring locations X, Y1 / Y2 (ie source and sink) can be correlated and compared by means of the correlation. This avoids faults and uncertainties in fault detection.
  • the method is based on the correlation of energy-time functions. The basics of the process are explained below.
  • the function or the energy source signal to be considered is designated as x (t) and the signal y (t) is detected at the tapping point or measuring location Y1 / Y2 of the sink.
  • the cross-correlation function called cross-correlated in short, is:
  • the mathematical rule for the function k xy (x) is: Shift the function y (t) by a specific time interval ⁇ and integrate the product with the original, ie unshifted function x (t) in the time interval ti to t.2.
  • the time interval is in particular greater than a maximum transmission latency of the communication device 14. Now it makes sense to change ⁇ until the correlated becomes maximal.
  • the signal echo associated with the source signal is present in a time-synchronized manner and not a measurement interference signal.
  • the value of ⁇ thus found is the described time value ⁇ of the correlation maximum, e.g. graphically plotted on the horizontal axis.
  • the maximum value thus found is the correlation value of the correlation maximum, e.g. graphically plotted on the vertical axis.
  • the correlation method is used in order to be able to unambiguously associate the input signal (measuring signal 15 at the feeding point or measuring location X) and the output signal (measuring signal 16 at the tapping point or measuring location Y1 / Y2).
  • the detection of errors is clearly possible.
  • the method is robust against electrical interference (eg EMC pulses, voltage peaks), fluctuations (voltage drift), which may result in a false triggering of the detection, and time delays in the signal transmission.
  • electrical interference eg EMC pulses, voltage peaks
  • fluctuations voltage drift
  • time delays in the signal transmission.
  • the available The on-board network is increased by avoiding unauthorized shutdown if there is no actual fault.
  • the recognition method requires no knowledge of the input circuit of the electrical components, so z.
  • the tapping point or measuring location Y1 / Y2 of the measurement in one component, ie in the example in the electrical load 21, can be varied (between Y1 and Y2) without having to recalibrate the recognition.
  • the method may be additionally used by long-term observation to detect degradation of the line (e.g., an isolation violation) as the correlation value of the measurement signals decreases more and more during a longer observation period.
  • a detected continuous decrease in the correlation value can be used to calculate the probability of failure of an electrical network or at least part of an electrical network.
  • a periodically repeating test window or a measurement cycle is used e.g. fixed length or measurement duration by detecting current and voltage values of source 18 and sink 21 as the measurement signals 15, 16.
  • the measurement signals 15, 16 are compared with one another, in particular taking into account the sampling theorem, by means of the correlation.
  • the necessary mathematical calculation methods are known.
  • the maximum correlation value 1 means the complete agreement of the measurement signals 15, 16 (this is the case, for example, for the correlation of two sinusoidal signals with the same frequency, the same amplitude, the same phase).
  • 1 shows an exemplary schematic structure of a vehicle electrical system with the elements for line monitoring and for switching off the current.
  • the task of the processor device ⁇ as a control and evaluation device 11 has already been described.
  • the measurement locations Y1 and Y2 represent the variance of the possible locations of the measurements, within which the algorithm allows reliable detection of an error.
  • Correlation value 29 is in a range C (greater than safety value CO, for example> 0.3); Use the correlation value 29 as the reference value maxRef for the condition "line OK";
  • Correlation value 29 is in a range A (less than reliability value A0, e.g., ⁇ 0.15). Do not use correlation value 29 for reference value maxRef;
  • Correlation value 29 is already present in a range B (A0 ⁇ B ⁇ CO, for example 0.15 ⁇ B ⁇ 0.3), possible error 26 already exists, no initialization of maxRef; d. in each subsequent measurement cycle or measurement window: determination of the correlation maximum 32 with correlation value 33 (maxM) for the respective current correlation signal 34 and comparison with the reference value maxRef.
  • Correlation maximum is smaller in magnitude by more than a predetermined minimum difference deltaCorr than reference value maxRef (maxRef - maxM> deltaCorr): There is a fault in the line. Open switch (switching element 23) to interrupt current, issue error message. deltaCorr is therefore an error criterion. Correlation maximum maxM not less than maxRef (maxRef - maxM ⁇ deltaCorr).
  • the interrogation and computation of the correlation function may be done over multiple time windows (sample periods) and stored to increase the data quality for error analysis. If the correlation remains below the predetermined minimum difference deltaCorr if several periods are interrogated, then the input signal (measurement signal 15) and output signal (measurement signal 16) are weakly correlated and there is an error in the line. It is then switched off by means of the evaluation device 1 1 and the switch (switching element 23).
  • the measurement of the source signal (measurement signal 15) and also the evaluation as well as the power cutoff are preferably carried out within the electronic power distribution circuit 20.
  • the power distribution circuit 20 is then able to selectively switch off the affected line if it has several outputs at different loads. This is an isolation or separation of the error in the sense that the error does not affect the stability of the rest of the electrical system or network 17 and thus electrically disconnected from the rest of the electrical system, i. can be isolated.
  • FIG. 3 and FIG. 5 show, over time t, time profiles of a source signal as measurement signal 35, a sink signal correlated therewith as measurement signal 36 and an uncorrelated measurement signal 37.
  • FIGS. 4 and 6 show the respectively associated correlation signal 38 for the correlated measurement signal 36 and the correlation signal 39 for the uncorrelated measurement signal 37, wherein FIG. 4 shows a normalized correlation and FIG. normalized correlation is used to illustrate the differences.
  • the time interval ⁇ is specified here as the number of digital samples by which the measurement signals were shifted from one another.
  • source currents I were fed in an equivalent circuit shown in FIG.
  • Case 1 a signal response 37 of the sink, which is not the echo of the source signal, measured at R6. (In the experiment, a source signal "13" was fed to it, which is different from “12", with otherwise unchanged replacement circuit of the load).
  • the correlation signal with good correlation with the maximum or correlation value 0.33 can be used for error detection. It can be recorded as reference value maxRef for error detection. If the condition of a good correlation as shown in FIG. 4 is given in one of the cases, then maxRef can be used in subsequent measurement cycles to determine an error.
  • the time value ⁇ can be used to determine a necessary time shift for the measurement signals 15, 16.
  • the measurement signals 15 and 16 can thus also be used for error detection, since the source signal (measurement signal 15) and the obtained sink signal (measurement signal 16) were measured in the same time window (20 msec) and shifted by the time value ⁇ and thus can be synchronized. It is possible to compare the absolute measured values of the measuring signals 15, 16, irrespective of whether the signal was corrupted by internal wiring or other measuring interferences.
  • a possible time offset or time value ⁇ in the current response at the load by inductances and / or capacitances in the load or the supply line is thus compensated. Therefore, a time offset of the measurement signals 15, 16 can not lead to a triggering of the fuse function with a power interruption. In the opposite case, there is the possibility that an existing error is detected despite a time offset.

Abstract

The invention relates to a method for detecting an electrical fault (26) in an electrical network (17), wherein, in at least one measurement cycle, via an evaluation device (11), a respective first measurement signal (15) from a first measurement location (X) is received from a first measurement apparatus (12), and a second measurement signal (16) from a second measurement location (Y1) is received from a second measurement apparatus (12), wherein the first measurement location (X) and the second measurement location (Y1) are electrically coupled via the electrical network (17). According to the invention, a correlation signal (34) is generated by means of a predetermined correlation function (28) based on the first measurement signal (15) and the second measurement signal (16), and a correlation maximum (32) is determined in the correlation signal (34), and a predetermined detection routine (25) is configured by means of the correlation maximum (32), which tests and signals whether a predetermined fault criterion is fulfilled at said correlation maximum (32), and a fault signal is generated when the fault criterion is fulfilled.

Description

zum Detektieren eines Fehlers in einem elektrischen Netzwerk sowie Auswertevorrichtung, Messschaltung und Kraftfahrzeug  for detecting a fault in an electrical network and evaluation device, measuring circuit and motor vehicle
BESCHREIBUNG: DESCRIPTION:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren eines elektrischen Fehlers in einem elektrischen Netzwerk. Ein solcher Fehler kann zum Beispiel ein Lichtbogen oder ein elektrischer Kurzschluss zu einem Erdungspotential oder Massepotential sein. Der Fehler kann zum Beispiel aufgrund einer defekten Isolierung verursacht sein. Zu der Erfindung gehören auch eine digitale Auswertevorrichtung zum Durchführen des Verfahrens sowie eine Messschaltung mit der Auswertevorrichtung und ein Kraftfahrzeug mit der Messschaltung. The invention relates to a method for detecting an electrical fault in an electrical network. Such an error may be, for example, an arc or an electrical short to a ground potential or ground potential. The error may be caused, for example, by defective insulation. The invention also includes a digital evaluation device for carrying out the method as well as a measuring circuit with the evaluation device and a motor vehicle with the measuring circuit.
Unter einem elektrischen Netzwerk wird im Zusammenhang mit der Erfindung insbesondere ein Schaltkreis mit zumindest einer Stromquelle und zumindest einer Stromsenke verstanden. Eine Stromsenke ist hier ein elektrischer Verbraucher oder allgemein eine elektrische Last (kapazitive, induktive und/oder ohmsche Last). Die zumindest eine Stromquelle und die zumindest eine Stromsenke sind hierbei über zumindest ein elektrisches Leitungselement verschaltet, also z.B. über zumindest ein Kabel. Wird eines der Leitungselemente und/oder eine Stromsenke mechanisch beschädigt, so kann dies zu einem elektrischen Fehler führen, weil beispielsweise ein Teil des elektrischen Stroms einer Stromquelle über ein Erdungspotential des elektrischen Netzwerks abfließen kann. In the context of the invention, an electrical network is understood in particular as a circuit having at least one current source and at least one current sink. A current sink is here an electrical consumer or generally an electrical load (capacitive, inductive and / or ohmic load). The at least one current source and the at least one current sink are in this case interconnected via at least one electrical conduction element, thus e.g. over at least one cable. If one of the line elements and / or a current sink is mechanically damaged, this can lead to an electrical fault, because, for example, a part of the electrical current of a current source can flow away via a ground potential of the electrical network.
In bekannten Verfahren zur Fehlererkennung in einem elektrischen Netzwerk können elektrische Kenngrößen wie Strom und/oder Spannung auf Seiten einer Stromquelle einerseits und auf Seiten einer Stromsenke (Last) oder innerhalb eines zwischengeschalteten elektronischen Stromverteilers andererseits gemessen werden, um durch Vergleich der Amplitude an den beiden Messeorten rückzuschließen, ob ein Fehler oder eine Störung vorliegt. Es wird also aus einer ersten Messeinrichtung ein erstes Mess- Signal von einem ersten Messort (z.B. der Stromquelle) und aus einer zweiten Messeinrichtung ein zweites Messsignal von einem zweiten Messort (z.B. der Stromsenke) empfangen. Der erste Messort und der zweite Messort sind dabei elektrisch durch das elektrische Netzwerk gekoppelt. In known methods for fault detection in an electrical network, electrical parameters such as current and / or voltage can be measured on the one hand and on the side of a current sink (load) or within an intermediate electronic power distributor on the other hand, by comparing the amplitude at the two fair locations to conclude whether an error or a fault has occurred. Thus, a first measuring device becomes a first measuring device. Signal from a first location (eg the power source) and from a second measuring device receive a second measurement signal from a second location (eg the current sink). The first measuring location and the second measuring location are electrically coupled by the electrical network.
Ein elektrischer Fehler oder eine elektrische Störung kann dann durch Vergleich der beiden Messsignale erkannt werden, wenn zum Beispiel ein Spannungsabfall an der Stromsenke eintritt oder das Messsignal zum Beispiel aufgrund eines Lichtbogens ein vorbestimmtes Frequenzrauschen der elektrischen Kenngröße enthält. Verfahren dieser Art sind beispielsweise aus der DE 10 2014 1 1 1 416 A1 , DE 10 2013 022 284 A1 , DE 10 2013 207 775 A1 und der DE 10 2012 023 461 B3 bekannt. An electrical fault or an electrical fault can then be detected by comparing the two measuring signals, for example when a voltage drop occurs at the current sink or the measuring signal contains, for example due to an arc, a predetermined frequency noise of the electrical characteristic. Methods of this type are known, for example, from DE 10 2014 1 1 1 416 A1, DE 10 2013 022 284 A1, DE 10 2013 207 775 A1 and DE 10 2012 023 461 B3.
Bei den bekannten Verfahren wird aber davon ausgegangen, dass die Erzeugung der Messsignale und deren Übermittlung an die Auswertevorrichtung derart zeitsynchron erfolgt, dass angenommen werden kann, dass einzelne Amplitudenwerte oder Signalwerte der beiden Messsignale zeitlich zueinander passen, d.h. direkt miteinander verglichen werden können. Ein solcher Sachverhalt ist aber zum Beispiel bei Kraftfahrzeugen oder allgemein bei einer Übertragung von Messsignalen von unterschiedlichen Messorten hin zu einer Auswertevorrichtung nicht zwingend der Fall. Eine zur Übertra- gung genutzte Kommunikationseinrichtung kann z.B. eine Zuteilung von Sendezeiten für die einzelnen Messeinrichtungen in Abhängigkeit vom aktuellen Datenverkehr vorsehen, wodurch sich zufällige Übertragungslatenzen ergeben können. Zudem unterscheiden sich auch in einem fehlerfreien elektrischen Netzwerk die beiden Messsignale in Bezug auf ihre Amplitude und/oder ihren zeitlichen Verlauf, da zum Beispiel interne Induktivitäten und Kapazitäten des elektrischen Netzwerks als zusätzliche Energiespeicher oder Energiequellen wirken können. Mit anderen Worten kann ein Stromquellensignal, das durch das erste Messsignal am Messort der Stromquelle oder einer Stromverteilerschaltung beschrieben ist, bei der Übertragung über das elektrische Netzwerk aufgrund von dessen Übertragungsverhalten oder Übertragungscharakteristik verzerrt werden, sodass das zweite Messsignal am Messort einer Stromsenke oder einer Stromverteilerschaltung sich auch im fehlerfreien Fall vom ersten Messsignal unterscheidet. Um trotz dieses Übertragungsverhaltens oder dieser Übertragungscharakteristik der Leitungselemente des elektrischen Netzwerks eine eindeutige Zuordnung von korrespondierenden Messwerten der beiden Messsignale vornehmen zu können, müssen heutzutage die Kapazitäten und Induktivitäten des elektrischen Netzwerks bekannt sein, welche zu der Verfälschung der Strom-und Spannungsverläufe führen. Dies erfordert aber eine aufwändige Modellierung des elektrischen Verhaltens des elektrischen Netzwerks, das zudem zeitlich veränderlich ist, da Schaltvorgänge im elektrischen Netzwerk auch dessen Übertragungsverhalten verändern. Ein weiteres Problem ist die Auswahl des Messorts. Hier kann es Unterschiede in der elektrischen Innenbeschaltung zwischen alternativ verbauten elektrischen Komponenten geben, die ebenfalls einen Einfluss auf die Messsignale aufweisen. In the known methods, however, it is assumed that the generation of the measurement signals and their transmission to the evaluation device takes place in such a time-synchronized manner that it can be assumed that individual amplitude values or signal values of the two measurement signals match one another, ie can be compared directly with one another. However, such a situation is not necessarily the case for example with motor vehicles or generally with a transmission of measuring signals from different measuring locations to an evaluation device. A communication device used for the transmission can, for example, provide for an allocation of transmission times for the individual measuring devices as a function of the current data traffic, which may result in random transmission latencies. In addition, even in a fault-free electrical network, the two measurement signals differ with respect to their amplitude and / or their time course, since, for example, internal inductances and capacitances of the electrical network can act as additional energy stores or energy sources. In other words, a power source signal described by the first measurement signal at the measurement location of the power source or a power distribution circuit may be distorted upon transmission via the electrical network due to its transmission behavior or transmission characteristic, so that the second measurement signal at the measurement location of a current sink or a power distribution circuit even in the error-free case of the first measurement signal. In order to make an unambiguous assignment of corresponding measured values of the two measurement signals despite this transmission behavior or this transmission characteristic of the line elements of the electrical network, nowadays the capacitances and inductances of the electrical network must be known, which lead to the falsification of the current and voltage characteristics. However, this requires a complex modeling of the electrical behavior of the electrical network, which is also temporally variable, since switching operations in the electrical network also change its transmission behavior. Another problem is the choice of the location. Here there may be differences in the internal electrical wiring between alternatively installed electrical components, which also have an influence on the measurement signals.
Eine sichere Erkennung eines Fehlers in einem elektrischen Netzwerk, zum Beispiel eines Leitungsfehlers, kann deshalb auf Basis eines reinen Vergleichs zweier Messsignale, die an unterschiedlichen Messorten erfasst wurden (im beschriebenen Beispiel an einer Stromquelle und an einer Stromsenke oder einer Stromverteilerschaltung), nicht eindeutig erfolgen, ohne dass zusätzliche Informationen, wie der Schaltplan des Netzwerks und die Lage der Messorte, sowie eine determinierte Datenübertragung der Messsignale zu der Auswertevorrichtung sichergestellt werden. Dies macht die Fehlererkennung technisch aufwendig. A reliable detection of a fault in an electrical network, for example a line fault, can therefore not be made unambiguously on the basis of a pure comparison of two measuring signals which were detected at different measuring locations (in the described example at a current source and at a current sink or a current distributor circuit) Without additional information, such as the circuit diagram of the network and the location of the measuring locations, as well as a deterministic data transmission of the measuring signals are ensured to the evaluation device. This makes the error detection technically complicated.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem elektrischen Netzwerk, insbesondere einem elektrischen Netzwerk eines Kraftfahrzeugs, einen elektrischen Fehler zu detektieren. The invention is based, to detect an electrical fault in an electrical network, in particular an electrical network of a motor vehicle, the task.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben. The object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous developments of the invention are described by the dependent claims, the following description and the figures.
Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Detektieren eines elektrischen Fehlers in einem elektrischen Netzwerk bereitgestellt. Das Verfahren kann durch eine Auswertevorrichtung ausgeführt oder durchgeführt werden. Das Verfahren kann einen Messzyk- lus oder mehrere, zeitlich aufeinanderfolgende Messzyklen umfassen. In jedem Messzyklus wird jeweils aus einer ersten Messeinrichtung ein erstes Messsignal von einem ersten Messort (zum Beispiel der besagten Stromquelle oder einer Stromverteilerschaltung) und aus einer zweiten Messeinrichtung ein zweites Messsignal von einem zweiten Messort (zum Beispiel einer Stromsenke oder elektrischen Last des Netzwerks oder einer Stromverteilerschaltung) empfangen. Der ersten Messort und der zweite Messort sind elektrisch durch das elektrische Netzwerk gekoppelt. Da die Auswertevorrichtung die Messsignale von unterschiedlichen Messorten empfängt, ist nicht garantiert oder sichergestellt, dass die Messsignale zeitsynchron sind. Sie können zeitlich gegeneinander verschoben sein. Des Weiteren befindet sich zwischen den Messorten zumindest ein Teil des elektrischen Netzwerks, sodass dessen Übertragungscharakteristik (verursacht durch zumindest eine Induktivität und/oder zumindest eine Kapazität und/oder zumindest einen ohmschen Widerstand) zwischen den Messorten wirkt. The invention provides a method for detecting an electrical fault in an electrical network. The method can be carried out or carried out by an evaluation device. The method may include a measurement cycle lus or multiple, successive measuring cycles include. In each measurement cycle, a first measurement signal from a first measurement device (for example, the said current source or a power distribution circuit) and from a second measurement device a second measurement signal from a second measurement location (for example, a current sink or electrical load of the network or a Power distribution circuit) received. The first measuring location and the second measuring location are electrically coupled by the electrical network. Since the evaluation device receives the measurement signals from different measurement locations, it is not guaranteed or ensured that the measurement signals are time-synchronized. They can be shifted in time against each other. Furthermore, at least part of the electrical network is located between the measuring locations, so that its transmission characteristic (caused by at least one inductance and / or at least one capacitance and / or at least one ohmic resistance) acts between the measuring locations.
Um die Messsignale zuverlässig oder aussagekräftig vergleichen zu können, wird deshalb erfindungsgemäß auf der Grundlage des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals mittels einer vorbestimmten Korrelationsfunktion ein Korrelationssignal erzeugt. In dem Korrelationssignal wird dann ein Korrelationsmaximum ermittelt. Das Korrelationsmaximum stellt den größten Amplitudenwert oder Signalwert des Korrelationssignals dar. Durch das Korrelationsmaximum können zwei Aspekte beschrieben sein, nämlich zum einen ein Zeitwert des Korrelationsmaximums, also die relative zeitliche Verschiebung der Messsignale zueinander, und zum anderen ein Korrelationswert des Korrelationsmaximums, also der besagte Amplitudenwert oder Signalwert des Korrelationssignals im Korrelationsmaximum. Der Korrelationswert ist ein Maß für die Ähnlichkeit der Messsignale. Der Zeitwert ist also die Abszisse (X-Koordinate) des Korrelationssignals im Korrelationsmaximum. Der Korrelationswert ist die Ordinate (Y- Koordinate) des Korrelationssignals im Korrelationsmaximum. In order to be able to compare the measurement signals reliably or meaningfully, a correlation signal is therefore generated on the basis of the first measurement signal and the second measurement signal by means of a predetermined correlation function. In the correlation signal, a correlation maximum is then determined. The correlation maximum represents the greatest amplitude value or signal value of the correlation signal. Two aspects can be described by the correlation maximum, namely a time value of the correlation maximum, ie the relative temporal displacement of the measurement signals relative to one another, and secondly a correlation value of the correlation maximum, ie the said amplitude value or signal value of the correlation signal in the correlation maximum. The correlation value is a measure of the similarity of the measurement signals. The time value is thus the abscissa (X-coordinate) of the correlation signal in the correlation maximum. The correlation value is the ordinate (Y coordinate) of the correlation signal in the correlation maximum.
Zum Detektieren eines elektrischen Fehlers wird eine vorbestimmte Detektionsroutine durchgeführt oder betrieben. Sie wird aber mittels des Korrelationsmaximums ange- passt. Mit anderen Worten wird also mittels des Korrelationsmaximums die Detektionsroutine parametriert oder betrieben oder konfiguriert. Die Detektionsroutine prüft und signalisiert, ob bei gegebenem Korrelationsmaximum ein vorbestimmtes Fehlerkriterium erfüllt ist. Bei erfülltem Fehlerkriterium wird ein Fehlersignal erzeugt. To detect an electrical fault, a predetermined detection routine is performed or operated. However, it is adjusted by means of the correlation maximum. In other words, the detection routine is thus parameterized or operated or configured by means of the correlation maximum. The detection routine checks and signals whether a predetermined error criterion is met for a given correlation maximum. If the error criterion is met, an error signal is generated.
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass die Fehlererkennung trotz leitungsge- bundener Signalverzerrungen und/oder zeitlichen Verzögerungen und/oder ohne Information über die elektrischen Schaltungselemente, die zwischen den beiden Messorten wirksam sind (Induktivität und/oder Kapazität und/oder ohmscher Widerstand) durchgeführt werden kann und dennoch die Fehlererkennung robust gegen einen in dem zweiten Messsignal enthaltenen relativen Zeitversatz bezüglich dem ersten Messsignals und/oder robust gegen eine Signalverzerrung gestaltet ist. Hierzu kann mittels der Korrelationsfunktion und dem damit ermittelten Korrelationsmaximum zum einen eine Information darüber ermittelt werden, wie weit die beiden Messsignale zeitlich gegeneinander relativ verschoben werden müssen, um die größtmögliche Übereinstimmung der beiden Messsignale zu erzielen (Zeitwert des Korrelationsmaxi- mums). Zum anderen kann durch den Korrelationswert des Korrelationsmaximums ein Maß dafür bereitgestellt werden, wie groß die maximal mögliche Übereinstimmung der beiden Messsignale überhaupt ist. Somit kann also die Detektionsroutine mittels des Korrelationsmaximums angepasst werden, um den Einfluss einer zeitlichen Verzögerung des elektrischen Netzwerks und/oder der Kommunikationseinrichtung für die Messsignal und/oder eine Signalverzerrung des elektrischen Netzwerks zu kompensieren. The invention provides the advantage that the error detection despite line-bound signal distortions and / or time delays and / or without information about the electrical circuit elements that are effective between the two locations (inductance and / or capacitance and / or resistive) can be performed and yet the fault detection is robust against a contained in the second measurement signal relative time offset with respect to the first measurement signal and / or designed robustly against signal distortion. For this purpose, by means of the correlation function and the correlation maximum thus determined, information can be determined on how far the two measurement signals have to be relatively shifted in time relative to one another in order to achieve the greatest possible coincidence of the two measurement signals (time value of the correlation maximum). On the other hand, the correlation value of the correlation maximum can be used to provide a measure of how great the maximum possible coincidence of the two measurement signals is at all. Thus, therefore, the detection routine can be adjusted by means of the correlation maximum to compensate for the influence of a time delay of the electrical network and / or the communication device for the measurement signal and / or signal distortion of the electrical network.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben. The invention also includes refinements, resulting in additional benefits.
Die Detektionsroutine kann eine oder mehrere der folgenden Auswertungen enthalten oder umfassen. The detection routine may include or include one or more of the following evaluations.
Die Detektionsroutine kann umfassen, dass das erste Messsignal und das zweite Messsignal zeitlich relativ zueinander oder gegeneinander verschoben werden und die zeitliche Verschiebung in Abhängigkeit von dem Zeitwert des Korrelationsmaximums eingestellt wird. Auf die zueinander verschobenen Messsignale wird dann eine vorbestimmte Vergleichsfunktion angewendet. Das von der Detektionsroutine überprüfte Fehlerkriterium umfasst in diesem Fall, dass die Vergleichsfunktion einen Ähnlichkeitswert kleiner als eine vorbestimmte Mindestähnlichkeit signalisiert. Die Vergleichsfunktion kann zum Beispiel einen Vergleich von zeitlich korrespondierenden Signalamplituden der zueinander verschobenen Messsignale vorsehen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine Signalenergie von zeitlich korrespondierenden Zeitabschnitten der Messesignale verglichen werden. Der Vergleich kann als Differenz oder als Quotient ermittelt werden. Diese Möglichkeiten des Vergleichs sind hier aber nur beispielhaft angegeben. Zum Vergleichen zweier Messsignale kann jede aus dem Stand der Technik bekannte Vergleichsfunktion vorgesehen werden. Durch die Weiterbildung ergibt sich hierbei nun aber der Vorteil, dass die zueinander zeitlich verschobenen Messersignale direkt miteinander verglichen werden können, da durch das Verschieben der Einfluss einer zeitlichen Verzögerung kompensiert ist. The detection routine may include that the first measurement signal and the second measurement signal are shifted in time relative to each other or against each other and the time shift is adjusted in dependence on the time value of the correlation maximum. A predetermined comparison function is then applied to the measured signals shifted to each other. That checked by the detection routine Error criterion in this case comprises that the comparison function signals a similarity value smaller than a predetermined minimum similarity. The comparison function can for example provide for a comparison of temporally corresponding signal amplitudes of the mutually shifted measurement signals. Additionally or alternatively, a signal energy of time-corresponding time intervals of the measurement signals can be compared. The comparison can be determined as a difference or a quotient. These possibilities of comparison are given here by way of example only. For comparing two measurement signals, any comparison function known from the prior art can be provided. However, the further development hereby yields the advantage that the knife signals which are shifted in time relative to one another can be compared directly with one another, since the influence of a time delay is compensated by the displacement.
Ein Fehler in einem elektrischen Netzwerk kann durch die Detektionsroutine aber auch direkt anhand des Korrelationssignals selbst erkannt werden. Die Detektionsroutine kann hierzu zusätzlich oder alternativ zu der beschriebenen Auswertung umfassen, dass ein Unterschied zwischen dem Amplitudenwert oder Korrelationswert des Korrelationsmaximums und einem Referenzwert ermittelt wird und das Fehlerkriterium umfasst, dass der Unterschied größer als ein vorbestimmter Mindestunterschied ist. Der Unter- schied kann relativ (zum Beispiel als Quotient) oder absolut (zum Beispiel als Differenz) ermittelt werden. Diese Weiterbildung weist den Vorteil auf, dass ohne Auswertung der Messsignale selbst direkt aus dem Korrelationsmaximum erkannt wird, ob das Fehlerkriterium erfüllt ist. Dafür ist allerdings ein geeigneter Referenzwert für den Korrelationswert nötig. Der Referenzwert wird bevorzugt vor dem zumindest einen Messzyklus initialisiert. Hierdurch erfolgt eine Anpassung des Referenzwerts an die aktuelle Messsituation, also z.B. an den aktuellen Betriebszustand des elektrischen Netzwerks. Die Anpassung wird durch eine zusätzliche Messung erreicht, die hier zur besseren Unterscheidung als Kalibriermessung bezeichnet ist. Die Messsignale sind entsprechend Kalibriermesssignale. Aus der ersten Messeinrichtung wird somit ein erstes Kalibriermesssignal und aus der zweiten Messeinrichtung ein zweites Kalibriermesssignal empfangen. Mittels der Korrelationsfunktion wird aus den beiden Kalibriermesssignalen ein Kalibrierkorrelati- onssignal ermittelt. Der Referenzwert wird dann in Abhängigkeit von dem Korrelationsmaximum des Kalibrierkorrelationssignals ermittelt oder eingestellt. Beispielsweise kann der Korrelationswert des Korrelationsmaximums des Kalibrierkorrelationssignals als Referenzwert verwendet oder initialisiert werden. Es kann aber bei dem Korrelations- wert beispielsweise auch eine Skalierung oder ein Toleranzwert berücksichtigt oder angewendet werden, um einen Fehlalarm zu vermeiden, wenn in einem darauffolgenden Messzyklus ein Korrelationswert von dem Referenzwert abweichen sollte. An error in an electrical network can be detected by the detection routine, but also directly on the basis of the correlation signal itself. For this purpose, the detection routine may additionally or alternatively comprise the described evaluation that a difference between the amplitude value or correlation value of the correlation maximum and a reference value is determined and the error criterion comprises that the difference is greater than a predetermined minimum difference. The difference can be determined relatively (for example as a quotient) or absolutely (for example as a difference). This refinement has the advantage that, without evaluation of the measurement signals themselves, it is recognized directly from the correlation maximum whether the error criterion is satisfied. However, this requires a suitable reference value for the correlation value. The reference value is preferably initialized before the at least one measurement cycle. This results in an adaptation of the reference value to the current measurement situation, that is, for example, to the current operating state of the electrical network. The adaptation is achieved by an additional measurement, which is designated here for better distinction as a calibration measurement. The measuring signals are corresponding to calibration measuring signals. From the first measuring device thus a first Kalibriermesssignal and from the second measuring device, a second Kalibriermesssignal is received. By means of the correlation function, a calibration correlation is calculated from the two calibration measurement signals. onssignal determined. The reference value is then determined or set as a function of the correlation maximum of the calibration correlation signal. For example, the correlation value of the correlation maximum of the calibration correlation signal can be used or initialized as a reference value. However, for example, a scaling or a tolerance value may also be taken into account or applied to the correlation value in order to avoid a false alarm if, in a subsequent measurement cycle, a correlation value should deviate from the reference value.
Wie bereits ausgeführt, ist das elektrische Verhalten des elektrischen Netzwerks zeitabhängig, da beispielsweise durch Schaltvorgänge im elektrischen Netzwerk auch dessen Übertragungscharakteristik variiert oder sich verändert. Der Referenzwert wird deshalb bevorzugt in dem jeweiligen Messzyklus in Abhängigkeit von dem jeweiligen Korrelationswert des ermittelten aktuellen Korrelationsmaximums adaptiert. Das aktuelle Korrelationsmaximum ist dabei dasjenige, welches in dem Korrelationssignal des aktuellen Messzyklus ermittelt wird. Der Referenzwert wird aber nur dann in Abhängigkeit von diesem Korrelationswert adaptiert, falls das Fehlerkriterium unerfüllt bleibt, also auf Fehlerfreiheit erkannt wird. As already stated, the electrical behavior of the electrical network is time-dependent, since its transmission characteristic also varies or changes, for example, due to switching operations in the electrical network. The reference value is therefore preferably adapted in the respective measurement cycle as a function of the respective correlation value of the ascertained current correlation maximum. The current correlation maximum is that which is determined in the correlation signal of the current measurement cycle. However, the reference value is only adapted as a function of this correlation value if the error criterion remains unfulfilled, that is, if it is detected for freedom from errors.
Der Referenzwert kann beispielsweise auf den neuen, aktuellen Korrelationswert des Korrelationssignals eingestellt werden. Alternativ dazu kann ein Mittelwert oder ein gewichteter Mittelwert aus dem aktuellen Korrelationswert und einer vorbestimmten Anzahl an vorangegangenen Korrelationswerten gebildet oder berechnet werden. Es kann auch eine rekursive Mittelung vorgesehen sein, um den aktuellen Korrelationswert mit dem bis dahin aktuellen Referenzwert zu einem neuen Referenzwert zu verrechnen. Die Weiterbildung weist den Vorteil auf, dass der Referenzwert an das aktuelle elektrische Verhalten des elektrischen Netzwerks angepasst wird. Dies ist über mehrere Messzyklen hinweg möglich. The reference value can be set, for example, to the new, current correlation value of the correlation signal. Alternatively, an average or weighted average may be formed or calculated from the current correlation value and a predetermined number of previous correlation values. A recursive averaging can also be provided in order to offset the current correlation value with the hitherto current reference value to a new reference value. The development has the advantage that the reference value is adapted to the current electrical behavior of the electrical network. This is possible over several measuring cycles.
Selbst wenn das Fehlerkriterium unerfüllt bleibt, also auf Fehlerfreiheit erkannt wird, sollte der Referenzwert aber nicht mit jedem Korrelationsmaximum verändert werden. Dies könnte nämlich dazu führen, dass bei einer zeitlichen Degradation des Netzwerks, also einem sich über eine Vielzahl von Messzyklen hinweg graduell ausbildenden elektrischen Fehler, der Referenzwert schrittweise an den Fehler angepasst wird und sich dann kein Hinweis mehr auf den Fehler ergibt. Der Referenzwert wird deshalb bevorzugt nur dann mittels des jeweiligen Korrelationsmaximums des aktuellen Messzyklus angepasst oder verändert, falls in einem Messzyklus der Korrelationswert des aktuellen Korrelationsmaximums größer als ein vorbestimmter Sicherheitswert ist. Dieser Sicherheitswert kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Ausgestaltung des elektrischen Netzwerks ermittelt werden. Ein Beispiel für einen Sicherheitswert ist 0,3, falls eine normierte Korrelationsfunktion verwendet wird. Zum Festlegen eines Sicherheitswerts können in einem Prototypen zum Beispiel Messungen bei unterschiedlichen Schaltzuständen des elektrischen Netzwerks durchgeführt werden, um zu erkennen, inwieweit der Korrelationswert des Korrelationsmaximums sich bei fehlerfreiem elektrischen Netzwerk verändern oder variieren kann. Daraus kann der Sicherheitswert als untere Grenze festgelegt werden. Even if the error criterion remains unfulfilled, ie recognized for freedom from errors, the reference value should not be changed with each correlation maximum. This could lead to the fact that with a temporal degradation of the network, so over a plurality of measurement cycles away gradually forming electrical errors, the reference value is gradually adjusted to the error, and then there is no indication of the error. The reference value is therefore preferably adjusted or changed only by means of the respective correlation maximum of the current measurement cycle if, in a measurement cycle, the correlation value of the current correlation maximum is greater than a predetermined safety value. This safety value can be determined, for example, as a function of the design of the electrical network. An example of a safety value is 0.3 if a normalized correlation function is used. For example, in order to establish a safety value, prototypes can be used to perform measurements at different switching states of the electrical network, in order to detect the extent to which the correlation value of the correlation maximum can change or vary with an error-free electrical network. From this, the safety value can be set as the lower limit.
Die beiden beschriebenen Messsignale lassen sich aber nicht in jedem Betriebszustand des elektrischen Netzwerks aussagekräftig miteinander vergleichen. Sind beispielsweise mehrere Stromquellen im Netzwerk aktiv, so kann an einer Stromsenke (elektrische Last) ein Strom erzeugt oder beobachtet werden, der nicht an dem ersten Messort (z.B. einer Stromquelle) erfasst worden ist, weil er aus einer anderen Stromquelle stammt. Die Messsignale haben dann keinen Bezug zueinander. Entsprechend ist bevorzugt vorgesehen, dass das jeweilige Korrelationsmaximum in einem Messzyklus nur verwendet wird, falls das Korrelationsmaximum einen Korrelationswert aufweist, der größer als ein vorbestimmter Zuverlässigkeitswert ist. Ein Beispiel für einen Zuverlässigkeitswert ist 0,15, falls eine normierte Korrelationsfunktion verwendet wird. Ist der Korrelationswert kleiner als der Zuverlässigkeitswert, so können die beiden Messsignale nicht für die Fehlerdetektion verwendet werden. However, the two measured signals described can not be comparatively compared in every operating state of the electrical network. For example, if multiple power sources are active in the network, a current that has not been detected at the first measurement location (e.g., a power source) may be generated or observed at a sink (electrical load) because it is from a different power source. The measuring signals then have no relation to each other. Accordingly, it is preferably provided that the respective correlation maximum in a measurement cycle is only used if the correlation maximum has a correlation value which is greater than a predetermined reliability value. An example of a reliability value is 0.15 if a normalized correlation function is used. If the correlation value is smaller than the reliability value, the two measurement signals can not be used for the error detection.
Eine Weiterbildung nutzt das Korrelationssignal, um sogar auf den Fehlertyp rück- schließen zu können. Für den Fall, dass das Fehlerkriterium erfüllt ist, falls also ein Fehler oder eine Störung in dem elektrischen Netzwerk durch die Detektionsroutine erkannt wird, wird aus dem Korrelationsmaximum selbst und/oder aus einem zeitlichen Verlauf des Korrelationssignals mittels einer vorbestimmten Zuordnungsfunktion ein Fehlertyp aus mehreren vorbestimmten Fehlertypen ausgewählt oder ermittelt und dieser ausgewählte Fehlertyp signalisiert. Es erfolgt also eine Erkennung der Störungs- art oder Fehlerart. Es können mehrere Fehlertypen vorgegeben oder aufgelistet oder katalogisiert sein. Die Zuordnungsfunktion ordnet dann das aktuelle Korrelationsmaximum und/oder den zeitlichen Verlauf des Korrelationssignals einem dieser Fehlertypen zu. Die Zuordnungsfunktion kann beispielsweise mittels einer Tabelle realisiert sein. Die Zuordnungsfunktion kann beispielsweise mehrere Werteintervalle und/oder Signalverlaufsmuster vorsehen, welchen jeweils einer der Fehlertypen zugeordnet ist. Die Zuordnungsfunktion kann dann prüfen, in welchem der Werteintervalle der aktuelle Korrelationswert und/oder der aktuelle Zeitwert des Korrelationsmaximums liegt und somit den zugeordneten Fehlertyp ermitteln. A further training uses the correlation signal in order to even be able to draw conclusions about the type of error. In the event that the error criterion is met, that is, if an error or a fault in the electrical network detected by the detection routine, from the correlation maximum itself and / or from a time course of the correlation signal by means of a predetermined assignment function, an error type of several predetermined Error types selected or determined and this selected error type is signaled. So there is a detection of the fault type or error type. Several types of errors can be specified or listed or cataloged. The assignment function then assigns the current correlation maximum and / or the temporal course of the correlation signal to one of these error types. The assignment function can be realized for example by means of a table. For example, the mapping function may provide multiple value intervals and / or waveform patterns associated with each of the error types. The assignment function can then check in which of the value intervals the current correlation value and / or the current time value of the correlation maximum lies and thus determine the assigned error type.
Die besagte Korrelationsfunktion erzeugt bevorzugt die besagte normierte Korrelation, welche für identische Messsignale ein Korrelationsmaximum mit einem Korrelationswert von 1 erzeugt. Eine solche normierte Korrelationsfunktion ist an sich aus dem Stand der Technik verfügbar. Die normierte Korrelation weist den Vorteil auf, dass ein in dem elektrischen Netzwerk verwendeter Spannungspegel und/oder ein absoluter Stromstärkewert keinen Einfluss auf das Korrelationssignal hat. Said correlation function preferably generates said normalized correlation, which generates a correlation maximum with a correlation value of 1 for identical measurement signals. Such a normalized correlation function is in itself available from the prior art. The normalized correlation has the advantage that a voltage level used in the electrical network and / or an absolute current value has no influence on the correlation signal.
Bei dem ersten Messsignal und/oder dem zweiten Messsignal kann es sich jeweils um einen Zeitverlauf einer elektrischen Spannung und/oder eines elektrischen Stroms und/oder eine elektrischen Leistung an dem jeweiligen Messort handeln. Ein Messsignal kann also einen einzelnen Zeitverlauf oder eine Kombination aus mehreren Zeitverläufen (zum Beispiel Strom und Spannung) umfassen. The first measurement signal and / or the second measurement signal may each be a time profile of an electrical voltage and / or an electrical current and / or an electrical power at the respective measurement location. A measurement signal can therefore comprise a single time profile or a combination of several time profiles (for example, current and voltage).
Mittels der Auswertevorrichtung, welche die Detektionsroutine durchführt, kann zum Beispiel eine Notabschaltung in dem Netzwerk ausgelöst oder gesteuert werden. Hierzu wird gemäß einer Weiterbildung in Abhängigkeit von dem Fehlersignal ein Schaltelement zum Unterbrechen eines elektrischen Stroms in dem elektrischen Netzwerk angesteuert. Um hierbei nicht das gesamte elektrische Netzwerk stilllegen zu müssen, kann vorgesehen sein, dass das Schaltelement einer Stromverteilerschaltung angesteuert wird, wobei das Schaltelement aus einer Vielzahl von Schaltelementen der Stromverteilerschaltung in Abhängigkeit von zumindest einem der Messorte ausgewählt wird. Je nachdem, an welchem Messort die Störung oder der Fehler erkannt wird, wird also ein zugehöriges Schaltelement ausgewählt und angesteuert. Durch das Ansteuern eines Schaltelements kann dieses elektrisch sperrend geschaltet werden. Ein Schaltelement kann hierzu zum Beispiel ein mechanischen Schalter (zum Beispiel ein Relais) und/oder einen elektronischen Schalter (zum Beispiel einen Transistor) umfassen. Indem nicht alle Schaltelemente der Stromverteilerschaltung elektrisch sperrend geschaltet werden, können elektrische Verbraucher, die über die übrigen Schaltelemente mit einer Stromquelle vorgeschaltet sind, weiter betrieben oder mit Strom versorgt werden. Zum Durchführen des Verfahrens ist die besagte Auswertevorrichtung bereitgestellt. Diese weist eine Prozessoreinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die beschriebene Detektions- routine kann beispielsweise ein Programmmodul der Prozessoreinrichtung sein. Allgemein kann die Prozessoreinrichtung einem Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein. By means of the evaluation device, which performs the detection routine, for example, an emergency shutdown in the network can be triggered or controlled. For this purpose, a switching element for interrupting an electrical current in the electrical network is driven in accordance with a further development in response to the error signal. In order not to shut down the entire electrical network, it may be provided that the switching element of a power distribution circuit is driven, wherein the switching element is selected from a plurality of switching elements of the power distribution circuit in dependence on at least one of the measurement locations. ever After, at which location the fault or fault is detected, so an associated switching element is selected and controlled. By driving a switching element, this can be switched electrically blocking. A switching element may for this purpose comprise, for example, a mechanical switch (for example a relay) and / or an electronic switch (for example a transistor). By not all switching elements of the power distribution circuit are switched electrically blocking, electrical consumers that are connected upstream of the other switching elements with a power source, continue to be powered or supplied with power. To carry out the method, the said evaluation device is provided. This has a processor device which is set up to carry out an embodiment of the method according to the invention. The described detection routine can be, for example, a program module of the processor device. In general, the processor device can have a program code which is set up to execute the embodiment of the method according to the invention when executed by the processor device. The program code may be stored in a data memory of the processor device.
Zu der Erfindung gehört auch die vollständige Messschaltung mit der Auswertevorrich- tung und mit der ersten Messeinrichtung und der zweiten Messeinrichtung zum jeweiligen Erzeugen des besagten Messsignals an einem Messort in einem elektrischen Netzwerk. Die Messschaltung weist des Weiteren die beschriebene Kommunikationseinrichtung zum Übertragen jedes Messsignals zu der Auswertevorrichtung auf. Eine Messeinrichtung kann zum Beispiel einen Shunt-Widerstand umfassen. Es kann allgemein eine aus dem Stand der Technik bekannte Messeinrichtung verwendet werden. Die Kommunikationseinrichtung kann beispielsweise auf der Grundlage eines Ethernet und/oder eines Datenbus gebildet sein. Ein Beispiel für einen Datenbus ist ein CAN-Bus (CAN - Controller Area Network). Die Messeinrichtung kann zumindest einen Analog-Digital-Wandler umfassen, um ein analoges Messsignal in ein digitales Mess- Signal umzuwandeln. The invention also includes the complete measuring circuit with the evaluation device and with the first measuring device and the second measuring device for respectively generating said measuring signal at a measuring location in an electrical network. The measuring circuit furthermore has the described communication device for transmitting each measuring signal to the evaluation device. For example, a measuring device may include a shunt resistor. In general, a measuring device known from the prior art can be used. The communication device can be formed, for example, on the basis of an Ethernet and / or a data bus. An example of a data bus is a CAN (Controller Area Network) bus. The measuring device may comprise at least one analog-to-digital converter in order to convert an analog measuring signal into a digital measuring signal.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Detektieren eines Fehlers in einem Kraftfahrzeug. Entsprechend ist durch die Erfindung auch ein Kraft- fahrzeug mit einem elektrischen Netzwerk bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messschaltung auf. Das elektrische Netzwerk kann zum Beispiel ein elektrisches Bordnetz des Kraftfahrzeugs sein. Eine Nennspannung des elektrischen Netzwerks kann beispielsweise in einem Bereich von 10 V bis 16 V oder 40 V bis 60 V größer als 60 V („Hochvolt") liegen. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, ausgestaltet. The method according to the invention is particularly suitable for detecting a fault in a motor vehicle. Accordingly, the invention also provides a force vehicle provided with an electrical network. The motor vehicle according to the invention has an embodiment of the measuring circuit according to the invention. The electrical network may be, for example, an electrical system of the motor vehicle. A nominal voltage of the electrical network can be, for example, greater than 60 V ("high-voltage") in a range from 10 V to 16 V or 40 V to 60 V. The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt: In the following, embodiments of the invention are described. This shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messschaltung; Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of the measuring circuit according to the invention;
Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Detektionsroutine einer Auswertevorrichtung der Messschaltung von Fig. 1 ; FIG. 2 shows a diagram for illustrating a detection routine of an evaluation device of the measurement circuit of FIG. 1; FIG.
Fig. 3 ein Diagramm mit schematisierten Verläufen von Messsignalen; 3 shows a diagram with schematic progressions of measuring signals;
Fig. 4 ein Diagramm mit schematisierten Verläufen von Korrelationssignalen, die auf der Grundalge der Messsignale von Fig. 3 gebildet worden sind; Fig. 4 is a diagram showing schematic waveforms of correlation signals formed on the basis of the measurement signals of Fig. 3;
Fig. 5 ein Diagramm mit schematisierten Verläufen von weiteren Messsignalen; und 5 shows a diagram with schematic progressions of further measuring signals; and
Fig. 6 ein Diagramm mit schematisierten Verläufen von Korrelationssignalen, die auf Grundlage der Messsignale von Fig. 5 gebildet worden sind. FIG. 6 is a diagram showing schematic waveforms of correlation signals formed on the basis of the measurement signals of FIG. 5. FIG.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar. The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention, which are to be considered independently of one another, which each further develop the invention independently of one another and thus also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. In the figures, functionally identical elements are each provided with the same reference numerals.
Fig. 1 zeigt eine Messschaltung 10, mit einer Auswertevorrichtung 1 1 , einer ersten Messeinrichtung 12, einer zweiten Messeinrichtung 13 und einer Kommunikationseinrichtung 14, über welche die Messeinrichtungen 12, 13 mit der Auswertevorrichtung 1 1 zum Übertragen eines jeweiligen Messsignals 15, 16 gekoppelt sein können. Die Auswertevorrichtung 1 1 kann zum Beispiel auf der Grundlage einer Prozessoreinrichtung μθ (z.B. ein MikroController) gebildet sein. Die Messeinrichtungen 12, 13 können an ein elektrisches Netzwerk 17 angeschlossen sein, von dem in Fig. 1 eine Stromquelle 18, eine elektrisches Leitungselement 19, ein elektrischer Stromverteiler (Stromverteilerschaltung 20), ein elektrischer Verbraucher 21 und ein Massepotential 22 dargestellt sind. Die Kommunikationseinrichtung 14 kann z.B. ein Ethernet und/oder einen CAN-Bus umfassen. Die Stromquelle 18 kann zum Beispiel einen elektrischen Generator und/oder eine elektrische Batterie umfassen. Der elektrische Verbraucher 21 repräsentiert eine Stromsenke und z.B. ein Steuergerät sein. Das elektrische Netzwerk 17 und die Messschaltung 10 können beispielsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein. Das Netzwerk 17 kann z.B. ein elektrisches Bordnetz des Kraftfahrzeugs sein. Die Grenzen zwischen den genannten Elementen sind in Fig. 1 durch Anschlüsse oder Konnektoren CON verdeutlicht. Die Stromverteilerschaltung 20 kann zumindest ein elektrisches Schaltelement 23 (elektrischer Schalter, z.B. Relais oder Transistor) aufweisen, mittels welchem die Auswertevorrichtung 1 1 einen elektrischen Strom I in dem Leitungselement 19 durch Schalten des Schaltelements 23 unterbrechen kann. Die Auswertevorrichtung 1 1 kann das Schaltelement 23 mittels eines Schaltsignals 24 schalten, das die Auswertevorrich- tung 1 1 in Abhängigkeit von einem Fehlersignal erzeugen kann, das durch eine Detektionsroutine 25 der Auswertevorrichtung 1 1 erzeugt werden kann, falls ein elektrischer Fehler 26, zum Beispiel eine Leitungsunterbrechung des Leitungselements 19, erkannt oder detektiert wird. Zum Detektieren des Fehlers 26 kann die Messeinrichtung 12 an einem Messort X an das Netzwerk 17 angeschlossen sein und die Messeinrichtung 13 an einem Messort Y1 . Zwischen den beiden Messeinrichtungen 12, 13 wirkt hierdurch eine Übertragungs- Charakteristik des Leitungselements 19 aufgrund von dessen Leitungsbelag 27. Der Leitungsbelag kann einen kapazitiven und/oder induktiven und/oder ohmschen Anteil aufweisen, wie dies in Fig. 1 symbolisiert ist. Durch die Übertragungscharakteristik unterscheiden sich die Messsignale 15, 16 selbst im fehlerfreien Übertragungsfall. Auch eine Veränderung des Messort Y1 der Messeinrichtung 13 zu einem Messort Y2 führt bei sonst gleichen elektrischen Verhältnissen zu einer Veränderung des Messsignals 16 aufgrund der zwischen den Messeinrichtungen 12, 13 dann zusätzlich befindlichen Induktivität L, dem Widerstand R und/oder der Kapazität C. Auch das Übertragen der Messsignale 15, 16 über die Kommunikationseinrichtung 14 kann die Messsignale 15, 16 zeitlich gegeneinander verschieben. 1 shows a measuring circuit 10 with an evaluation device 11, a first measuring device 12, a second measuring device 13 and a communication device 14, via which the measuring devices 12, 13 are coupled to the evaluation device 11 for transmitting a respective measuring signal 15, 16 can. The evaluation device 1 1 may be formed, for example, on the basis of a processor device μθ (eg a microcontroller). The measuring devices 12, 13 may be connected to an electrical network 17, of which in FIG. 1, a current source 18, an electrical line element 19, an electrical power distributor (power distribution circuit 20), an electrical load 21 and a ground potential 22 are shown. The communication device 14 may include, for example, an Ethernet and / or a CAN bus. The power source 18 may include, for example, an electric generator and / or an electric battery. The electrical load 21 represents a current sink and, for example, be a control unit. The electrical network 17 and the measuring circuit 10 may be arranged, for example, in a motor vehicle. The network 17 may be, for example, an electrical system of the motor vehicle. The boundaries between the mentioned elements are illustrated in FIG. 1 by connections or connectors CON. The power distribution circuit 20 may comprise at least one electrical switching element 23 (electrical switch, eg relay or transistor), by means of which the evaluation device 1 1 can interrupt an electric current I in the line element 19 by switching the switching element 23. The evaluation device 11 can switch the switching element 23 by means of a switching signal 24 which can generate the evaluation device 11 as a function of an error signal that can be generated by a detection routine 25 of the evaluation device 11, if an electrical fault 26, for example a line interruption of the line member 19, detected or detected. In order to detect the error 26, the measuring device 12 can be connected to the network 17 at a measuring location X and the measuring device 13 can be connected to a measuring location Y1. As a result, a transmission characteristic of the line element 19 due to its line pad 27 acts between the two measuring devices 12, 13. The line pad may have a capacitive and / or inductive and / or ohmic component, as symbolized in FIG. Due to the transmission characteristic, the measuring signals 15, 16 differ even in the error-free transmission case. A change in the measuring location Y1 of the measuring device 13 to a measuring point Y2 leads to a change in the measured signal 16 due to the between the measuring devices 12, 13 then additionally located inductance L, the resistor R and / or the capacitance C, with otherwise the same electrical conditions the transmission of the measurement signals 15, 16 via the communication device 14 can shift the measurement signals 15, 16 in time relative to one another.
Dennoch kann mittels der Detektionsroutine 25 zwischen einer Signalverzerrung im fehlerfreien Fall und/oder einer Übertragungsverzögerung einerseits und dem Vorliegen des Fehlers 26 andererseits unterschieden werden. Die Auswertevorrichtung 1 1 nutzt hierzu eine Korrelationsfunktion 28. Nevertheless, it can be distinguished by means of the detection routine 25 between a signal distortion in the error-free case and / or a transmission delay on the one hand and the presence of the error 26 on the other. The evaluation device 1 1 uses a correlation function 28 for this purpose.
Es kann hierzu ein Verfahren durchgeführt werden, welches die Fehlererkennung trotz leitungsgebundener Störungen und/oder zeitlichen Verzögerungen und/oder geringer Informationen über die Beschaltung der Last (z.B. des elektrischen Verbrauchers 21 ) vor dem Abgriffspunkt oder Messort 13 der Strom-/Spannungsmessung zulässt und so die Erkennung des Fehlers 26 robust gegen Messstörungen gestaltet. For this purpose, a method can be carried out which allows fault detection despite conducted faults and / or time delays and / or low information about the wiring of the load (eg of the electrical load 21) before the tapping point or measuring location 13 of the current / voltage measurement, and so on the detection of the error 26 designed robust against interference.
In dem Verfahren können elektrische Messsignale 15, 16 (wie Energie, Strom, Spannung) z.B. als Analogsignal oder als Signalpakete von den Messorten X, Y1/Y2 (also von Quelle und Senke) mittels der Korrelation in Wechselbeziehung gesetzt und verglichen werden. Dadurch werden Störungen und Unsicherheiten in der Fehlererkennung vermieden. Das Verfahren beruht auf der Korrelation von Energie-Zeit-Funktionen. Die Grundlagen des Verfahrens werden nachfolgend erläutert. Am Einspeisepunkt oder Messort X der Stromquelle 18 wird hierzu die Funktion oder das zu betrachtende Energiequellensignal als x(t) bezeichnet und am Abgriffpunkt oder Messort Y1/Y2 der Senke das Signal y(t) erfasst. Die Kreuzkorrelationsfunktion, kurz Kreuzkorrelierte genannt, lautet: In the method, electrical measuring signals 15, 16 (such as energy, current, voltage), for example as analog signal or as signal packets from the measuring locations X, Y1 / Y2 (ie source and sink) can be correlated and compared by means of the correlation. This avoids faults and uncertainties in fault detection. The method is based on the correlation of energy-time functions. The basics of the process are explained below. At the feed-in point or measuring location X of the current source 18, the function or the energy source signal to be considered is designated as x (t) and the signal y (t) is detected at the tapping point or measuring location Y1 / Y2 of the sink. The cross-correlation function, called cross-correlated in short, is:
kxy(z) = \x(t) * y(t +r)dt k xy (z) = \ x (t) * y (t + r) dt
Die mathematische Vorschrift für die Funktion kxy(x) lautet: Verschiebe die Funktion y (t) um einen bestimmten zeitlichen Abstand τ und integriere das Produkt mit der ursprünglichen d.h. unverschobenen Funktion x(t) in dem Zeitintervall ti bis t.2 auf. Das Zeitintervall ist insbesondere größer als eine maximale Übertragungslatenz der Kommunikationseinrichtung 14. Jetzt ist es sinnvoll, τ so lange zu verändern, bis die Korrelierte maximal wird. The mathematical rule for the function k xy (x) is: Shift the function y (t) by a specific time interval τ and integrate the product with the original, ie unshifted function x (t) in the time interval ti to t.2. The time interval is in particular greater than a maximum transmission latency of the communication device 14. Now it makes sense to change τ until the correlated becomes maximal.
In diesem Fall der höchstmöglichen Korrelation wird sichergestellt, dass das zum Quellesignal gehörige Signalecho zeitsynchron vorliegt und nicht ein Messstörsignal. Der so gefundene Wert von τ ist der beschriebene Zeitwert τθ des Korrelationsmaximums, z.B. graphisch abgetragen auf der horizontalen Achse. Der so gefundene Maximalwert ist der Korrelationswert des Korrelationsmaximums, z.B. graphisch abgetragen auf der vertikalen Achse.  In this case of the highest possible correlation, it is ensured that the signal echo associated with the source signal is present in a time-synchronized manner and not a measurement interference signal. The value of τ thus found is the described time value τθ of the correlation maximum, e.g. graphically plotted on the horizontal axis. The maximum value thus found is the correlation value of the correlation maximum, e.g. graphically plotted on the vertical axis.
Das Korrelationsverfahren wird angewandt, um Eingangssignal (Messsignal 15 am Einspeisepunkt oder Messort X) und Ausgangssignal (Messsignal 16 am Abgriffspunkt oder Messort Y1 /Y2) eindeutig einander zuordnen zu können. The correlation method is used in order to be able to unambiguously associate the input signal (measuring signal 15 at the feeding point or measuring location X) and the output signal (measuring signal 16 at the tapping point or measuring location Y1 / Y2).
Die Erkennung von Fehlern (z.B. Lichtbögen) ist eindeutig möglich. Das Verfahren ist robust gegen elektrische Messstörungen (z.B. EMV-Impulse, Spannungspeaks), Fluktuationen (Spannungsdrift), welche eine Fehlauslösung der Erkennung zur Folge haben können, und zeitliche Verzögerungen in der Signalübermittlung. Die Verfügbar- keit des Bordnetzes wird gesteigert durch Vermeidung einer unberechtigten Abschaltung, wenn kein tatsächlicher Fehler vorliegt. The detection of errors (eg arcs) is clearly possible. The method is robust against electrical interference (eg EMC pulses, voltage peaks), fluctuations (voltage drift), which may result in a false triggering of the detection, and time delays in the signal transmission. The available The on-board network is increased by avoiding unauthorized shutdown if there is no actual fault.
Das Erkennungsverfahren setzt keine Kenntnisse der Eingangsbeschaltung der elektrischen Komponenten voraus, also z. B. des Leitungsbelags 27 und/oder der vorgeschalteten Komponenten L, R, C und ist universell einsetzbar. Der Abgriffspunkt oder Messort Y1/Y2 der Messung in einer Komponente, also in dem Beispiel in dem elektrischen Verbraucher 21 , kann variiert werden (zwischen Y1 und Y2), ohne hierdurch die Erkennung neu kalibrieren zu müssen. The recognition method requires no knowledge of the input circuit of the electrical components, so z. As the Leitungsbelags 27 and / or the upstream components L, R, C and is universally applicable. The tapping point or measuring location Y1 / Y2 of the measurement in one component, ie in the example in the electrical load 21, can be varied (between Y1 and Y2) without having to recalibrate the recognition.
Es handelt sich um ein schnelles Erkennungsverfahren mit geringem Ressourcenbedarf. Aufwändige Verfahren mit hohem Rechenleistung und hohem Auswerteaufwand wie FFT (Fast Fourier Transformation) müssen nicht eingesetzt werden. Das Verfahren kann durch Langzeitbeobachtung zusätzlich für die Feststellung einer Degradation der Leitung (z.B. einer Isolationsverletzung) verwendet werden, wenn der Korrelationswert der Messsignale während eines längeren Beobachtungszeittraums zunehmen geringer wird. Eine festgestellte kontinuierliche Abnahme des Korrelationswerts kann zur Berechnung der Ausfallwahrscheinlichkeit eines elektrischen Netzwerks oder zumindest eines Teils eines elektrischen Netzwerks herangezogen werden. It is a fast detection method with low resource requirements. Elaborate procedures with high computing power and high evaluation effort such as FFT (Fast Fourier Transformation) do not have to be used. The method may be additionally used by long-term observation to detect degradation of the line (e.g., an isolation violation) as the correlation value of the measurement signals decreases more and more during a longer observation period. A detected continuous decrease in the correlation value can be used to calculate the probability of failure of an electrical network or at least part of an electrical network.
Im Verfahren wird ein sich periodisch wiederholendes Prüffenster oder ein Messzyklus z.B. mit fester Länge oder Messdauer festgesetzt, indem Strom-und Spannungswerte von Quelle 18 und Senke 21 als die Messsignale 15, 16 erfasst werden. In diesem Fenster oder Messzyklus werden die Messsignale 15, 16 miteinander, insbesondere unter Beachtung des Abtasttheorems, mittels der Korrelation verglichen. Die dazu notwendigen mathematischen Berechnungsverfahren sind bekannt. In the method, a periodically repeating test window or a measurement cycle is used e.g. fixed length or measurement duration by detecting current and voltage values of source 18 and sink 21 as the measurement signals 15, 16. In this window or measurement cycle, the measurement signals 15, 16 are compared with one another, in particular taking into account the sampling theorem, by means of the correlation. The necessary mathematical calculation methods are known.
In der verfahrensmäßigen technischen Umsetzung erfolgt bevorzugt eine Normierung der Korrelationsfunktion. Der maximale Korrelationswert 1 bedeutet dabei die vollständige Übereinstimmung der Messsignale 15, 16 (dies ist z.B. der Fall bei der Korrelation zweier Sinussignale mit gleicher Frequenz, gleicher Amplitude, gleicher Phase). Fig. 1 zeigt einen beispielhaften schematischen Aufbau eines Bordnetzes mit den Elementen zur Leitungsüberwachung und zur Abschaltung des Stroms. Die Aufgabe der Prozessoreinrichtung μθ als Steuer- und Auswertevorrichtung 1 1 ist bereits beschrieben worden. Die Messorte Y1 und Y2 geben stellvertretend die Varianz der möglichen Orte der Messungen vor, innerhalb deren der Algorithmus die zuverlässige Feststellung eines Fehlers erlaubt. In the procedural technical implementation, a normalization of the correlation function preferably takes place. The maximum correlation value 1 means the complete agreement of the measurement signals 15, 16 (this is the case, for example, for the correlation of two sinusoidal signals with the same frequency, the same amplitude, the same phase). 1 shows an exemplary schematic structure of a vehicle electrical system with the elements for line monitoring and for switching off the current. The task of the processor device μθ as a control and evaluation device 11 has already been described. The measurement locations Y1 and Y2 represent the variance of the possible locations of the measurements, within which the algorithm allows reliable detection of an error.
Ein beispielhafter Ablauf des Fehlererkennungsverfahrens ist anhand von Fig. 2 erläutert: An exemplary sequence of the error detection method is explained with reference to FIG. 2:
1 . Setzen eines Abtastfensters oder Messdauer für die Messsignale (z.B. 20 ms) und Erfassung von Quellensignal (Messsignal 15) und Senkensignal (Messsignal 16) in einem Abtastfenster; 1 . Setting a sampling window or measurement duration for the measurement signals (e.g., 20 ms) and detecting source signal (measurement signal 15) and sink signal (measurement signal 16) in a sampling window;
2. Korrelation von Kalibriermesssignalen 15, 16 und Ermittlung des normierten Korrelationswertes 29 des Korrelationsmaximums 30 des Kalibrierkorrelations- signals 31 ;  2. Correlation of Kalibriermesssignalen 15, 16 and determination of the normalized correlation value 29 of the correlation maximum 30 of the Kalibrierkorrelations- signal 31;
3. Ergebnis und Entscheidung der Maßnahmen:  3. Result and decision of the measures:
a. Korrelationswert 29 ist in einem Bereich C (größer als Sicherheitswert CO, z.B. >0.3); Korrelationswert 29 als Referenzwert maxRef für Zustand„Leitung in Ordnung" verwenden;  a. Correlation value 29 is in a range C (greater than safety value CO, for example> 0.3); Use the correlation value 29 as the reference value maxRef for the condition "line OK";
b. Korrelationswert 29 ist in einem Bereich A (kleiner als Zuverlässigkeitswert A0, z.B. < 0.15). Korrelationswert 29 nicht für Referenzwert maxRef verwenden;  b. Correlation value 29 is in a range A (less than reliability value A0, e.g., <0.15). Do not use correlation value 29 for reference value maxRef;
c. Korrelationswert 29 ist in einem Bereich B (A0 < B < CO z.B. 0.15<B<0.3), möglicher Fehler 26 bereits vorhanden, keine Initialisierung von maxRef; d. in jedem folgenden Messzyklus oder Messfenster: Feststellung des Korrelationsmaximums 32 mit Korrelationswert 33 (maxM) für das jeweils aktuelle Korrelationssignal 34 und Vergleich zum Referenzwert maxRef.  c. Correlation value 29 is already present in a range B (A0 <B <CO, for example 0.15 <B <0.3), possible error 26 already exists, no initialization of maxRef; d. in each subsequent measurement cycle or measurement window: determination of the correlation maximum 32 with correlation value 33 (maxM) for the respective current correlation signal 34 and comparison with the reference value maxRef.
e. Korrelationsmaximum ist betragsmäßig um mehr als einen vorbestimmten Mindestunterschied deltaCorr geringer als Referenzwert maxRef (maxRef - maxM > deltaCorr): Fehler in der Leitung liegt vor. Schalter (Schaltelement 23) öffnen zum Strom-Unterbrechen, Fehlermeldung absetzen. deltaCorr stellt somit ein Fehlerkriterium dar. Korrelationsmaximunn maxM nicht geringer als maxRef (maxRef - maxM < deltaCorr). Fall„Leitung in Ordnung": Zyklische Abtastung fortsetzen; der Referenzwert maxRef kann hierbei z.B. iterativ angepasst werden, z.B. mittels einer rekursiven Mittelung mit einem Mittelungswert a: maxRef(neu) = a ■ maxRef(alt) + (1 -a) ■ maxM, wobei 0<a<1 gewählt sein kann. Es kann auch ein Ersetzen vorgesehen sein: maxRef(neu) = maxM. e. Correlation maximum is smaller in magnitude by more than a predetermined minimum difference deltaCorr than reference value maxRef (maxRef - maxM> deltaCorr): There is a fault in the line. Open switch (switching element 23) to interrupt current, issue error message. deltaCorr is therefore an error criterion. Correlation maximum maxM not less than maxRef (maxRef - maxM <deltaCorr). Case "line in order": Continue cyclical sampling, the reference value maxRef can be iteratively adapted, eg by means of a recursive averaging with an averaging value a: maxRef (new) = a ■ maxRef (old) + (1-a) ■ maxM , where 0 <a <1 can be selected, or a replacement can be provided: maxRef (new) = maxM.
Die Abfrage und Errechnung der Korrelationsfunktion kann alternativ über mehrere Zeitfenster (Abtastperioden) erfolgen und gespeichert werden, um die Datenqualität für die Fehleranalyse zu erhöhen. Bleibt die Korrelation bei Abfrage mehrerer Perioden unter dem vorgegebenen Mindestunterschied deltaCorr, dann sind Eingangssignal (Messsignal 15) und Ausgangssignal (Messsignal 16) schwach korreliert und es liegt ein Fehler in der Leitung vor. Es wird daraufhin mittels der Auswertevorrichtung 1 1 und des Schalters (Schaltelement 23) abgeschaltet. Alternatively, the interrogation and computation of the correlation function may be done over multiple time windows (sample periods) and stored to increase the data quality for error analysis. If the correlation remains below the predetermined minimum difference deltaCorr if several periods are interrogated, then the input signal (measurement signal 15) and output signal (measurement signal 16) are weakly correlated and there is an error in the line. It is then switched off by means of the evaluation device 1 1 and the switch (switching element 23).
Die Messung des Quellensignals (Messsignal 15) und auch die Auswertung sowie die Stromabschaltung erfolgt vorzugsweise innerhalb der elektronischen Stromverteilerschaltung 20. Die Stromverteilerschaltung 20 ist dann in der Lage, wenn sie mehrere Ausgänge zu unterschiedlichen Lasten hat, selektiv die betroffene Leitung abzuschalten. Dabei handelt es sich um eine Isolation oder Trennung des Fehlers in dem Sinne, dass sich der Fehler nicht auf die Stabilität des übrigen Bordnetzes oder Netzwerks 17 auswirkt und also elektrisch vom übrigen Bordnetz getrennt, d.h. isoliert, werden kann. The measurement of the source signal (measurement signal 15) and also the evaluation as well as the power cutoff are preferably carried out within the electronic power distribution circuit 20. The power distribution circuit 20 is then able to selectively switch off the affected line if it has several outputs at different loads. This is an isolation or separation of the error in the sense that the error does not affect the stability of the rest of the electrical system or network 17 and thus electrically disconnected from the rest of the electrical system, i. can be isolated.
Im Nachfolgenden sind exemplarisch Beispiele für Stromverläufe im Bordnetz gezeigt, und das beschriebene Verfahren zur Fehlererkennung mittels Simulationen nachgewiesen. Fig. 3 und Fig. 5 zeigen jeweils über der Zeit t zeitliche Verläufe eines Quellensig- nals als Messsignal 35, ein damit korreliertes Senkensignal als Messsignal 36 und ein unkorreliertes Messsignal 37. Fig 4 und Fig. 6 zeigen das jeweils zugehörige Korrelationssignal 38 für das korrelierte Messsignal 36 und das Korrelationssignal 39 für das unkorrelierte Messsignal 37, wobei Fig. 4 eine normierte Korrelation und Fig. 6 eine un- normierte Korrelation zur Veranschaulichung der Unterschiede zugrunde liegt. Der zeitliche Abstand τ ist hier als Anzahl der digitalen Abtastwerte angegeben, um die die Messsignale gegeneinander verschoben wurden. Im ersten Beispiel gemäß Fig. 3 und Fig. 4 wurden Quellenströme I in einer in Fig. 3 jeweils gezeigten Ersatzschaltung, bestehend aus Leitung und elektrischem Lastmodell mit Eingangsbeschaltung, eingespeist. Dabei wurden die Ströme an einem in allen Simulationen gleichen Widerstand R2=R4=R6 (z.B. 4.8 Ohm), welcher den ohmschen Widerstand der Last repräsentiert, gemessen. Anschließend wurden die Stromsignale I der Quelle und die Stromantwort des Lastwiderstands miteinander korreliert. In the following example examples of current characteristics in the electrical system are shown, and demonstrated the method described for error detection by means of simulations. FIG. 3 and FIG. 5 show, over time t, time profiles of a source signal as measurement signal 35, a sink signal correlated therewith as measurement signal 36 and an uncorrelated measurement signal 37. FIGS. 4 and 6 show the respectively associated correlation signal 38 for the correlated measurement signal 36 and the correlation signal 39 for the uncorrelated measurement signal 37, wherein FIG. 4 shows a normalized correlation and FIG. normalized correlation is used to illustrate the differences. The time interval τ is specified here as the number of digital samples by which the measurement signals were shifted from one another. In the first example according to FIG. 3 and FIG. 4, source currents I were fed in an equivalent circuit shown in FIG. 3, consisting of line and electrical load model with input circuit. The currents were measured on a resistor R2 = R4 = R6 (eg 4.8 ohms), which represents the ohmic resistance of the load, in the same simulations in all simulations. Subsequently, the current signals I of the source and the current response of the load resistor were correlated with each other.
Die Fig. 3 zeigt exemplarisch die Stromverläufe I an Quelle und Senke in einem Zeitfenster von 20 ms: 3 shows an example of the current waveforms I source and sink in a time window of 20 ms:
• das Quellensignal 35 "12",  The source signal 35 "12",
· Fall 1 : eine Signalantwort 37 der Senke, welche nicht das Echo des Quellensignals ist, gemessen an R6. (Im Versuch wurde dazu ein Quellensignal„13" eingespeist, welches verschieden von„12" ist, bei sonst unveränderter Ersatzschaltung der Last).  Case 1: a signal response 37 of the sink, which is not the echo of the source signal, measured at R6. (In the experiment, a source signal "13" was fed to it, which is different from "12", with otherwise unchanged replacement circuit of the load).
• Fall 2: die Signalantwort 36 der Senke, gemessen an R4 (Quellensignal„11 " = identisch zu Quellensignal„12").  Case 2: the signal response 36 of the sink, measured at R4 (source signal "11" = identical to source signal "12").
Fig. 4 zeigt die resultierenden Korrelationssignale 38, 39. 4 shows the resulting correlation signals 38, 39.
Im Fall 1 der nicht korrespondierenden Signale (Strom„13" und Strom durch R6) ist die Korrelation Corr mit dem als Referenz dienende Quellesignal „12" und der Senke R4 kleiner als der Zuverlässigkeitswert A0 (Korrelationssignal 39). Es ist ein Korrelationsmaximum mit einem Korrelationswert bei ca. 0.12 zu finden. In case 1 of the non-corresponding signals (current "13" and current through R6), the correlation Corr with the reference source signal "12" and the drain R4 is smaller than the reliability value A0 (correlation signal 39). There is a correlation maximum with a correlation value at about 0.12.
Im Fall 2 ist die Korrelation Corr zwischen dem Quellenstrom„11 " =„12" und dem Strom durch die Senke (Strom durch R4) gut, d.h. im Bereich C (Korrelationssignal 38). Das Maximum der Korrelation ist bei ca. 0.33 zu finden. Bei schlechter Korrelation (z.B. 0.12) wird durch das Verfahren nun festgestellt, dass die Antwort auf die Quelle nur unzureichend zum Quellensignal korrespondiert. D.h. das Korrelationssignal kann nicht für eine Fehlerdetektion verwendet werden. Es wird verworfen. In case 2, the correlation Corr between the source current "11" = "12" and the current through the drain (current through R4) is good, ie in the region C (correlation signal 38). The maximum of the correlation can be found at approx. 0.33. In the case of poor correlation (eg 0.12), it is now established by the method that the response to the source corresponds only insufficiently to the source signal. That is, the correlation signal can not be used for error detection. It is rejected.
Das Korrelationssignal mit guter Korrelation mit dem Maximum oder Korrelationswert 0.33 kann für eine Fehlerdetektion herangezogen werden. Es kann als Referenzwert maxRef für die Fehlererkennung festgehalten werden. Ist die Bedingung einer guten Korrelation wie aus Fig. 4 in einem der Fälle ersichtlich gegeben, kann maxRef in anschließenden Messzyklen zur Feststellung eines Fehlers herangezogen werden. The correlation signal with good correlation with the maximum or correlation value 0.33 can be used for error detection. It can be recorded as reference value maxRef for error detection. If the condition of a good correlation as shown in FIG. 4 is given in one of the cases, then maxRef can be used in subsequent measurement cycles to determine an error.
Zudem kann der Zeitwert τθ zum Ermitteln einer nötigen Zeitverschiebung für die Messsignale 15, 16 verwendet werden. In dem Verfahren können damit die Messsignale 15 und 16 auch für eine Fehlerdetektion herangezogen werden, da das Quellensignal (Messsignal 15) und das erhaltene Senkensignal (Messsignal 16) im selben Zeitfenster (20 msec) gemessen wurden und die um den Zeitwert τθ verschoben und damit synchronisiert werden können. Es ist ein Vergleich der absoluten Messwerte der Messsignale 15, 16 möglich, ungeachtet dessen, ob das Signal durch innere Beschal- tung oder sonstige Messstörungen verfälscht wurde. In addition, the time value τθ can be used to determine a necessary time shift for the measurement signals 15, 16. In the method, the measurement signals 15 and 16 can thus also be used for error detection, since the source signal (measurement signal 15) and the obtained sink signal (measurement signal 16) were measured in the same time window (20 msec) and shifted by the time value τθ and thus can be synchronized. It is possible to compare the absolute measured values of the measuring signals 15, 16, irrespective of whether the signal was corrupted by internal wiring or other measuring interferences.
Ein möglicher Zeitversatz oder Zeitwert τθ in der Stromantwort an der Last durch Induktivitäten und/oder Kapazitäten in der Last oder der Zuleitung wird somit kompen- siert. Es kann deshalb ein Zeitversatz der Messsignale 15, 16 nicht zu einer Auslösung der Sicherungsfunktion mit Stromunterbrechung führen. Im umgekehrten Fall besteht die Möglichkeit, dass ein vorhandener Fehler trotz Zeitversatz erkannt wird. A possible time offset or time value τθ in the current response at the load by inductances and / or capacitances in the load or the supply line is thus compensated. Therefore, a time offset of the measurement signals 15, 16 can not lead to a triggering of the fuse function with a power interruption. In the opposite case, there is the possibility that an existing error is detected despite a time offset.
In einem zweiten Beispiel gemäß Fig. 5 und Fig. 6 wurde das identische Quellensignal 35 wie im ersten Beispiel eingespeist (11 =12=13). Die Antwort der Senke 36 wurde im InOrdnung-Fall erfasst, dargestellt in Fig. 4 durch den Strom I durch R4 = R2. In einer weiteren Simulation wurde ein Kurzschluss in der Last erzeugt. Dieser wird dadurch modelliert, dass zum Lastwiderstand (R6 = 4.8 Ohm) ein niederohmiger Widerstand (R7=0.1 Ohm) parallel geschaltet wird. Der Stromverlauf durch R6 ist in der Kurve 37 gezeigt. In a second example according to FIG. 5 and FIG. 6, the identical source signal 35 was fed in as in the first example (11 = 12 = 13). The response of the well 36 was detected in the case of Inorder, shown in Fig. 4 by the current I through R4 = R2. In another simulation, a short circuit was generated in the load. This is modeled by connecting a low-resistance resistor (R7 = 0.1 ohms) in parallel with the load resistor (R6 = 4.8 ohms). The current flow through R6 is shown in the curve 37.
Aus Fig. 6 ist zu entnehmen, dass das Korrelationssignal zwischen Quelle und Senke im Fehlerfall (Korrelationssignal 39), Kurzschluss gegen Masse, sehr stark abnimmt (Unterschied größer als Mindestunterschied deltaCorr), was zur Erkennung des Fehlers in der Komponente bzw. der Leitung führt. From Fig. 6 it can be seen that the correlation signal between source and sink in case of error (correlation signal 39), short circuit to ground, very much decreases (difference greater than minimum difference deltaCorr), which leads to the detection of the error in the component or the line ,
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Verfahren zur Detektion und Isolation (elektrische Abtrennung oder Abkapselung) von Fehlerfällen auf elektrischen Leitungen bereitgestellt werden kann. Overall, the examples show how the invention can provide a method for detecting and isolating (electrical separation or encapsulation) of faults on electrical lines.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: CLAIMS:
Verfahren zum Detektieren eines elektrischen Fehlers (26) in einem elektrischen Netzwerk (17), wobei durch eine Auswertevorrichtung (1 1 ) in zumindest einem Messzyklus jeweils Method for detecting an electrical fault (26) in an electrical network (17), wherein by an evaluation device (1 1) in at least one measuring cycle in each case
aus einer ersten Messeinrichtung (12) ein erstes Messsignal (15) von einem ersten Messort (X) und aus einer zweiten Messeinrichtung (12) ein zweites Messsignal (16) von einem zweiten Messort (Y1 ) empfangen wird, wobei der erste Messort (X) und der zweite Messort (Y1 ) elektrisch durch das elektrische Netzwerk (17) gekoppelt sind, from a first measuring device (12) a first measuring signal (15) from a first measuring point (X) and from a second measuring device (12) a second measuring signal (16) from a second measuring point (Y1) is received, wherein the first measuring point (X ) and the second measuring location (Y1) are electrically coupled by the electrical network (17),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
auf der Grundlage des ersten Messsignals (15) und des zweiten Messsignals (16) mittels einer vorbestimmten Korrelationsfunktion (28) ein Korrelationssignal (34) erzeugt wird und a correlation signal (34) is generated on the basis of the first measurement signal (15) and the second measurement signal (16) by means of a predetermined correlation function (28), and
in dem Korrelationssignal (34) ein Korrelationsmaximum (32) ermittelt wird und mittels des Korrelationsmaximums (32) eine vorbestimmte Detektionsroutine (25) konfiguriert wird, welche prüft und signalisiert, ob bei gegebenem Korrelationsmaximum (32) ein vorbestimmtes Fehlerkriterium erfüllt ist, und bei erfülltem Fehlerkriterium ein Fehlersignal erzeugt wird. in the correlation signal (34), a correlation maximum (32) is determined and by means of the correlation maximum (32) a predetermined detection routine (25) is configured, which checks and signals whether a predetermined error criterion is met given a correlation maximum (32), and if satisfied Error criterion an error signal is generated.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Detektionsroutine (25) umfasst, dass das erste Messsignal (15) und das zweite Messsignal (16) zeitlich relativ zueinander verschoben werden und die zeitliche Verschiebung in Abhängigkeit von einem Zeitwert (τθ) des Korrelationsmaximums (32) eingestellt wird und auf die zueinander verschobenen Messsignale (15, 16) eine vorbestimmte Vergleichsfunktion angewendet wird und das Fehlerkriterium umfasst, dass die Vergleichsfunktion eine Ähnlichkeit kleiner als eine vorbestimmte Mindestähnlichkeit signalisiert. The method of claim 1, wherein the detection routine (25) comprises that the first measurement signal (15) and the second measurement signal (16) are shifted relative to each other in time and the time shift in dependence on a time value (τθ) of the correlation maximum (32) set and to the mutually shifted measurement signals (15, 16) a predetermined comparison function is applied and the error criterion comprises that the comparison function signals a similarity less than a predetermined minimum similarity.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektionsroutine (25) umfasst, dass ein Unterschied zwischen einem Korrelationswert (33) des Korrelationsmaximums (32) und einem Referenzwert (maxRef) ermittelt wird und das Fehlerkriterium umfasst, dass der Unterschied größer als ein vorbestimmter Mindestunterschied (deltaCorr) ist. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Referenzwert (maxRef) vor dem zumindest einen Messzyklus initialisiert wird, indem aus der ersten Messeinrichtung (12) ein erstes Kalibriermesssignal (15) und aus der zweiten Messeinrichtung (13) ein zweites Kalibriermesssignal (16) empfangen wird und mittels der Korrelationsfunktion (25) aus den beiden Kalibriermesssignalen (15, 16) ein Kalibrierkorrelations- signal (31 ) ermittelt wird und der Referenzwert (maxRef) in Abhängigkeit von einem Korrelationsmaximum (30) des Kalibrierkorrelationssignals (31 ) eingestellt wird. Method according to one of the preceding claims, wherein the detection routine (25) comprises that a difference between a correlation value (33) of the correlation maximum (32) and a reference value (maxRef) is determined and the error criterion comprises that the difference is greater than a predetermined minimum difference (deltaCorr). Method according to claim 3, wherein the reference value (maxRef) is initialized before the at least one measuring cycle by receiving a first calibration measuring signal (15) from the first measuring device (12) and a second calibration measuring signal (16) from the second measuring device (13) by means of the correlation function (25) from the two Kalibriermesssignalen (15, 16) a Kalibrierkorrelations- (31) is determined and the reference value (maxRef) in response to a correlation maximum (30) of the Kalibrierkorrelationssignals (31) is set.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Referenzwert (maxRef) in dem jeweiligen Messzyklus in Abhängigkeit von dem jeweiligen Korrelationswert (33) des ermittelten aktuellen Korrelationsmaximums (32) adaptiert wird, falls das Fehlerkriterium unerfüllt bleibt. Method according to Claim 3 or 4, wherein the reference value (maxRef) in the respective measuring cycle is adapted as a function of the respective correlation value (33) of the ascertained actual correlation maximum (32) if the error criterion remains unfulfilled.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Referenzwert (maxRef) nur in Abhängigkeit von dem jeweiligen Korrelationsmaximum (30, 32) eingestellt wird, falls der Korrelationswert (29, 33) des jeweilige Korrelationsmaximums (30, 32) größer als ein vorbestimmter Sicherheitswert (CO) ist. Method according to Claim 4 or 5, wherein the reference value (maxRef) is set only as a function of the respective correlation maximum (30, 32) if the correlation value (29, 33) of the respective correlation maximum (30, 32) is greater than a predetermined safety value ( CO) is.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das jeweilige Korrelationsmaximum (30, 32) nur verwendet wird, falls das Korrelationsmaximum (30, 32) einen Korrelationswert (29, 33) aufweist, der größer als ein vorbestimmter Zuverlässigkeitswert (A0) ist. Method according to one of the preceding claims, wherein the respective correlation maximum (30, 32) is only used if the correlation maximum (30, 32) has a correlation value (29, 33) which is greater than a predetermined reliability value (A0).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für den Fall, dass das Fehlerkriterium erfüllt ist, aus dem Korrelationsmaximum (32) und/oder einem zeitlichen Verlauf des Korrelationssignals (34) mittels einer vorbestimmten Zuordnungsfunktion ein Fehlertyp aus mehreren vorbestimmten Fehlertypen ermittelt und signalisiert wird. Method according to one of the preceding claims, wherein for the case that the error criterion is met, from the correlation maximum (32) and / or a temporal course of the correlation signal (34) by means of a predetermined assignment function, an error type of several predetermined error types is determined and signaled.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Korrelationsfunktion (35) eine normierte Korrelation erzeugt, welche für identische Messsignale ein Korrelationsmaximum mit einem Korrelationswert von 1 erzeugt. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Messsignal (15) und/oder das zweite Messsignal (16) jeweils einen Zeitverlauf einer elektrischen Spannung und/oder eines elektrischen Stroms (I) und/oder einer elektrischen Leistung an dem jeweiligen Messort beschreibt. 1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Abhängigkeit von dem Fehlersignal ein Schaltelement (23) zum Unterbrechen eines elektrischen Stroms (I) in dem elektrischen Netzwerk (17) angesteuert wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the correlation function (35) generates a normalized correlation, which generates a correlation maximum with a correlation value of 1 for identical measurement signals. 10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the first measurement signal (15) and / or the second measurement signal (16) each have a time course of an electrical voltage and / or an electric current (I) and / or an electrical power at the respective measurement location describes. 1 1. Method according to one of the preceding claims, wherein depending on the error signal, a switching element (23) for interrupting an electrical current (I) in the electrical network (17) is driven.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , wobei das Schaltelement (23) einer Stromverteiler- Schaltung (20) angesteuert wird, wobei das Schaltelement (23) aus einer Vielzahl von Schaltelementen der Stromverteilerschaltung (20) in Abhängigkeit von zumindest einem der Messorte (X, Y1 ) ausgewählt wird. 12. The method of claim 1 1, wherein the switching element (23) of a power distribution circuit (20) is driven, wherein the switching element (23) of a plurality of switching elements of the power distribution circuit (20) in dependence on at least one of the measuring locations (X, Y1) is selected.
13. Auswertevorrichtung (1 1 ) mit einer Prozessoreinrichtung (μθ), die dazu eingerich- tet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen. 13. Evaluation device (1 1) with a processor device (μθ), which is set up to perform a method according to one of the preceding claims.
14. Messschaltung (10) mit einer Auswertevorrichtung (1 1 ) nach Anspruch 13 und mit einer ersten Messeinrichtung (12) und einer zweiten Messeinrichtung (13) zum jeweiligen Erzeugen eines Messsignals (15, 16) an einem Messort (X, Y1 ) in einem elektrischen Netzwerk (17) und mit einer Kommunikationseinrichtung (14) zum14. Measuring circuit (10) with an evaluation device (1 1) according to claim 13 and with a first measuring device (12) and a second measuring device (13) for respectively generating a measuring signal (15, 16) at a measuring location (X, Y1) in an electrical network (17) and with a communication device (14) for
Übertragen jedes Messsignals (15, 16) zu der Auswertevorrichtung (1 1 ). Transmitting each measurement signal (15, 16) to the evaluation device (1 1).
15. Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Netzwerk (17) und mit einer Messschaltung (10) nach Anspruch 14. 15. Motor vehicle with an electrical network (17) and with a measuring circuit (10) according to claim 14.
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