WO2024078860A1 - Sicherungsvorrichtung für ein bordnetz eines fahrzeugs - Google Patents

Sicherungsvorrichtung für ein bordnetz eines fahrzeugs Download PDF

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WO2024078860A1
WO2024078860A1 PCT/EP2023/076491 EP2023076491W WO2024078860A1 WO 2024078860 A1 WO2024078860 A1 WO 2024078860A1 EP 2023076491 W EP2023076491 W EP 2023076491W WO 2024078860 A1 WO2024078860 A1 WO 2024078860A1
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WO
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supply path
path segment
instance
isolating
safety device
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PCT/EP2023/076491
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Gietl
Stefan EICHENSEHER
Martin Meier
Stefan Rockinger
Original Assignee
Vitesco Technologies GmbH
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Publication date
Application filed by Vitesco Technologies GmbH filed Critical Vitesco Technologies GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for

Definitions

  • the invention relates to a security device and an on-board network for a vehicle, wherein the on-board network comprises the security device.
  • the invention further relates to a method for operating the on-board network and a control device for operating the on-board network.
  • a computer program for operating the on-board network is also described.
  • a separator is provided between the safety-relevant consumers and non-safety-relevant consumers, so that if a fault occurs, for example a short circuit in a consumer, the safety-relevant consumers can be separated from the other consumers.
  • FIG. 1 shows a simplified block diagram of an on-board network 1 with redundant power supply.
  • the on-board network 1 also supplies several safety-relevant loads 3, e.g. an electric brake, which require a voltage supply, for example, in accordance with ASIL C or ASIL D.
  • the on-board network 1 has a DC/DC converter 4 and a battery 5, which are connected via a supply line.
  • a disconnector 7 between the two sources 4, 5 serves to ensure freedom from feedback in the event of a defective DC/DC converter or its supply line.
  • the supply line has connection points for connecting the safety-relevant loads 3 and the simple loads 2.
  • the safety-relevant loads 3 and the simple loads 2 are each connected to one of the connection points via a fuse 6.
  • the ASIL requirements for the fuses 6 are very high. This means that since the power supply of the safety-relevant loads 3 must meet ASIL-C requirements, the fuses 6 must also meet at least ASIL-C requirements in the circuit structure shown in Figure 1. This can be achieved, for example, in each case by using two fuses connected in series that meet ASIL-B requirements.
  • the fuses 6 can be designed as a fuse or as a semiconductor isolating switch.
  • a key advantage of the fuses is that they can be manufactured very inexpensively.
  • the semiconductor isolating switches have the advantage that the reaction time until the semiconductor isolating switch trips is many times shorter than with a fuse.
  • a further disadvantage of the semiconductor isolating switches, in addition to the cost, is that they do not have an intrinsic fuse. In the event of damage to the semiconductor isolating switch itself, for example due to an overload, the semiconductor isolating switch is very likely to be fully conductive. A fuse is open after tripping and is therefore intrinsically safe. When replacing fuses with semiconductor isolating switches in vehicle electrical systems, the probability of failure of the semiconductor isolating switches must therefore be taken into account and this results in changed requirements with regard to the impact on other consumers.
  • One object of the invention is to provide a safety device that can be provided cost-effectively and that contributes to a high availability of electrically assisted or purely electrically performed functions in the vehicle.
  • the object is achieved by a safety device for an on-board network of a vehicle, wherein the on-board network has a first energy source and a second energy source as well as a plurality of loads.
  • Each load can comprise an individual consumer or a consumer group.
  • the loads of the on-board network are each assigned requirements or requirement levels with regard to safety integrity.
  • the loads are each assigned a requirement level from a set of requirement levels that includes at least requirement levels I, II, III and IV, wherein the requirements increase in the order mentioned.
  • the safety device comprises a first supply connection for connecting the safety device to the first energy source and a second supply connection for connecting the safety device to a second energy source.
  • the securing device has a first supply path segment, a second supply path segment and a further supply path segment.
  • the safety device has a plurality of first load connections, each connected to the first supply path segment via a first fuse, for connecting a first load.
  • the first loads are preferably assigned requirement level I with regard to safety integrity.
  • the first loads are therefore preferably simple loads.
  • the safety device has a plurality of third load connections, each connected to the wide supply path segment via a third fuse, for connecting a third load.
  • the third loads preferably meet requirement levels II or III with regard to safety integrity.
  • the safety device has a first and a second isolating instance.
  • the first supply path segment is arranged between the first supply connection and the first isolating instance.
  • the second supply path segment is arranged between the second supply connection and the second isolating instance and the further supply path segment is arranged between the first and second isolating instance.
  • the safety device advantageously enables the additional supply path segment to be separated from the first supply path segment and the second supply path segment. This means that the first loads connected to the first supply path segment can continue to be supplied via the first energy source and the safety-relevant loads connected to the second supply path segment of the safety device or outside the safety device with the second energy storage device can also continue to be supplied via the second energy storage device.
  • the separation of the additional supply path segment means that a fault in the additional supply path segment does not have any effect on the first supply path segment and the second supply path segment.
  • the safety device has a further isolating instance and one or more second load connections for connecting a second load, wherein the second load connection or connections are each connected to the further isolating instance via a second fuse and the further isolating instance is connected to the second supply path segment.
  • the second loads are preferably each assigned a requirement level III or IV with regard to safety integrity.
  • this allows several loads that have increased safety requirements to be connected to the safety device and the disconnection of these more safety-relevant loads can be done very quickly and flexibly.
  • the safety device has a third isolating instance, a fourth isolating instance, an additional supply path segment and a plurality of fifth load connections, each with an associated fifth fuse.
  • the first supply path segment is additionally connected to the third isolating instance.
  • the second supply path segment is additionally connected to the fourth isolating instance and the additional supply path segment is arranged between the third and fourth isolating instances.
  • the fifth load connections are each connected to the additional supply path segment via their associated fifth fuse.
  • the safety device has a fifth separating instance which is arranged in the further supply path segment, so that the further supply path segment is formed by a third and fourth supply path segment which can be coupled and uncoupled via the fifth separating instance.
  • the safety device has a sixth separating instance which is arranged in the additional supply path segment, so that the additional supply path segment is formed by a fifth and sixth supply path segment which can be coupled and uncoupled via the sixth separating instance. Due to the ring structure of the supply path segments and the further subdivision of the supply path segments in the ring structure, it is possible to use the isolation instances to isolate the subnetworks even more flexibly in the event of a fault and thus further increase the availability of the remaining loads.
  • At least some of the fuses i.e. the first, second, third, fourth, fifth and sixth fuses, each have a monitoring unit.
  • the respective monitoring unit is designed to detect whether the respective fuse is open or whether predetermined conditions are met which, in the case of a fault-free fuse, lead to the fuse changing to an open state and, if the respective fuse is open or the predetermined conditions are met, to provide a monitoring signal which signals that the fuse is open.
  • all of the first to sixth fuses, if present, have such a monitoring module. Detecting whether the predetermined conditions are met means, for example, that a current is detected which exceeds a predetermined threshold and would therefore lead to the fuse tripping in the case of a fault-free fuse.
  • the monitoring module is preferably designed to detect a current flowing through the associated load connection and/or a voltage applied to the associated load connection and, depending on the detected current and the detected voltage or only depending on the detected current or the detected voltage, to transfer the fuse to an open state and, if it is a switchable fuse, to also switch the fuse to a closed state.
  • the fuses can be protected twice or multiple times. If it is determined that a fuse has been triggered or should have been triggered, the associated disconnection instance(s) can be disconnected immediately, within approximately 100 ps to 500 ps.
  • the safety device has a control device which is designed to receive the monitoring signals and, depending on the monitoring signals, to control one or more of the isolating instances in such a way that they assume an open state in order to thus Supply path segment, to which the respective fuse is connected, which signals an open state, is to be separated from the other supply path segments.
  • the control device can be designed as a central unit or distributed.
  • the control device can have several logic circuits, each of which is assigned to one or more of the isolating instances or to one of the supply segments.
  • the isolating instances each have a control circuit by means of which the opening and closing of the isolating instance is effected and which is controlled by the control device.
  • the safety device has a coupling unit which is designed to electrically connect the supply path segment separated from all other supply path segments due to the opening of the isolating instances to the first and/or second supply path segment for a predetermined period of time, preferably via an ohmic resistor for current limitation, and to detect a first measurement signal representative of a first voltage provided by the respective separated supply path segment and a second measurement signal representative of a second voltage provided by the first or second supply path segment in the predetermined period of time.
  • the coupling unit is preferably designed to be distributed.
  • the coupling unit provides in particular several measuring lines, i.e. a separate measuring line for each supply path segment with the exception of the first and second supply path segments.
  • the safety device has a comparator which is designed to compare the first measurement signal with the second measurement signal and, if an amount of deviation between the first measurement signal and the second measurement signal falls below a predetermined threshold value, to cause the control device to return at least one of the isolating instances which cause the respective separated supply path segment to be separated to a closed state.
  • the comparator can be part of the control device or comprise a separate device.
  • the comparator can be designed to carry out the comparison in an analog or digital manner.
  • this makes it possible to check whether a faulty load has been completely disconnected and/or all faulty loads have been disconnected from their associated supply path segment.
  • the comparator may be a separate unit or the control device may include the comparator.
  • the isolating instances (first, second, third, fourth and fifth isolating instance) and at least some of the fuses each have a switchable semiconductor switch.
  • all of the fuses i.e. the first, second, third, fourth, fifth and sixth fuses, have a semiconductor switch.
  • the semiconductor switch has a metal oxide semiconductor field effect transistor, MOSFET, or several MOSFETs connected in parallel and/or several MOSFETs connected in series.
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • the parallel connection is advantageous for very high powers.
  • the series connection enables redundancy if, for example, a MOSFET does not work.
  • the semiconductor switch preferably has one or more gate drivers which are controlled by the control device.
  • At least one of the isolating instances has two MOSETs that are connected anti-serially.
  • the fifth and sixth isolating instances can have such an anti-serial arrangement of the MOSFETs, also called a back-to-back arrangement.
  • a series connection of several back-to-back arrangements of the MOSFETs is also possible. Such a series connection enables redundancy if, for example, a MOSFET does not work.
  • the control device is designed to cause, when the isolating entity has two MOSETs that are connected anti-serially and one of the supply path segments is to be separated from the other supply path segments, that at least the MOSFET whose source is arranged on the side facing the supply path segment to be separated is transferred to a blocking state.
  • the object is achieved by an on-board network for a vehicle, wherein the on-board network has a safety device according to the first aspect. Furthermore, the on-board network has a first energy source, a second energy source and a plurality of loads. The loads of the on-board network are each assigned requirements or requirement levels with regard to safety integrity.
  • the object is achieved by a method and a corresponding control device for an on-board network, wherein the on-board network is designed according to the second aspect.
  • the method comprises the following steps: Depending on a received monitoring signal that signals that one of the fuses has an open state, one or more of the isolating instances are controlled in such a way that they assume an open state and thus the supply path segment to which the fuse that signals the open state is connected is separated from the other supply path segments.
  • the coupling instance is caused to electrically connect the separated supply path segment to the first and/or second supply path segment for a predetermined period of time, preferably via an ohmic resistor for current limiting, and to detect and provide a first measurement signal that is representative of a first voltage that the respective separated supply path segment has, and a second measurement signal that is representative of a second voltage that the first or second supply path segment provides, in the predetermined period of time.
  • the first measurement signal is compared with the second measurement signal and, if an amount of deviation between the first measurement signal and the second measurement signal falls below a predetermined threshold value, at least one of the separation instances that enable the separation of the separated supply path segment, is returned to a closed state.
  • the object is achieved by a computer program comprising instructions which cause a control device to carry out the method according to the third aspect.
  • the object is achieved by a computer-readable non-volatile storage medium on which the computer program according to the fifth aspect is stored.
  • the computer program can be implemented as computer-readable instruction code in any suitable programming language such as JAVA, C++ etc.
  • the computer program can be stored on a computer-readable storage medium (CD-ROM, DVD, Blu-ray disk, removable drive, volatile or non-volatile memory, built-in memory/processor etc.).
  • the instruction code can program a computer or other programmable devices such as in particular a control unit for an engine of a motor vehicle such that the desired functions are carried out.
  • the computer program can be made available in a network such as the Internet, from which it can be downloaded by a user if necessary.
  • Figure 1 shows a state-of-the-art on-board network
  • Figure 2 shows an exemplary equivalent circuit diagram of an embodiment of an on-board network for a vehicle
  • Figure 3 shows an exemplary equivalent circuit diagram of a second embodiment of an on-board network for a vehicle
  • Figure 4 shows an exemplary equivalent circuit diagram of a third embodiment of an on-board network for a vehicle
  • Figure 5 is an exemplary flow chart for a program for a control device for operating an on-board network.
  • Figure 2 shows an exemplary equivalent circuit diagram of an embodiment of an on-board network 100 for a vehicle.
  • the on-board network 100 has a first energy source E1, a second energy source E2, a plurality of loads L1, L2, L3 and a safety device 10.
  • the first energy source E1 comprises, for example, a DC/DC converter.
  • the second energy source E2 comprises, for example, a battery or accumulator.
  • the on-board network 1 is, for example, a 12 V on-board network.
  • the loads L1, L2, L3 of the on-board network 100 are assigned requirement levels with respect to a safety integrity from a set of predetermined set of requirement levels, which includes at least requirement levels I, II, III and IV, wherein the requirements increase in the order mentioned.
  • Requirement level I corresponds, for example, to ASIL QM (not safety-relevant).
  • Requirement level II corresponds, for example, to ASIL A according to ISO 26262.
  • Requirement level III corresponds, for example, to ASIL B according to ISO 26262 and requirement level IV corresponds, for example, to ASIL C according to ISO 26262.
  • Such a requirement level can also be assigned to the energy storage devices E1, E2.
  • the first energy source E1 can be assigned requirement level I and the second energy source E2 can be assigned requirement level IV.
  • requirement level IV The higher requirement level for the second energy source E2 results from the fact that the second energy source E2 is intended for the redundant energy supply of the safety-relevant loads, to which, for example, requirement level IV is assigned.
  • the safety device 10 has a first supply connection VA1 and a second supply connection VA2.
  • the first supply connection VA1 of the safety device 10 is connected to the first energy source E1 via a first supply line VL1.
  • the first energy source E1 can be connected to the first supply connection VA1 of the safety device 10 via a fuse F (not shown in Figure 2), in particular a safety fuse, which is arranged in the first supply line VL1.
  • first loads L1 are connected to the first supply line VL1. These first loads L1 are connected to the first supply line VL1 via fuses F, for example.
  • the second supply connection VA2 of the safety device 10 is connected to the second energy source E2 via a second supply line VL2.
  • one or more second loads L2 are connected to the second supply line VL2.
  • These second loads L2 are connected to the second supply line VL2 via fuses F, for example.
  • the second loads L2 are in particular safety-relevant loads, for example with a requirement level IV or AS I L-C requirement.
  • the safety device 10 has a first supply path segment VS1, a second supply path segment VS2, and a further supply path segment VSw.
  • the security device 10 has a first separating instance T1 and a second separating instance T2.
  • the first supply path segment VS1 is arranged between the first supply connection VA1 and the first isolating instance T1. This means that the first supply path VS1 connects the first supply connection VA1 to a first connection of the first isolating instance T1.
  • the second supply path segment VS2 is arranged between the second supply connection VA2 and the second isolating instance T2. This means that the second supply path VS2 connects the second supply connection VA2 to a second connection of the second isolating instance T2.
  • the further supply path segment VSw is between the first separation instance
  • the safety device 10 has a plurality of first load connections LA1, which are each connected to the first supply path segment VS1 via a first fuse S1.
  • a first load L1 is preferably connected to each of the first load connections LA1.
  • the safety device 10 has a plurality of third load connections LA3, which are each connected to the further supply path segment VSw via a third fuse S3.
  • a third load L3 is preferably connected to each of the third load connections LA3.
  • the safety device 10 has a further isolating instance Tw and one or more second load connections LA2, to each of which a second load L2 is connected.
  • the second load connection or connections LA2 are each connected via a second fuse S2 to a first connection of the further isolating instance Tw and a second connection of the further isolating instance Tw is connected to the second supply path segment VSw.
  • the first fuses S1, second fuses S2 and third fuses S3 each have a monitoring unit MU which is designed to detect whether the respective fuse has an open state or predetermined conditions are met (a current through the fuse exceeds a predetermined threshold value), which, in the case of a fault-free fuse, lead to the fuse changing to an open state, and if the respective fuse has an open state or the conditions are met, to provide a monitoring signal which signals that the fuse has an open state.
  • the safety device 10 has a control device CU, which is designed to receive the monitoring signals of the fuses S1, S2, S3 and, depending on the monitoring signals, to control one or more predetermined isolating instances such that they assume an open state. If, for example, one of the first fuses S1 signals to the control device CU that it has an open state, the control device CU causes the first isolating instance T1 to be transferred to an open state. This allows the second and third loads L2, L3 to continue to be supplied by the second energy source E2.
  • the control device CU causes the first and second isolating instances T1, T2 to be each transferred to an open state. This enables at least the second loads L2 to continue to be supplied by the second energy source E2.
  • the control device CU causes the further isolating instance Tw to be switched to an open state.
  • This allows the first and third loads L1, L3 to continue to be supplied redundantly by the first energy source E1 and the second energy source E2.
  • the further loads L2 of the second supply line VL2 can also be supplied redundantly via the first energy source E1 and the second energy source E2.
  • the safety device 10 further comprises a coupling unit SU which is designed to connect the further supply path segment VSw, which has been separated from the first supply path segment VS1 and the second supply path segment VS2, for example due to a short circuit in one of its loads, to the first and/or second supply path segment VS1, VS2 in an electrically conductive but high-impedance manner for a predetermined period of time and to detect, in the predetermined period of time, a first measurement signal which is representative of a first voltage which the further supply path segment VSw has, and a second measurement signal which is representative of a second voltage which the first or second supply path segment VS1, VS2 provides.
  • a coupling unit SU which is designed to connect the further supply path segment VSw, which has been separated from the first supply path segment VS1 and the second supply path segment VS2, for example due to a short circuit in one of its loads, to the first and/or second supply path segment VS1, VS2 in an electrically conductive but high-impedance manner
  • the coupling unit SU has, for example, for all supply path segments VS3, ..., VS6 except for the first and second supply path segments VS1, VS2, a switchable connection, for example a line with a transistor, for example a bipolar pnp transistor or a MOSFET, so that in the event of a fault, the supply path segment affected by the fault and the first supply path segment VS1 or the second supply path segment VS2 can be electrically connected for a predetermined period of time.
  • a switchable connection for example a line with a transistor, for example a bipolar pnp transistor or a MOSFET
  • the safety device 10 has a comparator which is designed to compare the first measurement signal with the second measurement signal and, if an amount of deviation between the first measurement signal and the second measurement signal falls below a predetermined threshold value, to cause the control device to return at least one of the isolating instances which cause the respective separated supply path segment to be separated into a closed state.
  • Figure 3 shows an exemplary equivalent circuit diagram of another embodiment of an on-board network 100 for a vehicle.
  • the safety device 10 has a third isolating instance T3, a fourth isolating instance T4, an additional supply path segment VSz and a plurality of fifth load connections LA5.
  • the first supply path segment VS1 is additionally connected to a first connection of the third isolating instance T3 and the second supply path segment VS2 is additionally connected to a first connection of the fourth isolating instance T4.
  • the additional supply path segment VSz is arranged between the third and fourth isolating instances T3, T4. This means that it connects a second connection of the third isolating instance T3 and a second connection of the fourth isolating instance T4.
  • the fifth load connections LA5 are each connected to the additional supply path segment VSz via a fifth fuse S5.
  • the fifth fuses S5 are designed, for example, analogously to the third fuses S3 and the control device CU is designed to also To receive and evaluate monitoring signals from the fifth fuses S5 and to control the isolating elements T3, T4 appropriately.
  • the coupling unit SU is additionally designed to electrically connect the additional supply path segment VSz to the first and/or second supply path segment VS1, VS2 for a predetermined period of time, in particular with high resistance, if it has been separated from the first supply path segment VS1 and the second supply path segment VS2, for example due to a short circuit in one of its loads, and to detect a first measurement signal, which is representative of a first voltage that the additional supply path segment has, and a second measurement signal, which is representative of a second voltage that the first or second supply path segment VS1, VS2 provides, in the predetermined period of time.
  • the comparator is designed to compare the first measurement signal with the second measurement signal for the additional supply path segment VSz and, if an amount of deviation between the first measurement signal and the second measurement signal falls below a predetermined threshold value, to cause the control device CU to return at least one of the isolating instances that cause the additional supply path segment to be separated, i.e. the third and/or the fourth isolating instance, to a closed state.
  • Figure 4 shows an exemplary equivalent circuit diagram of another embodiment of an on-board network 100 for a vehicle.
  • the safety device 10 has a fifth isolating instance T5, which is arranged in the further supply path segment VSw, so that the further supply path segment VSw is formed by a third and fourth supply path segment VS3, VS4, which can be coupled and decoupled via the fifth isolating instance T5.
  • the third load terminals LA3 are each connected to the third supply path segment VS3 via the third fuses S3.
  • the safety device 10 further comprises a plurality of fourth load terminals LA4, which are connected to the fourth supply path segment VS4 via fourth fuses S4.
  • the safety device 10 has, for example, a sixth isolating instance T6, which is arranged in the additional supply path segment VSz, so that the additional supply path segment VSz is formed by a fifth and sixth supply path segment VS5, VS6, which can be coupled and decoupled via the sixth isolating instance T6.
  • the fifth load terminals LA5 are each connected to the fifth supply path segment VS5 via the fifth fuses S5.
  • the safety device 10 further comprises a plurality of sixth load terminals LA6, which are connected to the sixth supply path segment VS6 via sixth fuses S6.
  • the fourth and sixth fuses S4, S6 are designed, for example, analogously to the third fuses S3 and the control device CU is designed to also receive and evaluate the monitoring signals of the fourth and sixth fuses S4, S6 and to suitably control the isolating instances, in particular also the fifth and sixth isolating instances T5, T6.
  • the coupling unit CU is, as already described in connection with Figures 2 and 3, designed to electrically connect the respective supply path segment, which has been separated from the other supply path elements, for example due to a short circuit in one of its loads, to the first and/or second supply path segment for a predetermined period of time and to detect a first measurement signal, which is representative of a first voltage that the additional supply path segment has, and a second measurement signal, which is representative of a second voltage that the first or second supply path segment provides, in the predetermined period of time.
  • the comparator is, as already described in connection with Figures 2 and 3, designed to compare the first measurement signal with the second measurement signal for the respective supply path segment when it is separated and if an amount of deviation between the first measurement signal and the second measurement signal falls below a predetermined threshold value, to cause the control device to return at least one of the isolating instances which cause the isolating of the separated supply path segment to a closed state.
  • the first to sixth fuses comprise a circuit breaker.
  • the first to sixth fuses S1, ... S6 it is possible for the first to sixth fuses S1, ..., S6 to have fuses. It is also possible for the first to sixth fuses S1, ..., S6 to be designed differently and thus some of the fuses have a fuse and the other part of the fuses have a circuit breaker.
  • the respective isolating switch is designed as a semiconductor switch.
  • the respective semiconductor switch preferably has a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) or several MOSFETs connected in parallel.
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • n-channel MOSFETs can be used here.
  • the first to fifth isolating elements T1, ..., T5 and the further isolating element Tw also have a semiconductor switch.
  • the respective semiconductor switch preferably has a MOSFET or several MOSFETs connected in parallel.
  • At least one of the isolating elements T1, ... T5, Tw, preferably the fifth and sixth isolating elements T5, T6, have two MOSETs that are connected in anti-serial.
  • the two MOSFETs can also be formed by a group of MOSFETs connected in parallel.
  • the control device CU is designed to cause, when one of the supply path segments (in particular the third or fourth or fifth or sixth) is to be separated from the other supply path segments, that the MOSFET whose source is arranged on the side facing the supply path segment to be separated is put into a blocking state.
  • the fifth isolating instance T5 has a first and a second MOSFET which are connected in anti-series, wherein the first MOSFET is arranged on the side of the third supply path segment VS3 and the first MOSFET is directly connected with its drain to the third supply path segment VS3 and the second MOSFET is on the side of the fourth supply path segment VS4 and the second MOSFET is directly connected with its drain to the fourth supply path segment VS4.
  • the control device CU is designed to cause, when the third supply path VS3 is to be disconnected, that at least the second MOSFET of the fifth isolating instance T5 is set to high resistance and the first isolating instance is switched to an open state.
  • the fourth supply segment is to be disconnected, at least the first MOSFET of the fifth isolating instance T5 is set to high resistance and the second isolating instance is switched to an open state.
  • the respective semiconductor switch preferably has one or more gate drivers which are controlled by the control device CU.
  • the monitoring unit MU of the first to sixth fuses S1, S6 is in particular designed to detect a voltage at the associated load connection and/or a load current that flows through the fuse.
  • the monitoring module MU is further designed to control a switching state of the circuit breaker of the fuse depending on the detected current and the detected voltage or only depending on the detected voltage or the detected load current.
  • the loads L1, .... L6 are assigned the following requirement levels with regard to safety integrity: o first load -> requirement level I o second load -> requirement level III or IV o third load -> requirement level II or III o fourth load -> requirement level II or III o fifth load -> requirement level II or III o sixth load -> requirement level II or III
  • Figure 5 shows an exemplary flow chart for a program for a control device CU for operating an on-board network 100, as described by way of example with reference to Figures 2 to 4.
  • the program is first started in a step S01.
  • the start of the program can be triggered, for example, by the presence of a monitoring signal at an input of the control device CU.
  • step S01 for example, program variables are initialized.
  • a monitoring signal that is provided by one of the fuses for example due to a fault, in particular a short-circuit fault, is received or read in and depending on the received or read in monitoring signal that signals that the fuses have an open state, one or more of the isolating instances are controlled such that they assume an open state and that the supply path segment to which the fuse that signals the open state is connected is separated from the other supply path segments, in particular from all other supply path segments.
  • a switching transistor of the coupling unit SU is controlled so that the switchable connection that connects the supply path segment affected by the error and the first supply path segment VS1 or the second supply path segment VS2 is electrically conductive for a predetermined period of time.
  • the connection is designed to be high-resistance so that only a small current can flow compared to the actual load current.
  • a first measurement signal and a second measurement signal are received, which the coupling unit SU provides.
  • the first measurement signal is representative of a first voltage that the separate supply path segment has.
  • the second measurement signal is representative of a second voltage that the first supply path segment VS1 or the second supply path segment VS2 provides.
  • a step S07 the first measurement signal is compared with the second measurement signal and, if an amount of deviation between the first measurement signal and the second measurement signal falls below a predetermined threshold value, at least one of the isolating instances that cause the isolating of the separated supply path segment is returned to a closed state.
  • the program is terminated in a step S09.
  • the program can execute a detection mode in which the inputs of the control device CU are monitored to detect whether monitoring signals are being sent by the fuses S1, ..., S6. The program can thus switch to the detection mode.
  • VL1 first supply line

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Das Bordnetz (100) umfasst eine erste Energiequelle (E1) und eine zweite Energiequelle (E2) eine Vielzahl von Lasten und die Sicherungsvorrichtung (10). Die Sicherungsvorrichtung weist ein erstes, ein zweites, und ein weiteres Versorgungspfadsegment (VS1, VS2, VSw) auf. Ferner weist die Sicherungsvorrichtung (10) eine erste Trenninstanz (T1) und eine zweite Trenninstanz (T2) auf. Das erste Versorgungspfadsegment (VS1) ist zwischen dem ersten Versorgungsanschluss (VA1) und der ersten Trenninstanz (T1) angeordnet. Das zweite Versorgungspfadsegment (VS2) ist zwischen dem zweiten Versorgungsanschluss (VA2) und der zweiten Trenninstanz (T2) angeordnet und das weitere Versorgungspfadsegment (VSw) ist zwischen der ersten Trenninstanz (T1) und zweiten Trenninstanz (T2) angeordnet. Eine oder mehrere erste Lastanschlüsse (LA1) sind jeweils über eine erste Sicherung (S1) mit dem ersten Versorgungspfadsegment (VS1) verbunden. Mehrere dritte Lastanschlüsse sind jeweils über eine dritte Sicherung (S3) mit dem weiteren Versorgungspfadsegment (VSw) verbunden.

Description

Beschreibung
Sicherungsvorrichtung für ein Bordnetz eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft eine Sicherungsvorrichtung und ein Bordnetz für ein Fahrzeug, wobei das Bordnetz die Sicherungsvorrichtung umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des Bordnetzes sowie eine Steuereinrichtung zum Betreiben des Bordnetzes. Des Weiteren wird ein Computerprogramm zum Betreiben des Bordnetzes beschrieben.
Mit zunehmenden Automatisierungsgrad im Fahrzeug erhöhen sich auch die Anforderungen an die Funktionale Sicherheit einer Energieversorgung im Fahrzeug. Um die Energieversorgung von sicherheitsrelevanten Verbrauchern auch im Fehlerfall sicherzustellen, wird diese üblicherweise redundant ausgelegt. Ferner wird zu Verbesserung des Sicherheitskonzept eine Trenninstanz zwischen den sicherheitsrelevanten Verbrauchern und nicht sicherheitsrelevanten Verbrauchern vorgesehen, so dass bei Auftreten eines Fehlers, zum Beispiel einem Kurzschluss eines Verbrauchers, die sicherheitsrelevanten Verbraucher von den übrigen Verbrauchern abgetrennt werden können.
Figur 1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Bordnetzes 1 mit redundanter Stromversorgung. Das Bordnetz 1 versorgt neben einfachen Lasten 2 , z. B. eine Klimaanlage, auch mehrere sicherheitsrelevante Lasten 3, z. B. eine elektrische Bremse, die eine Spannungsversorgung zum Beispiel nach ASIL C oder ASIL D erfordern. Das Bordnetz 1 weist einen DC/DC-Wandler 4 und eine Batterie 5 auf, die über eine Versorgungsleitung verbunden sind. Ein Trennschalter 7 zwischen den beiden Quellen 4, 5 dient der Sicherstellung der Rückwirkungsfreiheit im Falle eines schadhaften DC/DC-Wandlers, oder dessen Zuleitung. Die Versorgungsleitung weist Anschlusspunkte auf zum Anbinden der sicherheitsrelevanten Lasten 3 und der einfachen Lasten 2. Die sicherheitsrelevanten Lasten 3 und die einfache Lasten 2 sind jeweils über eine Sicherung 6 mit einem der Anschlusspunkte verbunden. Damit sich zum Beispiel Kurzschlüsse in den einzelnen Lastzweigen nur mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit auf die Spannungsversorgung der sicherheitsrelevanten Lasten 3 auswirken, sind die ASIL-Anforderungen an die Sicherungen 6 sehr hoch. D. h. da die Spannungsversorgung der sicherheitsrelevanten Lasten 3 ASIL-C-Anforderungen erfüllen muss, müssen bei der in Figur 1 gezeigten Schaltungsstruktur, auch die Sicherungen 6 mindestens ASIL-C-Anforderungen erfüllen. Dies kann beispielsweise jeweils erreicht werden durch Nutzung von zwei in Reihe geschaltete Sicherungen, die ASIL-B-Anforderungen erfüllen.
Die Sicherungen 6 können als Schmelzsicherung oder als Halbleitertrennschalter ausgeführt sein. Ein wesentlicher Vorteil der Schmelzsicherungen ist, dass sie sehr kostengünstig hergestellt werden können. Die Halbleitertrennschalter haben den Vorteil, dass die Reaktionszeit, bis der Halbleitertrennschalter auslöst, um ein Vielfaches geringer ist als bei einer Schmelzsicherung. Ein weiter Nachteil neben den Kosten der Halbleitertrennschalter ist, dass eine Eigensicherung fehlt. Im Falle eines Schadens an dem Halbleitertrennschalter selbst, zum Beispiel durch eine Überlastung, ist der Halbleitertrennschalter mit hoher Wahrscheinlichkeit vollständig leitend. Eine Schmelzsicherung ist nach einer Auslösung offen und damit eigensicher. Beim Ersetzen von Schmelzsicherungen durch Halbleitertrennschalter in Fahrzeugbordnetzen ist daher eine Ausfallwahrscheinlichkeit der Halbleitertrennschalter zu berücksichtigen und es ergeben sich geänderte Anforderungen, was die Rückwirkung an andere Verbraucher betrifft.
Eine zu lösende Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Sicherungsvorrichtung zu schaffen, die kostengünstig bereitgestellt werden kann und die einen Beitrag leistet zu einer hohen Verfügbarkeit von elektrisch unterstützten oder rein elektrisch ausgeführten Funktionen im Fahrzeug.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch eine Sicherungsvorrichtung für ein Bordnetz eines Fahrzeugs, wobei das Bordnetz eine erste Energiequelle und eine zweite Energiequelle sowie eine Vielzahl von Lasten aufweist. Eine jeweilige Last kann einen einzelnen Verbraucher oder eine Verbrauchergruppe umfassen. Den Lasten des Bordnetzes sind jeweils Anforderungen oder Anforderungsstufen bezüglich einer Sicherheitsintegrität zugeordnet. Insbesondere ist den Lasten jeweils eine Anforderungsstufe aus einer Menge von Anforderungsstufen, die zumindest die Anforderungsstufen I, II, III und IV umfasst, zugeordnet, wobei die Anforderung in der genannten Reihenfolge zunehmen. Die Sicherungsvorrichtung umfasst einen ersten Versorgungsanschluss zum Verbinden der Sicherungsvorrichtung mit der ersten Energiequelle und eine zweiten Versorgungsanschluss zum Verbinden der Sicherungsvorrichtung mit einer zweiten Energiequelle.
Ferner weist die Sicherungsvorrichtung ein erstes Versorgungspfadsegment, ein zweites Versorgungspfadsegment und weiteres Versorgungspfadsegment auf.
Die Sicherungsvorrichtung weist mehrere jeweils über eine erste Sicherung mit dem ersten Versorgungspfadsegment verbunden erste Lastanschlüsse zum jeweiligen Anschließen einer ersten Last auf. Den ersten Lasten ist vorzugsweise bezüglich der Sicherheitsintegrität die Anforderungsstufe I zugeordnet. Bei den ersten Lasten handelt es sich somit vorzugweise um einfache Lasten.
Die Sicherungsvorrichtung weist mehrere jeweils über eine dritte Sicherung mit dem weitem Versorgungspfadsegment verbunden dritte Lastanschlüsse zum jeweiligen Anschließen einer dritten Last auf. Hierbei erfüllen die dritten Lasten vorzugsweise bezüglich einer Sicherheitsintegrität die Anforderungsstufen II oder III.
Des Weiteren weist die Sicherungsvorrichtung eine erste und eine zweite Trenninstanz auf. Das erste Versorgungspfadsegment ist zwischen dem ersten Versorgungsanschluss und der ersten Trenninstanz angeordnet. Das zweite Versorgungspfadsegment ist zwischen dem zweiten Versorgungsanschluss und der zweiten Trenninstanz angeordnet und das weitere Versorgungspfadsegment ist zwischen der ersten und zweiten Trenninstanz angeordnet.
Vorteilhafterweise ermöglicht die Sicherungsvorrichtung, dass das weitere Versorgungspfadsegment von dem ersten Versorgungspfadsegment und dem zweiten Versorgungspfadsegment getrennt werden kann. Damit können die ersten Lasten, die an dem ersten Versorgungspfadsegment angeschlossen sind weiterhin über die erste Energiequelle versorgt werden und auch die an das zweite Versorgungspfadsegment der Sicherungsvorrichtung oder außerhalb der Sicherungsvorrichtung mit dem zweiten Energiespeicher verbundenen sicherheitsrelevanten Lasten können über den zweiten Energiespeicher weiter versorgt werden. Die Abtrennung des weiteren Versorgungspfadsegment ermöglicht, dass ein Fehler in dem weiteren Versorgungpfadsegment keine Rückwirkung auf das erste Versorgungspfadsegment und das zweite Versorgungspfadsegment hat. In zumindest einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Sicherungsvorrichtung eine weitere Trenninstanz und einen oder mehrere zweite Lastanschlüsse zum jeweiligen Anschließen einer zweiten Last auf, wobei der oder die zweiten Lastanschlüsse jeweils über eine zweite Sicherung mit der weiteren Trenninstanz verbunden sind und die weitere Trenninstanz ist mit dem zweiten Versorgungspfadsegment verbunden. Den zweiten Lasten ist vorzugsweise jeweils bezüglich der Sicherheitsintegrität eine Anforderungsstufe III oder IV zugeordnet.
Vorteilhafterweise ermöglicht dies, dass mehrere Lasten, die erhöhte Sicherheitsanforderungen haben, an die Sicherheitsvorrichtung angeschlossen werden können und das Trennen dieser sicherheitsrelevanteren Lasten sehr schnell und flexibel erfolgen kann.
In zumindest einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Sicherungsvorrichtung eine dritte Trenninstanz, eine vierte Trenninstanz, ein zusätzliches Versorgungspfadsegment und mehrere fünfte Lastanschlüsse mit jeweils einer zugehörigen fünften Sicherung auf. Das erste Versorgungspfadsegment ist zusätzlich mit der dritten Trenninstanz verbunden. Das zweite Versorgungpfadsegment ist zusätzlich mit der vierten Trenninstanz verbunden und das zusätzliche Versorgungspfadsegment ist zwischen der dritten und vierten Trenninstanz angeordnet. Die fünften Lastanschlüsse sind jeweils über ihre zugehörige fünfte Sicherung mit dem zusätzlichen Versorgungspfadsegment verbunden.
Durch die gebildete Ringstruktur der Versorgungspfadsegmente ist es möglich, mit den Trenninstanzen im Fehlerfall Teilnetze zu isolieren und somit die Verfügbarkeit der verbleibenden Lasten zu gewährleisten.
In zumindest einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Sicherungsvorrichtung eine fünfte Trenninstanz auf, die in dem weiteren Versorgungspfadsegment angeordnet ist, so dass das weitere Versorgungspfadsegment von einem dritten und vierten Versorgungspfadsegment, die über die fünfte Trenninstanz koppelbar und entkoppelbar sind, gebildet wird. Alternativ oder zusätzlich weist die Sicherungsvorrichtung eine sechste Trenninstanz auf, die in dem zusätzlichen Versorgungspfadsegment angeordnet ist, so dass das zusätzliche Versorgungspfadsegment von einem fünften und sechsten Versorgungspfadsegment, die über die sechste Trenninstanz koppelbar und entkoppelbar sind, gebildet wird. Durch die Ringstruktur der Versorgungspfadsegmente und der weiteren Unterteilung der Versorgungspfadsegmente in der Ringstruktur ist es möglich, mit den Trenninstanzen im Fehlerfall die Teilnetze noch flexibler zu isolieren und somit die Verfügbarkeit der verbleibenden Lasten weither zu erhöhen.
Zumindest ein Teil der Sicherungen, d. h. der ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Sicherungen, wissen jeweils eine Überwachungseinheit auf. Die jeweilige Überwachungseinheit ist ausgebildet, zu detektieren, ob die jeweilige Sicherung einen offenen Zustand aufweist oder vorgegebene Bedingungen erfüllt sind, die bei einer fehlerfreien Sicherung dazu führen, dass die Sicherung in einen offenen Zustand übergeht und, wenn die jeweilige Sicherung einen offenen Zustand aufweist beziehungsweise die vorgegebenen Bedingungen erfüllt sind, ein Überwachungssignal bereitzustellen, das signalisiert, dass die Sicherung einen offenen Zustand aufweist. Vorzugsweise weisen sämtliche ersten bis sechsten Sicherungen, soweit vorhanden, solch ein Überwachungsmodul auf. Das Detektieren, ob die vorgegebenen Bedingungen erfüllt sind, bedeutet beispielsweise, dass ein Strom detektiert wird, der eine vorgegebene Schwelle überschreitet und damit bei einer fehlerfreien Sicherung dazu führen würde, dass die Sicherung auslöst.
Das Überwachungsmodul ist vorzugsweise ausgebildet, einen Strom, der durch den zugehörigen Lastanschluss fließt, und/oder eine Spannung, die an dem zugehörigen Lastanschluss anliegt, zu erfassen und abhängig von dem erfassten Strom und der erfassten Spannung oder nur abhängig von dem erfassten Strom beziehungsweise der erfassten Spannung die Sicherung in einen offenen Zustand zu überführen und, wenn es sich um eine schaltbaren Sicherung handelt, die Sicherung auch in einen geschlossen Zustand umzuschalten.
Dies ermöglicht, die Sicherungen doppelt oder mehrfach abzusichern. Wenn festgestellt wird, dass eine Sicherung ausgelöst wurde oder ausgelöst hätte werden sollen, kann unmittelbar, ca. innerhalb von 100 ps bis 500 ps, auch die zugeordnete(n) Trenninstanz(en) getrennt werden.
In zumindest einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Sicherungsvorrichtung eine Steuervorrichtung auf, die ausgebildet ist, die Überwachungssignale zu empfangen und abhängig von den Überwachungssignalen eine oder mehrere der Trenninstanzen derart anzusteuern, dass sie einen offen Zustand annehmen, um so das jeweilige Versorgungspfadsegment, an das die jeweilige Sicherung angeschlossen ist, die einen offenen Zustand signalisiert, von den anderen Versorgungspfadsegmenten zu trennen. Die Steuervorrichtung kann als zentrale Einheit oder verteilt ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung mehrere Logikschaltungen aufweisen, die jeweils einer oder mehreren der Trenninstanzen beziehungsweise einem der Versorgungssegmente zugeordnet sind.
Die Trenninstanzen weisen insbesondere jeweils eine Ansteuerschaltung auf, mittels derer das Öffnen und Schließen der Trenninstanz bewirkt wird und die von der Steuervorrichtung angesteuert wird.
In zumindest einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Sicherungsvorrichtung eine Kopplungseinheit auf, die ausgebildet ist, das aufgrund des Öffnens der Trenninstanzen von allen anderen Versorgungspfadsegmenten getrennte Versorgungspfadsegment mit dem ersten und/oder zweiten Versorgungspfadsegment für eine vorgegebene Zeitspanne, vorzugsweise über einen ohmschen Widerstand zur Strombegrenzung, elektrisch leitend zu verbinden und in der vorgegebenen Zeitspanne ein erstes Messsignal, das repräsentativ ist für eine erste Spannung, die das jeweilige getrennte Versorgungspfadsegment aufweist, und ein zweites Messignal, das repräsentativ ist für eine zweite Spannung, die das erste beziehungsweise des zweite Versorgungspfadsegment bereitstellt, zu erfassen.
Die Kopplungseinheit ist bevorzugt verteilt ausgebildet. Die Kopplungseinheit stellt insbesondere mehrere Messleitungen zur Verfügung, d.h. quasi für jedes Versorgungspfadsegment eine separate Messleitung mit Ausnahme des ersten und zweiten Versorgungspfadsegments.
In zumindest einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Sicherungsvorrichtung einen Vergleicher auf, der ausgebildet ist, das erste Messsignal mit dem zweiten Messsignal zu vergleichen und, wenn ein Betrag einer Abweichung zwischen dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, die Steuervorrichtung zu veranlassen, zumindest eine der Trenninstanzen, die das Trennen des jeweiligen getrennten Versorgungspfadsegments bewirken, wieder in einen geschlossen Zustand zu überführen. Der Vergleicher kann Teil der Steuervorrichtung sein oder eine separate Vorrichtung umfassen. Die Vergleicher kann ausgebildet sein, den Vergleich analog oder digital durchzuführen. Vorteilhafterweise ermöglicht dies zu prüfen, ob eine fehlerhafte Last vollständig und/oder alle fehlerhaften Lasten von ihrem zugehörigen Versorgungspfadsegment getrennt wurden. Wenn sich die ersten Spannungen und die zweiten Spannungen angleichen, kann davon ausgegangen werden, dass die Trennung der jeweiligen fehlerhaften Last durch die zugehörige Sicherung korrekt funktioniert hat und das von der fehlerhaften Last betroffene Versorgungspfadsegment kann mit seinen verbleibenden Lasten wieder mit den anderen Versorgungspfadsegmenten verbunden werden. Hierdurch kann die Verfügbarkeit der verbleibenden Lasten des von einer fehlerhaften Last betroffenen Versorgungspfadsegments erhöht werden.
Der Vergleicher kann eine separate Einheit sein oder die Steuervorrichtung kann den Vergleicher umfassen.
In zumindest einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weisen die Trenninstanzen (erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Trenninstanz) und zumindest ein Teil der Sicherungen jeweils einen schaltbaren Halbleiterschalter auf. Vorzugsweise weisen sämtliche Sicherungen, d. h. die ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Sicherungen einen Halbleiterschalter auf.
In zumindest einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist der Halbleiterschalter einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, MOSFET, oder mehrere parallelgeschaltet MOSFETs und/oder mehrere in Serie geschaltete MOSFETs auf. Die Parallelschaltung ist vorteilhaft bei sehr hohen Leistungen. Die Serienschaltung ermöglicht eine Redundanz, falls beispielsweise ein MOSFET nicht funktioniert.
Der Halbleiterschalter weist vorzugweise einen oder mehrere Gate-Treiber auf, die von der Steuervorrichtung angesteuert werden.
In zumindest einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist zumindest eine der Trenninstanzen zwei MOSETs auf, die antiseriell geschaltet sind. Insbesondere können die fünfte und sechste Trenninstanz solch eine anti-serielle Anordnung der MOSFETs, auch Back-to-Back-Anordnung genannt, aufweisen. Insbesondere ist auch eine Serienschaltung von mehreren Back-to-Back-Anordnungen der MOSFETs möglich. Solch eine Serienschaltung ermöglicht eine Redundanz, falls z. B. ein MOSFET nicht funktioniert. Die Steuervorrichtung ist ausgebildet, zu veranlassen, wenn die Trenninstanz zwei MOSETs aufweist, die antiseriell geschaltet sind und eines der Versorgungspfadsegmente von den anderen Versorgungspfadsegmenten getrennt werden soll, dass zumindest der MOSFET, dessen Source auf der Seite angeordnet ist, die dem zu trennenden Versorgungspfadsegment zugewandt ist, in einen sperrenden Zustand überführt wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Bordnetz für ein Fahrzeug, wobei das Bordnetz eine Sicherungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt aufweist. Ferner weist das Bordnetz eine erste Energiequelle, eine zweite Energiequelle und eine Vielzahl von Lasten auf. Den Lasten des Bordnetzes sind jeweils Anforderungen oder Anforderungsstufen bezüglich einer Sicherheitsintegrität zugeordnet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß dem ersten Aspekt sind auch für den zweiten Aspekt gültig.
Gemäß einem dritten Aspekt und vierten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren und eine korrespondierende Steuervorrichtung für ein Bordnetz, wobei das Bordnetz gemäß dem zweiten Aspekt ausgebildet ist. Das Verfahren umfasst hierbei die folgenden Schritte: Abhängig von einem empfangenen Überwachungssignal, das signalisiert, dass eine der Sicherungen einen offenen Zustand aufweist, werden eine oder mehrere der Trenninstanzen derart angesteuert, dass sie einen offenen Zustand annehmen und so das Versorgungspfadsegment, an das die Sicherung angeschlossen ist, die den offenen Zustand signalisiert, von den anderen Versorgungspfadsegmenten getrennt wird. Ferner wird die Kopplungsinstanz veranlasst, das getrennte Versorgungspfadsegment mit dem ersten und/oder zweiten Versorgungspfadsegment für eine vorgegebene Zeitspanne, vorzugsweise über einen ohmschen Widerstand zur Strombegrenzung, elektrisch leitend zu verbinden und in der vorgegebenen Zeitspanne ein erstes Messsignal, das repräsentativ ist für eine erste Spannung, die das jeweilige getrennte Versorgungspfadsegment aufweist, und ein zweites Messignal, das repräsentativ ist für eine zweite Spannung, die das erste beziehungsweise des zweite Versorgungspfadsegment bereitstellt, zu erfassen und bereitzustellen. Das erste Messsignal wird mit dem zweiten Messsignal verglichen und, wenn ein Betrag einer Abweichung zwischen dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, wird zumindest eine der Trenninstanzen, die das Trennen des getrennten Versorgungspfadsegments bewirken, wieder in einen geschlossenen Zustand überführt.
Gemäß einem fünften Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Computerprogramm umfassend Befehle, die bewirken, dass eine Steuervorrichtung das Verfahren gemäß dem dritten Aspekt ausführt.
Gemäß einem sechsten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein computerlesbares nichtflüchtiges Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gemäß dem fünften Aspekt gespeichert ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß dem ersten Aspekt sind auch für den fünften und sechsten Aspekt gültig.
Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Computerprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Programm-Elements und/oder eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen.
Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blu-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für einen Motor eines Kraftfahrzeugs derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.
Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt. Merkmale von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können - soweit technisch sinnvoll - miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele zu bilden. Zum Beispiel können Variationen oder Modifikationen, die im Hinblick auf eines der Ausführungsbeispiele beschrieben sind, auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein, außer dies ist anderweitig angegeben.
Es zeigen:
Figur 1 ein Bordnetz nach dem Stand der Technik,
Figur 2 ein beispielhaftes Ersatzschaltbild eines Ausführungsbeispiel eines Bordnetzes für ein Fahrzeug,
Figur 3 ein beispielhaftes Ersatzschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiel eines Bordnetzes für ein Fahrzeug,
Figur 4 ein beispielhaftes Ersatzschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiel eines Bordnetzes für ein Fahrzeug und
Figur 5 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für ein Programm für eine Steuervorrichtung zum Betreiben eines Bordnetzes.
In den Figuren werden für Elemente mit im Wesentlichen gleicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet, diese Elemente müssen jedoch nicht in allen Einzelheiten identisch sein.
Nachfolgend werden Details ausgeführt, um eine ausführlichere Erklärung der beispielhaften Ausführungsbeispiele bereitzustellen. Für Fachleute auf dem Gebiet ist es jedoch offensichtlich, dass Ausführungsbeispiele ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Blockdiagrammform oder in einer schematischen Ansicht und nicht im Detail gezeigt, um ein einfacheres Verständnis zu ermöglichen.
Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element "verbunden" oder "gekoppelt" bezeichnet wird, das Element direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder Zwischenelemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz ein Element als "direkt" mit einem anderen Element "verbunden" oder "gekoppelt" bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Sonstige zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen benutzte Ausdrücke sollen auf gleichartige Weise ausgelegt werden (z. B. "zwischen" versus "direkt zwischen", "benachbart" versus "direkt benachbart" etc.).
Figur 2 zeigt ein beispielhaftes Ersatzschaltbild eines Ausführungsbeispiel eines Bordnetzes 100 für ein Fahrzeug.
Das Bordnetz 100 weist eine erste Energiequelle E1 , eine zweite Energiequelle E2, eine Vielzahl von Lasten L1 ,L2, L3 und eine Sicherungsvorrichtung 10 auf.
Die erste Energiequelle E1 umfasst beispielsweise einen DC/DC-Wandler. Die zweite Energiequelle E2 umfasst beispielsweise eine Batterie beziehungsweise einen Akkumulator. Bei dem Bordenetz 1 handelt es sich beispielsweise um ein 12-V-Bordnetz.
Den Lasten L1 , L2, L3 des Bordnetzes 100 sind beispielsweise Anforderungsstufen bezüglich einer Sicherheitsintegrität aus einer Menge von vorgegebenen Menge von Anforderungsstufen, die zumindest die Anforderungsstufen I, II, III und IV umfasst, zugeordnet, wobei die Anforderung in der genannten Reihenfolge zunehmen.
Die Anforderungsstufe I korrespondiert zum Beispiel zu ASIL QM (nicht sicherheitsrelevant). Die Anforderungsstufe II korrespondiert zum Beispiel zu ASIL A gemäß ISO 26262. Die Anforderungsstufe III korrespondiert zum Beispiel zu ASIL B gemäß ISO 26262 und die Anforderungsstufe IV korrespondiert zum Beispiel zu ASIL C gemäß ISO 26262.
Auch den Energiespeichern E1 , E2 kann solch eine Anforderungsstufe zugeordnet sein. Beispielsweise kann der ersten Energiequelle E1 die Anforderungsstufe I zugeordnet sein und der zweiten Energiequelle E2 die Anforderungsstufe IV. Die höhere Anforderungsstufe für die zweite Energiequelle E2 ergibt sich dadurch, dass die zweite Energiequelle E2 für die redundante Energieversorgung der sicherheitsrelevanten Lasten, denen zum Beispiel die Anforderungsstufe IV zugeordnet ist, vorgesehen ist.
Die Sicherungsvorrichtung 10 weist einen ersten Versorgungsanschluss VA1 und einen zweiten Versorgungsanschluss VA2 auf. Der erste Versorgungsanschluss VA1 der Sicherungsvorrichtung 10 ist über eine erste Versorgungsleitung VL1 mit der ersten Energiequelle E1 verbunden. Die erste Energiequelle E1 kann über eine Sicherung F (in Figur 2 nicht gezeigt), insbesondere eine Schmelzsicherung, die in der ersten Versorgungsleitung VL1 angeordnet ist, mit dem ersten Versorgungsanschluss VA1 der Sicherungsvorrichtung 10 verbunden sein.
An die erste Versorgungsleitung VL1 sind beispielsweise eine Vielzahl von ersten Lasten L1 angeschlossen. Diese ersten Lasten L1 sind beispielsweise über Schmelzsicherungen F an die erste Versorgungsleitung VL1 angeschlossen.
Der zweite Versorgungsanschluss VA2 der Sicherungsvorrichtung 10 ist über eine zweite Versorgungsleitung VL2 mit der zweiten Energiequelle E2 verbunden. An die zweite Versorgungsleitung VL2 sind beispielsweise eine oder mehrere zweite Lasten L2 angeschlossen. Diese zweiten Lasten L2 sind beispielsweise über Schmelzsicherungen F an die zweite Versorgungsleitung VL2 angeschlossen. Bei den zweiten Lasten L2 handelt es sich insbesondere um sicherheitsrelevante Lasten, beispielsweise mit einer Anforderungsstufe IV beziehungsweise AS I L-C-Anforderung .
Die Sicherungsvorrichtung 10 weist ein erstes Versorgungspfadsegment VS1 , ein zweites Versorgungspfadsegment VS2, und ein weiteres Versorgungspfadsegment VSw auf.
Ferner weist die Sicherungsvorrichtung 10 eine erste Trenninstanz T1 und eine zweite Trenninstanz T2 auf.
Das erste Versorgungspfadsegment VS1 ist zwischen dem ersten Versorgungsanschluss VA1 und der ersten Trenninstanz T1 angeordnet. D. h. das erste Versorgungspfad VS1 verbindet den ersten Versorgungsanschluss VA1 mit einem ersten Anschluss der ersten T renninstanz T 1 .
Das zweite Versorgungspfadsegment VS2 ist zwischen dem zweiten Versorgungsanschluss VA2 und der zweiten Trenninstanz T2 angeordnet. D. h. das zweite Versorgungspfad VS2 verbindet den zweiten Versorgungsanschluss VA2 mit einem zweiten Anschluss der zweiten Trenninstanz T2.
Das weitere Versorgungspfadsegment VSw ist zwischen der ersten Trenninstanz
T1 und der zweiten Trenninstanz T2 angeordnet. D. h. das weitere Versorgungspfadsegment VSw verbindet einen zweiten Anschluss der ersten Trenninstanz T1 mit einem ersten Anschluss der der zweiten Trenninstanz T2.
Des Weiteren weist die Sicherungsvorrichtung 10 mehrere erste Lastanschlüsse LA1 auf, die jeweils über eine erste Sicherung S1 mit dem ersten Versorgungspfadsegment VS1 verbundenen sind. An die ersten Lastanschlüsse LA1 sind vorzugsweise jeweils eine erste Last L1 angeschlossen.
Die Sicherungsvorrichtung 10 weist mehrere dritte Lastanschlüsse LA3 auf, die jeweils über eine dritte Sicherung S3 mit dem weiteren Versorgungspfadsegment VSw verbunden sind. An die dritten Lastanschlüsse LA3 sind vorzugsweise jeweils eine dritte Last L3 angeschlossen.
In einer optionalen Ausgestaltung weist die Sicherungsvorrichtung 10 eine weitere Trenninstanz Tw und einen oder mehrere zweite Lastanschlüsse LA2 auf, an die jeweils eine zweite Last L2 angeschlossen ist. Der oder die zweiten Lastanschlüsse LA2 sind jeweils über eine zweite Sicherung S2 mit einem ersten Anschluss der weiteren Trenninstanz Tw verbunden und ein zweiter Anschluss der weiteren Trenninstanz Tw ist mit dem zweiten Versorgungspfadsegment VSw verbunden.
Die ersten Sicherungen S1 , zweiten Sicherungen S2 und dritten Sicherungen S3 weisen jeweils eine Überwachungseinheit MU auf, die ausgebildet ist, zu detektieren, ob die jeweilige Sicherung einen offenen Zustand aufweist oder vorgegebene Bedingungen erfüllt sind (ein Strom durch die Sicherung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet), die bei einer fehlerfreien Sicherung dazu führen, dass die Sicherung in einen offenen Zustand übergeht, und wenn die jeweilige Sicherung einen offen Zustand aufweist beziehungsweise die Bedingungen erfüllt sind, ein Überwachungssignal bereitzustellen, das signalisiert, dass die Sicherung einen offenen Zustand aufweist.
Die Sicherungsvorrichtung 10 weist eine Steuervorrichtung CU auf, die ausgebildet ist, die Überwachungssignale der Sicherungen S1 , S2, S3 zu empfangen und abhängig von den Überwachungssignalen eine oder mehrere vorgegebene Trenninstanzen derart anzusteuern, dass sie einen offenen Zustand annehmen. Wenn beispielsweise eine der ersten Sicherungen S1 an die Steuervorrichtung CU signalisiert, dass sie einen offenen Zustand aufweist, veranlasst die Steuervorrichtung CU, dass die erste Trenninstanz T1 in einen offenen Zustand überführt wird. Damit können die zweiten und dritten Lasten L2, L3 weiterhin von der zweiten Energiequelle E2 versorgt werden.
Wenn beispielsweise eine der dritten Sicherungen S3 an die Steuervorrichtung CU signalisiert, dass sie einen offenen Zustand aufweist, veranlasst die Steuervorrichtung CU, dass die erste und zweite Trenninstanz T1 , T2 jeweils in einen offenen Zustand überführt wird. Dies ermöglicht, dass zumindest die zweiten Lasten L2 weiterhin von der zweiten Energiequelle E2 versorgt werden können.
Wenn beispielsweise eine der zweiten Sicherungen S2 an die Steuervorrichtung CU signalisiert, dass sie einen offenen Zustand aufweist, veranlasst die Steuervorrichtung CU, dass die weitere Trenninstanz Tw in einen offenen Zustand überführt wird. Dies ermöglicht, dass die ersten und dritten Lasten L1 , L3 weiterhin redundant von der ersten Energiequelle E1 und zweiten Energiequelle E2 versorgt werden können. Aber auch die weiteren Lasten L2 der zweiten Versorgungsleitung VL2 können redundant über die erste Energiequelle E1 und die zweite Energiequelle E2 versorgt werden.
Die Sicherungsvorrichtung 10 weist ferner eine Kopplungseinheit SU auf, die ausgebildet ist, das weitere Versorgungspfadsegment VSw, das zum Beispiel aufgrund eines Kurzschlusses in einer seiner Lasten von dem ersten Versorgungspfadsegment VS1 und dem zweiten Versorgungspfadsegment VS2 getrennt wurde, mit dem ersten und/oder zweiten Versorgungspfadsegment VS1 , VS2 für eine vorgegebene Zeitspanne elektrisch leitend, aber hochohmig zu verbinden und in der vorgegebenen Zeitspanne ein erstes Messsignal, das repräsentativ ist für eine erste Spannung, die das weitere Versorgungspfadsegment VSw aufweist, und ein zweites Messignal, das repräsentativ ist für eine zweite Spannung, die das erste beziehungsweise des zweite Versorgungspfadsegment VS1 , VS2 bereitstellt, zu erfassen.
Die Kopplungseinheit SU weist beispielsweise für sämtliche Versorgungspfadsegmente VS3, ... ,VS6 außer dem ersten und zweiten Versorgungspfadsegment VS1 , VS2 jeweils eine schaltbare Verbindung, beispielsweise eine Leitung mit einem Transistor, beispielsweise einem bipolar pnp-Transistor oder einen MOSFET, auf, so dass im Fehlerfall, das von dem Fehler betroffenen Versorgungspfadsegment und das erste Versorgungspfadsegment VS1 oder das zweite Versorgungspfadsegment VS2 für eine vorgegebene Zeitspanne elektrisch leitend verbunden werden kann.
Die Sicherungsvorrichtung 10 weist einen Vergleicher auf, der ausgebildet ist, das erste Messsignal mit dem zweiten Messsignal zu vergleichen und, wenn ein Betrag einer Abweichung zwischen dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, die Steuervorrichtung zu veranlassen, zumindest einer der Trenninstanzen, die das Trennen des jeweiligen getrennten Versorgungspfadsegments bewirken, wieder in einen geschlossen Zustand zu überführen.
D. h. wenn sich während der Kopplung die Spannung in dem weiteren Versorgungspfadsegment VSw der Spannung des ersten Versorgungspfadsegments VS1 beziehungsweise der Spannung des zweiten Versorgungspfadsegments VS2 angleicht, ist davon auszugehen, dass die zugehörige Sicherung korrekt funktioniert und dass der fehlerbehaftete Verbraucher korrekt getrennt wurde, und das weitere Versorgungspfadsegment VSw kann erneut an die erste und/oder zweite Energiequelle E1 , E2 angeschlossen und dauerhaft versorgt werden.
Figur 3 zeigt ein beispielhaftes Ersatzschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Bordnetzes 100 für ein Fahrzeug.
Im Unterschied zu dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Sicherungsvorrichtung 10 eine dritte Trenninstanz T3, eine vierte Trenninstanz T4, ein zusätzliches Versorgungspfadsegment VSz und mehrere fünfte Lastanschlüsse LA5 auf. Das erste Versorgungspfadsegment VS1 ist zusätzlich mit einem ersten Anschluss der dritten Trenninstanz T3 verbunden und das zweite Versorgungpfadsegment VS2 ist zusätzlich mit einem ersten Anschluss der vierten Trenninstanz T4 verbunden. Das zusätzliche Versorgungspfadsegment VSz ist zwischen der dritten und vierten Trenninstanz T3, T4 angeordnet. D. h. es verbindet einen zweiten Anschluss der dritten Trenninstanz T3 und einen zweiten Anschluss der vierten Trenninstanz T4. Die fünften Lastanschlüsse LA5 sind jeweils über eine fünfte Sicherung S5 mit dem zusätzlichen Versorgungspfadsegment VSz verbunden.
Die fünften Sicherungen S5 sind beispielsweise analog zu den dritten Sicherungen S3 ausgebildet und die Steuervorrichtung CU ist ausgebildet, auch die Überwachungssignale der fünften Sicherungen S5 zu empfangen und auszuwerten und die Trenninstanzen T3, T4 geeignet anzusteuern.
Ferner ist die Kopplungseinheit SU zusätzlich ausgebildet, das zusätzliche Versorgungspfadsegment VSz, wenn es zum Beispiel aufgrund eines Kurzschlusses in einer seiner Lasten von dem ersten Versorgungspfadsegment VS1 und dem zweiten Versorgungspfadsegment VS2 getrennt wurde, mit dem ersten und/oder zweiten Versorgungspfadsegment VS1 , VS2 für eine vorgegebene Zeitspanne, insbesondere hochohmig, elektrisch leitend zu verbinden und in der vorgegebenen Zeitspanne ein erstes Messsignal, das repräsentativ ist für eine erste Spannung, die das zusätzliche Versorgungspfadsegment aufweist, und ein zweites Messignal, das repräsentativ ist für eine zweite Spannung, die das erste beziehungsweise des zweite Versorgungspfadsegment VS1 , VS2 bereitstellt, zu erfassen.
Der Vergleicher ist ausgebildet, auch für das zusätzliche Versorgungspfadsegment VSz das erste Messsignal mit dem zweiten Messsignal zu vergleichen und wenn ein Betrag einer Abweichung zwischen dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, die Steuervorrichtung CU zu veranlassen, zumindest eine der Trenninstanzen, die das Trennen des zusätzlichen Versorgungspfadsegment bewirken, d. h. die dritte und/oder die vierte Trenninstanz, wieder in einen geschlossen Zustand zu überführen.
Figur 4 zeigt ein beispielhaftes Ersatzschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Bordnetzes 100 für ein Fahrzeug.
Im Unterschied zu dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Sicherungsvorrichtung 10 eine fünfte Trenninstanz T5 auf, die in dem weiteren Versorgungspfadsegment VSw angeordnet ist, so dass das weitere Versorgungspfadsegment VSw von einem dritten und vierten Versorgungspfadsegment VS3, VS4, die über die fünfte Trenninstanz T5 koppelbar und entkoppelbar sind, gebildet wird.
Die dritten Lastanschlüsse LA3 sind beispielsweise jeweils über die dritten Sicherungen S3 mit dem dritten Versorgungspfadsegment VS3 verbunden. Die Sicherungsvorrichtung 10 weist ferner mehrere vierte Lastanschlüsse LA4 auf, die über vierte Sicherungen S4 mit dem vierten Versorgungspfadsegment VS4 verbunden sind.
Die Sicherungsvorrichtung 10 weist beispielsweise eine sechste Trenninstanz T6 auf, die in dem zusätzlichen Versorgungspfadsegment VSz angeordnet ist, so dass das zusätzliche Versorgungspfadsegment VSz von einem fünften und sechsten Versorgungspfadsegment VS5, VS6, die über die sechste Trenninstanz T6 koppelbar und entkoppelbar sind, gebildet wird.
Die fünften Lastanschlüsse LA5 sind beispielsweise jeweils über die fünften Sicherungen S5 mit dem fünften Versorgungspfadsegment VS5 verbunden.
Die Sicherungsvorrichtung 10 weist ferner mehrere sechste Lastanschlüsse LA6 auf, die über sechste Sicherungen S6 mit dem sechsten Versorgungspfadsegment VS6 verbunden sind.
Die vierten und sechsten Sicherungen S4, S6 sind beispielsweise analog zu den dritten Sicherungen S3 ausgebildet und die Steuervorrichtung CU ist ausgebildet, auch die Überwachungssignale der vierten und sechsten Sicherungen S4, S6 zu empfangen und auszuwerten und die Trenninstanzen, insbesondere auch die fünfte und sechste Trenninstanz T5, T6 geeignet anzusteuern.
Die Kopplungseinheit CU ist, wie bereits im Zusammenhang mit Figur 2 und 3 beschrieben, ausgebildet, das jeweilige Versorgungspfadsegment, das zum Beispiel aufgrund eines Kurzschlusses in einer seiner Lasten von den anderen Versorgungspfadsementen getrennte wurde, mit dem ersten und/oder zweiten Versorgungspfadsegment für eine vorgegebene Zeitspanne elektrisch leitend zu verbinden und in der vorgegebenen Zeitspanne ein erstes Messsignal, das repräsentativ ist für eine erste Spannung, die das zusätzliche Versorgungspfadsegment aufweist, und ein zweites Messignal, das repräsentativ ist für eine zweite Spannung, die das erste beziehungsweise des zweite Versorgungspfadsegment bereitstellt, zu erfassen.
Der Vergleicher ist, wie bereits im Zusammenhang mit Figur 2 und 3 beschrieben, ausgebildet, für das jeweilige Versorgungspfadsegment, wenn es getrennt ist, entsprechend das erste Messsignal mit dem zweiten Messsignal zu vergleichen und wenn ein Betrag einer Abweichung zwischen dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, die Steuervorrichtung zu veranlassen, zumindest einer der Trenninstanzen, die das Trennen des getrennten Versorgungspfadsegments bewirken, wieder in einen geschlossen Zustand zu überführen.
Bei dem in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Beispielen umfassen die ersten bis sechsten Sicherungen einen Trennschalter. Alternativ ist möglich, dass die erste bis sechsten Sicherungen S1 , ... S6 Schmelzsicherungen aufweisen. Ferner ist möglich, dass die ersten bis sechsten Sicherungen S1 , ... , S6 unterschiedlich ausgebildet sind und somit ein Teil der Sicherungen eine Schmelzsicherung und der andere Teil der Sicherungen einen Trennschalter aufweist.
Der jeweilige Trennschalter ist als Halbleiterschalter ausgebildet. Der jeweilige Halbleiterschalter weist vorzugsweise einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder mehrere parallelgeschaltete MOSFETs auf. Insbesondere können hierbei n-Kanal-MOSFETs genutzt werden.
Die erste bis fünfte Trenninstanz T1 , ... , T5 und die weitere Trenninstanz Tw weisen ebenfalls einen Halbleiterschalter auf. Der jeweilige Halbleiterschalter weist vorzugsweise einen MOSFET oder mehrere parallelgeschaltete MOSFETs auf.
Zumindest eine der Trenninstanzen T1 , ... T5, Tw, vorzugsweise die fünfte und sechste Trenninstanz T5, T6 weisen zwei MOSETs auf, die antiseriell geschaltet sind. Die zwei MOSFETs können hierbei auch jeweils durch eine Gruppe von parallelgeschalteten MOSFETs gebildet sein. Die Steuervorrichtung CU ist ausgebildet zu veranlassen, wenn eines der Versorgungspfadsegmente (insbesondere das dritte oder vierte oder fünfte oder sechste) von den anderen Versorgungspfadsegmenten getrennt werden soll, dass der MOSFET, dessen Source auf der Seite angeordnet ist, die dem zu trennenden Versorgungspfadsegment zugewandt ist, in einen sperrenden Zustand versetzt wird.
Beispielsweise weist die fünfte Trenninstanz T5 einen ersten und einen zweiten MOSFET auf, die antiseriell geschaltet sind, wobei der erste MOSFET auf der Seite des dritten Versorgungspfadsegments VS3 angeordnet und der erste MOSFET mit seinem Drain mit dem dritten Versorgungspfadsegment VS3 direkt verbunden ist und der zweite MOSFET auf der Seite des vierten Versorgungspfadsegments VS4 angeordnet und der zweite MOSFET mit seinem Drain mit dem vierten Versorgungspfadsegment VS4 direkt verbunden ist. Die Steuervorrichtung CU ist ausgebildet zu veranlassen, wenn das dritte Versorgungspfad VS3 getrennt werden soll, dass zumindest der zweite MOSFET der fünften Trenninstanz T5 hochohmig gestellt und die erste Trenninstanz in einen offenen Zustand überführt wird. Wenn das vierte Versorgungssegment getrennt werden soll, wird zumindest der erste MOSFET der fünften Trenninstanz T5 hochohmig gestellt und die zweite Trenninstanz in einen offenen Zustand überführt wird.
Der jeweilige Halbleiterschalter weist vorzugweise einen oder mehrere Gate-Treiber auf, die von der Steuervorrichtung CU angesteuert werden.
Das Überwachungseinheit MU der ersten bis sechsten Sicherungen S1 , , S6 ist insbesondere jeweils ausgebildet, eine Spannung an dem zugehörigen Lastanschluss und/oder einen Laststrom, der durch die Sicherung fließt zu erfassen. Das Überwachungsmodul MU ist ferner ausgebildet, abhängig von dem erfassten Strom und der erfassten Spannung oder nur abhängig von der erfassten Spannung beziehungsweise dem erfassten Laststrom einen Schaltzustand des Trennschalters der Sicherung zu steuern.
Den Lasten L1 , .... L6 sind insbesondere die folgenden Anforderungsstufen bezüglich der Sicherheitsintegrität zugeordnet: o erste Last -> Anforderungsstufe I o zweite Last -> Anforderungsstufe III oder IV o dritte Last -> Anforderungsstufe II oder III o vierte Last -> Anforderungsstufe II oder III o fünfte Last -> Anforderungsstufe II oder III o sechste Last -> Anforderungsstufe II oder III
Figur 5 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für ein Programm für eine Steuervorrichtung CU zum Betreiben eines Bordnetzes 100, wie es beispielhaft in Bezug auf die Figuren 2 bis 4 beschrieben ist.
In einem Schritt S01 wird das Programm zunächst gestartet. Den Start des Programms kann beispielsweise das Anliegen eines Überwachungssignal an einem Eingang der Steuervorrichtung CU auslösen. In dem Schritt S01 erfolgt beispielsweise eine Initialisierung von Programmvariablen. In einem Schritt S03 wird ein Überwachungssignal, das von einer der Sicherungen beispielsweise aufgrund eines Fehlers, insbesondere eines Kurzschlussfehlers, bereitgestellt wird, empfangen oder eingelesen und abhängig von dem empfangenen beziehungsweise eingelesenen Überwachungssignal, das signalisiert, dass die Sicherungen einen offenen Zustand aufweist, wird eine oder mehrere der Trenninstanzen derart angesteuert, dass sie einen offen Zustand annehmen und dass das Versorgungspfadsegment, an das die Sicherung angeschlossen ist, die den offenen Zustand signalisiert, von den anderen Versorgungspfadsegmenten, insbesondere von allen anderen Versorgungspfadsegmenten getrennt wird.
In einem Schritt S05 wird beispielsweise ein Schalttransistor der Kopplungseinheit SU angesteuert, so dass die schaltbare Verbindung, die das von dem Fehler betroffene Versorgungspfadsegment und das erste Versorgungspfadsegment VS1 oder das zweite Versorgungspfadsegment VS2 verbindet, für eine vorgegebene Zeitspanne elektrisch leitend verbindet. Die Verbindung ist hierbei hochohmig ausgestaltet, so dass im Vergleich zum eigentlich Laststrom nur ein kleiner Strom fließen kann.
Ferner wird eine erstes Messsignal und ein zweites Messsignal empfangen, die die Kopplungseinheit SU bereitstellt. Das erste Messsignal ist repräsentativ für eine erste Spannung, die das getrennte Versorgungspfadsegment aufweist. Das zweite Messignal ist repräsentativ für eine zweite Spannung, die das erste Versorgungspfadsegment VS1 beziehungsweise des zweite Versorgungspfadsegment VS2 bereitstellt.
In einem Schritt S07 wird das erste Messsignal mit dem zweiten Messsignal, verglichen und, wenn ein Betrag einer Abweichung zwischen dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, zumindest eine der Trenninstanzen, die das Trennen des getrennten Versorgungspfadsegments bewirken, wieder in einen geschlossenen Zustand überführt.
In einem Schritt S09 wird das Programm beendet. Alternativ kann das Programm einen Detektionsmodus ausführen, bei dem die Eingänge der Steuervorrichtung CU überwacht werden, um zu detektiere, ob von den Sicherungen S1 , ... , S6 Überwachungssignale gesendet werden. Das Programm kann somit in den Detektionsmodus wechseln. Bezugszeichenliste
1 , 100 Bordnetz
10 Sicherungsvorrichtung cu Steuervorrichtung
E1 erste Energiequelle
E2 zweite Energiequelle
L1 , L2, L3, erste Last, zweite Last, dritte Last, vierte Last, fünfte Last, sechste Last
L4, L5, L6
LA1 , LA2, LA3, erster bis sechster Lastanschluss
LA4, LA5, LA6, MU Überwachungseinheit
S1 , S2, S3, S4, S5, erste bis sechste Sicherung
S6
SU Kopplungseinheit
T1 , T2, T3, T4, T5 erste Trenninstanz bis fünfte Trenninstanz
Tw weitere Trenninstanz
VA1 erster Versorgungsanschluss
VA2 zweiter Versorgungsanschluss
VL1 erste Versorgungsleitung
VL2 zweite Versorgungsleitung
VS1 ,VS2, VS3, erstes, zweites, drittes, viertes, fünftes, sechstes
VS4, VS5, VS6 Versorgungspfadsegment
VSw weiteres Versorgungspfadsegment
VSz zusätzliches Versorgungspfadsegment

Claims

Patentansprüche
1. Sicherungsvorrichtung (10) für ein Bordnetz (100) eines Fahrzeugs, wobei das Bordnetz (100) eine erste Energiequelle (E1 ) und eine zweite Energiequelle (E2) und eine Vielzahl von Lasten (L1 , L2, L3, L4, L5, L6) aufweist und den Lasten (L1 , L2, L3, L4, L5, L6) des Bordnetzes (100) jeweils Anforderungen oder Anforderungsstufen bezüglich einer Sicherheitsintegrität zugeordnet sind, und die Sicherungsvorrichtung (10)
- einen ersten Versorgungsanschluss (VA1 ) zum Verbinden der Sicherungsvorrichtung (10) mit der ersten Energiequelle (E1 ) und eine zweiten Versorgungsanschluss (VA2) zum Verbinden der Sicherungsvorrichtung (10) mit der zweiten Energiequelle (E2) aufweist,
- ein erstes, ein zweites, und ein weiteres Versorgungspfadsegment (VS1 , VS2, VSw) aufweist,
- einen oder mehrere erste Lastanschlüsse (LA1 ) aufweist zum jeweiligen Anschließen einer ersten Last (LA1 ), wobei die ersten Lastanschlüsse (LA1 ) jeweils über eine erste Sicherung (S1 ) mit dem ersten Versorgungspfadsegment (VS1 ) verbunden sind,
- mehrere dritte Lastanschlüsse (LA3) aufweist zum jeweiligen Anschließen einer dritten Last (L3), wobei die dritten Lastanschlüsse (LA3) jeweils über eine dritte Sicherung (S3) mit dem weiteren Versorgungspfadsegment (VSw) verbunden sind,
- eine erste Trenninstanz (T1 ) und eine zweite Trenninstanz (T2) aufweist, wobei
- das erste Versorgungspfadsegment (VS1 ) zwischen dem ersten Versorgungsanschluss (VA1 ) und der ersten Trenninstanz (T1 ) angeordnet ist,
- das zweite Versorgungspfadsegment (VS2) zwischen dem zweiten Versorgungsanschluss (VA2) und der zweiten Trenninstanz (T2) angeordnet ist,
- das weitere Versorgungspfadsegment (VSw) zwischen der ersten Trenninstanz (T1 ) und zweiten Trenninstanz (T2) angeordnet ist, wobei zumindest ein Teil der Sicherungen (S1 , S6) jeweils eine Überwachungseinheit (MU) aufweisen, die ausgebildet ist,
- zu detektieren, ob die jeweilige Sicherung (S1 , ... , S6) einen offenen Zustand aufweist oder vorgegebene Bedingungen erfüllt sind, die bei einer fehlerfreien Sicherung dazu führen, dass die Sicherung in einen offenen Zustand übergeht, und - wenn die jeweilige Sicherung (S1 , ... ,S6) einen offenen Zustand aufweist beziehungsweise die Bedingungen erfüllt sind, ein Überwachungssignal bereitzustellen, das signalisiert, dass die Sicherung (S1 , ... ,S6) einen offenen Zustand aufweist.
2. Sicherungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , wobei die Sicherungsvorrichtung eine Steuervorrichtung (CU) aufweist, die ausgebildet ist,
- die Überwachungssignale zu empfangen und abhängig von den Überwachungssignalen eine oder mehrere der Trenninstanzen (T1 , ... T5) derart anzusteuern, dass sie einen offenen Zustand annehmen, um so das jeweilige Versorgungspfadsegment, an das die jeweilige Sicherung (S1 , ... , S6) angeschlossen ist, die einen offenen Zustand signalisiert, von den anderen Versorgungspfadsegmenten zu trennen.
3. Sicherungsvorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei die Sicherungsvorrichtung (10) eine Kopplungseinheit (SU) aufweist, die ausgebildet ist, ein aufgrund des Öffnens der Trenninstanzen das von allen anderen Versorgungspfadsegmenten getrennte Versorgungspfadsegment mit dem ersten und/oder zweiten Versorgungspfadsegment (VS1 , VS2) für eine vorgegebene Zeitspanne elektrisch leitend zu verbinden und in der vorgegebenen Zeitspanne ein erstes Messsignal, das repräsentativ ist für eine erste Spannung, die das jeweilige getrennte Versorgungspfadsegment aufweist, und ein zweites Messignal, das repräsentativ ist für eine zweite Spannung, die das erste Versorgungspfadsegment (VS1 ) beziehungsweise des zweite Versorgungspfadsegment (VS2) bereitstellt, zu erfassen.
4. Sicherungsvorrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei die Sicherungsvorrichtung (10) einen Vergleicher aufweist, der ausgebildet ist, das erste Messsignal mit dem zweiten Messsignal zu vergleichen und wenn ein Betrag einer Abweichung zwischen dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, die Steuervorrichtung (CU) zu veranlassen, zumindest eine der Trenninstanzen, die das Trennen des jeweiligen getrennten Versorgungspfadsegments bewirken, wieder in einen geschlossen Zustand zu überführen.
5. Sicherungsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche , aufweisend eine weitere Trenninstanz (Tw) und einen oder mehrere zweite Lastanschlüsse (LA2) zum jeweiligen Anschließen einer zweiten Last (L2), wobei der oder die zweiten Lastanschlüsse (LA2) jeweils über eine zweite Sicherung (S2) mit der weiteren Trenninstanz (Tw) verbunden sind und die weitere Trenninstanz (Tw) mit dem zweiten Versorgungspfadsegment (VS2) verbunden ist.
6. Sicherungsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
- die Sicherungsvorrichtung (10) eine dritte Trenninstanz (T3), eine vierte Trenninstanz (T4), ein zusätzliches Versorgungspfadsegment (VSz) und einen fünften Lastanschluss (LA5) mit einer zugehörigen fünften Sicherung (S5) aufweist,
- das erste Versorgungspfadsegment (VS1 ) mit der dritten Trenninstanz (T3) verbunden ist,
- das zweite Versorgungpfadsegment (VS2) mit der vierten Trenninstanz (T4) verbunden ist,
- das zusätzliche Versorgungspfadsegment (VSz) zwischen der dritten Trenninstanz (T3) und vierten Trenninstanz (T4) angeordnet ist und
- der fünfte Lastanschluss (LA5) über die fünfte Sicherung (S5) mit dem zusätzlichen Versorgungspfadsegment (VSz) verbunden ist.
7. Sicherungsvorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei
- die Sicherungsvorrichtung (10) eine fünfte Trenninstanz (T5) aufweist, die in dem weiteren Versorgungspfadsegment (VSw) angeordnet ist, so dass das weitere Versorgungspfadsegment (VSw) von einem dritten Versorgungspfadsegment (VS3) und vierten Versorgungspfadsegment (VS4), die über die fünfte Trenninstanz (T5) koppelbar und entkoppelbar sind, gebildet wird, und/oder
- die Sicherungsvorrichtung (10) eine sechste Trenninstanz (T6) aufweist, die in dem zusätzlichen Versorgungspfadsegment (VSz) angeordnet ist, so dass das zusätzliche Versorgungspfadsegment (VSz) von einem fünften Versorgungspfadsegment (VS5) und sechsten Versorgungspfadsegment (VS6), die über die sechste Trenninstanz (T6) koppelbar und entkoppelbar sind, gebildet wird.
8. Sicherungsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Trenninstanzen (T1 , ... T5) und zumindest ein Teil der Sicherungen (S1 , ... , S6) einen Halbleiterschalter aufweisen.
9. Sicherungsvorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei der Halbleiterschalter einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, MOSFET, oder mehrere parallelgeschaltet MOSFETs oder mehrere in Serie geschaltete MOSFETs aufweist.
10. Sicherungsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zumindest eine der Trenninstanzen (T1 , ... T5) zwei MOSETs aufweist, die antiseriell geschaltet sind.
11. Sicherungsvorrichtung (10) nach Anspruch 10, wobei die Steuervorrichtung (CU) ausgebildet ist, zu veranlassen, wenn eines der Versorgungspfadsegmente von den anderen Versorgungspfadsegmenten getrennt werden soll, dass der MOSFET, dessen Source auf der Seite angeordnet ist, die dem zu trennenden Versorgungspfadsegment zugewandt ist, in einen sperrenden Zustand versetzt wird.
12. Bordnetz (100) für ein Fahrzeug, aufweisend eine Sicherungsvorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , eine erste Energiequelle (E1 ), eine zweite Energiequelle (2) und eine Vielzahl von Lasten (L1 , ... , L6), wobei den Lasten (L1 , ... L6) des Bordnetzes (100) jeweils Anforderungen oder Anforderungsstufen bezüglich einer Sicherheitsintegrität zugeordnet sind.
13. Verfahren zum Betreiben eines Bornetzes (1 ) mit einer Sicherungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 11 , bei dem
- abhängig von einem empfangenen Überwachungssignal, das signalisiert, dass eine der Sicherungen einen offenen Zustand aufweist, eine oder mehrere der Trenninstanzen derart angesteuert werden, dass sie einen offenen Zustand annehmen und dass das Versorgungspfadsegment, an das die Sicherung angeschlossen ist, die den offenen Zustand signalisiert, von den anderen Versorgungspfadsegmenten getrennt wird,
- die Kopplungseinheit (SU) veranlasst wird, das getrennte Versorgungspfadsegment mit dem ersten Versorgungspfadsegment (VS1 ) und/oder zweiten Versorgungspfadsegment (VS2) für eine vorgegebene Zeitspanne elektrisch leitend zu verbinden und in der vorgegebenen Zeitspanne ein erstes Messsignal, das repräsentativ ist für eine erste Spannung, die das jeweilige getrennte Versorgungspfadsegment aufweist, und ein zweites Messignal, das repräsentativ ist für eine zweite Spannung, die das erste Versorgungspfadsegment (VS1 ) beziehungsweise des zweite Versorgungspfadsegment (VS2) bereitstellt, zu erfassen und bereitzustellen,
- das erste Messsignal mit dem zweiten Messsignal verglichen wird und, wenn ein Betrag einer Abweichung zwischen dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, zumindest eine der Trenninstanzen, die das Trennen des getrennten Versorgungspfadsegments bewirken, wieder in einen geschlossenen Zustand überführt wird.
14. Steuervorrichtung (CU) zum Betreiben eines Bordnetzes (100) gemäß Anspruch 12, die ausgebildet ist, das Verfahren nach Anspruch 13 auszuführen.
15. Computerprogramm umfassend Befehle, die, wenn sie von einem Prozessor oder Controller einer Steuervorrichtung ausgeführt werden, bewirken, dass die Steuervorrichtung (CU) das Verfahren gemäß Anspruch 13 ausführt.
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