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DE102015200124A1 - Method for supplying at least one consumer - Google Patents

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DE102015200124A1
DE102015200124A1 DE102015200124.5A DE102015200124A DE102015200124A1 DE 102015200124 A1 DE102015200124 A1 DE 102015200124A1 DE 102015200124 A DE102015200124 A DE 102015200124A DE 102015200124 A1 DE102015200124 A1 DE 102015200124A1
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DE
Germany
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consumer
electrical system
subnet
subnets
consumers
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102015200124.5A
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German (de)
Inventor
Anthony Chevret
Christian Bohne
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Priority to CN201580072854.3A priority patent/CN107207000A/en
Priority to PCT/EP2015/076401 priority patent/WO2016110353A1/en
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Abstract

Es werden ein Verfahren zum Versorgen mindestens eines Verbrauchers (100) in einem Bordnetz und ein solches Bordnetz vorgestellt. Dabei ist vorgesehen, den Verbraucher (100) aus mehreren Teilnetzen des Bordnetzes zu versorgen.A method is presented for supplying at least one consumer (100) in a vehicle electrical system and such a vehicle electrical system. It is provided to supply the consumer (100) from several subnetworks of the electrical system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Versorgen mindestens eines redundanten Verbrauchers in einem Bordnetz, insbesondere einem Bordnetz in einem Kraftfahrzeug, und ein solches Bordnetz.The invention relates to a method for supplying at least one redundant load in a vehicle electrical system, in particular a vehicle electrical system in a motor vehicle, and such a vehicle electrical system.

Stand der TechnikState of the art

Unter einem Bordnetz ist im automotiven Einsatz die Gesamtheit aller elektrischen Komponenten in einem Kraftfahrzeug zu verstehen. Somit sind davon sowohl elektrische Verbraucher als auch Versorgungsquellen, wie bspw. Batterien, umfasst. Im Kraftfahrzeug ist darauf zu achten, dass elektrische Energie so verfügbar ist, dass das Kraftfahrzeug jederzeit gestartet werden kann und während des Betriebs eine ausreichende Stromversorgung gegeben ist. Aber auch im abgestellten Zustand sollen elektrische Verbraucher noch für einen angemessenen Zeitraum betreibbar sein, ohne dass ein nachfolgender Start beeinträchtigt wird.Under an electrical system is to be understood in the automotive use, the totality of all electrical components in a motor vehicle. Thus, this includes both electrical consumers and supply sources, such as batteries. In the motor vehicle care must be taken to ensure that electrical energy is available in such a way that the motor vehicle can be started at any time and that sufficient power is available during operation. But even when parked, electrical consumers should still be operable for a reasonable period of time, without a subsequent start being impaired.

Zu beachten ist, dass aufgrund der zunehmenden Elektrifizierung von Aggregaten sowie der Einführung von neuen Fahrfunktionen die Anforderung an die Zuverlässigkeit der elektrischen Energieversorgung im Kraftfahrzeug stetig steigt. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass zukünftig bei einem hochautomatischen Fahren fahrfremde Tätigkeiten in begrenztem Maße zulässig sein sollen. Eine sensorische, regelungstechnische, mechanische und energetische Rückfallebene durch den Fahrer ist in diesem Fall nur noch eingeschränkt vorhanden. It should be noted that due to the increasing electrification of units and the introduction of new driving functions, the requirement for the reliability of the electrical energy supply in the motor vehicle steadily increases. Furthermore, it must be taken into account that, in the future, highly non-driving activities should be permitted to a limited extent in the case of highly automated driving. A sensory, regulatory, mechanical and energetic fallback by the driver in this case is limited.

Unter einem hochautomatischen Fahren, das auch als hochautomatisiertes Fahren bezeichnet wird, ist ein Zwischenschritt zwischen einem assistierten Fahren, bei dem der Fahrer durch Assistenzsysteme unterstützt wird, und einem autonomen Fahren, bei dem das Fahrzeug selbsttätig und ohne Einwirkung des Fahrers fährt, zu verstehen. Bei diesem verfügt das Fahrzeug über eine eigene Intelligenz, die vorausplant und die Fahraufgabe zumindest in den meisten Fahrsituationen übernehmen könnte. Daher hat bei einem hochautomatischen Fahren die elektrische Versorgung eine bisher im Kraftfahrzeug nicht gekannte Sicherheitsrelevanz.Under a highly automatic driving, which is also referred to as highly automated driving, an intermediate step between an assisted driving in which the driver is assisted by assistance systems, and an autonomous driving in which the vehicle drives automatically and without the driver's intervention, to understand. In this, the vehicle has its own intelligence, which could plan ahead and take over the driving task, at least in most driving situations. Therefore, in a highly automatic driving the electrical supply has not previously known in the motor vehicle safety relevance.

Das heutige konventionelle 14 V-Bordnetz mit nur einem Generator und nur einer Batterie kann die erhöhten Anforderungen an die Zuverlässigkeit der elektrischen Versorgung nicht mehr in ausreichendem Maße erfüllen. Als Beispiel wird hier das Segeln mit abgeschaltetem Verbrennungsmotor erwähnt. Während der Segelphase steht der Generator als Energieerzeuger nicht mehr zur Verfügung. Der Ausfall der Batterie in der Segelphase führt daher zum Ausfall der gesamten elektrischen Versorgung im Kraftfahrzeug. Aus diesem Grund werden aktuell 14 V-Bordnetze mit zwei Batterien, sogenannte 2-Batterienbordnetze, bei Automobilherstellern und Zulieferern für Segeln diskutiert.Today's conventional 14 V electrical system with only one generator and only one battery can no longer meet the increased demands on the reliability of the electrical supply sufficiently. As an example, mention is made of sailing with the internal combustion engine switched off. During the sailing phase, the generator is no longer available as an energy generator. The failure of the battery in the sailing phase therefore leads to failure of the entire electrical supply in the vehicle. For this reason, 14 V electrical systems with two batteries, so-called 2-battery systems, are currently being discussed by car manufacturers and suppliers of sails.

Es sind Bordnetztopologien für erhöhte Zuverlässigkeit auf Basis eines 14 V-Bordnetzes bekannt, bei denen skalierbare und modulare Bordnetz-Topologien zur Versorgung von sicherheitsrelevanten elektrischen Verbrauchern realisiert werden. Bei diesen werden die Verbraucher in Verbrauchergruppen mit unterschiedlicher Sicherheitsrelevanz eingeteilt, wobei grundsätzlich eine zweikanalige elektrische Versorgung für redundante, sicherheitsrelevante Verbraucher und eine fehlertolerante Versorgung für einfach vorhandene sicherheitsrelevante Verbraucher vorgesehen sind. On-board network topologies for increased reliability based on a 14 V on-board network are known, in which scalable and modular on-board network topologies for supplying safety-relevant electrical consumers are realized. In these consumers are divided into consumer groups with different security relevance, in principle, a two-channel electrical supply for redundant, security-relevant consumers and a fault-tolerant supply for simply existing security-relevant consumers are provided.

Neben der Weiterentwicklung des 14 V-Bordnetzes wird von Automobilherstellern die Einführung des 48 V/14 V-Bordnetzes geplant. Dieses 48 V/14 V-Bordnetz dient neben der Versorgung von Hochleistungsverbrauchern als Einstiegs-Hybridisierung.In addition to the further development of the 14 V electrical system, car manufacturers are planning to introduce the 48 V / 14 V vehicle electrical system. This 48 V / 14 V electrical system is used in addition to the supply of high-power consumers as entry-level hybridization.

In der Druckschrift DE 198 55 245 B4 ist eine redundante Spannungsversorgung für elektrische Verbraucher in einem Fahrzeugbordnetz beschrieben. Dabei werden vorhandene Verbraucher redundant aus zwei Teilbordnetzen mit unterschiedlicher Spannung versorgt, wozu eine Versorgung aus zwei getrennten Spannungszweigen vorgesehen ist.In the publication DE 198 55 245 B4 is described a redundant power supply for electrical loads in a vehicle electrical system. In this case, existing consumers are supplied redundantly from two sub-board networks with different voltage, including a supply of two separate voltage branches is provided.

Aus der Druckschrift DE 10 2006 010 713 B4 ist ein Bordnetz für ein Fahrzeug mit zumindest einem sicherheitsrelevanten Verbraucher bekannt. Hierbei wird ein einfach vorhandener sicherheitsrelevanter Verbraucher redundant aus zwei Teilnetzen, einem Primärnetz und einem Sekundärnetz, versorgt.From the publication DE 10 2006 010 713 B4 is a wiring system for a vehicle with at least one safety-relevant consumer known. In this case, a simply existing security-relevant consumer is supplied redundantly from two subnetworks, a primary network and a secondary network.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Bordnetz gemäß Anspruch 5 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.Against this background, a method with the features of claim 1 and an electrical system according to claim 5 are presented. Embodiments result from the dependent claims and the description.

Das vorgestellte Verfahren ermöglicht eine oder mehrere Spannungslagen, wie bspw. 12 V oder 48 V. Dabei sind mehrfache, galvanisch getrennte Massen für die einzelnen Teilnetze vorgesehen, auch wenn diese die gleiche Spannungslage haben oder auch wenn die Spannungslagen verschieden sind. Weiterhin kann eine galvanisch getrennte Kopplung zwischen den Teilnetzen vorgesehen sein.The proposed method allows one or more voltage levels, such as 12 V or 48 V. In this case, multiple, galvanically isolated masses for the individual subnetworks are provided, even if they have the same voltage level or even if the voltage levels are different. Furthermore, a galvanically isolated coupling between the subnets may be provided.

Das vorgestellte Verfahren und das beschriebene Bordnetz haben, zumindest in einigen der Ausführungsformen, eine Reihe von Vorteilen. So können sicherheitsrelevante Teilnetze unabhängig voneinander ausgeführt werden. Weiterhin beeinflussen elektrische Fehler in einem Teilnetz nicht ein anderes sicherheitsrelevantes Teilnetz. Damit können bspw. Fahrzeuge mit automatischen Fahrfunktionen auch im Fall eines Bordnetzfehlers den sicheren Zustand erreichen, indem die elektrische Versorgung für die notwendigen Komponenten aufrechterhalten wird, die hierfür benötigt werden. Weiterhin können mit dem vorgestellten Bordnetz Verbraucher, die mehrere Spannungsebenen, z. B. 14 V und 48 V benötigen und intern galvanisch getrennt sind, versorgt werden.The presented method and the electrical system described have, at least in some of the embodiments, a number of advantages. Thus, safety-relevant subnetworks can be executed independently of each other. Continue to influence electrical faults in a subnet not another security related subnet. Thus, for example, vehicles with automatic driving functions can also reach the safe state in the event of a vehicle electrical system fault by maintaining the electrical supply for the necessary components that are required for this purpose. Furthermore, with the presented on-board electrical system consumers, the more voltage levels, z. B. 14 V and 48 V and internally galvanically isolated, are supplied.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt eine Ausführung eines Bordnetzes nach dem Stand der Technik. 1 shows an embodiment of a vehicle electrical system according to the prior art.

2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Bordnetzes nach dem Stand der Technik. 2 shows a further embodiment of the electrical system according to the prior art.

3 zeigt in schematischer Darstellung einen Verbraucher, der intern redundant aufgebaut ist und eine redundante elektrische Versorgung benötigt. 3 shows a schematic representation of a consumer that is internally redundant and requires a redundant electrical supply.

4 zeigt eine Ausführung einer Anordnung zur Versorgung eines Verbrauchers mit getrennten Masseleitungen, und zwar die Versorgung eines Verbrauchers aus zwei Teilnetzen und Anschluss an zwei galvanisch getrennte Masseleitungen. 4 shows an embodiment of an arrangement for supplying a consumer with separate ground lines, namely the supply of a consumer of two subnets and connection to two galvanically isolated ground lines.

5 zeigt eine Ausführung einer Anordnung zur Versorgung mehrerer Verbrauchers mit getrennten Masseleitungen, und zwar die Versorgung mehrerer Verbraucher aus drei Teilnetzen und Anschluss an drei galvanisch getrennte Masseleitungen. 5 shows an embodiment of an arrangement for supplying multiple consumers with separate ground lines, namely the supply of multiple loads from three subnets and connection to three galvanically isolated ground lines.

6 zeigt eine weitere Ausführung einer Anordnung zur Versorgung mehrerer Verbraucher mit getrennten Masseleitungen, und zwar die Versorgung mehrerer Verbraucher aus drei Teilnetzen und Anschluss an zwei galvanisch getrennte Masseleitungen. 6 shows a further embodiment of an arrangement for supplying multiple consumers with separate ground lines, namely the supply of multiple loads from three sub-networks and connection to two galvanically isolated ground lines.

7 zeigt eine Ausführung einer Anordnung zur Versorgung eines Verbrauchers mit getrennten Masseleitungen, und zwar die Versorgung eines Verbrauchers aus zwei Teilnetzen mit je einer Quelle und Anschluss an zwei galvanisch getrennte Masseleitungen. 7 shows an embodiment of an arrangement for supplying a consumer with separate ground lines, namely the supply of a consumer of two subnets, each with a source and connection to two galvanically isolated ground lines.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.

1 zeigt eine erste Ausbaustufe zur zuverlässigen Versorgung von elektrischen Verbrauchern. Die Darstellung zeigt ein Bordnetz 10 mit einem Basisbordnetz 12, einem ersten Teilnetz 14 und einem zweiten Teilnetz 16. Das Basisbordnetz 12 umfasst einen Starter S 20, einen Generator G 22, eine Batterie BB 24 sowie eine Verbrauchergruppe R3 26 mit nicht sicherheitsrelevanten Verbrauchern. 1 shows a first stage of development for the reliable supply of electrical consumers. The illustration shows a wiring system 10 with a baseboard network 12 , a first subnet 14 and a second subnet 16 , The base board network 12 includes a starter S 20 , a generator G 22 , a battery B B 24 and a consumer group R 3 26 with non-safety consumers.

In dem ersten Teilnetz 14 sind ein erster Schalter SF1 30, ein zweiter Schalter SF2 32, ein dritter Schalter SF3 34, ein Verbraucher R2 36, eine Batterie B1a 38 und ein Verbraucher R1a 40 vorgesehen. In dem zweiten Teilnetz 16 ist ein Verbraucher R1b 44 vorgesehen.In the first subnet 14 are a first switch S F1 30 , a second switch S F2 32 , a third switch S F3 34 , a consumer R 2 36 , a battery B 1a 38 and a consumer R 1a 40 intended. In the second subnet 16 is a consumer R 1b 44 intended.

In dem Bordnetz 10 sind verschiedene Arten von sicherheitsrelevanten Verbrauchern vorgesehen. Diese sind in zwei Kategorien unterteilt:

  • 1. Redundante Verbraucher, die zweifach vorhanden sind und die gleiche Funktion übernehmen können, bspw. zwei verschiedene Bremsaktuatoren. Diese redundanten Verbraucher sind mit R1a 40 und R1b 44 bezeichnet. Sie werden über die beiden getrennten Bordnetzkanäle versorgt, entweder über die Batterie BB 24 des Basisbordnetzes, den Generator G 22 des Basisbordnetzes 12 oder die Batterie B1a 38 des ersten Teilnetzes 14. Alternativ können die Verbraucher R1a 40 und R1b 44 auch in einem Bauteil bzw. einem Gehäuse zusammengefasst werden. Dieser Aufbau ist in 3 zu sehen.
  • 2. Weiterhin gibt es Verbraucher, die nur einfach vorhanden sind, aber zuverlässig, d. h. fehlertolerant, mit elektrischer Energie versorgt werden müssen. In 1 ist ein solcher Verbraucher mit R2 36 gekennzeichnet. Diese Verbraucher können ebenfalls entweder aus dem Basisbordnetz 12 oder aus der Batterie B1a 38 des ersten Teilnetzes 14 versorgt werden. Die Umschaltung zwischen den Bordnetzkanälen erfolgt mit Hilfe der beiden Schalter SF2 32 und SF3 34.
In the electrical system 10 Different types of safety-relevant consumers are provided. These are divided into two categories:
  • 1. Redundant consumers who are two-fold and can take over the same function, for example, two different brake actuators. These redundant consumers are labeled R 1a 40 and R 1b 44 designated. They are supplied via the two separate vehicle power supply channels, either via the battery B B 24 of the base network, the generator G 22 of the base board network 12 or the battery B 1a 38 of the first subnetwork 14 , Alternatively, consumers R 1a 40 and R 1b 44 be summarized in a component or a housing. This construction is in 3 to see.
  • 2. Furthermore, there are consumers who are simply present, but reliable, ie fault-tolerant, must be supplied with electrical energy. In 1 is such a consumer with R 2 36 characterized. These consumers can also either from the base board network 12 or from the battery B 1a 38 of the first subnetwork 14 be supplied. Switching between the on-board network channels takes place with the aid of the two switches S F2 32 and S F3 34 ,

Im normalen Betrieb sind die Schalter SF1 30 und SF3 34 geschlossen und der Schalter SF2 32 ist geöffnet. Die Verbraucher R1a 40, R1b 44, R2 36 und R3 26 werden über das Basisbordnetz 12 versorgt und die Batterie B1a 38 wird geladen. Im Fehlerfall, bspw. wenn die Spannung im Basisbordnetz 12 zusammenbricht, werden die Schalter SF1 30 und SF3 34 geöffnet und SF2 32 geschlossen und die redundanten bzw. fehlertolerant zu versorgenden Verbrauchern R1a 40 und R2 36 aus der Batterie B1a 38 versorgt.In normal operation, the switches S F1 30 and S F3 34 closed and the switch S F2 32 it is open. Consumers R 1a 40 , R 1b 44 , R 2 36 and R 3 26 be via the base board network 12 supplied and the battery B 1a 38 Loading. In case of error, for example, if the voltage in the base board network 12 collapses, the switches S F1 30 and S F3 34 opened and S F2 32 closed and the redundant or fault-tolerant to be supplied consumers R 1a 40 and R 2 36 from the battery B 1a 38 provided.

2 zeigt eine Ausführung eines fehlertoleranten 48 V/14 V-Bordnetzes, das insgesamt mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt ein Basisbordnetz 52, einen Bordnetzkanal a 54 und einen Bordnetzkanal b 56. Durch einen Gleichspannungswandler 66 im Basisbordnetz 52 sind ein erstes 14 V-Teilnetz 57 und ein zweites 48 V-Teilnetz 59 gegeben. 2 shows an embodiment of a fault-tolerant 48 V / 14 V electrical system, the whole with the reference numeral 50 is designated. The illustration shows a base vehicle network 52 , a vehicle electrical system duct a 54 and an electrical system duct b 56 , By a DC-DC converter 66 in the base board network 52 are a first 14 V subnet 57 and a second 48V subnet 59 given.

Das Basisbordnetz 52 umfasst eine elektrische Maschine 60, eine Batterie B1 62, einen Verbraucher R1 64, einen Gleichspannungswandler 66, eine Batterie B2 68 und einen Verbraucher R2 70. Der Bordnetzkanal a 54 umfasst ein Koppelglied K3a 80, eine Batterie B3a 82 und einen Verbraucher R3a 84. Der Bordnetzkanal b 56 weist ein Koppelglied K3b 90, eine Batterie B3b 92 und einen Verbraucher R3b 94 auf. Die Koppelglieder K3a 80 und K3b 90 stellen die Verbindung der Bordnetzkanäle a und b zu den Teilnetzen 57 und 59 mit den Spannungen 48 V bzw. 14 V dar.The base board network 52 includes an electric machine 60 , a battery B 1 62 , a consumer R 1 64 , a DC-DC converter 66 , a battery B 2 68 and a consumer R 2 70 , The vehicle electrical system duct a 54 comprises a coupling member K 3a 80 , a battery B 3a 82 and a consumer R 3a 84 , The vehicle electrical system duct b 56 has a coupling member K 3b 90 , a battery B 3b 92 and a consumer R 3b 94 on. The coupling links K 3a 80 and K 3b 90 set the connection of the vehicle electrical system channels a and b to the subnetworks 57 and 59 with the voltages 48 V and 14 V, respectively.

Die zwei Bordnetzkanäle a 54 und b 56 für sicherheitsrelevante, redundante Verbraucher werden jeweils sowohl an das 14 V-Teilnetz 57 als auch an das 48 V-Teilnetz 59 angekoppelt. Dadurch ist eine im Sinne der Sicherheitstechnik diversitäre Energieversorgung dieser Kanäle sichergestellt. Beim Ausfall eines Teilnetzes, d. h. des 48 V- oder des 14 V-Teilnetzes, wird zumindest noch ein Bordnetzkanal, a oder b, durch das noch funktionsfähige Teilnetz weiter mit Energie versorgt. Die leistungselektronischen Koppelglieder K3a 80 und K3b 90 können beispielsweise als Gleichspannungswandler oder Schalter realisiert werden.The two electrical systems a 54 and b 56 for safety-relevant, redundant consumers are each to both the 14 V subnet 57 as well as the 48 V subnet 59 coupled. This ensures a diversified energy supply for these channels in terms of safety technology. In the event of failure of a subnetwork, ie the 48 V or 14 V subnetwork, at least one vehicle electrical system channel, a or b, will continue to be supplied with energy by the still functioning subnetwork. The power electronic coupling elements K 3a 80 and K 3b 90 can be realized for example as a DC-DC converter or switch.

Tritt bspw. eine Störung in einem Teilnetz auf, z. B. eine Überspannung, so wird der zugeordnete Bordnetzkanal a 54 oder b 56 mittels des Koppelglieds K3a 80 bzw. K3b 90 vom jeweiligen Teilnetz getrennt.Occurs, for example, a fault in a subnet, z. B. an overvoltage, the associated vehicle electrical system channel a 54 or b 56 by means of the coupling member K 3a 80 or K 3b 90 separated from the respective subnet.

Bislang liegt der Schwerpunkt bei der Entwicklung von Bordnetzen darauf, die Versorgungsleitung redundant auszulegen, um zwei unabhängige Versorgungen zu realisieren. Hintergrund ist die Anforderung der ISO 26262 nach ausreichend unabhängigen Architekturelementen.So far, the focus in the development of on-board networks has been to design the supply line redundantly in order to realize two independent supplies. Background is the requirement of ISO 26262 after sufficiently independent architectural elements.

Zu beachten ist jedoch, dass ein Stromkreis nur geschlossen ist, wenn die Ladungsträger wieder zur Stromquelle zurückfließen können. Daher muss neben der Plusleitung auch die Masseleitung ausreichend unabhängig sein. Dies wurde bislang nicht berücksichtigt.It should be noted, however, that a circuit is only closed when the charge carriers can flow back to the power source. Therefore, in addition to the positive line and the ground line must be sufficiently independent. This has not been considered so far.

Das hierin beschriebene Verfahren und das erläuterte Bordnetz sind daher darauf ausgerichtet, auch die Masseleitungen der sicherheitsrelevanten Teilnetze entsprechend unabhängig zu gestalten.The method described herein and the illustrated on-board network are therefore designed to make the ground lines of the safety-relevant subnets accordingly independent.

Hier stellt sich jedoch das Problem, dass bei den heutigen Fahrzeugen, bei denen die Karosserie überwiegend aus Metall besteht, diese grundsätzlich als Masseleiter genutzt wird. Dies bedeutet, dass alle elektrischen Verbraucher lediglich mit der Plusleitung an das elektrische Bordnetz angeschlossen werden müssen. Die Masseleitung zurück zum Generator oder zur Batterie wird eingespart, indem lediglich eine kurze Masseleitung zur nächstgelegenen Karosseriestelle gelegt wird.Here, however, the problem arises that in today's vehicles, in which the body consists mainly of metal, this is basically used as a ground conductor. This means that all electrical consumers only need to be connected to the electrical system with the positive line. The ground line back to the generator or to the battery is saved by just laying a short ground line to the nearest body shop.

Die ist prinzipiell auch bei 2-Spannungsbordnetzen möglich. Bei diesen ist eine gemeinsame Masse definiert, die über räumlich getrennte Massebolzenanschlüsse verbunden ist. In dieser gemeinsamen Masse zwischen den Teilnetzen können sich Fehler von einem Teilnetz in ein anderes fortpflanzen. Außerdem können sich Sicherungen von Komponenten in Fehlerfällen zu spät oder gar nicht auslösen oder Kurzschlüsse direkt zwischen Versorgung und Masse auftreten. Lediglich bei Hochvoltbordnetzen im Fahrzeug existieren bereits 2-Leiterbordnetz, d. h. das Hochvoltbordnetz ist galvanisch vom Niederbordnetz getrennt, da im Hochvoltbordnetz Spannungen > 60 DC bzw. Wechselspannungen > Ueff > 30 Volt auftreten.This is also possible with 2-voltage on-board networks. In these, a common mass is defined, which is connected via spatially separated ground bolt connections. In this common ground between the subnets, errors can propagate from one subnetwork to another. In addition, failures of components in case of faults may be too late or not at all, or short circuits may occur directly between supply and ground. Only in high-voltage on-board networks in the vehicle already exist 2-board electrical system, ie the high-voltage electrical system is galvanically isolated from the low-voltage network, as occur in the high-voltage electrical system voltages> 60 DC or AC voltages> U eff > 30 volts.

Die vorgestellte Erfindung zeigt nunmehr, wie auch die Masseleitung der einzelnen Teilnetze, die Niederspannungsnetze sind, hinreichend unabhängig realisiert werden kann, um Fehler wie Masseversatz oder Kurzschlüsse nach Masse nicht von einem sicherheitsrelevanten Teilnetz auf das andere übertragen zu lassen. Hierzu wird ein Ansatz für ein Bordnetz mit einer oder mehr als einer Spannungslage, z. B. 12 V + 48 V, vorgestellt.The presented invention now shows how the ground line of the individual subnetworks, which are low-voltage networks, can be implemented sufficiently independently so as not to allow errors such as ground offset or short circuits to ground to be transferred from one safety-relevant subnetwork to the other. For this purpose, an approach for a vehicle electrical system with one or more than one voltage level, z. B. 12 V + 48 V, presented.

Es werden mehrfach vorhandene, galvanisch getrennte Massen für die einzelnen Teilnetze eingeführt, auch wenn diese die gleiche Spannungslage haben oder die Spannungslagen verschieden sind. Weiterhin kann eine galvanisch getrennte Kopplung zwischen den Teilnetzen vorgesehen sein.There are several existing, galvanically isolated masses for the individual subnets introduced, even if they have the same voltage level or the voltage levels are different. Furthermore, a galvanically isolated coupling between the subnets may be provided.

Mit dem vorgestellten Bordnetz können Verbraucher, die mehrere Spannungsebenen, z. B. 14 V und 48 V benötigen und intern galvanisch getrennt sind, versorgt werden.With the presented electrical system consumers who have multiple voltage levels, z. B. 14 V and 48 V and internally galvanically isolated, are supplied.

Ein Beispiel für einen sicherheitsrelevanten redundanten Verbraucher ist vereinfacht in 3 zu sehen, welcher mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet ist. Bei diesem sind alle Elemente inklusive Energieversorgung und Kommunikation gedoppelt. Dies bedeutet, dass bei Ausfall eines Kanals der andere Kanal alleine den sicheren Betrieb gewährleisten kann.An example of a safety-related redundant consumer is simplified in 3 to see which one with the reference number 100 is designated. In this all elements including energy supply and communication are doubled. This means that if one channel fails, the other channel alone can ensure safe operation.

Die Darstellung zeigt eine erste Signalelektronik 102, eine zweite Signalelektronik 104, einen ersten Hauptcontroller 106, einen zweiten Hauptcontroller 108, eine erste Endstufe 110, eine zweite Endstufe 112, einen ersten Motor 114 und einen zweiten Motor 116. Weiterhin sind mit Doppelpfeilen eine erste Kommunikation 118, eine zweite Kommunikation 120 sowie eine interne Kommunikation 122 verdeutlicht. Pfeile zeigen einen ersten Anschluss 124 an einen ersten Bordnetzpfad und einen zweiten Anschluss 126 an einen zweiten Bordnetzpfad. In der Darstellung sind Komponenten eines Steuergeräts 130 und eines Motors 132 mit Umrandungen gekennzeichnet.The illustration shows a first signal electronics 102 , a second signal electronics 104 , a first main controller 106 , a second main controller 108 , a first power amplifier 110 , a second amplifier 112 , a first engine 114 and a second engine 116 , Furthermore, with double arrows, a first communication 118 , a second communication 120 as well as an internal communication 122 clarified. Arrows show a first connection 124 to a first electrical system path and a second connection 126 to a second electrical system path. The illustration shows components of a control unit 130 and an engine 132 marked with borders.

Der in 3 gezeigte Verbraucher 100 ist bspw. als Lenksystem oder Bremssystem ausgebildet, d. h. der Motor 132 steuert ein sicherheitsrelevantes System. Bei diesem redundant aufgebauten Verbraucher 100 sind sowohl die Signalelektronik 102 bzw. 104, der Hauptcontroller 106 bzw. 108, die Endstufen bzw. Leistungsendstufen 110 bzw. 112 und der Motor 132 doppelt vorhanden. Auch die Anschlüsse 124 bzw. 126 an die Bordnetzpfade und die Kommunikation 118 bzw. 120 sind zweifach vorgesehen. Somit kann bei Ausfall einer Komponente oder eines Bordnetzpfads bzw. Kanals in der einen Hälfte die jeweils andere Hälfte redundant die Funktion übernehmen.The in 3 shown consumer 100 is, for example, designed as a steering system or brake system, ie the engine 132 controls a safety-relevant system. In this redundant consumer 100 are both the signal electronics 102 respectively. 104 , the main controller 106 respectively. 108 , the power amplifiers or output stages 110 respectively. 112 and the engine 132 duplicated. Also the connections 124 respectively. 126 to the on-board network paths and the communication 118 respectively. 120 are provided twice. Thus, in case of failure of a component or a vehicle electrical system or channel in one half, the other half redundant assume the function.

Der Verbraucher 100 besteht intern aus zwei Komponenten bzw. Teilen, einem hier oben dargestellten Teil 140 und einem unten dargestellten Teil 142, die jeder mindestens eine Rückfallebene der Funktion sicherstellen können (erster Motor 114 und zweiter Motor 116). Jeder Teil 140 oder 142 enthält die Logik (Signalelektronik 102 bzw. 104, Hauptcontroller 106 bzw. 108), die Leistung (Endstufe 110 bzw. 112) und einen Aktuator (Motor 114 bzw. 116). Jedes Teil 140 oder 142 hat eine eigene Versorgung (Bordnetz 1 und Bordnetz 2). Beide Versorgungen können verschiedene Spannungsniveaus haben und sind intern galvanisch getrennt. Jeder Teil ist auf einem Netzwerk verbunden (erste Kommunikation 118 und zweite Kommunikation 120). Die interne Kommunikation 122 zwischen den beiden Teilen 140 und 142 ist galvanisch getrennt. Es ist darauf hinzuweisen, dass vorhandene Schmelzsicherungen nicht dargestellt sind.The consumer 100 consists internally of two components or parts, a part shown here above 140 and a part shown below 142 Everyone can ensure at least one fallback level of function (first motor 114 and second engine 116 ). Every part 140 or 142 contains the logic (signal electronics 102 respectively. 104 , Main controller 106 respectively. 108 ), the power (power amp 110 respectively. 112 ) and an actuator (motor 114 respectively. 116 ). Every part 140 or 142 has its own supply (vehicle electrical system 1 and on-board network 2). Both supplies can have different voltage levels and are internally galvanically isolated. Each part is connected to a network (first communication 118 and second communication 120 ). The internal communication 122 between the two parts 140 and 142 is galvanically isolated. It should be noted that existing fuses are not shown.

4 zeigt eine erste Ausführungsform des Bordnetzes, das insgesamt mit der Bezugsziffer 200 bezeichnet ist, mit zwei sicherheitsrelevanten Teilnetzen, nämlich Teilnetz A 202 und Teilnetz C 204. 4 shows a first embodiment of the electrical system, the whole with the reference numeral 200 is designated with two safety-related subnets, namely subnetwork A 202 and subnet C 204 ,

Die Darstellung zeigt eine Energiequelle Q1 202, bspw. einen Generator bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor, welche beide Teilnetze 202, 204 versorgt. Das linke Teilnetz A 202 umfasst weiterhin einen elektrischen Speicher Sa 208 und Verbraucher V1a 210 und Vx 212. Die Elemente des Teilnetzes A 202 sind über eine oben dargestellte Plusleitung A 214 und Masse Ma 216 verbunden.The illustration shows an energy source Q 1 202 , For example, a generator in a vehicle with an internal combustion engine, both subnetworks 202 . 204 provided. The left subnet A 202 further comprises an electrical memory S a 208 and consumer V 1a 210 and V x 212 , The elements of subnet A 202 are via a positive line A shown above 214 and mass M a 216 connected.

Das Teilnetz C 204 umfasst einen elektrischen Speicher Sc 220 und Verbrauchern V1c 222 und VZ 224. Die Verbraucher werden aus einem Koppelelement Kac 226 über eine Plusleitung C 228 versorgt und sind über eine gemeinsame Masse Mc 230 verbunden.Subnet C 204 includes an electrical memory S c 220 and consumers V 1c 222 and V Z 224 , The consumers are made of a coupling element K ac 226 via a positive line C 228 supplied and are over a common mass M c 230 connected.

V1a 210 und V1c 222 sind unterschiedliche Verbraucher, die die gleiche Funktion redundant sicherstellen können. Dies wird typischerweise für sicherheitskritische Funktionen verwendet, z. B. Bremsung beim automatischen Fahren bzw. Bremskraftverstärkung.V 1a 210 and V 1c 222 are different consumers who can ensure the same function redundantly. This is typically used for safety-critical functions, e.g. B. braking during automatic driving or brake booster.

Es ist weiterhin ein Verbraucher V2ac 240 vorgesehen, der über zwei unterschiedlichen Versorgungen, nämlich Plusleitung A 214 und Plusleitung C 228 und die zwei entsprechenden Masse Ma 216 und Mc 230 versorgt wird. Beide Versorgungen sind innerhalb des Verbrauchers V2ac 240 galvanisch getrennt, wie dies in 3 verdeutlicht ist. Jeder galvanische getrennte Teil innerhalb des Verbrauchers V2ac 240 erlaubt die Redundanz der gleichen Funktion. Es wird typischerweise für kritische Funktionen verwendet, z. B. für eine Lenkung bzw. Lenkungsunterstützung.It is still a consumer V 2ac 240 provided by two different supplies, namely positive line A 214 and plus line C 228 and the two corresponding masses M a 216 and M c 230 is supplied. Both supplies are within the consumer V 2ac 240 galvanically isolated, as in 3 is clarified. Each galvanic isolated part inside the consumer V 2ac 240 allows redundancy of the same function. It is typically used for critical functions, e.g. B. for a steering or steering assistance.

Beide Teilnetze 202 und 204 sind über das Koppelelement Kac 226 gekoppelt. Das Koppelelement Kac 226 ist ein galvanisches getrenntes Koppelelement, z. B. ein Gleichspannungswandler.Both subnets 202 and 204 are via the coupling element K ac 226 coupled. The coupling element K ac 226 is a galvanic isolated coupling element, eg. B. a DC-DC converter.

Die elektrischen Speicher Sa 208 und Sc 220 sind zwei getrennte Energiespeicher, wie bspw. eine Batterie oder ein DLC-Speicher. Das Spannungsniveau der beiden Energiespeicher kann unterschiedlich, z. B. 48 V und 14 V, oder gleich sein. Die elektrischen Speicher Sa 208 und Sc 220 können alternativ als Hochvoltspeicher, z. B. mit 310 V oder 400 V, ausgebildet sein.The electrical storage S a 208 and S c 220 are two separate energy storage, such as a battery or a DLC memory. The voltage level of the two energy storage can be different, z. B. 48 V and 14 V, or the same. The electrical storage S a 208 and S c 220 can alternatively be used as high-voltage storage, z. B. with 310 V or 400 V, be formed.

Mit der Topologie des dargestellten Bordnetzes 200 können die beiden Teilnetze A 202 und C 204 vollständig unabhängig voneinander gestaltet werden. Dies wird anhand nachfolgender Beispiele erläutert.With the topology of the illustrated wiring system 200 can the two subnets A 202 and C 204 be designed completely independently of each other. This will be explained by the following examples.

Beispiel 1: Example 1:

Die Energiequelle Q1 206 verursacht einen Kurzschluss zwischen der Plusleitung A 214 und der Masse Ma 216. In diesem Fall bricht die Spannung im Teilnetz A 202 zusammen und die Funktion der Verbraucher V1a 210 und VX 212 fällt aus. Da der Verbraucher V1a 210 eine sicherheitsrelevante Funktion, wie bspw. den Aufbau des Bremsdrucks, übernommen hat, muss diese von der redundanten Komponente, dem Verbraucher V1c 222, ausgeführt werden. In diesem Fall wird das Koppelelement Kac 226 inaktiv geschaltet. Das Teilnetz C 204, das noch intakt ist, kann damit unabhängig vom Fehler in dem Teilnetz A 202 weiter arbeiten und der elektrische Speicher Sc 220 kann die Verbraucher V1c 222 und VZ 224 zumindest zeitbegrenzt versorgen. The energy source Q 1 206 causes a short circuit between the positive line A 214 and the mass M a 216 , In this case, the voltage in subnet A breaks 202 together and the function of consumers V 1a 210 and V X 212 was cancelled. Since the Consumer V 1a 210 a safety-relevant function, such as the construction of the brake pressure has taken over, this must be from the redundant component, the consumer V 1c 222 to be executed. In this case, the coupling element K ac 226 switched inactive. Subnet C 204 which is still intact can thus be independent of the error in subnet A 202 continue working and the electric storage S c 220 can consumers V 1c 222 and V Z 224 provide at least temporary.

Der Verbraucher V2ac 240 kann in der Rückfallebene betrieben werden, da er immer noch über die Plusleitung C 228 mit elektrischer Energie versorgt wird. Von Bedeutung ist, dass die sicherheitsrelevante Funktion, wie z. B. der Aufbau des Bremsdrucks, trotz des Kurzschlusses in der Energiequelle Q1 206 sicher ausgeführt werden kann.The consumer V 2ac 240 can be operated in the fallback, since he still has the positive line C 228 is supplied with electrical energy. It is important that the safety-relevant function, such. As the structure of the brake pressure, despite the short circuit in the power source Q first 206 can be carried out safely.

Beispiel 2: Example 2:

Es kommt zu einem elektrischen Fehler in dem Verbraucher VZ 224, was zu einem Masseversatz der Masse Mc 230 führt. Dies wird von dem Koppelelement Kac 226 erkannt und dieses wird inaktiv geschaltet. Dadurch hat der Fehler keinen Einfluss auf das Teilnetz A 202. Die sicherheitsrelevanten Verbraucher V1a 210 und V2ac 240 können weiterhin zuverlässig versorgt werden.There is an electrical fault in the consumer V Z 224 , resulting in a mass displacement of the mass M c 230 leads. This is done by the coupling element K ac 226 detected and this is deactivated. As a result, the error does not affect subnet A 202 , The safety-relevant consumers V 1a 210 and V 2ac 240 can continue to be supplied reliably.

5 zeigt eine alternative Ausführungsform des Bordnetzes, die insgesamt mit der Bezugsziffer 300 bezeichnet ist. Dieses Bordnetz 300 umfasst ein Teilnetz A 302, ein Teilnetz B 304 und ein Teilnetz C 306. 5 shows an alternative embodiment of the electrical system, in total with the reference numeral 300 is designated. This electrical system 300 includes a subnet A 302 , a subnet B 304 and a subnet C 306 ,

Das Teilnetz B 304 umfasst einen elektrischen Speicher Sb 310 und Verbraucher V1b 312 und VY 314. Die Elemente des Teilnetzes B 304 sind über eine Plusleitung B 316 und Masse Mb 318 verbunden. Das Teilnetz A 302 umfasst einen elektrischen Speicher Sb 320 und Verbraucher V1a 322 und VX 324. Die Elemente des Teilnetzes A 302 sind über eine Plusleitung A 326 und Masse Ma 328 verbunden. Das Teilnetz C 306 umfasst einen elektrischen Speicher Sc 330 und Verbraucher V1c 332 und VZ 334. Die Elemente des Teilnetzes C 306 sind über eine Plusleitung C 336 und Masse Mc 338 verbunden. Die Darstellung zeigt weiterhin ein Koppelelement Kac 350, ein Koppelelement Kab 352 und Verbraucher V2ac 354, V3bc 356 und V4ab 358 sowie eine Energiequelle Q1 360.Subnet B 304 includes an electrical memory S b 310 and consumer V 1b 312 and V Y 314 , The elements of subnet B 304 are over a positive line B 316 and mass M b 318 connected. The subnet A 302 includes an electrical memory S b 320 and consumer V 1a 322 and V X 324 , The elements of subnet A 302 are via a positive line A 326 and mass M a 328 connected. Subnet C 306 includes an electrical memory S c 330 and consumer V 1c 332 and V Z 334 , The elements of subnet C 306 are over a positive line C 336 and mass M c 338 connected. The illustration also shows a coupling element K ac 350 , a coupling element K from 352 and consumers V2ac 354 , V3bc 356 and V4ab 358 and a power source Q1 360 ,

Der Verbraucher V1b 312 ist eine Redundanz zu dem Verbraucher V1a 322 und/oder dem Verbraucher V1c 332, um eine Funktion zu sicherstellen, wie bspw. eine Bremsung bzw. Bremskraftverstärkung. Der Verbraucher V3bc 356 bzw. V4ab 358 ist wie V2ac 354 ein Verbraucher, der mit zwei unterschiedlichen Versorgungen, nämlich die Plusleitungen B 316 und C 336 bzw. die Plusleitungen A 326 und B 316, und die beiden entsprechenden Massen, nämlich Mb 318 und Mc 338 bzw. Ma 328 und Mb 318 versorgt wird. Beide Versorgungen sind innerhalb des Verbrauchers galvanisch getrennt. Es wird hierzu auf 3 verwiesen. Jeder galvanisch getrennte Teil innerhalb des Verbrauchers gewährleistet die Redundanz der gleichen Funktion. Dies wird typischerweise für kritische Funktionen eingesetzt.The consumer V 1b 312 is a redundancy to the consumer V 1a 322 and / or the consumer V 1c 332 to ensure a function, such as a braking or Bremskraftverstärkung. The consumer V 3bc 356 or V 4ab 358 is like V 2ac 354 a consumer who has two different supplies, namely the positive leads B 316 and C 336 or the plus lines A 326 and B 316 , and the two corresponding masses, namely M b 318 and M c 338 or M a 328 and M b 318 is supplied. Both supplies are galvanically isolated within the consumer. It is on this 3 directed. Each galvanically isolated part within the consumer ensures the redundancy of the same function. This is typically used for critical functions.

Das Teilnetz B 304 ist mit dem Teilnetz A 302 über das Koppelelement Kab 352 gekoppelt. Das Koppelelement Kab 352 ist genauso wie das Koppelelement Kac 350 ein galvanisches getrenntes Koppelelement, bspw. ein Gleichspannungswandler.Subnet B 304 is with subnet A 302 via the coupling element K from 352 coupled. The coupling element K from 352 is the same as the coupling element K ac 350 a galvanic isolated coupling element, for example. A DC-DC converter.

Der elektrische Speicher Sb 310 ist, analog zu Sa und Sc in 4, ein Energiespeicher, z. B. eine Batterie oder ein DLC-Speicher. Das Spannungsniveau dieser Energiespeicher kann weiterhin unterschiedlich sein, z. B. 48 V und 14 V. Da alle Teilnetze voneinander galvanisch getrennt sind, können alternativ einer oder mehrere Speicher als Hochvoltspeicher, z. B. mit 310 V oder 400 V, ausgebildet sein.The electric storage S b 310 is, analogous to S a and S c in 4 , an energy storage, z. As a battery or a DLC memory. The voltage level of this energy storage may continue to be different, for. B. 48 V and 14 V. Since all subnets are galvanically isolated from each other, one or more memory as a high-voltage memory, z. B. with 310 V or 400 V, be formed.

Mit der gezeigten Topologie können die Teilnetze A 302, B 304 und C 306 vollkommen unabhängig voneinander gestaltet werden. Alternativ ist ein 3-Spannungsbordnetz möglich, z. B. HV/48 V/14 V, 48 V/14 V/14 V oder 48 V/48 V/14 V.With the topology shown, subnets A 302 , B 304 and C 306 be designed completely independently of each other. Alternatively, a 3-voltage electrical system is possible, for. HV / 48V / 14V, 48V / 14V / 14V or 48V / 48V / 14V.

Unabhängig davon können Verbraucher mit zwei Versorgungen, d. h. V3bc 356, V4ab 358 und V2ae 354 verschiedene oder gleiche Spannungslagen bzw. Spannungsniveaus als Versorgungen verwenden.Regardless, consumers with two supplies, ie V 3bc 356 , V 4ab 358 and V 2ae 354 use different or equal voltage levels or voltage levels as supplies.

Die Funktionsweise ist entsprechend den Beispielen 1 und 2 der 4. Zusätzlich zu dem vorstehend gemachten Ausführungen kann das Teilnetz B im Fehlerfall weiter funktionieren und die Verbraucher V1b 312, VY 314, V3bc 356 und V4ab 358 weiterhin zumindest zeitbegrenzt versorgen.The operation is according to Examples 1 and 2 of 4 , In addition to the statements made above, the subnetwork B can continue to function in the event of a fault and the consumers V 1b 312 , V Y 314 , V 3bc 356 and V 4ab 358 continue to provide at least temporary.

In 6 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform des Bordnetzes 400. Dieses Bordnetz 400 umfasst ein Teilnetz A 402, ein Teilnetz B 404 und ein Teilnetz C 406.In 6 shows a further alternative embodiment of the electrical system 400 , This electrical system 400 includes a subnet A 402 , a subnet B 404 and a subnet C 406 ,

Das Teilnetz B 404 umfasst einen elektrischen Speicher Sb 410 und Verbraucher V1b 412 und VY 414. Die Elemente des Teilnetzes B 404 sind über eine Plusleitung B 416 und Masse Mb 418 verbunden. Das Teilnetz A 402 umfasst einen elektrischen Speicher Sb 420 und Verbraucher V1a 422 und VX 424. Die Elemente des Teilnetzes A 402 sind über eine Plusleitung A 426 und Masse Ma 428 verbunden. Das Teilnetz C 406 umfasst einen elektrischen Speicher Sc 430 und Verbraucher V1c 432 und VZ 434. Die Elemente des Teilnetzes C 406 sind über eine Plusleitung C 436 und Masse Mc 438 verbunden. Die Darstellung zeigt weiterhin ein Koppelelement Kac 450, ein Koppelelement 452 und Verbraucher V2ac 454, V3bc 456 und V4ab 458 sowie eine Energiequelle Q1 460.Subnet B 404 includes an electrical memory S b 410 and consumer V 1b 412 and V Y 414 , The elements of subnet B 404 are over a positive line B 416 and mass M b 418 connected. The subnet A 402 includes an electrical memory S b 420 and consumer V 1a 422 and V X 424 , The elements of subnet A 402 are via a positive line A 426 and mass M a 428 connected. Subnet C 406 includes an electrical memory S c 430 and consumer V 1c 432 and V Z 434 , The elements of subnet C 406 are about one Plus line C 436 and mass M c 438 connected. The illustration also shows a coupling element Kac 450 , a coupling element 452 and consumers V2ac 454 , V3bc 456 and V4ab 458 and a power source Q 1 460 ,

Das Koppelelement Kab 452 ist in diesem Fall ein Koppelelement, das nicht galvanisch getrennt ist. Dieses ist bspw. als Gleichspannungswandler, z. B. als Buck/Boost-Wandler, als einfacher Schalter der Versorgungsleitung oder als Doppelschalter von Masse- und Versorgungsleitung oder als eine Kombination aus den genannten Möglichkeiten ausgebildet.The coupling element K from 452 is in this case a coupling element that is not galvanically isolated. This is, for example, as a DC-DC converter, z. B. as a buck / boost converter, as a simple switch of the supply line or as a double switch of ground and supply line or as a combination of the said possibilities.

Falls die beiden Massen Ma 428 und Mb 418 immer gekoppelt sind, d. h. es befindet sich kein Schalter in der Masseleitung, kann die Karosserie für beide Massen verwendet werden. Alternativ kann die Masse Mb 418 durch separate Leitungen mit der Masse Ma 428 verbunden werden.If the two masses M a 428 and M b 418 are always coupled, ie there is no switch in the ground line, the body can be used for both masses. Alternatively, the mass M b 418 through separate lines with the mass M a 428 get connected.

Zu beachten ist, dass mit dieser Topologie das Teilnetz C 406 vollständig unabhängig von den Teilnetzen A 402 und B 404 gestaltet werden kann. Damit stellt dies einen Kompromiss zwischen den Topologien der 4 und 5 dar. Zudem ist ein 3-Spannungsbordnetz im Vollsystem möglich, z. B. HV/48 V/14 V (HV: Hochvolt, typischerweise ~300V oder ~400V nur für Teilnetz C), 48 V/14 V/14 V oder 48 V/48 V/14 V. Jedoch kann es nach einem Fehler kann es sein, dass nur ein Teilnetz zur Verfügung steht.It should be noted that with this topology the subnetwork C 406 completely independent of subnets A 402 and B 404 can be designed. Thus, this represents a compromise between the topologies of 4 and 5 In addition, a 3-voltage electrical system in the full system is possible, for. HV / 48V / 14V (HV: high voltage, typically ~ 300V or ~ 400V for subnet C only), 48V / 14V / 14V or 48V / 48V / 14V. However, it may fail after a mistake It may be that only one subnetwork is available.

Beim dem zuvor erörterten Beispiel 1, bei dem der Generator einen Kurzschluss zwischen der Plusleitung A und der Masse Ma verursacht, sind zwei alternative Szenarien möglich:

  • 1. Das Koppelelement Kab 452 erkennt ausreichend früh den Fehler und entkoppelt die beiden Teilnetze A 402 und B 404 so schnell, dass sich der Fehler nicht in das Teilnetz B 404 ausgebreitet. In diesem Fall kann das Teilnetz B 404 zumindest zeitbegrenzt weiterhin die Verbraucher V1b 412, VY 414, V3bc 456 und V4ab 458 versorgen.
  • 2. Das Koppelelement Kab 452 erkennt nicht oder nicht ausreichend schnell den Fehler bzw. das Koppelelement Kab 452 entkoppelt nicht ausreichend schnell die beiden Teilnetze A 402 und B 404, oder das Koppelement Kab 452 kann nicht die Teilnetze A 402 und B 404 entkoppeln, da z. B. kein Schalter auf der Masseleitung ist. In diesem Fall bleibt nur das Teilnetz C 406 zur Verfügung und es können nur die Verbraucher V1c 432, VZ 434 V2ac 454 und V3bc 456 weiterversorgt werden.
In the previously discussed example 1, where the generator causes a short between positive line A and ground M a , two alternative scenarios are possible:
  • 1. The coupling element K from 452 detects the error sufficiently early and decouples the two subnets A 402 and B 404 so fast that the bug does not break into subnet B 404 spread. In this case, the subnet B can 404 at least for a limited time consumers continue to use V 1b 412 , V Y 414 , V 3bc 456 and V 4ab 458 supply.
  • 2. The coupling element K from 452 does not recognize or not sufficiently fast the error or the coupling element K from 452 does not decouple the two subnets A fast enough 402 and B 404 , or the coupling element K from 452 can not be the subnets A 402 and B 404 decouple because z. B. is no switch on the ground line. In this case, only the subnet C remains 406 available and it can only consumers V 1c 432 , V Z 434 V 2ac 454 and V 3bc 456 be further supplied.

7 zeigt eine weitere Ausführungsform des vorgestellten Bordnetzes, die insgesamt mit der Bezugsziffer 500 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt ein Teilnetz A 502 und ein Teilnetz C 504. 7 shows a further embodiment of the presented electrical system, the whole with the reference numeral 500 is designated. The illustration shows a subnetwork A 502 and a subnet C 504 ,

Das Teilnetz A 502 umfasst eine Energiequelle Q1 510, einen elektrischen Speicher Sa 512 und Verbraucher V1a 514 und Vx 516. Weiterhin sind eine Plusleitung A 518 und Masse Ma 520 vorgesehen. Das Teilnetz B 504 umfasst eine Energiequelle Q2 530, einen elektrischen Speicher Sc 532 und Verbraucher V1c 534 und VZ 536. Weiterhin sind eine Plusleitung C 538 und Masse Mc 540 vorgesehen. Weiterhin zeigt die Darstellung ein Koppelelement Kac 550 und einen Verbraucher V2ac 552 The subnet A 502 includes a power source Q 1 510 , an electric storage S a 512 and consumer V 1a 514 and V x 516 , Furthermore, a positive line A 518 and mass M a 520 intended. Subnet B 504 includes a power source Q 2 530 , an electrical storage S c 532 and consumer V 1c 534 and V Z 536 , Furthermore, a positive line C 538 and mass M c 540 intended. Furthermore, the illustration shows a coupling element K ac 550 and a consumer V 2ac 552

Die Energiequellen Q1 510 und Q2 530 versorgen jeweils unabhängig ein Teilnetz, wobei die Energiequelle Q2 530 das Teilnetz C 504 versorgt und die Energiequelle Q1 510 das Teilnetz A 502 versorgt.The energy sources Q 1 510 and Q 2 530 each independently supply a subnet, the power source Q 2 530 the subnet C 504 supplied and the power source Q 1 510 the subnet A 502 provided.

Die Energiequellen Q1 510 und Q2 530 können jeweils als ein Generator, z. B. bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor, eine E-Maschine bzw. Aktuatoren zur Rekuperation, z. B. Wankstabilisierung mit Energierückgewinnung, oder als ein HV-12 V-Wandler, z. B. bei einem E-Fahrzeug, ausgebildet sein.The energy sources Q 1 510 and Q 2 530 can each be used as a generator, eg. B. in a vehicle with an internal combustion engine, an electric motor or actuators for recuperation, z. As roll stabilization with energy recovery, or as a HV-12 V converter, z. B. in an electric vehicle, be formed.

Das Koppelelement Kac 550 ist, wie bei den voranstehend erläuterten Ausführungsformen, ein galvanisches getrenntes Koppelelement, z. B. ein Gleichspannungswandler. In diesem Fall ermöglicht das Koppelement Kac 550 den Energietransfer zwischen den Teilnetzen A 502 und C 504. Es ist außerdem eine weitere, ähnliche Topologie denkbar, bei der diese Kopplung entfällt, da jedes Teilnetz über einen eigenen Energiespeicher verfügt.The coupling element K ac 550 is, as in the embodiments described above, a galvanic isolated coupling element, for. B. a DC-DC converter. In this case, the coupling element K ac 550 the energy transfer between subnets A 502 and C 504 , There is also another similar topology conceivable in which this coupling is omitted, since each subnet has its own energy storage.

Der Verbraucher V2ac 552 ist, wie vorstehend bereits dargelegt wurde, ein Verbraucher, der mit zwei unterschiedlichen Versorgungen, nämlich die Plusleitung A 518 und die Plusleitung C 538, und über die zwei entsprechenden Masse, nämlich Ma 520 und Mc 540, versorgt wird.The consumer V 2ac 552 is, as already explained above, a consumer, with two different supplies, namely the positive line A 518 and the plus line C 538 , and the two corresponding masses, namely M a 520 and M c 540 , is supplied.

Die Verbraucher V1a 514 und V1c 534 sind unterschiedliche Verbraucher, die die gleiche Funktion redundant sicherstellen können. Ein solcher Aufbau wird typischerweise für sicherheitskritische Funktionen verwendet, z. B. für eine Bremsung bzw. Bremskraftverstärkung.Consumers V 1a 514 and V 1c 534 are different consumers who can ensure the same function redundantly. Such a construction is typically used for safety critical functions, e.g. B. for braking or brake booster.

Ohne Koppelelement, wie z. B. das Koppelelement Kac 550, und ohne Verbraucher mit redundanten Versorgungen, wie bspw. der Verbraucher V2ac 552, entsteht eine Topologie mit zwei Teilnetzen ohne energetische Verbindung. Die Redundanz der Funktionen kann weiterhin durch die Verbraucher V1a 514 und V1c 534 sichergestellt werden.Without coupling element, such. B. the coupling element K ac 550 , and without consumers with redundant supplies, such as the consumer V 2ac 552 , creates a topology with two subnets without energetic connection. The redundancy of the functions can continue through the consumer V 1a 514 and V 1c 534 be ensured.

Mit dieser Topologie können die Teilnetze A 502 und C 504 vollkommen unabhängig voneinander gestaltet werden. Ein 2-Spannungsbordnetz ist ebenfalls möglich. Da jedes Teilnetz seine eigene Quelle hat, können Verbraucher nach einem Fehler langer versorgt werden.With this topology, the subnets A 502 and C 504 be designed completely independently of each other. A 2-voltage electrical system is also possible. Because each subnet has its own source consumers can be supplied after a mistake longer.

Es sind weiterhin auch Kombinationen aus den vorstehend genannten Topologie denkbar, bspw. durch die Ergänzung der 4, 5, 6 und 7 mit zusätzlichen Koppelelementen, Quellen, Energiespeichern etc., die parallel oder in Serie zu den abgebildeten Teilnetze verbunden werden könnten. Mehrfache Teilnetze, Masseleitungen, Spannungsniveau sowie Verbraucher mit mehrfachen Versorgungen sind daher möglich.Furthermore, combinations of the aforementioned topology are also conceivable, for example by supplementing the 4 . 5 . 6 and 7 with additional coupling elements, sources, energy storage, etc. that could be connected in parallel or in series with the mapped subnetworks. Multiple subnets, ground lines, voltage levels and consumers with multiple supplies are therefore possible.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (8)

Verfahren zum Versorgen mindestens eines sicherheitsrelevanten Verbrauchers (100, 210, 212, 222, 224, 240, 312, 314, 322, 324, 332, 334, 412, 414, 422, 424, 432, 434, 454, 456, 458, 514, 516, 534, 536, 552), der in einem Bordnetz (200, 300, 400, 500) angeordnet ist, wobei das Bordnetz (200, 300, 400, 500) mehrere Teilnetze (202, 204, 302, 304, 306, 402, 404, 406, 502, 504) umfasst, die galvanisch voneinander getrennt sind, wobei die Teilnetze (202, 204, 302, 304, 306, 402, 404, 406, 502, 504) mit voneinander getrennten Massen (216, 230, 318, 328, 338, 418, 428, 438, 520, 540) ausgestattet sind, wobei wenigstens einer des mindestens einen sicherheitsrelevanten Verbrauchers (100, 210, 212, 222, 224, 240, 312, 314, 322, 324, 332, 334, 412, 414, 422, 424, 432, 434, 454, 456, 458, 514, 516, 534, 536, 552) aus mehreren der Teilnetze (202, 204, 302, 304, 306, 402, 404, 406, 502, 504) versorgt wird.Method for supplying at least one safety-relevant consumer ( 100 . 210 . 212 . 222 . 224 . 240 . 312 . 314 . 322 . 324 . 332 . 334 . 412 . 414 . 422 . 424 . 432 . 434 . 454 . 456 . 458 . 514 . 516 . 534 . 536 . 552 ), in a vehicle electrical system ( 200 . 300 . 400 . 500 ), wherein the electrical system ( 200 . 300 . 400 . 500 ) several subnets ( 202 . 204 . 302 . 304 . 306 . 402 . 404 . 406 . 502 . 504 ), which are galvanically separated from each other, the subnets ( 202 . 204 . 302 . 304 . 306 . 402 . 404 . 406 . 502 . 504 ) with separate masses ( 216 . 230 . 318 . 328 . 338 . 418 . 428 . 438 . 520 . 540 ), at least one of the at least one safety-relevant consumer ( 100 . 210 . 212 . 222 . 224 . 240 . 312 . 314 . 322 . 324 . 332 . 334 . 412 . 414 . 422 . 424 . 432 . 434 . 454 . 456 . 458 . 514 . 516 . 534 . 536 . 552 ) from several of the subnets ( 202 . 204 . 302 . 304 . 306 . 402 . 404 . 406 . 502 . 504 ) is supplied. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem bei Auftreten eines Fehlers in einem der Teilnetze (202, 204, 302, 304, 306, 402, 404, 406, 502, 504) dieses von mindestens einem der weiteren Teilnetze (202, 204, 302, 304, 306, 402, 404, 406, 502, 504) entkoppelt wird.Method according to Claim 1, in which, if an error occurs in one of the subnetworks ( 202 . 204 . 302 . 304 . 306 . 402 . 404 . 406 . 502 . 504 ) of at least one of the further subnetworks ( 202 . 204 . 302 . 304 . 306 . 402 . 404 . 406 . 502 . 504 ) is decoupled. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der redundante Verbraucher (100, 210, 212, 222, 224, 240, 312, 314, 322, 324, 332, 334, 412, 414, 422, 424, 432, 434, 454, 456, 458, 514, 516, 534, 536, 552) mindestens zwei redundante Komponenten (140, 142) umfasst, die unterschiedlichen Teilnetzen (202, 204, 302, 304, 306, 402, 404, 406, 502, 504) zugeordnet sind, wobei bei Ausfall eines der Teilnetze (202, 204, 302, 304, 306, 402, 404, 406, 502, 504) die Komponente (140, 142) betrieben wird, die einem intakten Teilnetz (202, 204, 302, 304, 306, 402, 404, 406, 502, 504) zugeordnet ist.Method according to Claim 1 or 2, in which the redundant consumer ( 100 . 210 . 212 . 222 . 224 . 240 . 312 . 314 . 322 . 324 . 332 . 334 . 412 . 414 . 422 . 424 . 432 . 434 . 454 . 456 . 458 . 514 . 516 . 534 . 536 . 552 ) at least two redundant components ( 140 . 142 ), the different subnetworks ( 202 . 204 . 302 . 304 . 306 . 402 . 404 . 406 . 502 . 504 ), whereby in case of failure of one of the subnets ( 202 . 204 . 302 . 304 . 306 . 402 . 404 . 406 . 502 . 504 ) the component ( 140 . 142 ), which is an intact subnetwork ( 202 . 204 . 302 . 304 . 306 . 402 . 404 . 406 . 502 . 504 ) assigned. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das in einem Bordnetz (200, 300, 400, 500) eines Kraftfahrzeugs durchgeführt wird. Method according to one of claims 1 to 3, in an electrical system ( 200 . 300 . 400 . 500 ) of a motor vehicle. Bordnetz, das mehrere Teilnetze (202, 204, 302, 304, 306, 402, 404, 406, 502, 504), die galvanisch voneinander getrennt sind, umfasst, wobei in dem Bordnetz (200, 300, 400, 500) mindestens ein sicherheitsrelevanter Verbraucher (100, 210, 212, 222, 224, 240, 312, 314, 322, 324, 332, 334, 412, 414, 422, 424, 432, 434, 454, 456, 458, 514, 516, 534, 536, 552) angeordnet ist, wobei die Teilnetze (202, 204, 302, 304, 306, 402, 404, 406, 502, 504) mit voneinander getrennten Massen (216, 230, 318, 328, 338, 418, 428, 438, 520, 540) ausgestattet sind, wobei das Bordnetz (200, 300, 400, 500) dazu eingerichtet ist, wenigstens einen des mindestens einen sicherheitsrelevanter Verbrauchers (100, 210, 212, 222, 224, 240, 312, 314, 322, 324, 332, 334, 412, 414, 422, 424, 432, 434, 454, 456, 458, 514, 516, 534, 536, 552) aus mehreren der Teilnetze (202, 204, 302, 304, 306, 402, 404, 406, 502, 504) zu versorgen. On-board network, which has several subnets ( 202 . 204 . 302 . 304 . 306 . 402 . 404 . 406 . 502 . 504 ), which are galvanically separated from each other, comprising, wherein in the electrical system ( 200 . 300 . 400 . 500 ) at least one safety-relevant consumer ( 100 . 210 . 212 . 222 . 224 . 240 . 312 . 314 . 322 . 324 . 332 . 334 . 412 . 414 . 422 . 424 . 432 . 434 . 454 . 456 . 458 . 514 . 516 . 534 . 536 . 552 ), the subnets ( 202 . 204 . 302 . 304 . 306 . 402 . 404 . 406 . 502 . 504 ) with separate masses ( 216 . 230 . 318 . 328 . 338 . 418 . 428 . 438 . 520 . 540 ), whereby the electrical system ( 200 . 300 . 400 . 500 ) is arranged to at least one of the at least one security-relevant consumer ( 100 . 210 . 212 . 222 . 224 . 240 . 312 . 314 . 322 . 324 . 332 . 334 . 412 . 414 . 422 . 424 . 432 . 434 . 454 . 456 . 458 . 514 . 516 . 534 . 536 . 552 ) from several of the subnets ( 202 . 204 . 302 . 304 . 306 . 402 . 404 . 406 . 502 . 504 ) to supply. Bordnetz nach Anspruch 5, bei dem mindestens zwei der Teilnetze (202, 204, 302, 304, 306, 402, 404, 406, 502, 504) unterschiedliche Spannungslagen haben.Vehicle electrical system according to Claim 5, in which at least two of the subnetworks ( 202 . 204 . 302 . 304 . 306 . 402 . 404 . 406 . 502 . 504 ) have different voltage levels. Bordnetz nach Anspruch 5 oder 6, bei dem zwischen mindestens zwei der Teilnetze (202, 204, 302, 304, 306, 402, 404, 406, 502, 504) eine galvanisch getrennte Kopplung vorgesehen ist.Vehicle electrical system according to Claim 5 or 6, in which at least two of the subnetworks ( 202 . 204 . 302 . 304 . 306 . 402 . 404 . 406 . 502 . 504 ) a galvanically isolated coupling is provided. Bordnetz einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem der sicherheitsrelevante Verbraucher (100, 210, 212, 222, 224, 240, 312, 314, 322, 324, 332, 334, 412, 414, 422, 424, 432, 434, 454, 456, 458, 514, 516, 534, 536, 552) mindestens zwei redundante Komponenten (140, 142) umfasst, die unterschiedlichen Teilnetzen (202, 204, 302, 304, 306, 402, 404, 406, 502, 504) zugeordnet sind, wobei bei Ausfall eines der Teilnetzes (202, 204, 302, 304, 306, 402, 404, 406, 502, 504) die Komponente (140, 142) zu betreiben ist, die einem intakten Teilnetz (202, 204, 302, 304, 306, 402, 404, 406, 502, 504) zugeordnet ist.On-board network according to one of Claims 5 to 7, in which the safety-relevant consumer ( 100 . 210 . 212 . 222 . 224 . 240 . 312 . 314 . 322 . 324 . 332 . 334 . 412 . 414 . 422 . 424 . 432 . 434 . 454 . 456 . 458 . 514 . 516 . 534 . 536 . 552 ) at least two redundant components ( 140 . 142 ), the different subnetworks ( 202 . 204 . 302 . 304 . 306 . 402 . 404 . 406 . 502 . 504 ) are assigned, whereby in case of failure of one of the subnet ( 202 . 204 . 302 . 304 . 306 . 402 . 404 . 406 . 502 . 504 ) the component ( 140 . 142 ), which is an intact subnetwork ( 202 . 204 . 302 . 304 . 306 . 402 . 404 . 406 . 502 . 504 ) assigned.
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