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DE102015221729A1 - Method for monitoring an electrical system - Google Patents

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DE102015221729A1
DE102015221729A1 DE102015221729.9A DE102015221729A DE102015221729A1 DE 102015221729 A1 DE102015221729 A1 DE 102015221729A1 DE 102015221729 A DE102015221729 A DE 102015221729A DE 102015221729 A1 DE102015221729 A1 DE 102015221729A1
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DE
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electrical system
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current
battery
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DE102015221729.9A
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Inventor
Christian Bohne
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes (200), das mindestens zwei Kanäle mit zumindest einer Komponente und eine Energieversorgung umfasst, wobei zwischen den beiden Kanälen ein Koppelelement vorgesehen ist, wobei das Koppelelement dazu verwendet wird, um eine Diagnose durchzuführen, indem in diesem mindestens eine Messung vorgenommen wird,The invention relates to a method for operating an electrical system (200) comprising at least two channels with at least one component and a power supply, wherein a coupling element is provided between the two channels, wherein the coupling element is used to carry out a diagnosis by this at least one measurement is made,

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines elektrischen Bordnetzes und ein Bordnetz zum Durchführen des Verfahrens.The invention relates to a method for monitoring an electrical system and a vehicle electrical system for carrying out the method.

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. Generatoren oder elektrische Speicher, wie bspw. Batterien, umfasst. Weiterhin umfasst es auch sämtliche elektrische Verbindungs- und Verteilelemente wie Kabel bzw. Kabelbaum, Stromverteiler und Sicherungskästen. 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, these include both electrical consumers and supply sources, such as, for example, generators or electrical storage, such as batteries. Furthermore, it also includes all electrical connection and distribution elements such as cable or harness, power distribution and fuse boxes. 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. Daher besitzt bei einem hochautomatischen Fahren die elektrische Versorgung eine bisher in Kraftfahrzeugen nicht gekannte Sicherheitsrelevanz. Fehler im elektrischen Bordnetz müssen daher zuverlässig und möglichst vollständig erkannt werden.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. Therefore, in a highly automatic driving the electrical supply has a previously unknown in motor vehicles safety relevance. Errors in the electrical system must therefore be reliably and completely recognized.

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. Beim hochautomatischen Fahren verfügt das Fahrzeug über eine eigene Intelligenz, die vorausplant und die Fahraufgabe zumindest in den meisten Fahrsituationen übernehmen könnte. Daher hat bei einem hochautomatischen Fahren die elektrische Versorgung eine hohe 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 is driving automatically and without the involvement of the driver to understand. In the case of highly automatic driving, the vehicle has its own intelligence that could plan ahead and take on the driving task, at least in most driving situations. Therefore, in a highly automatic driving the electrical supply has a high safety relevance.

Bei Bordnetz-Fehlern in Quellen, Speichern und Verbrauchern spielt auch der Kabelbaum eine Rolle. Im Kabelbaum und Steckern können einerseits Fehler wie Unterbrechungen und Kurzschlüsse auftreten, andererseits können auch Übergangswiderstände erhöht sein. Hierfür gibt es in heutigen Fahrzeugen keine Diagnosen. Hingegen ist es bereits bekannt, die Bordnetzspannung innerhalb von Komponenten zu messen. Sowohl die elektrische Lenkung, das ESP, als auch andere Steuergeräte messen dabei die Klemmenspannung. Darauf wird das Betriebsverhalten der Komponenten angepasst. Dies erfolgt bspw. durch Abschaltung oder Degradierung der Funktion bei Unterspannung, z. B. weniger als 9 V, oder bei Überspannung, bspw. mehr als 16 V.With on-board errors in sources, memories and consumers, the wiring harness also plays a role. On the one hand, faults such as interruptions and short circuits can occur in the wiring harness and connectors, on the other hand, contact resistances can also be increased. There are no diagnoses for this in today's vehicles. On the other hand, it is already known to measure the vehicle electrical system voltage within components. Both the electric steering, the ESP, and other control devices measure the terminal voltage. Then the operating behavior of the components is adjusted. This is done, for example. By switching off or degradation of the function at undervoltage, z. B. less than 9 V, or overvoltage, for example. More than 16 V.

Weiterhin ist bekannt, dass ein Batteriesensor EBS die Klemmenspannung und den Batteriestrom der elektrischen Bleibatterie misst, um bspw. über die Ruhespannung auf den Ladezustand der Batterie zu schließen.Furthermore, it is known that a battery sensor EBS measures the terminal voltage and the battery current of the lead-acid battery in order, for example, to close the charge state of the battery via the open-circuit voltage.

In der Druckschrift WO 2010121075 A2 ist ein Verfahren zum Erfassen von Fehlern in einer Schaltungsanordnung beschrieben. Bei diesem werden die Zellspannungen einer Hochvolt-Batterie dazu genutzt, um aus dem Vergleich mit einer zweiten Spannung an einem Punkt in dem Kabelbaum während eines definierten Laststroms auf Übergangswiderstände im Hochvolt-Bordnetz und in den Zellverbindungen zu schließen. Sind die Übergangswiderstände zu hoch, sollen Lade- bzw. Entladeströme begrenzt werden, um thermische Überhitzung zu vermeiden. In der Druckschrift ist jedoch nicht beschrieben, wie die Versorgung sicherheitsrelevanter Verbraucher im Niedervoltbordnetz sicherzustellen ist.In the publication WO 2010121075 A2 a method is described for detecting errors in a circuit arrangement. In this case, the cell voltages of a high-voltage battery are used to close from the comparison with a second voltage at a point in the wiring harness during a defined load current to contact resistances in the high-voltage electrical system and in the cell connections. If the contact resistances are too high, charging or discharging currents should be limited in order to avoid thermal overheating. However, the document does not describe how to ensure the supply of safety-relevant consumers in the low-voltage on-board electrical system.

Die Überwachung einer Bleibatterie durch einen elektronischen Batteriesensor (EBS) ist aus der Druckschrift WO 2013/139547 A1 bekannt.The monitoring of a lead acid battery by an electronic battery sensor (EBS) is from the document WO 2013/139547 A1 known.

Die Überwachung von Verbrauchern durch Schmelzsicherungen bzw. elektronische Sicherungen ist aus der Druckschrift DE 100 36 983 A1 , die eine Vorrichtung zur schnellen Kurzschlussabsicherung bei einem Leistungshalbleiter beschreibt, bekannt.The monitoring of consumers by fuses or electronic fuses is from the document DE 100 36 983 A1 , which describes a device for fast short-circuit protection in a power semiconductor known.

In der Druckschrift DE 103 23 145 A1 wird ein Verfahren zur Überprüfung einer elektrischen Maschine, bspw. eines Generators, beschrieben. Der Generator ist dabei in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit einer Batterie und einem Steuergerät verbunden und wird von einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs angetrieben. Bei dem vorgestellten Verfahren wird der Generator mit Hilfe eines Batteriesensors auf Grundlage ermittelter Messwerte des Batteriestroms geprüft.In the publication DE 103 23 145 A1 For example, a method for checking an electric machine, for example a generator, will be described. The generator is connected in a vehicle electrical system of a motor vehicle with a battery and a control unit and is driven by an internal combustion engine of the motor vehicle. In the presented method, the generator is checked by means of a battery sensor on the basis of determined measured values of the battery current.

Die vorstehend beschriebenen Verfahren betreffen vornehmlich einkanalige Bordnetze mit Generator. Mit der Einführung von automatischen Fahrfunktionen werden jedoch zweikanalige Bordnetze benötigt.The methods described above relate primarily to single-channel vehicle electrical system with generator. With the introduction of automatic Driving functions, however, two-channel vehicle electrical systems are needed.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Bordnetz gemäß Anspruch 12 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.Against this background, a method with the features of claim 1 and an electrical system according to claim 12 are presented. Embodiments emerge from the dependent claims and from the description.

Das Verfahren berücksichtigt, dass bei zweikanaligen Bordnetzen zwischen beiden Bordnetzen Koppelelemente bspw. in Form von intelligenten Schaltern oder Gleichspannungs- bzw. DC/DC-Wandlern vorgesehen sind.The method takes into account that, in the case of two-channel on-board networks, coupling elements are provided, for example, in the form of intelligent switches or DC or DC / DC converters between the two on-board networks.

Das vorgestellte Verfahren ermöglicht es, durch Erweiterungen der eingangs erörterten Verfahren einkanalige oder zweikanalige Bordnetze mit Koppelementen systemisch zu diagnostizieren, um die Sensorik in dem EBS und dem DC/DC-Wandler gegeneinander zu plausibilisieren und folgende Fehler zu erkennen:

  • – falsche Strommessung im EBS, DC/DC-Wandler, elektronische Sicherung oder Verbraucher, sofern diese vorhanden sind,
  • – falsche Spannungsmessung im EBS, DC/DC-Wandler, elektronische Sicherung oder Verbraucher,
  • – Ausfall von Batterie oder DC/DC-Wandler.
The presented method makes it possible to systematically diagnose single-channel or two-channel vehicle electrical systems with coupling elements by extensions of the methods discussed at the beginning in order to make the sensors in the EBS and the DC / DC converter plausible and to recognize the following errors:
  • - incorrect current measurement in the EBS, DC / DC converter, electronic fuse or consumer, if they exist,
  • - incorrect voltage measurement in EBS, DC / DC converter, electronic fuse or consumer,
  • - Failure of battery or DC / DC converter.

Das vorgestellte Verfahren ermöglicht es weiterhin, die Leistungsaufnahme von Verbrauchern zu diagnostizieren bzw. elektronische Sicherungen zu plausibilisieren. Dies ermöglicht:

  • – die Überwachung der Leistungsaufnahme von Verbrauchern,
  • – die Überwachung der korrekten Abschaltung von elektronischen Sicherungen im Überlastfall,
  • – die Überwachung der Ruhestromaufnahme im Standbybetrieb von Verbrauchern.
The presented method also makes it possible to diagnose the power consumption of consumers or to make plausibility of electronic fuses. This makes possible:
  • - monitoring the power consumption of consumers,
  • - monitoring the correct shutdown of electronic fuses in the event of overload,
  • - Monitoring the quiescent current consumption in standby mode of consumers.

Darüber hinaus ermöglicht es das beschriebene Verfahren, Kabelbaumfehler zu erkennen, also beispielsweise Kurzschlüsse von Versorgung zu Masse oder erhöhte Übergangswiderstände, und zwar:

  • – in der Leitung von der Bleibatterie zu einem Knotenpunkt K1,
  • – im Sicherungskasten, einschließlich interner Leitungen, Sicherungshaltern, Schmelzsicherungen usw.,
  • – in Kabeln und Steckern der einzelnen Komponenten,
  • – in den Masseleitungen von der jeweiligen Komponente zum Massebolzen an der Karosserie bzw. zum Massepunkt bei Zweileiterbordnetzen.
In addition, the described method allows detection of harness failures, such as supply-to-ground shorts or increased contact resistances, for example:
  • In the line from the lead-acid battery to a node K1,
  • - in the fuse box, including internal wiring, fuse holders, fuses, etc.,
  • - in cables and plugs of the individual components,
  • - In the ground lines of the respective component to the ground bolt on the body or to the ground point in Zweileiterbordnetzen.

Es wird somit ein Verfahren zur systemischen Diagnose des elektrischen Bordnetzes durch Zusammenführung vorhandener Signale vorgestellt. Dazu gehört die Anwendung der Kirchoffschen-Knotenregel zur Prüfung der Ströme in einem Netzwerk. Durch Vergleich der Signale vorhandener Stromsensoren bzw. durch Ermittlung des Laststroms anhand von Ansteuersignalen von Verbrauchern sollten diese gegeneinander geprüft werden.It is thus presented a method for systemic diagnosis of the electrical system by combining existing signals. This includes the application of the Kirchoffs node rule to check the flows in a network. By comparing the signals of existing current sensors or by determining the load current based on control signals from consumers, they should be tested against each other.

Weiterhin ermöglicht das Verfahren, gezielt Lasten bzw. den DC/DC-Wandler anzusteuern, um anhand der so herbeigeführten Zustände das elektrische Bordnetz gezielt zu prüfen. Das Verfahren sieht einen Vergleich von Spannungsmessungen an verschiedenen Stellen im elektrischen Bordnetz, konkret in Energiequellen, Senken und Verteilelementen, vor. In Abhängigkeit des jeweiligen Laststroms, der durch vorhandene Signale bzw. Ansteuersignalen von Verbrauchern ermittelt werden kann, können somit Kurzschlüsse bzw. erhöhte Übergangswiderstände erkannt werden.Furthermore, the method makes it possible to selectively control loads or the DC / DC converter in order to selectively check the electrical system on the basis of the conditions thus induced. The method provides for a comparison of voltage measurements at various points in the electrical system, specifically in energy sources, sinks and distribution elements. Depending on the respective load current, which can be determined by existing signals or control signals from consumers, thus short circuits or increased contact resistance can be detected.

Ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, vorhandene Informationen für neue Diagnosen zu nutzen bzw. Komponenten gezielt so zu betreiben, dass neue Informationen über den Zustand des Bordnetzes generiert und somit zusätzliche Messpunkte nicht benötigt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der DC/DC-Wandler neben der eigentlichen Spannungsversorgung die Aufgabe bekommt, den Bordnetz-Zustand zu ermitteln und somit einen Mehrwert gegenüber Konkurrenzprodukten bekommt.An advantage of the described method is to use existing information for new diagnoses or to operate components specifically so that new information about the state of the electrical system generated and thus additional measuring points are not needed. Another advantage is that the DC / DC converter in addition to the actual power supply gets the task to determine the electrical system state and thus gets an added value over competing products.

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 ein Bordnetz. 1 shows a wiring system.

2 zeigt eine Ausführung eines Bordnetzes. 2 shows an embodiment of a vehicle electrical system.

3 zeigt eine weitere Ausführung eines Bordnetzes. 3 shows a further embodiment of a vehicle electrical system.

4 zeigt eine Ausführung eines Bordnetzes 4 shows an embodiment of a vehicle electrical system

5 zeigt noch eine Ausführung eines Bordnetzes. 5 shows another version of a vehicle electrical system.

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 ein Bordnetz, das insgesamt mit der Bezugsziffer 10 versehen ist und ein zweikanaliges Bordnetz nach dem Stand der Technik darstellt. 1 shows a wiring system, the whole with the reference number 10 is provided and represents a dual-channel electrical system according to the prior art.

Die Darstellung zeigt einen Generator bzw. eine elektrische Maschine 12, der eine Spannung von 48 V liefert, eine erste sogenannte electronic Power Distribution Unit 14 (elektronische Energieversorgungseinheit; ePDU), einen ersten Verbraucher 16, eine erste Batterie 18, ein erstes Batterieverwaltungssystem 20 (BMS: Battery Management System), einen ersten DC-DC-Wandler 22, der die Spannung von 48 V in eine Spannung von 14 V wandelt, eine zweite ePDU 24, einen zweiten Verbraucher 26, eine zweite Batterie 28 mit einem Batteriesensor 30, einen zweiten DC-DC-Wandler 32, der die Spannung von 48 V in eine Spannung von 14 V wandelt, eine dritte Batterie 34 mit einem Batteriesensor 36, einen sicherheitsrelevanten Verbraucher Rs1a 38, dessen Funktion redundant durch einen Verbraucher Rs1b 40 erfüllt wird, einen sicherheitsrelevanten Verbraucher Rs2a 42 mit einem internen, redundanten Verbraucher Rs2b 44.The illustration shows a generator or an electrical machine 12 , which provides a voltage of 48 V, a first so-called electronic power distribution unit 14 (electronic energy supply unit, ePDU), a first consumer 16 , a first battery 18 , a first battery management system 20 (BMS: Battery Management System), a first DC-DC converter 22 , which converts the voltage from 48V to a voltage of 14V, a second ePDU 24 , a second consumer 26 , a second battery 28 with a battery sensor 30 , a second DC-DC converter 32 , which converts the voltage of 48 V into a voltage of 14 V, a third battery 34 with a battery sensor 36 , a safety-related consumer Rs1a 38 whose function is redundant by a consumer Rs1b 40 is satisfied, a safety-relevant consumer Rs2a 42 with an internal, redundant Rs2b consumer 44 ,

2 zeigt ein vereinfachtes Bordnetz, das mit der Bezugsziffer 200 versehen ist und auch als Teilnetz bezeichnet wird. Die Darstellung zeigt einen DC-DC-Wandler 202, ein Energiemanagementsystem 204, eine Batterie 206, einen Batteriesensor 208 und einen Verbraucher Rs1a 210. Weiterhin ist ein Knoten K1 mit Bezugsziffer 212 gekennzeichnet. 2 shows a simplified electrical system, with the reference numeral 200 is provided and is also referred to as a subnet. The illustration shows a DC-DC converter 202 , an energy management system 204 , a battery 206 , a battery sensor 208 and a consumer Rs1a 210 , Furthermore, a node K1 with reference numeral 212 characterized.

Der DC/DC-Wandler 202 speist als Stromquelle in dieses Teilnetz eine Strom I_DcDc 220 und versorgt die Gesamtheit aller Verbraucher, die hier vereinfacht durch den Verbraucher Rs1a 210 dargestellt sind, mit dem Strom I_Consumer 222 und lädt die Batterie 206 mit einem Strom I_Batt 224. Es gilt also gemäß dem ersten 1. Kirchhoffsches Gesetz: I_Batt + I_Consumer = I_DcDc (1) The DC / DC converter 202 feeds a current I_DcDc into this subnet as a power source 220 and supplies the totality of all consumers, simplified here by the consumer Rs1a 210 are shown, with the current I_Consumer 222 and charge the battery 206 with a current I_Batt 224 , It therefore applies according to the first 1. Kirchoffoff law: I_Batt + I_Consumer = I_DcDc (1)

Wird der DC-DC-Wandler 202 ausgeschaltet, d. h. I_DcDc = 0, gilt: I_Consumer = I_Batt, (2) d. h. der Batteriestrom kehrt sich um, die Batterie 206 versorgt das gesamte Bordnetz 200. Somit kann über den Batteriesensor 208 die aktuelle Bordnetzlast ermittelt werden. Sind die Ansteuersignale der Verbraucher bekannt, kann darüber die theoretische Verbraucherlast ermittelt werden. Beispielsweise bedeuten 100% Ansteuerung, dass der Nennstrom der Komponente fließen muss.Will the DC-DC converter 202 switched off, ie I_DcDc = 0, applies: I_Consumer = I_Batt, (2) ie the battery power is reversed, the battery 206 supplies the entire electrical system 200 , Thus, via the battery sensor 208 the current on-board network load can be determined. If the drive signals of the consumers are known, the theoretical load load can be determined via this. For example, 100% control means that the rated current of the component must flow.

In einer ersten Ausführungsform des vorgestellten Verfahrens werden beispielsweise alle Verbraucher abgeschaltet. Dies wird auch als aktive Diagnose bezeichnet, oder es wird alternativ gewartet, bis alle Verbraucher melden, dass sie zur Zeit inaktiv sind. Dies wird als passive Diagnose bezeichnet. Es gilt dann: I_Consumer = 0 (3) In a first embodiment of the presented method, for example, all consumers are turned off. This is also referred to as active diagnostics or, alternatively, it waits until all consumers report that they are currently inactive. This is called passive diagnosis. It then applies: I_Consumer = 0 (3)

Ist der DC-DC-Wandler 202 zu dieser Zeit ebenfalls ausgeschaltet, d. h. I_DCDC = 0, muss sich in diesem Fall I_EBS = 0 gelten. I_EBS ist mit Bezugsziffer 230 verdeutlicht.Is the DC-DC converter 202 also switched off at this time, ie I_DCDC = 0, I_EBS = 0 must apply in this case. I_EBS is by reference 230 clarified.

Ist I_EBS ≠ O kann entweder

  • a) der vom Batteriesensor 208 gemessene Strom falsch sein oder
  • b) es können Verbraucher weiterhin aktiv sein.
Is I_EBS ≠ O can either
  • a) that of the battery sensor 208 measured current be wrong or
  • b) Consumers can continue to be active.

Um dies zu plausibilisieren, wird der DC-DC-Wandler 202 eingeschaltet. Wird die Bordnetzspannung auf den Wert der Batterieruhespannung eingestellt, wird die Batterie nicht geladen, d. h. I_EBS = 0, und der DC/DC-Wandler 202 versorgt lediglich die Verbraucher. Sind die Verbraucher weiterhin abgeschaltet, muss gelten: I_DCDC = I_Consumer = 0 (4) To make it plausible, the DC-DC converter 202 switched on. If the vehicle electrical system voltage is set to the value of the battery return voltage, the battery is not charged, ie I_EBS = 0, and the DC / DC converter 202 only supplies the consumers. If consumers are still shut down, the following must apply: I_DCDC = I_Consumer = 0 (4)

Ist ebenfalls I_DCDC ≠ 0, sind somit Verbraucher unberechtigt aktiv.If I_DCDC is also ≠ 0, consumers are thus unauthorized.

Ist I_DCDC = I_Consumer = 0 jedoch I_EBS ≠ 0, liegt in diesem Fall ein Fehler im Batteriesensor 208 vor.If I_DCDC = I_Consumer = 0 but I_EBS ≠ 0, there is an error in the battery sensor in this case 208 in front.

Nach dem gleichen Schema kann in einer zweiten Ausführungsform vorgegangen werden, wenn wie in 4 gezeigt ist, der oder die Verbraucher von einer elektrischen Sicherung (ePDU) überwacht wird.The same procedure can be followed in a second embodiment if, as in 4 the consumer (s) is monitored by an electrical fuse (ePDU).

3 zeigt ein vereinfachtes Bordnetz, das mit der Bezugsziffer 300 versehen ist und auch als Teilnetz bezeichnet wird. Die Darstellung zeigt einen DC-DC-Wandler 302 als Koppelelement, ein Energiemanagementsystem 304, eine Batterie 306 als Energieversorgung, einen Batteriesensor 308, einen Verbraucher Rs1a 310 als Komponente und eine ePDU 314. Weiterhin ist ein Knoten K1 mit Bezugsziffer 312 gekennzeichnet. 3 shows a simplified electrical system, with the reference numeral 300 is provided and is also referred to as a subnet. The illustration shows a DC-DC converter 302 as a coupling element, an energy management system 304 , a battery 306 as a power supply, a battery sensor 308 , a consumer Rs1a 310 as a component and an ePDU 314 , Furthermore, a node K1 with reference numeral 312 characterized.

Auch diese hat die Aufgabe, den Strom der Komponente zu messen, um ggf. abzuschalten. This also has the task to measure the current of the component in order to switch off, if necessary.

Es kann hier ebenfalls zur Prüfung der ePDU 314 der DCDC-Wandler 302 abgeschaltet werden.It can also be used to test the ePDU 314 the DCDC converter 302 be switched off.

Ist I_DCDC (Bezugsziffer 320) = 0, kann geprüft werden, ob gilt: I_EBS (Bezugsziffer 322) = –I_ePDU (Bezugsziffer 324) (5) Is I_DCDC (reference numeral 320 ) = 0, it can be checked whether I_EBS (reference numeral 322) = -I_ePDU (reference numeral 324) (5)

Sofern diese Prüfung fehlt schlägt, wird wiederum die Spannung des DCDC-Wandlers 302 auf einen Wert eingestellt, bei der I_EBS = 0, d. h. U_EBS (Bezugsziffer 326) ist im Bereich der Batterieruhespannung.Unless this test fails, the voltage of the DCDC converter will turn 302 set to a value where I_EBS = 0, ie U_EBS (Ref 326 ) is in the range of the battery return voltage.

In diesem Fall kann geprüft werden, ob gilt: I_DCDC = –I_ePDU (6) In this case, it can be checked whether I_DCDC = -I_ePDU (6)

Schlägt auch diese Prüfung fehl, so kann daraus geschlossen werden, dass I_ePDU 324 fehlerhaft ist, im anderen Fall ist I_EBS 322 fehlerhaft.If this check fails, it can be concluded that I_ePDU 324 is incorrect, in the other case I_EBS 322 faulty.

Der Strom I_EBS 322 kann validiert werden, indem die ePDU 314 die Verbraucher vom Bordnetz 300 trennt.The current I_EBS 322 can be validated by the ePDU 314 the consumers from the electrical system 300 separates.

Wird die Batterie 306 nun geladen oder die Spannung des DCDC-Wandlers 302 auf eine Spannung oberhalb der Gasungsspannung der Batterie 306 gesetzt und ist I_DCDC ≠ –I_EBS, so kann darauf geschlossen werden, dass I_EBS 322 falsch gemessen wird.Will the battery 306 now charged or the voltage of the DCDC converter 302 to a voltage above the gassing voltage of the battery 306 is set and is I_DCDC ≠ -I_EBS, so it can be concluded that I_EBS 322 is measured incorrectly.

In einer dritten Ausführungsform werden durch die ePDU zwei oder mehr Verbraucher versorgt. Es wird hierzu auf 4 verwiesen.In a third embodiment, two or more consumers are powered by the ePDU. It is on this 4 directed.

4 zeigt ein vereinfachtes Bordnetz, das mit der Bezugsziffer 400 versehen ist und auch als Teilnetz bezeichnet wird. Die Darstellung zeigt einen DC-DC-Wandler 402, ein Energiemanagementsystem 404, eine Batterie 406, einen Batteriesensor 408, einen Verbraucher Rs1a 410, eine ePDU 414 und einen Verbraucher Rs2a 416. Weiterhin ist ein Knoten K1 mit Bezugsziffer 412 gekennzeichnet. 4 shows a simplified electrical system, with the reference numeral 400 is provided and is also referred to as a subnet. The illustration shows a DC-DC converter 402 , an energy management system 404 , a battery 406 , a battery sensor 408 , a consumer Rs1a 410 , an ePDU 414 and a consumer Rs2a 416 , Furthermore, a node K1 with reference numeral 412 characterized.

Die Diagnosen laufen nach dem vorstehend erläuterten Schema insbesondere der ersten Ausführungsform ab. Um allerdings zuzuordnen, welcher Verbraucher möglichweise nicht abgeschaltet werden kann, werden die Verbraucher 410, 416 nacheinander deaktiviert und der Strom I_ePDU 424 bzw. der Quellenstrom beobachtet. Ändert sich der Strom nach einem Abschaltbefehl nicht, obwohl ein Verbraucher ab. bzw. zugeschaltet werden soll, während alle anderen Verbraucher deaktiviert sind, so ist davon auszugehen, dass der Verbraucher nicht getrennt werden kann. Dies weist auf einen Defekt hin.The diagnoses take place according to the scheme explained above, in particular the first embodiment. However, in order to allocate which consumer can possibly not be shut down, consumers will 410 . 416 deactivated in succession and the current I_ePDU 424 or the source current observed. The power does not change after a shutdown command, although a consumer turns off. or should be switched on, while all other consumers are disabled, it can be assumed that the consumer can not be disconnected. This indicates a defect.

Der DC-DC-Wandler kann weiterhin dazu genutzt werden, um den Kabelbaum zu diagnostizieren.The DC-DC converter can also be used to diagnose the wiring harness.

5 zeigt ein vereinfachtes Bordnetz, das mit der Bezugsziffer 500 versehen ist und auch als Teilnetz bezeichnet wird. Die Darstellung zeigt einen DC-DC-Wandler 502, ein Energiemanagementsystem 504, einen Verbraucher Rs1a 510, einen Verbraucher Rs2a 516 und eine ePDU 514. 5 shows a simplified electrical system, with the reference numeral 500 is provided and is also referred to as a subnet. The illustration shows a DC-DC converter 502 , an energy management system 504 , a consumer Rs1a 510 , a consumer Rs2a 516 and an ePDU 514 ,

5 zeigt eine mögliche Umsetzung der Erfindung in dem sehr schematisch dargestellten Bordnetz 500. Auf der linken Seite ist der DC-DC-Wandler 502 einschließlich eines Messwiderstands 550 für eine Strommessung abgebildet. Der Übersichtlichkeit halber nicht abgebildet ist die Spannungsmessung. Auf der rechten Seite ist ebenfalls sehr stark vereinfacht zwei Bordnetzkomponente dargestellt, welche u. a. aus Motor, Ansteuerlogik, Schalter und Sensorik besteht. Diese stellen Verbraucher dar. 5 shows a possible implementation of the invention in the very schematically illustrated wiring system 500 , On the left is the DC-DC converter 502 including a measuring resistor 550 mapped for current measurement. For the sake of clarity, not shown is the voltage measurement. On the right side is also very simplistic two on-board network component shown, which consists among other things of the engine, control logic, switches and sensors. These represent consumers.

Diese Bordnetzkomponente kann beispielsweise das Stabilitätssystem ESP, der iBooster, die elektrische Lenkung (electric power steering) oder eine andere Komponente sein. Relevant ist eine schaltbare Last die einen Stromfluss erzeugt, der sich zwischen passiven und aktiven Betrieb signifikant unterscheidet (beispielsweise > 10 A).This vehicle electrical system component can be, for example, the stability system ESP, the iBooster, the electric power steering or another component. Relevant is a switchable load that generates a current flow that differs significantly between passive and active operation (for example> 10 A).

Auch innerhalb dieser Komponente gibt es eine Messung der Versorgungsspannung gegen Masse. Weiterhin wird der Komponentenstrom gemessen. Auch dies ist bei einigen Komponenten bereits heute der Fall. In einer Variante der Erfindung kann auf die Messung des Komponentenstroms verzichtet werden.Also within this component there is a measurement of the supply voltage to ground. Furthermore, the component current is measured. Again, this is already the case for some components today. In a variant of the invention can be dispensed with the measurement of the component current.

Die zweite Last wird exemplarisch durch eine elektronische Sicherung, die ePDU 514, überwacht. Bei dem vorgestellten Verfahren werden bereits heute vorhandene, vorstehend genannte Komponenten verwendet.The second load is exemplified by an electronic fuse, the ePDU 514 , supervised. In the presented method already existing, above-mentioned components are used.

Wenn die Komponente, z. B. das ESP, sich im Standby befindet, d. h. der Mikrocontroller aktiv ist, ohne dass der Motor bestromt wird, werden vom DC/DC-Wandler 502 die Wandlerausgangsspannung U_DCDC und der Wandlerstrom I_DCDC 520 sowie Klemmenspannung U_RS1a/U_RS1b/U_ePDU und ggf. der Komponentenstrom I_RS1a in der Komponente bzw. in der ePDU I_ePDU gemessen.If the component, z. B. the ESP, is in standby, ie the microcontroller is active, without the motor is energized, are from the DC / DC converter 502 the converter output voltage U_DCDC and the converter current I_DCDC 520 as well as terminal voltage U_RS1a / U_RS1b / U_ePDU and possibly the component current I_RS1a measured in the component or in the ePDU I_ePDU.

Der anschließende Vergleich findet beispielsweise in der jeweiligen Komponente statt, indem die Messwerte von dem DC-DC-Wandler zur Komponente übertragen werden. In einer alternativen Lösung ist auch ein Übertragen zu einem anderen Steuergerät oder zu einer anderen Bordnetz-Komponente möglich. Die Wertepaare werden abschließend gespeichert.The subsequent comparison takes place, for example, in the respective component by the Measured values are transmitted from the DC-DC converter to the component. In an alternative solution, it is also possible to transmit to another control unit or to another electrical system component. The value pairs are finally saved.

Sobald die Komponente aktiv ist, werden die gleichen Messwerte aufgenommen. Die Komponente kann entweder für einen Selbsttest aktiviert werden, bei dem auch der Kabelbaum durch das dargestellte Verfahren geprüft wird. Andererseits kann auch gewartet werden, bis die Komponente durch Benutzung aktiv ist. Wichtig ist, dass ein definierter Strom über die Komponente fließt. Es werden nachfolgend drei Fälle unterschieden:As soon as the component is active, the same measured values are recorded. The component can either be activated for a self-test in which the harness is also tested by the illustrated method. On the other hand, it is also possible to wait until the component is active through use. It is important that a defined current flows over the component. Three cases are distinguished below:

Fall A)Case A)

Hierfür ist es zweckmäßig, den Komponentenstrom zu messen. Aus den beiden Spannungsmesswerten und dem Komponentenstrom kann der Widerstand im Kabelbaum ermittelt werden und mit Schwellwerten geprüft werden. Dabei ist jedoch zweckmäßig, wenn die Komponente nur aus der Batterie versorgt wird, da dann die gesamte Kette geprüft werden kann.For this purpose it is expedient to measure the component flow. From the two voltage measurements and the component current, the resistance in the wiring harness can be determined and checked with threshold values. However, it is expedient if the component is supplied only from the battery, since then the entire chain can be tested.

In einer Variante der Erfindung ist ein Vergleich mit früheren Werten, die gespeichert wurden, zweckmäßig, um ggf. eine kontinuierliche Verschlechterung zu bemerken oder um mit der Referenz zum Neuzustand zu vergleichen.In a variant of the invention, a comparison with previous values which have been stored is expedient in order, if necessary, to note a continuous deterioration or to compare it with the reference to the new condition.

In einer Variante kann auf die Strommessung in der Komponente verzichtet werden, wenn dieser anhand der Änderung des Wandlerstromes I_DCDC ermittelt wird. Dazu muss die Komponente aus dem DC-DC-Wandler versorgt werden und gleichzeitig mit der Aktivierung der Komponente die Änderung I_DCDC verfolgt werden. Aus der Änderung von I_DCDC beim Ein- und Ausschalten der Komponente kann auf den Strom in die Komponente geschlossen werden.In one variant, the current measurement in the component can be dispensed with if it is determined on the basis of the change in the converter current I_DCDC. For this, the component must be supplied from the DC-DC converter and the change I_DCDC must be tracked simultaneously with the activation of the component. Changing the I_DCDC when turning the component on and off can be used to deduce the current into the component.

Fall B)Case B)

In einer weiteren Ausführungsform ist eine elektronische Sicherung, enthalten in der ”electronic Power Distribution Unit”, in den Kabelbaum eingefügt, beispielsweise anstelle der Sicherungsbox. In dieser Ausführungsform wird die ePDU dazu genutzt, den Komponentenstrom über geeignete Maßnahmen zu erfassen.In another embodiment, an electronic fuse included in the "electronic power distribution unit" is inserted in the harness, for example, instead of the fuse box. In this embodiment, the ePDU is used to detect the component flow via appropriate measures.

Weiterhin kann die ePDU dazu genutzt werden, um über das oben beschriebene Verfahren den Fehler näher einzugrenzen, in dem die Spannung an der ePDU erfasst wird und sowohl mit der Komponentenspannung U_RE2a als auch mit der Wandlerausgangsspannung U_DCDC verglichen wird.Furthermore, the ePDU can be used to narrow the error by the method described above, in which the voltage is detected at the ePDU and compared both with the component voltage U_RE2a and with the converter output voltage U_DCDC.

Fall C)Case C)

Insbesondere bei Heizungen ist der Widerstandswert der Komponenten genau bekannt und definiert. Dieser Widerstandswert versursacht je nach Versorgungsspannung, diese wird von der Komponente gemessen, einen Stromfluss. Das bedeutet, dass bei diesen Komponenten mit definiertem Lastwiderstand in einer weiteren Ausführungsform der Strom rechnerisch ermittelt wird.Especially with heaters, the resistance of the components is well known and defined. Depending on the supply voltage, this resistance value, which is measured by the component, causes a current flow. This means that in these components with defined load resistance in a further embodiment, the current is determined by calculation.

Über die jeweiligen Spannungsabfälle während und außerhalb der Komponentenansteuerung und über den Komponentenstrom wird dann der Kabelbaumwiderstand im Leitungssatz zur ePDU und zur Komponente erfasst. Zur Steigerung der Robustheit können die genannten Messungen mehrmals durchgeführt werden.The wiring harness resistance in the wiring harness to the ePDU and to the component is then recorded via the respective voltage drops during and outside the component control and via the component current. To increase the robustness, the measurements mentioned can be carried out several times.

Überschreitet der Kabelbaumwiderstand einen Schwellwert, kann ein Fehlerspeichereintrag erzeugt werden, eine Warnlampe eingeschaltet werden oder sicherheitsrelevante Funktionen wie automatisches Fahren verboten werden.If the wiring harness resistance exceeds a threshold value, an error memory entry can be generated, a warning lamp can be switched on, or safety-relevant functions such as automatic driving can be prohibited.

Die beschriebenen Diagnosen können einerseits während eines Fahrzyklus durchgeführt werden, beispielsweise einerseits wenn die Komponenten inaktiv und andererseits wenn die Komponenten aktiv sind.The described diagnoses can be carried out on the one hand during a driving cycle, for example on the one hand when the components are inactive and on the other hand when the components are active.

Die beschriebenen Diagnosen können in einer weiteren Ausführungsform vor einem Fahrzyklus bzw. zu Beginn eines Fahrzyklus durchgeführt werden, um Systeme vor Fahrtbeginn aktiv zu prüfen. Hierzu werden Komponenten gezielt angesteuert und beispielsweise gezielt aus der Batterie versorgt.In a further embodiment, the diagnoses described can be carried out before a drive cycle or at the beginning of a drive cycle in order to actively test systems before the start of the journey. For this purpose, components are selectively controlled and, for example, supplied specifically from the battery.

In einer weiteren Ausführungsform können die Diagnosen in einer Werkstatt durchgeführt werden, beispielsweise in dem in regelmäßigen Intervallen der Kabelbaum und die elektrischen Speicher erfindungsgemäß geprüft werden.In a further embodiment, the diagnoses can be carried out in a workshop, for example, in which the wire harness and the electrical stores are checked according to the invention at regular intervals.

Dadurch wird erreicht, dass für sicherheitsrelevante Fahrfunktionen das elektrische System des Fahrzeugs in ordnungsgemäßem Zustand ist.This ensures that the electrical system of the vehicle is in proper condition for safety-relevant driving functions.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (14)

Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes (200, 300, 400, 500), das mindestens zwei Kanäle mit zumindest einer Komponente und eine Energieversorgung umfasst, wobei zwischen den beiden Kanälen ein Koppelelement vorgesehen ist, wobei das Koppelelement dazu verwendet wird, um eine Diagnose durchzuführen, indem in diesem mindestens eine Messung vorgenommen wird,Method for operating a vehicle electrical system ( 200 . 300 . 400 . 500 ) comprising at least two channels with at least one component and a power supply, wherein a coupling element is provided between the two channels, wherein the coupling element is used to carry out a diagnosis by performing at least one measurement in the latter, Verfahren nach Anspruch 1, bei dem erste Messungen bei einer ersten Stromaufnahme wenigstens einer der mindestens einen Komponente und zweite Messungen bei einer zweiten Stromaufnahme wenigstens einer der mindestens einen Komponente durchgeführt werden und die ersten Messungen und die zweiten Messungen miteinander verglichen werden und anhand dessen bestimmt wird, ob die wenigstens eine der mindestens einen Komponente bestimmungsgemäß arbeitet.The method of claim 1, wherein the first measurements are performed at a first current consumption of at least one of the at least one component and second measurements at a second current consumption of at least one of the at least one component and the first measurements and the second measurements are compared with each other and determined therefrom whether the at least one of the at least one component works as intended. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die wenigstens eine der mindestens einen Komponente ein- und ausgeschaltet wird.The method of claim 1 or 2, wherein the at least one of the at least one component is switched on and off. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem als Koppelelement ein DC-DC-Wandler (202, 302, 402, 502) verwendet wird.Method according to one of Claims 1 to 3, in which a DC-DC converter ( 202 . 302 . 402 . 502 ) is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem eine Strommessung in dem Koppelelement durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 4, wherein a current measurement is carried out in the coupling element. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine Spannungsmessung in dem Koppelelement durchgeführt wirdMethod according to one of claims 1 to 5, wherein a voltage measurement is performed in the coupling element Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem eine Diagnose eines Kabelbaums des Bordnetzes (200, 300, 400, 500) durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 6, wherein a diagnosis of a wiring harness of the electrical system ( 200 . 300 . 400 . 500 ) is carried out. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem ein Vergleich mit von einem Batteriesensor (208, 308, 408) ermittelten Werten durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 7, wherein a comparison with a battery sensor ( 208 . 308 . 408 ) values. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das bei einem Neustart des Bordnetzes (200, 300, 400, 500) durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 8, which at a restart of the electrical system ( 200 . 300 . 400 . 500 ) is carried out. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das zu Beginn eines Fahrzyklus durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 8, which is carried out at the beginning of a driving cycle. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das mittels eines Computerprogramms durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 10, which is carried out by means of a computer program. Bordnetz, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, das mindestens zwei Kanäle mit zumindest einer Komponente und eine Energieversorgung umfasst, wobei zwischen den beiden Kanälen ein Koppelelement vorgesehen ist, wobei das Bordnetz (200, 300, 400, 500) dazu eingerichtet ist, das Koppelelement dazu zu verwenden, um eine Diagnose durchzuführen, indem in diesem mindestens eine Messung vorgenommen wird.Vehicle electrical system, in particular for carrying out a method according to one of claims 1 to 11, comprising at least two channels with at least one component and a power supply, wherein between the two channels, a coupling element is provided, wherein the electrical system ( 200 . 300 . 400 . 500 ) is adapted to use the coupling element to perform a diagnosis by at least one measurement is made in this. Bordnetz nach Anspruch 12, die weiterhin dazu eingerichtet ist, erste Messungen bei einer ersten Stromaufnahme wenigstens einer der mindestens einen Komponente und zweite Messungen bei einer zweiten Stromaufnahme wenigstens einer der mindestens einen Komponente durchzuführen und die ersten Messungen und die zweiten Messungen miteinander zu vergleichen und anhand dessen zu bestimmen, ob die wenigstens eine der mindestens einen Komponente bestimmungsgemäß arbeitet.The electrical system according to claim 12, which is further configured to perform first measurements on a first current consumption of at least one of the at least one component and second measurements on a second current consumption of at least one of the at least one component and to compare and compare the first measurements and the second measurements determine whether the at least one of the at least one component works as intended. Bordnetz nach Anspruch 12 oder 13, das ein Energiemanagementsystem (204, 304, 404, 504) aufweist.Vehicle electrical system according to Claim 12 or 13, which has an energy management system ( 204 . 304 . 404 . 504 ) having.
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