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WO2018050648A1 - System zur energie- und/oder datenübertragung - Google Patents

System zur energie- und/oder datenübertragung Download PDF

Info

Publication number
WO2018050648A1
WO2018050648A1 PCT/EP2017/072914 EP2017072914W WO2018050648A1 WO 2018050648 A1 WO2018050648 A1 WO 2018050648A1 EP 2017072914 W EP2017072914 W EP 2017072914W WO 2018050648 A1 WO2018050648 A1 WO 2018050648A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stage
network
node
energy
node elements
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/072914
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frédéric HOLZMANN
Michael Dubreuil
Original Assignee
HELLA GmbH & Co. KGaA
Leoni Bordnetz-Systeme Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HELLA GmbH & Co. KGaA, Leoni Bordnetz-Systeme Gmbh filed Critical HELLA GmbH & Co. KGaA
Priority to US16/332,201 priority Critical patent/US10965491B2/en
Priority to CN201780056426.0A priority patent/CN109691018B/zh
Priority to EP17765430.8A priority patent/EP3513527A1/de
Publication of WO2018050648A1 publication Critical patent/WO2018050648A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L12/40006—Architecture of a communication node
    • H04L12/40045—Details regarding the feeding of energy to the node from the bus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04L12/10—Current supply arrangements
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    • H04L12/40—Bus networks
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    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L2012/40267—Bus for use in transportation systems
    • H04L2012/40273—Bus for use in transportation systems the transportation system being a vehicle

Definitions

  • the present invention relates to a system for data and / or energy transfer. Furthermore, the invention relates to a method for data and / or
  • comfort functions of the vehicle are at least partially provided by the electronics of the vehicle.
  • comfort functions may also be provided, such as, for example, multimedia components or the navigation system.
  • the object is achieved in particular by a system for energy and / or data transmission, in particular energy and / or data distribution, in a vehicle.
  • node element for interconnected connection of at least two electrical components of the vehicle, so that different and / or at least two and / or variable and / or redundant connection paths are provided and / or are, and
  • connection paths In particular, the connection paths provided in each case form a connection possibility or in each case a potential transmission path for energy and / or data.
  • the connection paths are provided redundantly and / or alternatively, so that (even in the event of an error) at least one connection path is available, in particular if one of the connection paths fails (in the event of an error) or is interrupted. This has the advantage that a fault tolerance can be significantly increased. A reliable operation of the vehicle is guaranteed.
  • connection paths is understood in particular to mean that the (for example at least two alternative or redundant) connection paths are normally available and / or activatable and / or connectable, so that, for example, a first or a second connection path can be activated can.
  • connection paths are provided for at least some of the components and / or node elements.
  • the two components are different components
  • connection preferably in each case vehicle-internal and / or vehicle-mounted, preferably vehicle safety relevant components. It may further be possible for the connection to be designed as an end-to-end connection. In this case, the transmissions during the connection may preferably lead via different connection paths. It may be possible that the connection paths are normally (or basically) used statically, so that the connection path for the
  • connection between two components remains the same.
  • a first connection path (primary connection path) is used.
  • the transmission of the energy and / or the data to be adjusted so that, for example.
  • Connection path is changed. For example. If necessary, then a second connection path (secondary connection path) is used in the adaptation case.
  • second connection path second connection path
  • the adaptation in relation to the choice of the connection path for the connection preferably takes place automatically, so that even in the case of a failure of the primary connection path
  • the vehicle is as a motor vehicle and / or electric vehicle and / or hybrid vehicle and / or passenger car and / or as a
  • the system according to the invention and / or the network and / or the node elements to be adapted to an autonomous driving functionality of the vehicle.
  • at least one of the electrical components is designed as a control device for the autonomous driving functionality.
  • the system according to the invention is designed as a system for fault-tolerant energy and / or data distribution in the vehicle.
  • the energy and / or data distribution preferably takes place graphically oriented (networked) or as a graph (network), so that preferably redundant connection paths (transmission paths) are provided.
  • the node elements enable an intelligent control of the energy and / or data flow in the network or graph.
  • the energy and / or data flow can be static and / or dynamic, to ensure that always a functioning
  • Connection path is provided in the graph.
  • connection path relates to at least one or more transmission paths (e) for energy and / or for data. It may be possible that different connection paths for energy and for data distribution are provided. This has the advantage that other for the energy transfer
  • Lines can be used, which, for example, a high current flow
  • the second line is For example, adapted for signal transmission, for example. Shielded or the like. It may also be possible that the second connection path for the
  • a glass fiber cable comprises. Nevertheless, it may be possible for the node elements to be both the
  • each of the node elements may have both an interface for a first power transmission line in the network and a second power line for the second power line
  • the electrical components of the vehicle include, for example, at least one system component at least one of the following systems of a vehicle:
  • the particularly safety-relevant components such as power steering or ESP or brake booster, thereby have a redundant energy and / or data connection, in particular in each case to two stage-2 node elements, on.
  • the node elements are at least partially intelligent
  • Network elements for controlling and / or regulating both the data and the energy flow executed.
  • a node element in a broader sense is understood to mean a device and / or a network and / or vehicle element which can provide one or more nodes of the network.
  • the node element is understood to mean a device which has exactly one node of the
  • stage 1 node elements and stage 2 node elements may be provided.
  • the Level 1 -Knotelement represents eg.
  • the level 2 node element provides, for example, at least one level 2 node for the network.
  • Connection paths are provided by a network, in particular by a plurality of node elements, wherein preferably the network has at least the following node elements, in particular as network elements,
  • At least one stage 1 node element for a first stage of the network which is preferably network-connected,
  • At least one level-2 node element for a second stage of the network which is preferably connected on the component side.
  • the component-side connection is characterized in that the stage-2 node element is always connected to at least one of the electrical components (directly and / or directly).
  • the network-side connection takes place exclusively in such a way that the stage 1 node element with the electrical components exclusively indirectly or indirectly, in particular via at least one stage-2 node element is connected.
  • the network topology of the network is a meshed network.
  • the network is implemented as a graph, or can be described or represented on the basis of a graph.
  • one or more, in particular different and / or redundant (alternatively usable), connection paths are provided by the network.
  • the network preferably comprises nodes and / or meshes. In particular, through the mesh of the network while the connection paths are redundant.
  • the node elements it may be possible for the node elements to allow dynamic configuration of the connection paths of the network. In particular, takes place in a
  • Normal case normal operation
  • adaptation case adaptation mode
  • connection paths Preferably, the adjustment is temporary so that the system initiates a mechanism to return to normal.
  • This can be, for example, an at least partially automatic fault identification and / or insulation.
  • a first "stage 1" is provided which is self-organized, stable and / or safe, for example, the first stage may be considered as a "backbone" of the vehicle. This is, for example, through the use of control devices,
  • ECUs Electronic Control Units
  • Adjusting the connection paths in the first stage (level 1) can perform.
  • a second stage (stage 2) may be provided, which in particular serves as an interface between the first stage and the components.
  • some or all elements of the second stage are connected to all components and / or to the first stage, in particular at least one stage 1 node element, so that the second stage provides an interface between the components and the first stage forms.
  • the network in particular the first and / or second stage, to be expandable, so that, for example, new components can also be added Commissioning of the vehicle in the network or in the energy and / or data infrastructure can be easily and safely integrated.
  • a level 1 node element in particular as a hierarchically lower node element, to be in functional connection with a level 2 node element, in particular as a hierarchically higher node element.
  • at least one level-1 node element and / or at least one level-2 node element are necessary for each component in order to integrate this into the energy and / or data infrastructure.
  • the system according to the invention completely provides the data and / or energy infrastructure for the entire system
  • At least one level 1 node element may generate a dynamic graph for the energy and / or data distribution and / or at least one level 2 node element for access and / or
  • At least one stage-1 node element in particular after provision of a power supply for the stage 1 node element and / or after switching on, performs an initiation process (boot process) and, for example, in this case at least one interface of the level 1 node element (ie its own interfaces).
  • boot process at least one interface of the level 1 node element (ie its own interfaces).
  • the stage 1 node element at least partially detect the network structure and / or form a graph (the network), which for providing an energy and / or
  • Data infrastructure can be used.
  • a data exchange between the level-1 node elements, which are connected to each other, is performed.
  • a calculation routine is performed.
  • redundant paths are calculated for the network.
  • this is initially a static Graph generated, ie in particular determines static connection paths for the network. If necessary, then dynamically at least one alternative connection path can be determined dynamically.
  • various connection paths can be provided.
  • a check is made by at least one stage 1 node element as to whether and / or how many stage 2 node elements are connected to the respective stage 1 node element.
  • at least one static route eg, link
  • a first static route for the energy transmission and a second static route for the data transmission is assigned and / or determined.
  • the first static route differs from the second static route.
  • a respective component is designed as a redundant component, so that the redundant component must be connected to two different stage 2 node elements. This is used in particular for redundant energy and / or data transmission by the stage 2 node element for the redundant component. In this way, a secure and highly reliable data and
  • At least one level-1 node element and / or at least one level-2 node element initiates communication with a power management unit and / or with a data management unit.
  • a load control and / or load diagnostics and / or load changes to be carried out, for example, by the energy management unit, and / or routing paths are changed by the data management unit and / or routing tables updated and / or network information are evaluated, in particular as a function of a vehicle status and / or vehicle operation.
  • a particularly reliable and adapted to the vehicle condition transmission can take place.
  • At least one node element in particular level 1 node element and / or level 2 node element, to dynamically adapt the energy and / or data distribution, and / or to carry out an error detection.
  • the error detection preferably comprises at least one of the following steps:
  • Isolating the error preferably by interrupting the data and / or energy transfer from and / or to the faulty component
  • At least one level-2 node element can be designed and / or controlled by at least one energy management unit and / or at least one data management unit such that
  • the network in particular the level 1 node elements, with at least two independent sources of energy.
  • groups of at least two or at least four stage 1 node elements are preferably arranged on each vehicle side or corner (ie front-left and front-right and rear-left and rear-right on the vehicle), and the groups
  • At least one switching element is provided which mediates a (data) transmission and / or communication between the node elements, in particular level 1 node elements and / or level 2 node elements.
  • level-1 node elements are at least partially connected to one another via switching elements.
  • the switching element or the switching elements are each embodied, for example, as an Ethernet switch, for example as at least 10 Mb or 100 Mb Ethernet Switch.
  • a ring can thus be provided for the data transmission in order to connect several stage 1 node elements via an Ethernet, in particular at least 10 Mb or 100 Mb Ethernet.
  • an Ethernet in particular at least 10 Mb or 100 Mb Ethernet.
  • components connected together at a single stage 2 node element, and connected via the level 2 node element to one of the level 1 node elements, so that communication of various components, for example via the Ethernet or the ring (indirectly) via the level 2 node elements is possible.
  • stage 1 node elements in particular a meshed network for dynamic generation and / or
  • connection paths wherein the level-2 node elements respectively as input and output to the connection paths with the
  • Networks are connected.
  • at least some of the node elements communicate with one another.
  • the node elements are connected to each other via lines, preferably via electrical lines.
  • different lines for energy and data transmission are provided.
  • the network comprises a first network for energy transmission and a second network Network for data transmission, in particular with different structures. This makes it possible to provide a network structure which is adapted to the respective transmission and which is particularly reliable.
  • the first component is connected to a first stage 2 node element connected to a first level 1 node element of the network, and
  • the second component is connected to a second stage 2 node element connected to a second stage 1 node element of the network
  • first stage 1 node element is connected to the second stage 1 node element via further stage 1 node elements.
  • this provides a connection path for the components via the first stage 2 node element and then via the first stage 1 node element and then over the further stage 1 node elements and then via the second stage 1 node element and then over the first stage node element second level 2 node element provided.
  • first stage 2 node element may differ from the second level 2 node element and the first level 1 node element to be different from the second level 1 node element.
  • first stage 2 node element may be provided in the case of redundant components that these are each connected to two stage 2 node elements.
  • Energy infrastructure for the electrical components is provided by a plurality of node elements, for this purpose a plurality of stage-2 node elements and a plurality of stage-1 node elements are interconnected as a network, so that at least one of the network stage network node connected by at least one of the stage-1 node elements is, wherein these level-1 node elements each one Have switching element for interrupting or releasing a power supply to the respective network branch.
  • switching element can be interrupted or produced by the switching element at least one connection path to the power supply.
  • Network branches or individual components or groups of components can be excluded from the power supply, or specifically components are supplied with energy.
  • a degree of the power supply is set by the switching element and / or is adjustable.
  • the switching element comprises, for example, an adjustable
  • stage-2 node elements each with at least one or exclusively one of
  • stage-2 node elements in particular directly and / or directly, preferably via a component interface, connected to enable a power supply of this respective component, wherein the stage-2 node elements each having a switching means to supply the power to the respectively connected
  • the safety switching means is an electrical fuse, and preferably can be brought or switched exclusively irreversibly from a closed state (power supply is established) to an open state (power supply is interrupted), but preferably not vice versa.
  • the switching means can be controlled by an energy management unit.
  • the energy management unit Preferably, the
  • Switch safety switching means (exclusively) automatically and / or independently of the energy management unit and / or not through the
  • the safety-critical state in which, in particular, the safety switching means switches is, for example, an overcurrent or an overvoltage or the like. This is one of the
  • Energy management unit provided independent backup.
  • at least two, in particular independent are independent.
  • Energy sources in particular of different types, are connected to the network, in particular (directly) via respectively different of the stage 1 node elements, so that when the power supply to a (in particular any) network branch with one of the energy sources, the power supply for the other network branches (always or) is made via another of the energy sources, and in particular vice versa.
  • the power supply to a (in particular any) network branch with one of the energy sources the power supply for the other network branches (always or) is made via another of the energy sources, and in particular vice versa.
  • Energy sources differently, eg. As a vehicle battery or a
  • a first energy source is, for example, a vehicle battery and a second energy source is, for example, an alternator. Accordingly, it may be possible that a primary and a
  • the primary energy source is, for example, normally used to power the components, and the
  • Secondary energy source for example, only used in the adjustment case for supplying energy to the components or connected. This further increases the reliability and fault tolerance.
  • a data infrastructure for the electrical components is provided by a plurality of node elements, so that the components are each connected via at least one stage-2 node element to at least one stage-1 node element, wherein the stage-1 Node elements form a network with network branches, and the network branches and / or stage 1 node elements are connected to one another via switching elements, wherein preferably the stage 1 node elements and / or the level 2 node elements are also used for the provision of the power supply according to FIG an energy infrastructure to the components.
  • the stage 1 node elements and / or the level 2 node elements are also used for the provision of the power supply according to FIG an energy infrastructure to the components.
  • Data transmission to be customized, and / or blocked, preferably by the respective (directly) connected stage-2 node elements. It may be possible for a first network for the energy transmission to provide first network branches for the energy transmission, and for a second one Network for the data transmission second network branches are provided for data transmission, each with different lines. Thus, for example, even in the blocking of data transmission, the energy transfer for one of
  • stage-2 node elements are each designed to perform a safety-related isolation of the component connected to the respective stage 2 node element with respect to the data infrastructure and / or the energy infrastructure, so that a communication the respective component with further components of the network and / or a power supply of the respective component is prevented.
  • safety-related is meant in particular an event which the
  • the stage 2 node elements each comprise a switchable communication interface to a respective electrical component connected to the stage 2 node element.
  • This reactivation test is carried out repeatedly, for example, in order subsequently to provide a reactivation result or test result by the node element which carries out the reactivation test. If a reactivation (ie a cancellation of the isolation) is not possible, a permanent warning is issued, for example.
  • a reactivation ie a cancellation of the isolation
  • a permanent warning is issued, for example. This has the advantage that an early solution for the error can be found. For example. this can be a reduction of energy consumption in at least one
  • a search for a solution can, for example, also be carried out at least partially automatically, preferably by the energy management unit.
  • an isolation of (individual) network branches or (individual) components can be carried out in such a way that data communication with the affected network branch or the affected component is interrupted or filtered.
  • a reconfiguration of level 2 Node element in real time for example, to disable the communication in the adjustment and / or error case, especially in a security problem.
  • the node elements both a
  • Node elements each have both a data and an energy functionality for data and energy transfer to the components. This can also save space in particular, and reduce costs for other devices.
  • the network structure and / or topology of the differs
  • each of the node elements is designed to influence both the energy and the data flow, in particular dynamically and / or statically adapt.
  • the inventive method brings the same advantages as have been described in detail with respect to a system according to the invention.
  • the method may be suitable to be performed by a system according to the invention.
  • the at least one node element has at least one electronic component.
  • the at least one node element has at least one electronic component.
  • Electronic component at least one microprocessor and / or an integrated circuit and / or the like. It is provided in particular that the electronic component is designed to at least partially that
  • inventive method and / or the node element to control such that the inventive method is at least partially performed.
  • At least one or each of the node elements may each have at least one or at least two or at least three others
  • Node elements is connected, in particular in a direct and / or immediate manner.
  • connection of the node elements is carried out, a data and / or energy transfer between the node elements
  • the node elements are vehicle-mounted and / or integrated in the vehicle.
  • Connection is formed by at least or exclusively two node elements.
  • the change in the used connection path can be effected by
  • the used connection path is interrupted or established, and / or - The used connection path is changed so that, for example, instead of a first connection path, a second connection path is used, and / or
  • connection path used in relation to a transmission parameter, such as a transmission speed (for data) or a
  • the event and / or an error occur, for example, in at least one of
  • At least one of the network branches has an error state, for example a short circuit or a ground fault or the like,
  • At least one of the components has a fault condition, for example a power consumption which exceeds a predetermined threshold,
  • At least one of the components transmits faulty data
  • At least one connection path has an error condition, for example. A broken connection line.
  • the specification includes, for example, a distribution specification or optimization specification, for example for a load distribution, and is preferably determined by the
  • Energy management unit and / or data management unit provided, in particular to optimize the data and / or power distribution.
  • the link is static in the absence of positive detection of an event, and is dynamically adjusted only upon positive detection of the event.
  • the event or a driving information by the data transfer to the Node element or at least one of the node elements is transmitted, and is evaluated by the respective node element. For example. can then be driven in response to this evaluation, a switching element and / or a switching means.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a system according to the invention and of a method according to the invention
  • Fig. 3 is a schematic representation of parts of an inventive
  • FIG. 4 further schematic representations of parts of an inventive Fig. 8 system.
  • the identical reference numerals are used for the same technical features of different embodiments.
  • a method according to the invention is schematically visualized, wherein also parts of the system 10 according to the invention are shown.
  • a higher-level vehicle control unit 60 is shown, which both a communication with and / or control of an energy management unit 70 and a
  • Data management unit 80 of the vehicle 15 performs.
  • Energy management unit 70 and / or the data management unit 80 control and / or communicate in each case with at least one node element 120, in particular with at least one level 2 node element 2. At the same time, it is possible that the energy management unit 70 and / or the
  • Data management unit 80 each communicate with at least one level 1 node element 1 and / or information from the level 1 node element 1
  • the node elements 120 can form a network 110, which is managed, for example, via the vehicle control unit 60 and / or energy management unit 70 and / or data management unit 80, in particular by the described communication.
  • FIG. 2 shows a possible structure of the network 110 or a graph 110 with associated interfaces, in particular node elements 120.
  • an electrical component 30 of the vehicle 15 is also shown, which is embodied by way of example as a redundant component 30.
  • a redundant component 30 Such a redundant
  • Component 30 is, for example, an EPS of the vehicle 15.
  • the components 30 can be redundantly connected via a single stage 2 node element 2 or - in the case of the redundant components 30 - via at least two stage 2 node elements 2 to the network 110 be connected.
  • the respective stage 2 node elements 2 are connected to different stage 1 node elements 1 of the network 110. In this way, even in case of failure of one of the network branches 1 1 1 and / or connection paths, which, for example. Between two levels 1 node elements 1 are provided, an alternative connection path can be provided.
  • FIGS. 3 and 4 Shown schematically in FIGS. 3 and 4 is an energy infrastructure for the vehicle 15 provided by the network 110. This includes the
  • Network 1 for example, a first network 1 10 for power transmission.
  • stage 1 node elements 1 are also interconnected, in particular so that an energy ring of the vehicle 15 is formed, for example via first lines for energy transmission.
  • the level 1 node elements 1 form, for example, in each case an area in which level 2 node elements 2 are connected to the level 1 node element 1, and / or respective network branches 1 1 1. Schematically it is shown that at least a first
  • Component 30 a and a second component 30 b each with different stage 2 node elements 2, for example. In different areas or
  • Network branches 1 1 1 can be connected. Furthermore, redundant
  • Components 30 may, for example, also be connected to at least two different regions or network branches 1 1 1. This can significantly increase the reliability.
  • FIG. 4 shows an example of a structure of the energy infrastructure.
  • a redundant component 30 is connected to two different stage 2 node elements 2.
  • two different energy sources 75 are provided. It can also be seen that in the entire vehicle 15, in different
  • Vehicle areas eg. In the rear and / or front area
  • components 30 are connected to the network 1 10.
  • Fig. 5 shows schematically and by way of example the construction of a level 1 node element 1 and a level 2 node element 2 in terms of functionality the respective node elements 120 for providing a power infrastructure.
  • the stage 1 node element 1 comprises a switching element 1 .1, which serves to interrupt a power supply.
  • the level 2 node element 2 comprises a switching means 2.1 and / or a safety switching means 2.2 and / or a component interface 2.3 for connection to a component 30.
  • stage 1 node element 1 is electrically connected to the stage 2 node element 2, preferably via a corresponding one
  • FIGS. 6 and 7 Shown schematically in FIGS. 6 and 7 is a data infrastructure for the vehicle 15 provided by the network 110. This includes the
  • Network 1 for example, a second network 1 10 for data distribution.
  • different control devices 50 in particular ECUs, are provided for different vehicle zones.
  • FIG. 6 a first vehicle zone 15a and a second vehicle zone 15b and a third vehicle zone 15c and a fourth vehicle zone 15d are shown schematically.
  • the first vehicle zone 15a may include a first ECU 50a, the second vehicle zone 15b a second ECU 50b, the third vehicle zone 15c a third ECU 50c and the fourth vehicle
  • Vehicle zone 1 15d be assigned a fourth ECU 50d.
  • the respective control unit 50 are connected via a control unit interface 1 .4, each with a level 1 node element 1, the level 1 node element 1 possibly also being assigned to the respective vehicle zone. Preference is given to the
  • Routing 91 interconnected For this serve, for example.
  • Switching elements 90 which are designed in particular as an Ethernet switch. As shown in FIG. 8, a switching element 90 may also be integrated in a level 1 node element 1.
  • stage 1 node element 1 can interface with further stage 1 node elements 1 include (for example, a ring interface 1 .2).
  • stage 1 to stage 2 interface 1 .3 can be provided which connects the stage 1 node element 1 to the stage 2 node element 2.
  • the stage 2 node element 2 may have a corresponding stage 2 to stage 1 interface 2.4.
  • the level 2 node element 2 comprises at least one component interface 2.3 for connection to the components 30.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)

Abstract

System (10) zur Energie- und/oder Datenübertragung bei einem Fahrzeug (15), mit wenigstens einem Knotenelement (120) zur vernetzten Verbindung von wenigstens zwei elektrischen Komponenten (30) des Fahrzeuges (15), sodass unterschiedliche Verbindungswege bereitgestellt sind, und die Übertragung von Energie und/oder Daten anpassbar über wenigstens einen der Verbindungswege erfolgt.

Description

System zur Energie- und/oder Datenübertragung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Daten und/oder Energieübertragung. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Daten und/oder
Energieübertragung.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass in Fahrzeugen eine Vielzahl verschiedener elektrischer, insbesondere elektronischer Komponenten zum Einsatz kommt. Üblich sind bspw. der Einsatz von Sicherheits- und Steuergeräten, wie die Motor- und Getriebesteuerung, Airbag, ABS, Fensterheber, und dergleichen.
Entsprechend sind viele sicherheitsrelevante Funktionen des Fahrzeuges zumindest teilweise durch die Elektronik des Fahrzeuges bereitgestellt. Des Weiteren können auch Komfort-Funktionen vorgesehen sein, wie bspw. Multimediakomponenten oder das Navigationssystem.
Eine wichtige Voraussetzung für die zuverlässige Bereitstellung dieser Funktionen ist insbesondere die Energie- und/oder Dateninfrastruktur im Fahrzeug. So ist die ordnungsgemäße Funktion vieler der elektronischen Komponenten von einem
Datenaustausch mit anderen Komponenten abhängig. Insbesondere bei hoch- sicherheitsrelevanten Funktionen, wie einer Airbag-Funktion oder solcher Funktionen, die den Fahrbetrieb des Fahrzeuges betreffen, muss daher die fehlerfreie
Datenübertragung gewährleistet sein. Genauso entscheidend ist die zuverlässige Energieversorgung, um den fehlerfreien Betrieb der Komponenten zu gewährleisten.
Häufig ist dabei ein Nachteil, dass die Gewährleistung einer zuverlässigen Energie- und/oder Datenversorgung sehr aufwendig und komplex ist. Des Weiteren ist aufgrund der komplexen Ausbildung und der - aufgrund der hohen
Sicherheitsanforderungen erforderlichen - Anpassungen der Energie- und/oder Dateninfrastruktur die Erweiterbarkeit und Anpassungsfähigkeit oft noch
eingeschränkt. Entsprechend kostenaufwendig sind häufig herkömmliche Lösungen. Insbesondere sind herkömmliche Daten- und/oder Energieübertragungssysteme aufwendig und unflexibel. Auch ist oft ein hoher Platzbedarf notwendig.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend
beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu verringern. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Sicherheit bei einer Daten- und/oder
Energieverteilung zu erhöhen, insbesondere die Fehleranfälligkeit zu reduzieren und die Ausfallsicherheit bzw. Fehlertoleranz zu erhöhen. Weiter soll insbesondere die Erweiterbarkeit und/oder Flexibilität sowie insbesondere das Fehlermanagement beim Betrieb eines Systems zur Daten- und/oder Energieverteilung verbessert werden.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1 . Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen
Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw.
werden kann.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch ein System zur Energie- und/oder Datenübertragung, insbesondere Energie- und/oder Datenverteilung, bei einem Fahrzeug.
Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass das erfindungsgemäße System
wenigstens ein und/oder mehrere Knotenelement(e) zur vernetzten Verbindung von wenigstens zwei elektrischen Komponenten des Fahrzeuges umfasst, sodass unterschiedliche und/oder wenigstens zwei und/oder veränderbare und/oder redundante Verbindungswege bereitgestellt sind und/oder werden, und die
Übertragung von Energie und/oder Daten (insbesondere für eine jeweilige Verbindung zwischen den verbundenen Komponenten) anpassbar über wenigstens einen der Verbindungswege erfolgt. Insbesondere bilden dabei die bereitgestellten Verbindungswege jeweils eine Verbindungsmöglichkeit bzw. jeweils einen potentiellen Übertragungsweg für Energie und/oder Daten. Mit anderen Worten werden die Verbindungswege redundant und/oder alternativ bereitgestellt, sodass (auch im Fehlerfall) wenigstens ein Verbindungsweg verfügbar ist, insbesondere wenn einer der Verbindungswege (im Fehlerfall) ausfällt oder unterbrochen wird. Dies hat den Vorteil, dass eine Fehlertoleranz deutlich erhöht werden kann. Ein zuverlässiger Betrieb des Fahrzeuges wird damit gewährleistet. Unter der Bereitstellung der Verbindungswege wird dabei insbesondere verstanden, dass die (z. B. wenigstens zwei alternativen bzw. redundanten) Verbindungswege im Normalfall verfügbar und/oder aktivierbar und/oder hinzuschaltbar sind, sodass bspw. wahlweise ein erster oder ein zweiter Verbindungsweg aktiviert werden kann. Insbesondere werden dabei für wenigstens einige der Komponenten und/oder Knotenelemente jeweils mindestens zwei (alternative bzw. redundante) Verbindungswege bereitgestellt.
Insbesondere sind die zwei Komponenten unterschiedliche Komponenten,
vorzugsweise jeweils fahrzeuginterne und/oder fahrzeugfeste, vorzugsweise fahrzeugsicherheitsrelevante, Komponenten. Es kann weiter möglich sein, dass die Verbindung als eine Ende-zu-Ende Verbindung ausgestaltet ist. Bevorzugt können dabei die Übertragungen bei der Verbindung über verschiedene Verbindungswege führen. Dabei kann es möglich sein, dass die Verbindungswege im Normalfall (bzw. grundsätzlich) statisch genutzt werden, sodass der Verbindungsweg für die
Verbindung zwischen zwei Komponenten gleichbleibt. Es wird somit im Normalfall insbesondere ein erster Verbindungsweg (Primärverbindungsweg) genutzt.
Vorzugsweise kann im Anpassungsfall, z. B. einem Fehlerfall, die Übertragung von der Energie- und/oder den Daten angepasst werden, sodass bspw. der
Verbindungsweg geändert wird. Bspw. wird dann im Anpassungsfall ein zweiter Verbindungweg (Sekundärverbindungsweg) genutzt. Bevorzugt erfolgt dabei die Anpassung in Bezug auf die Wahl des Verbindungswegs für die Verbindung automatisch, sodass auch bei einem Ausfall des Primärverbindungswegs die
Verbindung weiterhin bestehen bleiben kann, da der Sekundärverbindungsweg genutzt werden kann. Vorzugsweise ist das Fahrzeug als ein Kraftfahrzeug und/oder Elektrofahrzeug und/oder Hybridfahrzeug und/oder Personenkraftfahrzeug und/oder als ein
selbstfahrendes Fahrzeug ausgeführt. Insbesondere bei selbstfahrenden Fahrzeugen mit einer autonomen Fahrfunktionalität ist zumindest teilweise (oder zeitweise) kein Fahrer vorgesehen, welcher im Fehlerfall eingreifen kann. Daher kommt hier einem fehlertoleranten System besondere Bedeutung zu. Entsprechend kann es möglich sein, dass das erfindungsgemäße System und/oder das Netzwerk und/oder die Knotenelemente an eine autonome Fahrfunktionalität des Fahrzeuges angepasst sind. Insbesondere ist wenigstens eine der elektrischen Komponenten als ein Steuergerät für die autonome Fahrfunktionalität ausgebildet. Bevorzugt ist das erfindungsgemäße System als ein System zur fehlertoleranten Energie- und/oder Datenverteilung im Fahrzeug ausgeführt. Vorzugsweise sind die Fahrzeugelektronik bzw. die
Elektronikkomponenten des Fahrzeuges (insbesondere die elektrischen
Komponenten) bussystemfrei miteinander verbunden.
Bevorzugt erfolgt die Energie- und/oder Datenverteilung graphenorientiert (vernetzt) bzw. als Graph (Netzwerk), sodass vorzugsweise redundante Verbindungswege (Übertragungswege) bereitgestellt werden. Insbesondere ermöglichen dabei die Knotenelemente eine intelligente Steuerung des Energie- und/oder Datenflusses im Netzwerk bzw. Graph. Der Energie- und/oder Datenfluss kann dabei statisch und/oder dynamisch erfolgen, um sicherzustellen, dass stets ein funktionierender
Verbindungsweg im Graph bereitgestellt ist.
Der Verbindungsweg betrifft dabei insbesondere wenigstens einen oder mehrere Übertragungsweg(e) für Energie und/oder für Daten. Es kann dabei möglich sein, dass unterschiedliche Verbindungswege für die Energie- und für die Datenverteilung vorgesehen sind. Dies hat den Vorteil, dass für die Energieübertragung andere
Leitungen genutzt werden können, welche bspw. einen hohen Stromfluss
ermöglichen. So umfasst bspw. ein erster Verbindungsweg für eine
Energieübertragung wenigstens eine erste Leitung, und ein zweiter Verbindungsweg für eine Datenübertragung wenigstens eine zweite Leitung. Die zweite Leitung ist bspw. für eine Signalübertragung angepasst, bspw. abgeschirmt oder dergleichen. Auch kann es möglich sein, dass der zweite Verbindungsweg für die
Datenübertragung eine optische Verbindung, bspw. eine Glasfaserleitung, umfasst. Dennoch kann es möglich sein, dass die Knotenelemente jeweils sowohl die
Datenübertragung als auch die Energieübertragung bereitstellen und/oder steuern. Bspw. kann jedes der Knotenelemente sowohl eine Schnittstelle für eine erste Leitung zur Energieübertragung im Netzwerk als auch für eine zweite Leitung zur
Datenübertragung im Netzwerk aufweisen. Ferner wird hierdurch der notwendige Bauraum reduziert, da keine separaten Knotenelemente für die Daten- und
Energieübertragung notwendig sind.
Die elektrischen Komponenten des Fahrzeuges umfassen bspw. wenigstens eine Systemkomponente wenigstens eine der nachfolgenden Systeme eines Fahrzeuges:
- Servolenkung bzw. EPS (Electric Power Steering),
- Fahrdynamikregelung bzw. ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm),
- Kamerasystem,
- Radarsystem,
- Airbag,
- Motor- und/oder Getriebesteuerung,
- Fensterheber,
- Bremsen bzw. Bremskraftverstärkung,
- Beleuchtung,
- Navigationssystem,
- Multimedia.
Insbesondere die besonders sicherheitsrelevanten Komponenten, wie Servolenkung oder ESP oder Bremskraftverstärkung, weisen dabei eine redundante Energie- und/oder Datenanbindung, insbesondere jeweils an zwei Stufe-2-Knotenelemente, auf. Vorzugsweise sind die Knotenelemente zumindest teilweise als intelligente
Netzwerkelemente zur Steuerung und/oder Regelung sowohl des Daten- als auch des Energieflusses ausgeführt.
Insbesondere wird unter einem Knotenelement im weiteren Sinne eine Vorrichtung und/oder ein Netzwerk- und/oder Fahrzeugelement verstanden, welches ein oder mehrere Knoten des Netzwerkes bereitstellen kann. Im engeren Sinne wird unter dem Knotenelement eine Vorrichtung verstanden, welche genau einen Knoten des
Netzwerkes bereitstellt. Insbesondere können dabei Stufe-1 -Knotenelemente und Stufe-2-Knotenelemente vorgesehen sein. Das Stufe-1 -Knotelement stellt bspw.
wenigstens einen Stufe-1 -Knoten für das Netzwerk bereit. Das Stufe-2-Knotelement stellt bspw. wenigstens einen Stufe-2-Knoten für das Netzwerk bereit.
Insbesondere wird unter Energieversorgung bzw. Energieübertragung bzw.
Energieverteilung die Bereitstellung der (Haupt-) Betriebsenergie, insbesondere Betriebsspannung, für wenigstens einige der Komponenten verstanden, insbesondere zumindest teilweise durch (oder in) wenigstens ein(em) Fahrzeug-Bordnetz.
Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die unterschiedlichen
Verbindungswege durch ein Netzwerk bereitgestellt sind, insbesondere durch mehrere Knotenelemente, wobei vorzugsweise das Netzwerk wenigstens die nachfolgenden Knotenelemente, insbesondere als Netzelemente, aufweist:
wenigstens ein Stufe-1 -Knotenelement für eine erste Stufe des Netzwerkes, welches vorzugsweise netzwerkseitig verbunden ist,
wenigstens ein Stufe-2-Knotenelement für eine zweite Stufe des Netzwerkes, welches vorzugsweise komponentenseitig verbunden ist.
Insbesondere ist die komponentenseitige Verbindung dadurch gekennzeichnet, dass das Stufe-2-Knotenelement stets mit wenigstens einer der elektrischen Komponenten (direkt und/oder unmittelbar) verbunden ist. Vorzugsweise erfolgt die netzwerkseitige Verbindung ausschließlich derart, dass das Stufe-1 -Knotenelement mit den elektrischen Komponenten ausschließlich indirekt oder mittelbar, insbesondere über wenigstens ein Stufe-2-Knotenelement, verbunden ist.
Vorzugweise ist die Netztopologie des Netzwerkes ein vermaschtes Netz.
Insbesondere ist das Netzwerk als ein Graph ausgeführt, bzw. kann anhand eines Graphs beschrieben oder repräsentiert werden. Insbesondere werden ein oder mehrere, insbesondere unterschiedliche und/oder redundante (alternativ nutzbare), Verbindungswege durch das Netzwerk bereitgestellt. Hierzu umfasst das Netzwerk vorzugsweise Knoten und/oder Maschen. Insbesondere durch die Maschen des Netzwerkes sind dabei die Verbindungswege redundant vorhanden. Weiter kann es möglich sein, dass durch die Knotenelemente eine dynamische Konfiguration der Verbindungswege des Netzwerks ermöglicht ist. Insbesondere erfolgt in einem
Normallfall (Normalbetrieb) eine statische Konfiguration der Verbindungswege, und im Anpassungsfall (Anpassungsbetrieb), z. B. im Fehlerfall, eine dynamische
Konfiguration, d. h. eine Anpassung, der Verbindungswege. Vorzugsweise ist dabei die Anpassung vorübergehend, sodass das System einen Mechanismus initiiert, um wieder zum Normalfall zurückzukehren. Dies kann bspw. eine zumindest teilweise automatische Fehleridentifikation und/oder -Isolation sein.
Es ist bspw. eine erste„Stufe 1 " vorgesehen, welche selbstorganisiert, stabil und/oder sicher ausgeführt ist. Die erste Stufe kann bspw. als ein„Rückgrat" des Fahrzeuges angesehen werden. Dies wird bspw. durch die Nutzung von Steuergeräten,
insbesondere ECUs (Electronic Control Units), ermöglicht, welche z. B. eine
Anpassung der Verbindungswege in der ersten Stufe (Stufe 1 ) durchführen können. Bspw. kann eine zweite Stufe (Stufe 2) vorgesehen sein, welche insbesondere als eine Schnittstelle zwischen der ersten Stufe und den Komponenten dient.
Insbesondere sind dabei einige oder sämtliche Elemente der zweiten Stufe, insbesondere Stufe-2-Knotenelemente, mit sämtlichen Komponenten und/oder mit der ersten Stufe, insbesondere wenigstens einem Stufe-1 -Knotenelement, verbunden, sodass die zweite Stufe eine Schnittstelle zwischen den Komponenten und der ersten Stufe bildet. Auch kann es möglich sein, dass das Netzwerk, insbesondere die erste und/oder zweite Stufe, erweiterbar ist, sodass bspw. neue Komponenten auch nach Inbetriebnahme des Fahrzeuges in das Netzwerk bzw. in die Energie- und/oder Dateninfrastruktur einfach und sicher integriert werden können.
Ferner ist es denkbar, dass ein Stufe-1 -Knotenelement, insbesondere als ein hierarchisch niedrigeres Knotenelement, in funktionaler Verbindung mit einem Stufe-2- Knotenelement, insbesondere als ein hierarchisch höheres Knotenelement, steht. Insbesondere sind für jede Komponente mindestens ein Stufe-1 -Knotenelement und/oder mindestens ein Stufe-2-Knotenelement notwendig, um dieses in die Energie- und/oder Dateninfrastruktur zu integrieren. Bspw. stellt das erfindungsgemäße System hierdurch vollständig die Daten- und/oder Energieinfrastruktur für das gesamte
Fahrzeug bereit, bspw. auch für das Bordnetz oder dergleichen.
Vorteilhafterweise kann es möglich sein, dass wenigstens ein Stufe-1 -Knotenelement einen dynamischen Graphen für die Energie- und/oder Datenverteilung generiert und/oder wenigstens ein Stufe-2-Knotenelement als Zugangs- und/oder
Ausgangspunkt für den Graphen verwendet wird.
Vorzugsweise kann es möglich sein, dass wenigstens ein Stufe-1 -Knotenelement, insbesondere nach Bereitstellung einer Energieversorgung für das Stufe-1 - Knotenelement und/oder nach dem Einschalten, einen Initiierungsvorgang (Boot- Vorgang) durchführt, und bspw. hierbei wenigstens eine Schnittstelle des Stufe-1 - Knotenelements (d. h. die eigenen Schnittstellen) prüft. Im Rahmen dieser Prüfung wird bspw. detektiert, ob die jeweilige Schnittstelle mit einem weiteren Stufe-1 - Knotenelement verbunden ist. Auf diese Weise kann das Stufe-1 -Knotenelement bspw. die Netzwerkstruktur zumindest teilweise erfassen und/oder einen Graphen (das Netzwerk) bilden, welcher zur Bereitstellung einer Energie- und/oder
Dateninfrastruktur genutzt werden kann. Insbesondere wird bei der Prüfung auch ein Datenaustausch zwischen den Stufe-1 -Knotenelementen, welche miteinander verbunden sind, durchgeführt. Vorzugsweise wird eine Berechnungsroutine
ausgeführt, um einen Graph mit redundanten Verbindungswegen für die Energie- und/oder Dateninfrastruktur zu berechnen. Mit anderen Worten werden redundante Pfade für das Netzwerk berechnet. Insbesondere wird hierbei zunächst ein statischer Graph generiert, d. h. insbesondere statische Verbindungswege für das Netzwerk bestimmt. Im Anpassungsfall kann dann ggf. dynamisch wenigstens ein alternativer Verbindungsweg bestimmt werden. Somit können verschiedene Verbindungswege bereitgestellt werden.
Weiter ist denkbar, dass, insbesondere bei dem Initiierungsvorgang, durch wenigstens ein Stufe-1 -Knotenelement eine Prüfung durchgeführt wird, ob und/oder wie viele Stufe-2-Knotenelemente mit dem jeweiligen Stufe-1 -Knotenelement verbunden sind. Insbesondere wird für jedes der mit dem Stufe-1 -Knotenelement verbundenen Stufe- 2-Knotenelemente zumindest eine statische Route (z. B. Verbindungsweg) ermittelt und/oder dem jeweiligen Stufe-2-Knotenelement zugewiesen. Vorzugsweise wird eine erste statische Route für die Energieübertragung und eine zweite statische Route für die Datenübertragung zugewiesen und/oder ermittelt. Bevorzugt unterscheidet sich dabei die erste statische Route von der zweiten statischen Route.
Es kann möglich sein, dass für eine jeweilige Komponente durch ein Stufe-2- Knotenelement entweder eine Daten- oder eine Energieübertragung oder sowohl eine Daten- als auch eine Energieübertragung bereitgestellt wird. Ferner ist es denkbar, dass eine jeweilige Komponente als redundante Komponente ausgeführt ist, sodass die redundante Komponente mit zwei verschiedenen Stufe-2-Knotenelementen verbunden sein muss. Dies dient insbesondere zur redundanten Energie- und/oder Datenübertragung durch das Stufe-2-Knotenelement für die redundante Komponente. Auf diese Weise kann eine sichere und besonders zuverlässige Daten- und
Energieinfrastruktur ermöglicht werden.
Weiter kann es möglich sein, dass, insbesondere bei oder nach dem
Initiierungsvorgang, wenigstens ein Stufe-1 -Knotenelement und/oder wenigstens ein Stufe-2-Knotenelement eine Kommunikation mit einer Energiemanagementeinheit und/oder mit einer Datenmanagementeinheit initiiert. Insbesondere ist es hierdurch möglich, dass bspw. durch die Energiemanagementeinheit eine Lastkontrolle und/oder Lastdiagnostik und/oder Lastveränderungen durchgeführt werden, und/oder durch die Datenmanagementeinheit Verbindungswege verändert und/oder Routing-Tabellen aktualisiert und/oder Netzwerk-Information ausgewertet werden, insbesondere in Abhängigkeit von einem Fahrzeug-Status und/oder Fahrzeugbetrieb. Somit kann eine besonders zuverlässige und an den Fahrzeugzustand angepasste Übertragung erfolgen.
Vorzugsweise ist es möglich, dass wenigstens ein Knotenelement, insbesondere Stufe-1 -Knotenelement und/oder Stufe-2-Knotelemenet, dynamisch die Energie- und/oder die Datenverteilung anpasst, und/oder eine Fehlerdetektion durchführt.
Vorzugsweise umfasst die Fehlerdetektion wenigstens einen der nachfolgenden Schritte:
- Identifizieren eines Fehlerereignisses, welches für einen Fehler bei wenigstens einer der Komponenten (als fehlerhafte Komponente) spezifisch ist,
- Isolieren des Fehlers, vorzugsweise durch eine Unterbrechung der Daten- und/oder Energieübertragung von und/oder zu der fehlerhaften Komponente,
- Anpassen der Verbindungswege, sodass ein neuer Verbindungsweg ermittelt wird, um die Unterbrechung zu kompensieren.
Damit ist eine zuverlässige fehlertolerante Daten- und/oder Energieübertragung gewährleistet.
Insbesondere kann wenigstens ein Stufe-2-Knotenelement dazu ausgeführt sein und/oder derart durch wenigstens eine Energiemanagementeinheit und/oder wenigstens eine Datenmanagementeinheit angesteuert werden, dass
- ein An- und/oder Ausschalten von wenigstens einer Last (insbesondere einer Komponente), und/oder
- eine Isolation der Last, insbesondere durch ein Unterbrechen der
Datenkommunikation mit der Last, und/oder
- ein Ausschalten der Last, insbesondere durch ein Unterbrechen der
Energieübertragung zu der Last,
bei einem Fehlerfall bei der Last durch das Stufe-2-Knotenelement durchgeführt wird.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass zur Bereitstellung einer Energieinfrastruktur das Netzwerk, insbesondere die Stufe-1 -Knotenelemente, mit zumindest zwei unabhängigen Energiequellen verbunden werden. Vorzugsweise werden hierzu Gruppen von jeweils mindestens zwei oder mindestens vier Stufe-1 -Knotenelementen auf jeder Fahrzeugseite oder Fahrzeugecke (d. h. vorne-links und vorne-rechts und hinten-links und hinten-rechts am Fahrzeug) angeordnet, und die Gruppen
miteinander verbunden, sodass ein Energie-Ring gebildet wird.
Insbesondere ist es denkbar, dass wenigstens ein Vermittlungselement vorgesehen ist, welches eine (Daten-) Übertragung und/oder Kommunikation zwischen den Knotenelementen, insbesondere Stufe-1 -Knotenelementen und/oder Stufe-2- Knotenelementen, vermittelt. Vorzugsweise sind dabei Stufe-1 -Knotenelemente zumindest teilweise über Vermittlungselemente miteinander verbunden. Das
Vermittlungselement bzw. die Vermittlungselemente sind jeweils bspw. als Ethernet- Switch ausgeführt, bspw. als mindestens 10 Mb oder 100 Mb Ethernet Switch.
Insbesondere kann für die Datenübertragung somit ein Ring bereitgestellt werden, um mehrere Stufe-1 -Knotenelemente über ein Ethernet, insbesondere mindestens 10 Mb oder 100 Mb Ethernet, zu verbinden. Insbesondere sind ein oder mehrere,
insbesondere mindestens 2 oder mindestens 4 oder mindestens 6, Komponenten gemeinsam an einem einzelnen Stufe-2-Knotenelement verbunden, und über das Stufe-2-Knotenelement mit einem der Stufe-1 -Knotenelemente verbunden, sodass eine Kommunikation verschiedener Komponenten bspw. über das Ethernet bzw. den Ring (indirekt) über die Stufe-2-Knotenelemente möglich ist.
Auch ist es optional denkbar, dass durch mehrere Stufe-1 -Knotenelemente ein, insbesondere vermaschtes, Netzwerk zur dynamischen Erzeugung und/oder
Veränderung der Verbindungswege gebildet ist, wobei die Stufe-2-Knotenelemente jeweils als Eingangs- und Ausgangspunkt zu den Verbindungswegen mit dem
Netzwerk verbunden sind. Vorzugsweise erfolgt dabei zur Ausbildung des Netzwerks eine Kommunikation zumindest einige der Knotenelemente untereinander.
Insbesondere sind die Knotenelemente miteinander über Leitungen verbunden, vorzugsweise über elektrische Leitungen. Bevorzugt sind unterschiedliche Leitungen für die Energie- und Datenübertragung vorgesehen. Besonders bevorzugt umfasst das Netzwerk ein erstes Netzwerk für die Energieübertragung und ein zweites Netzwerk für die Datenübertragung, insbesondere mit jeweils unterschiedlicher Struktur. Dies ermöglicht die Bereitstellung einer für die jeweilige Übertragung angepasste und besonders zuverlässige Netzwerkstruktur.
Ferner kann es im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass ein Netzwerk mit mehreren Stufe-1 -Knotenelementen vorgesehen ist, wobei
zur Herstellung der Verbindung zwischen einer ersten und zweiten Komponente
die erste Komponente mit einem ersten Stufe-2-Knotenelement verbunden ist, welches mit einem ersten Stufe-1 -Knotenelement des Netzwerkes verbunden ist, und
die zweite Komponente mit einem zweiten Stufe-2-Knotenelement verbunden ist, welches mit einem zweiten Stufe-1 -Knotenelement des Netzwerkes verbunden ist,
wobei vorzugsweise das erste Stufe-1 -Knotenelement über weitere Stufe-1 - Knotenelemente mit dem zweiten Stufe-1 -Knotenelement verbunden ist. Insbesondere wird hierdurch ein Verbindungsweg für die Komponenten über das erste Stufe-2- Knotenelement und dann über das erste Stufe-1 -Knotenelement und dann über die weiteren Stufe-1 -Knotenelemente und dann über das zweite Stufe-1 -Knotenelement und dann über das zweite Stufe-2-Knotenelement bereitgestellt. Es kann
insbesondere möglich sein, dass sich das erste Stufe-2-Knotenelement vom zweiten Stufe-2-Knotenelement und das erste Stufe-1 -Knotenelement vom zweiten Stufe-1 - Knotenelement unterscheiden. Um eine besonders zuverlässige und ausfallsichere Energie- und/oder Datenversorgung zu gewährleisten, kann es bei redundanten Komponenten vorgesehen sein, dass diese jeweils mit zwei Stufe-2-Knotenelementen verbunden sind.
Bevorzugt kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass eine
Energieinfrastruktur für die elektrischen Komponenten durch mehrere Knotenelemente bereitgestellt ist, wobei hierzu mehrere Stufe-2-Knotenelemente und mehrere Stufe-1 - Knotenelemente miteinander als ein Netzwerk verbunden sind, sodass durch wenigstens eines der Stufe-1 -Knotenelemente jeweils wenigstens ein Netzwerkzweig im Netzwerk verbunden ist, wobei diese Stufe-1 -Knotenelemente jeweils ein Schaltelement zur Unterbrechung oder Freigabe einer Energieversorgung zum jeweiligen Netzwerkzweig aufweisen. Insbesondere kann durch das Schaltelement wenigstens ein Verbindungsweg zur Energieversorgung unterbrochen oder hergestellt werden. Auf diese Weise können bspw. Netzwerkzweige oder einzelne Komponenten oder Gruppen von Komponenten von der Energieversorgung ausgeschlossen werden, oder gezielt Komponenten mit Energie versorgt werden. Auch ist es denkbar, dass ein Ausmaß der Energieversorgung durch das Schaltelement eingestellt wird und/oder einstellbar ist. Hierzu umfasst das Schaltelement bspw. einen einstellbaren
Widerstand oder dergleichen.
Des Weiteren ist es im Rahmen der Erfindung optional möglich, dass die Stufe-2- Knotenelemente jeweils mit wenigstens einer oder ausschließlich einer der
Komponenten, insbesondere direkt und/oder unmittelbar, vorzugsweise über eine Komponentenschnittstelle, verbunden ist, um eine Energieversorgung dieser jeweiligen Komponente zu ermöglichen, wobei die Stufe-2-Knotenelemente jeweils ein Schaltmittel aufweisen, um die Energieversorgung an die jeweils verbundene
Komponente zu unterbrechen oder herzustellen, wobei vorzugsweise die Stufe-2- Knotenelemente jeweils ein Sicherheitsschaltmittel aufweisen, um bei einem
sicherheitskritischen Zustand die Energieversorgung an die jeweils verbundene Komponente zu unterbrechen. Insbesondere ist das Sicherheitsschaltmittel eine elektrische Sicherung, und kann vorzugsweise ausschließlich irreversibel von einem geschlossenen Zustand (Energieversorgung ist hergestellt) in einen geöffneten Zustand (Energieversorgung ist unterbrochen) gebracht bzw. geschaltet werden, bevorzugt jedoch nicht umgekehrt. Vorzugsweise kann das Schaltmittel durch eine Energiemanagementeinheit angesteuert werden. Bevorzugt kann das
Sicherheitsschaltmittel (ausschließlich) automatisch und/oder unabhängig von der Energiemanagementeinheit schalten und/oder nicht durch die
Energiemanagementeinheit angesteuert werden. Der sicherheitskritische Zustand, bei welchem insbesondere das Sicherheitsschaltmittel schaltet, ist bspw. ein Überstrom oder eine Überspannung oder dergleichen. Damit ist eine von der
Energiemanagementeinheit unabhängige Sicherung bereitgestellt. Optional ist es denkbar, dass wenigstens zwei, insbesondere unabhängige,
Energiequellen, insbesondere unterschiedlicher Art, mit dem Netzwerk, insbesondere (direkt) über jeweils unterschiedliche der Stufe-1 -Knotenelemente, verbunden sind, sodass bei der Unterbrechung der Energieversorgung zu einem (insbesondere irgendeinem) Netzwerkzweig mit einer der Energiequellen die Energieversorgung für die übrigen Netzwerkzweige (stets oder) über eine weitere der Energiequellen hergestellt ist, und insbesondere auch umgekehrt. Insbesondere sind die
Energiequellen unterschiedlich, bspw. als eine Fahrzeugbatterie oder eine
Hochvoltbatterie bei einem Elektrofahrzeug oder ein Gleichspannungswandler oder eine Lichtmaschine, oder dergleichen, ausgebildet. Eine erste Energiequelle ist bspw. eine Fahrzeugbatterie und eine zweite Energiequelle ist bspw. eine Lichtmaschine. Entsprechend kann es möglich sein, dass eine Primär- und eine
Sekundärenergiequelle vorgesehen sind. Die Primärenergiequelle wird bspw. im Normalfall zur Energieversorgung der Komponenten eingesetzt, und die
Sekundärenergiequelle bspw. lediglich im Anpassungsfall zur Energieversorgung der Komponenten eingesetzt bzw. hinzugeschaltet. Damit wird die Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz weiter erhöht.
In einer weiteren Möglichkeit kann vorgesehen sein, dass eine Dateninfrastruktur für die elektrischen Komponenten durch mehrere Knotenelemente bereitgestellt ist, sodass die Komponenten jeweils über wenigstens ein Stufe-2-Knotenelement mit jeweils wenigstens einem Stufe-1 -Knotenelement verbunden sind, wobei die Stufe-1 - Knotenelemente ein Netzwerk mit Netzwerkzweigen bilden, und die Netzwerkzweige und/oder Stufe-1 -Knotenelemente über Vermittlungselemente miteinander verbunden sind, wobei vorzugsweise die Stufe-1 -Knotenelemente und/oder die Stufe-2- Knotenelemente jeweils auch für die Bereitstellung der Energieversorgung gemäß einer Energieinfrastruktur an die Komponenten ausgeführt sind. Insbesondere kann dabei für jeden Netzwerkzweig und/oder für jede der Komponenten die
Datenübertragung individuell angepasst werden, und/oder blockiert werden, vorzugsweise durch die jeweils damit (direkt) verbundenen Stufe-2-Knotenelemente. Es kann möglich sein, dass für ein erstes Netzwerk für die Energieübertragung erste Netzwerkzweige für die Energieübertragung vorgesehen sind, und für ein zweites Netzwerk für die Datenübertragung zweite Netzwerkzweige für die Datenübertragung vorgesehen sind, mit jeweils unterschiedlichen Leitungen. Damit kann bspw. auch bei der Blockierung der Datenübertragung die Energieübertragung für eine der
Komponenten weiterhin verfügbar sein.
Es kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass die Stufe-2- Knotenelemente jeweils dazu ausgeführt sind, eine sicherheitsbedingte Isolation der mit dem jeweiligen Stufe-2-Knotenelement verbundenen Komponente in Bezug auf die Dateninfrastruktur und/oder die Energieinfrastruktur durchzuführen, sodass eine Kommunikation der jeweiligen Komponente mit weiteren Komponenten des Netzwerks und/oder eine Energieversorgung der jeweiligen Komponente verhindert ist. Unter „sicherheitsbedingt" wird insbesondere ein Ereignis verstanden, welches die
Sicherheit beim Betrieb des Fahrzeuges gefährdet. Insbesondere umfassen die Stufe- 2-Knotenelemente jeweils eine schaltbare Kommunikationsschnittstelle zu jeweils einer mit dem Stufe-2-Knotenelement verbunden elektrischen Komponente.
Insbesondere erfolgt nach der Isolation ein Reaktivierungstest eines isolierten
Netzwerkzweiges oder einer isolierten Komponente. Dieser Reaktivierungstest wird bspw. wiederholt durchgeführt, um anschließend durch das Knotenelement, welches den Reaktivierungstest durchführt, ein Reaktivierungsergebnis bzw. Testergebnis bereitzustellen. Falls eine Reaktivierung (d. h. ein Aufheben der Isolation) nicht möglich ist, wird bspw. eine Dauerwarnung ausgegeben. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass frühzeitig eine Lösung für den Fehlerfall gefunden werden kann. Bspw. kann hierzu eine Reduzierung des Energieverbrauchs in wenigstens einem
Netzwerkzweig erfolgen. Eine Lösungssuche kann bspw. auch zumindest teilweise automatisiert erfolgen, vorzugsweise durch die Energiemanagementeinheit.
Alternativ oder zusätzlich kann über wenigstens ein Knotenelement, insbesondere ein Stufe-2-Knotenelement, auch eine Isolation von (einzelnen) Netzwerkzweigen oder (einzelnen) Komponenten derart erfolgen, dass eine Datenkommunikation mit dem betroffenen Netzwerkzweig oder der betroffenen Komponente unterbrochen oder gefiltert wird. Insbesondere kann hierzu eine Neukonfiguration des Stufe-2- Knotenelements in Echtzeit erfolgen, um bspw. die Kommunikation im Anpassungsund/oder Fehlerfall, insbesondere bei einem Sicherheitsproblem, zu deaktivieren.
Optional kann es vorgesehen sein, dass die Knotenelemente sowohl eine
Dateninfrastruktur zur Datenverteilung zwischen den Komponenten als auch eine Energieinfrastruktur zur Energieversorgung, insbesondere mit einer
Betriebsspannung, für die Komponenten bildet. Mit anderen Worten haben die
Knotenelemente jeweils sowohl eine Daten- als auch eine Energiefunktionalität zur Daten- und Energieübertragung an die Komponenten. Damit lässt sich auch insbesondere Bauraum einsparen, und Kosten für weitere Geräte reduzieren.
Bevorzugt unterscheidet sich die Netzwerkstruktur und/oder Topologie der
Dateninfrastruktur von der Netzwerkstruktur und/oder Topologie der
Energieinfrastruktur. Insbesondere ist jedes der Knotenelemente dazu ausgeführt, sowohl den Energie- als auch den Datenfluss zu beeinflussen, insbesondere dynamisch und/oder statisch anzupassen.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Energie- und/oder
Datenübertragung bei einem Fahrzeug. Hierbei ist insbesondere wenigstens ein Knotenelement vorgesehen.
Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass zumindest einer der nachfolgenden Schritte durchgeführt wird, wobei vorzugsweise die Schritte nacheinander oder in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden, wobei bevorzugt einzelne Schritte auch wiederholt durchgeführt werden können:
Verbinden von wenigstens zwei elektrischen Komponenten des Fahrzeuges über das wenigstens eine Knotenelement, sodass ein (insbesondere erster) Verbindungsweg für eine Übertragung von Energie und/oder Daten genutzt wird,
(Automatisches) Verändern des genutzten Verbindungsweges in Abhängigkeit von einer Vorgabe und/oder eines Ereignisses, sodass die Übertragung von Energie und/oder Daten (automatisch, insbesondere durch das wenigstens eine Knotenelement) an die Vorgabe und/oder das Ereignis angepasst wird. Damit bringt das erfindungsgemäße Verfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes System beschrieben worden sind. Zudem kann das Verfahren geeignet sein, durch ein erfindungsgemäßes System durchgeführt zu werden.
Vorzugsweise ist es möglich, dass das wenigstens eine Knotenelement zumindest eine Elektronikkomponente aufweist. Vorzugsweise umfasst die
Elektronikkomponente wenigstens einen Mikroprozessor und/oder einen integrierten Schaltkreis und/oder dergleichen. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Elektronikkomponente dazu ausgeführt ist, zumindest teilweise das
erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, und/oder das Knotenelement derart anzusteuern, dass das erfindungsgemäße Verfahren zumindest teilweise durchgeführt wird.
Es kann möglich sein, dass wenigstens eines oder jedes der Knotenelemente jeweils mit zumindest einem oder zumindest zwei oder zumindest drei weiteren
Knotenelementen verbunden ist, insbesondere in direkter und/oder unmittelbarer Weise.
Insbesondere ist die Verbindung der Knotenelemente (miteinander) dazu ausgeführt, eine Daten- und/oder Energieübertragung zwischen den Knotenelementen
durchzuführen. Vorzugsweise sind die Knotenelemente fahrzeugfest und/oder im Fahrzeug integriert ausgebildet.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass ein bzw. jeder Verbindungsweg durch die
Verbindung von mindestens oder ausschließlich zwei Knotenelementen gebildet wird.
Insbesondere kann die Veränderung des genutzten Verbindungsweges dadurch erfolgen, dass
- der genutzte Verbindungsweg unterbrochen oder hergestellt wird, und/oder - der genutzte Verbindungsweg gewechselt wird, sodass bspw. anstatt eines ersten Verbindungsweges ein zweiter Verbindungsweg genutzt wird, und/oder
- der genutzte Verbindungsweg in Bezug auf einen Übertragungsparameter, wie bspw. einer Übertragungsgeschwindigkeit (bei Daten) oder eines
Energieparameters (wie ein Leistungsmaximum), angepasst wird,
insbesondere in Abhängigkeit von der Vorgabe.
Das Ereignis und/oder ein Fehlerfall treten bspw. bei wenigstens einem der
nachfolgenden Zustände auf:
- wenigstens einer der Netzwerkzweige weist einen Fehlerzustand auf, bspw. einen Kurzschluss oder einen Masseabriss oder dergleichen,
- wenigstens eine der Komponenten weist einen Fehlerzustand auf, bspw. einen Energieverbrauch, welcher einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt,
- wenigstens eine der Komponenten übermittelt fehlerhafte Daten,
- wenigstens ein Verbindungsweg weist einen Fehlerzustand auf, bspw. eine unterbrochene Verbindungsleitung.
Die Vorgabe umfasst bspw. eine Verteilungsvorgabe oder Optimierungsvorgabe, bspw. für eine Lastverteilung, und wird vorzugsweise durch die
Energiemanagementeinheit und/oder Datenmanagementeinheit bereitgestellt, um insbesondere die Daten- und/oder Energieverteilung zu optimieren.
Vorteilhafterweise kann bei der Erfindung vorgesehen sein, dass eine
Energieinfrastruktur zur Energieversorgung der Komponenten, insbesondere mit einer Betriebsspannung, und eine Dateninfrastruktur zur Datenübertragung zwischen den Komponenten durch ein Netzwerk bereitgestellt wird, sodass in Abhängigkeit von der Datenübertragung durch die jeweiligen Knotenelemente die Daten- und/oder die Energieübertragung an wenigstens eine mit dem Knotenelement verbundene
Komponente gesteuert wird. Insbesondere ist der Verbindungsweg bei Ausbleiben einer positiven Detektion eines Ereignisses statisch, und wird nur bei der positiven Detektion des Ereignisses dynamisch angepasst. Bspw. kann es möglich sein, dass das Ereignis oder eine Ansteuerungsinformation durch die Datenübertragung an das Knotenelement oder wenigstens eines der Knotenelemente übertragen wird, und von dem jeweiligen Knotenelement ausgewertet wird. Bspw. kann dann in Abhängigkeit von dieser Auswertung ein Schaltelement und/oder ein Schaltmittel angesteuert werden. Dadurch sind ein flexibler Aufbau des Netzwerkes und eine flexible
Anpassung der Energie- und/oder Datenversorgung möglich.
Auch ist es optional denkbar, dass durch das Knotenelement ein Fehlerfall (als Ereignis) detektiert wird, und bei positiver Detektion des Fehlerfalls eine automatische Unterbrechung der Energieübertragung durch das Knotenelement erfolgt, sodass ein erster Verbindungsweg unterbrochen wird, wobei zur Kompensation der
Unterbrechung ein zweiter Verbindungsweg bereitgestellt wird. Damit wird die
Ausfallsicherheit und Fehlertoleranz deutlich erhöht.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
Fig. 1 Eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems und eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Netzwerkstruktur,
Fig. 3 eine schematische Darstellung von Teilen eines erfindungsgemäßen
Systems,
Fig. 4 - weitere schematische Darstellungen von Teilen eines erfindungsgemäßen Fig. 8 Systems. In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
In Fig. 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren visualisiert, wobei auch Teile des erfindungsgemäßen Systems 10 dargestellt sind. So ist eine übergeordnete Fahrzeugsteuerungseinheit 60 gezeigt, welche sowohl eine Kommunikation mit und/oder Steuerung einer Energiemanagementeinheit 70 und einer
Datenmanagementeinheit 80 des Fahrzeuges 15 durchführt. Die
Energiemanagementeinheit 70 und/oder die Datenmanagementeinheit 80 steuern und/oder kommunizieren dabei jeweils mit wenigstens einem Knotenelement 120, insbesondere mit wenigstens einem Stufe-2-Knotenelement 2. Gleichzeitig ist es möglich, dass die Energiemanagementeinheit 70 und/oder die
Datenmanagementeinheit 80 jeweils mit wenigstens einem Stufe-1 -Knotenelement 1 kommunizieren und/oder von dem Stufe-1 -Knotenelement 1 Informationen
empfangen. Die Knotenelemente 120 können dabei ein Netzwerk 1 10 bilden, welches bspw. über die Fahrzeugsteuerungseinheit 60 und/oder Energiemanagementeinheit 70 und/oder Datenmanagementeinheit 80 verwaltet wird, insbesondere durch die beschriebe Kommunikation.
Fig. 2 zeigt eine mögliche Struktur des Netzwerkes 1 10 bzw. einen Graph 1 10 mit zugehörigen Schnittstellen, insbesondere Knotenelementen 120. Dabei ist auch eine elektrische Komponente 30 des Fahrzeuges 15 gezeigt, welche hierbei beispielhaft als eine redundante Komponente 30 ausgeführt ist. Eine solche redundante
Komponente 30 ist bspw. ein EPS des Fahrzeuges 15. Die Komponenten 30 können dabei grundsätzlich über ein einziges Stufe-2-Knotenelement 2 oder - im Falle der redundanten Komponenten 30 - redundant über wenigstens zwei Stufe-2- Knotenelemente 2 mit dem Netzwerk 1 10 verbunden sein. Die jeweiligen Stufe-2- Knotenelemente 2 sind dabei mit verschiedenen Stufe-1 -Knotenelementen 1 des Netzwerkes 1 10 verbunden. Auf diese Weise kann auch bei einem Ausfall einer der Netzwerkzweige 1 1 1 und/oder Verbindungswege, welche bspw. zwischen zwei Stufe- 1 -Knotenelementen 1 vorhanden sind, ein alternativer Verbindungsweg bereitgestellt werden.
In den Fig. 3 und 4 ist schematisch eine Energieinfrastruktur für das Fahrzeug 15 gezeigt, welche durch das Netzwerk 1 10 bereitgestellt ist. Hierzu umfasst das
Netzwerk 1 10 bspw. ein erstes Netzwerk 1 10 zur Energieübertragung.
Es ist in Fig. 3 erkennbar, dass zur Erhöhung der Fehlertoleranz zwei verschiedene Energiequellen 75 vorgesehen sind. Diese sind jeweils mit unterschiedlichen Stufe-1 - Knotenelementen 1 verbunden, welche wiederrum mit unterschiedlichen Stufe-2- Knotelementen 2 verbunden sind. Weiter sind die Stufe-1 -Knotenelemente 1 auch untereinander verbunden, insbesondere sodass ein Energie-Ring des Fahrzeuges 15 gebildet wird, bspw. über erste Leitungen für eine Energieübertragung. Die Stufe-1 - Knotenelemente 1 bilden bspw. jeweils einen Bereich, in dem Stufe-2- Knotenelemente 2 mit dem Stufe-1 -Knotenelement 1 verbunden sind, und/oder jeweils Netzwerkzweige 1 1 1 . Schematisch ist dargestellt, dass wenigstens eine erste
Komponente 30a und eine zweite Komponente 30b mit jeweils unterschiedlichen Stufe-2-Knotenelemente 2 bspw. in unterschiedlichen Bereichen oder
Netzwerkzweigen 1 1 1 verbunden sein können. Ferner können redundante
Komponenten 30 bspw. auch mit wenigstens zwei unterschiedlichen Bereichen oder Netzwerkzweigen 1 1 1 verbunden sein. Dies kann die Ausfallsicherheit deutlich erhöhen.
Fig. 4 zeigt beispielhaft einen Aufbau der Energieinfrastruktur. So ist erkennbar, dass eine redundante Komponente 30 mit zwei unterschiedlichen Stufe-2-Knotenelementen 2 verbunden ist. Weiter sind zwei unterschiedliche Energiequellen 75 vorgesehen. Ferner ist erkennbar, dass im gesamten Fahrzeug 15, in unterschiedlichen
Fahrzeugbereichen (bspw. im Heck- und/oder Frontbereich), Komponenten 30 mit dem Netzwerk 1 10 verbunden sind.
Fig. 5 zeigt schematisch und beispielhaft den Aufbau von einem Stufe-1 - Knotenelement 1 und einem Stufe-2-Knotenelement 2 hinsichtlich der Funktionalität der jeweiligen Knotenelemente 120 zur Bereitstellung einer Energieinfrastruktur.
Bspw. umfasst das Stufe-1 -Knotenelement 1 ein Schaltelement 1 .1 , welches zur Unterbrechung einer Energieversorgung dient. Insbesondere umfasst das Stufe-2- Knotenelement 2 ein Schaltmittel 2.1 und/oder ein Sicherheitsschaltmittel 2.2 und/oder eine Komponentenschnittstelle 2.3 zur Verbindung mit einer Komponente 30.
Ebenfalls ist erkennbar, dass das Stufe-1 -Knotenelement 1 elektrisch mit dem Stufe- 2-Knotenelement 2 verbunden ist, vorzugsweise über eine entsprechende
Schnittstelle.
In den Fig. 6 und 7 ist schematisch eine Dateninfrastruktur für das Fahrzeug 15 gezeigt, welche durch das Netzwerk 1 10 bereitgestellt ist. Hierzu umfasst das
Netzwerk 1 10 bspw. ein zweites Netzwerk 1 10 zur Datenverteilung. Es ist erkennbar, dass für unterschiedliche Fahrzeugzonen unterschiedliche Steuergeräte 50, insbesondere ECUs, vorgesehen sind. In Fig. 6 ist dabei eine erste Fahrzeugzone 1 15a und eine zweite Fahrzeugzone 1 15b und eine dritte Fahrzeugzone 1 15c sowie eine vierte Fahrzeugzone 1 15d schematisch gezeigt. Der ersten Fahrzeugzone 1 15a kann dabei eine erste ECU 50a, der zweiten Fahrzeugzone 1 15b eine zweite ECU 50b, der dritten Fahrzeugzone 1 15c eine dritte ECU 50c und der vierten
Fahrzeugzone 1 15d eine vierte ECU 50d zugeordnet sein. Insbesondere sind die jeweiligen Steuergerät 50 über eine Steuergerätschnittstelle 1 .4 mit jeweils einem Stufe-1 -Knotenelement 1 verbunden, wobei das Stufe-1 -Knotenelement 1 ggf. auch der jeweiligen Fahrzeugzone zugeordnet ist. Bevorzugt sind dabei die die
Fahrzeugzonen bzw. die entsprechenden Stufe-1 -Knotenelemente 1 über
Vermittlungswege 91 miteinander verbunden. Hierzu dienen bspw.
Vermittlungselemente 90, welche insbesondere als Ethernet-Switch ausgeführt sind. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, kann ein Vermittlungselement 90 auch in einem Stufe-1 - Knotenelement 1 integriert sein.
Fig. 8 zeigt schematisch und beispielhaft den Aufbau eines Stufe-1 -Knotenelements 1 und eines Stufe-2-Knotenelements 2 hinsichtlich der Funktionalität der jeweiligen Knotenelemente 120 zur Bereitstellung einer Dateninfrastruktur. Dabei kann das Stufe-1 -Knotenelement 1 eine Schnittstelle zu weiteren Stufe-1 -Knotenelementen 1 umfassen (bspw. eine Ringschnittstelle 1 .2). Des Weiteren kann eine Stufe1 -zu- Stufe2-Schnittstelle 1 .3 vorgesehen sein, welche das Stufe-1 -Knotenelement 1 mit dem Stufe-2-Knotenelement 2 verbindet. Umgekehrt kann das Stufe-2-Knotenelement 2 eine entsprechende Stufe2-zu-Stufe1 -Schnittstelle 2.4 aufweisen. Außerdem umfasst das Stufe-2-Knotenelement 2 wenigstens eine Komponentenschnittstelle 2.3 zur Verbindung mit den Komponenten 30.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
1 Stufe-1 -Knotenelement
1 .1 Schaltelement
1 .2 Ringschnittstelle
1 .3 Stufel -zu-Stufe2-Schnittstelle
1 .4 Steuergerätschnittstelle, ECU Schnittstelle
2 Stufe-2-Knotenelement
2.1 Schaltmittel
2.2 Sicherheitsschaltmittel
2.3 Komponentenschnittstelle, Kommunikationsschnittstelle
2.4 Stufe2-zu-Stufe1 -Schnittstelle
10 System
15 Fahrzeug
30 Komponente, EPS
30a erste Komponente
30b zweite Komponente
50 Steuergerät, ECU
50d vierte ECU
50a erste ECU
50b zweite ECU
50c dritte ECU
60 Fahrzeugsteuerungseinheit
70 Energiemanagementeinheit
75 Energiequellen Datenmanagementeinheit Vermittlungselemente Vermittlungswege Netzwerk, Graph
Netzwerkzweige d vierte Fahrzeugzonea erste Fahrzeugzoneb zweite Fahrzeugzonec dritte Fahrzeugzone Knotenelement

Claims

System zur Energie- und/oder Datenübertragung
Patentansprüche
1 . System (10) zur Energie- und/oder Datenübertragung bei einem Fahrzeug
(15), mit wenigstens einem Knotenelement (120) zur vernetzten Verbindung von wenigstens zwei elektrischen Komponenten (30) des Fahrzeuges (15), sodass unterschiedliche Verbindungswege bereitgestellt sind, und die Übertragung von Energie und/oder Daten anpassbar über wenigstens einen der Verbindungswege erfolgt.
2. System (10) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die unterschiedlichen Verbindungswege durch ein Netzwerk
bereitgestellt sind, insbesondere durch mehrere Knotenelemente (120), wobei vorzugsweise das Netzwerk wenigstens die nachfolgenden
Knotenelemente (120) aufweist:
- wenigstens ein Stufe-1 -Knotenelement (1 ) für eine erste Stufe des Netzwerkes, welches vorzugsweise netzwerkseitig verbunden ist,
- wenigstens ein Stufe-2-Knotenelement (2) für eine zweite Stufe des Netzwerkes, welches vorzugsweise komponentenseitig verbunden ist.
3. System (10) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch mehrere Stufe-1 -Knotenelemente (1 ) ein, insbesondere vermaschtes, Netzwerk (1 10) zur dynamischen Erzeugung und/oder Veränderung der Verbindungswege gebildet ist, wobei die Stufe-2- Knotenelemente (2) jeweils als Eingangs- und Ausgangspunkt zu den Verbindungswegen mit dem Netzwerk (1 10) verbunden sind. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Netzwerk (1 10) mit mehreren Stufe-1 -Knotenelementen (1 ) vorgesehen ist, wobei
zur Herstellung der Verbindung zwischen einer ersten und zweiten
Komponente (30a, 30b)
- die erste Komponente (30a) mit einem ersten Stufe-2-Knotenelement (2) verbunden ist, welches mit einem ersten Stufe-1 -Knotenelement (1 ) des Netzwerkes (1 10) verbunden ist, und
- die zweite Komponente (30b) mit einem zweiten Stufe-2- Knotenelement (2) verbunden ist, welches mit einem zweiten Stufe-1 - Knotenelement (1 ) des Netzwerkes (1 10) verbunden ist,
wobei vorzugsweise das erste Stufe-1 -Knotenelement (1 ) über weitere Stufe- 1 -Knotenelemente (1 ) mit dem zweiten Stufe-1 -Knotenelement (1 )
verbunden ist.
System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Energieinfrastruktur für die elektrischen Komponenten (30) durch mehrere Knotenelemente (120) bereitgestellt ist, wobei hierzu mehrere Stufe-2-Knotenelemente (2) und mehrere Stufe-1 -Knotenelemente (1 ) miteinander als ein Netzwerk (1 10) verbunden sind, sodass durch
wenigstens eines der Stufe-1 -Knotenelemente (1 ) jeweils wenigstens ein Netzwerkzweig (1 1 1 ) im Netzwerk (1 10) verbunden ist, wobei diese Stufe-1 - Knotenelemente (1 ) jeweils ein Schaltelement (1 .1 ) zur Unterbrechung oder Freigabe einer Energieversorgung zum jeweiligen Netzwerkzweig (1 1 1 ) aufweisen.
6. System (10) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stufe-2-Knotenelemente (2) jeweils mit wenigstens einer der Komponenten (30) verbunden sind, um eine Energieversorgung dieser jeweiligen Komponenten (30) zu ermöglichen, wobei die Stufe-2- Knotenelemente (2) jeweils ein Schaltmittel (2.1 ) aufweisen, um die Energieversorgung an die jeweils verbundene Komponente (30) zu unterbrechen oder herzustellen, wobei vorzugsweise die Stufe-2- Knotenelemente (2) jeweils ein Sicherheitsschaltmittel (2.2) aufweisen, um bei einem sicherheitskritischen Zustand die Energieversorgung an die jeweils verbundene Komponente (30) zu unterbrechen.
7. System (10) nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens zwei, insbesondere unabhängige, Energiequellen (75), insbesondere unterschiedlicher Art, mit dem Netzwerk (1 10), insbesondere über jeweils unterschiedliche der Stufe-1 -Knotenelemente (1 ), verbunden sind, sodass bei der Unterbrechung der Energieversorgung zu einem Netzwerkzweig (1 1 1 ) mit einer der Energiequellen (75) die
Energieversorgung für die übrigen Netzwerkzweige (1 1 1 ) über eine weitere der Energiequellen (75) hergestellt ist, und insbesondere auch umgekehrt.
8. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Dateninfrastruktur für die elektrischen Komponenten (30) durch mehrere Knotenelemente (120) bereitgestellt ist, sodass die Komponenten (30) jeweils über wenigstens ein Stufe-2-Knotenelement (2) mit jeweils wenigstens einem Stufe-1 -Knotenelement (1 ) verbunden sind, wobei die Stufe-1 -Knotenelemente (1 ) ein Netzwerk (1 10) mit Netzwerkzweigen (1 1 1 ) bilden, und die Netzwerkzweige (1 1 1 ) und/oder Stufe-1 -Knotenelemente (1 ) über Vermittlungselemente (90) miteinander verbunden sind, wobei vorzugsweise die Stufe-1 -Knotenelemente (1 ) und/oder die Stufe-2- Knotenelemente (2) jeweils auch für die Bereitstellung der
Energieversorgung gemäß einer Energieinfrastruktur an die Komponenten (30) ausgeführt sind.
9. System (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stufe-2-Knotenelemente (2) jeweils dazu ausgeführt sind, eine sicherheitsbedingte Isolation der mit dem jeweiligen Stufe-2-Knotenelement (2) verbundenen Komponente (30) in Bezug auf die Dateninfrastruktur und/oder die Energieinfrastruktur durchzuführen, sodass eine
Kommunikation der jeweiligen Komponente (30) mit weiteren Komponenten (30) des Netzwerks (1 10) und/oder eine Energieversorgung der jeweiligen Komponente (30) verhindert ist.
10. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Knotenelemente (120) sowohl eine Dateninfrastruktur zur Datenverteilung zwischen den Komponenten (30) als auch eine
Energieinfrastruktur zur Energieversorgung, insbesondere mit einer Betriebsspannung, für die Komponenten (30) bildet.
1 1 . Verfahren zur Energie- und/oder Datenübertragung bei einem Fahrzeug (15), mit wenigstens einem Knotenelement (120),
gekennzeichnet durch die nachfolgenden Schritte:
- Verbinden von wenigstens zwei elektrischen Komponenten (30) des Fahrzeuges (15) über das wenigstens eine Knotenelement (120), sodass ein Verbindungsweg für eine Übertragung von Energie und/oder Daten genutzt wird,
- Verändern des genutzten Verbindungsweges in Abhängigkeit von einer Vorgabe und/oder eines Ereignisses, sodass die Übertragung von Energie und/oder Daten automatisch an die Vorgabe und/oder das Ereignis angepasst wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Energieinfrastruktur zur Energieversorgung der Komponenten (30), insbesondere mit einer Betriebsspannung, und eine Dateninfrastruktur zur Datenübertragung zwischen den Komponenten (30) durch ein Netzwerk (1 10) bereitgestellt wird, sodass in Abhängigkeit von der Datenübertragung durch die jeweiligen Knotenelemente (120) die Daten- und/oder die
Energieübertragung an wenigstens eine mit dem Knotenelement (120) verbundene Komponente (30) gesteuert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch das Knotenelement (120) ein Fehlerfall als Ereignis detektiert wird, und bei positiver Detektion des Fehlerfalls eine automatische
Unterbrechung der Energieübertragung durch das Knotenelement (120) erfolgt, sodass ein erster Verbindungsweg unterbrochen wird, wobei zur Kompensation der Unterbrechung ein zweiter Verbindungsweg bereitgestellt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Durchführung des Verfahrens ein System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 betrieben wird.
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