DE102018212767A1

DE102018212767A1 - Kraftfahrzeugbordnetz mit einer Isolationsüberwachung zur Versorgung einer Umfeldsensorik

Info

Publication number: DE102018212767A1
Application number: DE102018212767.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Litz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2018-07-31
Publication date: 2020-02-06
Also published as: US11480599B2; US20200041555A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugbordnetz mit einem ersten Spannungskreis zur elektrischen Energieversorgung einer Umfeldsensorik (3) mit einer ersten elektrischen Spannung, wobei eine Isolationsüberwachung (5) für den ersten Spannungskreis zur Überwachung des Isolationswiderstands des ersten Spannungskreises vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugbordnetz mit zumindest einem Spannungskreis zur elektrischen Energieversorgung einer Umfeldsensorik mit einer elektrischen Spannung.
Kraftfahrzeugbordnetze mit einem Spannungskreis zur elektrischen Versorgung einer Umfeldsensorik sind an sich bereits bekannt. Die elektrische Versorgung der Umfeldsensorik erfolgt normalerweise mittels der vorhandenen Niederspannung, also meist mit 12 oder 24 Volt.
Es sind auch Kraftfahrzeugbordnetze bekannt, die zusätzlich zu dem Niedervoltkreis über einen Hochvoltkreis verfügen. Der Hochvoltkreis dient dann meist zur elektrischen Versorgung eines Traktionsantriebs.
Beispielsweise aus der DE 10 2016 005 732 A1 ist eine Isolationsüberwachung eines Hochvolt-Bordnetzes eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die in den Hauptansprüchen jeweils angegebenen Gegenstände gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen hiervon sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Dementsprechend werden ein Kraftfahrzeugbordnetz sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Bordnetz vorgeschlagen.
Das Kraftfahrzeugbordnetz weist einen (ersten) Spannungskreis zur elektrischen Energieversorgung einer Umfeldsensorik mit einer (ersten) elektrischen Spannung auf. Diese Spannung kann auch als Betriebsspannung dieses (ersten) Spannungskreises bezeichnet werden. Darüber hinaus weist das Kraftfahrzeugbordnetz für den (ersten) Spannungskreis eine Isolationsüberwachung auf. Die Isolationsüberwachung dient zur Überwachung des Isolationswiderstands dieses (ersten) Spannungskreises.
Durch diesen Einsatz der Isolationsüberwachung in demjenigen Teil des Kraftfahrzeugbordnetzes, der auch zur elektrischen Versorgung der Umfeldsensorik dient, kann ohne Verdopplung sicherheitskritischer Komponenten des Bordnetzes frühzeitig ein möglicher Ausfall der Energieversorgung der Umfeldsensorik erkannt werden. Somit kann ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug im Fehlerfall rechtzeitig zum sicheren Stillstand gebracht werden.
Die Isolationsüberwachung hat die Aufgabe, den Isolationswiderstand im (ersten) Spannungskreis zu überwachen. Dies erfolgt insbesondere ständig oder in Intervallen. Die Isolationsüberwachung kann demnach auch als Isolationswiderstand-Überwachungsvorrichtung bezeichnet werden. Hierbei kann durch die Isolationsüberwachung der Isolationswiderstand selbst oder eine damit zusammenhängende Größe ermittelt werden, beispielsweise durch Messung. Es ist somit zwar möglich und vorteilhaft, jedoch nicht zwangsläufig erforderlich, dass die Isolationsüberwachung den Isolationswiderstand als Wert in der SI-Einheit [Ω] ermittelt. Für die Realisierung der Isolationsüberwachung ist es ausreichend, wenn diese nur einen analogen Wert zu dem Isolationswiderstand ermittelt, wie beispielsweise den zugehörigen elektrischen Leitwert in der SI-Einheit [S] oder die Stärke eines mit dem Isolationswiderstand zusammenhängenden elektrischen Stromes in der SI-Einheit [A].
Falls sich der ermittelte Wert des Isolationswiderstands oder der damit zusammenhängenden Größe unzulässig stark verändert, wird von der Isolationsüberwachung ein entsprechendes Signal ausgegeben, beispielsweise an einen Kraftfahrzeugleitrechner. Eine solche unzulässig starke Veränderung kann vorliegen, wenn der ermittelte Wert außerhalb eines zulässigen Bereichs liegt oder wenn ein Unterschied zwischen dem gerade ermittelten Wert und einem vorher ermittelten Wert außerhalb eines zulässigen Bereichs liegt. Bevorzugt entscheidet der Leitrechner über eine angemessene Reaktion in Abhängigkeit von den dabei vorliegenden Sicherheitsrisiken. Der Leitrechner kann somit beispielsweise das Kraftfahrzeug sicher zum Stillstand bringen (hohes Sicherheitsrisiko) oder eine Meldung ausgeben, dass ein Werkstattservice erforderliche ist (niedriges Sicherheitsrisiko).
Bei der Umfeldsensorik handelt es sich insbesondere um eine Sensorik zur Überwachung des Umfelds des Kraftfahrzeugs, um zumindest teilautonomes Fahren zu ermöglichen, insbesondere mit einem SAE-Level (SAE J3016) gleich oder größer als 1. Die Umfeldsensorik kann zumindest eines der folgenden Sensorsysteme aufweisen: LIDAR, RADAR, Ultraschallsensor, Kamera. Die Umfeldsensorik kann alternativ oder zusätzlich zu solchen Sensorsystemen auch über zumindest eine andere Art von Sensorsystem verfügen.
Der (erste) Spannungskreis ist bevorzugt ein Niedervoltkreis. Dementsprechend kann eine an sich herkömmliche Umfeldsensorik in dem (ersten) Spannungskreis eingesetzt werden. Unter einem Niedervoltkreis wird vorliegend ein Spannungskreis verstanden, der eine Nennspannung von kleiner als 60 Volt aufweist. Insbesondere kann die Nennspannung des (ersten) Spannungskreises 48 Volt oder 24 Volt oder 12 Volt oder 6 Volt betragen.
Der (erste) Spannungskreis kann der einzige Spannungskreis des Kraftfahrzeugbordnetzes sein. In einer möglichen Ausführungsform kann das Kraftfahrzeugbordnetz allerdings neben dem genannten ersten Spannungskreis auch über genau oder zumindest einen zweiten Spannungskreis mit einer zweiten Spannung verfügen. Dieser zweite Spannungskreis dient dann zur elektrischen Energieversorgung eines elektrischen Traktionsantriebs mit der zweiten Spannung. Diese zweite Spannung kann auch als Betriebsspannung des zweiten Spannungskreises bezeichnet werden. Ein solcher Traktionsantrieb verfügt typischerweise über eine E-Maschine, welche ein Antriebsmoment für das Kraftfahrzeug zum Fahrzeugvortrieb bereitstellt. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich demnach dann um ein zumindest zweitweise elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, wie beispielsweise ein Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug.
Bevorzugt dient der erste Spannungskreis zur elektrischen Versorgung der Umfeldsensorik und weiterer elektrischer Komponenten des Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise einer Beleuchtung und/oder eines Steuergeräts, während der zweite Spannungskreis exklusiv zur elektrischen Versorgung des Traktionsantriebs dient.
Bevorzugt ist der zweite Spannungskreis als ein Hochvoltkreis ausgebildet. Unter einem Hochvoltkreis wird ein Spannungskreis verstanden, der eine Nennspannung von mehr als 60 Volt aufweist. Insbesondere kann die Nennspannung des zweiten Spannungskreises größer als 350 Volt sein.
Der zweite Spannungskreis kann in einer Ausführungsform eine zweite Isolationsüberwachung aufweisen. Diese zweite Isolationsüberwachung kann unabhängig zur Isolationsüberwachung des ersten Spannungskreises (erste Isolationsüberwachung) sein. Die zweite Isolationsüberwachung weist dann dieselbe Aufgabe auf, wie die erste Isolationsüberwachung, allerdings exklusiv für den zweiten Spannungskreis. Eine solche Ausbildung des Kraftfahrzeugbordnetzes eignet sich besonders dann, wenn die beiden Spannungskreise nicht galvanisch voneinander getrennt sind. Hierdurch wird der Isolationswiderstand beider Spannungskreise getrennt voneinander durch separate Vorrichtungen überwacht.
Wenn die beiden Spannungskreise allerdings galvanisch voneinander getrennt sind, kann in einer alternativen Ausführungsform die Isolationsüberwachung sowohl zur Überwachung des Isolationswiderstands des ersten Spannungskreises, als auch zur Überwachung des Isolationswiderstands des zweiten Spannungskreises dienen. Somit ist eine gemeinsame Vorrichtung zur Isolationsüberwachung beider Spannungskreise vorgesehen. Hierdurch kann der der Isolationswiderstand beider Spannungskreise gemeinsam überwacht werden und Komponenten für die Isolationsüberwachung eingespart werden.
Insbesondere handelt es sich bei dem ersten und dem gegebenenfalls vorhandenen zweiten Spannungskreis um je einen Gleichspannungskreis. Die darin jeweils vorliegende elektrische Betriebsspannung (erste/zweite Spannung) ist dann also im Wesentlichen eine Gleichspannung.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Figur (1) näher erläutert, aus der weitere bevorzugte Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung entnehmbar sind.
1 zeigt hierbei in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug, beispielsweise einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen. Das Kraftfahrzeug verfügt über ein Kraftfahrzeugbordnetz. Das Bordnetz weist einen Spannungskreis auf, der von einer Spannungsquelle 1 mit einer elektrischen Gleichspannung von beispielhaft 12 Volt versorgt wird. Es handelt sich also um einen so genannten Niedervoltkreis. Andere Spannungshöhen im Niederspannungsbereich von weniger als 60 Volt sind allerdings ebenso möglich. Bei der Spannungsquelle 1 kann es sich beispielsweise um einen an sich bekannten Akkumulator und/oder einen Gleichstromgenerator handeln. Einer der elektrischen Pole der Spannungsquelle 1 ist mit einem Chassis 2 des Kraftfahrzeugs elektrisch gekoppelt (in der Regel der (-)-Pol). Das Chassis 2 dient also als elektrische Masse.
Der Spannungskreis dient zur elektrischen Versorgung zumindest einer Umfeldsensorik 3. Diese kann beispielsweise einen LIDAR-, RADAR- oder Ultraschallsensor oder eine Kamera umfassen oder sein. Die Umfeldsensorik 3 wird also mit der 12V-Gleichspannung des Spannungskreises elektrisch betrieben. Darüber hinaus kann der Spannungskreis zur elektrischen Versorgung zumindest einer weiteren elektrischen Komponente 4 dienen. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Steuergerät oder eine Beleuchtung handelt. Es können noch zusätzliche elektrische Komponenten von dem Spannungskreis elektrisch versorgt werden. Dies ist in 1 durch die gestrichelten Linien rechts von der Komponente 4 angedeutet. Die von dem Spannungskreis versorgten elektrischen Komponenten 3, 4 sind elektrisch parallel zueinander geschaltet, also jeweils zwischen den einen Pol (+) und den anderen Pol (-) der Spannungsquelle 1 bzw. zwischen den einen elektrischen Pol (+) und das Chassis 2 als elektrische Masse geschaltet.
Darüber hinaus verfügt das Kraftfahrzeugbordnetz über eine Isolationsüberwachung 5. Diese ermittelt den Isolationswiderstand oder eine damit zusammenhängende Größe des Spannungskreises, beispielsweise durch Messung. Falls sich der Wert des Isolationswiderstands oder der Wert der damit zusammenhängenden Größe unzulässig stark verändert, wird von der Isolationsüberwachung 5 ein entsprechendes Signal an einen übergeordneten Kraftfahrzeugleitrechner 6 ausgegeben. Der Kraftfahrzeugleitrechner 6 entscheidet dann je nach dem damit zusammenhängenden Sicherheitsrisiko über eine angemessene Reaktion. Beispielsweise kann der Kraftfahrzeugleitrechner 6 bei einem hohen Sicherheitsrisiko einen sicheren Stillstand des Kraftfahrzeugs einleiten.
Falls das Kraftfahrzeug zumindest zeitweise elektrisch antreibbar ist, kann das Kraftfahrzeugbordnetz einen zweiten Spannungskreis aufweisen, der bevorzugt als Hochvoltkreis ausgebildet ist. Dieser zweite Spannungskreis dient dann zur elektrischen Versorgung des elektrischen Traktionsantriebs des Kraftfahrzeugs und weist eine entsprechende zweite Gleichspannungsquelle auf.
Dieser zweite Spannungskreis kann dann über eine eigene Isolationsüberwachung verfügen. Falls die beiden Spannungskreise galvanisch voneinander getrennt sind, kann dann stattdessen auch eine gemeinsame Isolationsüberwachung für beide Spannungskreise genutzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Spannungsquelle
2: Kraftfahrzeugchassis
3: elektrische Komponente, Umfeldsensorik
4: elektrische Komponente
5: Isolationsüberwachung
6: Kraftfahrzeugleitrechner

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102016005732 A1 [0004]

Claims

Kraftfahrzeugbordnetz mit einem ersten Spannungskreis zur elektrischen Energieversorgung einer Umfeldsensorik (3) mit einer ersten elektrischen Spannung, gekennzeichnet durch eine Isolationsüberwachung (5) für den ersten Spannungskreis zur Überwachung des Isolationswiderstands des ersten Spannungskreises.
Kraftfahrzeugbordnetz nach Anspruch 1, wobei der erste Spannungskreis ein Niedervoltkreis ist.
Kraftfahrzeugbordnetz nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kraftfahrzeugbordnetz einen zweiten Spannungskreis mit einer zweiten elektrischen Spannung zur elektrischen Energieversorgung eines elektrischen Traktionsantriebs aufweist.
Kraftfahrzeugbordnetz nach Anspruch 3, wobei der zweite Spannungskreis ein Hochvoltkreis ist.
Kraftfahrzeugbordnetz nach Anspruch 3 oder 4, wobei der zweite Spannungskreis eine zweite Isolationsüberwachung zur Überwachung des Isolationswiderstands des zweiten Spannungskreises aufweist.
Kraftfahrzeugbordnetz nach Anspruch 3 oder 4, wobei der erste Spannungskreis und der zweite Spannungskreis galvanisch voneinander getrennt sind, und wobei die Isolationsüberwachung (5) zur Überwachung des Isolationswiderstands des ersten Spannungskreises und des zweiten Spannungskreises dient.
Kraftfahrzeugbordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umfeldsensorik (3) zumindest eines der Sensorsysteme LIDAR, RADAR, Ultraschallsensor, Kamera aufweist.
Kraftfahrzeug mit einem Kraftfahrzeugbordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche.