DE102021200169A1 - Method for monitoring the energy supply of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen der Energieversorgung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere mit automatisierter Fahrfunktion, wobei zumindest ein Energiespeicher (12) vorgesehen ist, der zumindest einen sicherheitsrelevanten Verbraucher (16) versorgt, wobei zumindest ein elektronischer Lastverteiler (18) vorgesehen ist, über den der Verbraucher (16) angesteuert und abgesichert wird, wobei der Energiespeicher (12) mit dem Lastverteiler (18) verbunden ist, wobei zu einer alternativen Versorgung des sicherheitsrelevanten Verbrauchers (16) ein von einem weiteren Energiespeicher (24) versorgbarer Gleichspannungswandler (22) mit dem elektronischen Lastverteiler (18) verbunden ist, und wobei zwischen dem Gleichspannungswandler (22) und dem elektronischen Lastverteiler (18) zumindest ein weiterer Verbraucher (9) mit Energie versorgt wird, wobei eine den weiteren Verbraucher (9) versorgende Spannung (U1) auf eine Grenzspannung (Ug) abgesenkt wird, bei der eine Degradierung, insbesondere Abschaltung oder Reduzierung einer Leistungsaufnahme, des weiteren Verbrauchers (9) erfolgt (Schritt 105), wobei eine elektrische Kenngröße (I, U) des weiteren Verbrauchers (9) erfasst wird und anhand der elektrischen Kenngröße (I, U) auf eine ordnungsgemäße oder fehlerhafte Degradierung des weiteren Verbrauchers (9) geschlossen wird.The invention relates to a method for monitoring the energy supply of a motor vehicle, in particular with an automated driving function, with at least one energy store (12) being provided which supplies at least one safety-relevant consumer (16), with at least one electronic load distributor (18) being provided via which the load (16) is controlled and secured, the energy store (12) being connected to the load distributor (18), with an alternative supply of the safety-relevant load (16) being a DC-DC converter (22) which can be supplied from a further energy store (24). is connected to the electronic load distributor (18), and at least one further consumer (9) is supplied with energy between the DC-DC converter (22) and the electronic load distributor (18), with a voltage (U1) supplying the further consumer (9) being a limit voltage (Ug) is lowered, at which a degradation, esp special shutdown or reduction of power consumption, the other consumer (9) takes place (step 105), wherein an electrical parameter (I, U) of the other consumer (9) is detected and based on the electrical parameter (I, U) on a proper or erroneous degradation of the other consumer (9) is closed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen der Energieversorgung eines Kraftfahrzeugs nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.The invention relates to a method for monitoring the energy supply of a motor vehicle according to the generic type of the independent claim.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässigkeit und zugleich die Verfügbarkeit insbesondere automatisierter Fahrfunktionen sowie der benötigten Energieversorgung auf einfache Weise zu erhöhen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs.The object of the invention is to increase the reliability and at the same time the availability, in particular of automated driving functions, and the required energy supply in a simple manner. This object is solved by the features of the independent claim.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Dadurch, dass eine den weiteren Verbraucher versorgende Spannung auf eine Grenzspannung abgesenkt wird, bei der eine Degradierung, insbesondere Abschaltung oder Reduzierung einer Leistungsaufnahme, des weiteren Verbrauchers erfolgt, und dass eine elektrische Kenngröße des weiteren Verbrauchers erfasst wird und anhand der elektrischen Kenngröße auf eine ordnungsgemäße oder fehlerhafte Degradierung des weiteren Verbrauchers geschlossen wird, lässt sich die Zuverlässigkeit der alternativen Energieversorgung des sicherheitsrelevanten Verbrauchers weiter erhöhen. Die Energieversorgung des weiteren Verbrauchers wird bewusst so gewählt, dass der sicherheitsrelevante Verbraucher hinreichend mit elektrische Energie versorgt werden kann, um sicherheitsrelevante Manöver wie beispielsweise dynamische Lastmanöver wie Brems-/Lenkmanöver zum Übergang in einen sicheren Zustand zuverlässig durchführen zu können. Das beschriebene Verfahren überwacht besonders einfach insbesondere die spannungsabhängige Degradierung der weiteren Verbraucher, sodass insbesondere ein ASIL-C-fähiges Energiebordnetz mit geringem Mehraufwand gewährleistet wird.The fact that a voltage supplying the other consumer is lowered to a limit voltage at which degradation, in particular shutdown or reduction of power consumption, of the other consumer takes place, and that an electrical parameter of the other consumer is detected and based on the electrical parameter to a proper or erroneous degradation of the additional consumer is closed, the reliability of the alternative energy supply of the safety-relevant consumer can be further increased. The energy supply of the additional consumer is deliberately selected so that the safety-relevant consumer can be supplied with sufficient electrical energy in order to be able to reliably carry out safety-related maneuvers such as dynamic load maneuvers such as braking/steering maneuvers for the transition to a safe state. The method described monitors the voltage-dependent degradation of the other consumers in a particularly simple manner, so that in particular an ASIL-C-capable on-board power supply system is guaranteed with little additional effort.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung wird der Gleichspannungswandler und/oder der weitere Verbraucher von dem Energiespeicher getrennt, insbesondere vor Absenkung der Spannung auf die Grenzspannung. Damit kann bewusst die spannungsstützende Wirkung des Energiespeichers aufgehoben werden zur Überprüfung der Degradierungsfähigkeit der weiteren Verbraucher.In an expedient development, the DC-DC converter and/or the additional consumer is disconnected from the energy store, in particular before the voltage is reduced to the limit voltage. In this way, the voltage-supporting effect of the energy store can be deliberately canceled in order to check the degradation capability of the other consumers.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass der weitere Verbraucher auf eine bestimmte Leistungsaufnahme, besonders bevorzugt maximale Leistungsaufnahme, hochgefahren wird, insbesondere nachdem der Gleichspannungswandler und/oder der weitere Verbraucher von dem Energiespeicher getrennt wurde. Damit lässt sich besonders einfach überprüfen, ob der weitere Verbraucher noch ordnungsgemäß funktioniert, unabhängig von der später zu überprüfenden Degradierung.In an expedient development, it is provided that the additional consumer is run up to a specific power consumption, particularly preferably maximum power consumption, in particular after the DC-DC converter and/or the further consumer has been disconnected from the energy store. This makes it particularly easy to check whether the additional consumer is still working properly, regardless of the degradation to be checked later.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung wird eine elektrische Kenngröße des weiteren Verbrauchers erfasst, wenn der weitere Verbraucher auf eine bestimmte Leistungsaufnahme hochgefahren wurde und/oder nachdem die Spannung auf die Grenzspannung abgesenkt wurde und/oder die Degradierung des weiteren Verbrauchers erfolgt ist. Bevorzugt wird beispielsweise anhand der Stromaufnahme die ordnungsgemäße Funktionsfähigkeit des weiteren Verbrauchers in den unterschiedlichen Betriebszuständen (Normalbetrieb, Degradierung) überwacht. Dies erfolgt besonders bevorzugt durch den Gleichspannungswandler, der ohnehin zur Kopplung der bei bestimmten Architekturen vorhandenen Zweispannungsbordnetzen vorgesehen ist und in diesem Zusammenhang ohnehin die erforderlichen Kenngrößen erfasst.In an expedient development, an electrical parameter of the additional consumer is recorded when the additional consumer has been ramped up to a specific power consumption and/or after the voltage has been lowered to the limit voltage and/or the degradation of the additional consumer has taken place. The proper functioning of the additional consumer in the different operating states (normal operation, degradation) is preferably monitored, for example, on the basis of the current consumption. This is particularly preferably done by the DC-DC converter, which is provided in any case for coupling the dual-voltage vehicle electrical systems present in certain architectures and in any case detects the required parameters in this context.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist in dem elektronischen Lastverteiler zumindest ein Trennmittel vorgesehen, welches zur Sicherstellung der elektrischen Versorgung des sicherheitsrelevanten Verbrauchers den Gleichspannungswandler mit dem sicherheitsrelevanten Verbraucher verbindet. Über dieses Trennmittel erhöht sich die Sicherheit der Energieversorgung des sicherheitsrelevanten Verbrauchers weiter, da beispielsweise Fehlerfälle in einem Bordnetzzweig sich aufgrund der Trennbarkeit nicht auf den Bordnetzzweig mit den sicherheitsrelevanten Verbrauchern auswirken.In an expedient development, at least one separating means is provided in the electronic load distributor, which connects the DC-DC converter to the safety-relevant consumer to ensure the electrical supply of the safety-relevant consumer. This separating agent further increases the security of the energy supply to the safety-relevant consumer, since, for example, faults in an on-board network branch do not affect the on-board network branch with the safety-relevant consumers due to the separability.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung wird die am Gleichspannungswandler und/oder an dem elektronischen Lastverteiler und/oder am weiteren Verbraucher ermittelte Kenngröße, insbesondere Strom und/oder Spannung, dem elektronischen Lastverteiler und/oder einem Energiemanagement oder einem weiteren Steuergerät übermittelt. Dort kann die Auswertung vorgenommen werden, ob der weitere Verbraucher ordnungsgemäß arbeitet bzw. degradiert.In an expedient development, the parameter determined at the DC-DC converter and/or at the electronic load distributor and/or at the other consumer, in particular current and/or voltage, is transmitted to the electronic load distributor and/or an energy management system or another control device. There, the evaluation can be made as to whether the additional consumer is working properly or is degraded.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung erfolgt eine Gegenmaßnahme wie ein Überführen des Fahrzeugs in einen sicheren Zustand und/oder ein Aktivieren eines Warnhinweises oder einer Warnanzeige und/oder Setzen eines Fehlereintrags, wenn auf eine fehlerhafte Degradierung des weiteren Verbrauchers geschlossen wird. Die Sicherheit der Anordnung verbessert sich weiter, da bei fehlerhaftem Betrieb rechtzeitig Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.In an expedient development, a countermeasure such as transferring the vehicle to a safe state and/or activating a warning notice or a warning display and/or setting an error entry takes place if it is concluded that the additional consumer has been degraded incorrectly. The safety of the arrangement is further improved since countermeasures are initiated in good time in the event of faulty operation.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung wird in dem elektronischen Lastverteiler zur Ansteuerung und Absicherung des sicherheitsrelevanten Verbrauchers ein Schaltmittel, insbesondere ein Halbleiterschalter, verwendet, wobei zur Absicherung bestimmte Kenngrößen wie Strom, Spannung, Temperatur oder Ähnliches erfasst werden und bei Überschreiten unzulässiger Grenzwerte eine Abschaltung des sicherheitsrelevanten Verbrauchers vorgenommen wird. Durch den elektronischen Lastverteiler kann der sicherheitsrelevante Verbraucher vor unzulässigen Betriebszuständen und damit vor Zerstörung geschützt werden.In an expedient development, a switching device, in particular a semiconductor switch, is used in the electronic load distributor to control and safeguard the safety-relevant consumer, with certain parameters such as current, voltage, temperature or the like being recorded for safeguarding purposes and the safety-relevant consumer being switched off if impermissible limit values are exceeded is made. The safety-relevant consumer can be protected from impermissible operating states and thus from destruction by the electronic load distributor.
Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.Further expedient developments result from further dependent claims and from the description.
Figurenlistecharacter list
Es zeigen:
-
1 ein Bordnetz, bei dem das Verfahren zur Überwachung des Energiespeichers beispielhaft implementiert ist sowie -
2 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens.
-
1 a vehicle electrical system in which the method for monitoring the energy storage device is implemented as an example, and -
2 a flowchart of the process.
Ausführungsform der Erfindungembodiment of the invention
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is shown schematically using an exemplary embodiment and is described in detail below with reference to the drawing.
Die
Der elektronische Lastverteiler 18 ist in der Lage, entsprechende Kenngrößen wie Spannung Uv, Strom Iv der Verbraucher 16 zu ermitteln. Der elektronische Lastverteiler 18 ist darüber hinaus ebenfalls in der Lage, entsprechende Kenngrößen des Energiespeichers 12 wie Spannung Ub und/oder Strom Ib und/oder Temperatur Tb zu ermitteln. Hierzu enthält der elektronische Lastverteiler 18 die entsprechende Sensorik. Ebenfalls besitzt der elektronische Lastverteiler 18 entsprechende Verarbeitungsmittel, erfasste Größen zu speichern bzw. auszuwerten. Alternativ könnte die Auswertung auch in einem anderen Steuergerät erfolgen. Ebenfalls kann der elektronische Lastverteiler 18 den am Eingang anstehenden Strom bzw. Spannung (an der sogenannten Klemme 30_0) erfassen.The
Weiterhin ist der elektronische Lastverteiler 18 in der Lage, abhängig vom Zustand des Energiespeichers 12 Signale, auf deren Basis der Übergang in einen sicheren Zustand eingeleitet wird, zu liefern. Dann leitet beispielsweise ein übergeordnetes Steuergerät beispielsweise einen sicheren Halt des Fahrzeugs (Anfahren des nächsten Parkplatzes, sofortiger Halt am Seitenstreifen etc.) ein und verlässt den autonomen Fahrbetrieb.Furthermore, the
Die durch den elektronischen Lastverteiler 18 angesteuerten Verbraucher 16 könnten beispielsweise sicherheitsrelevante Fahrzeugfunktionen wie beispielsweise Bremsen, Lenken etc. umfassen. Die sicherheitsrelevanten Verbraucher 16 könnten beispielsweise wichtige Funktionen auch funktionsredundant abdecken.
Der elektronische Lastverteiler 18 ist auf der vom Energiespeicher 12 entfernten Seite mit einem weiteren Lastverteiler 11 elektrisch leitend verbunden. Der weitere Lastverteiler 11 dient der Ansteuerung bzw. Absicherung weiterer Verbraucher 9. Der weitere Lastverteiler 11 ist mit einem Gleichspannungswandler 22 verbunden. Der Gleichspannungswandler 22 dient der Spannungswandlung zwischen dem ersten Basisbordnetzes 10, welches die Verbraucher 9, 16, 17 mit einem Spannungsniveau U1 versorgt und einem Spannungsniveau U2 eines weiteren Bordnetzes 20. Das Basisbordnetz 10 weist ein gegenüber dem weiteren Bordnetz 20, beispielsweise ein Hochvolt-Bordnetz, ein niedrigeres Spannungsniveau U1 auf, beispielsweise kann es sich um ein 12 V-Bordnetz handeln. Um die Energieversorgung insbesondere der sicherheitsrelevanten Verbraucher 16 sicherzustellen, kann zumindest einer der Verbraucher 9 spannungsabhängig degradiert werden insbesondere im Normalbetrieb, indem beispielsweise die Leistungsaufnahme reduziert, begrenzt oder abgeschaltet wird. Die spannungsabhängige Degradierung des oder der Verbraucher 9 wird wie nachfolgend in Verbindung mit
Das Hochvolt-Bordnetz 20 umfasst beispielhaft einen Energiespeicher 24, beispielsweise eine Hochvolt-Batterie, eventuell mit integriertem Batteriemanagementsystem, exemplarisch gezeigt eine Last 26, beispielsweise ein Komfortverbraucher wie eine mit erhöhtem Spannungsniveau versorgte Klimaanlage etc., sowie eine Elektromaschine 28. Als Hochvolt wird in diesem Zusammenhang ein Spannungsniveau U2 verstanden, welches höher ist als das Spannungsniveau U1 des Basisbordnetzes 10. So könnte es sich beispielsweise um ein 48-Volt-Bordnetz handeln. Alternativ könnte es sich gerade bei Fahrzeugen mit reinem Elektroantrieb um noch höhere Spannungsniveaus handeln.The high-voltage on-board
Mit dem Basisbordnetz 10 können zumindest einer oder weitere insbesondere sicherheitsrelevante Kanäle verbunden sein. Die sicherheitsrelevanten Kanäle könnten jeweils über eine weitere elektronische Lastverteilung mit dem Basisbordnetz 10 verbunden werden. Der weitere elektronische Lastverteiler könnte der Absicherung, Ansteuerung sowie der sicheren und zuverlässigen Abschaltung und Versorgung sicherheitsrelevanter Verbraucher bzw. der elektronischen Energienetzverteilung dienen. Diese Verbraucher könnten funktionsredundant durch unterschiedliche sicherheitsrelevante Kanäle versorgt werden. Außerdem kann der weitere elektronische Lastverteiler in der Lage sein, die fließenden Verbraucherströme bzw. anliegenden Spannungen zu erfassen. Diese kurz beschriebene, aber nicht gezeigte Ausführung, könnte für eine hochverfügbare Auslegung beispielsweise für das autonome Fahren zur Sicherheitserhöhung vorgesehen sein.At least one or more, in particular, safety-relevant channels can be connected to the basic vehicle
Beispielhaft ist in dem Ausführungsbeispiel als möglicher Energiespeicher 12, 24 eine Batterie bzw. Akkumulator beschrieben. Alternativ können jedoch andere für diese Aufgabenstellung geeignete Energiespeicher beispielsweise auf induktiver oder kapazitiver Basis, Brennstoffzellen, Kondensatoren oder Ähnliches gleichermaßen Verwendung finden.By way of example, a battery or accumulator is described as a
Insbesondere zur Realisierung eines sicherheitsrelevanten Bordnetzes für manuelles Fahren kann die Topologie gemäß
Das Ablaufdiagramm gemäß
Das Fahrzeug wird ausgeschaltet. Der Gleichspannungswandler 22 bleibt ebenso wie der zumindest eine zu überwachende Verbraucher 9 aktiv, Schritt 101. Beide bleiben vorzugsweise so lange aktiv, bis die Überwachung beendet ist.The vehicle is switched off. The DC-
Das Trennmittel 19, beispielsweise ein Halbleiterschalter, trennt die beiden Klemmen KL 30 0 und KL 30_1 des elektronischen Lastverteilers 18 voneinander, Schritt 102. Damit kann die Spannung an der KL 30_0 bzw. an den Verbrauchern 9 nicht mehr von dem Energiespeicher 12 gestützt werden. Damit kann die spannungsabhängige Degradierung der Verbraucher 9 getestet werden. In Schritt 102 werden also die Verbraucher 9 von dem Energiespeicher 12 getrennt.Separating means 19, for example a semiconductor switch, separates the two terminals KL 30 0 and KL 30_1 of
Ein Energiemanagement (EEM) fordert eine bestimmte Leistungsaufnahme Pmax, insbesondere eine maximale Leistungsaufnahme, des oder der Verbraucher(s) 9 an, Schritt 103. Entsprechend werden die so angesteuerten Verbraucher 9 auf das gewünschte Leistungsniveau, beispielsweise die volle Leistungsaufnahme, hochgefahren.An energy management system (EEM) requests a specific power consumption Pmax, in particular a maximum power consumption, of the consumer(s) 9,
Die Stromaufnahme der Verbraucher 9 wird, insbesondere durch den Gleichspannungswandler 22, gemessen, Schritt 104. Dies erfolgt unter Normalbedingungen bzw. im normalen Spannungsbereich, beispielsweise U1 >= 12 V.The power consumption of consumers 9 is measured, in particular by DC-
Anschließend wird die Spannung U1 unter eine Grenzspannung Ug bzw. Degradierungs-Schwelle der relevanten Verbraucher 9 geregelt, insbesondere durch den Gleichspannungswandler 22, Schritt 105. Bei der Grenzspannung Ug (beispielsweise Ug < 9 V) erfolgt im Normalbetrieb eine Degradierung der jeweiligen Verbraucher 9, um eine Spannungsstützung der Verbraucher 16 im Fehlerfall des Energiespeichers 12 sicherzustellen. Die Grenzspannung Ug liegt deutlich unter der Spannung U1 im Normalbetrieb (U1 (Normalbetrieb) beispielsweise um 12 V).The voltage U1 is then regulated below a limit voltage Ug or degradation threshold of the relevant loads 9, in particular by the DC-
Sinkt die Spannung U1 unter die Grenzspannung Ug, sollten sich (bei ordnungsgemäßem Betrieb) die relevanten Verbraucher 9 bei dieser Spannungsunterschreitung selbst degradieren, Schritt 106.If the voltage U1 falls below the limit voltage Ug, the relevant consumers 9 should (with proper operation) degrade themselves when the voltage falls below this,
Anschließend wird durch eine erneute Messung, insbesondere unter Verwendung des Gleichspannungswandlers 22, überprüft, ob tatsächlich die Degradierung der entsprechenden Verbraucher 9 erfolgt ist, Schritt 107. Der Gleichspannungswandler 22 kann hierzu beispielsweise die Stromaufnahme der Verbraucher 9 erfassen. Anhand der Stromaufnahme in Schritt 106 im Vergleich zu der Stromaufnahme in Schritt 104 kann der Gleichspannungswandler 22 oder ein sonstiges Auswertemittel wie beispielsweise das Energiemanagement erkennen, ob die relevanten Verbraucher 9 eine ordnungsgemäße Degradierung durchgeführt haben. Optional kann der Gleichspannungswandler 22 oder eine andere Komponente eine Geschwindigkeit der Degradierung der bzw. des Verbraucher(s) 9 über eine geeignete Auswertung der Strommessung bzw. des zugehörigen Stromgradienten erfassen.A new measurement is then carried out, in particular using the DC-
Erkennt der Gleichspannungswandler 22 oder eine sonstige Auswerteeinheit, dass die Degradierung der Verbraucher 9 nicht mehr ausreichend ist bzw. unter das notwendige Niveau gesunken ist, schließt sich eine gewisse Reaktion nach einem Sicherheitskonzept an, Schritt 109. Auf eine nicht mehr ausreichende Degradierung der Verbraucher 9 wird beispielsweise geschlossen, wenn die Stromaufnahme der entsprechenden Verbraucher 9 wie in Schritt 107 erfasst nicht unter einen bestimmten Wert Ig insbesondere innerhalb einer bestimmten Zeitspanne sinkt. Alternativ kann auf die Degradierungsfähigkeit der Verbraucher 9 auch durch Auswertung des Stromgradienten des Verbrauchers 9 geschlossen werden. In Schritt 109 können entsprechende Warnungen, Degradierung bzw. Deaktivierung bestimmter Funktionen, Fehlereinträge oder Ähnliches erfolgen.If the DC-
Sollte in Schritt 107 auf eine ordnungsgemäße Degradierung der Verbraucher 9 geschlossen werden können, schließt sich Schritt 108 an. Wenn die Fähigkeit der Degradierung der Verbraucher 9 gegeben ist, können die Funktionen wie bisher im Normalbetrieb weitergeführt werden.If it can be concluded in
Eine Auswertung der beschriebenen Diagnose könnte beispielsweise auch im elektronischen Lastverteiler 18 ausgeführt werden. Hierzu können diesem die Messwerte des Gleichspannungswandlers 22 über entsprechende Kommunikationsmittel wie ein Bussystem, insbesondere ein CAN-Bus, zur Verfügung gestellt werden. Alternativ könnte die Auswertung auch in weiteren Steuergeräten wie beispielsweise im Energiemanagement erfolgen, wenn man die entsprechende Signalanbindung vorsieht.An evaluation of the diagnosis described could also be carried out in the
Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Sicherstellung der Energieversorgung von sicherheitsrelevanten Verbrauchern 16 in einem Kraftfahrzeug, die Funktionen für den automatisierten Fahrbetrieb realisieren. Die Verwendung ist jedoch darauf nicht eingeschränkt.The method is particularly suitable for ensuring the energy supply of safety-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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