DE-102024132057-A1 - Redundanz-Schaltsystem für Fahrzeugkomponenten

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Redundanz-Schaltsystem (1) zur elektrischen Energieversorgung wenigstens eines primären Verbrauchers (2) und eines sekundären Verbrauchers (4) in einem Fahrzeug (100). Das Redundanz-Schaltsystem (1) weist eine primäre Schaltanordnung (8) und eine sekundäre Schaltanordnung (10) auf, wobei die primäre Schaltanordnung (8) dazu ausgebildet ist, einen primären Stromkreis (12) zwischen der Haupt-Energiequelle (6) und dem primären elektrischen Verbraucher (2) zu schließen oder zu unterbrechen, und wobei die sekundäre Schaltanordnung (10) dazu ausgebildet ist, einen sekundären Stromkreis (14) zwischen der Haupt-Energiequelle (6) und dem sekundären elektrischen Verbraucher (4) zu schließen oder zu unterbrechen. Es weist ferner wenigstens eine primäre Steuereinrichtung (16) zum Schalten der primären Schaltanordnung (8) und der sekundären Schaltanordnung (10) und eine sekundäre Steuereinrichtung (18) zum Schalten der primären Schaltanordnung (8) und der sekundären Schaltanordnung (10) auf. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur redundanten Energieversorgung elektrischer Verbraucher in einem Fahrzeug (100) und ein Fahrzeug (100) mit einem Redundanz-Schaltsystem (1).

Inventors

• Julian van Thiel

Assignees

• ZF CV SYSTEMS GLOBAL GMBH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241104

Claims (15)

1. Redundanz-Schaltsystem (1) zur elektrischen Energieversorgung von wenigstens einem primären elektrischen Verbraucher (2) in einem Fahrzeug (100) und einem sekundären elektrischen Verbraucher (4) in dem Fahrzeug (100), das Redundanz-Schaltsystem (1) aufweisend: - eine Haupt-Energiequelle (6) zum Bereitstellen elektrischer Energie; - wenigstens eine primäre Schaltanordnung (8) und eine sekundäre Schaltanordnung (10), wobei die primäre Schaltanordnung (8) dazu ausgebildet ist, einen primären Stromkreis (12) zwischen der Haupt-Energiequelle (6) und dem primären elektrischen Verbraucher (2) zu schließen oder zu unterbrechen, und wobei die sekundäre Schaltanordnung (10) dazu ausgebildet ist, einen sekundären Stromkreis (14) zwischen der Haupt-Energiequelle (6) und dem sekundären elektrischen Verbraucher (4) zu schließen oder zu unterbrechen, und - wenigstens eine primäre Steuereinrichtung (16) zum Schalten der primären Schaltanordnung (8) mit einem Primär-Primär-Schaltsignal (S-PP) und der sekundären Schaltanordnung (10) mit einem Primär-Sekundär-Schaltsignal (S-PS) und eine sekundäre Steuereinrichtung (18) zum Schalten der primären Schaltanordnung (8) mit einem Sekundär-Primär-Schaltsignal (S-SP) und der sekundären Schaltanordnung (10) mit einem Sekundär-Sekundär-Schaltsignal (S-SS).
2. Redundanz-Schaltsystem (1) nach Anspruch 1 , wobei die primäre Steuereinrichtung (16) und die sekundäre Steuereinrichtung (18) dazu ausgebildet sind, das Primär-Primär-Schaltsignal (S-PP) und das Primär-Sekundär-Schaltsignal (S-PS) der primären Steuereinrichtung (16) unabhängig von dem Sekundär-Primär-Schaltsignal (S-SP) und dem Sekundär-Sekundär-Schaltsignal (S-SS) der sekundären Steuereinrichtung (18) bereitzustellen.
3. Redundanz-Schaltsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die primäre Schaltanordnung (8) und die sekundäre Schaltanordnung (10) galvanisch voneinander getrennt sind.
4. Redundanz-Schaltsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die primäre Schaltanordnung (8) einen ersten Primärschalter (20) und einen zum ersten Primärschalter (20) in Reihe geschalteten zweiten Primärschalter (22) umfasst und wobei die sekundäre Schaltanordnung (10) einen ersten Sekundärschalter (24) und einen zum ersten Sekundärschalter (24) in Reihe geschalteten zweiten Sekundärschalter (26) umfasst, wobei vorzugsweise der erste Primärschalter (20) durch das Primär-Primär-Schaltsignal (S-PP) steuerbar ist, der zweite Primärschalter (22) durch das Sekundär-Primär-Schaltsignal (S-PS) steuerbar ist, der erste Sekundärschalter (24) durch das Sekundär-Sekundär-Schaltsignal (S-SS) steuerbar ist und der zweite Sekundärschalter (26) durch das Primär-Sekundär-Schaltsignal (S-PS) steuerbar ist, und wobei vorzugsweise der erste Primärschalter (20) und der zweite Primärschalter (22) eine primäre Wechselschaltung (28) bilden und wobei vorzugsweise der erste Sekundärschalter (24) und der zweite Sekundärschalter (26) eine sekundäre Wechselschaltung (30) bilden.
5. Redundanz-Schaltsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend einen primären Steuerkreis (13), umfassend das Primär-Primär-Schaltsignal (S-PP) und das Primär-Sekundär-Schaltsignal (S-PS) und einen sekundären Steuerkreis (15), umfassend das Sekundär-Primär-Schaltsignal (S-SP) und das Sekundär-Sekundär-Schaltsignal (S-SS), wobei der primäre Steuerkreis (13) von wenigstens einem der Stromkreise primärer Stromkreis (12) und sekundärer Stromkreis (14) galvanisch getrennt ist und wobei der sekundäre Steuerkreis (15) vom anderen der Stromkreise primärer Stromkreis (12) und sekundärer Stromkreis (14) galvanisch getrennt ist.
6. Redundanz-Schaltsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Steuereinheit-Signalleitung (32), wobei die primäre Steuereinrichtung (16) und die sekundäre Steuereinrichtung (18) durch die Steuereinheit-Signalleitung (32) miteinander verbunden sind.
7. Redundanz-Schaltsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine primäre Funktionsüberwachungseinheit (34) und eine sekundäre Funktionsüberwachungseinheit (36), wobei die primäre Funktionsüberwachungseinheit (34) dazu ausgebildet ist, wenigstens eine primäre Stromkreis-Information (I-PS) basierend auf wenigstens einem elektrischen Primär-Zustandsparameter (38) des primären Stromkreises (12) bereitzustellen und wobei die sekundäre Funktionsüberwachungseinheit (36) dazu ausgebildet ist, wenigstens eine sekundäre Stromkreis-Information(I-SS) basierend auf wenigstens einem elektrischen Sekundär-Zustandsparameter (40) des sekundären Stromkreises (14) bereitzustellen.
8. Redundanz-Schaltsystem (1) nach Anspruch 7 , wobei die primäre Funktionsüberwachungseinheit (16) und die sekundäre Funktionsüberwachungseinheit (18) ferner dazu ausgebildet sind, jeweils wenigstens eine Quell-Information (I-Q) basierend auf wenigstens einem elektrischen Energiequelle-Zustandsparameter (42) der Haupt-Energiequelle (6) bereitzustellen und wobei die primäre Funktionsüberwachungseinheit (34) vorzugsweise zusätzlich oder alternativ ferner dazu ausgebildet ist, wenigstens eine primäre Funktions-Information (I-PF) basierend auf dem Betriebszustand des primären elektrischen Verbrauchers (2) bereitzustellen und wobei die sekundäre Funktionsüberwachungseinheit (36) ferner dazu ausgebildet ist, wenigstens eine sekundäre Funktions-Information (I-SF) basierend auf dem Betriebszustand des sekundären elektrischen Verbrauchers (4) bereitzustellen.
9. Redundanz-Schaltsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die primäre Funktionsüberwachungseinheit (34) mit elektrischer Energie des ersten Stromkreises (12) betrieben wird und die sekundäre Funktionsüberwachungseinheit (36) mit elektrischer Energie des zweiten Stromkreises (14) betrieben wird.
10. Redundanz- Schaltsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die primäre Steuereinheit (16) dazu ausgebildet ist, basierend auf der wenigstens einen primären Stromkreisinformation (I-PS), der wenigstens einen primären Funktions-Information (I-FS) und/oder der Quell-Information (I-Q) die primäre Schalteinheit (8) und die sekundäre Schalteinheit (10) zu steuern, und wobei die sekundäre Steuereinheit (18) dazu ausgebildet ist, basierend auf der wenigstens einen sekundären Stromkreisinformation (I-SS), der wenigstens einen sekundären Funktions-Information (I-SF) und/oder der Quell-Information (I-Q) die primäre Schalteinheit (8) und die sekundäre Schalteinheit (10) zu steuern.
11. Redundanz-Schaltsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zwischen der primären Schaltanordnung (8) und dem primären elektrischen Verbraucher (2) ein primärer Energie-Zwischenspeicher (44) zum Speichern und/oder Freigeben elektrischer Energie angeordnet ist und wobei zwischen der sekundären Schaltanordnung (10) und dem sekundären elektrischen Verbraucher (4) ein sekundärer Energie-Zwischenspeicher (46) zum Speichern und/oder Freigeben elektrischer Energie angeordnet ist.
12. Verfahren zur redundanten Energieversorgung eines primären elektrischen Verbrauchers (2) und eines sekundären elektrischen Verbrauchers (4) in einem Fahrzeug (100) mit einem Redundanz-Schaltsystem (1), vorzugsweise nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: S1: Ansteuern einer primären Schaltanordnung (8) eines primären Stromkreises (12) mit einer primären Steuereinrichtung (16) zum Schließen oder Unterbrechen des primären Stromkreises (12); S2: Ansteuern einer sekundären Schaltanordnung (10) eines sekundären Stromkreises (14) mit einer sekundären Steuereinrichtung (18) zum Schließen oder Unterbrechen des sekundären Stromkreises (14); S3: falls ein Primär-Stromkreisfehler (F-PS) im primären Stromkreis (12) auftritt, Feststellen des Primär-Stromkreisfehlers (F-PS) und/oder falls ein Sekundär-Stromkreisfehler (F-SS) im sekundären Stromkreis (14) auftritt, Feststellen des Sekundär-Stromkreisfehlers (F-SS); S4: falls ein Primär-Stromkreisfehler (F-PS) im primären Stromkreis (12) festgestellt wird, Ansteuern der primären Schaltanordnung (8) des primären Stromkreises (12) mit der primären Steuereinrichtung (16) oder mit der sekundären Steuereinrichtung (18) zum Unterbrechen des Stromflusses von der Haupt-Energiequelle (6) zum primären Stromkreis (12); und S5: falls ein Sekundär-Stromkreisfehler (F-SS) im sekundären Stromkreis (14) festgestellt wird, Ansteuern der sekundären Schaltanordnung (10) des sekundären Stromkreises (14) mit der primären Steuereinrichtung (16) oder mit der sekundären Steuereinrichtung (18) zum Unterbrechen des Stromflusses von der Haupt-Energiequelle (6) zum sekundären Stromkreis (14).
13. Verfahren nach Anspruch 12 , ferner umfassend die Schritte: S3a: Bereitstellen von primären Funktions-Informationen (I-PF) basierend auf dem Betriebszustand des primären elektrischen Verbrauchers (2) und Bereitstellen von sekundären Funktions-Informationen (I-SF) basierend auf dem Betriebszustand des sekundären elektrischen Verbrauchers (4); S4a: falls die primären Funktions-Informationen (I-PF) einen fehlerhaften Betriebszustand des primären elektrischen Verbrauchers (2) anzeigen, Ansteuern der primären Schaltanordnung (8) des primären Stromkreises (12) mit der primären Steuereinrichtung (16) oder mit der sekundären Steuereinrichtung (18) zum Unterbrechen des Stromflusses von der Haupt-Energiequelle (6) zum primären Stromkreis (12); und S5a: falls die sekundären Funktions-Informationen (I-SF) einen fehlerhaften Betriebszustand des sekundären elektrischen Verbrauchers (4) anzeigen, Ansteuern der sekundären Schaltanordnung (10) des sekundären Stromkreises (14) mit der primären Steuereinrichtung (16) oder mit der sekundären Steuereinrichtung (18) zum Unterbrechen des Stromflusses von der Haupt-Energiequelle (6) zum sekundären Stromkreis (14), vorzugsweise ferner umfassend in Anschluss an S4a den Schritt: S4b: Versorgen des primären Stromkreises (12) mit elektrischer Energie durch eine primäre Energie-Zwischenspeichereinheit (44); und/oder im Anschluss an S5a den Schritt: S5b: Versorgen des sekundären Stromkreises (14) mit elektrischer Energie durch eine sekundäre Energie-Zwischenspeichereinheit (46); und/oder vorzugsweise ferner umfassend den Schritt: S6: Falls ein Quell-Fehler (F-Q) an der Haupt-Energiequelle (6) festgestellt wird, Ansteuern der primären Schaltanordnung (8) des primären Stromkreises (12) mit der primären Steuereinrichtung (16) oder mit der sekundären Steuereinrichtung (18) zum Unterbrechen der Energieversorgung mit Energie der Haupt-Energiequelle (6) des primären Stromkreises (12) und Ansteuern der sekundären Schaltanordnung (10) des sekundären Stromkreises (14) mit der primären Steuereinrichtung (16) oder mit der sekundären Steuereinrichtung (18) zum Unterbrechen der Energieversorgung mit Energie der Haupt-Energiequelle (6) des sekundären Stromkreises (14).
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13 , ferner aufweisend zum Testen der Funktionsfähigkeit des Redundanz-Schaltsystem (1), die Schritte: S10: Schließen des primären Stromkreises (12) mit der primären Schaltanordnung (8); S20: Aufnehmen primärer Stromkreis-Informationen (I-PS) des primären Stromkreises (12); S30: Gleichzeitiges Betätigen eines ersten Primärschalters (20) und eines zweiten Primärschalters (22) einer primären Wechselschaltung (28) des primären Stromkreises (12); S40: Vergleich der primären Stromkreis-Informationen (I-PS) vor und nach dem Schalten, S50: Schließen des sekundären Stromkreises (14) mit der sekundären Schaltanordnung (10); S60: Aufnehmen sekundärer Stromkreis-Informationen (I-SS) des sekundären Stromkreises (14); S70: Gleichzeitiges Betätigen eines ersten Sekundärschalters (24) und eines zweiten Sekundärschalters (26) einer sekundären Wechselschaltung (30) des sekundären Stromkreises (14); und S80: Vergleich der sekundären Stromkreis-Informationen (I-SS) vor und nach dem Schalten; und vorzugsweise ferner umfassend die Schritte: S40a: Ausgabe einer Primär-Fehlermeldung (P-FM), wenn die in S40 verglichenen primären Stromkreis-Informationen (I-PS) vor und nach dem Schalten um einen vorbestimmten primären Schwellwert (P-SW) voneinander abweichen. S80a: Ausgabe einer Sekundär-Fehlermeldung (S-FM), wenn die in S80 verglichenen sekundären Stromkreis-Informationen (I-SS) vor und nach dem Schalten um einen vorbestimmten sekundären Schwellwert (S-SW) voneinander abweichen.
15. Fahrzeug (100), aufweisend ein Redundanz-Schaltsystem (1) zur elektrischen Energieversorgung von wenigstens einem primären elektrischen Verbraucher (2) in dem Fahrzeug (100) und einem sekundären elektrischen Verbraucher (4) in dem Fahrzeug (100), wobei das Redundanz-Schaltsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 - 11 ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der primäre elektrische Verbraucher (2) ein elektrischer Verbraucher aus einer Gruppe ist, die Gruppe umfassend: - eine elektromechanische Bremseinheit, ein elektrisches Lenksystem, eine Bordelektronik, ein Beleuchtungssystem, ein Fahrerassistenzsystem, ein pneumatisches oder hydraulisches Bremssystem, ein Stabilitätsregelsystem, ein Sensorreinigungssystem, ein Brennstoffzellensystem, ein Drucklufterzeugungssystem, ein Druckluftaufbereitungssystem, ein Luftfedersystem, ein Kupplungssystem, ein Getriebesteuersystem, ein Fahrzeugflottenmanagementsystem, ein Fahrzeugantrieb; und wobei vorzugsweise der sekundäre elektrische Verbraucher (4) ein anderer oder ein redundanter elektrischer Verbraucher aus der Gruppe ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Redundanz-Schaltsystem zur elektrischen Energieversorgung von wenigstens einem primären elektrischen Verbraucher in einem Fahrzeug und einem sekundären elektrischen Verbraucher in dem Fahrzeug. Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zur redundanten Energieversorgung eines primären elektrischen Verbrauchers und eines sekundären elektrischen Verbrauchers in einem Fahrzeug, sowie ein Fahrzeug. In modernen Fahrzeugen werden zahlreiche verschiedene, oft sicherheitsrelevante, Komponenten mit elektrischer Energie betrieben und/ oder versorgt. Dazu zählen unter anderem elektromechanische Bremseinheiten, Fahrerassistenzsysteme, Lenksysteme und Beleuchtungssysteme. Bereitgestellt wird die elektrische Energie von einer oder mehreren Haupt-Energiequellen. Für elektrisch angetriebenen Fahrzeuge kann dies die Antriebsbatterie sein. Elektrische Energie kann aber auch z.B. von einer weiteren Batterie oder einer Lichtmaschine bereitgestellt werden. Aus Gründen der Verkehrssicherheit ist es erforderlich, bei im Betrieb auftretenden Fehlern an einzelnen elektrisch betriebenen Komponenten und/oder Stromkreisen, diese fehlerhaften Komponenten und/oder Stromkreise von anderen Komponenten und/oder Stromkreisen elektrisch zu trennen. Etwa soll ein auftretender Kurzschluss oder ein zu hoher Stromverbrauch an einer Komponente von anderen elektrisch betriebenen Komponenten und/oder der Haupt-Energiequelle getrennt werden, um andere Komponenten nicht zu beschädigen und/oder um die Haupt-Energiequelle nicht zu entladen. Die EP 3 626 543 A1 lehrt hierzu den Einsatz eines Schutzkreises zur redundanten Energieversorgung wenigstens zweier elektrischer Stromkreise, wobei ein oder zwei Mikrocontroller ein Logikgatter-Element so steuern, dass ein erster Stromkreis und ein zweiter Stromkreis geschlossen oder unterbrochen werden. Nachteilig ist an dieser Lösung, dass für das Logikgatter-Element selbst keine redundante Sicherung existiert. Im Falle eines Defekts des Logikgatter-Elements ist die Schaltung nicht funktionsfähig. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes und sichereres Redundanz-Schaltsystem für Fahrzeugkomponenten bereitzustellen, mit dem zusätzliche Fehlerfälle des Redundanz-Schaltsystems berücksichtigt werden können. Diese Aufgabe wird durch eine Redundanz-Schaltsystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Ein derartiges Redundanz-Schaltsystem zur elektrischen Energieversorgung von wenigstens einem primären elektrischen Verbraucher in einem Fahrzeug und einem sekundären elektrischen Verbraucher in dem Fahrzeug weist auf: Eine Haupt-Energiequelle zum Bereitstellen elektrischer Energie; wenigstens eine primäre Schaltanordnung und eine sekundäre Schaltanordnung, wobei die primäre Schaltanordnung dazu ausgebildet ist, einen primären Stromkreis zwischen der Haupt-Energiequelle und dem primären elektrischen Verbraucher zu schließen oder zu unterbrechen, und wobei die sekundäre Schaltanordnung dazu ausgebildet ist, einen sekundären Stromkreis zwischen der Haupt-Energiequelle und dem sekundären elektrischen Verbraucher zu schließen oder zu unterbrechen, wenigstens eine primäre Steuereinrichtung zum Schalten der primären Schaltanordnung mit einem Primär-Primär-Schaltsignal und der sekundären Schaltanordnung mit einem Primär-Sekundär-Schaltsignal und eine sekundäre Steuereinrichtung zum Schalten der primären Schaltanordnung mit einem Sekundär-Primär-Schaltsignal und der sekundären Schaltanordnung mit einem Sekundär-Sekundär-Schaltsignal. Die Haupt-Energiequelle ist vorzugsweise eine Batterie oder eine Lichtmaschine. Der primäre elektrische Verbraucher und der sekundäre elektrische Verbraucher können von derselben Gattung sein, d. h. beispielsweise kann der primäre elektrische Verbraucher eine erste elektromechanische Bremseinheit und der sekundäre elektrische Verbraucher eine zweite elektromechanische Bremseinheit sein. Es ist bevorzugt, dass der primäre elektrische Verbraucher anderer Art ist als der sekundäre elektrische Verbraucher. Beispielsweise kann der primäre elektrische Verbraucher ein Fahrerassistenzsystem oder eine Komponente eines Fahrerassistenzsystems sein und der sekundäre elektrische Verbraucher kann eine elektromechanische Bremseinheit sein. Auch andere Kombinationen gängiger elektrischer Verbraucher in einem Fahrzeug sind möglich und bevorzugt. Der primäre elektrische Verbraucher wird über einen primären Stromkreis mit elektrischer Energie von der Haupt-Energiequelle versorgt. Der sekundäre elektrische Verbraucher wird über einen sekundären Stromkreis mit elektrischer Energie von der Haupt-Energiequelle versorgt. Die Versorgung mit elektrischer Energie meint hier das Bereitstellen einer für den Betrieb der jeweiligen Komponente benötigten Betriebsspannung und -stromstärke. Der primäre Stromkreis kann mittels der primären Schaltanordnung, die zwischen der Haupt-Energiequelle und dem primären elektrischen Verbraucher angeordnet ist, geschlossen