用于监测机动车的车载网络的方法与流程

1.本发明涉及一种根据本发明的用于监测机动车的车载网络(bordnetz)的方法。


背景技术：

2.从wo 2018/077658 a1已知一种用于监测具有自动化驾驶功能的机动车的方法和一种用于执行该方法的设备。在此，根据负载特性中的至少一个来预测能量存储器的至少一个特征参量，并且根据能量存储器的所预测的特征参量来启用、阻止、退出或影响与该负载特性相关的运行模式和/或自动化驾驶功能。
3.从de 102018212369 a1中已知一种用于监测机动车中的能量供应的方法，其中，在子车载网络中，至少一个能量存储器给多个、优选与安全相关的(sicherheitsrelevant)用电器供应能量。检测能量存储器的和/或至少一个用电器的至少一个测量参量，其中，设置表示(abbilden)子车载网络的至少一个线束模型。设置参数估计器，其在使用测量参量的情况下估计该线束模型的至少一个特征参量。
4.从de 102018219222 a1中已知一种用于运行电动车辆的方法。在此，用于电池的充电策略是基于机械轨迹来求取的，该机械轨迹代表车辆的未来运行的扭矩曲线。
5.从de 10201821277 a1中已知一种用于监测机动车的车载网络的方法。在此，通过模拟来检查在当前电池状态和车载网络状态下哪个安全停止场景是可用的。此外，还提出车载网络中的相应措施，并求取这些措施对各种场景可用性的直接影响的分析。


技术实现要素：

6.本发明基于如下任务：尤其在具有高安全要求的车载网络的情况下，例如与自动化驾驶功能有关地进一步提高可用性。该任务通过根据本发明的用于监测机动车的车载网络的方法来解决。
7.相比之下，根据本发明方法具有如下优点：将导致与安全相关的用电器处的欠压(unterspannung)的潜在故障排除。车载能量网络的可用性提高，因为各个组件的各个阈值(例如线路的最大电阻)可以降低到统一的阈值。各个操作、尤其是驾驶操作在性能技术方面得到满足。因此，排除与安全相关的用电器的由于欠压导致的故障。此外，车载能量网络的组件(例如能量存储器)可以尺寸定得更小，因为可以更加目标准确地实现与安全相关的用电器的特征参量的相应预测。
8.在一种符合目的的扩展方案中设置，在所预测的特征参量低于极限值的情况下，拒绝操作的启用，和/或进行操作的匹配，和/或产生关于操作的可执行性的相应信息。由此可以排除危险的(kritisch)操作，或者说仅准许不令人担心(unbedenklich)的那些操作。由此增加车辆的可用性。
9.在一种符合目的的扩展方案中，设置以下步骤：接收由车辆控制装置针对相应的操作所询问的电流特性(stromprofil)或功率特性(leistungsprofil)，将所询问的电流特性处理为由能量存储器待提供的电流特性或功率特性和/或处理为用于对参与操作的与安
全相关的用电器进行供电的每个线路的电流特性或功率特性。因此，可以目标准确地将分别由车辆控制装置询问的、对安装在相应车载网络中的具体用电器的操作转换为相应的电流特性。可以定义车辆控制装置与车载网络监测装置之间的统一接口。
10.在一种符合目的的扩展方案中，设置与安全相关的用电器的至少一个模型，通过该至少一个模型尤其在不同操作的情况下估计与安全相关的用电器的电流特性或功率特性。由此可以通过相应的电流特性特别简单地考虑不同的情况。灵活性进一步增加。
11.在一种符合目的的扩展方案中设置，根据用电器的状态求取电流特性或功率特性。因此，尤其可以在评估确定操作时首先考虑与安全无关的用电器的当前基本负载，并且必要时在稍后的时刻才采取应对措施。准确度增加。可能可以避免负载关断。
12.在一种符合目的的扩展方案中设置，对于确定的操作，存储固定定义的电流特性或功率特性，其中，根据固定定义的电流特性或功率特性求取能量存储器可预测地(vorausssichtlich)加载有的电流特性或功率特性。由此简化或加速计算，其方式为：另外的组件不必提供数据。
13.在一种符合目的的扩展方案中设置，模型尤其从车辆控制装置接收传感器数据。由此可以在使用模型时进一步提高准确度。
14.在一种符合目的的扩展方案中设置，车载网络模型接收线路电阻，尤其是从线束诊断接收线路电阻。由此进一步提高布置的准确度，其方式为：还考虑更新的线路电阻中的老化效应。
15.在一种符合目的的扩展方案中，设置功率分配器，与安全相关的用电器通过该功率分配器受到保护，并且该功率分配器与能量存储器连接。在该功率分配器中，可以收集用于监测车载网络的所有相关数据，因为在那里总归在使用特别准确的预测的情况下进行与安全相关的用电器的特殊保护。
16.在一种符合目的的扩展方案中设置，功率分配器包括至少一个开关装置，以用于将具有与安全相关的用电器的车载网络分支与另一车载网络分支分隔开，该另一车载网络分支给与安全无关的用电器供应能量。通过这种开关装置可以抑制其他车载网络分支对与安全相关的用电器的供电产生的负面反作用并且因此提高与安全相关的用电器的可用性。
17.在一种符合目的的扩展方案中设置，使用电压作为与安全相关的用电器的所预测的特征参量。因此可以特别简单地预测可能的功能限制，并且还可以经由车载网络模型容易地求取这些功能限制。
18.从另外的优选实施方式中和从说明书中得出另外的符合目的的扩展方案。
附图说明
19.附图示出：
20.图1示出车载网络，
21.图2示出经简化的车载网络模型，
22.图3示出功能作用链的结构，
23.图4示出车辆的不同操作，
24.图5示出监测车载网络的第一实施例，
25.图6示出监测车载网络的第二实施例，
26.图7示出监测车载网络的第三实施例。
具体实施方式
27.基于实施例示意性示出并且在下文中参照附图详细描述本发明。
28.图1示出由车载网络10组成的能量供应系统的可能的拓扑，该车载网络包括能量存储器12(尤其是具有相关的传感器14、优选电池传感器的电池12)以及多个尤其与安全相关的用电器16，所述与安全相关的用电器由电功率分配器18保护或操控。用电器16涉及具有高要求或高保护需求的特殊用电器，一般称为与安全相关的用电器16。在此例如涉及电转向装置和/或制动系统作为这样的组件：无论如何必须给这些组件供电，以便在故障情况下确保车辆的转向和/或制动。为此，单独检测相应用电器16的相应特征参量，并且在偏离可容忍值的情况下打开相应开关15以保护相应用电器16。
29.在功率分配器18的一个连接端(端子kl30_1)处也连接能量存储器12。传感器14能够检测电特征参量，例如能量存储器12处的电压ub和/或通过能量存储器12的电流ib和/或能量存储器12的温度tb。传感器14可以由所求取的电特征参量ub、ib、tb求取例如能量存储器12的充电状态soc或能量存储器12的其他特征参量。在功率分配器18的另一连接端(kl30_1)——在该另一连接端处也连接能量存储器12——处，可选地还设置用于至少一个另外的用电器25的另外的供电支路。可选的用电器25可以通过熔断器23受到保护。还可以设置另外的用电器25，其也可以通过熔断器23受到保护。这些用电器25涉及这样的用电器，即使在功率分配器18中的开关装置19断开或打开时，仍然应由能量存储器12给这些用电器供应能量，即优选地涉及这样的安全关键的(sicherheitskritisch)用电器25或在与供电安全有关的干扰的产生方面关键的用电器25。因此，在连接端kl30_1处连接(可选的)与安全相关的或安全关键的车载网络路径。
30.功率分配器18能够求取相应的特征参量，例如用电器16的电压uv、电流iv。此外，功率分配器18还能够求取能量存储器12的相应特征参量，例如电压ub和/或电流ib和/或温度tb。为此，功率分配器18包含相应的传感装置。功率分配器18同样具有相应的处理装置，例如用于存储或分析处理所检测的参量的微控制装置13。微控制装置13还能够操控相应的开关15或开关装置19的开关装置(高电流断路开关)。替代地，分析处理也可以在其他的控制设备中进行。
31.由功率分配器18供电的用电器16可以包括例如与安全相关的车辆功能(例如制动、转向等)、尤其是在保护需求方面具有高要求的用电器16。通常，与安全相关的用电器16、25涉及特别值得保护的、例如为了维持一定紧急功能所必需的用电器。除了所描述的功能(例如转向和制动)之外，还可以涉及这样的功能：例如在发生事故之后如果可能这些功能仍应是功能有效的(funktionst
ü
chtig)，例如约束系统、用于打开和关闭车门的关闭系统、例如用于进行(absetzen)电子紧急呼叫的紧急呼叫系统、天窗功能、照明等。
32.基本车载网络10具有相对于高压车载网络20更低的电压水平u1，例如可以涉及14v车载网络。在基本车载网络10与高压车载网络20之间布置有直流电压转换器22。高压车载网络20例如包括能量存储器24(例如高压电池，可能具有集成电池管理系统)、示例性示出的负载26(例如舒适性用电器，例如以提高的电压水平供应的空调设备等)以及电机28。在这种情况下，将高于基本车载网络10的电压水平u1的电压水平u2理解为高压。如此，例如
可以涉及48伏车载网络。替代地，尤其是在具有电驱动装置的车辆中可以涉及更高的电压水平。替代地，可以完全取消高压车载网络20。
33.在功率分配器18的连接端(kl30_0)与直流电压转换器22之间布置有另一支路或另一子车载网络，以用于供应另外的用电器17。相应的用电器17经由相应的熔断器23受到保护，如示例性所示的那样。这些用电器17通常涉及舒适性用电器或与安全无关的用电器。舒适性用电器17和熔断器23可以根据应用划分为主组和子组，并且因此进行分组。其涉及这样的用电器17：这些用电器的特征不在于高的安全相关性(例如用电器25)，或者说不在于保护需求方面的高要求(例如用电器16)。通过经由打开开关装置19隔离故障可以防止这些用电器17对与安全相关的用电器25或16的反作用。因此，开关装置19布置在用电器17和与安全相关的用电器25和/或具有高的保护需求的用电器16之间。
34.经由另一直流电压转换器22'，至少一个或另外的、尤其是与安全相关的通道或车载网络分支10'可以与高压车载网络20连接。与安全相关的通道可以分别具有另外的电子功率分配器18'。可选地，另外的功率分配器18'也可以直接地、在没有另外的直流电压转换器22'的情况下连接至与功率分配器18相同的连接端kl30_0。另外的电子功率分配器18'可以用于保护、操控以及安全且可靠地关断与安全相关的用电器16'或电子能量网络分配。这些用电器16'可以功能冗余地构造为这样的用电器16：这些用电器通过车载网络10的其他的与安全相关的分支来供电。此外，另外的电子功率分配器18'能够检测流动的用电器电流或施加的电压。这种简要描述的、可选的实施方案可以设置用于例如用于自主驾驶的高度可用的设计以提高安全性。在另外的车载网络分支中还可以设置具有另外的传感器14'的另外的能量存储器12'。
35.例如，在该实施例中，将电池或蓄电池描述为可能的能量存储器12、24。然而，替代地，可以同样地使用适合于该任务的其他能量存储器，例如基于电感或电容的装置、燃料电池、电容器等。
36.图2示出经简化的车载网络模型30。该车载网络模型例如由两个(i＝2)与安全相关的用电器(16i)16.1、16.2组成，这些用电器分别由功率分配器18供电，如也在图1中更详细示出的那样。电流i1流经一个用电器16.1，另一电流i2流经另一用电器16.2。在一个用电器16.1处第一电压u1下降，在另一用电器16.2处另一电压u2下降。电阻r11、r12表示一个用电器16.1的分支中的线束电阻，电阻r21、r22表示另一用电器16.2的分支中的线束电阻或线路电阻。具有电压ub的能量存储器12以电流i3馈给功率分配器18。也设置在能量存储器12的分支中的电阻r31、r32表示该分支的相关线束电阻或线路电阻。在车载网络模型30中未明确示出用电器17，其也经由基本负载(状态40)使能量存储器12负载并且因此也进入到所预测的输出电压up_b的求取中。所预测的电压up_b的求取可以例如通过传感器14进行，该传感器可以包括能量存储器12的模型。根据图3，通常设置有用于监测能量存储器12的块32，该块求取所预测的输出电压up_b并且例如将最小输出电压ubmin传递至车载网络模型30或至监测装置34，在该监测装置中实现车载网络模型30。
37.为了预测相应的与安全相关的用电器16i处的端电压ui，三个因素是至关重要的。所预测或假定的、以电流特性形式的功率特性lp或lpges既由用电器16i的电流特性lpi又由用电器17的基本负载的电流特性组成，其中，该用电器16i由驾驶操作所需，该用电器17必须是与安全无关的，例如用于高度自动化驾驶的计算机(对于该计算机，欠压是关键的，
该计算机独立于驾驶情况并以大致相同多的电流运行)、座椅加热装置等。将所有的、尤其是相应操作所需的用电器16i的整个所预测的功率特性lpges连同与安全无关的用电器17的基本负载40换算成能量存储器12必须提供的所预测的电流特性ib_p50。能量存储器12的所预测的电流特性ib_p用于能量存储器12的电压ub_p的预测。能量存储器12的电压ub_p的预测例如提供给例如监测装置32或传感器14，其为此例如访问能量存储器12的模型。求取尤其能量存储器12的最小的所预测的电压ub_min并将其与极限值进行比较，在低于该极限值的情况下将假定车载网络10的关键状态。
38.根据用电器16、17的用电器类型(欧姆的、功率相关的、电压相关的)，将整个与安全相关的用电器16的整个电流特性换算为各个与安全相关的用电器16i的各个电流特性70i(ix)。这些借助节点方法相应地相加。
39.相应线路或相应分支的电阻rx必须是已知的。该电阻可以要么假定为恒定值、要么例如通过线束诊断36或线束模型来确定。借助能量存储器12处所预测的最小电压ubmin、电阻rx和相应的电流特性ix 70i，可以确定线路上的电压降(rx*ix)。在此，在必要时也还考虑车载网络模型的具有相关电阻的另一分支中的与安全无关的用电器17的基本负载40。
40.经由车载网络模型30，在确定的负载(该负载在用于使车辆转变为安全停车的确定操作下出现)下，可以根据如下公式预测通过所涉及的线路的相应电流ii或ix或在相应的用电器16i处下降的电压ui：
[0041][0042]
其中，ui是相应的、尤其是与安全相关的用电器16i、17处的电压，
[0043]
ubatt是能量存储器12处的电压(或者说ub_p)，
[0044]
rx是所涉及的线路电阻，
[0045]
ix是通过所涉及的线路的预测的电流。
[0046]
如此，例如用电器16.1(例如转向装置)处的电压u1经由如下公式求取：
[0047]
u1＝ubatt-i3*(r31+r32)-i1*(r11+r12)
[0048]
至关重要的是将能量存储器12的诊断、线束诊断或关于车载网络模型30的相应参数的求取以及尤其是与安全相关的用电器16的功率特性或电流特性64ix的预测或确定进行组合。如果用电器16将接收所预测的或由车辆控制装置60所询问的电流特性64，则能量存储器12的诊断提供能量存储器12的所预测的端电压ub_p作为输出参量。线束诊断求取相应的线束电阻或线路电阻rx。该功能可以创建关于未来功率特性或电流特性64的预测。未来功率特性或电流特性64取决于相应所需的驾驶操作(例如完全制动、双车道变换等)、车辆周围环境(例如天气、路线)以及激活的用电器16、17(例如座椅加热装置、信息娱乐、用于高度自动化驾驶的计算机等，以基本负载的形式40)。例如，如果在与安全相关的用电器16处预测到欠压(ui＜umin)，则可以对此采取措施44。其有效性可以借助所预测的功率特性或电流特性64(该功率特性或电流特性由于采取的措施可能已经改变)来在其充分性方面进行重新检查，如已经描述的那样。
[0049]
图3示出用于监测与安全相关的用电器16的共同起作用的组件的示意性概览。能量存储器12的监测装置32接收或包括能量存储器12的参数46，如其例如用于能量存储器12
的建模。此外，监测装置32接收例如能量存储器12的相应的实际参量，例如电压ub和/或电流ib和/或温度tb。这些实际参量可以例如由传感器14、尤其是电池传感器提供。此外，监测装置32接收关于放电48或功率特性lpges(例如通过典型场景中的相应电流特性)的信息和/或电流特性50，例如最大电流，以该最大电流可预测地加载能量存储器12。能量存储器12的监测装置32在使用能量存储器12的合适模型的情况下确定能量存储器12的特征参量，例如所预测的最小电压ub_min，在能量存储器12处的相应负载的情况下能够可预测地设置该最小电压。这些表示特征的、预测的参量ub_min以及不同用电器16、17的线束电阻rx和状态信息40(例如基本负载和/或关于哪些用电器16、17处于激活状态的信息，由此能够求取基本负载)到达车载网络10的监测装置34。由此，监测装置34求取用于车辆控制装置60的输入参量42和/或求取待采用的措施44。
[0050]
在图4中以图形方式示出，车辆虽然设置计划的操作52，然而由于相关的与安全相关的用电器16中的关键的极限值而不能以计划的形式实施该操作。然后，监测装置34可以例如促使至少一个基本负载或与安全无关的用电器17的关断53作为措施44。这可能导致如下：计划的操作52实际上也可以虽然在基本负载关断的情况下、然而在遵循与安全相关的用电器16的允许的电压极限值的情况下执行(在基本负载关断之后以操作55的形式)。替代地，计划的操作52可以以稍微修改的方式和方法(例如通过更温和的转向，这将导致较低的能量需求并且因此可能将导致遵循与安全相关的用电器16的允许的极限值)作为经匹配的操作57来执行。替代地，计划的操作52可以以经更改的操作56的形式来实施。例如，在该实施例中，不应避开障碍物(最初计划的操作52)，而应及时制动(经更改的操作56)。在此，如此选择经更改的操作56的能量需求或相关的、所询问的电流特性64，使得遵循与安全相关的用电器16(例如在这种情况下为制动系统)的允许的极限值(尤其是电压极限值)。
[0051]
根据图5的实施例尤其适用于自动化级别3或更高(根据sae j3016定义)。在此，车辆控制装置60基于计划的驾驶操作52和相关的轨迹创建电流特性64。该电流特性64(最初仅由车辆控制装置60询问)是对用于各个用电器16、17的未来负载的预测。监测装置34包括转换装置68，其将车载网络中的每个线路或支线的各个电流特性70ix(例如用于相应支线的相应最大电流)提供给车载网络模型30。车载网络模型30也是监测装置34的组成部分。其包含能量存储器的最小电压ub_min作为输入参量，但是或者例如通过传感器14本身预测能量存储器的最小电压ub_min，如在模拟的框架内在使用能量存储器12的模型和相应负载特性的情况下对其所预测的那样。此外，车载网络模型30接收相应的线束电阻rx。由此可以计算线路上的电压降，可能还在考虑到与安全无关的用电器17的基本负载的情况下。车载网络模型30在使用所提供的参量的情况下、尤其是在能量存储器12的预期最小电压ub_min和相应线路的相应电流特性70下求取对于相应的与安全相关的用电器16i而言最小的特征参量或用电器电压ui_min。在块62中分析处理不同用电器16i处的这些端电压ui。在此，根据现有的可能性，可以采取一个或多个措施44或将关于操作52的可执行性的相应信息66通报回至车辆控制装置60。随后，车辆控制装置60可以基于在车辆控制装置60中经更改的轨迹或相对于计划的操作52经匹配的操作54或经更改的操作56询问经更改的电流特性64。因此，仅当询问(所询问的负载特性64)由车辆控制装置60提出时才实施该功能。如有必要，需要借助车辆控制装置60进行多次迭代循环。
[0052]
现在，在根据图6的实施例中，固定定义的电流特性72存储在监测装置34中。这些
固定定义的电流特性72对应于在最坏情况(worst-case fall)下(例如全制动)的固定定义的操作52。借助这些电流特性72，现在可以预测与安全相关的用电器16i处的电压ui。这基本上与根据图5的实施例一致地进行。再次，转换装置68用于将固定定义的电流特性72转换为用于每个线路的电流特性70ix或转换为用于能量存储器12的电流特性50，再次根据用电器16、17的相应状态40。在必要时，这可以针对每个固定定义的电流特性72重复并且可以预测相应的与安全相关的用电器16i处的相关电压ui。现在，分析处理装置62针对每个固定定义的电流特性72将关于操作的可执行性的反馈或信息66(哪些驾驶操作52是可执行的)提供给车辆控制装置60。在分析处理装置62中，为此例如可以将与安全相关的用电器16i处的相应电压ui与用于相应用电器16i的确定极限值进行比较，并且例如可以在低于最小电压的情况下触发应对措施。例如，由于制动系统的线路电阻rx增加，制动操作可能变得关键。因此，最坏情况驾驶操作由于其相应的电流特性受阻。在不考虑车辆控制装置60的情况下采取措施44。该功能循环执行，以便输出始终匹配于车载网络10的当前状态。由此，车辆控制装置60的确定操作52受阻，从而轨迹仅能由允许的操作生成。
[0053]
根据图7的实施例的特征在于，监测装置34包括与安全相关的用电器16的模型76。例如，存储用于转向装置的模型76.1、用于制动系统的模型76.2和用于电子稳定程序的模型76.3。模型76配备有来自车辆控制装置60的传感器数据74。由此，对于不同环境情况中的不同的可能的驾驶操作，计算最大电流作为电流特性64i的示例。在一种替代的简化中，模型76可以由相应的查找表代替。如先前已经在实施例中所描述的那样，可以计算相关用电器16i处的相应电压ui。随后，通知车辆控制装置60可以调用哪些驾驶操作84或该驾驶操作的哪些相关参数。附加地，呈结果80的形式的反馈从分析处理装置62返回到模型76。模型76还将假设的驾驶操作78或用电器16i的假设的电流特性64i转发给分析处理装置62。此外，模型76可以借助用电器16的经匹配的电流特性来观察，并且重新计算用电器16处的电压ui。通过这种变化保证总是传递可能的操作52或可能的负载特性。
[0054]
借助负载特性84(每个组件的驾驶操作、扭矩特性)，用于轨迹规划(如其可以在车辆控制装置60中实现的那样)的框架条件由分析处理装置62预给定。由此，轨迹可以相应于车载网络状态来生成。在此，轨迹仅在给定的框架条件中允许生成，如由分析处理装置62预给定并传递给车辆控制装置60的那样。车辆控制装置60可以通过操作传感器数据74来测试可能的未来的环境参数。因此，向车辆控制装置60持续地提供关于哪些驾驶操作52是可能的反馈。作为附加的措施，例如可以降低车辆速度和/或结束自动化驾驶功能，如通过信号82通知的那样。然后，必要时在车辆控制装置60中实现该措施。
[0055]
特别有利地，所描述的监测装置34在负载分配器18中实现。因此，这是非常有利的，因为在负载分配器18中存在所有相关的参量，如所描述的那样。这尤其是对于所预测的特征参量和实际特征参量的可能比较是有利的。