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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern von zwei seriell angeordneten Relais, die eine Last mit zwei je nach Fahrsituation verschiedenen Sicherheitsstufen in einem Fahrzeug schalten, sowie eine entsprechende Vorrichtung zum Ansteuern von zwei seriell angeordneten Relais, die eine Last mit zwei je nach Fahrsituation verschiedenen Sicherheitsstufen in einem Fahrzeug schalten.
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Stand der Technik
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Die Möglichkeit von Fehlfunktionen steigt auch mit der stetig wachsenden Komplexität elektronischer Komponenten in Fahrzeugen. Wenn eine sicherheitsrelevante Komponente von einer solchen Fehlfunktion betroffen ist, kann dies im schlimmsten Fall zu einem Schaden eines Menschen führen. So werden in Kraftfahrzeugen immer mehr sicherheitskritische Verbraucher angesteuert. Dabei ist zu unterscheiden zwischen solchen Verbrauchern, deren sicherer Zustand „aus“ ist, wie beispielsweise der Motor oder der Anlasser, und solchen Verbrauchern, bei denen der sichere Zustand „ein“ ist, wie beispielsweise eine elektrisch gesteuerte Lenkung oder andere Funktionen des autonomen Fahrens. Weiterhin sind auch Verbraucher ohne eine besondere Sicherheitseinstufung im Fahrzeug vorhanden, die aber hier nicht weiter betrachtet werden. Für die Verbraucher und die Ansteuerung hat sich dabei im Automobilbereich eine Einstufung entsprechend ISO 26262 etabliert. Ein Aspekt eine Ansteuerung oder elektrische Versorgung den Sicherheitsanforderungen anzupassen, ist das Einrichten von Redundanz. So wird beispielsweise der Anlasser eines Motors über zwei seriell angeordnete und unabhängig angesteuerte Relais geschaltet.
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US 2016 / 0 225 563 A1 offenbart eine Relaiseinheit und ein Verfahren zur Steuerung einer Relaisschaltung.
DE 199 56 698 C1 beschreibt eine Anordnung von zwei Schützen in Reihenschaltung, deren Auslösesignal mit einem veränderlichen Zeitversatz generiert wird.
DE 10 2015 006 206 A1 beschreibt ein Hochvoltsystem für ein Kraftfahrzeug. Dabei weist eine elektrische Leitung ein Schaltschutz zum galvanischen Trennen des Hochvoltbatteriepols von einem Anschluss auf, sowie ein Schaltelement, welches in Reihe zu dem Schaltschutz geschaltet ist, wobei der Hochvoltbatteriepol mittels des Schaltschutzes und/oder mittels des Schaltelements galvanisch von dem Anschluss trennbar ist.
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Ein paralleler Trend ist die Notwendigkeit von erhöhten Schaltzahlen der verwendeten Starter. So wird beispielsweise ein Motor durch die Funktion des Start-Stopp-Betriebs häufiger gestartet, als dies ohne diese Funktionalität der Fall war. Durch weitere hinzukommende Funktionen wird bei relaisgesteuerten Klemmen die maximale Schalthäufigkeit der Relais während eines Fahrzeuglebens überschritten. Ein Beispiel hierfür ist der zusätzliche Segelbetrieb eines Fahrzeugs, welcher eine zusätzliche Schalthäufigkeit für die beteiligten Relais bedeutet. Ein Lösungsansatz wäre ein Austausch der mechanischen Relais durch elektronische Relais, die eine erheblich höhere Schalthäufigkeit erlauben. Dies bedeutet jedoch einen erheblichen Neukonstruktionsaufwand und auch die Stückkosten würden steigen.
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Beschreibung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel eine Neuentwicklung der Schaltanordnung zum Schalten einer Last mit zwei je nach Fahrsituation verschiedenen Sicherheitsstufen in einem Fahrzeug zu vermeiden bei Einhaltung der Sicherheitsanforderungen. So ist es ein Ziel, bestehende Systeme zu befähigen, dass darauf wieder zuverlässig zurückgegriffen werden kann.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.
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Die Grundidee basiert darauf, zwei seriell angeordnete Relais entsprechend der geforderten Sicherheitsstufe anzusteuern, d.h. wenn eine redundante Absicherung gefordert wird, so werden immer beide seriell angeordneten Relais nicht-leitend geschaltet, jedoch wenn die Sicherheitsstufe auch eine einfache Absicherung erlaubt, so wird immer nur eines der beiden seriell angeordneten Relais nicht-leitend geschaltet.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ansteuern von zwei seriell angeordneten Relais ist im Folgenden beschrieben. Die Relais sind dazu eingerichtet, eine Last mit zwei je nach Fahrsituation verschiedenen Sicherheitsstufen in einem Fahrzeug zu schalten. Unter einer Sicherheitsstufe kann dabei eine Klassifikation entsprechend der „Automotive Safety Integrity Level“ (ASIL) verstanden werden, also (QM,) ASIL A, ASIL B, ASIL C oder ASIL D. In einem ersten Schritt a) des Abfragens wird eine Zustandsinformation des Fahrzeugs abgefragt. Die Zustandsinformation repräsentiert eine Bewegungszustandsinformation des betroffenen Fahrzeugs und ergänzend oder alternativ eine Segelbetriebsinformation des betroffenen Fahrzeugs. Unter einer Bewegungszustandsinformation kann eine Geschwindigkeit oder ein Geschwindigkeitswert ebenso verstanden werden wie eine binäre Unterscheidung zwischen „Fahrzeug steht“ und „Fahrzeug ist in Bewegung“. Unter einer Segelbetriebsinformation kann verstanden werden, dass das Fahrzeug sich im Segelbetrieb befindet oder die Möglichkeit dazu hat. Bei einem (Kraft-)Fahrzeug beschreibt der Begriff Segeln oder Segelbetrieb eine Funktion während der Fahrt den Verbrennungsmotor auszuschalten und vom Antriebsstrang abzukoppeln. So kann vorteilhafterweise die vorhandene Bewegungsenergie zur Fortbewegung genutzt werden, anstatt sie in Form von Schleppleistung zu verlieren. Das Segeln ist eine Ergänzung oder Erweiterung des Start-Stopp-System, bei dem der Motor erst im Stand ausgeschaltet wird. So erfolgt beim Segeln das Abstellen des Motors bereits beim Ausrollen. In einem anschließenden Schritt b) des Ermittelns wird eine Sicherheitsstufe ermittelt. Es wird je nach Fahrsituation zwischen zumindest zwei verschiedenen Sicherheitsstufen unterschieden, die unter Auswertung der Zustandsinformation bestimmt werden. So wird entweder eine niedrigere Sicherheitsstufe oder eine im Vergleich hierzu höhere Sicherheitsstufe ausgewählt. So kann es sich beispielsweise bei der niedrigeren Sicherheitsstufe um eine Einstufung nach ASIL B oder QM handeln und bei der höheren Sicherheitsstufe um eine Einstufung nach ASIL D handeln. In einem darauf folgenden Schritt c) des Wählens eines Relais der zwei seriell angeordneten Relais wird unter Anwendung einer Balancing-Vorschrift ausgewählt. Dies geschieht unter der Bedingung, dass die im Schritt b) ermittelte Sicherheitsstufe die niedrigere Sicherheitsstufe der zwei Sicherheitsstufen repräsentiert. Wenn ein erstes Anforderungssignal zum Ausschalten der Last empfangen wird, wird in einem darauf folgenden Schritt d) des Schaltens das gewählte Relais in einen nicht-leitenden Zustand geschaltet, wobei das nicht gewählte, weitere Relais in einem leitenden Zustand verbleibt. Da in einer niedrigeren Sicherheitsstufe eine einfache Absicherung ausreichend ist, kann somit ein Schaltzyklus eingespart werden. Wenn ein zweites Anforderungssignal zum Einschalten der Last empfangen wird, wird in einem Schritt e) des Schaltens das gewählte Relais in einen leitenden Zustand geschaltet, wodurch beide Relais wieder leitend geschaltet sind und die angeschlossene Last versorgt wird. Die Last stellt einen elektrischen Verbraucher dar. Bei der Last kann es sich dabei beispielsweise um einen Anlasser für einen Motor handeln. Alternativ bei einem Elektrofahrzeug kann es sich bei der Last direkt um ein Antriebsaggregat oder dessen Ansteuerung handeln.
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Unter einem leitenden Zustand des Relais kann ein geschlossenes Relais und unter einem nicht-leitenden Zustand kann ein geöffnetes Relais verstanden werden. Das Anforderungssignal ist je nach Art des Relais ausgebildet, je nachdem ob es sich um ein monostabiles oder um ein bistabiles Relais handelt. Bei einem monostabilen Relais kann das Anforderungssignal weiterhin je nach stabilem Zustand variieren. So kann das Anforderungssignal zum Ausschalten je nach Relaisart das Signal den Zustand bis zur nächsten Anforderung halten oder es handelt sich nur um einen relativ kurzen Schaltimpuls.
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Wenn die Bewegungszustandsinformation eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs oberhalb eines Geschwindigkeitsschwellwerts repräsentiert kann im Schritt b) des Ermittelns die niedrigere Sicherheitsstufe ausgewählt werden. Ferner kann im Schritt b) des Ermittelns die niedrigere Sicherheitsstufe ausgewählt werden, wenn die Segelbetriebsinformation einen Segelbetrieb des Fahrzeugs oder eine Möglichkeit für einen Segelbetrieb des Fahrzeugs repräsentiert. Der Geschwindigkeitsschwellwert kann beispielsweise mindestens 80 km/h, insbesondere zumindest 50 km/h, insbesondere mindestens 30 km/h oder insbesondere zumindest 5 km/h betragen. Dabei kann der Geschwindigkeitsschwellwert an eine Straßenart oder Straßensituation angepasst werden. Dabei kann die Straßenart oder Straßensituation aus einer Straßenkarte oder einem Navigationssystem eingelesen werden, die Straßensituation kann von einem Fahrzeugassistenten oder direkt aus einem Umfeldüberwachungssystem eingelesen werden. Insbesondere kann die Bewegungszustandsinformation an gesetzliche Anforderungen angepasst werden oder sein.
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So kann der Geschwindigkeitsschwellwert je nach geografischem Ort angepasst werden, um lokale (gesetzliche) Anforderungen zu erfüllen.
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Ferner wird im Schritt b) des Ermittelns die höhere Sicherheitsstufe ausgewählt, wenn die Bewegungszustandsinformation einen Stillstand des Fahrzeugs oder eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs unterhalb eines Geschwindigkeitsschwellwerts repräsentiert. In einer besonderen Ausführungsform kann der Geschwindigkeitsschwellwert 0 km/h betragen. Ansonsten gelten die genannten Geschwindigkeitsschwellwerte. Eine Mindestforderung ist für die niedrigere Sicherheitsstufe, dass das Fahrzeug zumindest in Bewegung ist. Bei einem stehenden Fahrzeug könnte ein unbeabsichtigtes Betätigen des Anlassers zu einem Starten des Motors führen und dadurch das Fahrzeug einen Satz machen und somit ein Sicherheitsrisiko darstellen. Wenn die Sicherheitsstufe nicht sicher bestimmt werden kann, kann die höhere Sicherheitsstufe als Standard gewählt werden.
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In einer Ausführungsform kann die Balancing-Vorschrift vorsehen, dass die zwei seriell angeordneten Relais abwechselnd ausgewählt werden, um so eine gleichmäßige Verteilung der Schaltzyklen zu erzielen. So reicht eine sehr kleine Speichereinrichtung zum Ablegen der Information über das zuletzt gewählte Relais, um eine gleichmäßige Auslastung zu gewährleisten.
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In einer speziellen Ausführungsform wertet die Balancing-Vorschrift eine erste Anzahl der getätigten Schaltvorgänge für das erste Relais und eine zweite Anzahl der getätigten Schaltvorgänge für das zweite Relais aus. Nun kann das Relais für weitere Schaltvorgänge ausgewählt werden, welches bis jetzt weniger belastet wurde. Dabei kann die Balancing-Vorschrift für einen Fahrzyklus immer das gleiche Relais schalten, bzw. das gleiche geschaltet lassen, und somit eine effizientere Abarbeitung ermöglichen. Trotzdem kann gewährleistet werden, dass über eine Fahrzeuglebensdauer die beiden Relais annähernd gleich belastet werden.
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Optional ist ein Schritt f) des Schalten der beiden Relais in einen nicht-leitenden Zustand vorgesehen, wenn ein erstes Anforderungssignal zum Ausschalten der Last empfangen wird und wenn die im Schritt b) ermittelte Sicherheitsstufe die höhere Sicherheitsstufe der zwei Sicherheitsstufen repräsentiert. So kann beispielsweise wenn das Fahrzeug steht, auch die dann geforderte redundante Abschaltung gewährleistet werden. Alternativ kann dies auch von einem parallel ablaufenden hierzu unabhängigen oder abhängigen Verfahren ausgeführt werden.
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Wenn der Schritt f) des Schaltens ausgeführt wurde, ist optional vorgesehen, dass im Schritt e) des Schaltens beide Relais in einen leitenden Zustand geschaltet werden, wenn ein zweites Anforderungssignal zum Einschalten der Last empfangen wird. So kann ein Einschalten der Last auch in dieser Situation ermöglicht werden
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Die erfinderische Idee lässt sich auch in einer Vorrichtung umsetzen, die Einrichtungen aufweist, um Verfahrensschritte einer Variante des oben beschriebenen Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen auszuführen. So umfasst eine Vorrichtung zum Ansteuern von zwei seriell angeordneten Relais, die eingerichtet ist, eine Last mit zwei je nach Fahrsituation verschiedenen Sicherheitsstufen in einem Fahrzeug zu schalten, die folgenden Einrichtungen:
- a) eine Einrichtung zum Abfragen einer Zustandsinformation, die eine Bewegungszustandsinformation des Fahrzeugs und/oder eine Segelbetriebsinformation des Fahrzeugs umfasst;
- b) eine Einrichtung zum Ermitteln einer Sicherheitsstufe der zwei je nach Fahrsituation verschiedenen Sicherheitsstufen unter Verwendung der Zustandsinformation;
- c) eine Einrichtung zum Wählen eines Relais der zwei seriell angeordneten Relais unter Verwendung einer Balancing-Vorschrift, wenn die im Schritt b) ermittelte Sicherheitsstufe eine niedrigere Sicherheitsstufe der zwei Sicherheitsstufen repräsentiert;
- d) eine Einrichtung zum Schalten des gewählten Relais in einen nicht-leitenden Zustand und des weiteren Relais in einen leitenden Zustand, wenn ein erstes Anforderungssignal zum Ausschalten der Last empfangen wird; und
- e) eine Einrichtung zum Schalten des gewählten Relais in einen leitenden Zustand, wenn ein zweites Anforderungssignal zum Einschalten der Last empfangen wird.
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Die hier beschriebene Vorrichtung kann als ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale und Signale von Steuergeräten verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale zum Ansteuern der seriell angesteuerten Relais ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere hard- und/oder softwaremäßig ausgebildete Schnittstellen aufweisen. Die Schnittstellen sind beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind, oder alternativ sind die Schnittstellen beispielsweise eigene, integrierte Schaltkreise oder bestehen zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen. Weiterhin können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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In einer Ausführungsform sind die zu schaltenden zwei seriell angeordneten Relais als mono-stabile Relais ausgebildet, die ohne ein anliegendes Schaltsignal in eine geöffnete Position schalten. So kann eine besonders sichere Ansteuerung realisiert werden. Monostabile Signalrelais haben nur eine stabile - die abgefallene - Stellung. Da dies der energieärmere Zustand ist, wird die abgefallene Stellung bei der Schaltungsgestaltung als Vorzugsausfallrichtung genutzt, da es wesentlich wahrscheinlicher ist, dass ein Relais fehlerhaft abgefallen als fehlerhaft angezogen ist.
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Um „common cause“-bedingte Fehler zu vermeiden kann eine technische Ausführung des ersten Relais Diversität zur technischen Ausführung des zweiten Relais aufweisen. Durch die Diversität der technischen Ausführung wird erreicht, dass eine durch die serielle Anordnung geschaffene Redundanz inhomogen ausgeführt ist.
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Die anhand eines Verfahrens vorgestellte erfinderische Idee kann auch als ein Computerprogrammprodukt umgesetzt sein mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie beispielsweise einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung von zwei seriell angeordneten Relais, die eine Last mit zwei je nach Fahrsituation verschiedenen Sicherheitsstufen in einem Fahrzeug ansteuern, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 ein Ablaufplan eines Verfahrens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 3 ein Ablaufplan eines Verfahrens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 4 ein Ablaufplan eines Verfahrens gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
- 5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine serielle Anordnung von zwei Relais R1, R2 zum Schalten einer Last, die hier durch die Klemme 50 KL50 repräsentiert wird. Das erste Relais R1 wird über einen ersten Steuereingang R1_AN angesteuert, das zweite Relais R2 wird über einen zweiten Steuereingang R2_AN angesteuert. Nur wenn beide seriell angeordneten Relais R1, R2 geschlossen sind, d.h. elektrisch leitend geschaltet sind, wird die Versorgung 10 auf die Klemme KL50 geschaltet.
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In einem Ausführungsbeispiel sind die Relais auf eine garantierte Schalthäufigkeit von 600.000 Schaltvorgängen/Schaltzyklen ausgelegt. Dies trifft beispielsweise auf eine Ansteuerung eines Anlassers in einem Fahrzeug zu. Hier gilt es, bei einem stehenden Fahrzeug ein unbeabsichtigtes Starten des Motors auszuschließen, da hierbei das Fahrzeug nach vorne springen und einen anderen Verkehrsteilnehmer verletzen könnte. Aus diesem Grund werden zwei unabhängig angesteuerte Relais in Serie angeordnet. Bei einer typischen Fahrzeugnutzung mit einer Start-Stopp-Automatik werden in etwa 310.000 Schaltvorgänge während der Fahrzeuglebensdauer erwartet. Somit ist die Systemauslegung ausreichend. Wenn aber nun zusätzlich ein Segelbetrieb vorgesehen wird, so steigt die Anforderung auf 800.000 Schaltzyklen, wodurch die garantierte Schalthäufigkeit der eingesetzten Relais überschritten wird. Eine Lösungsmöglichkeit wäre der Einsatz von teureren Relais mit einer erhöhten garantierten Schalthäufigkeit. Die im Folgenden dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen einen Ansatz, um die bestehenden Systeme für diese zusätzliche Funktionalität zu befähigen. So kann bei seriell geschalteten Relais, welche aus Sicherheitsgründen unabhängig angesteuert werden, durch eine geschickte Ansteuerung und der Beachtung der Funktionalen Sicherheit das Gesamtsystem der Relais so belastet werden, dass eine erhöhte Start/Stopp Anforderung in gewissem Rahmen ermöglicht wird.
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Die Lösung wird Anhand des hier in 1 dargestellten Beispiels Klemme KL50 gezeigt, ist aber für alle Systeme mit dieser Konfiguration beziehungsweise Sicherheitsanforderung gültig. Die genannten Schaltzyklen sind nur als Beispiele und für eine leichtere Nachvollziehbarkeit genannt und unterscheiden sich je nach Umsetzung und Applikation.
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Wie bereits dargestellt, beruht das Beispiel auf der Annahme, dass das Sicherheitsziel lautet: Fahrzeug darf sich nicht unkommandiert bewegen, wobei das Sicherheitsziel für ein stehendes Fahrzeug (in der Regel: Motor aus) anzuwenden ist. Das Sicherheitsziel bedeutet in diesem Fall, dass der Motor nur bei entsprechender Ansteuerung starten darf und nicht aufgrund eines (Hardware-) Fehlers sich von alleine startet. Befindet sich das Fahrzeug dagegen im Fahrbetrieb, bewegt es sich bereits und muss daher die Klemme KL50 nicht besonders schützen. Dabei kann das Fahrzeug als in Bewegung ab einer Geschwindigkeit oberhalb eines Grenzwertes angesehen werden. Alternativ wird ein Steuersignal empfangen, dass das Fahrzeug sich in einer für ein Segel geeigneten Fahrsituation befindet, der Segelbetrieb eingeleitet wird oder eingeleitet wurde.
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Unter Berücksichtigung dieser Annahmen kann die zusätzliche Schalthäufigkeit von 490.000 Zyklen auf die beiden Relais in einer Art und Weise aufgeteilt werden, sodass keines der Relais an die Grenzen seiner Schalthäufigkeit kommt. Im normalen Start/Stopp-Modus werden weiterhin 310.000 Zyklen der Relais verbraucht um den sicheren Zustand nicht zu gefährden. Beim Segeln, welches nur in Frage kommt, wenn sich das Fahrzeug bewegt, wird eines der beiden Relais dauerhaft eingeschaltet oder bleibt dauerhaft eingeschaltet. Um auf die geringste Schaltbelastung zu kommen, wird nach einem Einschalten beider Relais nur ein Relais getrennt, wenn das Sicherheitsziel, dass das Fahrzeug sich nicht unkommandiert bewegen darf, aufgrund der Fahrzeugbewegung nicht zu beachten ist. Erst wenn das Fahrzeug eine Geschwindigkeit unterhalb eines Geschwindigkeitsgrenzwerts aufweist oder steht, wird auch das zweite Relais geöffnet, um wieder die höhere Sicherheitsstufe zu gewährleisten. Mit anderen Worten gilt beim bewegten Fahrzeug nicht das Sicherheitsziel „keine unkommandierte Fahrzeugbewegung“ und eines der beiden Relais bleibt aus und wird nur eingeschaltet, wenn beim Segeln ein Start erforderlich ist.
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Um die Ausbeute an Schaltzyklen von beiden Relais zu erhöhen, wird der AN-Zyklus stetig gewechselt. In einem besonderen Ausführungsbeispiel wird beim ersten Fahrzyklus Relais R1 AN gelassen (elektrisch leitend) und Relais R2 beim Segeln geschaltet, beim nächsten Fahrzyklus wird Relais R2 AN gelassen (elektrisch leitend) und Relais R1 beim Segeln geschaltet.
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Eine geeignetes Verfahren, eine geeignete Software oder eine geeignete Vorrichtung kann die geschalteten Zyklen der Relais mitzählen und so die Ausbeute der beiden Relais optimieren. So kann pro Fahrzyklus ein zu schaltendes Relais R1 oder R2 gewählt werden, oder diese immer alternierend angesteuert werden oder je nach vorangegangener Belastung das bis jetzt weniger belastete Relais R1 oder R2 gewählt werden.
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Optional ist eine Diagnoseeinrichtung zur Überwachung der Relais im Sinne von „State of Health“ vorgesehen, wobei der Übergangswiderstand und/oder die Kontaktgüte oder andere relevante Parameter überwacht werden, um das „gesündere“ Relais auszuwählen. So wird das weniger belastete Relais anstelle der reinen Schalthäufigkeit über einen Relaiszustand bestimmt und das Relais entsprechend ausgewählt.
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Durch die geänderte Ansteuerung, wie hier beschrieben, können vorhandene Relais für die geforderten neuen Anforderungen befähigt werden. So zeigt eine einfache Berechnung, dass die Relais mit den hier getroffenen Annahmen der Belastung in der Lage sind, die zusätzlichen Schaltzyklen aufzunehmen.
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Durch die Erfindung ist es möglich, erhöhte Startzyklen mit bestehender Architektur und/oder bestehenden Lösungen zu realisieren. Es wird nur die Ansteuerung, beispielsweise durch den Body-Controller angepasst. Vorteilhafterweise können teilweise Neuentwicklungen vermieden werden.
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Der Algorithmus basiert auf einem abwechselnden, dauerhaften Einschalten eines Relais im Fahrbetrieb, bei bewegtem Fahrzeug. Die Anzahl der Fahrzyklen wird in einem Ausführungsbeispiel von einem übergeordneten Steuergerät überwacht. Auch wird beispielsweise die Anzahl der Schaltzyklen in einem besonderen Ausführungsbeispiel von einem übergeordneten Steuergerät überwacht. Durch die Überwachung kann eine einseitige Abnutzung eines Relais bei ungleichen Fahrzyklen erkannt und ausgeglichen werden.
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In den folgenden Figuren 2 bis 4 werden Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ansteuern von zwei seriell angeordneten Relais, die eine Last mit zwei je nach Fahrsituation verschiedenen Sicherheitsstufen in einem Fahrzeug schalten.
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Dabei zeigen 2 und 3 je einen Ablaufplan, die sich in der Art der Ansteuerung der Relais derart unterscheiden, wie die Ansteuerung der Relais R1, R2 wechselt. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird in einem ersten Schritt a) des Abfragens eine Zustandsinformation des Fahrzeugs überprüft. Die Zustandsinformation repräsentiert eine Bewegungszustandsinformation des Fahrzeugs und ergänzend oder alternativ eine Segelbetriebsinformation des Fahrzeugs. Der Schritt a) des Abfragens ist die Basis für den folgenden Schritt b) des Ermittelns der Sicherheitsstufe, sodass in 2 (und 3) diese beiden Schritte zusammengefasst sind. Wie bereits dargestellt beruht das Verfahren auf der Unterscheidung von zwei unterschiedlichen Sicherheitsstufen, wobei für die niedrigere Sicherheitsstufe eine einfache Absicherung und für die höhere Sicherheitsstufe eine redundante Absicherung durch zwei seriell verschaltete Relais zur Ansteuerung notwendig ist. Die Sicherheitsstufen sind abhängig von der Zustandsinformation des Fahrzeugs. In einem konkreten einfachen Beispiel werden die niedrigere Sicherheitsstufe bei einem sich bewegenden Fahrzeug und die höhere Sicherheitsstufe bei einem stehenden Fahrzeug angewendet. So ist die Zustandsinformation ein Indikator für die Fahrsituation und unter Verwendung der Zustandsinformation kann somit die Sicherheitsstufe ermittelt werden.
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Bei einem stehenden Fahrzeug wird in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel das Verfahren verlassen, beziehungsweise das Verfahren verbleibt in einer Endlosschleife in Schritt a) oder den Schritten a) und b), bis das Fahrzeug in Bewegung ist.
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Im darauffolgenden Schritt c) des Wählens wird eines der zwei seriell eingeordneten Relais R1, R2 unter Verwendung einer Balancing-Vorschrift gewählt, um für den folgenden Schritt das zu schaltende Relais R1 oder R2 zu bestimmen. Der Schritt c) des Wählens wird ausgeführt, wenn im Schritt b) für den aktuellen Fahrzustand die niedrigere Sicherheitsstufe bestimmt wurde.
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Ein Anforderungssignal zum Schalten der Last dient als Triggersignal, um die folgenden Schritte zu initiieren, wobei die Schritte d) und e) nur ausgeführt werden, wenn das Fahrzeug sich in einem Fahrzustand befindet, in dem die niedrigere Sicherheitsstufe gültig ist. Diese Überprüfung wird kontinuierlich mit den Schritten a), b) und c) durchgeführt. So ist der dargestellte Ablaufplan je nach Implementierung eine vereinfachte Darstellung und zeigt nicht parallel ablaufende Prozesse der dargestellten Verfahrensschritte. Bei einer Softwareimplementierung können Informationen über Queues ausgetauscht werden, um beispielsweise die aktuell gültige Sicherheitsstufe in den Folgeschritten kontinuierlich zu überwachen und bei Wechsel in die höhere Sicherheitsstufe einen Wechsel in die doppelte Absicherung (beide Relais sind ausgeschaltet) kontinuierlich sicherzustellen. Bei einer Implementierung in einer Vorrichtung kann dies beispielsweise über Statusleitungen oder dauerhaft anliegende Statussignale gewährleistet werden. Dies hier grafisch darzustellen würde jedoch die Lesbarkeit enorm einschränken.
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Wenn das Fahrzeug sich in einem Fahrzustand der niedrigeren Sicherheitsstufe befindet und ein erstes Anforderungssignal A1 zum Ausschalten der Last empfangen wird, so wird im Schritt d) des Schaltens das gewählte Relais in einen nicht-leitenden Zustand geschaltet und das weitere Relais verbleibt in einen leitenden Zustand. Der Ablaufplan in 2 zeigt einen Teilschritt d1), in dem das gewählte Relais in den nicht-leitenden Zustand versetzt wird und einen weiteren Teilschritt d2), in dem das weitere Relais in den leitenden Zustand verbleibt oder in diesen geschaltet wird.
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Wenn ein zweites Anforderungssignal A2 zum Einschalten der Last empfangen wird, schaltet in einem Schritt e) des Schaltens das gewählte Relais zurück in einen leitenden Zustand. An dieser Stelle wird das Verfahren wieder von vorne begonnen.
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Um zumindest zwei Varianten des vorgestellten Verfahrens aufzuzeigen, weist das Ablaufdiagramm noch einen Schritt s) und einen weiteren Schritt d) auf. Hier unterscheidet sich die Darstellung in 3. Der Schritt s) steht für eine erneute Kommandierung „Startzyklus aus“, woraufhin im darauffolgenden Schritt d) das gewählte Relais ausgeschaltet wird. Dieser steht quasi für den oberhalb dargestellten Schritt d), wobei das weitere Relais nicht beachtet werden muss, da es in diesem Fahrzyklus dauerhaft geschaltet bleibt. Die Kommandierung „Startzyklus aus“ ist eine andere Art den erneuten Empfang eines ersten Anforderungssignals A1 zu beschreiben.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 wird beispielsweise während eines Fahrzyklus immer das gleiche, gewählte Relais geschaltet, wohingegen das weitere Relais dauerhaft eingeschaltet verbleibt. 3 zeigt im Unterschied zu 2 eine alternative Ausführung, bei der bei jedem Schaltzyklus das zuvor geschaltete Relais in seiner Schaltstellung verbleibt und das zuvor dauerhaft eingeschaltete Relais nun geschaltet wird, um durch die alternierende Ansteuerung den gewünschten Balancing-Effekt zu erzielen.
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4 zeigt eine weitere Variante eines Ablaufplans eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ansteuern von zwei seriell angeordneten Relais, die eine Last mit zwei je nach Fahrsituation verschiedenen Sicherheitsstufen in einem Fahrzeug schalten, mit den Schritten:
- a) Abfragen einer Zustandsinformation, die eine Bewegungszustandsinformation des Fahrzeugs und/oder eine Segelbetriebsinformation des Fahrzeugs umfasst;
- b) Ermitteln einer Sicherheitsstufe der zwei je nach Fahrsituation verschiedenen Sicherheitsstufen unter Verwendung der Zustandsinformation;
- c) Wählen eines Relais der zwei seriell angeordneten Relais unter Verwendung einer Balancing-Vorschrift, wenn die im Schritt b) ermittelte Sicherheitsstufe eine niedrigere Sicherheitsstufe der zwei Sicherheitsstufen repräsentiert;
- d) Schalten des gewählten Relais in einen nicht-leitenden Zustand und Verbleiben des weiteren Relais in einen leitenden Zustand, wenn ein erstes Anforderungssignal zum Ausschalten der Last empfangen wird; und
- e) Schalten des gewählten Relais in einen leitenden Zustand, wenn ein zweites Anforderungssignal zum Einschalten der Last empfangen wird.
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In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt b) des Ermittelns die niedrigere Sicherheitsstufe ausgewählt wird, wenn die Bewegungszustandsinformation eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs oberhalb eines Geschwindigkeitsschwellwerts repräsentiert und ergänzend oder alternativ wenn die Segelbetriebsinformation einen Segelbetrieb des Fahrzeugs oder eine Möglichkeit für einen Segelbetrieb des Fahrzeugs repräsentiert.
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In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt b) des Ermittelns die höhere Sicherheitsstufe ausgewählt wird, wenn die Bewegungszustandsinformation einen Stillstand des Fahrzeugs oder eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs unterhalb eines Geschwindigkeitsschwellwerts repräsentiert.
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In einem Ausführungsbeispiel wählt die Balancing-Vorschrift alternierend ein Relais der zwei seriell angeordneten Relais aus. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wertet die Balancing-Vorschrift eine erste Anzahl der getätigten Schaltvorgänge für das erste Relais und eine zweite Anzahl der getätigten Schaltvorgänge für das zweite Relais aus und im Schritt c) des Wählens wird entsprechend das Relais der zwei seriell angeordneten Relais ausgewählt, welches im Vergleich der Anzahl der Schaltvorgänge der beiden Relais zueinander eine geringere Anzahl an Schaltvorgängen aufweist.
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Wenn das Fahrzeug einen Fahrzustand einnimmt, für den die höhere Sicherheitsstufe gilt, wird in der Regel das Verfahren abgebrochen und die Steuerung von einem hier nicht näher beschriebenem Verfahren übernommen. Wenn ein erstes Anforderungssignal A1 zum Ausschalten der Last empfangen wird und wenn die im Schritt b) ermittelte Sicherheitsstufe eine höhere Sicherheitsstufe der zwei Sicherheitsstufen repräsentiert, werden alternativ in einem optionalen Schritt f) des Schaltens beide Relais in einen nicht-leitenden Zustand geschaltet. Ferner werden im Schritt e) des Schaltens beide Relais in einen leitenden Zustand geschaltet, wenn ein zweites Anforderungssignal A2 zum Einschalten der Last empfangen wird und zuvor der Schritt f) des Schaltens ausgeführt wurde.
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5 zeigt eine Vorrichtung 50 zum Ansteuern von zwei seriell angeordneten Relais, die eingerichtet ist, eine Last mit zwei je nach Fahrsituation verschiedenen Sicherheitsstufen in einem Fahrzeug zu schalten. Die Vorrichtung 50 umfasst die folgenden Einrichtungen:
- a) Einrichtung 51 zum Abfragen einer Zustandsinformation, die eine Bewegungszustandsinformation des Fahrzeugs und/oder eine Segelbetriebsinformation des Fahrzeugs umfasst;
- b) Einrichtung 52 zum Ermitteln einer Sicherheitsstufe der zwei je nach Fahrsituation verschiedenen Sicherheitsstufen unter Verwendung der Zustandsinformation;
- c) Einrichtung 53 zum Wählen eines Relais der zwei seriell angeordneten Relais unter Verwendung einer Balancing-Vorschrift, wenn die im Schritt b) ermittelte Sicherheitsstufe eine niedrigere Sicherheitsstufe der zwei Sicherheitsstufen repräsentiert;
- d) Einrichtung 54 zum Schalten des gewählten Relais in einen nicht-leitenden Zustand und des weiteren Relais in einen leitenden Zustand, wenn ein erstes Anforderungssignal zum Ausschalten der Last empfangen wird; und
- e) Einrichtung 55 zum Schalten des gewählten Relais in einen leitenden Zustand, wenn ein zweites Anforderungssignal zum Einschalten der Last empfangen wird.
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Die in 5 dargestellte Vorrichtung 50 ist eingerichtet, eine Variante einer Anordnung von zwei seriell angeordneten Relais R1, R2 entsprechend 1 anzusteuern. Dabei sind in einem besonderen Ausführungsbeispiel die Relais als monostabile Relais ausgebildet.
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Um die Sicherheit während der höheren Sicherheitsstufe auch in außergewöhnlichen Situationen wie beispielsweise extreme Hitze zu gewährleisten, weisen die Relais R1, R2 Diversität in ihrer technischen Ausführung auf.
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Im Zusammenspiel mit einer konventionellen Steuerung von zwei seriell angeordneten Relais reicht es aus, wenn die Vorrichtung 50 lediglich die Einrichtung 52 des Ermittelns einer Sicherheitsstufe, Einrichtung 53 des Wählens sowie Einrichtung 54 des Schaltens umfasst, da insbesondere die Einrichtung 55 des Schaltens bereits von der konventionellen Steuerung bereitgestellt würde. Letztlich kann auch die Sicherheitsstufe von einer separaten Einrichtung eines Body Controllers (BCU) bereitgestellt werden und somit hier entfallen. Die technische Ausführbarkeit ist jedoch nur in Zusammenschau mit den entsprechenden Einrichtungen gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Versorgung
- KL50
- Klemme 50, Last, Verbraucher
- R1
- erstes Relais
- R2
- zweites Relais
- R1_AN
- Steuereingang
- R2_AN
- Steuereingang
- a)
- Schritt des Abfragens
- b)
- Schritt des Ermittelns
- c)
- Schritt des Wählens
- d)
- Schritt des Schaltens
- d1)
- Teilschritt des Schaltens
- d2)
- Teilschritt des Schaltens
- e)
- Schritt des Schaltens
- f)
- Schritt des Schaltens
- A1
- Anforderungssignal (zum Ausschalten der Last), Triggersignal
- A2
- Anforderungssignal, Triggersignal
- s)
- Schritt des Kommandierens, Empfangen eines Anforderungssignals
- 50
- Vorrichtung
- 51
- Einrichtung zum Abfragen
- 52
- Einrichtung zum Ermitteln
- 53
- Einrichtung zum Wählen
- 54
- Einrichtung zum Schalten
- 55
- Einrichtung zum Schalten