DE102024202168A1 - Connecting element for a safety-critical path in a vehicle electrical system - Google Patents
Connecting element for a safety-critical path in a vehicle electrical systemInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement (10) für einen sicherheitskritischen Pfad in einem Fahrzeugbordnetz (2), aufweisend eine einzelne elektrische Leitung (12), welche einen Hauptpfad bildet, wobei an den Leitungsenden (14, 16) der Leitung (12) jeweils eine elektrische Schnittstelle (18, 20) vorgesehen ist, und wobei zumindest eine der Schnittstellen (20) als eine Mehrfachkontaktstelle (22) mit einer Anzahl von redundant zueinander ausgebildeten Kontaktverbindern (24) ausgeführt ist. The invention relates to a connecting element (10) for a safety-critical path in a vehicle electrical system (2), comprising a single electrical line (12) which forms a main path, wherein an electrical interface (18, 20) is provided at each of the line ends (14, 16) of the line (12), and wherein at least one of the interfaces (20) is designed as a multiple contact point (22) with a number of contact connectors (24) which are designed redundantly to one another.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement für einen sicherheitskritischen Pfad in einem Fahrzeugbordnetz. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Kabelbaum für ein Fahrzeugbordnetz sowie ein Fahrzeugbordnetz.The invention relates to a connecting element for a safety-critical path in a vehicle electrical system. The invention further relates to a wiring harness for a vehicle electrical system and to a vehicle electrical system.
Unter einem „Bordnetz“ oder „Fahrzeugbordnetz“ ist hier und im Folgenden insbesondere ein von elektrischen und elektronischen (Bordnetz-)Komponenten und Leitungen in einem Kraftfahrzeug zu verstehen, welches eine Energieverteilung und einen Datenaustausch zwischen verschiedenen Teilen des Fahrzeugs ermöglicht. Ein Bordnetz hierbei umfasst alle Elemente, welche für die Stromversorgung der elektrischen Geräte im Fahrzeug zuständig sind, sowie eine Datenkommunikationsinfrastruktur (Busleitungen etc.), welche einen Informationsaustausch zwischen elektronischen Steuergeräten (engl.: Electronic Control Units, ECUs) ermöglicht.Here and below, an "on-board electrical system" or "vehicle electrical system" refers in particular to a network of electrical and electronic (on-board electrical system) components and cables in a motor vehicle that enables power distribution and data exchange between various parts of the vehicle. An on-board electrical system encompasses all elements responsible for supplying power to the electrical devices in the vehicle, as well as a data communication infrastructure (bus lines, etc.) that enables information exchange between electronic control units (ECUs).
Bordnetze dienen der Versorgung von elektrischen Komponenten und Geräten mit einer Betriebsspannung des Bordnetzes. Derartige Bordnetze werden in der Regel mittels eines Energiespeichers, beispielsweise in Form eines elektrochemischen Batteriesystems, versorgt. Fahrzeuge beziehungsweise deren Fahrzeugbordnetze weisen typischerweise elektrische Komponenten auf, welche sicherheitsrelevante Funktionen für den Fahrzeugbetrieb bereitstellen.On-board electrical systems supply electrical components and devices with the operating voltage of the vehicle's electrical system. Such on-board electrical systems are typically powered by an energy storage device, such as an electrochemical battery system. Vehicles, or rather their on-board electrical systems, typically contain electrical components that provide safety-relevant functions for vehicle operation.
Unter einer „sicherheitsrelevanten Funktion“ ist hier und im Folgenden insbesondere eine Funktion innerhalb eines Fahrzeugbordnetzes zu verstehen, deren korrekte Ausführung für die Gewährleistung einer Fahrzeugsicherheit und einem Schutz der Fahrzeuginsassen unerlässlich ist. Eine sicherheitsrelevante Funktion bezieht sich allgemein auf jede elektronische oder mechanische Aktion, die direkt mit der Vermeidung von Unfällen und der Minimierung von Verletzungsrisiken im Falle eines Unfalls verbunden ist.A "safety-relevant function" is understood here and below to mean, in particular, a function within a vehicle's electrical system whose correct execution is essential to ensuring vehicle safety and protecting vehicle occupants. A safety-relevant function generally refers to any electronic or mechanical action directly related to preventing accidents and minimizing the risk of injury in the event of an accident.
Um den erheblichen Sicherheitsanforderungen für solche sicherheitsrelevanten Komponenten zu genügen, ist es erforderlich, dass solche Komponenten eine hochsichere Energieversorgung und/oder Datenkommunikation mit geringer Ausfallwahrscheinlichkeit aufweisen.In order to meet the considerable safety requirements for such safety-relevant components, it is necessary that such components have a highly secure power supply and/or data communication with a low probability of failure.
Für Bordnetze in Kraftfahrzeugen bestehen sogenannte ASIL-Anforderungen hinsichtlich der Erfüllung von Sicherheitskennwerten beziehungsweise Ausfallraten. Unter „ASIL“ (engl.: Automotive Safety Integrity Level) ist hier und im Folgenden insbesondere eine Klassifizierung im Rahmen der ISO 26262 zu verstehen, welche sich auf die Sicherheitsanforderungen für elektronische Systeme in Kraftfahrzeugen bezieht. ASIL ist ein Maß für das erforderliche Sicherheitsniveau, das erforderlich ist, um ein akzeptables Risiko für potenzielle Gefährdungen zu erreichen, die durch Fehlfunktionen der elektronischen Systeme verursacht werden können.For on-board electrical systems in motor vehicles, there are so-called ASIL requirements regarding the fulfillment of safety parameters and failure rates. "ASIL" (Automotive Safety Integrity Level) refers here and below in particular to a classification within the framework of ISO 26262, which refers to the safety requirements for electronic systems in motor vehicles. ASIL is a measure of the required safety level necessary to achieve an acceptable risk for potential hazards that can be caused by malfunctions of the electronic systems.
In der Regel werden hierbei die entsprechenden sicherheitskritischen (Energie- und/oder Kommunikations-)Pfade vollständig redundant ausgelegt, sodass im Falle eines Fehlers in einem Pfad ein alternativer Pfad den Betrieb übernimmt. Im Kontext von Fahrzeugbordnetzen bedeutet dies, dass wichtige Systempfade mehrfach vorhanden sind, um sicherzustellen, dass bei Ausfall eines Pfades ein anderer diesen ersetzen und die Funktion unterbrechungsfrei weiterführen kann. Dadurch besteht die Herausforderung, sowohl Sicherheit als auch Effizienz zu gewährleisten. Ein Hauptproblem besteht insbesondere darin, dass die Redundanz sicherheitskritischer Pfade zu höheren Kosten, höherem Gewicht und größerem Bauraumbedarf führt, was insbesondere in modernen, kompakten Fahrzeugarchitekturen problematisch ist. Darüber hinaus können die Anforderungen an Einbau und Wartung für solche vollständige Redundanzen steigen, was zu höheren Produktions- und Wartungskosten führt. Es besteht daher ein Bedarf, effizientere Ansätze zu entwickeln, um eine Redundanz gemäß ISO 26262 zu implementieren, ohne die damit verbundenen Kompromisse vollständig in Kauf nehmen zu müssen.Typically, the relevant safety-critical (power and/or communication) paths are designed to be fully redundant, so that in the event of a failure in one path, an alternative path takes over. In the context of vehicle electrical systems, this means that important system paths are present in multiple copies to ensure that if one path fails, another can replace it and continue functioning without interruption. This presents the challenge of ensuring both safety and efficiency. A key issue is that the redundancy of safety-critical paths leads to higher costs, greater weight, and larger installation space requirements, which is particularly problematic in modern, compact vehicle architectures. Furthermore, the installation and maintenance requirements for such complete redundancies can increase, leading to higher production and maintenance costs. There is therefore a need to develop more efficient approaches to implement redundancy according to ISO 26262 without having to fully accept the associated compromises.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verbindungselement für einen sicherheitskritischen Pfad in einem Fahrzeugbordnetz anzugeben. Insbesondere soll ein möglichst baugewichtreduziertes und kostengünstiges Verbindungselement angegeben werden, welches eine hinreichende Redundanz zur Erfüllung von niedrigen Ausfallwahrscheinlichkeiten aufweist. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Kabelbaum sowie ein besonders geeignetes Fahrzeugbordnetz anzugeben.The invention is therefore based on the object of providing a particularly suitable connecting element for a safety-critical path in a vehicle electrical system. In particular, the object is to provide a connecting element that is as lightweight and cost-effective as possible, while offering sufficient redundancy to meet low failure probabilities. The invention is further based on the object of providing a particularly suitable wiring harness and a particularly suitable vehicle electrical system.
Hinsichtlich des Verbindungselements wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Kabelbaums mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie hinsichtlich des Bordnetzes mit den Merkmalen des Anspruchs 7 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche (Unteransprüche). Die im Hinblick auf das Verbindungselement angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf den Kabelbaum und/oder das Fahrzeugbordnetz übertragbar und umgekehrt.With regard to the connecting element, the object is achieved by the features of claim 1 and with regard to the cable harness by the features of claim 6 and with regard to the vehicle electrical system This object is achieved according to the invention with the features of claim 7. Advantageous refinements and developments are the subject of the dependent claims. The advantages and refinements cited with regard to the connecting element are also transferable mutatis mutandis to the wiring harness and/or the vehicle electrical system, and vice versa.
Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.The conjunction “and/or” is to be understood here and in the following in such a way that the features linked by this conjunction can be formed both together and as alternatives to one another.
Das erfindungsgemäße Verbindungselement ist für einen sicherheitskritischen Pfad in einem Fahrzeugbordnetz vorgesehen, und ist dafür geeignet und eingerichtet. Das Verbindungselement ist also bestimmungsgemäß als eine hochsichere Energieversorgung und/oder Datenkommunikation für eine sicherheitsrelevante Komponente (Subsystem) in einem Fahrzeugbordnetz ausgeführt. Die sicherheitsrelevante Komponente ist beispielsweise ein Steuergerät (engl.: Electronic Control Unit, ECU) für eine elektrische Servolenkung (engl.: Electrical Power Steering, EPS). Die sicherheitsrelevante Komponente kann beispielsweise auch eine Fahrdynamikregelung oder elektronische Stabilitätskontrolle (Electronic Stability Control, ESC), ein Karosseriesteuergerät (Body Control Module, BCM), ein elektronischer Bremskraftverstärker (eBKV), Scheibenwischer, Sensor und/oder Kamera, Scheinwerfer, Bremslichter, oder dergleichen sein.The connecting element according to the invention is intended for a safety-critical path in a vehicle electrical system and is suitable and configured for this purpose. The connecting element is thus designed as a highly secure power supply and/or data communication system for a safety-relevant component (subsystem) in a vehicle electrical system. The safety-relevant component is, for example, an electronic control unit (ECU) for an electrical power steering (EPS). The safety-relevant component can also be, for example, a vehicle dynamics control system or electronic stability control (ESC), a body control module (BCM), an electronic brake booster (eBKV), windshield wipers, sensors and/or cameras, headlights, brake lights, or the like.
Bei dem Fahrzeugbordnetz handelt es sich insbesondere um ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, beispielsweise einem elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeug, vorzugsweise einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Alternativ kann das Fahrzeugbordnetz jedoch auch Teil eines Luftfahrzeugs, beispielsweise eines Flugzeugs, eines Schienenfahrzeugs, beispielsweise eines Zuges, oder eines Wasserfahrzeugs, beispielsweise eines Bootes, sein. Wesentlich ist hierbei lediglich, dass das Fahrzeugbordnetz zumindest einen sicherheitskritischen Pfad aufweist, welcher durch das Verbindungselement realisierbar ist.The vehicle electrical system is, in particular, an electrical system for a motor vehicle, for example, an electrically powered or drivable motor vehicle, preferably an electric or hybrid vehicle. Alternatively, however, the vehicle electrical system can also be part of an aircraft, for example, an airplane, a rail vehicle, for example, a train, or a watercraft, for example, a boat. The only essential requirement here is that the vehicle electrical system has at least one safety-critical path, which can be implemented by the connecting element.
Hierzu weist das Verbindungselement eine einzelne oder singuläre elektrische Leitung auf, welche einen Hauptpfad für die Energieversorgung und/oder Datenkommunikation bildet. An den gegenüberliegenden Leitungsenden der Leitung ist jeweils eine elektrische Schnittstelle zur Kopplung mit dem Fahrzeugbordnetz beziehungsweise dessen Komponenten vorgesehen. For this purpose, the connecting element has a single or singular electrical line that forms a main path for power supply and/or data communication. An electrical interface is provided at each of the opposite ends of the line for coupling to the vehicle's electrical system or its components.
Zumindest eine der Schnittstellen, insbesondere die Schnittstelle zu der sicherheitsrelevanten Komponente, ist erfindungsgemäß als eine Mehrfachkontaktstelle mit einer Anzahl von redundant zueinander ausgebildeten Kontaktverbindern ausgeführt. Die Mehrfachkontaktstelle weist also mindestens zwei Kontaktverbinder auf, welche redundant zueinander ausgeführt sind. Dadurch ist ein besonders geeignetes Verbindungselement realisiert.According to the invention, at least one of the interfaces, in particular the interface to the safety-relevant component, is designed as a multiple contact point with a number of contact connectors configured redundantly to one another. The multiple contact point thus has at least two contact connectors configured redundantly to one another. This creates a particularly suitable connecting element.
Vorzugsweise sind beide Schnittstellen beziehungsweise beide Leiterenden mit einer solchen redundant ausgeführten Mehrfachkontaktstelle ausgebildet. Das Verbindungselement kann daher beidseitig (teil-)redundant ausgeführt sein.Preferably, both interfaces or both conductor ends are designed with such a redundant multiple contact point. The connecting element can therefore be designed with (partial) redundancy on both sides.
Die Erfindung basiert auf einem neuen Designkonzept für sicherheitskritische Pfade in Bordnetzen, welches auf dem Prinzip einer Teilredundanz basiert. Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, dass an den Leitungsenden und elektrischen Verbindungsstellen die höchsten Ausfallswahrscheinlichkeiten auftreten. Anstatt den gesamten sicherheitskritischen Pfad zu duplizieren, wird die Redundanz erfindungsgemäß lediglich gezielt dort eingesetzt, wo sie am meisten benötigt wird, also an den Leitungsenden und elektrischen Verbindungsstellen. Dieses Designkonzept ist hierbei prinzipiell auf alle sicherheitskritischen Pfade und Komponenten in einem Fahrzeugbordnetz anwendbar.The invention is based on a new design concept for safety-critical paths in vehicle electrical systems, which is based on the principle of partial redundancy. The invention is based on the realization that the highest failure probabilities occur at the cable ends and electrical connection points. Instead of duplicating the entire safety-critical path, the invention applies redundancy only where it is most needed, i.e., at the cable ends and electrical connection points. This design concept is, in principle, applicable to all safety-critical paths and components in a vehicle electrical system.
Die Architektur des erfindungsgemäßen Verbindungselements weist somit eine einzelne, nicht redundant ausgeführte, Leitung auf, wobei an der Schnitt- oder Verbindungsstelle zu einer sicherheitsrelevanten Komponente eine redundant ausgestaltete Mehrfachkontaktstelle vorgesehen ist. Dies nutzt die inhärente Robustheit und Zuverlässigkeit der Leitungen selbst und zielt darauf ab, potenzielle Schwachstellen wie elektrische Kontakte zu verdoppeln und damit die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Das erfindungsgemäße Design stellt somit sicher, dass, selbst wenn ein erster Kontaktverbinder ausfällt oder einen Fehler aufweist, mindestens ein zweiter weiterhin funktioniert und den sicherheitskritischen Pfad aufrechterhält.The architecture of the connecting element according to the invention thus comprises a single, non-redundant line, with a redundantly designed multiple contact point provided at the interface or connection point to a safety-relevant component. This utilizes the inherent robustness and reliability of the lines themselves and aims to duplicate potential weak points such as electrical contacts, thereby increasing reliability. The design according to the invention thus ensures that, even if a first contact connector fails or exhibits a fault, at least a second one continues to function and maintains the safety-critical path.
Im Gegensatz zum Stand der Technik ist somit keine komplette Redundanz des Pfades (inklusive Leitung) vorgesehen. Statt mehrerer Kabel wird somit ein einziges Kabel verwendet, das an dem Ende mit redundanten Verbindungen ausgestattet ist, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Totalausfalls erheblich reduziert wird. Das erfindungsgemäße Verbindungselement weist somit lediglich eine Teilredundanz oder partielle Redundanz im Hinblick auf die elektrische Schnittstelle auf.In contrast to the prior art, complete redundancy of the path (including the cable) is not provided. Instead of multiple cables, a single cable is used, which is equipped with redundant connections at the end, significantly reducing the probability of a total failure. The connecting element according to the invention thus only has partial redundancy with regard to the electrical interface.
Die erfindungsgemäße Teilredundanzlösung ist kostengünstiger und benötigt weniger Material und Komponenten also voll redundant ausgeführte Verbindungselemente. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verbindungselement besonders bauraumkompakt und baugewichtreduziert, was bei modernen Fahrzeugen mit begrenztem Bauraum von großem Vorteil ist. Darüber hinaus trägt die Reduzierung des Gesamtgewichts durch diese Lösung zur Steigerung der Fahrzeugeffizienz bei. Die kompakte und platzsparende Architektur des erfindungsgemäßen Verbindungselements erleichtert die Wartung und erhöht die Zuverlässigkeit durch die Konzentration auf kritische Komponenten.The partial redundancy solution according to the invention is more cost-effective and requires less material and components than fully redundant connecting elements. The fastener according to the invention is particularly compact and lightweight, which is a major advantage in modern vehicles with limited installation space. Furthermore, the reduction in overall weight achieved through this solution contributes to increased vehicle efficiency. The compact and space-saving architecture of the fastener according to the invention facilitates maintenance and increases reliability by concentrating on critical components.
In einer vorteilhaften Ausführung ist jeder Kontaktverbinder mit einem Kontaktende verbunden, wobei die Kontaktenden mit dem zugeordneten Leitungsende kontaktiert sind. Das Leitungsende der einzelnen, nicht redundanten, Leitung wird somit durch die Kontaktenden zu mehreren parallelen und redundanten Pfaden aufgeteilt, so dass eine redundante Kontaktierung mittels der Mehrfachkontaktstelle realisierbar ist.In an advantageous embodiment, each contact connector is connected to a contact end, with the contact ends being connected to the associated line end. The line end of the individual, non-redundant line is thus divided into several parallel and redundant paths by the contact ends, allowing redundant contacting to be realized using the multiple contact point.
Wichtig bei dieser mehrfach Aufteilung der Leitung zu den Kontaktenden ist, dass die elektrische Kontaktierung der Kontaktenden mit der Leitung besonders zuverlässig und betriebssicher ist. Mit anderen Worten soll die Verbindung der Kontaktenden mit der Leitung eine möglichst niedrige Ausfallrate oder Ausfallwahrscheinlichkeit aufweisen. Vorzugsweise weist die Verbindung der Kontaktenden mit der Leitung eine geringere Ausfallrate oder Ausfallwahrscheinlichkeit auf als die Kontaktverbinder der Mehrfachkontaktstelle auf. Bevorzugterweise werden die Kontaktenden insbesondere lötfrei mit der Leitung beziehungsweise mit dem Leitungsende verbunden. In einer denkbaren Weiterbildung sind die Kontaktenden mit dem Leitungsende gecrimpt, insbesondere gespleißt.What is important with this multiple division of the cable to the contact ends is that the electrical contact between the contact ends and the cable is particularly reliable and operationally safe. In other words, the connection between the contact ends and the cable should have the lowest possible failure rate or probability of failure. Preferably, the connection between the contact ends and the cable has a lower failure rate or probability of failure than the contact connectors of the multiple contact point. Preferably, the contact ends are connected to the cable or to the cable end in a solderless manner. In one conceivable development, the contact ends are crimped, in particular spliced, to the cable end.
Unter „Crimpen“ ist hier und im Folgenden insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer mechanischen und elektrischen Verbindung zwischen einem elektrischen Leiter und einem vorgeformten Verbinder (wie einer Klemme, einem Stecker oder einer Hülse) zu verstehen. Beim Crimpen werden der Draht und der Verbinder in ein spezielles (Crimp-)Werkzeug eingeführt, das Druck ausübt, um die Teile zusammenzupressen. Diese Verpressung führt zu einer dauerhaften Verformung des Verbindungselements, wodurch eine stabile und zuverlässige Verbindung entsteht, die sowohl eine hohe mechanische Festigkeit als auch eine gute elektrische Leitfähigkeit sicherstellt."Crimping" refers here and below, in particular, to a process for creating a mechanical and electrical connection between an electrical conductor and a preformed connector (such as a terminal, plug, or sleeve). During crimping, the wire and connector are inserted into a special (crimping) tool, which exerts pressure to press the parts together. This compression results in a permanent deformation of the connecting element, creating a stable and reliable connection that ensures both high mechanical strength and good electrical conductivity.
Während bei einem Crimpen insbesondere vorgeformte Verbinder verwendet werden, wird beim Spleißen (Splicen) insbesondere ein abgetrenntes Flachband (Bandabschnitt) geformt und um die zu verbindenden Teile zu einer dauerhaften und zuverlässigen Verbindung gequetscht.While crimping involves the use of pre-formed connectors, splicing involves forming a separated flat strip (strip section) and crimping it around the parts to be joined to create a permanent and reliable connection.
Crimp- und insbesondere Spleißverbindungen weisen eine besonders niedrige Ausfallrate oder Ausfallwahrscheinlichkeit auf, welche insbesondere niedriger als die Ausfallrate oder Ausfallwahrscheinlichkeit der Mehrfachkontaktstelle dimensioniert ist. Dadurch wird die Gesamtsicherheit des Verbindungselements und eines damit ausgestatteten Fahrzeugbordnetzes verbessert.Crimp and especially splice connections exhibit a particularly low failure rate or probability of failure, which is particularly lower than the failure rate or probability of failure of the multiple contact point. This improves the overall safety of the connection element and the vehicle electrical system equipped with it.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Mehrfachkontaktstelle insbesondere als ein Doppelstecksystem ausgeführt. Das Doppelstecksystem weist zwei redundant zueinander ausgebildete Kontaktverbinder auf, welche als Steckkontakte, also als Stecker oder Buchse, ausgeführt sind. Die Steckkontakte sind dazu vorgesehen und eingerichtet mit korrespondierenden Gegensteckkontakten einer sicherheitsrelevanten Komponente steckkontaktiert zu werden. Dadurch ist eine besonders einfache und sichere elektrische Verbindung zwischen dem Verbindungselement und der Komponente gewährleistet. Durch den Doppelkontakt ist sichergestellt, dass zumindest ein redundanter Pfad zur Absicherung bereitgestellt ist.In a preferred embodiment, the multiple contact point is designed, in particular, as a double plug-in system. The double plug-in system has two contact connectors configured to be redundant to one another, which are designed as plug contacts, i.e., as a plug or socket. The plug contacts are intended and configured to be plugged into corresponding mating plug contacts of a safety-relevant component. This ensures a particularly simple and secure electrical connection between the connecting element and the component. The double contact ensures that at least one redundant path for protection is provided.
In einer erfindungsgemäßen Anwendung ist das vorstehend beschriebene Verbindungselement Teil eines Kabelbaums für ein Fahrzeugbordnetz. Unter einem „Kabelbaum“ ist hier und im Folgenden insbesondere ein organisiertes Bündel von elektrischen Kabeln oder Leitungen zu verstehen, das in Bordnetzen eingesetzt wird, um elektrische Energie und Signale zwischen verschiedenen Komponenten und Systemen zu übertragen. Der erfindungsgemäße Kabelbaum weist somit spezielle Mehrfachkontaktstellen an den Enden der sicherheitskritischen Pfade auf, während eine Hauptleitung selbst unverändert bleibt. Bei der Herstellung des Kabelbaums wird somit weniger Material verbraucht, da lediglich die kritischen Steckkomponenten doppelt oder mehrfach ausgeführt werden, und nicht die gesamte Leitung. Darüber hinaus kann die Integration in bestehende Bordnetzdesigns mit minimalen Änderungen erfolgen, da die grundlegende Architektur und die Platzierung der Pfade weitgehend unverändert bleiben können.In one application according to the invention, the connecting element described above is part of a wiring harness for a vehicle electrical system. A "wiring harness" is understood here and below to mean, in particular, an organized bundle of electrical cables or lines used in vehicle electrical systems to transmit electrical energy and signals between various components and systems. The wiring harness according to the invention thus has special multiple contact points at the ends of the safety-critical paths, while a main line itself remains unchanged. Less material is therefore used in the manufacture of the wiring harness, since only the critical plug-in components are duplicated or multiplexed, and not the entire line. Furthermore, integration into existing vehicle electrical system designs can be achieved with minimal changes, since the basic architecture and path placement can remain largely unchanged.
Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht die Anwendung des vorstehend beschriebenen Kabelbaums oder Verbindungselements in einem Bordnetz eines Fahrzeugs vor. Das Fahrzeugbordnetz weist hierbei beispielsweise einen Gleichstromkreis mit einem Energiespeicher und mindestens einen sicherheitskritischen Pfad zu einer sicherheitsrelevanten Komponente, beispielsweise einem Steuergerät, auf. Der Energiespeicher ist beispielsweise als ein elektrochemisches Batteriesystem ausgeführt, welche als Gleichstromquelle an den Kabelbaum oder das Verbindungselement angeschlossen ist. Dadurch ist ein besonders betriebssicheres und baugewichtreduziertes Bordnetz realisiert, bei welcher sicherheitskritische Bordnetzpfade durch eine partielle Redundanzstruktur abgesichert sind.An additional or further aspect of the invention provides for the application of the above-described wiring harness or connecting element in a vehicle's electrical system. The vehicle's electrical system comprises, for example, a direct current circuit with an energy storage device and at least one safety-critical path to a safety-relevant component, for example, a control unit. The energy storage device is designed, for example, as an electrochemical battery system, which is connected to the wiring harness or connecting element as a direct current source. This enables a particularly A reliable and lightweight on-board network is implemented, in which safety-critical on-board network paths are secured by a partial redundancy structure.
In einer möglichen Weiterbildung bildet das Verbindungselement einen sicherheitskritischen Pfad zu einer sicherheitsrelevanten Komponente, wobei die Komponente einen zur Mehrfachkontaktstelle des Verbindungselements komplementäre Mehrfachgegenkontaktstelle aufweist, und wobei die Kontaktstellen miteinander elektrisch verbunden sind. Bevorzugterweise sind die Mehrfachkontaktstelle und die Mehrfachgegenkontaktstelle als zueinander komplementäre Doppelstecksysteme mit jeweils zwei miteinander steckverbundenen Steckkontakten ausgeführt. Dadurch ist eine einfache und zuverlässige Steckkontaktierung bei der Montage des Fahrzeugbordnetzes gewährleistet.In a possible further development, the connecting element forms a safety-critical path to a safety-relevant component, wherein the component has a multiple counter-contact point complementary to the multiple contact point of the connecting element, and wherein the contact points are electrically connected to one another. Preferably, the multiple contact point and the multiple counter-contact point are designed as complementary double plug systems, each with two plug-connected plug contacts. This ensures simple and reliable plug-connection during assembly of the vehicle electrical system.
In einer denkbaren Ausführung verbindet das Verbindungselement eine Fahrzeugbatterie mit einem elektrischen Steuergerät. Das elektrische Steuergerät bildet hierbei die sicherheitsrelevante Komponente, wobei das Verbindungselement eine zuverlässige und (teil-)redundante Energieversorgung der Komponente beziehungsweise des Steuergeräts sichergestellt.In one conceivable embodiment, the connecting element connects a vehicle battery to an electrical control unit. The electrical control unit forms the safety-relevant component, while the connecting element ensures a reliable and (partially) redundant power supply to the component or control unit.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt hierbei in einer vereinfachten und schematischen Darstellung eine teilredundante Ausführung eines sicherheitskritischen Pfads in einem Fahrzeugbordnetz.An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to a drawing. The single figure shows a simplified and schematic representation of a partially redundant implementation of a safety-critical path in a vehicle electrical system.
In der Figur ist ausschnittsweise ein Fahrzeugbordnetz 2, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, gezeigt. Das Fahrzeugbordnetz 2 weist eine Energiespeicher 4 in Form einer Fahrzeugbatterie (Traktionsbatterie) auf. Der Energiespeichers 4 dient zur Bereitstellung von elektrischer Energie für (Bordnetz-)Komponenten des Fahrzeugbordnetzes 2.The figure shows a section of a vehicle electrical system 2, for example, for a motor vehicle. The vehicle electrical system 2 has an energy storage device 4 in the form of a vehicle battery (traction battery). The energy storage device 4 serves to provide electrical energy for (on-board) components of the vehicle electrical system 2.
Das Fahrzeugbordnetz 2 weist hierbei zumindest eine sicherheitsrelevante Komponente 6 auf, welche an den Energiespeicher 4 mittels eines Kabelbaums 8 angeschlossen ist. Die Komponente 6 ist beispielsweise ein Steuergerät für eine elektrische Servolenkung des Fahrzeugs.The vehicle electrical system 2 has at least one safety-relevant component 6, which is connected to the energy storage device 4 via a wiring harness 8. The component 6 is, for example, a control unit for an electric power steering system of the vehicle.
Der Kabelbaum 8 weist hierbei ein kabelartiges Verbindungselement 10 zur Realisierung des sicherheitskritischen Pfads zwischen der Fahrzeugbatterie 4 und der Komponente 6 auf.The cable harness 8 has a cable-like connecting element 10 for realizing the safety-critical path between the vehicle battery 4 and the component 6.
Das Verbindungselement 10 weist eine einzelne Leitung 12 als Hauptpfad für die Energieversorgung der Komponente 6 auf. Die Leitung 12 weist zwei Leitungsenden 14, 16 auf, wobei das energiespeicherseitige Leitungsende 14 mittels einer elektrischen Schnittstelle 18 in nicht näher dargestellter Art und Weise mit dem Energiespeicher 4 kontaktiert ist, und wobei das komponentenseitige Leitungsende 16 mittels einer elektrischen Schnittstelle 20 mit der Komponente 6 kontaktiert ist.The connecting element 10 has a single line 12 as the main path for supplying energy to the component 6. The line 12 has two line ends 14, 16, wherein the energy storage-side line end 14 is contacted with the energy storage device 4 by means of an electrical interface 18 in a manner not shown in detail, and wherein the component-side line end 16 is contacted with the component 6 by means of an electrical interface 20.
Die Schnittstelle 20 für die Komponente 6, ist als eine Mehrfachkontaktstelle 22 mit einer Anzahl von redundant zueinander ausgebildeten Kontaktverbindern 24 ausgeführt.The interface 20 for the component 6 is designed as a multiple contact point 22 with a number of contact connectors 24 that are redundant to one another.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Mehrfachkontaktstelle 22 insbesondere als ein Doppelstecksystem mit zwei redundant zueinander ausgebildete Kontaktverbinder 24 ausgeführt, wobei die Kontaktverbinder 24 jeweils als Steckkontakt, also als ein Stecker oder als eine Buchse, ausgeführt sind.In the exemplary embodiment shown, the multiple contact point 22 is designed in particular as a double plug system with two contact connectors 24 which are designed redundantly to one another, wherein the contact connectors 24 are each designed as a plug contact, i.e. as a plug or as a socket.
Die Kontaktverbinder 24 beziehungsweise Steckkontakte sind dazu vorgesehen und eingerichtet mit korrespondierenden Gegensteckkontakten der Komponente 6 steckkontaktiert zu werden. Hierzu weist die Komponente 6 eine nicht näher bezeichnete Mehrfachgegenkontaktstelle auf, welche komplementär zu der Mehrfachkontaktstelle 22, also konkret ebenfalls als ein Doppelstecksystem, ausgeführt ist, mit welchem die Mehrfachkontaktstelle 22 beziehungsweise die Kontaktverbinder 24 elektrisch kontaktiert oder verbunden, insbesondere steckverbunden/steckkontaktiert, sind.The contact connectors 24 or plug contacts are intended and configured to be plugged into corresponding mating plug contacts of the component 6. For this purpose, the component 6 has a multiple mating contact point (not further specified), which is complementary to the multiple contact point 22, i.e., specifically, also designed as a double plug system, with which the multiple contact point 22 or the contact connectors 24 are electrically contacted or connected, in particular plug-connected/plug-connected.
Jeder der Kontaktverbinder 24 ist mit einem Kontaktende 26 verbunden, wobei die zwei Kontaktenden 26 mit dem Leitungsende 16 gemeinsam verbunden oder elektrisch kontaktiert sind. Die Kontaktenden 26 sind hierzu an einer Kontaktstelle 28 mit dem Leitungsende 16 gecrimpt, insbesondere gespleißt. Dadurch ist eine betriebssichere elektrische Verbindung zwischen der Leitung 12 und den Kontaktverbindern 24 realisiert, mittels welcher die einzelne oder singuläre Leitung 12 auf zwei redundante Pfade aufgeteilt wird.Each of the contact connectors 24 is connected to a contact end 26, with the two contact ends 26 being jointly connected or electrically contacted to the line end 16. For this purpose, the contact ends 26 are crimped, in particular spliced, to the line end 16 at a contact point 28. This creates a reliable electrical connection between the line 12 and the contact connectors 24, by means of which the individual or singular line 12 is divided into two redundant paths.
Die beanspruchte Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus im Rahmen der offenbarten Ansprüche abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale im Rahmen der offenbarten Ansprüche auch auf andere Weise kombinierbar, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen.The claimed invention is not limited to the exemplary embodiment described above. Rather, other variants of the invention can also be derived therefrom by those skilled in the art within the scope of the disclosed claims without departing from the subject matter of the claimed invention. In particular, all individual features described in connection with the exemplary embodiment can also be combined in other ways within the scope of the disclosed claims without departing from the subject matter of the claimed invention.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 22
- FahrzeugbordnetzVehicle electrical system
- 44
- EnergiespeicherEnergy storage
- 66
- Komponentecomponent
- 88
- Kabelbaumwiring harness
- 1010
- Verbindungselementconnecting element
- 1212
- LeitungLine
- 14, 1614, 16
- LeitungsendeEnd of line
- 18, 2018, 20
- Schnittstelleinterface
- 2222
- MehrfachkontaktstelleMultiple contact point
- 2424
- KontaktverbinderContact connectors
- 2626
- KontaktendeEnd of contact
- 2828
- KontaktstelleContact point
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Gemäß ISO 26262:2018 Band 5 [0007]According to ISO 26262:2018 Volume 5 [0007]
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- 2024-03-07 DE DE102024202168.7A patent/DE102024202168A1/en active Pending
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