用于车辆的电子熔断器及其在车辆中的用途的制作方法
- 国知局
- 2024-09-11 14:36:59
优先权本技术要求以下德国专利申请的优先权:日期为2021/11/18的10 2021 130 107.6日期为2022/05/02的10 2022 110 713.2日期为2022/10/04的10 2022 125 574.3日期为2022/10/05的10 2022 125 617.0日期为2022/10/06的10 2022 125 768.1日期为2022/10/27的10 2022 128 524.3日期为2022/11/08的10 2022 129 487.0。因此它们的内容以引用方式落入本技术的主题内。引言本文呈现的文档涉及用于车辆的“智能”电子熔断器以及此类熔断器在车辆中针对各种应用的用途。
背景技术:
1、移动道路交通的脱碳将要求在车辆内进行高效的功率分配。
2、汽车制造商如今在车辆中使用中央熔断器盒(开关盒或熔断器盒)以及汽车的熔断器,并通常将它们放置在汽车中可触及的位置处。复杂的线缆束从该处集中分配电能。预计从长远来看,具有供电子网络的分散式熔断器盒将取代这种星形结构。
3、此处的重点是平台概念。汽车制造商因此可以更轻松地根据各个客户要求来调整线缆束。在这种情况下,即插即用概念是希望的。此处的想法是具有中央供电网络的平台。目标是用于汽车中的供电网络的模块化系统。这减少了汽车中的供电网络并实现了用于供电网络的模块化系统。根据此处在本文档中讨论的概念,电子熔断器旨在放置在控制器的更高层计算机系统的电路板上。这些电路板在适用时将包括用于电子熔断器的熔断器壳体的槽。
4、以前的供电网络的配电系统的拓扑结构具有中央星形构造,具有电子熔断器的开关盒位于供电网络的星形中心点。此外,以前的供电网络的配电系统的拓扑结构在供电网络的星形径向端部处具有电负载。未来的供电网络的配电系统的拓扑结构应优选地具有树结构。优选地,多个电子控制式电子熔断器一个接一个地串联连接。供电网络的树结构从供电网络的中心起点朝向负载分支出去。供电网络的树的分支(供电分支)是供电线路。不同供电分支或不同供电子网络具有不同的重要性,特别是在功能安全性方面。供电分支或供电子网络中的线路节段的每一个线路节段的或至少多个线路节段优选地设置有电子熔断器。这些电子熔断器优选地执行用于保护供电网络的分别在其下游的供电子树或其下游的对应供电子网络的方法。这些电子熔断器的保护策略取决于下游供电子树或下游供电子网络的重要性,以及其对于车辆关于状态和可用性的操作的可靠性的重要性。取决于所连接负载的意义和重要性,每个电子熔断器执行检测在相关供电分支或相关供电子网络的相关线路节段中的电流的电参数以及在适用时检测供电侧上相对于参考电位的电位的方法。必要时,电子熔断器的控制装置的计算机核心与所提出的供电树的下游分支和上游分支中或供电网络的下游供电子网络和上游供电子网络中的其他电子熔断器的控制装置的其他计算机核心交换数据。这种数据交换可经由专用的熔断器数据总线(下文称为熔断器数据总线)或另一数据总线进行。这种数据总线可包括例如lin数据总线或dsi3数据总线或psi5数据总线或can数据总线或can-fd数据总线或以太网数据总线或flexray数据总线或lvds数据总线或以其他方式包括有线数据总线。如果本文呈现的文档描述了数据总线9,则无线数据传输路径也包括在数据总线9中作为例如经由蓝牙或wlan等进行无线通信的具体实施选项。迄今为止,车辆的供电网络的线缆束已被制造成单件,作为部件供应并安装在车辆中。据此提交的文档现在提出能够实现更灵活的结构。这种灵活性首先可通过软件标记来实现,其次可通过插入另外的部件以及供电子空间和供电子网络来实现。
5、电动车辆将通常具有第一供电树或第一供电子网络,车辆随后将在约48v(即,低于50v)下操作该第一供电树或第一供电子网络。
6、电动车辆将通常具有第二供电树或第二供电子网络,车辆随后将在约800v(即,显著高于50v)下操作该第二供电树或第二供电子网络。
7、使用电子熔断器(e-fuse)的一个想法是能够向车辆的子部件和/或子装置添加电流供应。为此,通常应是车辆的用户或驾驶员的客户优选地将命令传输到服务器,例如传输到汽车制造商的服务器。客户优选地向服务器验证其本身的身份。例如,客户可提供其移动电话或其车辆或另一个人化装置的识别数据,该数据使得能够合法地签订合同。
8、用于操作电子熔断器的典型控制装置还包括所谓的系统基础芯片功能。该功能提供操作计算机核心(例如微控制器)所需的所有功能。这可包括例如电压源、紧急电源、总线收发器形式的数据总线接口的设置以及用于监测熔断器的控制装置的计算机核心的正确功能的看门狗定时器(也简称为看门狗)。这些优选地是熔断器的控制装置的部件。在这种情况下,作为通用监视装置的看门狗定时器在适用时接管在本文提出文档的含义内的其他监视规范。
9、在48v网络中检测非熄灭电弧是此类用于电子熔断器的集成控制装置必须执行的重要功能。熔断器的此类控制装置的计算机核心因此旨在
10、·单独地,和/或
11、·与其他熔断器的其他控制装置的计算机核心协作,和/或
12、·与一个或多个更高层计算机系统协作
13、以独立地检测此类非熄灭电弧。熔断器的此类控制装置的计算机核心因此还旨在
14、·单独地,和/或
15、·协作地,和/或
16、·与其他熔断器的其他控制装置的计算机核心协作,和/或
17、·与一个或多个更高层计算机系统协作
18、通过诸如临时切断电源、负载和/或供电子网络的应对措施,解决所识别出的问题,并且优选地控制该问题。
19、根据现有技术,对其中插入电子熔断器的待保护线路节段上的电流进行频谱分析是已知的。为此,电子熔断器使用电流测量构件(例如分流电阻器24)检测通过待保护线路节段的电流的典型连续值的时间特征并对该值特征执行频谱分析。如果在这样确定的频谱中存在某些结构,则电子熔断器的控制装置的计算机核心推断出电弧并且在适用时使用熔断器的断路器切断电流,断路器通常为熔断器晶体管。代替熔断器的控制装置的计算机核心,更高层计算机系统(例如车辆的控制器或另一电子熔断器的控制装置的计算机核心)也可任选地执行该估计并且发起、执行和/或协调必要的应对措施。为此,电子熔断器的控制装置的计算机核心将合适的数据传输到该另一装置,即,例如车辆的更高层控制器或另一电子熔断器的控制装置的另一计算机核心。合适的数据可以是例如原始测量值或经进一步处理的测量值,特别是电压值和/或电流值。
20、然而,对于时间电流值特征的必要时间分辨率,相关熔断器的控制装置的模数转换器的增大采样率对于应用此类频谱分析通常是必要的。
21、优选地,分布式测量方法也是适当且必要的。在这种情况下,多个电子熔断器的控制装置优选地使用这些熔断器的这些控制装置的对应测量装置来检测一个或多个测量值。电子熔断器优选地各自具有对应的定时器。优选地,借助对应的定时器,对应电子熔断器的控制装置优选地确定用于优选地每个测量值或用于其确定的一组测量值的时间戳值。相关熔断器的控制装置将这些测量值优选地与相关联的时间戳一起传输到更高层计算机单元,例如更高层控制装置,或传输到另一电子熔断器的计算机核心。更高层计算机单元或另一电子熔断器的控制装置的计算机核心将优选地类似时间戳的测量值相互比较并可由此推断出例如在两个电子熔断器之间的线路节段中的功率损失。此类功率损失可能指示所述电弧。熔断器的控制装置或更高层计算机系统优选地考虑参考电位端子的可能出现的接地偏移。如果测量值或测量值彼此间的比率或此类测量值或从其导出的变量的差不对应于一个或多个预期值,则估计用电子熔断器的估计用控制装置的更高层计算机单元或计算机核心可采取应对措施。这些可对应于先前描述的应对措施。数据通信可继而根据要求经由熔断器数据总线或前述数据总线中一个前述数据总线或经由无线接口进行。
22、监测电流和/或电压特征使得能够进行车辆的所谓的健康管理。例如,供电网络的系统可随后识别电流消耗或者电压特征、电流特征或功率传输谱的变化,这些变化可能不对应于预期特征或值。必要时,供电网络的系统可由此经由互联网等或经由指示标识向维修店或车主或其他人员或机构通知关于电负载的状态或磨损或潜在损坏或即将发生的故障。车辆制造商对此类数据特别感兴趣。因此可以设想,熔断器的控制装置的计算机核心经由数据总线以及经由更高层计算机系统和互联网将所检测测量值和/或操作数据传输到汽车制造商的服务器。汽车制造商的服务器例如收集该数据、进一步处理数据并优选地估计数据。以此方式,汽车制造商可例如获得用于预防性维护工作的数据及其车辆未来改进的指示。
23、在本文呈现的文档的上下文中,发电部件是其中电流方向或电压方向相对于在功率耗散负载的情况下的这些方向被反转的负载。
24、对于汽车而言,所谓的eco模式的特定状态是已知的,在该状态下车辆的更高层计算机系统选择性地切断单个负载。现在,更高层计算机系统使用经由数据总线的命令将这些单个负载切换到负载。然而,根据本发明,更高层计算机系统也可以一种方式执行单个负载的这种切断,使得更高层计算机系统通过在更高层计算机系统的命令下断开其断路器的电子熔断器来中断供电分支或供电子网络的完全供电。由此,对于该供电子网络,消除了多个负载向该供电子分支或该供电子网络供应电能的所谓的待机电流。
25、如果车辆供电网络中的不同更高优先级点处的负载临时需要更高功率量,则更高层控制器的更高层计算机系统或电子熔断器的控制装置的计算机核心可经由相关熔断器的控制装置的计算机核心所连接到的数据总线或经由功能等同的其他数据传输路径来临时切断供电树的其他供电子树或供电网络的其他供电子网络。在其他方面,供电树是本文呈现的文档的含义内的供电网络。
26、如果在车辆供电网络中的另一个更高优先级点处,供电网络要经由线路节段将更高功率量暂时传输到一个或多个第一负载,则更高层控制器的更高层计算机系统或电子熔断器的控制装置的计算机核心可经由相关熔断器的控制装置的计算机核心所连接到的数据总线或功能等同的其他数据传输路径来临时切断供电树的其他供电子树或供电网络的其他供电子网络。这种断开增大了由电源中的第一负载使用的相关线路节段的载流能力的比例,有利于第一负载。如果短期的附加需求过去,则更高层控制装置的更高层计算机系统或电子熔断器的控制装置的计算机核心可能经由数据总线或所述数据连接恢复到初始状态。因此,这是负载的暂时断开,以便例如实现强制降档。
27、从现有技术中已知,例如用于使用此类继电器断开高压供电子网络(hv网络)的中继是不合适的。此处,供电子网络是指电压高于参考电位400v以上。在此类断开中,可能出现5ka的切断电流。如今,电动汽车中的继电器仅在“充电模式”和“驱动模式”操作状态之间切换。
28、目前常用的sic晶体管通常经由现有技术中的智能fet连接。这些是具有很少集成逻辑部件的fet晶体管。因此,当使用此类sic晶体管作为熔断器中的断路器时,需要通过熔断器的合适控制装置来充分控制sic晶体管。
29、激励因素
30、以下激励因素与电子熔断器(e-fuse)的使用相关:
31、·减轻汽车重量,
32、·架构的灵活性,
33、·创造性的功率管理,
34、·功能安全性,
35、·更好的系统可靠性。
36、当使用电子熔断器时产生以下缺点:
37、·熔断式熔断器始终更便宜。
38、为了减轻汽车重量
39、电子熔断器的制造可以高精度地进行。与传统熔断式熔断器的开关行为相比,车辆的计算机系统可精确地模拟电子熔断器的开关行为。开关行为的这种精确可预测性使得可以减小在供电树中的线路节段的导体横截面的设计中的安全裕度并减小类似的公差,这可减少用于车辆中的线缆束的材料使用并因此减轻车辆重量。较低的车辆重量导致降低的功率消耗。
40、优选地,制造方和最终用户可通过插拔式模块来扩大车辆中的供电树和供电网络。
41、然而,这种完全模块化和非分级的供电网络概念仍然需要很长时间才能实现。在第一步骤,包括电子熔断器的第一供电网络将中央熔断器盒(接线盒)保持在车辆中。旨在将电子熔断器作为可插拔模块提供。可以将电子熔断器而不是先前的熔断式熔断器作为可插拔模块安装在接线盒中。这些可插拔熔断器模块优选地具有用于数据总线连接器的可插拔端子,数据总线连接器将电子熔断器的控制装置的计算机核心的数据总线经由电子熔断器的控制装置的数据接口连接到接线盒或车辆的数据总线,并因此连接到车辆的更高层计算机系统,例如连接到车辆的控制器。
42、因此,优选的是通过在第一步骤使接线盒变得更智能来进一步发展接线盒的功能性的演变过程。随后,可以设想在车辆内将接线盒分成不同的小接线盒并在最后步骤最终为车辆的负载和电源配备单独的电子熔断器。因此,在本文讨论的提议的含义内的电子熔断器不仅仅执行熔断器功能,该熔断器功能在通过的电流在较长时间段内被超过时执行其中插入熔断器的电路的中断。此外,在本文呈现的文档的含义内,电子熔断器提供a)例如用于检测相关线路节段的测量电流值的测量装置和/或b)用于检测相关线路节段的电压测量值的测量装置以及c)用于改变相关线路节段的状态的致动器以及d)与其他电子熔断器的通信选项以及d)与更高层计算机系统的通信选项以及e)与车辆的其他装置部件(特别是控制器)的通信选项,以及f)时间相关数据,以及必要时,其他有益的服务和装置部件。
43、具体地,对于非常高的脉冲电流,熔断式熔断器不能充分地反应。公差要求较大安全范围,这要求增大线路横截面并因此增加更多材料和车辆重量。
44、电子熔断器的插入可保障不同的市场需求。
45、首先,取决于通过由电子熔断器保护的线路的电流,电子熔断器可以与熔断式熔断器相比实际上无公差的方式精确地模拟熔断式熔断器的行为。为此,电子熔断器使用电子熔断器内的测量辅助装置始终持续地检测在相关供电线路节段中通过电子熔断器的断路器的电流值。电子熔断器的控制装置的计算机核心优选地使用零次、一次、二次或三次多项式来计算中间值。本文优选大于一次的多项式,以便对馈送到受保护的线路节段中的电能对电流值的二次依赖性进行更精确的建模。该多项式的变量通常是由电子熔断器的测量构件检测到的电流值。优选地,电子熔断器的控制装置的计算机核心将一段时间内的该中间值积分为第二中间值。优选地,多项式是二次多项式。该第二中间值可随后在例如使用合适多项式系数的正确参数化的情况下模拟熔断式熔断器的熔断丝的加热。优点在于,通过合适的校准,电子熔断器的性能实际上是无公差的。如果第二中间值超过可预定的阈值,则电子熔断器的控制装置的计算机核心在该模型中切断电子熔断器的断路器,该断路器连接到供电树的供电分支的待保护线路中。在该变型中,电子熔断器优选地包括一个或多个模拟熔断式熔断器的装置。在这种情况下,典型特征在于,电子熔断器包括优选地对电流值进行平方和积分的一个或多个装置部件。在本文提交的说明书的上下文中,情况是装置部件具有一个功能,该功能对应于或在功能上等同于通过至少二阶多项式和后续积分操作来处理通过待保护线路节段上的熔断器的断路器的电流的测量值。即,模拟和/或数字电路和/或模拟或混合计算机可明确地识别该功能。该模拟和/或数字电路和/或模拟或混合计算机可以是电子熔断器的控制装置的部件。电子熔断器优选地具有实施对重要参数的监测的一个或多个装置部件。这些部件优选地是熔断器的控制装置的部件。在这种情况下,典型特征在于,电子熔断器包括通过一次多项式(即线性地)处理待保护线路节段的电位的电流和/或电压的值免受参考电位的影响的一个或多个装置部件。在本文提交的说明书的上下文中,情况是装置部件具有一个功能,该功能对应于或在功能上等同于通过小于二阶的多项式对待保护线路节段中的电流和/或电压的测量值的处理。即,模拟和/或数字电路和/或模拟或混合计算机可明确地识别该功能,其中该模拟和/或数字电路和/或模拟或混合计算机可以是电子熔断器的控制装置的一部分。这些部件优选地包括对这些信号进行时间滤波和/或时间积分的时间滤波器。通常,可假设500ns的特别有利的滤波时间作为低通滤波器的滤波时间常数(滤波时间)。
46、除了熔断式熔断器的模拟之外,如果电子熔断器的控制装置的测量构件检测到的电流值超过允许的最大值或对于使用情况不符,则所提出的电子熔断器还优选地执行电子熔断器的断路器的快速断开。符合性监测优选地由熔断器的控制装置的计算机核心和/或电子熔断器外部的更高层计算机系统执行。优选地,更高层控制器的更高层计算机系统或另一电子熔断器的计算机核心可使用经由到电子熔断器的无线和/或有线数据传输路径的控制命令来改变该最大值,具体取决于使用情况和/或取决于车辆内所需的功率分配。本文呈现的文档在下文将该无线和/或有线数据传输路径仅概括地描述为数据总线。
47、在此重要的是,电子熔断器的控制装置(即,通常是控制装置的计算机核心或电子熔断器的功能等同的装置部件)切断或接通熔断器的断路器并且不通过改变断路器的内部电阻来限制通过断路器的电流,因为这将导致断路器中的较高功率损失。优选地,断路器在供电网络的此类切断情况下在几纳秒内切断,电子熔断器是供电网络的一部分。
48、汽车制造商目前很少采用这种快速切断,并且目前通常假设在几毫秒的时间内切断。
49、汽车制造商和相关汽车供应商通常关注车辆中的动态负载。因此,如果在新的现代设计中电子熔断器取代熔断式熔断器,则他们需要电子熔断器表现得像熔断式熔断器一样以避免不可预见的交叉效应。因此,在某些上下文中,熔断器也应允许超过电流值,直至达到待保护电子线路中的电流的最大值。即,电子熔断器的切断曲线在主要使用范围内应为大致抛物线。
技术实现思路
1、因此,本文呈现的文档中的一个重要提议是一种电子熔断器,该熔断器在小于200ms、更好地小于100ms、更好地小于50ms、更好地小于20ms、更好地小于10ms、更好地小于5ms、更好地小于2ms、更好地小于1ms、更好地小于500μs、更好地小于200μs、更好地小于100μs、更好地小于50μs、更好地小于20μs、更好地小于10μs、更好地小于5μs、更好地小于2μs、更好地小于1μs、更好地小于500ns、更好地小于200ns、更好地小于100ns、更好地小于50ns、更好地小于20ns、更好地小于10ns、更好地小于5ns、更好地小于2ns、更好地小于1ns的时间内快速切断熔断器的断路器。在这种情况下,断路器作为隔离器被插入电子熔断器内的待保护电子线路。当最大允许电流超过最大电流值时,和/或当线路相对于参考电位的电压降至低于最小电压值时,电子熔断器的控制装置的计算机核心优选地使用电子熔断器的控制装置的对应子装置来执行该切断。此处所述的提议的特殊特征在于并且同时以其他方式基于如上所述发生熔断式熔断器特征的模拟在允许时间之后进行切断。
2、电子熔断器的控制装置的计算机核心可使用线路中的分流电阻器和熔断器的控制装置的模数转换器来执行电流测量。然而,这与许多缺点相关联。
3、优选地,电子熔断器的控制装置的计算机核心使用熔断器的控制装置的模数转换器来检测断路器的端子之间的电压和/或与断路器并联连接并与分流电阻器串联连接的辅助断路器的端子之间的电压,或检测物理参数的功能等同值,并且由此确定通过熔断器的断路器的电流的值,该断路器在待保护电子线路中接通。
4、在测量通过熔断器装置的断路器的电流时,电子熔断器的控制装置的计算机核心可使用第一测试电流源将另外测试电流馈送电子熔断器的断路器中。该另外测试电流的值的时间特征优选地用调制信号来调制。调制信号优选地具有已知幅值以及已知频率和相位。经调制的另外电流因此优选地具有最大幅值。电子熔断器的控制装置检测通过断路器的电流的时间特征并检查该电流的测量值的时间特征的信号是否包括信号分量,该信号分量的调制与调制信号的调制相关。为此,例如,同步解调器可执行该电流的测量值的时间特征与调制信号的时间特征之间的关联。这可例如表现为使得同步解调器将调制信号或从其导出的信号或与调制信号处于固定时间关系的信号与该电流的测量值的时间特征的信号或从其导出的信号相乘,并且随后对从相乘得到的信号进行滤波,优选地进行低通滤波。代替同步解调器,控制装置还可包括针对调制信号优化的匹配滤波器和/或匹配滤波器和/或卡尔曼滤波器或另一估计滤波器。
5、汽车制造商及其供应商具有以下需求:
6、1.在受保护的供电线路节段中不得有过电流。该功能是新颖的,因为熔断式熔断器仅确保热过载保护,而不确保针对短期过电流的保护。
7、2.在受保护的供电线路节段中不得有线路的过载。在这种情况下,电子熔断器应表现得像使用现有技术的熔断式熔断器一样,以便确保即插即用功能性并且不由于副作用而产生新问题。新的设计旨在最大程度地利用线路的soa(安全操作区域)作为安全操作范围,以便最小化待保护线路的线路直径形式的材料的使用。(电子熔断器(即e-fuse)的保护功能)
8、3.上述组织对检测供电网络中的其他参数感兴趣,以便例如能够在没有温度传感器的情况下执行电流测量并因此能够在必要时推断出供电网络中的线路的温度。
9、4.在驻车状态下应以尽可能低的静态电流消耗向车辆的装置部件供电。对于电子熔断器,这意味着该较低残余电流消耗必须以最小保护来执行,并且供电子树中的电子熔断器之后的负载应能够被不时地唤醒。
10、5.汽车制造商希望具有理想的二极管,以便能够控制和/或防止电能的回流。
11、为了实现理想的二极管,本文呈现的文档提出电子熔断器的控制装置的计算机核心可优选地通过熔断器和/或熔断器的控制装置的合适测量构件来检测在从电源到负载的方向上以及在反向电流方向上通过断路器的电流。为此,电子熔断器的控制装置的计算机核心可使用模数转换器等检测断路器两端的电压降并在通过断路器的电流反向时切断该断路器。所提出的电子熔断器和/或电子熔断器的控制装置因此应包括用于捕获并检测反向流动电流的构件。通常,电子熔断器的控制装置的计算机核心估计这样检测到的测量值,并将这些测量值或从其导出的测量值经由熔断器数据总线等转发给供电网络的其他电子熔断器的其他计算机核心或转发给更高层计算机系统,例如车辆的控制器。
12、本发明尤其涉及一种电熔断器装置,该电子熔断器装置另选地包括:根据权利要求1、4和5所述的特征,根据本发明的该电熔断器装置的各个实施方案是权利要求2、3和6所述的主题;根据权利要求7所述的供电网络;根据权利要求9所述的电子熔断器,该电子熔断器的各个实施方案是权利要求10至20所述的主题;根据权利要求21所述的电子熔断器,该电子熔断器的各个实施方案是权利要求22至38所述的主题;包括根据权利要求39所述的特征的供电网络,该供电网络的各个实施方案是权利要求40至45所述的主题;包括根据权利要求46至47所述的特征的电子熔断器,该电子熔断器的各个实施方案是权利要求48至52所述的主题;包括根据权利要求53所述的特征的电子熔断器;包括根据权利要求54所述的特征的电子熔断器,该电子熔断器的各个实施方案是权利要求55至60所述的主题;以及根据权利要求61所述的电子熔断器,该电子熔断器的实施方案是权利要求62所述的主题。
13、根据权利要求1至8所述的电子熔断器装置的特征可在于该熔断器装置可一次或多次地集成到车辆的供电网络中,以便能够重新配置供电网络的拓扑。供电网络的连接到输入侧和输出侧的线路可根据需要互连,其中优点在于在熔断器装置内用电子熔断器检测和监测操作参数。为此,电子熔断器连接到更高层控制或计算机系统。该系统根据对当前所需的通过网络的电功率或电能的传输给出的要求来控制电子熔断器。根据本发明使用的断路器的接通和切断受到控制,即,取决于当前的操作参数。电流操作参数可以是以下各项的量值:流经相关断路器的电流和/或相关断路器两端的电压降或电连接中的不同电压、电功率(时间积分)、输送的电能、温度(具体地是线路或电连接的温度(关键词i2t负载))和/或例如在热影响下可能膨胀的电线的变形,这可通过诸如电流或电压的电参数来检测。
14、根据权利要求9至38中任一项所述的电子熔断器的特殊特征在于,其中连接有电子熔断器的断路器的供电网络的电隔离以及电子熔断器的控制。两个系统(一方面是数据通信和更高层控制或计算机系统,而另一方面是供电网络)可在显著不同的电压下操作。具体地,在车辆中通常不仅要接通和处理在<=50v ac或<=120v dc范围内、特别是在40v至120v dc范围内的超低电压,和/或在<=1000v ac或<=1500v dc范围内、特别是在400v至1500v dc范围内的低电压(参见例如维基百科https://de.wikipedia.org/wiki/kleinspannung),同时数据通信在显著更低的电压下操作。如果存在电子熔断器内的电子部件的短接并因此存在短路或电流增大的类似情况,则电隔离(数据接口以非电方式操作)的结果可能不会损害通信系统的功能性。
15、电子熔断器的控制装置的以非电方式操作的数据接口优选地以光学方式或感应方式操作。光辐射可如上述权利要求中所述的那样设计。具体地,光学数据传输可通过粒子辐射或甚至单个粒子辐射来进行。因此,现在可实现pqk(后量子密码)或qkd(量子密钥分发)概念(如例如关于申请人的pct申请pct/de2022/100724中的qkd所述)。
16、根据权利要求39至45中任一项所述的特征的供电网络的特殊特征可在于主动功率管理。在此处给出的操作参数,诸如电流、电压、温度、功率、功率等,通过分布式布置在供电网络上的电子熔断器针对供电网络的不同点或区域进行连续监测并用信号通知给更高层控制或计算机系统。在一方面所有负载或一些负载或负载组的当前功率要求与另一方面所有电源或所选电源的电流供电能力之间进行计算,以便根据例如由于供电网络的部件的过高热负载或过高电负载而引起的即将发生的紧急情况来解除供电网络的单个负载或甚至单个部件的耦合。在此也可考虑,在车辆运行期间通过例如再生或太阳能设备另外提供电能。
17、包括根据权利要求46至60中任一项所述的特征的电子熔断器的特征例如在于进行热监测,并且具体地,热监测不一定涉及电子熔断器本身,而是涉及其周围环境或也涉及连接电子熔断器的线路。在过高温度下,电子熔断器可自动切断,这用信号通知给控件或计算机系统。温度值也用信号通知给该系统,或者仅在超过优选地低于切断阈值的某个温度阈值时才进行报告。因此就这一点而言输出了某个预警。
18、热保护可实现为具有一次性切断(不可逆切断)的热熔断器,或者通过能够可逆地切断然后再接通的热开关实现。
19、最后,根据权利要求60或61所述的电子熔断器的基本特征可在于,电子熔断器可通过旁路开关或漏极开关或电流漏极开关转移到另一操作模式作为相关电连接或线路或电源或相关负载的保护。具有优选地与断路器并联安置的旁路开关的电子熔断器可因此用于即使在断路器切断时仍然确保电流流动,即防止中断。此类电子熔断器可例如用在电池中,在该电池中,单个电池单元或单个电池单元组(电池模块)由电子熔断器保护,并且在故障情况下,可通过断开断路器并闭合旁路开关来旁路此类有缺陷的电池单元或模块。另选地,旁路开关可连接到电子熔断器的例如与断路器不同的端子。连接到断路器的负载可因此通过断开断路器而从供电网络断开,同时电子熔断器本身可进一步经由其旁路开关、进一步提供经由该旁路开关连接的线路向供电网络的其他区域或其他负载供应电能。在这方面,电子熔断器于是被理解为具有另外开关的真正电子熔断器。
20、电子熔断器的另一可能性在于,当存在反向电流流动(即,从负载流向电子熔断器的电流)时,这种电流已经被分流到电子熔断器的负载侧端子处的电流宿。这防止对电子熔断器以及供电网络的直接或间接连接到电子熔断器的电源侧端子的部件造成损坏。
21、本发明的上述变型和下面还要描述的变型的所有方面都基于使用具有至少一个可经由控制装置控制的保护开关的一个或多个电子熔断器。控制装置因此经由数据接口连接到更高层控制或计算机系统。控制装置不一定必须是电子熔断器的一部分。它也可布置在电子熔断器的外部并且具体是控制多个电子熔断器的断路器。如果控制装置是电子熔断器的一部分,则这也可优选地经由数据通信总线对其他电子熔断器的断路器的控制产生影响。这在一些方面与电子熔断器的用于检测断路器和/或电连接或其中布置有断路器的线路的操作参数的测量构件的行为类似,其中操作参数是电流和/或电压和/或电功率和/或电能的量值,或者是温度和/或表示电连接的变形的测量值。此类测量装置可设置在每个电子熔断器上;如果电子熔断器具有多个断路器,则测量装置有利地用于检测每个断路器或相关断路器连接到的每个电连接的操作参数。然而,测量装置不一定必须是电子熔断器的组成部分。测量装置可因此也设置在外部,以便优选地经由数据接口与多个电子熔断器的控制装置通信。
22、本发明涉及一种用于操作供电网络(200)的方法(7600),包括在第一电子熔断器(1)中对第一电子熔断器(1)的第一熔断器数据进行压缩和加密以及对另一传感器的传感器数据进行压缩和加密,并且包括将压缩并加密的第一熔断器和传感器数据传输到更高层计算机系统(12),并且包括对压缩并加密的第一熔断器和传感器数据进行解密和解压缩以在更高层计算机系统(12)中形成接收第一熔断器和传感器数据。此外,该方法包括在更高层计算机系统(12)中融合所接收的第一熔断器和传感器数据。
23、下面描述车辆中的电子熔断器的各种应用场景以及此类熔断器的各种实施方案。
24、电池
25、电子熔断器也非常适合监测电池。因此,本文呈现的文档提出了具有诊断功能的电池。优选地,电池的至少一个端子设置有电子熔断器,如此处所提出的那样。例如,电池可包括具有一个或多个供电分支的供电树和/或供电网络。例如,电池内的多个电子熔断器可串联连接在供电网和/或供电网络的供电分支中。例如,供电树和/或供电网络也可包括具有多个电子熔断器的仅一个供电分支,该多个电子熔断器被插入该供电分支。优选地,电池包括一个或多个电池单元模块。优选地,一个或多个电池单元模块串联电连接。优选地,一个或多个电子熔断器连接在电池的电池单元模块之间。优选地,恰好一个电子熔断器连接在串联互连的两个电池单元模块之间。非常特别优选地,为每个电池单元模块提供一个电子熔断器。非常特别优选地,为每个电池单元模块或为一个或多个组(具体地是串联的电池单元模块)分配一个电子熔断器。非常特别优选地,这些电子熔断器中的一个或多个或全部具有第一断路器,该第一断路器在断开时适于阻止电流通过电池单元模块或相关电池单元模块组,即,阻止第一电池单元模块与第二电池单元模块或串联互连的第一电池单元模块组与第二电池单元模块组之间的电连接。非常特别优选地,电池的这些电子熔断器中的一个或多个或全部具有第二断路器,该第二断路器适于在第二断路器闭合时分流电池单元模块或电池单元模块组。
26、在这种情况下,当第一断路器可靠地断开时,电子熔断器的控制装置的计算机核心可优选地仅闭合第二断路器。为此,电子熔断器的控制装置的计算机核心优选地在第二断路器闭合之前检查第一断路器的开关状态,例如通过将测试电流馈送到第一断路器中并且通过在第一断路器下游汲取该测试电流并且通过检测并检查该断路器的端子处的电压。
27、在这种情况下,当第二断路器可靠地断开时,电子熔断器的控制装置的计算机核心可优选地仅闭合第一断路器。为此,电子熔断器的控制装置的计算机核心优选地在第一断路器闭合之前检查第二断路器的开关状态,例如通过将测试电流馈送到第二断路器中并且通过在第二断路器下游汲取该测试电流并且通过检测并检查第二断路器的端子处的电压。
28、优选地,电池单元模块或电池单元模块组与第一断路器和第二断路器之间的互连包括三个电节点。第一断路器在此优选地通过第一断路器的第一端子连接到第一节点。第一断路器在此优选地通过第一断路器的第二端子连接到第二节点。第二断路器在此优选地通过第二断路器的第一端子连接到第三节点。第二断路器在此优选地通过第二断路器的第二端子连接到第二节点。电池单元或电池单元组的第一端子在此优选地连接到第三端子。电池单元或电池单元组的第二端子在此优选地连接到第一端子。优选地,电子熔断器具有在电池中使用的壳体。优选地,电子熔断器具有在电池中使用的光学接口。优选地,电子熔断器的所述壳体包括供电磁辐射进入的光学窗口或光学子系统,用于将数据传输到该电子熔断器。优选地,电子熔断器的所述壳体包括用于发射电磁辐射的光学窗口或光学子系统,用于将数据从电子熔断器的控制装置的计算机核心传输到另一电子熔断器的控制装置的计算机核心或传输到更高层计算机系统。电磁辐射优选地是激光辐射和/或led的辐射。优选地,电子熔断器为此具体地包括激光器或led。优选地,电子熔断器包括光电检测器,例如光电二极管,用于接收传输数据的光信号。光学窗口是相关电子熔断器的控制装置的一个或多个光学数据接口的子装置。光波导和/或其他光学功能元件优选地经由这些电子熔断器的这些光学数据接口将一个或多个电子熔断器的控制装置的计算机核心互连。优选地,一个或多个电子熔断器经由此类光学接口连接到更高层计算机系统,并且光波导连接到更高层计算机系统的光学接口。一个或多个电子熔断器也可通过另一数据接口、具体地是通过上述数据接口,以数据技术连接到更高层计算机系统。优选地,电池单元模块或电池单元模块组为电子熔断器的控制装置和电子熔断器的与该电池单元模块或该电池单元模块组相关联的其他部件提供用于其操作的电能。优选地,电池单元模块或电池单元模块组可首先向电子熔断器的控制装置优选地供应电能,并且其次向电子熔断器的其他部件供应电能,并且第三向与该电子熔断器相关联并且该熔断器在用于该电子熔断器的操作的供电分支中后面或前面的那些电池单元模块或电池单元模块组供应电能。因此,电池优选地对每个电池单元模块或每个电池单元模块组包括一个电子熔断器。电子熔断器的控制装置的计算机核心优选地使用电子熔断器的控制装置的测量构件来检测电压值和/或电流值。电子熔断器优选地执行熔断器功能。优选地,如果满足断开条件,则电子熔断器的控制装置的计算机核心使用电子熔断器的断路器来中断通过电子熔断器的断路器的电流。此类断开条件可以是例如超过通过熔断器的断路器等的电流的最大值。如果满足断开条件并且满足分流条件,则电子熔断器的控制装置的计算机核心使用电子熔断器的断路器优选地中断电流流动并分流电池单元模块或电池单元模块组。优选地,一个或多个电子熔断器的控制装置的计算机核心将对应电子熔断器的一个或多个测量值和/或从其导出的值和/或状态值和/或状态信息传输到更高层计算机系统。电子熔断器的一个或多个控制装置优选地包括优选地具有一个或多个温度传感器586的一个或多个温度传感器估计装置。电子熔断器优选地包括一个或多个温度传感器586。电子熔断器可另外包括热熔断器,该热熔断器包括具有张紧弹簧的熔断式熔断器,如果电子熔断器的断路器超过最高温度,张紧弹簧断开断路器。熔断式熔断器的控制装置的计算机核心优选地估计一个或多个温度传感器估计装置的温度测量值,温度传感器估计装置借助电子熔断器外部的温度传感器和/或借助电子熔断器的温度传感器来检测温度测量值。
29、优选地,一个或多个电子熔断器包括可为光学数据接口的两个数据接口。优选地,在具有提高的电隔离要求的装置中,电子熔断器的控制装置的计算机核心经由光学数据总线以数据技术连接,电子熔断器的控制装置的数据接口各自被插入光学数据总线。
30、电子熔断器的控制装置的数据接口优选地至少通过电子单线数据总线和/或通过双线数据总线和/或不同数据总线和/或不同数据通信构件以有线和/或无线方式以数据技术连接。电子熔断器的控制装置的数据接口被插入此类数据总线。数据总线可以星形或线性方式连接在一起,形成链或闭合的环。取决于数据总线的类型,数据总线在一些情况下也可具有分支。在电池内的特别优选的数据总线中,它可以是连接成环的光学数据总线的光学数据总线环。光学数据总线的光波导优选地被设计成电绝缘的。电子熔断器的控制装置可优选地包括硅基led作为led。电子熔断器的控制装置的光学数据接口也可包括例如硅基led作为led。此类硅基led可以是硅雪崩led。例如,硅基led可以是将熔断器的控制装置操作为在击穿区域中具有足够反向电压的led的spad二极管。优选地,电子熔断器的控制装置于是包括使用电压转换器从电子熔断器的工作电压生成用于硅led、特别是spad二极管的工作电压的驱动装置。此外,本文提出的技术教导内容还提出,除了其他以外,将硅led作为接收器周期性地操作。为此,电子熔断器的控制装置的计算机核心通过电子熔断器的控制装置的隔离开关将硅led与电压转换器的电源隔离,并且使用硅led的电压信号和/或光电流信号作为电子熔断器的控制装置的光学数据接收器的输入信号。
31、架构的灵活性
32、如本文呈现的文档所提出的电子熔断器可减少汽车熔断器盒(接线盒)的设计工作。因为具体地更高层计算机系统可经由车辆的控制器通过数据总线访问电子熔断器的控制装置的计算机核心,所以新的设计可将电子熔断器定位在车辆中的不同位置并因此将供电网络的布线复杂性降至最低程度。这使得能够分散地布置电子熔断器。优选地,新的设计在车身用作返回接地线的情况下将用于向车辆内的电负载供应电能的供电网络的一个或多个供电分支被实现为供电线路的环,和/或在其他情况下被实现为两个供电线路的两个环。相应电子熔断器的对应断路器优选地被插入供电网络的对应供电线路。在用于每个负载的电能到对应供电线路中的对应分接点处,两个熔断器优选地被插入用于该负载的对应供电线路。由此,在供电线路节段处发生故障的情况下,两个电子熔断器的与该故障负载相关联的对应控制装置的对应计算机核心断开其对应断路器,使得熔断器的断路器的该断开将故障线路节段隔离。由此,在负载上发生故障的情况下,两个电子熔断器的与该负载相关联的对应控制装置的对应计算机核心通常断开其对应断路器,使断路器的该断开将故障负载隔离。因此,此类故障不会影响向其他负载供应电能。
33、主动发电配置和主动功率分配配置(主动功率管理)
34、所谓的主动功率管理包括例如:
35、·线路状态的自适应管理,
36、·通过自适应切断阈值的自适应电流管理,
37、·hv域中静态电流的减少,
38、·有效暂停系统状态,
39、·远程恢复,
40、·预防性维护(ai)。
41、特别优选地,多个电子熔断器的对应控制装置的对应计算机核心检测通过其对应断路器的对应电流并且在适用时检测该断路器的一个或多个端子彼此之间的对应电位和/或相对于作为参考电位的参考电位触点的参考电位的对应电位。取决于对应熔断器的对应断路器的通电的电流值,对应熔断器的对应控制装置的对应计算机核心优选地通过模型形成来计算理论接地偏移,并且在适用时校正这样检测到的对应电压测量值。
42、熔断器的控制装置的计算机核心的这种计算也可由整个系统中的其他电子熔断器的其他控制装置的其他计算机核心或由车辆的更高层计算机系统等来执行。
43、整个系统的单个计算机或多个计算机(其也可以是电子熔断器的控制装置的计算机核心和/或更高层计算机系统)可例如借助这样检测到的参数(诸如电流值和电压值)推断出供电线路节段的状态参数。这可例如包括供电线路节段的单位长度电阻负载和/或温度和/或热偏转等。供电线路节段的状态参数可包括其温度。在为铜线的情况下,控制装置的计算机核心可例如借助铜的已知温度系数和供电线路节段的已知设计数据和/或通过馈送到供电线路节段中的功率和/或通过在供电线路节段中吸收的功率非常好地确定温度。这同样适用于其他材料。
44、电子熔断器的使用使得能够对设备变型进行编程。为了防止供电树的子树和/或供电网络的供电子网络的供电选项被不当地激活或去激活,电子熔断器的控制装置的计算机核心与不同电子熔断器的控制装置的计算机核心之间的通信优选地被加密。为了防止供电树的子树和/或供电网络的供电子网络的供电选项被不当地激活或去激活,电子熔断器的控制装置的计算机核心与更高层计算机系统之间的通信优选地被加密。电子熔断器的激活和/或去激活,即接通或断开断路器,优选地要求将数字密码从另一电子熔断器的控制装置的计算机核心或从更高层计算机系统经由数据总线传输到电子熔断器的控制装置的计算机核心。电子熔断器的控制装置的计算机核心与其环境之间的通信经由此类数据连接优选地被加密。这种数据连接使用pqc方法优选地被加密(pqc=后量子密码)。经由数据总线的通信可例如通过类似psi5的协议等来进行。优选地,作为供电网络的子装置的电子熔断器也通过经由供电网络或其可能分离的供电电压线进行的电力线通信彼此通信。
45、在车辆的操作状态显著改变之后,优选地不是所有电子熔断器同时改变其断路器的开关状态。如果车辆从驻车状态转换到行驶状态,则车辆的操作状态的这种显著变化可以例如是接通过程。电子熔断器优选地从中央控制器(例如更高层计算机系统)接收起始信号。必要时,更高层计算机系统预先分配电子熔断器在来自控制器的起始信号到达与其对应断路器闭合之间要等待的等待时间的值。相应等待时间的这些相应值也可被编程到对应电子熔断器的非易失性存储器中。该编程可在工厂执行或经由车辆的更高层计算机系统或不同计算机执行,因此也经由不同电子熔断器的计算机核心执行。由此,车辆的电子系统的通常非常高的起动电流大幅减小。该起动电流也被称为浪涌电流。因为浪涌电流变得更低,所以具有电子熔断器的新设计可实现用于依次向车辆中的电负载供应更弱电流并具有更细线缆的布线网络。这减轻了车辆重量。
46、系统可靠性的提高
47、本文呈现的文档提出电子熔断器的控制装置的计算机核心检查这些端子与参考节点之间和/或在其位于电源侧的对应断路器的对应端子处彼此之间的对应电压。如果这些相应电压中的任一个降至低于对应最小值并且同时通过对应电子熔断器的对应断路器的对应电流超过预定阈值,则对应电源将比预期更多的功率递送到由该对应电子熔断器保护的对应供电子网络中。对应电子熔断器随后优选地通过断开其对应断路器来切断该供电子网络的供电。这导致由于对应电子熔断器的速度而限制对应电压暂降。
48、取决于安全方案,电子熔断器的控制装置的计算机核心可在断开之后执行一次或多次接通尝试。如果不成功的接通尝试的次数超过预定义次数,则电子熔断器的控制装置的计算机核心优选地向不同电子熔断器的控制装置的计算机核心或向更高层计算机系统传输错误消息。
49、具有尽可能高的可用性的供电子网络和供电分支的电子熔断器旨在具有在由于过电流等而断开时单次或多次接通尝试(重试)的这种可能性。
50、熔断器数据总线(熔断器总线)
51、如上文已经描述的那样,有利的是,电子熔断器的控制装置的计算机核心可与车辆的供电网络中的其他熔断器的控制装置的其他计算机核心或与车辆的更高层计算机系统通信。通常,存在对配置数据(读写)、切换命令(读写)、诊断数据(读写)、测量值(读)、比较值设置(读写)的通信要求。
52、电子熔断器的控制电路的计算机核心优选地使用用于在车辆中或在熔断器盒内彼此通信的熔断器数据总线。熔断器数据总线优选地是双线数据总线。熔断器数据总线优选地是差分数据总线,因为在车辆的车身中可能发生相当大的质量流量和接地偏移。熔断器数据总线优选地是can数据总线或具有can数据总线、can fd数据总线或flexray数据总线或lvds数据总线等的物理接口的数据总线。熔断器数据总线优选地是双向的。优选地,电子熔断器的控制装置包括用于熔断器数据总线的两个数据总线接口,使得新设计可通过这两个数据总线接口将电子熔断器插入熔断器数据总线。由此,电子熔断器可沿着熔断器数据总线形成电子熔断器的线性链,使得连接在熔断器数据总线的开始处的更高层计算机系统(例如控制器)通过自动寻址将熔断器地址作为总线节点地址传输到电子熔断器的控制装置的计算机核心,用于控制电子熔断器的控制装置的计算机核心。
53、电子熔断器的控制装置的计算机核心优选地将所连接的供电子网络的参数和/或供电子网络的各个节点的参数和/或车辆的供电线路的供电网络的各个供电线路节段的参数传输到其他电子熔断器的控制装置的其他计算机核心和/或一个或多个更高层计算机系统(例如车辆的控制器)。必要时,此类参数可以是可直接访问的参数,诸如温度传感器的温度、供电网络的节点相对于参考电位的电压或供电网络的供电线路节段中的电流值。电子熔断器的控制装置的计算机核心也可检测通过将基尔霍夫方程应用于数据而导出的参数,电子熔断器的控制装置的计算机核心通过该电子熔断器的测量装置确定该数据,或者该电子熔断器的控制装置的计算机核心已从其他电子计算器的控制装置的计算机核心或从更高层计算机系统(例如,车辆的控制器)接收到该数据,此类参数包括例如相对于车辆中的其他电节点的漏电流或供电电压线路节段的电阻。
54、具体地,如果其欧姆电阻、其热容、热漏电阻以及供电线路节段的区域中的环境温度对于计算机核心是近似已知的,例如通过估计,则电子熔断器的控制装置的计算机核心可估计下游供电电压段的温度。该过程通常基于馈送到供电线路节段中的功率基本上对应于供电线路节段的所供应电功率的时间积分这一事实。这通常与流入供电线路节段的电流的电流量值的平方成比例。
55、本文档提出的其他想法
56、登记供电
57、第一个想法是登记用户向供电网络中以前未供电的负载供应的电能。在这种情况下,用户例如经由与服务提供商的服务器的数据连接从供应商购买激活代码,供应商根据已建立的方法借助验证数据生成和/或已生成该激活代码并且保持该激活代码就绪并且经由数据传输信道将该激活代码传输到用户。一个或多个电子熔断器的控制装置的一个或多个计算机核心优选地检测例如电动汽车的电池馈送到供电网络的供电子分支中的功率。在该模型中,电池是公用事业公司的财产。优选地,更高层计算机系统(例如车辆的控制装置)从计算机核心和/或电子熔断器的控制装置的存储器和/或基础测量值读取所确定的功率量并且将该数据经由优选地被加密的数据传输路径传输到公用事业公司或分包商,公用事业公司或分包商随后基于该数据开具发票。可以设想,供电子网络也允许其他服务提供商的服务,这些服务提供商在适用时以类似方式确定其开票数据并向用户开具发票。
58、诊断环
59、新设计优选地提供为部分环形的供电网络,并且其中负载优选地在环形供电网络的不同位置处从供电网络汲取电能。环形供电网络的在功率提取点的左侧和右侧的供电线路优选地被电子熔断器中断,但至少被其对应断路器被插入供电线路节段在电负载功率的两个提取点之间的供电线路的电子熔断器中断。如果发生错误,这些熔断器可首先隔离受影响的供电线路节段和/或受影响的负载。更高层控制器可通过电子熔断器的控制装置的计算机核心的响应来确定电子熔断器的状态,并且由此包含一个故障的原因,但该故障不能影响其他负载。通常,熔断器的接通如此快速地进行,使得故障仅影响附接到供电网络而使得其值不可用的传感器和/或测量装置的少数传感器值。电子熔断器优选地以日志表的形式记录故障,该日志表也可能仅包括几个位。电子熔断器的控制装置优选地向日志表的条目提供电子熔断器的控制装置的定时器单元的时间戳。在这种情况下,电子熔断器的控制装置优选地还用时间戳来记录从其起不再存在故障的时间。更高层计算机系统优选地定期地或在故障情况下查询该数据。更高层计算机系统可因此确定哪个供电子网络或哪个供电线路中断、何时和如何中断以及该故障持续多长时间。由此,更高层计算机系统可识别潜在受影响的传感器和测量系统并且将如此在相关时间段内获取的测量值作为潜在有故障的值进行标记或甚至丢弃。此类具有电子熔断器的供电网络的环形结构的另一个优点是通过冗余提高了可靠性。因此,特别可能用于安全相关应用。
60、具有电表的卫星
61、如已经解释的那样,在许多情况下,单个负载配备瓦特计等是有用的。为此,电子熔断器通过电压表检测电子熔断器的断路器上的节点或与其相关联的节点的电压以及优选的通过电子熔断器的断路器的电流,并且由此确定流入负载或下游供电树或下游供电线路节段的电流。电子熔断器的控制装置的计算机核心优选地经由数据总线将这些数据传输到另一电子熔断器的控制装置的计算机核心或传输到更高层计算机系统。
62、激活单个负载
63、可以设想,通过如上所述的激活代码来实现对车辆供电网络中的单个负载的供电。在这种情况下,汽车制造商或服务提供商的服务器基于认证数据向车辆或用户传输,认证数据可包括车辆、车钥匙、sim卡、密码输入的数据、生物计量用户数据等,车辆或用户随后经由终端或数据接口将车辆中的这些数据传输到车辆。取决于激活代码,车辆的更高层计算机系统随后向供电网络的所选电子熔断器传输用于闭合断路器的命令,由此供电网络随后向激活代码特定的供电子网络供应电能。
64、将电力利用数据传输到电力提供商和/或汽车制造商
65、如上所述,车辆的更高层计算机系统可将这样确定的由电子熔断器以及供电子网络和供电线路节段组成的系统的利用和配置数据作为电力利用数据的传输传输到电力供应商和/或汽车制造商和/或其他服务提供商。
66、检测热插拔事件
67、电子熔断器优选地放置在用于向车辆中的电负载供应电能的插头附近。如果用户和/或制造方等在移除装置之前,没有按照规定在将装置插入或断开之前将装置断电,则现在可能出现问题。该文档将此类事件在下文中称为热插拔事件。这种断电优选地经由从控制器(即更高层计算机系统)到电子熔断器的控制装置的计算机核心的数据总线通过软件指令来进行,电子熔断器然后断开其断路器。如果这不是事先完成的并且错误的操作仍然触发热插拔事件,则相关联电子熔断器的控制电路可通过监测断路器的节点电位相对于参考节点电位的电压的瞬态时间特征和/或通过观察通过断路器的电流的瞬态特征来检测此类热插拔事件,并且足够快地断开断路器以使得该快速切断最小化等离子体形成。此外,电子熔断器可经由数据线将此类事件用信号通知给相关联的控制器,例如更高层计算机系统。更高层计算机系统可在适用时继续报告该事件,使得该事件首先显示在终端中(例如,通过人机界面),或经由数据传输路径传输到汽车制造商。
68、分布式测量方法
69、显然有利的是,电子熔断器的控制装置经由数据总线与其他电子熔断器的其他控制装置交换上述测量值。控制装置通常不能确保数据传输非常快速地进行。因此有利的是,熔断器的控制装置除了测量值之外还传输一个或多个测量值的时间戳。为此,电子熔断器优选地具有时钟或定时器。更高层计算机系统优选地确定用于校正不同电子熔断器的不同控制装置的非同步时钟的时间戳值的一次性校正因子。另一种方法是使这些时钟和/或定时器循环同步。同步可包括重置为共同的起始值。同步可另选地包括振荡器和/或时钟脉冲的频率的校正,这可通过同步过程来调整,例如通过调整基频的分频器。在这种情况下,更高层计算机系统通过广播模式中的数据总线命令可使得例如不同电子熔断器的不同控制装置在相同时刻执行相同测量,其中“相同”在此表示不同电子熔断器的不同控制装置的对应时钟的时钟状态的相同。因此,这是使用不同电子熔断器的控制装置内的同步本地时钟进行同步测量的分布式测量方法。这使得能够基本上时间同步地测量供电线路节段的欧姆电阻。
70、耦合通信网络和供电网络
71、将通信网络与供电网络耦合是有利的。此处参考上述熔断器数据总线。
72、电流路径的动态分配
73、在发展中认识到,在冗余的情况下,车辆内的功率和功率传输路径的动态分配可能是有用的。为此,车辆的更高层计算机系统确定车辆的潜在功率负载的功率要求。供电线路优选地被设计成供电网络,其中两条或更多条供电线路至少分段地平行铺设和/或在车辆中的至少两个点处相交。例如,我们现在研究第一供电线路与第二供电线路的相交。供电网络优选地在这些交叉点处包括两个电节点。为了更清楚起见,本文呈现的文档将交叉点处的这两个电节点称为第一交叉点的第一节点和该交叉点的第二节点。交叉点将第一供电线路分成第一供电线路的电源侧第一部分和第一供电线路的负载侧部分。交叉点将第二供电线路分成第二供电线路的电源侧第一部分和第二供电线路的负载侧部分。
74、在下文中,我们现在描述包括四个电子熔断器的电子交越熔断器。在下面的示例中,在电源侧实现电子交越熔断器的电子熔断器。相反地,也可以设想在负载侧实现电子熔断器。这些设计可在负载侧和电源侧提供电子熔断器。
75、·第一电子熔断器取决于第一电子熔断器的断路器的开关状态将第一供电线路的电源侧第一部分连接到第一节点/从第一节点断开。
76、·第二电子熔断器取决于第二电子熔断器的断路器的开关状态将第二供电线路的电源侧第一部分连接到第一节点/从第一节点断开。
77、·第一熔断器的断路器优选地仅在第二熔断器的断路器断开时闭合。第二熔断器的断路器优选地仅在第一熔断器的断路器断开时闭合。
78、·第三电子熔断器取决于第三电子熔断器的断路器的开关状态将第一供电线路的电源侧第一部分连接到第二节点/从第二节点断开。
79、·第四电子熔断器取决于第四电子熔断器的断路器的开关状态将第二供电线路的电源侧第一部分连接到第二节点/从第二节点断开。
80、·第三熔断器的断路器优选地仅在第四熔断器的断路器断开时闭合。第四熔断器的断路器优选地仅在第三熔断器的断路器断开时闭合。
81、·第一供电线路的负载侧部分连接到第一节点。
82、·第二供电线路的负载侧部分连接到第二节点。
83、交越熔断器的一个另选实施方案在负载侧实现电子熔断器:
84、·第一电子熔断器取决于第一电子熔断器的断路器的开关状态将第一供电线路的负载侧第一部分连接到第一节点/从第一节点断开。
85、·第二电子熔断器取决于第二电子熔断器的断路器的开关状态将第二供电线路的负载侧第一部分连接到第一节点/从第一节点断开。
86、·第一熔断器的断路器优选地仅在第二熔断器的断路器断开时闭合。第二熔断器的断路器优选地仅在第一熔断器的断路器断开时闭合。
87、·第三电子熔断器取决于第三电子熔断器的断路器的开关状态将第一供电线路的负载侧第一部分连接到第二节点/从第二节点断开。
88、·第四电子熔断器取决于第四电子熔断器的断路器的开关状态将第二供电线路的负载侧第一部分连接到第二节点/从第二节点断开。
89、·第三熔断器的断路器优选地仅在第四熔断器的断路器断开时闭合。第四熔断器的断路器优选地仅在第三熔断器的断路器断开时闭合。
90、·第一供电线路的电源侧部分连接到第一节点。
91、·第二供电线路的电源侧部分连接到第二节点。
92、这些交越熔断器可根据所确定的功率要求来动态地分配特定负载的另选和冗余电流路径。为此,车辆的控制器传输适合供电网络的交越熔断器的电子熔断器的配置命令,该命令实现电子熔断器的断路器的断开和闭合,并且因此根据功率要求以及根据当前安全要求动态地调整供电线路的供电网络的电有效拓扑。
93、断开车辆内的供电网络的子区域
94、另一个想法是为了维护和保障访问而断开网络的子区域。为此,要执行维护的人员通过终端或另一人机界面(hmi)将预定的安全代码输入更高层计算机系统。在一些情况下,人员从汽车制造商或服务提供商的服务器接收该安全代码。为此,人员向服务器传输认证数据,认证数据包括例如人员的认证数据、人员的工作组织或者车辆或车钥匙的认证数据等。控制器随后借助电子熔断器使供电网络的部分断电。优选地,在可以此方式隔离的每个供电子网络中提供至少一个电子熔断器,该熔断器通过利用参考电压线例如地闭合该一个熔断器的断路器来断开正在断开连接的电子熔断器的断路器,从而使被隔离的供电子网络短路,并因此使其放电。
95、基于卫星的输出,基于供应功率的线路
96、上文描述了网络拓扑的重新配置,例如使用可不同地配置的节点熔断器。对于系统紧急操作,如果相关负载的电流消耗适应于电源与相关负载之间的路径中最弱供电线路,则现在是有利的。为此,更高层计算机系统(已通过经由一个或多个数据总线针对电子熔断器的对应命令发起供电网络的重新配置)向相关负载发信号通知该负载可消耗多少功率,以便不放弃该最弱线路。在最简单的情况下,负载可具有两个状态。在一个状态中负载消耗更多功率,并且在一个状态中负载消耗更少功率。
97、具有减小的线缆束横截面的网络
98、根据本发明,由于所执行的优化,改进的设计可提供具有更小横截面的供电网络的供电线路,而这在没有电子熔断器的情况下通常是不可能实现的。
99、快速切断
100、基本想法是当超过通过电子熔断器的断路器的最大允许电流时,快速切断断路器。如果没有超过通过电子熔断器的断路器的最大允许电流,则断路器的断开优选地仅在一段时间之后发生,其中该时间通常以抛物线下降关系取决于通过断路器的电流的水平。电子熔断器的控制装置优选地模拟熔断式熔断器的行为。为此,电子熔断器的控制装置检测通过断路器的电流值。控制装置优选地对通过断路器的电流值求平方并对该值进行时间积分。一般来讲,积分是低通滤波等。如果滤波器输出值超过阈值,则控制装置断开电子熔断器的断路器。因此,这是模拟熔断式熔断器特征的电子熔断器。
101、能够防止反向流动电流的熔断器。
102、电子熔断器优选地防止电能从负载流回电源。为此,电子熔断器优选地检测流动电流的方向。如果电流不流向负载,而是在电源的方向上流动,则电子熔断器优选地断开断路器,由此停止该电流流动。可以设想,控制装置在这种情况下闭合电子熔断器的原本在正常操作期间是断开的第三断路器。优选地,随后闭合的第三断路器随后通过闭合第三断路器来闭合负载侧供电线路,例如利用参考电位线路,即接地,由此返回电流现在在系统地中被耗散。
103、使用硅led
104、优选地,电子熔断器包括一个或多个硅led。优选地,硅led是电子熔断器的控制装置的计算机核心的光学数据接口的一部分。这些硅led优选地也用作光学数据接口的光电检测器。此类硅led的使用对于电池中的电子熔断器的使用是特别有益的。
105、在这种情况下,电子熔断器的壳体优选地具有光学窗口,硅led的光可通过该光学窗口射出。
106、具有认证的电子熔断器
107、电子熔断器优选地具有用于验证电子熔断器的控制装置经由数据总线接收到的命令的容许性的方式。例如,这些方式可以是保证在更高层计算机系统与电子熔断器的控制装置之间的安全通信的加密和解密的方法。因此,这是具有用于现代商业模型的认证的电子熔断器,诸如通过软件以付费方式连接部件。
108、用于识别的配置的合理性检查
109、另一个公认的点是用于识别供电网络上的操纵的配置的合理性检查。取决于任务,供电网络内的电流在供电线路上处于或多或少已知或可预先计算的范围中。如果现在供电线路的当前值偏离预期值范围,则存在错误或操纵。
110、电子熔断器的可开关性的检测
111、优选地,电子熔断器还包括用于检测电子熔断器的可开关性的方式。这可以例如是将测试电流从断路器的第二端子馈送到断路器的第一端子。如果电子熔断器的控制装置不能从断路器的另一端子提取该电流,则断路器不断开或不存在。电子熔断器的控制装置优选地一次或多次改变断路器的开关状态。电子熔断器的控制装置在每种情况下确定的断路器的电流传导性应与断路器的预期开关状态相关。
112、如果不提供可开关性,则电子熔断器的控制装置优选地用信号向车辆的更高层计算机系统发送错误信号。
113、具有自动寻址功能的自配置熔断器
114、电子熔断器优选地被插入像珍珠串那样线性布置的数据总线。由此,电子熔断器相对于该线性数据总线具有唯一的物理总线位置,该物理总线位置可由驱动数据总线的更高层计算机系统来计数。通过自动寻址方法,更高层计算机系统现在可为每个电子熔断器分配一个熔断器地址,使得更高层计算机系统可一对一地寻址每个熔断器。因此,电子熔断器现在可检测它们在数据总线中的物理位置。优选地针对车辆内的每个可以设想的物理数据总线位置预先确定阈值和切断阈值的配置。基于知晓物理数据总线位置,这些电子熔断器现在可根据它们的数据总线位置借助所述工厂数据进行配置。因此,这些是具有自动寻址功能的自配置电子熔断器,其中电子熔断器的配置取决于所检测物理数据总线位置。
115、具有ai的电子熔断器
116、根据本发明认识到,电子熔断器检测到的多个值使得能够通过电子熔断器的控制装置的计算机核心或通过更高层计算机系统的计算机进行估计。为此,估计单元使用一个或多个电子熔断器的一个或多个控制装置通过对应的测量构件确定的值作为估计单元的计算机执行的神经网络模型的输入值。神经网络模型优选地用来自开发阶段的适当训练数据进行训练。例如,以此方式可能有利的是,在一个或多个负载的故障或系统的其他缺陷实际显示之前检测出这些故障或缺陷。
117、经由电子熔断器(e-fuse)的电力线通信
118、另一个想法是经由数据线进行通信,其中电子熔断器的断路器用作发射晶体管。因此,这是经由电子熔断器(e-fuse)的电力线通信。
119、用于预测性维护的电子熔断器(e-fuse)的负载电流的频谱分析
120、另一个想法是检测通过电子熔断器的断路器的电流的时间特征以及在某些情况下检测断路器的端子与参考电位之间的电压的时间特征。优选地,装置对电子熔断器的这些数据进行频谱分析。如果存在与预期值的显著偏差,则估计装置可得出结论,除了其他以外,用户和/或制造方可使用这些结论来进行车辆的预防性维护。
121、检查电子熔断器(e-fuse)的频谱上的系统可用性、预期特征(正向测试)
122、以类似的方式,估计装置可通过所确定的频谱来检查电子熔断器的频谱上的系统可用性。如果频谱特征与允许带宽内的预期值相配,则相关负载可能是可用的。因此这是正向测试。
123、浪涌电流的减小
124、另一个想法是,在系统起动时不是同时地而是以时间延迟方式闭合电子熔断器的断路器。由此,连接到对应电子熔断器的电气装置不会同时起动。由此,通过供电子网络的接通曲线的偏移和去同步来减小所谓的浪涌电流。
125、限制电压暂降
126、优选地,电子熔断器不仅测量通过其断路器的电流,而且测量断路器的端子处相对于参考电位的电压。例如,由于供电子网络中的短路引起的电压暂降特别危险。电子熔断器因此优选地在所测量电压值中出现电压降并且同时电流增大的情况下特别快速地切断。这避免了来自车辆的传感器的干扰。此类电子熔断器因此是用于在单个网络的电压系统中发生故障的情况下限制电压降的装置。电子熔断器优选地如此快速地切换,使得电压不会下降太多,并且因此此类事件不干扰其他系统或仅轻微地干扰它们。优选地,在此类切断条件下,电子熔断器在短于1μs内切断断路器并且由此将其断开。断开还可取决于电压变化的时间导数(du/dt灵敏度)。
127、事故保护
128、优选地,如果车辆的更高层计算机系统得出车辆可能发生事故的结论,则更高层计算机系统通过经由数据总线针对电子熔断器的相应命令使用电子熔断器来切断不需要或危险的子网络。因此,这是在预测事故之前通过一个或多个电子熔断器关闭车辆的系统,其中此类事故的所确定概率应高于阈值。
129、预期高电流消耗
130、类似地,不论出于任何原因,如果更高层计算机系统还曾预期另一装置的增大电流消耗,则该更高层计算机系统(例如控制器)可经由数据总线断开供电网络的一个或多个子树的一个或多个电子熔断器的一个或多个断路器。由此,被切断的电负载被省略,并且它们现在针对整个能量预算的未使用功率余量现在可用于具有预期增大电流消耗的该另一装置。因此,如果预期另一装置具有高功率消耗,则这是电负载的预防性关闭。
131、根据电压电平关闭系统
132、本文呈现的文档提出电子熔断器通过合适的测量构件检测在断路器的优选地位于电源侧的第一端子与参考电位之间的电压。因为在车辆的设计中通常已经知晓供电网络的哪些负载供应电能、这些负载的功能和该功能的重要性以及经由哪个电子熔断器的哪个供电线路供电,所以有意义的是,电子熔断器的控制装置将所测量的电压值与预定义阈值进行比较并且在低于这些阈值时断开电子熔断器的断路器。这导致车辆的电负载取决于电压水平而断开。车辆随后优选地仅在非常低的电压水平下操作必要的系统。由此,车辆可提供最小功能直至最后一秒,在该最后一秒中还存在最小功率。
133、限制电压暂降
134、一个重要要求是限制电压暂降。这通过电子熔断器的断路器的切断过程的速度来实现。在具有电压跳闸功能的电子熔断器中,在数μs内发生这种断开。
135、电动汽车中的熔断器数据总线
136、如今,电动汽车通常使用电压小于50v的供电网络(lv网络)和电压大于50v的供电网络(hv网络)。问题在于,电子熔断器应能够经由数据总线跨lv网络和hv网络的域边界进行通信。如果不使用光学数据总线,则有利的是在hv供电网络与lv供电网络之间的域边界处提供具有电隔离的数据总线,例如通过变压器。于是得到在lv网络与hv网络之间具有潜在隔离的熔断器数据总线。
137、级联
138、电子熔断器的级联是特别有益的。这种级联能够例如将供电线路分成不同的子供电线路。较重要负载优选地布置在供电线路的更靠近电源的部分,而较不重要负载布置在更远离电源的部分。如果较不重要负载中的一个随后发生故障并干扰经由供电线路的功率分配,则插入供电线路的电子熔断器可断开供电线路的该有缺陷部分并因此继续保持其他装置处于工作状态。多于一个电子熔断器可减少不必要地断开的负载的数量。因此,本文呈现的文档公开了至少两个或更多个电子熔断器的级联。优点在于,供电线路的不同节段中的新设计可提供更细的线路作为供电线路。因此,电子熔断器的必要切断时间可根据电子熔断器的位置而不同。如果与电源的距离更远,则对应的电子熔断器应更快地切断。因此,优选地实现对应电子熔断器的切断特征与该电子熔断器在供电网络中的位置的适配。
139、具有定时器或计数器的电子熔断器
140、电子熔断器优选地包括例如能够实现如上所述的测量同步的定时器或计数器。此外,电子熔断器优选地还包括用于消除电子熔断器的抖动的元件。
141、基尔霍夫方程
142、优选地,不同的电子熔断器在供电网络中的不同位置处确定例如电流和/或电压,如上所述。优选地,控制装置基于内部计数器或内部时钟的计数器值向这些测量值提供时间戳。另选地,这些时钟可以同步,并且更高层计算机系统为电子熔断器的控制装置指定何时必须执行测量。例如,可利用此类数据来检测从供电线路到车辆的其他电节点的较小漏电流。
143、没有计算机核心的电子熔断器
144、可以设想,不是所有电子熔断器的所有控制装置都有计算机核心。换句话讲,不同电子熔断器的计算机核心于是通常控制此类没有计算机核心的精简式电子熔断器的控制装置。因为控制电子熔断器的计算机核心与没有计算机核心的电子熔断器的控制装置之间的通信可能会丢失,所以这种没有计算机核心的电子熔断器的精简版本优选地具有允许该电子熔断器至少确保所连接供电线路的基本保护的故障安全特性。
145、功能性信令(有效信令)
146、如已经提到的那样,有利的是,电子熔断器经由可能存在的熔断器数据总线向控制装置传输信号,该信号表示:a)对应的电子熔断器仍然存在并且b)准备就绪运行。这就是所谓的熔断器数据总线上的有效信令。
147、有区别地设计熔断器数据总线是有益的。这导致针对接地偏移的增强稳健性。此外,极性反转电阻是有用的,以便确保针对控制装置的输入和输出处的负电压的稳健性。具有此类共模强度的示例性数据总线将是psi5数据总线和lvds数据总线。
148、熔断器数据总线优选地具有所谓的冲突检测(总线冲突检测),以便检测总线冲突。数据总线协议还可使用用于数据总线操作的总线仲裁的时间切片方法。
149、熔断式熔断器模拟
150、用电子熔断器来模拟熔断式熔断器是特别有用的。该模拟优选地基于温度能量模拟。
151、在上图的示例中,输入放大器检测分流电阻器两端的电压降,分流电阻器将通过供电线路的电流转换成测量电压。下游的模数转换器将该值转换成数字信号。然后对该值求平方,然后积分。接着可进行进一步滤波。在上述示例中,多个比较器将这些值与阈值进行比较。
152、线路的温度估计
153、如上所述,电子熔断器的控制装置的计算机核心优选地执行受保护供电线路的温度估计。
154、量子随机数生成器
155、熔断器的控制装置的量子随机数生成器优选地具有至少一个第一spad二极管和至少一个第二spad二极管以及至少一个光波导,熔断器的计算机核心可经由内部数据总线寻址量子随机数生成器。此类量子随机数生成器例如也可位于供电网络的更高层计算机系统中。量子随机数生成器优选地是用于真随机数的基于量子处理的生成器(qrng)。用于真随机数的基于量子处理的生成器(qrng)优选地包括作为光学量子信号的光源的第一spad二极管和作为光学量子信号的光电检测器的第二spad二极管。此外,用于真随机数的基于量子处理的生成器(qrng)优选地包括至少处理电路和光波导。至少一个光波导优选地将至少一个第一spad二极管光学耦合到至少一个第二spad二极管。优选地为所述电压源形式的操作电路以第一spad二极管发射光的方式向第一spad二极管提供电能。光的发射要求电压源(操作电路)提供第一spad二极管的足够电偏置。处理电路检测第二spad二极管的信号并从其形成随机数。处理电路随后优选地经由数据总线将以此方式形成的随机数提供给供电网络中的熔断器的控制电路的一个或多个计算机核心中的一个或多个和/或供电网络的更高层计算机系统以及供电网络中和/或车辆中的可能的其他装置。
156、熔断器的控制电路优选地被设计成作为微集成cmos电路的单片电路。优选地是硅晶体的半导体晶体优选地包括控制电路和用于测量通过熔断器的辅助断路器的电流的可能的分流电阻器。
157、半导体晶体优选地具有表面。通常,半导体晶体在其表面下具有半导体材料。具体地,当使用诸如cmos工艺、双极工艺和bicmos工艺的常规半导体电路制造工艺时,半导体晶体的表面通常具有作为结构化金属层和电绝缘层的金属化叠层。例如由铝或铜等制成的结构化金属层通常形成导体迹线,该导体迹线通过例如由二氧化硅等制成的光学透明绝缘层彼此电隔离。因此,金属化叠层具有一个或多个通常结构化且光学透明的电绝缘层作为绝缘层。这些通常结构化、透明的电绝缘层的至少一段以及表面的这些层的至少部分优选地形成用于将第一spad二极管光学连接到第二spad二极管的光波导。第一spad二极管通常将光从半导体衬底的半导体材料辐射到该光波导中。即,与现有技术相反,第一spad二极管通常垂直于半导体材料的表面基本上向上辐射而不是向侧面辐射到具有高衰减的半导体晶体的半导体衬底中。然而,光波导中的第一spad二极管的光子的发射没有方向性。具体地,经由半导体材料衬底的发射被高度衰减,因为可见光在半导体材料中具有非常高的吸收。由于在微集成电路的金属化叠层中具有光波导的设计,装置可将第一spad二极管的更多光子直接耦合到第二spad二极管并将它们辐射到第二spad二极管中。光波导以与现有技术相比实际上无损失的方式将光波导中的第一spad二极管的这些光子传输到第二spad二极管。光波导以一种方式用第一spad二极管的这些光子照射第二spad二极管,使得来自光波导内部的光从表面穿透回到半导体衬底的半导体材料中并在那里撞击第二spad二极管的装置部件。第二spad二极管随后取决于这些光子的照射生成接收信号。
158、通常,至少一个操作电路(即,例如熔断器的控制电路的电压供应)至少暂时地为至少一个第一spad二极管供应电能。当供应足够的电能时,至少一个第一spad二极管于是将光子馈送到至少一个光波导中。光波导随后进一步传输这些光子。至少一个光波导随后将所传输的光子辐射为基本上垂直地移动到第二spad二极管中的光子。因为光子从第一spad二极管54到第二spad二极管的这种传输由于光波导中的低衰减而比使用强吸收半导体衬底的现有技术的设计损失显著更少的光子,所以量子效率极大提高。这增大了装置可生成随机数的比特率。因此,在本文提出的设计中,由单个第一spad二极管和单个第二spad二极管组成的对已经足够。现有技术始终使用多个spad二极管。
159、安全软件下载
160、本文呈现的文档还描述了一种用于车辆的系统,该系统使得能够在车辆的供电网络中(即,在供电网络的电子熔断器中)以安全的方式执行sw程序,特别是第三方提供者的sw程序。此外,本发明涉及一种用于执行这些电子熔断器中的sw程序的方法。
161、当将sw程序集成在供电网络的熔断器的控制装置中和/或集成在车辆的供电网络的更高层计算机系统中时,必须确保供电网络的安全性不被sw程序损害。另一方面,可能有必要保护sw程序的至少部分(例如,具有机密信息的部分,诸如计费数据、激活代码、加密的程序命令以及加密的配置和访问数据)不被不允许的读取和/或写入访问。这些要求可能导致较高的集成努力。
162、因此,本文档的技术目标还在于提供一种能够将sw程序灵活可靠地集成到车辆的供电网络的熔断器的控制装置和/或供电网络的更高层计算机系统中的系统和方法。
163、本文呈现的文档描述了一种用于通过供电网络中的sw(软件)程序提供应用的系统。应用可例如被设计成经由供电网络的更高层计算机系统或供电网络中的不同数据接口将车辆与服务提供商的服务器710和/或与车辆外部的电子装置(例如,智能电话)联网。此外,应用可被设计成自动地将供电网络和/或供电子网络集成到服务(例如,特定负载的激活等)。因此,sw程序可由服务提供商的服务器710提供给车辆的对应服务/设备变型。
164、该系统包括第一hw(硬件)平台和第二hw平台。在这种情况下,第一hw平台和第二hw平台可包括单独的计算机,用于在两个hw平台之间提供特别可靠的隔离。例如,第一hw平台可以是车辆的供电网络的更高层计算机系统的一部分。另一方面,第二hw平台可与车辆的更高层计算机系统分开,具体地与供电网络的更高层计算机系统的操作系统分开。通常,第二hw平台是供电网络的熔断器的控制装置。
165、另选地或另外地,第二hw平台可包括与第一hw平台分开的非易失性存储器(例如,用于存储数据)和/或易失性存储器(例如,用于操作sw模块)。此外,可通过一个或多个安全措施来保护第二hw平台的存储器,即,熔断器的控制装置。在这种情况下,可通过不用于保护第一hw平台的一个或多个安全措施来保护熔断器的控制装置的存储器。可通过一个或多个安全措施来保护熔断器的第二控制装置的存储器(“运行时”存储器和“存储”存储器),使得不能从外部(或从不安全应用)操纵存储器。
166、熔断器的控制装置经受第一hw平台不经受的一个或多个安全措施。一个或多个安全措施可例如包括检查sw模块的sw代码,该sw代码由控制装置的计算机核心在熔断器的控制装置上执行。具体地,可由车辆的制造商和/或由与sw程序的提供商分开的熔断器的控制装置的单元来检查sw代码。因此可确保没有安全相关数据被熔断器的控制装置上的sw模块释放和/或没有(供电网络的)安全相关功能受到损害。另选地或另外地,一个或多个安全措施可包括对可传输到sw模块或从sw模块传输的数据的限制,sw模块在熔断器的控制装置上被执行。因此可限制流向熔断器的控制装置和/或从熔断器的控制装置流出的数据流。
167、sw程序包括至少一个基础模块和至少一个安全相关模块。安全相关模块访问安全相关数据和/或安全相关功能。另一方面,基础模块通常不访问安全相关数据和/或安全相关功能,或者仅经由定义接口进行访问。因此,sw程序可被分成一个或多个安全关键部分和一个或多个非安全关键部分。
168、基础模块(即,一个或多个非安全关键部分)可随后在第一hw平台上执行,并且安全相关模块(即,一个或多个安全关键部分)可在熔断器的控制装置上执行。
169、因此,系统使得可以可靠、安全且有效的方式为车辆的供电网络中的应用提供sw程序。
170、至少一个安全相关模块(即,一个或多个安全关键部分)优选地包括sw程序的sw代码的20%、10%或更少,并且至少一个基础模块(即,一个或多个非安全关键部分)优选地包括sw程序的sw代码的80%、90%或更多。因此,一个或多个安全措施可相对于熔断器的控制装置以有效方式实施。
171、第一hw平台优选地被设计成使得在第一hw平台上执行的sw模块(即,基础模块)不能访问供电网络的安全相关功能或者仅能够经由定义接口对其进行访问。另一方面,熔断器的控制装置优选地被设计成使得在熔断器的控制装置上执行的sw模块能够访问供电网络的安全相关功能。sw程序在供电网络中的可靠执行因此可以可靠的方式实现。
172、基础模块可被配置为在sw程序被执行时调用安全相关模块并在熔断器的控制装置上发起安全相关模块的执行。在sw程序的执行期间,数据可从基础模块传输到安全相关模块。此外,数据可从安全相关模块传输到基础模块。安全相关模块可具有标准化接口,数据可经由该标准化接口传输到安全相关模块或从安全相关模块传输数据。因此,可在熔断器的控制装置中实现由外部sw提供商对sw程序的安全执行。具体地,不同制造商的熔断器在车辆供电网络中的混合由此是可能的。
173、根据另一方面,描述了一种用于在供电网络中执行sw程序的方法。该方法包括在第一hw平台例如车辆的更高层计算机系统上执行sw程序的基础模块。此外,该方法包括从基础模块调用sw程序的安全相关模块,其中安全相关模块访问安全相关数据和/或安全相关功能。该方法还包括在车辆的熔断器的控制装置上执行安全相关模块,其中熔断器的控制装置经受第一hw平台不经受的一个或多个安全措施。
174、根据另一方面,描述了一种包括该文档中所述的供电网络的车辆(具体地是道路机动车辆,例如乘用车、卡车或摩托车)。
175、如开头所述,本文档涉及用于车辆的hw平台上的不同应用的sw程序的灵活且安全的集成。
176、应用的sw程序可例如安装在用户的智能电话上,并且智能电话可经由数据连接连接到车辆。另一方面,sw程序可直接在车辆的控制器(例如,车载主机)上安装并执行。这两种选择都与缺点相关联。例如,用户可能不希望在个人智能电话上安装来自可能未知提供商的软件。另一方面,sw程序在车辆的更高层计算机系统上的直接集成通常需要较高集成费用。在这种情况下,由于其复杂性,在某些情况下不可能对所安装的sw进行完全控制和/或检查。此外,来自sw程序的数据的安全性在某些情况下可能在车载主机内不被充分保证。
177、因此,提出为车辆中的第三方软件提供可信环境(即,安全生态系统)。通过提供此类可信环境,可向sw程序的外部提供商确保sw程序的安全相关部分(例如,密码密钥)不被访问。此外,可以有效方式确保外部提供商的sw程序不损害车辆的安全性。
178、防火
179、在功率晶体管17发生故障的情况下,功率晶体管17不再是可开关的并且可以不可忽略的残余电阻继续导通。如果负载是例如即使在电压降低情况下也不会或还不会出于任何原因而切断的电阻性负载,则可在断路器17中实现高功率。这可能导致等离子体形成和/或导致起火。如果出于任何原因,可燃杂质也与断路器和/或随后通常被加热的安全壳体535接触,特别可能出现这种情况。
180、因此,本文呈现的文档提出了一种电子熔断器1,其包括第一端子18和第二端子19并且包括断路器17,其中断路器具有断路器17的第一端子26并且包括断路器17的第二端子28。断路器17由此通过其第一端子26电连接到电子熔断器1的第一端子18并且通过其第二端子28电连接到电子熔断器1的第二端子19。热保护件5710、5740现在被插入熔断器1的第一端子18与熔断器1的第二端子19之间的电流路径以实现附加保护。根据本发明,如果断路器17的温度和/或熔断器1的壳体535内的温度和/或熔断器1的壳体535的温度超过切断温度,则热保护件5710、5740中断熔断器1的第一端子18与熔断器1的第二端子19之间的电流路径。保护可以是温度熔断器5740或温度开关5710,其中温度熔断器5740是优选的,因为它在被触发后不会重新接通。熔断器在断路器17与保护件5710、5740之间具有温度作用路径5720,其具有优选地低的热阻,使得断路器17的温度可改变保护件5710、5740的开关状态,由此过热导致切断保护件5710、5740。该温度作用路径可以例如是断路器17与温度开关5710之间的直接热接触和/或公共散热器等形式的热桥。
181、所提出的熔断器1优选地包括控制装置4,该控制装置例如通过控制装置4的温度开关/热熔断器监测装置5750来检测保护件5710、5740的开关状态。
182、控制装置4优选地将保护件5710、5740的所检测状态(例如,闭合/断开)和/或从这些数据导出的数据特别是警报经由电子熔断器1作为其一部分的供电网络200的数据总线用信号通知给更高层计算机系统12和/或服务提供商的服务器710和/或汽车制造商的服务器710等,或用信号通知给用户730的终端740和/或消防部门的终端740或消防部门的服务器710或类似救援服务机构,其中在某些情况下可修改信令路径中的其他计算机的该信令。
183、对于通过附加保护件5710、5740进行防火保护的该想法,供电网络200和/或熔断器可以例如是车辆的一部分。
184、例如,供电网络200中的熔断器1的控制装置4的计算机核心2和/或供电网络200中的更高层计算机系统12和/或所述车辆中的不同计算机可通过位置检测系统(例如通过gps传感器)和/或供电网络中存在的不同信息来确定供电网络或车辆的位置。供电网络200中的该熔断器1的控制装置4的该计算机核心2和/或供电网络200中的更高层计算机系统12和/或所述车辆中的其他计算机可随后将该位置信息用信号通知给更高层计算机系统12和/或服务提供商的服务器710和/或汽车制造商的服务器710等,或用信号通知给用户730的终端740和/或消防部门的终端740或消防部门的服务器710或类似救援服务机构,如上所述。
185、数据压缩
186、如上所述,可以设想,控制装置4经由数据总线9将熔断器1的物理参数的采样值直接传输到更高层计算机系统12。在本文呈现的文档的含义内,熔断器1的此类物理参数可以例如是在节点的节点对处的电压值,控制装置4可例如通过其模数转换器570检测该电压值。在本文呈现的文档的含义内,熔断器1的此类物理参数可以例如是控制装置4可例如通过其在熔断器1内部和/或外部的线路节段上的模数转换器570检测到的电流(32,24)的值。特别优选地,熔断器1的控制装置4应不仅将熔断器1的这些物理参数的各个零星地检测到的值,而且还将它们的时间特征传输到更高层计算机系统12。这使得更高层计算机系统12能够通过使供电网络1900(参见图19)内的不同熔断器1975、1980、825的两个信号特征相关来识别故障,诸如不同线路节段1505、1905之间的短路1510或电弧。
187、因此,本文呈现的文档的另一想法是,熔断器1的控制装置4在第一步骤检测一个或多个物理参数优选地在时间采样窗口内的一个或多个时间信号特征,作为该物理参数的值在该时间采样窗口内的采样值的数据集。采样窗口具有时间开始和时间结束。在检测到要在第一时间采样窗口中传输的所讨论物理参数的时间特征之后,熔断器的控制装置4在新的第一步骤检测物理参数优选地在后续另一时间采样窗口内的时间信号特征,作为该物理参数的值在该另一时间采样窗口中的采样值的另一数据集。优选地,熔断器的控制装置4逐个采样窗口地继续采样窗口的检测,使得熔断器1的控制装置4或多或少准连续地检测对应物理参数的对应时间特征。可专门为对应物理参数选择采样窗口。在这种情况下,控制装置以通常取决于熔断器的控制装置4的时钟脉冲的采样率采样对应物理参数的值。不同物理参数的采样率可以不同。采样率可取决于熔断器1的状态和/或供电网络1900中的导通状态(参见图19)。前一时间采样窗口的时间结束可以与另一后续时间采样窗口的时间开始基本上相同。紧接的前一个采样窗口优选地与后续采样窗口重叠一个时间重叠长度。对于物理参数的值特征的采样的所有采样窗口,该时间重叠长度优选地基本上相同。优选地,熔断器1的控制装置4将时间重叠长度的值传输到更高层计算机系统12或者更高层计算机系统12经由数据总线9将该时间重叠长度的值通过数据消息传输到熔断器1的控制装置4。为负(=采样窗口之间的间隙)或为零的时间重叠长度是可能的。正的时间重叠长度是优选的。在该第一步骤期间,控制装置4优选地将物理参数的值特征的时间特征的所检测采样值存储在控制装置4的存储器中。
188、根据本文呈现的文档的另一想法,在第二步骤,熔断器1的控制装置4将由控制装置4检测到的物理参数的待传输的时间特征的采样值压缩以形成压缩信号特征。
189、在第三步骤,熔断器1的控制装置4优选地将这些压缩信号特征中的一个或多个传输到更高层计算机系统12。
190、在第四步骤,更高层计算机系统12优选地将经由数据总线9从熔断器1的控制装置4接收到的一个或多个压缩信号特征解压缩,以形成一个或多个解压缩信号特征。
191、在第五步骤,更高层计算机系统12优选地在第五步骤分析一个或多个解压缩信号特征并生成分析结果。
192、在第六步骤,更高层计算机系统12根据分析结果采取措施或不采取措施。这些措施可涉及不同级别的措施。
193、i)在最低级别,如果分析结果没有公开事件或仅公开了不重要事件,则不进行测量。在另一个示例性测量级别,如果分析结果公开了不重要事件,然而这些不重要事件应被保持准备用于分析目的,则更高层计算机系统12将分析结果存储在存储器等中,例如存储在日志文件中,优选地具有时间戳,并且以此方式优选地将分析结果保持在手边以供稍后查询和/或估计。
194、ii)在另一个示例性测量级别,如果分析结果公开了多个供电网络(例如多个车辆)的需要报告并应进行集中分析的事件,则更高层计算机系统12优选地首先将分析结果存储在存储器等中,例如存储在日志文件中,优选地具有时间戳,并且以此方式优选地将分析结果保持在手边以供后续查询和/或估计,并且其次,更高层计算机系统12优选地将分析结果(优选地具有时间戳)传输到终端740的人机界面以供适当地显示和/或以人可辨别的形式输出,例如传输到车辆仪表板的指示器,使得车辆的用户730意识到更高层计算机系统12的分析结果并可执行可能的测量。
195、iii)在另一个示例性测量级别,如果分析结果公开了多个供电网络(例如多个车辆)的需要报告并应进行集中分析的事件,则更高层计算机系统12优选地首先将分析结果存储在存储器等中,例如存储在日志文件中,优选地具有时间戳,并且以此方式优选地将分析结果保持在手边以供后续查询和/或估计,并且其次,更高层计算机系统12优选地将分析结果i(优选地具有时间戳)经由数据连接720传输到例如车辆制造商的服务器710,该服务器以此方式优选地将分析结果保持在手边以供经由多个供电网络的数据进行后续查询和/或估计。
196、在下文中,本文呈现的文档现在解释压缩物理参数的时间值特征的可能性。第一种可能性是通过省略取决于物理参数的采样值来减少数据量。优选地,熔断器1的控制装置4随后将这些物理参数的采样值与时间戳一起传输到供电网络1900的更高层计算机系统12。压缩的另一种可能性是减小采样值的位宽度。用于减小位宽度的方式是,控制装置仅传输物理参数的采样值的有效位,而不是该物理参数的采样值的所有位。这些位通常是在熔断器和/或安全类型和/或供电网络和/或供电网络类型和/或车辆和/或车辆类型的测试阶段一般显示该位的逻辑值的任何变化的位。也不一定必须传输其位变化决不会导致在熔断器和/或熔断器类型和/或供电网络和/或供电网络类型和/或车辆和/或车辆类型的测试阶段需要经由更高层计算机系统12发起措施的位,并且利用该位,由于理论考虑,可通过相关位的位变化而可靠地排除对更高层计算机系统12的措施的此类需要。这可例如涉及熔断器1的控制装置4的模数转换器570的转换结果的lsb,这在一些情况下可仅显示不相关噪声。
197、本文呈现的文档的技术教导内容的另一想法在于,如果熔断器的控制装置4或供电网络1900的更高层计算机系统12也始终出于任何原因检测到需要具有较低信息损失的压缩,则熔断器1的控制装置4改变压缩方法并适应于必要的精度。例如,该压缩的方法和/或程度可取决于熔断器1的状态和/或供电网络1900中其他熔断器的状态和/或供电网络1900中的熔断器1或其他熔断器检测到的物理参数的参数值和/或时间参数值特征。检测供电网络1900中的电子熔断器1的控制装置4的示例性参数通过本文档的技术教导内容在说明书的各个点处提及。
198、进一步提出的压缩方法是通过减小由熔断器1的控制装置4检测到的物理参数的时间参数特征以形成预定义参数特征的压缩。例如,这些可以是小波。本文呈现的文档因此提出熔断器1的控制装置4借助已经在熔断器1中的检测来执行这些参数或其他事件的时间参数值特征中的结构的检测。本文呈现的文档在以下对象中提到了所检测参数的参数值特征中的这些结构。例如,此类对象可以是三角信号特征,利用该特征可对由电弧产生的尖峰进行建模。此类三角形对象具有表征三角形的时间位置、宽度和高度。其优点在于,控制装置只需要将对象的类型(在此为三角形)和其参数(在此为位置、宽度和高度)传输到更高层计算机系统12,以便使更高层计算机系统能够在重建参数值特征中在该对象的时间范围通过对应于熔断器1接收到的对象参数数据参数化的此类对象来近似该参数的参数值特征。熔断器的控制装置4在检测到对象之后将这些对象数据(对象类型和对象参数)传输到更高层计算机系统12。在本文呈现的文档的技术教导内容的发展的上下文中,发明人已经认识到,如果更高层计算机系统12始终仅分析一个熔断器本身的数据,则使用多个熔断器的数据时的协同效应将丧失。更确切地说,本发明人已经认识到,对于熔断器1的控制装置4而言,仅传输所检测参数的参数特征的估计结果是不利的,而是改为估计所有数据,并且仅估计更高层计算机系统12中的多个电子熔断器1的多个控制装置4的数据。然而,为此,用于经由具有较低总线带宽的数据总线9进行传输的电子熔断器的数据的压缩优选地仅通过位减少和采样率适配来不同地执行。由此,所提出的供电网络1900可随后产生协同效应。例如,可以设想,车辆在其供电网络1900中具有多于一个电子熔断器1。然而,与现有技术相反,两个熔断器现在旨在在由这些熔断器1的控制装置4检测到的物理参数的参数特征中具有相互关联的对象。这些随后指示与由两个熔断器中的一个保护的供电线路和由另一个熔断器保护的另一供电线路两者相关的事件。例如,这些可以是供电线之间的电弧。在本文呈现的文档的含义内的供电线路也可以是车辆的车身。优选地,从参考电位线路201(即,例如车辆的车身),在本文呈现的文档的含义内,通过其自己的电子熔断器1来提取功率。优选地,两个熔断器的控制装置4各自检测例如一个或多个物理值和/或从其导出的值的一个或多个参数特征。优选地,两个熔断器的控制装置4各自检测一个或多个物理值和/或从其导出的值在相同时间采样窗口中的例如相同的一个参数值特征或相同的多个参数值特征。两个熔断器的控制装置4优选地将一个或多个物理值和/或从其导出的值的所检测的一个或多个参数特征以压缩形式作为一个或多个压缩参数特征传输到更高层计算机系统12。更高层计算机系统12对经由数据总线9从熔断器1的控制装置4接收到的一个或多个压缩参数特征解压缩,以形成一个或多个重建(即,解压缩)参数特征。仅在重建(解压缩)之后,更高层计算机系统12才执行供电网络200、1900的状态和/或供电网络200、1900中的事件的检测。这也使得将这样得到的熔断器数据(重建参数值特征)与其他传感器和传感器系统的参数值特征融合,其他传感器和传感器系统直接地或间接地经由数据总线、数据传输路径和/或数据总线9将数据传输到更高层计算机系统12。例如,可出现传感器融合,使得更高层计算机系统12将检测另外传感器和传感器系统的参数的值特征的时间特征与熔断器的控制装置4的重建参数值特征相关联。为此,更高层计算机系统12基于重建参数值特征的有效采样值来内插丢失的采样值,以形成内插的重建参数值特征。此外,基于另外传感器和传感器系统检测到的那些参数的值特征的有效采样值,更高层计算机系统12内插另外传感器和传感器系统检测到的那些参数的内插值特征。另外传感器和传感器系统检测到的那些参数的内插值特征的至少一个采样值优选地在时间上对应于内插的重建参数值特征的每个采样值。由此,更高层计算机系统12可在重建参数值特征中以及在另外传感器和传感器系统检测到的那些参数的值特征中搜索显著的、通常或多或少同步事件形式的相关性。例如,机械装置(例如,电机)的机械缺陷在加速度值(例如,振动、扭矩振动等)中以及同时在通过与这些机械装置相关联的电子熔断器的电流29、36的对应波动中可能变得明显(也参见图59)。在这种情况下,本文呈现的文档提及wolfgang koch的文档“tracking and sensor datafusion:methodological framework and selected applica-tions(mathematicalengineering)”,springer第1版,2014版(2016年8月23日)isbn-10:3662520168,isbn-13:978-3662520161,作为关于传感器融合的众多出版物中的任意示例。
199、因此,本文呈现的文档提出了一种用于经由数据总线9将熔断器数据从控制装置4传输到更高层计算机系统12的方法。该方法特别适合用于将时间参数值的数据从熔断器1的控制装置4传输到作为车辆中的供电网络1900的更高层计算机系统12的控制装置。
200、参考图60对该方法进行了说明。
201、根据所提出的方法,在第一步骤6010,熔断器1的控制装置4闭合熔断器1的断路器17。
202、在第二步骤6020,熔断器的控制装置4通过第一构件检测待检测物理参数,第一构件例如可包括控制装置4的模数转换器570和/或分流电阻器24和/或辅助断路器23。待检测物理参数可包括例如熔断器1内部和外部的电路节点之间的电压和/或通过熔断器1内部的线路的电流和/或熔断器1中和/或其周围环境中的温度。
203、然后,在第三步骤6030,电子熔断器4的控制装置4分析和压缩以此方式检测的所检测物理参数的时间参数值特征,以便最小化数据传输所必需的数据总线9的数据总线容量,并且为更高层计算机系统12到熔断器1的控制装置4的状态消息和另外控制命令或为熔断器1的控制装置4到更高层计算机系统12的状态消息和另外数据传输提供空闲空间。
204、然后,在第四步骤6040,电子熔断器1的控制装置4经由数据总线9将要用信号通知的物理参数的压缩的所检测时间参数值传输到更高层计算机系统12。
205、在第五步骤6050,更高层计算机系统12对经由数据总线9从熔断器1的控制装置4接收到的压缩的所检测时间参数值特征进行解压缩以形成解压缩的所检测时间参数值特征,该时间参数值特征最终是与更高层计算机系统12内的熔断器1的控制装置4相关联的重建的所检测时间参数值特征。
206、在第六步骤6060,更高层计算机系统12将与更高层计算机系统12内的熔断器1的控制装置4相关联的重建的所检测时间参数值特征与一个或多个与更高层计算机系统12内的其他熔断器1的控制装置4相关联的其他重建的所检测时间参数值特征进行比较和/或使它们相关。在这种情况下,更高层计算机系统12优选地检测可优选地在时间上相关地归因于相同原因的事件。
207、然后,在第七步骤6070,更高层计算机系统12在必要时根据所检测到的事件来采取措施。
208、因此,相关联的方法用于将具体地是熔断器1的控制装置4的参数值特征数据从熔断器1的控制装置4传输到具体地是车辆中的供电网络1900、200的更高层计算机系统4。
209、在所述第二步骤6020,电子熔断器的控制装置4通过所述构件并优选地基于电子熔断器1的控制装置4的时钟脉冲进行时间离散采样,优选地检测熔断器1的检测范围中的两个或更多个物理参数在所述时间采样窗口中的两个或更多个时间参数特征。物理参数的检测范围在此意味着熔断器可检测相关物理参数的值。
210、在所述第三步骤6030,电子熔断器的控制装置4优选地分析和压缩两个或更多个所检测时间参数值特征并且由此形成一个或多个压缩时间参数值特征。
211、因此,本文呈现的文档提出检测两个或三个或多个时间参数特征中的时间参数特征或从其导出的时间参数特征的时间特征,并且以压缩形式将它们传输到更高层计算机系统。
212、电子熔断器1的控制装置4优选地将电子模拟信号转化成采样时间参数值特征,电子模拟信号通过在第二步骤6020的第一子步骤6021中采样(参见图61)由用于检测物理参数的构件(例如,用于检测温度的温度传感器586、用于检测电流36的分流电阻器24、用于检测电位的电位线、模数转换器570等)生成,采样时间参数值特征包括相关物理参数的参数值的采样值的时间离散流以及这些采样值的任何相关联时间戳。通常,熔断器1的控制装置4优选地以优选相等时间间隔向每个采样值和/或采样值中的每一个采样值分配采样时刻作为该采样值的时间戳。
213、在第二步骤6020的第二子步骤6022,熔断器的控制装置4可例如执行小波变换或另一压缩方法并且将采样时间参数值特征转换成压缩时间参数值特征。
214、为此,熔断器1的控制装置4可将物理参数的所检测参数值特征和/或从这些所导出时间特征导出的参数与例如存储在熔断器的控制装置4的存储器中的原型数据库62115中的库中的预定参数值特征基本形式进行比较,具体方式是,在一方面的预定参数值特征基本形式与另一方面的物理参数的所检测参数值特征和/或从这些所导出时间特征导出的参数之间形成相关积分(也参见关于该术语的维基百科)。本文呈现的文档将预定参数值特征基本形式在下文也称为“信号对象类”。物理参数和/或从这些所导出时间特征导出的参数的这些原型参数值特征优选地作为参数值特征基本形式的原型特定数据集(原型数据)在熔断器1的控制装置4的存储器中的所述库(即,原型数据库62115)中存储为预记录采样值,优选地用于每个单个信号对象类。单个原型特定索引值优选地与库的此类条目(即,信号对象类的原型数据)相关联,该索引值在整个原型数据库62115中仅使用一次并且因此唯一地标识信号对象类和预记录采样值的相关联数据集。通过形成一方面参数值特征基本形式的原型特定数据集(原型数据)的预定预记录采样值与另一方面物理参数的所检测参数值特征和/或从这些所导出时间特征导出的参数之间的相关积分,熔断器1的控制装置4优选地为这些原型信号对象类中的每一个确定该原型信号对象类的相关联频谱值。因为这种连续地逐采样窗口,所以频谱值本身表示时间离散的瞬时频谱值的流,其中熔断器1的控制装置4优选地依次将时间戳分配给每个频谱值。
215、上述将采样值存储在原型数据库62115中的方法具有的缺点是原型数据库62115的所需大小可能非常快地超过控制装置4中的物理或商业上可实现的存储器的大小。因此,通过所谓的“特征向量”来压缩该原型数据库62115是有用的。这不包括参数值的时间特征,而是包括对应于它们的特征向量。下文更详细地解释了原型数据库62115的这种压缩及其使用。
216、一种另选但在数学上等同的方法是通过熔断器的控制装置4对每个预定信号对象类(信号基本形式)使用一个匹配滤波器,更好地使用多个匹配滤波器。在第三步骤的第一子步骤6031,电子熔断器1的控制装置4的匹配滤波器分析由电子熔断器1的控制装置4检测到的参数的时间参数值特征和/或从其导出的参数的时间特征。优选地,每个匹配滤波器形成当前特征向量的向量分量的每种情况下的值。
217、这些匹配滤波器优选地是熔断器1的控制装置4的装置部件,或者由熔断器的控制装置4的装置部件(例如熔断器1的控制装置4的计算机核心2)来模拟。因为熔断器1的控制装置4一般来讲在其存储器中具有多个原型信号对象类并且将它们用于压缩,并且还可经受不同的时间扩展(也参见“小波分析”),这通常导致不同原型信号对象类的频谱值的多维向量以及它们的不同对应时间扩展的时间离散流,这优选地包括当前特征向量作为向量分量。优选地,熔断器12的控制装置4依次将时间戳作为当前特征向量的一部分分配给这些多维当前特征向量中的每一个,熔断器1的控制装置4以对于更高层计算机系统12可理解且优选已知的方式生成当前特征向量。这些多维向量中的每一个都是所谓的特征向量。(另请参见https://de.wikipedia.org/wiki/mustererkennung“)。因此,这是特征向量的时间离散流。在本文呈现的文档的上下文中,由电子熔断器的控制装置4生成的最后特征向量是当前特征向量。熔断器的控制装置4优选地在第三步骤6030的第二子步骤6032依次向这些特征向量中的每一个分配对应时间戳。当前特征向量可包括例如作为向量分量的频谱值。
218、由于熔断器1的控制装置4随时间连续地移动采样窗口的事实,因此也产生时间维度。由此,在一些情况下,熔断器1的控制装置4还可用不再是当前的过去特征向量的值或取决于这些值的值来补充当前特征向量。过去的不再当前的特征向量的值或取决于这些值的值可以例如是这些值中的一个或多个的时间积分或导数或滤波器值等。由此,熔断器1的控制装置4可进一步增加这些特征向量在特征向量数据流内的维数。为了在下文中保持最少努力,因此在从物理参数的所检测参数值特征和/或从这些所导出时间特征导出的参数提取当前特征向量期间限制到几个原型信号对象类是有帮助的。
219、因此,熔断器1的控制装置4随后可使用例如所述匹配滤波器,以便连续地监测原型信号对象类在物理参数的所检测参数值特征中和/或在从这些所导出时间特征导出的参数中的出现。关于匹配滤波器的信息可见于例如“https://de.wikipedia.org/wiki/optimalfilter”。
220、作为特别简单的原型信号对象类,本文呈现的文档通过举例的方式指出了等腰三角形形式的时间参数值特征和双峰形式的参数值特征,以便说明该概念。当使用匹配滤波器等时,原型信号对象类通常由作为当前特征向量的一部分的预定义频谱系数向量(即,预定原型特征向量)组成。在这种情况下,特征向量优选地包括多个值作为向量分量,其中当前特征向量内的频谱系数向量的对应值中的每一个通常是对应频谱系数的值,该值随后根据物理参数的所检测参数值特征和/或从这些所导出时间特征导出的参数来确定与该对应谱系数相关联的对应匹配滤波器。
221、电子熔断器1的控制装置4接下来确定物理参数的所检测参数值特征和/或从这些所导出时间特征导出的参数的当前特征向量的频谱系数的相关性。为此,在第三步骤6030的第三子步骤6033,电子熔断器1的控制装置4可例如确定当前所确定特征向量与原型数据库62115的原型特征向量中的一个的距离。
222、原型数据库62115优选地包括重新索引的原型特征向量。当相关联的原型时间参数值特征和/或从这些参数值特征导出的参数的原型时间特征作为输入呈现给所述数据库以及控制装置4的匹配滤波器时,原型数据库62115的这些原型特征向量中的每一个对应于先前所述的特征向量提取在第三步骤6030的第二子步骤6032生成的特征向量。因此,原型数据库62115的值是最终被压缩的原型时间参数值特征和/或从这些参数值特征导出的参数的压缩原型时间特征。这些原型时间参数值特征和/或从这些参数值特征导出的参数的原型时间特征中的每一个继而对应于前述信号对象中的一个,熔断器的控制装置4意图在从这些参数值特征导出的参数的当前时间参数值特征和/或当前时间特征中识别该信号对象,其中熔断器1的控制装置4检测这些当前时间参数值特征和/或从这些参数值特征导出的参数的这些当前时间特征。这样,熔断器1的控制装置4已经与原型数据库62115的原型特征向量相关联的索引因此继而表示熔断器的控制装置4意图在当前时间参数值特征和/或从熔断器1的控制装置4检测到的物理参数的这些参数值特征导出的参数的当前时间特征中检测到的前述信号对象中的一个。这样,熔断器1的控制装置4已经与原型数据库62115的原型特征向量相关联的索引因此表示对应原型时间参数值特征和/或从物理参数的原型参数值特征导出的参数的对应原型时间特征。优选地,熔断器1的控制装置4形成一方面的当前特征向量与另一方面的原型数据库62115的每个原型特征向量之间的欧几里得距离,当前特征向量是从当前时间参数值特征和/或物理参数的这些参数值特征中的参数的当前时间特征导出的。相反,例如,熔断器1的控制装置4还可形成当前特征向量之间的每个可能的对应特征差向量的对应标量积平方的值,当前特征向量一方面从当前参数值特征和/或从物理参数的这些参数值特征导出的参数的当前时间特征中提取,另一方面对应地减去原型数据库62115的原型特征向量中的原型特征向量。优选地,熔断器1的控制装置4使用对应标量积平方的该值或数学上等同的具体实施作为另一种方法中的距离。这具有的优点是,熔断器1的控制装置4不必形成平方根。另外,如果在对应特征差向量的单个向量分量的平方形成标量积平方的求和中,这些平方的中间和超过阈值,则电子熔断器1的控制装置4可取消计算。具有原型数据库62115的对应原型特征向量和原型数据库62115中该原型特征向量的相关联索引的原型数据库62115的此类原型因此不表示当前特征向量。以此方式,熔断器1的控制装置4随后优选地搜索原型数据库62115的在原型数据库62115的原型特征向量与当前特征向量之间具有最小距离的原型特征向量。原型数据库62115优选地还包括原型特征向量形式的原型,其表示原型时间参数值特征和/或从没有特殊事件的正常操作中从其导出的原型时间特征。
223、在本文档所讨论的示例中,当前特征向量的向量分量(值)优选地除了其他以外还包括瞬时频谱系数(特征向量)。控制装置可优选地通过从原型数据库62115的多个原型特征向量形成加权向量和来接近当前特征向量,每个原型特征向量乘以对应的相关联的真实标量加权因子。通常,当前特征向量可因此近似地被视为所述原型数据库62115的多个原型特征向量的组合。原型数据库62115的这些原型特征向量中的每一个表示一个原型信号对象类。因此,原型数据库62115中的熔断器的控制装置4的原型数据库62115的原型特征向量的索引表示原型数据库的该原型特征向量。因此,加权和中的特征向量特别接近当前特征向量的原型数据库的索引集连同与这些索引相关联的所述加权因子一起表示当前特征向量的良好压缩。优选地,熔断器1的控制装置4在与原型数据库的原型特征向量相关联之前对当前特征向量的频谱系数或向量分量进行归一化。然而,这意味着电子熔断器1的控制装置4优选地不一定分析其已经检测到的所检测参数的参数值特征的结构或从其导出的参数值的时间特征的结构,并且不分析绝对幅值。在上述距离确定中,熔断器1的控制装置4可确定当前特征向量与原型数据库62115的原型特征向量中的一个的距离,例如在一方面还从原型数据库62115的预定原型特征向量(原型或原型向量)的频谱系数之间的所有差的量的总和减去当前特征向量的对应归一化频谱系数或向量分量来确定。在这种情况下,甚至放弃平方。已经发现,这进一步降低了控制装置4所需的必要计算能力并且得到导致足够的结果。相比之下,熔断器1的控制装置4将必须使用来自分别在原型数据库62115的指定原型特征向量(原型或原型向量)的频谱系数或向量分量与当前特征向量的对应归一化频谱系数或对应归一化向量分量之间的所有差的平方和的平方根来计算欧几里德距离。然而,距离的这种计算通常过于复杂。也可以设想,控制装置4使用其他距离计算方法。电子熔断器1的控制装置4可随后与原型数据库62115的每个预定原型特征向量(原型或原型向量)相关联,作为该原型特征向量的符号,并且在一些情况下还与某个参数相关联,例如在归一化之前先前确定的距离值和/或当前特征向量的欧几里得长度。如果以此方式确定的当前特征向量与任何预定原型特征向量(原型或原型向量的值)的距离低于第一阈值,并且如果该距离是当前特征向量与任何预定原型特征向量(原型或原型向量的或值)的最小距离,优选地是原型数据库中的所有预定原型特征向量(原型或原型向量的值)的最小距离,则在原型数据库62115中使用该原型特征向量的索引(在下文中被称为所检测原型特征向量)作为要由控制装置检测的一个或多个物理参数的一个或多个参数特征的所检测原型的符号。由此产生由所检测原型特征向量形式的所检测原型和所检测原型特征向量在原型数据库62115中的索引以及当前特征向量的时间戳组成的三元组。控制装置还优选地确定当前特征向量与所检测原型特征向量之间的标量积作为所检测原型特征向量的加权因子。
224、然后优选地在所述第四步骤6040传输数据。优选地,熔断器1的控制装置4经由数据总线9将所确定的符号传输到更高层计算机系统12,该符号表示所检测原型特征向量在熔断器1的控制装置4的原型数据库62115中的索引。例如,熔断器1的控制装置4还可经由数据总线9将所检测原型特征向量在所提取特征向量的流中的出现时刻(时间戳)传输到更高层计算机系统12。例如,控制装置也可将原型数据库62115的该所检测原型特征向量的加权因子传输到更高层计算机系统12,该计算机系统描述了对应于所检测原型特征向量的信号模式在模式识别时刻出现在由熔断器1的控制装置4检测到的参数的参数值特征或从其导出的参数值特征的信号特征中的强度。
225、优选地,在第四步骤6040,仅当原型数据库62115的所检测原型特征向量的距离低于当前特征向量的第一阈值并且原型数据库62115的所检测原型特征向量表示要传输的信号对象时,电子熔断器的控制装置4才向更高层计算机系统12传输压缩值。优选地,控制装置4的原型数据库62115中的每一个原型的每个数据集不仅包括对应索引和对应原型特征向量,而且在一些情况下还包括其他数据。这些数据可例如包括关于当检测到该原型特征向量时熔断器1的控制装置4是否旨在作为所检测原型特征向量在当前特征向量中被传输到更高层计算机系统12的信息,尤其是上述信息(索引、时间戳、加权因子)。特别可能的情况是,甚至不能被检测到的原型也以原型数据库62115的原型特征向量的形式被存储,其中原型特征向量例如出于噪声(即,例如故障、波动、短路等的存在)而不能在熔断器1的控制装置4的原型数据库62115中被检测到。这些数据通常与问题检测无关,并且因此不从熔断器1的控制装置4传输到更高层计算机系统12。
226、例如,控制装置4的原型数据库62115中用于原型的数据集不仅可各自包括特定索引和特定原型特征向量,而且可能也包括指向程序指令的指针和/或对应测量索引,在检测到所检测原型特征向量时该指针使得控制装置4的计算机核心2执行方法,该方法通过指向用于电子熔断器的控制装置4的计算机核心2的程序指令的指针和/或通过所检测原型特征向量的数据集的对应测量索引来限定。由此,所检测原型特征向量可例如使得熔断器1的控制装置4的计算机核心2增大用于对应于该所检测原型特征向量的信号对象的出现的信号对象计数器,例如以便增大在原型数据库62115的相关联数据集中为该原型特征向量定义的特定信号对象计数器增量,其中信号对象计数器增量也可以是1、0和/或负数。当达到或超过优选地也在原型数据库62115的相关联数据集中为该原型特征向量定义的信号对象计数器阈值时,控制装置1的计算机核心2优选地执行也以上述方式在原型数据库62115的所述数据集中定义的方法。例如,熔断器1的控制装置4的计算机核心2可随后将具有预定义内容的预定义数据消息传输到更高层计算机系统12。
227、如果当前特征向量与预定原型特征向量(原型或原型向量的值)之间的所确定距离低于此第一距离阈值,则熔断器的控制装置4在第三步骤6030的第四子步骤6034检测原型数据库62115的原型特征向量,因此优选地作为所检测原型特征向量。
228、因此,根据本文呈现的文档的技术教导内容,电子熔断器1的控制装置4不再将待检测参数的参数值的参数值特征的采样值传输到更高层计算机系统12。相反,在第四步骤6040,熔断器的控制装置4传输用于待监测的物理参数的参数值的所检测到的典型时间参数值特征的仅一个符号(索引)序列,并且在适用时还传输与这些参数值特征相关联的时间戳,并且在适用时还传输在特定时间段与这些参数值特征相关联的权重。在第四步骤6040,熔断器1的控制装置4因此改为传输用于表示待监测的物理参数的参数值的这些典型时间参数值特征的所检测原型特征向量的仅符号(索引)序列,并且在适用时还传输与这些原型特征向量的出现时刻相关联的时间戳,并且在适用时还传输与这些原型特征向量在相关时间采样窗口的特定时间段的出现强度相关联的权重。
229、电子熔断器1的控制装置4随后优选地将用于原型数据库62115的所检测原型特征向量(所检测信号形式原型)的一个符号(索引)、其参数(例如,加权因子和/或时间范围)以及该所检测信号形式原型的出现的时间参考点(时间戳)作为用于每个所检测信号对象(原型数据库的所检测原型特征向量)的所检测信号对象传输到更高层计算机系统。
230、单个采样值等的传输被省略。以此方式,原型数据库62115的相关原型特征向量的这种选择导致大量数据压缩并且导致数据总线上用于将参数值特征传输到更高层计算机系统12所需的总线带宽减小。
231、因此,执行特性组合的存在的定量检测,以形成估计值(在这种情况下,例如,原型数据库的预定原型特征向量(原型或原型向量)形式的原型信号对象类的表示之间的倒数距离),并且如果该估计值(例如,倒数距离)高于第二阈值或该倒数估计值低于第一阈值,则随后将压缩数据传输到更高层计算机系统12。熔断器1的控制装置4因此执行对熔断器1的所检测物理参数的所检测参数值的参数值特征的数据压缩以用于生成压缩数据。
232、更高层计算机系统12优选地包括优选地具有与熔断器1的控制装置4的原型数据库62115相同的内容的原型数据库。
233、熔断器1的控制装置4优选地用信息向更高层计算机系统12通知时间采样窗口的压缩数据的传输开始。
234、更高层计算机系统12优选地提供重建物理参数的重建参数值的重建参数值特征的重建参数值的重建采样值。在解压缩过程开始时,这些重建参数值通常对应于这些重建参数值的预定义开始值。
235、在示例性重建方法中,更高层计算机系统12现在从熔断器的控制装置4接收数据集,这些数据集各自包括原型数据库62115的所检测原型特征向量的索引以及加权因子和时间戳。更高层计算机系统将来自原型数据库的重建物理参数的重建参数值的重建参数值特征的原型特性与在原型数据库62115中对应于由熔断器1的控制装置4传输的索引的索引相乘,并且将其随时间推移移动一个时间位移向量,该时间位移向量取决于更高层计算机系统12已从熔断器的控制装置4接收到的时间戳,使得计算机系统接收原型数据库62115的该所检测特征向量的重建物理参数的重建参数值的所检测且加权且时间偏移的重建参数值特征,该向量对应于接收到的索引。用于原型数据库62115的该所检测特征向量的重建物理参数的重建参数值的所检测且加权且时间偏移的重建参数值基本上包括用于原型数据库的该所检测特征向量的重建物理参数的重建参数值的该所检测且加权且时间偏移的重建参数值的重建采样值。更高层计算机系统12现在将用于所检测重建采样值中的每一个的原型数据库62115的该所检测特征向量的重建物理参数的重建参数值的所检测且加权且时间偏移的重建参数值特征添加到更高层计算机系统12已提供的重建物理参数的重建参数值的前述重建参数值特征的重建采样值。
236、计算机系统随后接收下一个数据集,并且基于所接收的数据集,将用于所检测重建采样值中的每一个的原型数据库62115的该随后传输的所检测特征向量的重建物理参数的重建参数值的所检测且加权且时间偏移的重建参数值特征添加到更高层计算机系统12已提供的重建物理参数的重建参数值的上述重建参数值特征的重建采样值。
237、计算机系统12继续此操作,直到熔断器1的控制装置4用信号通知该采样窗口的压缩数据的传输结束。
238、为了更清楚起见,本文呈现的文档在此再次解释了距离确定:
239、该距离确定也被称为来自统计信号的信号处理的分类。在这种情况下,逻辑回归、长方体分类器、距离分类器、最近邻分类器、多项式分类器、聚类方法、人工神经网络和潜在类分析作为分类器示例被提及。
240、图62示出了分类器示例。
241、控制装置4的示例性物理接口62101控制用于检测熔断器1的物理参数的构件62100。这些构件62100可以是例如分流电阻器24和/或断路器17和/或辅助断路器23以及熔断器1和/或控制装置4的另外装置部件。物理接口62101可包括例如控制装置4的模数转换器570和/或控制装置4的用于控制和监测断路器17的栅极驱动电路16。如上所述,物理参数可以例如是电流29、36的值和/或电压值和/或输出值和/或温度。图62的控制装置4的装置部件可在硬件中实现,或者可由控制装置的计算机核心2模拟为软件。该软件的程序命令和程序数据优选地在控制装置4的存储器中。
242、在图62中,为了更清楚起见,没有示出所有适当的并且在一些情况下常规的装置部件。此外,可在例如图1、图5、图6、图9、图24、图41、图42、图52、图53、图54、图55、图57和图58中找到如图62中可能存在的读者可根据应用而采取的装置部件。此处描述的附图的装置部件与这些附图的装置部件的组合明确地是本文呈现的文档的公开内容的一部分。
243、用于检测熔断器1的物理参数的构件62100将熔断器1旨在检测的物理参数的值转换成时间参数值特征和/或从物理参数的这些参数值特征导出的参数的对应时间特征的信号62102。物理接口62101通常通过滤波和/或放大将时间参数值特征和/或从物理参数的这些参数值特征导出的参数的对应时间特征的这些信号62102转换成参数信号62103。优选地,采样值序列形成参数信号62103。特征向量提取62111从该参数信号62103中提取当前特征向量。优选地,物理接口62101将参数信号62103作为由采样值序列组成的时间离散信号传输到特征向量提取62111。优选地为每个采样值分配时间基准(时间戳)。在图62的示例中,特征向量提取62111具有多个(m个)匹配滤波器62104.1至62104.m。数m是正整数。这些m个匹配滤波器62104.1至62104.m用于确定m个中间参数信号62123.1至62123.m。m个中间参数信号62123.1至62123.m优选地借助来自参数信号62103的采样值序列的适当滤波器(例如匹配滤波器),各自优选地用信号通知优选地与m个中间参数信号62123.1至62123.m中的对应中间参数信号相关联的恰好一个信号基本对象的存在。如果原型数据库62115包括从时间原型参数值特征和/或物理参数的这些参数值特征导出的参数的时间特征作为原型数据库62115的原型数据库的数据集的一部分,则本文呈现的文档首先希望信号基本对象是指从此类时间原型参数值特征和/或物理参数的这些参数值特征导出的原型数据库的参数的此类时间特征。如果原型数据库62115包括此类原型特征向量作为原型数据库62115的数据集的一部分,则本文呈现的文档第二希望信号基本对象是指原型数据库的原型特征向量。在图62中,为了更清楚起见,举例来说,组合m个中间参数信号62123.1至62123.m以形成中间参数信号束62123。所得的m个中间参数信号62123.1至62123.m优选地被设计成m个中间参数信号62123.1至62123.m的对应中间参数信号的对应中间参数信号值的时间离散序列。m个中间参数信号62123.1至62123.m的对应中间参数信号的这些中间参数信号值优选地各自与基准(时间戳)相关联。因此,优选地,m个中间参数信号62123.1至62123.m的相应中间参数信号的每个中间参数信号值被精确地分配一个时间基准(时间戳)。中间参数信号束62123的具有相同时间戳的m个中间参数信号62123.1至62123.m的中间参数信号值各自形成中间参数信号值向量。中间参数信号束62123因此将中间参数信号值向量的流传输到下游信号处理块,即重要性增加单元62125。
244、下游重要性增加单元62125优选地执行当前中间参数信号值向量与所谓的lda矩阵62126的矩阵乘法。此类熔断器1的设计者通常通过统计信号处理和模式识别的统计方法在设计时指定lda矩阵62126。为此,想要修订本档中提出的技术教导内容的设计者执行例如判别分析。(另参见https://de.wikipedia.org/wiki/diskriminanzanalyse的英文版,术语“线性判别分析”(https://en.wikipedia.org/wiki/linear_discriminant_analysis)是惯例)。在这种情况下,本文呈现的文档以举例的方式参考:mohssen mohammed的书“machine learning:algorithms and applications”,crc press(2020年6月30日),isbn-10:0367574675;isbn-13:978-0367574673;以及alan j.izenman的书“modernmulti-variate statistical techniques:regression,classification,and manifoldlearning(springer texts in statistics)”,springer,2008年第1版,2013年第2次修改印刷(2008年8月28日);isbn-10 038778188;isbn-13 978-0387781884。以此方式,重要性增加单元62125生成当前特征向量62138的信号。在这种情况下,重要性增加单元62125将当前中间参数信号向量的当前m个中间参数信号值映射到当前特征向量62138的信号的n个参数信号值。在这种情况下,n表示可偏离m或等于m的正整数。然而,n<m优选地适用。当前特征向量62138的信号因此通常包括n个参数信号。当前特征向量62138的信号因此作为所确认特征向量的时间离散序列等。这些特征向量中的每一个包括相关特征向量的n个向量分量。相关特征向量的这n个向量分量各自表示当前特征向量62138的信号的优选n个参数信号的n个参数信号值,这些参数信号值包括作为相关特征向量的向量分量的参数信号值以及各自具有相同时间基准(时间戳)的其他参数信号值。这里,n是单个特征向量的维度。特征向量的该维度n从一个特征向量到下一个下游特征向量优选地是相同的。特征向量在这种意义上是具有时间戳的向量,该时间戳包括多个(优选地n个)参数信号值作为该特征向量的向量分量。该对应时间基准(即该时间戳)的熔断器1的控制装置4的特征向量提取62111与以此方式形成的每个特征向量相关联。
245、在所得的n维相位空间中的当前特征向量62138的信号的时间特征的估计现在在信号路径中进行。此外,在这之后在确定估计值(例如,距离)的同时对所检测信号基本对象进行推断。为了理解术语“信号基本对象”,本文呈现的文档涉及前面的文本。
246、如果原型数据库62115包括从时间原型参数值特征和/或物理参数的这些参数值特征导出的参数的时间特征作为原型数据库62115的原型数据库的数据集的一部分,则本文呈现的文档首先希望信号基本对象是指从此类时间原型参数值特征和/或物理参数的这些参数值特征导出的原型数据库的参数的此类时间特征。如果原型数据库62115包括此类原型特征向量作为原型数据库62115的数据集的一部分,则本文呈现的文档第二希望信号基本对象是指原型数据库的原型特征向量。
247、距离确定装置(或分类器)62112现在将当前特征向量62138的信号的当前特征向量与在设计阶段期间通常预先存储在原型数据库62115 61115中的多个原型特征向量进行比较。本文呈现的文档将在下文对此进行详细说明。距离确定装置或分类器62112确定例如原型数据库62115 62115的所检查原型特征向量中的每一个的估计值,该估计值指示原型数据库62115的对应原型特征向量与当前特征向量相似的程度。本文呈现的文档也将该估计值在说明书的文字部分表示为距离。距离可以是欧几里得距离,但不是必须是欧几里得距离。优选地,原型数据库62115的原型特征向量各自优选地与恰好一个信号基本对象相关联。原型数据库62115的与当前特征向量具有最小距离的原型特征向量则是最佳匹配。如果其距离小于预定阈值,原型数据库62115的该原型特征向量表示以最高概率检测到的信号基本对象62121。原型数据库62115的该原型特征向量则是原型数据库62115的所检测原型特征向量。
248、该检测过程在一段时间内多次进行,使得所确定信号基本对象序列通常以相继检测到的特征向量的时间序列的形式从所检测信号基本对象62121的时间序列得到。这使得能够检测并消除故障。
249、在确定可能存在的信号对象62122时,优选地确定信号对象序列数据库62116中与从所检测信号基本对象62121的时间序列确定的信号基本对象序列最相似的预定信号基本对象序列的该序列。信号对象序列数据库62116表示原型数据库62115的原型信号基本对象的已知原型时间序列的词汇表。原型数据库62115的信号基本对象的此类已知、原型、时间序列是在本文呈现的文档的含义内的信号对象序列数据库62116的原型信号对象。
250、在本文呈现的文档的含义内,信号对象由信号基本对象的时间定义序列组成。本文呈现的文档也将信号基本对象的这种时间定义序列称为信号对象序列。
251、信号对象序列数据库62116中的信号对象符号通常以预定义方式与信号对象相关联。信号对象序列数据库62116的数据集包括例如信号对象符号、该信号对象的该信号对象序列的信号基本对象的数量以及针对该信号对象的信号基本对象的信号对象序列的每个信号基本对象的信号基本对象符号,该信号基本对象符号表示原型数据库62115的相关信号基本对象。信号对象序列数据库62116因此包括包含来自信号基本对象的原型信号对象序列的数据集。信号对象序列数据库62116的数据集中的每一个将信号对象描述为信号基本对象的序列。信号基本对象符号优选地是原型数据库62115 62115中的相关信号基本对象的相关索引。信号对象符号优选地是信号对象序列数据库62116中的信号对象的索引。
252、例如,控制装置4的维特比估计器62113可执行对信号对象的信号基本对象的信号对象序列的估计。维特比估计器62113优选地是熔断器1的控制装置4的装置部件。另选地,熔断器1的控制装置4的装置部件(例如熔断器1的控制装置4的计算机核心2)也可模拟维特比估计器62113。
253、在本文呈现的文档的含义内,正确放置和检测的信号基本对象是根据它们在从所检测信号基本对象的时间序列确定的信号基本对象序列62121中的位置在序列上对应于在该位置处的信号基本对象的预期序列中的预期信号基本对象的位置的那些,该序列在信号对象数据库62116中被预定义为预定义信号对象。
254、在本文呈现的文档的含义内,没有正确放置和检测的信号基本对象是根据它们在从所检测信号基本对象的时间序列确定的信号基本对象序列62121中的位置在序列上不对应于在该位置处的信号基本对象的预期序列中的预期信号基本对象的位置的那些,该序列在信号对象数据库62116中被预定义为预定义信号对象。
255、在最简单的情况下,维特比估计器62113使用在预定义时间段内正确放置和检测的信号基本对象的数量减去在预定义时间段内没有正确放置的所检测信号基本对象的数量,作为所确定的信号基本对象序列62121与信号基本对象的预期序列的匹配的估计值,该序列在信号对象数据库62116中被预定义为预定义信号对象。
256、以此方式,维特比估计器62133优选地为信号对象数据库62116的预定义信号对象中的每一个确定此类估计值。信号对象数据库62116的信号对象由预期信号基本对象的预定义序列组成并且与对应的信号对象符号相关。
257、打个比方,维特比估计器62133在此检查当前特征向量62138的n维信号在n维相位空间中所指向的点在其以预定时间序列通过n维相位空间的路径期间是否比预定义最大距离更接近该n维相位空间中的预定点。当前特征向量62138的信号因此具有时间特征。维特比估计器62133随后优选地为信号对象序列数据库62116的每个原型信号对象计算估计值(例如,距离)。这些估计值因此形成估计值向量。估计值向量的维度优选地对应于信号对象序列数据库62116中的原型信号对象的数量。维特比估计器62133优选地计算信号对象数据库62116的信号对象的信号基本对象的特定原型序列(即,信号对象序列数据库62116的原型信号对象)存在的概率。优选地,维特比估计器62133继而将该估计值向量分配给时间基准(时间戳)。维特比估计器62113将该估计值向量与优选地预定或设定的阈值向量进行比较以计算结果。结果优选地是布尔型的。即,结果可优选地具有第一值和第二值。如果该布尔结果具有用于该时间基准(时间戳)的第一值,则控制装置检查信号对象序列数据库62116的所检测原型信号对象的信号对象符号是否需要执行通常预定的方法,以及控制装置4和/或控制装置4的计算机核心2旨在执行哪个通常确定的预定方法以及用哪些参数执行。该信息通常是信号对象序列数据库62116的所检测原型信号对象的数据集的一部分。
258、在熔断器1的控制装置4的维特比估计器62113检测到信号对象序列数据库62116的所检测原型信号对象之后,熔断器的控制装置4可执行的一种可能的方法可以例如是将信号对象序列数据库62116的所检测原型信号对象的所检测信号对象符号连同与该信号对象符号相关联的时间基准(时间戳)从熔断器1的控制装置4传输到更高层计算机系统12。
259、在熔断器1的控制装置4的维特比估计器62113检测到信号对象序列数据库62116的所检测原型信号对象之后,熔断器的控制装置4可执行的一种可能的方法可以例如是将信号对象序列数据库62116的所检测原型信号对象的所检测信号对象符号连同与该信号对象符号相关联的时间基准(时间戳)从熔断器1的控制装置4传输到不同熔断器的控制装置4。
260、在熔断器1的控制装置4的维特比估计器62113检测到信号对象序列数据库62116的所检测原型信号对象之后,熔断器的控制装置4可执行的一种可能的方法可以例如是将信号对象序列数据库62116的所检测原型信号对象的所检测信号对象符号连同与该信号对象符号相关联的时间基准(时间戳)从熔断器1的控制装置4传输到服务器710。由此,服务器710的操作者接收此类事件的信息。
261、优选地,服务器的操作者可随后将该数据用于进一步的统计估计。
262、熔断器1的控制装置4传输信号对象序列数据库62116的所检测原型信号对象62122,优选地带有其参数。必要时,熔断器1的控制装置4可取决于信号对象序列数据库62116的所检测原型信号对象来传输另外的参数。
263、在这一点上,为了更清楚起见,本文呈现的文档再次涵盖当前特征向量62138的信号的处理。
264、优选地,参数信号62103以该时间采样窗口中的物理参数的值的采样值的形式用信号通知量化向量的序列,采样值由熔断器的控制装置4的物理接口62101与用于检测熔断器1的物理参数的构件62100协作确定。如上所述,即,物理接口62101通常通过滤波和/或放大将时间参数值特征的信号62102和/或从由用于检测熔断器1的物理参数的构件62100检测到的物理参数的这些参数值特征导出的参数的对应时间特征转换成参数信号62103。优选地,采样值的序列形成参数信号62103,然而,其分量(所测量的参数)通常将不完全彼此独立。参数信号62103的每个采样值本身通常对于复杂环境中的精确信号对象确定具有极低选择性。通过由物理接口62101以通常规则的时间间隔从参数信号62103的采样模拟物理值的连续当前创建值一个或多个此类量化向量(参见图62),以参数信号62103的形式生成在时间和值上量化的多维参数值特征数据流。
265、在第一示例性处理步骤,以此方式获得的一个或多个量化向量流形式的多维参数信号62103首先被细分成定义长度的单个帧,所述采样窗口被滤波、归一化、然后正交化并且在适用时通过非线性映射(例如,对数转换和倒谱分析等)适当地失真。这由图62的特征向量提取62111中的m个匹配滤波器62104.1至62104.m的块来指示。代替匹配滤波器62104.1至62104.m的块,此处还可以提供用于生成中间参数信号束62123的中间参数信号62123.1至62123.m的其他信号调理结构。例如,此处也可形成以此方式生成的多维参数信号62103的采样值的导数。最后,重要性增加单元62125执行中间参数信号束62123的所确认中间参数信号62123.1至62123.m相对于当前特征向量62138的实际信号的重要性增加。重要性增加单元62125可执行中间参数信号束62123的所确认中间参数信号62123.1至62123.m的重要性增加,如所描述的那样,例如通过将中间参数信号束62123的多维量化扇区与所谓的预定lda矩阵62126相乘。
266、距离确定装置(或分类器)62112中的以下检测步骤可由该距离确定装置(或分类器)62112例如使用不同方法执行:
267、a)通过神经网络,或者
268、b)通过hmm检测器;或者
269、c)通过petri网。
270、作为示例,本文呈现的文档描述了hmm检测器(图62):
271、借助所述预定义lda矩阵62126,重要性增加单元62125将中间参数数据流62123的中间参数信号束62123的中间参数信号62123.1至62123.m从多维输入参数空间映射到新参数空间。选择lda矩阵62126的矩阵元素,使得重要性被最大化并且因此选择性增长到最大值。在这种情况下获得的当前特征向量62138的信号的新变换特征向量的分量不是根据真实物理参数或其他参数来选择的,而是根据最大重要性来选择的,从而导致所述最大选择性。
272、优选地,此类熔断器1的设计者使用具有已知信号对象数据集的样本数据流,通过训练步骤离线计算lda矩阵(126),通常在设计之前进行计算。此类已知的信号对象数据集在本文呈现的文档的含义内是已经利用时间参数值特征的信号特征和/或从物理参数的这些参数值特征导出的参数的对应时间特征的预定结构获得的数据集。
273、如果确保由距离确定装置(或分类器)62112执行的方法的所有元素执行至少局部可逆函数,则可考虑近似线性变换函数形式的信号特征的偏差。
274、来自样本数据流的用于时间参数值特征和/或在新参数空间的坐标中从物理参数的这些参数值特征导出的参数的对应时间特征的指定原型信号特征(原型信号基本对象)的原型特征向量在设计阶段进行计算并存放在原型数据库62115中以供后续识别。除了这些统计数据之外,这也可包含用于熔断器1的控制装置4和/或更高层计算机系统12的指令,这应在成功或不成功地检测对应原型信号基本对象(即,例如原型特征向量)的情况下进行。
275、根据本文呈现的文档的技术教导内容的改造装置的设计者将当前特征向量62138的信号的向量分量的值作为信号基本对象原型(例如以原型特征向量的形式)备份在原型数据库62115中,其中当前特征向量由特征向量提取62111针对实验室中的参数信号62103的预定义信号基本对象的这些原型信号特征输出。
276、在后续操作中,熔断器1的控制装置4现在将当前特征向量62138的信号的当前特征向量与原型数据库62115 62115的原型特征向量形式的这些预先存储的(即学习的)信号基本对象原型进行比较。熔断器1的控制装置4例如通过计算当前特征向量62138的信号的当前特征向量形式的量化向量之间在新参数空间的坐标中的欧几里得距离来执行该比较。熔断器1的控制装置4将当前特征向量62138的信号的当前特征向量形式的量化向量优选地与原型数据库62115 62115的原型特征向量形式的所有这些先前存储的信号基本对象原型进行比较。为此,距离确定装置或分类器62112优选地计算对应距离,优选地针对由一方面当前特征向量62138的信号的当前特征向量形式的量化向量和相应地原型数据库62115的原型特征向量形式的先前存储的信号基本对象原型中的一个组成的每个可能对。在这种情况下,熔断器的控制装置4优选地提供至少两个标识符:
277、1.如果当前特征向量62138的信号的所检测当前特征向量对应于原型数据库62115的原型特征向量形式的预先存储的信号基本对象原型中的一个,或不对应于该一个,并且如果是这种情况,则:当前特征向量62138的信号的所检测当前特征向量以什么概率和/或可靠性对应于原型数据库62115 62115的原型特征向量形式的预先存储的信号基本对象原型中的一个?
278、2.如果它是原型数据库62115的原型特征向量形式的已经存储的信号基本对象原型中的一个,则它是原型数据库62115的原型特征向量形式的已经存储的信号基本对象原型中的哪一个,以及具有什么概率和可靠性?
279、为了提供第一标识符,伪原型通常也以原型伪特征向量的形式存储在信号基本对象原型的原型数据库62115中。优选地,原型数据库62115中的原型伪特征向量在很大程度上涵盖在没有任何事件要被检测的正常操作中的操作期间发生的所有寄生参数组合。上述信号基本对象原型以原型特征向量和/或原型伪特征向量的形式存储在原型数据库6211562115中。
280、对于原型数据库62115的原型特征向量和/或原型伪特征向量形式的信号基本对象原型,根据本文提交的技术教导内容的熔断器1的设计者在设计时可对应于在距离确定装置62112中应用的方法来确定原型数据库62115的两个不同原型特征向量和/或原型伪特征向量形式的两个不同信号基本对象原型的每个对的对应距离。以此方式,熔断器1的设计者在设计时间段确定原型数据库62115的两个不同原型特征向量和/或原型伪特征向量之间的最小原型距离,这对于本发明的原型数据库62115 62155是可能的。设计者将该最小距离存储在原型数据库62115中或存储在距离确定装置62112中,优选地将该最小距离减半为最小原型距离的一半。可以设想,另选地和/或另外地,熔断器1的控制装置4在熔断器1的系统起动期间和/或基于事件(诸如重置操作)和/或基于更高层计算机系统12或不同熔断器的控制装置4的计算机核心2的命令来确定原型数据库62115的两个不同原型特征向量和/或原型伪特征向量的该最小距离,并且将该最小距离存储在原型数据库62115中或存储在距离确定装置62112中,优选地将该最小距离减半为最小原型距离的一半。
281、如果例如当前特征向量62138的信号的当前特征向量与原型数据库62115的原型特征向量形式的信号基本对象原型之间的该最小半原型距离低于由距离确定装置62112确定的距离,则该信号基本对象原型被估计为检测到,并且该原型特征向量是该当前特征向量的所检测原型特征向量。从该时刻起,熔断器1的控制装置4可排除在进一步继续搜索的过程中,以原型数据库62115的原型特征向量的形式计算出的到其他信号基本对象原型的进一步距离可提供甚至更小的距离。熔断器1的控制装置4可随后取消该搜索。熔断器1的控制装置4的该过程平均地将时间减半并因此保护熔断器的控制装置的资源。
282、熔断器1的控制装置4可执行最小欧几里得距离的计算,例如根据下面的公式:
283、
284、在这种情况下,dim_cnt表示从1直到特征向量62138的信号的当前特征向量的最大维度dim的维度索引。
285、fvdim_cnt表示对应于索引dim_cnt的特征向量62138的信号的当前特征向量的向量分量的参数值。
286、cb_cnt以原型数据库62115 62115的原型特征向量的形式表示信号基本对象原型的索引的索引值。
287、cbcb_cnt,dim_cnt相应地表示对应于原型数据库62115 62115的原型特征向量形式的信号基本对象原型的条目的向量分量的dim_cnt的参数值,其与对应于原型数据库62115的原型特征向量形式的cb_cnt的信号基本对象原型相关联。
288、distfv_cbe表示所获得的最小欧几里得距离,此处以举例的方式提供。在确定最小欧几里德距离时,熔断器1的控制装置4存储原型数据库62115 62115的产生与当前特征向量的最小距离的该原型特征向量的索引的编号cb_cnt。
289、为了清楚起见,本文呈现的文档引用了示例性汇编代码:
290、
291、
292、从信号基本对象原型(即,原型数据库62115 62115的原型特征向量)的基础基本数据流的扩展以及特征向量62138的信号的当前特征向量与其质心的距离导出用于正确检测的置信度度量。
293、图63示出了各种检测情况。为了简单起见,给出了具有两个参数值作为向量分量的二维特征向量的图示。每个特征向量包括作为对应特征向量的向量分量的第一参数值和第二参数值。将特征向量的维度限制为二维只是为了更好地在二维纸张上表示方法。实际上,特征向量62138的信号的特征向量通常始终是多维的,具有显著更高的维数。
294、图63以举例的方式还表示各种示例性和任意原型特征向量(63141、63142、63143、63144)的质心。如上所述,原型数据库62115 63115可包括这些信号基本对象原型(即,原型数据库62115 62115的原型特征向量)的一半最小距离作为基准。这些信号基本对象原型的该一半最小距离优选地是全局参数,该全局参数通常对于原型数据库62115的所有信号基本对象原型等同地有效。熔断器的控制装置4借助该最小距离来执行关于距离是否小于最小半距离的上述判定。然而,这预先假定在确定信号基本对象原型(训练)期间使用的这些信号基本对象原型的真实表示的扩展小于该最小半距离。对于训练,设计者或其他人可能检测时间参数值特征和/或从物理参数的这些参数值特征导出的参数的对应时间特征的可能所有信号特征(信号基本对象)。时间参数值特征和/或从物理参数的这些参数值特征导出的参数的对应时间特征的所检测信号特征(信号基本对象)的这些捕获数据形成所谓的训练数据集。对于该检测,设计者优选地在实际操作和/或实验室情况中记录尽可能多的熔断器实际使用情况的参数信号62101。设计者随后使用对应于熔断器1的控制装置4的特征向量提取62111的特征向量提取62111,以便优选地针对时间参数值特征和/或从物理参数的这些参数值特征导出的参数的对应时间特征中的每一个生成当前特征向量62138的信号。设计者优选地将当前特征向量62138的信号的这样得到的特征向量聚类为信号接地原型。优选地,信号接地原型中的每一个由原型特征向量和指示所获得特征向量与原型特征向量相比的扩展的扩展椭球来表征。因为扩展椭球的使用过于复杂,所以本文呈现的文档推荐简化扩展椭球以形成扩展球体。在这种情况下,仅需观察原型数据库62115的每个原型特征向量的一个阈值。为了更简单起见,本文呈现的文档提出对于原型数据库62115的所有原型特征向量使用具有相等距离的阈值椭球。
295、信号接地原型的原型特征向量优选地标记对原型特征向量的形成有贡献的所获得特征向量的质心位置(63141、63142、63143、63144)。如果经由距离确定装置62112(或分类器)的距离确定(或其他估计)是最优的,则情况也是如此。这将对应于围绕质心(63141、62142、63142、63144)的圆,即,原型数据库62115 62115的信号基本对象原型中的每一个的原型特征向量。
296、然而,这在现实中只能很少地实现。因此,如果对原型数据库62115 62115的原型特征向量(即,原型数据库62115 62115的对应信号基本对象原型)有贡献的所获得特征向量的分布各自与原型特征向量一起存储在原型数据库62115中的数据集内,则可实现检测能力的改善。这将对应于围绕原型数据库62115的信号基本对象原型中的每一个的具有特定于信号基本对象原型的半径的原型特定圆。然而,缺点是所需计算能力增加。
297、如果熔断器1的控制装置4通过椭圆对原型数据库62115的信号基本对象原型的分布进行建模,则可实现检测功率的进一步改善。如果原型数据库62115不像之前一样包括半径,而是现在包括扩展椭圆的主轴直径及其相对于原型数据库62115中的坐标系统的倾斜,则优选地为原型数据库62115的信号基本对象原型中的每一个存储。缺点是计算能力和存储器要求进一步极大增加。
298、当然,计算可能进一步复杂化,然而,这通常仅极大地增加了工作量并且不再显著改善原型数据库62115的信号基本对象原型的检测功率。
299、因此,本文推荐依赖于所述选项中最简单的选项。
300、由距离确定装置62112确定的特征向量62138的信号的当前特征向量在例如图63的二维参数空间中的位置现在可能非常不同。因此可以设想,此类第一示例性特征向量63146离原型数据库62115的任何信号基本对象原型的质心的质心坐标(63141、63142、63143、63144)太远。该距离阈值可以例如是前述最小半原型距离。信号基本对象原型的变化范围也可围绕其相应质心63143、63142重叠,并且特征向量63138的信号的第二示例性所确定当前特征向量63145在重叠区域中。在后续操作期间,如果当前特征向量在原型数据库62115的两个原型特征向量的变化范围内,则熔断器1的控制装置4可识别两个不同事件。图63示出了这种情况作为示例。特征向量62138的信号的示例性当前特征向量63145位于原型数据库62115的具有示例性质心坐标63142和63143的两个示例性信号基本对象的变化范围的重叠区域中。在这种情况下,控制装置优选地创建假设列表。假设列表优选地包括假设列表的多个数据集。假设列表的每个数据集优选地包括恰好一个信号基本对象原型(即,原型数据库62115的原型特征向量)的索引。该信号基本对象原型(即,原型数据库62115的原型特征向量)因此与该数据集相关联。此外,假设列表的每个数据集优选地包括概率值,该概率值粗略地指示当前特征向量将对应于与数据集的索引相关联的信号基本对象原型(即,原型数据库62115的原型特征向量)的概率。通常,熔断器的控制装置4使用一方面当前特征向量与另一方面由数据集的索引分配的信号基本对象原型(即,原型数据库62115的原型特征向量)之间的距离作为此类概率值。然而,这通常不是真实、精确的概率。相反,较短距离指示比较长距离高的概率。优选地,熔断器的控制装置4在已经关于距离检查了所有信号基本对象原型(即,原型数据库62115的所有原型特征向量)之后或已经以其他方式完成了该检查之后对假设列表进行排序。在作为当前特征向量63145的表示的两个信号接地原型63143和63142的示例中,表示当前特征向量63145的更可能的信号接地原型更好地表示信号接地原型63143,因为它到当前特征向量63145的距离更小。在作为当前特征向量63145的表示的两个信号接地原型63143和63142的示例中,更差地表示当前特征向量63145的较不可能的信号接地原型是信号接地原型63142,因为它到当前特征向量63145的距离更大。
301、假设列表因此可看起来像这样:
302、
303、
304、优选地,原型特征向量的每个数据集的原型数据库62115的数据集包括危险值。事实上,表示原型数据库62115的第一原型特征向量63143的第一事件可能比表示原型数据库62115的第二原型特征向量63142的第二事件危险更小。在创建假设列表之后,控制装置4可随后仍然针对由第二原型特征向量63142表示的更不可能的第二事件采取措施,即使该事件不是最可能的,因为它的效果比对应于第一原型特征向量63143的事件的效果更危险或以其他方式更显著。
305、在由控制装置4经由当前特征向量63145与原型数据库62115的原型特征向量之间的距离确定这样确定的假设列表中,在完成这些距离确定之后,原型数据库62115的距离小于阈值的所有原型特征向量于是被包含在内。在图63的示例中,当前特征向量63145的假设列表包括具有针对不同概率的对应值的两个信号基本对象原型63143和63142。例如,不同概率的值可包含不同距离作为附属参数。在该变型中,熔断器1的控制装置4的距离确定装置或分类器62112因此不将信号基本对象、所识别的特征向量作为最可能信号基本对象传输到维特比估计器62113。在该变型中,熔断器1的控制装置4的距离确定装置或分类器62112随后传输所述假设列表或指向该假设列表的指针。如上所述,该假设列表包括可能存在的信号基本对象和对概率建模的值。因为熔断器1的控制装置4继续在特征向量62138的信号中生成新的当前特征向量,所以熔断器1的控制装置4的距离确定装置或分类器62112生成假设列表的对应时间序列。假设列表还可仅具有原型数据库62115的原型特征向量中的一个原型特征向量。如果检测完全失败,假设列表也可不具有原型数据库62115的原型特征向量中的原型特征向量。维特比估计器62113随后从生成假设列表的该序列搜索原型数据库62115的原型特征向量的对于信号对象序列数据库62116中的指定信号基本对象序列中的一个具有最大概率的可能序列。在本文呈现的文档的含义内,这意味着与通过所识别假设列表62121的被识别为可能的信号基本对象的所有其他可能路径的概率相比,原型数据库62115的原型特征向量的可能序列是正确序列的概率最大。这是假设列表的序列,距离确定装置621122将该序列作为根据所检测信号基本对象的时间序列确定的信号基本对象序列62121传输到维特比估计器62113。维特比估计器62113为每个假设列表确定的原型特征向量序列的该路径在此经过该假设列表的恰好一个所检测信号基本对象原型。
306、在最佳情况下,当前特征向量63148位于原型数据库62115的单个信号基本对象原型63141的质心63141周围的变化范围(阈值椭球)63147中。因此,距离确定装置62112检测原型数据库62115的该信号基本对象原型63141并作为最佳地表示当前特征向量的所检测信号基本对象62121。因此,距离确定装置62112从所检测信号基本对象的时间序列生成所确定信号基本对象序列62121并将其转发到维特比估计器(113)。信号基本对象对应于原型数据库62115的原型特征向量。
307、为了改进原型数据库62115的单个信号基本对象原型的变化范围的建模,可以设想通过在此为圆形的多个信号基本对象原型将其建模为原型数据库62115的多个原型特征向量并具有相关联的变化范围。因此,原型数据库62115的多个信号基本对象原型可在信号基本对象类的含义内表示相同的信号基本对象原型。这里的风险在于,由于将信号基本对象原型的概率划分成多个此类子信号基本对象原型,各个子信号基本对象原型的概率可能变得小于不同信号基本对象原型的概率,而不同信号基本对象原型的概率小于初始信号基本对象原型的概率。因此,该另一信号基本对象原型可能被错误地断言。
308、为了可靠地识别原型数据库62115的信号基本对象原型,熔断器1的控制装置4必须提供的计算能力也是一个重要问题。这仍然值得一些讨论:
309、决定性的一点是cb_anz*dim的计算工作量增大。
310、在非优化的hmm检测器中,为了计算特征向量的向量分量,熔断器1的控制装置4的计算机核心2必须执行的汇编命令的数量是约8个步骤。
311、用于计算原型数据库62115的单个信号基本对象原型(cbe)(即,原型数据库62115的原型特征向量)的距离以形成单个特征向量(fv)的必要汇编步骤的数量a_abst优选地由熔断器1的控制装置4的计算机核心2近似计算如下:
312、a_abst=fv_dimension*8+8
313、这导致用于确定具有最小距离的原型数据库62115的信号基本对象原型的汇编步骤的数量a_cb:
314、a_cb=cb_anz*(a_abst)+4=cb_anz*(fv_dimension*8+8)+4
315、使用具有50,000个信号基本对象原型(原型数据库中的信号基本对象原型条目的数量=cb_anz)以及例如24fv_dimensions(特征向量中的参数值的数量=特征向量维度=fv_dimension)的平均hmm检测器的示例,步骤的数量为:
316、对于特征向量62138的信号的每个特征向量,
317、50000*(24*8+8)+4百万至1千万次运算
318、在8khz=8000个特征向量/秒(特征向量62124的信号的特征向量/秒)的相对低采样率下,熔断器1的控制装置4的计算机核心2已经要求8gips(80亿个指令/秒)的计算能力。
319、考虑到电动车中节能和/或减少碳足迹的挑战,这是不可接受的。
320、如上所述,在通过距离确定装置62112或分类器62112执行优化的hmm检测方法的情况下,原型数据库62115的两个信号基本对象原型之间的最小距离因此被预先计算出并存储在原型数据库62115或距离确定装置62112中。这具有的优点在于,如果距离确定装置或分类器62112发现特征向量62138的信号的当前特征向量与原型数据库62115的信号基本对象原型之间的距离小于该最小距离的一半,则可由距离确定装置或分类器62112终止搜索。距离确定装置或分类器62112的平均搜索时间因此减半。如果根据信号基本对象原型的统计发生率在真实熔断器1的真实参数信号62103中分类原型数据库62115,则可执行进一步的优化。由此可保证,熔断器1的控制装置4明显更快地在原型数据库62115中找到最频繁的信号基本对象原型。这进一步减少了距离确定装置62112或分类器62112的计算时间并进一步降低了功率消耗。因为一般来讲熔断器的控制装置4的计算机核心2模拟距离确定装置或分类器61112,这也进一步减少了熔断器1的控制装置4的计算机核心2的计算时间并因此降低了熔断器1的功率消耗。
321、对于执行此类优化的hmm检测过程的距离确定装置62112或分类器62112,计算能力要求则如下指示:
322、再次说明,有8个步骤用于计算当前特征向量的向量分量到原型数据库62115的原型特征向量的对应向量分量的距离。用于计算原型数据库62115中的原型特征向量的信号基本对象原型条目(cbe)到特征向量62138的信号的当前特征向量的距离a_abst的步骤依次为:
323、a_abst=fv_dimension*8+8
324、用于确定信号基本对象原型条目(即,具有优化的最小距离a_cb的原型数据库62115的原型特征向量的数据集)的步骤的数量略高:
325、a_cb=cb_anz*(a_abst)+4=cb_anz*(fv_dimension*8+10)+4
326、为了检查当前特征向量与原型数据库62115的信号基本对象原型的刚刚检查过的原型特征向量之间的确定距离是否小于原型数据库62115的信号基本对象原型的原型特征向量之间的最小距离的一半,需要两条附加汇编命令。
327、此外,根据本文提出的技术教导内容,原型数据库62115的信号基本对象原型条目(即数据库条目)的数量cb_anz被限制为原型数据库62115中的信号基本对象原型的4000个原型数据库条目(即数据集),或甚至少于2000个原型数据库条目至1000个原型数据库条目,或更高地被限制为8000个条目或更高地16,000个条目。在技术教导内容的发展中,400个条目被证明是成功的。一般来讲,因此有必要针对特定供电网络的特定应用场景进行调整。
328、另外,通过特征提取62111中的滤波和通过降低特征提取62111中的采样率来减少特征向量62138的信号内每秒的特征向量数量。
329、在一个简单的示例中对此进行解释:
330、熔断器1的控制装置4操作熔断器1的控制装置4的所述距离确定装置62112或分类器62112,该装置或分类器现在用具有仅十分之一条目(数据集)(例如,具有4000个条目(cbe))并且还具有特征向量62138的信号的24个维度(即,24个参数信号)的原型数据库62115来执行平均hmm检测方法。
331、步骤数量现在是
332、4000*(24*8+10)+4~808004次运算/
333、特征向量62138的信号的特征向量
334、当特征向量速率降至100个特征向量/秒时,经由例如80个采样值从特征向量提取62111中的10ms时间窗口(采样窗口)提取,并且如果当前特征向量到原型数据库62115的已处理信号基本对象原型的已处理原型特征向量的距离小于最小原型数据库条目距离的一半,则终止搜索,结果是工作量至少减半并对原型数据库62115的原型特征向量的数据集进行适当排序。
335、熔断器1的控制装置4的计算机核心2所需的计算能力随后降至<33dsp-mips(3300万次运算/秒)。实际上,原型数据库62115的数据集的排序导致甚至更低的计算能力要求,例如30mips。这使得电子熔断器的系统能够被实时地集成到用于熔断器1的控制装置4的单个微型集成电路中并因此首先集成到熔断器1中。
336、通过预选择原型数据库62115的数据集,熔断器1的控制装置4可限制搜索空间。前提条件是数据的均匀分布=几何象限中心中的象限的质心。
337、原型数据库62115的大小的必要减小具有优点和缺点:
338、原型数据库62115的条目数量的减少增大了错误接受率(far),即,原型数据库62115的错误信号基本对象原型(原型特征向量),其基于当前特征向量将熔断器1的控制装置4识别为所检测信号基本对象原型。
339、其次,原型数据库62115的条目数量的减少增大了错误拒绝率(frr),即,原型数据库62115的信号基本对象原型(原型特征向量),熔断器1的控制装置4实际上必须基于当前特征向量接受该信号基本对象原型作为所检测信号基本对象原型,但不接受它们。
340、另一方面,由此降低了资源要求(计算能力、芯片表面、存储器、功率消耗等)。
341、另外,先前历史(即,先前检测到的信号基本对象原型)可由距离确定装置或分类器62112用于假设形成。对此的合适模型例如是所谓的隐马尔可夫模型(hmm)。
342、对于每个信号基本对象原型,即原型数据库62115的每个原型特征向量,距离确定装置或分类器62112可因此导出置信度度量和到特征向量62138的信号的测量当前特征向量的距离。维特比估计器(113)还可进一步处理置信度度量和距离。如上所述,在本文档中,距离确定装置或分类器62112输出所检测信号基本对象原型中的每一个(即,原型数据库62115的每个原型特征向量)的假设列表是有意义的。距离确定装置或分类器62112将该假设列表作为所确定信号基本对象序列62121的一部分从所检测信号基本对象原型的时间序列传输到维特比估计器62113。例如,假设列表可包括具有检测的对应概率和可靠性的十个最可能信号基本对象原型,从而可更好或更差地表示当前特征向量。
343、不是每个从出现的所检测信号基本对象的时间序列确定的信号基本对象序列62121都可作为时间和空间信号基本对象序列被分配给信号对象序列数据库62116的信号对象。因此,通常,不是每个从出现的所检测信号基本对象的时间序列确定的信号基本对象序列62121都是有用的。为了弥补该缺陷,使用维特比估计器62113来估计时间上连续的采样窗口的假设列表的时间序列是有利的。优选地,假设列表也与每个时间采样窗口相关联。
344、在这种情况下,维特比估计器62113的任务是经由连续假设列表的具有最高概率并且是维特比估计器62113的信号对象数据库62116的原型信号对象序列的数据集找到原型数据库62115的信号基本对象原型的信号对象序列的该序列路径。
345、在这种情况下,维特比估计器62113又提供至少两个标识符:
346、1.原型数据库62105的信号基本对象原型的最可能信号对象序列是否是已经存储在信号对象序列数据库62116中的信号基本对象原型的信号对象序列中的一个并且具有什么概率和可靠性?
347、2.如果它是信号基本对象原型的已经存储的信号对象序列中的一个,则它是哪一个并且具有什么概率和可靠性?
348、为此,教学程序可将由原型数据库62115的信号基本对象原型的预定信号对象序列组成的条目(数据集)形式的此类信号对象序列馈送到信号对象序列数据库62116中。另一方面,用户也可将此类信号对象序列以由原型数据库62105的信号基本对象原型的指定信号对象序列组成的条目(数据集)的形式通过终端740输入到信号对象序列数据库62116中,必要时也经由所谓的键入工具手动输入。这使得可以经由终端740的键盘输入原型数据库62115的信号基本对象原型的这些信号对象序列。
349、维特比估计器62113可从距离确定装置或分类器62112的假设列表的序列中为所检测信号基本对象62121的时间序列的所确定信号基本对象序列62121确定原型数据库62115的信号基本对象原型的最可能预定信号对象序列。如果距离确定装置62112或分类器62112由于测量误差而错误地检测到单个信号基本对象原型,这也特别适用。如上所述,维特比估计器62113采用来自距离确定装置62112或分类器62112的假设列表的序列在这方面是非常有用的。结果是信号对象62122被检测为是最可能的,或类似于距离估计器62112或分类器62112的前述发射计算,即信号对象假设列表。
350、信号对象假设列表因此可看起来像这样:
351、
352、
353、优选地,原型信号对象的每个数据集的信号对象序列数据库62116的数据集包括危险值。事实上,表示信号对象序列数据库62116的第一原型信号对象的第一事件可能比表示信号对象序列数据库62116的第二原型信号对象的第二事件危险更小。在创建了信号对象假设列表之后,控制装置4可随后仍然采取针对由第二原型信号对象表示的更不可能的第二事件的措施,即使该事件不是最可能的,因为它的效果比对应于第一原型信号对象的事件的效果更危险或以其他方式更显著。
354、最后,我们考虑信号对象检测机的功能部件。在图62中,这被输入为维特比估计器62113。熔断器1的控制装置4的维特比估计器62113的该搜索访问信号对象序列数据库62116。更高层计算机系统12或终端740的教学软件以及在另一方面更高层计算机系统12或终端740的软件(其中用户730可通过输入文本来指定信号基本对象原型的这些序列)生成信号对象序列数据库62116的数据集和/或使得能够编辑信号对象序列数据库62116的数据集的内容。
355、在生产中,优选地,测试系统优选地将信号对象序列数据库62116的数据加载到熔断器1的控制装置4的存储器中,优选地加载在磁带的末端。
356、在维特比估计器62119中用于信号基本对象原型的时间序列的信号对象序列检测的基础优选地是隐马尔可夫模型。该模型从不同状态发展而来。在图64所示的示例中,编号的圆圈象征这些状态。在图64的上述示例中,对圆圈编号zu1到zu6。在状态zu1到zu6之间存在转换。这些转换在图64中由字母a和两个索引i、j表示。第一索引i表示起始节点的编号,第二索引j表示目标节点的编号。除了两个不同节点之间的转换之外,还存在返回到起始节点的转换aii或ajj。此外,存在使得节点能够从序列跳过的转换,从而在每种情况下导致实际观察到第k个可观察值bk的概率。这得到可观察量的序列,其可用可预先计算的概率bk来观察。
357、这里重要的是,任何隐马尔可夫模型不包括可观察状态qi。在两个状态qi与qj之间存在转换概率aij。
358、从qi到qj的转换的概率p可写为:
359、
360、在这种情况下,n表示离散时刻。因此,转换发生在具有状态qi的步骤n与具有状态qj的步骤n+1之间。
361、发射分布bi(ge)取决于状态qi。如已经解释的那样,如果系统(隐马尔可夫模型)处于状态qi,则这是观察信号基本对象ge的概率(可观察):
362、p(ge|qi)≡bi(ge)
363、为了能够起动系统,必须指定初始状态。这通过概率向量πi来完成。因此,可以表明概率为πi的状态qi是初始状态:
364、p(qi1)≡πi
365、重要的是,必须为信号基本对象原型的每个序列创建新模型。在模型m中,将确定信号基本对象原型的时间观察序列的观察概率
366、
367、这对应于不能直接观察到的时间状态序列并且对应于以下序列:
368、
369、观察该状态序列q的概率p(该概率取决于模型m、时间状态序列q和时间观察序列ge)是:
370、
371、这得到模型m中状态序列的概率:
372、
373、这得到检测信号对象的概率等于信号基本对象原型的序列(也参见图10):
374、
375、在这种情况下,通过对所有可能路径qk上的各个概率的这种求和来确定所观察到的发射ge的最可能信号对象模型(信号对象),其中所有可能路径导致信号基本对象原型ge的这种观察序列。
376、
377、由于可能的计算量,对所有可能路径q的求和是有问题的。因此,一般非常早地中断。因此,建议仅使用最可能路径qk。这将在下文讨论。
378、计算通过递归计算进行。在状态qi下观察系统的时刻n的概率an(i)可计算如下:
379、
380、
381、此处对导致状态qi+1的所有s个可能路径求和。
382、假设到达状态qin+1的总概率由最佳路径决定。可随后以很小的误差简化该和。
383、
384、通过从最后状态往回跟踪,随后获得最佳路径。
385、该路径的概率是乘积。因此,对数计算将问题简化为纯求和问题。对应于模型mj的检测的信号对象的检测概率对应于针对观察到的发射x的最可能信号对象模型的确定。这随后经由最佳可能路径qbest来完成。
386、
387、这因此变成
388、
389、现在特别重要的是,原型数据库62115仅包含信号基本对象原型,即原型特征向量。
390、熔断器1的控制装置4将所检测信号对象的索引优选地与在一些情况下检测到的参数而不是采样值一起传输到更高层计算机系统12和/或不同熔断器的控制装置4。这导致数据的大量压缩而不留下信号特征。
391、因此,熔断器1的控制装置4不传输参数特征或从其导出的特征的采样值,而是传输这些特征内的结构。熔断器1的控制装置4因此使用信号结构检测来将物理参数的参数特征或从其导出的参数的特征传输到更高层计算机系统12或不同熔断器的控制装置4。只有这样才能在接收数据到数据之后在更高层计算机系统中无估计地重建信号。
392、因此,本文呈现的文档的技术教导内容追求几个目标。首先,原型信号基本对象将在物理参数的参数特征或从其导出的参数的特征中被检测,并且在适用时进行估计,以便立即检测与关键事件相关的关键信号基本对象。熔断器1的控制装置4应随后立即启动合适的措施。其次,对应于原型信号基本对象的预定义原型序列的关键原型信号对象将被检测,并且在适用时进行估计,以便立即检测与关键事件相关的关键原型信号对象序列。熔断器1的控制装置4应随后立即启动合适的措施。第三,控制装置应能够以尽可能小的总线带宽将物理参数的参数特征或从其导出的参数的特征传输到更高层计算机系统和/或另一熔断器1的控制装置4。为此,熔断器的控制装置4压缩物理参数的参数特征或从其导出的参数的特征的采样值的数据。为此,熔断器的控制装置4确定原型数据库62115的最佳地对应于物理参数的参数特征或从其导出的参数的特征的节段的原型信号基本对象。控制装置已经可经由数据总线9将这些信号基本对象的索引和它们的距离传输到更高层计算机系统12和/或另一熔断器的控制装置4。熔断器1的控制装置4可通过确定信号对象序列数据库62116的针对信号基本对象的序列检测的信号对象来进一步压缩该已经压缩的数据,这些信号对象特别好地表示信号基本对象的这些序列。熔断器的控制装置4随后优选地仅将信号对象序列数据库62116中的所检测信号对象的索引传输到更高层计算机系统12和/或不同熔断器的控制装置4。
393、因此,本发明的目的还在于通过限制应用相关的信号波形分量来以尽可能无损的方式压缩和传输参数信号62103本身。
394、熔断器的控制装置4然后将由此压缩的数据、优选地仅将由此检测到的原型的编码(符号)、其幅值和/或时间范围以及出现时刻(时间戳)传输到更高层计算机系统12和/或不同熔断器的控制装置4。这也使经由数据总线9在熔断器1与更高层计算机系统12之间进行的数据传输的emc负载最小化。此外,熔断器1和更高层计算机系统12以及任何其他熔断器可将熔断器和/或更高层计算机系统12的用于在时间间隔内进行系统错误检测的状态数据传输到更高层计算机系统12和/或经由数据总线9在熔断器与更高层计算机系统12之间传输到其他熔断器和/或传输到其他熔断器,这改善了延迟。在准备本发明时,认识到必须优先考虑经由数据总线9进行的数据的传输。然而,该优先考虑与关于其他总线参与方的优先考虑无关。相反,优先考虑因此被理解为意指由熔断器1的控制装置4确定的数据的哪个基准必须按时间顺序首先被传输到更高层计算机系统12。向更高层计算机系统12和/或向其他熔断器通知熔断器1或线路节段的安全关键错误在此具有最高优先级,因为它们损害熔断器的测量数据的有效性的概率较高。这些数据由熔断器传输到更高层计算机系统12和/或其他熔断器。来自更高层计算机系统12和/或来自其他熔断器的用于执行熔断器的安全相关自检的请求具有第二高优先级。此类命令经由数据总线9从更高层计算机系统12和/或其他熔断器的控制装置4传输到熔断器的控制装置4。熔断器1本身的数据具有第三高优先级,因为通常不允许增加延迟。所有其他数据对于经由数据总线9的传输具有较低优先级。
395、特别有利的是,用于将熔断器1的数据从熔断器1的控制装置4传输到更高层计算机系统12和/或传输到具体地在车辆中的不同熔断器的控制装置4的方法通常包括
396、在一些情况下,通过控制装置4闭合6010熔断器1的断路器17,以及
397、检测6020参数值特征和/或从其导出的参数的特征,以及形成6020参数信号62103,以及
398、分析和压缩6030参数信号62103,以及
399、通过熔断器1的控制装置4经由数据总线9、具体地是单线数据总线或具体地是差分双线数据总线将熔断器1的压缩数据传输6040到更高层计算机系统12和/或不同熔断器的控制装置4。
400、优选地,数据从熔断器1的控制装置4到更高层计算机系统12和/或到另一电子熔断器的控制装置4的传输以更高层计算机系统12和/或另一熔断器的控制装置4从更高层计算机系统12或从另一熔断器的控制装置4经由数据总线9到熔断器1的控制装置4的开始命令开始。例如,熔断器的控制装置4在接收到开始命令之后可执行周期性地继续的传输,直到数据传输结束。因此,熔断器的控制装置4优选地将时间采样窗口的参数特征的压缩数据突发地传输到更高层计算机系统和/或不同熔断器的控制装置。
401、因此,所提出的方法的另一变型提供了根据参数信号62103从特征向量62138(具有n个向量分量并且n作为特征向量的维度的特征向量流)形成信号作为数据压缩的第一步骤。特征向量62138的此类信号可包括多个数据信号。因此,它表示或多或少复杂的数据/信号结构的时间序列。在最简单的情况下,它可被理解为由多个子信号组成的向量信号。
402、例如,可能有利的是形成参数信号62103的第一和/或更高时间导数或者参数信号的单个或多个积分,其随后作为特征向量62138的信号内的子信号。
403、最后,可能有利的是通过匹配滤波器62104.1至62104.n检测参数信号62105中预定信号对象的出现,并且从例如n个中间参数信号62123.1至62123.n形成中间参数信号束62123。中间参数信号62123.1至62123.n中的中间参数信号优选地用信号通知一些预定信号对象对应信号对象的出现。然而,因为熔断器1的控制装置4要检测的信号对象的数量一般非常大,所以中间参数信号62123.1至62123.n中的中间参数信号通常用信号通知信号对象(一组预定信号对象的元素)的出现。通常,待检测的信号对象响应于多个匹配滤波器的中间参数信号。本文呈现的文档将匹配滤波器理解为优化信噪比(snr)的滤波器。熔断器1的控制装置4旨在检测失真的参数信号62103中的预定信号对象。在针对匹配滤波器的文献中也经常出现术语相关滤波器、信号适配滤波器(saf)或恰好适配滤波器。匹配滤波器用于在存在故障(参数估计)的情况下最佳地确定(检测)已知信号形式(在这种情况下是预定信号对象)的幅值和/或位置的存在。这些故障可以例如是其他线路或电磁辐射器等的emc耦合的信号。
404、n个匹配滤波器的n个匹配滤波器输出信号随后形成中间参数信号束62123的n个中间参数信号62123.1至62123.n,这随后优选地根据仿射映射在特征向量62138的信号内形成至少子信号。
405、特征向量提取62111可在中间参数信号束62123的单独附加子信号中发信号通知特定事件。这些事件优选地也是在本文呈现的文档的含义内的信号基本对象。因此,信号基本对象不仅包括诸如方波脉冲或小波或波列的信号形式,还包括参数信号60103的特征和/或从其导出的信号的特征中的显著点,这些显著点可例如通过从参数信号62103滤波来获得特征提取62111。
406、可为中间参数信号束62123的附加子信号的另一信号可检测例如经滤波参数信号62103是否超过指定阈值。这也是通过中间参数信号束62123的中间参数信号来用信号通知参数信号内存在信号基本对象的信号。
407、可为中间参数信号束62123的附加子信号的另一信号可例如检测经滤波参数信号62103是否在上升方向上超过指定阈值,该指定阈值可与前述阈值相同。这因此是通过中间参数信号束62123的中间参数信号来用信号通知参数信号62103内存在信号基本对象的信号。
408、可为中间参数信号束62123的附加子信号的另一信号可例如检测经滤波参数信号62103是否在下降方向上超过指定阈值,该指定阈值可与上文刚刚指定的阈值中的一个或两者相同。这因此是通过中间参数信号束62123的中间参数信号来用信号通知参数信号62103内存在信号基本对象的信号。
409、可为中间参数信号束62123的附加子信号的另一信号可例如检测经滤波参数信号62103是否具有高于阈值的最大值,该阈值可与前述三个阈值中的一个或多个相同。这因此是通过中间参数信号束62123的中间参数信号来用信号通知参数信号62103内存在信号基本对象的信号。
410、可为中间参数信号束62123的附加子信号的另一信号可例如检测经滤波参数信号62103是否具有高于阈值的最小值,该阈值可与前述四个阈值中的一个或多个相同。这因此是通过中间参数信号束62123的中间参数信号来用信号通知参数信号62103内存在信号基本对象的信号。
411、特征提取62111优选地估计参数信号62103的至少一个在前最大值是否具有到最小值的最小距离,以便避免检测到噪声。此时可以设想通过特征提取62111的其他滤波。特征提取62111还可任选地检查该最小值与在前最大值之间的时间间隔是否大于第一最小时间间隔。当满足这些条件时,特征提取62111优选地设置标记或信号,其值本身继而优选地是中间参数信号束62123的附加中间参数信号。
412、同样地,特征提取62111应以类似的方式检查其他信号对象的时间和幅值相关距离以及其他距离是否满足某些合理性要求,诸如最小时间间隔和/或最小距离。即使根据这些测试,特征提取62111也可任选地导出另外的子信号作为中间参数信号束62123的附加中间参数信号,这因此进一步增加了中间参数信号束62123的维度。
413、必要时,重要性增加单元62125还可将中间参数信号束62123变换成重要性增加的特征向量62138的信号,例如通过线性映射或更高阶矩阵多项式。本文呈现的文档先前已经在此上下文中提及了lda矩阵62126。
414、根据所提出的方法或本文呈现的文档的技术教导内容,距离确定装置或分类器62112基于中间参数信号束62123或特征向量62138的重要信号与特征提取62111协作地将信号对象检测并分类为参数信号62103内的已识别信号对象类别。
415、例如,如果匹配滤波器的输出信号的幅值为中间参数信号的形式,并且因此中间参数信号束62123的子信号高于特定于匹配滤波器的任何阈值,则控制装置4可能已经将匹配滤波器优选地主要设计用于检测的信号对象估计为检测到的。控制装置4优选地还考虑其他参数。如果更高层计算机系统12例如在其电流通过熔断器的供电网络中的不同位置接通或断开负载,并且如果更高层计算机系统12事先通知所有熔断器关于接通或断开该负载的意图,则熔断器预期在收到该消息之后的确定时间段内或在更高层计算机系统12优选地用关于未决事件的消息指示的时间段内具有电流变化。如果参数信号62103的信号形式的变化(例如参数信号62103的跳跃的出现)局部地对应于预期信号形式,则这是对应事件。
416、更高层计算机系统12可例如经由数据总线9通过数据命令向控制装置4指示,以经由数据总线9通过数据消息用信号通知更高层计算机系统12发生了所通知事件。
417、更高层计算机系统12可例如经由数据总线9通过数据命令向控制装置4指示,以通过数据消息在约定或指定时间窗口内经由数据总线9用信号通知更高层计算机系统12未发生所通知事件。
418、更高层计算机系统12可例如经由数据总线9通过数据命令向控制装置4指示,以通过数据消息在具有指定参数的约定或指定时间窗口内经由数据总线9用信号通知更高层计算机系统12未发生所通知事件。
419、更高层计算机系统12可例如经由数据总线9通过数据命令向控制装置4指示,以将所通知事件的发生例如与时间戳一起存储在熔断器1的日志文件中。
420、更高层计算机系统12可例如经由数据总线9通过数据命令向控制装置4指示,以将在约定或指定时间窗口内未发生所通知事件例如与时间戳一起存储在熔断器1的日志文件中。
421、更高层计算机系统12可例如经由数据总线9通过数据命令向控制装置4指示,以将在具有指定参数的约定或指定时间窗口内未发生所通知事件例如与时间戳一起存储在熔断器1的日志文件中。
422、更高层计算机系统12可例如经由数据总线9通过数据命令向控制装置4指示,以在约定或指定时间窗口内未发生所通知事件期间采取某些措施,例如断开断路器17。
423、熔断器的控制装置4的更高层计算机系统12优选地用信号通知优先级,取决于监测结果,熔断器的控制装置4以该优先级将这些数据消息经由数据总线传输到更高层计算机系统12。供电网络200中的熔断器的控制装置4的数据消息和更高层计算机系统12的数据消息优选地包括关于对应数据消息的优先级的信息。数据总线和数据总线协议优选地是允许有线or连接的数据总线系统。数据总线9的总线参与方可于是同时向数据总线9进行传输,而不会对熔断器的控制装置4或更高层计算机系统12的数据总线接口10、610造成物理损坏。总线参与方在数据消息开始时传输关于对应数据消息的优先级的信息。关于对应数据消息的优先级的信息优选地用于具有较高优先级的数据消息。当前传输低优先级数据消息的总线参与方的数据总线接口识别该总线冲突,因为关于其数据消息的优先级的信息被关于具有较高优先级的数据消息的优先级的信息抑制。该总线参与方的数据总线接口因此确定存在总线冲突并且显然一个总线参与方正以更高优先级进行传输,并且立即调整其数据分组的传输,以免危及具有更高优先级的不同总线参与方的数据消息的传输。如果被影响的总线参与方检测到较高优先级数据消息的结束,则其开始下一次传输尝试。
424、物理参数的压缩参数信号特征的数据经由数据总线9从熔断器1的控制装置4传输到更高层计算机系统12和/或传输到其他熔断器的控制装置4,优选地以不同优先级的数据消息进行传输。物理参数的压缩参数信号特征的作为安全相关信息的数据的传输优先地经由从熔断器1的控制装置4到更高层计算机系统12和/或到其他熔断器的控制装置4的数据总线9进行。同样地,如果涉及到旨在终止或包含危及安全的状态或以其他方式与安全相关的命令,则以非常高的优先级将来自更高层计算机系统12的命令传输到熔断器。优选地,通信经由数据总线9进行。
425、在检测每个所检测信号对象时,控制装置4通常为该信号对象分配至少一个相关联信号对象参数或为其指定该信号对象参数。优选地,相关联信号对象参数优选地是时间戳,其例如指示控制装置4检测到信号对象的时间。时间戳可涉及例如参数信号62103中的信号对象的时间开始或者参数信号62103中的信号对象的时间质心的时间结束或时间位置等。也可以设想其他信号对象参数,诸如幅值、拉伸等。在所提出的方法的一个变型中,控制装置4因此将至少一个相关联信号对象参数与优选地用于信号对象序列数据库62116的至少一个所检测信号对象的符号一起传输。信号对象参数例如优选地是作为时间戳的时间值并指示时间位置,该时间位置适合于能够在整个供电网络中推断出供电网络中的事件的时间。
426、熔断器的控制装置4于是最后以带有时间戳的相关联符号的形式优选地在每种情况下与相关联信号对象参数一起对所检测信号对象进行优先级排序。传输也可在更复杂的数据结构(记录)中进行。例如,可以设想,首先传输所检测安全相关信号对象的时刻,然后传输该安全相关信号对象的所检测信号对象。这进一步减少了延迟。
427、在所提出的方法的一个变型中,中间参数信号束62123和/或特征向量62138的重要信号的估计可以这样的方式进行:对于可检测信号基本对象,形成特征向量62138的信号与一个或多个信号基本对象原型之间的一个或多个距离。此类距离可以是布尔、二进制、离散、数字或模拟的。所有距离值优选地在非线性函数中彼此关联。控制装置4可因此在特征向量62138的信号的特征向量的向量分量的值的某些组合中丢弃该特征向量。在本公开的含义内,该丢弃是非线性过程。
428、相反,信号基本对象和/或信号对象在参数信号62103中也可以是不同的。这首先涉及参数信号62103中的信号对象和/或信号基本对象的幅值。如果参数信号62103中的幅值足够,则对于一类信号基本对象和/或信号对象的检测显著优化的匹配滤波器提供高于指定阈值的中间参数信号。在这种情况下,例如,这类信号对象和/或信号基本对象(例如三角信号)可能于是在超过的时刻已经被分配一个所检测信号对象或信号基本对象。在这种情况下,特征向量62138的信号的当前特征向量与原型数据库62115的原型特征向量之间的距离低于一个或多个预定距离值。
429、在该方法的另一变型中,至少一个信号对象类是小波,其在参数信号62103中的存在通过估计装置(例如,匹配滤波器)和/或估计方法(例如,估计在数字信号处理器中运行的程序)来估计并因此检测,估计装置和/或估计方法由熔断器的控制装置4执行。本文呈现的文档使用术语小波来表示可用作连续或离散小波变换的基础的函数。词语“小波(wavelet)”是来自法语“ondelette”的重组,其意指“小波形(small wave)”并且被翻译成英文,部分地以文字方式(“onde”→“wave”),部分地以语音方式(“letter”→“let”)。术语“小波”在1980年代在地球物理学领域(jean morlet,alex grossmann)出现,用于一般性地表述短期傅立叶变换的函数,但自从1980年代后期以来被专门用于其当前标准含义。在1990年代,ingrid daubechies(1988年)发现了紧凑恒定(最高微分到任意阶)和正交小波,并且séphane mallat和yves meyer(1989年)借助多尺度分析(多分辨率分析mra)开发了快速小波变换算法(fwt),这些触发了真正的小波使用普及。
430、与傅立叶变换的正弦和余弦函数相反,最广泛使用的小波不仅在频谱内具有局部性,而且在时域中也具有局部性。“局部性”应被理解为小扩展的意义。概率密度是所讨论的函数或其傅立叶变换的绝对值的归一化平方。两个方差的乘积始终大于常数,类似于heisenberg不确定性原理。在功能分析中,paley-wiener理论(raymond paley,norbertwiener)(离散小波变换的前身)和calderón-zygmund理论(alberto cal-derón,antonizygmund)(对应于连续小波变换)源自该限制。
431、尽管小波函数的积分在专业使用中始终为0,但小波函数因此一般采取向外传播(变得更小)的波的形式(即,“small wave”=ondelettes=wavelet)。然而,在本公开的含义内,具有不同于0的积分的小波也应当是允许的。下面描述的矩形小波和三角形小波在此以举例的方式提及。术语“小波”的该进一步解释在讲美式英语的地方是普遍的并且因此是已知的。该进一步解释也适用于本文档。
432、具有0积分的小波的重要示例是haar小波(alfréd haar 1909年)、以ingriddaubechies命名的daubechies小波(约1990年)、同样由她设计的coiflet小波、以及理论上相当重要的meyer小波(yves meyer,约1988年)。
433、小波存在于任何维度的空间,并且通常使用一维小波基的张量积。由于mra中的双尺度方程的分形性质,大多数小波具有复杂形状并且通常不具有闭合形式。这是特别重要的,因为上述特征向量信号是多维的,并且因此允许使用多维小波来进行信号对象检测。
434、因此,所提出的方法的一个特殊变型是使用具有多于两个维度的多维小波,用于由熔断器的控制装置4进行的信号对象检测。小波是在本文呈现的文档的含义内的信号基本对象。具体地,本文呈现的文档提出使用对应的匹配滤波器来检测此类具有多于两个维度的小波,以便在一些情况下用适于检测的另外子信号来补充特征向量62138的信号的特征向量。因此,特征提取62111优选地使用小波变换的方法来生成特征向量62138的信号。
435、用于分析和压缩参数信号的特别合适的小波是例如三角小波。其特征在于,三角小波的开始时间,在三角小波的开始时间之后直到三角小波幅值的最大值的小波幅值的时间上的基本上线性上升,以及在三角小波的最大值时间之后直到三角小波的结束的小波幅值的时间上的基本上线性的下降。
436、另一种特别合适的小波是矩形小波,其在本公开的含义内中也包括梯形小波。矩形小波的特征在于,矩形小波的开始时刻之后是矩形小波的小波幅值的上升,具有矩形小波的第一时间陡度,直到矩形小波的第一平稳时刻。在矩形小波的第一平稳时刻之后是具有小波幅值的第二陡度的小波幅值的持续,直到矩形小波的第二平稳时刻。矩形小波的第二平稳时刻之后是具有第三时间陡度的下降,直至到达矩形小波的时间结束。在这种情况下,第二时间陡度的量值小于第一时间陡度的量值的10%并且小于第三时间陡度的量值的10%。
437、不使用上述小波,使用其他二维小波也是可能的,诸如正弦半波小波,其同样具有不等于0的积分。
438、提出当特征提取62111使用小波时,所检测信号基本对象的相关小波的时间偏移被用作信号基本对象参数。例如,控制装置4可通过相关性来确定该偏移。控制装置4可例如通过相关性积分等计算相关性。所提交的文档在此指的是网站https://de.wikipedia.org/wiki/korrelation_(signalverarbeitung)。本文呈现的文档还提出,当使用小波时,控制装置4优选地使用超过适合检测相关小波的匹配滤波器的输出的电平(即,高于用于该信号基本对象或该小波的预定第十阈值的对应中间电平信号)的时刻。
439、控制装置4可确定的另一可能信号对象参数是信号基本对象的相关小波的时间压缩或扩展。同样,控制装置4可确定信号基本对象的小波的幅值。
440、在本文所公开的方法的提出的发展中认识到,有利的是,首先经由数据总线9从控制装置4向更高层计算机系统12传输潜在安全相关事件的所检测信号基本对象和所检测信号对象的数据,然后才传输与较不关键事件相关联的信号基本对象和信号对象的后续数据。在检测过程的范围内,控制装置4可为不同信号对象和信号基本对象分配分数,这些分数对于参数信号的一个节段是相关的并且指示该信号对象或信号基本对象在参数信号62103中存在的概率,该概率是控制装置4根据所使用的估计算法分配的。在最简单的情况下,此类分数是二进制的。然而,它优选地是复数、实数或整数。例如,它可以是所确定的距离。如果多个信号对象或信号基本对象具有高分数值,则有利的是在一些情况下,控制装置4也将具有低分数值的所检测信号对象和/或信号基本对象的数据传输到更高层计算机系统。为了使更高层计算机系统能够正确地处理这些数据,控制装置4应该不仅传输所检测信号对象或所检测信号基本对象的数基准(符号)以及对应信号对象的时间戳,而且还传输所确定的分数值。不是仅传输所检测信号对象或所检测信号基本对象的基准(符号、索引)以及对应于该符号的信号对象或信号基本对象的时间戳,控制装置4还可附加地传输具有第二小距离的信号对象或信号基本对象的基准(符号、索引)以及其对应于该第二最可能符号的信号对象或信号基本对象的时间戳。因此,在这种情况下,控制装置4将两个信号基本对象的假设列表或来自两个所检测信号对象及其时间位置以及附加地相关联分数值的信号对象假设列表传输到更高层计算机系统12。当然,对于多于两个所检测信号基本对象及其时间位置以及附加地相关联分数值,由多于两个符号组成的假设列表到更高层计算机系统12的传输也是可以设想的。当然,对于多于两个所检测信号对象及其时间位置以及附加地相关联分数值,由多于两个符号组成的信号对象假设列表到更高层计算机系统12的传输也是可以设想的。
441、优选地,根据fifo原理来传输所检测信号对象或所检测信号基本对象的数据以及相关联数据的数据,诸如对应所检测信号对象或所检测信号对象参数(即相关联信号对象参数或相关联的信号基本对象参数)的时间戳和分数值。这确保控制装置4始终将相同优先级的事件的数据以最小延迟量传输到更高层计算机系统12。
442、除了物理参数的测量数据和/或相关联时间参数特征的传输之外,熔断器1的控制装置4还可执行熔断器1的错误状态的传输。熔断器的控制装置4用信号通知更高层计算机系统4发生错误状态,优选地具体地在熔断器的控制装置4通过控制装置4和/或熔断器的一个或多个自检装置确定存在缺陷并且之前传输到更高层计算机系统12的数据可能潜在地有错误时。熔断器1的控制装置4因此确保更高层计算机系统12可在尽可能早的时刻意识到对熔断器的测量数据的估计的变化并且可放弃该变化或以不同方式处理该变化。这对于更高层计算机系统12可执行的安全关键干预尤其重要。只有当供电网络200的熔断器的基础数据具有对应置信水平时,才必须由更高层计算机系统12执行此类安全关键干预。相反,测量数据(即,例如所检测信号对象或所检测信号基本对象的基准)的传输和/或一个相关联信号对象参数或一个相关联的信号基本对象参数的传输被重置并且因此被给予较低优先级。当然,当在熔断器1的控制装置4中发生错误时,可以设想中断传输。然而,在一些情况下,可能发生错误,但它的存在是不确定的。在这方面,在这种情况下,在某些情况下可能显示由熔断器1的控制装置4进行的传输的继续。熔断器和/或所连接供电线路的安全关键错误的传输因此优选地被给予更高优先级。
443、除了已经描述的具有0积分值的小波和具有不同于0的积分值的信号段(这里也称为小波)之外,参数信号的特征中的特定时刻也可被视为本文档的含义内的信号基本对象,熔断器的控制装置4可使用该特定时刻来进行数据压缩,并且控制装置4可将该特定时刻而不是参数信号的采样值传输到更高层计算机系统。可能信号基本对象的集中的该子集在下文中被称为信号时刻。因此,信号时刻是所呈现的文档的含义内的信号基本对象的特殊形式。
444、第一可能信号时刻并且因此信号基本对象是参数信号62103的幅值与在熔断器1的控制装置4内的阈值信号的幅值在上升方向上的交点。
445、第二可能信号时刻并且因此信号基本对象是参数信号62103的幅值与在熔断器1的控制装置4内的阈值信号的幅值在下降方向上的交点。
446、第三可能信号时刻并且因此信号基本对象是参数信号62103的幅值在熔断器1的控制装置4内的阈值信号的幅值之上的最大值。
447、第四可能信号时刻并且因此信号基本对象是参数信号62103的幅值在熔断器1的控制装置4内的阈值信号的幅值之上的最小值。
448、必要时,对于这四种示例性类型的信号时刻以及其他类型的信号时刻,熔断器1的控制装置4使用信号时刻特定阈值信号可能是有利的。
449、信号基本对象的时间顺序通常不是任意的。这被用在本文呈现的文档的技术教导内容中,因为优选地要传输的不是性质更简单的信号基本对象,而是这些信号基本对象的随后表示实际信号对象的所检测序列模式。例如,如果熔断器1的控制装置4预期在足够幅值的参数信号62103中得到三角小波,则控制装置4除了在适合检测此类三角小波的匹配滤波器的输出处的对应最小电平之外,还可
450、1.预期第一可能信号时刻出现,其中上升方向上参数信号62103的幅值与阈值信号的幅值相关,并且在时间序列中是下一个,
451、2.预期第三可能信号时刻出现,其中参数信号62103的幅值的最大值在阈值信号的幅值之上,并且在时间序列中是下一个,
452、3.预期第二可能信号时刻出现,其中下降方向上参数信号62103的幅值与阈值信号的幅值相关,
453、在时间上与所述匹配滤波器的输出处超过所述最小电平相关。在该示例中,三角小波的示例性信号对象因此存在于四个信号基本对象的预定义序列中。这四个信号基本对象是:在相关联匹配滤波器的输出处的中间参数信号的最小电平,作为第一个,以及所检测三个信号时刻,作为第二个至第四个。控制装置4随后用一个符号替换该信号基本对象,该符号通常是用于该信号对象的信号对象序列数据库的索引。控制装置4随后优选地将该符号连同其出现时间、时间戳一起传输到更高层计算机系统12。此外,在所述匹配滤波器的输出处超过所述最小电平是第五可能信号时刻以及因此是另一可能信号基本对象的另一示例。
454、所检测信号基本对象的所得分组和时间序列本身可例如由维特比估计器62113检测为信号基本对象的预定义的预期分组或时间序列,并且因此本身继而表示信号基本对象。因此,第六可能信号时刻以及因此信号基本对象是其他信号基本对象的此类预定义分组和/或时间序列的出现。因此,可以设想在信号路径中一个接一个地布置多个维特比估计器62113和相关联数据库。
455、如果熔断器1的控制装置4检测到信号对象形式的信号基本对象的此类分组或此类信号对象类的时间序列,则不是传输各个信号基本对象,而是优选地接着传输信号对象序列数据库62116的该所检测汇总原型信号对象的符号和至少一个相关联信号对象参数,因为这节省了数据总线9上的相当大的数据总线容量。然而,也存在控制装置4将两者传输到更高层计算机系统12的情况。在这种情况下,控制装置4传输原型信号对象的基准(符号),该基准是预定义时间序列和/或其他信号基本对象的分组。为了实现压缩,有利的是,至少一个信号对象(符号)随后不被传输到这些其他信号基本对象中的至少一个。
456、具体地,如果信号基本对象的时间间隔不超过预定义距离,则存在这些信号基本对象的信号对象形式的时间分组。在上述示例中,在匹配滤波器中应考虑信号的传播时间。通常,匹配滤波器应慢于比较器。因此,匹配滤波器的输出信号中的变化应与相关信号时刻的时间出现具有固定时间关系。
457、因此,本文提出了一种用于将来自熔断器的熔断器数据传输到更高层计算机系统12具体地是车辆中的计算机系统和/或另一熔断器的控制装置4的方法,该方法以形成由采样值序列组成的时间离散参数信号62103开始。优选地为每个采样值分配时间基准(时间戳)。然后,借助来自参数信号62103的采样值序列的至少一个合适滤波器(例如匹配滤波器),在每种情况下,关于与对应中间参数信号显著相关联的信号基本对象的存在,确定至少两个中间参数信号。所得中间参数信号同样被设计成对应中间参数信号值的时间离散序列,这些中间参数信号值各自与基准相关联。因此,优选地为每个中间参数信号值分配恰好一个时间基准(时间戳)。这些中间参数信号合在一起在下文中被称为中间参数信号束62123。中间参数信号束62123因此被设计成中间参数信号束62123的信号值的时间离散序列,每个信号值具有n个中间参数信号值,中间参数信号束由中间参数信号值和另外的中间参数信号值组成,每个中间参数信号值具有相同的时间基准(时间戳)。这里,n是中间参数信号束62123的各个信号值的维度,其优选地从中间参数信号束62123的一个向量值到中间参数信号束62123的下一个向量值是相同的。由中间参数信号束62123这样形成的每个信号值由熔断器1的控制装置4分配该对应时间基准(时间戳)。然后在所得n维相位空间中对中间参数信号束62123的信号的时间特征进行估计,以及在确定估计值(例如,距离)的情况下对所检测信号对象进行推断。如上所述,信号对象通常由信号基本对象的时间序列组成。在此,通常以预定义方式将符号分配给信号对象。打个比方,在这种情况下,熔断器1的控制装置4检查中间参数信号束62123的n维信号在n维相位空间中所指向的点在其以预定时间序列通过n维相位空间的路径上是否比预定最大距离更接近该n维相位空间中的预定点。中间参数信号束62123的信号因此具有时间特征。熔断器1的控制装置4然后计算估计值(例如,距离),该估计值例如可再现信号基本对象的特定序列的存在的概率。然后执行继而与时间基准(时间戳)相关联的该估计值与阈值向量的比较,以形成可具有第一值和第二值的布尔结果。如果该时间基准(时间戳)的该布尔结果具有第一值,则信号对象的符号和与该符号相关联的时间基准(时间戳)由熔断器1的控制装置4从熔断器1的控制装置4传输到计算机系统。必要时,控制装置4可根据检测到的信号对象来传输其他参数。
458、递归数据压缩(图73)
459、在压缩期间用所检测信号对象62122和信号基本对象62121对重建参数信号模型向量74610进行重建是特别有利的。
460、为此,熔断器1的控制装置优选地将时间采样窗口的参数信号62103的q个采样值存储在第一采样值存储器74601中,控制装置4已在时间采样窗口中检测到这些值。数q在此处是正整数,其表示在熔断器1的控制装置4的第一采样值存储器74601中的采样值的数量。一旦采样窗口在时间上结束,采样值存储器74601r就删除其存储单元中的最旧采样值。数r是正整数。然后,第一采样值存储器74601优选地将所有采样值移位第一采样存储器74601中相同数r的存储单元,使得最旧的未被删除的采样值位于第一采样存储器74601的存储单元中,最旧的先前被删除的采样值先前存储在该存储单元中。由此,在新时间采样窗口中的采样窗口结束之后,第一采样值存储器74601被连续地重新填充新采样窗口的新采样值,同时它始终丢弃最旧的采样值以便为在序列中向上移动的这些新采样值创建空间。
461、第一采样值存储器74601中的q个采样值形成q维第一采样值向量74620,第一采样值存储器74601优选地输出该向量。因为在将参数信号62103的采样值写入第一采样值存储器74601期间第一采样值向量74620的内容是不稳定的,所以第二采样存储器74625在每个采样时间窗口的时间结束时采用来自第一采样值存储器73607的采样值向量74620。
462、熔断器1的控制装置4利用各个所检测信号对象和/或信号基本对象的累积线性叠加信号特征模型生成参数信号模型向量74610。
463、控制装置4通过向量减法器74602从第二采样值向量74630中减去所存储参数信号模型向量74635的向量分量的值并且由此形成向量残差信号73660。这更好地抑制了与以更高概率检测到的所选信号对象类似的信号对象。由此,较弱的信号对象和信号基本对象也更好地出现在向量残差信号73660中。控制装置4可随后在残余信号73660中更好地识别较弱的信号对象和信号基本对象(也参见图73)。因此,在本文呈现的文档的技术教导内容中提出的方法优选地还包括从第二采样值存储器74625中的第二采样值向量74630中减去由已经检测到的信号对象和信号基本对象组成的所存储参数信号模型74635,从而形成向量残差信号73660。控制装置4随又使用这样形成的向量残差信号73660,以便通过特征提取62111形成特征向量62138的信号。通过特征提取62111和距离计算62112或分类器62112以及在适用时通过维特比估计器62113,控制装置随后确定具有下一最低概率的信号对象序列数据库62116的该信号对象或原型数据库62115的该信号基本对象。因为第一所检测信号对象或信号基本对象根据其权重已从第二采样值存储器74625的第二采样值向量中去除并且由此实质上不再存在于向量残差信号73660中,所以第一所检测信号对象或信号基本对象不再影响该检测。因此,这种检测形式以所检测信号对象或信号基本对象的列表的形式提供更好的结果。
464、重建器74600借助所检测信号基本对象62121和所检测信号对象62122并且通过所确定信号基本对象参数和共同确定的信号对象参数以及来自原型数据库62155的数据和来自信号对象序列数据库62116的数据并且通过相关联时间戳来重建参数信号,就好像它将通过添加对应向量值来考虑相关联时间戳,仅由具有共同确定的信号对象参数的所检测信号对象62122和具有共同确定的信号基本对象参数的所确定信号基本对象参数组成。以此方式,重建器74600利用对应于第二采样值存储器74625中的第二采样值向量的向量分量的q值的向量分量的q值对重建参数信号模型向量进行重建,作为重建参数信号模型向量74610。重建存储器74603临时存储重建参数信号模型向量74610。重建器74600优选地包括重建存储器74603。重建存储器74603将存储在其存储单元中的重建参数信号模型向量74610作为所存储参数信号模型向量74635输出到向量减法器74602;这闭合了循环。
465、然而,该检测方法一般较慢。因此,有利的是,在仍然进行的测量期间首先执行没有减法的直接第一信号对象检测,然后在采样窗口的所有采样值的检测之后执行具有参数信号模型74610的减法的重复模式识别,这花费更长时间,但更精确。
466、优选地,如果向量残差信号73660的采样值的量低于预定阈值曲线和/或阈值的量,则借助参数信号模型向量74610来终止参数信号62103的这种减少分类以及到原型信号对象或信号基本对象的细分。
467、具体地,熔断器的控制装置4经由作为数据总线9的串行双向单线数据总线或双向优选地差分双线数据总线执行车辆中的数据传输。在单线数据总线的情况下,车辆的车身优选地保证电返回线的安全。优选地,熔断器1的控制装置4将熔断器数据以电流调制方式传输到更高层计算机系统4。相反,更高层计算机系统12优选地以电压调制方式将用于控制熔断器的数据传输到熔断器1的控制装置4。该文档的技术教导内容的改进表明使用数据总线是合适的,数据总线诸如psi5数据总线和/或dssi3数据总线或lin数据总线9或can数据总线9或can fd数据总线9或以太网数据总线或flexray数据总线9或lvds数据总线9或其他有线数据总线。用于熔断器1的控制装置4与更高层计算机系统12的数据通信的无线数据传输路径也是可能的,例如经由蓝牙或wlan数据连接或光学数据连接(540)。在这种情况下,熔断器1的控制装置4的计算机核心2的数据通信优选地经由控制装置4的有线或无线接口(610、10、551、550)进行。
468、此外已经认识到,特别有利的是,数据以>200kbit/s的传输速率传输到更高层计算机系统并且从更高层计算机系统以>10kbit/s、优选地20kbit/s的传输速率传输到至少一个电子熔断器。此外还认识到,从熔断器1到更高层计算机系统12的数据传输应用传输电流调制到数据总线,传输电流的电流强度应小于50ma,优选地小于5ma,优选地小于2.5ma。这些总线必须相应地适配这些操作值。然而,基本原理保持不变。
469、为了执行上述方法,需要具有到所述数据总线9的数据接口并支持此类压缩数据的解压缩的更高层计算机系统12。然而,一般来讲,更高层计算机系统12将不执行完全解压缩,而是例如将仅估计时间戳和由所讨论的熔断器1检测到的信号对象或信号基本对象。执行上述方法中的一个所需的熔断器1优选地具有用于通过熔断器检测待检测的物理参数的参数特征和/或从其导出的参数值的特征的构件。用于检测待检测的熔断器的物理参数的参数特征和/或从值导出的参数特征的这些构件生成时间参数值特征和/或从物理参数的这些参数值特征导出的参数的对应时间特征的对应信号62102。时间参数值特征和/或从物理参数的这些参数值特征导出的参数的对应时间特征的这些信号62602也被本文呈现的文档称为测量值信号。此外,所提出的熔断器1具有用于处理和压缩这些测量值信号的装置以及用于将经处理和压缩的测量值信号的数据经由数据总线9传输到更高层计算机系统12的数据接口10、610。优选地,熔断器1具有下述用于压缩的子装置中的至少一个:
470、·匹配滤波器,
471、·比较器,
472、·用于生成一个或多个阈值信号的阈值信号生成装置,
473、·用于形成导数的微分器,
474、·用于形成积分信号的积分器,
475、·其他滤波器,
476、·用于将测量值信号或从其导出的信号与参考信号进行比较的相关性滤波器。
477、所提出的用于将熔断器数据从熔断器传输到更高层计算机系统具体地是车辆中的计算机系统的方法以特别简单的方式如下实施:
478、首先用熔断器的控制装置4接通或必要时断开熔断器1的断路器17。然后由熔断器1的控制装置4检测待检测的熔断器的物理参数的值的参数特征,并且形成由采样值的时间序列组成的时间离散测量信号,即参数信号62103。优选地为每个采样值分配时间基准(时间戳)。该时间基准(时间戳)通常反映采样的时刻。例如,基于参数信号62103的该数据流,借助特征向量提取62111的第一滤波器,熔断器1的控制装置4从参数信号62103的采样值的序列确定第一特性的第一中间参数信号。中间参数信号继而优选地由熔断器1的控制装置4形成为中间参数信号值的时间离散序列。每个中间参数信号值继而由熔断器1的控制装置4精确地分配一个时间基准(时间戳)。优选地,该基准对应于采样值的用于形成该对应中间参数信号值的最近时间基准。同时,优选地,借助与至少一个另外中间参数信号相关联的另一滤波器,熔断器1的控制装置4从参数信号62103的采样值的序列确定与该另外中间参数信号相关联的特性的该另外中间参数信号。该另外中间参数信号优选地各自又形成为另外中间参数信号值的时间离散序列。在此也优选地由熔断器1的控制装置4将与对应中间参数信号值相同的时间基准(时间戳)分配给每个另外中间参数信号值。
479、该文档在下文中将第一中间参数信号62123.1和另外m-1个中间参数信号62123.2至62123.m一起称为中间参数信号束62123。该中间参数信号束62123(或中间参数向量信号)因此表示向量中间参数信号值的时间离散序列,这包括中间参数信号值和各自具有相同时间基准(时间戳)的另外中间参数信号值。该对应时间基准(时间戳)因此可被分配给以此方式形成的中间参数信号束62123的每个向量值(=参数信号值)。
480、熔断器1的控制装置4随后优选地准连续地执行具有时间基准(时间戳)的中间参数信号束62123的向量分量的值与阈值向量的比较,阈值向量的向量分量是阈值并且具有与中间参数信号束62123相同的维度,从而形成可具有第一值和第二值的布尔结果。还可以设想,控制装置4通过仿射变换将中间参数信号束62123映射到特征向量62138的信号的特征向量。显然还可以设想,如果控制装置4不通过lda矩阵63126执行显著性增加,则特征向量62138的信号可与中间参数信号束62123相同。
481、例如,可以设想将特征向量62138的信号的当前特征向量的第一向量分量的量值与表示阈值向量的第一向量分量的阈值进行比较,并且如果特征向量62138的信号的当前特征向量的第一向量分量的量值小于该阈值,则将布尔结果添加到第一值,而如果不是这种情况,则将布尔结果添加到第二值。如果布尔结果具有第一值,则还可以设想将特征向量62138的信号的当前特征向量的另一向量分量的量值与表示阈值向量的另一分量的另一阈值进行比较,并且如果特征向量62138的信号的当前特征向量的另一向量分量的量小于该另一阈值,则将布尔结果保留在第一值,而如果不是这种情况,则将布尔结果设置为第二值。以此方式,特征向量62138的信号的当前特征向量的所有另外向量分量可由控制装置4检查。当然,也可以设想其他分类器。也可以与多个不同阈值向量进行比较。因此,这些阈值向量表示指定信号形式的原型。它们优选地来源于所述库。优选地,继而为每个阈值向量分配一个符号。
482、然后,作为最后步骤,在这种情况下,将符号以及可能还有特征向量信号值以及与符号或特征向量信号值相关联的时间基准(时间戳)从熔断器1传输到更高层计算机系统12,前提是该时间基准(时间戳)的布尔结果具有第一值。
483、因此不再传输所有其他数据。此外,通过多维估计避免了故障。
484、在此基础上,因此提出了一种供电网络200,该供电网络具有能够执行先前提出的方法中的一种的至少一个更高层计算机系统12并且具有也能够执行先前提出的方法中的一种的至少两个熔断器,因此这些至少两个熔断器可通过信号对象检测和/或信号基本对象检测与更高层计算机系统12通信,并且还能够以紧凑形式将可疑干扰信号传输到更高层计算机系统并将该信息另外提供给更高层计算机系统。相应地,供电网络200通常被设置为使得在至少两个熔断器与更高层计算机系统12之间的数据传输根据上述方法运行或能够运行。在供电网络100的至少两个熔断器内,参数信号62103因此通常在每种情况下通过先前提出的方法中的一种被压缩并被传输到更高层计算机系统12。这里,更高层计算机系统将重建从两个熔断器接收的至少两个压缩参数信号,以形成重建参数信号。更高层计算机系统12随后将这些重建参数信号视为供电网络200的单个参数信号。
485、更高层计算机系统12随后借助重建参数信号执行对供电网络200中的状态和/或事件的检测。由此,更高层计算机系统可因此检测例如同时出现在多个熔断器中的事件。此类事件可以是安全相关的,但对于单个熔断器而言表现为不重要和非安全相关的。通过两个或更多个重建参数信号的相互关联,更高层计算机系统能够检测例如作为实际上应彼此隔离的线路之间的严重短路的前兆的弱短路。
486、更高层计算机系统12优选地还借助重建参数信号以及另外传感器和/或熔断器的其他信号、尤其是加速度传感器、温度传感器586、气体传感器、烟雾传感器等的信号来执行车辆的状态分析。
487、作为最后步骤,更高层计算机系统12优选地基于所检测对象来创建用于供电网络以及位于其中的负载、电源、线路节段和熔断器的状态图。
488、如图62和图73中的示例所示,另一个容易修改的所提出的熔断器1因此优选地包括用于检测将由熔断器1检测的物理参数的参数值特征和/或从其导出的参数62100的值的特征的构件、物理接口62101、特征提取62111并且具有估计器62122、67151、62113或分类器。熔断器1优选地被设置和配置成监测熔断器1的第一线路端子18与熔断器1的第二端子19之间的线路以及检测熔断器1的物理参数的参数特征。然后,取决于所检测值,熔断器形成时间参数值特征和/或从物理参数的这些参数值特征导出的参数的对应时间特征的信号62102。特征提取62111优选地被设置和配置成根据时间参数值特征和/或根据从物理参数的这些参数值特征导出的参数的对应时间特征的信号62102,与物理接口62101协作形成特征向量62138的信号。物理接口62101将时间参数值特征和/或从物理参数的这些参数值特征导出的参数的对应时间特征的所检测信号62102转换成参数信号62103。该熔断器1优选地被配置和设置成通过估计器67151来检测和分类参数信号62103中的信号对象和/或信号基本对象。优选地,由控制装置4将至少一个相关联信号对象参数或相关联信号基本对象参数以及对应于与该信号对象相关联的索引的符号分配给这样检测并分类的每个信号对象62122和/或信号基本对象。优选地,控制装置4为每个这样检测并分类的信号对象确定至少一个相关联信号对象参数和用于该信号对象的符号(122)。所检测信号对象62122的至少该符号和该所检测信号对象62122的至少一个相关联信号对象参数由熔断器1的控制装置4经由数据总线9传输到更高层计算机系统12。
489、估计器62150优选地具有距离确定装置62112和原型数据库62115,该原型数据库将信号基本对象定义为原型采样值的序列或定义为原型特征向量。同样地,估计器62150优选地具有维特比估计器62113和信号对象序列数据库62116,该信号对象序列数据库定义原型信号基本对象相对于原型数据库62155的原型信号基本对象的组成。估计器62150还可使用神经网络模型67151。熔断器1的控制装置4的计算机核心2优选地模拟神经网络模型67151。特征向量62138的信号的特征向量通常用作神经网络模型67151的输入值。所检测信号基本对象62121和/或所检测信号对象62122优选地是神经网络模型67151的输出信号。当然,熔断器1的控制装置4也可将神经网络模型的输出信号直接解释为电子熔断器的控制装置4导致执行预定方法和/或诸如熔断器的断路器17的闭合或断开的方法步骤的信号。此外,维特比估计器62113可估计例如由神经网络模型67151确定的信号基本对象并且检测信号基本对象62122的流中的信号对象62121。在这种情况下,神经网络模型67151的输出信号的至少一部分优选地表示维特比估计器62113的输入信号。
490、所提出的用于操作熔断器1的方法(具体地是通过熔断器1的控制装置4操作熔断器的方法)因此包括根据图66的步骤:
491、·等待物理参数或从其导出的不同于背景噪声的参数的时间参数值特征的参数信号62103中的特征;
492、·如果参数信号62103的特征不同于背景噪声,则切换到“无信号对象接地原型”状态,并且执行用于检测参数信号62103中的信号接地原型62121(具体地是原型数据库62115)以及用于通过熔断器1的控制装置4对这些信号接地原型进行分类的方法;
493、·如果熔断器1的控制装置4检测到信号接地原型的此类序列的第一信号接地原型,则切换到与信号接地原型的预定义序列(具体地是信号对象序列数据库62116)的信号接地原型相关联的状态序列;
494、·跟随信号接地原型的序列,直到到达信号接地原型的序列的末端;
495、·如果到达该信号地电位原型序列的末端,则推断出与该信号地电位原型序列相关联的信号对象的存在以及与该序列相关联的信号对象的存在,并且用信号通知该信号对象;
496、·当时间到期时和/或在信号接地原型在该序列的某个位置处的单个或多个检测的情况下,取消该序列(在图66中示出),在该位置处,该所检测信号接地原型是不期望的,或在后接位置处,该所检测信号接地原型是不期望的。
497、·返回到状态“无信号对象接地原型”。
498、上述压缩方法对应于相关联解压缩方法70000,该方法优选地使用更高层计算机系统12在更高层计算机系统12中解压缩熔断器1的控制装置4的熔断器数据,该熔断器数据在由熔断器1的控制装置4经由数据总线9和所述数据接口10、610、555接收之后被压缩并以这种面向信号对象和/或面向信号接地对象的方式被传输。
499、在第一步骤70010,在更高层计算机系统12中接收源自熔断器1的控制计算机4的待解压缩的新数据70160。该接收实际上是解压缩方法的开始信号。待解压缩的数据包括至少一个采样窗口的待压缩的数据70160。优选地通过采样窗口执行解压缩。
500、在更高层计算机系统12中接收到源自熔断器1的控制计算机4的至少一个采样窗口的待解压缩的新数据70160之后,在另一步骤70020提供用于采样窗口的重建参数信号模型69610。采样窗口的该重建参数信号模型稍后应包括针对该重建采样窗口的重建参数值特征和/或从这些参数导出的参数的重建参数值特征。参数信号模型69610优选地位于更高层计算机系统12的存储器中。该初始重建参数信号模型69610初始仅包括初始伪信号70010,其通常最初实质上没有信号,优选地仅为零或仅为恒定值(图70a)。
501、更高层计算机系统12现在以信号对象特定方式通过连续添加下一信号对象的对应原型参数化信号特征来填充该参数信号模型69610。这些是这样的信号对象或信号基本对象,即,对于该采样窗口,熔断器1的控制装置4已经由数据总线用信号通知更高层计算机系统12。
502、在下一步骤70030,更高层计算机系统12确定在熔断器1的控制装置4的接收数据中待重建的下一对象。该下一对象可以是信号对象或信号基本对象。一般来讲,原型数据库62115的索引或熔断器1的控制装置4的信号对象序列数据库62116的索引的基准表示待重建对象。
503、在后续步骤70040,更高层计算机系统12适当地检查待重建的下一对象是否是信号对象。如果它是信号基本对象,则更高层计算机系统优选地将该信号基本对象视为信号对象,该信号对象是具有仅一个信号基本对象(即,正好是待检测的一个信号基本对象)的信号基本对象的序列70060。
504、如果它是信号对象,则更高层计算机系统12必须确定待重建信号对象除了其他以外还包括哪些信号基本对象。为此,在另一步骤70050,更高层计算机系统12确定信号基本对象的对应于熔断器1的控制装置4的信号对象序列数据库62116的索引的序列。为此,更高层计算机系统12优选地包括更高层计算机系统12的信号对象序列数据库70116。通常,更高层计算机系统12的信号对象序列数据库70116的内容对应于熔断器1的控制装置4的信号对象序列数据库62116的内容。通常,熔断器1的控制装置4的信号对象序列数据库62116的索引与更高层计算机系统12的信号对象序列数据库70116的索引之间的关系是一对一的。一方面的熔断器1的控制装置4的信号对象序列数据库62116的索引与更高层计算机系统12的信号对象序列数据库70116的索引之间的关系,以及熔断器1的控制装置4的信号对象序列数据库62116的数据集中的相关联信号基本对象序列与更高层计算机系统12的信号对象序列数据库70116的数据集中的相关联信号基本对象序列之间的关系优选地是双射的。
505、由此,更高层计算机系统12现在可用待重建信号基本对象的序列70060来取代待重建信号对象。
506、在下一步骤70070,更高层计算机系统12确定更高层计算机系统12要重建的信号基本对象的序列70060的下一信号基本对象。通常,熔断器1的控制装置4的原型数据库62115的索引或更高层计算机系统12的原型数据库70115的索引在每种情况下表示信号基本对象的该序列70060中待重建的对应信号对象。熔断器1的控制装置4的原型数据库62115和更高层计算机系统12的原型数据库70115优选地至少在其数据的对于重建而言重要的部分中包括基本上对应的数据库记录,因为只有这样才能在更高层计算机系统12中进行重建。
507、在下一步骤70070,更高层计算机系统12重建信号基本对象的序列70060中的该下一待重建信号基本对象。为此,更高层计算机系统12根据更高层计算机系统12的原型数据库70115的条目确定待重建信号基本对象的信号特征。在这种情况下,待重建信号基本对象一般表示更高层计算机系统12的原型数据库70115的数据集70090、70100的索引。优选地,更高层计算机系统12的原型数据库70115的由待重建信号基本对象标记的数据集70090、70100包括用于物理参数和/或从其导出的参数的参数值特征的原型特征向量70090或原型参数值特征70100。优选地,更高层计算机系统12的原型数据库70115在其数据集中仅包括用于物理参数和/或从其导出的参数的参数值特征的原型特征向量或另选地原型参数值特征。然而,可以设想,更高层计算机系统12的原型数据库70115包括这两种数据形式。在适用时,更高层计算机系统在测试步骤70080检查更高层计算机系统12的原型数据库70115的相关数据集70090、70100是否包括原型特征向量70090且没有参数值特征70100或用于物理参数和/或从其导出的参数的参数值特征的原型参数值特征。如果更高层计算机系统12在其原型数据库70115中仅具有一个原型特征向量70090,则更高层计算机系统12例如通过信号构建装置或信号重建方法70110将原型特征向量70100转换成用于物理参数和/或从其导出的参数的参数值特征的原型参数值特征70100。
508、在下一步骤70120,更高层计算机系统12针对以下情况参数化用于物理参数和/或从其导出的参数的参数值特征的原型参数值特征70100
509、a)对应于来自更高层计算机系统12的原型数据库70115的用于该信号基本对象的数据集的参数,以及
510、b)对应于来自更高层计算机系统12的信号对象序列数据库70116的用于该信号对象的数据集的参数,以及
511、c)对应于由熔断器1的控制装置4为该信号对象传输的数据。
512、这些参数通常实质上涉及相对于对应时间参考点的时刻和/或相对于相应信号的其他分量的幅值。熔断器1的控制装置4传输的数据的参考时刻通常是时间采样窗口内的预定义参考时刻,例如采样窗口的开始或中间或结束。信号对象的参考时刻通常是信号对象内的预定义参考时刻,例如信号对象的开始或中间或结束。
513、在该步骤70120,更高层计算机系统12参数化用于物理参数和/或从其导出的参数的参数值特征的原型参数值特征70100,从而形成用于物理参数和/或从其导出的参数的参数值特征的参数化参数值特征70130。
514、在下一步骤70125,更高层计算机系统12将用于物理参数和/或从其导出的参数的参数值特征的这些参数化参数值特征70130添加到参数信号模型69610。由此,参数信号模型69610被另一信号基本对象填充。
515、在下一步骤70140,更高层计算机系统12检查它是否已经处理信号基本对象的序列70060的所有信号基本对象。如果不是这种情况,则在步骤70070,更高层计算机系统12确定更高层计算机系统12旨在重建的信号基本对象的序列70060的下一尚未考虑的信号基本对象,然后继续该方法,如上所述,进行测试步骤70080,检查更高层计算机系统12的原型数据库70115的相关数据集70090、70100是否包括原型特征向量70090,并且可能不包括任何参数值特征70100或用于物理参数和/或从其导出的参数的参数值特征的原型参数值特征。
516、如果更高层计算机系统12已经处理信号基本对象序列70060的所有信号基本对象,则更高层计算机系统12在测试步骤70150检查其是否已经为该采样窗口的重建参数信号模型69610考虑了待解压缩的数据70160的所有信号对象。
517、如果更高层计算机系统12已经为该采样窗口的重建参数信号模型69610考虑了待解压缩的数据70160的所有信号对象,则为该采样窗口完成重建参数信号模型69610(结束70170)。重建参数信号模型69610于是包括物理参数的重建参数值特征和从其导出的参数的参数值的特征,其中优选地熔断器1的控制装置4仅检测到物理参数的解压缩参数值特征和从其导出的参数的参数值的特征。
518、如果更高层计算机系统12还没有为该采样窗口的重建参数信号模型69610考虑待解压缩数据70160的所有信号对象,则更高层计算机系统12在下一步骤70030确定在熔断器1的控制装置4的接收数据中的下一待重建对象,更高层计算机系统12还没有考虑将该对象用于该采样窗口的重建参数信号模型69610的重建并且从该处继续该方法。
519、以此方式,更高层计算机系统12缓慢地填充参数信号模型69610,并且参数信号模型69610缓慢地接近参数信号62105的测量信号特征。如上所述,更高层计算机系统12优选地仅将更高层计算机系统12的信号对象序列数据库70116的原型信号对象的信号特征和/或更高层计算机系统12的原型数据库70115的原型信号基本对象的信号特征相加用于优选地每个采样窗口的参数信号模型69610。
520、根据由熔断器1的控制装置4检测到的原型信号对象或原型信号基本对象的原型参数值信号特征的这种求和的信号特征,更高层计算机系统12优选地基于熔断器1的控制装置4的参数信号模型69610形成重建参数信号;这可以形成时间参数值特征和/或从物理参数的这些参数值特征导出的参数的对应时间特征的信号62102的重建采样值的形式发生。结果是得自所检测信号对象62122和信号基本对象62121的参数信号模型向量74610,其内容基本上对应于时间参数值特征和/或从物理参数的这些参数值特征导出的参数的对应时间特征的信号62102的重建采样值,作为重建参数信号70610(图73b)。该重建参数信号70610(图73b)可随后在更高层计算机系统12中比信号对象和/或信号基本对象的数据显著更好地用于更复杂的后续信号处理方法,诸如传感器融合,信号对象和/或信号基本对象的数据由熔断器1的控制装置4传输到更高层计算机系统。
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