DE102006038675A1

DE102006038675A1 - Energiemanagementvorrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102006038675A1
Application number: DE102006038675A
Authority: DE
Inventors: Richard Baur; Erik Marc Schuster
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-08-17
Filing date: 2006-08-17
Publication date: 2008-03-06

Abstract

Bei einem Verfahren zum Energiemanagement für ein Kraftfahrzeug mit einem geregelten Stromgenerator, durch welchen eine Vielzahl von Verbrauchern versorgt wird, verfügt das Kraftfahrzeug über Mittel zur Prädikation bestimmter Fahrsituationen, wird zumindest einer durch die Mittel zur Prädikation prädizierbaren Fahrsituation zumindest ein Verbraucher zugeordnet und wird im Falle der Prädikation einer Fahrsituation, welcher zumindest ein Verbraucher zugeordnet ist, die Generatorleistung des geregelten Stromgenerators erhöht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Energiemanagement für ein Kraftfahrzeug mit einem geregelten Stromgenerator, durch welchen eine Vielzahl von Verbrauchern versorgt wird.
Aus der DE 103 41 907 A1 ist ein Verfahren zum Energiemanagement für ein Kraftfahrzeug bekannt, welches im Wesentlichen auf der Abschaltung überflüssiger oder nicht zwingend benötigter Verbraucher beruht. Das Verfahren berücksichtigt auch die prädiktive Ansteuerung von Bordnetzkomponenten. Solche Verfahren können jedoch nur dann eine zufriedenstellende Lösung der Energieproblematik bieten, wenn die Prädiktion den tatsächlichen zukünftigen Versorgungsbedarf widerspiegelt. Zudem wird durch die Abschaltung von Verbrauchern deren Verfügbarkeit verringert.
Aus der DE 101 45 271 A1 ist eine Energiemanagementvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Prädiktoreinheit zur Bestimmung einer Leistungsreserve oder Überlast in einem Energienetz des Fahrzeugs bekannt. Die Prädiktoreinheit ist dazu ausgelegt, eine maximal abgebbare Leistung des Generators, eine tatsächlich abgegebene Leistung des Generators, einen Strom zur Batterie und eine Spannung der Batterie zu erfassen und die Leistungsreserve oder Überlast DP aus diesen Eingangsgrößen und einem vorbestimmten Wert für eine Generatorauslastungsbegrenzung durch einen bestimmten Algorithmus zu berechnen. Auch bei der DE 101 45 271 A1 wird durch die Abschaltung von Verbrauchern deren Verfügbarkeit verringert und die Güte des Gesamtverfahrens hängt von der Aussagekraft der Prädiktion ab.
Um den Energiebedarf der Verbraucher in einem Kraftfahrzeug abzudecken, werden häufig geregelte Stromgeneratoren verwendet. Um dabei den Kraftstoffverbrauch und den Ausstoß von Emissionen gering zu halten, wird ein solcher geregelter Stromgenerator meist mit verhältnismäßig geringer Generatorleistung betrieben. Je geringer jedoch die Generatorleistung gewählt wird, umso höher ist die Gefahr, dass die Bordnetzspannung durch übermäßige Energieentnahme abfällt oder Verbraucher abgeschaltet werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren zu schaffen, durch welches die Verfügbarkeit der Verbraucher erhöht wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Insbesondere in Gefahrensituationen besteht zur Aktivierung von Sicherheitseinrichtungen des Kraftfahrzeugs und zur Durchführung sonstiger Sicherheitsmaßnahmen ein hoher Energiebedarf. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass dieser Energiebedarf in engem Zusammenhang mit der aktuellen Fahrsituation steht. Um eine zuverlässige Prädiktion des Energiebedarfs zu gewährleisten, wird demnach eine Prädiktion der Fahrsituation durchgeführt.
Hierzu muss das Kraftfahrzeug über Mittel zur Prädiktion bestimmter Fahrsituationen verfügen. Um auf den in den einzelnen Fahrsituationen erforderlichen Energiebedarf zu schließen, werden den Fahrsituationen Verbraucher zugeordnet, welche in diesen Fahrsituationen typischerweise aktiviert sind und/oder mit hohem Energiebedarf betrieben werden. Im Falle der Prädiktion einer Fahrsituation, welcher zumindest ein solcher Verbraucher zugeordnet ist, wird dann erfindungsgemäß die Generatorleistung des geregelten Stromgenerators so erhöht, dass der Energiebedarf in der Fahrsituation bei deren Eintreten gedeckt werden kann.
Durch die Erfindung kann die Generatorleistung bereits erhöht werden, bevor tatsächlich ein erhöhter Energiebedarf besteht. Verzögerungs- und/oder Anlaufzeiten können so wirkungsvoll kompensiert werden.
Die eigentliche Prädiktion der Fahrsituation kann durch verschiedenste aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren erfolgen.
Eine wesentliche Gruppe solcher Verfahren stellen solche Verfahren dar, welche zur Aktivierung von passiven und aktiven Sicherheitsmaßnahmen bekannt sind. Hierzu gehören etwa Verfahren zur Erkennung eines bevorstehenden Aufpralls, zur Erkennung eines bevorstehenden Schleuderns oder Kippens des Kraftfahrzeugs oder zur Erkennung des Unterschreitens eines Sicherheitsabstands oder Mindestbremswegs. Die Prädiktion der Fahrsituation kann auch anhand von, z.B. GPS-basiert und/oder durch Bordsensorik gewonnenen, Positions- und/oder Geschwindigkeitsdaten des Kraftfahrzeugs erfolgen, insbesondere wenn diese Positions- und/oder Geschwindigkeitsdaten in Bezug zu Kartendaten gesetzt werden, welche erweiterte Streckeninformation wie etwa Kurvenradien, Gefälle, Tempolimit etc. enthalten. Im Extremfall können dann sogar Unfälle vorhergesehen werden und die Energie für die dann erforderlichen Schutzmaßnahmen rechtzeitig bereitgestellt werden.
Die Erfindung zielt in besonderem Maße auf die Bereitstellung der erforderlichen Energiezufuhr für sicherheitsrelevante Fahrzeugkomponenten, insbesondere Verbraucher, welche dem Schutz der Insassen in Extremsituationen, z.B. Crash, dienen. Selbstverständlich ist die Anwendung der Erfindung nicht begrenzt auf die Bereitstellung der erforderlichen Energiezufuhr für solche Fahrzeugkomponenten zu sehen. Auch andere Verbraucher mit typischerweise fahrsituationsabhängiger (Fahrwerksregelung, Aktivlenkung, adaptives Kurvenlicht) Aktivierung können von einem erfindungsgemäß verbesserten Energiemanagement profitieren. Etwa kann dabei die Prädiktion auf der Basis von Fahrdynamikdaten erfolgen.
Unter Einsatz der Erfindung kann ein kurzfristiger hoher Energiebedarf von Verbrauchern durch eine kurzzeitige und insofern bedarfsgerechte Erhöhung der Generatorleistung erfüllt werden.
Vorzugsweise wird einer durch die Mittel zur Prädiktion prädizierbaren Fahrsituation abhängig von ihr zugeordneten Verbrauchern ein bestimmter Energiebedarf zugeordnet. Im Falle der Prädiktion dieser Fahrsituation kann die Erhöhung der Generatorleistung des geregelten Stromgenerators dann abhängig von dem der Fahrsituation zugeordneten Energiebedarf erfolgen. Der Energiebedarf kann dabei im einfachsten Fall nach der Anzahl zugeordneter Verbraucher bemessen werden. Sofern der maximale oder typische Energiebedarf der einzelnen Verbraucher bekannt ist, kann auch dieser zugrunde gelegt werden. Vorzugsweise wird dann zumindest einem Verbraucher ein bestimmter Energiebedarf zugeordnet und der einer prädizierbaren Fahrsituation zugeordnete Energiebedarf hängt wesentlich vom summierten Energiebedarf der zugeordneten Verbraucher ab.
Alternativ oder zusätzlich kann in ganz analoger Weise einer durch die Mittel zur Prädiktion prädizierbaren Fahrsituation abhängig von ihr zugeordneten Funktionen ein bestimmter Energiebedarf zugeordnet werden. Besonders vorteilhaft ist dies dann, wenn zumindest einer Funktion ein bestimmter Energiebedarf zugeordnet wird und der einer prädizierbaren Fahrsituation zugeordnete Energiebedarf wesentlich vom summierten Energiebedarf der zugeordneten Funktionen abhängt.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für das Energiemanagement bei Verwendung eines geregelten Stromgenerators, der gekennzeichnet ist
– durch eine Totzeit, welche typischerweise vergeht zwischen dem Empfang eines Anforderungssignals zur Erhöhung der Generatorleistung und der tatsächlichen Leistungserhöhung, und/oder
– durch eine Mindestdynamik, durch welche seine Leistungserhöhung pro Zeit quantitativ begrenzt ist.
Ohne die erfindungsgemäße Prädiktion der Fahrsituation wäre eine ausreichend schnelle Erhöhung der Generatorleistung aufgrund der typischen Totzeit und/oder Mindestdynamik eines geregelten Stromgenerators nicht erreichbar. Durch die Erfindung wirkt sich eine eventuelle Totzeit und/oder eine eventuell darauf folgende Zeit eingeschränkter Generatorleistung jedoch nicht oder vermindert nachteilig aus, da bereits früher auf eine Erhöhung der Generatorleistung hingewirkt werden kann.
Vorzugsweise wird in einem Kraftfahrzeug, bei welchem ohnehin eine Prädiktion zukünftiger Fahrsituationen, etwa zur rechtzeitigen Aktivierung von Pre-Crash-Funktionen, durchgeführt wird, keine gesonderte Prädiktion für die Zwecke der Erfindung durchgeführt. Stattdessen werden in diesem Fall vorzugsweise die Ergebnisse der ohnehin bereits für andere Zwecke durchgeführten Prädiktion für die Zwecke der Erfindung verwendet. Gegebenenfalls müssen diese Ergebnisse für die Zwecke der Erfindung noch angepasst oder weiter verarbeitet werden.
Besonders vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Verfahren gemeinsam mit zumindest einer aktiven oder passiven Sicherheitsmaßnahme in ein Verfahren zur Minderung von Unfallfolgen (Pre-Crash, Pre-Safe, Pre-Brake etc.) integriert werden. Vorzugsweise wird die Erhöhung der Generatorleistung in einer sehr frühen Phase eines solchen Verfahrens durchgeführt, um eine ausreichende Energieversorgung für alle nachfolgenden Phasen zu gewährleisten.
Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise die im Folgenden nicht abschließend aufgezählten aktiven oder passiven Sicherheitsmaßnahmen bekannt, deren Anforderung jeweils einen erhöhten Energiebedarf in einer Fahrsituation mit erhöhtem Crash-Risiko bedingen kann: Zentralverriegelung, ABS, Fahrwerksregelung, Schiebedach/Fenster schließen, Sitzlängsverstellung/Sitzlehnenverstellung, elektromechanischer Gurtstrammer.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt abhängig von der Verfügbarkeit von Energie aus zumindest einem Energiespeicher, insbesondere einer Fahrzeugbatterie. Die Verfügbarkeit von Energie aus einem solchen Energiespeicher kann dann in einer Prädiktion der Energieanforderungen berücksichtigt werden. Dies kann insbesondere derart erfolgen, dass Energie, welche aus dem Energiespeicher entnommen werden kann, zumindest teilweise nicht durch den Stromgenerator erzeugt wird. So kann erreicht werden, dass die Generatorleistung erst zu einem späteren Zeitpunkt und/oder in geringerem Ausmaß erhöht werden muss. In bestimmten Situationen, die ansonsten eine Erhöhung bedingt hätten, muss die Generatorleistung bei einer solchen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Umständen sogar überhaupt nicht erhöht werden. So kann auch eine Vergleichmäßigung des Betriebs des Stromgenerators erreicht werden.
Um die Verfügbarkeit von Energie aus dem Energiespeicher abzuschätzen, kann beispielsweise (sofern bekannt) der Ladezustand, das Alter, der Wartungszustand und/oder die Temperatur des Energiespeichers in einer Prädiktion der Energieanforderungen berücksichtigt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch dahingehend weitergebildet werden, dass im Falle der Prädiktion bestimmter Fahrsituationen die Generatorleistung speziell im Hinblick darauf erhöht wird, einen unter Umständen nicht vollständig aufgeladenen Energiespeicher – möglichst vor Eintreten der prädizierten Fahrsituation – weiter aufzuladen, insbesondere vollständig aufzuladen. Die dann in dem Energiespeicher verfügbare Energie kann dann im Bedarfsfall zusätzlich zur Energie, die direkt vom Generator geliefert wird, freigesetzt werden. Je nach elektrischer Verschaltung kann es auch günstig sein, im Bedarfsfall gerade die in dem Energiespeicher verfügbare Energie zu verwenden. Es kann so aber auch gezielt eine Redundanzsituation geschaffen werden, da Energie dem Energiespeicher entnehmbar und/oder vom Stromgenerator erzeugbar ist. Insbesondere in Unfallsituationen kann dann beispielsweise der Energiespeicher noch Energie liefern, wenn der Stromgenerator bereits beschädigt oder abgetrennt sein sollte. Derselbe Vorteil ergibt sich umgekehrt.
Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Es zeigt
1 den qualitativen Zeitverlauf des Stromverbrauchs der Verbraucher eines Kraftfahrzeugs und der Generatorleistung eines geregelten Stromgenerators gemäß dem Stand der Technik,
2 den qualitativen Zeitverlauf des Stromverbrauchs der Verbraucher eines Kraftfahrzeugs und der Generatorleistung eines geregelten Stromgenerators unter Anwendung der Erfindung.
Ein Kraftfahrzeug besitze eine Vielzahl von Verbrauchern, die zumindest teilweise dem Schutz der Fahrzeuginsassen im Falle eines Crashs dienen.
Die Verbraucher können auf Basis der Erkennung eines bevorstehenden Aufpralls aktiviert werden. Das Bevorstehen des Aufpralls werde zum Zeitpunkt t1 erkannt. Zum Zeitpunkt t2 wird erstmals eine Erhöhung der Stromentnahme aus dem Bordnetz durch die Aktivierung der ersten Verbraucher zum Schutz der Fahrzeuginsassen messbar. Zum Zeitpunkt t3 wird ein Maximum des summierten Stromverbrauchs der Verbraucher erreicht. Kurve 1 in 1 zeigt den qualitativen Zeitverlauf des summierten Stromverbrauchs der Verbraucher.
Zunächst wird bei dem Kraftfahrzeug von einem Energiemanagement gemäß dem Stand der Technik ausgegangen. Demnach wird erst zu dem Zeitpunkt t2, zu welchem durch die Aktivierung der ersten Verbraucher eine erhöhte Stromentnahme aus dem Bordnetz festgestellt wird, ein Anforderungssignal zur Erhöhung der Generatorleistung an den Stromgenerator gesendet.
Kurve 2 in 1 zeigt den qualitativen Zeitverlauf der Generatorleistung des Stromgenerators. Dieser erhöht trotz des Empfangs des Anforderungssignals im Zeitpunkt t2 erst nach einer Totzeit T_t (z.B. 5 ms) seine Generatorleistung. Zudem steigt die Generatorleistung nur mit einer Mindestdynamik (z.B. 300 A/s) an. Entsprechend dieser Mindestdynamik hat die Kurve 2 für t > t2 eine begrenzte Steigung.
Im Ergebnis ist die Generatorleistung erst dann signifikant angestiegen, wenn der Großteil des Energiebedarfs der Verbraucher bereits angefallen ist. Dieser kann demnach nicht durch den Generator gedeckt werden, sondern muss durch einen Energiespeicher, beispielsweise durch eine entsprechend dimensionierte Pufferbatterie gedeckt werden. Eine hochkapazitive Pufferbatterie bringt jedoch unerwünschtes Gewicht ins Kraftfahrzeug, bindet Bauraum und ist mit hohen Kosten verbunden. Im ungünstigsten Fall ist die Pufferbatterie zu gering dimensioniert und die Bordspannung fällt ab und/oder die Verbraucher können nicht wunschgemäß aktiviert werden. Derselbe Fall kann eintreten, wenn die Batterie nicht ausreichend geladen, gealtert und/oder nicht ausreichend gewartet ist.
2 stellt – wiederum für den Fall der zum Zeitpunkt t1 stattfindenden Erkennung eines bevorstehenden Aufpralls – demgegenüber die Vorteile der Erfindung dar. Kurve 1 zeigt wieder den qualitativen Zeitverlauf des summierten Stromverbrauchs der Verbraucher. Dieser Zeitverlauf entspricht demjenigen aus 1.
Nun findet jedoch ein erfindungsgemäßes Energiemanagement Anwendung. Das Ergebnis der Aufprallprädiktion wird zum Zeitpunkt t1 auch an eine den Stromgenerator steuernde Recheneinheit gemeldet. Das Ergebnis der Aufprallprädiktion umfasst auch den voraussichtlichen Zeitpunkt des Aufpralls.
Die Recheneinheit entnimmt daraufhin einer Look-up-table, welche in einer Speichereinheit zugänglich für die Recheneinheit abgelegt ist, die Information, welche Verbraucher im Falle der Fahrsituation „bevorstehender Aufprall" zu welchem Relativzeitpunkt (bezogen auf den Zeitpunkt des Aufpralls) aktiviert werden und welchen Energiebedarf diese Verbraucher haben. Hieraus berechnet die Recheneinheit einen voraussichtlichen Zeitverlauf der Stromentnahme. Dieser ist in 2 als Kurve 3 (gestrichelt) dargestellt.
Der geregelte Stromgenerator wird auf Basis dieser Stromverbrauchsprädiktion so angesteuert, dass die Generatorleistung – sofern dynamisch möglich – stets größer oder gleich der prädizierten Stromentnahme der Verbraucher ist. Sollte dies nicht möglich sein, wird die Generatorleistung schnellstmöglich mit maximaler Anstiegsrate bis zur maximal möglichen Generatorleistung erhöht.
Im vorliegenden Fall wird die Generatorleistung trotz bestehender Totzeit T_t und begrenzter Anstiegsrate so rechtzeitig erhöht, dass selbst zum Zeitpunkt t3, in welchem ein Maximum des summierten Stromverbrauchs der Verbraucher erreicht wird, die Generatorleistung größer als die durch Stromentnahme der Verbraucher entnommene Leistung ist. Der Energiebedarf der Verbraucher kann somit vollständig durch den Generator gedeckt werden.
Anstelle der oben beschriebenen modellbasiert dosierten Erhöhung der Generatorleistung, kann die Generatorleistung auch einfach nach der Erkennung des Bevorstehens eines Aufpralls schnellstmöglich mit maximaler Anstiegsrate bis zur maximal möglichen Generatorleistung erhöht werden. Denkbar ist auch eine Orientierung ausschließlich an der voraussichtlichen maximalen Stromentnahme der Verbraucher.
Es kann auch die Kapazität und/oder der Ladezustand von im Kraftfahrzeug vorhandenen Energiespeichern berücksichtigt werden, wodurch sich gegebenenfalls dementsprechend geringere Anforderungen an die Generatorleistung ergeben.

Claims

Verfahren zum Energiemanagement für ein Kraftfahrzeug mit einem geregelten Stromgenerator, durch welchen eine Vielzahl von Verbrauchern versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug über Mittel zur Prädiktion bestimmter Fahrsituationen verfügt, dass zumindest einer durch die Mittel zur Prädiktion prädizierbaren Fahrsituation zumindest ein Verbraucher zugeordnet wird und dass im Falle der Prädiktion einer Fahrsituation, welcher zumindest ein Verbraucher zugeordnet ist, die Generatorleistung des geregelten Stromgenerators erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer prädizierbaren Fahrsituation abhängig von ihr zugeordneten Verbrauchern ein bestimmter Energiebedarf zugeordnet wird und dass im Falle der Prädiktion dieser Fahrsituation die Erhöhung der Generatorleistung des geregelten Stromgenerators abhängig von dem der Fahrsituation zugeordneten Energiebedarf erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem Verbraucher ein bestimmter Energiebedarf zugeordnet wird und dass der einer prädizierbaren Fahrsituation zugeordnete Energiebedarf wesentlich vom summierten Energiebedarf der zugeordneten Verbraucher abhängt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zeitliche Ansprechverhalten des geregelten Stromgenerators eine Totzeit aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zeitliche Ansprechverhalten des geregelten Stromgenerator eine Mindestdynamik aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Prädiktion einer im Wesentlichen vom Energiemanagement unabhängigen Fahrzeugfunktion zugeordnet sind, von welcher Ergebnisse der Prädiktion für das Verfahren zum Energiemanagement bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der Generatorleistung in Abhängig von der Verfügbarkeit von Energie aus zumindest einem dem Kraftfahrzeug zugeordneten Energiespeicher vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle der Prädiktion einer Fahrsituation, welcher zumindest ein Verbraucher zugeordnet ist, ein dem Kraftfahrzeug zugeordneter Energiespeicher weiter aufgeladen wird.
Verfahren zur Minderung von Unfallfolgen, dadurch gekennzeichnet, dass als Teil des Verfahrens zur Minderung von Unfallfolgen ein Verfahren zum Energiemanagement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchgeführt wird.