-
Die
Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Identifizieren
und/oder Untersuchen von Lasten und insbesondere zum Identifizieren
der Funktion von Lasten in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs.
Die Anordnung umfasst einen oder mehrere Stromsensoren, die jeweils
einem der Knoten des Bordnetzes zugeordnet sind. Mit den Stromsensoren
lässt sich der durch den zugeordneten Knoten fließende
Strom erfassen. Die Stromsensoren haben je einen Ausgang, an dem
ein den erfassten Strom wiedergebendes Signal abgegriffen werden
kann. Der durch die Knoten fließende Strom wird erfasst und
für eine weitere Analyse wird ein Signal bereitgestellt,
das weiteren Untersuchungen und Verarbeitungen zugeführt
werden kann.
-
Bordnetze
in Kraftfahrzeugen umfassen Leitungen, über welche Strom
zu bzw. von den Lasten geführt wird. Die Leitungen verzweigen
an Knoten oder werden an einem oder mehreren Knoten zusammengeführt.
An die Enden der Leitungen sind die Lasten des Bordnetzes angeschlossen.
-
In
den derzeit bekannten Kraftfahrzeugen kann der Strom einer bestimmten
Last bzw. die Spannung über eine bestimmte Last nur dann
detektiert werden, wenn an die Lasten oder an vorgelagerte Steuergeräte
eine Sensorik angebracht ist. Mit einer solchen Sensorik kann zum
Beispiel die Drehzahl eines rotierenden Antriebes oder eine andere
Funktion der Last ermittelt werden. Es kann sich dabei auch um die
Abfrage des Funktionszustands handeln, d. h. ob eine Last im fehlerfreien
Betrieb, im fehlerbehafteten Betrieb oder außer Betrieb
ist. Der fehlerfreie und der fehlerbehaftete Betrieb können
dadurch voneinander unterschieden werden, dass man die über
die Sensorik ermittelten Größen mit vorgegebenen
Parametern vergleicht.
-
Für
die Sensorik werden zur Erfassung des Funktionszustandes von Verbrauchern
Sensoren im Stromzuführungspfad jeder einzelner Last verwendet.
Beispielsweise können Diagnoseausgänge eines Halbleiterbauelementes
im Steuergerät genutzt werden. Ferner ist es möglich,
dass Sensoren direkt an den Lasten angeordnet sind und zum Beispiel
mittels eines Hallsensors die Drehzahl eines Motors überwachen.
-
Ferner
ist es bekannt, die Welligkeit des Stroms zu analysieren. Dazu werden
so genannte Puls-Count- oder Ripple-Count-Verfahren benutzt. Diese
werden innerhalb der Ansteuerschaltung der Motoren genutzt, um aus
der Welligkeit des Motorstroms die Drehzahl oder anderer Betriebsparameter zu
ermitteln. Die Sensorik ist also ebenfalls unmittelbar an der Last
angeordnet.
-
Außerdem
ist es bekannt, Messwiderstände in der Stromzuführung
zu den Lasten zu nutzen, um den Stromverlauf zu ermitteln und beispielsweise
die Einhaltung von Stromobergrenzen zur Leitungsabsicherung zu überwachen.
-
Ebenso
werden elektrische Lasten aus Steuergeräten oder Leistungsverteilern
mittels intelligenter Halbleiterschaltelemente angesteuert und versorgt.
Dabei wird häufig auch der Stromverlauf erfasst und insbesondere
auf Unterbrechungen und Kurzschlüsse überwacht.
Eine Überwachung auf charakteristische Eigenschaften des
Laststromsignals in Fehlerfällen, wie zum Beispiel bei
dem Auftreten von Lichtbögen ist ebenfalls bekannt. Aus
zentralen Steuergeräten sind einfache Schaltungen, zum Beispiel
Relaisausgänge bekannt, die die Spannungsversorgung von
Verbrauchern überwachen, in dem die auf der Leitung zur
Last anstehende Spannung gemessen und überwacht wird. Da
lediglich die Spannung und nicht auch der Strom überwacht
wird, ist jedoch keine umfassende Untersuchung des Funktionszustands
bzw. der Funktion der Last möglich.
-
Zur
Beurteilung des Zustands einer Kraftfahrzeugbatterie sind ferner
Batteriesensoren, zum Beispiel Shunt- oder Hallsensoren als Stromsensoren
bekannt. Damit lässt sich der Strom erfassen, mit dem die
Fahrzeugbatterie geladen wird oder entladen wird.
-
Aus
der Druckschrift
DE
10 2006 013 911 A1 ist es bekannt, während der
Herstellung oder eines Werkstattbesuchs des Kraftfahrzeugs in einem
Knoten des Bordnetzes, z. B. die Polklemme der Starterbatterie,
den Spannungsverlauf zu protokollieren, der entsteht, wenn eine
Last mit vorgegebenen Bedingungen ein- und ausgeschaltet wird. Der
aufgenommene Spannungsverlauf wird in einem Mikroprozessor weiterverarbeitet
und für eine weitere Analyse der Lasten aufbereitet. Da
für die Analyse eine definierte Anregung der Lasten notwendig
ist, ist die Überwachung bzw. Kontrolle während
des Betriebs des Kraftfahrzeugbordnetzes, d. h. während
der Fahrt nicht möglich.
-
Der
Nachteil der vorgenannten Sensoriken zur Untersuchung von Lasten
in einem Kraftfahrzeugbordnetz liegt darin, dass diese jeweils an
den zu überwachenden bzw. zu untersuchenden Lasten angeordnet
sein müssen oder eine Überwachung während
des Betriebs nicht möglich ist. Eine zentrale Sensorik
die zur Überwachung von mehreren, angeschlossenen Lasten
während des Betriebs des Bordnetzes dient, ist nicht bekannt.
Diese wäre jedoch wünschenswert, weil dadurch
die Anzahl der Sensoren verringert werden kann, was zu einer Einsparung an
elektrischen Versorgungsleitungen für die Sensoren, Signalleitungen
von bzw. zu den Sensoren aber auch zur Gewichtseinsparung beiträgt.
Insbesondere wäre es auch möglich, Lasten zu überwachen,
für die bislang wegen des erhöhten Aufwands keine
besonderen Sensoriken vorgesehen sind.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein
Verfahren zum Identifizieren von Lasten und deren Funktionszuständen in
einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass die Anordnung ein Mittel zum Identifizieren von in dem Bordnetz
angeordneten Lasten aufweist, das zumindest mittelbar mit dem Ausgang
des Stromsensors oder den Ausgängen der Stromsensoren verbunden
ist und das geeignet und eingerichtet ist, während des
laufenden Betriebs des Kraftfahrzeugs im Bordnetz angeordnete Lasten
anhand der an dem zumindest einen Ausgang abgreifbaren Signale zu
Identifizieren. Eine besondere Anregung der Lasten mit definierten
Signalen ist für die Identifizierung der Lasten nicht notwendig.
Anstelle von vielen Sensoriken die den an das Bordnetz angeschlossenen
Lasten zugeordnet sind, werden Stromsensoren in den Knoten des Bordnetzes
vorgesehen.
-
Der
Hintergrund für die Erfindung ist darin zu sehen, dass
jede Last des Bordnetzes eigene, charakteristische, zumeist frequenzabhängige
Signalanteile in den durch die Knoten fließenden Strömen
hervorruft. Anhand dieser Anteile des den Strom durch den Knoten
repräsentierenden Signals kann festgestellt werden, ob
aus dem Bordnetz in eine bestimmte Last Strom fließt oder
nicht, und in welcher Funktion die Last sich befindet. Dieses ist
möglich, da z. B. fehlerfrei funktionierende Lasten in
der Regel andere Signalanteile in dem Strom hervorrufen als fehlerbehaftet
arbeitende Lasten.
-
Das
an dem Ausgang der Stromsensoren abgreifbare Signal kann durch ein
oder mehrere Mittel zum Verstärken oder Unterdrücken
von Signalanteilen weiter verarbeitet werden. Die Mittel zum Verstärken
oder Unterdrücken der Signalanteile können dazu
an den oder die Ausgänge der Stromsensoren angeschlossen
sein. Mit dem Mittel können Signalanteile des den durch
die Stromsensoren erfassten Strom wiedergebenden Signals verstärkt
oder unterdrückt werden. Das den erfassten Strom wiedergebende
Signal wird so für eine weitere Untersuchung aufbereitet.
-
Bei
dem Mittel zum Verstärken oder Unterdrücken von
Signalanteilen kann es sich um ein Filter, einen Korrelator oder
ein Kalman-Filter handeln. Als Filter kommt insbesondere ein Bandpass-Filter aber
auch ein Hochpass-Filter oder ein Tiefpass-Filter in Frage. Vorzugsweise
ist das Filter einstellbar. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn
die Bandmittenfrequenz des Filters veränderbar ist. Das
Durchstimmen des Filters kann auf bekannte Art und Weise erfolgen.
Beispielsweise können zum Durchstimmen des Filters lineare
oder nicht lineare Rampen gefahren werden.
-
Das
wenigstens eine Mittel zum Verstärken oder Unterdrücken
von Signalanteilen in dem den erfassten Strom wiedergebenden Signal
weist vorzugsweise einen Ausgang auf, in welchem das Signal mit den
Verstärkungen oder Unterdrückungen abgegriffen
werden kann.
-
Eine
erfindungsgemäße Anordnung kann ein Mittel zum
Speichern von Mustern aufweisen, wobei die Muster an einem Ausgang
des Mittels zur Verfügung gestellt werden. Bei den Mustern
kann es sich um charakteristische Signalverläufe handeln,
die entstehen, wenn bestimmte Lasten eingeschaltet sind oder bestimmte
Funktionen einnehmen. Diese Muster werden in dem Speicher abgelegt
und können abgerufen werden. Es kann sich dabei um Muster
handeln, die eine Betrachtung des Zeitbereichs oder im Frequenzbereich
ermöglichen.
-
Eine
erfindungsgemäße Anordnung weist vorzugsweise
ein Mittel zum Identifizieren auf. Das Mittel zum Identifizieren
hat Eingänge, die an den Ausgang des Mittels zum Verstärken
oder Unterdrücken von Signalanteilen und an den Ausgang
zum Speichern von Mustern von Signalen angeschlossen sind. Mit dem
Mittel zum Identifizieren ist es möglich, im Bordnetz angeschlossene
Lasten und/oder den Ist-Zustand einer im Bordnetz angeschlossenen
Last durch Vergleich des Signals mit den Verstärkungen oder
Unterdrückungen einerseits mit den abgespeicherten Mustern
andererseits zu identifizieren. Je nach dem Ausgang des Vergleichs
werden durch das Mittel Signale erzeugt, die die identifizierten
Lasten und/oder den Ist-Zustand von identifizierten Lasten anzeigen.
Dieses Signal kann an einem Ausgang des Mittels zum Identifizieren
abgegriffen werden.
-
Dem
Mittel zum Identifizieren kann ein Mittel zum Untersuchen der an
das Bordnetz angeschlossenen Lasten nachgeschaltet sein. Dazu ist
das Mittel zum Untersuchen vorzugsweise an einen Ausgang des Mittels
zum Identifizieren und an den Ausgang eines Mittels zum Speichern
von Soll-Zuständen angeschlossen. In dem Mittel zum Speichern
von Soll-Zuständen kann abgelegt sein, welchen Zustand die
an das Bordnetz angeschlossenen Lasten einnehmen sollen. Durch einen
Vergleich des Ist-Zustandes der identifizierten Lasten mit einem
Soll-Zustand, den die angeschlossenen Lasten einnehmen sollen, kann
die Funktion, z. B. der Funktionszustand der im Bordnetz angeschlossenen
Lasten überprüft werden. Ein die Funktion anzeigendes
Signal wird an dem Ausgang der erfindungsgemäßen
Anordnung zur Verfügung gestellt.
-
Bei
den Filtern, die als Mittel zum Verstärken oder Unterdrücken
von Signalanteilen genutzt werden, kann es sich um analoge Filter
oder Digitalfilter oder um Switched-Capacitior-Filter handeln. Das ausgewählte
Filter kann einen Mischer umfassen.
-
Mit
der Erfindung ist es möglich, eine kostengünstige
zentrale Möglichkeit der Untersuchung der an das Bordnetz
des Kraftfahrzeugs angeschlossenen Lasten bereit zustellen. Die
Anordnung ermöglicht Einsparungen gegenüber der
teuren Untersuchung in den einzelnen Strompfaden, insbesondere an
den Lasten, zum Beispiel wenn diese mit Relais geschaltet werden.
In anderen Fällen kann auf kostenintensive Halbleiterschaltungen
verzichtet werden, die eine Überwachung ermöglichen.
Stattdessen kann mit einfachen Relais gearbeitet werden, um die
Lasten ein- oder auszuschalten. Damit wird die Diagnose der Lasten
insbesondere auch bei preiswerten Kraftfahrzeugen erst ermöglicht.
-
Die
Erfindung und Ausführungsbeispiele für die Erfindung
werden anhand der beigefügten Zeichnungen näher
erläutert. Dabei zeigt:
-
1 das
Frequenzspektrum eines in einem Knoten des Bordnetzes erfassten
Stroms,
-
2 ein
Blockschaltbild eines Teils einer erfindungsgemäßen
Anordnung,
-
3 ein
Blockschaltbild eines Teils einer alternativen erfindungsgemäßen
Anordnung.
-
Mit
der erfindungsgemäßen Anordnung und denn erfindungsgemäßen
Verfahren ist es beispielsweise möglich Frequenzanteile
eines erfassten elektrischen Signals zu bestimmen. Dazu werden diese Frequenzanteile
gegenüber anderen Frequenzanteilen herausgehoben. Dieses
geschieht insbesondere durch geeignete Filter. Dadurch besteht die
Möglichkeit, anhand des Spektrums des gefilterten, d. h. durch
ein Mittel zum Verstärken oder Unterdrücken von
Signalanteilen aufbereiteten Signals einzelne Lasten, die im Kraftfahrzeugbordnetz
angeschlossen sind, zu identifizieren und ihre Funktionszustände
näher zu bestimmen (1).
-
Mit
der in 2 ausschnittweise dargestellten Anordnung werden
adaptive (steuerbare) Bandpass-Filter als Mittel zum Unterdrücken
und Verstärken von Signalanteilen zur Anwendung gebracht.
Die Bandmittenfrequenz des Bandpass-Filters kann mittels eines Mittels
zum Vorgeben der Frequenz bestimmt werden. Alternativ ist es möglich,
dass anstatt eines adaptiven, steuerbaren Bandpass-Filters mehrere
Bandpass-Filter oder mehrere adaptive, steuerbare Bandpass-Filter
verwendet werden. Insbesondere die letzte Alternative ermöglicht
eine hohe Flexibilität und ist in 3 dargestellt.
-
Mittels
eines Stromsensors 1 in einem Knoten des Kraftfahrzeugbordnetzes
wird ein elektrisches Signal gewonnen, welches den Stromverlauf wiedergibt.
Bei dem Stromsensor kann es sich um einen digitalen Stromsensor
handeln, der an seinem Ausgang dass den Strom durch den Knoten wiedergebende
Signal in digitaler Form liefert. Selbstverständlich ist
auch eine analoge Zurverfügungstellung des den Strom durch
den Knoten repräsentierenden Signals am Ausgang des Sensors 1 möglich.
-
Über
das Mittel 2 zum Vorgeben der Bandmittenfrequenz wird das
adaptive Bandpass-Filter 3 eingestellt. Dadurch ist es
möglich, das den Strom durch den Knoten wiedergebende Signal
zielgerichtet auf bestimmte spektrale Anteile zu untersuchen, die
auftreten, wenn eine gesuchte Last einen bestimmten Funktionszustand
hat.
-
Durch
eine entsprechende Einstellung des adaptiven Filters 3 durch
das Mittel zum Vorgeben der Frequenz kann beispielsweise bestimmt
werden, ob eine Drehzahl eines Motors bestimmt werden soll. Das
Mittel 2 zur Frequenzvorgabe kann einen Eingang aufweisen, über
den eingestellt werden kann, welche Last oder welche Funktion zu
identifizieren ist.
-
Für
eine Bestimmung der Frequenzanteile des vom Stromsensor 1 zur
Verfügung gestellten Signals kann eine lineare oder nicht
lineare Frequenzrampe benutzt werden, deren Breite von dem auszuwertenden
Frequenzbereich abhängt. Bei nicht linearen Frequenzrampen
kann die Verweildauer der momentanen Bandmittenfrequenz von der
Periodendauer der Bandmittenfrequenz abhängen. So ist es beispielsweise
mög lich, das bei kleinen Bandmittenfrequenzen die Zeit
bis zur Fortschreibung der Frequenzrampe um so größer
ist.
-
Bei
dem adaptiven, steuerbaren Bandpass-Filter 3 handelt es
sich um ein Filter, bei dem – wie bereits ausgeführt – die
Bandmittenfrequenz aber auch die Bandbreite einstellbar ist. So
ist es möglich bei niedrigen Frequenzen die Bandbreite sehr
schmal zu wählen und bei hohen Frequenzen die Bandbreite
zu vergrößern. Dadurch ist es möglich,
zu jedem Zeitpunkt die Frequenzanteile hinreichend sicher zu bestimmen.
-
In
einem Mittel 4 zum Identifizieren erfolgt dann eine Auswertung
des von dem adaptiven Filter 3 zur Verfügung gestellten
gefilterten Signals. Dazu wird das gefilterte Signal mit einem Muster
verglichen, welches in einem Mittel 5 zum Speichern von typischen
Frequenzmustern abgelegt ist. In diesem Mittel 5 zum Speichern
von typischen Frequenzmustern sind die Frequenzmuster von verschiedenen Lasten
und den verschiedenen Funktionen der Lasten abgelegt. Durch einen
Frequenzvergleich kann dann bestimmt werden, welche Last in dem
Bordnetz vorhanden ist, und welchen Zustand diese Last hat.
-
Es
versteht sich dabei von selbst, dass das gefilterte Signal in einem
gewissen Toleranzbereich von den hinterlegten Mustern abweichen
kann.
-
Ist
ein bestimmtes Muster identifiziert worden, erfolgt dann in einem
Mittel 6 zum Untersuchen die Bewertung des Ergebnisses
des Vergleichs. Dazu wird überprüft, welchen Zustand
die Last die identifiziert worden ist, hätte einnehmen
sollen. Dieser Soll-Zustand der Last wird mit dem tatsächlich über
das Mittel 4 zum Identifizieren ermittelten Ist-Zustands
verglichen. Ergibt sich dabei eine Übereinstimmung, wird
von einem fehlerfreien Betrieb ausgegangen. Ist eine vorgegebene
Last nicht identifiziert worden und ist auch der Soll-Zustand so
gewählt, dass die Last außer Betrieb sein soll,
wird davon ausgegangen, dass die Last korrekterweise außer
Betrieb ist. Durch Abweichungen des Soll-Zustands vom Ist-Zustand
kann dagegen eine Aussage getroffen werden, dass sich die Last in
einem fehlerbehafteten Betriebszustand befindet. Je nach dem Grad
der Abweichungen die festgestellt werden, kann es sich um einen
fehlerhaften Betriebszustand handeln, der Einschränkungen
in der Funktion bedeutet oder aber eine Gefahr des Ausfalls der
Last bedeutet. Die Soll-Zustände sind in einem Mittel 7 zum
Speichern der Soll-Zustände abrufbar hinterlegt.
-
Ist
zum Beispiel als Last ein Motor mit permanent magnetischer Erregung
vorgesehen, und soll eine Drehzahlermittlung stattfinden, kann durch
eine Anforderung mittels des Mittels zur Vorgabe der Bandmittenfrequenz
das adaptive Filter 3 so eingestellt werden, dass entsprechende
Frequenzmuster im Stromsignal herausgefiltert werden. Es werden somit
nur die Signalanteile durch das adaptive Filter 3 hindurchgelassen,
die zu einem im Betrieb befindlichen permanent magnetisch erregten
Gleichstrommotor der gesuchten Drehzahl passen. Über bestimmte
Frequenzmuster in dem Signalanteil kann die Drehzahl des Motors
bestimmt werden.
-
Wird
wie in 2 dargestellt nur ein adaptives steuerbares Bandpass-Filter 3 verwendet,
können nicht gleichzeitig mehrere Frequenzvorgaben gemacht
werden. Vielmehr können die verschiedenen Lasten nur nacheinander
identifiziert werden. Es ist daher ein Verzögerungsglied 8 in
dem Mittel 4 zum Identifizieren der Lasten vorgesehen,
welches dafür Sorge trägt, dass das Identifizierungsverfahren
erst dann startet, wenn die Frequenzrampe zur Verstimmung des Filters
vollständig durchfahren worden ist.
-
In
der alternativen Anordnung gemäß der 3 sind
dagegen mehrere, insgesamt drei alternative steuerbare Bandpass-Filter 3a, 3b, 3c vorgesehen.
Diese können parallel nach durch das Mittel 2 zur
Vorgabe der Bandmittelfrequenz vorgegebene Frequenzmuster filtern.
Die Identifizierung in dem Mittel 4 zum Identifizieren
der Lasten kann dagegen parallel erfolgen. Selbstverständlich
kann eine Anordnung, wie sie in 3 dargestellt
ist, um eine beliebige Anzahl von weiteren adaptiven steuerbaren Bandpass-Filtern
erhöht werden.
-
- 1
- Stromsensor
- 2
- Mittel
zum Vorgeben der Bandmittenfrequenz
- 3,
3a, b, c
- Bandpass-Filter
- 4
- Mittel
zum Identifizieren
- 5
- Mittel
zum Speichern von Mustern
- 6
- Mittel
zum Untersuchen
- 7
- Mittel
zum Speichern von Soll-Zuständen
- 8
- Verzögerungsglied
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102006013911
A1 [0009]