DE102010031061A1 - Method for protecting load in motor car and diagnosing aging state of load, involves delivering statement about aging state of load based on comparison result of time characteristics of load current - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines eine Last umfassenden Strompfades in einem Kraftfahrzeug und zur Diagnose des Alterungszustands der Last. Zur Versorgung der Last wird hierbei ein Halbleiter-Schaltelement mit einem zusätzlichen Messausgang zur Ausgabe eines für den Laststrom charakteristischen Signals verwendet.The invention relates to a method for protecting a current path comprising a load in a motor vehicle and for diagnosing the state of aging of the load. To supply the load in this case a semiconductor switching element is used with an additional measuring output for outputting a signal characteristic of the load current.
In Kraftfahrzeugen wird zur Stromversorgung und zum Schalten von Lasten, beispielsweise Leuchtmitteln oder Aktoren, insbesondere elektrischen Motoren, häufig ein in
Nachteilig an diesem Konzept ist die durch die Sicherungen
Außerdem muss der Leitungsquerschnitt auf den Nennstrom der Sicherung
Zur Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile kann statt einer Relaissteuerung und einer separaten Sicherung
Der Leistungsschalter
Der Vorteil dieser Sicherungsstrategie liegt darin, dass die Leitung zur Last auf eine geringe Stromtragfähigkeit ausgelegt werden kann. Außerdem wird die Verlustleistungsaufnahme reduziert, da die hohe Verlustleistung am Relaisübergangswiderstand und über der elektrischen Sicherung durch eine geringere Verlustleistung über dem sehr niederohmigen Leistungsschalter
Nachteilig an dem vorstehend beschriebenen Konzept ist, dass der Überstromschutz an eine bestimmte Last angepasst ist und keine unterschiedlichen Lasten mit dem gleichen Überstromschutz ausgestattet werden können, da die maximalen Stromwerte für die einzelnen Lastpfade unterschiedlich sind. Es besteht also keine Variabilität bei der Lastkonfiguration. Außerdem wird keine Alterung der Last berücksichtigt, die Einfluss auf das Stromaufnahmeverhalten der Last hat.A disadvantage of the concept described above is that the overcurrent protection is adapted to a specific load and no different loads can be equipped with the same overcurrent protection, since the maximum current values for the individual load paths are different. So there is no variability in the load configuration. In addition, no aging of the load is taken into account, which has an influence on the current consumption behavior of the load.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Konzept zum Schutz eines Strompfades anzugeben. It is an object of the invention to provide an improved concept for the protection of a current path.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.The object is solved by the features of the independent claims.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines eine Last umfassenden Strompfades in einem Kraftfahrzeug sowie zur Diagnose des Alterungszustands der Last. Bei dem Verfahren wird – wie vorstehend beispielhaft anhand von
Laut dem Verfahren ist vorgesehen, einen zeitlichen Verlauf des Laststroms über einen gewissen Zeitraum durch Auswerten des Signals am Messausgang zu bestimmen. Vorzugsweise beginnt der Zeitraum mit Einschalten der Last. Der Zeitraum kann sich beispielsweise bis zum Ausschalten der Last erstrecken. Dieser zeitliche Verlauf wird abgespeichert. Das Stromprofil der Last wird also selbständig angelernt oder erlernt. Der bestimmte zeitliche Verlauf des Laststroms kann direkt dem Verlauf des proportionalen kleineren Messstroms entsprechen; alternativ kann der Verlauf des Laststroms durch Multiplikationen mit einem Proportionalitätsfaktor zwischen Mess- und Laststrom bestimmt werden.According to the method, it is provided to determine a time profile of the load current over a certain period of time by evaluating the signal at the measuring output. Preferably, the period begins when the load is turned on. The period may, for example, extend until the load is switched off. This time course is stored. The current profile of the load is taught or learned independently. The specific time profile of the load current can directly correspond to the course of the proportional smaller measuring current; Alternatively, the course of the load current can be determined by multiplication with a proportionality factor between the measurement and load current.
Nach Alterung der Last verändert sich häufig auch der zeitliche Verlauf. Daher wird der zeitliche Stromverlauf des Laststroms erneut bestimmt; die zeitliche Dauer des Stromverlaufs kann unterschiedlich zu der Dauer des abgespeicherten Stromverlaufs sein; vorzugsweise wird aber auch hier der Stromverlauf mit Einschalten der Last bestimmt. Laut dem Verfahren wird der erneut bestimmte Stromverlauf mit dem früher bestimmten Stromverlauf verglichen. Dieser Vergleich kann beispielsweise punktweise für ein oder mehrere Punkte geschehen, alternativ kann beispielsweise auch ein Vergleich durchgeführt werden, indem ein Korrelationsfaktor als Maß für die Ähnlichkeit des früher bestimmten Stromverlaufs und des erneute bestimmten Stromverlaufs bestimmt wird. In Abhängigkeit des Vergleichs wird eine Aussage über den Alterungszustand der Last abgegeben; beispielsweise kann eine Information über den Zustand der Last in einem Diagnosespeicher des Kraftfahrzeugs abgelegt werden. So kann, wenn der Vergleich des erneut bestimmten Stromverlaufs mit dem früher bestimmten Stromverlauf ergibt, dass die Änderung des Stromverlaufs ein bestimmtes Maß überschreitet, in dem Diagnosespeicher eine Information gespeichert wird, die angibt, dass die Last auszutauschen ist, da diese bald ausfallen wird. Das Verfahren ermöglicht also eine Prognose der Lastalterung durch die Auswertung der Stromprofilveränderung.After aging the load often changes the time course. Therefore, the temporal current profile of the load current is determined again; the time duration of the current profile can be different from the duration of the stored current profile; but preferably also the current profile is determined by switching on the load. According to the method, the re-determined current profile is compared with the previously determined current profile. This comparison can be done, for example pointwise for one or more points, alternatively, for example, a comparison can be performed by a correlation factor is determined as a measure of the similarity of the previously determined current waveform and the re-determined current waveform. Depending on the comparison, a statement is made about the aging state of the load; For example, information about the state of the load can be stored in a diagnostic memory of the motor vehicle. Thus, if the comparison of the re-determined current waveform with the previously determined current waveform shows that the change in the current waveform exceeds a certain level, information is stored in the diagnostic memory indicating that the load is to be replaced as it will soon fail. The method thus makes it possible to forecast the load aging by evaluating the current profile change.
Wenn der Diagnosespeicher dann bei einem Werkstattbesuch ausgelesen wird, kann vor dem Ausfall der Last die Last vorzeitig ausgetauscht werden und durch einen neuen Baustein ersetzt werden.If the diagnostic memory is then read out during a workshop visit, the load can be prematurely replaced before the load fails and be replaced by a new module.
Alternativ oder zusätzlich kann, wenn der Vergleich des erneut bestimmten Stromverlaufs mit dem früher bestimmten Stromverlauf ergibt, dass die Änderung des Stromverlaufs ein bestimmtes Maß überschreitet, eine Information ausgegeben werden, die angibt, dass die Last auszutauschen ist. Die Information kann in der Werkstatt bei einem Test ausgegeben werden, beispielsweise wenn in der Werkstatt eine Diagnose über den Alterungszustand der Last durchgeführt werden. Alternativ kann die Information auch dem Fahrer optisch und/oder akustisch mitgeteilt werden, beispielsweise in einem Anzeigeelement des Fahrzeugs.Alternatively or additionally, if the comparison of the re-determined current profile with the previously determined current profile shows that the change in the current profile exceeds a certain level, information indicating that the load is to be exchanged can be output. The information can be output in the workshop during a test, for example when a diagnosis is made in the workshop about the aging state of the load. Alternatively, the information can also be communicated visually and / or acoustically to the driver, for example in a display element of the vehicle.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Halbleiter-Schaltelement um ein High-Side-Schaltelement, d. h. der Halbleiter-Leistungsschalter ist vorzugsweise an dem höheren Potential (high-side) der Spannungsquelle, also an der Batteriespannung angeordnet. Die Verwendung eines High-Side-Schaltelements gegenüber einem Low-Side-Schaltelement, bei dem das Schaltelement zwischen dem niedrigeren Potential (low-side, im Allgemeinen Masse) der Spannungsquelle und der Last angeordnet ist, hat den Vorteil, dass bei einem Kurzschluss der Last gegen Masse kein Kurzschlussstrom fließt. Es ist aber auch denkbar, dass es sich bei dem Halbleiter-Leistungsschalter um ein Low-Side-Schaltelement handelt.Preferably, the semiconductor switching element is a high-side switching element, i. H. the semiconductor power switch is preferably arranged at the higher potential (high-side) of the voltage source, that is, at the battery voltage. The use of a high-side switching element with respect to a low-side switching element, wherein the switching element between the lower potential (low-side, generally ground) of the voltage source and the load is arranged, has the advantage that in a short circuit of the Load to ground no short-circuit current flows. However, it is also conceivable that the semiconductor power switch is a low-side switching element.
Neben der präventiven Diagnose des Alterungszustands der Last kann das Verfahren in vorteilhafter Weise auch in Hinblick auf den Leitungsschutz verwendet werden. Hierzu kann auch ein gespeicherter früher bestimmter zeitlicher Verlauf des Laststroms verwendet werden. So kann vorgesehen sein, dass das Signal am Messausgang oder ein davon abgeleitetes Signal mit einem gespeicherten früher bestimmten zeitlichen Verlauf des Laststroms verglichen wird. Im Fall des Abweichens des verglichenen Signals mit dem früher bestimmten zeitlichen Verlauf des Laststroms um ein bestimmtes Maß, erfolgt dann ein Abschalten des Strompfads durch Schalten des Halbleiter-Schaltelements. Dabei ist es nicht zwingend notwendig, dass das Verfahren neben dem Überlastschutz auch zur Diagnose des Alterungszustands verwendet wird.In addition to the preventive diagnosis of the aging state of the load, the method can be used advantageously also with regard to the line protection. For this purpose, a stored previously determined time profile of the load current can be used. Thus, it can be provided that the signal at the measuring output or a signal derived therefrom is compared with a stored earlier determined time profile of the load current. In the case of the deviation of the compared signal with the previously determined time characteristic of the load current by a certain amount, the current path is then switched off by switching the semiconductor switching element. It is not absolutely necessary that the method be used in addition to the overload protection for the diagnosis of aging.
Durch den Vergleich mit einem gespeicherten zeitlichen Stromverlauf, der bereits das Einschalten der Last beschreibt, wird gewährleistet, dass die Schutzfunktion zeitlich sehr früh bei Einschalten der Last ausgelöst werden kann.By comparison with a stored temporal current course, already the Switching on the load, it is ensured that the protection function can be triggered very early when switching on the load.
Wie vorstehend angemerkt, verändert sich nach Alterung der Last häufig auch der zeitliche Verlauf des Laststroms. Daher wird vorzugsweise der im Rahmen des Strompfadschutzes zu Vergleichszwecken verwendete gespeicherte zeitliche Verlauf des Laststroms bei Alterung der Last und damit einhergehender Änderung des zeitlichen Verlaufs des Laststroms an die Änderung angepasst; das Stromprofil der Last wird also aktualisiert. Es handelt sich also um eine intelligente Stromprofilanpassung.As noted above, the aging of the load often also changes the time course of the load current. Therefore, the stored time profile of the load current used for comparison purposes in the context of the current path protection is preferably adapted to the change with aging of the load and concomitant change in the time course of the load current; the current profile of the load is thus updated. It is therefore an intelligent power profile adjustment.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Schaltung zum Schutz eines eine Last umfassenden Strompfades in einem Kraftfahrzeug und zur Diagnose des Alterungszustands der Last. Die Schaltung umfasst ein Halbleiter-Schaltelement zur Versorgung der Last mit einem zusätzlichen Messausgang zur Ausgabe eines für den Laststrom charakteristischen Signals, wie bereits vorstehend im Rahmen des ersten Aspekts der Erfindung besprochen. Zum Schutz des Strompfades wird bei Erkennen eines kritischen Zustands des Laststroms der Strompfad über das Halbleiter-Schaltelements abgeschaltet wird. Ferner ist eine Auswertevorrichtung vorgesehen, die folgende Funktionen aufweist: die Vorrichtung ist geeignet zum Bestimmen des zeitlichen Verlaufs des Laststroms über einen Zeitraum durch Auswerten des Signals am Messausgang, und zum Abspeichern des Verlaufs. Ferner lässt sich mit der Vorrichtung der Stromverlauf des Laststroms nach Alterung der Last erneut bestimmen. Außerdem dient die Vorrichtung zum Vergleichen des erneut bestimmten Stromverlaufs mit dem früher bestimmten Stromverlauf, beispielsweise in der Weise, wie die im Rahmen des ersten Aspekts der Erfindung vorstehend besprochen wurde. Darüber hinaus dient die Vorrichtung zum Abgeben einer Aussage über den Alterungszustand der Last in Abhängigkeit des Vergleichs, hierbei kann eine entsprechende Information in dem Diagnosespeicher des Kraftfahrzeugs gespeichert werden.A second aspect of the invention relates to a circuit for protecting a current path comprising a load in a motor vehicle and for diagnosing the state of aging of the load. The circuit comprises a semiconductor switching element for supplying the load with an additional measuring output for outputting a signal characteristic of the load current, as already discussed above in the context of the first aspect of the invention. To protect the current path, the current path is switched off via the semiconductor switching element when a critical state of the load current is detected. Furthermore, an evaluation device is provided which has the following functions: the device is suitable for determining the time profile of the load current over a period of time by evaluating the signal at the measurement output, and for storing the profile. Furthermore, with the device, the current profile of the load current can be determined again after aging of the load. In addition, the device is used to compare the re-determined current waveform with the previously determined current waveform, for example, in the manner discussed above in the context of the first aspect of the invention. In addition, the device is used to give a statement about the aging state of the load as a function of the comparison, in this case a corresponding information can be stored in the diagnostic memory of the motor vehicle.
Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für die erfindungsgemäße Schaltung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung.The above statements on the method according to the invention according to the first aspect of the invention also apply correspondingly to the circuit according to the invention according to the second aspect of the invention.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines eine Last umfassenden Strompfades in einem Kraftfahrzeug, wobei zur Versorgung der Last ein Halbleiter-Schaltelement mit einem zusätzlichen Messausgang zur Ausgabe eines für den Laststrom charakteristischen Signals verwendet wird. Zum Schutz des Strompfades wird bei Erkennen eines kritischen Zustands des Laststroms der Strompfad über das Halbleiter-Schaltelements abgeschaltet. Gemäß dem Verfahren wird der zeitliche Verlauf des Laststroms über einen Zeitraum mit Einschalten der Last durch Auswerten des Signals am Messausgang bestimmt. Der bestimmte zeitliche Verlauf kann direkt dem Verlauf des Signals am Messausgang entsprechen. Der bestimmte Verlauf wird zu Vergleichszwecken abgespeichert. Bei Einschalten des Strompfades wird zum Schutz der Leitung vor Überströmen das Signal am Messausgang oder ein davon abgeleitetes Signal mit dem gespeicherten früher bestimmten zeitlichen Verlauf des Laststroms verglichen. Im Fall des Abweichens des verglichenen Signals mit dem früher bestimmten zeitlichen Verlauf des Laststroms um ein bestimmtes Maß, erfolgt ein Abschalten des Strompfads durch Schalten des Halbleiter-Schaltelements. Das Abschalten erfolgt insbesondere dann, wenn Werte des verglichen Signals vom Betrag her größer als zeitlich entsprechende Werte des früher bestimmten zeitlichen Verlaufs sind. Zeitlich entsprechende Werte sind Werte, deren Messzeitpunkt ungefähr den gleichen Abstand vom Einschaltzeitpunkt aufweisen.A third aspect of the invention relates to a method for protecting a current path in a motor vehicle comprising a load, wherein a semiconductor switching element with an additional measuring output for outputting a signal characteristic of the load current is used to supply the load. To protect the current path, the current path is switched off via the semiconductor switching element when a critical state of the load current is detected. According to the method, the time profile of the load current over a period of time when the load is switched on is determined by evaluating the signal at the measuring output. The specific time course can directly correspond to the course of the signal at the measuring output. The specific history is stored for comparison purposes. When the current path is switched on, to protect the line against overcurrents, the signal at the measuring output or a signal derived therefrom is compared with the stored previously determined time profile of the load current. In the case of the deviation of the compared signal with the previously determined time characteristic of the load current by a certain amount, the current path is switched off by switching the semiconductor switching element. The shutdown takes place in particular when values of the signal compared in magnitude are greater than temporally corresponding values of the previously determined time course. Time-corresponding values are values whose measuring time point is approximately the same distance from the switch-on time.
Im Fall des Abweichens des verglichenen Signals mit dem früher bestimmten zeitlichen Verlauf des Laststroms um ein bestimmtes Maß und Abschalten des Strompfads durch Schalten des Halbleiter-Schaltelements, wird der Strompfad vorzugsweise danach durch Schalten des Halbleiter-Schaltelements wieder eingeschaltet, beispielsweise nach einem Klemmenwechsel oder einer kurzen Wartezeit.In the case of deviating the compared signal with the previously determined time profile of the load current by a certain amount and switching off the current path by switching the semiconductor switching element, the current path is preferably then switched on again by switching the semiconductor switching element, for example after a terminal change or short wait.
Das Verfahren nach dem dritten Aspekt der Erfindung kann mit dem Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung kombiniert werden.The method according to the third aspect of the invention can be combined with the method according to the first aspect of the invention.
Vorzugsweise wird der im Rahmen des Strompfadschutzes zu Vergleichszwecken verwendete gespeicherte zeitliche Verlauf des Laststroms bei Alterung der Last und damit einhergehender Änderung des zeitlichen Verlaufs des Laststroms an die Änderung angepasst.Preferably, the stored time profile of the load current used for comparison purposes as part of the current path protection is adapted to the change with aging of the load and concomitant change in the time profile of the load current.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben. In diesen zeigen:The invention will be described below with reference to the accompanying drawings with reference to several embodiments. In these show:
und ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf des Laststroms nach Alterung der Last; und and an example of the time course of the load current after aging of the load; and
Nach längerer Betriebszeit der Last ändert sich die Stromaufnahme der Last, beispielsweise nimmt der Strom mit Alterung der Last zu, d. h. die Last wird bei Alterung niederohmiger. Bei einem späteren Einschalten der Last wird in Schritt
Gemäß dem Verfahren werden in Schritt
Für den Vergleich muss nicht die gesamte gespeicherte Kennlinie
Anhand der Änderung des Stromverlaufs kann nun eine Aussage über den Alterungszustand und die Lebensdauer der Last getroffen werden. Wenn die Änderung des Stromverlaufs beispielsweise ein bestimmtes Maß überschreitet, kann das Steuergerät dem Kunden oder der Werkstatt – insbesondere über die Diagnoseschnittstelle – mitteilen, dass die Last bald gewechselt werden sollte. Dazu kann in einem Diagnosespeicher des Fahrzeugs (nicht dargestellt) eine Information (beispielsweise ein Bit) gespeichert werden, die angibt, dass die Last auszutauschen ist (da davon auszugehen ist, dass die Last bald ausfällt). Diese Information im Diagnosespeicher kann dann bei einem späteren Werkstattbesuch ausgelesen werden. Dem Kunden kann dann bei einem Werkstattbesuch vor dem tatsächlichen Ausfall der Last, ein neues Bauteil eingesetzt werden. Der Kunde muss dann also nicht später bei einem tatsächlichen Ausfall der Last mit einer defekten Last in die Werkstatt fahren.Based on the change in the current curve, it is now possible to make a statement about the state of aging and the service life of the load. For example, if the change in the current waveform exceeds a certain level, the controller may notify the customer or the workshop, particularly via the diagnostic interface, that the load should be changed soon. For this purpose, in a diagnostic memory of the vehicle (not shown) information (for example, a bit) can be stored, indicating that the load is to be replaced (since it can be assumed that the load will soon fail). This information in the diagnostic memory can then be read out at a later workshop visit. The customer can then be used at a workshop visit before the actual failure of the load, a new component. The customer then does not have to go to the workshop later on in the event of an actual failure of the load with a defective load.
Zusätzlich kann dem Fahrer noch mitgeteilt werden, dass die Last auszutauschen ist.In addition, the driver can still be informed that the load is to be replaced.
Außerdem wäre es denkbar, dass dem Reparatur-Service per Funkschnittstelle, z. B. GSM/UMTS-Funkschnittstelle, vom Fahrzeug mitgeteilt wird, dass die Last bald gewechselt werden sollte. Die Benachrichtigung des Reparatur-Service kann also automatisch erfolgen, ohne dass sich das Fahrzeug beim Reparatur-Service befindet.It would also be conceivable that the repair service via radio interface, z. B. GSM / UMTS radio interface, the vehicle is informed that the load should be changed soon. The notification of the repair service can therefore be automatic without the vehicle being at the repair service.
Die Altersdiagnose ermöglicht also das Treffen präventiver Schutzmaßnahmen, insbesondere einen präventiven Austausch einer Last im Service.The age diagnosis thus makes it possible to take preventive protective measures, in particular a preventive exchange of a load in the service.
Neben der Alterungsfunktion kann auch die Leistungsschutzfunktion durch die Erfindung verbessert werden.
Gemäß dem Verfahren wird – wie bereits vorstehend im Zusammenhang mit
Zu Vergleichszwecken kann auch ein erneuter zeitlicher Verlauf des Laststroms gebildet werden, der mit dem abgespeicherten Verlauf verglichen wird. Wenn das verglichene Signal und der abgespeicherte Verlauf um ein bestimmtes Maß voneinander abweichen, liegt ein kritischer Zustand vor und der Strompfad wird durch Schalten des Leistungsschalters
Wenn sowohl eine Altersdiagnose (beispielsweise wie in
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |