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HINTERGRUND
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft allgemein das Überwachen des Gesundheitszustands von elektrischen Verbindungen und insbesondere das Detektieren und Prognostizieren elektrischer Verbindungsprobleme zwischen einer Lichtmaschine und einer Batterie.
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2. Erörterung des Standes der Technik
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In der Kraftfahrzeugindustrie gibt es konstante Bemühungen zur Verbesserung der Qualität und Zuverlässigkeit von Fahrzeugen, indem Störungsdiagnose- und -prognoseeigenschaften in Fahrzeuge eingebaut werden. Jedoch sind einige Bedingungen schwieriger zu diagnostizieren und vorherzusagen als andere, speziell wenn die Probleme zeitweise auftreten. Beispielsweise ist eine effektive Überwachung der Verbindungen zwischen einer Batterie und einer Lichtmaschine aufgrund von sich lösenden Verbindern und/oder Korrosion, die sporadisch auftretende Anomalien verursachen können, typischerweise schwierig.
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Darüber hinaus sind bekannte Techniken zur Überwachung des Gesundheitszustands einer Batterie oder einer Lichtmaschine im Allgemeinen nur in der Lage, eine vollständige Unterbrechung zwischen der Batterie und der Lichtmaschine, nicht aber eine zeitweise aussetzende oder nachlassende Verbindung zu detektieren. Darüber hinaus verwenden diese Techniken für gewöhnlich ausgefeilte Signalschemata, die zusätzliche Hardware erfordern und die aufgrund der begrenzten Rechenkapazität einer Fahrzeugsteuerungseinheit in einem Fahrzeug schwer zu implementieren sind.
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Die
DE 10 2006 012 987 A1 offenbart eine elektrische Steuervorrichtung, die einen Ringbus überwacht, an dem elektrische Lasten und Sensoren angeschlossen sind. Die Steuervorrichtung kann Unterbrechungen am Ringbus erkennen und inkrementiert einen Fehlerzähler, wenn eine Unterbrechung detektiert wird.
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In der
DE 43 29 919 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrauchers in einem Fahrzeug offenbart, bei welcher der Strom durch jedes Schaltelement erfasst und auf das Überschreiten eines vorgegebenen Werts hin überwacht wird. Beim Überschreiten des vorgegebenen Wertes wird ein Fehlerzähler inkrementiert.
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Es wird daher ein System und Verfahren zur Überwachung des Gesundheitszustands der Verdrahtung zwischen der Batterie und der Lichtmaschine benötigt, ohne das System um zusätzliche Hardware zu erweitern.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein System und ein Verfahren zur Überwachung des Gesundheitszustands der Verbindung zwischen einem Generator und einer Batterie umfasst, dass eine Leistungsunterbrechung zwischen dem Generator und der Batterie detektiert wird, dass ein Zähler jedes Mal inkrementiert wird, wenn eine Unterbrechung detektiert wird, dass ein Trend aus einer Anzahl von Unterbrechungen im Lauf der Zeit auf der Grundlage einer Anzahl von Inkrementen im Zähler erzeugt wird, dass eine Zuwachsrate bei der Anzahl von Unterbrechungen im Lauf der Zeit überwacht wird und dass ermittelt wird, ob die Zuwachsrate bei der Anzahl von Unterbrechungen im Lauf der Zeit größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
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Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht ein beispielhaftes Verbindungsdiagramm für eine Fahrzeuglichtmaschine gemäß einer Ausführungsform; und
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2A und 2B sind Flussdiagramme, die einen beispielhaften Algorithmus zur Überwachung der Gesundheit der Verbindungen zwischen einer Batterie und einer Lichtmaschine gemäß einer Ausführungsform veranschaulichen.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Erörterung der Ausführungsformen der Erfindung ist auf ein System und ein Verfahren zur Überwachung der Gesundheit der Verbindungen zwischen einer Batterie und einem Generator, wie etwa einer Lichtmaschine, gerichtet. Die vorstehend erwähnten Ausführungsformen sind rein beispielhaft und sind keinesfalls dazu gedacht, die Erfindung, ihre Anwendungen oder Verwendungsmöglichkeiten einzuschränken.
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1 veranschaulicht ein beispielhaftes Verbindungsdiagramm für eine Fahrzeuglichtmaschine 10. Die Lichtmaschine 10 ist durch eine Batterie 14 mit einer Kraftfahrzeuglast 12 verbunden. Die Kraftfahrzeuglast 12 kann beispielsweise Ventilatoren, Leuchten und elektronische Steuerungseinheiten (ECUs) umfassen, um ein paar aufzuzählen. Bei einer Ausführungsform ist die Lichtmaschine 10 durch einen Steuerungsschnittstellenverbinder 18 mit zwei Kontakten, der an der Lichtmaschine 10 montiert ist, mit einer ECU 16 verbunden. Die ECU 16 und die Lichtmaschine 10 sind durch zwei Steuerungsdrähte 20, 22 verbunden, die am Steuerungsschnittstellenverbinder 18, der an der Lichtmaschine 10 montiert ist, enden. Der erste Draht 20 stellt ein Signal bereit, das die Referenzspannung VREF für den Ausgang der Lichtmaschine 10 einstellt. Der zweite Draht 22 liefert ein Signal an die ECU 16, das die Erreger- oder Feldspannung VFIELD der Lichtmaschine 10 repliziert und von der ECU 16 verwendet wird, um die Last 12 zu schätzen. Die Feldspannung VFIELD ist allgemein eine impulsbreitenmodulierte Spannung, die zwischen einer Lichtmaschinenausgangsspannung VALT und Masse pendelt.
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Die Verdrahtung (z. B. ein Kabel usw.) 24 zwischen der Batterie 14 und der Lichtmaschine 10 ist die primäre Verbindung, die von dem hier erörterten Algorithmus überwacht wird. An einem Ende 26 endet der Draht 24 an der Lichtmaschine 10 dort, wo die Lichtmaschinenausgangsspannung VALT gemessen wird. Am anderen Ende 28 endet der Draht 24 an der Batterie 14 dort, wo die Batteriespannung VBATT gemessen wird. Obwohl ein Bruch oder eine Unterbrechung an einer beliebigen Stelle entlang des Drahts 24 auftreten kann, sind es die Enden 26, 28 des Drahts, bei denen elektrische Unterbrechungen, sich lösende Verbinder und/oder Kontaktwiderstände aufgrund von Korrosion zunehmen können.
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Der nachstehend im Detail erörterte Algorithmus ist ausgestaltet, um die Gesundheit des Drahts 24 bei zwei primären Szenarien zu überwachen, die das Systemverhalten beschreiben, wenn eine zeitweise aussetzende elektrische Verbindung eine Überspannungsbedingung am Ausgangsanschluss 26 der Lichtmaschine verursacht. Es gibt drei Messgrößen, die zur Implementierung dieses Algorithmus verwendet werden, die Feldspannung VFIELD, die Batteriespannung VBATT und das Tastverhältnis der Feldspannung VFIELD. Jede dieser Größen wird bereits von existierenden Sensoren und existierender Hardware gemessen. Folglich benötigt die Implementierung des hier offenbarten Überwachungssystems und -verfahrens keine zusätzliche Ausrüstung.
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Das erste Szenario tritt auf, wenn das Verbindungsproblem schwer genug ist, um ein existierendes Überspannungsschutzschema auszulösen. Der ausgelöste Überspannungsschutz bewirkt, dass das Tastverhältnis der Feldspannung VFIELD gegen null geht oder null wird und dass die bei der Batterie gemessene Spannung VBATT von der Lichtmaschinen-Nennausgangsspannung VALT, die im Allgemeinen bei etwa 14 Volt liegt, auf die tatsächliche Batteriespannung VBATT fällt, die etwa 12,5 Volt beträgt.
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Beim zweiten Szenario ist das Verbindungsproblem nicht so schwerwiegend und löst daher keinerlei Überspannungsschutzschema aus. Unter diesen Umständen wird stattdessen das Tastverhältnis der Feldspannung VFIELD nicht gegen null gehen oder null werden und der Spitzenwert der Feldspannung VFIELD, welcher die tatsächliche Lichtmaschinenausgangsspannung VALT ist, unterscheidet sich von der Batteriespannung VBATT. Dieses Szenario trifft auch für Verbindungen mit hoher Impedanz aufgrund von korrodierten Kontakten zu.
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2A ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Algorithmus 30 zur Überwachung des Gesundheitszustands der Verbindungen zwischen der Batterie 14 und der Lichtmaschine 10 veranschaulicht. Vor der Einleitung des Algorithmus werden bei Schritt 32 einige Vorbedingungen geprüft. Bei einer Ausführungsform umfassen die Vorbedingungen das Verifizieren, dass das elektronische Steuerungsmodul des Fahrzeugs den Motor nicht entlädt und dass keine Störungen vorliegen, die mit dem Anschluss der Referenzspannung VREF oder dem Anschluss der Feldspannung VFIELD in Verbindung stehen. Wenn die Vorbedingungen erfüllt sind, detektiert der Algorithmus 30 gleichzeitig Bedingungen, die jedem der vorstehend erörterten beiden Szenarien zugeordnet sind. Um die Erläuterung zu vereinfachen, werden die Verfahren zum Detektieren von Bedingungen, die jedem der zwei Szenarien zugeordnet sind, jedoch nacheinander erörtert.
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Um das erste Szenario zu detektieren, bei dem ein Überspannungsschema ausgelöst wird, werden bei Schritt 34 das Tastverhältnis der Feldspannung VFIELD und die Batteriespannung VBATT erfasst. Bei Schritt 36 ermittelt der Algorithmus 30, ob das Tastverhältnis der Feldspannung VFIELD kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, der in den meisten Fällen nahe bei null liegen wird. Wenn das Tastverhältnis der Feldspannung VFIELD nicht kleiner als der Schwellenwert ist, kehrt der Algorithmus zur Vorbedingungsstufe bei Schritt 32 zurück. Wenn das Tastverhältnis der Feldspannung VFIELD kleiner als der Schwellenwert ist, ermittelt der Algorithmus 30 bei den Schritten 38 bzw. 40, ob es eine wesentliche Veränderung bei der Batteriespannung VBATT gegeben hat und wie lange die Veränderung gedauert hat. Somit ermittelt der Algorithmus 30 bei Schritt 38, ob die Batteriespannung VBATT zum Zeitpunkt null minus der Batteriespannung VBATT zum Zeitpunkt t1 größer als ein erster Spannungsschwellenwert VTHRESHOLDa ist. Wenn die Differenz bei der Batteriespannung VBATT in der angegebenen Zeitperiode (d. h. t = 0 bis t = t1) nicht größer als VTHRESHOLDa ist, kehrt der Algorithmus zu der Vorbedingungsstufe bei Schritt 32 zurück. Wenn die Differenz bei der Batteriespannung VBATT größer als VTHERSHOLDa ist, ermittelt der Algorithmus 30 bei Schritt 40, ob die Zeitperiode, in welcher eine Differenz bei der Batteriespannung VBATT vorliegt, ein vorbestimmtes Zeitintervall TINT überschreitet. Wenn die Differenz bei der Batteriespannung VBATT VTHRESHOLDa für eine Zeit überschreitet, die langer als das Zeitintervall TINT ist, dann wurde die Lichtmaschine 10 vollständig von der Batterie 14 getrennt. Wenn die Differenz bei der Batteriespannung VBATT andernfalls VTHRESHOLDa überschritten hat, aber nicht länger als das Zeitintervall TINT, tritt das Problem zeitweise auf und der Algorithmus wird von der Detektionsstufe zu einer Bewertungsstufe weitergehen, die nachstehend im Detail beschrieben wird.
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Um das zweite Szenario zu detektieren, bei dem das Problem nicht schwer genug ist, um ein Überschutzschema auszulösen, erfasst der Algorithmus 30 bei Schritt 42 die Feldspannung VFIELD und die Batteriespannung VBATT. Bei Schritt 44 wird die Batteriespannung VBATT von der Feldspannung VFIELD subtrahiert, um eine Unterbrechungsspannung VINT zu ermitteln. Bei Schritt 46 ermittelt der Algorithmus 30, ob die Unterbrechungsspannung VINT zu einem Zeitpunkt t größer als ein zweiter Spannungsschwellenwert VTHRESHOLDb ist. Wenn nicht, kehrt der Algorithmus zu der Vorbedingungsstufe bei Schritt 32 zurück. Andernfalls ermittelt der Algorithmus 30 bei Schritt 48, ob die Zeitspanne, in der die Unterbrechungsspannung VINT größer als der Spannungsschwellenwert VTHRESHOLDb ist, ein vorbestimmtes Zeitintervall TINT überschreitet. Wenn das Zeitintervall TINT überschritten wird, dann wurde die Lichtmaschine 10 vollständig von der Batterie 14 getrennt. Wenn jedoch die Zeitspanne, in der die Unterbrechungsspannung VINT größer als der Spannungsschwellenwert VTHRESHOLDb ist, das Zeitintervall TINT nicht überschreitet, tritt das Problem zeitweise auf und der Algorithmus wird von der Detektionsstufe zu einer Bewertungsstufe weitergehen, die nachstehend im Detail beschrieben wird.
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2B ist ein Flussdiagramm, das die Bewertungsstufe des Algorithmus 30 veranschaulicht. Die Bewertungsstufe beginnt bei Schritt 50, bei dem ein Unterbrechungsmesszähler N durch mindestens eine negative Bedingung entweder bei Schritt 40 oder bei Schritt 48 inkrementiert wird. Mit anderen Worten wird der Zähler N um eins inkrementiert, wenn eine oder beide Bedingungen bei Schritt 40 oder 48 nicht erfüllt sind.
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Als nächstes wird bei Schritt 52 die Anzahl der Unterbrechungen und die Zuwachsrate (dN/dt) für diese Unterbrechungen überwacht und ein Trend im Lauf der Zeit wird für die Anzahl von Unterbrechungen erzeugt, die im Zähler N aufgelaufen sind. Bei Schritt 54 ermittelt der Algorithmus 30, ob die Zuwachsrate der Unterbrechungen größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Wenn nicht, dann wird die Rate der zeitweisen Unterbrechungen noch nicht als signifikant genug angesehen, um eine Warnung zu signalisieren, und der Algorithmus kehrt zu der Vorbedingungsstufe bei Schritt 32 zurück. Wenn die Rate von zeitweisen Unterbrechungsereignissen jedoch über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, kann es sein, dass ein ernstes Problem bei der Verbindung zwischen der Lichtmaschine 10 und der Batterie 14 im Entstehen begriffen ist, und eine Warnung wird signalisiert. Die Signalisierung einer Warnung kann an den Fahrzeugbediener durch ein flexibles fahrzeugeigenes Rechnersystem wie etwa OnStarTM oder an einen Händler erfolgen.
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Das hier beschriebene System kann auf einer oder mehreren geeigneten Recheneinrichtungen implementiert sein, welche im Allgemeinen Anwendungen umfassen, die Softwareanwendungen sein können, die als ein Satz von computerlesbaren Anweisungen in einem computerlesbaren Medium in der Recheneinrichtung berührbar ausgeführt sind. Die Recheneinrichtung kann eine beliebige einer Anzahl von Recheneinrichtungen sein, etwa ein Personalcomputer, ein Prozessor, eine tragbare Recheneinrichtung usw.
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Recheneinrichtungen enthalten allgemein jeweils Anweisungen, die durch eine oder mehrere Einrichtungen, etwa diejenigen, die vorstehend aufgezählt sind, ausführbar sind. Für einen Rechner ausführbare Anweisungen können aus Computerprogrammen kompiliert oder interpretiert werden, die unter Verwendung einer Vielzahl von Programmiersprachen und/oder Technologien erzeugt wurden, die ohne Beschränkung und entweder allein oder in Kombination JavaTM, C, C++, Visual Basic, Java Script, Perl, usw. umfassen. Im Allgemeinen empfängt ein Prozessor (z. B. ein Mikroprozessor) Anweisungen, z. B. aus einem Speicher, einem computerlesbaren Medium usw. und führt diese Anweisungen aus, wodurch ein oder mehrere Prozesse ausgeführt werden, welche einen oder mehrere der hier beschriebenen Prozesse umfassen. Derartige Anweisungen und andere Daten können unter Verwendung einer Vielfalt von bekannten computerlesbaren Medien gespeichert und übertragen werden.
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Ein computerlesbares Medium umfasst jedes Medium, das am Bereitstellen von Daten (z. B. Anweisungen) teilnimmt und von einer Recheneinrichtung wie etwa einem Computer gelesen werden kann. Ein derartiges Medium kann viele Formen annehmen, die ohne Einschränkung nichtflüchtige Medien, flüchtige Medien und Übertragungsmedien umfassen. Nichtflüchtige Medien umfassen beispielsweise optische oder magnetische Platten und anderen persistenten Speicher. Flüchtige Medien umfassen dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM), der typischerweise einen Hauptspeicher bildet. Geläufige Formen von computerlesbaren Medien umfassen jedes Medium, von dem ein Computer lesen kann.
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Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung zur Veranschaulichung und nicht zur Beschränkung gedacht ist. Beim Lesen der vorstehenden Beschreibung werden sich Fachleuten viele alternative Ansätze oder Anwendungen für die bereitgestellten Beispiele offenbaren. Der Schutzumfang der Erfindung soll nicht mit Bezugnahme auf die vorstehende Beschreibung ermittelt werden, sondern soll stattdessen mit Bezug auf die beigefügten Ansprüche zusammen mit dem vollen Umfang an Äquivalenten, zu dem diese Ansprüche berechtigen, ermittelt werden. Es wird angenommen und ist beabsichtigt, dass in den hier erörterten Gebieten weitere Entwicklungen auftreten werden, und dass die offenbarten Systeme und Verfahren in derartige weitere Beispiele eingebaut werden. Zusammenfassend ist zu verstehen, dass die Erfindung modifiziert und variiert werden kann und nur durch die folgenden Ansprüche begrenzt ist.
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Die vorliegenden Ausführungsformen, die nur Darstellungen der besten Modi sind, wurden speziell gezeigt und beschrieben. Der Fachmann versteht, dass beim Umsetzen der Ansprüche in die Praxis verschiedene Alternativen zu den hier beschriebenen Ausführungsformen entwickelt werden können, ohne den Geist und den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, und dass das Verfahren und System im Umfang dieser Ansprüche und ihrer Äquivalente dadurch abgedeckt sind. Diese Beschreibung ist so aufzufassen, dass sie alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen von hier beschriebenen Elementen enthält, und Ansprüche können in dieser oder einer späteren Anmeldung für eine beliebige neue und nicht offensichtliche Kombination dieser Elemente präsentiert werden. Darüber hinaus dienen die vorstehenden Ausführungsformen der Veranschaulichung und kein einziges Merkmal oder Element ist für alle möglichen Kombinationen, die in dieser oder einer späteren Anmeldung beansprucht werden können, essentiell.
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Allen Begriffen, die in den Ansprüchen verwendet sind, soll ihre breiteste vernünftige Konstruktion und ihre übliche Bedeutung, wie sie von Fachleuten verstanden wird, gegeben werden, sofern hier nicht eine explizite Angabe des Gegenteils gemacht wurde. Insbesondere soll die Verwendung der Singularartikel, wie etwa ein, eine, der, die, das, usw. so gelesen werden, dass eines oder mehrere der benannten Elemente aufgeführt wird, sofern nicht ein Anspruch eine explizite Begrenzung auf das Gegenteil aufführt.
