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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen eines Lichtbogens in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, die zum Messen der Spannung und/oder des Stroms wenigstens eines Verbrauchers des Bordnetzes ausgebildet ist und ein Auswertemittel zum Erkennen ungewöhnlicher Messwerte der Spannung und/oder des Stroms aufweist.
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Beim Öffnen von Stromkreisen mittels Schaltern, Steckverbindungen oder Sicherungen oder bei Defekten in stromführenden Leitungen in Bordnetzen von Kraftfahrzeugen kann es zur Bildung von Lichtbögen kommen. Falls der Lichtbogen nicht verlöscht, können gravierende Schäden im Bordnetz entstehen, insbesondere können stromführende Leitungen beschädigt werden oder sogar in Brand geraten.
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In der
DE 103 33 674 A1 wird ein Lichtbogenüberwachungssystem in einem Bordnetz beschrieben, bei dem eine Spannungs- oder Stromänderung erfasst wird, um auf diese Weise das Vorhandensein eines Lichtbogens zu identifizieren.
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Eine Anordnung zur Erkennung von Lichtbögen und/oder Kurzschlüssen in einem Stromkreis ist aus der
DE 10 2004 056 868 A1 bekannt. Die Anordnung ist als Halbleiterschalterkreis ausgebildet, der sowohl einen Stromsensor als auch ein Schaltmittel umfasst. Der Stromsensor dient zur Erkennung von Lichtbögen, mit dem Schaltmittel wird der entsprechende Stromkreis unterbrochen.
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In der
DE 10 2004 037 193 A1 wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung von Lichtbögen in einem Stromkreis vorgeschlagen, wobei Rauschsensormittel zur Erfassung eines Wechselstromanteils oder eines Wechselspannungsanteils vorgesehen sind, um eine für einen Lichtbogen typische Veränderung des Stroms zu detektieren. Dabei wird einerseits das Kriterium des Wechselstromanteils als auch das Kriterium einer Stromänderung berücksichtigt, um das Vorhandensein eines Lichtbogens von anderen Veränderungen elektromagnetischer Felder zu unterscheiden. Mittels Filtern können Schwellenwerte für den Strom überwacht werden, bei deren Überschreitung das Vorliegen eines Lichtbogens erkannt werden kann. In ähnlicher Weise kann eine Flanke eines Stromanstiegs oder eines Stromabfalls detektiert werden, um das Auftreten eines Lichtbogens zu erfassen.
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In der
DE 101 32 952 A1 wird ein Verfahren zum Schutz eines Leitungsnetzes beim Auftreten eines seriellen Lichtbogens vorgeschlagen, bei dem eine Spannung überwacht und bei einem auftretenden Spannungsabfall der über die zugehörige Leitung fließende Strom zumindest reduziert wird, um den Lichtbogen zu löschen. Diese Idee geht davon aus, dass beim Auftreten eines Lichtbogens ein Spannungsabfall bis zu einer gewissen Höhe vorhanden ist. Zur Erkennung des Lichtbogens wird die zugehörige Spannung überwacht, beim Auftreten eines Spannungsabfalls wird die Spannung reduziert, um den Lichtbogen zu löschen.
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In der
DE 103 59 532 B3 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung einer breitbandigen Rauschquelle in einem Gleichspannungs-Verteilungsnetz beschrieben. Dabei ist ein Filter mit einer veränderbaren Frequenzlage vorgesehen, so dass mittels eines Mikroprozessors die Frequenz des Filters verändert und die zugehörige spektrale Amplitude eines gefilterten Signals ermittelt wird. Auf diese Weise wird ein Frequenzbereich abschnittsweise auf das Vorhandensein einer breitbandigen Rauschquelle untersucht, um einen Lichtbogen zu erkennen. Bei diesem Verfahren sind allerdings zusätzliche elektronische Komponenten wie der Mikroprozessor und entsprechende Peripheriebausteine erforderlich, um den Frequenzbereich zu untersuchen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erkennen eines Lichtbogens in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs anzugeben, die keine aufwendigen und kompliziert aufgebauten Hardwarekomponenten benötigt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass sie zur Durchführung einer Spektrumanalyse beim Auftreten ungewöhnlicher Messwerte zum Erfassen breitbandiger Signale mittels eines Radioempfängers des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine äußerst zuverlässige Detektion von Lichtbögen erfolgen kann, indem ein ohnehin im Kraftfahrzeug vorhandener Radioempfänger zweckentfremdet wird, um durch Scannen eines Frequenzbereichs das Vorhandensein eines Lichtbogens zu erkennen.
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Bei dem Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in einem ersten Schritt mittels des Auswertemittels überwacht, ob ungewöhnliche Messwerte der Spannung und/oder des Stroms eines Verbrauchers vorliegen. Zum Erkennen der ungewöhnlichen Messwerte ist der Radioempfänger nicht erforderlich, die Erkennung erfolgt lediglich anhand des Auswertemittels. Der Begriff „Verbraucher” ist in diesem Zusammenhang breit zu verstehen, beispielsweise kann es sich dabei auch um Schalter, Steckverbindungen oder andere miteinander in Kontakt bringbare und wieder trennbare Komponenten handeln, zwischen denen die Entstehung eines Lichtbogens möglich ist. Dabei kann es vorgesehen sein, dass jedem Verbraucher ein entsprechendes Auswertemittel zugeordnet ist, alternativ oder zusätzlich kann das Auswertemittel in einem Multiplexverfahren eine Vielzahl von Verbrauchern überwachen. Das Verhalten der meisten Verbraucher in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs ist vorhersehbar, d. h. für den Stromverbrauch und den Spannungsabfall sind typische Werte bekannt, die sich innerhalb bestimmter, bekannter Grenzen befinden. Ein ungewöhnlicher Messwert für den Strom oder die Spannung liegt dann vor, wenn die normalerweise beim Betrieb üblichen Messwerte über- oder unterschritten werden. Die normalen oder üblichen Messwerte definieren somit einen Bereich, der einen unteren und einen oberen Grenzwert aufweist, bei deren Überschreitung ein ungewöhnlicher Messwert vorliegt. Nur dann, wenn ein ungewöhnlicher Messwert für den Strom oder die Spannung detektiert worden ist, wird mittels des Radioempfängers des Kraftfahrzeugs eine Spektrumanalyse durchgeführt, da das Vorhandensein eines Lichtbogens typischerweise als breitbandiges Rauschen erfasst werden kann. Wenn beide Voraussetzungen vorliegen, kann davon ausgegangen werden, dass ein Lichtbogen vorhanden ist. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, dass sie mittels des ohnehin vorhandenen Radioempfängers umgesetzt werden kann, so dass keine zusätzlichen Hardwarekomponenten wie ein Spektrumanalysator erforderlich sind.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass beim Auftreten eines Lichtbogens die an dem zugehörigen Verbraucher anliegende Spannung reduziert oder abgeschaltet wird. Durch die Reduktion der Spannung wird der Lichtbogen gelöscht und eine Beschädigung der entsprechenden Kontaktkomponente wie ein Schalter oder ein Steckkontakt wird vermieden.
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Es ist besonders vorteilhaft, dass der Radioempfänger eine galvanisch vom Bordnetz getrennte Antenne aufweist, mittels der elektromagnetische Felder für die Spektrumanalyse empfangbar sind. Dadurch ergibt sich der große Vorteil, dass durch die galvanisch vom Bordnetz getrennte Antenne eine Entkopplung gegeben ist, so dass Störsignale des Bordnetzes, die durch Schaltvorgänge, Elektromotoren, Xenonscheinwerfer oder dergleichen verursacht sind, von Lichtbögen unterschieden werden können. Wenn beispielsweise ein Xenonscheinwerfer ein Störsignal im Bordnetz verursacht, führt dies nicht zu ungewöhnlichen Messwerten der Spannung und/oder des Stroms, so dass die Spektrumanalyse mittels des Radioempfängers nicht durchgeführt wird. Die Spektrumanalyse wird nur dann durchgeführt, wenn ungewöhnliche Messwerte der Spannung und/oder des Stroms erfasst worden sind, d. h. eine erkannte Unplausibilität in der Spannungs- und Strommessung wird mittels der Spektrumanalyse untersucht, um herauszufinden, ob tatsächlich ein Lichtbogen vorhanden ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann besonders einfach realisiert werden, wenn der Radioempfänger zumindest zum Empfang von Ultrakurzwellen, insbesondere im Frequenzbereich von 30–300 MHz, insbesondere im Bereich der Rundfunkbänder und/oder zum Empfang von Mittelwellen, insbesondere im Frequenzbereich von 300 kHz–3000 kHz, ausgebildet ist. Dieser Frequenzbereich, insbesondere die üblicherweise für die Rundfunkaussendung verwendeten Frequenzen, können im Rahmen der Spektrumanalyse gescannt werden, um einen Lichtbogen zu erfassen.
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Um bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Auftreten eines Lichtbogens von normalen Spannungs- oder Stromschwankungen zu unterscheiden, kann es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Auswertemittel zum Erkennen ungewöhnlicher Messwerte beim Auftreten einer Grenzwertüberschreitung ausgebildet ist. Die Grenzwerte können vorzugsweise als oberer und unterer Grenzwert gespeichert oder in einer Datenbank hinterlegt sein, so dass mittels des Auswertemittels eine Grenzwertüberschreitung festgestellt werden kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Grenzwerte dynamisch festgelegt werden, um das Nutzerverhalten zu berücksichtigen.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst eine Vorrichtung zum Erkennen eines Lichtbogens der beschriebenen Art.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erkennen eines Lichtbogens in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs durch Messen der Spannung und/oder des Stroms wenigstens eines Verbrauchers des Bordnetzes, wobei ungewöhnliche Messwerte der Spannung und/oder des Stroms durch ein Auswertemittel erkannt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftreten ungewöhnlicher Messwerte eine Spektrumanalyse zum Erfassen breitbandiger Signale mittels eines Radioempfängers des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird.
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In den Unteransprüchen sind weitere Ausgestaltungen der Erfindung erläutert.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erkennen eines Lichtbogens im Bordnetz, und
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2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen eines Lichtbogens in einem Bordnetz.
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Das in 1 gezeigte Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Bordnetz mit einer Vielzahl von Verbrauchern, die zumindest teilweise mittels Schaltern 2 oder Steckkontakten elektrisch miteinander verbunden oder getrennt werden können. In bestimmten Fällen, beispielsweise wenn Spannungen verwendet werden, die höher als 12 V sind, kann es zum Auftreten von Lichtbögen kommen, die wiederum Störsignale erzeugen und die entsprechenden Schalter, Steckkontakte oder Verbindungsleitungen beschädigen können.
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Zum Erkennen eines Lichtbogens in einem Bordnetz ist daher ein Auswertemittel 3 vorgesehen, das zum Messen der Spannung und/oder des Stroms von Verbrauchern ausgebildet ist. Das Auswertemittel erfasst den Spannungsabfall an einem Verbraucher und dem von dem Verbraucher verbrauchten Strom. Es sind auch andere Ausführungen denkbar, bei denen lediglich der Spannungsabfall bzw. lediglich der Strom erfasst wird. Obwohl in 1 lediglich ein Schalter 2 als Verbraucher dargestellt ist, ist das Auswertemittel in der Lage, eine Vielzahl von Verbrauchern hinsichtlich des Spannungsabfalls und des Stromverbrauchs zu überwachen. Die einzelnen Verbraucher können dabei sequentiell oder parallel überwacht bzw. abgefragt werden. Nach dem Erfassen der Messwerte für den Spannungsabfall und den Stromverbrauch werden diese ausgewertet, indem geprüft wird, ob die Messwerte innerhalb vorgegebener Grenzen liegen. Dazu sind in dem Auswertemittel für jeden Verbraucher obere und untere Grenzwerte hinterlegt, deren Über- bzw. Unterschreitung überprüft wird. Für jeden Verbraucher ist somit ein Fenster durch Messwerte definiert, die als normal angesehen werden. Wenn die Messwerte hingegen unterhalb des unteren Grenzwerts bzw. oberhalb des oberen Grenzwerts liegen, werden die Messwerte als ungewöhnlich angesehen. Bei anderen Ausführungen können Messwerte mehrerer Verbraucher voneinander abhängig sein, dementsprechend können die Grenzwerte auch als mehrdimensionales Kennfeld hinterlegt sein. Außerdem kann mit der Strommessung der Frequenzbereich vorhergesagt werden, in dem der Lichtbogen auftritt.
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Falls durch das Auswertemittel das Vorliegen ungewöhnlicher Messwerte erfasst worden ist, wird eine Spektrumanalyse durchgeführt, da ein Lichtbogen ein typisches breitbandiges Rauschsignal hervorruft. Zur Durchführung der Spektrumanalyse dient ein Radioempfänger 4 des Kraftfahrzeugs 1, der die von ihm empfangbaren Frequenzbereiche abtastet um Rauschsignale zu erfassen, die zeitgleich zu den ungewöhnlichen Spannungs- oder Strommesswerten auftreten. Der Radioempfänger 4 umfasst eine galvanisch vom Bordnetz getrennte Antenne 11. Wenn gleichzeitig zu ungewöhnlichen Spannungs- und/oder Strommesswerten im Rahmen der Spektrumanalyse erfasste breitbandige Rauschsignale erfasst werden, kann davon ausgegangen werden, dass ein Lichtbogen vorliegt. Anhand der erkannten ungewöhnlichen Messwerte ist auch bekannt, bei welchem Verbraucher der Lichtbogen auftritt. Als Gegenmaßnahme wird die an dem zugehörigen Verbraucher anliegende Spannung reduziert oder abgeschaltet, wodurch der Lichtbogen erlischt.
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Das Verfahren wird anhand des Ablaufdiagramms 5 in 2 erläutert. Nach dem Start des Verfahrens wird im Rahmen einer Strommessung 6 der einem Verbraucher zugeführte Strom gemessen und überprüft, ob dieser Messwert innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte liegt. Falls ein ungewöhnlicher Messwert vorliegt, wird zur Spektrumanalyse 7 verzweigt. Wenn hingegen die Messwerte des Stroms innerhalb der Grenzwerte liegen, wird eine Spannungsmessung 8 durchgeführt, um einen Spannungsabfall an dem jeweiligen Verbraucher zu erfassen. Beim Vorhandensein ungewöhnlicher Messwerte wird zur Spektrumanalyse 7 verzweigt, anderenfalls wird das Verfahren erneut von Beginn an durchgeführt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird lediglich ein Verbraucher überwacht, in der Praxis überwacht das Auswertemittel jedoch eine Vielzahl von Verbrauchern.
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Im Rahmen der Spektrumanalyse 7 wird mittels des Radioempfängers 4 eine Abtastung der empfangbaren Frequenzen vorgenommen, um breitbandige Störsignale zu erfassen. Dementsprechend werden von dem Radioempfänger 4 empfangbare Frequenzbereiche, bei denen es sich primär um Rundfunkbänder handelt, abgetastet.
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Sofern im Rahmen der Spektrumanalyse breitbandige Störsignale erfasst worden sind, kann im Verfahrensschritt 9 darauf geschlossen werden, dass ein Lichtbogen vorliegt. In diesem Fall folgt eine Spannungsreduzierung 10, damit der Lichtbogen erlischt. Wenn die anderenfalls im Verfahrenschritt 9 vorgenommene Auswertung ergibt, dass keine breitbandigen Störsignale vorhanden sind, beginnt das Verfahren erneut.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10333674 A1 [0003]
- DE 102004056868 A1 [0004]
- DE 102004037193 A1 [0005]
- DE 10132952 A1 [0006]
- DE 10359532 B3 [0007]
