DE102011103172A1

DE102011103172A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines parasitären Widerstands für ein Kraftfahrzeug-Steuergerät

Info

Publication number: DE102011103172A1
Application number: DE102011103172A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Ohlig; Matthias Fuchs; Marco Junglas; Lutz Muders
Original assignee: Lucas Automotive GmbH
Current assignee: ZF Active Safety GmbH
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2012-12-06

Abstract

Es wird eine Technik zum Ermitteln eines parasitären Widerstands im Versorgungspfad eines elektronischen Kraftfahrzeug-Steuergeräts angegeben. Das Steuergerät weist zwei Anschlüsse auf, die mit je einem Pol einer Fahrzeug-Batterie verbunden sind. Gemäß einem Verfahrensaspekt wird ein erster Spannungsabfall an den beiden Anschlüssen in einem hochohmigen Zustand und ein zweiter Spannungsabfall in einem niederohmigen Zustand des Steuergeräts gemessen. Der parasitäre Widerstand wird dann aus dem ersten Spannungsabfall, dem zweiten Spannungsabfall sowie der dem zweiten Spannungsabfall zugeordneten Stromstärke ermittelt. Der solchermaßen ermittelte parasitäre Widerstand kann auf unterschiedliche Art und Weise verwendet werden, etwa zur verbesserten Zuspannkraftermittlung für eine elektrische Parkbremse.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das Gebiet der elektronischen Steuergeräte für Kraftfahrzeuge. Derartige Steuergeräte werden auch Electronic Control Units (ECUs) genannt. Im Besonderen werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines parasitären Widerstands im Versorgungspfad eines elektronischen Kraftfahrzeug-Steuergeräts beschrieben.
Hintergrund
In der WO 2004/083000 A1 wird ein System aus mehreren, miteinander vernetzten elektronischen Steuergeräten vorgestellt. Das Steuergerät-System ist zur Überwachung eines Fahrzeug-Bordnetzes ausgebildet ist. Ziel der Überwachung ist die Früherkennung des Ausfalls einer elektrischen Parkbremse (EPB) aufgrund unzureichender Batteriekapazität.
Gemäß der WO 2004/083000 A1 wird zur Bordnetz-Überwachung in einem ersten Schritt eine elektrische Last (wie eine Fahrzeug-Klimaanlage) durch das ihr zugeordnete Steuergerät eingeschaltet. Bei eingeschalteter elektrischer Last misst ein zweites Steuergerät, nämlich das EPB-Steuergerät, die Batterie-Spannung. Das Ergebnis der Messung wird an ein drittes Steuergerät ausgegeben. Das dritte Steuergerät verarbeitet das Messergebnis und veranlasst weitergehende Maßnahmen, wie die Ausgabe einer Warnung an den Fahrer.
Korrosion sowie mechanische Beanspruchung der Stecker und der elektrischen Zuleitungen eines elektrischen Steuergeräts führen zu parasitären Widerständen und beeinträchtigen dessen Funktion. So wird im Fall der Bordnetz-Überwachung gemäß der WO 2004/083000 A1 das Messergebnis durch parasitäre Widerstände im Versorgungspfad des die Batterie-Spannung messenden Steuergeräts verfälscht. Aus diesem Grund kann es fälschlicherweise zu einer Warnung vor einer zu geringen Batterie-Kapazität kommen.
Die Verfälschung von Messergebnissen durch parasitäre Widerstände spielt auch bei der Zuspannkraftermittlung in einem EPB-Steuergerät eine Rolle. Wie in der DE 197 32 168 A beschrieben, bestimmt das EPB-Steuergerät die Zuspannkraft an einer Radbremse auf der Grundlage einer Stromaufnahme des elektromechanischen EPB-Aktuators. Kommt es aufgrund parasitärer Widerstände zu einer fehlerhaften Bestimmung der Stromaufnahme, kann auch die Zuspannkraft nicht mehr zuverlässig bestimmt werden.
Kurzer Abriss
Es sind daher Maßnahmen anzugeben, die es ermöglichen, den parasitären Widerstand im Versorgungspfad eines elektronischen Steuergeräts zu ermitteln.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Ermitteln eines parasitären Widerstands im Versorgungspfad eines elektronischen Kraftfahrzeug-Steuergeräts angegeben, wobei das Steuergerät zwei Anschlüsse aufweist, die mit je einem Pol einer Fahrzeugzeug-Batterie verbunden sind. Das Verfahren umfasst die Schritte des Messens eines ersten Spannungsabfalls an den zwei Anschlüssen in einem hochohmigen Zustand des Steuergeräts, des Messens eines zweiten Spannungsabfalls an den zwei Anschlüssen in einem niederohmigen Zustand des Steuergeräts bei einem Stromfluss einer gewissen Stromstärke und des Ermittelns des parasitären Widerstands aus dem ersten Spannungsabfall, dem zweiten Spannungsabfall und der Stromstärke.
Gemäß einer Variante wird der parasitäre Widerstand auf der Grundlage folgender Formel ermittelt:
wobei R_para der parasitäre Widerstand, U_K30(t₁) der erste Spannungsabfall, U_K30(t₂) der zweite Spannungsabfall und I_test die Stromstärke ist. Die oben angegebene Formel kann um weitere Parameter und Terme ergänzt werden, um die Ermittlung des parasitären Widerstands zu verfeinern.
Der Stromfluss im niederohmigen Zustand kann auf verschiedene Art und Weise erzeugt werden. Beispielsweise kann in das Steuergerät ein Teststrom eingespeist werden. Gemäß einer anderen Variante kann ein dem Steuergerät zugeordneter Verbraucher eingeschaltet werden, um den Stromfluss zu erzeugen. Im zuletzt genannten Fall können sich beim Messen des zweiten Spannungsabfalls alle übrigen elektrischen Verbraucher des Kraftfahrzeugs im Ruhezustand befinden. Ausgenommen hiervon sind gegebenenfalls elektrische Verbraucher mit einer Stromaufnahme, die gegenüber der Stromaufnahme des dem Steuergerät zugeordneten Verbrauchers vernachlässigbar ist.
Dem Steuergerät kann ein Hochstromverbraucher zugeordnet sein, beispielsweise ein Verbraucher, der einen Strom von einem 1 A oder mehr (z. B. von über 5 A) zieht. Dementsprechend kann zwischen den beiden Steuergerät-Anschlüssen ein Hochstrompfad verlaufen. Als beispielhafte Hochstromverbraucher können die Kraftfahrzeug-Klimaanlage sowie ein elektromechanischer Bremsaktuator (z. B. ein EPB-Aktuator) genannt werden.
Im Rahmen der Ermittlung des parasitären Widerstands (z. B. auf Grundlage der oben angegebenen Formel) können zur Erhöhung der Ermittlungsgenauigkeit verschiedene Einflüsse berücksichtigt werden. Zu diesen Einflüssen kann der Innenwiderstand der Fahrzeug-Batterie gehören.
Gemäß einer Variante wird ein Spannungsreferenzsignal intern oder extern bezüglich des Steuergeräts bereitgestellt. Auf der Grundlage des Spannungsreferenzsignals kann ein erster parasitärer Widerstand zwischen einem ersten der beiden Anschlüsse und der Fahrzeug-Batterie und/oder ein zweiter parasitärer Widerstand zwischen einem zweiten der beiden Anschlüsse und der Fahrzeugbatterie ermittelt werden. Die Summe der beiden parasitären Widerstände kann dem gesamten parasitären Widerstand entsprechen.
Der parasitäre Widerstand kann wiederholt ermittelt werden. Ferner kann der wiederholt ermittelte parasitäre Widerstand abgespeichert werden, um ein zeitliches Verhalten des parasitären Widerstands zur Fehlererkennung auswerten zu können. Das Ermitteln des parasitären Widerstands kann in festgelegten Zeitintervallen oder bei Eintritt festgelegter Ereignisse (wie dem Abschalten des Motors oder dem Abstellen des Fahrzeugs) erfolgen.
Gemäß einer Variante wird das Verfahren für wenigstens zwei Kraftfahrzeug-Steuergeräte separat durchgeführt, um auf diese Weise zwei Werte für den parasitären Widerstand zu ermitteln. Zur Fehlererkennung können die beiden ermittelten Werte für den parasitären Widerstand miteinander verglichen werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann der ermittelte parasitäre Widerstand auch zur Plausibilisierung des mittels eines anderen Verfahrens bestimmten parasitären Widerstands herangezogen werden.
Das Kraftfahrzeug-Steuergerät kann zusammen mit einem den Verbraucher bildenden Elektromotor zu einem so-genannten Intelligenten Aktuator (Smart Actuator) integriert sein. Bei dem Elektromotor kann es sich um einen bürstenlosen Gleichstrom-Motor (BLDC) handeln.
Dem Kraftfahrzeug-Steuergerät können unterschiedliche Verbraucher des Kraftfahrzeugs zugeordnet sein. Gemäß einer Implementierung ist dem Steuergerät ein elektromechanischer Bremsaktuator (z. B. einer EPB) zugeordnet. In diesem Fall kann auf der Grundlage einer Stromaufnahme des elektromechanischen Bremsaktuators eine mittels des Bremsaktuators erzeugte Zuspannkraft bestimmt werden. Im Rahmen dieser Bestimmung kann der ermittelte parasitäre Widerstand berücksichtigt werden.
Das Steuergerät kann eine Messeinrichtung umfassen. Zumindest die Messschritte können dabei durch die Messeinrichtung des Steuergeräts durchgeführt werden. Gemäß einer Variante umfasst das Steuergerät ferner eine Verarbeitungseinrichtung zum Ermitteln des parasitären Widerstands. Gemäß einer anderen Variante ist die Verarbeitungseinrichtung in einem anderen Steuergerät oder einer anderweitigen Prozessoreinrichtung des Kraftfahrzeugs angeordnet.
Ebenfalls bereitgestellt wird ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung der hier vorgestellten Verfahrensaspekte, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Prozessoreinheit durchgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt kann auf einem prozessor-lesbaren Speichermedium abgespeichert sein.
Gemäß einem anderen Aspekt wird eine Vorrichtung zum Ermitteln eines parasitären Widerstands im Versorgungspfad eines elektronischen Kraftfahrzeug-Steuergeräts bereitgestellt, wobei das Steuergerät zwei Anschlüsse aufweist, die mit je einem Pol einer Fahrzeug-Batterie verbunden sind. Die Vorrichtung umfasst eine Messeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, zumindest einen ersten Spannungsabfall an den zwei Anschlüssen in einem hochohmigen Zustand des Steuergeräts und einen zweiten Spannungsabfall an den zwei Anschlüssen in einem niederohmigen Zustand des Steuergeräts bei einem Stromfluss einer gewissen Stromstärke zu messen, und eine Verarbeitungseinrichtung, die zum Ermitteln des parasitären Widerstands aus dem ersten Spannungsabfall, dem zweiten Spannungsabfall und der Stromstärke ausgebildet ist.
Die Vorrichtung kann ganz oder teilweise Teil des elektronischen Kraftfahrzeug-Steuergeräts sein.
Ebenfalls bereitgestellt wird ein Kraftfahrzeug-Bremssystem, welches die hier vorgestellte Vorrichtung, einen elektromechanischen Bremsaktuator, dem das elektronische Kraftfahrzeug-Steuergerät zugeordnet ist, sowie eine Einrichtung umfasst, die zum Bestimmen einer mittels des elektromechanischen Bremsaktuators erzeugten Zuspannkraft auf der Grundlage einer Stromaufnahme des Bremsaktuators unter Berücksichtigung des ermittelten parasitären Widerstands ausgebildet ist. Der elektromechanische Aktuator kann dabei einer elektrischen Parkbremse zugeordnet sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Aspekte, Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele sowie aus den Figuren. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Ermitteln eines parasitären Widerstands;
2A und 2B eine schaltungstechnische Veranschaulichung eines mit einer Fahrzeug-Batterie verbundenen Steuergeräts im hochohmigen sowie im niederohmigen Zustand;
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln eines parasitären Widerstands;
4 eine schaltungstechnische Veranschaulichung der Verwendung eines Spannungsreferenzsignals zur getrennten Ermittlung der parasitären Widerstände in den einzelnen Zuleitungen des Steuergeräts;
5 ein Diagramm, welches zeitliche Verläufe des parasitären Widerstands veranschaulicht;
6 ein Ausführungsbeispiel eines elektromechanischen Bremsaktuators in einer Schnittansicht;
7 ein Ausführungsbeispiel eines intelligenten Aktuators;
8 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Ermitteln eines parasitären Widerstands im Zusammenhang mit dem elektromechanischen Bremsaktuator gemäß 6; und
9 ein schematisches Diagramm eines mit zwei sich gegenseitig plausibilisierenden intelligenten Aktuator ausgestatteten Kraftfahrzeugs.
Detaillierte Beschreibung
1 zeigt in einem schematischen Blockdiagramm ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100 zum Ermitteln eines parasitären Widerstands im Versorgungspfad eines elektronischen Kraftfahrzeug-Steuergeräts. Die Vorrichtung 100 kann teilweise oder vollständig in das Steuergerät integriert sein.
Wie in 1 veranschaulicht, umfasst die Vorrichtung 100 eine Messeinrichtung 102 sowie eine Verarbeitungseinrichtung 104. Die Messeinrichtung 102 und die Verarbeitungseinrichtung 104 können teilweise oder vollständig durch einen Prozessor 106 der Vorrichtung 100 realisiert sein. Mit anderen Worten kann auf dem Prozessor 106 ein Computerprogrammprodukt ausgeführt werden, welches die Funktionen der Messeinrichtung 102 und der Verarbeitungseinrichtung 104 teilweise oder vollständig implementiert. Teile der Messeinrichtung 102 können schaltungstechnisch realisiert werden und gemäß einer optionalen Weiterbildung zusammen mit dem Prozessor 106 zu einem ASIC (Application Specific Integrated Circuit) integriert sein.
Die Messeinrichtung 102 ist dazu ausgebildet, Spannungsabfälle an zwei Steuergerät-Anschlüssen zu messen, die mit je einem Pol einer Fahrzeug-Batterie verbunden sind. Genauer gesagt misst die Messeinrichtung 102 einen ersten Spannungsabfall an den beiden Anschlüssen in einem hochohmigen Zustand des Steuergeräts und einen zweiten Spannungsabfall an den beiden Anschlüssen in einem niederohmigen Zustand des Steuergeräts bei einem Stromfluss einer bestimmten Stromstärke. Die Stromstärke kann fest vorgegeben sein oder von der Messeinrichtung 102 oder anderweitig gemessen werden.
Die Verarbeitungseinrichtung 104 ist zum Ermitteln des parasitären Widerstands ausgebildet. Der parasitäre Widerstand wird von der Verarbeitungseinrichtung 104 auf der Grundlage des gemessenen ersten Spannungsabfalls (im hochohmigen Zustand des Steuergeräts), des gemessenen zweiten Spannungsabfalls (im niederohmigen Zustand des Steuergeräts) sowie der gemessenen oder anderweitig bestimmten Stromstärke bestimmt.
Die 2A und 2B veranschaulichen schaltungstechnisch ein elektronisches Steuergerät (ECU) 108, in welcher die Vorrichtung 100 gemäß 1 ganz oder teilweise implementiert sein kann. Das Steuergerät 108 ist einem elektrischen Verbraucher des Kraftfahrzeugs zugeordnet. Der Verbraucher kann ein Hochstrom-Verbraucher mit einer Stromaufnahme von bis zu ungefähr 25 A sein (z. B. ein elektromechanischer Lenkungsaktuator, ein elektromechanischer Bremsaktuator, eine Klimananlage, usw.).
Das Steuergerät 108 besitzt zwei Anschlüsse K30, K31. Über diese beiden Anschlüsse K30, K31 ist das Steuergerät 108 mit einer Fahrzeug-Batterie 110 verbunden. Genauer gesagt ist das Steuergerät 108 über den Anschluss K30 mit einem Pluspol der Fahrzeug-Batterie 110 verbunden, während es über den Anschluss K31 auf Masse liegt und daher mit dem Masseanschluss der Fahrzeug-Batterie 110 verbunden ist. Im Ausführungsbeispiel gemäß den 2A und 2B entsprechen die beiden Anschlüsse K30, K31 den gleichlautenden Klemmenbezeichnungen gemäß DIN 72552. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die Anschlüsse des Steuergeräts 108 auch anderweitig konfiguriert sein könnten.
Zwischen den beiden Anschlüssen K30 und K31 des Steuergeräts 108 verläuft ein schaltbarer Hochstrompfad. Zu diesem Zweck ist ein Schalter S_ECU (z. B. eine entsprechende Transistoranordnung) im Hochstrompfad vorgesehen. Ferner ist im Hochstrompfad zu Veranschaulichungszwecken ein Widerstand R_ECU veranschaulicht, der dem Innen- bzw. Lastwiderstand des dem Steuergerät zugeordneten Verbrauchers entspricht.
Im Versorgungspfad zwischen den Anschlüssen K30, K31 des Steuergeräts 108 zur Fahrzeug-Batterie 110 ist ein parasitärer Widerstand R_para vorhanden. Wie in den 2A, 2B veranschaulicht, setzt sich der parasitäre Widerstand R_para aus zwei Komponenten zusammen, nämlich zum einen aus dem parasitären Widerstand R_para1 zwischen der Fahrzeug-Batterie 110 und dem Anschluss K30 und andererseits aus dem parasitären Widerstand R_para2 zwischen dem Anschluss K31 und der Fahrzeug-Batterie 110. Der parasitäre Widerstand R_para = R_para1 + R_para2 ist auf unterschiedliche Einflüsse zurückzuführen, wie Übergangswiderstände zwischen den Batterie-Zuleitungen und den Anschlüssen K30, K31 zugeordneten Steckkontakten (also Kontaktwiderstände), Leitungswiderstände zwischen dem Steuergerät 108 und der Fahrzeug-Batterie 110, und dergleichen.
Nachfolgend wird die Ermittlung des parasitären Widerstands R_para mittels der Vorrichtung 100 gemäß 1 für die Schaltungsszenarien gemäß 2A und 2B erläutert. Die Erläuterung erfolgt unter Bezugnahme auf das in dem Flussdiagramm 300 der 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Ermitteln des parasitären Widerstands R_para.
Anfänglich (zu einem ersten Zeitpunkt t₁) befindet sich das Steuergerät 108 in einem hochohmigen Zustand. Wie in 2A gezeigt, ist das Steuergerät 108 durch Öffnen des Schalters S_ECU in den hochohmigen Zustand versetzt worden. In diesem hochohmigen Zustand misst die Messeinrichtung 102 einen ersten Spannungsabfall U_K30(t₁) an den beiden Anschlüssen K30, K31 des Steuergeräts (Schritt 302 in 3). Aufgrund des parasitären Widerstands R_para ist dieser erste Spannungsabfall U_K30(t₁) geringer als die Batteriespannung U_Bat.
Anschließend (zu einem zweiten Zeitpunkt t₂) wird das Steuergerät 108 durch Schließen des Schalters S_ECU in einen niederohmigen Zustand versetzt (vgl. 2B). In diesem niederohmigen Zustand wird ein Stromfluss der Stromstärke I_test zwischen den beiden Anschlüssen K30, K31 des Steuergeräts 108 erzeugt. Der Stromfluss kann durch Einspeisen eines Teststroms oder durch Einschalten des dem Steuergerät 108 zugeordneten Verbrauchers erzeugt werden. Im niederohmigen Zustand des Steuergeräts 108 misst die Messeinrichtung 102 einen zweiten Spannungsabfall U_K30(t₂) an den beiden Anschlüssen K30, K31 (Schritt 304 in 3). Optional misst die Messeinrichtung darüber hinaus die Stromstärke I_test. Zu diesem Zweck kann ein Strommess-Shunt im Hochstrompfad des Steuergeräts 108 vorgesehen sein. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Stromstärke I_test fest vorgegeben (und daher im Voraus bekannt).
Nach den beiden Messschritten 302, 304 folgt in einem weiteren Schritt 306 das Ermitteln des parasitären Widerstands R_para aus den beiden Spannungsabfällen U_K30 (t₁) und U_K30 (t₂) sowie der Stromstärke I_test. Der parasitäre Widerstand kann auf unterschiedliche mathematische Art und Weise ermittelt werden. Wird beispielsweise der Ruhestrom im hochohmigen Zustand des Steuergeräts 108 gemäß 2A vernachlässigt, lässt sich der parasitäre Widerstand auf der Grundlage der folgenden Formel ermitteln:
Zur Verbesserung des Messergebnisses sind verschiedene Maßnahmen möglich. So kann beispielsweise der Einfluss eines Innenwiderstands R_i der Fahrzeug-Batterie 110 zusätzlich berücksichtigt werden (z. B. indem der Innenwiderstand R_i von dem gemäß der obigen Formel oder anderweitig ermittelten parasitären Widerstand R_para abgezogen wird). Ferner ist es denkbar, zumindest im Messschritt 304 alle übrigen elektrischen Verbraucher des Kraftfahrzeugs abzuschalten (so dass diese sich im Ruhezustand befinden).
In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, die parasitären Widerstände R_para1, R_para2 getrennt voneinander zu ermitteln. Zu diesem Zweck kann, wie in 4 veranschaulicht, ein Spannungsreferenzsignal U_ref bereitgestellt werden. Das Spannungsreferenzsignal U_ref kann unabhängig von der an den Anschlüssen K30 und K31 anliegenden Spannung intern oder extern bezüglich des Steuergeräts 108 definiert werden (z. B. an einem Referenzanschluss Kref des Steuergeräts 108; vgl. 4). Auf der Grundlage des Spannungsreferenzsignals U_ref lassen sich dann in Schritt 306 der erste parasitäre Widerstand R_para1 zwischen dem Anschluss K30 und der Fahrzeug-Batterie 110 sowie der zweite parasitäre Widerstand R_para2 zwischen dem Anschluss K31 und der Fahrzeug-Batterie 110 getrennt ermitteln.
Eine Möglichkeit, die parasitären Widerstände R_para1 und R_para1 getrennt voneinander zu ermitteln, besteht darin, zu dem ersten Zeitpunkt t₁ bei geöffnetem Schalter S das Spannungsreferenzsignal U_ref(t1) zu messen. Anschließend wird zu dem Zeitpunkt t₂ bei geschlossenem Schalter S_ECU das Spannungsreferenzsignal U_ref(t2) gemessen. Die aus den Spannungsreferenzsignalen gebildete Differenz U_ref(t1) – U_ref(t2) entspricht der an dem parasitären Widerstand R_para2 zum Zeitpunkt t2 abfallenden Spannung. Daraus lässt sich unter Hinzuziehen der Stromstärke I_test der parasitäre Widerstand R_para2 auf Grundlage der folgenden Formel ermitteln:
Da sich gemäß 4 der parasitäre Widerstand R_para aus dem ersten parasitären Widerstand R_para1 sowie dem zweiten parasitären Widerstand R_para2 zusammensetzt, lässt sich der parasitäre Widerstand R_para1 auf der Grundlage der folgenden Formel ermitteln; R_para1 = R_ges – R_para2.
Wie in 4 als unterbrochene Linie veranschaulicht, kann optional ein Testpfad mit einem Schalter S_TEST sowie einem Testwiderstand R_TEST vorgesehen werden, um die Ermittlung der parasitären Widerstände unabhängig vom Hochstrom- bzw. Lastpfad durchführen zu können. Der optionale Testpfad kann auch in anderen Ausführungsbeispielen (vgl. 2A und 2B) implementiert werden.
Gemäß einer Weiterbildung wird der parasitäre Widerstand R_para (bzw. R_para1 und/oder R_para2) wiederholt ermittelt, um langfristige Entwicklungen durch eindringende Feuchtigkeit oder die sogenannte Fretting-Korrosion zu erfassen. Die wiederholte Ermittlung kann in fest vorgegebenen zeitlichen Intervallen oder zu fest vorgegebenen Ereignissen (beispielsweise im Anschluss an das Abstellen des Fahrzeugs) erfolgen.
Der wiederholt ermittelte parasitäre Widerstand R_para kann jedes Mal abgespeichert werden, um dessen zeitliches Verhalten zur Fehlererkennung auszuwerten. 5 zeigt in diesem Zusammenhang zwei beispielhafte zeitliche Verläufe des parasitären Widerstands R_para, nämlich einerseits den erwarteten Verlauf und andererseits den Verlauf im Fehlerfall. Wie 5 zu entnehmen ist, beinhaltet der erwartete Verlauf ein leichtes Ansteigen des parasitären Widerstands R_para während der Lebensdauer des Kraftfahrzeugs. Unerwartete Veränderungen in den Steckkontakten oder in den Zuleitungen des Steuergeräts (wie Kontaktoxidation, eindringende Feuchtigkeit oder Fretting-Korrosion) führen zu einem stärkeren Anstieg des parasitären Widerstands R_para als erwartet. Steigt der parasitäre Widerstand R_para stärker als durch beispielsweise einen Schwellenwert vorgegeben über den erwarteten Verlauf, wird ein Fehlerfall detektiert. Auf den Fehlerfall kann durch eine Fahrerwarnung oder anderweitig aufmerksam gemacht werden.
Im Folgenden wird die Ermittlung des parasitären Widerstands beispielhaft für ein Steuergerät erläutert, das einem elektromechanischen Bremsaktuator zugeordnet ist. Der nachfolgend betrachtete elektromechanische Bremsaktuator ist zur Realisierung einer Parkbremsfunktionalität an einer Radbremse eines Kraftfahrzeug-Bremssystems vorgesehen.
6 zeigt einen Querschnitt der Radbremse 200, welche eine Bremsscheibe (in 6 nicht dargestellt), einen die Bremsscheibe umgreifenden Bremssattel 204, einen in einer Hydraulikkammer 216 der Radbremse 200 aufgenommen Hydraulikkolben 218 und einen mit dem Hydraulikkolben 218 mechanisch gekoppelten elektromechanischen Bremsaktuator 202 umfasst.
Der Bremsaktuator 202 besitzt einen Elektromotor 206 vom BLDC-Typ, eine Getriebeeinheit 208 sowie ein Betätigungsglied 220, das im Hydraulikkolben 218 aufgenommen ist. Das Betätigungsglied 220 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Mutter/Spindel-Anordnung 222, 224 ausgestaltet und mit einem Abtriebszapfen 214 der Getriebeeinheit 208 drehfest verbunden. Die Getriebeeinheit 208 wiederum ist antriebsseitig mit dem Elektromotor 206 drehfest gekoppelt und dazu vorgesehen, die am Elektromotor 206 erzeugte Drehbewegung zu untersetzen und auf den Abtriebszapfen 214 zu übertragen.
Bei einer hydraulischen Betätigung der Radbremse 200 (z. B. im Betriebsbremsbetrieb) strömt zusätzliches Hydraulikfluid in die Hydraulikkammer 216. Durch das einströmende Hydraulikfluid wird am Hydraulikkolben 218 ein Hydraulikdruck aufgebaut, wodurch der Hydraulikkolben 218 translatorisch verschoben wird. Die translatorische Bewegung des Hydraulikkolbens 218 wird auf an der Innenseite des Bremssattels 204 angeordnete Bremsbeläge 226a, 226b übertragen. Diese werden daraufhin gegen die Bremsscheibe gedrückt, wodurch eine Betätigungskraft (Zuspannkraft) an der Bremsscheibe erzeugt wird, die proportional zum Hydraulikdruck in der Hydraulikkammer 216 ist.
Bei einer elektromechanischen Betätigung der Radbremse 200 (z. B. im Parkbremsbetrieb) wird die am Abtriebszapfen 214 abgegebene Drehbewegung durch die Mutter/Spindel-Anordnung 222, 224 in eine zur Drehbewegung proportionale translatorische Bewegung der Mutter 224 umgewandelt. Die Mutter 224 überträgt die translatorische Bewegung auf den Hydraulikkolben 218. Je nach Umlaufsinn der Spindel 222 bewegt sich die Mutter 224 in Richtung des Hydraulikkolbens 218 oder in entgegengesetzte Richtung und bewirkt somit ein mechanisches Zuspannen bzw. Lösen der Radbremse 200 im Parkbremsbetrieb.
7 veranschaulicht einen so genannten intelligenten Aktuator 700, welcher das Steuergerät 108 gemäß den 2A und 2B mit dem Elektromotor 206 gemäß 6 zu einer Einheit integriert. Die Schalter-Anordnung S_ECU ermöglicht einen Betrieb des Elektromotors 206 in beiden Drehrichtungen, um sowohl ein Zuspannen als auch ein lösen der Radbremse 200 im Parkbremsbetrieb zu ermöglichen. Für den Zweck der Motor-Strommessung ist im Hochstrompfad des intelligenten Aktuators 700 ein Strommess-Shunt R_SHUNT vorgesehen.
8 zeigt eine Vorrichtung 800 zum Ermitteln des parasitären Widerstands und zum Bestimmen einer von dem elektromechanischen Aktuator 202 gemäß 5 erzeugten Zuspannkraft. Die Ermittlungsvorrichtung 800 basiert auf der entsprechenden Vorrichtung 100 gemäß 1 und umfasst zusätzlich eine Bestimmungseinrichtung 802. Die Bestimmungseinrichtung 802 ist dazu ausgebildet, die mittels des elektromechanischen Bremsaktuators 202 erzeugte Zuspannkraft F_zuspann auf der Grundlage einer Stromaufnahme I_motor des Elektromotors 206 zu bestimmen. Diese Bestimmung wird im Folgenden näher erläutert.
In einer ersten Phase misst die Messeinrichtung 102 den Spannungsabfall an den beiden Anschlüssen K30, K31 des intelligenten Aktuators 700 (entsprechend den Schritten 302 und 304 in 3). Im niederohmigen Zustand ist der Elektromotor 206 mittels der Schalter-Anordnung S_ECU von der Fahrzeug-Batterie (in 7 nicht dargestellt) abgekoppelt. Im hochohmigen Zustand nimmt die Schalter-Anordnung S eine geschlossene Stellung an, so dass der Motor 206 anläuft. Der vom Motor 206 gezogene Strom I_motor wird von der Messeinrichtung 102 (über den entsprechenden Spannungsabfall am Strommess-Shunt R_SHUNT) gemessen.
Wie in 8 veranschaulicht, berechnet die Verarbeitungseinrichtung 104 auf der Grundlage des ersten Spannungsabfalls U_K30(t₁), des zweiten Spannungsabfalls U_K30(t₂) sowie der Stromstärke I_motor den parasitären Widerstand R_para. Des Weiteren ermittelt die Bestimmungseinrichtung 108 auf der Grundlage des Motorstroms I_motor einen vorläufigen Wert für die Zuspannkraft F_zuspann, beispielsweise gemäß der Lehre der DE 197 32 168 A . Der derart ermittelte vorläufige Wert für die Zuspannkraft F_zuspann wird in einem nächsten Schritt um einen Wert kompensiert, welcher auf der Grundlage des parasitären Widerstands R_para berechnet wurde. Dieser Kompensationsschritt erhöht die Genauigkeit der Zuspannkraft-Bestimmung vor allem bei einem fehlerhaften Verlauf des parasitären Widerstands (vgl. 5).
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeug-Bremssystems 900 mit vier Radbremsen 902A, 902B, 200A, 200B. Die beiden Radbremsen 200A, 200B an den Hinterrädern besitzen den in 5 veranschaulichten Aufbau. Den Radbremsen 902A, 902B an den Vorderrädern fehlt hingegen der elektromechanische Bremsaktuator 202 gemäß 5.
Jeder der beiden Hinterradbremsen 200A, 200B ist ein eigener intelligenter Aktuator 700A, 700B gemäß 7 zugeordnet. Die beiden intelligenten Aktuatoren 700A, 700B sind an die Fahrzeug-Batterie 110 angeschlossen und realisieren jeweils separat das in 8 veranschaulichte Konzept zur Ermittlung des parasitären Widerstands R_para und zur Bestimmung der Zuspannkraft F_zuspann. Dies bedeutet, dass für die beiden intelligenten Aktuatoren 700A, 700B (mit jeweils zugeordnetem Steuergerät) das in 3 veranschaulichte Verfahren zur Ermittlung des parasitären Widerstands R_para separat durchgeführt wird. Die separat ermittelten parasitären Widerstände R_para für die beiden intelligenten Aktuatoren 700A, 700B werden in einem weiteren Schritt zur Plausibilisierung (und Fehlererkennung) miteinander verglichen.
Selbstverständlich lassen sich auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 7 bis 9 die in den 4 und 5 vorgestellten Konzepte des Bereitstellens eines Spannungsreferenzsignals U_ref sowie des Auswertens eines zeitlichen Verhaltens des parasitären Widerstands R_para implementieren. Ferner lassen sich die in den 1 bis 4 vorgestellten Konzepte auch im Zusammenhang mit einem anderen elektrischen Verbraucher als einem elektromechanischen Bremsaktuator durchführen.
Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung exemplarischer Ausführungsbeispiele ergibt, ermöglicht die hier vorgestellte Ermittlung eines parasitären Widerstands im Versorgungspfad eines elektronischen Kraftfahrzeug-Steuergeräts eine zuverlässigere Implementierung der jeweiligen Steuergerät-Funktionalität. Bei einer beispielhaften Implementierung im Zusammenhang mit einem elektromechanischen Bremsaktuator ermöglicht das Ermitteln des parasitären Widerstands im Versorgungspfad des Aktuator-Steuergeräts eine zuverlässigere Zuspannkraftbestimmung, so dass die Betriebssicherheit des Bremssystems erhöht wird.
Durch die Ermittlung der parasitären Widerstände im Versorgungspfad eines elektrischen Steuergeräts sowie deren Überwachung erhält man erweiterte Diagnosemöglichkeiten. Der Einfluss von anderen elektrischen Verbrauchern im Kraftfahrzeug auf die Messungen lässt sich durch eine günstige Wahl der Messzeitpunkte (etwa im „Nachlauf” nach Abstellen des Kraftfahrzeugs, wenn alle anderen Verbraucher sich im Ruhezustand befinden) minimieren. Der Einfluss des Batterie-Innenwiderstands auf die Ermittlung lässt sich durch das Bordmanagement moderner Fahrzeuge oder durch ein entsprechendes Software-basiertes Batteriemodell kompensieren. Durch vergleichende Messungen von zwei oder mehr Steuergeräten lassen sich negative Einflüsse auf die Messgenauigkeit weiter reduzieren. Schließlich lässt sich die Leistungsaufnahme des Steuergeräts dem Bordnetzzustand und/oder dem aktuell ermittelten parasitären Widerstand anpassen.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die vorstehend vorgestellten technischen Aspekte untereinander sowie mit weiteren Aspekten kombinierbar sind, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, der einzig durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert ist, abzuweichen.
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

WO 2004/083000 A1 [0002, 0003, 0004]
DE 19732168 A [0005, 0059]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 72552 [0037]

Claims

Verfahren zum Ermitteln eines parasitären Widerstands R_para im Versorgungspfad eines elektronischen Kraftfahrzeug-Steuergeräts (108), wobei das Steuergerät (108) zwei Anschlüsse (K30, K31) aufweist, die mit je einem Pol einer Fahrzeug-Batterie (110) verbunden sind, umfassend die folgenden Schritte: Messen (302) eines ersten Spannungsabfalls U_K30(t₁) an den zwei Anschlüssen (K30, K31) in einem hochohmigen Zustand des Steuergeräts (108); Messen (302) eines zweiten Spannungsabfalls U_K30(t₂) an den zwei Anschlüssen (K30, K31) in einem niederohmigen Zustand des Steuergeräts (108) bei einem Stromfluss der Stromstärke I_test; und Ermitteln (306) des parasitären Widerstands R_para aus dem ersten Spannungsabfall U_K30(t₁), dem zweiten Spannungsabfall U_K30(t₂) und der Stromstärke I_test.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der parasitäre Widerstand R_para auf der Grundlage folgender Formel ermittelt wird
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im niederohmigen Zustand der Stromfluss durch Einspeisen eines Teststroms erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im niederohmigen Zustand der Stromfluss durch Einschalten eines dem Steuergerät (108) zugeordneten Verbrauchers (206) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei sich bei Messen des zweiten Spannungsabfalls alle übrigen elektrischen Verbraucher des Kraftfahrzeugs im Ruhezustand befinden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen den beiden Anschlüssen (K30, K31) ein Hochstrompfad verläuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Rahmen des Ermittelns des parasitären Widerstands R_para der Einfluss eines Innenwiderstands R_i der Fahrzeug-Batterie (110) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, ferner umfassend: Bereitstellen eines Spannungsreferenzsignals U_ref; und Ermitteln eines ersten parasitären Widerstands R_para1 zwischen einem ersten (K30) der beiden Anschlüsse und der Fahrzeug-Batterie (110) und/oder eines zweiten parasitären Widerstands R_para2 zwischen einem zweiten (K31) der beiden Anschlüsse und der Fahrzeug-Batterie (110) auf der Grundlage des Spannungsreferenzsignals U_ref.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: wiederholtes Ermitteln des parasitären Widerstands R_para; und Auswerten eines zeitliches Verhaltens des parasitären Widerstands R_para zur Fehlererkennung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: separates Durchführen des Verfahrens für wenigstens zwei Kraftfahrzeug-Steuergeräte (700A, 700B); und Vergleichen der ermittelten parasitären Widerstände R_para zur Fehlererkennung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: Plausibilisieren einer anderen Messung auf der Grundlage des ermittelten parasitären Widerstands.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kraftfahrzeug-Steuergerät mit einem Elektromotor (206) zu einem intelligenten Aktuator (700, 700A, 700B) integriert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Kraftfahrzeug-Steuergerät (108) ein elektromechanischer Bremsaktuator (202) zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend: Bestimmen einer mittels des elektromechanischen Bremsaktuators (202) erzeugten Zuspannkraft F_zuspann auf der Grundlage einer Stromaufnahme I_motor des Bremsaktuators (202) unter Berücksichtigung des ermittelten parasitären Widerstands R_para.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuergerät (108) eine Messeinrichtung (102) umfasst und wobei zumindest die Messschritte (302, 304) durch die Messeinrichtung (102) des Steuergeräts (108) durchgeführt werden.
Vorrichtung (100, 800) zum Ermitteln eines parasitären Widerstands R_para im Versorgungspfad eines elektronischen Kraftfahrzeug-Steuergeräts (108), wobei das Steuergerät (108) zwei Anschlüsse (K30, K31) aufweist, die mit je einem Pol einer Fahrzeug-Batterie (110) verbunden sind, umfassend: eine Messeinrichtung (102), die dazu ausgebildet ist, einen ersten Spannungsabfall U_K30(t₁) an den zwei Anschlüssen (K30, K31) in einem hochohmigen Zustand des Steuergeräts (108) und einen zweiten Spannungsabfall U_K30(t₂) an den zwei Anschlüssen (K30, K31) in einem niederohmigen Zustand des Steuergeräts (108) bei einem Stromfluss der Stromstärke I_test zu messen; und eine Verarbeitungseinrichtung (104), die zum Ermitteln des parasitären Widerstands R_para aus dem ersten Spannungsabfall U_K30(t₁), dem zweiten Spannungsabfall U_K30(t₂) und der Stromstärke I_test ausgebildet ist.
Elektronisches Kraftfahrzeug-Steuergerät (108), umfassend die Vorrichtung (100) nach Anspruch 16.
Kraftfahrzeug-Bremssystem (900) umfassend: die Vorrichtung (100, 800) nach Anspruch 16; einen elektromechanischen Bremsaktuator (202), dem das elektronische Kraftfahrzeug-Steuergerät (108) zugeordnet ist; und eine Einrichtung (202), die zum Bestimmen einer mittels des elektromechanischen Bremsaktuators (200) erzeugten Zuspannkraft F_zuspann auf der Grundlage einer Stromaufnahme I_motor des Bremsaktuators (202) unter Berücksichtigung des ermittelten parasitären Widerstands R_para ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug-Bremssystem nach Anspruch 18, wobei der elektromechanische Aktuator (202) einer elektrischen Parkbremse (200) zugeordnet ist.