DE102012020008B4

DE102012020008B4 - Verfahren zur Einhaltung eines vorbestimmten Schwellenwertes einer Stromstärke in einem elektrischen Netzwerk

Info

Publication number: DE102012020008B4
Application number: DE102012020008.0A
Authority: DE
Inventors: Stefan Klimke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2023-11-09
Anticipated expiration: 2032-10-13
Also published as: DE102012020008A1; CN204249964U

Abstract

Verfahren zur Einhaltung eines vorbestimmten Schwellenwertes Imaxeiner Stromstärke in einem elektrischen Netzwerk (2) mit wenigstens den folgenden Schritten:Erkennen einer zusätzlichen Anforderung nach elektrischer Energie einer vorbestimmten elektrischen Verbrauchergruppe (27a-e, 29a-e) umfassend einen in Intervallen eine Funktion ausführenden Verbraucher innerhalb des elektrischen Netzwerkes (2);Ermitteln einer hierdurch zu erwartenden resultierenden Stromstärke lresin einem Leitungsabschnitt (26a-e, 28a-e) der vorbestimmten elektrischen Verbrauchergruppe (27a-e, 29a-e);Bewerten der zu erwartenden resultierenden Stromstärke Ireshinsichtlich eines vorbestimmten Schwellenwertes Imaxder Stromstärke für diesen Leitungsabschnitt (26a-e, 28a-e); und,unter der Bedingung, dass die zu erwartende resultierende Stromstärke Iresin den Intervallen größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert Imaxder Stromstärke dieses Leitungsabschnitts (26a-e, 28a-e), Verringern der Leistungsaufnahme eines vorbestimmten Verbrauchers (27a-e) der vorbestimmten elektrischen Verbrauchergruppe (27a-e, 29a-e) nur in den Intervallen soweit, dass die zu erwartende resultierende Stromstärke Iresgleichgroß oder geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert Imaxder Stromstärke dieses Leitungsabschnitts (26a-e, 28a-e).

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einhaltung eines vorbestimmten Schwellenwertes einer Stromstärke in einem elektrischen Netzwerk, eine Steuerungseinrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens, ein elektrisches Netzwerk mit einer solchen Steuerungseinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Steuerungseinrichtung bzw. einem solchen elektrischen Netzwerk.
Auf dem Gebiet der Energietechnik ist es bekannt, die Verteilung der elektrischen Energie von wenigstens einer Quelle auf einen oder mehrere Verbraucher durch geeignete Steuerungseinrichtungen durchzuführen. Hierbei erhält die Steuerungseinrichtung die elektrische Energie von der Energiequelle und leitet sie z.B. nach Bedarf der Verbraucher an diese weiter. Um diesen Bedarf zu bestimmen, können Anforderungen der Verbraucher nach Energie ebenso verwendet werden wie Messungen oder ähnliche Informationen der Steuerungseinrichtung selbst oder anderer Quellen.
Steht nur eine begrenzte elektrische Energie durch die Quelle zur Verfügung, weil diese z.B. ein Energiespeicher mit begrenzter Kapazität wie ein Akkumulator (auch Batterie genannt) ist, so kann von der Steuerungseinrichtung auch die Aufgabe übernommen werden, den Verbrauch an elektrischer Energie durch die Verbraucher zu minimieren, um möglichst lange Energie aus dem Energiespeicher bereitstellen zu können. Ist die Energiequelle ein Generator, so kann es die Aufgabe der Steuerungseinrichtung sein, die aktuell vom Generator erzeugte und die von den Verbrauchern gleichzeitig geforderte elektrische Energie aufeinander abzustimmen, indem der Generator ein vorgegebenes Maß an elektrischer Energie erzeugt und gleichzeitig die Verbraucher in ihrem Konsum auf diese erzeugte Energie begrenzt werden. Hierdurch werden gleichzeitig Spannungsschwankungen im Netz reduziert. Ebenso sind elektrische Netze bekannt, die sowohl Generatoren als auch Energiespeicher aufweisen.
Ein solches System stellt z.B. das elektrische Bordnetz eines Kraftfahrzeugs dar. Dieses weist üblicherweise eine Brennkraftmaschine auf, die einen (Wechselstrom-)Generator antreibt, dessen elektrische Energie direkt oder über Zwischenspeicherung in der Fahrzeugbatterie je nach Fahrzeugtyp und Antriebsart sowohl zum (Teil-)Antrieb des Fahrzeugs als auch bzw. ausschließlich zum Betrieb der elektrischen Komponenten im Fahrzeug verwendet wird. Zu diesen elektrischen Komponenten gehören z.B. die Fahrzeugelektronik inklusive Steuerungseinrichtung sowie Scheinwerfer, Infotainmentsystem, Sitz- und Scheibenheizung, Zentralverriegelung etc.
Bei derartigen Systemen ist es bekannt, den Energieverbrauch im Fahrzeug durch die Steuerungseinrichtung zu begrenzen, um hierdurch die begrenzte Kapazität der Fahrzeugbatterie zu schonen bzw. den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine zum Antrieb des Generators zu minimieren. Hierzu nutzen bekannte Steuerungseinrichtungen Konzepte zur Begrenzung der Energieaufnahme des Bordnetzes als Ganzes.
Aus der EP 0 601 300 B1 ist ein Energieversorgungssystem für die elektrischen Verbraucher in einem Kraftfahrzeug bekannt, bei dem ein fahrzustandsabhängiges Schalten der elektrischen Verbraucher vorgeschlagen wird. Ein Steuergerät, das mit verschiedenen Sensoren und Schaltern in Verbindung steht und auf elektrische Stellglieder und Anzeigevorrichtungen Einfluss nehmen kann, kann beim Erkennen bestimmter Fahrzustände automatische Verbraucherab- bzw. -zuschaltungen bewirken. Hierbei werden hierarchisch zunächst unwesentliche Verbraucher (z.B. mit Komfortfunktionen) abgeschaltet und betriebserforderliche bzw. sicherheitsrelevante Verbraucher überhaupt nicht abgeschaltet.
Die Einrichtung zur Energieverteilung in einem Kraftfahrzeug der WO 99/21261 A1 setzt auf dem System der EP 0 601 300 B1 auf und strebt an, gleichzeitig sicherzustellen, dass die Batterieladebilanz in einem gewünschten Rahmen bleibt, wodurch auch Schwankungen im Bordnetz reduziert werden. Hierzu werden sowohl die den Generator antreibende Brennkraftmaschine als auch die elektrischen Verbraucher des Bordnetzes bei der Verteilungsstrategie berücksichtigt.
Die DE 44 22 329 A1 betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Fahrzeugbordnetzes. Um bei kritischen Bordnetzbelastungen eine Reduzierung der elektrischen Verbraucherlast vorzunehmen, werden hier gemäß einer Abschaltrangfolge einzelne Verbraucher bei Bedarf vorübergehend abgeschaltet oder mit einer geringeren Energiezufuhr betrieben. Den Verbrauchern ist dabei eine Prioritätsstufe zugewiesen, die die Rangfolge der Abschaltung im Falle eines kritischen Bordnetzzustandes angibt.
Das Verfahren zur Reduzierung der Bordnetzbelastung der EP 0 992 400 A2 greift das Verfahren der DE 44 22 329 A1 auf und erweitert es um die Zuteilung von betriebssituationsabhängigen Abschaltprioritäten.
Aus der DE 41 23 652 C2 ist es bekannt, über eine gemeinsame Versorgungsleitung eine Gruppe von funktionell zusammenwirkenden Kraftfahrzeugaggregaten mittels eines steuerbaren Zentralschalters mit einem Energiespeicher zu verbinden, wenn mindestens ein erstes Kraftfahrzeugaggregat der Gruppe angesteuert wird, und vom Energiespeicher zu trennen, wenn kein Kraftfahrzeugaggregat der Gruppe mehr angesteuert wird.
Auf der DE 41 23 652 C2 aufbauend betrifft die DE 102 11 970 A1 ein Verfahren zur Anpassung des Leistungsbedarfs mehrerer elektrischer Verbraucher in Kraftfahrzeug-Bordnetzen. Hierzu wird die Information über die gesamte jeweils im Bordnetz zur Verfügung stehende Leistung verwendet. Auf diese Weise erhält ein Verbraucher, der dem Bordnetz Leistung entzieht, hierüber unmittelbar eine Rückmeldung und kann seinen Leistungsbedarf selbstständig reduzieren, sofern er erkennt, dass mit seinem Energieverbrauch eine Reduktion des Energievorrats des Bordnetzes verbunden war.
DE 10 2005 057 306 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stabilisierung eines Gleichspannungs-Bordnetzes.
DE 10 2005 005 236 A1 offenbart ein Fahrzeug mit einem Bordnetz und einer Mehrzahl elektrischer Lasten, von denen ausgewählte an je zwei Knoten direkt und derart angeschlossen sind, dass sie beim Ausfall eines der direkt angeschlossenen Knoten über den jeweils anderen direkt an sie angeschlossenen Knoten mit Strom versorgt werden können.
DE 197 39 410 C1 offenbart eine elektrische Schaltungsanordnung für das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, durch welche die Betriebssicherheit einer Gruppe Spannungs-sensibler Verbraucher durch bedarfsweise Abschaltung bzw. getaktete Ansteuerung eines Spannungsabfall-toleranten Verbrauchers sichergestellt wird.
DE 102 07 899 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Reduzierung von Stromspitzen in Kraftfahrzeug bordnetzen .
GB 2 360 644 A offenbart ein Managementsystem für die Schaltung elektrischer Lasten in einem Fortbewegungsmittelbordnetz.
Alternativ kann auch eine Kontrolleinrichtung vorgesehen sein, durch die die Leistungsaufnahme jedes Verbrauchers derart gesteuert wird, dass die von den Verbrauchern insgesamt verbrauchte Leistung die jeweils insgesamt im Bordnetz zur Verfügung stehende Leistung nicht übersteigt. Mit Hilfe der Kontrolleinrichtung ist es möglich, den Leistungsbedarf mehrerer Verbraucher so zu regeln bzw. zu steuern, dass die jedem Verbraucher zustehende bzw. von der Kontrolleinrichtung zugestandene Leistung ausreicht, der jeweiligen Funktion gerecht zu werden.
All den zuvor beschriebenen Einrichtungen zur Energieverteilung bzw. Verfahren zur Reduzierung der Bordnetzbelastung in Kraftfahrzeugen ist gemeinsam, dass diese stets darauf ausgelegt sind, alle Verbraucher gleichzeitig mit dem vollen Energiebedarf betreiben zu können. Dies bedeutet, dass alle elektrischen Zuleitungen zu allen Verbrauchern so ausgelegt sind, dass jeder elektrische Verbraucher von der Steuerungseinrichtung mit der maximalen elektrischen Energie versorgt und betrieben werden kann, falls das Verteilungskonzept und die Bordnetzbelastung dies zulassen.
Nachteilig ist hierbei, dass die elektrischen Versorgungsleitungen zwischen den Verbrauchern und zentralen Steuergeräten hinsichtlich der Stromstärke und damit ihres Leitungsquerschnitts, d.h. des Querschnitts des elektrisch leitfähigen Materials (z.B. Kupfer), auf die maximalen Belastungsfälle ausgelegt sind. Da diese jedoch vergleichsweise selten auftreten, sind die elektrischen Versorgungsleitungen für die Mehrzahl der Belastungsfälle hinsichtlich ihres Leitungsquerschnitts überdimensioniert. Mit anderen Worten werden die Leitungsquerschnitte der elektrischen Leitungen nur schlecht ausgenutzt. Dies führt zu höheren Kosten der Infrastruktur und zu einem höheren Gewicht des elektrischen Netzwerkes als es für die Mehrzahl der Belastungsfälle erforderlich wäre.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Nachteile auszuräumen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Einhaltung eines vorbestimmten Schwellenwertes I_max einer Stromstärke in einem elektrischen Netzwerk nach Anspruch 1, durch eine Steuerungseinrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens nach Anspruch 7, durch ein elektrisches Netzwerk mit einer solchen Steuerungseinrichtung nach Anspruch 8 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Steuerungseinrichtung bzw. mit einem solchen elektrischen Netzwerk nach Anspruch 10 gelöst. Die Unteransprüche und Figuren zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Entsprechend wird ein Verfahren zur Einhaltung eines vorbestimmten Schwellenwertes I_max einer Stromstärke in einem elektrischen Netzwerk, insbesondere im Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens den folgenden Schritten vorgeschlagen:

- Erkennen einer zusätzlichen Anforderung nach elektrischer Energie einer vorbestimmten elektrischen Verbrauchergruppe innerhalb des elektrischen Netzwerkes;
- Ermitteln einer hierdurch zu erwartenden resultierenden Stromstärke I_res in einem Leitungsabschnitt der vorbestimmten elektrischen Verbrauchergruppe;
- Bewerten der zu erwartenden resultierenden Stromstärke I_res hinsichtlich des vorbestimmten Schwellenwertes I_max der Stromstärke für diesen Leitungsabschnitt; und,
- unter der Bedingung, dass die zu erwartende resultierende Stromstärke I_res größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert I_max der Stromstärke dieses Leitungsabschnitts, Verringern der Leistungsaufnahme eines vorbestimmten Verbrauchers der vorbestimmten elektrischen Verbrauchergruppe soweit, dass die zu erwartende resultierende Stromstärke I_res gleichgroß oder geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert I_max der Stromstärke dieses Leitungsabschnitts.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Kupferquerschnitte elektrischer Leitungen in z.B. Bordnetzen von Kraftfahrzeugen bisher schlecht ausgenutzt werden. So sind die Leitungen oft auf Spitzenlasten ausgelegt, die jedoch zeitlich nur vergleichsweise selten auftreten. Ferner kann kurzzeitig auf gewisse Verbraucher verzichtet werden, ohne die durch sie bewirkte Funktion für den Nutzer wahrnehmbar einbüßen zu müssen.
Hierbei wird unter dem Wert einer Stromstärke I_max, I_res die mittlere maximale elektrische Stromstärke oder auch eine maximale Stromstärke unter Berücksichtigung eines zeitlichen Faktors verstanden. So sind elektrische Leitungen grundsätzlich auf ihre elektrische Dauerbelastung, d.h. die mittlere maximale elektrische Stromstärke, ausgelegt, können jedoch kurzzeitig höhere Stromstärke aushalten. Auch diese Erkenntnis kann erfindungsgemäß in die Werte der Stromstärke und den Schwellenwert einfließen. Ferner wird unter der resultierenden Stromstärke I_res eines Leitungsabschnittes die Summe der einzelnen elektrischen Stromstärken I₁, I₂ der einzelnen Leitungen des Leitungsabschnitts verstanden.
Unter einer Verbrauchergruppe werden die Verbraucher des gesamten elektrischen Netzwerkes verstanden, die innerhalb eines Netzwerkes räumlich beieinander angeordnet sind und bzw. oder vergleichbare bzw. miteinander in Wechselwirkung stehende bzw. sich ergänzende Funktionen ausüben. Im Bordnetz eines Kraftfahrzeugs können z.B. die in der Heckklappe angeordneten Einrichtungen wie Heckscheibenheizung und Heckscheibenwischer oder die einzelnen Leuchten innerhalb einer Scheinwerferanordnung eine solche Verbrauchergruppe bilden.
Vorteilhaft ist hierbei, dass zum Betrieb des zweiten Verbrauchers dem ersten Verbraucher nur zeitweise elektrische Energie vorenthalten werden muss, um diese dem zweiten Verbraucher zuzuführen. Ein Beispiel für eine derartige Konstellation in dem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs wäre die Unterbrechung der Heckscheibenheizung als träger Dauerverbraucher zugunsten z.B. des Heckwischers als Kurzzeitverbraucher, der lediglich in Intervallen seine Funktion ausführt.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die elektrischen Leitungen zur Verbrauchergruppe zu gering dimensioniert werden können, d.h. einen zu geringen Leitungsquerschnitt (Kupferquerschnitt) aufweisen können, als dass sie die für alle Verbraucher der Verbrauchergruppe gleichzeitig erforderliche elektrische Energie übertragen könnten. Hierdurch wird eine deutliche Kostenreduzierung sowie Gewichtsreduzierung der Infrastruktur des Bordnetzes durch die leichteren und kostengünstigeren elektrischen Leitungen erreicht.
Dies ist möglich, weil der Betrieb der zusammenwirkenden Verbraucher der Verbrauchergruppe durch den kurzzeitigen Energiemangel nur so unwesentlich eingeschränkt wird, dass die Funktionsweise der Komponenten an sich nicht beeinträchtigt wird. Wird beispielsweise der Betrieb einer elektrischen Heckscheibenheizung kurzzeitig zugunsten eines elektrischen Heckscheibenwischers unterbrochen bzw. in ihrer Leistung reduziert, so ist dies für den Fahrer gar nicht bzw. höchstens geringfügig wahrnehmbar. Daher kann diese Kosten- und Gewichtsreduzierung der Bordnetzinfrastruktur bei geschickter Wahl der Verbraucher, denen eine kurzzeitige Energiereduzierung zugemutet werden kann, erreicht werden, ohne die Funktion der Fahrzeugkomponenten für den Fahrer wahrnehmbar einzuschränken.
Dies ist für bestimmte Verbrauchergruppen wie z.B. die Frontscheinwerferanordnungen auch aus dem Grund möglich, weil einige dieser Verbraucher aufgrund gesetzlicher Bestimmungen ohnehin nicht zeitgleich betrieben werden dürfen. So schließt der Betrieb z.B. des Tagfahrlichtes den Betrieb z.B. des Abblend- oder Fernlichtes per gesetzlicher Bestimmung aus. Dies kann bei der Dimensionierung der elektrischen Zuleitungen zu dieser Verbrauchergruppe erfindungsgemäß ausgenutzt werden. Entsprechend kann diese Vorgehensweise auch auf andere Verbraucherkombinationen wie z.B. die Spiegelheizungen, die Umfeldbeleuchtung, die Zentralverriegelungsmotoren sowie andere Türen und Klappen oder andere lokale Bereiche im Fahrzeug übertragen werden.
Die Umsetzung dieser Überlegungen erfolgt mittels des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens z.B. mittels einer entsprechenden Steuerungseinrichtung in einem Bordnetz, dessen elektrische Leitungen erfindungsgemäß in ihrer maximalen Stromaufnahme begrenzt ausgelegt sind.
Vorzugsweise entspricht der vordefinierte Schwellenwert I_max der maximal zulässigen Stromstärke I_max eines Leitungsabschnitts, welcher die vorbestimmte elektrische Verbrauchergruppe als Ganzes mit elektrischer Energie versorgen kann.
Dieser Leitungsabschnitt stellt die elektrischen Leitungen dar, die die einzelnen Verbraucher der vorbestimmten Verbrauchergruppe mit elektrischer Energie versorgen können. Diese weisen jeweils eine maximale elektrische Stromstärke I₁, I₂ auf, die ausreichend ist, den jeweiligen Verbraucher mit voller Leistung zu betreiben.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die maximale elektrische Stromstärke I_res, die der Summe der einzelnen mittleren maximalen elektrischen Stromstärken I₁, I₂ des Leitungsabschnitts entspricht, der maximal zulässigen Stromstärke I_max der Zuleitung zu diesem Leitungsabschnitt entspricht. Auf diese Weise kann den Verbrauchern der Verbrauchergruppe nur die maximale elektrische Stromstärke I_res zur Verteilung unter einander zugeteilt werden, die ihnen auch durch die Zuleitung zur Verfügung gestellt werden kann.
Vorzugsweise wird die Leistungsaufnahme eines anhand einer vordefinierten Rangfolge ausgewählten Verbrauchers der vorbestimmten elektrischen Verbrauchergruppe verringert.
Die Rangfolge der Verbraucher der entsprechenden Verbrauchergruppe kann fest vorgegeben oder auch veränderbar sein. Auch können die einzelnen Verbraucher der Verbrauchergruppe eine Information über ihre Einordnung in einer solchen Rangfolge z.B. einer entsprechenden Steuerungseinrichtung zur Verfügung stellen. Diese Rangfolge, die auch als Prioritätsstufen bezeichnet werden können, kann z.B. danach eingeteilt werden, welche Verbraucher der Verbrauchergruppe eher dauerhaft bzw. langfristig betrieben werden und welche eher intervallartig bzw. kurzzeitig. Alternativ oder zusätzlich kann diese Rangfolge auch berücksichtigen, ob die Verwendung einzelner Verbraucher z.B. durch gesetzliche Bestimmung gegenseitig ausgeschlossen wird. Auch kann die Rangfolge nach dem elektrischen Verbrauch bzw. der maximalen Stromstärke erfolgen, den der Betrieb der jeweiligen Verbraucher erfordert. Ferner kann die Erkennbarkeit einer mangelnden elektrischen Energieversorgung durch den Fahrer bzw. die Fahrzeuginsassen ein Kriterium für die Festlegung der Rangfolge sein.
Vorzugsweise wird anhand einer vordefinierten Rangfolge wenigstens ein zweiter Verbraucher der vorbestimmten elektrischen Verbrauchergruppe gegenüber wenigstens einem ersten Verbraucher der vorbestimmten elektrischen Verbrauchergruppe bevorzugt mit elektrischer Energie versorgt.
Vorteilhaft ist hierbei, dass über die Rangfolge ermittelt werden kann, welcher Verbraucher der Verbrauchergruppe in seiner Leistung reduziert werden kann, um insgesamt den vordefinierten Schwellenwert I_max der Verbrauchergruppe bzw. deren Leitungsabschnittes einzuhalten. Der andere Verbraucher wird dann mit der vollen elektrischen Energie versorgt bzw. mit größerer Leistung betrieben und hierdurch bevorzugt.
Vorzugsweise besitzt der zweite Verbraucher eine geringere oder gleichgroße elektrische Leistung als der erste Verbraucher, oder umgekehrt.
Vorteilhaft ist hierbei, dass zum Betrieb des zweiten Verbrauchers als bevorzugte Komponente aufgrund seiner geringeren elektrischen Leistung und damit seines geringeren elektrischen Energiebedarfs der ersten Komponente nicht vollständig die elektrische Energie vorenthalten werden muss, sondern der erste Verbraucher gleichzeitig mit dem zweiten, bevorzugten Verbraucher parallel betrieben werden kann, wenn auch mit geringerer Intensität entsprechend der ihm gemindert zugeführten elektrischen Energie. Umgekehrt kann auch der zweite, bevorzugte Verbraucher den größeren elektrischen Energiebedarf besitzen und mit voller Leistung gleichzeitig mit dem ersten Verbraucher betrieben werden, der den geringeren elektrischen Energiebedarf aufweist und mit eingeschränkter Leistung betrieben wird. Auch können beide Verbraucher einen gleichgroßen bzw. vergleichbaren Energiebedarf aufweisen.
Vorzugsweise ist der erste Verbraucher vorgesehen, bei Aktivierung eine durchgehende Funktion auszuführen, und der zweite Verbraucher ist vorgesehen, bei Aktivierung eine unterbrochene Funktion auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Steuerungseinrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein elektrisches Netzwerk, insbesondere ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, mit

- wenigstens einer ersten Steuerungseinrichtung,
- wenigstens einer zweiten Steuerungseinrichtung wie zuvor beschrieben, die über eine Steuerungsleitung mit der ersten Steuerungseinrichtung verbunden ist,
- wobei die zweite Steuerungseinrichtung über eine erste elektrische Leitung mit einer elektrischen Energiequelle elektrisch leitfähig verbunden ist,
- wenigstens einem ersten elektrischen Verbraucher, der über eine zweite elektrische Leitung mit der zweiten Steuerungseinrichtung elektrisch leitfähig verbunden ist, und
- wenigstens einem zweiten elektrischen Verbraucher, der über eine dritte elektrische Leitung mit der zweiten Steuerungseinrichtung elektrisch leitfähig verbunden ist,
- wobei der elektrisch leitfähige Leitungsquerschnitt der ersten elektrischen Leitung geringer ist als die Summe der elektrisch leitfähigen Leitungsquerschnitte der zweiten und dritten elektrischen Leitung.

Hierdurch wird eine deutliche Kostenreduzierung sowie Gewichtsreduzierung der Infrastruktur des Bordnetzes durch die leichteren und kostengünstigeren elektrischen Leitungen erreicht.
Vorteilhaft ist hierbei auch, dass das lokale Energiemanagement einer Verbrauchergruppe, d.h. der ersten und zweiten Verbraucher, vollständig von der zentralen, ersten Steuerungseinrichtung auf die dezentrale, zweite Steuerungseinrichtung übertragen werden kann. Hierdurch kann sich die zentrale, erste Steuerungseinrichtung darauf beschränken, die jeweiligen dezentralen, zweiten Steuerungseinrichtungen mit Steuerungsanweisungen zu kontrollieren; der Bezug der elektrischen Energie, der zur Umsetzung dieser Steuerungsanweisungen bei den jeweiligen Verbrauchern erforderlich ist, erhalten die dezentralen, zweiten Steuerungseinrichtungen direkt aus dem elektrischen Versorgungsnetz des Fahrzeugs, z.B. von einer Leistungselektronik oder zentralen Energieversorgungsleitung oder -einrichtung, gemäß den Leitungsquerschnitten der elektrischen Zuleitungen.
Der Betrieb der Komponenten der jeweiligen Verbrauchergruppe „vor Ort“ erfolgt somit eigenständig durch die jeweiligen dezentralen, zweiten Steuerungseinrichtungen, weil diese selbstständig erkennen, dass die ihr von der elektrischen Energiequelle direkt oder indirekt zur Verfügung gestellten elektrischen Energie nicht ausreicht, den gleichzeitigen Betrieb bestimmter Verbraucher ihrer Verbrauchergruppe mit voller Leistung umzusetzen. Dabei kann erfindungsgemäß eine Verteilung der unzureichenden elektrischen Energie auf die Komponenten der Verbrauchergruppe durch die Einhaltung eines vorbestimmten Schwellenwertes I_max der Stromstärke des Leitungsabschnitts dieser Verbrauchergruppe erfolgen. Entsprechende Informationen über die maximalen elektrischen Stromstärken I₁, I₂ der einzelnen Leitungen des Leitungsabschnitts bzw. Rangfolgeinformationen der Verbraucher dieser Verbrauchergruppe können z.B. in einem entsprechenden (Daten-) Speicher der zweiten Steuerungseinrichtung enthalten sein und bzw. oder z.B. von den Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden.
Die elektrische Energiequelle kann z.B. ein Generator oder dergleichen sein, der z.B. in einem Kraftfahrzeug von einer Brennkraftmaschine angetrieben werden kann, oder ein elektrischer Energiespeicher wie z.B. die Batterie eines Kraftfahrzeugs, welche z.B. durch einen Generator gespeist werden kann. Auch können Kombinationen dieser verwendet werden.
Die erste Steuerungseinrichtung kann dabei eine einzelne Einheit oder auch ein System aus mehreren miteinander zusammenwirkenden Komponenten sein. So kann die erste Steuerungseinrichtung z.B. aus einer übergeordneten Steuerungseinrichtung und dem BCM (Body Control Module) eines Kraftfahrzeugs bestehen oder auch nur durch eine dieser Komponenten oder aus einer oder mehreren anderen Komponenten mit vergleichbaren Funktionen und Aufgaben gebildet werden.
Vorzugsweise ist die zweite Steuerungseinrichtung eingerichtet, über die Steuerungsleitung Steuerungssignale von der ersten Steuerungseinrichtung zu empfangen, an diese zu übertragen und bzw. oder mit dieser auszutauschen.
Vorteilhaft ist hierbei, dass eine Kommunikation zwischen den beiden Steuerungseinrichtungen uni- oder bidirektional stattfinden kann. Insbesondere kann die dezentrale, zweite Steuerungseinrichtung Anweisungen von der zentralen, ersten Steuerungseinrichtung empfangen und diese dann bei „ihrer“ Verbrauchergruppe umsetzen. Die Übertragung der Steuerungssignale kann dabei elektrisch oder optisch erfolgen. Auch kann eine drahtlose Signalübertragung verwendet werden; in diesem Fall ist unter der „Steuerungsleitung“ eine „Steuerungssignalfunkstrecke“ oder dergleichen zu verstehen. Z.B. kann eine solche Anweisung die dezentrale, zweite Steuerungseinrichtung veranlassen, einen der mit ihr verbundenen Verbraucher zu deaktivieren bzw. in der Aufnahme elektrischer Leistung bzw. Energie zu reduzieren und dafür einen anderen mit ihr verbundenen Verbraucher zu aktivieren bzw. in der Aufnahme elektrischer Leistung bzw. Energie zu erhöhen. Hierüber können vorzugsweise Rückmeldungen von der dezentralen, zweiten Steuerungseinrichtung an die erste, zentrale Steuerungseinrichtung übertragen werden.
Vorteilhaft ist hierbei auch, dass der Betrieb dieser Verbraucher von der zentralen, ersten Steuerungseinrichtung auf die dezentrale, zweite Steuerungseinrichtung übertragen und damit dezentral ausgelagert werden kann. Auf diese Weise kann die zentrale, erste Steuerungseinrichtung in ihren Aufgaben entlastet werden, da sie sich zur Beeinflussung dieser ausgelagerten Verbraucher auf einmalige Anweisungen an die jeweilige dezentrale, zweite Steuerungseinrichtung beschränken kann. Die zentrale, erste Steuerungseinrichtung kann so einfacher, leichter und kleiner ausgeführt werden, wodurch ihre Kosten, ihr Gewicht und der für sie benötigte Bauraum reduziert werden können. Zudem ist es möglich, dass die zweite Steuerungseinrichtung im Fehlerfalle der ersten Steuerungseinrichtung bzw. der Kommunikation mit dieser Funktionen der ersten Steuerungseinrichtung übernimmt und bzw. oder gewisse Notfallfunktionen ausführt, um z.B. die Betriebssicherheit trotz Fehlerfalles der ersten Steuerungseinrichtung zu gewährleisten.
Vorzugsweise erhält die zentrale, erste Steuerungseinrichtung von der dezentralen, zweiten Steuerungseinrichtung über diese Vorgänge Bestätigungsmeldungen.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Steuerungseinrichtung wie zuvor beschrieben und bzw. oder einem elektrischen Netzwerk, insbesondere einem Bordnetz, wie zuvor beschrieben.
Der Gedanke der Erfindung betrifft die Auslagerung der elektrischen Schaltarbeit aus dem zentral im Bordnetz, vorzugsweise dem eines Fahrzeugs, platzierten Steuergerät, so dass diese dezentral erfolgen kann. Wo dies ohne erkennbaren Nachteil für den Nutzer möglich ist, sollen „vor Ort“, d.h. an der Stelle im z.B. Fahrzeug, wo die Energie verbraucht wird, die notwendigen Funktionen gegeneinander verriegelt werden, um den maximalen Energieverbrauch in einem lokalen Bereich nach oben zu begrenzen und um damit die Infrastrukturkosten im Bordnetz zu reduzieren. Dies erfolgt durch den Einsatz eines Schalt-Moduls, welches durch Funktionsverriegelung die zur Leitungsversorgung eines lokalen Bereichs des z.B. Fahrzeugs notwendige Infrastruktur wie z.B. den Gesamtquerschnitt der notwendigen Versorgungsleitungen reduziert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:

1 ein Kraftfahrzeug mit einem herkömmlichen Netzwerk zur Energieverteilung gemäß dem Stand der Technik;
2 ein Blockschaltbild einer Steuerungseinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
3a ein Kraftfahrzeug mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Steuerungseinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
3b eine Detailansicht des Heckbereichs des Kraftfahrzeugs der 3a;
4a ein Kraftfahrzeug mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Steuerungseinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
4b eine Detailansicht des Frontbereichs des Kraftfahrzeugs der 4a; und
5 ein Kraftfahrzeug mit einer Kombination der ersten und zweiten Ausführungsbeispiele sowie mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer Steuerungseinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem herkömmlichen Netzwerk zur Energieverteilung 2 gemäß dem Stand der Technik. Ein solches Netzwerk 2 wird in Kraftfahrzeugen 1 auch als Bordnetz 2 bezeichnet. Das Kraftfahrzeug 1 ist in der Draufsicht schematisch und teilweise aufgeschnitten dargestellt mit der Front des Kraftfahrzeugs 1 nach links und dem Heck nach rechts zeigend; diese Ausrichtung entspricht auch der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 1 in Vorwärtsfahrt und kann auch als Längsrichtung A bezeichnet werden.
Das Kraftfahrzeug 1 weist in seinem Frontbereich eine linke und rechte Frontscheinwerferanordnung 14, 15 und in seinem Heckbereich eine linke und rechte Heckscheinwerferanordnung 12, 13 mit jeweils elektrischen Leuchten auf. Die Leuchten stellen erste und zweite Verbraucher 27b-e, 29b-e wie z.B. Blinklichter, Positionslichter, Abblendlichter, Tagfahrlichter, Fernlichter, Nebelscheinwerfer, Nebelschlussleuchten und Bremslichter dar. Ferner weist das Kraftfahrzeug 1 eine Heckklappe 11 mit einer Heckscheibe mit Heckscheibenheizung und Heckscheibenwischer auf, die als erster und zweiter Verbraucher 27a, 29a bezeichnet werden können. Die vorgenannten elektrischen Leuchten der linken und rechten Heckscheinwerferanordnung 12, 13 können dabei auch vollständig oder teilweise sowohl in der Heckklappe als auch an der Fahrzeugkarosserie im Heckbereich des Fahrzeugs 1 angeordnet sein.
Diese ersten und zweiten Verbraucher 27a-e, 29a-e sind herkömmlich mit einer zentralen Steuerungseinrichtung 21 b über elektrische Leitungen 26a-e, 28a-e elektrisch leitfähig verbunden, so dass die ersten und zweiten Verbraucher 27a-e, 29a-e durch die zentrale Steuerungseinrichtung 21 b gezielt und direkt mit elektrischer Energie versorgt und hierdurch aktiviert und betrieben werden können. Die zentrale Steuerungseinrichtung 21b selbst ist über eine elektrische Leitung 22b, die auch als elektrische Hauptleitung 22b bezeichnet werden kann, mit einer Leistungselektronik 21a elektrisch leitfähig verbunden. Die Leistungselektronik 21a ihrerseits erhält die zur Versorgung der ersten und zweiten Verbraucher 27a-e, 29a-e erforderliche elektrische Energie z.B. von der Kraftfahrzeugbatterie 20 als elektrische Energiequelle 20 über eine entsprechende elektrische Leitung 22a, die im Folgenden als elektrische Batterieleitung 22a bezeichnet werden soll. Die zentrale Steuerungseinrichtung21b ist beispielsweise ein BCM (Body Control Module), welches innerhalb der Elektronikarchitektur eines Kraftfahrzeugs 1 für die Funktionen von Verbrauchern wie z.B. der Zentralverriegelung, Scheibenwischer, Spiegeleinstellung, Leuchten etc. zuständig ist.
In dem herkömmlichen Bordnetz 2 werden die ersten und zweiten Verbraucher 27a-e, 29a-e direkt von der zentralen Steuerungseinrichtung 21b, hier dem BCM 21b, elektrisch versorgt, aktiviert und betrieben bzw. deaktiviert. Entsprechend sind die elektrischen Leitungen 26a-e, 28a-e jeweils derart dimensioniert, dass sie jeweils von der zentralen Steuerungseinrichtung 21b zum Verbraucher 27a-e, 29a-e die maximal von diesen zu fordernde und aufzunehmende elektrische Energie leiten können. Die maximale elektrische Energie wird dabei über die maximale Stromstärke I₁, I₂ definiert, die diese elektrischen Leitungen 26a-e, 28a-e aufnehmen können. Wird diese maximale Stromstärke zeitweise von den Verbrauchern 27a-e, 29a-e nicht abgefordert und aufgenommen, so sind diese elektrischen Leitungen 26a-e, 28a-e für diese Betriebszustände als überdimensioniert anzusehen, d.h. ihre elektrisch leitfähigen Leitungsquerschnitte werden in diesen Zuständen nicht ausgenutzt.
Diese Überdimensionierung der elektrischen Leitungen 26a-e, 28a-e kann erfindungsgemäß dadurch vermieden werden, dass zwischen die herkömmliche, zentrale Steuerungseinrichtung 21b, die im Folgenden als erste Steuerungseinrichtung 21b bezeichnet werden soll, und die Verbraucher 27a-e, 29a-e jeweils zweite Steuerungseinrichtungen 25a-e angeordnet werden, die auch als dezentrale oder lokale Steuerungseinrichtungen 25a-e bezeichnet werden können (vgl. 2 bis 5). Diese übernehmen die lokale Kontrolle über die mit ihnen verbundenen Verbraucher 27a-e, 29a-e, die auch als Verbrauchergruppe bezeichnet werden können. Die elektrische Versorgung der Verbraucher 27a-e, 29a-e erfolgt dabei ebenfalls über die jeweils zweiten Steuerungseinrichtungen 25a-e, die hierzu direkt oder indirekt über elektrische Leitungen 24a-e mit der Leistungselektronik 21a und über die elektrischen Leitungen 26a-e, 28a-e mit den Verbrauchern 27a-e, 29a-e elektrisch leitfähig verbunden sind. Das erfindungsgemäße Verfahren läuft wie folgt ab:
2 zeigt ein Blockschaltbild einer derartigen zweiten Steuerungseinrichtung 25a-e zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese ist über eine erste elektrische Leitung 24a-e direkt mit der Leistungselektronik 21a elektrisch leitfähig verbunden. Ferner ist die zweite Steuerungseinrichtung 25a-e über eine zweite elektrische Leitung 26a-e mit dem ersten Verbraucher 27a-e und über eine dritte elektrische Leitung 28a-e mit dem zweiten Verbraucher 29a-e elektrisch leitfähig verbunden.
Erfindungsgemäß ist die erste elektrische Leitung 24a-e zwischen Leistungselektronik 21 a und zweiter Steuerungseinrichtung 25a-e durch ihren elektrisch leitfähigen Querschnitt so ausgelegt, dass sie eine maximale elektrische Stromstärke I_max aufnehmen kann. Diese maximale elektrische Stromstärke I_max hängt von den jeweiligen Verbrauchern 27a-e, 29a-e ab, die an der jeweiligen zweiten Steuerungseinrichtung 25a-e angeschlossen und durch diese elektrisch zu versorgen sind. So kann z.B. die maximale elektrische Stromstärke I_max der ersten elektrischen Leitung 24a, die die Heckscheibenheizung 27a und den Heckwischermotor 29a versorgt, eine andere sein als die maximale elektrische Stromstärke I_max der ersten elektrischen Leitungen 24d, 24e, die die Fern-/Abblendlichtleuchten 27d, 27e und Tagfahrlichtleuchten 29d, 29e versorgen.
Gleichzeitig ist die zweite elektrische Leitung 26a-e auf eine maximale elektrische Stromstärke I₁ und die dritte elektrische Leitung 28a-e auf eine maximale elektrische Stromstärke I₂ ausgelegt, die jeweils ausreichend ist, die jeweiligen Verbraucher 27a-e, 29a-e durch die zweite Steuerungseinrichtung 25a-e ausreichend mit elektrischer Energie zu versorgen, d.h. eine Stromstärke zur Verfügung stellen zu können, dass diese Verbraucher 27a-e, 29a-e ihre Funktion im vollen Leistungsumfang ausführen können. Ferner ist die maximale elektrische Stromstärke I_max der ersten elektrischen Leitungen 24a-e so gewählt, dass diese mindestens der größeren der beiden maximalen elektrischen Stromstärken I₁ und I₂ der zweiten und dritten elektrischen Leitung 26a-e, 28a-e entspricht. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der zweiten Steuerungseinrichtung 25a-e wenigstens die elektrische Stromstärke zur Verfügung gestellt werden kann, die zum Betrieb des Verbrauchers 27a-e, 29a-e mit dem größeren Energiebedarf erforderlich ist. Die an eine zweite Steuerungseinrichtung 25a-e angeschlossenen und durch diese zu versorgenden Verbraucher 27a-e, 29a-e können auch als Verbrauchergruppe bezeichnet werden und deren zweite und dritte elektrische Leitungen 26a-e, 28a-e als deren Leitungsabschnitt.
Die zweite Steuerungseinrichtung 25a-e ist auch über eine Steuerungsleitung 23a-e wie z.B. einen LIN-Bus (Local Interconnect Network), der auch als Kommunikationsleitung bezeichnet werden kann, mit der ersten Steuerungseinrichtung 21b verbunden, um auf diesem Wege Informationen und bzw. oder Steuerungssignale zu erhalten, auszugeben und bzw. oder auszutauschen. Alternativ bzw. ergänzend kann die zweite Steuerungseinrichtung 25a-e auch derartige Signale von anderen, insbesondere lokal vorgesehen Eingabe-, Bedien- bzw. Steuerungseinrichtungen erhalten.
Schließlich weist die zweite Steuerungseinrichtung 25a-e einen (Daten-)Speicher 30 auf, welcher Vorgaben, Steuerungsanweisungen, Informationen über die angeschlossenen Verbraucher 26a-e, 28a-e, die elektrischen Leitungen 24a-e, 26a-e, 28a-e fest vorgegeben, temporär und bzw. oder veränderbar enthalten kann. Hierzu zählen auch Steuerungsprogramme zum Betrieb der zweiten Steuerungseinrichtung 25a-e zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die zweite Steuerungseinrichtung 25a-e betreibt die an sie angeschlossenen Verbraucher 27a-e, 29a-e gemäß der ihr z.B. von der Leistungselektronik 21a direkt oder indirekt zur Verfügung gestellten elektrischen Energie und den Anweisungen bzw. Vorgaben z.B. der ersten Steuerungseinrichtung 21 b. Dabei ist erfindungsgemäß die zur Verfügung stellbare Energie durch die bewusste zu geringe Auslegung der ersten elektrischen Leitung 24a-e zu gering, als das alle an die zweite Steuerungseinrichtung 25a-e angeschlossenen Verbraucher 27a-e, 29a-e gleichzeitig mit voller Leistung betrieben werden könnten. Daher übernimmt die zweite Steuerungseinrichtung 25a-e je nach Situation eine Abschaltung oder Leistungsreduzierung der Verbraucher 27a-e, 29a-e, so dass bestimmte Funktionen bevorzugt und andere Funktionen gar nicht bzw. mit geringerer Energiezuvor ausgeführt werden. Wird die Vorgabe der zu bevorzugenden Verbraucher geschickt und sinnvoll gewählt, so ist die zu geringe zugeführte elektrische Energie dennoch ausreichend, um den Anforderungen des Fahrers zu genügen, bei gleichzeitiger Reduzierung der Bordnetzinfrastruktur.
Hierzu erkennt die zweite Steuerungseinrichtung 25a-e, dass bei bereits im Betrieb befindlichem ersten Verbraucher 27a-e durch die Betätigung eines zweiten Verbrauchers 29a-e, z.B. durch den Fahrer, eine zusätzliche Anforderung nach elektrischer Energie vorliegt. Die zweite Steuerungseinrichtung 25a-e ermittelt dann aus den beiden einzelnen maximalen elektrischen Stromstärken I₁ und I₂ der zweiten und dritten elektrischen Leitungen 26a-e, 28a-e eine resultierende Stromstärke I_res, die erforderlich wäre, beide elektrische Verbraucher 27a-e, 29a-e mit voller Leistung zu versorgen, und bewertet, z.B. vergleicht, diese zu erwartende resultierende Stromstärke l_res mit einem vorgegebenen Schwellenwert I_max, der die maximale elektrische Stromstärke I_max darstellt, die die zweite Steuerungseinrichtung 25a-e über die erste elektrische Leitung 24a-e aufgrund deren Leitungsquerschnittes erhalten kann.
Stellt die zweite Steuerungseinreichung 25a-e dabei fest, dass der Betrieb des zweiten Verbrauchers 29a-e bei voller Leistung zusätzlich zu dem bereits im Betrieb befindlichen ersten Verbraucher 27a-e den vorgegebenen Schwellenwert I_max überschreiten würde, so verringert die zweite Steuerungseinreichung 25a-e die Leistungsaufnahme des ersten Verbrauchers 27a-e soweit, dass der erste Verbraucher 27a-e bei verringerter Leistung und der zweite Verbraucher 29a-e bei voller Leistung gleichzeitig betrieben werden können, ohne dass die hieraus resultierende Stromstärke l_res den vorgegebenen Schwellenwert I_max überschreitet.
Im Folgenden wird eine Energieverteilung im Bordnetz 2 eines Kraftfahrzeugs 1 mittels einer Steuerungseinrichtung 25a-e gemäß der vorliegenden Erfindung an drei konkreten Ausführungsbeispielen im Detail erläutert:
3a zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Steuerungseinrichtung 25a zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. 3b zeigt eine Detailansicht des Heckbereichs des Kraftfahrzeugs 1 der 3a. Hierbei werden die Funktionen der Heckklappe 11 des Kraftfahrzeugs 1, die elektrische Energie benötigen, durch eine zweite, dezentrale und lokale Steuerungseinrichtung 25a gesteuert.
Die zweite Steuerungseinrichtung 25a ist hierzu über eine Steuerungsleitung 23a mit der ersten Steuerungseinrichtung 21b, hier BCM 21b, verbunden. Ferner ist die zweite Steuerungseinrichtung 25a über eine erste elektrische Leitung 24a mit der Leistungselektronik 21a, über eine zweite elektrische Leitung 26a mit der elektrischen Heckscheibenheizung 27a als ersten Verbraucher 27a und über eine dritte elektrische Leitung 28a mit dem elektrischen Antrieb 29a des Heckscheibenwischers als zweiten Verbraucher 29a elektrisch leitfähig verbunden. Der zweite Verbraucher 29a kann z.B. auch ein Zentralverriegelungsschloss sein.
Die zweiten und dritten elektrischen Leitungen 26a, 28a sind dabei jeweils so dimensioniert, dass sie die zum Betrieb der jeweiligen Verbraucher 27a, 29a erforderlichen maximalen elektrischen Stromstärken I₁, I₂ leiten können. Die erste elektrische Leitung 24a mit der maximalen elektrischen Stromstärke I_max ist jedoch geringer dimensioniert, d.h. die erste elektrische Leitung 24a kann nicht gleichzeitig alle Verbraucher 27a, 29a vollständig mit elektrischer Energie versorgen. Dies ist jedoch erfindungsgemäß gar nicht erforderlich, da die zweite Steuerungseinrichtung 25a die Verbraucher 27a, 29a entsprechend steuert:
Unter den elektrischen Verbrauchern 27a, 29a der Heckklappe 11 hat die elektrische Heckscheibenheizung 27a den größten Energiebedarf. Daher wird sowohl die erste als auch die zweite elektrische Leitung 24a, 26a so dimensioniert, dass die zweite Steuerungseinrichtung 25a diesen Energiebedarf von der Leistungselektronik 21a erhalten und an die elektrische Heckscheibenheizung 27a weiterleiten kann, um diese mit voller Leistung zu betreiben.
Wird nun z.B. vom Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 z.B. der Heckscheibenwischer 29a bei laufender Heckscheibenheizung 27a betätigt, kann die elektrische Energie, die erforderlich wäre, beide Verbraucher 27a, 29a gleichzeitig mit voller Leistung zu betreiben, aufgrund der hierfür zu gering dimensionierten ersten elektrischen Leitung 24a nicht von der ersten Steuerungseinrichtung 21 b zur Verfügung gestellt werden. Daher reduziert die zweite Steuerungseinrichtung 25a selbstständig durch das erfindungsgemäße Verfahren die elektrische Energie für die Heckscheibenheizung 27a so weit, dass genug elektrische Energie zur Verfügung steht, den elektrischen Antrieb 29a des Heckscheibenwischers bestimmungsgemäß betreiben zu können. Auf diese Weise ist der parallele Betrieb beider Verbraucher 27a, 29a möglich, trotz zu geringer zur Verfügung stehender Energie für die volle Funktion beider Verbraucher 27a, 29a.
Dies ist nur deshalb möglich, ohne dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 eine Beeinträchtigung der von ihm gewählten Funktionen wahrnimmt, weil die Heckscheibenheizung 27a ein zeitlich sehr träges und dauerbetätigtes System ist und der Heckscheibenwischer 29a nur intervallartig und kurzzeitig arbeitet. Hierdurch kann die zweite Steuerungseinrichtung 25a kurzzeitig die Heckscheibenheizung 27a mit verminderter Leistung betreiben, solange der Heckscheibenwischer 29a seine Wischbewegung ausführt, und danach der Heckscheibenheizung 27a solange wieder die volle benötigte elektrische Energie zur Verfügung stellen, bis der Heckscheibenwischer 29a erneut betätigt werden muss. Die kurzzeitige Energiereduzierung der Heckscheibenheizung 27a fällt daher dem Fahrer gar nicht auf, so dass dieser beide Funktionen als vollständig ausgeführt wahrnimmt.
4a zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Steuerungseinrichtung 25d, 25e zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. 4b zeigt eine Detailansicht des Frontbereichs des Kraftfahrzeugs 1 der 4a. In diesem Ausführungsbeispiel werden die linken und rechten Frontscheinwerferanordnungen 14, 15 durch jeweils eine zweite Steuerungseinrichtung 25d, 25e gesteuert.
Die zweiten Steuerungseinrichtungen 25d, 25e sind hierzu jeweils über eine Steuerungsleitung 23d, 23e mit der ersten Steuerungseinrichtung 21b verbunden. Ferner sind die zweiten Steuerungseinrichtungen 25d, 25e über jeweils eine erste elektrische Leitung 24d, 24e mit der Leistungselektronik 21a, über jeweils eine zweite elektrische Leitung 26d, 26e mit einer Fern-/Abblendlichtleuchte 27d, 27e der jeweiligen Frontscheinwerferanordnungen 14, 15 als erste Verbraucher 27d, 27e und über jeweils eine dritte elektrische Leitung 28d, 28e mit einer Taglichtleuchte 29d, 29e der jeweiligen Frontscheinwerferanordnungen 14, 15 als zweiten Verbraucher 29d, 29e elektrisch leitfähig verbunden.
Die zweiten und dritten elektrischen Leitungen 26d, 26e, 28d, 28e sind dabei jeweils so dimensioniert, dass sie die zum Betrieb der jeweiligen Verbraucher 27d, 27e, 29d, 29e erforderlichen maximalen elektrischen Stromstärken I₁, I₂ leiten können. Die ersten elektrischen Leitungen 24d, 24e mit der jeweiligen maximalen elektrischen Stromstärke I_max sind jedoch geringer dimensioniert, d.h. die ersten elektrischen Leitungen 24d, 24e können nicht gleichzeitig alle Verbraucher 27d, 27e, 29d, 29e sowie weitere Leuchten der jeweiligen Frontscheinwerferanordnungen 14, 15 mit elektrischer Energie versorgen. Dies ist jedoch erfindungsgemäß gar nicht erforderlich, da die zweiten Steuerungseinrichtungen 25d, 25e die Verbraucher 27d, 27e, 29d, 29e entsprechend steuern:
Ist das Fernlicht oder das Abblendlicht betätigt und wird vom Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 auf das Tagfahrlicht umgeschaltet, so beenden die jeweiligen zweiten Steuerungseinrichtungen 25d, 25e die jeweilige Energiezufuhr zu den Fern-/Abblendlichtleuchten 27d, 27e und stellen die erforderliche Energiemenge, die dem Energiebedarf der Tagfahrlichtleuchten 29d, 29e entspricht, diesen zur Verfügung. Da die Funktionen des Fern-/Abblendlichtes und Tagfahrlichtes gemäß gesetzlicher Bestimmungen nicht zeitglich betrieben werden dürfen, muss der Energiebedarf der Fern-/Abblendlichtleuchten 27d, 27e und der Tagfahrlichtleuchten 29d, 29e auch nie zeitgleich gedeckt werden. Daher können die ersten elektrischen Leitungen 24d, 24e der Frontscheinwerferanordnungen 14, 15 erfindungsgemäß auf die größere der beiden maximalen elektrischen Stromstärken I₁, I₂ ausgelegt werden anstelle auf deren Summe. So kann ohne Leistungsreduzierung der Frontscheinwerferanordnungen 14, 15 eine einfachere und kostengünstigere Bordnetzinfrastruktur erreicht werden.
5 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einer Kombination der ersten und zweiten Ausführungsbeispiele sowie ein drittes Ausführungsbeispiel einer Steuerungseinrichtung 25b, 25c zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung bzgl. der linken und rechten Heckscheinwerferanordnung 12, 13.
Die zweiten Steuerungseinrichtungen 25b, 25c sind hierzu jeweils über eine Steuerungsleitung 23b, 23c mit der ersten Steuerungseinrichtung 21b verbunden. Ferner sind die zweiten Steuerungseinrichtungen 25b, 25c über jeweils eine erste elektrische Leitung 24b, 24c mit der Leistungselektronik 21 a, über jeweils eine zweite elektrische Leitung 26b, 26c mit einer rückwärtigen Positionsleuchte 27b, 27c der jeweiligen Heckscheinwerferanordnung 12, 13 als erste Verbraucher 27b, 27c und über jeweils eine dritte elektrische Leitung 28b, 28c mit einer Bremslichtleuchte 29b, 29c der jeweiligen Heckscheinwerferanordnung 12, 13 als zweiten Verbraucher 29b, 29c verbunden.
Die zweiten und dritten elektrischen Leitungen 26b, 26c, 28b, 28c sind dabei jeweils so dimensioniert, dass sie die zum Betrieb der jeweiligen Verbraucher 27b, 27c, 29b, 29c erforderlichen maximalen elektrischen Stromstärken I₁, I₂ leiten können. Die ersten elektrischen Leitungen 24b, 24c mit der jeweiligen maximalen elektrischen Stromstärke I_max sind jedoch geringer dimensioniert, d.h. die ersten elektrischen Leitungen 24b, 24c können nicht gleichzeitig alle Verbraucher 27b, 27c, 29b, 29c sowie weitere Leuchten der jeweiligen Heckscheinwerferanordnung 12, 13 mit elektrischer Energie versorgen. Dies ist jedoch erfindungsgemäß gar nicht erforderlich, da die zweiten Steuerungseinrichtungen 25b, 25c die Verbraucher 27b, 27c, 29b, 29c entsprechend steuern:
Ist das Tagfahrlicht eingeschaltet und wird vom Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 die Bremse betätigt, die die Bremslichtleuchten 29b, 29c auslöst, so reduzieren die jeweiligen zweiten Steuerungseinrichtungen 25b, 25c die jeweilige Energiezufuhr zu den rückwärtigen Positionsleuchten 27b, 27c und stellen diese Energiemenge, die dem vollen Energiebedarf der Bremslichtleuchten 29b, 29c entspricht, diesen zur Verfügung. Da ein Bremsvorgang im Allgemeinen vergleichsweise kurz stattfindet, kann für diesen Zeitraum diese Leistungsreduzierung der rückwärtigen Positionsleuchten 27b, 27c zugunsten einer einfacheren und kostengünstigeren Bordnetzinfrastruktur akzeptiert werden.
Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsbeispiele anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.

Claims

Verfahren zur Einhaltung eines vorbestimmten Schwellenwertes I_max einer Stromstärke in einem elektrischen Netzwerk (2) mit wenigstens den folgenden Schritten: Erkennen einer zusätzlichen Anforderung nach elektrischer Energie einer vorbestimmten elektrischen Verbrauchergruppe (27a-e, 29a-e) umfassend einen in Intervallen eine Funktion ausführenden Verbraucher innerhalb des elektrischen Netzwerkes (2); Ermitteln einer hierdurch zu erwartenden resultierenden Stromstärke l_res in einem Leitungsabschnitt (26a-e, 28a-e) der vorbestimmten elektrischen Verbrauchergruppe (27a-e, 29a-e); Bewerten der zu erwartenden resultierenden Stromstärke I_res hinsichtlich eines vorbestimmten Schwellenwertes I_max der Stromstärke für diesen Leitungsabschnitt (26a-e, 28a-e); und, unter der Bedingung, dass die zu erwartende resultierende Stromstärke I_res in den Intervallen größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert I_max der Stromstärke dieses Leitungsabschnitts (26a-e, 28a-e), Verringern der Leistungsaufnahme eines vorbestimmten Verbrauchers (27a-e) der vorbestimmten elektrischen Verbrauchergruppe (27a-e, 29a-e) nur in den Intervallen soweit, dass die zu erwartende resultierende Stromstärke I_res gleichgroß oder geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert I_max der Stromstärke dieses Leitungsabschnitts (26a-e, 28a-e).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vordefinierte Schwellenwert I_max der maximal zulässigen Stromstärke I_max eines Leitungsabschnitts (24a-e) entspricht, welcher die vorbestimmte elektrische Verbrauchergruppe (27a-e, 29a-e) als Ganzes mit elektrischer Energie versorgen kann.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leistungsaufnahme eines anhand einer vordefinierten Rangfolge ausgewählten Verbrauchers (27a-e) der vorbestimmten elektrischen Verbrauchergruppe (27a-e, 29a-e) verringert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei anhand einer vordefinierten Rangfolge wenigstens ein zweiter Verbraucher (29a-e) der vorbestimmten elektrischen Verbrauchergruppe (27a-e, 29a-e) gegenüber wenigstens einem ersten Verbraucher (27a-e) der vorbestimmten elektrischen Verbrauchergruppe (27a-e, 29a-e) bevorzugt mit elektrischer Energie versorgt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der zweite Verbraucher (29a-e) eine geringere oder gleichgroße elektrische Leistung besitzt als der erste Verbraucher (27a-e), oder umgekehrt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei der erste Verbraucher (27a-e) eingerichtet ist, bei Aktivierung eine durchgehende Funktion auszuführen, und der zweite Verbraucher (29a-e) eingerichtet ist, bei Aktivierung eine unterbrochene Funktion auszuführen.
Steuerungseinrichtung (25a-e) zur Durchführung eines Verfahrens zur Einhaltung eines vorbestimmten Schwellenwertes I_max einer Stromstärke in einem elektrischen Netzwerk (2) nach einem der vorherigen Ansprüche.
Elektrisches Netzwerk (2), insbesondere Bordnetz (2) eines Kraftfahrzeugs (1), mit wenigstens einer ersten Steuerungseinrichtung (21b), wenigstens einer zweiten Steuerungseinrichtung (25a-e) nach Anspruch 7, die über eine Steuerungsleitung (23a-e) mit der ersten Steuerungseinrichtung (21b) verbunden ist, wobei die zweite Steuerungseinrichtung (25a-e) über eine erste elektrische Leitung (24a-e) mit einer elektrischen Energiequelle (20) elektrisch leitfähig verbunden ist, wenigstens einem ersten elektrischen Verbraucher (27a-e), der über eine zweite elektrische Leitung (26a-e) mit der zweiten Steuerungseinrichtung (25a-e) elektrisch leitfähig verbunden ist, und wenigstens einem zweiten elektrischen Verbraucher (29a-e), der über eine dritte elektrische Leitung (28a-e) mit der zweiten Steuerungseinrichtung (25a-e) elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei der elektrisch leitfähige Leitungsquerschnitt der ersten elektrischen Leitung (24a-e) geringer ist als die Summe der elektrisch leitfähigen Leitungsquerschnitte der zweiten und dritten elektrischen Leitung (26a-e, 28a-e).
Elektrisches Netzwerk (2) nach Anspruch 8, wobei die zweite Steuerungseinrichtung (25a-e) eingerichtet ist, über die Steuerungsleitung (23a-e) Steuerungssignale von der ersten Steuerungseinrichtung (21b) zu empfangen, an diese zu übertragen und/oder mit dieser auszutauschen.
Kraftfahrzeug (1) mit einer Steuerungseinrichtung (25a-e) nach Anspruch 7 und/oder einem elektrischen Netzwerk (2), insbesondere einem Bordnetz (2), nach einem der Ansprüche 8 oder 9.