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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mittels welchem eine elektrische Spannung in einem Bordnetz eines Kraftwagens stabilisiert wird. Über ein Bordnetz ist zumindest eine elektrische Energiequelle mit elektrischen Verbrauchern des Kraftwagens verbunden. Durch die Stabilisierung wird gewährleistet, dass bei geringer Leistungsfähigkeit der Energiequellen das Zuschalten weiterer elektrischer Verbraucher nicht zu einem kritischen Spannungseinbruch im Bordnetz führt, durch welchen der Betrieb anderer elektrischer Verbraucher in Mitleidenschaft gezogen wird. Zu der Erfindung gehören auch ein Kraftwagen sowie ein Steuergerät für einen elektrischen Verbraucher eines Kraftwagens.
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Ein Steuergerät, welches auf ein instabiles Bordnetz reagiert, ist aus der
DE 10 2010 029 225 A1 bekannt. Das Steuergerät steuert ein elektromechanisches Bremssystem und überwacht beim Aktivieren des Bremssystems einen Spannungsverlauf einer Versorgungsspannung.
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Generell kann das Aktivieren eines elektrischen Verbrauchers eine plötzliche Erhöhung des elektrischen Leistungsbedarfs bedeuten, welcher von dem elektrischen Energieversorgungssystem eines Kraftwagens gedeckt werden muss. Das Energieversorgungssystem umfasst im Zusammenhang mit der Erfindung die mindestens eine Energiequelle und das die mindestens eine Energiequelle mit den elektrischen Verbrauchern verbindende Bordnetz. Ist das Energieversorgungssystem aufgrund beispielsweise einer defekten Batterie nicht zur Abdeckung des neuen Lastfalls in der Lage, unterschreitet der tatsächlich z. B. am Eingang eines Gleichstrommotors verfügbare Versorgungsstrom einen Mindestwert, wie er für den einwandfreien Betrieb des Gleichstrommotors nötig wäre.
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Bei dem Steuergerät der genannten Druckschrift wird daher bei Erkennen dieser zu geringen Versorgungsqualität eine Sonderregelung für die Steuerung des Gleichstrommotors aktiviert. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass erst mit Aktivieren des Gleichstrommotors die Leistungsschwäche des Energieversorgungssystems erkannt werden kann, wenn nämlich ein Spannungseinbruch im Bordnetz verursacht wird. Dies kann den Betrieb anderer elektrischer Verbraucher beeinträchtigen.
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In der
DE 10 2010 034 105 A1 ist ein Verfahren zum Aufladen eines Steckdosenelektrofahrzeuges beschrieben. Überschreitet bei angeschlossener externer Leistungsquelle die von Komponenten des Kraftfahrzeugs angeforderte Gesamtleistung die verfügbare Gesamtleistung, so wird der Leistungsverbrauch der Fahrzeugkomponenten angepasst.
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In der
DE 10 2004 053 608 A1 ist ein Fahrzeugenergie-Management beschrieben, welches Vorhersagen verwendet. Ein Zeitserienprädiktor erzeugt einen geschätzten Zukunftsvektorwert in Reaktion auf einen von Sensorsignalen abhängigen Momentanzustandsvektor. Ein elektrischer Systemmanager umfasst vorbestimmte Entscheidungsregeln, welche aufgerufen werden in Reaktion auf den geschätzten Zustandsvektorwert, um das elektrische System auf erwartete elektrische Bedingungen anzupassen. Der Zeitserienprädiktor verwendet einen Wahrscheinlichkeitsvektor, der angibt, wie wahrscheinlich es ist, dass zu einem vorbestimmten zukünftigen Zeitpunkt ein vorbestimmter Lastfall eintritt.
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In der
DE 199 31 144 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Fahrzeug-Bordnetzes beschrieben. Falls ein kritischer Bordnetzzustand erkannt wird, werden unterschiedliche Stabilisierungsmaßnahmen in Abhängigkeit davon eingeleitet, ob der Generator aktiv ist und welche Drehzahl der Motor gerade aufweist. In der
DE 10 2011 017 678 A1 ist ein Energiemanagementsystem für einen elektrischen Energiespeicher eines Fahrzeugs beschrieben. Es werden fahrzeugfremde, mobile Kommunikationsgeräte abgeschaltet, falls ein Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs einen kritischen Ladezustand erreicht. Dabei werden ein oder mehrere der folgenden Kriterien berücksichtigt, wie beispielsweise, dass das Fahrzeug mit einer externen Stromquelle verbunden ist, oder dass das verbundene Kommunikationsgerät über eine unabhängige Stromversorgung verfügt.
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In der
DE 10 2009 006 846 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung mehrerer Verbraucher eines Kraftfahrzeuges beschrieben, wobei ein den zukünftigen und/oder aktuellen Zustand eines Bordnetzes des Kraftfahrzeuges anzeigender Indikator erfasst wird und in Abhängigkeit des erfassten Indikators wenigstens ein vorbestimmter Verbraucher in einen Teillastbetrieb gesteuert wird.
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In der
DE 10 2010 013 961 A1 ist ein System zum Stabilisieren eines Energieverbrauchs in einem Laptop oder in einer anderen mobilen Computerplattform beschrieben. Hierbei wird von einem Task-Scheduling Gebrauch gemacht. In der
DE 10 2005 057 306 A1 ist ein System zur Stabilisierung eines Gleichspannungs-Bordnetzes beschrieben. Die Stabilisierung erfolgt bei einem spannungsschwankungs-sensiblen Teil-Bordnetz mit Hilfe von Steuerungsmitteln durch Variieren der Spannung und/oder der elektrischen Last mit wenigstens einem spannungsschwankungs-insensiblen Teil-Bordnetz.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Möglichkeiten zu schaffen, ein Fahrzeug auch bei Schwäche von dessen Energieversorgungssystem fahrbereit zu halten.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, ein Steuergerät gemäß Patentanspruch 11 und einen Kraftwagen gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
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Durch die Erfindung wird es ermöglicht, schon im Vorfeld zu erkennen, ob eine Leistungsfähigkeit des Energieversorgungssystems eines Kraftwagens gering ist. Wird erkannt, dass das Energieversorgungssystem nicht ausreichend elektrische Leistung für einen vorbestimmten Lastfall bereitstellen kann, ohne dass es zu einem kritischen Spannungseinbruch kommt, welcher zu einem Ausfall eines elektrischen Verbrauchers führen könnte, so wird für diesen Fall dann präventiv dafür gesorgt, dass dieser Lastfall nicht eintritt. Das Verfahren eignet sich zum Betreiben eines Kraftwagens, welcher elektrische Verbraucher und ein elektrisches Energieversorgungssystem für die Verbraucher aufweist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der momentanen Leistungsfähigkeit eines Energieversorgungssystems berücksichtigt werden. So ist es z. B. ohne aufwändige und kostspielige Maßnahmen in der Regel nicht möglich, mit messtechnischen Mitteln mit absoluter Sicherheit anzugeben, wie groß die maximale Leistungsfähigkeit einer Energiequelle momentan ist. Unter einer Energiequelle ist hier insbesondere eine Fahrzeugbatterie (Niedervolt < 60 V) oder ein von einer Brennkraftmaschine angetriebener Generator zu verstehen. Bei einer Energiequelle kann es sich aber auch beispielsweise um eine Hochvolt-Traktionsbatterie oder ein Brennstoffzellensystem handeln.
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Für die Umsetzung des genannten Prinzips ist gemäß dem Verfahren in dem Kraftwagen mindestens eine Überwachungseinrichtung bereitgestellt. Eine Überwachungseinrichtung kann beispielsweise in einem Steuergerät für einen bestimmten elektrischen Verbraucher oder aber auch übergreifend in einem zentralen Bordcomputer des Kraftwagens bereitgestellt sein. Durch die Überwachungseinrichtung wird die im Folgenden beschriebene Abfolge von Schritten durchgeführt: Zum Erkennen der Bordnetzqualität wird zumindest ein Überwachungssignal erfasst. Dieses Überwachungssignal ist abhängig von der Leistungsfähigkeit des Energieversorgungssystems. Mit anderen Worten kann anhand eines solchen Überwachungssignals erkannt werden, ob das Energieversorgungssystem wie bestimmungsgemäß ausgelegt funktioniert oder ob sich beispielsweise ein Anschlusskabel von der Fahrzeugbatterie gelöst hat, so dass die Fahrzeugbatterie vom Bordnetz getrennt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt dabei nicht unbedingt Überwachungssignale, die mit absoluter Sicherheit einen Defekt anzeigen. Genauso kann durch ein Überwachungssignal z. B. auch nur angezeigt werden, ob ein Verbraucher keine Signale mehr aussendet. Dies kann beispielsweise ein Hinweis auf eine zu niedrige Versorgungsspannung sein. Ein Überwachungssignal kann also auch von einem Versorgungszustand zumindest eines der Verbraucher mit elektrischer Energie abhängig sein.
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Mittels des zumindest einen Überwachungssignals wird dann ein Stabilitätswert ermittelt. Dieser Stabilitätswert gibt eine Wahrscheinlichkeit an, dass eine Versorgung der Verbraucher des Kraftwagens durch das Energieversorgungssystem mit elektrischer Energie auch in einem vorbestimmten Lastfall noch ausreichend wäre. Bei diesem Lastfall kann es sich beispielsweise um die Abgabe einer bestimmten elektrischen Leistung von dem Energieversorgungssystem an die Verbraucher handeln. Ein anderer Lastfall kann dadurch beschrieben werden, dass von einem gleichzeitigen Betrieb einer bestimmten Gruppe von Verbrauchern ausgegangen wird, also z. B. eines Lenkkraftverstärkers und eines Kompressors eines aktiven Luftfedersystems. Zeigt der Stabilitätswert dann beispielsweise einen Wert von 100% an, so heißt dies, dass voraussichtlich in dem vorbestimmten Lastfall die Energie zuverlässig bereitgestellt werden kann. Ein Stabilitätswert von 0% deutet dagegen an, dass mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit ein Spannungseinbruch in dem Lastfall zu erwarten ist.
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Liegt nun der Stabilitätswert vor, so wird in einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest einer der Verbraucher direkt oder indirekt durch die Überwachungseinrichtung angesteuert und hierdurch das Betriebsverhalten des angesteuerten Verbrauchers in Abhängigkeit von dem ermittelten Stabilitätswert verändert. Wenn anhand des Stabilitätswerts erkennbar ist, dass in dem Lastfall ein kritischer Spannungseinbruch zu erwarten ist, kann durch die Veränderung des Betriebsverhaltens eines oder mehrerer Verbraucher erreicht werden, dass der vorbestimmte Lastfall nicht eintritt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass ein instabiler Bordnetzzustand bereits erkannt und entsprechende Maßnahmen zur Stabilisierung durchgeführt werden können, ohne dass es hierzu eines tatsächlichen Spannungseinbruches bedarf, um die Schwäche des Bordnetzes zu detektieren.
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Wie bereits ausgeführt, muss es sich nicht um eine einzige Überwachungseinrichtung handeln, die in dem Kraftwagen bereitgestellt sein kann. Beispielsweise kann in mehreren Steuergeräten jeweils eine Überwachungseinrichtung bereitgestellt sein, die dann jeweils für sich einen Stabilitätswert ermitteln und hierbei die besonderen Messmöglichkeiten nutzen, die sich in jedem Steuergerät bieten. Durch Austauschen der jeweils ermittelten Stabilitätswerte mit anderen Steuergeräten kann dann eine noch zuverlässige Einschätzung der Bordnetzstabilität erreicht werden.
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Zu der Erfindung gehört entsprechend auch ein Steuergerät für einen elektrischen Verbraucher eines Kraftwagens, welches dazu ausgelegt ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Hierbei ist das Steuergerät dazu ausgelegt, in Abhängigkeit von dem ermittelten Stabilitätswert das Betriebsverhalten des Verbrauchers zu ändern, zu dem es gehört. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass der ermittelte Stabilitätswert an zumindest ein anderes Steuergerät übermittelt wird und/oder der Stabilitätswert an eine zentrale Bordnetzüberwachungseinrichtung übermittelt wird, welche beispielsweise durch einen zentralen Bordcomputer realisiert ist, der selbst nicht unmittelbar einen bestimmten elektrischen Verbraucher, wie etwa eine elektrische Maschine, steuert.
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Schließlich gehört zu der Erfindung entsprechend auch ein Kraftwagen mit einer zentralen Bordnetzüberwachungseinrichtung zum Ermitteln eines Stabilitätswerts seines Bordnetzes und zum Ansteuern von zumindest einem elektrischen Verbraucher (also insbesondere von dessen Steuergerät) zum Verändern von dessen Betriebsverhalten in Abhängigkeit von dem ermittelten Stabilitätswert. Mit anderen Worten ist der Kraftwagen mit einer zentralen Bordnetzüberwachungseinrichtung ausgestattet, welche dazu ausgelegt ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftwagens sieht vor, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuergeräts bereitzustellen.
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Im Folgenden werden vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
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Für den Fall, dass das Energieversorgungssystem des Kraftwagens eine Fahrzeugbatterie als Energiequelle aufweist, sieht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass als ein Überwachungssignal von der Batterie ein sogenanntes „Batterie-ab-Signal” durch die Überwachungseinrichtung empfangen wird. Dieses Signal deutet in der beschriebenen Weise an, dass die Fahrzeugbatterie nicht in der Lage ist, elektrische Energie in das Bordnetz einzuspeisen. Ein solches Batterie-ab-Signal kann allerdings auch nicht mit absoluter Zuverlässigkeit angeben, ob die Fahrzeugbatterie tatsächlich vom Bordnetz getrennt ist. Deshalb ist es bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders vorteilhaft, dass das Batterie-ab-Signal nur in einen Wahrscheinlichkeitswert einfließt, anstelle dass sofort Maßnahmen ergriffen werden, wie sie bei einer tatsächlich gelösten Batterie zu ergreifen wären.
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Für den Fall, dass das Energieversorgungssystem einen Generator (Lichtmaschine) als Energiequelle umfasst, sieht eine Ausführungsform des Verfahrens vor, als Überwachungssignal durch die Überwachungseinrichtung von dem Generator ein „Generator-ab-Signal” zu empfangen. Dieses Signal deutet in ähnlicher Weise wie das Batterie-ab-Signal an, dass der Generator nicht in der Lage ist, elektrische Energie in das Bordnetz einzuspeisen, weil sich beispielsweise ein Anschlusskabel von dem Generator gelöst zu haben scheint oder die Leistungselektronik defekt ist. Ein weiteres, auf der Überwachung des Generators beruhendes Überwachungssignal kann ein Signal betreffend die Regelaktivität des Generators bei einer Stabilisierung der Bordnetzspannung darstellen. Ein solches Signal gibt Aufschluss darüber, ob der Generator allein für die Stabilisierung der Bordnetzspannung aktiv ist oder ob noch beispielsweise eine Fahrzeugbatterie bei einer Glättung von Spannungsschwankungen mitwirkt. So kann also anhand der Regelaktivität des Generators indirekt auf die Leistungsfähigkeit anderer Energiequellen rückgeschlossen werden, die zur Unterstützung des Generators bei der Spannungsstabilisierung vorgesehen sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber sehr flexibel und kann zahlreiche andere Überwachungssignale für die Ermittlung des Stabilitätswerts nutzen. So sieht eine Ausführungsform des Verfahrens vor, dass ein Ausbleiben eines Datensignals eines Steuergeräts durch das Überwachungssignal angezeigt wird. Ein solches Ausbleiben zeichnet sich dadurch aus, dass das Datensignal bestimmungsgemäß eigentlich über eine bestimmte Datenleitung von dem Steuergerät gesendet werden sollte. Ist dies nicht der Fall, bleibt also ein solches Datensignal aus, so kann dies (wie beschrieben) ein Hinweis darauf sein, dass das Steuergerät nicht genügend elektrische Leistung aus dem Bordnetz oder eine zu geringe Spannung aus dem Bordnetz empfängt und sich deshalb abgeschaltet hat. Dies ist ein Hinweis auf ein instabiles Bordnetz.
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Natürlich kann auch als Überwachungssignal ein Messwert einer elektrischen Größe des Bordnetzes selber, insbesondere einer Spannung und/oder eines Stromes, als Überwachungssignal genutzt werden. Es kann auch innerhalb eines einzelnen elektrischen Verbrauchers ein Messwert eines Stromes und/oder einer Spannung erfasst werden und als ein Überwachungssignal an eine Überwachungseinrichtung übermittelt werden. Genauso kann in ähnlicher Weise wie bei einem Generator auch innerhalb eines Steuergeräts eines einzelnen elektrischen Verbrauchers das Regelverhalten eines Netzteils dazu herangezogen werden, die Stabilität des Bordnetzes im Bereich des Anschlusses dieses Netzteils am Bordnetz zu beurteilen. Muss das Netzteil z. B. in zeitlich verhältnismäßig kleinen Abständen immer wieder Spannungseinbrüche kompensieren, so ist dies ein Hinweis darauf, dass das Energieversorgungssystem nicht leistungsfähig genug für die aktuelle Betriebssituation ist.
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Ist nun anhand des Stabilitätswerts erkennbar, dass ein instabiles Bordnetz vorliegt, werden Stabilisierungsmaßnahmen derart ergriffen, dass der beschriebene, vorbestimmte Lastfall nach Möglichkeit nicht eintritt. Hier hat sich herausgestellt, dass dies besonders einfach und von einem Fahrer des Kraftwagens kaum merklich verwirklicht werden kann, indem ein Vertikalregelsystem des Kraftwagens angesteuert und dessen Betriebsverhalten dahingehend verändert wird, dass dieses System nicht zu ungünstigen Zeitpunkten einen besonders großen Leistungsbedarf entwickelt. Ein solches Vertikalregelsystem umfasst insbesondere eine Dämpferregelung für einen aktiven Dämpfer und/oder eine aktive Luftfederregelung und/oder eine Wankstabilisierung und/oder eine elektrische Ventilsteuerung für ein zuschaltbares Volumen eines Federsystems des Kraftwagens.
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Eine weitere effiziente Möglichkeit, ein Energieversorgungssystem mit einer gegenüber der bestimmungsgemäßen Auslegung verringerten Leistungsfähigkeit stabil zu betreiben, besteht im Verändern des Betriebsverhaltens einer Lenkkraftunterstützung, eines Bremskraftverstärkers. Solche Systeme lassen sich in vorteilhafter Weise in ihrem Betriebsverhalten beeinflussen, so dass sie während ihres Betriebes einen geringeren Leistungsbedarf haben, ohne dass hierdurch der Fahrkomfort oder gar die Fahrsicherheit gefährdet werden.
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Hierbei sind zahlreiche Maßnahmen möglich, die sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in vorteilhafter Weise sehr einfach umsetzen lassen. Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht hier vor, dass zumindest ein Verbraucher degradiert wird, was bedeutet, dass seine maximale Leistungsaufnahme begrenzt wird. So kann beispielsweise eine Lenkkraftverstärkung degradiert werden, indem die maximal von ihr entwickelte zusätzliche Lenkkraft auf einen niedrigeren Wert eingestellt wird. Entsprechend benötigt dann auch der Elektromotor der Lenkkraftverstärkung im Betrieb nur eine geringere elektrische Leistung.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Verbraucher abgeschaltet wird. So kann beispielsweise u. U. auf eine Dämpferregelung verzichtet werden, ohne dass es hierdurch zu merklichen Komforteinbußen kommt. Es können zusätzliche Signale z. B. betreffend die aktuelle Fahrbahnbeschaffenheit bei der Auswahl der abzuschaltenden oder zu degradierenden Verbraucher berücksichtigt werden.
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Eine weitere Maßnahme besteht gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens darin, einen Zeitpunkt einer Aktivierung eines Verbrauchers zu verschieben. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass zwei elektrische Verbraucher, von denen jeder einen hohen Strombedarf hat, gleichzeitig aktiviert werden.
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Allgemein kann gemäß einer anderen Ausführungsform vorgesehen werden, dass zumindest zwei Verbraucher in Bezug auf ihre Aktivität aufeinander abgestimmt werden. So kann festgelegt werden, dass eine Dämpferregelung nur dann aktiviert wird, wenn der Kraftwagen gerade ausgelenkt wird und deshalb die Lenkkraftverstärkung nicht aktiv ist.
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Wie bereits ausgeführt, stellen die Überwachungssignale kein sicheres Indiz dafür dar, dass das Energieversorgungssystem tatsächlich in einer Leistungsfähigkeit eingeschränkt ist. Um die beschriebene Stabilisierungsmaßnahmen nicht unnötig auszulösen, sieht eine Ausführungsform des Verfahrens vor, dass das Ansteuern eines Verbrauchers zur Beeinflussung von dessen Betriebsverhalten nur erfolgt, falls der Stabilitätswert mindestens eine vorbestimmte Entprellzeit in einem vorbestimmten Intervall kritischer Werte liegt, welche auf ein instabiles Bordnetz hindeuten. Es kann durchaus sein, dass der Stabilitätswert nur für wenige Millisekunden einen kritischen Wert annimmt und dann aber bei Eintreffen weiterer Überwachungssignale sofort klar wird, dass das Bordnetz doch in Ordnung ist. Als geeignete Entprellzeit hat sich hier ein Wert von 500 ms bis 2 s erwiesen. Welcher Wert bei einem bestimmten Kraftwagen geeignet ist, kann durch einfache Versuche ermittelt werden. Die Verwendung einer Entprellzeit macht das erfindungsgemäße Verfahren sehr robust.
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Welche Verbraucher zur Stabilisierung des Bordnetzes tatsächlich angesteuert werden, wird gemäß bei dem Verfahren ermittelt, indem der Stabilitätswert gemäß einer vorbestimmten Regel einer vorbestimmten Gruppe von Stabilisierungsmaßnahmen zugeordnet wird. Durch jede der Maßnahmen ergibt sich hierbei jeweils ein Ansteuersignal zum Ändern des Betriebsverhaltens eines bestimmten Verbrauchers. Es kann beispielsweise eine Tabelle bereitgestellt werden, in der angegeben ist, dass bei einem Stabilitätswert von 70% (das Bordnetz ist mit 70%iger Wahrscheinlichkeit stabil) nur einige wenige Komfortverbraucher, die für die Steigerung des Fahrkomforts aktiviert werden können, degradiert werden. Dagegen kann bei einem Stabilitätswert von 0,2 (das Bordnetz ist nur mit 20%iger Wahrscheinlichkeit stabil) dafür gesorgt werden, dass nur noch eine vorbestimmte Basisfunktionalität des Kraftwagens, welche durch sicherheitsrelevante Verbraucher bereitgestellt wird, erhalten bleibt und die Leistungsfähigkeit sämtlicher oder zumindest der meisten Komfortverbraucher verringert wird.
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Um anhand eines oder mehrerer der Überwachungssignale einen aussagekräftigen Stabilitätswert festlegen zu können, bedarf es einer Menge Erfahrung. Um diese Erfahrung in automatisierter Weise nutzen zu können, sieht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, den Stabilitätswert zu ermitteln, indem zumindest eine Zuordnungsvorschrift vorgegeben wird, durch welche ein Wert eines Überwachungssignals oder auch eine Kombination von Werten mehrerer Überwachungssignale einem bestimmten Stabilitätswert zugeordnet wird. Insbesondere kann eine solche Zuordnungsvorschrift eine Wenn-Dann-Regel sein. So kann eine solche Regel beispielsweise aussagen: Wenn ein Batterie-ab-Signal vorliegt und ein bestimmter Verbraucher nicht mehr das vorgesehene Datensignal sendet, dann liegt in 70% aller dieser Fälle ein tatsächlich abgelöstes Anschlusskabel der Fahrzeugbatterie vor. Somit kann für diesen Fall vorgesehen sein, dass ein Stabilitätswert von 30% (eine nur 30%ige Wahrscheinlichkeit für ein stabiles Bordnetz) vorliegt.
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Eine andere Zuordnungsvorschrift kann anstelle einer Wenn-Dann-Regel vorsehen, ein kontinuierliches Überwachungssignal gemäß einer Funktion auf ein Werteintervall möglicher Stabilitätswerte abzubilden.
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Natürlich können auch mehrere Zuordnungsvorschriften kombiniert werden und die jeweils hieraus ermittelten Zwischenergebnisse zu einem Gesamtstabilitätswert kombiniert werden, beispielsweise durch eine gewichtete Addition.
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Im Folgenden wird die Erfindung noch einmal genauer anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Hierzu zeigt die einzige Figur (Fig.) eine schematische Darstellung von Signalflüssen, wie sie sich in einer Überwachungseinrichtung für die Bordnetzstabilität gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuergeräts ergeben können. Die Figur zeigt hierzu in schematisierter Darstellung einen Kraftwagen 10, der beispielsweise ein Personenkraftwagen sein kann. Im Kraftwagen 10 kann sich ein Vertikalregelsystem 12 befinden, mit dem an sich bekannter Weise eine Höhe des Kraftwagenchassis über dem Boden und eine vertikale Federbewegung des Kraftwagens beeinflusst werden können. Das Vertikalregelsystem 12 kann mehrere elektrische Verbraucher aufweisen, von denen in der Figur beispielhaft eine Dämpferregelung 14, eine Luftfederung 16, eine Regelung für ein zuschaltbares Volumen der Luftfederung 18 und eine Wankstabilisierung 20 gezeigt sind. Das Vertikalregelsystem 12 kann weitere elektrische Verbraucher umfassen, die in der Figur durch eine entsprechende Darstellung mit Auslassungspunkten (...) als weitere Verbraucher 22 dargestellt sind. Zu dem Vertikalregelsystem gehört auch ein Steuergerät 24, welches im Betrieb Steuer- oder Regelsignale 26 mit den elektrischen Verbrauchern 14 bis 22 austauscht.
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Durch die Vielzahl der elektrischen Verbraucher 14 bis 22 des Vertikalregelsystems 12 sowie weiterer (nicht dargestellter) elektrischer Verbraucher des Kraftwagens 10 kann ein elektrisches Versorgungssystem 28 des Kraftwagens 10 in einigen Lastfällen sehr stark belastet werden.
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Das elektrische Versorgungssystem 28 kann als Energiequellen einen Generator 30 und eine Fahrzeugbatterie 32 aufweisen. Eine von dem Generator 30 und/oder der Batterie 32 abgegebene elektrische Leistung kann über ein Bordnetz 34 den einzelnen elektrischen Verbrauchern 14 bis 22 des Vertikalregelsystems 12 und den übrigen elektrischen Verbrauchern des Kraftwagens 10 zugeführt werden. Insbesondere die elektrischen Verbraucher 14 bis 22 des Vertikalregelsystems 12 können einen sehr hohen Strombedarf entwickeln. Z. B. kann im Moment des Kompressoranlaufes des Luftfedersystems 16 oder während einer Regelung durch die Wankstabilisierung 20 ein Bedarf an elektrischer Leistung in dem Kraftwagen 10 entstehen, welcher durch den Generator 30 oder die Fahrzeugbatterie 32 allein nicht gedeckt werden kann, sondern nur durch gleichzeitiges Abgeben von elektrischer Leistung durch beide Energiequellen 30, 32.
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Bei einem „schwachen” Bordnetz 34, wenn beispielsweise ein Anschlusskabel 36 sich von der Fahrzeugbatterie 32 gelöst hat (Batterie-ab-Situation) kann das Anlaufen eines oder mehrerer elektrischer Verbraucher 14 bis 22 des Vertikalsystems 12 dann einen starken Spannungseinbruch im Bordnetz hervorrufen. Ein solcher Spannungseinbruch ist dann kritisch, wenn die für den Betrieb der elektrischen Verbraucher nötige Mindestspannung unterschritten wird. Sollte die elektrische Spannung in dem Bordnetz 34 unter eine bestimmte kritische Mindestspannung fallen, kann dies nämlich dazu führen, dass beispielsweise bestimmte Hochstromverbraucher unter den elektrischen Verbrauchern 14 bis 22 und den übrigen elektrischen Verbrauchern des Kraftwagens 10 abgeworfen werden, d. h. ihr Betrieb unterbrochen wird. Dies wiederum kann zu einem „Überschwinger” im zeitlichen Verlauf der elektrischen Spannung des Bordnetzes 34 führen, wenn der Generator 30 die Spannungsregelung auf den neuen elektrischen Lastfall einstellen muss. Auch hierdurch können gegebenenfalls wichtige elektrische Verbraucher des Kraftwagens 10, wie beispielsweise eine Lenkkraftverstärkung oder ein ESP (Elektronisches Stabilisierungsprogramm) in ihrem Betrieb beeinträchtigt oder sogar beschädigt werden.
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Eine solche gegenseitige Beeinflussung von elektrischen Verbrauchern in dem Kraftwagen 10 bei Vorliegen eines „schwachen” Bordnetzes ist bei dem Kraftwagen 10 vermieden. Hierzu ist in dem Kraftwagen 10 eine Überwachungseinrichtung für die Bordnetzstabilität bereitgestellt. In dem gezeigten Beispiel kann diese Überwachungseinrichtung als eine Softwarekomponente in dem Steuergerät 24 für das Vertikalsystem 12 realisiert sein. Das Steuergerät empfängt Überwachungssignale 38, anhand derer es eine „Bordnetzqualität” misst, welche aussagt, wie stabil das Versorgungssystem 28 momentan arbeitet. Mit anderen Worten wird anhand der Überwachungssignale 38 überprüft, ob das Energieversorgungssystem 28 bei starker die volle Nennleistung aufbringen könnte oder ob es Anzeichen für einen Defekt in dem Energieversorgungssystem 28 gibt und deshalb beispielsweise ein plötzliches Anlaufen eines Kompressors der Luftfederung 16 zu einem kritischen Spannungseinbruch führen könnte.
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Das Steuergerät 24 ist dann in der Lage, bei einer zu geringen Bordnetzqualität die Verbraucher 14 bis 22 mit verringerter Leistung zu betreiben und so den Kraftwagen 10 auch bei Schwäche des Bordnetzes fahrbereit zu halten, um beispielsweise eine Weiterfahrt zu einer Werkstatt zu ermöglichen und hierbei, wenn möglich, noch eine Basisfunktionalität zur Verfügung zu stellen, welche eine sichere Fahrt ermöglicht.
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Eines der Überwachungssignale 38 kann beispielsweise eine Information 40 Ober die Regelaktivität des Generators 30 umfassen. Von einer Leitungsüberwachung 42 kann eine Information 44 über die Leistungsfähigkeit des Generators 30 und der Batterie 32 als eines der Überwachungssignale 38 erzeugt werden. Die Information 44 kann beispielsweise Aufschluss darüber geben, ob die Anschlussleitung 36 oder eine Anschlussleitung 46 des Generators 30 am Bordnetz 34 beschädigt oder von dem entsprechenden Gerät gelöst zu sein scheint. Die externen Informationen 40, 44 von beispielsweise dem Generator 30 und der Anschlussüberwachung 42 können über einen Kommunikationsbus des Kraftwagens 10 zu dem Steuergerät 24 hin übertragen werden, etwa einem CAN-Bus.
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Auch das Steuergerät 24 selbst kann als ein Überwachungssignal 38 steuergeräteinterne Strom- und Spannungs-Messwerte erzeugen, anhand welcher die an dem Steuergerät 24 eintreffende und vom Bordnetz 34 gelieferte Spannung U bzw. der Strom I angezeigt wird. Anhand der im Steuergerät gemessenen Werte für Strom I und Spannung U kann beispielsweise ein (unkritischer) Spannungseinbruch bei Aktivität des Vertikalsystems 12 erkannt werden und hieraus ein Rückschluss gezogen werden, bei welcher Leistungsaufnahme ein kritischer Spannungseinbruch erreicht werden würde. Als weitere Informationsquelle für die Stabilität des Bordnetzes 34 kann auch die Stabilität der Buskommunikation mit anderen Steuergeräten überwacht werden. Antwortet ein bestimmtes Steuergerät nicht auf eine Anfrage, die das Steuergerät 24 über einen Kommunikationsbus an das Steuergerät sendet oder es bleiben regelmäßig zu sendende Signale des anderen Steuergeräts aus, so kann dies als Hinweis darauf gewertet werden, dass das andere Steuergerät bereits mit elektrischer Energie unterversorgt war und deshalb nicht mehr funktioniert.
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Durch das Steuergerät 24 wird über einen Algorithmus aus den externen Informationen 40, 44 und den geräteinternen Messgrößen 48 eine Wahrscheinlichkeit für einen schwachen Bordnetzzustand berechnet. In Abhängigkeit von dem Wahrscheinlichkeitswert wird dann die Regelung der im Fahrzeug vorhandenen Verbraucher des Vertikalregelsystems 12 und gegebenenfalls auch weiterer Verbraucher aufeinander abgestimmt. Hierdurch wird vermieden, dass zu viele Verbraucher gleichzeitig betrieben werden und hierdurch ein Leistungsbedarf der Verbraucher insgesamt die vom Energieversorgungssystem 28 in seinem gegenwärtigen Zustand höchstens erzeugbare Leistung übersteigt. Beispielsweise wird die Funktionalität der elektrischen Verbraucher 14 bis 22 durch das Steuergerät 24 hierzu bei Bedarf degradiert. Es kann auch eine Degradation weiterer Verbrauchers erfolgen. Das Abstimmen der Verbraucher 14 bis 22 und der übrigen Verbraucher kann auch durch eine zeitliche Entzerrung der Regelvorgänge erreicht werden, d. h. beispielsweise dass ein Betrieb zweier Verbraucher, die besonders viel elektrische Leistung benötigen, nicht zugleich begonnen (Anfahrstrom) oder die beiden Verbraucher auch nur abwechselnd betrieben werden. Schließlich kann der durch das Steuergerät 24 ermittelte Wahrscheinlichkeitswert auch dem Gesamtfahrzeug, d. h. weiteren Verbrauchern, als eine Information 50 über den Bordnetzzustand zur Verfügung gestellt werden. Mit anderen Worten stellt diese Information ein Überwachungssignal 52 für andere Überwachungseinrichtungen der Bordnetzstabilität dar.
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Bei dem Wahrscheinlichkeitswert muss es sich nicht um einen Wert handeln, der in einem Intervall von 0 bis 1 liegt oder entsprechend von 0% bis 100%. Die Information über die Bordnetzstabilität kann auch in einer anderen geeigneten Weise dargestellt werden, aus der sich ein Grad der Stabilität, d. h. eine graduelle oder mehrstufige Darstellung des Bordnetzzustandes, ergibt. Es kann z. B. ausreichend sein, nur z. B. fünf Stabilitätsstufen als Wahrscheinlichkeitswert zu definieren. Die Verwendung der graduellen oder mehrstufigen Darstellung ergibt den Vorteil, dass die Unwägbarkeiten beim Ermitteln des Bordnetzzustandes berücksichtigt werden.
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Um nun vom Wahrscheinlichkeitswert auf die nötigen Maßnahmen zur Stabilisierung des Bordnetzes zu gelangen, kann in dem Steuergerät 24 und den übrigen Überwachungseinrichtungen die Information hinterlegt sein, ab welchen Spannungslagen (Werten für die Wahrscheinlichkeit) die einzelnen Verbraucher 14 bis 22 abgeschaltet werden müssen oder gegebenenfalls wieder zugeschaltet werden dürfen bzw. ab welchem Wert eine Degradation eines bestimmten Verbrauchers erfolgen soll.
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Diese Stabilisierungsmaßnahmen müssen dabei nicht sofort bei Erreichen eines bestimmten Wertes ergriffen werden. Über eine geeignete Entprellung kann die Robustheit sichergestellt werden, d. h. es wird stets eine bestimmte Zeitdauer abgewartet, bevor nach Erreichen eines kritischen Wahrscheinlichkeitswerts die entsprechenden Maßnahmen eingeleitet werden. So hat es sich als günstig erwiesen, eine Zeitrauer von 500 ms bis 2 s abzuwarten und danach zu überprüfen, ob der Wahrscheinlichkeitswert immer noch kritisch ist. Erst wenn dies der Fall ist, sollte eine Stabilisierungsmaßnahme eingeleitet werden.
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Durch das Beispiel ist gezeigt, wie in einem Kraftwagen eine Wahrscheinlichkeit für einen schwachen Bordnetzzustand ermittelt werden kann und auf Basis dieser Information die Funktionalität der elektrischen Verbraucher angemessen degradiert werden kann.
