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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur eines Spannungsmesswerts im Hinblick auf einen Spannungsabfall zwischen zwei beim Betrieb wenigstens eines elektrischen Verbrauchers genutzten Massepunkten, wobei gegen einen ersten Massepunkt eine Betriebsspannung des Verbrauchers zwischen einem Ankopplungspunkt und dem ersten Massepunkt mittels einer Spannungsmesseinrichtung als Spannungsmesswert gemessen wird und der Verbraucher zwischen dem Ankopplungspunkt und dem zweiten Massepunkt geschaltet ist. Daneben betrifft die Erfindung eine elektrische Vorrichtung und ein Kraftfahrzeug.
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In Kraftfahrzeugen sind Anwendungsfälle bekannt, in denen in einer Verschaltung eines Verbrauchers zwei Mal an voneinander entfernten Positionen eine Verbindung oder zumindest ein Bezug zur Masse, mithin einem Massepunkt, besteht. Ein Beispiel hierfür ist eine Sitzheizung, die ohne einen Temperatursensor seitens des Sitzes, beispielsweise einen NTC-Sensor, auskommen soll. In solchen Fällen wird noch im Steuergerät, wo die Betriebsspannung für das wenigstens eine Heizelement als Verbraucher zur Verfügung gestellt wird, eine Spannungsmessung vorgenommen, so dass gemeinsam mit dem Strom der Widerstand des Heizelements bestimmt werden kann. Die entsprechende Widerstandskennlinie wird im Steuergerät genutzt, um die Temperatur am Sitz zu bestimmen und grundsätzlich bekannte Regelungsmethodiken einzusetzen.
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Üblicherweise ist dann seitens des ersten Steuergeräts ein Widerstand vorgesehen, über den die Betriebsspannung gegen einen Massepunkt, konkret einen ersten Massepunkt, über eine geeignete Spannungsmesseinrichtung gemessen werden kann. Eine Leitung verbindet das Steuergerät mit dem Sitz und dem dort angeordneten Verbraucher, hier dem Heizelement, welcher wiederum gegen Masse verschaltet ist, mithin gegen einen zweiten Massepunkt. Dabei tritt allerdings das Problem auf, dass seitens des Steuergeräts, wo die Verschaltung zur Messung gegen den ersten Massepunkt stattfindet, die Spannungsmessung nur dann korrekt die gewünschte, an dem Verbraucher anliegende Verbraucherspannung bezüglich des zweiten Massepunkts angibt, wenn der erste Massepunkt und der zweite Massepunkt auf exakt dem gleichen Potential liegen.
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In der Praxis treten jedoch bei der Spannungsmessung an Bauteilen mit unterschiedlichen Massepunkten Potentialunterschiede zwischen diesen Massepunkten auf, welche als Spannungsabfall oder auch Masseversatz bezeichnet werden können. Diese finden ihre Ursache insbesondere darin, dass zwischen verschiedenen Massepunkten im Kraftfahrzeug Ausgleichsströme auftreten, die stark von anderen anliegenden Strömen/Spannungen und mithin den Betrieb anderer elektrischer Komponenten des Kraftfahrzeugs abhängen. Die Ausgleichsströme zwischen verschiedenen Massepunkten ändern sich dynamisch und nicht reproduzierbar, so dass letztlich ein Fehler in der Spannungsmessung durch die Spannungsmessungseinrichtung auftritt, und der falsche Wert für die gesuchte Verbraucherspannung als Rechengrundlage herangezogen wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Möglichkeit der Korrektur eines Spannungsmesswerts anzugeben, die einen Fehler aufgrund des Spannungsabfalls zwischen unterschiedlichen Massepunkten der elektrischen Vorrichtung vermeidet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass während einer Nichtbetriebsphase des Verbrauchers über die Spannungsmesseinrichtung die zwischen dem Ankopplungspunkt und dem ersten Massepunkt anfallende Spannung als Spannungsabfall vermessen und zur Korrektur des bei Betrieb des Verbrauchers aufgenommenen Spannungsmesswerts derart verwendet wird, dass diese die an dem Verbraucher bezüglich des zweiten Massepunkts anliegende Verbraucherspannung angibt. Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, Zeiträume, in denen der Verbraucher nicht betrieben wird, zu nutzen, um die Größe des aktuellen Spannungsabfalls (Masseversatzes) zu ermitteln. Die bei Nichtbetrieb des Verbrauchers zwischen dem Ankopplungspunkt und dem ersten Massepunkt gemessene, verbleibende Spannung ist unmittelbar dem Spannungsabfall zwischen dem ersten Massepunkt und dem zweiten Massepunkt zuzuordnen, da der Spannungsabfall zwischen dem Ankopplungspunkt und dem zweiten Massepunkt aufgrund des sehr geringen Messstroms und des niederohmigen Verbrauchers vernachlässigbar ist. Liegen mehrere, die gleichen Massepunkte nutzende Verbraucher vor, liegt ein äußerst aktueller Korrekturwert für den Spannungsabfall vor, der unmittelbar bei der Spannungsmessung für einen parallel betriebenen Verbraucher eingesetzt werden kann. Ist eine derartige Messung parallel zum Betrieb eines weiteren Verbrauchers nicht möglich, ist es alternativ zweckmäßig, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird, in regelmäßigen Abständen den Betrieb des Verbrauchers kurz zu unterbrechen, um einen aktuellen Spannungsabfall zwischen den Massepunkten zu vermessen, zu speichern, und während des Betriebs des Verbrauchers als Korrektur anzuwenden.
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Zur konkreten Korrektur ergibt sich, nachdem als Spannungsabfall die Spannung zwischen dem zweiten Massepunkt und dem ersten Massepunkt verwendet wird, dass zur Ermittlung der Verbraucherspannung der Spannungsabfall von dem Spannungsmesswert zu subtrahieren ist.
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Wie bereits erwähnt wurde, kann das erfindungsgemäße Korrekturverfahren besonders vorteilhaft dann eingesetzt werden, wenn mehrere Verbraucher in parallelen Kanälen verwendet werden und die selben Massepunkte nutzen. Dann kann vorgesehen sein, dass bei wenigstens zwei über die selben Massepunkte angeschlossenen, in parallelen Kanälen verwendeten und wenigstens zeitweise nicht gleichzeitig betriebenen Verbrauchern mit jeweils zugeordneten Spannungsmesseinrichtungen der Spannungsabfall im Zweig eines nichtbetriebenen Verbrauchers vermessen und zur Korrektur des Spannungsmesswerts im Zweig eines betriebenen Verbrauchers verwendet wird. Beispielsweise bei Heizeinrichtungen, in denen verschiedene Bereiche unabhängig heizbar sein sollen, ist es bekannt, Verbraucher parallel zu betreiben, wobei dieselben Massepunkte eingesetzt werden können. Das bedeutet, jedem Verbraucher ist ein Kanal (Zweig) zugeordnet, über den unabhängig Strom und Spannung des Verbrauchers zur Verfügung gestellt werden können. Nachdem aber alle Verbraucher und die entsprechenden Spannungsmesseinrichtungen dieselben Massepunkte nutzen, kann eine Messung im Zweig eines nichtbetriebenen Verbrauchers zeitaktuell zur Korrektur im Zweig eines betriebenen Verbrauchers eingesetzt werden. Das bedeutet, es kann immer auf hochaktuelle Messwerte zugegriffen werden, solange wenigstens ein Verbraucher nicht betrieben wird. Sind alle Verbraucher betrieben, kann der aktuellste Wert für den Spannungsabfall gespeichert und weiterverwertet werden, wobei es selbstverständlich auch in einem solchen Fall möglich ist, den Betrieb auf einem Kanal zeitweise zu unterbrechen, um einen aktuellen Messwert für den Spannungsabfall aufzunehmen.
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Grundsätzlich ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung zweckmäßig, wenn der Spannungsabfall zyklisch vermessen wird. Dann wird in vorbestimmten Zeitabständen eine Messung durchgeführt, die einen aktuellen Wert für den Spannungsabfall liefert. Beispielsweise kann die Messung des Spannungsabfalls alle 0,5 bis 2 Sekunden, bevorzugt jede Sekunde, wiederholt werden. Dabei kann dann, wenn der Verbraucher beziehungsweise bei mehreren Verbrauchern alle Verbraucher betrieben werden, in besonders zweckmäßigen Ausgestaltungen vorgesehen sein, dass zur Messung des Spannungsabfalls der Betrieb des Verbrauchers kurzzeitig unterbrochen wird. Bereits eine Unterbrechung im Millisekundenbereich, beispielsweise kürzer als 50 ms, kann ausreichend sein, um eine Messung des Spannungsabfalls zwischen dem ersten und dem zweiten Massepunkt durchzuführen. Ist der Verbraucher beispielsweise ein Heizelement, so ist diese kurzzeitige Unterbrechung des Betriebs nicht wahrnehmbar.
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Wie bereits erwähnt wurde, kann vorgesehen sein, dass als Verbraucher Heizelemente, insbesondere Heizelemente einer Sitzheizung, verwendet werden. Die Spannungsmessung kann dann dazu dienen, den Widerstand des Heizelements zu bestimmen, aus dem über die entsprechende Kennlinie die Temperatur ermittelbar ist, wenn der korrekte Spannungsmesswert eingesetzt wird, was durch das erfindungsgemäße Verfahren unabhängig von Schwankungen des Spannungsabfalls beziehungsweise des Masseversatzes möglich ist. Mithin trägt das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung korrekter Temperaturen bei, wenn eine sensorlose Heizeinrichtung, insbesondere eine Sitzheizung, realisiert werden soll. Heizelemente haben einen sehr niedrigen Widerstand und der Messstrom der Spannungsmessung ist sehr gering, so dass nur ein vernachlässigbarer Messfehler auftreten kann.
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Wie bereits erwähnt wurde, tritt das der Erfindung zugrunde liegende Problem hauptsächlich dann auf, wenn die Massepunkte räumlich voneinander entfernt liegen, beispielsweise einer an einem Steuergerät, der anderer am Einsatzort einer Heizeinrichtung, beispielsweise einer Sitzheizung. Entsprechend kann vorgesehen sein, dass der erste Massepunkt einem Steuergerät zugehörig ist, das beabstandet zu dem Verbraucher und dem zweiten Massepunkt angeordnet ist und in dem die Spannungsmesseinrichtung vorgesehen ist.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine elektrische Vorrichtung mit wenigstens einem Verbraucher in einem Kraftfahrzeug, wobei gegen einen ersten Massepunkt eine Betriebsspannung des Verbrauchers zwischen einem Ankopplungspunkt und dem ersten Massepunkt mittels einer Spannungsmesseinrichtung als Spannungsmesswert gemessen wird und der Verbraucher zwischen dem Ankopplungspunkt und dem zweiten Massepunkt geschaltet ist, aufweisend eine Steuereinrichtung, welche sich dadurch auszeichnet, dass die Steuereinrichtung zur Ermittlung eines Spannungsabfalls zwischen dem ersten und dem zweiten Massepunkt als Messwert der Spannungsmesseinrichtung in einer Nichtbetriebsphase des Verbrauchers und zur Korrektur des bei Betrieb des Verbrauchers aufgenommenen Spannungsmesswerts derart, dass dieser die an dem Verbraucher bezüglich des zweiten Massepunkts anliegende Verbraucherspannung angibt, ausgebildet ist. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße elektrische Vorrichtung übertragen, mit welcher mithin die bereits genannten Vorteile erzielt werden können. Insbesondere kann es sich bei der elektrischen Vorrichtung um eine Sitzheizung handeln, bei der, wie dargelegt, als Verbraucher wenigstens ein Heizelement, insbesondere mehrere Heizelemente, vorgesehen sind. Die unterschiedlichen Heizelemente können dabei beispielsweise dem Sitz und der Lehne zugeordnet werden.
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Die erfindungsgemäße elektrische Vorrichtung kann dabei insbesondere in ein Steuergerät, welches neben der Steuereinrichtung die Spannungsmesseinrichtung enthält, und einen weiteren Anteil, welcher die Verbraucher umfasst und beabstandet zu dem Steuergerät angeordnet ist, aufgeteilt sein. Im Falle einer Sitzheizung kann mithin ein Sitzheizungs-Steuergerät beabstandet zum Sitz mit den Heizelementen vorgesehen sein, woraus folgt, dass auch der erste Massepunkt und der zweite Massepunkt räumlich beabstandet sind.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, welches eine erfindungsgemäße elektrische Vorrichtung aufweist.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Vorrichtung,
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2 die Verschaltung der elektrischen Vorrichtung, und
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3 eine Skizze zur Ermittlung des Spannungsabfalls.
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1 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1. Dieses weist als elektrische Vorrichtung eine Sitzheizung 2 auf, welche ein Steuergerät 3 und einen die Heizelemente als Verbraucher umfassenden Anteil 4 am Sitz 5 selbst aufweist.
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2 zeigt dabei die konkrete Verschaltung der Sitzheizung 2, wobei auch hier das Steuergerät 3 und der Anteil 4 gestrichelt dargestellt sind, um die räumliche Position der einzelnen Komponenten zu verdeutlichen.
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Ersichtlich werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung zwei Heizelemente 6 verwendet, die unabhängig voneinander betreibbar sind, mithin unabhängigen Kanälen (Zweigen) zugeordnet sind. Das Steuergerät 3 weist einen Eingang 7 für eine Versorgungsspannung und einen Ausgang 8 für Masse auf, der mit einem ersten Massepunkt 9 verbunden ist. Eine Steuereinrichtung 10, beispielsweise ein Mikrocontroller, steuert Schalter 11 an, um aus der Versorgungsspannung eine Betriebsspannung für die Heizelemente 6 zur Verfügung zu stellen. Wenn die Schalter 11 geschlossen sind, können die Heizelemente 6 durch die Betriebsspannung betrieben werden, nachdem diese mit einem Ankopplungspunkt 13 über entsprechende Leitungen 14 verbunden sind. Damit ein Strom fließen kann, sind die Heizelemente 6 auf der den Ankopplungspunkten 13 abgewandten Seite mit einem zweiten Massepunkt 15 verbunden, der dem Sitz 5 zugeordnet ist und mithin räumlich beabstandet vom ersten Massepunkt 9 ist.
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Spannungsmesseinrichtungen 16, die im Übrigen auch zu einer gemeinsamen Spannungsmesseinrichtung 16 verbunden werden können, ermöglichen es, für beide Zweige mit Heizelementen 6 die zwischen dem Ankopplungspunkt 13 und dem ersten Massepunkt 9 vorliegende Betriebsspannung zu vermessen. Hierfür können Lastwiderstände 12 eingesetzt werden. Die Spannungsmesseinrichtungen 16 messen die Betriebsspannung also in Bezug auf den Masseanschluss der Steuereinrichtung 12, als den ersten Massepunkt 9.
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Messwerte der Spannungsmesseinrichtungen 16 werden an die Steuereinrichtung 10 des Steuergeräts 3 weitergeleitet. Dort soll die Steuereinrichtung 10, nachdem seitens des Sitzes 5 kein Temperatursensor vorgesehen ist, Kennlinien der Heizelemente 6 nutzen, um aus dem Widerstand der Heizelemente 6 die Temperatur abzuleiten.
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Um den Widerstand der Heizelemente 6 bestimmen zu können, ist es wichtig, die Verbraucherspannung zu wissen, die zwischen den Ankopplungspunkten 13 und dem zweiten Massepunkt 15 tatsächlich vorliegt. Nun kann es aber vorkommen, dass zwischen dem ersten Massepunkt 9 und dem zweiten Massepunkt 15 ein Spannungsabfall (Masseversatz) auftritt. Dann entspricht die von den Spannungsmesseinrichtungen 16 zwischen dem Ankopplungspunkt 13 und dem ersten Massepunkt 9 gemessene Betriebsspannung nicht der tatsächlich zwischen den Ankopplungspunkten 13 und dem zweiten Massepunkt anliegenden Verbraucherspannung. Mithin sieht das in der Sitzheizung 2 realisierte erfindungsgemäße Verfahren eine entsprechende Korrektur vor.
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Hierzu stellt die Steuereinrichtung 10 fest, wann eines der Heizelemente 6 nicht betrieben wird. Ist dies der Fall, werden trotzdem Messwerte der Spannungsmesseinrichtung 16, die dem jeweiligen Verbraucher 6 zugeordnet ist, ausgelesen, da diese dann dem Spannungsabfall zwischen dem ersten Massepunkt 9 und dem zweiten Massepunkt 15 entsprechen. Dies sei anhand der Prinzipskizze der 3 näher erläutert. Diese zeigt vereinfacht die Situation für einen Kanal mit einem Heizelement 6.
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Von der Spannungsmesseinrichtung 16 wird die Spannung U1 zwischen dem Ankopplungspunkt 13 und dem ersten Massepunkt 9 vermessen. Als Verbraucherspannung liegt die Spannung U2 zwischen dem Ankopplungspunkt 13 und dem zweiten Massepunkt 15 vor. Der Spannungsabfall (Masseversatz) zwischen dem zweiten Massepunkt 15 und dem ersten Massepunkt 9 ist vorliegend mit ΔU bezeichnet.
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Wird das Heizelement 6 als Verbraucher nun nicht betrieben, ist U2 = 0 beziehungsweise vernachlässigbar, nachdem der dort fließende Strom 12 äußerst gering ist. Daraus ergibt sich aber, dass U1 = ΔU gilt, mithin als Messwert der Spannungsmesseinrichtung 16 der Spannungsabfall vermessen wird.
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Ein derart aufgenommener Wert für den Spannungsabfall ΔU kann nun unmittelbar genutzt werden, um in einem weiteren Kanal, in dem das Heizelement 6 betrieben wird, eine Korrektur vorzunehmen, nachdem sich dann die gesuchte Verbraucherspannung U2 ergibt zu U2 = U1 – ΔU.
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Werden im beschriebenen Beispiel der 2 einmal beide Heizelemente 6 verwendet, kann der zuletzt gemessene, aktuellste Wert für den Spannungsabfall gespeichert gehalten werden und verwendet werden.
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Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass grundsätzlich eine zyklische Messung des Spannungsabfalls erfolgt, das bedeutet, in vorbestimmten Zeitabständen, im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Sekunde, wird ein neuer, aktueller Wert für den Spannungsabfall aufgenommen, nachdem dieser durch Ausgleichsströme im Kraftfahrzeug beeinflusst ist, die sich dynamisch ändern können. Werden beide Heizelemente 6 gerade betrieben, ist dann vorgesehen, den Betrieb für eines der Heizelemente 6 kurzzeitig für die Messung zu unterbrechen, beispielsweise für einige Millisekunden, so dass ein aktueller Wert für den Spannungsabfall vermessen werden kann und zur Korrektur eingesetzt werden kann. Eine derart kurze Unterbrechung stellt keine merkliche Beeinträchtigung der Heiztätigkeit dar. Vorzugsweise erfolgt die Messung abwechselnd in einem der beiden Zweige, wenn beide Verbraucher 6 betrieben werden. Ansonsten wird immer der Kanal des gerade nicht betriebenen Verbrauchers 6 gewählt.
