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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen/elektronischen Einrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, die wenigstens einen elektrischen Verbraucher, wenigstens eine Spannungsquelle und wenigstens eine elektrische Leitung aufweist, wobei die Einrichtung auf eine Erhöhung eines Innenwiderstands überwacht wird.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben einer elektrischen/elektronischen Einrichtung, insbesondere einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs, zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit einem auf einen maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens.
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Stand der Technik
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Verfahren und Vorrichtungen sowie Computerprogrammprodukte der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei sicherheitsrelevanten Systemen im Kraftfahrzeug, beispielsweise im Antiblockiersystem (ABS) oder im elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP), werden die Anforderungen an die Überwachungsqualität ständig erhöht. Das betrifft unter anderem die elektrischen Leitungen, insbesondere die Versorgungsleitungen für Stromverbraucher, wie der Motor einer Rückförderpumpe, beispielsweise für Bremsflüssigkeit. Auf dem Markt existierende Geräte überwachen üblicherweise die Versorgungsspannung, um einen Leitungsabriss zu detektieren. Um schleichende Veränderungen in der Einrichtung, wie beispielsweise Korrosion an elektrisch leitenden Klemmen zu detektieren, die zu einer Widerstandserhöhung in der Einrichtung beziehungsweise in einem Schaltkreis führen, werden üblicherweise Methoden angewendet, die kurzzeitig einen relativ hohen Strom aus der Spannungsquelle ziehen. Bei einer Widerstandserhöhung wird ein höherer Spannungseinbruch detektiert. Die Überwachungsschärfe derartiger Methoden ist jedoch eingeschränkt, da eine Aktivierung des Verbrauchers, insbesondere eines Elektromotors, nicht beliebig oft durchgeführt werden kann, ohne zu Verschleiß und Geräuschemissionen zu führen. Werden nur geringe beziehungsweise niedrige Ströme zur Erkennung genutzt, ist die Bordnetzspannung durch einen Verbraucher oder auch durch mehrere Verbraucher nicht stabil und daher nicht vorhersagbar, sodass auch eine derartige Überwachung kein klares Ergebnis liefern kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine eindeutige Erfassung einer Innenwiderstandserhöhung im Wesentlichen unabhängig von der Stromhöhe gewährleistet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass zur Überwachung des Innenwiderstands ein parasitärer Schwingkreis der Einrichtung angeregt und eine Güte des Schwingkreises erfasst wird. Anhand der Güte des Schwingkreises kann bestimmt werden, ob sich ein Innenwiderstand der Einrichtung erhöht hat. Der parasitäre Schwingkreis besteht aus Elementen, die in der Einrichtung zwangsläufig vorhanden sind. Dies sind insbesondere ein oder mehrere Leitungsinduktivitäten, insbesondere von elektrischen Leitungen, insbesondere Versorgungsleitungen, vorzugsweise wenigstens ein interner Kondensator zur Reduzierung von Leitungsstörungen innerhalb der Einrichtung beziehungsweise des Schaltkreises, sowie ein oder mehrere Leitungswiderstände. Durch das Nutzen bereits sowieso vorhandener Komponenten der Einrichtung entstehen keine hohen Kosten. Die Anregung des Schwingkreises kann durch einfache und kostengünstige Mittel erreicht werden, ebenso wie die Erfassung der durch die Anregung erzeugten Resonanz, anhand derer die Güte des Schwingkreises bestimmt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein erhöhter Innenwiderstand bestimmt wird, wenn die erfasste Güte des Schwingkreises abgenommen hat. Eine abnehmende Güte wird somit als Kriterium für einen erhöhten Innenwiderstand verwendet. Durch Erfassen der Güte des Schwingkreises kann somit insbesondere durch einen Vergleich der erfassten Güte mit vorgebbarem oder erfassten Vergleichswerten, auf eine gleichbleibende, zunehmende oder abnehmende Güte geschlossen werden.
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Vorzugsweise wird die erfasste Güte mit einer Ausgangsgüte verglichen, um das Abnehmen der Güte zu detektieren. Unter einer Ausgangsgüte ist dabei die bei Inbetriebnahme vorliegende Güte des Schwingkreises zu verstehen, sodass die erfasste Güte mit einer bei Inbetriebnahme der Einrichtung erfassten Güte verglichen wird. Die Vergleichsgüte muss dabei nicht unbedingt die zuallererst erfasste Güte des Schwingkreises meinen, es kann sich auch um eine Güte, insbesondere um eine gemittelte Güte, innerhalb eines vorgebbaren Zeitraums nach Inbetriebnahme der Einrichtung handeln.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass regelmäßig die Güte des Schwingkreises erfasst und als Wert gespeichert wird, wobei anhand der gespeicherten Werte auf eine Veränderung der Güte des Schwingkreises geschlossen wird. Durch das regelmäßige Erfassen wird zu vorgebbaren Zeitpunkten die Güte des Schwingkreises bestimmt. Werden die bestimmten Güten in einem Kennfeld oder in einer Kennlinie eingetragen, so kann durch Auswertung des Kennfelds oder der Kennlinie auf einfache Art und Weise auf eine Veränderung der Güte, insbesondere auf eine Abnahme der Güte geschlossen werden.
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Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die (aktuell) zu erfasste Güte mit einem vorgebbaren Grenzwert verglichen wird, und bei Unterschreiten des Grenzwertes eine Sicherheitsmaßnahme eingeleitet, insbesondere der Betrieb der Einrichtung eingestellt wird. Unterschreitet die erfasste Güte den Grenzwert, so wird erkannt, dass ein weiterer Betrieb der Einrichtung aufgrund des vorliegenden hohen Innenwiderstands zu einer Beschädigung führen könnte. Als Sicherungsmaßnahme wird dabei bevorzugt der Betrieb der Einrichtung eingestellt. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass als Sicherungsmaßnahme dem Betreiber der Einrichtung ein Warnsignal, beispielsweise akustisch und/oder visuell, vermittelt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schwingkreis mit unterschiedlichen Frequenzen angeregt wird, um die Güte beziehungsweise seine Güte zu erfassen. Insbesondere ist vorgesehen, einen sogenannten Frequenz-Sweep durchzuführen und die Reaktion der Spannung beziehungsweise des Stroms im Schwingkreis zu bewerten. Bei einem erhöhten Leitungswiderstand sind die Güte des Schwingkreises und des Resonanz-Ausschlag weniger stark ausgeprägt. Die Frequenzen werden zweckmäßigerweise derart gewählt, dass die erwartete Resonanzfrequenz des Schwingkreises innerhalb des angeregten Bereichs liegt.
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Besonders bevorzugt wird der Schwingkreis mit einem linearen Frequenzverlauf angeregt, um die Güte zu erfassen. Der lineare Frequenzverlauf erlaubt eine einfache Parametrierung und anschließende Bewertung der erfassten Güten beziehungsweise Werte.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 zeichnet sich durch ein speziell hergerichtetes Steuergerät aus, das Mittel zum Durchführen des Verfahrens aufweist. Das Steuergerät ist insbesondere als Motorsteuergerät der elektrischen Maschine ausgebildet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel eine Peakdetektor-Schaltung und/oder eine Synchrondetektor-Schaltung zum Erfassen der Güte des Schwingkreises sowie eine Vorrichtung zum Anregen des Schwingkreises mit einer gewünschten Frequenz aufweisen.
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Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich durch einen auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode aus, der das oben beschriebene Verfahren durchführt, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen
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1 eine Einrichtung eines Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine und
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2 das Erfassen einer Resonanzspannung in Abhängigkeit einer Anregungsfrequenz in einem Diagramm.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung den Schaltkreis 1 einer Einrichtung 2 eines Kraftfahrzeugs, die als elektrischen Verbraucher eine elektrische Maschine 3 sowie eine Spannungsquelle 4 aufweist. Die Einrichtung 2 weist wenigstens ein Schaltelement 5 auf, das vorliegend als Halbleiterschalter ausgebildet ist, das zum Verbinden der elektrischen Maschine 3 mit der Spannungsquelle 4 und zum Trennen von dieser dient. Das Schaltelement 5 ist dabei in Reihe mit der elektrischen Maschine 3 geschaltet, zu welcher ein Freilauf 6 parallel geschaltet ist. Parallel zu der Reihenschaltung aus elektrischer Maschine 3 und Schaltelement 5 ist ein interner Kondensator C1 geschaltet, der zur Reduzierung von Leitungsstörungen in der Einrichtung 2 vorgesehen ist.
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Die Spannungsquelle 4 ist durch Leitungen 15, 16 und zwei Klemmanschlüsse 7 und 8 mit dem übrigen Schaltkreis 1 verbunden. Spannungsquellenseitig weist der Schaltkreis 1 eine Leitungsinduktivität L1 sowie einen Leitungswiderstand R1 auf. Die Leitungsinduktivität L1 stellt dabei die Induktivität der Versorgungsleitungen und der Leitungswiderstand R1 den internen Widerstand der Versorgungsleitungen dar. Der Leitungswiderstand R1 ist dabei als Summe der Innenwiderstände im kompletten Schaltkreis 1 zu verstehen, inklusive Masseleitung, Kontaktübergängen, Innenwiderstand der Stromversorgung am Anschlusspunkt und dergleichen. Der Leitungswiderstand R1 beeinflusst den gleichen Stromkreis, der im Betrieb der elektrischen Maschine 3 die maximale Systemleitung begrenzt. Vorzugsweise wird der Leitungswiderstand R1 geschätzt, wobei die Versorgungsleitungen vorteilhafterweise derart ausgelegt sind, dass es immer möglich ist, eine maximale Leistung aus der Stromversorgung beziehungsweise der Spannungsquelle 4 abzurufen. Im Fehlerfall, beispielsweise wenn die Versorgungsleitungen beschädigt sind oder die Anschlussklemmen 7, 8 korrodieren beziehungsweise oxidieren, steigt der Leitungswiderstand R1, was durch eine einfache Spannungsmessung nicht erkennbar ist.
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Es ist daher der Einrichtung 2 eine Vorrichtung zum Betreiben der Einrichtung 2, vorliegend ein Steuergerät 9 zugeordnet, welches eine Peakdetektor-Schaltung 10 aufweist. Die Peakdetektor-Schaltung 10 weist einen Digital/Analog-Wandler 11, einen Widerstand R2, eine Kapazität C2 sowie zwei Dioden 12 und 13 auf, die in der in 1 dargestellten Art und Weise miteinander verknüpft sind. Die Peakdetektor-Schaltung 10 ist durch eine Leitung 14 mit der den Klemmanschluss 7 aufweisenden Versorgungsleitung der Einrichtung 2 verbunden.
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Durch das Steuergerät 9 wird der parasitäre Schwingkreis 13, bestehend insbesondere aus dem Kondensator C1 und der Leitungsinduktivität L1, mit einer bestimmten Frequenz angeregt. Insbesondere wird der Schwingkreis 13 mit unterschiedlichen Frequenzen beaufschlagt und die Resonanzeigenschaften des Schwingkreises 13 untersucht. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Schwingkreis 13 durch eine Aktivierung der elektrischen Maschine 3, insbesondere mit geringem Strom, entsprechend angeregt wird. Vorteilhaft ist es, wenn ein linearer Frequenzdurchlauf der unterschiedlichen Frequenzen erfolgt, der so parametriert ist, dass die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 13 innerhalb des angeregten Bereichs liegt. In diesem Fall ist ein Ausschlag in Strom/Spannung beim Durchlaufen der Resonanzfrequenz unterschiedlich hoch, je nach Güte des Resonanzkreises, wie in 2 beispielhaft dargestellt.
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2 zeigt den Amplitudengang einer Wechselspannung U über die Frequenz f, wobei mehrere Amplitudengänge durch die Linien 17, 18 und 19 dargestellt sind, die sich in der Höhe des Leitungswiderstandes R1 unterscheiden. Bei geringem Leitungswiderstand R1 ist der Ausschlag stärker ausgeprägt (Linie 17), als bei höherem Leitungswiderstand R1 (Linie 19).
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Der limitierende Faktor ist der Innenwiderstand des Schwingkreises 13. Bei niederohmigen Leitungen und intakter Kontaktierung ist die Güte des Schwingkreises 13 hoch und der Strom-/Spannungsausschlag hoch. Bei erhöhtem Widerstand, beispielsweise aufgrund von korrodierten Klemmanschlüssen 7, 8, sinkt die Güte und der Ausschlag wird geringer. Dieser Effekt wird für die Qualifizierung des Systemzustands genutzt, indem ein Grenzwert für die Schwingkreisgüte definiert wird. Die durch die Peakdetektor-Schaltung 10 erfasste Güte des Schwingkreises 13 wird dann mit diesem Grenzwert verglichen. Unterschreitet die erfasste Güte den Grenzwert, so wird ein Fehlerfall diagnostiziert und insbesondere eine Sicherheitsmaßnahme, wie beispielsweise das Abschalten beziehungsweise Einstellen des Betriebs der elektrischen Maschine 3, eingeleitet. Alternativ zu der Peakdetektor-Schaltung 10 ist es auch denkbar, das Prinzip eines Synchrondetektors zu verwenden. Dabei wird ein Sample & Hold-Glied mit der Anregungsfrequenz synchron angesteuert und die resultierende Spannung von einem Mikrokontroller ausgewertet.
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Durch das Erfassen der Güte des Schwingkreises 10 lässt sich somit auf einfache und genaue Art und Weise eine Aussage über den Zustand der Einrichtung 1, insbesondere über den Innenwiderstand der Einrichtung 2, treffen.
