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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen zumindest eines elektrischen Widerstandes einer elektrischen Versorgungsleitung eines elektrischen Systems, wobei das System mit zumindest einer ersten und einer zweiten elektrisch leitfähigen Versorgungsleitung verbunden ist.
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Stand der Technik
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Verfahren zum Überwachen von Leitungen und eine Einrichtung zum Überwachen von Leitungen zur Durchführung des Verfahrens werden in der Offenlegungsschrift
DE102010003353 vorgestellt. Das Verfahren dient dem Überwachen von Leitungen in einem System, in dem mindestens ein elektrischer Verbraucher über die Leitungen an eine Zentrale angeschlossen ist, wobei mit einer Überwachungseinrichtung ein Prüfsignal auf die Leitungen gegeben wird, um den elektrischen Widerstand der Leitungen zu bestimmen, wobei Einflüsse des mindestens einen Verbrauchers kompensiert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Elektrische Verbraucher werden über elektrisch leitende Verbindungen wie Zuleitungen, Kontakte, Verbinder oder Masseanbindungen von einer Energie- bzw. Stromquelle versorgt. Der elektrische Strom fließt hierbei über Widerstände, die sich unter anderem durch die elektrisch leitenden Verbindungsstellen ergeben. Abhängig von der Höhe des Stromes und dem Widerstand liegt am Verbraucher dann eine geringere Spannung an, als die Energiequelle bzw. Stromquelle selbst bereitstellt. Über Lebensdauer, Medieneinwirkung, dynamische und thermische Beanspruchung erhöht sich der Widerstand in den Leitungen und Verbindungsstellen, wodurch sich eine reduzierte SpannungsVersorgung des Verbrauchers bzw. der Last und eine reduzierte Performance dieses Verbrauchers ergibt. Durch Messung von Spannungen und Strömen kann auf einen Wert eines Widerstandes, also die betragsmäßige Höhe des Widerstandes, entsprechend dem Ohmschen Gesetz geschlossen werden, da eine Stromänderung zu einer durch den Widerstand verursachten Spannungsänderung führt, womit sich die Möglichkeit ergibt durch die Bestimmung des Widerstandes bei einem geringen Strom einen Spannungsabfall bei höheren Strömen zu prognostizieren.
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Die entsprechende Spannungsänderung wird beispielsweise über einen der folgenden Mechanismen ermittelt. Zum einen kann eine Spannung vor und nach einer Stromänderung gemessen werden und die daraus berechnete Spannungsänderung zur Ermittlung des Widerstandes herangezogen werden. Während dieser Messung führen Einflüsse durch andere Verbraucher, wie beispielsweise die Verbraucher im gleichen elektrischen Bordnetz eines Fahrzeugs, die aus der gleichen Stromquelle gespeist werden, zu Fehlern, da diese nicht erkannt und berücksichtigt werden können. Zum anderen wäre es mittels einer zusätzlichen Meßleitung möglich die Spannungsdifferenz direkt zu erfassen, um Einflüsse von anderen Verbrauchern an der gleichen Stromquelle zu reduzieren. Dies hätte aber einen höheren Platzbedarf zum Beispiel für die Anschlüsse zur Folge und wäre mit höheren Kosten verbunden.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass für Systeme, die mittels einer ersten und einer zweiten elektrisch leitfähigen Versorgungsleitung mit einer Stromquelle verbunden sind, eine genaue Bestimmung des elektrischen Widerstandes einer dieser Versorgungsleitung möglich ist, in dem ein Strom für die Widerstandsbestimmung nur in eine der beiden Versorgungsleitungen eingeprägt wird.
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Solche doppelt ausgelegten Versorgungsleitungen können für Systeme vorgesehen sein, bei denen ein Ausfall des Systems schwerwiegende Folgen für das Gesamtsystem nach sich ziehen kann. Bei Ausfall einer der Versorgungsleitungen kann das System dann über die zweite Versorgungsleitung weiterhin betrieben werden. Dies kann beispielsweise in einem Fahrzeug für ein elektrisch betätigtes Bremssystem so vorgesehen sein, das offensichtlich für das Führen eines Fahrzeugs Sicherheitsrelevant ist.
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Es wird ein Verfahren zum Bestimmen zumindest eines elektrischen Widerstandes einer elektrischen Versorgungsleitung eines elektrischen Systems, ein Verfahren zum Prognostizieren eines Spannungsabfalls, eine Vorrichtung, ein Computerprogrammprodukt, ein maschinenlesbares Speichermedium gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche angegeben, die zumindest zum Teil die genannten Aufgaben lösen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Es wird ein Verfahren zum Bestimmen zumindest eines elektrischen Widerstandes einer elektrischen Versorgungsleitung eines elektrischen Systems angegeben, wobei das System mit zumindest einer ersten und einer zweiten elektrisch leitfähigen Versorgungsleitung verbunden ist. Die Versorgungsleitungen sind stromquellenseitig elektrisch leitfähig verbunden und das System ist eingerichtet, eine elektrische Last des Systems wahlweise mit der ersten oder der zweiten Versorgungsleitung elektrisch zu verbinden.
In einem Schritt des Verfahrens wird eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Versorgungsleitung und der Last eingerichtet. In einem weiteren Schritt wird eine elektrische Unterbrechung zwischen der zweiten Versorgungsleitung und elektrischen Lasten des Systems eingerichtet. In einem weiteren Schritt wird ein Strom in der ersten Versorgungsleitung eingeprägt. Weiterhin wird eine erste Spannung am Eingang der ersten Versorgungsleitung des Systems bestimmt, wobei in der ersten Versorgungsleitung der Strom eingeprägt ist. Weiterhin wird eine zweite Spannung am Eingang der zweiten Versorgungsleitung des Systems bestimmt, wobei ebenso in der ersten Versorgungsleitung der Strom eingeprägt ist. In einem weiteren Schritt wird der erste Widerstandswert der ersten Versorgungsleitung, mittels der ersten und der zweiten Spannung und dem eingeprägten Strom, bestimmt.
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Der zu bestimmende elektrische Widerstand der elektrischen Versorgungsleitung eines elektrischen Systems ergibt sich zum einen durch die elektrisch leitenden Verbindungen selbst und zum anderen aus den Widerstandswerten von elektrisch leitenden Verbindungsstellen, wie Leitungen, Kontakte, Verbinder und/oder Masseanbindungen. Mit dem elektrischen Widerstand einer elektrischen Versorgungsleitung eines elektrischen Systems ist die Summe solcher elektrisch wirksamen Widerstände für die Versorgung des elektrischen Systems mit elektrischer Energie mittels einer Versorgungsleitung zu verstehen.
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Abhängig von der Höhe des Stromes und dem Widerstand einer solchen Versorgungsleitung liegt am Verbraucher eine geringere Spannung an als die Energiequelle bereitstellt. Dabei kann ein Spannungsabfall über einem Kontakt in einer solchen Versorgungsleitung bei hohen Strömen und nicht allzu hohen Spannungen, wie sie zum Beispiel in einem elektrisch betriebenen Bremssystem eines Fahrzeugs vorkommen, aufgrund der absoluten Höhe der auftretenden Lastströme relevant für eine ausreichende Spannungsversorgung des Bremssystems sein. Über Lebensdauer, Medieneinwirkung, dynamische und thermische Beanspruchung erhöht sich der Widerstand in den Leitungen und Verbindungen, wodurch sich über ein Systemalter eine reduzierte SpannungsVersorgung des Verbrauchers bzw. der Last und somit eine reduzierte Performance eines solchen Verbrauchers wie beispielsweise eines Bremssystems ergibt.
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Eine solche doppelt ausgelegte Versorgungsleitung für ein elektrisches System mit einer ersten und einer zweiten elektrisch leitfähigen Versorgungsleitung kann auf der Anschlussseite des Systems zwei Anschlüsse zum System aufweisen. Zumindest dann wenn diese zwei Versorgungsleitungen aus einer Stromquelle, also von einer Energieversorgung, gespeist werden, sind sie auf der Seite der Stromquelle also stromquellenseitig elektrisch miteinander verbunden.
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Dabei soll eine Versorgungsleitung im vorliegenden Zusammenhang so verstanden werden, dass über diese Leitung eine Verbindung mit einem Pol der Stromquelle erfolgt. Die Verbindung mit dem zweiten Pol der Stromquelle erfolgt durch eine Verbindung über einen Massekontakt. Ein solcher Massekontakt kann eine tatsächliche Verbindung zu einem elektrisch leitfähigen ausgedehnten Bauteil ausgeführt sein, es kann aber auch eine weitere elektrische Leitung, im Sinne von einem Kabel, von der Last zu dem zweiten Pol der Stromquelle eingerichtet sein.
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Ein solches elektrisches System, das ausgelegt ist mittels zweier Versorgungsleitungen mit elektrischer Energie versorgt zu werden, kann ausgelegt sein eine elektrische Last des Systems in einem Verbindungszustand nur von einer der zwei Versorgungsleitungen verbunden zu sein. Die andere der zwei Versorgungsleitungen kann vorgesehen sein ein anderes Aggregat bzw. eine andere Last des Systems mit elektrischer Energie zu versorgen. Um die Last alternativ von der einen oder der anderen der zwei Versorgungsleitungen mit elektrischer Energie zu versorgen, kann das System eingerichtet sein, zum Beispiel mittels dreier Schalter, die Last des Systems mit der ersten oder der zweiten Versorgungsleitung zu verbinden. Weiterhin können die drei Schalter so eingerichtet sein, dass ein anderes Aggregat bzw. eine andere Last mit der entsprechend anderen Versorgungsleitung elektrisch trennbar verbunden ist. Beispielsweise mittels dieser drei Schalter kann dann eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Versorgungsleitung und der Last hergestellt werden und eine elektrische Unterbrechung zwischen der zweiten Versorgungsleitung und weiteren elektrischen Lasten des Systems, wie beispielsweise einem anderen Aggregat bzw. einer anderen Last, und somit erreichen, dass die zweite Versorgungsleitung unbelastet ist.
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Eine zweite unbelastete Versorgungsleitung ist im Vergleich mit dem elektrischen Strom der Last des Systems, der in der ersten Versorgungsleitung fließt, bzw. der ersten Versorgungsleitung eingeprägt ist, mit einem so kleinen Strom beaufschlagt, wie es die Genauigkeitsanforderung an die Bestimmung des Widerstandes erfordert. In der Praxis kann das bedeuten, dass durch die zweite Versorgungsleitung ein im Verhältnis zu dem Strom in der ersten Versorgungsleitung kleiner Meß- bzw. Versorgungsstrom zum Beispiel für eine Messeinrichtung fließt.
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Der Strom in der ersten Versorgungsleitung kann durch das Verbinden der Last des Systems mit der Stromquelle über die erste Versorgungsleitung eingeprägt werden, in dem die Last eine elektrische Verbindung zur Masse herstellt und beispielsweise eine mechanische Wirkung hervorruft. Als Last kann zum Beispiel ein elektrischer Motor dienen, der, wenn er über die erste Versorgungsleitung mit der Stromquelle verbunden wird, ein Drehmoment hervorruft. Aber auch andere Lasten oder andere Formen von elektrischen Lasten können den Strom in die erste Versorgungsleitung einprägen.
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Die Bestimmung der ersten Spannung am Eingang der ersten Versorgungsleitung des Systems kann mittels einer Spannungs-Meßvorrichtung, die das System aufweist, erfolgen. Für die Bestimmung der zweiten Spannung am Eingang der zweiten Versorgungsleitung, die unbelastet im oben beschriebenen Sinne stromlos eingerichtet ist, kann eine weitere Spannungs-Messvorrichtung in dem System vorgesehen sein oder eine Spannungs-Messvorrichtung kann, entsprechend einer Multiplexschaltung, eingerichtet sein sowohl die erste als auch die zweite Spannung zu bestimmen.
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Der erste Widerstandswert, d.h. der Widerstandswert der der ersten Versorgungsleitung zugeordnet werden kann, ergibt sich dann aus der Differenz der ersten Spannung und der zweiten Spannung, mittels einer Berechnung nach dem ohmschen Gesetz, mit einem Wert des eingeprägten Stromes.
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Der Wert des eingeprägten Stroms kann durch einen funktionalen Zusammenhang mit der anliegenden Spannung an der Last ermittelt werden, oder das System oder die Last selbst kann einen Sensor für die Bestimmung des Stromwertes aufweisen.
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Mit diesem Verfahren, das für die Bestimmung des elektrischen Widerstandes der elektrischen Versorgungsleitung eine zweite Versorgungsleitung stromlos schaltet, um mittels dieser stromlos geschalteten zweiten Versorgungsleitung die Spannung an der Verbindungsstelle, also einem Sternpunkt, der beiden Versorgungsleitungen abgreifen zu können, ist es möglich, mit einem einfachen Verfahren und vorhandenen Schaltern und Zuleitungen, den elektrischen Widerstand von Versorgungsleitungen, die für ein System sicherheitsrelevant sind, zuverlässig, genau und ohne weitere Kosten zu verursachen, zu bestimmen.
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Das elektrische System kann insbesondere ein elektrisches Bremssystem, das insbesondere für ein Fahrzeug vorgesehen ist, sein.
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Die Abfolge der Verfahrensschritte sind in dieser Beschreibung so dargestellt, dass das Verfahren leicht nachvollziehbar ist. Der Fachmann wird aber erkennen, dass viele der Verfahrensschritte auch in einer anderen Reihenfolge durchlaufen werden können und zu dem gleichen Ergebnis führen.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass in einem weiteren Schritt des Verfahrens eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten Versorgungsleitung und der Last eingerichtet wird. In einem weiteren Schritt wird eine elektrische Unterbrechung zwischen der ersten Versorgungsleitung und der elektrischen Lasten des Systems eingerichtet. In einem weiteren Schritt wird ein Strom in der zweiten Versorgungsleitung eingeprägt. Weiterhin wird eine dritte Spannung am Eingang der zweiten Versorgungsleitung des Systems bestimmt, wobei in der zweiten Versorgungsleitung der Strom eingeprägt ist.
Weiterhin wird eine vierte Spannung am Eingang der ersten Versorgungsleitung des Systems bestimmt, wobei ebenso in der zweiten Versorgungsleitung der Strom eingeprägt ist. In einem weiteren Schritt wird ein dritter Widerstandswert der zweiten Versorgungsleitung, mittels der dritten und der vierten Spannung und dem eingeprägten Strom, bestimmt.
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Da das System eingerichtet ist, die Last wahlweise mit der ersten oder der zweiten Versorgungsleitung elektrisch zu verbinden, ist es möglich auf den Widerstandswert der zweiten Versorgungsleitung analog dem oben beschriebenen Verfahren für die erste Versorgungsleitung zu bestimmen. Somit kann das oben beschriebene Verfahren sinngemäß zur Ermittlung des Widerstandes in der zweiten Zuleitung Anwendung finden.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass eine Leerlauf-Spannung am Eingang der zweiten Versorgungsleitung des Systems bestimmt wird, ohne dass der ersten Versorgungsleitung der Strom eingeprägt wird.
Ein zweiter Widerstandswert, der zwischen dem stromquellenseitigen Kontaktpunkt der beiden Versorgungsleitungen und dem Massekontakt wirkt, wird mittels der zweiten Spannung, der Leerlauf-Spannung und dem eingeprägten Strom bestimmt.
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Wie schon weiter oben ausgeführt ist nicht nur der der elektrische Widerstand der ersten und der zweiten Versorgungleitung relevant für eine ausreichende Versorgung des Systems mit elektrischer Energie, sondern auch die Verbindung der Last mit dem zweiten Pol der elektrischen Energiequelle, inklusive dem Innenwiderstand der Energiequelle bzw. Stromquelle, muss einen ausreichend geringen Widerstand aufweisen, damit der Spannungsabfall auch in diesem Teil der Zuleitung von elektrischer Energie gering bleibt.
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Diese Leerlaufspannung kann mit der gleichen Spannung-Messeinrichtung bestimmt werden, die schon oben beschrieben wurde um die Spannung an der zweiten Versorgungsleitung zu bestimmen. Für die Messung der Leerlaufspannung muss allerdings auch die erste Versorgungsleitung im oben beschriebenen Sinne stromlos geschaltet werden, was entweder durch entsprechende Schalterstellung der schon oben beschriebenen drei Schalter erfolgen kann oder dadurch, dass die Last selbst eingerichtet ist keine elektrische Energie aufzunehmen. Dies kann beispielsweise erreicht werden indem Wechselrichter, die eine Last in Form eines Motors, mit elektrischem Kommentator, versorgen, entsprechend angesteuert werden. Die Berechnung des Widerstandswertes erfolgt entsprechend der oben erläuterten Berechnung.
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Mit dieser Ausgestaltung kann also ebenfalls auf eine einfache und kostengünstige Weise der zweite Teil der Zuführung von elektrischer Energie zu einer Last des Systems in Bezug auf den Widerstand überprüft werden, und somit ein sicherheitsrelevantes System in Bezug auf eine Funktionsfähigkeit überprüfen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die Leerlaufspannung bestimmt wird, wenn während der Bestimmung der Leerlaufspannung keine weitere Stromänderung, in der Verbindung des stromquellenseitigen Kontaktpunktes der beiden Versorgungsleitungen und der Masseverbindung, eingeprägt sind.
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Dies erhöht die Genauigkeit der Messung der Leerlaufspannung und kann erfordern, dass eine übergeordnete Steuereinheit andere Stromverbraucher stromlos schaltet, dass andere Stromverbraucher innerhalb der Messzeit nicht eingeschaltet werden bzw. ihre Stromaufnahme nicht ändern oder dass ein entsprechender Betriebszustand, wie zum Beispiel ein Testzustand, vorliegt in dem Änderungen der Stromaufnahme anderer Stromverbraucher ausgeschlossen werden. Ein solcher Betriebszustand kann aber auch außerhalb eines Powercycles vorliegen, sowohl direkt vor als auch nach einem Powercycle, wenn zum Beispiel noch Testroutinen durchlaufen werden oder auch nach dem vollständigen abstellen eines Fahrzeugs. Dabei definiert sich ein Powercycle mit dem Starten eines Fahrzeuges und endet mit dem Abstellen eines Fahrzeuges.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass das Einprägen des Stroms mittels der Last erfolgt und die Last eine Komponente eines Bremssystems darstellt. Eine solche Komponente könnte ein Motor sein der vorgesehen ist, einen hydraulischen Druck in der Bremsanlage aufzubauen, womit ein vorhandenes System verwendet werden kann um den Widerstand einer Versorgungsleitung zu bestimmen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass das Einprägen des Stroms mittels der Last erfolgt und die Last in einem Testmodus mit gepulsten Strömen angesteuert wird, ohne eine Wirkung nach außen zu bewirken, außer den Strom einzuprägen.
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Mit einem elektronisch kommutierten Elektromotor kann die elektronische Ansteuerung beispielsweise in einem Testmodus so erfolgen, dass der elektronisch kommutierten Elektromotor einen elektrischen Strom aufnimmt ohne eine Drehung bzw. ein Drehmoment nach außen zu zeigen.
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Damit kann, in einem geeigneten Moment im Betrieb oder in einem geeigneten Betriebszustand der vorhandene Motor verwendet werden eine definierte elektrische Last für die Energie- bzw. Stromquelle einzustellen, ohne dass eine störende Wirkung nach außen hervorgerufen wird. Durch eine geeignete Ansteuerung des Motors kann auch die Höhe der Last eingestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass das Einprägen des Stroms mittels der Last erfolgt, und die Last im Normalmodus des Systems betrieben wird.
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Der Normalmodus ist der ganz normale Betrieb des Systems was zum Beispiel für ein Bremssystem die Betätigung im normalen Fahrzyklus bedeuten kann. Somit kann der Widerstand im normalen Fahrzyklus bestimmt werden, um beispielsweise das Bremssystem in Bezug auf seine Leistungsfähigkeit zu überprüfen. Wenn nämlich nicht die vorgesehene Betriebsspannung dem Bremssystem zur Verfügung steht, kann es gegebenenfalls eine Maximalwirkung nicht oder nicht schnell genug realisieren. Dabei kann von einem übergeordneten System auch eine Betriebssituation oder ein Betriebsmodus für diese Überprüfung gewählt werden, die beispielsweise unter Sicherheits- oder Analyseaspekten besonders geeignet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass eine in einem Sondermodus betriebene Last mit einer zweiten Einrichtung, wie beispielsweise einem weiteren Aggregat, so zusammenwirkt, dass das die im Sondermodus betriebene Last nach außen keine, insbesondere keine mechanische Wirkung entfaltet, außer einen Strom in die erste Versorgungsleitung einzuprägen.
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Der Vorteil einer solchen Ausgestaltung ist die Überprüfung des Widerstands außerhalb eines Betriebsmodus, wenn eine andere die Versorgungsleitung entsprechend hoch belastende Last außerhalb eines Powercycles nicht zur Verfügung steht. Beispielsweise könnte ein Motor einen Druck gegen geschlossene Ventile aufbauen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass zum Bestimmen des ersten oder des zweiten Widerstandswertes zumindest ein kalibrierter Wert, der Spannungen oder des eingeprägten Stromes, verwendet wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass beim Bestimmen des ersten oder des zweiten Widerstandswertes mittels eines kalibrierten Wertes, zumindest einer der kalibrierten Werte mittels eines linearen funktionalen Zusammenhanges berechnet wird und dieser funktionale Zusammenhang vor dem Bestimmen einer der Spannungen oder des eingeprägten Stroms ermittelt wird. D.h. die Kalibrierung der gemessenen Werte erfolgt mittels einer linearen Funktion und deren Offset-Wert bzw. deren Steigung wird zum Beispiel bei der Fertigung bestimmt und gespeichert. Mittels dieser linearen Funktion kann dann ein gemessener Wert in einem kalibrierten Wert umgerechnet werden.
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Mit einer solchen Ausgestaltung des Verfahrens mit einer Kalibrierung ist es möglich, die Genauigkeit der Messung von Spannung bzw. Strömen für die Bestimmung des Widerstandes zu verbessern, obwohl die eingesetzten Spannungs- bzw. Stromsensoren systematische Fehler aufweisen.
In der Praxis können damit wirtschaftlich günstigere Sensoren eingesetzt werden. Eine solche Kalibrierung kann sich auf einen Offset oder einen linearen Faktor zur Korrektur der Sensorwerte beziehen, bei nichtlinearen Fehlern kann für diese Kalibrierung auch eine Korrekturkurve hinterlegt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die Kalibrierung der Spannung oder des eingeprägten Stroms in einem Fertigungsschritt des Systems durchgeführt wird, bei dem auch andere Tests des Systems durchgeführt werden.
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Eine solche Kalibrierung kann mit geringem Aufwand in einen Fertigungsprozess eines solchen Systems, wie zum Beispiel eines Bremsen-Systems, integriert werden, wenn im Rahmen von anderen Tests, z. B. bei einer Endprüfung einer Elektronikkomponente, Messung durchgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass zum Bestimmen des ersten oder des zweiten Widerstandswertes zumindest eine der Spannungen oder der eingeprägte Strom in einer solchen Weise korrigiert wird, dass systematische Abweichungen verringert werden, bevor zumindest eine der Widerstandsberechnungen durchgeführt wird.
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Solche systematischen Abweichungen der Widerstandsberechnung von einem Sollwert lassen sich zwar ursächlich auf die verwendete elektronische Last, wie zum Beispiel ein elektronisch kommutierter Motor, zurückführen, aber aus Kostengründen ist es einfacher eine solche Last für die Bestimmung des Widerstandswertes einer Versorgungsleitung heranzuziehen und die resultierenden Abweichungen mittels einer nachgelagerten Kompensation der systematischen Fehler zu korrigieren. Dies kann entweder über einen funktionalen Zusammenhang erfolgen oder mittels einer gespeicherten Tabelle automatisiert erfolgen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass zumindest einer der bestimmten Widerstände in einer solchen Weise korrigiert wird, dass systematische Abweichungen des Widerstandes, verringert werden.
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Dieser Ausgestaltung des Verfahrens wird entweder zusätzlich oder alternativ zu der Korrektur von gemessenen Spannungen und/oder gemessenen Strömen die aus den gemessenen Spannungen bzw. Strömen resultierenden Widerstandswerte auf eine entsprechende Weise wie es oben für die Ströme bzw. Spannung beschrieben wurde korrigiert. D.h. systematische Abweichungen der bestimmten Widerstandswerte können über einen Faktor bzw. einen Offset einer linearen Korrektur kompensiert werden oder nichtlineare Zusammenhänge können über eine gespeicherte Zuordnungstabelle von gemessenen und korrigierten Werten, kompensiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass zumindest einer der Spannungen oder dem eingeprägten Strom oder dem ermittelten Widerstand ein jeweiliger Gütewert zugeordnet wird, der die Güte der jeweiligen Bestimmung der Messgröße charakterisiert.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass der Gütewert zumindest einer der bestimmten Spannungen oder des eingeprägten Stroms oder des ermittelten Widerstandes mittels mindestens einer absoluten Lage des Ergebnisses, des Messwertes, einer Welligkeit des Messwertes, einer Dauer der Messung oder einer Temperatur einzelner Komponenten während der Messung bestimmt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass vor dem Einprägen eines Stromes in der ersten Versorgungsleitung überprüft wird, ob ein Sonderzustand eines Fahrzeuges, das ein solches System aufweist, vorliegt, bevor ein Strom außerhalb eines regulären Betriebsmodus in der ersten Versorgungsleitung eingeprägt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass das beschriebene Verfahren zum Bestimmen eines elektrischen Widerstandes einer elektrischen Versorgungsleitung beim Auftreten eines Sonderzustandes während des Verfahrens unterbrochen wird.
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Wenn es sich bei dem System beispielsweise um ein Bremssystem handelt, ist es aus Sicherheitsgründen notwendig die Bremsbereitschaft jederzeit verfügbar zu machen indem das Verfahren zum Bestimmen des elektrischen Widerstandes einer Versorgungsleitung jederzeit unterbrochen werden kann.
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Es wird ein Verfahren zum Prognostizieren eines Spannungsabfalls über zumindest einem elektrischen Widerstand einer der elektrischen Versorgungsleitungen des elektrischen Systems angegeben, wobei für die Prognose der gemäß einem der vorangehenden Ansprüche bestimmte Widerstandswert, ein Grenzstrom und/oder zumindest eine der Spannungen und/oder der eingeprägte Strom, sowie vorzugsweise zumindest einer der entsprechenden Gütewerte herangezogen wird.
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Für elektrisch betriebene Systeme die Sicherheitsrelevant sind ist es wichtig prognostizieren zu können, ob ein solches System wie beispielsweise ein Bremssystem bei maximaler Belastung funktionsfähig bleibt. Wenn nämlich aufgrund einer hohen Last des Systems durch erhöhte Widerstandswerte der Versorgungsleitung die Spannung die der Last zur Verfügung steht sinkt, kann dadurch nicht nur die Leistungsfähigkeit der Last in diesem Beispiel also das Bremssystem Performanceeinbußen erleiden, es können auch Aggregate, die Teil des Systems sind, beeinträchtigt werden, da sie bei der zur Verfügung stehenden niedrigen Spannung gegebenenfalls nicht mehr funktionstüchtig sind. Als Beispiel für solche Aggregate eines Bremssystems können Hydraulikventile für das Antiblockiersystem ABS genannt werden. Wenn also in geeigneten zeitlichen Abständen die elektrischen Widerstandswerte der Versorgungsleitung überprüft werden kann dadurch sichergestellt werden, ohne dass die maximale Last anliegt, dass bei Anforderung der maximalen Last die dem System zur Verfügung stehende Spannung ausreicht sowohl das Bremssystem selbst als auch weitere Aggregate betriebs-und leistungsfähig zu halten. Sofern eine solche Prognose ergibt, dass das sicherheitsrelevante System nicht voll einsatzfähig ist können insbesondere zumeist teilautomatisierte Fahrzeuge die mit einem solchen System ausgestattet sind in ihrer Funktionsfähigkeit eingeschränkt werden. Beispielsweise kann die Maximalgeschwindigkeit reduziert werden oder gewisse Manöver können eingeschränkt werden. Für teilautomatisierte Fahrzeuge kann das bedeuten, dass die Kontrolle wieder an den Fahrer übergeben wird.
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Die Berücksichtigung der Güte der Bestimmung von Spannungen und Strömen oder den Widerständen selbst für die Prognose eines Spannungsabfalls erfolgt in solcher Weise, dass bei geringer Güte die bestimmten Werte wiederholt gemessen werden müssen, bevor das entsprechende Prognoseergebnis herausgegeben wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens zum Prognostizieren eines Spannungsabfalls wird vorgeschlagen, dass der elektrische Widerstand zwischen dem stromquellenseitigen Kontaktpunkt der beiden Versorgungsleitungen und der Masseverbindung für die Prognose herangezogen wird.
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Wie oben beschrieben wurde kann auch in der Masseverbindung des Systems ein Spannungsabfall erfolgen, der die Leistungsfähigkeit des Systems beeinträchtigt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens zum Prognostizieren eines Spannungsabfalls, wird vorgeschlagen, dass abhängig von dem prognostizierten Spannungsabfall, ein Ansteuerungssignal zur Ansteuerung eines wenigstens teilautomatisierten Fahrzeugs und/oder ein Warnsignal zur Warnung eines Fahrzeuginsassen ausgesendet wird.
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Sofern nämlich die Prognose ergibt, dass das sicherheitsrelevante System wie zum Beispiel das Bremssystem nicht vollständig leistungsfähig ist, muss eine entsprechende Aktion erfolgen, um entweder den Fahrer zu warnen oder bei einem zumindest teilautomatisierten Fahrzeug dieses entsprechend anzusteuern.
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Es wird eine Vorrichtung angegeben, die eingerichtet ist, ein Verfahren wie es oben beschrieben ist, durchzuführen.
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Es wird ein Computerprogrammprodukt angegeben, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, eines der oben beschriebenen Verfahren auszuführen.
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Es wird ein maschinenlesbares Speichermedium angegeben, auf dem das oben beschriebene Computerprogrammprodukt gespeichert ist.
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Ausführungsbeispiel
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den 1 und 4 dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigt:
- 1 ein elektrisches System mit einer ersten und einer zweiten elektrisch leitfähigen Versorgungsleitung, einer Stromquelle und einer Masseverbindung der Stromquelle;
- 2a bis 2d systematische Abweichungen einer Widerstandsbestimmung;
- 3a bis 3d systematische Abweichungen einer Widerstandsbestimmung; und
- 4 Schritte des Verfahrens zur Bestimmung eines elektrischen Widerstandes.
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Das Verfahren zum Bestimmen des ersten elektrischen Widerstandes der elektrischen Versorgungsleitung 131 des Systems 140 wird mit Bezugnahme auf die 1 und 3 beschrieben.
Dabei zeigte 1 schematisch ein elektrisches System 140, das mit einer ersten elektrisch leitenden Versorgungsleitung 131 an einem ersten Anschluss 140a des Systems und einer zweiten elektrisch leitenden Versorgungsleitung 132 an einem zweiten Anschluss 140b des Systems verbunden ist, wobei die beiden Versorgungsleitungen 131,132 an einem Sternpunkt bzw. Verbindung 123 stromquellenseitig miteinander verbunden sind.
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Der Sternpunkt 123 ist mit einem ersten Anschluss 110a mit der Stromquelle 110 verbunden. Ein zweiter Anschluss 110b der Stromquelle ist über zwei parallel geschaltete Masseverbindungen 133, 134 mit dem Masseanschluss des Systems 148 verbunden. Dabei sind die zwei parallel geschalteten Massenverbindungen 133,134 stromquellenseitig über einen Masse-Sternpunkt 124 miteinander verbunden. In der 1 ist mit den beiden Masseverbindungen 133, 134 die Masseverbindung redundant ausgelegt diese Masseverbindung zwischen der Stromquelle 140 und der Masse 148 des Systems 140 kann aber auch als eine Leitung oder beispielsweise als elektrisch leitendes Chassis ausgelegt sein.
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Das elektrische System 140 weist einen ersten Schalter 143 auf der zwischen dem ersten Anschluss 140a und einer ersten Last 141 so angeordnet ist, dass zwischen der ersten Last 141 und dem ersten Anschluss 140a des Systems 140 wahlweise eine leitende Verbindung hergestellt werden kann.
Das elektrische System 140 weist einen zweiten Schalter 145 auf der zwischen dem zweiten Anschluss 140b und dem weiteren Aggregat 142 des Systems 140 so angeordnet ist, dass zwischen dem weiteren Aggregat 142 und dem zweiten Anschluss 140b des Systems 140 wahlweise eine leitende Verbindung hergestellt werden kann.
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Der erste Schalter 143 und der zweite Schalter 145 können, mittels eines dritten Schalters 144, der mit dem ersten Schalter 143 und dem zweiten Schalter 145 jeweils auf der den Anschlüssen 140a, 140b gegenüberliegenden Seite kontaktiert ist, wahlweise elektrisch miteinander verbunden werden. Mittels einer Masseverbindung 146 ist die Last 141 des Systems 140 mit dem zweiten Kontakt 110b der Stromquelle 110 verbunden. Das weitere Aggregat 142 des Systems 140 ist mittels einer Masseverbindung 147 mit dem zweiten Kontakt 110b der Stromquelle 110 verbunden. Die Stromquelle 110 kann mit einer idealen Stromquelle 111, die jeweils über ihre Innenwiderstände 112,113 mit ihrem ersten Anschluss 110a und ihrem zweiten Anschluss 110b der Stromquelle 110 verbunden ist, beschrieben werden.
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Für die Bestimmung des elektrischen Widerstandes 131 der ersten elektrischen Versorgungsleitung des elektrischen Systems 140 wird eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Versorgungsleitung 131 und der Last 141 eingerichtet S1 indem der erste Schalter 143 geschlossen wird. Eine elektrische Unterbrechung zwischen der zweiten Versorgungsleitung 132 und elektrischen Lasten 141, 142 des Systems 140 wird eingerichtet S2 in dem der zweite Schalter 145 des Systems 140 geöffnet wird. Mit dieser Verbindung, mittels des ersten Schalters 143 und der Last 141 des Systems 140, mit der Stromquelle 110 wird ein Strom in der ersten Versorgungsleitung 131 eingeprägt S3, da die Last 141 über ihre Masseverbindung 146 auch mit dem zweiten Pol 110b der Stromquelle 110 verbunden ist. Für den Fall, dass die Last 141 des Systems 140 keine passive elektrische Last darstellt, muss die Last 141 für das Einprägen eines Stromes von einer im System 140 der 1 nicht gezeigten Steuerschaltung angesteuert werden.
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Das hier beschriebene Verfahren kann sinngemäß zur Ermittlung des Widerstandes der zweiten Zuleitung Anwendung finden indem der Strom der Last 141 der zweiten Versorgungsleitung 132 eingeprägt wird indem der zweite Schalter Schalter 145 und der dritte Schalter 144 geschlossen werden und der erste Schalter 143 geöffnet wird. Die Bestimmung der Spannungen und Ströme sowie des Widerstandes der zweiten Versorgungsleitung 132 erfolgt sinngemäß analog wie oben beschrieben.
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Die erste Spannung wird am Eingang 140a der ersten Versorgungsleitung 131 des Systems 140 mit einem Spannungs-Sensor bzw. einem Spannungsmessgerät, das in der 1 nicht eingezeichnet ist, bestimmt S4. Durch die Verbindung der Last 141 mittels des geschlossenen Schalters 143 mit der Stromquelle 110 ist dabei ein Strom in der ersten Versorgungsleitung 131 eingeprägt.
Die zweite Spannung wird am Eingang 140b der zweiten Versorgungsleitung 132 des Systems 140 mit einem Spannungs-Sensor bzw. Spannungsmessgerät, das in der 1 nicht eingezeichnet ist, bestimmt S5. Der erste Widerstandswert 131 der ersten Versorgungsleitung wird mittels der ersten und der zweiten Spannung und dem eingeprägten Strom bestimmt S6, in dem entsprechend dem Ohmschen Gesetz die Differenz der beiden Spannungen durch den eingeprägten Strom geteilt wird. Bei einer passiven Last 141 des Systems 140 ergibt sich der eingeprägte Strom aus dem ohmschen Gesetz bei Kenntnis der anliegenden Spannung. Die Last 141 kann aber auch ein Stromsensor bzw. Strommessgerät aufweisen, welches den Strom, der der ersten Versorgungsleitung 131 eingeprägt wird, bestimmt.
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Die Leerlauf-Spannung kann am Eingang 140b der zweiten Versorgungsleitung 132 des Systems 140 mit dem oben beschriebenen Spannungssensor bestimmt werden, ohne dass der ersten Versorgungsleitung 131 der Strom eingeprägt wird, indem beispielsweise der Schalter 143 des Systems 140 geöffnet wird S7.
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Der zweite Widerstandswert, der zwischen dem stromquellenseitigen Kontaktpunkt 123 also dem Sternpunkt der beiden Versorgungsleitungen 131,132 und dem Massekontakt 148 des Systems 140 wirkt, mittels der unbelasteten Spannung, der Leerlauf-Spannung und dem eingeprägten Strom bestimmt werden S8.
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Die 2a bis 2d zeigt, wie abhängig von der Höhe der Systemspannung mittels einer Last 141 des Systems 140, wie beispielsweise eines elektronisch kommutierten Elektromotors, der elektrische Widerstand 131, 132 systematisch unterschiedlich hoch bestimmt wird. Der Sollwert der Messung des elektrischen Widerstandes 131, 132, die im Diagramm der 2a dargestellt ist beträgt 35mOhm. Wie aus dem Diagramm der 2a hervorgeht, weicht der Messwert zu höherer Systemspannung systematisch in Richtung eines zu hoch bestimmten Wertes für den Widerstand ab. Die 2b bis 2d zeigen in entsprechenden Diagrammen wie mit zusätzlich eingefügten Soll-Widerstandswerten von 33 mOhm, 50 mOhm bzw. 100 mOhm dieser Effekt mit höher werdenden wirksamen Widerstandswerten systematisch verstärkt wird.
Die 3a bis 3d zeigen Messungen, entsprechend den Messungen der 2a bis 2d, die bei geringeren eingeprägten Strömen und gleicher Meßdauer wie die Messung der 2a bis 2d gemessen wurden, bei denen der beschriebene Effekt der systematischen Abweichung der Messwerte vom Sollwert noch stärker ausgeprägt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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