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Stand der Technik
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Bei Fahrzeugen mit einem oder mehreren Bordnetzen gehört es zu einer bekannten Überwachungsmaßnahme, die Leistungsfähigkeit der Bordnetze zu bestimmen. Allerdings ist es häufig notwendig, hierzu technisch sehr aufwendige Mittel einzusetzen. So kann bspw. die im Betrieb auftretende Belastung eines Bordnetzes mittels der Messung von Strom- und Spannung ermittelt werden. Ein Überlastungszustand des Bordnetzes kann durch Überschreiten einer vorbestimmten Stromgrenze oder Leistungsgrenze, einer Temperaturgrenze oder durch Unterschreiten einer Spannung erfasst werden. Des Weiteren kann eine Bilanzierung der zugeführten und abgeführten Energie erfolgen.
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Mittels hinterlegter Batterie-Modelle kann außerdem der aktuelle Ladezustand einer Batterie (state-of-charge, SOC), der Gesundheitszustand der Batterie (state-of-Health, SOH) und die Fähigkeit der Batterie zur Entnahme elektrischer Leistung (state-of-function, SOF) ermittelt werden. Um zu diesem Zweck genaue Modelle zu erhalten, müssen jedoch die Batterien zunächst aufwendig mit der Variation vieler Parameter vermessen werden. Diese Parameter sind bspw. (Temperatur, Ladezustand, dynamische Strombelastung, Zyklisierung der Ladung/Entladung mit verschiedenen Strömen und mit unterschiedlicher Dauer). Um eine ausreichende statistische Absicherung der Batteriemodelle zu erreichen, sind ferner viele elektrische Batterien mit unterschiedlichen Alterungszuständen usw. zu vermessen.
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Dennoch können einige Unsicherheiten bestehen, insbesondere der Zeitraum, in welchem eine Batterie nach einer Belastung wieder relaxiert, oder wie sich eine im Fahrzeug fest eingebaute Batterie über die Lebenszeit konkret verhält. Ferner können Abweichungen zwischen Modell und tatsächlichem Verhalten im Fall extremer Belastung (z. B. bei Kurzschlusslasten) auftreten. Eine zuverlässige Prognose des Verhaltes eines (insbesondere vorgeschädigten) Bordnetzes ist daher technisch sehr aufwendig.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Bordnetzgüte bei wenigstens zwei Bordnetzen eines Fahrzeuges. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein System zur Überwachung einer Bordnetzgüte bei wenigstens zwei Bordnetzen eines Fahrzeuges.
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Gegenstand der Erfindung ist dabei ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System, und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Insbesondere unter Schutz gestellt ist ein Verfahren zur Überwachung einer Bordnetzgüte bei wenigstens einem oder wenigstens zwei oder wenigstens drei Bordnetzen eines Fahrzeuges.
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Das Fahrzeug kann vorzugsweise als ein Kraftfahrzeug, und bevorzugt als ein Personenkraftfahrzeug ausgebildet sein. Dabei kann das Fahrzeug zumindest tlw. elektrisch betrieben werden, bspw. als ein Hybrid-Fahrzeug oder ein reines Elektrofahrzeug. Auch kann es sich um ein autonom fahrendes Fahrzeug handeln. Ferner kann das Fahrzeug ein oder mehrere sicherheitsrelevante Verbraucher (kurz: SRV) aufweisen, welche für den Betrieb und die Sicherheit relevant sind und somit diese beeinflussen. Der SRV umfasst z. B. wenigstens einen Assistenten zur Steuerung des Fahrzeuges und/oder ein Lenksystem und/oder ein Bremssystem und/oder einen Abstandsassistenten. Aus dieser beispielhaften und nicht abschließenden Auflistung wird deutlich, dass während des Betriebs des Fahrzeuges eine unterbrechungsfreie Energieversorgung des SRV mit hoher Priorität gewährleistet werden sollte. Daneben können auch nicht-sicherheitsrelevante Verbraucher vorgesehen sein, welche entsprechend die Sicherheit nicht beeinträchtigen können. Hier können als Beispiele ein Heizungssystem oder ein Autoradio oder eine Innenraum-Beleuchtung des Fahrzeuges genannt werden. Das Fahrzeug kann mehrere Bordnetze aufweisen, welche jeweils auch als Teilbordnetze des Fahrzeuges verstanden werden können. Die Bordnetze können alternativ oder auch gemeinsam genutzt werden, um unterschiedliche Verbraucher zu versorgen. Insbesondere der SRV kann daher an den alternativen Bordnetzen betrieben werden, und entsprechend alternativ schaltbare Anschlüsse zu den Bordnetzen aufweisen.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren können die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden, welche vorzugsweise nacheinander oder in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden, wobei ggf. einzelne Schritte auch wiederholt und/oder zumindest tlw. zeitlich parallel mit anderen Schritten durchgeführt werden können:
- - Erfassen einer ersten Erfassungsinformation bei wenigstens einem (oder jedem) der Bordnetze, wobei die erste Erfassungsinformation für einen Stromgradienten eines elektrischen Stroms (bei dem wenigstens einen der Bordnetze) spezifisch ist,
- - Erfassen einer zweiten Erfassungsinformation bei dem wenigstens einen (oder jedem) der Bordnetze, wobei die zweite Erfassungsinformation für einen Spannungsgradienten einer elektrischen Spannung (bei dem wenigstens einen der Bordnetze) spezifisch ist,
- - Vergleichen, insbesondere Verarbeiten, der ersten Erfassungsinformation mit der zweiten Erfassungsinformation, um die Bordnetzgüte (kurz: Güte) des wenigstens einen der Bordnetze zu ermitteln.
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Dies hat den Vorteil, dass in technisch einfacher und zuverlässiger Weise die Bordnetzgüte ermittelt werden kann. Der Aufwand für die Ermittlung wird dabei gegenüber herkömmlichen Lösungen deutlich reduziert. Insbesondere bietet die erfindungsgemäße Lösung eine besondere Art der Quantifizierung der Bordnetzgüte als Überwachungsmaßnahme für mehrere Bordnetze. Damit kann der Vorteil erzielt werden, dass der Betrieb der SRV sichergestellt wird. Dies kann konkret dadurch erfolgen, dass das Bordnetz mit bester Güte für den Betrieb des SRV ausgewählt wird und/oder dass während des Betriebs die Güte des zur Energieversorgung des SRV genutzten Bordnetzes überwacht wird. Damit wird der unterbrechungsfreie Betrieb der SRV auch bei hoher Belastung der Teilbordnetze oder bei Fehlern in einem der Teilbordnetze gewährleistet.
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Darüber hinaus kann die Erfindung auch eine Prognose (Prädiktion) umfassen, welche der Bordnetze des Fahrzeuges die beste Eignung aufweist, um bei einer (zukünftigen) Zuschaltung des SRV für die Energieversorgung und/oder den Betrieb des SRV verwendet zu werden. Dabei wird ggf. von einer voraussehbaren hohen dynamischen Strombelastung des Bordnetzes durch den SRV ausgegangen. In anderen Worten kann anhand der ermittelten Bordnetzgüte eine Prognose durchgeführt werden, ob das wenigstens eine der Bordnetze und/oder welches der Bordnetze sich zum Betrieb des SRV eignet (also noch bevor eine Belastung des Bordnetzes durch das SRV eingetreten ist, und damit unter Beachtung der voraussichtlichen Belastung des Bordnetzes). Damit ist ein aktives Routing der Energie zu einem SRV aus einem Bordnetz bester Güte möglich. Außerdem kann ggf. auch nach der Zuschaltung des SRV eine weitere fortlaufende Überwachung der Güte die zur Energieversorgung des SRV genutzten Bordnetzes (und ggf. auch der weiteren Bordnetze) erfolgen. Bei der Prognose können ggf. Daten genutzt werden, welche für die Verschlechterung der Güte beim Zuschalten eines dynamischen sicherheitsrelevanten Verbrauchers spezifisch sind. Diese sind bspw. aus einem längeren Betrachtungszeitraum ermittelt worden. Bspw. kann anhand dieser Daten prädiziert werden, insbesondere anhand der aktuell ermittelten Güte, ob nach dem Hinzuschalten des SRV die Güte einen vordefinierten Grenzwert überschreitet.
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Insbesondere werden die Unsicherheiten und die nicht genau modellhaft beschreibbaren elektrischen Wechselwirkungen im Bordnetz durch die erfindungsgemäße Ermittlung der Güte überwunden. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Lösung in der Lage, die tatsächliche Güte individueller (Teil-) Bordnetze unter Einbeziehung der Speicher (auch Batterien, insbesondere wiederaufladbaren Batterien), der Leitungsparameter (z.B. Induktivität) und der tatsächlichen Lasten während des Fahrbetriebs laufend zu ermitteln, diese zu überwachen und entsprechende stabilisierende Maßnahmen einzuleiten. Auch kann die Erfindung vorsehen, sicherheitskritische elektrische Lasten (z. B. einen Lenkaktuator eines Lenksystems) präzise aus dem Bordnetz mit aktuell bester Güte zu betreiben. Bei Abfall der Güte des gewählten Bordnetzes kann zudem eine Umschaltung auf ein anderes Bordnetz erfolgen, welches zum Schaltzeitpunkt eine bessere Güte hat.
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Als ein Maß für die Bordnetzgüte kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren der Spannungseinbruch im Bordnetz bei einer hohen dynamischen Strombelastung genutzt werden. Bei einer hohen Güte bricht die Spannung bei hoher Strombelastung wenig ein oder bei es gibt Wegnahme der hohen Strombelastung nur geringe Spannungsüberschwinger. Somit kann erfindungsgemäß der Gradient von Spannung und Strom im jeweiligen Bordnetz (insbesondere fortlaufend) erfasst werden, und bevorzugt gemäß dem Schritt des Vergleichens diese Gradienten zueinander ins Verhältnis gesetzt werden und die Bordnetzgüte ermittelt und überwacht werden. Ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin bestehen, dass zur Ermittlung der Güte detaillierte Informationen zu Bordnetzelementen, welche eine Phasenverschiebung von Strom- und Spannungsverlauf hervorrufen, nicht bekannt sein müssen. Zu diesen überwiegend passiven Bordnetzelementen gehören z. B. die Induktivitäten der Bordnetzleitungen, das RLC-Ersatzschaltbild der Batterien, die Zwischenkreiskapazitäten usw. Während des Betriebs des Bordnetzes können aufgrund der Zuschaltung eines SRV Spannungs- und Stromeinbrüche auftreten. (während der Entlastung treten z. B. Spannungs- und Stromüberhöhungen auf). Eine sprunghaft ansteigende Strombelastung im Bordnetz kann einen sprunghaften Spannungseinbruch im Bordnetz hervorrufen. Dabei korreliert die Geschwindigkeit des Spannungsabfalls mit der Geschwindigkeit des Stromanstiegs. Durch den Vergleich von Stromanstiegsgeschwindigkeit und resultierender Spannungseinbruchsgeschwindigkeit kann somit eine Aussage zur Leistungsfähigkeit des Bordnetzes gewonnen werden. In anderen Worten wird ein Bordnetz hoher Güte bei einer schnellen Stromänderung nur mit einer langsamen Spannungsänderung antworten. Ein Bordnetz geringer Güte wird auf eine schnelle Stromänderung hingegen mit einer schnellen Spannungsänderung reagieren. Eine der Erfindung zugrundeliegender Überlegung ist es hierbei, dass das Verhältnis der Spannungsänderungsgeschwindigkeit zur Stromänderungsgeschwindigkeit als ein Maß für die Güte eines Bordnetzes dienen kann.
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Es ist denkbar, dass anhand der ermittelten Bordnetzgüte eine Detektion eines kritischen Zustands bei dem betrachteten Bordnetz durchgeführt wird. Vorteilhafterweise kann ein Umschalten des SRV auf ein anderes Bordnetz dann erfolgen, wenn bei dem den SRV aktuell versorgendes Bordnetz ein instabiler und/oder spannungskritischer Zustand (z. B. Unterspannung) anhand der ermittelten Güte detektiert wird. Außerdem kann optional durch die Detektion die Annäherung an den kritischen Zustand detektiert werden, um auf diese Weise „vorausschauend“ die Abtastfrequenz für die Erfassungen der Erfassungsinformationen selbständig zu erhöhen. Damit kann dynamisch die Häufigkeit erhöht werden, mit welcher die Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden.
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Vorteilhafterweise erfolgt die Überwachung der Bordnetzgüten kontinuierlich, wobei vorzugsweise bei schlechter werdenden Bordnetzgüten einer oder mehrere der Bordnetze Messintervalle zur Ermittlung der Güte selbständig zeitlich verkürzt werden (d. h. die Abtastraten für die Erfassungen der Erfassungsinformationen können erhöht werden). So ist es möglich sehr schnelle Maßnahmen bei Güteänderungen einzuleiten. Fehlerhafte Teil-Bordnetze können sofort erkannt werden, und der SRV kann auf ein sicheres Bordnetz umgeschaltet werden. Damit wird auch ggf. Zeit gewonnen um nicht-sicherheitsrelevante Verbraucher in den Bordnetzen zu reduzieren, und damit die Güte in den Bordnetzen wieder zu erhöhen.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass nach dem Vergleichen in Abhängigkeit von der ermittelten Bordnetzgüte eines der Bordnetze zum Betreiben eines sicherheitsrelevanten Verbrauchers des Fahrzeuges ausgewählt wird, insbesondere:
- - vor einem Betrieb des sicherheitsrelevanten Verbrauchers, um bei einem Zuschalten des sicherheitsrelevanten Verbrauchers diesen durch das ausgewählte Bordnetz zu versorgen, und/oder
- - während des Betriebs des sicherheitsrelevanten Verbrauchers, um von einem aktuell zur Versorgung (des SRV) genutzten Bordnetz zu dem ausgewählten Bordnetz für die Versorgung des sicherheitsrelevanten Verbrauchers zu wechseln.
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Die Auswahl kann somit im Sinne einer Vorauswahl getroffen werden, um bereits vor dem Zuschalten des sicherheitsrelevanten Verbrauchers bereits das Bordnetz festzulegen, durch welches der Verbraucher mit Energie versorgt werden soll. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswahl während des Betriebs im Sinne einer Umschaltung durchgeführt werden, bei welchem eine elektrische Verbindung des sicherheitsrelevanten Verbrauchers mit einem zunächst aktuell zur Versorgung genutzten Bordnetz (z. B. bei Verschlechterung der Bordnetzgüte dieses Bordnetzes) getrennt wird, und stattdessen die elektrische Verbindung zu einem Bordnetz mit höherer Bordnetzgüte hergestellt wird. Diese Umschaltung kann durch den Einsatz an sich bekannter Maßnahmen unterbrechungsfrei erfolgen. Somit kann stets gewährleistet werden, dass der sicherheitsrelevante Verbraucher auch bei höherer Belastung der Bordnetze unterbrechungsfrei durch ein Bordnetz ausreichender Bordnetzgüte betrieben wird.
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Ferner kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass zumindest die Schritte des Erfassens und Vergleichens parallel oder nacheinander für jedes der Bordnetze jeweils wiederholt und/oder fortlaufend im Betrieb des Fahrzeuges durchgeführt werden, sodass bei dem Vergleichen die Bordnetzgüte des jeweiligen Bordnetzes ermittelt wird. Somit stehen während des Betriebs stets aktuelle Werte der Bordnetzgüten der Bordnetze des Fahrzeuges zur Verfügung. In anderen Worten können für sämtliche Bordnetze die Bordnetzgüten ermittelt werden, um ein umfassendes Bild des Zustands der Bordnetze zu erhalten.
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Zudem ist im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die nachfolgenden Schritte vorgesehen sind:
- - Vergleichen der ermittelten Bordnetzgüten, um das Bordnetz mit der höchsten Bordnetzgüte auszuwählen, und/oder
- - Elektrisches Verbinden eines sicherheitsrelevanten Verbrauchers des Fahrzeuges zum ausgewählten Bordnetz.
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Dadurch kann der Verbraucher am Bordnetz höchster Güte betrieben werden, z. B. wenn dieser aktiv oder passiv eingeschaltet wird. Die Güte bzw. Güteänderung kann ggf. nach dem Einschalten durch das erfindungsgemäße Verfahren weiterverfolgt werden. Das Vergleichen der ermittelten Bordnetzgüten kann z. B. mittels eines Vergleichers (Komparators) erfolgen, um zu ermitteln, welches der Bordnetze die höchste Güte besitzt. Ein Wahlschalter für die Zuschaltung des SRV kann dann auf das Bordnetz höchster Güte automatisch geschaltet werden. Ferner kann es vorgesehen sein, dass die Bordnetze des Fahrzeuges über Trennelemente und/oder Koppelelemente (insbesondere Wandler wie DCDC-Wandler) miteinander gekoppelt sind. Um dann die einzelnen Bordnetzgüten der Bordnetze zu ermitteln, können hierzu die Trennelemente geöffnet werden bzw. die Koppelelemente deaktiviert werden.
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In einer weiteren Möglichkeit kann vorgesehen sein, dass bei den Schritten des Erfassens der Erfassungsinformationen der Strom und die Spannung fortlaufend während des Betriebs des Fahrzeuges bei dem wenigstens einen der Bordnetze gemessen werden, um daraus die Strom- und Spannungsgradienten zur Überwachung als ein Maß für die Bordnetzbelastung zu ermitteln. Die Ermittlung der Bordnetzgüte kann dabei auch zur Überwachung des Bordnetzes dienen, um eine Detektion von kritischen Zuständen bei den Bordnetzen zu ermöglichen.
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Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn im Rahmen der Erfindung bei den Schritten des Erfassens der Erfassungsinformationen die Strom- und Spannungsgradienten während eines Messintervalls wiederholt bei dem wenigstens einen der Bordnetze ermittelt werden, wobei vorzugsweise wenigstens ein Maximalwert des Spannungsgradienten und wenigstens ein Maximalwert oder Minimalwert des Stromgradienten innerhalb des Messintervalls zwischengespeichert wird, um nach Abschluss der Ermittlungen anhand der zwischengespeicherten Werte die Erfassungsinformationen zu bestimmen, wobei bevorzugt die erste Erfassungsinformation der Maximalwert oder Minimalwert des Stromgradienten und die zweite Erfassungsinformation der Maximalwert des Spannungsgradienten ist. Innerhalb des Messintervalls können Strom und Spannung eine charakteristische Dynamik aufweisen. Diese kann insbesondere hervorgerufen werden durch das dynamische Zu- und Abschalten von Verbrauchern (z. B. Lenkaktuator elektrische Wankstabilisierung, eTurbo, Boost-Rekuperationsmaschine, eLüfter) während der Fahrsituation oder durch aktive Bedienung durch den Fahrer (wie z. B. Klimagebläse, Sitzheizung, Beleuchtung). Im Messintervall können fortlaufend die Steigungen d. h. die Gradienten der Spannung und des Stroms ermittelt werden. Es werden jedoch vorteilhafterweise nur die höchsten und geringsten Gradienten im Messintervall als Messwert festgehalten, sodass Zwischenwerte überschrieben werden, und am Ende des Messintervalls folgende Daten gespeichert sind: ein minimaler und/oder ein maximaler Stromgradient und/oder ein minimaler und/oder maximaler Spannungsgradient.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Bordnetzgüte (insbesondere als eine minimale Bordnetzgüte) bei einem minimal auftretenden Strom oder bei einem maximal auftretenden Strom ermittelt wird. Hierzu kann der minimal auftretende Strom z. B. durch einen Minimalwert des Stromgradienten gekennzeichnet sein, welcher vorzugsweise durch die erste Erfassungsinformation repräsentiert ist. Alternativ kann die erste Erfassungsinformation einen Maximalwert des Stromgradienten repräsentieren, um die Bordnetzgüte bei dem maximal auftretenden Strom zu ermitteln. Der Minimalwert bzw. Maximalwert kann jeweils mit einem Maximalwert des Spannungsgradienten (repräsentiert durch die zweite Erfassungsinformation) in Relation gesetzt werden, um die Güte nominell zu ermitteln.
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Es ist ferner denkbar, dass in Abhängigkeit von der ermittelten Bordnetzgüte ein Bordnetz zur Energieversorgung eines sicherheitsrelevanten Verbrauchers ausgewählt wird, bevorzugt mit dem sicherheitsrelevanten Verbraucher elektrisch verbunden wird. Die elektrische Verbindung dient dabei zur zuverlässigen und ggf. unterbrechungsfreien Energieversorgung des SRV.
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Es kann ferner möglich sein, dass die ermittelte Bordnetzgüte nicht-flüchtig (insbesondere in einer Aufzeichnung) gespeichert wird, um eine Qualitätsprüfung durchzuführen. Dies ermöglicht insbesondere eine Langzeitbeobachtung der Bordnetzgüte(n). Bspw. kann durch ein Referenzieren auf vorangegangene Aufzeichnungen der Bordnetzgüte im Fahrzeug oder auf Initialwerte die Güteänderung des Bordnetzes über einen langen Zeitraum verfolgt werden. Es kann somit auch der Bezug zu Maßnahmen im Fahrzeug hergestellt werden, welche langfristig zur Verbesserung der Güte dienen, wie die Notwendigkeit zum Austausch einer defekten Batterie.
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Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein System (für ein Fahrzeug) zur Überwachung einer Bordnetzgüte bei wenigstens zwei Bordnetzen eines bzw. des Fahrzeuges,
aufweisend:
- - eine Erfassungsanordnung zum Erfassen einer ersten und zweiten Erfassungsinformation bei wenigstens einem der Bordnetze, wobei die erste Erfassungsinformation für einen Stromgradienten eines elektrischen Stroms und die zweite Erfassungsinformation für einen Spannungsgradienten einer elektrischen Spannung spezifisch ist,
- - ein Verarbeitungsmittel, wie ein Mikrocontroller, zum Vergleichen der ersten Erfassungsinformation mit der zweiten Erfassungsinformation, um die Bordnetzgüte des wenigstens einen der Bordnetze zu ermitteln.
Damit bringt das erfindungsgemäße System die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben worden sind. Zudem kann das System geeignet sein, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
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Von weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Zuschaltmittel vorgesehen ist, um in Abhängigkeit von der ermittelten Bordnetzgüte ein Bordnetz zur Energieversorgung mit einem sicherheitsrelevanten Verbraucher elektrisch zu verbinden. Es kann das Zuschaltmittel z. B. als ein automatisch ansteuerbarer Wahlschalter ausgeführt sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung von Bordnetzen eines Fahrzeuges,
- 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems,
- 3 eine schematische Darstellung von Messintervallen,
- 4 eine schematische Visualisierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt eine schematische Anordnung von Bordnetzen 10 eines Fahrzeuges 1 mit einem sicherheitsrelevanten Verbraucher 15 (SRV) des Fahrzeuges 1. Beispielhaft sind drei Bordnetze 11, 12, 13 gezeigt, welche somit auch als Teilbordnetze verstanden werden können. Jedes dieser Bordnetze 10 kann über ein Zuschaltmittel 30 mit dem SRV 15 elektrisch verbunden werden, und somit zur alternativen Energieversorgung des SRVs 15 dienen. Darüber hinaus sind Koppelelemente 31 bzw. Trennelemente 31 gezeigt, welche die Bordnetze 10 elektrisch miteinander koppeln. Neben dem SRV 15 können auch nicht-sicherheitsrelevante Verbraucher 16 vorgesehen sein, welche durch die Bordnetze 10 mit Energie versorgt werden und somit die Bordnetzgüte Q beeinflussen können. Eine Verschlechterung der Bordnetzgüten Q der Bordnetze 10 macht es somit ggf. notwendig, während eines Betriebs des Fahrzeuges 1 für die Energieversorgung des SRVs 15 unterschiedliche Bordnetze 10 auszuwählen.
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In 2 ist ein erfindungsgemäßes System 300 mit weiteren Einzelheiten gezeigt. Das erfindungsgemäße System 300 dient zur Überwachung einer Bordnetzgüte Q bei wenigstens zwei Bordnetzen 10 eines Fahrzeuges 1, und weist hierzu eine Erfassungsanordnung 305 wie ein Messwerk zum Erfassen einer ersten und zweiten Erfassungsinformation 101, 102 bei wenigstens einem der Bordnetze 10 auf. Die erste Erfassungsinformation 101 ist dabei für einen Stromgradienten eines elektrischen Stroms I und die zweite Erfassungsinformation 102 für einen Spannungsgradienten einer elektrischen Spannung U spezifisch. Gezeigt sind in 2 zudem weitere Impedanzen Z sowie Pfeile, welche die Übertragung der ersten und zweiten Erfassungsinformationen 101, 102 an ein Verarbeitungsmittel 310 symbolisieren. Das Verarbeitungsmittel 310 dient zum Vergleichen der ersten Erfassungsinformation 101 mit der zweiten Erfassungsinformation 102, um die Bordnetzgüte Q des wenigstens einen der Bordnetze 10 zu ermitteln. Hierzu kann vorteilhafterweise das Verarbeitungsmittel 310 die Erfassungsinformationen 101, 102 von sämtlichen Bordnetzen 11, 12, 13 empfangen, wie ebenfalls durch jeweilige Pfeile symbolisiert wird. Zur Berechnung der Bordnetzgüte Q können mehrere Verarbeitungsschritte durch das Verarbeitungsmittel 310 durchgeführt werden.
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Gemäß einem ersten Verarbeitungsschritt 201 kann eine Ableitung der gemessenen Strom- und Spannungswerte jeweils nach der Zeit erfolgen, um jeweils den Strom- bzw. Spannungsgradienten zu bestimmen. Zuvor kann bei den Schritten des Erfassens der Erfassungsinformationen 101, 102 der Strom I und die Spannung U fortlaufend während des Betriebs des Fahrzeuges 1 bei dem wenigstens einen der Bordnetze 10 gemessen werden, um daraus die entsprechenden Strom- und Spannungswerte zu bestimmen. Die Strom- und Spannungsgradienten können zur Überwachung als ein Maß für die Bordnetzbelastung dienen. Anschließend kann optional gemäß einem zweiten Verarbeitungsschritt 202 eine Absolutwertbildung der Gradienten durchgeführt werden, insbesondere dann, wenn der Stromgradient ein negatives Vorzeichen infolge der Belastungen des Bordnetzes aufweist. Sodann kann gemäß einem dritten Verarbeitungsschritt 203 ein Maximalwert 210 des Spannungsgradienten und wenigstens ein Maximal- 210 und/oder Minimalwert 211 des Stromgradienten ermittelt werden, um durch einen vierten Verarbeitungsschritt 204 die (minimale) Bordnetzgüte Q des jeweiligen Bordnetzes 10 zu bestimmen. Hierzu werden z. B. für ein jeweiliges Bordnetz 10 die jeweiligen Maximal- 210 und/oder Minimalwerte 211 in Relation gesetzt, um die jeweilige Bordnetzgüte Q zu ermitteln. Die Ermittlung des Maximal- 210 und/oder Minimalwerts 211 erfolgt insbesondere innerhalb eines Messintervalls MI, dessen Zeitraum z. B. 0,02 bis 1 Sekunde betragen kann, und ggf. variabel durch das Verarbeitungsmittel 310 festgelegt wird. Dies wird ebenfalls durch Pfeile gekennzeichnet. Anschließend kann gemäß einem fünften Verarbeitungsschritt 205 ein Vergleichen der Bordnetzgüten Q erfolgen, um das Bordnetz 10 mit der besten Güte Q zu ermitteln. Hierzu wird bspw. ein Komparator genutzt. In Abhängigkeit von diesem Vergleich kann sodann eine Ansteuerung des Zuschaltmittels 30 erfolgen, um eines der Bordnetze 10 für den sicherheitsrelevanten Verbraucher 15 auszuwählen.
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In 3 ist die Nutzung des Messintervalls MI zur Ermittlung der Maximal- 210 und/oder Minimalwerte 211 weiter verdeutlicht. So kann bei den Schritten des Erfassens der Erfassungsinformationen 101, 102 die Strom- und Spannungsgradienten während des Messintervalls MI wiederholt bei dem wenigstens einen der Bordnetze 10 ermittelt werden, wobei wenigstens ein Maximalwert 210 des Spannungsgradienten und wenigstens ein Minimalwert 211 des Stromgradienten (pro Bordnetz 10, bei welchem die Ermittlung durchgeführt wird) innerhalb des Messintervalls MI zwischengespeichert wird. Auf diese Weise kann nach Abschluss der Ermittlungen anhand der zwischengespeicherten Werte 210, 211 die Erfassungsinformationen 101, 102 bestimmt werden, insbesondere dadurch, dass die erste Erfassungsinformation 101 als der Minimalwert 211 des Stromgradienten und die zweite Erfassungsinformation 102 als der Maximalwert 210 des Spannungsgradienten gesetzt wird. Zum Zwischenspeichern kann eine nicht explizit dargestellte Speichereinheit genutzt werden, insbesondere gemäß einer Sample-and-Hold Funktion. Dieses Vorgehen ermöglicht es, die Bordnetzgüte Q als eine minimale Bordnetzgüte Q für jedes der Bordnetze 10 zu ermitteln. Für die Berechnung der Bordnetzgüte Q für ein bestimmtes der Bordnetze 10 werden selbstverständliche diejenigen Erfassungsinformationen 101, 102 genutzt, welche auch bei dem bestimmten Bordnetz 10 erfasst worden sind.
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Beispielhaft soll nachfolgend eine Möglichkeit dargestellt werden, die Bordnetzgüte Q zu bestimmen. Wenn die Bordnetzgüte Q bei minimal auftretenden Strom I bestimmt werden soll, kann der minimal auftretende Stromanstieg und der korrelierende höchste Spannungsabfall betrachtet werden:
wobei dU_max der Maximalwert
210 des Spannungsgradienten und di_min der Minimalwert
211 des Stromgradienten ist. Demgegenüber kann zur Bestimmung der Bordnetzgüte Q bei maximal auftretenden Strom I die folgende Berechnung durchgeführt werden (di_max ist hierbei der Maximalwert
210 des Stromgradienten):
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Die Bordnetzgüte Q kann dann jeweils anhand des Reziprokwerts (also Q=1/D) ermittelt werden. Da es vorkommen kann, dass der Minimalwert 211 des Stromgradienten null ist, wenn der Strom I im Bordnetz konstant ist, muss ggf. für diesen Fall ein Ersatzwert genutzt werden.
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Bevorzugt kann eine Berechnung gemäß (1) genutzt werden, da ein hoher Spannungseinbruch bei geringem Strom I einen gravierenden Fehler im Bordnetz 10 oder der Batterie schnellstmöglich erkennen lässt. Die Berechnung gemäß (2) hat Vorteile, wenn geringe Ströme I nur mit einem hohen Messfehler erfassbar sind. Ggf. können beide Berechnungen (1) und (2) auch parallel verwendet werden, um die Ergebnisse zu plausibilisieren.
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In 4 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Überwachung einer Bordnetzgüte Q bei wenigstens zwei Bordnetzen 10 eines Fahrzeuges 1 visualisiert. Gemäß einem ersten Verfahrensschritt 401 erfolgt dabei ein Erfassen einer ersten Erfassungsinformation 101 bei wenigstens einem der Bordnetze 10, wobei die erste Erfassungsinformation 101 für einen Stromgradienten eines elektrischen Stroms I spezifisch ist. Gemäß einem zweiten Verfahrensschritt 402 erfolgt ein Erfassen einer zweiten Erfassungsinformation 102 bei dem wenigstens einen der Bordnetze 10, wobei die zweite Erfassungsinformation 102 für einen Spannungsgradienten einer elektrischen Spannung U spezifisch ist. Anschließend erfolgt gemäß einem dritten Verfahrensschritt 403 ein Vergleichen der ersten Erfassungsinformation 101 mit der zweiten Erfassungsinformation 102, um die Bordnetzgüte Q des wenigstens einen der Bordnetze 10 zu ermitteln.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017213017 A1 [0004]
- DE 102017218446 A1 [0004]
- DE 102017212284 A1 [0004]
- DE 10231089 A1 [0004]
