DE102021131586A1

DE102021131586A1 - Verfahren zur Begrenzung von Spitzenströmen in einem Fahrzeug, Bordnetz und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102021131586A1
Application number: DE102021131586.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Rupp
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-12-01
Filing date: 2021-12-01
Publication date: 2023-06-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Begrenzung von Spitzenströmen in einem Fahrzeug, ein Bordnetz für ein solches Fahrzeug und ein solches Fahrzeug. Das Bordnetz umfasst eine erste Komponente (10) und eine zweite Komponente (20), wobei die erste Komponente (10) eingerichtet ist, eine Anforderung zum Wechseln von einem ersten Betriebsmodus der ersten Komponente (10) in einen zweiten Betriebsmodus der ersten Komponente (10) zu empfangen, wobei eine Stromaufnahme (I1) der ersten Komponente (10) im ersten Betriebsmodus einen ersten vordefinierten Stromschwellenwert (S1) nicht überschreitet und im zweiten Betriebsmodus den ersten Stromschwellenwert (S1) überschreitet, Die erste Komponente (10) ist weiter eingerichtet, zu ermitteln, ob eine Stromaufnahme (I2) der zweiten Komponente (20) einen vordefinierten zweiten Stromschwellenwert (S2) überschreitet und vom ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus zu wechseln, unmittelbar im Ansprechen auf das Ermitteln, sofern der zweite Stromschwellenwert (S2) nicht überschritten wird, oder nach Ablauf einer vordefinierten Verzögerungszeit (Td) und/oder unter Anwendung einer sukzessiven Erhöhung der Stromaufnahme (I1) in der ersten Komponente (10) über einen vordefinierten Zeitraum (Ts), sofern der zweite Stromschwellenwert (S2) überschritten wird, wobei ein Wert für einen maximal zur Verfügung stehenden Gesamtstrom geringer ist, als eine Summe aus dem ersten Stromschwellenwert (S1) und dem zweiten Stromschwellenwert (S2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Begrenzung von Spitzenströmen in einem Fahrzeug, ein Bordnetz eines solchen Fahrzeugs und ein solches Fahrzeug.
In aktuellen Fahrzeugen können über ein gemeinsames Bordnetz (z. B. ein 12 V Bordnetz) elektrisch versorgte Komponenten des Fahrzeugs hohe bis sehr hohe Spitzenströme (auch „Peak-Ströme“ genannt) hervorrufen, welche beispielsweise durch eine Aktivierung von Aktuatoren von Brems- und/oder Lenksystemen bewirkt werden. Insbesondere bei einer gleichzeitigen Aktivierung mehrerer solcher Systeme bzw. Aktuatoren (z. B. während der Ausführung eines Ausweichmanövers, bei welchem sowohl Brems- als auch Lenkaktuatoren zum Einsatz kommen) ist es möglich, dass durch eine Überlagerung von Spitzenströmen jeweiliger gleichzeitig aktivierter Komponenten ein sehr hoher Gesamtstrom erzeugt wird, der zu einem Spannungseinbruch im Bordnetz führen kann.
Als Folge ist es möglich, das vorstehend genannte Komponenten und/oder davon abweichende, z. B. sicherheitsrelevante Systeme des Fahrzeugs (z. B. Lenk- und/oder Brems- und /oder Licht- und/oder Wischer- und/oder Umfelderkennungssysteme usw.) unter Umständen kurzzeitig ausfallen. Eine Höhe eines solchen Spannungseinbruchs ist davon abhängig, wie schnell eine elektrische Energiequelle des Fahrzeugs (z B. ein Generator, ein DC/DC-Wandler usw.) nachregeln kann und/oder oder wie leistungsfähig eine Batterie des Fahrzeugs ist.
Um solchen problematischen Auswirkungen entgegenzuwirken, ist es im Stand der Technik bekannt, elektrische Energiequellen innerhalb von Bordnetzen mit einer schnellen Regelung auszustatten und/oder einen Stromvorhalt vorzusehen, welcher derart dimensioniert ist, dass solche Überlagerungen von Spitzenströmen nicht zu einem potentiell kritischen Spannungseinbruch führen.
Solche aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen gehen in der Regel mit hohen Herstellungskosten und/oder hohen Entwicklungskosten einher.
DE 10 2012 213 874 A1 beschreibt ein Verfahren zur Begrenzung von Spitzenströmen sowie der maximalen Steigung der Stromflanken eines mittels Pulsweitenmodulation (PWM) angesteuerten Elektromotors eines elektrohydraulischen Kraftfahrzeugbremssystems, insbesondere eines Pumpenmotors, wobei eine Änderung eines Ist-Tastgrades der PWM von einem ersten Tastgrad der PWM auf einen zweiten Tastgrad zur Laufzeit vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung nach Maßgabe eines zur Laufzeit berechneten und/oder änderbaren positiven oder negativen Steigungswertes erfolgt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Spitzenströme in einem Bordnetz eines Fahrzeugs in besonders kostengünstiger und/oder besonders zuverlässiger Weise zu begrenzen.
Die Lösung der vorstehend identifizierten Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Begrenzung von Spitzenströmen in einem Fahrzeug vorgeschlagen.
In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Anforderung zum Wechseln von einem ersten Betriebsmodus einer ersten Komponente (z. B. ein Steuergerät) des Fahrzeugs in einen zweiten Betriebsmodus empfangen, wobei die Anforderung durch die erste Komponente empfangen wird und wobei eine Stromaufnahme der ersten Komponente im ersten Betriebsmodus einen ersten vordefinierten Stromschwellenwert nicht überschreitet und im zweiten Betriebsmodus den ersten Stromschwellenwert überschreitet.
Das Empfangen der Anforderung durch die erste Komponente erfolgt beispielsweise mittels einer Auswerteeinheit der ersten Komponente, wobei die Auswerteeinheit beispielsweise als ASIC, FPGA, Prozessor, digitaler Signalprozessor, Mikrocontroller, o. ä., ausgestaltet ist.
Die Anforderung zum Wechseln vom ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus wird z. B. mittels eines Signals übertragen, welches abseits der ersten Komponente und/oder innerhalb der ersten Komponente erzeugt wird. In einem Fall, in dem die erste Komponente beispielsweise ein Bestandteil eines Bremssystems des Fahrzeugs ist, kann das erste Signal u. a. durch eine Betätigung eines Bremspedals des Fahrzeugs ausgelöst werden und an die erste Komponente bzw. die Auswerteeinheit der ersten Komponente übertragen werden. In diesem konkreten Beispiel kann der erste Betriebsmodus als ein Modus verstanden werden, in dem die erste Komponente, welche eine Steuerung des Bremssystems repräsentieren kann, mit elektrischer Energie versorgt wird, während ein oder mehrere über die erste Komponente ansteuerbare Aktuatoren des Bremssystems (z. B. eine Pumpe usw.) inaktiv sind. Ein Zustand, in dem der oder die Aktuatoren des Bremssystems durch die erste Komponente aktiviert werden, kann entsprechend als zweiter Betriebsmodus der ersten Komponente verstanden werden, in dem aufgrund einer hohen Stromaufnahme durch die Aktuatoren der erste Stromschwellenwert überschritten wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass vorstehende Erläuterungen zur ersten Komponente und zu den beiden Betriebsmodi der ersten Komponente rein veranschaulichender Natur sind und dementsprechend nicht als Einschränkung anzusehen sind. Stattdessen kann die erste Komponente eine beliebige von einem Bremssystem abweichende Komponente des Fahrzeugs sein. Zudem unterscheiden sich der erste Betriebsmodus und der zweite Betriebsmodus nicht zwangsläufig dadurch, dass im ersten Betriebsmodus ein oder mehrere Aktuatoren inaktiv und im zweiten Betriebsmodus aktiv sind. Entsprechend ist es nicht erforderlich, dass die erste Komponente einen oder mehrere Aktuatoren aufweist bzw. eine Ansteuerung von Aktuatoren durchführt. Stattdessen können von Aktuatoren abweichende Verbraucher der ersten Komponente zu unterschiedlichen Stromaufnahmen im ersten Betriebsmodus und im zweiten Betriebsmodus führen.
In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch die erste Komponente ermittelt, ob eine Stromaufnahme einer zweiten Komponente des Fahrzeugs einen vordefinierten zweiten Stromschwellenwert überschreitet. Es sei darauf hingewiesen, dass das Ermitteln neben einer konkreten Messung und/oder Berechnung auch auf Basis einer Schätzung der Stromaufnahme der zweiten Komponente erfolgen kann. Eine solche Schätzung kann auf direkt und/oder indirekt ermittelten bzw. empfangenen Informationen bezüglich der Stromaufnahme der zweiten Komponente durchgeführt werden. Der zweite Stromschwellenwert ist beispielsweise derart festgelegt, dass eine Überschreitung des zweiten Schwellenwertes durch eine Stromaufnahme der zweiten Komponente im Falle einer Aktivierung eines oder mehrerer Aktuatoren der zweiten Komponente erfolgt, wobei die zweite Komponente dadurch nicht auf eine Komponente eingeschränkt ist, welche Aktuatoren aufweist und/oder Aktuatoren ansteuert. Wie im Zusammenhang mit der ersten Komponente beschrieben, kann auch in der zweiten Komponente eine Überschreitung des zweiten Stromschwellenwertes ohne eine Aktivierung von Aktoren stattfinden. In einem Fall, in dem die zweite Komponente beispielsweise ein Bestandteil eines Lenksystems des Fahrzeugs ist, kann eine Stromaufnahme der zweiten Komponente während eines normalen Fahrbetriebs/Lenkbetriebs beispielsweise unterhalb des zweiten Stromschwellenwertes und während eines kritischen Ausweichmanövers oberhalb des zweiten Stromschwellenwertes liegen.
In einem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wechselt die erste Komponente vom ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus. Sofern bei der Unterscheidung, ob der zweite Stromschwellenwert durch die Stromaufnahme der zweiten Komponente überschritten wird festgestellt wird, dass der zweite Stromschwellenwert durch die Stromaufnahme der zweiten Komponente nicht überschritten wird, erfolgt der Wechsel des Betriebsmodus' unmittelbar im Ansprechen auf vorstehend beschriebenen Verfahrensschritt zum Ermitteln des Überschreitens oder nicht Überschreitens des zweiten Stromschwellenwertes.
Da erfindungsgemäß ein Wert für einen maximal zur Verfügung stehenden Gesamtstrom zur Versorgung der ersten Komponente und der zweiten Komponente geringer ist, als eine Summe aus dem ersten Stromschwellenwert und dem zweiten Stromschwellenwert, kann in diesem Fall davon ausgegangen werden, dass ein unmittelbarer Wechsel der ersten Komponente in den zweiten Betriebsmodus nicht dazu führt, dass eine Überlagerung der Stromaufnahme durch die erste Komponente und der Stromaufnahme durch die zweite Komponente zu einem im Bordnetz auftretenden potentiell kritischen Spitzenstrom führt. Hierfür ist es erforderlich, dass der erste Stromschwellenwert und der zweite Stromschwellenwert auf Basis jeweiliger bekannter Maximalstromaufnahmen der beiden Komponenten in für das Bordnetz geeigneter Weise festgelegt werden.
Für den Fall, dass durch die erste Komponente ermittelt wird, dass der zweite Stromschwellenwert durch die Stromaufnahme der zweiten Komponente überschritten wird, erfolgt der Wechsel der ersten Komponente vom ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus hingegen erst nach Ablauf einer vordefinierten Verzögerungszeit und/oder unter Anwendung einer sukzessiven Erhöhung der Stromaufnahme in der ersten Komponente über einen vordefinierten Zeitraum, ausgehend von der Stromaufnahme der ersten Komponente im ersten Betriebsmodus bis zur Stromaufnahme der ersten Komponente im zweiten Betriebsmodus. Das sukzessive Erhöhen der Stromaufnahme der ersten Komponente kann beispielsweise durch eine Ausführung einer Stromrampe erfolgen.
Durch eine geeignete Festlegung der Verzögerungszeit und/oder des Zeitraums für das sukzessive Erhöhen, lassen sich auf diese Weise in der ersten Komponente und in der zweiten Komponente auftretende Spitzenströme derart zeitlich „entzerren“ bzw. verschieben, dass ihre Überlagerung nicht mehr zu potentiell kritischen Spannungseinbrüchen im Bordnetz führt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die zweite Komponente zur Begrenzung von Spitzenströmen analog zur ersten Komponente ausgebildet sein kann, dass erfindungsgemäße Verfahren umgekehrt in Bezug auf die erste Komponente auszuführen. Darüber hinaus ist es denkbar, dass das Bordnetz weitere Komponenten aufweist, die einen relevanten Einfluss auf einen Gesamtspitzenstrom im Bordnetz aufweisen und die durch die erste Komponente und/oder die zweite Komponente zusätzlich hinsichtlich ihrer aktuellen Stromaufnahme überwacht werden. Ferner können diese zusätzlichen Komponenten in umgekehrter Weise die erste Komponente und/oder die zweite Komponente hinsichtlich ihrer jeweiligen Stromaufnahme überwachen.
Entsprechend bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass potentiell gleichzeitig auftretende Spitzenströme in zwei oder mehr Komponenten des Fahrzeugs vermieden werden können, wodurch ein resultierender Gesamtspitzenstrom begrenzt wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt das Ermitteln des Überschreitens des zweiten Stromschwellenwertes durch die Stromaufnahme der zweiten Komponente auf Basis einer Sensorik der ersten Komponente und insbesondere auf Basis einer Spannungssensorik und/oder einer Beschleunigungssensorik und/oder einer Drehratensensorik und/oder einer Lagesensorik. Mittels der Spannungssensorik wird die erste Komponente beispielsweise in die Lage versetzt, eine aktuelle Spannung im Bordnetz des Fahrzeugs zu überwachen, sodass ein Spannungseinbruch ermittelt werden kann, welcher charakteristisch für eine Überschreitung des zweiten Stromschwellenwertes aufgrund der Stromaufnahme durch die zweite Komponente ist. In einem Fall, in dem die erste Komponente beispielsweise eine Komponente eines Bremssystems und die zweite Komponente eine Komponente eines Lenksystems des Fahrzeugs ist, kann die Sensorik der ersten Komponente beispielsweise einen Beschleunigungssensor aufweisen, welcher eingerichtet ist, eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs zu erfassen. Eine Stromaufnahme der zweiten Komponente zum Zeitpunkt einer Anforderung zum Wechseln vom ersten Betriebszustand der ersten Komponente in den zweiten Betriebszustand kann in diesem Fall z. B. auf Basis einer Höhe eines zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Querbeschleunigungswertes der Sensorik der ersten Komponente indirekt geschätzt werden. Hier liegt die Annahme zugrunde, dass eine Stromaufnahme durch die zweite Komponente umso höher ist, je stärker eine Aktuatorik des Lenksystems in einen aktuellen Lenkvorgang eingreift. Entsprechend kann in diesem Fall ein Querbeschleunigungsschwellenwert definiert werden, welcher mit dem zweiten Stromschwellenwert korrespondiert, sodass bei einer Überschreitung des Querbeschleunigungsschwellenwertes durch einen aktuellen Querbeschleunigungswert von einer Überschreitung des zweiten Stromschwellenwertes durch die Stromaufnahme der zweiten Komponente ausgegangen werden kann. Auf ähnliche Weise ließe sich eine Stromaufnahme durch die erste Komponente indirekt durch eine Sensorik der zweiten Komponente überwachen, indem die zweite Komponente auf Basis eines Längsbeschleunigungssensors eine Höhe eines Bremseingriffs eines Aktuators des Bremssystems ermittelt. Darüber hinaus lassen sich grundsätzlich beliebige Sensoren in den jeweiligen Komponenten einsetzen, welche ein Ermitteln bzw. ein Schätzen der Stromaufnahme einer zu überwachenden weiteren Komponente ermöglichen. Eine Verwendung einer solchen Sensorik ist besonders vorteilhaft, da keine direkte Kommunikationsverbindung zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente erforderlich ist, welche je nach eingesetzter Technologie mit gewissen Verzögerungen bei der Übertragung von Informationen von der zweiten Komponente an die erste Komponente einhergehen kann. Dementsprechend erlaubt die Verwendung einer solchen Sensorik in der ersten Komponente ein besonders schnelles Ermitteln der Stromaufnahme durch die zweite Komponente, was wiederum zu einer besonders zuverlässigen Begrenzung von Spitzenströmen im Bordnetz führen kann. Des Weiteren entstehen auf diese Weise keine Abhängigkeiten bezüglich einer Konfiguration des Bordnetzes zwischen den jeweiligen Komponenten. Alternativ oder zusätzlich ist das Ermitteln der Stromaufnahme der zweiten Komponente auf Basis eines durch die zweite Komponente bereitgestellten Signals möglich, welches insbesondere ein Bus-Signal sein kann (z. B. ein Bus-Signal eines CAN-, LIN-, Ethernet- oder FlexRay-Busses). Alternativ oder zusätzlich kann das durch die zweite Komponente bereitgestellte Signal, welches vorzugsweise eine Information über eine aktuelle Stromaufnahme der zweiten Komponente überträgt, mittels einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung (z. B. zur direkten Übertragung eines analogen oder eines digitalen Signals) und/oder mittels einer Funkverbindung zur ersten Komponente übertragen werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das Ermitteln des Überschreitens des zweiten Stromschwellenwertes durch die Stromaufnahme der zweiten Komponente auf Basis der Sensorik der ersten Komponente mittels vordefinierter Kriterien und/oder mittels eines maschinellen Lernverfahrens („künstliche Intelligenz“, kurz KI) plausibilisiert, um außerhalb des Fahrzeugs vorliegende Umwelteinflüsse auf die Sensorik von Einflüssen der zweiten Komponente auf die Sensorik zu unterscheiden. Hierdurch lässt sich eine Robustheit des erfindungsgemäßen Verfahren erhöhen, da zum Beispiel durch das Fahrzeug durchfahrene Schlaglöcher, welche sich beispielsweise auf eine Messung einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs auswirken können, von einer Querbeschleunigung unterschieden werden können, die aufgrund einer Betätigung eines Lenkrades des Fahrzeugs durch einen Benutzer und/oder eine Lenkaktuatorik erzeugt wird. Ein beispielhaftes Kriterium für eine Unterscheidung der jeweiligen Einflüsse könnte in diesem konkreten Zusammenhang eine Steilheit eines Anstiegs der Querbeschleunigung sein, welche im Falle eines durchfahrenen Schlaglochs höher sein kann, als im Falle einer regulären Betätigung der Lenkung durch einen Fahrer und/oder einen Lenkaktuator. Das Wechseln des Betriebsmodus' der ersten Komponente vom ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus wird dementsprechend in Abhängigkeit eines Ergebnisses der Plausibilisierung durchgeführt. Dies kann vorteilhaft so ausgestaltet sein, dass das verzögerte und/oder sukzessive Erhöhen der Stromaufnahme der ersten Komponente nur dann angewendet wird, wenn tatsächlich eine Querbeschleunigung aufgrund einer Betätigung eines Lenkaktuators vorliegt. Somit kann in Fällen, in denen ausschließlich eine externe Beeinflussung der Sensormessung vorliegt, ein unmittelbarer Übergang zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus erfolgen, da der Einfluss auf die Sensorik nicht durch eine Stromaufnahme in der zweiten Komponente bewirkt wird. Eine Verwendung eines maschinellen Lernverfahrens kann für die vorstehend beschriebene Plausibilisierung besonders vorteilhaft eingesetzt werden, da jeweilige charakteristische Merkmale, welche eine Unterscheidung von außerhalb des Fahrzeugs einwirkenden Umwelteinflüssen auf die Sensorik von fahrzeuginternen Einflüssen auf die Sensorik erlauben, in einer Lernphase des maschinellen Lernverfahrens besonders umfassend und/oder nuanciert trainiert werden können. Entsprechend kann eine Zuverlässigkeit der Plausibilisierung auf Basis des maschinellen Lernverfahrens weiter erhöhen werden.
Vorzugsweise werden die vordefinierte Verzögerungszeit und/oder der vordefinierte Zeitraum in Abhängigkeit aktuell vorliegender Randbedingungen angepasst, welche insbesondere eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder eine Versorgungsspannung eines Bordnetzes des Fahrzeugs, welches zur Versorgung der ersten Komponente und der zweiten Komponente verwendet wird und/oder einen Alterungszustand und/oder eine Impedanz und/oder eine Temperatur einer Batterie des Fahrzeugs, welche die elektrische Versorgung der ersten Komponente und der zweiten Komponente bereitstellt und/oder ein Gewicht (z. B. ein aktueller Beladungszustand) des Fahrzeugs und/oder eine Funktion und/oder eine Identität der zweiten Komponente umfassen. Ein zunehmendes Alter einer vorstehend genannten Batterie geht i. d. R. mit einer höheren Impedanz und damit mit einer geringeren Leistungsfähigkeit der Batterie einher, weshalb es sinnvoll sein kann, die Verzögerungszeit und/oder den Zeitraum mit zunehmendem Alter der Batterie zu erhöhen, sodass ein gleichzeitiges Auftreten von Spitzenströmen der jeweiligen Komponenten stärker unterbunden wird, als im Zusammenhang mit einer relativ neuen Batterie, welche aufgrund einer höheren Strombelastbarkeit eine größere zeitliche Überlappung jeweiliger Spitzenströme ermöglichen kann, ohne dass es hierbei zu einem potentiell kritischen Spannungseinbruch kommt. Ähnlich lässt sich bei tiefen Temperaturen der Batterie verfahren, welche ebenfalls zu einer höheren Impedanz und somit zu einer geringeren Leistungsfähigkeit der Batterie führen können. Eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit kann beispielsweise im Zusammenhang mit einer zweiten Komponente vorteilhaft berücksichtigt werden, welche einen Lenkaktuator einer Lenkunterstützung ansteuert und diesen mit Strom versorgt, da eine erforderliche Höhe einer Lenkunterstützung bei höheren Geschwindigkeiten i. d. R. niedriger ausfällt, sodass bei höheren Geschwindigkeiten von einer damit korrespondierenden niedrigeren Stromaufnahme durch den Lenkaktuator auszugehen ist. Letztere kann eine größere zeitliche Überlappung der jeweiligen Spitzenströme durch die erste Komponente und die zweite Komponente ermöglichen, als in einer Fahrsituation mit einer niedrigen Geschwindigkeit. Ein unterschiedliches Gewicht des Fahrzeugs kann sich beispielsweise auf eine Stromaufnahme eines Bremsaktuators auswirken, welcher bei einem niedrigeren Gewicht zur Verlangsamung des Fahrzeugs i. d. R. eine geringere Stromaufnahme benötigt, als bei einem hohen Gewicht des Fahrzeugs. Unter Berücksichtigung einer Identität und/oder eine Funktion der zweiten Komponente lassen sich jeweils optimal angepasste Verzögerungszeiten und/oder Zeiträume für das sukzessive Erhöhen der Stromaufnahme durch die erste Komponente festlegen, da unterschiedliche Komponenten innerhalb des Bordnetzes unterschiedliche Spitzenstromaufnahmen und/oder Flankensteilheiten von Spitzenstromaufnahmen aufweisen können. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn dritte und/oder vierte und/oder ggf. weitere Komponenten des Bordnetzes durch die erste Komponente zu berücksichtigen sind und jeweilige Informationen bezüglich der Stromaufnahmen der jeweiligen Komponenten in der ersten Komponente abgelegt sind.
Vorteilhaft sind die erste Komponente und/oder die zweite Komponente Komponenten von Fahrdynamiksystemen des Fahrzeugs und/oder von Fahrerunterstützungssystemen (z. B. Lenkhilfe, Bremsunterstützung, usw.) und/oder von drive-by-wire-Systemen des Fahrzeugs, ohne die erste Komponente und die zweite Komponente dadurch auf vorstehend genannte Kategorien einzuschränken. Alternativ oder zusätzlich sind die erste Komponente und/oder die zweite Komponente Komponenten eines 12 V und/oder 24 V und/oder 48 V Bordnetzes, ohne dadurch auf diese beispielhaften Bordnetzspannungen beschränkt zu sein.
Wie vorstehend erwähnt, kann die erste Komponente einem Lenksystem oder einem Bremssystem des Fahrzeugs zugeordnet sein, während die zweite Komponente dem jeweils anderen System aus dem Lenksystem oder dem Bremssystem zugeordnet sein kann. Diese Zuordnungen stellen besonders vorteilhafte Zuordnungen der jeweiligen Komponenten dar, da Brems- und Lenksysteme meist zu den Verbrauchern mit der höchsten Spitzenstromaufnahme im Fahrzeug zählen und somit bei einer im Wesentlichen gleichzeitigen Aktivierung bzw. einem im Wesentlichen gleichzeitigen Wechsel in jeweilige Betriebsmodi mit höchster Stromaufnahme das höchste Risiko hinsichtlich einer zu hohen Spitzenstromaufnahme im Bordnetz darstellen.
Besonders vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren nur dann ausgeführt, wenn eine Versorgungsspannung für die erste Komponente und die zweite Komponente unterhalb eines vordefinierten Spannungsschwellenwertes liegt und/oder wenn ein Fehlerzustand in einem Bordnetz des Fahrzeugs vorliegt, durch welches die erste Komponente und die zweite Komponente mit elektrischer Energie versorgt werden. Üblicherweise sind die Bordnetze von Fahrzeugen derart ausgelegt, dass gleichzeitige Spitzenstromaufnahmen durch zwei oder mehr Komponenten nicht zu einer Beeinträchtigung einer elektrischen Energieversorgung von Komponenten des Bordnetzes führen. In Fällen jedoch, in welchen die volle Leistungsfähigkeit des Bordnetzes aufgrund bestehender Fehler im Bordnetz nicht gewährleistet werden kann, können gleichzeitige Aufnahmen von Spitzenströmen durch unterschiedlichen Komponenten jedoch zu kritischen Spannungseinbrüchen am Bordnetz führen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt das sukzessive Erhöhen der Stromaufnahme der ersten Komponente beim Wechsel vom ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus mittels einer stetigen Erhöhung der Stromaufnahme durch einen linearen und/oder nichtlinearen Stromverlauf und/oder mittels einer stufenweisen Erhöhung mit gleichförmigen und/oder ungleichförmigen Abstufungen des Stromverlaufs. Ungleichförmige Abstufungen können beispielsweise sinnvoll sein, wenn für eine initiale Aktivierung eines Aktuators der jeweiligen Komponente zunächst eine größere Stufe im Stromverlauf erforderlich ist (z. B. um ein Bremssystem vorzuspannen) als im anschließenden Stromverlauf innerhalb des vordefinierten Zeitraums für die sukzessive Erhöhung des Stroms. Dies ermöglicht eine Teilaktivierung des Aktuators, welche bereits eine gewisse Lenk- oder Bremswirkung oder eine davon abweichende Wirkung erzeugen kann, während gleichzeitig ein potentiell kritischer Spitzenstrom im Bordnetz vermieden wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Bordnetz eines Fahrzeugs vorgeschlagen, welches eine erste Komponente und eine zweite Komponente aufweist, wobei das Bordnetz eingerichtet ist, die erste Komponente und die zweite Komponente mit elektrischer Energie zu versorgen und wobei die erste Komponente eingerichtet ist, eine Anforderung zum Wechseln von einem ersten Betriebsmodus der ersten Komponente in einen zweiten Betriebsmodus der ersten Komponente zu empfangen, wobei eine Stromaufnahme der ersten Komponente im ersten Betriebsmodus einen ersten vordefinierten Stromschwellenwert nicht überschreitet und im zweiten Betriebsmodus den ersten Stromschwellenwert überschreitet. Die erste Komponente ist weiter eingerichtet, zu ermitteln, ob eine Stromaufnahme der zweiten Komponente einen zweiten vordefinierten Stromschwellenwert überschreitet. Die erste Komponente ist zudem eingerichtet, vom ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus zu wechseln, unmittelbar im Ansprechen auf das Ermitteln, sofern der zweite Stromschwellenwert nicht überschritten wird oder nach Ablauf einer vordefinierten Verzögerungszeit und/oder unter Anwendung einer sukzessiven Erhöhung der Stromaufnahme in der ersten Komponente über einen vordefinierten Zeitraum, ausgehend von der Stromaufnahme der ersten Komponente im ersten Betriebsmodus bis zur Stromaufnahme der ersten Komponente im zweiten Betriebsmodus, sofern der zweite Stromschwellenwert überschritten wird, wobei ein Wert für einen maximal zur Verfügung stehenden Gesamtstrom zur Versorgung der ersten Komponente und der zweiten Komponente geringer ist, als eine Summe aus dem ersten Stromschwellenwert und dem zweiten Stromschwellenwert. Die Merkmale, Merkmalskombinationen sowie die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen den in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt ausgeführten derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug aufweisend ein Bordnetz nach Anspruch 10 und/oder vorstehender Beschreibung vorgeschlagen. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Straßenfahrzeug (z. B. Motorrad, PKW, Transporter, LKW) oder ein Schienenfahrzeug oder ein Luftfahrzeug/Flugzeug und/oder ein Wasserfahrzeug sein. Die Merkmale, Merkmalskombinationen sowie die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen den in Verbindung mit dem erst- und zweitgenannten Erfindungsaspekt ausgeführten derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:

1 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 ein erstes Beispiel für Stromaufnahmen erfindungsgemäßer Komponenten eines Fahrzeugs und einen damit korrespondierenden Spannungsverlauf in einem erfindungsgemäßen Bordnetz;
3 ein zweites Beispiel für Stromaufnahmen erfindungsgemäßer Komponenten eines Fahrzeugs; und
4 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Bordnetz.

1 zeigt ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Schritt 100 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Anforderung zum Wechseln von einem ersten Betriebsmodus einer Bremssystemsteuerung 10 des Fahrzeugs in einen zweiten Betriebsmodus empfangen, wobei die Anforderung durch ein Bremspedal 14 des Fahrzeugs erzeugt und durch die Bremssystemsteuerung 10 empfangen wird und wobei eine Stromaufnahme 11 der Bremssystemsteuerung 10 im ersten Betriebsmodus einen ersten vordefinierten Stromschwellenwert S1 nicht überschreitet und im zweiten Betriebsmodus den ersten Stromschwellenwert S1 überschreitet.
Im Schritt 200 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch die Bremssystemsteuerung 10 ermittelt, ob eine Stromaufnahme I2 einer Lenksystemsteuerung 20 des Fahrzeugs einen vordefinierten zweiten Stromschwellenwert S2 überschreitet, wobei ein Wert für einen maximal zur Verfügung stehenden Gesamtstrom zur Versorgung der Bremssystemsteuerung 10 und der Lenksystemsteuerung 20 geringer ist, als eine Summe aus dem ersten Stromschwellenwert S1 und dem zweiten Stromschwellenwert S2. Hierfür wird eine Höhe eines Querbeschleunigungswertes eines Querbeschleunigungssensors 30 des Fahrzeugs ausgewertet, welche mit einer Stromaufnahme I2 der Lenksystemsteuerung 20 korrespondiert.
Für den Fall, dass der zweite Stromschwellenwert S2 durch die Stromaufnahme I2 der Lenksystemsteuerung 20 nicht überschritten wird, wechselt die Bremssystemsteuerung 10 unmittelbar im Ansprechen auf das Ermitteln im Schritt 300 des erfindungsgemäßen Verfahrens vom ersten Betriebsmodus der Bremssystemsteuerung 10 in den zweiten Betriebsmodus.
Für den Fall, dass der zweite Stromschwellenwert S2 durch die Stromaufnahme I2 der Lenksystemsteuerung 20 überschritten wird, wechselt die Bremssystemsteuerung 10 erst nach Ablauf einer vordefinierten Verzögerungszeit Td vom ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus.
2 zeigt ein erstes Beispiel für Stromaufnahmen I1, I1', I2 erfindungsgemäßer Komponenten 10, 20 eines Fahrzeugs und einen damit korrespondierenden Spannungsverlauf UB in einem erfindungsgemäßen Bordnetz. Im unteren der beiden Diagramme sind ein geplanter Stromverlauf 11 der ersten Komponente 10 und ein Stromverlauf I2 der zweiten Komponente 20 gezeigt.
Im oberen der beiden Diagramme ist ein Spannungsverlauf UB im Bordnetz des Fahrzeugs gezeigt. Bis zum Erreichen eines Zeitpunktes t1 befindet sich das Bordnetz in einem Normalzustand und die erste Komponente 10 und die zweite Komponente 20 befinden sich jeweils in einem ersten Betriebsmodus, in welchem jeweils eine relativ geringe Stromaufnahme 11, I2 vorliegt.
Zum Zeitpunkt t1 beginnt die Bordnetzspannung UB aufgrund eines Fehlers im Bordnetz bis unterhalb eines vordefinierten Spannungsschwellenwertes Ut abzusinken, wodurch in der ersten Komponente 10 der Fehlerzustand des Bordnetzes registriert wird. Ab einem Zeitpunkt t2 befindet sich die Bordnetzspannung stabil auf dem abgesunkenen Wert.
Aufgrund eines Wechsels der zweiten Komponente 20 zu einem Zeitpunkt t3 in einen zweiten Betriebsmodus der zweiten Komponente 20, in welchem kurzzeitig eine hohe Stromaufnahme I2 vorliegt, sinkt die Bordnetzspannung UB weiter ab.
Zu einem Zeitpunkt t4 empfängt die erste Komponente 10 eine Anforderung zum Wechseln in den zweiten Betriebsmodus, in welchem ein erster Stromschwellenwert S1 durch eine Stromaufnahme 11 der ersten Komponente 10 überschritten wird. Im Ansprechen auf diese Anforderung ermittelt die erste Komponente 10 auf Basis einer Sensorik 30, ob die Stromaufnahme I2 der zweiten Komponente 20 zu diesem Zeitpunkt einen vordefinierten zweiten Stromschwellenwert S2 überschreitet.
Da dies hier der Fall ist, verzögert die erste Komponente 10 den Wechsel vom ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus um eine Verzögerungszeit Td, sodass eine geplante Stromaufnahme I1 der ersten Komponente 10 in eine verzögerte Stromaufnahme l1' der ersten Komponente überführt wird.
Da der Stromverlauf I1' und der Stromverlauf I2 einen zeitlichen Versatz ihrer jeweiligen Spitzenwerte aufweisen, wird ein Gesamtspitzenstrom der beiden Komponenten 10, 20 begrenzt, sodass ein Einbruch der Bordnetzspannung UB in diesem Zeitraum ebenfalls begrenzt wird und zu einer Bordnetzspannung UB' übergeht.
3 zeigt ein zweites Beispiel für Stromaufnahmen 11, I 1', I2 erfindungsgemäßer Komponenten 10, 20 eines Fahrzeugs. Aufgrund von Ähnlichkeiten zwischen 2 und 3 werden zur Vermeidung von Wiederholungen nachfolgend nur Unterschiede zwischen den beiden Figuren beschrieben.
Im Gegensatz zu 2 wird die geplante Stromaufnahme I1 der ersten Komponente 10 hier nicht um eine Verzögerungszeit Td verzögert, sondern mit einer geringeren Flankensteilheit als in 2 ausgeführt, welche sich aus einem verlängerten Zeitraum Ts ergibt. Dies resultiert in einer Kurve I1', welche wie die Kurve I1' in 2 zu einer Begrenzung einer Gesamtspitzenstromaufnahme durch die beiden Komponenten 10, 20 führt.
4 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Bordnetz.
Das Fahrzeug umfasst eine erste Komponente 10, welche hier als Lenksystemsteuerung ausgebildet ist und eingerichtet ist, eine Vielzahl von Bremsaktuatoren 12 anzusteuern. Eine Energieversorgung der Bremsaktuatoren 12 erfolgt hier über die erste Komponente 10.
Die erste Komponente 10 ist informationstechnisch mit einem Bremspedal 14 des Fahrzeugs verbunden, sodass sie durch das Bremspedal 14 erzeugte Betätigungssignale empfangen kann. Ferner weist die erste Komponente eine Sensorik 30 auf, welche eingerichtet ist, ein Überschreiten eines zweiten Stromschwellenwertes S2 durch eine Stromaufnahme I2 einer zweiten Komponente 20 des Fahrzeugs zu erfassen. Die zweite Komponente 20 ist hier eine Lenksystemsteuerung, welche eingerichtet ist, einen Lenkaktuator 22 des Fahrzeugs anzusteuern.
Die erste Komponente 10 und die zweite Komponente 20 werden jeweils über eine Batterie 40 des Bordnetzes des Fahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt.
Aus Basis vorstehender Konfiguration ist die erste Komponente 10 eingerichtet, ein vorstehend beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren zur Begrenzung von Spitzenströmen im Bordnetz des Fahrzeugs auszuführen.
Bezugszeichenliste

10: erste Komponente
12: Bremsaktuator
14: Bremspedal
20: zweite Komponente
22: Lenkaktuator
30: Sensorik
40: Batterie
I1: Stromaufnahme der ersten Komponente
I1': verzögerte Stromaufnahme der ersten Komponente
I2: Stromaufnahme der zweiten Komponente
S1: erster Stromschwellenwert
S2: zweiter Stromschwellenwert
t1: erster Zeitpunkt
t2: zweiter Zeitpunkt
t3: dritter Zeitpunkt
t4: vierter Zeitpunkt
Td: Verzögerungszeit
Ts: vordefinierter Zeitraum
UB: Bordnetzspannung
UB': Bordnetzspannung bei verzögerter Stromaufnahme
Ut: Spannungsschwellenwert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012213874 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Begrenzung von Spitzenströmen in einem Fahrzeug aufweisend: • Empfangen (100) einer Anforderung zum Wechseln von einem ersten Betriebsmodus einer ersten Komponente (10) des Fahrzeugs in einen zweiten Betriebsmodus, wobei die Anforderung durch die erste Komponente (10) empfangen wird und wobei eine Stromaufnahme (I1) der ersten Komponente (10) im ersten Betriebsmodus einen ersten vordefinierten Stromschwellenwert (S1) nicht überschreitet und im zweiten Betriebsmodus den ersten Stromschwellenwert (S1) überschreitet, • Ermitteln (200) durch die erste Komponente (10), ob eine Stromaufnahme (I2) einer zweiten Komponente (20) des Fahrzeugs einen vordefinierten zweiten Stromschwellenwert (S2) überschreitet, und • Wechseln (300) vom ersten Betriebsmodus der ersten Komponente (10) in den zweiten Betriebsmodus ◯ unmittelbar im Ansprechen auf das Ermitteln (200), sofern der zweite Stromschwellenwert (S2) nicht überschritten wird, oder ◯ nach Ablauf einer vordefinierten Verzögerungszeit (Td) und/oder unter Anwendung einer sukzessiven Erhöhung der Stromaufnahme in der ersten Komponente (10) über einen vordefinierten Zeitraum (Ts), ausgehend von der Stromaufnahme (I1) der ersten Komponente (10) im ersten Betriebsmodus bis zur Stromaufnahme (I1) der ersten Komponente (10) im zweiten Betriebsmodus, sofern der zweite Stromschwellenwert (S2) überschritten wird, wobei • ein Wert für einen maximal zur Verfügung stehenden Gesamtstrom zur Versorgung der ersten Komponente (10) und der zweiten Komponente (20) geringer ist, als eine Summe aus dem ersten Stromschwellenwert (S1) und dem zweiten Stromschwellenwert (S2).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln (200) auf Basis • einer Sensorik (30) der ersten Komponente (10) und insbesondere auf Basis einer Spannungssensorik und/oder einer Beschleunigungssensorik und/oder einer Drehratensensorik und/oder einer Lagesensorik, und/oder • eines durch die zweite Komponente (20) bereitgestellten Signals und insbesondere auf Basis eines Bus-Signals erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei • das Ermitteln (200) auf Basis der Sensorik (30) der ersten Komponente (10) mittels vordefinierter Kriterien und/oder mittels eines maschinellen Lernverfahrens plausibilisiert wird, um außerhalb des Fahrzeugs vorliegende Umwelteinflüsse auf die Sensorik (30) von Einflüssen der zweiten Komponente (20) auf die Sensorik (30) zu unterscheiden, und • das Wechseln (300) des Betriebsmodus' der ersten Komponente (10) vom ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus in Abhängigkeit eines Ergebnisses der Plausibilisierung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die vordefinierte Verzögerungszeit (Td) und/oder der vordefinierte Zeitraum (Ts) in Abhängigkeit aktuell vorliegender Randbedingungen angepasst werden, welche insbesondere • eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs, und/oder • eine Versorgungsspannung (UB) eines Bordnetzes des Fahrzeugs, welches zur Versorgung der ersten Komponente (10) und der zweiten Komponente (20) verwendet wird, und/oder • einen Alterungszustand und/oder eine Impedanz und/oder eine Temperatur einer Batterie (40) des Fahrzeugs, welche die elektrische Versorgung der ersten Komponente (10) und der zweiten Komponente (20) bereitstellt, und/oder • ein Gewicht des Fahrzeugs, und/oder • eine Funktion und/oder eine Identität der zweiten Komponente (20) umfassen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Komponente (10) und/oder die zweite Komponente (20) Komponenten • von Fahrdynamiksystemen des Fahrzeugs sind, und/oder • von Fahrerunterstützungssystemen und/oder von drive-by-wire-Systemen des Fahrzeugs sind, und/oder • eines 12 V und/oder 24 V und/oder 48 V Bordnetzes sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Komponente (10) einem Lenksystem oder einem Bremssystem des Fahrzeugs zugeordnet ist und die zweite Komponente (20) dem jeweils anderen System aus dem Lenksystem oder dem Bremssystem zugeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren nur dann ausgeführt wird, wenn • eine Versorgungsspannung (UB) für die erste Komponente (10) und die zweite Komponente (20) unterhalb eines vordefinierten Spannungsschwellenwertes (Ut) liegt, und/oder • ein Fehlerzustand in einem Bordnetz des Fahrzeugs vorliegt, durch welches die erste Komponente (10) und die zweite Komponente (20) mit elektrischer Energie versorgt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das sukzessive Erhöhen der Stromaufnahme (I1) der ersten Komponente (10) beim Wechsel vom ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus mittels • einer stetigen Erhöhung der Stromaufnahme (I1) durch einen linearen und/oder nichtlinearen Stromverlauf erfolgt, und/oder • einer stufenweisen Erhöhung mit gleichförmigen und/oder ungleichförmigen Abstufungen des Stromverlaufs (I1) erfolgt.
Bordnetz eines Fahrzeugs aufweisend eine erste Komponente (10) und eine zweite Komponente (20), wobei das Bordnetz eingerichtet ist, die erste Komponente (10) und die zweite Komponente (20) mit elektrischer Energie zu versorgen und wobei die erste Komponente (10) eingerichtet ist, • eine Anforderung zum Wechseln von einem ersten Betriebsmodus der ersten Komponente (10) in einen zweiten Betriebsmodus der ersten Komponente (10) zu empfangen, wobei eine Stromaufnahme (I1) der ersten Komponente (10) im ersten Betriebsmodus einen ersten vordefinierten Stromschwellenwert (S1) nicht überschreitet und im zweiten Betriebsmodus den ersten Stromschwellenwert (S1) überschreitet, • zu ermitteln, ob eine Stromaufnahme (I2) der zweiten Komponente (20) einen zweiten vordefinierten Stromschwellenwert (S2) überschreitet, und • vom ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus zu wechseln, ◯ unmittelbar im Ansprechen auf das Ermitteln, sofern der zweite Stromschwellenwert (S2) nicht überschritten wird, oder ◯ nach Ablauf einer vordefinierten Verzögerungszeit (Td) und/oder unter Anwendung einer sukzessiven Erhöhung der Stromaufnahme (I1) in der ersten Komponente (10) über einen vordefinierten Zeitraum (Ts), ausgehend von der Stromaufnahme (I1) der ersten Komponente (10) im ersten Betriebsmodus bis zur Stromaufnahme (I1) der ersten Komponente (10) im zweiten Betriebsmodus, sofern der zweite Stromschwellenwert (S2) überschritten wird, wobei • ein Wert für einen maximal zur Verfügung stehenden Gesamtstrom zur Versorgung der ersten Komponente (10) und der zweiten Komponente (20) geringer ist, als eine Summe aus dem ersten Stromschwellenwert (S1) und dem zweiten Stromschwellenwert (S2).
Fahrzeug aufweisend ein Bordnetz nach Anspruch 9.