DE10309322B4

DE10309322B4 - Method and arrangement for stabilizing the electrical supply of consumers in a motor vehicle

Info

Publication number: DE10309322B4
Application number: DE10309322.2A
Authority: DE
Inventors: Anton Schumann; Sönke Richter; Thomas Baumeister; Xavier Palandre; Xaver Pfab; Christian Myrzik
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2023-03-05
Also published as: DE10309322A1

Abstract

Verfahren zur Stabilisierung der elektrischen Versorgung von Verbrauchern in einem Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz, an welches die Verbraucher angeschlossen sind und das von einem Generator in Verbindung mit einer Batterie gespeist wird, umfassend die folgenden Schritte:
– Erkennen (12) einer Leistungsstörung der Batterie und
– Änderung der Betriebsleistung wenigstens einiger Verbraucher,
wobei der aktuelle Belastungszustand des Generators gemessen wird und im Fall einer Leistungsstörung (14) der Batterie die Betriebsleistungen einzelner Verbraucher in Abhängigkeit von dem aktuellen Belastungszustand des Generators gesteuert (21, 23) werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Fall einer Leistungsstörung (14) der Batterie eine im Normalfall vorgesehene künstliche Verlangsamung der Generatordynamik aufgehoben oder reduziert (16) wird.Method for stabilizing the electrical supply of consumers in a motor vehicle with a vehicle electrical system to which the consumers are connected and which is fed by a generator in conjunction with a battery, comprising the following steps:
- Detecting (12) a power failure of the battery and
- change in the operating performance of at least some consumers,
wherein the current load condition of the generator is measured and in the event of a power failure (14) of the battery, the operating powers of individual loads are controlled (21, 23) in dependence on the current load condition of the generator,
characterized,
in the event of a power failure (14) of the battery, a normally-provided artificial deceleration of the generator dynamics is canceled or reduced (16).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Stabilisierung der elektrischen Versorgung von Verbrauchern in einem Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz, an welches die Verbraucher angeschlossen sind und das von einem Generator in Verbindung mit einer Batterie gespeist wird, umfassend die folgenden Schritte: Erkennen einer Leistungsstörung der Batterie und Änderung der Betriebsleistung wenigstens einiger Verbraucher, wobei der aktuelle Belastungszustand des Generators gemessen wird und im Fall einer Leistungsstörung der Batterie die Betriebsleistungen einzelner Verbraucher in Abhängigkeit von dem aktuellen Belastungszustand des Generators gesteuert werden.The invention relates to a method for stabilizing the electrical supply of consumers in a motor vehicle with a vehicle electrical system, to which the consumers are connected and which is fed by a generator in connection with a battery, comprising the following steps: detecting a power failure of the battery and changing the operating performance of at least some consumers, wherein the current load condition of the generator is measured and in case of a power failure of the battery, the operating performance of individual consumers depending on the current load condition of the generator are controlled.

Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Anordnung zur Stabilisierung der elektrischen Versorgung von Verbrauchern in einem Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz, an welches die Verbraucher angeschlossen sind, und mit einem Generator, der in Verbindung mit wenigstens einer Batterie das Bordnetz speist, umfassend Störungserkennungsmittel zur Erkennung einer Leistungsstörung der Batterie und Steuerungsmittel zur Steuerung der Betriebsleistung wenigstens einiger Verbraucher, wobei Belastungsmessmittel zur Messung des aktuellen Belastungszustandes des Generators vorgesehen sind und die Steuerungsmittel derart eingerichtet sind, dass im Fall einer Leistungsstörung der Batterie die Steuerung der Betriebsleistungen einzelner Verbraucher in Abhängigkeit von dem aktuellen Belastungszustand des Generators erfolgt.The invention further relates to an arrangement for stabilizing the electrical supply of consumers in a motor vehicle with a vehicle electrical system to which the consumers are connected, and with a generator that feeds the electrical system in conjunction with at least one battery, comprising interference detection means for detecting a Disruption of the battery and control means for controlling the operating performance of at least some consumers, wherein load measuring means for measuring the current load condition of the generator are provided and the control means are arranged such that in case of power failure of the battery, the control of the operating performance of individual consumers depending on the current load condition of the generator.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind bekannt aus der DE 100 52 315 A1 .Such methods and devices are known from the DE 100 52 315 A1 ,

Die Verwendung eines zentralen Bordnetzes zur Versorgung einer Reihe von elektrischen Verbrauchern, wie beispielsweise Heckscheiben- Spiegel- oder Sitzheizung, Beleuchtungsvorrichtungen, Sicherheitsvorrichtungen „by wire”-Anlagen etc. findet sich heute in praktisch allen Kraftfahrzeugen. Auch die Speisung des Bordnetzes durch einen Generator, z. B. die Lichtmaschine, in Verbindung mit wenigstens einer Batterie ist üblich. In modernen Kraftfahrzeugen ist jedoch die Anzahl und Leistungsaufnahme von elektrischen Verbrauchern im Gegensatz zu früheren Kraftfahrzeugen wesentlich erhöht. Auch sind die Anforderungen insbesondere moderner, sicherheitstechnischer Verbraucher an die elektrische Energieversorgung, z. B. in Bezug auf Steilheit und Höhe von Stromspitzen, wesentlich höher als früher. Dies hat zur Folge, dass der Generator allein oft nicht in der Lage ist, eine zu allen Zeiten ausreichende elektrische Versorgung zu gewährleisten. Insbesondere Leistungsspitzen werden aus der Batterie gezogen.The use of a central electrical system for supplying a number of electrical consumers, such as rear window mirror or seat heating, lighting devices, safety devices "by wire" systems, etc. can be found today in virtually all motor vehicles. Also, the supply of the electrical system by a generator, eg. As the alternator, in conjunction with at least one battery is common. In modern motor vehicles, however, the number and power consumption of electrical consumers, in contrast to previous vehicles is substantially increased. The requirements are particularly modern, safety-related consumer to the electrical energy supply, eg. B. in terms of slope and height of current spikes, much higher than before. As a result, the generator alone is often unable to provide adequate electrical supply at all times. In particular, power peaks are pulled out of the battery.

Obwohl hierdurch der Batterie eine wesentlich größere Bedeutung zukommt, hat eine entsprechende Anpassung der Versorgungssysteme in vieler Hinsicht noch nicht stattgefunden. Vielmehr werden lediglich isolierte Hilfsmaßnahmen vorgeschlagen.Although this gives the battery a much greater importance, a corresponding adjustment of the supply systems has not yet taken place in many respects. Rather, only isolated relief measures are proposed.

DE 100 21 602 A1 beispielsweise offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung einer Unterbrechung in der Ladeleitung zwischen dem Generator und der Batterie. Dieses Verfahren beruht auf der Analyse der Welligkeit der vom Generator in das Netz eingespeisten Spannung bzw. des Stroms. Im Normalfall, d. h. wenn die Einspeisung bestimmungsgemäß über die als Puffer wirkende Batterie erfolgt, sind die eingespeisten Größen im Wesentlichen geglättet. Liegt jedoch eine Leistungsstörung der Batterie vor, sind die eingespeisten Größen, resultierend aus der unvollkommenden Gleichrichtung der vom Generator erzeugten Wechselspannung, stark wellig. Dieses Verfahren eignet sich jedoch lediglich zur Feststellung einer Leistungsstörung der Batterie. Es ist nicht geeignet, dieser entgegen zu wirken. Trotz Erkennung der Leistungsstörung kann es daher zum Zusammenbruch des Bordnetzes und damit zum Abschalten des Motors und/oder wichtiger, sicherheitsrelevanter Funktionen kommen. DE 100 21 602 A1 For example, discloses an apparatus and method for detecting a break in the charging line between the generator and the battery. This method is based on the analysis of the ripple of the voltage or current fed into the grid by the generator. In the normal case, ie when the supply is intended via the battery acting as a buffer, the quantities supplied are essentially smoothed. However, if there is a power failure of the battery, the injected quantities, resulting from the imperfect rectification of the alternating voltage generated by the generator, are strongly wavy. However, this method is only suitable for detecting a power failure of the battery. It is not suitable to counteract this. Despite detection of the power failure, it may therefore come to the collapse of the electrical system and thus to shutdown the engine and / or important, safety-related functions.

DE 198 45 561 A1 offenbart ebenfalls ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Erkennung von Fehlern im Bordnetz eines Kraftfahrzeugs. Dieses Verfahren bzw. diese Schaltungsanordnung konzentrieren sich jedoch auf eine Auslastungsmessung des Generators. Hierzu wird das so genannte DF-Signal verwendet, das im Wesentlichen das PWM-Tastverhältnis der Erregerspule des Generators wiedergibt. Dieses Verfahren ist zwar hoch effizient bei der Bewertung der aktuellen Generatorbelastung, führt jedoch wiederum lediglich zur Fehlererkennung. Eine Fehlerkompensation wird nicht vorgeschlagen. Vielmehr wird in der zitierten Druckschrift lediglich die Anzeige eines Fehlers als Reaktion auf seine Erkennung offenbart. DE 198 45 561 A1 also discloses a method and a circuit arrangement for detecting faults in the electrical system of a motor vehicle. However, this method or this circuit arrangement focus on a load measurement of the generator. For this purpose, the so-called DF signal is used, which essentially reproduces the PWM duty cycle of the exciter coil of the generator. While this method is highly efficient in evaluating the current generator load, it again only results in error detection. An error compensation is not suggested. Rather, in the cited document only the display of an error in response to its detection is disclosed.

DE 101 22 767 A1 offenbart dagegen ein gattungsbildendes Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bordnetzstabilisierung und Batteriediagnose in einem Kraftfahrzeugbordnetz. Hierzu wird vorgeschlagen, der Batterie einen ausreichend groß dimensionierten Kondensator parallel zu schalten. Eine Leistungsstörung der Batterie wird durch Messung des Kondensatorstroms erkannt. Der Kondensator wirkt weiter, ähnlich wie die ausgefallene Batterie, als Zwischenpuffer, sodass erhöhte Leistungsspitzen von Verbrauchern kurzfristig abgepuffert werden können, ohne den Generator zu überlasten und damit zu einem Zusammenbruch des Bordnetzes zu führen. Weiter wird vorgeschlagen, nach Erkennung des Batterieausfalls als Gegenmaßnahme bestimmte Komfortverbraucher automatisch abzuschalten bzw. mit verringerter Leistung zu betreiben. Dieses Verfahren und diese Vorrichtung haben einen entscheidenden Nachteil. Die Anfälligkeit des Bordnetzes für einen Zusammenbruch hängt ab von der Vorgeschichte (z. B. der aktuellen Belastung und dem Drehzahlniveau des Generators) sowie den Verbrauchern (z. B. von deren Einschaltstromstärke und -steilheit oder der Stromdauer). Bei plötzlicher Zuschaltung eines stromintensiven Verbrauchers, insbesondere eines sicherheitsrelevanten Verbrauchers, kann daher die begrenzte Kapazität des Kondensators überstiegen werden, was zu einem Netzzusammenbruch führen kann, wenn dies mit einem ungünstigen Generatorzustand zusammen trifft. DE 101 22 767 A1 In contrast, discloses a generic method and a device for on-board network stabilization and battery diagnosis in a motor vehicle electrical system. For this purpose, it is proposed to connect the battery in parallel with a sufficiently large capacitor. A power failure of the battery is detected by measuring the capacitor current. The capacitor continues to act as an intermediate buffer, similar to the failed battery, so that increased power peaks of consumers can be buffered in the short term, without overloading the generator and thus leading to a collapse of the electrical system. It is also proposed, after detection of the battery failure as a countermeasure automatically turn off certain comfort consumers or with operate reduced power. This method and this device have a significant disadvantage. The susceptibility of the vehicle electrical system to breakdown depends on the previous history (eg the current load and the speed level of the generator) as well as the consumers (eg their inrush current and slope or the current duration). If a power-intensive consumer, in particular a safety-relevant consumer, suddenly switches on, the limited capacitance of the capacitor can therefore be exceeded, which can lead to network breakdown if this coincides with an unfavorable generator state.

Aus der DE 198 38 248 A1 ist ein Verfahren zur Ansteuerung elektrischer Verbraucher in einem Bordnetz bekannt, bei dem die Verbraucher in Strategiegruppen unterteilt sind, die mit unterschiedlichen Prioritäten und Steueralgorithmen angesteuert werden, um fahrzustandsabhängig und insbesondere in Abhängigkeit von einer verfügbaren elektrischen Leistung stets eine im Hinblick auf Sicherheit und Komfort hinreichende Versorgung der Verbraucher zu gewährleisten.From the DE 198 38 248 A1 a method for controlling electrical consumers in a vehicle electrical system is known, in which the consumers are divided into strategy groups, which are controlled with different priorities and control algorithms, depending on driving condition and especially depending on an available electrical power always sufficient in terms of safety and comfort Supply to consumers.

Aus der DE 198 45 563 C2 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Bordnetzes bekannt, bei dem Zustände erfasst werden, in denen die elektrischen Verbraucher in Summe mehr bzw. weniger Energie verbrauchen als jeweils aktuell von einem Generator zu Verfügung gestellt werden kann und stattdessen aus der Batterie geliefert werden muss. Die entsprechenden Zustandszeiten werden von einem Zähler registriert, der zur Ermittlung einer Energiebilanz-Verbesserungsstrategie herangezogen wird.From the DE 198 45 563 C2 a method for operating a vehicle electrical system is known in which states are detected in which the electrical consumers consume in total more or less energy than can be made available in each case currently by a generator and instead has to be supplied from the battery. The corresponding state times are registered by a counter, which is used to determine an energy balance improvement strategy.

Aus der gattungsbildenden DE 100 52 315 A1 ist es bekannt, den aktuellen Auslastungszustand des Generators zu messen und durch Vergleich mit der maximal erzielbaren Generatorleistung eine zur (zusätzlichen) Ansteuerung der Verbraucher verfügbare Leistung abzuschätzen. Mit dieser abgeschätzten Leistung werden dann die Verbraucher zunächst (zusätzlich) angesteuert, wobei sich die Ansteuerung im Weiteren nach dem jeweils aktuell gemessenen Batteriestrom richtet. Das bekannte Verfahren ist geeignet, um mehr oder weniger geringfügige Betriebsschwankungen der Batterie zu kompensieren. Bei einem weitgehenden oder totalen Ausfall der Batterie kann es jedoch versagen, da bei Ausfall der Pufferwirkung der Batterie der in typischer Weise betriebene Generator nicht in der Lage ist, hinreichend schnell auf Leistungssprünge z. B. sicherheitsrelevanter Verbraucher zu reagieren.From the generic DE 100 52 315 A1 It is known to measure the current load condition of the generator and estimate by comparison with the maximum achievable generator power available for (additional) control of the consumer power. With this estimated power, the consumers are then initially (additionally) controlled, wherein the control in the following depends on the currently measured battery current. The known method is suitable for compensating for more or less slight operating fluctuations of the battery. In a substantial or total failure of the battery, however, it may fail, since in case of failure of the buffer effect of the battery of typically operated generator is not able to sufficiently fast on performance jumps z. B. safety-relevant consumers to respond.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, gattungsgemäße Verfahren derart weiterzubilden, dass auch bei weitgehendem oder totalem Ausfall der Batterie plötzliche Leistungsanforderungen von Verbrauchern hinreichend schnell bedient werden können.The invention is therefore the object of developing generic methods such that even with extensive or total failure of the battery sudden power requirements of consumers can be operated sufficiently fast.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass im Fall einer Leistungsstörung der Batterie eine im Normalfall vorgesehene, künstliche Verlangsamung der Generatordynamik aufgehoben oder reduziert wird. Eine derartige Verlangsamung ist als „Load Response”-Funktion bekannt. Es handelt sich dabei um eine Begrenzung des zeitlichen Anstiegs der Generatorleistung und dient der Verhinderung von starken Drehmomentsprüngen bei Zuschaltung leistungsstarker Verbraucher. Hat der Generator jedoch bei Ausfall der Batterie das gesamte Bordnetz allein zu versorgen, und werden gleichzeitig Leistungssprünge durch die erfindungsgemäße Ansteuerung der Betriebsleistungen der Verbraucher weitgehend vermieden, erübrigt sich diese Schutzfunktion. Vielmehr ist es in diesem Fall wünschenswert, die Unmittelbarkeit der Generatorbelastung nicht künstlich zu verschleppen und dadurch die optimale Verbraucheransteuerung zu gefährden.This object is achieved in conjunction with the features of the preamble of claim 1, characterized in that in the event of a power failure of the battery normally provided, artificial deceleration of the generator dynamics is canceled or reduced. Such a slowdown is known as a "load response" function. It is a limitation of the temporal increase of the generator power and serves to prevent strong torque jumps when connecting powerful consumers. However, if the generator has to supply the entire on-board network alone if the battery fails, and at the same time power leaps are largely avoided by the activation according to the invention of the operating powers of the consumers, this protective function is superfluous. Rather, in this case, it is desirable not to artificially delay the immediacy of the generator load and thereby jeopardize the optimal consumer control.

Der Generator ist besonders resistent gegen Spannungseinbrüche, wenn das Magnetfeld, d. h. der magnetische Fluss Φ, der Erregerspule besonders hoch ist. Dies ist typischerweise bei niedrigen Drehzahlen und hoher Generatorauslastung der Fall. Es ist daher vorgesehen, die Betriebsleistungen einzelner Verbraucher, anders als im Stand der Technik, nicht pauschal zu reduzieren, sondern den aktuellen Belastungszustand des Generators als Grundlage für die Steuerung der Verbraucher heran zuziehen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Generator stets unter besonders stabilen Bedingungen arbeitet und elektrische Verbraucher nicht überflüssiger Weise pauschal abgeschaltet werden. Dies erhöht nicht nur die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Gesamtsystems sondern erhöht zusätzlich den Komfort des Benutzers. Starke Spannungseinbrüche, die z. B. durch die plötzliche, automatische Zuschaltung eines in einer Notsituation aktivierten, sicherheitsrelevanten Verbrauchers mit hoher Leistungsaufnahme erzeugt werden, trifft den Generator dank der Erfindung stets in einem besonders stabilen Betriebszustand, sodass ein Zusammenbruch des Bordnetzes vermieden werden kann. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Betriebsleistungen der Verbraucher derart angesteuert werden, dass sich der Belastungszustand des Generators innerhalb vorgegebener Grenzen bewegt. Diese Grenzwerte sollten Vorzugsweise einen jeweils besonders stabilen Betriebsbereich definieren und können gegebenenfalls abhängig sein von weiteren Parametern, wie beispielsweise der aktuellen Generatordrehzahl. Die Grenzwerte können jeweils berechnet, aus abgelegten Tabellen eingelesen oder auf andere Weise aufgestellt werden.The generator is particularly resistant to voltage dips when the magnetic field, i. H. the magnetic flux Φ, the excitation coil is particularly high. This is typically the case at low speeds and high generator utilization. It is therefore envisaged that the operating performance of individual consumers, unlike in the prior art, not to reduce a lump sum, but draw the current load condition of the generator as a basis for the control of consumers zoom. In this way it can be ensured that the generator always operates under particularly stable conditions and electrical consumers are not superfluous way flat off. This not only increases the reliability and safety of the overall system but also increases the comfort of the user. Strong voltage dips, the z. B. generated by the sudden, automatic connection of an activated in an emergency, safety-relevant consumer with high power consumption, always meets the generator thanks to the invention in a particularly stable operating condition, so that a collapse of the electrical system can be avoided. It is particularly advantageous if the operating powers of the consumers are controlled in such a way that the load state of the generator moves within predefined limits. These limits should preferably define a particular stable operating range and may be dependent on other parameters, such as the current generator speed. The limit values can each be calculated, read from stored tables or set up in some other way.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Betriebsleistungssteuerung die alternierende Schaltung mehrerer Verbraucher umfasst. Hierdurch kann erreicht werden, dass sämtliche vom Benutzer gewünschten Verbraucher arbeiten, ohne jedoch zu einer übermäßigen Generatorbelastung zu führen. Vielmehr ist erfindungsgemäß vorgesehen, die vereinzelten Verbraucher in zeitlicher Abstimmung zueinander getaktet anzusteuern. Die Gesamtleistungsaufnahme des Ensembles von Verbrauchern bleibt daher gleich, es kann jedoch eine größere Zahl von Verbrauchern über kurze Zeiten jeweils volle Leistung erbringen. Selbstverständlich umfasst der Begriff der „alternierenden Schaltung” nicht nur das getaktete Ein- und Ausschalten einzelner Verbraucher, sondern auch die zeitlich abgestimmte Steigerung und Reduktion ihrer Betriebsleistung. Der alternierende Ansteuerungsmodus bietet sich insbesondere dann an, wenn die nicht alternierende Ansteuerung zu einer Überlastung des Generators führen könnte. In an advantageous embodiment of the method according to the invention it is provided that the operating power control comprises the alternating circuit of several consumers. In this way it can be achieved that all consumers desired by the user work, but without leading to an excessive generator load. Rather, it is provided according to the invention to control the isolated consumer clocked in time with each other. The overall power consumption of the ensemble of consumers therefore remains the same, but a larger number of consumers can provide full power over short periods of time. Of course, the term "alternating circuit" includes not only the clocked switching on and off of individual consumers, but also the timed increase and reduction of their operating performance. The alternating drive mode is particularly useful when the non-alternating drive could lead to an overload of the generator.

Andererseits sind auch Fälle denkbar, in denen die aktuelle Belastungsmessung des Generators einen zu geringen Belastungszustand offenbart oder befürchteten lässt. In diesen Fällen ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Betriebsleistungssteuerung die Zuschaltung oder Leistungserhöhung einzelner Verbraucher umfasst. Dies widerspricht dem nahe liegenden Gedanken, dass im Fall einer Leistungsstörung der Batterie der Generator grundsätzlich zu „schonen” sei. Vielmehr kann die Zuschaltung zusätzlicher Verbraucher dazu genutzt werden, den Generator in einen besonders stabilen, hohen Auslastungszustand zu überführen. Hierzu werden vorzugsweise solche Verbraucher verwendet, deren Funktion vom Benutzer nicht ohne weiteres bemerkt wird. Beispielsweise eignen sich hierfür Wischerablageheizung, Spiegelheizung oder ähnliches. Weiter sind auch geregelte Motoren, insbesondere der Kühlerlüfter, hierfür geeignet. Die Zuschaltung des Kühlerlüfters hat zudem den großen Vorteil, dass dieser durch sein hohes Trägheitsmoment mithelfen kann, Spannungseinbrüche zu überbrücken, in dem er wenigstens kurzfristig vom Motor- in den Generatorbetrieb übergeht.On the other hand, cases are also conceivable in which the current load measurement of the generator reveals or fears a too low load condition. In these cases, it is provided in an advantageous development of the invention that the operating power control comprises the connection or power increase of individual consumers. This contradicts the obvious idea that in the case of a power failure of the battery, the generator is basically to be "conserved". On the contrary, the connection of additional consumers can be used to convert the generator into a particularly stable, high utilization state. For this purpose, preferably consumers are used whose function is not readily noticed by the user. For example, this wiper tray heating, mirror heating or the like are suitable. Furthermore, regulated motors, in particular the radiator fan, are suitable for this purpose. The connection of the radiator fan also has the great advantage that it can help by its high moment of inertia, bridging voltage drops, in which he at least temporarily passes from the engine to the generator mode.

Aus sicherheitstechnischen Gründen sollten zur Einstellung der geeigneten Generatorbelastung vorzugsweise nur sogenannte Komfortverbraucher herangezogen werden. Sicherheitsrelevante Funktionen von Verbraucher sollten vorteilhafter Weise von der generatorlastabhängigen Steuerung nicht betroffen sein.For safety reasons, preferably only so-called comfort consumers should be used to set the suitable generator load. Safety-relevant functions of consumers should advantageously not be affected by the generator load-dependent control.

Bei einer besonders günstigen Weiterentwicklung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass eine automatische Gangwahl des Kraftfahrzeugs derart angesteuert wird, das sich dessen Motordrehzahl innerhalb vorgegebener Grenzen bewegt. Wie oben bereits angedeutet, ist die Generatordrehzahl ein wesentliches Stabilitätskriterium. Diese hängt jedoch mit der Motordrehzahl zusammen, da der Generator üblicher Weise über eine feste Übersetzung mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist. Um den Generator in einem besonders stabilen Betriebsbereich arbeiten zu lassen, können, insbesondere bei Automatikgetrieben, die Gänge so gewählt werden, dass der Motor stets bei einer geeigneten, insbesondere niedrigen, Drehzahl arbeitet. Dies verringert zwar den Fahrkomfort; dies ist jedoch in Defektsituationen (Leistungsstörung der Batterie) vertretbar und einem Zusammenbruch des Bordnetzes in jedem Fall vorzuziehen. Sind Mittel zur automatischen Variation des Übersetzungsverhältnisses zwischen Motor und Generator vorgesehen, ist es selbstverständlich auch möglich, mittels dieser die Drehzahl des Generators in einem geeigneten, niedrigen Bereich zu halten.In a particularly favorable development of the present invention, it is provided that an automatic gear selection of the motor vehicle is controlled in such a way that its engine speed moves within predefined limits. As already indicated above, the generator speed is an essential stability criterion. However, this is related to the engine speed, since the generator is usually connected via a fixed ratio with the crankshaft of the engine. In order to allow the generator to operate in a particularly stable operating range, the gears can be selected, in particular in automatic transmissions, so that the engine always operates at a suitable, in particular low, rotational speed. Although this reduces the ride comfort; However, this is acceptable in defect situations (power failure of the battery) and in any case preferable to a collapse of the electrical system. If means are provided for automatically varying the transmission ratio between motor and generator, it is of course also possible by means of which to keep the speed of the generator in a suitable, low range.

Zur Erfassung des Belastungszustandes des Generators ist bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass diese anhand eines PWM-Tastverhältnisses seiner Erregerspule (DF-Signal) erfolgt. Die Erfassung und Bedeutung des DF-Signals als Maß für den Belastungszustand des Generators hat sich im Stand der Technik bewährt.In order to detect the load condition of the generator, it is provided in a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention that this takes place on the basis of a PWM duty cycle of its exciter coil (DF signal). The detection and significance of the DF signal as a measure of the load condition of the generator has proven itself in the prior art.

Zur Erkennung einer Leistungsstörung der Batterie hat sich im Stand der Technik die Messung der Welligkeit einer vom Generator in das Bordnetz eingespeisten elektrischen Größe, insbesondere der Einspeisespannung oder des Einspeisestroms bewährt. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird daher dieser Parameter zur Batteriediagnose erfasst.In order to detect a power failure of the battery, the measurement of the ripple of an electric variable fed into the on-board network by the generator, in particular the feed-in voltage or the feed-in current, has proven itself in the prior art. In an advantageous embodiment of the invention, therefore, this parameter is detected for battery diagnosis.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, gattungsgemäße Vorrichtungen derart weiterzubilden, dass auch bei weitgehendem oder totalem Ausfall der Batterie plötzliche Leistungsanforderungen von Verbrauchern hinreichend schnell bedient werden können.It is a further object of the present invention to develop generic devices in such a way that sudden power requirements of consumers can be served sufficiently quickly, even in the event of extensive or total failure of the battery.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 9 dadurch gelöst, dass im Fall einer Leistungsstörung der Batterie eine im Normalfall vorgesehene künstliche Verlangsamung der Generatordynamik aufhebbar oder reduzierbar ist.This object is achieved in conjunction with the features of the preamble of claim 9, characterized in that in the case of a power failure of the battery normally provided for artificial slowdown of the generator dynamics can be canceled or reduced.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den von Anspruch 9 abhängigen Unteransprüchen angegeben. Wirkung und Vorteile der einzelnen Merkmale ergeben sich in analoger Weise aus der obigen Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Advantageous developments of the invention are specified in the dependent of claim 9 dependent claims. The effect and advantages of the individual features are obtained analogously from the above explanation of the method according to the invention.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden, ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielhaft veranschaulicht ist. Further details of the invention will become apparent from the following detailed description and the accompanying drawings, in which a preferred embodiment of the invention is illustrated by way of example.

In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:

1 Ein Fluss-Diagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. 1 A flow diagram of an embodiment of the method according to the invention.

In der einzigen 1 ist beispielhaft ein Fluss-Diagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise softwaremäßig und insbesondere im Rahmen einer Unterroutine eines allgemeineren Steuerprogramms des Kraftfahrzeugs implementiert. Es sollen daher im Folgenden lediglich die zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung erforderlichen Schritte diskutiert werden. Für ihre Einbettung in ein allgemeineres Steuerprogramm stehen dem Fachmann vielfältige Möglichkeiten zur Verfügung. Das erfindungsgemäße Verfahren startet mit dem Startschritt 10. In Schritt 12 erfolgt ein Diagnoseschritt D01 zur Überprüfung der Leistung bzw. Leistungsfähigkeit der Batterie. In diesem Schritt werden mittels der Störungserkennungsmittel Leistungsstörungen der Batterie erkannt. Hierzu eignet sich insbesondere eine Welligkeitsanalyse einer in das Bordnetz eingespeisten, elektrischen Größe, insbesondere der Spannung oder des Stroms. Selbstverständlich sind auch andere zusätzliche oder alternative Diagnosemaßnahmen zur Erkennung von Leistungsstörungen der Batterie anwendbar.In the only one 1 an example of a flow diagram of an embodiment of the method according to the invention is shown. The method according to the invention is preferably implemented by software and, in particular, as part of a subroutine of a more general control program of the motor vehicle. Therefore, only the steps necessary to illustrate the present invention will be discussed below. There are many options available to the person skilled in the art for their integration into a more general control program. The method according to the invention starts with the starting step 10 , In step 12 a diagnostic step D01 is performed to check the performance or performance of the battery. In this step, power failures of the battery are detected by means of the fault detection means. For this purpose, a ripple analysis of an electric variable, in particular the voltage or the current, which is fed into the electrical system is particularly suitable. Of course, other additional or alternative diagnostic measures for detecting power failures of the battery are applicable.

Wird keine Leistungsstörung der Batterie erkannt, d. h. ist diese voll funktionstüchtig, zweigt der Verfahrensablauf im Entscheidungsschritt 14 ab und führt nach Ablauf einer geeigneten Zeitspanne zu einer erneuten Diagnose. Die Zeitspanne kann entweder absolut, d. h. als fest vorgegebene Zeitspanne, definiert werden oder in Abhängigkeit von bestimmten Ereignissen, beispielsweise einem Neustart des Kraftfahrzeugs. Wird hingegen eine Leistungsstörung der Batterie erkannt, leitet Entscheidungsschritt 14 zu einer Folge von geeigneten Gegenmaßnahmen über. Es sei darauf hingewiesen, dass die nachfolgend erläuterten Gegenmaßnahmen weder sämtlich noch in der nachfolgend beispielhaft beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden müssen. Vielmehr ist jede für sich geeignet, zu einer zusätzlichen Stabilisierung des Bordnetzes beizutragen.If no malfunction of the battery is detected, ie if it is fully functional, the procedure branches in the decision step 14 and after a suitable period of time leads to a new diagnosis. The period of time can either be defined absolutely, ie as a fixed predetermined period of time, or as a function of specific events, for example a restart of the motor vehicle. If, on the other hand, a battery malfunction is detected, the decision step is initiated 14 to a series of appropriate countermeasures. It should be pointed out that the countermeasures explained below need not be executed in any way or in the order described below by way of example. Rather, each is suitable for itself to contribute to an additional stabilization of the electrical system.

In Schritt 16 wird als erste Gegenmaßnahme die sogenannte „Load Response”-Funktion reduziert oder vorzugsweise auf Null gesetzt. Dies bedeutet, dass Leistungsanforderungen von Verbrauchern unmittelbar zu einer entsprechenden Belastung des Generators führen und keine softwaremäßige, künstliche Verzögerung vorgesehen ist, die im Normalfall dazu dient, plötzliche Drehmomentsprünge des Generators zu verhindern. Im Rahmen des hier skizzierten „Krisenmanagements” bei ausgefallner Batterie ist vielmehr eine möglichst große Unmittelbarkeit der Generatordynamik wünschenswert.In step 16 As a first countermeasure, the so-called "load response" function is reduced or preferably set to zero. This means that power requirements of consumers immediately lead to a corresponding burden on the generator and no software artificial delay is provided, which is normally used to prevent sudden jumps of torque of the generator. In the context of the here outlined "crisis management" with failed battery much greater immediacy of the generator dynamics is desirable.

In Schritt 18 wird als Gegenmaßnahme M01 eine Drehzahlsteuerung des Motors angestoßen. Hierzu eignen sich insbesondere Fahrzeuge mit automatischer Gangwahl. Es hat sich nämlich gezeigt, dass vielfach Generatoren eine besondere Stabilität gegenüber Spannungseinbrüchen zeigen, wenn sie bei hoher Auslastung in einem niedrigen Drehzahlbereich betrieben werden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird daher im Rahmen der durch Verkehrssicherheit und individuelle Fahrwünsche des Benutzers begrenzten Möglichkeiten die automatische Gangwahl so angesteuert, das der Motor des Kraftfahrzeugs und damit auch der Generator möglichst niedertourig betrieben wird.In step 18 As a countermeasure M01, a speed control of the motor is triggered. Vehicles with automatic gear selection are particularly suitable for this purpose. It has been shown that many generators show a particular stability against voltage drops when operated at high load in a low speed range. In the embodiment shown, the automatic gear selection is therefore controlled in the limited by traffic safety and individual driving requirements of the user options so that the engine of the motor vehicle and thus the generator is operated as low as possible.

In dem Ausführungsbeispiel von 1 nicht dargestellt ist ein gesonderter Schritt zur Messung des aktuellen Belastungszustandes des Generators. Dieser ist deshalb nicht dargestellt, weil die Belastungsmessung des Generators vorzugsweise über eine Erfassung des so genannten DF-Signals erfolgt. Da dieses Signal doch häufig auch zu anderen Zwecken verwendet und kontinuierlich erfasst wird, ist es besonders ökonomisch, hierzu keinen eigenen Verfahrensschritt vorzusehen, sondern auf routinemäßig durch die Belastungsmessmittel erfasste Werte zurückzugreifen.In the embodiment of 1 not shown is a separate step for measuring the current load condition of the generator. This is therefore not shown, because the load measurement of the generator is preferably carried out via a detection of the so-called DF signal. Since this signal is frequently also used for other purposes and recorded continuously, it is particularly economical not to provide a separate method step for this, but to resort to values routinely recorded by the load-measuring means.

Wird in Entscheidungsschritt 20 festgestellt, dass die Generatorauslastung besonders niedrig ist, beispielsweise das DF-Signal kleiner als 50% ist, werden in Schritt 21 geeignete Gegenmaßnahmen M02 eingeleitet. Diese sehen die Zuschaltung von Verbrauchern vor, um die Belastung des Generators in geeigneter Weise zu erhöhen. Hierzu eigenen sich besonders solche Verbraucher, die zum einen nicht selbstständig takten, wie beispielsweise viele Heckscheibenheizungen, und deren Betrieb zum anderen für den Benutzer möglichst unauffällig ist, beispielsweise Scheibenwischerablageheizung, Spiegelheizung etc. Auch die Zuschaltung geregelter Motoren, insbesondere des Kühlerlüfters, ist hierfür besonders geeignet, da so die zusätzliche Belastung besonders fein abgestimmt werden kann. Nach Einleitung der Maßnahmen M02 wird in einer vorzugsweise ständigen Prüfungsschleife in Schritt 20 festgestellt, ob die ergriffenen Maßnahmen den gewünschten Effekt zeigen oder ob weitere Zuschaltungen von Verbrauchern erforderlich sind.Will in decision step 20 found that the generator utilization is particularly low, for example, the DF signal is less than 50%, in step 21 appropriate countermeasures M02 initiated. These provide the connection of consumers in order to increase the load on the generator in a suitable manner. Particularly suitable for this purpose are consumers who, for one thing, are not self-timed, such as many rear window heaters, and whose operation is as inconspicuous as possible for the user, for example windshield wiper heating, mirror heating, etc. The connection of controlled motors, in particular the radiator fan, is particularly advantageous suitable, because so the additional load can be fine tuned. After the introduction of the measures M02 will be in a preferably continuous test loop in step 20 whether the measures taken show the desired effect or whether further consumer connections are required.

Wird in Schritt 20 festgestellt, das die Auslastung des Generators zumindest nicht zu niedrig ist wird im nächsten Entscheidungsschritt 22 festgestellt, ob eine unverhältnismäßige hohe Auslastung des Generators vorliegt. Hierzu ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein exemplarischer Grenzwert von 80% für das DF-Signal vorgesehen. Dieser Grenzwert sollte allgemein so eingerichtet sein, dass der Generator einerseits bei einer möglichst hohen Auslastung fährt, andererseits aber eine Zusatzbelastung durch plötzliche Verbraucherzuschaltung, etwa eines schnell wirkenden, sicherheitsrelevanten Verbrauchers, möglich bleibt, ohne einen Systemzusammenbruch zu bewirken. Wird eine zu hohe Generatorbelastung festgestellt, werden in Schritt 23 Gegenmaßnahmen M03 eingeleitet. Diese Umfassen vorzugsweise eine synchronisierte Taktung verschiedener Verbraucher. Das bedeutet, dass vor Einschaltung eines neuen Verbrauchers ein oder mehrere andere Verbraucher abgeschaltet oder in ihrer Leistung reduziert werden, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, die Phasen der Abschaltung bzw. Leistungsreduktion einzelner Verbraucher möglichst kurz zu halten, um trotz verminderter Gesamtleistung den Komfort des Benutzers möglichst wenig einzuschränken. Von dieser zeitweisen oder vollständigen Aussetzung von Verbrauchern sollten vorzugsweise sicherheitsrelevante Verbraucher nicht oder nur soweit betroffen sein, dass ihre Sicherheitsfunktion noch gewährleistet bleibt. Nach Einleitung der Maßnahmen M03 kehrt das Verfahren vorteilhafter Weise in einer ständigen Überwachungsschleife zur Überwachung der Generatorbelastung zurück.Will in step 20 determined that the utilization of the generator is at least not too low in the next decision step 22 determined whether a disproportionate high utilization of the generator is present. For this purpose, an exemplary limit of 80% for the DF signal is provided in the illustrated embodiment. This limit value should generally be set up in such a way that, on the one hand, the generator is operating at the highest possible capacity, but on the other hand an additional load due to sudden consumer switching, such as a fast-acting, safety-relevant consumer, remains possible without causing a system collapse. If too much generator load is detected, in step 23 Countermeasures M03 initiated. These preferably include a synchronized timing of different consumers. This means that before switching on a new consumer one or more other consumers are switched off or reduced in their performance, wherein it is preferably provided to keep the phases of shutdown or power reduction of individual consumers as short as possible in spite of reduced overall performance, the comfort of the user as possible to restrict little. This temporary or total suspension of consumers should preferably not involve security-relevant consumers or only to the extent that their security function remains guaranteed. After the introduction of measures M03, the method advantageously returns in a continuous monitoring loop for monitoring the generator load.

Der Endschritt 24 in 1 ist lediglich symbolisch zu verstehen und zeigt, wie der Startschritt 10, die grundsätzliche Integrierbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens als Unterroutine in ein allgemeineres Steuerprogramm an.The final step 24 in 1 is merely symbolic and shows how the starting step 10 , the basic integrability of the inventive method as a subroutine in a more general control program.

Natürlich stellt die obige Beschreibung in Zusammenhang mit der Zeichnung nur ein Besonders günstiges Ausführungsbeispiel dar, auf das die Erfindung keineswegs beschränkt ist. Insbesondere ist die Kombination der einzelnen, diskutierten Maßnahmen sowie die Wahl von Grenz- oder Schwellenwerten in weiten Grenzen variierbar. Auch die Abhängigkeit der Grenz- oder Schwellenwerten von aktuellen Parametern ist denkbar.Of course, the above description in conjunction with the drawing is only a particularly favorable embodiment, to which the invention is by no means limited. In particular, the combination of the individual, discussed measures and the choice of limit or threshold values can be varied within wide limits. The dependence of the limit or threshold values on current parameters is also conceivable.

Claims

Method for stabilizing the electrical supply of consumers in a motor vehicle with a vehicle electrical system to which the consumers are connected and which is fed by a generator in conjunction with a battery, comprising the following steps: 12 ) a malfunction of the battery and - change in the operating performance of at least some consumers, wherein the current load condition of the generator is measured and in the event of a malfunction ( 14 ) the battery, the operating performance of individual consumers depending on the current load condition of the generator controlled ( 21 . 23 ), characterized in that in the event of a malfunction ( 14 ) the battery eliminates or reduces an artificial deceleration of the generator dynamics normally provided ( 16 ) becomes.

Method according to Claim 1, characterized in that the operating performances of the consumers are controlled in such a way ( 21 . 23 ) that the load condition of the generator is within predetermined limits ( 20 . 22 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the operating power control the alternating circuit ( 23 ) of several consumers.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the operating power control the connection or power increase ( 21 ) of individual consumers.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that safety-relevant functions of consumers are not affected by the generator load-dependent control.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an automatic gear selection of the motor vehicle is controlled ( 18 ) that its engine speed is within preset limits.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measurement of the load state of the generator based on a PWM duty cycle of its exciting coil.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that for the detection of a malfunction ( 12 ) the ripple of an electrical quantity fed from the generator into the electrical system is analyzed by the battery.

Arrangement for stabilizing the electrical supply of consumers in a motor vehicle with a vehicle electrical system, to which the consumers are connected, and with a generator, which supplies the vehicle electrical system in conjunction with at least one battery, comprising - malfunction detection means for detecting a malfunction ( 12 ) of the battery and - Control means for controlling the operating performance of at least some consumers, wherein load measuring means for measuring the current load condition of the generator are provided and the control means are arranged such that in the event of a power failure ( 14 ) the battery is the control of the operating performance of individual consumers depending on the current load condition of the generator ( 20 . 21 . 22 . 23 ), characterized in that in the event of a malfunction ( 14 ) of the battery a normally provided for artificial deceleration of the generator dynamics can be canceled or reduced ( 16 ).

Arrangement according to claim 9, characterized in that the operating services of the consumer are controllable ( 21 . 23 ) are that the load state of the generator is within predetermined limits ( 20 . 22 ).

Arrangement according to one of claims 9 or 10, characterized in that the operating power control the alternating circuit ( 23 ) of several consumers.

Arrangement according to one of claims 9 to 11, characterized in that the operating power control the connection or power increase ( 21 ) of individual consumers.

Arrangement according to one of claims 9 to 12, characterized in that safety-related functions of consumers are not affected by the generator load-dependent control.

Arrangement according to one of claims 9 to 13, characterized in that an automatic gear selection of the motor vehicle can be controlled ( 18 ) is that its engine speed is within preset limits.

Arrangement according to one of claims 9 to 14, characterized in that for measuring the load state of the generator, a detection of a PWM duty cycle of its exciting coil is feasible.

Arrangement according to one of claims 9 to 15, characterized in that for detecting a power failure of the battery, the ripple of an electrical quantity fed by the generator into the electrical system can be analyzed ( 12 ).