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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung einer elektrischen Maschine
nach den Oberbegriffen der Ansprüche
1 oder 6.
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Unter
elektrischer Maschine im Sinne der Anmeldung sind insbesondere in
Bordnetzen von Kraftfahrzeugen eingesetzte Generatoren zu verstehen,
die beispielsweise aus Kraftfahrtechnisches Taschenbuch/Bosch, 21.
Auflage, Seite 768-775, bekannt sind. In modernen Kraftfahrzeugen
werden immer mehr Steuergeräte
eingesetzt, die sicherheitsrelevante Systeme steuern. Lediglich
beispielsweise seien EHB (elektrohydraulische Bremse) und Steer by
Wire- Lenksysteme erwähnt.
Die genannten Systeme sind auf ein extrem zuverlässiges Bordnetz angewiesen,
da davon ihre Funktionsfähigkeit
abhängt.
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Aus
DE 10001340 A1 ist
ein Verfahren zur Kompensation des Messfehlers bei der Stromerfassung
an einem Energiespeicher bekannt, bei dem die Stromerfassung über einen
ersten Stromwandler für niedrige
Ströme
und über
einen zweiten Stromwandler für
höhere
Ströme
erfolgt und bei dem die Wandlerwerte in einer Auswerteelektronik
in Messwerte umgewandelt werden. Beim Erreichen einer Schwelle werden
die Messwerte des Batteriestroms mit beiden Stromwandlern gemessen,
woraus der Offset eines Stromwandlers bestimmt und um den dessen Messwerte
korrigiert werden.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Erfindung ermöglicht
die Diagnose des Dynamikverhaltens eines Generators während des laufenden
Fahrbetriebs. Dadurch können
frühzeitig Fehler
im dynamischen Verhalten eines Generators erkannt werden, die bei
Nichtbehebung zu einer beschleunigten Abnutzung der Batterie und
sogar zu einem Liegenbleiben des Fahrzeugs führen können. Als solcher Fehler ist
insbesondere eine wiederholt stattfindende starke Ent- und Aufladung
(Zyklisierung) der Batterie anzusehen, die diese dauerhaft schädigen können. Weiterhin
können
unerwünscht hohe
Spannungsspitzen in dem Bordnetz auftreten, die ein großes Risiko
für empfindliche
Verbraucher darstellen. Durch die frühzeitige Erkennung eines fehlerhaften
Regelverhaltens wird die Verfügbarkeit der
Komponenten des Bordnetzes verbessert. Dies ist insbesondere im
Hinblick auf sicherheitsrelevante Steuergeräte ein deutlicher Fortschritt.
Durch die rechtzeitige Erkennung von Fehlfunktionen können Folgeschäden vermieden
werden. Dadurch kann letztlich auch das Ausfallrisiko von Kraftfahrzeugen wesentlich
verringert werden.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben.
Dabei zeigt 1 in einem
vereinfachten Blockschaltbild wesentliche Komponenten des Bordnetzes
eines Kraftfahrzeugs, 2 in
einem Diagramm die Darstellung des Laststroms als Funktion der Zeit, 3 in einem Diagramm die
Darstellung des Batteriestroms als Funktion der Zeit, 4 in einem Diagramm die
Darstellung des Generatorstroms als Funktion der Zeit und 5 in einem Ablaufdiagramm
den Ablauf des Prüfungsverfahrens.
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Beschreibung
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1 zeigt in einem vereinfachten
Blockschaltbild wesentliche Komponenten des Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs.
Eine mit Bezugsziffer 10 bezeichnete Verbrennungskraftmaschine
des Kraftfahrzeugs ist über
einen Anlasser 11 und einen Zündschalter 12 mit
einer Batterie 13 verbunden. Ein mit 14 bezeichneter
Generator ist von der Verbrennungskraftmaschine 10 antreibbar
und liefert die im Bordnetz benötigte
Energie, die auch in der Batterie 13 gespeichert wird.
Mit dem Generator 14 ist ein Regler 14a verbunden.
Der Regler 14a verfügt
vorzugsweise über
eine Schnittstelle, über
die das sogenannte DFM-Signal abgreifbar ist. Mit der Batterie 13 und dem
Generator 14 ist ein Steuergerät 15 verbunden, in
dem die für
die Steuerung und Regelung der Verbrennungskraftmaschine 10 und
des Boerdnetzes erforderlichen Berechnungen durchgeführt werden. Weiterhin
ist ein Drehzahlsensor 16, beispielsweise ein induktiver
Drehzahlsensor, vorgesehen, der die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10 misst und
ein der gemessenen Drehzahl entsprechendes elektrisches Signal dem
Steuergerät 15 zuführt. Schließlich ist
noch ein Strommessgerät 17 vorgesehen,
das den Batteriestrom BI misst und ein dem gemessenen Batteriestrom
entsprechendes Signal dem Steuergerät 15 zuleitet.
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Die
Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass das dynamische Verhalten
eines Generators in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs auch ohne
direkte, aufwändige
Messung des Generatorstroms überprüfbar ist,
sofern der Batteriestrom BI gemessen werden kann. Die Messung des
Batteriestroms BI ist wesentlich einfacher möglich und kann beispielsweise
mittels eines geeigneten Stromsensors durchgeführt werden. Sofern in einem
Fahrzeug bereits neuentwickelte Batteriesteuergeräte eingesetzt werden,
kann selbstverständlich
der Batteriestrom BI auf einfache Weise auch mittels dieser Batteriesteuergeräte ermittelt
werden. In 2 ist in
einem Diagramm der Laststrom I eines Bordnetzes als Funktion der
Zeit dargestellt. Ausgehend von einem vergleichsweise niedrigen
Laststrom I1 steigt der Laststrom zum Zeitpunkt t1 steil an und
erreicht den höheren
Wert I2. Das erfindungsgemäße Prüfungsverfahren
wird gestartet, wenn durch den vorerwähnten starken Anstieg des Laststroms
I eine Belastung des Bordnetzes erkennbar wird. Die Reaktion des
Generators 14 kann auf zwei unterschiedliche Arten bewertet
werden. Zunächst
werde der Batteriestrom BI betrachtet, der in einem Diagramm in 3 als Funktion der Zeit
t dargestellt ist. Mit dem Ansteigen des Laststromes I zum Zeitpunkt
t1 kann anhand der Darstellung in 3 zunächst festgestellt
werden, dass ein starker Endladestrom auftritt. In dem Zeitintervall zwischen
t1 und t2 nimmt der Entladestrom mit einem bestimmten Gradienten
ab. Zum Zeitpunkt t2, nach Wegfall der starken Belastung des Bordnetzes,
tritt zunächst
ein vergleichsweise starker Ladestrom auf, der zum Zeitpunkt t3
wieder auf einen niedrigeren Wert absinkt. Der entsprechende, aus
dem Batteriestrom ableitbare Generatorstrom GI ist in 4 als Funktion der Zeit
t dargestellt. Wie aus 4 ersichtlich
ist, steigt der Generatorstrom GI, ausgehend von einem vergleichsweise
niedrigen Wert GI1 zum Zeitpunkt t1 stetig an, bis er zum Zeitpunkt
t2 einen Maximalwert GI 2 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird das Bordnetz
wieder entlastet. Der Generatorstrom GI fällt sodann mit einem bestimmten
Gradienten und erreicht zum Zeitpunkt t3 wieder einen niedrigeren Wert.
Die Messung endet spätestens
zum Zeitpunkt t2, wenn, wie in 2 dargestellt
ist, eine Entlastung des Bordnetzes eintritt. Dies ist dann der
Fall wenn, wie in 3 dargestellt,
aus der Messung des Batteriestroms BI eine Spitze des Batterieladestroms
BI erkennbar ist. Dabei müssen
weder der Generatorstrom GI noch der Laststrom I gemessen werden. Der
Verlauf des Generatorstroms GI lässt
sich lediglich aus zeitlich aufeinanderfolgenden Messungen des Batteriestroms
BI errechnen. Der Verlauf des errechneten Generatorstroms GI wird
auf seine Plausibilität überprüft. Dies
kann beispielsweise dadurch geschehen, dass berechnete Werte des
Generatorstroms GI mit einer Sollkurve verglichen werden. Die Werte
der Sollkurve können
dabei vorzugsweise auch in einer Tabelle oder in einem Kennfeld
abgespeichert sein. Aus der dargestellten Kurve des Generatorstroms
GI (4) kann auf das
dynamische Verhalten des Generatorstroms GI geschlossen werden.
Sofern dieses dynamische Verhalten stark von dem erwarteten Sollwert
abweicht, können
Rückschlüsse auf
den Zustand des Generators gezogen werden. Beispielsweise durch
eine Trendanalyse, lassen sich so frühzeitig Veränderungen des Generators 14 erkennen
und Gegenmaßnahmen
treffen. Die Trendanalyse kann zweckmäßig durch Vergleich zeitlich
nacheinander aufgenommener Kurven des Generatorstroms GI durchgeführt werden.
Geeignete Gegenmaßnahmen
können
darin bestehen, dass Diagnosewerte in einem Diagnosespeicher abgelegt werden,
die für
weitere Sicherheitsmaßnahmen
weiterverarbeitet werden können
oder bei der nächsten Wartung
des Fahrzeugs auslesbar sind. Die Werkstatt kann dann entscheiden,
ob in einer präventiven Wartungsmaßnahme der
Generator vorsorglich ausgetauscht werden muss.
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Das
erfindungsgemäße Prüfungsverfahren wird
im Folgenden unter Bezug auf das in 5 dargestellte
Ablaufdiagramm eingehend erläutert.
In dem Schritt 50 wird das Prüfungsverfahren gestartet, also
zum Zeitpunkt t1, wenn ein starker Entladestrom des Batteriestroms
BI (3) auf einen großen Lastanstieg
hindeutet. Wenn also, wie in 2 ersichtlich,
ein Anstieg des Laststroms von dem Wert I1 auf den Wert I2 stattfindet.
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In
dem nächsten
Schritt 51 wird dann der Batteriestrom BI gemessen.
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In
dem nächsten
Schritt 52 wird der Messwert des Batteriestroms BI zusammen
mit einem Zeitstempel gespeichert.
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In
dem nächsten
Schritt 53 wird geprüft,
ob durch eine ggf. auftretende Stromspitze des Batterieladestroms
eine Lastschwankung erkennbar ist.
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Sollte
dies der Fall sein, dann wird in der Verzweigung 53a zu
dem nächsten
Schritt 55 übergeleitet,
in dem festgestellt wird, dass eine Diagnose infolge eines aktuellen
Lastfalls nicht mehr möglich
ist.
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Sollte
dies aber nicht der Fall sein, wird in der Verzweigung 53b zu
dem Schritt 54 übergeleitet.
In diesem Schritt 54 wird festgestellt, ob bereits eine ausreichende
Anzahl von Messdaten gesammelt worden ist.
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Sollte
das nicht der Fall sein, wird in der Verzweigung 54a zu
dem nächsten
Schritt 56 übergeleitet.
Dieser Schritt 56 bedeutet, dass der nächste Messzyklus abzuwarten
ist. Über den
Weg 56a wird erneut zum Schritt 51 verzweigt,
in dem ein neuer Messwert aufgenommen wird.
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Sollte
in dem Schritt 54 festgestellt worden sein, dass bereits
eine ausreichende Anzahl von Messwerten gesammelt worden ist, dann
wird über die
Verzweigung 54b zu dem Schritt 57 verzweigt. In dem
Verfahrensschritt 57 wird der Gradient des Generatorstroms
aus den Messwerten des Batteriestroms und den dazu ermittelten Zeitstempeln
errechnet. Auf diese Weise erhält
man den Generatorstrom GI als Funktion der Zeit, der in dem Diagramm in 4 dargestellt ist. In dem
Schritt 58 wird geprüft, ob
der Verlauf des Gradienten des Generatorstroms GI, insbesondere
in dem Zeitintervall zwischen t1 und t2, plausibel ist.
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Sollte
dies der Fall sein, dann wird durch die Verzweigung 58a auf
den Schritt 59 verzweigt. In dem Schritt 59 wird
festgestellt, dass der Generator 14 keinen Dynamikfehler
aufweist und somit weiterhin damit gerechnet werden kann, das er
zuverlässig arbeitet.
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Wird
in dem Schritt 58 jedoch festgestellt, dass der Verlauf
des Gradienten des Generatorstroms GI nicht plausibel erscheint,
dann wird durch die Verzweigung 58b auf den Schritt 60 verzweigt.
In dem Schritt 60 wird anhand des Verlaufs des Gradienten
des Generatorstroms GI festgestellt, dass der Generatorstrom einen
Dynamikfehler aufweist. Diese Feststellung kann zweckmäßig in einem
nächsten Schritt 61 als
Fehlerhinweis in einem Diagnosespeicher des Kraftfahrzeugs abgelegt
werden. Dieser Fehlerhinweis könnte
dann bei dem nächsten
Werkstattaufenthalt ausgelesen werden, und die Werkstatt könnte entscheiden,
ob der festgestellte Fehler so gravierend ist, dass der Generator 14,
beispielsweise im Rahmen einer präventiven Wartung, zweckmäßig auszutauschen
ist. Auf diese Weise wird eine hohe Betriebssicherheit des Generators 14 und
damit des gesamten Bordnetzes gefördert.
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Vorteilhaft
werden mehrere zeitlich nacheinander ermittelte Verläufe des
Generatorstroms (GI) gespeichert. Durch Vergleich der gespeicherten
Werte kann auf einfache Weise eine Trendanalyse durchgeführt werden.
Auf diese Weise können
schon frühzeitig
Hinweise auf ein abweichendes dynamisches Verhalten des Generators 14 gewonnen
werden.
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Die
vorstehende Beschreibung des Ausführungsbeispiels gilt exemplarisch
für eine
zunehmende Belastung des Bordnetzes. Analog dazu kann jedoch das
Verfahren auch bei einer Entlastung des Bordnetzes durchgeführt werden.
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Bei
einem alternativen Lösungsansatz
wird anstelle des Batteriestroms BI das sogenannte DFM-Signal des
mit dem Generator 14 funktionell und baulich verbundenen
Reglers 14a ausgewertet. Dies ist auf besonders einfache
Weise bei einem Regler durchführbar,
der über
eine entsprechende Schnittstelle verfügt, über die das DFM-Signal abgenommen
und ausgewertet werden kann. Das DFM-Signal gibt die Höhe des Erregerstroms
des Generators 14 an. Aus einer Änderung des DFM-Signals über der
Zeit kann auf das dynamische Verhalten des Generators 14 geschlossen
werden.
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 11
- Anlasser
- 12
- Zündschalter
- 13
- Batterie
- 14
- Generator
- 14a
- Regler
- 15
- Steuergerät
- 16
- Drehzahlsensor
- 17
- Strommesser
- I
- Laststrom
- I1
- Laststrom
- I2
- Laststrom
- BI
- Batteriestrom
- BI1
- Batteriestrom
- BI2
- Batteriestrom
- GI
- Generatorstrom
- GI1
- Generatorstrom
- GI2
- Generatorstrom
- GI3
- Generatorstrom
- t
- Zeit
- t1
- Zeit
- t2
- Zeit
- t3
- Zeit
- 50
- Schritt
- 51
- Schritt
- 52
- Schritt
- 53
- Schritt
- 54
- Schritt
- 55
- Schritt
- 56
- Schritt
- 57
- Schritt
- 58
- Schritt
- 59
- Schritt
- 60
- Schritt
- 61
- Schritt
- 53a
- Verzweigung
- 53b
- Verzweigung
- 54a
- Verzweigung
- 54b
- Verzweigung
- 56a
- Verzweigung
- 58a
- Verzweigung
- 58b
- Verzweigung