-
Die Erfindung betrifft eine Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Fahrzeug-Bordnetzes.
-
Aufgrund der zunehmenden Anzahl von elektrischen Komponenten in Kraftfahrzeugen stellt sich das Problem, diese mit ausreichender elektrischer Energie zu versorgen.
-
Aus der
DE 39 36 638 C1 ist ein Verfahren zur Sicherung der elektrischen Energieversorgung bekannt, bei dem die elektrischen Verbraucher, die für den sicheren Betrieb des Kraftfahrzeuges nicht zwingend notwendig sind, in Gruppen unterteilt werden, wobei die Verbraucher dieser einzelnen Gruppen in Abhängigkeit des Ladungszustandes der Batterie abgeschaltet werden bzw. durch eine getaktete Bestromung nur eine reduzierte Leistung zur Verfügung gestellt bekommen.
-
Aus der
DE 44 22 329 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Fahrzeug-Bordnetzes bekannt, bei dem für die Verringerung der Versorgung von Verbrauchern mit elektrischer Energie die momentane Kapazität der Bordbatterie unter Berücksichtigung ihrer Historie und der Wirkungsgrad der elektrischen Energieversorgung, gegeben durch die aktuellen Wirkungsgrade von Antriebsmaschine und Generator, berücksichtigt wird.
-
Aus der
EP 0 487 927 B1 ist ein Verfahren zur Spannungsregelung in Abhängigkeit vom Batterieladezustand bekannt, bei dem ein Spannungsregler über einen Schalttransistor den Erregerstrom und somit die von einem Generator erzeugte, zur Ladung der Batterie und zur Versorgung von Verbrauchern erforderliche Spannung regelt, wobei während eines ersten Zeitintervalls die Regelspannung auf ihrem Normalwert gehalten wird, und während eines zweiten Zeitintervalls die Regelspannung abgesenkt wird und die sich einstellende Batteriespannung gemessen wird und aus der gemessenen Batteriespannung in Abhängigkeit von abgespeicherten batterie- und bordnetztypischen Kenndaten der Ladezustand der Batterie ermittelt wird und bei erkanntem schlechtem Ladezustand geeignete Maßnahmen zur Verbesserung des Ladezustandes eingeleitet werden, wobei die Absenkung der Regelspannung im zweiten Intervall auf einen Wert deutlich gröber Null, vorzugsweise etwa 12 Volt, erfolgt und während des ersten Zeitintervalls die Belastung durch das Bordnetz durch Bestimmung des Testverhältnisses des Schalttransistors des Spannungsreglers unter Berücksichtigung der Drehzahl des Generators ermittelt wird.
-
Weiter offenbart die Druckschrift, dass nach dem Erkennen eines schlechten Ladezustands der Batterie wenigstens eine oder eine Kombination der folgenden Maßnahmen eingeleitet wird:
- – Anzeige des erkannten schlechten Ladezustands,
- – Anzeige, dass nicht notwendige Verbraucher abzuschalten sind,
- – automatisches Abschalten nicht notwendiger Verbraucher, Erhöhung der Motorleerlaufdrehzahl,
- – Erhöhung der Regelspannung über ihren normalen Wert, für eine vorgebbare Zeitdauer unter Beachtung, dass keine spannungskritischen Verbraucher eingeschaltet sind.
-
Aus der
JP 0 31 90 534 A ist eine Steuereinrichtung für elektrische Verbraucher in einem Kraftfahrzeugbordnetz bekannt, wobei den verschiedenen Verbrauchern Prioritäten zugeordnet sind. Zur Vermeidung starker Schwankungen der Bordnetzauslastung werden zeitgleich erhaltene Zuschalt- oder Abschaltbefehle für elektrische Verbraucher zeitlich nacheinander durchgeführt. Dabei werden unter anderem die Frontscheinwerfer als Verbraucher aufgeführt.
-
Aus der
DE 44 13 847 A1 ist eine Sicherheitseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer von wenigstens einem Unfallsensor beaufschlagbaren Abschalteinrichtung bekannt, durch die eine elektrische Energiequelle von einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs abtrennbar ist, wobei die Abschalteinrichtung ein mit Treibenergie beaufschlagbares Trennmittel aufweist, durch das ein zum Bordnetz gehörender Stromleiter in einer zur Unterbrechung des Stromflusses führenden Weise zumindest teilweise auftrennbar ist.
-
Nachteilig an den bekannten Verfahren ist, dass diese jeweils nur bei bestimmten Bordnetzzuständen ansprechen.
-
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes zu schaffen, mittels dessen umfassend auf verschiedene Bordnetzzustände reagiert werden kann, wobei Komforteinbußen soweit wie möglich reduziert werden.
-
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Wesentliches Grundprinzip der Erfindung ist die fallweise Unterteilung der möglichen auftretenden Betriebszustände bei einem kritischen Bordnetzzustand. Zum einen wird unterschieden, ob der Generator aktiv ist oder nicht. Bei aktivem Generator wird zunächst versucht, mittels einer Erhöhung einer in einem Motorsteuergerät abgelegten Leerlaufdrehzahl den kritischen Bordnetzzustand zu beheben, was prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt. Die Anhebungen der Leerlaufdrehzahl werden nur im Lastbetrieb des Motors vorgenommen, um sprunghafte Änderungen der Leerlaufdrehzahl zu vermeiden. Die Erhöhung der Leerlaufdrehzahl erfolgt jedoch nur, falls die eingestellte Leerlaufdrehzahl unter einem oberen Leerlaufbereich nllmax liegt. Kann daher die Leerlaufdrehzahl nicht mehr erhöht werden, so wird stattdessen ein Verbraucher abgeschaltet, wobei nach jeder Maßnahme überprüft wird, wie sich der Bordnetzzustand verändert hat. Hat sich der Bordnetzzustand nach einer gewissen Zeit nicht verbessert, so wird der nächste Verbraucher abgeschaltet. Bei inaktivem Generator ist diese Vorgehensweise nicht möglich, so dass hier vorzugsweise nach einem Sicherheitszeitraum, die Standbeleuchtungen abgeschaltet werden, um einen Motorstart zu ermöglichen, wobei der Sicherheitszeitraum dem sicheren Einsteigen dient.
-
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, dass in den meisten Fällen für den Fahrzeuginsassen keine Komforteinbußen zu spüren sind. Möchte beispielsweise der Kraftfahrzeugführer eine elektrische Komfortkomponente wie beispielsweise einen elektrischen Fensterheber betätigen und führt dies zu einem kritischen Bordnetzzustand, der nur durch Abschaltung von Verbrauchern kompensiert werden kann, so wird der Verbraucher mit der niedrigsten Priorität abgeschaltet. Dies sind vorzugsweise die Heizverbraucher, deren temporäre Deaktivierung von den Fahrzeuginsassen nicht wahrgenommen wird. In Abweichung von diesem Konzept könnte auch die Zuschaltung der Komponente deaktiviert werden, was jedoch zu Irritationen führen könnte. Dieses Vorgehen wird jedoch zwingend, wenn die Komponente mit der niedrigsten Priorität zugeschaltet werden soll bzw. keine Komponenten mit niedriger Priorität abschaltbar sind. In diesen Fällen muss die Zuschaltung verhindert werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass dieser Zuschaltwunsch gespeichert wird und nach einer gewissen Zeit wiederholt wird.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden bei Erfassung einer Unfallsituation, beispielsweise durch eine Precrash-Sensorik, alle Heiz-Verbraucher abgeschaltet, um die Gefahr von Fahrzeugbränden zu minimieren.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden in Abhängigkeit von dem Maß der Unterschreitung des Grenzwertes für den Bordnetzzustand gegebenenfalls mehrere Verbraucher gleichzeitig abgeschaltet oder mit reduzierter Leistung betrieben.
-
Die eingeleiteten Maßnahmen werden vorzugsweise in umgekehrter Reihenfolge wieder aufgehoben, wobei vorzugsweise eine Zuschaltung erst wieder erfolgt, wenn der Bordnetzzustand über einen gewissen Zeitraum oberhalb des Grenzwertes liegt. Des Weiteren kann auch zusätzlich gefordert werden, dass der aktuelle Bordnetzzustand mit einem gewissen Spannungswert über dem Grenzwert liegt. Dies gewährleistet, dass nicht ständig Verbraucher zu- und abgeschaltet werden, sondern dass die Zuschaltung nur erfolgt, falls mit großer Wahrscheinlichkeit dies nicht erneut einen kritischen Bordnetzzustand erzeugt. Als weiteres Kriterium für die Zuschaltung kann das DF-Signal herangezogen werden.
-
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Defekt des Generatorreglers oder der Batterie und gleichzeitiger Unterschreitung der Mindestspannung auf Dauer alle nicht sicherheitsrelevanten Verbraucher deaktiviert werden, wobei zuerst Verbraucher mit Luxus- und Komfortfunktionen abgeschaltet werden.
-
Des weiteren wird auf einen Notlaufbetrieb umgeschaltet, wenn sämtliche nicht sicherheitsrelevanten Verbraucher abgeschaltet sind und die aktuelle Bordspannung die Mindestspannung über einen vorgegebenen Zeitraum unterschreitet. Damit wird gewährleistet, daß das Kraftfahrzeug im Notfall noch sicher bis zu einer Werkstatt oder zumindest bis zur nächsten Parkmöglichkeit betrieben werden kann.
-
Für den Fall, daß die Bordspannung auch bei Abschaltung von sicherheitsrelevanten Verbrauchern im Notlaufbetrieb unter einen vorgegebenen Sicherheitsschwellwert sinkt, wird ein Nothalt des Kraftfahrzeuges veranlaßt.
-
Eine weitere Fortführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß alle elektrischen Verbraucher durch elektrisch steuerbare Schalter aktivier- und deaktivierbar sind, wobei die Warnblinkanlage nur elektrisch aktivierbar ist. Damit wird sichergestellt, daß die bei einem Nothalt manuell oder automatisch eingeschaltete Warnblinkanlage von der Steuerung nicht abgeschaltet werden kann, auch wenn alle anderen Verbraucher bereits abgeschaltet sind.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeipiels näher erläutert.
-
Die Fig. zeigen:
-
1 ein Ablaufdiagramm der Leerlaufdrehzahlerhöhung und
-
2 ein Flußdiagramm der Ermittlung der Bordnetzspannung.
-
Die Hauptaufgabe eines Bordnetzmanagements ist das Liegenbleiben eines Kraftfahrzeuges aufgrund einer zu weit entladenen Batterie zu vermeiden. Diese Aufgabe umfaßt den Schutz der Batterie vor zu großer zyklischer Belastung. Hierbei muß jedoch beachtet werden, daß die technische Sicherheit erhalten bleibt und Komforteinbußen bzw. Funktionseinschränkungen für die Kraftfahrzeugführer nur im Ausnahmefall auftreten. Vorzugsweise werden die nachfolgenden beschriebenen Maßnahmen möglichst fahrzeug- und motorunspezifisch ausgebildet, um diese möglichst universell in verschiedenen Fahrzeugtypen einsetzen zu können.
-
Die Maßnahmen des Lastmanagements lassen sich im wesentlichen in drei Fälle unterteilen:
- – Der Bordnetzzustand wird als kritisch erkannt;
- – Vermeidung von Spannungseinbrüchen aufgrund der Einschaltung von Hochstromverbrauchern wie beispielsweise ABS-Bremsung oder falls der Strom einer Lenkhilfpumpe Ilenk > Ilen_grenz bei nMOT < nLLmax
- – Crashfall.
-
Diese verschiedenen Maßnahmen sollen nun näher erläutert werden. Dabei läßt sich wiederum der Zustand, daß der Bordnetzzustand als kritisch erkannt wird, in folgende Fälle zergliedern:
- – Der kritische Bordnetzzustand wird bei aktivem Generator und Motordrehzahlen unter der maximalen Leerlaufdrehzahl nLLmax erkannt;
- – Der kritische Bordnetzzustand wird bei aktivem Generator und Motordrehzahlen über der maximalen Leerlaufdrehzahl nLLmax erkannt;
- – Der kritische Bordnetzzustand wird bei inaktivem Generator erkannt.
-
Hierzu werden den vorhandenen elektrischen Komfortkomponenten Prioritäten zugeordnet. Wird nun ein kritischer Bordnetzzustand bei aktivem Generator und Motordrehzahlen unter nLLmax erkannt, so wird zunächst die Leerlaufdrehzahl angehoben. Nach jeder Maßnahme wird dann stets der Bordnetzzustand wieder überprüft. Bleibt der Bordnetzzustand kritisch, so erfolgt danach die sukzessive Abschaltung der elektrischen Komfortkomponenten entsprechend ihrer Priorität. Um nun die Auswirkungen der einzelnen Maßnahmen sinnvoll zu erfassen, liegt zwischen den einzelnen Maßnahmen eine Pause. Hiervon gibt es eine Ausnahme, die später noch erläutert wird. Wird eine Leerlaufanhebung gefordert, aber vom Motorsteuergerät nicht umgesetzt, so wird die nächste Maßnahme erst nach einer Wartezeit eingeleitet. Wird der kritische Bordnetzzustand bei Motordrehzahlen größer nLLmax erkannt, so wird gleichzeitig mit einer Anhebung der Leerlaufdrehzahl die erste elektrische Komfortkomponente abgeschaltet. Ansonsten erfolgen die daran anschließenden Maßnahmen analog dem Verhalten bei Motordrehzahlen unter nLLmax. Bei inaktivem Generator werden alle möglichen Komfortkomponenten, wie beispielsweise Innenleuchten, Leselampe und Kofferraumleuchten, abgeschaltet.
-
Um Spannungseinbrüche bei aktiven sicherheitsrelevanten Hochstromverbrauchern zu begrenzen, werden die elektrischen Komfortkomponenten mit niedriger Priorität wie beispielsweise Heizverbraucher Frontscheibe, Heckscheibe und Sitze abgeschaltet und frühestens nach einem vorgebbaren Zeitintervall von beispielsweise 5 s nach Deaktivierung der Hochstromverbraucher wieder zugeschaltet.
-
Im Crashfall werden alle Heizverbraucher abgeschaltet. Zur Erfassung des Crashfalls kann beispielsweise ein Auslösesignal eines Airbags ausgewertet werden. Wird das Fahrzeug anschließend wieder in Betrieb genommen, so werden die Heizverbraucher wieder eingeschaltet.
-
In der 1 ist ein beispielhaftes Ablaufdiagramm dargestellt, wobei im oberen Diagramm die Drehzahl n, im mittleren Diagramm die Anforderung des Bordnetzsteuergerätes und im unteren Diagramm die Antwort des Motorsteuergerätes dargestellt ist. In den Zeiträumen zwischen t0 und t2, t5 und t9, bzw., nach t2 befindet sich der Motor im Leerlauf. Zum Zeitpunkt t1 fordert das Bordnetzsteuergerät aufgrund eines kritischen Bordnetzzustandes eine Anhebung der Leerlaufdrehzahl an und ein entsprechendes Bit wird gesetzt. Da im Leerlauf selbst keine sprunghafte Anhebung der Leerlaufdrehzahl stattfinden soll, reagiert das Motorsteuergerät zunächst nicht. Zum Zeitpunkt t2 wechselt der Motor vom Leerlauf zum Lastbetrieb, wobei die Motordrehzahl entsprechend erhöht wird. Das Motorsteuergerät setzt nun als Antwort auf die Aufforderung vom Bornetzsteuergerät ein Bit und legt eine erhöhte Leerlaufdrehzahl fest, die gestrichelt unter der tatsächlichen Drehzahl eingezeichnet ist. Zum Zeitpunkt t3 hebt das Bordnetzsteuergerät seine Anforderung auf und setzt das Bit zurück, weil der Bordnetzzustand als nicht mehr kritisch erkannt wurde. Entsprechend setzt auch das Motorsteuergerät seine Antwortbit zurück und hebt die Anhebung der eingestellten Leerlaufdrehzahl wieder auf. Zum Zeitpunkt t4 wird erneut der Bordnetzzustand als kritisch erkannt, und das Bordnetzsteuergerät fordert durch Setzen des Bits eine Anhebung der Leerlaufdrehzahl. Das Motorsteuergerät setzt daraufhin sofort sein Antwortbit, da der Motor sich im Lastbetrieb befindet. Die im Motorsteuergerät abgelegte Leerlaufdrehzahl wird entsprechend der Anforderung um eine Stufe erhöht. Zum Zeitpunkt t5 wechselt der Motor vom Lastbetrieb in den Leerlauf, wobei die erhöhte Leerlaufdrehzahl übernommen wird. Zum Zeitpunkt t8 wird der Bordnetzzustand als nicht mehr kritisch erkannt und das Anforderungsbit zurückgesetzt. Aufgrund anderer Anforderungen hält das Motorsteuergerät die erhöhte Leerlaufdrehzahl bis zum Zeitpunkt t7 aufrecht. Anschließend setzt das Motorsteuergerät das Antwortbit zurück, und die Leerlaufdrehzahl wird reduziert. Zum Zeitpunkt t8 wird der Bordnetzzustand wieder als kritisch erkannt und das Anforderungsbit gesetzt. Da sich der Motor im Leerlauf befindet, erfolgt die Antwort des Motorsteuergerätes erst zum Zeitpunkt t9, wenn der Motor wieder in den Lastbetrieb wechselt. Zum Zeitpunkt t10 wird der Bordnetzzustand als nicht mehr kritisch erkannt und das Anforderungsbit zurückgesetzt. Das Motorsteuergerät setzt daraufhin sein Antwortbit zurück und hebt die erhöhte Leerlaufdrehzahleinstellung auf. Zum Zeitpunkt t11 hebt dann das Motorsteuergerät aufgrund irgendwelcher internen Erfordernisse unabhängig vom Bordnetzzustand die Leerlaufdrehzahl an, die dann zum Zeitpunkt t12 vom Motor in der Leerlaufphase übernommen wird.
-
Um zu Beginn der Fahrt die Funktionalität der vom Fahrer gewünschten Komponenten zur Verfügung zu stellen, dürfen in der Startphase im Regelfall keine Verbraucher abgeschaltet werden. Nach dieser Phase können die einzelnen Verbraucher nach ihrer Priorität ab- oder zugeschaltet werden. Niedrige Priorität bedeutet frühes Ausschalten. Bei aktivem Generator werden die Innenraum-, Kofferraum- und Leselampe trotz Abschaltung während eines kritischen Bordnetzzustandes eingeschaltet, um das Beispiel ein sicheres Ein- und Aussteigen zu gewährleisten.
-
Generell gilt, daß die Hardwareanforderungen dazu führen können, daß einzelne Verbraucher nicht bei allen Schaltfunktionen berücksichtigt werden (z. B. Akustik, Lebensdauer). Die Zeitgrenzen und Prioritäten sind daher vorzugsweise parametierbar.
-
Unter drei Bedingungen wird die Entscheidung getroffen, vorher aktivierte Maßnahmen zurückzunehmen.
- a) Nach einer getroffenen Maßnahme (Abschaltung oder Leerlaufdrehzahlanhebung) liegt die Batteriespannung für einen bestimmten Zeitraum über der kritischen Batteriespannung
- b) Während der Wartezeit gemäß a) liegt die Batteriespannung über der kritischen Spannung, und das DF-Signal liegt für mindestens einen Zeitraum unter einem Grenzwert, so daß zu erwarten ist, daß beim Zuschalten eines Verbrauchers der Strombedarf durch den Generator gedeckt wird. Bei fehlerhafter Signalerfassung (DF- „FF”), d. h. ein physikalisch unsinniger Wert wurde für DF erfaßt, entfällt diese Einschaltbedingung.
- c) Hat bereits eine Rücknahme (Wiedereinschaltung) stattgefunden (Bedingungen a oder b erfüllt) und liegt die Spannung mehr als ein Udelta über der kritischen Batteriespannung Uknt, kann nach Ablauf einer Wartezeit ein weiterer Verbraucher zugeschaltet werden. Solange die Spannung nicht um Udelta die kritische Betriebsspannung Uknt überschreitet, erfolgt kein weiteres Einschalten.
-
Die getroffenen Maßnahmen werden in umgekehrter Reihenfolge ihrer Aktivierung wieder zurückgenommen.
-
Hauptsächlich geschieht die Ermittlung der Bordnetzsituation durch den Vergleich der ermittelten Spannung mit dem zulässigen Spannungswert. Bei der Ermittlung der Bordnetzsituation ist größte Sorgfalt geboten, da ein Fehler entweder das Liegenbleiben eines Fahrzeuges oder das unnötige Wegschalten von Verbrauchern zur Folge haben kann. Die Bordnetzsituation wird insgesamt aus den Größen Batteriespannung, DF-Signal und der Information über eingeschaltete Hochstromverbraucher mit kurzer Einschaltdauer ermittelt.
-
Das Ermitteln der Batteriespannung ist in 2 in Form eines Flußdiagramms dargestellt. Die gemessene Batteriespannung wird auf zwei verschiedene Weisen aufbereitet. Einmal wird der aktuelle Spannungswert Uakt gewonnen, indem der Meßwert derart gefiltert wird, daß kurzfristige Spannungseinbrüche zum Beispiel durch das Einschalten induktiver Lasten und die Responsefunktion des Generators den Wert nicht verfälschen. Zum anderen wird ein zeitlicher Mittelwert Umit gebildet (ungewichtete, zeitliche Mitteilung über einen festen Zeitraum), auf den die Kurzzeitverbraucher nur einen geringen Einfluß haben.
-
Ein Verbraucher gilt dann als Hochstromverbraucher mit kurzer Einschaltdauer, wenn die zu erwartende Einschaltzeit tein kleiner 30 Sekunden bei einem Strom größer 10 A ist. Solche Verbraucher sind zum Beispiel: Motor der Servolenkung, ABS, Motoren Fensterheber, Wäscherpumpe und SRA-Pumpe. Ist einer der oben beschriebenen Hochstromverbraucher eingeschaltet und liegt der aktuelle Spannungswert unter dem gemittelten, wird der Mittelwert zur Bordnetzzustandserkennung herangezogen, ansonsten der aktuelle Spannungswert. Die zulässige Batteriespannung wird für aktiven und inaktiven Motor unterschiedlich gewählt.
