DE10056968A1

DE10056968A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE10056968A1
Application number: DE2000156968
Authority: DE
Inventors: Diethard Loehr; Eberhard Schoch; Clemens Schmucker; Ulrich Gottwick
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2002-05-23
Also published as: EP1207083A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Teilsystems, insbesondere ein elektrohydraulisches Bremssystem oder ein elektrisches Lenksystem, einer Motor- bzw. Getriebesteuerung oder einer Antriebsmomentenregelung oder ein Warn- bzw. Anzeigesystem, aufweisenden Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch folgende Schritte: DOLLAR A - Feststellung des Zustands eines dem Bordnetz zuordenbaren Energiespeichers, insbesondere einer Batterie DOLLAR A - für den Fall, daß der festgestellte Zustand des Energiespeichers einen voreinstellbaren Grenzwert unterschreitet, Beaufschlagung wenigstens eines Teilsystems mit einem Steuersignal, ansprechend auf welches das wenigstens eine Teilsystem in einen modifizierten Betriebsmodus überführt wird.

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Bordnetzes eines Kraftfahr zeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 7.

Stand der Technik

Zur Verbesserung der Verfügbarkeit eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs ist es möglich, die Größe einer dem Bordnetz zuordnenbaren Batterie sowie eines mit der Batterie zusam menwirkenden Generators dem zu erwartenden elektrischen Be darf, insbesondere dem elektrischen Spitzenbedarf, anzupas sen. Es ist in diesem Zusammenhang zur weiteren Erhöhung der Verfügbarkeit auch bekannt, Zweibatteriensysteme (Star ter- und Verbraucherbatterie) vorzusehen.

Derartige Konzepte nehmen in Kauf, daß die in bekannter Technologie produzierten Batterien ein Verbrauchsgut dar stellen und im Laufe eines Fahrzeuglebens mehrmals ausgetauscht werden müssen. Es ist in diesem Zusammenhang be kannt, eine Batteriezustandserkennung anzugeben, die signa lisiert, wenn die Energiereserve der Batterie unterhalb ei ne Mindestgröße fällt und die Abgabe einer vorgegebenen bzw. notwendigen elektrischen Leistung kritisch wird bzw. nicht mehr sichergestellt ist. Es ist in diesem Zusammen hang bei nicht mehr voll funktionsfähigen Batterien mög lich, Teilsysteme eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes bezüglich notwendiger Verfügbarkeit zu priorisieren. So werden bei spielsweise zunächst Komfortverbraucher, wie etwa Sitzhei zung oder Heckscheibenheizung, anschließend weitere Verbraucher, wie beispielsweise Radio oder Gebläse, zur Si cherstellung wenigstens eines Grundbetriebes des Kraftfahr zeuges abgeschaltet. Als begleitende oder sich hieran an schließende Maßnahmen zur Unterstützung des Batteriezustan des ist es möglich, Reserven der Energieerzeugung, bei spielsweise Generatormaßnahmen oder Motordrehzahlmaßnahmen, zu aktivieren.

Die neuesten Entwicklungen auf dem Kraftfahrzeugsektor, beispielsweise elektrohydraulische Bremssysteme (EHB), e lektrische Lenksysteme (EAS), elektrische Ventilsteuerungen am Verbrennungmotor, sowie Motor- oder Getriebemanagement, benötigen für den zuverlässigen Betrieb elektrische Energie in ausreichender Menge.

Aus der DE 34 02 374 C2 ist eine Einrichtung zum Anzeigen des Ladezustands einer Akkumulatorbatterie bekannt. Diese weist eine Meßeinrichtung zum Erfassen der Dichte des E lektrolyten der Batterie auf, wobei eine Dichte eines ein gesetzten Sensorkörper-Materials gleich derjenigen Dichte ist, die der Elektrolyt bei einem vorbestimmten Ladezustand der Akkumulatorbatterie aufweist.

Mit der vorliegenden Erfindung wird angestrebt, auf der Grundlage eines erkannten Batteriezustandes ein optimales Sicherheitsverhalten (beispielsweise eine Geschwindigkeits reduktion) und Verfügbarkeitsverhalten (z. B. "Low-Energy- Modus") eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes zur Verfügung zu stellen.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merk malen des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.

Erfindungsgemäß ist, für den Fall, daß ein erkannter Batte riezustand einen bestimmten Schwellwert unterschreitet, vorgesehen, Teilsysteme des Bordnetzes in einen modifizier ten Betriebszustand zu überführen, so daß eine Einschrän kung der Betriebsfähigkeit des Kraftfahrzeugs für einen Be nutzer weitestgehend minimiert ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfah rens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemä ßen Verfahrens bewirkt ein modifizierter Betriebsmodus eine Reduzierung des Antriebsmoments und/oder der Fahrzeugge schwindigkeit. Mit dieser Maßnahme sind das Antriebsmoment bzw. die Fahrzeuggeschwindigkeit auf einen Wert reduzier bar, welcher dem Ausfall eines bordnetzabhängigen Steuerge räts, beispielsweise eines EHB-Steuergeräts, entspricht. Diese Maßnahme dient zur Sicherheit des Fahrers durch eine präventive Reduktion der angegebenen Fahrzeugparameter.

Es ist ferner möglich, daß ein modifizierter Betriebsmodus das maximale Antriebsmoment und/oder die maximale Fahrzeug geschwindigkeit reduziert bzw. begrenzt. Beispielsweise ist über den sogenannten Cartronic-Ansatz lediglich aus der Vorgabe eines maximalen Antriebsmoments über eine entspre chende Motor- und Getriebesteuerung die Einstellung einer Fahrzeugmaximalgeschwindigkeit möglich.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Verfahrens bewirkt ein modifizierter Betriebs modus einen Low-Energy-Modus wenigstens eines Teilsystems des Bordnetzes. Es ist so möglich, unter Inkaufnahme einer Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit eines Teilsystems den Energieverbrauch des Teilsystems abzusenken. Beispiels weise bei einer elektrohydraulischen Bremse (EHB) kann dies durch Absenkung des maximal stellbaren Raddruckes und/oder durch Verzicht auf Individualregelung des Raddrucks der einzelnen Räder einer Achse, insbesondere durch Öffnen der Balanceventile, und/oder durch Verzicht auf Pumpentaktung und/oder durch Verzicht von Bremsdruckaufbau an den Hinter rädern realisiert werden. Für beliebige andere weitere Teilsysteme können entsprechende Low-Energy-Modi mit dem Ziel der Absenkung des Energiebedarfs definiert werden, beispielsweise durch Begrenzung von Stellereingriffen be züglich Änderungsgeschwindigkeit, -genauigkeit und Wertebe reich, den der Steller abdeckt. Als weitere Beispiele seien angegeben das Ausblenden eines Zylinders bei elektronischer Ventilsteuerung am Verbrennungsmotor sowie die Änderung der Lenkübersetzung bei einer elektronischen Lenkung.

Vorteilhafterweise bewirkt ein modifizierter Betriebsmodus eine haptische Rückwirkung wenigstens eines Teilsystems. Durch ein verändertes Systemverhalten wird dem Fahrer bei spielsweise signalisiert, daß er seine Fahrweise an den nicht mehr optimalen Batteriezustand anpassen muß. Dies ist beispielsweise durch Erzeugung eines veränderten Pedalge fühls von Brems- und/oder Gaspedal, veränderte Kennlinien betätigung/-wirkung oder ein verändertes Lenkverhalten, beispielsweise eine schwer gängigere Lenkung, realisierbar. Es ist ebenfalls denkbar, eine künstliche Verschlechterung des Motorstarts durch Motormanagementmaßnahmen vorzusehen, beispielsweise ist es möglich, einen ersten oder auch einen zweiten Zündversuch erfolglos sein zu lassen, und erst beim dritten Versuch eine erfolgreiche Zündung zuzulassen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Verfahrens bewirkt ein modifizierter Betriebs modus eine Warnung eines Fahrers Fahrzeugführers vor einem drohenden Ausfall einzelner Teilsysteme und/oder eine Emp fehlung für einen rechtzeitigen Batterietausch. Die Warnung des Fahrzeugführers, beispielsweise wegen einer bevorste henden Abschaltung eines Teilsystems aufgrund einer unzu reichenden Spannungsversorgung, kann durch geeignete opti sche oder akustische Maßnahmen bewirkt werden. Die Empfeh lung für einen rechtzeitigen Batterietausch, beispielsweise falls die Batteriezustandserkennung eine Zunahme des Batte rieinnenwiderstandes über einen zu applizierenden Wert an zeigt oder erkennt, kann vorzugsweise optisch auf dem Arma turenbrett angezeigt werden. Eine Batteriezustandserkennung kann selbstverständlich auch andere Kenngrößen verwenden, beispielsweise die Feststellung einer Batteriekapazität, welche gegebenenfalls einen vorgegebenen Grenzwert bzw. ei ne Mindestkapazität nicht mehr erreicht.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, die Zustandsgröße "Batteriezustand" zu verwerten, vermindern sich für den Fahrzeugführer Nachteile, die bei einer Nichtverfügbarkeit eines intakten Bordnetzes bzw. einem Übergang von einem intakten auf ein nicht intaktes Bordnetz auf ihn zukommen würden.

Zeichnung

Die Erfindung wird nun weiter anhand der beigefügten Zeich nung erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild zur Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung

Der grundsätzliche Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welches in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, erläutert.

In einem Schritt 101 erfolgt eine Überwachung des Bordnet zes und/oder der Batterie des Kraftfahrzeugs, wobei über eine Feststellung des Batteriezustands auch eine Überwa chung des Bordnetzes insgesamt durchgeführt werden kann. Die Überwachung des Batteriezustands ist zweckmäßigerweise über eine Feststellung der Batterieladung (bzw. in analoger Weise einer entsprechenden Batterieentladung) durchführbar. Der Batterieladezustand kann direkt an der Batterie, bei spielsweise durch Messung der dem Ladezustand proportiona len Ruhespannung im Fall einer unbelasteten Batterie und Integralbildung des Batteriestroms im Fahrzeugbetrieb er mittelt werden. Die Batterieleistungsfähigkeit kann dann aus dem Ladezustand und alterungsabhängigen Größen wie z. B. Batterieinnenwiderstand und Batteriekapazität, eventuell unter Berücksichtigung weiterer Faktoren, ermittelt werden. Es ist jedoch ebenfalls denkbar, Signale, welche von mit der Batterie in Wirkverbindung stehenden Elementen des Bordnetzes erzeugt werden, auszuwerten, um so Rückschlüsse auf den Batteriezustand zu ziehen. Weist beispielsweise ein von einem derartigen Element des Bordnetzes erzeugtes Sig nal eine bestimmte Form auf, kann dies beispielsweise dar auf zurückzuführen sein, daß eine Verschlechterung des Zu standes einer das Bordnetz mit Energie beaufschlagenden Batterie eingetreten ist. Das hier dargestellte Ausfüh rungsbeispiel geht der Einfachheit halber davon aus, daß eine direkte Erkennung des Zustandes der Batterie (bei spielsweise Unterschreiten eines vordefinierbaren Ladezu stands) durchgeführt wird.

Für den Fall, daß ein entsprechender Batteriezustands- Schwellwert unterschritten wird (Schritt 102) sendet ein (nicht dargestelltes) Bordnetzsteuergerät ein oder mehrere Steuersignale an weitere Steuergeräte des Bordnetzes, bei spielsweise die Steuergeräte einer Antriebsmomentenrege lung, einer elektrohydraulischen Bremse (EHB) oder eines elektrischen Lenksystems (EAS), wobei diese Signalübertra gung vorzugsweise über einen CAN-Bus erfolgt. Ansprechend auf die Steuersignale ist es möglich, die Teilsysteme in jeweils modifizierte Betriebszustände zu überführen, wie weiter unten im einzelnen erläutert wird. Wird hingegen in dem Schritt 102 festgestellt, daß der Batteriezustand den Schwellwert nicht unterschritten hat, erfolgt eine Rückver zweigung zu Schritt 101. Die Häufigkeit bzw. Frequenz der Durchführung der Schritte 101 bzw. 102 hängt von konkreten Gegebenheiten bzw. Anforderungen ab, und soll hier nicht näher erläutert werden.

Für den Fall, daß der Batteriezustand bzw. Ladezustand als unter dem vorbestimmten Schwellwert liegend erkannt wird, werden in einem Schritt 103 aktive und/oder passive Maßnahmen zur Unterstützung bzw. unter den konkreten Gegebenhei ten optimalen Sicherung des Fahrzeugbetriebes eingeleitet.

Als passive Maßnahme kommt insbesondere in Frage die War nung des Fahrzeugführers vor einem drohenden Ausfall ein zelner Teilsysteme des Bordnetzes wegen Abschaltung durch eine nicht ausreichende Spannungsversorgung durch die Bat terie. Diese Warnung kann durch geeignete optische oder a kustische Maßnahmen erfolgen. Es ist als weitere passive Maßnahme ebenfalls möglich, dem Fahrzeugführer eine Empfeh lung für einen rechtzeitigen Batterieaustausch zur Verfü gung zu stellen, falls die Batteriezustandserkennung das Unterschreiten eines Schwellwerts, z. B. aufgrund einer Zu nahme des Batterieinnenwiderstands anzeigt oder erkennt. Hier bietet sich insbesondere eine optische Anzeige einer derartigen Empfehlung am Armaturenbrett an.

Als aktive Maßnahme bei Erkennen eines für die volle Funk tionsfähigkeit des Fahrzeugs nicht mehr ausreichenden Bat teriezustands kommt eine Reduzierung des Antriebsmomentes zur Begrenzung der Fahrzeugmaximalgeschwindigkeit in Frage. Eine derartige Begrenzung erfolgt beispielsweise mittels des Cartronic-Ansatzes lediglich über die Vorgabe eines An triebsmomentes, welches Motor- und Getriebesteuergerät ge meinsam zur Begrenzung der Fahrzeugmaximalgeschwindigkeit umsetzen können. Hierdurch wird gewährleistet, daß auch ei ne eventuell eingeschränkte Funktionsfähigkeit beispiels weise des elektrohydraulischen Bremssystems oder der Lenk unterstützung die notwendigen Sicherheitskriterien erfüllt.

Es ist ferner denkbar, eine Reduzierung eines (aktuellen) Antriebsmomentes zur Reduzierung der (aktuellen) Fahrzeug geschwindigkeit auf einen Wert, der dem Ausfall eines bord netzabhängigen Steuergerätes entspricht, durchzuführen.

Durch eine derartige Maßnahme kann beispielsweise gewähr leistet werden, daß eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit an eine aufgrund des Batteriezustandes reduzierte Funkti onsfähigkeit des Fahrzeugs angeglichen wird.

Es ist ferner denkbar, die einzelnen Teilsysteme des Fahr zeugbordnetzes jeweils in einen Low-Energy-Modus zu schal ten, wobei auch hier insbesondere an die erwähnten EAS- und EHB-Systeme gedacht ist. Unter Beeinträchtigung der Leis tungsfähigkeit der Teilsysteme wird der Energieverbrauch der Teilsysteme (beispielsweise EAS, EHB, Motor- Steuergerät) abgesenkt. Bei einem EHB-System kann dies z. B. durch Absenkung des maximal stellbaren Raddrucks, durch Verzicht auf Individualregelung des Raddruckes der einzel nen Räder einer Achse durch Öffnen der Balanceventile, durch Verzicht auf Pumpentaktung oder durch Verzicht auf Bremsdruckaufbau an den Hinterrädern erfolgen. Für beliebi ge andere Teilsysteme kann ein entsprechender Low-Energy- Modus definiert werden, mittels dessen eine Begrenzung des Energiebedarfes einzelner Teilsysteme erreicht werden kann, um die Grundfunktionen, wie z. B. Motorantrieb, Getriebe übersetzung, Licht, Bremsfähigkeit, Lenkfähigkeit, usw. si cherzustellen.

Es ist ebenfalls an haptische Rückwirkungen der einzelnen Teilsysteme zu denken: Beispielsweise wird durch veränder tes Systemverhalten dem Fahrer signalisiert, daß er seine Fahrweise an den Batteriezustand anpassen muß. Z. B. ist die Veränderung eines Pedalgefühls von Brems- oder Gaspedal (veränderte Kennlinie Betätigung/Wirkung) oder ein verän dertes Lenkverhalten (z. B. schwergängigere Lenkung) reali sierbar. Es ist ebenfalls möglich, eine künstliche Ver schlechterung des Motorstarts durch Motormanagementmaßnah men vorzusehen.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Teilsyste mes, insbesondere ein elektrohydraulisches Bremssystem oder ein elektrisches Lenksystem oder eine Motor- bzw. Getriebe steuerung oder eine Antriebsmomentenregelung oder ein Warn- bzw. Anzeigesystem, aufweisenden Bordnetzes eines Kraft fahrzeugs, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Feststellung des Zustands eines dem Bordnetz zuordnen baren Energiespeichers, insbesondere einer Batterie,
- für den Fall, daß der festgestellte Zustand des Ener giespeichers einen voreinstellbaren Grenzwert unter schreitet, Beaufschlagung wenigstens eines Teilsystems mit einem Steuersignal, ansprechend auf welches das wenigstens eine Teilsystem in einen modifizierten Be triebsmodus überführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein modifizierter Betriebsmodus einer Motor- bzw. Getriebe steuerung eine Reduzierung eines Fahrzeugantriebsmomentes und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit bewirkt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein modifizierter Betriebsmodus der Mo tor- bzw. Getriebesteuerung eine Reduzierung bzw. Beschrän kung eines maximalen Fahrzeug-Antriebsmomentes und/oder ei ner maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit bewirkt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß ein modifizierter Betriebsmodus einen Low-Energy-Modus wenigstens eines Teilsystems be wirkt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß ein modifizierter Betriebsmodus eine haptische Rückwirkung wenigstens eines Teilsystems be wirkt.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß ein modifizierter Betriebsmodus eine Warnung eines drohenden Ausfalls und/oder eine Empfeh lung für einen Batterietausch für den Fahrzeugbenutzer be wirkt.

7. Vorrichtung zum Betreiben eines Teilsysteme, insbeson dere ein elektrohydraulisches Bremssystem oder ein elektri sches Lenksystem oder eine Motor- bzw. Getriebesteuerung oder eine Antriebsmomentenregelung oder ein Warn- bzw. An zeigesystem, aufweisenden Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch
Mittel zur Feststellung des Zustandes eines dem Bord netz zuordnenbaren Energiespeichers, insbesondere ei ner Batterie,
Mittel zur Beaufschlagung wenigstens eines der Teil systeme mit einem den Zustand des Energiespeichers darstellenden Steuersignal, ansprechend auf welches das wenigstens eine Teilsystem für den Fall, daß der festgestellte Zustand des Energiespeichers einen vor einstellbaren Grenzwert unterschreitet, in einen modi fizierten Betriebszustand überführt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein ein Signal bzw. eine Information bezüglich des Zustandes des Energiespeichers erhaltendes und/oder generierendes Bordnetzsteuergerät, welches Steuersignale an den jeweili gen Teilsystemen zugeordnete Steuergeräte sendet.