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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen der Energieversorgung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere mit automatisierter Fahrfunktion. Bei dem Verfahren werden insbesondere sicherheitsrelevante Funktionen des Bordnetzes überwacht.
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Stand der Technik
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Aus der
EP 512081 B1 ist ein Spannungsregler für einen Generator bekannt. Der Generator lädt eine Batterie über eine Ladeleitung und versorgt ein Fahrzeug-Bordnetz mit Spannung, wobei die Höhe der Spannung in Abhängigkeit von der Temperatur der Batterie festgelegt wird. Die Temperatur der Batterie und/oder der Spannungsabfall auf der Ladeleitung wird durch Simulation aus abgespeicherten Daten ermittelt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die die Genauigkeit bei der Ermittlung insbesondere eines Kabelwiderstands zu erhöhen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs.
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Offenbarung der Erfindung
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Durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 wird erreicht, dass ein Kabelwiderstand mit hoher Präzision ermittelt werden kann. Weiterhin können Leistungsverluste reduziert werden, insbesondere unter Verwendung eines geringen Widerstands als Stromsensor. Außerdem können Stromsensorkosten reduziert werden, indem auf übliche Sensoren zurückgegriffen werden kann, welche nicht eigens für besonders geringe Stromgrößen ausgelegt sein müssen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass zur Erzeugung eines Strompulses der fließende Strom ermittelt wird und mit einem Referenzpuls verglichen wird und bei Abweichung eine Ansteuerung für den Spannungserzeuger verändert wird. Damit können besonders zuverlässig die gewünschten Referenzpulse des Stroms eingestellt werden, mit denen kurzzeitig das Bordnetz beaufschlagt wird zur Erfassung der Kabelwiderstände.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass der fließende Strom und das Referenzprofil einem Summationspunkt und die daraus resultierende Abweichung einem Regler zugeführt wird. Durch die vorgeschlagene Reglerstruktur kann hochdynamisch eine schnelle und sichere Anpassung des Referenzwerts des Spannungserzeugers vorgenommen werden, um den gewünschten Referenzpuls zu erzeugen.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung wird bei einer Abweichung zwischen dem fließenden Strom und dem Referenzpuls der Regler aktiviert und/oder ein Referenzwert des Spannungserzeugers begrenzt. Besonders bevorzugt ist der Regler als Stromregler ausgebildet. Besonders bevorzugt wird die Ausgangsgröße des Reglers verwendet zur Erzeugung eines Referenzwerts für den Spannungserzeuger. Die Genauigkeit der Erfassung kann weiter erhöht werden.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung wird abhängig von der Ermittlung des Kabelwiderstands eine automatisierte Fahrfunktion freigegeben. Damit kann sichergestellt werden, dass lediglich bei intaktem Kabel die automatisierte Fahrfunktionen aktiviert werden kann. Dies erhöht die Sicherheit weiter.
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Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine mögliche Bordnetzarchitektur für ein Fahrzeug, insbesondere zum automatisierten Fahren.
- 2 zeigt ein Blockschaltbild zur Ermittlung eines Kabelwiderstands und Erzeugung eines Strompulses.
- 3 zeigt beispielhaft zeitliche Verläufe von Strom Ib, Spannung Uc sowie ermitteltem Kabelwiderstand.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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Beispielhaft ist in dem Ausführungsbeispiel als möglicher Energiespeicher eine Batterie bzw. Akkumulator beschrieben. Alternativ können jedoch andere für diese Aufgabenstellung geeignete Energiespeicher beispielsweise auf induktiver oder kapazitiver Basis, Kondensatoren, Brennstoffzellen oder Ähnliches gleichermaßen Verwendung finden.
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1 zeigt eine mögliche Topologie eines Energieversorgungssystems eines Fahrzeugs, insbesondere zum automatisierten Fahren. Ein Basisbordnetz 10 versorgt zumindest einen Verbraucher 12, beispielsweise einen Komfortverbraucher. Das Basisbordnetz 10 weist ein gegenüber einem Hochvolt-Bordnetz 20 niedrigeres Spannungsniveau U1 auf, beispielsweise kann es sich um ein 14 V-Bordnetz handeln. Zwischen dem Basisbordnetz 10 und dem Hochvolt-Bordnetz 20 ist als Spannungserzeuger 14 zur Erzeugung einer variablen Spannung ein Gleichspannungswandler angeordnet. Als Spannungserzeuger 14 zur Erzeugung einer variablen Spannung könnte auch ein Generator vorgesehen sein. Das Hochvolt-Bordnetz 20 umfasst beispielhaft einen Energiespeicher 16, eventuell mit integriertem Energiemanagement sowie exemplarisch gezeigt eine nicht sicherheitsrelevante Last 18 bzw. Komfortverbraucher wie beispielsweise eine mit erhöhtem Spannungsniveau versorgte Klimaanlage oder Ähnliches. Als Hochvolt wird in diesem Zusammenhang ein Spannungsniveau U2 verstanden, welches höher ist als das Spannungsniveau U1 des Basisbordnetzes 10. So könnte es sich beispielsweise um ein Hochvolt-Bordnetz 20 mit einem Spannungsniveau U2 von 48 V handeln. Alternativ könnte es sich gerade bei Fahrzeugen mit Elektroantrieb um noch höhere Spannungsniveaus U2 handeln. Alternativ könnte das Hochvolt-Bordnetz 20 ganz entfallen.
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Das Basisbordnetz 10 umfasst zwei sicherheitsrelevante Kanäle 21, 22 bzw. Teilbordnetze. Der erste sicherheitsrelevante Kanal 21 ist unmittelbar mit dem Basisbordnetz 10 verbunden. Der sicherheitsrelevante Kanal 21 dient der Versorgung zumindest eines sicherheitsrelevanten Verbrauchers 24. Der sicherheitsrelevante Kanal 21 kann von einem Energiespeicher 26 versorgt werden. Der Energiespeicher 26 ist parallel zu dem sicherheitsrelevanten Verbraucher 24 geschaltet. Exemplarisch ist ein Kabelwiderstand 30 eingezeichnet, der den Widerstand der Kabels 29, mit dem der Energiespeicher 26 mit dem sicherheitsrelevanten Kanal 21 verbunden ist, angibt.
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Der weitere sicherheitsrelevante Kanal 22 dient der Versorgung eines weiteren sicherheitsrelevanten Verbrauchers 25. Der weitere sicherheitsrelevante Kanal 22 ist über ein Kopplungsmittel 28, beispielsweise ein Gleichspannungswandler 28, mit dem Basisbordnetz 10 verbunden. In dem weiteren Kanal 22 ist ein weiterer Energiespeicher 32 angeordnet. Der weitere Energiespeicher 32 ist parallel zu dem weiteren sicherheitsrelevanten Verbraucher 25 geschaltet.
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Beispielhaft kann es sich bei dem Spannungsniveau des weiteren Energiespeichers 32 um das Spannungsniveau U1 des Basisbordnetzes 10 handeln. Beispielsweise liegt es bei 14 V bzw. 12 V. Alternative Spannungsniveaus insbesondere bei der Verwendung eines Gleichspannungswandlers als Kopplungsmittel 28 sind denkbar.
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Das Kopplungsmittel 28 bzw. der Gleichspannungswandler lässt einen Energieaustausch zwischen dem weiteren Energiespeicher 32 und dem Basisbordnetz 10 sowie gegebenenfalls über den weiteren Gleichspannungswandler mit dem Hochvolt-Bordnetz 20 zu. Damit kann gewährleistet werden, dass die Energiespeicher 16, 26, 32 über die sicherheitsrelevanten Kanäle 21, 22 die sicherheitsrelevanten Verbraucher 24, 25 zuverlässig mit Energie versorgen können.
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Die über die beiden sicherheitsrelevanten Kanäle 21, 22 versorgbaren redundanten, insbesondere funktionsredundanten, sicherheitsrelevanten Verbraucher 24, 25 sind solche, die notwendig sind, ein Fahrzeug von einem automatisierten Fahrbetrieb (kein Eingreifen des Fahrers notwendig) beispielsweise in kritischen Fehlerfällen in einen sicheren Zustand zu überführen. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Anhalten des Fahrzeugs, sei es sofort, sei es am Fahrbahnrand oder erst am nächsten Rastplatz etc. handeln.
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Es können beispielsweise folgende sicherheitsrelevanten Verbraucher 24, 25 vorgesehen sein. Hierbei handelt es sich beispielsweise um ein Bremssystem. Die Bremsfunktionalität kann entweder durch eine erste Komponente 24 (beispielsweise ein sogenannter iBooster, der den Bremsdruck elektromechanisch erzeugt), die über den einen sicherheitsrelevanten Kanal 21 versorgt wird, erreicht werden. Die redundante Bremsfunktionalität wird alternativ über eine weitere Komponente 25 wie beispielsweise ein sogenanntes elektronisches Stabilitätsprogramm erreicht, welches ebenfalls das Fahrzeug zum Stillstand bringen kann. Dieser weitere sicherheitsrelevante Verbraucher 25 wird über den weiteren sicherheitsrelevanten Kanal 22 versorgt. Als weitere sicherheitsrelevante Komponente könnte beispielsweise ein Lenksystem vorgesehen sein. Das Lenksystem umfasst eine erste Komponente (sicherheitsrelevanter Verbraucher 24), die durch den ersten sicherheitsrelevanten Kanal 21 versorgt werden kann. Weiterhin umfasst das Lenksystem eine weitere zur ersten Komponente funktionsredundante weitere Komponente (weiterer sicherheitsrelevanter Verbraucher 25), die ebenfalls unabhängig von der ersten Komponente 24 das Fahrzeug in gewünschter Weise lenken kann. Die weitere Komponente 25 wird von dem weiteren sicherheitsrelevanten Kanal 22 mit Energie versorgt.
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Die verschiedenen Komponenten des Bordnetzes 10, 20 sind über Kabel 29 verbunden. Die zugehörigen Kabelwiderstände sind in der 1 exemplarisch eingezeichnet und mit dem Bezugszeichen 30 versehen. Auch der Energiespeicher 26 wird durch ein Kabel 29 (mit einem Kabelwiderstand 30) mit dem Bordnetz 10 verbunden. Normalerweise ist der Kabelwiderstand 30 relativ gering, beispielsweise im Bereich von mehreren mΩ. Der Strom Ib durch den Energiespeicher 26 bzw. das Kabel 29 ist üblicherweise ebenfalls sehr gering, da die Verbraucher 12, 24, 30 über den Spannungserzeuger 14 bzw. den Gleichspannungswandler oder Generator versorgt werden, um den Energiespeicher 26 nicht zu belasten und damit dessen Lebensdauer zu verbessern. Lediglich hohe dynamische Ströme fließen kurzzeitig durch den Energiespeicher 26. Dies erfolgt jedoch nicht für jede Last 24 und nicht zu jeder Zeit. Dadurch wird eine genaue Bestimmung des Kabelwiderstands 30 des Kabels 29, mit dem der jeweilige Energiespeicher 26, 32 und/oder Verbraucher 24, 25 mit dem Bordnetz 10 bzw. sicherheitsrelevanten Kanal 21, 22 verbunden ist, schwierig.
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Entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 kann eine genaue Bestimmung des Kabelwiderstands 30 erfolgen. Es ist zumindest ein Erfassungsmittel 31 vorgesehen zur Erfassung des Stroms Ib, der durch das Kabel 30 fließt. Hierzu könnte beispielsweise ein entsprechender Sensor, insbesondere ein Batteriesensor bei einer Batterie als Energiespeicher 26, vorgesehen sein.
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Im Ausführungsbeispiel wird die Ermittlung des Kabelwiderstands 30 des Kabels 29, mit dem der Energiespeicher 26 verbunden ist, näher erläutert. Jedoch bei entsprechenden anderen Erfassungsmittel 31 können auch sämtliche andere Kabelwiderstände 30 wie in 1 angedeutet, erfasst werden. Das Erfassungsmittel 31 erfasst den durch den Energiespeicher 26 bzw. den zugehörigen Kabelwiderstand 30 fließenden Strom Ib. Der Strom Ib wird mit negativem Vorzeichen einem Summationspunkt 34 zugeführt. Ebenso gelangt der Strom Ib an einen Block 36, der der Ermittlung des Kabelwiderstands 30 dient. Dem Summationspunkt 34 wird ein Referenzpuls Iref zugeführt und mit dem Strom Ib verglichen. Der Referenzpuls Iref ist beispielsweise als Strompuls ausgebildet. Der Strompuls weist beispielsweise eine Dauer von kleiner 1 Sekunde auf. Die Amplitude des Strompulses ist so gewählt, dass eine sichere Erfassung der elektrischen Kenngrößen Ib, Uc möglich ist, insbesondere mit Blick auf das Messrauschen. Die Abweichung zwischen dem Referenzpuls Iref und dem ermittelten Strom Ib wird einem Regler 40 zugeführt. Der Regler 40 ist beispielsweise als PI-Regler ausgebildet. Er könnte auch als Proportional-Regler ausgebildet sein. Bei dem Regler 40 handelt es sich um einen Stromregler. Bei einer Abweichung zwischen Soll- und Istwert ist der Regler 40 aktiv und die Referenzspannung Uref des Spannungserzeugers 14 wird beeinflusst.
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Hierfür ist ein weiterer Block 42, beispielsweise ein Regler, vorgesehen. Der weitere Block 42 erhält ein Ausgangssignal des Reglers 40. Als weitere Eingangsgröße ist dem Block 42 eine Referenzspannung Uref' zugeführt. Diese Referenzspannung Uref' könnte beispielsweise von einem übergeordneten Energiemanagement-System geliefert werden. Dadurch ändert sich der Referenzwert Uref für den Spannungserzeuger 14. Durch die kurzzeitige Änderung des Referenzwerts Uref wird der Strompuls in der gewünschten Dauer erzeugt. Der Spannungserzeuger 14 ist in der Lage, entsprechend dem vorgegebenen Referenzwert Uref eine variable Spannung zu erzeugen, mit der das Bordnetz 10 gespeist wird. Als ein Resultat fließt ein gewünschter Strompuls als Strom Ib durch den Energiespeicher 26 bzw. den Kabelwiderstand 30.
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Der Block 42 generiert aus den Eingangsgrößen eine Ausgangsgröße, nämlich eine Referenzspannung Uref für den Spannungserzeuger 14. Diese entsprechende Ausgangsgröße Uref gelangt an eine Ansteuerung 44 für den Spannungserzeuger 14, beispielsweise den Gleichspannungswandler. Bei fließendem Strompuls werden die elektrischen Kenngrößen ermittelt, nämlich der durch das Kabel 29 fließende Strom Ib sowie der Spannungsabfall Uc am Kabelwiderstand 30. Daraus wird der Kabelwiderstand 30 berechnet. Diese Ermittlung erfolgt in dem Block 36.
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Im Wesentlichen dient die Einrichtung 32 der Generierung eines Strompulses, sodass zu diesem Zeitpunkt eine genaue Messung der elektrischen Kenngrößen, die für die Bestimmung des elektrischen Kabelwiderstands 30 notwendig sind, im Ausführungsbeispiel Strom Ib sowie den Spannungsabfall Uc am Kabel 29, erfolgen kann. Die Generierung des Strompulses erfolgt über den Spannungserzeuger 14, beispielsweise ein Gleichspannungswandler oder ein Generator. Die Einrichtung 32 gibt einen entsprechenden Referenzwert Uref für den Gleichspannungswandler 14 vor, um einen solchen Strompuls zu erzeugen. Hierbei wird insbesondere die Abweichung eines Referenzpulses von dem tatsächlichen Verlauf der ermittelten elektrischen Kenngröße, beispielsweise des Batteriestroms Ib, ermittelt. Die Abweichung wird über den Regler 40 und entsprechende Beeinflussung des Sollwerts Uref für den Spannungserzeuger 14 ausgeregelt, sodass sich der gewünschte Strompuls einstellt. Sobald sich der gewünschte Strompuls eingestellt hat, übernehmen die Erfassungsmittel 31 eine Ermittlung der elektrischen Kenngrößen Ib, Uc wie beschrieben. Aus diesen Kenngrößen ermittelt der Block 36 den Kabelwiderstand 30.
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Dabei wird bevorzugt ein Strompuls beispielsweise in der Größenordnung zwischen 0,25 s und 2s, bevorzugt 1s erzeugt, mit dem das Kabel 29 beaufschlagt wird. Dabei könnten kurzzeitig Batterieströme Ib in der Größenordnung von beispielsweise 70 A fließen. Dies würde in einen Spannungsanstieg der Spannung Ub von ca. 13 V auf 15 V am Energiespeicher 26 resultieren. Aus diesen elektrischen Kenngrößen Strom Ib und Spannung Ub bzw. Uc lässt sich ein Kabelwiderstand 30 ermitteln. Diese Zusammenhänge sind in 3 dargestellt.
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Der Strompuls kann beispielsweise vor dem Start des Fahrzeugs erzeugt werden. Gleichermaßen wäre jedoch auch eine Bestimmung des Kabelwiderstands 30 über eine kurzzeitige Erzeugung des Strompulses im laufenden Betrieb möglich.
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Durch eine geeignete Wahl bzw. Anordnung der Erfassungsmittel 31 der elektrischen Kenngrößen können auch die Kabelwiderstände 30 an den in 1 eingezeichneten Stellen in entsprechender Art und Weise bestimmt werden.
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Die Ermittlung des Kabelwiderstands 30 kann insbesondere für weitere Modelle zur Prädiktion einer Kenngröße des Energiespeichers 26 und hinreichende Versorgung eines sicherheitsrelevanten Verbrauchers 24, 25 unter Berücksichtigung der tatsächlichen Verhältnisse wie der Widerstand des Kabelbaums herangezogen werden. Dadurch erhöht sich die Genauigkeit der Vorhersage, wie viel Energie der Energiespeicher 26 tatsächlich noch bereitstellen kann unter Berücksichtigung der tatsächlichen Verhältnisse. Dies ist mit Blick auf automatisierte Fahrfunktionen deswegen so wichtig, da daran die Freigabe einer automatisierten Fahrfunktion gekoppelt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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