DE102009006846B4

DE102009006846B4 - Verfahren zur Steuerung mehrerer Verbraucher eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102009006846B4
Application number: DE200910006846
Authority: DE
Inventors: Andre Saal
Original assignee: Audi AG; Audi Electronics Venture GmbH
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2013-06-06
Anticipated expiration: 2029-01-31
Also published as: DE102009006846A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung von mehreren aus einem elektrischen Energiespeicher (1) mit Betriebsstrom betriebenen elektrischen Verbrauchern (2) eines Bordnetzes für Kraftfahrzeuge, wobei ein einen zukünftigen und/oder aktuellen Zustand des Bordnetzes anzeigender Indikator (ISt1, ISt2) erfasst wird und in Abhängigkeit des erfassten Indikators wenigstens ein vorbestimmter Verbraucher (2) in einen Teillastbetrieb gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regler (5) für eine Bremsanlage (3) mit Blockierschutz- und Antriebsschlupfregelung (EPS) vorgesehen ist, welcher als einen den zukünftigen Zustand des Bordnetzes anzeigenden Indikator (ISt1) eine Ankündigung des Betriebs der Bremsanlage als sicherheitsrelevanter Verbrauchers (3) erzeugt und als vorbestimmter Verbraucher (2) eine elektrisch-mechanische Servolenkung in den Teillastbetrieb gesteuert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von mehreren aus einem elektrischen Energiespeicher mit Betriebsstrom betriebenen elektrischen Verbrauchern eines Bordnetzes für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Anzahl von elektrischen Verbrauchern in einem Kraftfahrzeug hat enorm zugenommen und führen zu erhöhten Belastungen des Bordnetzes des Kraftfahrzeuges. Insbesondere können Hochstromverbraucher, die u. U. gleichzeitig das Bordnetz belasten zu einer Gefährdung der Betriebssicherheit des Kraftfahrzeuges führen.
Das Bordnetz eines Kraftfahrzeuges wird von mindestens einem Generator und mindestens einem elektrischen Energiespeicher, bspw. einer Batterie übernommen. Auf rasche Stromänderungen oder auf die o. g. Belastungen aufgrund von gleichzeitigen Eingriffen von Hochstromverbrauchern kann aufgrund der geringen Dynamik des Generators dieser hierauf nicht reagieren und daher müssen solche Situationen ausschließlich durch die im Bordnetz installierten Energiespeicher abgefangen werden. Hochstromverbraucher existieren bspw. nicht nur für Starter bzw. Anlasser und elektrische Fensterheber, sondern auch für die elektrische Bremse, die elektrohydraulische Bremse, für eine elektrisch unterstütze Lenkung (EPS) oder einen elektrische Zusatzverdichter.
Sollte die angeforderte Leistung vom Bordnetz des Kraftfahrzeuges aufgrund einer zu hohen kurzzeitigen Belastung durch mehrere Hochstromverbraucher nicht bereitgestellt werden können, kann dies zu sicherheitsrelevanten Situation führen und bspw. besonders kritisch für die Betriebssicherheit von für das Fahrzeug sicherheitsrelevante Systeme, wie z. Bsp. für Fahrwerksregelsysteme, insbesondere elektromechanische Bremsanlagen oder Lenksysteme werden.
So ist ein gattungsbildendes Verfahren aus der US 2007/0102212 A1 bekannt, welches ein Energiemanagement zur Versorgung von vorrangigen und nicht vorrangigen elektrischen Verbrauchern eines Fahrzeugs beschreibt. Bei diesem bekannten Verfahren zeigen Sensorsignale von Sensoren den Zustand mehrerer Parameter betreffend den Betriebszustand des Fahrzeugs an, die von einer Steuereinheit in Steuersignal umgesetzt werden, so dass in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Fahrzeugs und dem Ladezustand einer Fahrzeugbatterie die Energieversorgung von wenigstens einem nicht vorrangigen elektrischen Verbraucher reduziert oder unterbrochen wird, wenn das Fahrzeug in einem vorbestimmten Zustand und die Fahrzeugbatterie einen vorbestimmten Ladezustand aufweist.
Bei diesem bekannten Verfahren darf die Energieversorgung für die vorrangigen elektrischen Verbraucher nicht unterbrochen oder reduziert werden, also bspw. Steer-By-Wire- oder Drive-By-Wire-Systeme, die insbesondere sicherheitsrelevant sind. Nicht vorrangige Verbraucher werden dagegen als solche Verbraucher angesehen, deren Energieversorgung reduziert oder unterbrochen werden kann, ohne dass dies negative Wirkungen für die Fahrsicherheit hätte.
Auch die DE 10 2006 026 404 A1 beschreibt ein Energiemanagement zur Energieversorgung von elektrischen Verbrauchern ein Kraftfahrzeug-Bordnetzes. Hierzu wird das Auftreten eines vorgegebenen Betriebszustandes überwacht und der Leistungsverbrauch wenigstens eines Verbrauchers reduziert, wenn der betreffende Betriebszustand festgestellt wurde.
Aus der DE 197 09 317 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugs bekannt, welches wenigstens eine Quelle für wenigstens eine Ressource und wenigstens einen Verbraucher umfasst, der diese Ressource verbraucht. Zur Verwaltung und Verteilung der im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Ressourcen ist ein Koordinator vorgesehen, der abhängig vom Potential der Quelle und vom Ressourcenbedarf des Verbrauchers die Ressource dem Verbraucher zuteilt. Dabei wird unter Ressource eine Leistung verstanden, die von Komponenten, so genannten Quellen, anderen Komponenten, so genannten Senken oder Verbrauchern, zum Verbrauch zur Verfügung gestellt wird. Beispiele für derartige Ressourcen sind die „mechanische Leistung”, die vom Antriebsstrang, wie Motor, Kupplung oder Getriebe, vom Scheibenwischermotor, usw. erzeugt wird, „elektrische Leistung”, die vom Generator der Batterie bereitgestellt wird oder „thermische Leistung”, die vom Motor und ggf. von einem Patentwärmespeicher erzeugt wird.
Weiterhin ist ein Verfahren zur Früherkennung eines Ausfalls eines elektrisch gesteuertes Bremssystems aus der DE 103 12 4 81 A1 bekannt, bei dem unter anderem als Schutzmaßnahme das Abschalten aller nicht sicherheitsrelevanten Hochstromverbraucher im Fahrzeug durchgeführt wird.
Die DE 199 31 144 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Fahrzeug-Bordnetzes, bei dem elektrischen Verbrauchern unterschiedliche Prioritäten zugeordnet werden. Unter anderem wird vorgeschlagen, die Verbraucher in umgekehrter Reihenfolge ihrer Priorität sukzessiv abzuschalten, falls ein Grenzwert für einen kritischen Bordnetzzustand unterschritten wird, Standbeleuchtungen abzuschalten oder vor der Aktivierung von Hochstrom-Verbrauchern elektrische Verbraucher mit geringer Priorität abzuschalten.
Schließlich offenbart die DE 102 48 679 A1 ein Fahrzeugbordnetz mit Batteriezustandserkennung am Pluspol der Batterie, welches zur Versorgung einer Vielzahl von Verbrauchern vorgesehen ist. Zwischen dem Pluspol der Batterie und den Verbrauchern ist ein Modul vorgesehen, welches Mittel zur Batteriezustandserkennung, eine Steuereinheit zum Energiemanagement des Fahrzeugbordnetzes und mindestens einen Verbraucherausgang aufweist, über welche die Verbraucher mit Energie versorgbar sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung mehrerer elektrische Verbraucher, insbesondere sicherheitsrelevanter Hochstromverbraucher eines Kraftfahrzeugs anzugeben, das eine hohe Belastung des Bordnetzes vermeidet, bzw. die Wahrscheinlichkeit eines Totalausfalls maßgeblich reduziert.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Gemäß diesem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung von mehreren aus einem elektrischen Energiespeicher mit Betriebsstrom betriebenen elektrischen Verbrauchern eines Bordnetzes für Kraftfahrzeuge, bei dem ein einen zukünftigen und/oder aktuellen Zustand des Bordnetzes anzeigender Indikator erfasst und in Abhängigkeit des erfassten Indikators wenigstens ein vorbestimmter Verbraucher in einen Teillastbetrieb gesteuert wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Regler für eine Bremsanlage mit Blockierschutz- und Antriebsschlupfregelung (EPS) vorgesehen ist, welcher als einen den zukünftigen Zustand des Bordnetzes anzeigenden Indikator eine Ankündigung des Betriebs der Bremsanlage als sicherheitsrelevanter Verbrauchers erzeugt und als vorbestimmter Verbraucher eine elektrisch-mechanische Servolenkung in den Teillastbetrieb gesteuert wird.
Damit wird durch kontrolliertes Herabsetzen der Leistung eines vorbestimmten elektrischen Verbrauchers die Belastung des Bordnetzes reduziert, ohne dass dies im Falle von sicherheitsrelevanten Verbrauchern zu sicherheitskritischen Situationen führen kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der vorbestimmte Verbraucher nur für einen vorbestimmten Zeitraum in dem Teillastbetrieb betrieben wird, um möglichst frühzeitig wieder die volle Leistung diesem Verbraucher zuführen zu können.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird als Indikator die Verfügbarkeit des Energiespeichers erfasst. Unter dem Begriff Verfügbarkeit wird insbesondere die Stromlieferfähigkeit des Energiespeichers, bspw. einer Batterie verstanden. Wenn keine Verfügbarkeit bzw. die Stromlieferfähigkeit nicht angezeigt wird, kann dies unterschiedliche Ursachen habe; so kann bspw. der Energiespeicher unter einen bestimmten Ladezustand gefallen oder auch vollständig ausgefallen sein; die Verfügbarkeit wäre auch dann nicht mehr gegeben, wenn die elektrische Verbindung zum Energiespeicher unterbrochen wäre. Zeigt der Indikator die fehlende Verfügbarkeit an, wird der vorbestimmte Verbraucher in den Teillastbetrieb gesteuert. Zur Erzeugung eines solchen Indikators ist vorzugsweise ein Batteriediagnose-Modul vorgesehen, das diesen Indikator als Steuersignal über eine Datenbus-Leitung dem in den Teillastbetrieb zu steuernden Verbraucher zuführt.
Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird der einen zukünftigen Zustand des Bordnetzes anzeigender Indikator „Ankündigung eines Betriebs eines sicherheitsrelevanten Verbrauchers” als Steuersignal über eine Datenbus-Leitung dem in den Teillastbetrieb zu steuernden Verbraucher zugeführt. Insbesondere zeigt der diesen Indikator „Ankündigung eines Betriebs eines sicherheitsrelevanten Verbrauchers” erzeugender Regler der Bremsanlage (EPS) einen hohen Strombedarf als Indikator an, der bspw. durch einen Pumpenanlauf der Bremsanlage ausgelöst werden kann.
Die als vorbestimmter Verbraucher vorgesehene elektromechanische Servolenkung weist einen Regler auf, dem der Indikator als Steuersignal zugeführt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1 ein schematisches Blockschaltbild einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Erfindung zur Steuerung eines elektromechanischen Lenksystems EPS,
2 ein schematisches Blockschaltbild einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Erfindung zur Steuerung eines elektromechanischen Lenksystems EPS, und
3 ein schematisches Blockschaltbild einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Erfindung zur Steuerung eines elektromechanischen Lenksystems EPS.
Gemäß 1 wird von einem ESP-Regler 5 ein Indikator I_St1 zur Anzeige eines erwarteten hohen Strombedarfs, bspw. eines erwarteten ESP-Pumpenanlaufs des ESP-Systems 3 erzeugt und als Steuersignal an einen EPS-Regler 6 für ein elektromechanisches Lenksystem (EPS) 2 über einen Datenbus, bspw. FlexRay gesendet. Hierauf führt der Regler 6 ein kontrolliertes Herabsetzen (derating) der Lenkleistung des EPS 2 entsprechend vorgegebenen Parametern hinsichtlich des Wertes der Leistungsabsenkung und der Zeitdauer durch. Beispielsweise kann die Leistungsabsenkung 10% der vollen Last für eine definierte Zeitdauer betragen. Der Fahrer dürfte bei dieser Größenordnung der Leistungsabsenkung beim Lenken nichts registrieren.
Gemäß 2 wird von einem Batteriediagnose-Modul 4 die Verfügbarkeit, insbesondere die Stromlieferfähigkeit der Batterie 1 überwacht. Wenn also bspw. der Ladezustand einen vorgegebenen Wert unterschreitet, ein Zusammenbruch der Batterie 1, ein Leitungsbruch zur Batterie 1 oder ein leere Batterie durch das Batteriediagnose-Modul 4 festgestellt wird, also die Batterie keinen Strom mehr liefert, wird von diesem Modul 4 ein Indikator I_St2 erzeugt und als Steuersignal an einen EPS-Regler 6 für ein elektromechanisches Lenksystem (EPS) 2 über einen Datenbus, bspw. FlexRay gesendet. Hierauf führt der Regler 6 ein kontrolliertes Herabsetzen (derating) der Lenkleistung des EPS 2 entsprechend vorgegebenen Parametern hinsichtlich des Wertes der Leistungsabsenkung und der Zeitdauer durch. Beispielsweise kann die Leistung um 30% der vollen Last für eine definierte Zeitdauer absenkt werden, so dass eine solche Absenkung der Fahrer aufgrund einer etwas schwergängigeren Lenkung bemerken dürfte.
In 3 werden die beiden Ausführungsbeispiele nach den 1 und 2 kombiniert, so dass für eine festgelegte Zeitdauer ein Herabsetzen der Leistung der EPS 2 entsprechend vorgegebenen Parametern erfolgt. Beispielsweise kann die Lenkleistung um 50% der vollen Last bei Vorliegen des Indikators I_St1, also Anzeige eines ESP-Pumpenanlaufes und/oder des Indikators I_St2, also Anzeige eines kritischen Ladezustands, abgesenkt werden, insbesondere dann, wenn beide Indikatoren I_St1 und I_St2 gleichzeitig vorliegen. In diesem Fall würde der Fahrer diese Leistungsabsenkung aufgrund der schwergängigeren Lenkung registrieren.
Die in den Ausführungsbeispielen angegebene Parametrisierung, die in dem ESP-Regler 6 erfolgt, ist nur beispielhaft und kann daher auch mit anderen Werten durchgeführt werden.
Mit den Ausführungsbeispielen gemäß den 1 bis 3 kann eine gleichzeitige hohe Belastung der Batterie 1 durch die Regelsysteme ESP und EPS minimiert werden, ohne dabei sicherheitskritische Situationen entstehen zu lassen.
Bezugszeichenliste

1: Elektrischer Energiespeicher, Batterie
2: Elektromechanisches Lenksystem (EPS)
3: Bremsanlage (ESP) mit Blockierschutz (ABS)- und Antriebsschlupfregelung (ASR)
4: Batteriediagnose-Modul
5: ESP-Regler
6: EPS-Regler
I_St1: Steuersignal zur Anzeige des Indikators „Pumpenanlauf”
I_St2: Steuersignal zur Anzeige des Indikators „Ladezustand Batterie”
BDM: Batteriediagnose-Modul
ESP: Elektronisches Stabilitätsprogramm
EPS: Electric Power Steering

Claims

Verfahren zur Steuerung von mehreren aus einem elektrischen Energiespeicher (1) mit Betriebsstrom betriebenen elektrischen Verbrauchern (2) eines Bordnetzes für Kraftfahrzeuge, wobei ein einen zukünftigen und/oder aktuellen Zustand des Bordnetzes anzeigender Indikator (I_St1, I_St2) erfasst wird und in Abhängigkeit des erfassten Indikators wenigstens ein vorbestimmter Verbraucher (2) in einen Teillastbetrieb gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regler (5) für eine Bremsanlage (3) mit Blockierschutz- und Antriebsschlupfregelung (EPS) vorgesehen ist, welcher als einen den zukünftigen Zustand des Bordnetzes anzeigenden Indikator (I_St1) eine Ankündigung des Betriebs der Bremsanlage als sicherheitsrelevanter Verbrauchers (3) erzeugt und als vorbestimmter Verbraucher (2) eine elektrisch-mechanische Servolenkung in den Teillastbetrieb gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Verbraucher (2) für einen vorbestimmten Zeitraum in dem Teillastbetrieb betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Indikator (I_St2) die Verfügbarkeit des Energiespeichers (1) erfasst und in Abhängigkeit dieses Indikators (I_St2) der vorbestimmte Verbraucher (2) in den Teillastbetrieb gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Indikators (I_St2) „Verfügbarkeit elektrischer Energiespeicher” ein Batteriediagnose-Modul (4) vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikator als Steuersignal (I_St2) über eine Datenbus-Leitung dem in den Teillastbetrieb zu steuernden Verbraucher (2) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikator als Steuersignal (I_St1) über eine Datenbus-Leitung dem in den Teillastbetrieb zu steuernden Verbraucher (2) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (5) der Bremsanlage (3) als Indikator (I_St1) einen hohen Strombedarf der Bremsanlage (3) anzeigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regler (6) für die elektrisch-mechanische Servolenkung (2) vorgesehen ist, dem der Indikator als Steuersignal (I_St1) zugeführt wird.