CN113661631A - 用于车辆控制单元的供能装置 - Google Patents

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CN113661631A CN202080026885.6A CN202080026885A CN113661631A CN 113661631 A CN113661631 A CN 113661631A CN 202080026885 A CN202080026885 A CN 202080026885A CN 113661631 A CN113661631 A CN 113661631A
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Abstract

本发明涉及一种用于车辆控制单元(1)的供能装置(10)，其具有外部供能设备(3)和内部储能器(5)，该内部储能器(5)可通过第一电压变换器(7)和第二电压变换器(9)进行充电，并且涉及一种以这种供能装置(10)为车辆控制单元(1)供电的相应方法。在此，在正常运行时，外部供能设备(3)为控制单元(1)供给运行电压(VB)，其中在外部供能设备(3)发生故障的情况下，内部储能器(5)在自给自足的情况下为控制单元(1)供给储能器电压(VER)，其中第一电压变换器(7)与外部供能设备(3)和储能器(5)连接并且以第一充电电流(IL1)为储能器(5)充电，其中第二电压变换器(9)与内部储能器(5)和外部供能设备(3)连接并且在激活状态下以第二充电电流(IL2)为内部储能器(5)充电，其中开关装置(12)监控运行电压(VB)和储能器电压(VER)以及第一电压变换器(7)的第一输出电压(VUP1)，并根据所监控电压的当前值激活或解激活第二电压变换器(9)。

Description

用于车辆控制单元的供能装置
技术领域
本发明涉及一种用于车辆控制单元的供能装置。本发明还涉及一种用于以这种供能装置为车辆控制单元供电的方法。
背景技术
在从现有技术已知的车辆中，安全相关的控制单元、例如安全气囊控制单元具有在车辆启动时被充电的内部储能器。此外，还存在有外部供能设备，即设置在控制单元外部的电源，其在正常运行时为控制单元供给运行电压。如果外部供能设备出现故障，内部储能器在自给自足的情况下为控制单元供给储能器电压。储能器通常实施为电容器并且通过至少一个开关变换器进行充电。根据电容器或储能器的大小以及客户对充电时间的相应要求，除了第一开关变换器之外，还使用第二开关变换器，以便以更高的充电电流为电容器或储能器充电。目前，为了接通第二开关变换器，对第一开关变换器的输出电压和由外部供能设备输出的控制单元运行电压进行评估，其中当第一开关变换器的输出电压低于预设的第一阈值或控制单元的运行电压低于第二阈值时激活第二开关变换器。这会导致在运行电压过低但第一开关变换器的输出电压稳定时将接通第二开关变换器，尽管不需要第二开关变换器来为储能器充电或保持其充电电压。由此，开关变换器的其中一个可在“不稳定的”状态下工作。此外，由于第二开关变换器的这种接入增加了控制单元的干扰发射。
发明内容
具有独立权利要求1所述特征的用于控制单元的供能装置的优点在于，附加的第二开关变换器通过开关装置仅在控制单元的启动阶段被激活，直到内部储能器被充电。在控制单元的运行电压欠压的情况下，不必强制地激活附加的第二开关变换器。只有当第一开关变换器的输出电压下降时，第二开关变换器才被额外地切换到激活或被激活。由此可使得两个开关变换器仅在控制单元的如下运行状态下被激活，即在该运行状态中需要两个开关变换器的充电电流来为储能器充电或保持储能器的充电状态。由此将有利地减少第二开关变换器的接通时间从而也减少控制单元的干扰发射。
本发明的实施方式供给了一种用于车辆控制单元的供能装置，其具有外部供能设备和内部储能器，该内部储能器可通过第一电压变换器和第二电压变换器进行充电。在此，在正常运行时，外部供能设备为控制单元供给运行电压，而在外部供能设备发生故障的情况下，内部储能器在自给自足的情况下为控制单元供给储能器电压。第一电压变换器与外部供能设备和储能器连接并且以第一充电电流为储能器充电。第二电压变换器与内部储能器和外部供能设备连接并且在激活状态下以第二充电电流为内部储能器充电。开关装置监控运行电压和储能器电压以及第一电压变换器的第一输出电压，并根据所监控电压的当前值激活或解激活第二电压变换器。
此外，提出了一种用于以这种供能装置为控制单元供电的方法。在此，控制单元在正常运行时由外部供能设备供给运行电压，而在外部供能设备出现故障时在自给自足的情况下由内部储能器供给储能器电压。此外，储能器由第一电压变换器以第一充电电流充电并且由激活的第二电压变换器以第二充电电流充电，其中运行电压和储能器电压以及第一电压变换器的第一输出电压被监控并且根据所监控电压的当前值激活或解激活第二电压变换器。
作为运行状态，例如可区分控制单元的启动阶段或正常运行模式或自给自足运行模式。在此，启动阶段为从接通控制单元到控制单元开始工作所经过的时间段。在本文中，正常运行模式可被理解为其中控制单元由外部供能设备供电的控制单元运行模式。在本文中，自给自足运行模式可被理解为其中控制单元由内部储能器供电的控制单元运行模式。
在本文中，控制单元可被理解为处理或评估所检测传感器信号的安全相关的电气设备，例如安全气囊控制单元。为此，控制单元可具有至少一个用于处理信号或数据的评估和控制单元或运算单元、至少一个用于存储信号或数据的存储单元、至少一个用于读取传感器的传感器信号或用于将控制信号输出到执行器的与传感器或执行器的接口和/或至少一个用于读取或输出嵌入在通信协议中的数据的通信接口。该至少一个接口可基于硬件和/或软件来构造。在基于硬件的构造方式中，接口例如可为所谓的ASIC***的包含控制单元各种功能的一部分。而还可行的是，接口为自身的集成电路或者至少部分地由分立元件组成。在基于软件的构造方式中，接口可为例如与其他软件模块并存于微控制器上的软件模块。评估和控制单元或运算单元例如可为信号处理器、微控制器等，其中存储单元可为闪存存储器、EEPROM或磁性存储单元。通信接口可被设计为无线地和/或有线地读取或输出数据，其中可读取或输出有线数据的通信接口可例如以电气或光学方式从相应的数据传输线读取数据或将数据输出到相应的数据传输线中。开关变换器可同样分别为ASIC模块的一部分。由此，第一开关变换器例如可集成到ASIC主模块中，而第二开关变换器可集成到ASIC从模块中，该ASIC从模块可在ASIC主模块出现故障或功能控制的情况下至少部分地接管其功能。
还有利的是具有程序代码的计算机程序产品，该程序代码存储在诸如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器的机器可读的载体上，并且特别是当评估和控制单元或运算单元运行该程序时其用于进行评估。
通过在从属权利要求中所列出的措施和改进方案可改进在独立权利要求1中所说明的用于车辆控制单元的供能装置以及在独立权利要求8中所说明的用于以这种供能装置为控制单元供电的方法。
特别有利的是，当外部供能设备的运行电压低于预设的第一阈值和/或储能器电压低于预设的第二阈值时，开关装置在控制单元的启动阶段期间激活第二电压变换器，以便额外地以第二充电电流为内部储能器充电。由此可更快地为控制单元的储能器充电。
在供能装置的有利设计方案中，在正常运行期间，当第一电压变换器的第一输出电压低于预设的第三阈值时，开关装置可激活第二电压变换器，以便额外地以第二充电电流为内部储能器充电。由此，仅当确实需要由第二开关变换器供给的第二充电电流来为内部储能器充电或保持其充电状态时才有利地激活第二开关变换器，例如在第一开关变换器的输出电压下降的情况下，这可能由第一开关变换器的功能故障或失灵引起。
在供能装置的另一有利的设计方案中，当内部储能器已达到预设的充电状态时，开关装置可解激活第二电压变换器。由此可有利地避免两个开关变换器的其中一个在“不稳定的”状态下工作，在该状态下所供给的充电电流无法被内部储能器吸收。
在供能装置的另一有利的设计方案中，当第一监控输入端处的监控电压低于预设的第一保持电压值和/或第二监控输入端处的监控电压低于预设的第二保持电压值时，可根据开关装置在第二电压变换器的两个监控输入端处所施加的两个监控电压来自动激活第二电压变换器。在此，在控制单元的启动阶段期间，开关装置可将外部供能设备的运行电压的第一监控电压施加到第二电压变换器的第一监控输入端，并将储能器的储能器电压的第二监控电压施加到第二电压变换器的第二监控输入端。此外，在控制单元的正常运行期间，开关装置可将第一电压变换器的第一输出电压的降压后的第三监控电压施加到第二电压变换器的第一监控输入端并将第一电压变换器的第一输出电压的第三监控电压施加到第二电压变换器的第二监控输入端。由此，可以简单的方式构造开关装置。此外，可通过两个监控输入端继续使用内置于已知的ASIC从模块中的自动激活。由此也可简单地改装现有***。
在该方法的有利设计方案中，在控制单元的启动阶段期间，当外部供能设备的运行电压低于预设的第一阈值和/或储能器的储能器电压低于预设的第二阈值时，可将第二电压变换器与第一电压变换器一起激活，以便额外地以第二充电电流为内部储能器充电。此外，在正常运行期间，当第一电压变换器的第一输出电压低于预设的第三阈值时，可激活第二电压变换器，以便额外地以第二充电电流为内部储能器充电。在此，在启动阶段和/或正常运行期间，当内部储能器已达到预设的充电状态时，可再次解激活第二电压变换器。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在下面的说明中得以更详细地解释。在附图中，相同的附图标记表示执行相同或相似功能的部件或元件。
图1示出了根据本发明的用于车辆控制单元的供能装置的一个实施例的示意图。
图2示出了根据本发明的用于以图1中供能装置为控制单元供电的方法的一个实施例的示意性流程图。
具体实施方式
从图1中可看出，根据本发明的用于控制单元1的供能装置10的所示实施例包括外部供能设备3和内部储能器5。内部储能器5可通过第一电压变换器7并通过第二电压变换器9进行充电。在正常运行中，外部供能设备3为控制单元1供给运行电压VB。当外部供能设备3出现故障时，内部储能器5在自给自足的情况下为控制单元1供给储能器电压VER。从图1中还可看出，第一电压变换器7与外部供能设备3和储能器5连接并且以第一充电电流IL1为储能器5充电。第二电压变换器9同样与内部储能器5和外部供能设备3连接并且在激活状态下以第二充电电流IL2为内部储能器5充电。在此，开关装置12监控运行电压VB和储能器电压VER以及第一电压变换器7的第一输出电压VUP1，并根据所监控的电压的当前值激活或解激活第二电压变换器9。
在所示的实施例中，在启动阶段期间，当外部供能设备3的运行电压VB低于预设的第一阈值和/或内部储能器5的储能器电压VER低于预设的第二阈值时，开关装置12激活输出第二输出电压VUP2的第二电压变换器9，以便额外地以第二充电电流IL2为内部储能器5充电。此外，在正常运行期间，当第一电压变换器7的第一输出电压VUP1低于预设的第三阈值时，开关装置12激活第二电压变换器9，以便以第二充电电流IL2为内部储能器5充电。此外，当内部储能器5已达到预设的充电状态时，开关装置12解激活第二电压变换器9。在所示实施例中，内部储能器5被实施为电容器。
从图1中还可看出，开关装置12和第一开关变换器7分别接收代表外部供能设备3的运行电压VB的第一监控电压VB_M。第一开关变换器7接收在监控输入端1M1处的第一监控电压VB_M。此外，开关装置12接收代表内部储能器5的储能器电压VER的第二监控电压VER_M和代表第一电压变换器7的第一输出电压VUP1的第三监控电压VUP1_M。在此，运行电压的额定值约为13.5伏并且储能器电压VER的额定值以及第一开关变换器7的第一输出电压VUP1的额定值分别约为33伏。
在所示的实施例中，第二电压变换器9可根据开关装置12在第二电压变换器9的两个监控输入端2M1、2M2处所施加的两个监控电压而自动激活。在此，当第一监控输入端2M1处的监控电压低于预设的第一保持电压值和/或第二监控输入端2M2处的监控电压低于预设的第二保持电压值时，第二电压变换器9将自动激活并输出附加的第二充电电流IL2。在此，第一保持电压值约为10伏，并且第二保持电压值约为32伏。
在未示出的替代实施例中，开关装置12根据所监控的电压的当前值利用控制信号激活和解激活第二电压变换器9，该控制信号通过至少一个控制线被施加到第二电压变换器9的至少一个对应的控制输入端。
在所示实施例中，在控制单元1的启动阶段期间，开关装置12将外部供能设备3的额定值约为13.5伏的运行电压VB的第一监控电压VB_M施加到第二电压变换器9的第一监控输入端2M1并且将内部储能器5的额定值约为33伏的储能器电压VER的第二监控电压VER_M施加到第二电压变换器9的第二监控输入端2M1。由于在控制单元1的启动阶段期间储能器5的电压缓慢上升，因此第二电压转换器9被激活，直到内部储能器5达到预设的充电状态或额定充电电压。由于外部供能设备3的运行电压VB通常高于约10伏的第一保持电压值，当内部储能器5达到其预设的充电状态并且超过约32伏的第二保持电压值时，第二电压变换器9被解激活，从而内部储能器5仅施加有第一充电电流IL1。另外，在控制单元1的后续正常运行期间，开关装置12将第一电压变换器7的第一输出电压VUP1的降压后的第三监控电压VUPl_M/n施加到第二电压变换器9的第一监控输入端2M1，并且将第一电压变换器7的第一输出电压VUP1的第三监控电压VUP1_M施加到第二电压变换器9的第二监控输入端2M2。在此，第一电压变换器7的第一输出电压VUP1的第三监控电压VUP1_M具有约33伏的额定值。第一电压变换器7的第一输出电压VUP1的降压后的第三监控电压VUP1_M/n具有约11伏的额定值。因此，在所示实施例中，开关装置12用以将第一电压变换器7的第一输出电压VUP1的第三监控电压VUP1_M进行降压的分母“n”的值为3。这意味着，在开始阶段和正常运行之间的过渡中，开关装置12对施加到两个监控输入端2M1、2M2的监控电压进行切换。如果第一电压变换器7的第一输出电压VUP1在控制单元1的正常运行期间例如由于功能故障而下降，使得两个保持电压值的其中一个低于约10伏或32伏，则第二电压变换器9再次被激活并且内部储能器5额外地施加有第二充电电流IL2。如果第一电压变换器7的第一输出电压VUP1再次超过保持电压值，则第二电压变换器9再次被解激活。为了避免第二电压变换器9的激活和解激活状态之间的频繁切换，保持电压值在激活点和解激活点之间具有迟滞。这意味着，第二电压变换器9在第一电压变换器7的第一输出电压VUP1下降到激活点以下时被激活，并且在第一电压变换器7的第一输出电压VUP1上升到超过解激活点时又被解激活。
从图2还可看出，在根据本发明的用于以图1中所示供能装置10为控制单元1供电的方法100的所示实施例中，在步骤S100中将接通控制单元1并且监控外部供能设备3的运行电压VB和内部储能器5的储能器电压VER。在步骤S110中将激活第一开关变换器7和第二开关变换器9，以便在启动阶段由第一电压变换器7以第一充电电流IL1为储能器5充电并且由第二电压变换器9以第二充电电流IL2为储能器5充电。在步骤S120中将检验内部储能器5是否已达到其额定充电状态。如果在步骤S120中确定内部储能器5尚未达到额定充电状态，则该方法将继续重复步骤S110。如果在步骤S120中确定内部储能器5已达到额定充电状态，则在步骤S130中将解激活第二电压变换器9并且在步骤S140中监控第一电压变换器7的第一输出电压VUP1。在步骤S150中将检验第一电压变换器7的第一输出电压VUP1是否低于预设的阈值。如果在步骤S150中确定第一电压变换器7的第一输出电压VUP1尚未低于预设的阈值，则该方法将继续重复步骤S140并且监控第一电压变换器7的第一输出电压VUP1。如果在步骤S150中确定第一电压变换器7的第一输出电压VUP1下降到预设的阈值以下，则该方法将继续重复步骤S110并且额外地激活第二电压变换器9。
由此，在所示的实施例中，在控制单元1的启动阶段期间，第二电压变换器与第一电压变换器7一起被激活，以便额外地以第二充电电流IL2为内部储能器5充电。此外，在正常运行期间，当第一电压变换器7的第一输出电压VUP1下降到预设的阈值以下时，第二电压变换器9被激活，以便额外地以第二充电电流IL2为内部储能器5充电。当内部储能器5已达到预设的充电状态时，第二电压变换器9再次被解激活。
该方法可例如以软件或硬件或软件和硬件的混合形式实施在控制单元1中。

Claims (11)

1.一种用于车辆的控制单元(1)的供能装置(10)，具有外部供能设备(3)和内部储能器(5)，所述内部储能器能够经由第一电压变换器(7)并经由第二电压变换器(9)被充电，其中在正常运行时，所述外部供能设备(3)为所述控制单元(1)供给运行电压(VB)，其中在所述外部供能设备(3)发生故障的情况下，所述内部储能器(5)在自给自足的情况下为所述控制单元(1)供给储能器电压(VER)，其中所述第一电压变换器(7)与所述外部供能设备(3)和所述储能器(5)连接并且以第一充电电流(IL1)为所述储能器(5)充电，其中所述第二电压变换器(9)与所述内部储能器(5)和所述外部供能设备(3)连接并且在激活状态下以第二充电电流(IL2)为所述内部储能器(5)充电，其中开关装置(12)监控所述运行电压(VB)和所述储能器电压(VER)以及所述第一电压变换器(7)的第一输出电压(VUP1)，并根据所监控的电压的当前值来激活或解激活所述第二电压变换器(9)。
2.根据权利要求1所述的供能装置(10)，其特征在于，当所述外部供能设备(3)的运行电压(VB)低于预设的第一阈值和/或所述储能器电压(VER)低于预设的第二阈值时，所述开关装置(12)在所述控制单元(1)的启动阶段期间激活所述第二电压变换器(9)，以便额外地以所述第二充电电流(IL2)为所述内部储能器(5)充电。
3.根据权利要求1或2所述的供能装置(10)，其特征在于，当所述第一电压变换器(7)的所述第一输出电压(VUP1)低于预设的第三阈值时，所述开关装置(12)在所述正常运行期间激活所述第二电压变换器(9)，以便额外地以所述第二充电电流(IL2)为所述内部储能器(5)充电。
4.根据权利要求2或3所述的供能装置(10)，其特征在于，当所述内部储能器(5)已达到预设的充电状态时，所述开关装置(12)解激活所述第二电压变换器(9)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的供能装置(10)，其特征在于，当第一监控输入端(2M1)处的监控电压低于预设的第一保持电压值和/或第二监控输入端(2M2)处的监控电压低于预设的第二保持电压值时，所述第二电压变换器(9)能够根据所述开关装置(12)在所述第二电压变换器(9)的两个监控输入端(2M1、2M2)处所施加的两个监控电压而被自动激活。
6.根据权利要求5所述的供能装置(10)，其特征在于，在所述控制单元(1)的启动阶段期间，所述开关装置(12)将所述外部供能设备(3)的所述运行电压(VB)的第一监控电压(VB_M)施加到所述第二电压变换器(9)的第一监控输入端(2M1)，并且所述开关装置将所述储能器(5)的所述储能器电压(VER)的第二监控电压(VER_M)施加到所述第二电压变换器(9)的所述第二监控输入端(2M1)。
7.根据权利要求6所述的供能装置(10)，其特征在于，在所述控制单元(1)的正常运行期间，所述开关装置(12)将所述第一电压变换器(7)的第一输出电压(VUP1)的降压后的第三监控电压(VUP1_M/n)施加到所述第二电压变换器(9)的所述第一监控输入端(2M1)，并且将所述第一电压变换器(7)(VB)的所述第一输出电压(VUP1)的所述第三监控电压(VUP1_M)施加到所述第二电压变换器(9)的所述第二监控输入端(2M2)。
8.一种用于为车辆的控制单元(1)供电的方法(100)，所述车辆具有根据权利要求1至7中任一项所述的供能装置(10)，其中在正常运行时，由所述外部供能设备(3)为所述控制单元(1)供给运行电压(VB)，并且在所述外部供能设备(3)发生故障的情况下，由所述内部储能器(5)在自给自足的情况下为所述控制单元(1)供给储能器电压(VER)，其中由所述第一电压变换器(7)以第一充电电流(IL1)为所述储能器(5)充电，并且由激活的所述第二电压变换器(9)以第二充电电流(IL2)为所述储能器(5)充电，其中监控所述运行电压(VB)和所述储能器电压(VER)以及所述第一电压变换器(7)的第一输出电压(VUP1)，并根据所监控的电压的当前值激活或解激活所述第二电压变换器(9)。
9.根据权利要求8所述的方法(100)，其特征在于，当所述外部供能设备(3)的运行电压(VB)低于预设的第一阈值和/或所述储能器(5)的储能器电压(VER)低于预设的第二阈值时，在所述控制单元(1)的启动阶段期间将所述第二电压变换器(9)与所述第一电压变换器(7)一起激活，以便额外地以所述第二充电电流(IL2)为所述内部储能器(5)充电。
10.根据权利要求9所述的方法(100)，其特征在于，当所述第一电压变换器(7)的所述第一输出电压(VUP1)低于预设的第三阈值时，在所述正常运行期间激活所述第二电压变换器(9)，以便额外地以所述第二充电电流(IL2)为所述内部储能器(5)充电。
11.根据权利要求9或10所述的方法(100)，其特征在于，当所述内部储能器(5)已达到预设的充电状态时，再次解激活所述第二电压变换器(9)。
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