DE102005004328A1

DE102005004328A1 - Vorrichtung zur Spannungsversorgung für sicherheitsrelevante Verbraucher

Info

Publication number: DE102005004328A1
Application number: DE102005004328A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Haas
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-08-10
Also published as: WO2006082124A1; EP1846268A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung für sicherheitsrelevante Verbraucher, insbesondere für X-by-Wire-Systeme in einem Fahrzeugbordnetz, angegeben, bei der jedes X-by-Wire-System eine eigene Batterie aufweist und über jeweils einen eigenen Spannungswandler mit dem üblichen Bordnetz in Verbindung steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung für sicherheitsrelevante Verbraucher, insbesondere in einem Kraftfahrzeugbordnetz mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Fahrzeugbordnetze bestehen im Allgemeinen aus einem Klauenpolgenerator, einer Blei-Säure-Batterie, einer Sicherungs- und Relaisbox und dem Kabelbaum zur Energieverteilung. An den Kabelbaum zur Energieverteilung sind eine Vielzahl von Verbrauchern angeschlossen, weitere werden über 12-Volt-Steckdosen temporär angeschlossen bzw. mittels geeigneter Schalter zu- und abgeschaltet. Zubehörteile werden an bestehende oder neue Leitungen zusätzlich ans Bordnetz angeschlossen.
Durch die große Anzahl und die Verschiedenheit der angeschlossenen Komponenten, durch die vielen Kabel, die im gesamten Fahrzeug verlegt sind, durch die große Zahl von Kontaktstellen sowie durch die beliebige Manipulierbarkeit im Feld ergibt sich eine Situation, in der die stabile Funktion der Energieversorgung nicht immer garantiert werden kann. Dies kann zu Pannen durch elektrische Probleme führen. In Folge dieser Zuverlässigkeitssituation ist es nicht möglich, sicherheitsrelevante Verbraucher zuverlässig zu versorgen, die für ihre Funktion auf elektrische Energie angewiesen sind. Solche Verbraucher sind bspw. X-by-Wire-Verbraucher.

Ein Bordnetz zur redundanten Energieversorgung für sicherheitsrelevante Verbraucher, das auch für X-by-Wire-Verbraucher geeignet ist, ist aus der DE 101 50 379 A1 bekannt. In diesem bekannten Bordnetz werden die sicherheitsrelevanten Verbraucher jeweils über zwei separate Versorgungsleitungen mit elektrischer Energie versorgt. Dabei ist jeder Verbraucher über eine erste Versorgungsleitung an eine erste Energiequelle und über eine zweite Versorgungsleitung an eine zweite Energiequelle angeschlossen. Bei einem Ausfall einer der Energiequellen oder einem Fehler in einer der Versorgungsleitungen übernimmt jeweils die andere die Versorgung des Verbrauchers und bildet so ein redundantes Spannungsversorgungssystem. Zwischen der ersten und der zweiten Energiequelle liegt noch ein bidirektionaler Gleichspannungswandler, der Spannungsanpassungen vornehmen kann. Als sicherheitsrelevante Verbraucher werden insbesondere elektrische Bremsen genannt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Spannungsversorgung für sicherheitsrelevante Verbraucher insbesondere in einem Kraftfahrzeugbordnetz hat den Vorteil der Sicherstellung einer stabilen, zuverlässigen Spannungsversorgung, bei der die bisherige elektrische Struktur im Bordnetz eines Fahrzeugs beibehalten werden kann. Weiterhin ist vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung einfacher als beim Stand der Technik aufgebaut werden kann. Erzielt werden diese Vorteile, indem in einem herkömmlichen Fahrzeugbordnetz lediglich für den Bereich der sicherheitsrelevanten Verbraucher, also insbesondere der X-by-Wire-Systeme zusätzliche Maßnahmen vorgesehen sind. Diese Maßnahmen betreffen insbesondere die Entkopplung der Energieversorgung des X-by-Wire-Systems vom restlichen Bordnetz durch zwei getrennte Spannungswandler. Eine Pufferung der getrennten Systeme wird mit Hilfe je einer Batterie pro Versorgungspfad übernommen.

Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt. So lässt sich in vorteilhafter Weise eine Diodenfunktion realisieren, bei der der Energiefluss nur in Richtung X-by-Wire-Systemen möglich ist. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ermöglicht eine Pumpfunktion, mit der die Spannung an vorgebbaren Stellen erhöht werden kann. Diese Pumpfunktion gewährleistet eine stabile Versorgung des X-by-Wire-Systems selbst bei instabilem restlichen Bordnetz.

Da ein vorteilhafter Über- und Unterspannungsschutz für das X-by-Wire-Bordnetz erhalten wird, ist das Gesamtsystem, bestehend aus X-by-Wire-System und X-by-Wire-Bordnetz auch bei Störungen voll funktionsfähig. Besonders vorteilhaft ist auch die Sicherstellung ständiger Batterieladung unabhängig von der Spannung im restlichen Bordnetz über wenigstens einen der Gleichspannungswandler. Generell ist eine unabhängige Spannungslage möglich, da ein so genanntes Inselbordnetz vorhanden ist.

Der Einsatz von je einer Pufferbatterie je Energiepfad hat weitere Vorteile, nämlich es wird eine Glättung der Spannung erhalten, da eine Pufferung von Lastspitzen des X-by-Wire-Systems möglich ist. Es besteht eine Energiereserve bei einem Defekt eines Spannungswandlers. Da zwei unabhängige Energiespeicher vorhanden sind, besteht eine vollständige Redundanz, sodass auch Fahrzeugbremsen als X-by-Wire-Systeme eingesetzt werden können. Durch die Pufferung von Lastspitzen durch die Batterie kann der Gleichspannungswandler mit geringen Änderungsgeschwindigkeiten des Eingangsstromes auskommen. Dadurch ist die Rückwirkung des X-by-Wire-Systems auf das restliche Bordnetz einstellbar.

Weitere Vorteile bestehen darin, dass eine Manipulation am System schnell und einfach erkennbar ist, dass eine modellbasierte Diagnose des Versorgungssystems möglich ist und dass nur ein geringer Aufwand zur Steuerung des Gesamtsystems benötigt wird.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Beschreibung
Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Spannungsversorgung für sicherheitsrelevante Verbraucher ist das normale Bordnetz zur Versorgung der Fahrzeugverbraucher im Block 1 enthalten. Dieses normale Bordnetz umfasst im Einzelnen einen Generator G, einen Ladungsspeicher SP, insbesondere eine Batterie, einen Starter S sowie Verbraucher V1, V2 und V3, die über drei zugehörige Siche rungen S1, S2 und S3 sowie gegebenenfalls Schalter SCH 1 und SCH 2 an den Ladungsspeicher SP bzw. den Generator G anschließbar sind, wobei die Ansteuerung der Schalter mittels Schaltsignalen SIG 1 erfolgen kann. Die Verbraucher V1 und V2 sind bei dem dargestellten normalen Bordnetz zuschaltbar, während der Verbraucher V3 ein dauerhaft zu versorgender Verbraucher ist. Weitere Verbraucher können auf ähnliche Weise wie die Verbraucher V1 und V2 angeschlossen werden.
Die sicherheitsrelevanten Verbraucher, insbesondere ein so genanntes X-by-Wire-System sind mit 6 bezeichnet. Dieses System ist in zwei Kreise K1 und K2 aufgeteilt. Jeder dieser Kreise wird separat mit elektrischer Energie versorgt.
Die Versorgung der sicherheitsrelevanten Verbraucher bzw. des X-by-Wire-Systems 6 erfolgt über zwei getrennte Energiepfade, die prinzipiell gleich aufgebaut sind. Jeder Pfad besteht aus einem Spannungswandler (DC/DC-Wandler) 2 bzw. 3 und einem Ladungsspeicher bzw. einer Batterie 4 bzw. 5. Der Anschluss der beiden getrennten Energiepfade erfolgt dabei so, dass der Pfad mit dem Spannungswandler 2 und der Batterie 4 zwischen dem Speicher SP und dem Starter S angeschlossen wird und der Energiepfad mit dem Spannungswandler 3 zwischen dem Generator G und dem Speicher SP angeschlossen wird.
Durch die in der Figur dargestellte Bordnetzschaltung kann das System mit den sicherheitsrelevanten Verbrauchern völlig unabhängig vom Bordnetz konzipiert werden. Änderungen im Bordnetz haben wiederum keine Auswirkung auf das System mit den sicherheitsrelevanten Verbrauchern. Durch die vollständige Redundanz der Spannungsversorgung für die Kreise K1 und K2 lässt sich als X-by-Wire-System auch ein elektrisches Bremssystem realisieren, wobei dies vorzugsweise ein zweikreisiges elektrisches oder elektromechanisches Bremssystem ist.
Durch entsprechende Ansteuerung der Spannungswandler 2 bzw. 3, die bspw. mit Hilfe zugeführter Ansteuersignale SIG 2 und SIG 3 erfolgt, kann von einem nicht näher dargestellten externen Steuergerät 10, beispielsweise einem Bordnetzsteuergerät eine Ansteuerung der Spannungswandler 2 bzw. 3 so erfolgen, dass entweder die Batterie 4 oder die Batterie 5 oder beide bevorzugt geladen werden. Dadurch wird die batterieseitige Ausgangsspannung der Spannungswandler entsprechend festgelegt und insbesondere gegen über der Bordnetzspannung erhöht. Auswirkungen durch unterschiedliche Spannungsniveaus am Speicher SP bzw. an den Batterien 4 oder 5 können mit Hilfe der beiden Spannungswandler 2 bzw. 3 verändert werden. Insbesondere wird mit Hilfe der beiden Spannungswandler 2 bzw. 3 eine beispielsweise an auftretende Bedingungen angepasste Ausgangsspannung erzeugt. Dabei wird auch berücksichtigt, dass Überspannungen, die im Basis-Bordnetz auftreten können, durch die Gleichspannungswandler vermindert werden müssen, um eine Batterieschädigung durch Überladen im X-by-Wire-Bordnetz zu verhindern. Als Batterie 4 bzw. 5 sowie als Speicher SP können bspw. Blei-Säure-Batterien eingesetzt werden, wobei auch andere Ladungsspeicher denkbar sind. Die Batterien 4 und 5 können, müssen aber nicht gleichartig sein. Den Batterien oder wenigstens einer der Batterien können Mittel zur Ladezustandserkennung zugeordnet sein, deren Informationen bei der Ansteuerung der Gleichspannungswandler berücksichtigt werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Spannungsversorgung für sicherheitsrelevante Verbraucher mit einem ersten Teilbordnetz, das den Generator, einen Speicher, einen Starter sowie die herkömmlichen Verbraucher umfasst und wenigstens zwei sicherheitsrelevanten Verbrauchern, die mit wenigstens zwei Ladungsspeichern insbesondere Batterien in Verbindung stehen, ist wie vorstehend beschrieben, also dadurch gekennzeichnet, dass die sicherheitsrelevanten Verbraucher in zwei Kreise K1 und K2 unterteilt sind und jeder dieser Kreise K1 und K2 ist mit einem eigenen Ladungsspeicher, insbesondere einer Batterie 4, 5 verbunden und jeder dieser Ladungsspeicher 4, 5 steht über einen Spannungswandler 2, 3 mit dem üblichen Bordnetz 1 in Verbindung.

Claims

Vorrichtung zur Spannungsversorgung für sicherheitsrelevante Verbraucher mit einem ersten Teilbordnetz, das den Generator, einen Speicher, gegebenenfalls einen Starter sowie die herkömmlichen Verbraucher umfasst und wenigstens zwei sicherheitsrelevanten Verbrauchern, die mit wenigstens zwei Ladungsspeichern insbesondere Batterien in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die sicherheitsrelevanten Verbraucher in zwei Kreise (K1, K2) unterteilt sind, dass jeder dieser Kreise (K1, K2) mit einem eigenen Ladungsspeicher, insbesondere einer Batterie (4, 5) verbunden ist und jeder dieser Ladungsspeicher (4, 5) über einen Spannungswandler (2, 3) mit dem üblichen Bordnetz (1) in Verbindung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (2) zwischen dem Ladungsspeicher (SP) und dem Starter (S) und der Spannungswandler (3) zwischen dem Generator (G) und dem Ladungspeicher (SP) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreise (K1) und (K2) X-by-Wire-Systeme umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die X-by-Wire-Systeme zwei Bremskreise einer zweikreisigen elektrischen oder elektromechanischen Bremse sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Spannungswandler (2, 3) so steuerbar ist, dass er batterieseitig eine angepasste, vorzugsweise an vorliegende Bedingungen angepasste Ausgangsspannung liefert.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Gleichspannungswandler mittel Ansteuersignalen erfolgt, die von einem Steuergerät (10), vorzugsweise einem Bordnetzsteuergerät geliefert werden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterien (4, 5) gleichartige Batterien sind, insbesondere Blei-Säure-Batterien und der Speicher (SP) eine Blei-Säure-Batterie oder Supercap ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterien (4, 5) unterschiedliche Batterien sind und der Speicher (SP) eine Blei-Säure-Batterie oder Supercap ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Inselbordnetz vorhanden ist.