DE102007022766B3

DE102007022766B3 - Schaltungsanordnung zur Stromversorgung von Steuergeräten in Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102007022766B3
Application number: DE102007022766A
Authority: DE
Inventors: Thomas Heger; Rainer Bonss
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2007-05-15
Filing date: 2007-05-15
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2027-05-16
Also published as: US20100141029A1; WO2008138549A2; CN101687479B; US8274174B2; CN101687479A; WO2008138549A3

Abstract

Die Schaltungsanordnung zur Stromversorgung von Steuergeräten in Kraftfahrzeugen, insbesondere von Agsleitungen (4, 7) und zwei Masseleitungen (5, 8) hat einen Schalter (S1), durch den die beiden Masseleitungen (5, 8) verbindbar sind. Der Schalter (S1) wird durch eine Logikschaltung (9) dann geschlossen, wenn die erste Masseleitung (5) gestört oder unterbrochen ist. Bei ungestörtem Betrieb sind die beiden Masseleitungen (5 und 8) vollständig voneinander getrennt, so dass keine Rückwirkungen von der zweiten Masseleitung (8) auf das Steuergerät (1) aufreten können.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Stromversorgung von Steuergeräten in Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Die DE 20 2005 016 686 U1 zeigt eine elektrische Versorgung eines elektronischen Bremssystems eines Anhängers, bei dem ein im Anhänger angeordnetes elektronisches Bremssystem über zwei verschiedene Kabel mit Energie versorgt werden kann. Das eine der Kabel dient der Stromversorgung der Anhängerbremsleuchten und weist eine Abzweigung auf, die zu der elektronischen Bremssteuerung führt. Das zweite Kabel ist ein separates Kabel für die elektronische Bremssteuerung. Falls das genannte zweite Kabel nicht angeschlossen ist oder aus anderen Gründen keine ordnungsgemäße Stromversorgung sicherstellt, wird zumindest während eines Bremsvorganges über das erste Kabel das elektronische Steuergerät mit elektrischer Energie versorgt.
Die DE 10 2004 008 935 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur redundanten Spannungsversorgung für ein Steuergerät in einem Fahrzeugbordnetz mit zwei Leitungen, von denen die erste als Hauptverbindung zur Übernahme der gesamten Leistung ausgelegt ist, während die zweite Leitung als Notversorgungsleitung ausgestaltet ist und so ausgelegt ist, daß nur eine geringere Leistungsaufnahme möglich ist. Die beiden Leitungen sind über Dioden entkoppelt.
Nach dem Übereinkommen über die Annahme einheitlicher technischer Vorschriften für Radfahrzeuge erlaubt § 5.1.3.6 der ECE R13 die alternative elektrische Versorgung eines elektronischen Bremssystems (EBS) im Anhängerfahrzeug über eine Steckverbindung nach der Norm ISO 1185/ISO 12098, wobei diese Versorgungsart auf den Fehlerfall „Ausfall der elektrischen Versorgung über die Steckverbindung nach ISO 7638" beschränkt sein muss.
2 zeigt zur Verdeutlichung der Problemstellung ein elektronisches Steuergerät 1 mit fünf Anschlußpins P1–P5. Der Anschlußpin P1 ist mit Batteriespannung verbunden und ist nach ISO 7638 (dortiger PIN 1) verschaltet. Der PIN 2 ist mit dem Bremslicht nach ISO 1185 (dortiger PIN 4) verbunden und erhält bei Betätigung eines Bremslichtschalters (nicht dargestellt) ebenfalls Versorgungsspannung. Diese beiden Versorgungsspannungen sind über Dioden D1 und D2 entkoppelt.
Der PIN P3 ist nach ISO 7638 (dortiger PIN 2) verschaltet. PIN P4 ist mit Masse verbunden und zwar gemäß ISO 7638 (dortiger PIN 4), während der PIN P5 nach ISO 1185 (dortiger PIN 1) verschaltet und ebenfalls mit Masse verbunden ist. Der PIN P3 ist nach ISO 7638 (dortiger PIN 2) verschaltet und wird demgemäß beim Einschalten der „Zündung" mit (IGN) Versorgungsspannung verbunden. Die PINs und P1 und P4 sowie P2 und P5 bilden somit jeweils eine Stromversorgung für das elektronische Steuergerät 1, so daß eine redundante Stromversorgung vorhanden ist. Die Massen der beiden redundanten Versorgungen über ISO 7638 und ISO 1185 dürfen nicht direkt miteinander verbunden werden, d. h. die in einem gestrichelten Kreis K1 dargestellte Verbindung ist unzulässig, da sonst eine Rückwirkung durch einen elektrischen Verbraucher, wie z. B. eine Fahrzeugbeleuchtung L2 auf das elektronische Steuergerät 1 und damit ein Bremssystem gegeben ist und auch in einem fehlerfreien Fall wirksam wird.
Durch den größeren Querschnitt der Masseleitung der ISO 7638 Steckverbindung (PIN P4) würde ein Ausgleichsstrom I2 in der dargestellten Richtung fließen, wodurch ein zusätzlicher Spannungsabfall über die Masseverbindung der ISO 7638 Steckverbindung (PIN P4) hervorgerufen würde, welche eine Erhöhung des Massepotentiales, d. h. gemeinsames Potential der PINs P4 und P5, zufolge hätte. Je nach Höhe der aktuellen Versorgungsspannung am PIN P1 könnte dies zu einer Unterspannung des elektronischen Steuergerätes 1 führen. Wird die Masseleitung zum PIN P5 unterbrochen, was durch die Unterbrechungsstelle B1 angedeutet ist, so kann der Strom I1 nicht mehr darüber abfließen und verstärkt diesen Effekt, da der gesamte Strom dann nur noch als Strom I3 über die Masseleitung des PINs P4 abfließen kann.
Mit L1 ist ein Bremslicht bezeichnet, das zwischen den PINs P2 und P5 liegt. Mit L2 ist eine Fahrzeugbeleuchtung angedeutet, deren Masse mit dem PIN P5 verbunden ist.
3 zeigt den Stand der Technik, mit dem das in Zusammenhang mit 2 geschilderte Problem bisher gelöst wird. Die beiden Masseleitungen an den PINs P4 und P5 werden durch Dioden D5 und D6 entkoppelt, so daß der in 2 gezeigte Strom I2 nicht mehr fließen kann.
Durch die Entkopplung mittels der Dioden D5 und D6 erhält man aber folgende Nachteile:

– das interne Massepotential M1 wird um den Spannungsabfall an den Dioden D5 oder D6 angehoben;
– der maximale kontinuierliche Strom ist beschränkt, da sonst eine zu hohe Verlustleistung in den Dioden D5 und/oder D6 entsteht;
– die Verfügbarkeit des elektronischen Steuergerätes 1 wird um die Diodenspannung der Dioden D5 und D6 herabgesetzt;
– der Strom des elektronischen Steuergerätes 1 kann auch über die Bremslichtmasse (Masseleitung an PIN P5) abfließen und nicht nur, was korrekt wäre, über den PIN P5, d. h. die Masseleitung nach ISO 7638.

Mit der vorliegenden Erfindung sollen die oben geschilderten Nachteile beseitigt werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Schaltungsan ordnung zur Stromversorgung von Steuergeräten in Kraftfahrzeugen dahingehend zu verbessern, daß hohe Ströme zum Steuergerät möglich sind und gleichzeitig auch im Fehlerfall eine gesicherte Stromversorgung des Steuergerätes gewährleistet ist.
Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung schlägt daher im Prinzip vor, eine erste Masseleitung direkt durchzuführen, also ohne Entkopplungsdioden und eine zweite Masseleitung über einen elektrischen Schalter nur dann aktiv zu schalten, wenn eine Logikschaltung einen Fehler der ersten Masseleitung festgestellt hat.
Damit eliminiert man die beim Stand der Technik gemäß 3 beschriebenen Entkopplungsdioden, deren Leistungsverluste nicht mehr den maximal möglichen Strom begrenzen. Damit kann auch nicht mehr vorkommen, daß die zweite Masseleitung das Potential der ersten Masseleitung anhebt und dadurch die verfügbare Versorgungsspannung des Steuergerätes verringert. Gleichwohl erhält man eine erhöhte Sicherheit durch eine zweite Masseleitung, die bei Störung oder Ausfall der ersten Masseleitung aktiv geschaltet wird.
Durch den Schalter zwischen den beiden Masseleitungen sind diese im störungsfreien Betrieb galvanisch getrennt und somit vollständig entkoppelt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann der Schalter ein Relais sein. Nach einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Schalter durch zwei antiseriell geschaltete FET's realisiert werden, bei denen die Reversdioden gegeneinander geschaltet sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit 1 ausführlicher erläutert. Es zeigt:
1 ein Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung nach der Erfindung;
2 ein Prinzipschaltbild zur Erläuterung der Problemstellung der Erfindung; und
3 ein Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik.
1 zeigt eine elektronische Steuerung 1, die ebenfalls fünf PINs P1 bis P5 hat. Der Anschlußpin P1 ist mit einer ersten Leitung 4 verbindbar, die mit Batteriespannung UB1 beaufschlagt ist und gemäß ISO 7638 gemäß dem dortigen PIN 1 belegt ist.
Der PIN P4 ist mit einer ersten Masseleitung 5 verbindbar und ist gemäß ISO 7638 (dortiger PIN 4) belegt.
Der PIN P3 ist mit einer Leitung 6 verbindbar und gemäß ISO 7638 (dortiger PIN 2) belegt. Beim Einschalten der Zündung (IGN) des Fahrzeuges wird Batteriespannung an die Leitung 6 gelegt.
Der PIN P2 ist mit einer zweiten Stromversorgungsleitung 7 verbindbar und ist gemäß ISO 1185 (dortiger PIN 4) mit Batteriespannung UB2 belegt. Der PIN P5 ist mit einer zweiten Masseleitung 8 verbindbar und gemäß ISO 1185 (dortiger PIN 1) belegt.
Von dem Steuergerät 1 getrennte elektrische Verbraucher, wie z. B. eine Fahrzeugbeleuchtung L1, sind an die zweite Masseleitung 8 angeschlossen. Ein Bremslicht L2 liegt zwischen der zweiten Stromversorgungsleitung 7 und der zweiten Masseleitung 8 und wird über einen Schalter S2 ein- und ausgeschaltet.
Wie schon im Zusammenhang mit den 2 und 3 beschrieben, sind die beiden Stromversorgungsleitungen 4 und 7 über die Dioden D1 und D2 entkoppelt und mit der Endstufe 3 verbunden, die über einen Mikrokontroller 2 gesteuert wird. Die Leitung 6 ist über den PIN P3 und eine Diode D4 mit einem Steuereingang 13 des Mikrokontrollers 2 verbunden. Der Mikrokontroller 2 und die Endstufe 3 sind jeweils direkt mit der ersten Masseleitung 5 über den PIN P4 verbunden und haben damit das Massepotential M1.
Die zweite Stromversorgungsleitung 7 ist über eine Diode D3 mit dem Steuereingang 13 des Mikrokontrollers 2 verbunden, so daß dieser sowohl beim Einschalten der Zündung über die Leitung 6 als auch beim Einschalten des Bremslichtes L2 mit dem Schalter S2 über die Leitung 7 mit Batteriespannung versorgt wird.
Die erste Masseleitung 5 und die zweite Masseleitung 8 sind über einen Schalter S1 verbindbar. Dieser Schalter S1 ist von einer Logikschaltung 9 steuerbar, wobei ein erster Eingang 10 der Logikschaltung 9 mit der zweiten Stromversorgungsleitung 7 verbunden ist, ein zweiter Eingang 11 der Logikschaltung 9 mit der ersten Masseleitung 5 und ein dritter Eingang 12 der Logikschaltung 9 mit der zweiten Masseleitung 8 verbunden ist.
Bei normalem störungsfreien Betrieb erfolgt die Stromversorgung des Steuergerätes 1 über die Leitungen 4, 5 und 6. Insbesondere kann der Strom I3 nur über die erste Masseleitung 5 abfließen. Auch bei Betätigung der Bremse und damit einem Einschalten des Bremslichtes L2 fließt der von dem elektronischen Steuergerät 1 verbrauchte Strom ausschließlich über die erste Masseleitung 5 ab, während der vom Bremslicht L2 (Schalter S2) benötigte Strom über die Leitungen 7 und 8 fließt, was aber den Strom für das Steuergerät 1 nicht beeinflußt. Insbesondere haben Potentialverschiebungen auf der zweiten Masseleitung 8 keinerlei Einfluß auf die Stromversorgung des Steuergerätes 1.
Im Falle eines Fehlers, bei dem die erste Masseleitung 5 gestört ist und insbesondere unterbrochen ist, erkennt die Logikschaltung 9 diesen Zustand und schaltet den Schalter S1 ein, wodurch intern die beiden Masseleitungen 5 und 8 verbunden werden, so daß dann der von dem Steuergerät 1 verbrauchte Strom über die Masseleitung 8 abfließen kann (vgl. Pfeil I 1).
Die Stromversorgung des Mikrokontrollers 2 erfolgt im Normalfall beim Einschalten der Zündung des Fahrzeuges über die Leitung 6 und PIN P3. Bei Betätigen der Bremse und damit Einschalten des Bremslichtes L2 führt auch die zweite Versorgungsspannungsleitung 7 Batte riespannung, die über die Diode D3 zum Mikrokontroller 2 und über die Diode D2 zur Endstufe 3 gelangt. Die beiden möglichen Versorgungsspannungen auf den Leitungen 4 und 7 für die Endstufe 3 sind durch die Dioden D1 und D2 entkoppelt, während die beiden möglichen Versorgungsspannungen für den Mikrokontroller 2 auf den Leitungen 6 und 7 durch die Dioden D4 und D3 entkoppelt sind. Ein Steuereingang für den Mikrokontroller 2 ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Die Logikschaltung 9 stellt im Prinzip fest, ob die erste Masseleitung 5 gestört oder unterbrochen ist. Sobald die Bremse betätigt wird und damit auf der zweiten Stromversorgungsleitung 7 eine Spannung anliegt, kann die Logikschaltung 9 die beiden Spannungen zwischen den Leitungen 7 und 5 einerseits und den Leitungen 7 und 8 andererseits überprüfen. Ist die Masseleitung 5 unterbrochen, so steigt deren Potential über den Innenwiderstand der Endstufe 3 an, so daß die Spannungsdifferenz zwischen den Leitungen 4 und 5 unter einen Schwellwert sinkt, während die Spannungsdifferenz zwischen den Leitungen 7 und 8 der Spannungsdifferenz der Bordspannung entsprechen sollte. Stellt die Logikschaltung diesen Zustand fest, so wird der Schalter S1 durchgeschaltet, so daß auch für das Steuergerät 1 die zweite Masseleitung 8 aktiv ist.
Dieser Zustand bleibt von der Logikschaltung 9 aufrecht erhalten (gelached), bis das Bremslicht L2 wieder abschaltet, d. h. die Spannung auf der Leitung 7 absinkt. Dadurch wird verhindert, daß der Schalter S1 zu häufig durchschaltet, was beispielsweise aufgrund eines Wackelkontaktes am PIN P4 oder der ersten Masseleitung 5 auftreten kann.

Claims

Schaltungsanordnung zur Stromversorgung von Steuergeräten in Kraftfahrzeugen, mit einer ersten Stromversorgungsleitung (4), einer ersten Masseleitung (5), einer zweiten Stromversorgungsleitung (7) und einer zweiten Masseleitung (8), dadurch gekennzeichnet, daß die erste Masseleitung (5) und die zweite Masseleitung (8) mittels eines steuerbaren Schalters (S1) verbindbar sind, und daß eine Logikschaltung (9) den Schalter (S1) schließt, wenn die erste Masseleitung (5) gestört oder unterbrochen ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung (9) nach einem Schließen des Schalters (S1) diesen solange geschlossen hält, bis eine Spannung an der zweiten Stromversorgungsleitung (7) unter einen vorbestimmten Wert abfällt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung (9) drei Steuereingänge aufweist, von denen der erste Steuereingang (10) mit der zweiten Stromversorgungsleitung (7), der zweite Steuereingang (11) mit der ersten Masseleitung (5) und der dritte Steuereingang (12) mit der zweiten Masseleitung (8) verbunden sind, wobei die Logikschaltung (9) dann den Schalter (S1) schließt, wenn die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Steuereingang (10) und dem zweiten Steuereingang (11) unter einen vorbestimmten Schwellwert fällt und wobei die Logikschaltung (9) nur dann aktiv ist, wenn an der zweiten Stromversorgungsleitung (7) und damit dem ersten Steuereingang (10) der Logikschaltung (9) eine Mindestspannung anliegt.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (S1) ein Relais ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (S1) durch zwei antiseriell geschaltete Feldeffekttransistoren mit gegeneinander geschalteten Reversdioden realisiert ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (1) einen Mikrokontroller (2) und eine Endstufe (3) aufweist, deren Masseanschlüsse bei geöffnetem Schalter (S1) ausschließlich mit der ersten Masseleitung (5) verbunden sind.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromversorgungsanschluß (13) des Mikrokontrollers (2) mit der zweiten Stromversorgungsleitung (7) und einer weiteren Leitung (6) verbunden ist, wobei die zweite Stromversorgungsleitung (7) und die weitere Leitung (6) über Dioden (D3 und D4) voneinander entkoppelt sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromversorgungsanschluß (14) der Endstufe (3) mit der ersten Stromversorgungsleitung (4) und der zweiten Stromversorgungsleitung (7) verbunden ist, wobei die erste und die zweite Stromversorgungsleitung (4 und 7) über Dioden (D1 und D2) voneinander entkoppelt sind.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stromversorgungsleitung (7) durch einen Bremslichtschalter (S2) mit Versorgungsspannung (UB) verbindbar ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (1) ein Anhängerbremssteuergerät für einen LKW-Anhänger ist.