-
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugsteuergerät sowie ein Energiebordnetz mit einem Kraftfahrzeugsteuergerät.
-
Bei Kraftfahrzeugsteuergeräten, die an zwei oder mehr Energiekreise eines Energiebordnetzes eines Kraftfahrzeugs angeschlossen sind, muss eine Trennung der Energiekreise sichergestellt sein, damit die Energiekreise sich nicht gegenseitig beeinflussen.
-
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Energiekreise zu diesem Zweck galvanisch zu trennen (beispielsweise über einen Optokoppler). Befinden sich die Energiekreise auf gleichem Spannungsniveau, so können die Energiekreise bei Verwendung einer gemeinsamen Masse auch hochohmig getrennt sein.
-
Bei sicherheitsrelevanten Kraftfahrzeugsteuergeräten, die beispielsweise ein erstes Teilsteuergerät und ein zweites, redundantes Teilsteuergerät umfassen, soll ein Abriss einer Masseleitung nicht dazu führen, dass beide Teilsteuergeräte gleichzeitig ausfallen. Deswegen ist in diesem Fall üblicherweise eine Masseleitung für jedes Teilsteuergerät vorhanden, wobei die Masseleitungen getrennt voneinander aus dem Kraftfahrzeugsteuergerät herausgeführt und räumlich voneinander getrennt mit der Kraftfahrzeugmasse verbunden werden. Um einen statischen und dynamischen Masseversatz zwischen den Teilsteuergeräten zu vermeiden (damit beispielsweise eine störungsfreie massebezogene Kommunikation der Teilsteuergeräte untereinander gewährleistet ist) müssen die Masseleitungen so ausgelegt werden, dass sich ein gleicher Spannungsabfall über den jeweiligen Masseleitungen durch den Massestrom ergibt und dass keine dynamischen Potentialdifferenzen zwischen den Anschlagpunkten auftreten. Dadurch ergeben sich Einschränkungen bei der Wahl von Leitungslängen, Leitungsquerschnitten und Anschlagpunkten an der Kraftfahrzeugmasse. Außerdem müssen alterungsbedingte Veränderungen von Kontaktwiderständen von Steck- und Kontaktelementen der Masseleitungen berücksichtigt werden.
-
Zudem muss die Funktionstüchtigkeit der Masseleitungen, die aus dem Kraftfahrzeugsteuergerät herausgeführt sind, zuverlässig diagnostizierbar sein, was im Stand der Technik oft mit einem erhöhten Aufwand verbunden ist.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeugsteuergerät sowie ein Energiebordnetz mit einem Kraftfahrzeugsteuergerät zu schaffen, bei dem die Nachteile aus dem Stand der Technik vermieden sind.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kraftfahrzeugsteuergerät, das an mehrere Energiekreise eines Energiebordnetzes eines Kraftfahrzeugs anschließbar ist, die einen gemeinsamen Massebezug aufweisen, wobei das Kraftfahrzeugsteuergerät mehrere, jeweils einem Energiekreis zugeordnete Masseflächen aufweist, und wobei zumindest ein Paar von Masseflächen, die in unterschiedlichen Energiekreisen vorgesehen sind, über einen ohmschen Widerstand elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Der gemeinsame Massebezug ist insbesondere durch die Karosserie des Kraftfahrzeugs gebildet. Durch den ohmschen Widerstand ist die Stromstärke eines Stroms, der über die Verbindung zwischen den Masseflächen fließt, begrenzt. Der ohmsche Widerstand ist insbesondere derart, dass eine massegebundene Kommunikation zwischen Bauteilen, die verschiedenen Energiekreisen zugeordnet sind, nicht gestört ist, weswegen eine galvanische Trennung von Kommunikations- und Signalleitungen nicht notwendig ist und Restriktionen bei der Wahl der Dimensionierung und der Anschlagpunkte von Masseleitungen aufgehoben sind. Ferner sorgt der ohmsche Widerstand dafür, dass eine Verkettung und damit eine Rückwirkung der Energiekreise untereinander über gemeinsame Ströme auf einer Leitung begrenzt sind.
-
Vorzugsweise ist der ohmsche Widerstand niederohmig. Dadurch ist die Kommunikation zwischen den Energiekreisen kaum oder sogar gar nicht durch den ohmschen Widerstand beeinträchtigt. Der ohmsche Widerstand hat zum Beispiel einen Wert zwischen 4 und 20 Ohm.
-
Ein Aspekt sieht vor, dass mehrere Teilsteuergeräte vorgesehen sind, die jeweils einem Energiekreis des Kraftfahrzeugs zugeordnet sind. Die Teilsteuergeräte können redundant ausgeführte Steuergeräte sein, beispielsweise Steuergeräte für eine sicherheitsrelevante Funktion des Kraftfahrzeugs. Da die Masseflächen über den ohmschen Widerstand verbunden sind, ist eine Verkettung und damit eine Rückwirkung der Energiekreise untereinander über gemeinsame Ströme auf den Masseleitungen begrenzt. Die Energiekreise sind also genug voneinander entkoppelt, insbesondere indem der ohmsche Widerstand groß genug gewählt ist, dass Fehler (beispielsweise Spannungsfehler) in einem Energiekreis sich nicht wesentlich auf den anderen Energiekreis übertragen. Ein Ausfall eines Teilsteuergeräts führt also nicht zum Ausfall des anderen Teilsteuergeräts. Sogenannte „Common Cause Fehler“ gemäß der ISO262262 sind dementsprechend erfindungsgemäß vermieden.
-
Vorzugsweise ist den Teilsteuergeräten jeweils eine Masseleitung zugeordnet, die die Massefläche des Teilsteuergeräts mit dem gemeinsamen Massebezug elektrisch leitend verbindet. Insbesondere sind Anschlagpunkte der Masseleitungen an der Fahrzeugkarosserie räumlich voneinander getrennt. Eine Diagnose der Funktionstüchtigkeit der Masseleitungen der Teilsteuergeräte ist mit einfachen Mitteln möglich. Dies erfolgt beispielsweise durch Messung einer am ohmschen Widerstand abfallenden Spannung, da bei Abriss einer Masseleitung ein verhältnismäßig großer Strom (wesentlich größer als im normalen Betrieb des Kraftfahrzeugsteuergeräts) durch den ohmschen Widerstand fließt und deswegen ein verhältnismäßig große Spannung am ohmschen Widerstand abfällt.
-
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass eine Spannungsmesseinrichtung vorgesehen ist, die eine am ohmschen Widerstand abfallende Spannung abgreift. Über diese Spannungsmesseinrichtung ist der Zustand der Masseleitungen, die die Masseflächen kontaktieren und Strom von den Masseflächen zum gemeinsamen Massebezug leiten, einfach diagnostizierbar. Bei einer defekten Masseleitung (Masseleitung ist abgerissen oder hat einen erhöhten Widerstand) fließt ein erhöhter Strom durch den ohmschen Widerstand, wodurch an diesem eine größere Spannung abfällt. Es lässt sich über die Spannungsmesseinrichtung also besonders einfach über eine Messung der am ohmschen Widerstandselement abfallenden Spannung der Zustand der Masseleitungen ermitteln, was besonders bei redundant ausgeführten, sicherheitsrelevanten Teilsteuergeräten von Vorteil ist.
-
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Teilsteuergeräte miteinander signalübertragend zur Kommunikation verbunden sind, vorzugsweise über einen Bus, der insbesondere ein CAN-Bus ist. Der Bus steuert die Interprozessorkommunikation zwischen den einzelnen Teilsteuergeräten, sodass eine gemeinsame Stromrückführung über die Fahrzeugmasse ausreichend ist und nicht jedes Teilsteuergerät eine eigene Masseleitung benötigt, die das Teilsteuergerät mit einer Spannungsquelle verbindet.
-
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der ohmsche Widerstand derart, dass ein Strom zwischen den Masseflächen, die über den ohmschen Widerstand miteinander elektrisch leitend verbunden sind, auf einen vordefinierten maximalen Wert begrenzt ist, beispielsweise fünf Ampere. Der vordefinierte maximale Wert ist insbesondere derart, dass die Energiekreise hinreichend entkoppelt sind und sich nicht wesentlich gegenseitig beeinflussen.
-
Zum ohmschen Widerstand kann wenigstens eine Reaktanz parallel und/oder in Reihe geschaltet sein. Die wenigstens eine Reaktanz ist insbesondere derart gestaltet und angeordnet, dass hochfrequente Streuströme kurzgeschlossen sind. Da solche Streuströme elektromagnetische Wellen erzeugen, ist hierdurch die elektromagnetische Verträglichkeit des Kraftfahrzeugsteuergeräts erhöht.
-
Vorzugsweise sind die Masseflächen, abgesehen von der Verbindung über den ohmschen Widerstand, zueinander elektrisch isoliert. Ist eine zusätzliche Reaktanz im Kraftfahrzeugsteuergerät vorgesehen, also ein Blindwiderstand, so sind die beiden Masseflächen bis auf die elektrisch leitende Verbindung über den ohmschen Widerstand und die Reaktanz innerhalb des Kraftfahrzeugsteuergeräts zueinander elektrisch isoliert. Es besteht also ansonsten innerhalb des Kraftfahrzeugsteuergeräts keine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Masseflächen.Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch ein Energiebordnetz mit einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugsteuergerät. Bezüglich der Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
-
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Energiekreise mit einer im Wesentlichen gleichen Spannung versorgt. Insbesondere sind die Energiekreise von derselben Spannungsquelle mit Spannung versorgt (z.B. aus einem 48V Energiebordnetz oder einem Hochvolt-Bordnetz). Die Spannungsquelle ist beispielsweise ein Akkumulator des Kraftfahrzeugs in Verbindung mit einem Gleichspannungswandler, wobei der Akkumulator eine andere Spannungslage aufweisen kann als die Energiekreise.
-
Optional sind mehrere der Energiekreise paarweise über ein zusätzliches Koppelelement außerhalb des Kraftfahrzeugsteuergeräts miteinander verbunden. Das Koppelelement ist insbesondere derart gestaltet, dass es eine Verbindung zwischen den Energiekreisen herstellen kann, beispielsweise um eine Spannungsquelle eines Energiekreises aufzuladen, wobei die Verbindung beispielsweise elektrisch leitend oder über eine induktive Kopplung hergestellt ist. Das Koppelelement kann dementsprechend ein elektrischer Schalter bzw. ein Gleichspannungswandler sein.
-
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In diesen zeigen:
- - 1 einen schematischen Schaltplan eines erfindungsgemäßen Energiebordnetzes mit einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugsteuergerät; und
- - 2 das erfindungsgemäße Energiebordnetz von 1 mit einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugsteuergerät gemäß einer alternativen Variante.
-
1 und 2 zeigen einen Teil eines Energiebordnetzes 10 eines Kraftfahrzeugs. Solche Energiebordnetze versorgen beispielsweise Steuergeräte des Kraftfahrzeugs mit Strom.
-
Das Energiebordnetz 10 weist mehrere Energiekreise auf, wobei in 1 und 2 ein erster Energiekreis 12 und ein zweiter Energiekreis 14 gezeigt sind.
-
Der erste und der zweite Energiekreis 12, 14 haben eine erste Spannungsquelle 16 bzw. eine zweite Spannungsquelle 18. Die Spannungsquellen 16, 18 sind beispielsweise jeweils durch einen Akkumulator des Kraftfahrzeugs in Verbindung mit einem Gleichspannungswandler gebildet.
-
Beide Energiekreise 12, 14 sind an eine gemeinsame Masse 20 (im Folgenden als Fahrzeugmasse 20 bezeichnet) angeschlossen, die Rückströme in den Energiekreisen 12, 14 transportiert. Die Fahrzeugmasse 20 ist im Wesentlichen durch die Karosserie des Kraftfahrzeugs gebildet.
-
Ein Kraftfahrzeugsteuergerät 22 ist an die beiden Energiekreise 12, 14 angeschlossen. Das Kraftfahrzeugsteuergerät 22 umfasst ein erstes und ein zweites Teilsteuergerät 24, 26, die über eine erste bzw. eine zweite Stromversorgungseinheit 28, 30 jeweils an einen der Energiekreise 12, 14 angeschlossen sind. In der hier gezeigten Variante sind dabei die Stromversorgungseinheiten 28, 30 jeweils zwischen dem Teilsteuergerät 24, 26 und einem Pluspol der dem jeweiligen Energiekreis 12, 14 zugeordneten Spannungsquelle 16, 18 vorgesehen.
-
Die beiden Teilsteuergeräte 24, 26 können über einen Bus 31, der insbesondere ein CAN-Bus ist, signalübertragend miteinander zur wechselseitigen Kommunikation verbunden sein.
-
Das erste Teilsteuergerät 24 hat eine erste Massefläche 32, die über eine erste Masseleitung 34 mit der Fahrzeugmasse 20 elektrisch leitend verbunden ist.
-
Analog dazu weist das zweite Teilsteuergerät 26 eine zweite Massefläche 36 auf, die über eine zweite Masseleitung 38 ebenfalls mit der Fahrzeugmasse 20 elektrisch leitend verbunden ist.
-
Bei den beiden Teilsteuergeräten 24, 26 handelt es sich beispielsweise um redundant ausgeführte Steuergeräte für eine sicherheitsrelevante Funktion des Kraftfahrzeugs. Dementsprechend darf ein Abriss einer einzelnen Verbindung zur Fahrzeugmasse 20 nicht dazu führen, dass das Kraftfahrzeugsteuergerät 22 komplett ausfällt. Deswegen sind die beiden Masseleitungen 34, 38 separat voneinander aus dem Kraftfahrzeugsteuergerät 22 herausgeführt und mit der Fahrzeugmasse 20 verbunden, insbesondere an verschiedenen Stellen der Fahrzeugmasse 20.
-
Die beiden Energiekreise 12, 14 sind in der in 1 und 2 gezeigten Variante zudem über ein optionales Koppelelement 40 in Bezug auf die Spannungsquellen 16, 18 pluspolseitig miteinander vorzugsweise induktiv koppelbar, alternativ elektrisch leitend verbindbar. Das Koppelelement 40 kann dementsprechend ein Gleichstromwandler bzw. ein elektrischer Schalter sein. Es kann zum Beispiel vorgesehen sein, die beiden Energiekreise 12, 14 miteinander zu koppeln, um eine der Spannungsquellen 16, 18 aufzuladen.
-
Durch eine galvanische oder hochohmige Trennung der beiden Energiekreise 12, 14 kann es zu Masseversätzen (Potentialdifferenzen zwischen den Kontaktpunkten der Masseleitungen 34, 38 mit der Fahrzeugmasse 20) kommen, die die Kommunikation zwischen den beiden Energiekreisen 12, 14 stören.
-
Um dies zu verhindern, ist vorgesehen, dass die beiden Masseflächen 32, 36 unmittelbar und direkt miteinander über einen ohmschen Widerstand 42 elektrisch leitend verbunden sind. Der ohmsche Widerstand 42 ist niederohmig, weist also beispielsweise einen elektrischen Widerstand zwischen 4 und 20 Ohm auf.
-
Insbesondere ist die Größe des elektrischen Widerstands derart gewählt, dass eine Stromstärke zwischen den Masseflächen 32, 36 auf einen maximalen Wert, beispielsweise 5 A, begrenzt ist.
-
Bis auf die elektrisch leitende Verbindung über den ohmschen Widerstand 42 sind die beiden Masseflächen 32, 36 innerhalb des Kraftfahrzeugsteuergeräts 22 zueinander elektrisch isoliert. Es besteht also ansonsten innerhalb des Kraftfahrzeugsteuergeräts 22 keine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Masseflächen 32, 36.
-
Es kann eine Spannungsmesseinrichtung 44 vorgesehen sein, die eine am ohmschen Widerstand 42 abfallende Spannung abgreift. Über diese Spannungsmesseinrichtung ist der Zustand der Masseleitungen 34, 38, die die Masseflächen 32, 36 kontaktieren und Strom von den Masseflächen 32, 36 zum gemeinsamen Massebezeug 20 leiten, einfach diagnostizierbar. Bei einer defekten Masseleitung 34, 38 (Masseleitung 34, 38 ist abgerissen oder hat einen erhöhten Widerstand) fließt ein erhöhter Strom durch den ohmschen Widerstand 42, wodurch an diesem eine größere Spannung abfällt. Es lässt sich über die Spannungsmesseinrichtung 44 also über eine Messung der am ohmschen Widerstandselement 42 abfallenden Spannung der Zustand der Masseleitungen 34, 38 ermitteln.
-
Das Kraftfahrzeugsteuergerät 22 kann an mehr als zwei Energiekreise angeschlossen sein, wobei im Kraftfahrzeugsteuergerät 22 wiederum eine Massefläche für jeden Energiekreis vorgesehen ist, an den es angeschlossen ist. Alternativ oder zusätzlich weist das Energiebordnetz 10 weitere Energiekreise mit zusätzlichen Steuergeräten auf.
-
In 2 ist eine alternative Variante des Energiebornetzes 10 gezeigt, genauer gesagt eine alternative Variante des Kraftfahrzeugsteuergeräts 22.
-
Die in 2 gezeigte Variante unterscheidet sich von der oben beschriebenen Variante gemäß 1 dadurch, dass zusätzlich zum ohmschen Widerstand 42 wenigstens eine Reaktanz 46 vorgesehen ist. Die wenigstens eine Reaktanz 46 wird im Folgenden als Blindwiderstand 46 bezeichnet.
-
Der wenigstens eine Blindwiderstand 46 ist zum ohmschen Widerstand 42 in Reihe oder parallel geschaltet (angedeutet durch die gepunkteten Linien in 2). Sind mehrere Blindwiderstände 46 vorgesehen, so sind sie zum ohmschen Widerstand 42 in Reihe und/oder parallel geschaltet
-
Bis auf die elektrisch leitende Verbindung über den ohmschen Widerstand 42 und/oder den wenigstens einen Blindwiderstand 46 sind die beiden Masseflächen 32, 36 innerhalb des Kraftfahrzeugsteuergeräts 22 zueinander elektrisch isoliert. Es besteht also ansonsten innerhalb des Kraftfahrzeugsteuergeräts 22 keine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Masseflächen 32, 36.
-
Durch entsprechende Wahl des wenigstens einen Blindwiderstands 46 (also seiner kapazitiven und induktiven Anteile, Parallelschaltung oder Reihenschaltung) können gewünschte Eigenschaften der elektrischen Kopplung zwischen den beiden Masseflächen 32, 36 erreicht sein. Beispielsweise können mittels des wenigstens einen Blindwiderstands 46 hochfrequente Streuströme kurzgeschlossen werden, um elektromagnetische Wechselfelder zu reduzieren und somit die elektromagnetischen Verträglichkeit des Kraftfahrzeugsteuergerätes 22 zu erhöhen.
