DE102020204076A1

DE102020204076A1 - Steuergerät zum Steuern einer Fahrzeugfunktion für ein Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts

Info

Publication number: DE102020204076A1
Application number: DE102020204076.1A
Authority: DE
Inventors: Ilker Bagci; Gowtham Perumalsamy; Istvan Hegedüs-Bite; Timm Muntel; Mohammad Alsharif; Hubert Bichelmeier; Bastian Hubracht
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2021-09-30
Also published as: CN115335263A; US20230159038A1; WO2021197777A1

Abstract

Der vorliegende Ansatz betrifft ein Steuergerät (105) zum Steuern einer Fahrzeugfunktion für ein Fahrzeug (100). Das Steuergerät (105) weist zumindest ein elektronisches oder elektrisches Bauteil (110), zumindest einen Hauptschalter (115) und einen Bauteilschalter (120) auf. Das Bauteil (110) ist zum Ausführen der Fahrzeugfunktion ausgebildet. Der Hauptschalter (115) ist über eine elektrische Leitung (125) zwischen dem Bauteil (110) und einem Versorgungsspannungsanschluss (130) zum Bereitstellen von Versorgungsspannung für das Bauteil (110) verbunden. Der Bauteilschalter (120) ist zwischen dem Bauteil (110) und dem Hauptschalter (115) angeordnet und dazu ausgebildet, um das Bauteil (110) mit der Leitung (125) zu verbinden.

Description

Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf ein Steuergerät zum Steuern einer Fahrzeugfunktion für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts.
Die aktuelle E/E-Architektur (elektrisch/elektronisch) im Fahrzeug integriert eine oder einige wenige Fahrzeugfunktionen pro Steuergerät. Dadurch ist die Zahl der Steuergeräte und der verteilten Softwarefunktionen ebenso wie die Komplexität der Vernetzung sehr groß.
Vor diesem Hintergrund schafft der vorliegende Ansatz ein verbessertes Steuergerät zum Steuern einer Fahrzeugfunktion für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines verbesserten Steuergeräts gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass ein Steuergerät geschaffen wird, bei dem einzelne Bauteile oder Baugruppen zum Ausführen unterschiedlicher Fahrzeugfunktionen je nach Bedarf zu- oder abgeschaltet werden können. Es wird hierbei in einer Ausführungsform ein hochintegriertes Steuergerät geschaffen, welches ein Einsparen vieler einzelner Steuergeräte pro Fahrzeugfunktionen ermöglicht.
Ein Steuergerät zum Steuern einer Fahrzeugfunktion für ein Fahrzeug weist zumindest ein elektronisches oder elektrisches Bauteil, zumindest einen Hauptschalter und einen Bauteilschalter auf. Das Bauteil ist zum Ausführen der Fahrzeugfunktion ausgebildet. Der Hauptschalter ist über eine elektrische Leitung zwischen dem Bauteil und einem Versorgungsspannungsanschluss zum Bereitstellen von Versorgungsspannung für das Bauteil verbunden. Der Bauteilschalter ist zwischen dem Bauteil und dem Hauptschalter angeordnet und dazu ausgebildet, um das Bauteil mit der Leitung zu verbinden.
Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein hoch- oder vollautomatisiert fahrbares Fahrzeug handeln, das zur Beförderung von Personen und zusätzlich oder alternativ Gütern ausgeformt sein kann. Das Bauteil kann beispielsweise Teil einer Baugruppe mehrerer elektronischer oder elektrischer Bauteile zum Ausführen der Fahrzeugfunktion sein. Das Steuergerät kann auch diese ganze Baugruppe umfassen. Zum Ausführen der Fahrzeugfunktion kann beispielsweise eine Versorgungsspannung zum Betreiben einer beliebigen Fahrzeugkomponente des Fahrzeugs zum Ausführen der Fahrzeugfunktion bereitgestellt werden. Bei dem Hauptschalter kann es sich um einen Schalter handeln, über den in einem geschlossenen Zustand des Hauptschalters alle Bauteile des Steuergeräts mit der Versorgungsspannung versorgt werden können oder mittels dessen in einem geöffneten Zustand des Hauptschalters alle Bauteile des Steuergeräts von der Versorgungsspannung getrennt werden können. Der Bauteilschalter kann dementsprechend für die Bereitstellung oder Unterbrechung der Versorgungsspannung für das spezifische Bauteil dienen. Es ist somit vorteilhafterweise bei dem Steuergerät eine Bauteil-spezifische und eine vollumfängliche Bereitstellung oder Unterbrechung der Versorgungsspannung ermöglicht. Die genannten Komponenten des Steuergeräts können auf einer gemeinsamen Platine und zusätzlich oder alternativ in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.
Das Steuergerät kann ferner zumindest ein zweites elektronisches oder elektrisches Bauteil zum Ausführen einer weiteren Fahrzeugfunktion des Fahrzeugs und einen zweiten Bauteilschalter aufweisen, der zwischen dem zweiten Bauteil und dem Hauptschalter angeordnet ist, und dazu ausgebildet ist, um das zweite Bauteil mit der Leitung zu verbinden. Die weitere Fahrzeugfunktion kann sich von der Fahrzeugfunktion unterscheiden. So können mehrere Fahrzeugfunktionen über ein Steuergerät gesteuert werden. Es können beispielsweise in geschlossenen Zuständen aller Schalter alle Bauteile mit Versorgungsspannung versorgt werden, oder bei geöffnetem Hauptschalter keines der Bauteil mit Versorgungsspannung versorgt werden oder bei geschlossenem Hauptschalter und geschlossenem Bauteilschalter und geöffnetem zweiten Bauteilschalter nur das Bauteil mit Versorgungsspannung versorgt werden oder bei geschlossenem Hauptschalter und geöffnetem Bauteilschalter und geschlossenem zweiten Bauteilschalter nur das zweite Bauteil mit Versorgungsspannung versorgt werden. Dies ermöglicht eine energiesparende, da individuelle Versorgung mit Versorgungsspannung, je nach eingesetzter oder benötigter Fahrzeugfunktion.
Das elektronische oder elektrische Bauteil und das zweite elektronische oder elektrische Bauteil können bezüglich des Hauptschalters parallelgeschaltet sein.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn das Steuergerät zumindest ein drittes elektronisches oder elektrisches Bauteil zum Ausführen einer zusätzlichen Fahrzeugfunktion des Fahrzeugs und einen dritten Bauteilschalter, der zwischen dem dritten Bauteil und dem Hauptschalter angeordnet ist, und dazu ausgebildet ist, um das dritte Bauteil mit der Leitung zu verbinden. Die zusätzliche Fahrzeugfunktion kann sich von der Fahrzeugfunktion und weiteren Fahrzeugfunktion unterscheiden. So können noch mehr Fahrzeugfunktionen über ein Steuergerät gesteuert werden. Das Steuergerät kann weiterhin eine beliebige Anzahl weiterer elektronischer oder elektrischer Bauteile zum Ausführen je unterschiedlicher weiterer Fahrzeugfunktionen des Fahrzeugs und jeweils zugeordnete Bauteilschalter aufweisen, die je zwischen dem weiteren Bauteil und dem Hauptschalter angeordnet sind, und dazu ausgebildet sind, um je das weitere Bauteil mit der Leitung zu verbinden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Steuergerät ferner einen zweiten Hauptschalter aufweisen, der über eine zweite elektrische Leitung zwischen dem Bauteil und einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss zum Bereitstellen von einer zweiten Versorgungsspannung verbundenen ist, und zusätzlich oder alternativ einen zwischen dem Bauteil und dem zweiten Hauptschalter angeordneten weiteren Bauteilschalter aufweisen, der dazu ausgebildet ist, um das Bauteil mit der zweiten Leitung zu verbinden. So ist ein Redundanzsystem geschaffen, das einspringen kann, falls der erste Hauptschalter, die elektrische Leitung und zusätzlich oder alternativ der Bauteilschalter defekt ist/sind.
Die elektrische Leitung und die zweite elektrische Leitung können galvanisch voneinander getrennt und/oder elektrisch voneinander isoliert sein. So kann das Bauteil entweder über die elektrische Leitung oder über die zweite elektrische Leitung mit Versorgungsspannung versorgt werden. Die elektrische Leitung kann hierbei beispielsweise ausgebildet sein, um die Versorgungsspannung bereitzustellen und die zweite elektrische Leitung ausgebildet sein, um die zweite Versorgungsspannung bereitzustellen, wobei sich die Versorgungsspannung und die zweite Versorgungsspannung unterscheiden. Beispielsweise kann der Versorgungsspannungsanschluss mit einer Spannungsquelle verbunden sein, welche eine Spannung von 12 Volt bereitstellt und zusätzlich oder alternativ der zweite Versorgungsspannungsanschluss mit einer weiteren Spannungsquelle verbunden sein, welche eine Spannung von 48 Volt bereitstellt. So können Bauteile mit unterschiedlichem Spannungsbedarf mit Spannung versorgt werden. Die Spannungsquellen können aber auch dieselbe Spannung bereitstellen und somit als Redundanz dienen.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn das Steuergerät gemäß einer Ausführungsform einen Versorgungsspannungswandler aufweist, der über eine weitere elektrische Leitung zwischen dem Hauptschalter und einem zusätzlichen Bauteilschalter des Bauteils verbunden ist, wobei der Versorgungsspannungswandler ausgebildet ist, um die Versorgungsspannung zu verändern. Hierbei kann der Versorgungsspannungswandler ausgebildet sein, um die Versorgungsspannung beispielsweise zu drosseln und zusätzlich oder alternativ zu erhöhen. So kann das Bauteil über eine Spannungsquelle mit Spannung versorgt werden, wobei das zweite Bauteil beispielsweise über dieselbe Spannungsquelle mit einer anderen Spannung versorgt werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann das Steuergerät den Versorgungsspannungswandler aufweisen, der über die weitere elektrische Leitung oder eine zusätzliche Leitung zwischen dem zweiten Hauptschalter und dem zusätzlichen Bauteilschalter des Bauteils verbunden ist.
Das Steuergerät kann auch eine Überwachungseinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, um einen Fehler des Bauteils zu erkennen und zusätzlich oder alternativ ein Öffnen und zusätzlich oder alternativ Schließen des Bauteilschalters zu bewirken, wenn der Fehler des Bauteils erkannt wird. Als Fehler kann ein Defekt oder eine Fehlfunktion des Bauteils verstanden werden. Dank einer solchen Überwachungseinrichtung kann ein fehlerhaftes Bauteil vorteilhafterweise beispielsweise abgeschaltet werden oder es kann ein Reset des fehlerhaften Bauteils durchgeführt werden.
Das Steuergerät kann auch eine weitere Überwachungseinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, um einen Fehler des Steuergeräts zu erkennen und zusätzlich oder alternativ ein Öffnen und zusätzlich oder alternativ Schließen des Hauptschalters zu bewirken, wenn der Fehler des Steuergeräts erkannt wird. Als Fehler kann ein Defekt oder eine Fehlfunktion des Steuergeräts verstanden werden. Dank einer solchen weiteren Überwachungseinrichtung kann beispielsweise ein Reset des kompletten Steuergeräts durchgeführt werden, wenn dieses fehlerhaft funktioniert.
Alternativ oder zusätzlich kann auch die weitere Überwachungseinrichtung ausgebildet sein, um einen Fehler am Versorgungsspannungsanschluss zu erkennen und ein Öffnen des Hauptschalters zu bewirken, wenn der Fehler am Versorgungsspannungsanschluss erkannt wird. Denkbar ist ferner auch, dass die weitere Überwachungseinrichtung ausgebildet ist, um einen Fehler am Versorgungsspannungsanschluss zu erkennen und ein Öffnen des zweiten Hauptschalters zu bewirken, wenn der Fehler am Versorgungsspannungsanschluss erkannt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann auch die weitere Überwachungseinrichtung ausgebildet sein, um einen Fehler am Versorgungsspannungsanschluss zu erkennen und ein Öffnen des Hauptschalters zu bewirken, wenn der Fehler am Versorgungsspannungsanschluss erkannt wird, wobei dann beispielsweise gleichzeitig durch ein Schließen des zweiten Hauptschalters bewirkt werden kann, dass die Versorgungsspannung über den Versorgungsspannungsanschluss unterbrechungsfrei weiter bereitsteht. Analog kann auch gemäß einer weiteren Ausführungsform die weitere Überwachungseinrichtung ausgebildet sein, um einen Fehler am Versorgungsspannungsanschluss zu erkennen und ein Öffnen des zweiten Hauptschalters zu bewirken, wenn der Fehler am Versorgungsspannungsanschluss erkannt wird, wobei auch hier beispielsweise gleichzeitig durch ein Schließen des Hauptschalters bewirkt werden kann, dass die Versorgungsspannung über den Versorgungsspannungsanschluss unterbrechungsfrei weiter bereitsteht.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Überwachungseinrichtung ausgebildet sein, beide Hauptschalter geschlossen zu halten oder zu schließen, wenn ein Fehler am Versorgungsspannungsanschluss auftritt, wobei dann der Hauptschalter geöffnet wird. Wenn ein Fehler am zweiten Versorgungsspannungsanschluss erkannt wird, kann über die Überwachungseinheit oder die weitere Überwachungseinheit der zweite Hauptschalter geöffnet werden. Dies führt zu einer höheren Verfügbarkeit durch die Realisierung einer unterbrechungsfreien Spannungsversorgung.
Ferner kann eine weitere Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes speziell für eine Ausgangssituation günstig sein, bei der beide Hauptschalter geschlossen sind, weil beispielsweise entsprechend viel Strom benötigt wird. Falls nun ein Fehler am Versorgungsspannungsanschluss erkannt wird dann wird beispielsweise der Hauptschalter geöffnet und Baugruppen entsprechend einer Prioritätsliste über die weitere Bauteilschalter abgeschaltet bzw. diese betreffenden Schalter geöffnet, um eine zweite elektrische Leitung als Versorgungsleitung nicht zu überlasten.
Auch kann für eine weitere Ausgangssituation eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes vorgesehen werden, bei der beide Hauptschalter geschlossen sind oder werden, weil entsprechend viel Strom benötigt wird. Falls ein Fehler am zweiten Versorgungsspannungsanschluss erkannt wird, dann kann der zweite Hauptschalter geöffnet werden und Baugruppen entsprechend einer Prioritätsliste über die Bauteilschalter abgeschaltet werden bzw. diese Bauteilschalter öffnen, um eine elektrische Leitung als Versorgungsleitung nicht zu überlasten.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Steuergerät zumindest eine Versorgungsenergiespeichereinheit, insbesondere einen Superkondensator und zusätzlich oder alternativ eine Pufferbatterie, aufweisen, die dazu ausgebildet ist, um eine zusätzliche Versorgungsspannung für das Bauteil bereitzustellen. Eine solche Versorgungsenergiespeichereinheit kann beispielsweise im Falle eines Fahrzeugblackouts hilfreich sein, um weiterhin Vorsorgungsenergie für das Fahrzeug bereitzustellen. Der oder die Hauptschalter können hierbei im Falle des Fahrzeugblackouts geöffnet sein oder werden.
Das Bauteil kann als eine Kommunikationsschnittstelle, Rechnereinheit, Spannungswandlereinheit, ein Prozessor, elektronischer Sensor, Aktuator und zusätzlich oder alternativ Leistungsverteiler ausgebildet sein. Hierbei handelt es sich um gängige Bauteile zum Ausführen einer Fahrzeugfunktion.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts in einer der vorangehend beschriebenen Varianten weist einen Schritt des Bereitstellens und einen Schritt des Beaufschlagens auf. Im Schritt des Bereitstellens wird das Steuergerät bereitgestellt. Im Schritt des Beaufschlagens wird die Versorgungsspannung an dem Versorgungsspannungsanschluss beaufschlagt, um das Steuergerät zu betreiben.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Steuergerät zum Steuern einer Fahrzeugfunktion des Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Steuergeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Steuergerät 105 zum Steuern einer Fahrzeugfunktion des Fahrzeugs 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Das Steuergerät 105 weist zumindest ein elektronisches oder elektrisches Bauteil 110, zumindest einen Hauptschalter 115 und einen Bauteilschalter 120 auf. Das Bauteil 110 ist zum Ausführen der Fahrzeugfunktion ausgebildet. Der Hauptschalter 115 ist über eine elektrische Leitung 125 zwischen dem Bauteil 110 und einem Versorgungsspannungsanschluss 130 zum Bereitstellen von Versorgungsspannung für das Bauteil 110 verbunden. Der Bauteilschalter 120 ist zwischen dem Bauteil 110 und dem Hauptschalter 115 angeordnet und dazu ausgebildet, um das Bauteil 110 mit der Leitung 125 zu verbinden.
Lediglich beispielhaft ist das Steuergerät 105 gemäß diesem Ausführungsbeispiel an oder in dem Fahrzeug 100 aufgenommen. Das Fahrzeug 100 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein hoch- oder vollautomatisiert fahrbares Fahrzeug 100 ausgebildet, das zur Beförderung von Personen und/oder Gütern ausgeformt ist. Bei der Fahrzeugfunktion handelt es sich beispielsweise um eine Fahrfunktion für das hoch- oder vollautomatisierte Fahren oder um eine beliebige Fahrzeugkomponente des Fahrzeugs 100. Das Bauteil 110 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel Teil einer Baugruppe 135 mehrerer elektronischer oder elektrischer Bauteile 110, wobei die Baugruppe 135 zum Ausführen der Fahrzeugfunktion ausgebildet ist. Das Steuergerät 105 umfasst gemäß einem solchen Ausführungsbeispiel diese ganze Baugruppe 135. Die genannten Komponenten 110, 115, 125 und/oder 130 des Steuergeräts 105 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf einer gemeinsamen Platine 145 und/oder in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Das Steuergerät 105 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner zumindest ein zweites elektronisches oder elektrisches Bauteil 150 zum Ausführen einer weiteren Fahrzeugfunktion des Fahrzeugs 100 und einen zweiten Bauteilschalter 155 auf, der zwischen dem zweiten Bauteil 150 und dem Hauptschalter 115 angeordnet ist, und dazu ausgebildet ist, um das zweite Bauteil 150 mit der Leitung 125 zu verbinden.
Die weitere Fahrzeugfunktion unterscheidet sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel von der Fahrzeugfunktion. Das elektronische oder elektrische Bauteil 110 und das zweite elektronische oder elektrische Bauteil 150 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel bezüglich des Hauptschalters 115 parallelgeschaltet. Ferner weist das Steuergerät 105 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest ein drittes elektronisches oder elektrisches Bauteil 160 zum Ausführen einer zusätzlichen Fahrzeugfunktion des Fahrzeugs und einen dritten Bauteilschalter 165, der zwischen dem dritten Bauteil und dem Hauptschalter angeordnet ist, und dazu ausgebildet ist, um das dritte Bauteil 160 mit der Leitung 125 zu verbinden. Die zusätzliche Fahrzeugfunktion unterscheidet sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel von der Fahrzeugfunktion und weiteren Fahrzeugfunktion. Das Steuergerät 105 weist weiterhin gemäß einem Ausführungsbeispiel eine beliebige Anzahl weiterer elektronischer oder elektrischer Bauteile B_n zum Ausführen je unterschiedlicher weiterer Fahrzeugfunktionen des Fahrzeugs 100 und jeweils zugeordnete Bauteilschalter S_n auf, die je zwischen dem weiteren Bauteil B_n und dem Hauptschalter 115 angeordnet sind, und dazu ausgebildet sind, um je das weitere Bauteil B_n mit der Leitung 125 zu verbinden. Auch das zweite Bauteil 150, dritte Bauteil 160 und/oder das/die weiteren Bauteile B_n können je Teil einer eigenen Bauteilgruppe aus einer Mehrzahl von zweiten Bauteilen 150, dritten Bauteilen 160 und/oder weiteren Bauteilen B_n sein. Die Bauteilgruppen können sich voneinander unterscheiden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Steuergerät 105 ferner einen zweiten Hauptschalter 170 auf, der über eine zweite elektrische Leitung 175 zwischen dem Bauteil 110 und einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss 180 zum Bereitstellen von einer zweiten Versorgungsspannung verbundenen ist, und/oder einen zwischen dem Bauteil 110 und dem zweiten Hauptschalter 170 angeordneten weiteren Bauteilschalter 185 auf, der dazu ausgebildet ist, um das Bauteil 110 mit der zweiten Leitung 175 zu verbinden.
Die elektrische Leitung 125 und die zweite elektrische Leitung 175 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel galvanisch voneinander getrennt. Die elektrische Leitung 125 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel hierbei beispielsweise ausgebildet, um die Versorgungsspannung bereitzustellen und die zweite elektrische Leitung 175 ausgebildet, um die zweite Versorgungsspannung bereitzustellen, wobei sich die Versorgungsspannung und die zweite Versorgungsspannung unterscheiden oder einander entsprechen. Beispielsweise ist der Versorgungsspannungsanschluss 130 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einer Spannungsquelle verbunden, welche eine Spannung von 12 Volt bereitstellt und/oder der zweite Versorgungsspannungsanschluss 180 mit einer weiteren Spannungsquelle verbunden, welche eine Spannung von 48 Volt bereitstellt. Auch das zweite Bauteil 150, dritte Bauteil 160 und/oder weitere Bauteil B_n weisen gemäß diesem Ausführungsbeispiel je einen weiteren Bauteilschalter 185 auf, die dazu ausgebildet sind, um das zweite Bauteil 150, dritte Bauteil 160 und/oder weitere Bauteil B_n je mit der zweiten Leitung 175 zu verbinden.
Das Steuergerät 105 weist weiterhin gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Versorgungsspannungswandler 187 auf, der über eine weitere elektrische Leitung 190 zwischen dem zweiten Hauptschalter 170, oder alternativ dem Hauptschalter 115, und einem zusätzlichen Bauteilschalter 192 des Bauteils 110 verbunden ist, wobei der Versorgungsspannungswandler 187 ausgebildet ist, um die zweite Versorgungsspannung, oder alternativ die Versorgungsspannung, zu verändern. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Versorgungsspannungswandler 187 ausgebildet, um die zweite Versorgungsspannung oder die Versorgungsspannung zu drosseln und/oder zu erhöhen. Zusätzlich kann das Steuergerät 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel einen oder mehrere weitere derartiger Versorgungsspannungswandler 187 aufweisen, die über eine oder mehrere zusätzliche Leitungen zwischen dem Hauptschalter 115 oder zweiten Hauptschalter 170 und je zugehörigen Bauteilschaltern des zweiten Bauteils 150, dritten Bauteils 160 und/oder weiteren Bauteils B_n verbunden ist/sind.
Das Steuergerät 105 weist gemäß einem Ausführungsbeispiel auch eine Überwachungseinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, um einen Fehler des Bauteils 110 zu erkennen und/oder ein Öffnen und/oder Schließen des Bauteilschalters 120 und/oder weiteren Bauteilschalters 185 des Bauteils 110 und/oder zusätzlichen Bauteilschalters 192 des Bauteils 110 zu bewirken, wenn der Fehler des Bauteils 110 erkannt wird. Entsprechend ist die Überwachungseinrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um einen Fehler des zweiten Bauteils 150, dritten Bauteils 160 und/oder weiteren Bauteils B_n zu erkennen und/oder ein Öffnen und/oder Schließen des jeweils zugehörigen oder aller jeweils zugehörigen Bauteilschalter 155, 165, 185, S_n des zweiten Bauteils 150, dritten Bauteils 160 und/oder weiteren Bauteils B_n zu bewirken, wenn der Fehler des zweiten Bauteils 150, dritten Bauteils 160 und/oder weiteren Bauteils B_n erkannt wird. Das Steuergerät 105 weist gemäß einem Ausführungsbeispiel ferner eine weitere Überwachungseinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, um einen Fehler des Steuergeräts 105 zu erkennen und/oder ein Öffnen und/oder Schließen des Hauptschalters 115 und/oder zweiten Hauptschalters 170 zu bewirken, wenn der Fehler des Steuergeräts 105 erkannt wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Steuergerät 105 zumindest eine Versorgungsenergiespeichereinheit, beispielsweise einen Superkondensator und/oder eine Pufferbatterie, auf, die dazu ausgebildet ist, um eine zusätzliche Versorgungsspannung für das Bauteil 110 oder alle Bauteile 110, 150, 160, B_n bereitzustellen.
Das Bauteil 110, zweite Bauteil 150, dritte Bauteils 160 und/oder weitere Bauteil B_n ist gemäß einem Ausführungsbeispiel als eine Kommunikationsschnittstelle, Rechnereinheit, Spannungswandlereinheit, ein Prozessor, elektronsicher Sensor, Aktuator und/oder Leistungsverteiler ausgebildet. Das Bauteil 110, zweite Bauteil 150, dritte Bauteils 160 und/oder weitere Bauteil B_n ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel je mit einem Masseanschluss 195 verbunden.
Bei dem hier vorgestellten hochintegrierten Steuergerät 105 ist vorteilhafterweise eine Spannungsversorgung zur Integration diverser Fahrzeugfunktionen ermöglicht. Trotz einer Vielzahl von Funktionen des Fahrzeugs 100 gibt es bei dem Fahrzeug 100 für den großen Funktionsumfang vorteilhafterweise nur ein Steuergerät 105. Eingesetzte Steuergeräte sind oft nicht aufrüstfähig und werden so gestaltet, das gesamte Fahrzeugleben über die gleiche Funktion auszuführen. Softwareupdates können im begrenzten Umfang „Over the Air“ oder in Werkstätten ausgeführt werden. Hardwareupdates sind in der Regel nicht vorgesehen. Die eingesetzten Geräte entsprechen dem Stand der Technik zum Zeitpunkt der Entwicklung des Fahrzeuges und bietet meist wenig Reserven, um Kosten zu sparen. Zudem ist es notwendig, bei autonom fahrenden Fahrzeugen abhängig vom SAE Level (Klassifizierungslevel nach Automatisierungsstufen) sicherzustellen, dass das Fahrzeug trotz Fehler, z. B. in der Versorgungsspannung (fail operational), weiterfährt. All dies wird durch das hier vorgestellte Steuergerät 105 ermöglicht.
Die Bauteile 110, 150, 160, B_n in Form von Hardwarekomponenten oder -Funktionen sind bei dem hier vorgestellten Steuergerät 105 je nach Anwendungsfall in Größe und Bauform angepasst integriert und wie ein Baukasten zusammengestellt. Anhand dieses modularen Platinenlayouts lassen sich vorteilhafterweise eine Vielzahl verschiedener Modelle in einer zentralen Plattform integrieren. Durch die Zusammenfassung von bestimmten Funktionen und Funktionsgruppen in geeigneten Bereichen wird das Platinenlayout optimiert. Dadurch wird auch eine Reduzierung der gegenseitigen Beeinflussung wie beispielsweise durch Wärmeabstrahlung, Kurzschluss, Übertemperatur gewährleistet.
Der Hauptschalter 115 am Versorgungsspannungsanschluss 130 für die Versorgungsspannung und/oder der zweite Hauptschalter 170 am zweiten Versorgungsspannungsanschluss 180 für die zweite Versorgungsspannung dient/dienen dazu, um den gesamten Pfad zu allen Bauteilen 110, 150, 160, B_n oder deren Baugruppen im Fehlerfall an- und auszuschalten, beispielsweise bei einem Kurzschluss, Überstrom, einer Übertemperatur und/oder Funktionsstörung. Derartige Fehler werden entweder an den Schaltern erkannt durch Strom- oder Spannungsmessung oder über die Überwachungseinrichtung in der jeweiligen Baugruppe. Die Überwachung erfolgt gemäß einem Ausführungsbeispiel zusätzlich oder alternativ auch über eine separate, beispielsweise vor- oder nachgelagerte, Baugruppe. Optional kann die oder eine weitere zweite externe Versorgungsspannung genutzt werden, um die Baugruppen beim Einzelfehler in der Versorgungsspannung weiterhin zu versorgen. Tritt eine Problematik der Versorgungsspannung auf, wird gemäß einem Ausführungsbeispiel über den Hauptschalter 115 der Schalter über beispielsweise Halbleiterbauelemente geöffnet, um eine Rückspeisung zu meiden. Tritt ein Fehler in einer Baugruppe mit Bauteilen 110 wie beispielsweise einer standardisierten Kommunikationsschnittstelle, CPU, einem elektronischen Sensoren, einer Aufbereitungseinrichtung externe Sensorsignale, Aktuatoransteuerung, einem Leistungsverteiler und/oder einer Spannungsversorgung auf, wird gemäß einem Ausführungsbeispiel über die Bauteilschalter S_n , 120, 155, 165, 185, 192 die Versorgungsspannung und/oder zweite Versorgungsspannung je nach Fehler zu oder abgeschalten. So werden zum einen die fehlerhaften Baugruppen von allen anderen Baugruppen isoliert als auch gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Hard-Reset durchgeführt. Ein sicherer Zustand wird gemäß einem Ausführungsbeispiel durch Abschalten der Spannungsversorgung hergestellt. Eine Energieeinsparung wird gemäß einem Ausführungsbeispiel durch gezieltes Abschalten von nicht benötigten Verbrauchern erzielt. Weiterhin kann die Versorgungsspannung und die zweite Versorgungsspannung gleich sein, beispielsweise je 12 Volt oder je 48 Volt oder unterschiedlich sein, beispielsweise 12 V und 48 V, oder 12 V und Hochvolt als Hauptversorgungsspannung. Als Hochvolt ist eine Voltgröße zwischen 60 V und 1,5 kV Gleichspannung zu verstehen. Unterschiedliche Spannungen können auch für die Ansteuerung der Aktuatorik mit unterschiedlicher Nennspannung benutzt werden, siehe die weitere elektrische Leitung 190. Wenn gemäß einem Ausführungsbeispiel die zweite Versorgungsspannung 48 V und die Versorgungsspannung 12 V beträgt, dann können gemäß einem Ausführungsbeispiel mit dem Versorgungsspannungswandler 187 in Form eines DC/DC-Wandlers die 48 V auf 12 V angepasst werden. Durch die unterbrechungsfreie Versorgungsspannung wird innerhalb des Steuergeräts 105, das auch als „ECU“ bezeichnet werden kann, deutlich die Verfügbarkeit erhöht. Optional können Supercaps oder Pufferbaterien im Falle eines Fahrzeugblackouts die Funktion für eine gewisse Zeit sicherstellen. In dem Fall würde/n der oder die Hauptschalter 115, 170 öffnen.
Hauptmerkmale des hier vorgestellten Steuergeräts 105 sind zusammengefasst: Die Versorgungsspannung mit Hauptschalter 115 und einzelnen Bauteilschaltern 120, 155, 165, S_n in Form von Schaltern an Baugruppen (ohne Redundanz). Optional gibt es zusätzlich die zweite Versorgungsspannung mit dem zweiten Hauptschalter 170 und den weiteren und/oder zusätzlichen Bauteilschaltern 185, 192 in Form von einzelnen Schaltern an Baugruppen (mit Redundanz). Optional gibt es unterschiedliche Spannungsebenen für die Versorgungsspannung und die zweite Versorgungsspannung mit der Möglichkeit einer internen Variation der Spannung.
Auch kann die eine weitere Überwachungseinrichtung, die dazu ausgebildet sein, um einen Fehler des Steuergeräts 105 zu erkennen und/oder ein Öffnen und/oder Schließen des zweiten Hauptschalters 170 zu bewirken, wenn der Fehler des Steuergeräts 105 erkannt wird. Ferner ist gemäß einem Ausführungsbeispiel auch die weitere Überwachungseinrichtung ausgebildet, um einen Fehler am Versorgungsspannungsanschluss 130 zu erkennen und ein Öffnen des Hauptschalters 115 zu bewirken, wenn der Fehler am Versorgungsspannungsanschluss 130 erkannt wird. Analog ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel auch die weitere Überwachungseinrichtung dazu ausgebildet, um einen Fehler am Versorgungsspannungsanschluss 180 zu erkennen und ein Öffnen des zweiten Hauptschalters 170 zu bewirken, wenn der Fehler am Versorgungsspannungsanschluss 180 erkannt wird. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist auch die weitere Überwachungseinrichtung dazu ausgebildet, um einen Fehler am Versorgungsspannungsanschluss 130 zu erkennen und ein Öffnen des Hauptschalters 115 zu bewirken, wenn der Fehler am Versorgungsspannungsanschluss 130 erkannt wird. In diesem Fall kann auch beispielsweise gleichzeitig durch ein Schließen des zweiten Hauptschalters 170 bewirkt wird, dass die Versorgungsspannung über den Versorgungsspannungsanschluss 180 unterbrechungsfrei weiter bereitsteht.
Denkbar ist ferner auch, dass gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel die weitere Überwachungseinrichtung dazu ausgebildet ist, um einen Fehler am Versorgungsspannungsanschluss 180 zu erkennen und ein Öffnen des zweiten Hauptschalters 170 zu bewirken, wenn der Fehler am Versorgungsspannungsanschluss 180 erkannt wird, wobei auch hier beispielsweise gleichzeitig durch ein Schließen des Hauptschalters 115 bewirkt wird, dass die Versorgungsspannung über den Versorgungsspannungsanschluss 130 unterbrechungsfrei weiter bereitsteht.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Überwachungseinrichtung oder die weitere Überwachungseinheit ausgebildet sein, beide Hauptschalter 115 und 170 geschlossen zu halten oder zu schließen, wenn ein Fehler am Versorgungsspannungsanschluss 130 auftritt, wobei dann der Hauptschalter 115 geöffnet wird. Wenn ein Fehler am zweiten Versorgungsspannungsanschluss 180 erkannt wird, kann über die Überwachungseinheit oder die weitere Überwachungseinheit der zweite Hauptschalter 170 geöffnet werden. Dies führt zu einer höheren Verfügbarkeit durch die Realisierung einer unterbrechungsfreien Spannungsversorgung. Ferner ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansatzes speziell für eine Ausgangssituation günstig, bei der beide Hauptschalter 115 und 170 geschlossen sind, weil beispielsweise entsprechend viel Strom benötigt wird. Falls nun ein Fehler am Versorgungsspannungsanschluss 130 erkannt wird dann wird beispielsweise der Hauptschalter 115 geöffnet und Baugruppen entsprechend einer Prioritätsliste über die weitere Bauteilschalter 185 abgeschaltet bzw. diese betreffenden Schalter 185 geöffnet, um eine zweite elektrische Leitung als Versorgungsleitung 175 nicht zu überlasten.
Auch ist für eine weitere Ausgangssituation ein Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansatzes vorteilhaft, bei der beide Hauptschalter 115 und 170 geschlossen sind oder werden, weil entsprechend viel Strom benötigt wird. Falls ein Fehler am zweiten Versorgungsspannungsanschluss 180 erkannt wird, dann wird der zweite Hauptschalter 170 geöffnet und Baugruppen entsprechend einer Prioritätsliste über die Bauteilschalter 120, 155, 165, Sn abgeschaltet bzw. diese Bauteilschalter 120, 155, 165, Sn öffnen, um eine elektrische Leitung 125 als Versorgungsleitung nicht zu überlasten.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Betreiben eines Steuergeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um das in 1 beschriebene Steuergerät handeln.
Das Verfahren 200 weist einen Schritt 205 des Bereitstellens und einen Schritt 210 des Beaufschlagens auf. Im Schritt 205 des Bereitstellens wird das Steuergerät bereitgestellt. Im Schritt 210 des Beaufschlagens wird die Versorgungsspannung an dem Versorgungsspannungsanschluss beaufschlagt, um das Steuergerät zu betreiben.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezugszeichenliste

Bn: weiteres Bauteil
Sn: zugeordneter Bauteilschalter
100: Fahrzeug
105: Steuergerät
110: Bauteil
115: Hauptschalter
120: Bauteilschalter
125: elektrische Leitung
130: Versorgungsspannungsanschluss
135: Baugruppe
145: Platine
150: zweites Bauteil
155: zweiter Bauteilschalter
160: drittes Bauteil
165: dritter Bauteilschalter
170: zweiter Hauptschalter
175: zweite elektrische Leitung
180: zweiter Versorgungsspannungsanschluss
185: weiterer Bauteilschalter
187: Versorgungsspannungswandler
190: weitere elektrische Leitung
192: zusätzlicher Bauteilschalter
195: Masseanschluss
200: Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts
205: Schritt des Bereitstellens
210: Schritt des Beaufschlagens

Claims

Steuergerät (105) zum Steuern einer Fahrzeugfunktion für ein Fahrzeug (100), wobei das Steuergerät (105) die folgenden Merkmale aufweist: - zumindest ein elektronisches oder elektrisches Bauteil (110) zum Ausführen der Fahrzeugfunktion, - zumindest einen Hauptschalter (115), der über eine elektrische Leitung (125) zwischen dem Bauteil (110) und einem Versorgungsspannungsanschluss (130) zum Bereitstellen von Versorgungsspannung für das Bauteil (110) verbundenen ist, und - einen zwischen dem Bauteil (110) und dem Hauptschalter (115) angeordneten Bauteilschalter (120), der dazu ausgebildet ist, um das Bauteil (110) mit der Leitung (125) zu verbinden.
Steuergerät (105) gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch zumindest ein zweites elektronisches oder elektrisches Bauteil (150) zum Ausführen einer weiteren Fahrzeugfunktion des Fahrzeugs (100) und einen zweiten Bauteilschalter (155), der zwischen dem zweiten Bauteil (150) und dem Hauptschalter (115) angeordnet ist, und dazu ausgebildet ist, um das zweite Bauteil (150) mit der Leitung (125) zu verbinden.
Steuergerät (105) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische oder elektrische Bauteil (110) und das zweite elektronische oder elektrische Bauteil (150) bezüglich des Hauptschalters (115) parallelgeschaltet sind.
Steuergerät (105) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest ein drittes elektronisches oder elektrisches Bauteil (160) zum Ausführen einer zusätzlichen und/ oder redundanten Fahrzeugfunktion des Fahrzeugs (100) und einen dritten Bauteilschalter (165), der zwischen dem dritten Bauteil (160) und dem Hauptschalter (115) angeordnet ist, und dazu ausgebildet ist, um das dritte Bauteil (160) mit der Leitung (125) zu verbinden.
Steuergerät (105) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zweiten Hauptschalter (170), der über eine zweite elektrische Leitung (175) zwischen dem Bauteil (110) und einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss (180) zum Bereitstellen von einer zweiten Versorgungsspannung verbundenen ist, und/oder mit einem zwischen dem Bauteil (110) und dem zweiten Hauptschalter (170) angeordneten weiteren Bauteilschalter (185), der dazu ausgebildet ist, um das Bauteil (110) mit der zweiten Leitung (175) zu verbinden.
Steuergerät (105) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitung (125) und die zweite elektrische Leitung (175) galvanisch voneinander getrennt und/oder elektrisch voneinander isoliert sind.
Steuergerät (105) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Versorgungsspannungswandler (187), der über eine weitere elektrische Leitung (190) zwischen dem Hauptschalter (115) oder dem zweiten Hauptschalter (170) und einem zusätzlichen Bauteilschalter (192) des Bauteils (110) verbunden ist, wobei der Versorgungsspannungswandler (187) ausgebildet ist, um die Versorgungsspannung zu verändern.
Steuergerät (105) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, um einen Fehler des Bauteils (110) zu erkennen und/oder ein Öffnen und/oder Schließen des Bauteilschalters (120) zu bewirken, wenn der Fehler des Bauteils (110) erkannt wird.
Steuergerät (105) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine weitere Überwachungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, um einen Fehler des Steuergeräts (105) zu erkennen und/oder ein Öffnen und/oder Schließen des Hauptschalters (115) zu bewirken, wenn der Fehler des Steuergeräts (105) erkannt wird.
Steuergerät (105) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine weitere Überwachungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, um einen Fehler des Steuergeräts (105) zu erkennen und/oder ein Öffnen und/oder Schließen des zweiten Hauptschalters (170) zu bewirken, wenn der Fehler des Steuergeräts (105) erkannt wird, und/oder wobei die weitere Überwachungseinrichtung ausgebildet ist, um einen Fehler am Versorgungsspannungsanschluss (130) zu erkennen und ein Öffnen des Hauptschalters (115) zu bewirken, wenn der Fehler am Versorgungsspannungsanschluss (130) erkannt wird und/oder wobei die weitere Überwachungseinrichtung ausgebildet ist, um einen Fehler am Versorgungsspannungsanschluss (180) zu erkennen und ein Öffnen des zweiten Hauptschalters (170) zu bewirken, wenn der Fehler am Versorgungsspannungsanschluss (180) erkannt wird und/oder wobei die weitere Überwachungseinrichtung ausgebildet ist, um einen Fehler am Versorgungsspannungsanschluss (130) zu erkennen und ein Öffnen des Hauptschalters (115) zu bewirken, wenn der Fehler am Versorgungsspannungsanschluss (130) erkannt wird und/oder wobei die weitere Überwachungseinrichtung ausgebildet ist, um einen Fehler am Versorgungsspannungsanschluss (180) zu erkennen und ein Öffnen des zweiten Hauptschalters (170) zu bewirken, wenn der Fehler am Versorgungsspannungsanschluss (180) erkannt wird.
Steuergerät (105) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Versorgungsenergiespeichereinheit, die dazu ausgebildet ist, um eine zusätzliche Versorgungsspannung für das Bauteil (110, 150, 160, B_n ) bereitzustellen.
Steuergerät (105) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (110, 150, 160, Bn) als eine Kommunikationsschnittstelle, Rechnereinheit, Spannungswandlereinheit, Batterie, ein Prozessor, elektronischer Sensor, Aktuator und/oder Leistungsverteiler ausgebildet ist.
Verfahren (200) zum Betreiben eines Steuergeräts (105) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren (200) die folgenden Schritte aufweist: - Bereitstellen (205) des Steuergeräts (105); und - Beaufschlagen (210) der Versorgungsspannung an dem Versorgungsspannungsanschluss (130), um das Steuergerät (105) zu betreiben.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, die Schritte (205, 210) des Verfahrens (200) gemäß Anspruch 13 auszuführen und/oder anzusteuern.