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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für Kommunikationsschnittstellen und/oder Zündungsschnittstellen innerhalb eines Fahrzeugs zur Ausgabe eines zentralen Wake-up oder Go-to-Sleep-Signales, insbesondere für verschiedene Spannungsversorgungen eines Steuergeräts.
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Viele Steuerungen im Fahrzeug verfügen über einen Ruhemodus, in dem sie nur einen geringen Stromverbrauch haben. Dieser Modus dient der Schonung der Fahrzeugbatterie. Üblicherweise werden die Steuerungen mittels einer Kommunikationsschnittstelle wie CAN, Ethernet, etc.. über den Fahrzeug-Bus und/oder mittels Klemme 15 (KL15=Zündung) aus dem Ruhemodus in den Betriebsmodus gebracht. Die Aktivierung des Betriebsmodus erfolgt durch Zuschalten der Batteriespannung des Fahrzeuges über eine Wake-Up-fähige Kommunikationsschnittstelle bzw. KL15 an den Wake-Eingang des System-Basis-Chip der Steuerung. Der System-Basis-Chip wiederum generiert die Versorgungsspannungen für die meisten elektronischen Komponenten der Steuerung.
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Moderne Fahrzeugsteuerungen verfügen außerdem häufig vom System-Basis-Chip unabhängig versorgte Elektronik-Schaltkreise, um z.B. eine Notfunktion der Getriebesteuerung bei Ausfall des System-Basis-Chips darzustellen oder die Spannungsversorgung von Sensoren zu gewährleisten. Auch diese unabhängigen Schaltkreise (Spannungsversorgungen, Treiber) verfügen über einen Ruhe- und Betriebsmodus, dessen Wechsel vergleichbar zum System-Basis-Chip via Kommunikationsschnittstelle bzw. Klemme 15 adressiert werden muss.
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Die Wake-Up-Signale der Kommunikationsschnittstellen als auch die KL15-Signale werden aktuell parallel an den System-Basis-Chip und die unabhängigen Schaltkreise geführt. Problematisch dabei ist, dass die unabhängigen Schaltkreise meist über unterschiedliche Aktivierungs-/ Deaktivierungsschwellen im Vergleich zum System-Basis-Chip verfügen. Also ergeben sich unterschiedliche Spannungsbereiche der unabhängigen Schaltkreise bezüglich den Kommunikationsschnittstellen und Klemme 15 für den Wechsel zwischen Ruhe- und Betriebsmodus im Vergleich zum System-Basis-Chip. Es ist also möglich, dass manche Schaltungsteile aktiv und manche Schaltungsteile inaktiv sind. Dies ist nicht erwünscht, da sich das Steuergerät hierbei in einem dauerhaften undefinierten Zustand befindet.
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Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine verbesserte Schaltungsanordnung für Kommunikationsschnittstellen und/oder Zündungsschnittstelle innerhalb eines Fahrzeugs bereitzustellen, welche einen verbesserten Wechsel zwischen Ruhe- und Betriebsmodus ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Vorgeschlagen wird eine Schaltungsanordnung für Kommunikationsschnittstellen und/oder Zündungsschnittstellen innerhalb eines Fahrzeugs, die dazu eingerichtet ist, Wake-Up und/oder Go-to-Sleep Signale an vorgegebene Komponenten auszugeben, aufweisend mindestens eine Erzeugungs-Einheit zur Erzeugung eines ersten Wake-Up oder Go-to-Sleep Signals, sowie je Einheit eine Schaltung, an die das erste Wake-Up oder Go-to-Sleep Signal übermittelt wird. Jede der Schaltungen ist derart ausgelegt, dass sie das erste Wake-Up oder Go-to-Sleep Signal derart verarbeitet, dass eine vorgegebene Schwellenspannung, welche angibt, ob die Komponenten in einen Betriebsmodus oder einen Ruhemodus versetzt werden sollen, ermittelt wird. Ferner ist eine Ausgabe-Einheit vorgesehen, an welcher eine vorgegebene Batteriespannung anliegt, und die zur Ausgabe eines zweiten Wake-Up oder Go-to-Sleep Signals in Abhängigkeit von der in den Schaltungen ermittelten Schwellenspannung an die Komponenten eingerichtet ist. Die Ausgabe-Einheit gibt das zweite Wake-Up oder Go-to-Sleep Signal in Form der an ihr anliegenden Batteriespannung aus, durch welches die Komponenten in einen Wake-Up oder Go-to-Sleep Modus zu versetzt werden.
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Durch die Bereitstellung der zusätzlichen Schaltungen, in welchen das erste Wake-Up oder Go-to-Sleep Signal verarbeitet wird, und der Ausgabe-Einheit, in welcher abhängig von den in den Schaltungen ausgewerteten Schwellenspannung ein Wake-up Signal mittels Durchschalten der Batteriespannung an den Ausgang der Ausgabe-Einheit, auch als Wake-Buffer bezeichnet, oder ein Go-to-Sleep Signal an die nachfolgenden Komponenten übermittelt wird, kann erreicht werden, dass die Komponenten synchron in den Betriebs- oder den Ruhemodus wechseln. Aufgrund der Tatsache, dass jede Erzeugungs-Einheit eine eigene Schaltung aufweist, gibt es keine Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Wake-Quellen, also den Erzeugungs-Einheiten.
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In einer Ausführung wird bei Überschreiten der vorgegebenen Schwellenspannung ein Wake-Up-Signal an die Komponenten geleitet, und bei Unterschreiten der Schwellenspannung wird ein Go-To-Sleep-Signal an die Komponenten geleitet. Die Schwellenspannung wird in Abhängigkeit von der Schaltung und Anwendung, d.h. insbesondere der verwendeten Batteriespannung und den jeweiligen Kundenanforderungen, gewählt.
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In einer Ausführung weist die Ausgabe-Einheit mindestens einen Transistor und eine Pull-Down-Struktur auf, wobei der Transistordurch die Schwellenspannung in einen leitenden Zustand, in dem die Batteriespannung als zweites Wake-Up-Signal zu den Komponenten geleitet wird, oder in einen nicht-leitenden Zustand, in dem keine Spannung über die Pull-Down-Struktur als zweites Go-to-Sleep-Signal zu den Komponenten geleitet wird, versetzt wird.
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In einer Ausführung wird, wenn die in einer der Schaltungen ermittelte Schwellenspannung oberhalb eines jeweiligen, vorgegebenen Schwellenwerts ist, der zur Schaltung zugehörige Transistor in einen leitenden Zustand versetzt, und die Ausgabe-Einheit gibt das zweite Wake-Up Signal aus, durch welches die Komponenten in einen Betriebsmodus versetzt werden. Wenn alle in den Schaltungen ermittelten Schwellenspannungen unterhalb eines jeweiligen, vorgegebenen Schwellenwerts sind, wird jeder Transistor (der Schaltungen) in einen nicht-leitenden Zustand versetzt, und die Ausgabe-Einheit gibt das zweite Wake-Up Signal als Go-to-Sleep-Signal aus, durch welches die Komponenten in einen Ruhemodus versetzt werden.
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Durch diese logische Oder-Verknüpfung werden die Komponenten in einen Betriebsmodus versetzt, sobald eine der Schaltungen ein entsprechendes Signal an die Ausgabe-Einheit ausgibt. Da der Ausgang der Ausgabe-Einheit vorteilhaft mit einem Pull-Down-Widerstand versehen ist, werden 0V ausgegeben, wenn die Ausgabe-Einheit nicht aktiv ist. Dies ist der Fall, wenn alle Schaltungen, also deren Auswerteeinheiten, Go-to-Sleep signalisieren.
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In einer Ausführung ist eine erste Schaltung als CAN-Schnittstelle gebildet, und/oder eine zweite Schaltung ist als Ethernet-Schnittstelle gebildet, und/oder eine dritte Schaltung ist als Klemme15-Schnittstelle gebildet.
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In einer Ausführung weisen die Komponenten voneinander unterschiedliche Spannungsschwellen auf, um in den Betriebsmodus (Wake-Up Modus) oder Ruhemodus (Go-to-Sleep Modus) zu gehen. Durch die Verarbeitung in den zu den Erzeugungs-Einheiten (Wake-Quellen) zugehörigen Schaltungen und das tatsächliche Einschalten durch die Ausgabe-Einheit (Wake Buffer),-welche als Schalter dient, müssen die Komponenten nicht für unterschiedliche Schwellenspannungen ausgelegt werden. Somit sind keine Zwischenzustände mehr vorhanden, die zu undefinierten Zuständen im Steuergerät führen. Wenn es solche Zwischenzustände z.B. bei bereits absinkender Batteriespannung gibt, sind diese bereits vor der Ausgabe-Einheit vorhanden, werden in den Schaltungen (genauer Auswerteeinheiten der jeweiligen Schnittstellen) verarbeitet und führen ggf. zu einem Schalten oder Nicht-Schalten der Ausgabe-Einheit, aber nicht mehr zu undefinierten Zuständen für das Gesamtsteuergerät im Hinblick auf die einzelnen Versorgungs-Komponenten.
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In einer Ausführung bestehen die Komponenten aus einem System-Basis-Chip und davon unabhängigen Komponenten.
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Außerdem ist eine Verwendung der Schaltungsanordnung in einer Getriebesteuerung oder einem Inverter eines Fahrzeugs, umfassend einen PKW (Personenkraftwagen) oder einen NKW (Nutzkraftwagen), insbesondere einen LKW (Lastkraftwagen) vorgesehen.
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Ferner ist eine Getriebesteuerung eines Fahrzeugs oder Inverter eines Fahrzeugs vorgesehen, aufweisend die vorgeschlagene Schaltungsanordnung.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
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1 zeigt eine abstrahierte Darstellung einer Schaltungsanordnung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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In 1 ist eine Schaltungsanordnung für Kommunikationsschnittstellen C1, C2 und/oder Zündungsschnittstellen KL15 innerhalb eines Fahrzeugs 100 dargestellt, durch welche eine Darstellung einer zentralen Wake-Up/Go-to-Sleep-Funktion (Wake-Buffer, nachfolgend auch als Ausgabe-Einheit 200 bezeichnet) von unterschiedlichen Quellen wie Kommunikationsschnittstellen C1, C2, insbesondere CAN und/oder Ethernet, und/oder Klemme 15 KL15, also der Zündungsschnittstelle, für den System-Basis-Chip sowie vom System-Basis-Chip unabhängige, elektronische Schaltkreise, möglich ist.
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Innerhalb des Fahrzeugs 100 ist eine Spannungsquelle (Fahrzeugbatterie) vorgesehen, welche dazu dient, unterschiedlichste Komponenten 1-4, welche elektrische Verbraucher sind, zu versorgen. Diese Komponenten 1-4 können der System-Basis-Chip oder weitere elektronische Schaltkreise sein. Je nach Anwendung sind hier auch andere/weitere Komponenten 1-4 vorgesehen.
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Um die Komponenten 1-4 in einen Betriebszustand zu versetzen, also aufzuwecken (mittels Wake-Up-Signal), oder in einen Ruhemodus (mittels Go-to-Sleep-Signal) zu versetzen, muss zuerst ein entsprechendes Signal, in 1 als WAKE1 bezeichnet, ausgegeben werden. Dieses Signal WAKE1 kann durch Erzeugungs-Einheiten, also die Zündungsschnittstelle KL15 (also Klemme15) oder durch andere Kommunikationsschnittstellen C1, C2 wie CAN oder Ethernet, ausgegeben werden. Je nach Anwendung dient lediglich eine Schnittstelle zur Signalausgabe. Es können aber auch mehrere Schnittstellen das WAKE1 Signal ausgeben, z.B. für unterschiedliche Komponentengruppen. Das WAKE1 Signal ist in der Regel lediglich ein Schaltsignal, dient also nicht der Spannungsversorgung der Komponenten 1-4. Diese werden in der Regel über eine Fahrzeugbatterie versorgt. Wenn als Schaltsignal die Batteriespannung V_Bat anliegt, sind die Komponenten 1-4 aktiv, also in einem Betriebszustand. Wenn keine Batteriespannung V_Bat anliegt, also 0V, sind die Komponenten 1-4 in einem Ruhezustand. Dabei sorgt vorteilhaft eine Pull-Down-Struktur am Ausgang der Ausgabe-Einheit 200 (Wake-Buffer) für Pegel nahe 0V für den Fall, dass die Ausgabe-Einheit 200 den nachfolgenden Komponenten Go-To-Sleep signalisiert.
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Bisher wurde, wie bereits oben erwähnt, das WAKE1 Signal direkt (ohne Schaltung IC1, IC2, IC15 und Ausgabe-Einheit 200) zu den Komponenten 1-4 geschleift. Da die Komponenten 1-4 auf Signale von jeder Erzeugungs-Einheit KL15; C1, C2 entsprechend reagieren können müssen, führte dies dazu, dass sich die Wake-Up-Quellen bzw. Erzeugungs-Einheiten KL15; C1, C2 gegenseitig in Bezug auf die Schwellenspannungen beeinflussen. Damit verschwimmen die Schwellenspannungen, die bei den Komponenten 1-4 ankommen, insbesondere bei niedriger Batteriespannung, und es kann dazu kommen, dass diese nicht gleichzeitig, sondern nacheinander bzw. je nach ankommender Schwellenspannung gar nicht, in den Betriebsmodus versetzt werden.
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Um dieses Problem zu lösen, wird vorgeschlagen, dass das WAKE1 Signal über eine Schnittstelle mit zugehöriger Auswerteeinheit, nachfolgend als Schaltung IC1, IC2, IC15 bezeichnet, je Erzeugungs-Einheit C1, C2, KL15, verarbeitet wird. Das daraus resultierende (Spannungs-)Signal wird an eine daran anschließende Ausgabe-Einheit 200 übergeben. Diese Ausgabe-Einheit 200 dient als Schalter und ist derart gebildet, dass sie, wenn die Schwellenspannung in einer der Schaltungen IC1, IC2, IC15 einen vorgegebenen Wert überschreitet, die an ihr anliegende Batteriespannung V_Bat (über KL30 erhalten) an die Komponenten 1-4 durchlässt, also ein Wake-Up-Signal übermittelt. Die jeweilige Schwellwerterfassung und -auswertung erfolgt in den Schaltungen IC1, IC2, IC15, genauer den dort vorgesehenen AuswerteEinheiten. Die Batteriespannung V_Bat dient also nicht zur Spannungsversorgung der Komponenten 1-4. Wenn die ausgegebene Schwellenspannung in allen Schaltungen IC1, IC2, IC15 einen vorgegebenen Wert unterschreitet, wird keine Spannung (0V) an die Komponenten 1-4 ausgegeben, da am Ausgang der Ausgabe-Einheit 200 nahezu 0V durch die Pulldown-Struktur anliegen, also ein Go-To-Sleep-Signal übermittelt.
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Vorteilhaft sind sowohl die Ausgabe-Einheit 200 als auch die Schaltungen IC1, IC2 und IC15 als diskrete Schaltungen gebildet, die mindestens einen Transistor aufweisen. Der Transistor der Schaltungen IC1, IC2 und IC15 dient dazu, die in der Schaltung IC1, IC2 und IC15 ausgewertete Schwellenspannung an die Ausgabe-Einheit 200 auszugeben. Der Transistor in der Ausgabe-Einheit 200 dient dazu, ein WAKE2-Signal auszugeben, das die Komponenten 1-4 entweder in den Betriebszustand versetzt, also als Wake-Up-Signal dient (Transistor lässt die Schwellenspannung durch, ist als in leitendem Zustand), oder in den Ruhezustand versetzt, also als Go-to-Sleep-Signal dient (Transistor lässt die Schwellenspannung nicht durch, ist als in nicht-leitendem bzw. sperrendem Zustand).
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Welche Art das WAKE2-Signal ist, ist abhängig von den in den Schaltungen IC1, IC2 und IC15 ausgewerteten Schwellenspannungen. Wenn eine vorgegebene Schwellenspannung in einer der Schaltungen IC1, IC2 und IC15 überschritten ist, wird das WAKE2-Signal als Wake-Up-Signal ausgegeben, indem der Transistor einen leitenden Zustand annimmt, in dem er die Batteriespannung V_Bat zu den Komponenten 1-4 durchlässt und diese damit aufweckt. Wenn die Schwellenspannungen in allen Schaltungen IC1, IC2 und IC15 unterschritten ist, dient das WAKE2-Signal als Go-to-Sleep-Signal und die Transistoren der Schaltungen IC1, IC2 und IC15 nehmen einen nicht-leitenden Zustand an. Somit liegt GND über die Pull-Down-Struktur an und die Komponenten 1-4 werden damit in den Ruhemodus versetzt.
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Schwellenwerte der Schwellenspannung, um ein Wake-Up-Signal oder ein Go-to-Sleep-Signal auszugeben, hängen von der Anwendung ab, d.h. der Art des Fahrzeugs, dem verwendeten Bordnetz, z.B. 12V, 24V, und Kundenanforderungen. Typischerweise wird für ein 24V-Bordnetz, z.B. im Bereich der Nutzfahrzeuge, eine Schwellenspannung von <2,5V zu einem Go-to-Sleep-Signal und eine Schwellenspannung von >7V zu einem Wake-Up-Signal führen. Für ein 12V-Bordnetz, z.B. im PKW-Bereich, wird typischerweise eine Schwellenspannung von <2,5V zu einem Go-to-Sleep-Signal und eine Schwellenspannung von >5V zu einem Wake-Up-Signal führen.
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Durch die vorgeschlagene Schaltungsanordnung wird eine zentrale, präzise und synchrone Darstellung von Modi-Wechsel (Wake-Up und Go-to-Sleep) für Fahrzeugsteuerungen bei einem Einsatz von unterschiedlichen Wake-Up-Quellen (Erzeugungs-Einheiten KL15; C1, C2) und mehreren autonomen, elektrischen Schaltkreisen (Komponenten 1-4) ermöglicht. Durch das Bereitstellen von Schaltungen IC1 (für C1), IC2 (für C2), IC15 (für KL15) je Erzeugungs-Einheit KL15; C1, C2 können die Anforderungen jeder der Erzeugungs-Einheiten KL15; C1, C2 separat erfüllt werden. Es erfolgt auch keine gegenseitige Beeinflussung mehr wie bisher, da nun nicht mehr jede Komponente 1-4 für die von jeder der Schaltungen IC1, IC2, IC15 kommenden Schwellenspannungen geeignet sein muss, in den Betriebs- oder Ruhezustand zu wechseln. Somit kann die Schaltungsanordnung so ausgelegt werden, dass sie unabhängig, von welcher Erzeugungs-Einheit KL15; C1, C2 das WAKE1-Signal erhalten wird, ein eindeutiges WAKE2-Signal ausgeben kann, auf das alle Komponenten 1-4 synchron reagieren.
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Die verbesserte Schaltungsanordnung für Kommunikationsschnittstellen und/oder Zündungsschnittstellen innerhalb eines Fahrzeugs ermöglicht einen verbesserten Wechsel zwischen Ruhe- und Betriebsmodus für das gesamte Steuergerät (System-Basis-Chip und vom System-Basis-Chip unabhängig versorgte Schaltkreise). Außerdem können verschiedenste Kundenanforderungen bezüglich verschiedener Schnittstellen und zugehörige Schwellwerte der Wake-up/Go-to-Sleep Signale mit einer Einheitselektronik adressiert werden.
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Eine Verwendung der Schaltungsanordnung ist vorwiegend im Bereich der Getriebesteuerung, aber auch bei Invertern eines Elektronikmoduls in einem Elektroantrieb eines Fahrzeugs vorgesehen. Allerdings kann die Schaltungsanordnung auch in anderen Bereichen verwendet werden, in denen mehrere Komponenten 1-4 gleichzeitig ein Wake-Up- oder Go-to-Sleep-Signal erhalten sollen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fahrzeug
- 1-4
- Komponenten
- C1, C2, KL15
- Erzeugungs-Einheit (CAN, Ethernet, Klemme15/KL15)
- IC1, IC2, IC15
- Schaltung je Erzeugungs-Einheit
- 200
- Ausgabe-Einheit
- WAKE1, WAKE2
- Wake-Up oder Go-to-Sleep Signal
- KL30
- Klemme30
