DE10302311A1

DE10302311A1 - Bordnetz eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE10302311A1
Application number: DE10302311A
Authority: DE
Inventors: Volker Hoffmann
Original assignee: Intedis GmbH and Co KG
Current assignee: Intedis GmbH and Co KG
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2004-07-29
Also published as: WO2004064475A3; WO2004064475A2

Abstract

Es wird ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs beschrieben, bei dem die Verbraucher zu einzelnen Fahrzeugmodulen zusammengefasst sind, wobei die Mehrheit der Verbraucher eines Moduls über wenigstens einen mit einem zentralen Steuergerät über eine Busverbindung verbundenen Busknoten angesteuert und/oder geregelt werden. DOLLAR A Wenigstens ein zum Modul gehörender Verbraucher, vorzugsweise ein Hochstromverbraucher, wird von dem zentralen Steuergerät direkt angesteuert und/oder geregelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Der elektrische Funktionsumfang an einigen Montagemodulen eines Kraftfahrzeugs, wie z. B. an den Türen, ist in den letzten Jahren so gewachsen, dass die Einzelverkabelung der dortigen Verbraucher, wie Schalter, Aktuatoren, usw. durch eine Busarchitektur ersetzt wurde. Für die Türen ist es bekannt, ein zentrales Steuergerät (SG) separat oder am Fensterhebermotor (FH) anzubauen. Die Fensterhebersteuerung ist durch den automatischen Hoch- und Tieflauf, welcher zusätzlich einen Einklemmschutz erfordert mit viel Komfort verbunden. Hierfür wird die Position des Fensters mittels Sensoren, die die Geschwindigkeit oder den Stromverlauf auswerten, z. B. mittels Hallgebern, ausgewertet und einem Mikrocomputer MC zugeführt, der im Steuergerät enthalten ist. Neuerdings wird anstelle von Hallgebern auch das sogenannte Ripple-Count-Verfahren eingesetzt, bei dem die vom Kommutator des Motors erzeugten Stromspitzen ausgewertet werden. Typische Funktionen, die an der Tür durchgeführt werden, sind die Betätigungen von Türschloss, Außenspiegel, Bedienschaltern und -Leuchten, die von dem zentralen Steuergerät bedient werden. Die Anzahl der durchzuführenden Funktionen ist bei der Fahrer- und Beifahrertür hoch, dagegen bei den Fondtüren niedrig.
Um den Umfang der Türverkabelung weiter zu reduzieren, werden kleine Busknoten im Außenspiegel, dem Türschloss und den Bedienschaltern eingesetzt, die mit dem zentralen Steuergerät, z. B. einem gesonderten zentralen Türsteuergerät über eine Busverbindung kommunizieren. Aus Kostengründen lohnt sich dies nur, wenn durch diese Ausgestaltung eine größere Anzahl Leitungen eingespart wird. Problematisch sind diese kleinen Busknoten, wenn beim Basisfahrzeug zu wenige Leitungen und nur beim maximal ausgestatteten Fahrzeug genügend Leitungen eingespart werden. Deshalb werden bei den Fondtüren die Fensterheberfunktionen oft von einem zentralen Steuergerät abgearbeitet, bei dem ein zentraler MC die Steuerung erledigt; dieser MC kann dann für beide Fondtüren eingesetzt werden. Trotz des geringeren Funktionsumfanges führen bei dieser Lösung viele Einzelleitungen für den Fensterheber, die Schalter und die Leuchten zum zentralen Steuergerät, welches in der Regel unter dem Sitz oder im Kofferraum positioniert ist.
Auf einer Konferenz am 19. und 20. September 2002 in Ludwigsburg wurde die Anwendung des kostengünstigen 1-Draht-Bus LIN beschrieben, wobei auch Anwendungen für den Türbereich erwähnt wurden.
In Verbindung mit den erwähnten kleinen Busknoten kann auch eine Master/Slave-Struktur eingeführt werden, bei der diese kleineren Busknoten (Slave) nur Signale aufnehmen und dadurch ausgelöst Verbraucher ansteuern und die Rechenleistung im Wesentlichen auf den „Master" verlagert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Architektur für Module in Kraftfahrzeugen, insbesondere für die Türmodule zu finden, welche die Anzahl der benötigten Leitungen mit kostengünstigen Busknoten reduziert und welche vorzugsweise zusätzlich flexibel ist für unterschiedliche Funktionsumfänge.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche und die nachfolgende Figurenbeschreibung zeigen weiter Ausgestaltungen auf.
Die Zeichnung zeigt verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Es zeigen:
1 den Grundgedanken der Erfindung
2 bis 4 Ausgestaltungen dieses Grundgedankens
1 beschreibt die Vordertür 1 mit einem Außenspiegel 2, einem Türschloss 3, Bedienschaltern 4, Leuchten 5 und 5a, einen Fensterhebermotor 6 mit seinem Positionsgeber 6a und mit einem als Busknoten ausgebildeten Steuergerät 7 für diesen Türmodul. Die Anzahl der tatsächlich benötigten Leitungen ist jeweils in der Nähe des Querstriches auf der eingezeichneten Leitung angegeben. Der Positionsgeber 6a ist hier an das Türsteuergerät 7 angeschlossen und erhält seine Spannungsversorgung von diesem. Dieses Steuergerät 7 kommuniziert mit den Verbrauchern 2, 3 und 4 über Busknoten 2', 3', und 4', z. B. LIN; die Buskoten sind in der Zeichnung jeweils mit einem Rechteck mit Kreuz gekennzeichnet. Die bis jetzt erfolgte Beschreibung entspricht dem Stand der Technik, wie er auch in der oben genannten Konferenz publiziert wurde. Neu ist die elektrische Verbindung des Fensterhebermotors 6 und der Leitung 8 für das Signal des Positionsgebers 6a mit einem zentralen Bordnetz-Steuergerät 9. Dieses ist vorzugsweise als SP-Box ausgebildet, wie diese in den älteren Patentanmeldungen 10243970.2 und 10300464.5 beschrieben ist. Zu diesem Gerät führt auch die Verbindung 12 des Eindrahtbus. Diese Busleitung 12 kann noch mit weiteren Busknoten 13 verbunden sein. Die Stromversorgung für das Türsteuergerät 7 ist nicht dargestellt aber in den drei Leitungen zum Steuergerät 9 enthalten. Das Steuergerät 9 beinhaltet einen MC 10, dessen Interface hier nicht getrennt beschrieben ist. Dieser übernimmt neben anderen Rechenfunktionen der nicht gezeichneten angeschlossenen Peripheriemodule die Steuerung des Fensterhebermotors 6, in dem er, z. B. mittels Relais, den Fensterhebermotor aktiviert oder deaktiviert. Durch diese Strukturierung ist der nicht gezeichnete MC des Steuergeräts 7 sehr stark entlastet und kann als kostengünstiger Slave aufgebaut werden, wobei der zugehörige Master im Steuergerät 9 untergebracht ist. Die Funktionen für den Außenspiegel 2, das Türschloss 3, die Bedienschalter 4 und die Leuchten 5 und 5a sind einfache Rechenoperationen, deren Übertragung, z. B. über LIN-Bus vom Master im Steuergerät 9 zum Steuergerät 7 erfolgt. Am Steuergerät 7 sind symbolisch PINs 14 unterlegt, die für Varianten der Türfunktionen genutzt werden können, wie dies anhand der 2 beschrieben wird.
Hier ist ein einfaches Türschloss 3a mit vier Anschlussleitungen gezeichnet. Im Vergleich zum LIN-Knoten der 1 wäre nur eine Leitung gespart, so dass dieses sich nicht rechnet. Dasselbe gilt für den Außenspiegel 2a und die Bedienschalter 4a. Bei diesem verringerten Funktionsumfang wird ein zentrales Türsteuergerät 7a eingesetzt, welches keinen zusätzlichen LIN-Knoten ansteuert. Auch hier erfolgt die Ansteuerung des Fensterhebermotors 6a über das externe zentrale Steuergerät 9a mit den in 1 beschriebenen Funktionen. Bei dieser Version fehlt jedoch der Positi onsgeber. Hier wird die Position, z. B. über das bekannte Ripple-Count-Verfahren bestimmt. Der hierzu nötige Shunt ist in der 2 eingezeichnet und mit 15 bezeichnet. Dieses kosteneinsparende Verfahren kann auch beim Ausführungsbeispiel der 1 eingesetzt werden. Durch diese Strukturierung Mini-Slave im Steuergerät 7a und Rechenoperationen und Ansteuerung im Master 9a ist eine kostengünstige Lösung möglich. Das Steuergerät 7a kann klein und flach gestaltet werden, sowie technologisch und im Packaging optimiert, z. B. in Chip-on-Silicon-Technik ausgeführt sein, da raum- oder flächenaufwändige Relais oder große H-Brücken nicht untergebracht werden müssen.
Mit 16 wurde in 2 die Trennstelle zum Modul, z. B. durch einen Stecker bezeichnet. Dieses Zeichen gilt für alle Trennstellen.
Aufgrund dieser Ausgestaltung besteht auch die Möglichkeit des Einsatzes dieser Strukturierung in der Fondtür, welche ebenfalls einige Funktionen beinhaltet.
In dem in 3 dargestellten Beispiel wären entsprechend dem Stand der Technik neben den Leitungen für den Fensterhebermotor noch 4 + 2 + 2 + 3 = 11 Leitungen notwendig, welche über Trennstellen in die Rahmenbodeneinheit von den Verbrauchern zum üblichen Zentralsteuergerät führen müssten. In diesem Beispiel für die Fondtür sind erfindungsgemäß nur 3 + 3 = 6 Leitungen notwendig, das heißt eine Ersparnis von fünf Leitungen. Dies bedeutet, dass auch unter Berücksichtigung der Variantenkosten bei unterschiedlichen Türfunktionen Kostenvorteile vorhanden sind. Bei der Verwendung der oben erwähnten SP-Box ist im Vergleich zu einem speziellen Zentralsteuergerät für die Fondtürfunktionen ein zusätzlicher Kostenvorteil verbunden, da von dieser SP-Box auch das Packaging, Interface und Rechner genutzt werden kann, welches ohnehin für andere Funktionen vorhanden ist.
Unter Berücksichtigung einer Master-Slave-Strukturierung bei den SP-Boxen könnte jeweils vorn links und rechts ein Master sitzen, der die jeweiligen Fensterhebermotoren einer Fahrzeugseite steuert. Damit könnten die Fond-SP-Boxen als Slave ausgebildet werden.
4 zeigt eine vereinfachte Verkabelung für einen Türbusknoten. Hier wird z. B. eine +-Ansteuerleitung 19a für den Busknoten 7b von einer der Ansteuerleitungen 19b von den Relais 11a zum Fensterhebermotor 6b innerhalb der Tür abgezweigt. Das hat den Vorteil, dass Leitungen in der Rahmenbodenanlage eingespart werden. Dies wird erkauft dadurch, dass während der Ansteuerung einer Bewegungsrichtung des Fensterhebermotors, z. B. beim Tieflauf keine Funktion des Slave-Busknotens 7b möglich ist, gegebenenfalls könnte eine Energiespeicherung in einem Kondensator erfolgen, um die Funktion dauernd zu garantieren.
Vorteilhaft ist es den Tür-Busknoten 7b an den Fensterhebermotor anzubauen, was durch den Kasten 17 angedeutet ist oder beide ineinander zu integrieren. Damit kann eine zusätzliche Versorgungsleitung für den Busknoten 7b bei Einsatz von zwei Dioden 20 eingespart werden. Als Verbindungstechnik zur Türtrennstelle 16a kann man die Leitungen 19 in Flachleiter oder Folientechnik ausgestalten. Dies gilt auch für den Anschluss der restlichen Verbraucher entsprechend 3.
Wenn der Fensterhebermotor mit einem Hall-Positionsgeber ausgestaltet ist, kann dieses Chip als MC-ASIC für den Busknoten erweitert werden, einschließlich der Integration der Dioden. Die Signalleitung des Hallgebers wird wie in 1 dem zentralen Steuergerät zugeführt.
Oben wurden SP-Boxen erwähnt. In diesen sind außer der Zentralelektronik auch Schaltmittel für die Sicherungs- und Verteilerfunktion integriert, die vorzugsweise alle Nieder- und Hochstrompfade zu den angrenzenden Verbrauchern in der SP-Box absichert. Vorzugsweise sind die Ausgänge der Anschlusskabel durch Schalter (Mosfets und/oder Relais) und/oder reversible Sicherungen (Polyswitches} abgesichert.

Claims

Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, bei dem die Verbraucher (2 bis 6) zu einzelnen Fahrzeugmodulen zusammengefasst sind, wobei die Mehrheit der Verbraucher (2 bis 5) eines Moduls über wenigstens einen mit einem zentralen Steuergerät (9) über eine Busverbindung (12) verbundenen Busknoten (7) angesteuert und/oder geregelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigsten ein zum Modul gehörender Verbraucher, vorzugsweise ein Hochstromverbraucher (6) von dem zentralen Steuergerät (9) direkt angesteuert und/oder geregelt wird.
Bordnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Busknoten (7) der Busknoten einer Fahrzeugtür (1) ist und dass über ihn Verbraucher (2a, 3a, 4a, 5a) im Türbereich direkt angesteuert werden.
Bordnetz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Busknoten (7) weitere Satellitenbusknoten (2', 3', 4') angeschlossen sind, die ihrerseits Verbraucher (2, 3, 4) ansteuern und/oder regeln.
Bordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Steuergerät (9) mit einem Mikrocomputer (10) ausgestattet ist, durch den die Masterfunktionen wenigstens eines Moduls ausgeführt werden und dass in dem Busknoten (7) und gegebenenfalls den Satellitenbusknoten (2', 3', 4') nur Slavefunktionen durchgeführt werden.
Bordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Busknoten (7) mit einem Notprogramm zur selbständigen Durchführung von Ansteuerungen/Regelungen bei Ausfall des zentralen Steuergeräts (9) versehen ist.
Bordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Zuordnung eines Sensors (6a) zu dem Hochstromverbraucher (6), dieser Sensor (6a) mit dem zentralen Steuergerät (9) kommuniziert, vorzugsweise jedoch vom Busknoten (7) mit Spannung versorgt wird.
Bordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausstattung des Busknotens (7) für verschiedene Funktionsumfänge unterschiedlich ist.
Bordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Busknoten (7) an den Hochstromverbraucher (6) angebaut oder mit ihm integriert ist.
Bordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Stromversorgungszuleitung (19b) zu dem Hochstromverbraucher (6b) über eine Leitung (19a) zur Stromversorgung des Busknotens (7b) dient.
Bordnetz nach Anspruch 9, bei dem der Hochstromverbraucher (6b) umschaltbar mit unterschiedlicher Polung der Spannungsversorgung betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Busknoten (7b) über eine Sperrelementekombination (20) mit den beiden Zuleitungen (19b) des Hochstromverbrauchers verbunden ist, die selbsttätig jeweils den richtigen Pol an den Busknoten (7b) anlegen.
Bordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei seiner Anwendung auf die Türen eines Fahrzeugs zentrale Hauptsteuergeräte mit Masterfunktion für die beiden Fahrzeugseiten vorgesehen sind, dass diese zentralen Hauptsteuergeräte die Türmodule der vorderen Türen bedienen und dass den Fondtürmodulen von den Hauptsteuergeräten abhängige Steuergeräte mit Slavefunktionen zugeordnet sind.
Bordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zentralen Steuergeräte SP-Boxen sind.
Bordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Busknoten (7, 2', 3', 4') in kostenoptimierter Technologie ausgeführt sind.
Bordnetz nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung des Hochstromverbrauchers als Motor (6) und eines damit ver bundenen Stellungsgebers als Hallgeber (6a) dieser in den MC-ASIC des Busknotens (7) integriert ist.