JP4365328B2 - 車両におけるデータおよびエネルギー管理のための装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１に上位概念に記載された特徴的構成を有する車両におけるデータおよびエネルギー管理のための装置に関する。ここでこの装置は、接続手段を有しており、この接続手段を介して上位の制御ユニットと、少なくとも１つの下位の制御装置とを接続可能であり、上記の上位の制御ユニットは、上位のインタフェースを有しており、また上記の少なくとも１つの下位の制御装置は、１つずつの下位のインタフェースを有しており、これらのインタフェースによって上記の上位の制御ユニットおよび少なくとも１つの下位の制御装置は、上記の接続手段を介して、双方向通信を目的として少なくとも１つの電気消費装置のデータを交換する。

従来の技術
DE 195 26 809 A1からマルチプレクス制御を有する自動車用車載電源が公知であり、ここでは電気消費装置およびスイッチが２心の分岐線路を介して共通の２心のエネルギー線路に接続されている。これらの２心の分岐線路はそれぞれ、スイッチないしは消費装置に接続可能なコネクタ／消費装置の組合せないしはコネクタ／スイッチの組合せで終端しており、この組合せそのものは制御素子およびスイッチ素子を含んでおり、この制御素子は、別の制御素子との通信のために上記分岐線路に接続されている送信器／受信器と、スイッチ素子を駆動制御するためのスイッチ電子回路と、消費装置に流れる電流を監視する装置とから構成される。

このような車載電源での欠点は、車載電源の安定性を基本的には保証できないことである。それはすべての消費装置に、殊にエネルギー需要の大きい消費装置に十分に電力資源を供給できないからである。

発明の利点
本発明の装置は、車両におけるデータおよびエネルギー管理を含んでおり、ここでは接続手段が設けられており、この接続手段を介して上位の制御ユニットと、少なくとも１つの下位の制御装置とを接続することができる。上記の上位の制御ユニットも、下位の制御装置も共にデータ伝送のための１つずつのインタフェースを含んでおり、これによって下位の制御装置に接続される電気消費装置は、双方向通信を目的として上記の接続手段を介して上位の制御ユニットとデータを交換することができる。

殊に走行上の重大な状況において、例えば安全に関連する電気消費装置では、通常の走行状況に比べて格段に増大したエネルギー需要が一部に発生する。例えば公知であるのは、フルブレーキングが行われた際、今日のブレーキシステムが、この瞬間に車載電源から供給できる電気エネルギーよりも、格段に大量の電気エネルギーを消費しなければならないことである。走行上重大な別の状況は、例えばフルスロットル時、急激なハンドル操作、または車両バッテリの容量がその危機的な状態に達した場合などに発生する。これらの状況においても上位の制御ユニットによって、相応する電気消費装置のエネルギー供給を保証しなければならない。このためにこの上位の制御ユニットには、上位のスイッチ手段が設けられており、別の接続手段に接続された制御装置によって通常の車両動作に対する通常範囲を格段に上回るエネルギー需要が要求される場合に、このスイッチ手段によって殊に有利にも接続手段を適切にアクティブ化および／またはアクティブ化することできるのである。

有利な発展形態では、上記の上位の制御ユニット内に少なくとも１つの下位の制御装置および／または少なくとも１つの電気消費装置の状態を記憶する手段が設けられている。これによって、車両の全車載電源におけるエラーイベントを記録し、またこれを例えば契約サービス工場に対して提供することができる。

また有利な実施形態では上記の上位の制御ユニットは少なくとも１つの電流検出手段を含んでおり、この電流検出手段により、上位のスイッチ手段を介して流れる、同じ接続手段に接続されアクティブ化された全電気消費装置の総電流が検出される。これによって有利にも可能になるのは、流れる総電流が、あらかじめ定めた境界値を上回った場合に、上位のスイッチ手段に接続されているこの接続手段を選択的に非アクティブ化することである。

本発明の有利な１発展形態では、上記の接続手段は、第１の給電線路の他に別の給電線路を含んでおり、この給電線路には、上位の制御ユニットの上位の電圧変換器を介して、第１の給電線路とは異なる電圧が供給される。これによって極めてコスト的かつスペース的に有利に可能になるのは、付加的なコストのなしに自動車用の複数電圧車載電源に置き換えることである。

本発明の別の利点は、上記の車載電源の接続手段が、上記の少なくとも１つの給電線路の他に無負荷電流線路（Ruhestromleitung）として別の給電線路を含んでいることによって得られ、この別の給電線路によって電気消費装置に冗長に給電される。これによって保証されるのは、安全に関連する消費装置、例えば、操舵を支援する電気モータが、給電線路の遮断時であっても、危険のない車両動作のために利用可能になることである。さらに上記の無荷電流線路により、停止および／またはロックされた車両においてもアクティブでなければならない電気消費装置の給電が保証される。ここで例として車両それ自体のロックシステムに対する送受信電子装置を挙げることができよう。

図面
図面には車両に対するデータおよびエネルギー管理の本発明の実施例が示されており、この実施例を以下の説明において詳述する。図面の図、その説明ならびに請求項には多数の特徴的構成が組み合わされて含まれている。当業者は、これらの特徴的構成を個々に考察することも、別の有利な組合せにまとめることもできる。

ここで、
図１は、車両におけるデータおよびエネルギー管理に対する構成例の概略を示しており、
図２は、上位の制御ユニットに対する構成例の概略を示しており、
図３は、下位の制御装置に対する構成例の概略を示しており、
図４は、下位の制御装置と接続手段とのコンタクトに対する構成例の概略を示している。

有利な実施形態の説明
図１には車両１におけるデータおよびエネルギー管理のための装置が示されており、ここではこの装置を以下略して車載電源とも称する。この車載電源は、連絡線（Stichleitung）として実施された少なくとも１つの接続手段４を含んでおり、この接続手段は、スターポイント状（sternpunktfoermig）に上位の制御ユニット２に接続されている。車両において接続手段４をスターポイント状に配置することによって、互いに他に依存しないエネルギー領域が得られる。有利にはこの少なくとも１つの接続手段４は、フラットリボンケーブル（Flachbandkabel）として実施される。これによって、慣用の電気配線に比べて格段の重量および組み込みスペースの低減を保証することができる。バッテリスイッチ手段２０によって非アクティブ化またはアクティブ化することのできるバッテリ接続手段５を介して、上位の制御ユニット２と、車両バッテリ３とが直接接続される。連絡線に沿って少なくとも１つの電気消費装置８、例えば、パワーウィンドモータ、シートヒータ、ブレーキブースタ、ヘッドライトまたはこれに類似のものなどが配置されており、またこれらの電気消費装置は１つずつの分岐線路７を介し、下位の制御装置６によって連絡線にコンタクトしている。位置的に互いに密に配置されている安全にあまり関連しない電気消費装置も、安全に関連する電気消費装置も共に別々に給電するため、車両１の１領域に複数の並列な接続手段４を設けることができる。

図２は上位の制御ユニット２の概略実施例を示している。この制御ユニットは実質的に、上位のバッテリスイッチ手段２０と、上位の電流検出手段２１と、上位の電圧変換器２２と、少なくとも１つの上位のスイッチ手段２３と、上位のインタフェース２４と、記憶のための手段２５とから構成される。上位の制御ユニット２は、車載電源のスターポイントを形成し、一方ではバッテリスイッチ手段２０およびバッテリ接続手段５を介して直接、車両バッテリ３に接続されており、他方では上位のスイッチ手段２３および連絡線として実施される接続手段４を介して下位の制御装置６に接続されている。ここでバッテリ接続手段５は、エネルギー供給のための少なくとも１つの第１バッテリ給電線路５１からなり、これに対してアース接続は車両ボディを介して保証される。しかしながら別の実施形態ではバッテリ接続手段５のコンポーネントである別の第２バッテリ給電線路５２を介してアース接続を行うことも可能である。さらに、複数の車両バッテリが設けられる場合には別の給電線路および／またはバッテリ接続手段を設けることが可能である。

連絡線として実施される少なくとも１つの接続手段４は、ハイブリッドケーブルとして構成され、ここでこれは、電気消費装置８にエネルギー供給する少なくとも１つの第１給電線路４１および／または少なくとも１つの第１データ線路４３からなる。給電および／またはデータ線路を１つずつだけ設ける場合、エネルギーおよびデータ伝送に対する共通のアース接続として車両ボディを使用する。しかしながら別の実施形態では、接続手段４を少なくとも１つの別の給電線路４２および／またはデータ線路４４から構成して、データおよびエネルギーを完全に互いに自立的に伝送することも可能である。またこれを電力線接続と考えて、エネルギーおよびデータを共通の線路４１で伝送することも可能であり、これに対して車両ボディか、または線路４２，４３，４４かをアース接続として使用する。安全に関連する消費装置８に冗長に給電するため、および／または例えば車両それ自体のロックシステムに対する送受信電子装置などのように遮断された車両１においてアクティブでなければならない電気消費装置８の給電を保証するため、さらに別の給電線路４２を無負荷電流線路として設計することができる。さらに上位の制御ユニット２の上位の電圧変換器２２に関連して、例えば１２ボルトの第１給電電圧と、例えば４２ボルトの少なくとも１つの別の給電電圧とを有する複数電圧車載電源が考えられる。この場合、少なくとも１つの別の給電線路４２は、第１給電線路４１に対して別の電圧で給電することができる。少なくとも１つの接続手段４の別の実施形態は、例えば所要の信頼性、冗長なフォールバックシステムの準備、および／または所定のウェイクアップおよびスイッチオンコンセプトの考慮などのような付加的な判定基準に依存して得られる。

上位の制御ユニット２の上位のインタフェース２４は、少なくとも１つの接続手段４のデータ線路４３，４４を介して、少なくとも１つの電気消費装置８のデータを、少なくとも１つの下位の制御装置６と双方向通信に交換するために使用される。エネルギー要求が、データ線路４３，４４を介し、少なくとも１つの下位の制御装置６により、上位の制御ユニット２に送信される場合、上位の制御ユニット２は、少なくとも１つの上位のスイッチ手段２３によって、少なくとも１つの別の接続手段４を適切に非アクティブ化および／またはアクティブ化して、所望のエネルギー要求を満たすことができる。これは例えばフルスロットルの場合に必要である。ブレーキブースタに十分なエネルギーを供給できるようにするため、上位の制御ユニット２は、例えば、車両のダッシュボード領域における安全にあまり関連しない消費装置、ダッシュボード照明、カーラジオ、エアコンディショナなどにエネルギーを供給する接続手段４を一時的に遮断する。

さらに、上位の制御ユニット２には上位の電流検出手段２１が設けられており、これは、少なくとも１つの上位のスイッチ手段２３を介して流れる、同じ接続手段４に接続されアクティブ化された全電気消費装置８の総電流を検出する。この流れる電流があらかじめ定めた境界値を上回る場合、例えば短絡の場合、上位の制御ユニット２は、少なくとも１つの上位のスイッチ手段２３により、電流超過が発生した接続手段４を選択的に正確に検出することができる。

最後に上位の制御ユニット２は記憶手段２５を含んでおり、この記憶手段には少なくとも１つの下位の制御装置６および／または少なくとも１つの電気消費装置８の状態を、後の故障診断のために記憶することができる。

図３は下位の制御装置６の概略を例示的に示している。この制御装置は、例えば、少なくとも１つの下位のスイッチ手段６０と、下位のインタフェース６１と、下位の電流検出手段６２と、下位のスイッチロジック６３と、下位の電圧変換器６４とから構成される。下位の制御装置６は、接続手段４と、分岐線路７によって接続される電気消費装置８との間の接続部材である。電気消費装置８の設計に応じて、分岐線路７に対して１つまたは複数の給電線路７１，７２および／またはデータ線路７３，７４を設けることができる。下位のインタフェース６１を介して電気消費装置８と車載電源との間のデータ通信が可能である。ここでは上位の制御ユニット２への接続の他に、下位の制御ユニット６ないしはこれに接続された電気消費装置８との間の直接の通信も行われる。

接続された電気消費装置８にエネルギー供給するためのスイッチ機能は、例えばパワートランジスタとして実施される少なくとも１つの下位のスイッチ手段６０によって実現される。電流検出手段６２により、少なくとも１つの下位のスイッチ手段６０を介して流れる電気消費装置８への電流を検出し、また下位のスイッチロジック６３に供給することができる。同様に考えられるのは、少なくとも１つの下位のスイッチ手段６０の前段および／または後段に下位の電圧検出手段を設けて給電電圧を検出することである。この場合、測定した電流および／または電圧の大きさに依存して、電気消費装置８の相異なる故障内容、例えば電気消費装置における電圧の低下、短絡または電力の遮断を検出し、また記憶のために上位の制御装置２に伝送することができる。さらに、下位の電圧検出手段により、隣り合う２つの下位の制御装置６間で少なくとも１つの接続手段４を監視することができる。これによって可能になるのは例えば、少なくとも１つの接続手段４のケーブルが破損した箇所を極めて簡単に特定することである。さらにここでは測定した電流に依存して少なくとも１つの下位のスイッチ手段６０を下位のスイッチロジック６３によって駆動制御し、これによって下位の制御ユニット６がふつうの車両において必要なヒューズの代用品として使用される。この場合、下位の制御装置６間で直接通信ができるのに関連して、代替機能を実行する電気消費装置８により、非アクティブ化されたないしはもはやアクティブ化できない電気消費装置８の機能を引き継ぐことができる。したがって例えば、ブレーキランプが故障した場合、ブレーキランプが再度作動できるようになるまでこの機能を隣のテールライトによって引き継ぐことが考えられる。したがって電気消費装置８における故障内容の評価および位置的な検出を使用して、下位の制御装置６によって電気消費装置８を遮断する、および／またはこの消費装置８を上位の制御ユニット２に接続する接続手段４を上位の制御ユニット２によって非アクティブ化することができる。

最後にこの下位の制御装置６には下位の電圧変換器６４も設けられている。この電圧変換器はまず第１に下位の制御装置６に含まれるコンポーネントグループ６０，６１，６２，６３のすべてを給電するために使用される。しかしながらこの下位の電圧変換器６４をさらに電圧源としても使用して、下位の制御装置６に接続される電気消費装置８のスイッチ素子、例えばリレーまたは類似のものの状態を検出することができる。

下位の制御装置６の使用およびモジュール性をフレキシブルかつ経済的にするため、例えば、スイッチ出力を増大させることを目的として、または例えばモータ駆動制御のためのＨブリッジのような様々なスイッチ機能に対して、別の下位のスイッチ手段を設けることができる。さらに、下位の制御装置６を、純粋なデータ検出のためだけに使用する、例えば、すでにのべたスイッチ素子に関連しておよび／または光、圧力ないしは音センサに関連して使用することも考えられる。この場合、少なくとも１つの下位のスイッチ手段６０を省略することができる。

図４には少なくとも１つの下位の制御装置６と、少なくとも１つの接続手段４とをコンタクトする例が示されている。ここで識別できるのは、下位の制御装置６のソケット６５と、接続手段４との電気接続のための少なくとも１つのコンタクト手段６６，６９と、固定手段６８とである。接続手段４は、例えば、すでに述べた少なくとも１つの給電線路４１，４２および／または少なくとも１つのデータ線路４３，４４を有するフラットリボンケーブルとして実施される。格段に大きい電気的負荷容量に起因して給電線路４１，４２は有利にはデータ線路４３，４４よりも大きな断面を有する。さらにスペースを節約するために有利であるのは、個々に分かれた複数の給電線路４１，４２の場合、これらを図４のように部分的に重ねて配置することである。ここで下位の制御装置６と接続手段４との間のコンタクトは例えば、フラットリボン線路４１，４２，４３，４４が断線されず、また分離されないように行われる。このため、接続手段４のそれぞれの任意の箇所にパンチホール６７を設けることができ、ここでこれらのパンチホールにより、フラットリボン線路のコンタクト箇所の直ぐ近くの領域だけがむき出しにされる。この場合に図４に示していない下位の制御装置６のカバーを載置する際、例えばクリップ（Buegelfeder）として実施したコンタクト手段６６がパンチホール６７に押し付けられて、接続手段４と下位の制御装置６との間の電気接続が形成される。データ線路４３，４４が比較的狭い幅で実施される場合、コンタクトを挟みつけコンタクト（Klemmkontakt）６９によって行うことも可能であり、ここでこれはフラットリボン線路を、相応に設けられた箇所において取り囲む。有利には下位の制御装置６のコンタクト手段６６，６９をソケット６５に適切に配置して極性誤りが回避されるようにする。これは、例えば大きさの異なるパンチホール６７およびコンタクト手段６６，６９によって、および／またはパンチホール６７およびコンタクト手段６６，６９をずらして配置することによって、および／または付加的に取り付けられる固定手段６８によって行われる。これによって接続手段４における下位の制御装置６の回転またはずれが回避される。下位の制御装置６と接続手段４との間のここで示したコンタクト形成の他に別の接続テクニック、例えばねじ接続またはパフォレーションとして前もって準備したパンチホールによるコンタクトを考えることができる。

下位の制御装置６のカバーおよびソケット６５は、組み立てた状態で、密閉されたユニットを形成し、これは汚れおよび湿気の侵入に対して保護される。ここでは有利にはクーラントを含めた全体的な電子回路６０，６１，６２，６３，６４および固定に接続される分岐線路７は、下位の制御装置６のカバーに取り付けられる。

車両におけるデータおよびエネルギー管理のための本発明の装置は、上記の説明に述べた実施例に限定されない。同じことが本発明の上位の制御ユニット２，本発明の下位の制御装置６および本発明の接続手段４にも当てはまる。さらにデータおよびエネルギー管理のための本発明の装置は、車両への適用に限定されない。

車両におけるデータおよびエネルギー管理に対する構成例の概略図である。 上位の制御ユニットに対する構成例の概略図である。 下位の制御装置に対する構成例の概略図である。 下位の制御装置と接続手段とのコンタクトに対する構成例の概略図である。

Claims (14)

1. 車両（１）におけるデータおよびエネルギー管理のための装置であって、
   該装置は、接続手段（４）を有しており、
   該接続手段を介して上位の制御ユニット（２）と、少なくとも１つの下位の制御装置（６）とを接続可能であり、
   前記の上位の制御ユニット（２）は、上位のインタフェース（２４）を有しており、
   前記の少なくとも１つの下位の制御装置（６）は、１つずつの下位のインタフェース（６１）を有しており、
   前記のインタフェースによって前記の上位の制御ユニット（２）および少なくとも１つの下位の制御装置（６）は、前記接続手段（４）を介して、双方向通信を目的として、当該の下位の制御装置（６）に接続されている少なくとも１つの電気消費装置（８）のデータを交換する形式の、車両（１）におけるデータおよびエネルギー管理のための装置において、
   第１の接続手段（４）を介して前記の電気消費装置（８）の通常動作よりも大きなエネルギーが、当該の電気消費装置（８）に接続された下位の制御装置（６）によって要求される場合、少なくとも１つの別の接続手段（４）が、前記の上位の制御ユニット（２）の少なくとも１つの上位のスイッチ手段（２３）によって適切に非アクティブ化されて、前記の所望のエネルギー要求に適合化されることを特徴とする、
   車両（１）におけるデータおよびエネルギー管理のための装置。
2. 車両（１）におけるデータおよびエネルギー管理のための装置であって、
   該装置は、複数の接続手段（４）を有しており、
   該接続手段を介して上位の制御ユニット（２）と、少なくとも１つの下位の制御装置（６）とを接続可能であり、
   前記の上位の制御ユニット（２）は、上位のインタフェース（２４）を有しており、
   前記の少なくとも１つの下位の制御装置（６）は、１つずつの下位のインタフェース（６１）を有しており、
   前記のインタフェースによって前記の上位の制御ユニット（２）および少なくとも１つの下位の制御装置（６）は、前記接続手段（４）を介して、双方向通信を目的として、当該の下位の制御装置（６）に接続されている少なくとも１つの電気消費装置（８）のデータを交換する形式の、車両（１）におけるデータおよびエネルギー管理のための装置において、
   第１の接続手段（４）を介して前記の電気消費装置（８）の通常動作よりも大きなエネルギーが、当該の電気消費装置（８）に接続された下位の制御装置（６）によって要求される場合、少なくとも１つの別の接続手段（４）が、前記の上位の制御ユニット（２）の少なくとも１つの上位のスイッチ手段（２３）によって適切に非アクティブ化されて、前記の所望のエネルギー要求に適合化され、
   前記の少なくとも１つの下位の制御装置（６）に、下位の電圧検出手段が設けられており、これにより、少なくとも１つの電気消費装置（８）を給電する給電電圧が検出されるることを特徴とする
   車両（１）におけるデータおよびエネルギー管理のための装置。
3. 前記の上位の制御ユニット（２）は、前記の少なくとも１つの下位の制御装置（６）および／または少なくとも１つの電気消費装置（８）の状態を記憶するための手段（２５）を含む、
   請求項１または２に記載の装置。
4. 前記の上位の制御ユニット（２）は、少なくとも１つの上位の電流検出手段（２１）を含んでおり、
   該電流検出手段は、前記の少なくとも１つの上位のスイッチ手段（２３）を流れる、同じ接続手段（４）に接続されアクティブ化された全電気消費装置（８）の総電流を検出し、かつ当該の流れる総電流があらかじめ定めた境界値を上回る場合には当該接続手段（４）を選択的に非アクティブ化する、
   請求項１から３までの１項に記載の装置。
5. 前記の下位の制御装置（６）は、少なくとも１つの下位の電流検出手段（６２）を有しており、
   該電流検出手段は、少なくとも１つの下位のスイッチ手段（６０）を流れる電流を検出しかつ評価のために下位のスイッチロジック（６３）に供給し、該電流に依存して前記の下位のスイッチ手段（６０）を駆動制御する、
   請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置。
6. 前記の下位の制御装置（６）は電圧変換器（６４）を含んでおり、
   該電圧変換器は電圧源として使用可能であり、これによって、前記の少なくとも１つの電気消費装置（８）の、下位の制御装置（６）に接続されたスイッチ素子の状態を検出する、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の装置。
7. 前記の下位の電圧検出手段により、隣り合う２つの下位の制御装置（６）間で少なくとも１つの接続手段（４）を監視できるようにした、
   請求項１から６までのいずれか１項に記載の装置。
8. 前記の少なくとも１つの下位の制御装置（６）に前記の少なくとも１つの接続手段（４）との接続のためのコンタクト手段（６６，６９）が設けられており、
   該コンタクト手段は、極性誤りが回避されるように設計されている、
   請求項１から７までのいずれか１項に記載の装置。
9. 前記の下位の制御装置（６）のデータは、直接的な通信として前記の少なくとも１つの接続手段（４）を介して互いに交換可能である。
   請求項１から８までのいずれか１項に記載の装置。
10. 前記の下位の制御装置（６）間の直接的な通信に関連して、非アクティブ化されたないしはもはやアクティブ化できない電気消費装置（８）の機能を、代替機能を実施する電気消費装置（８）によって引き継ぐ、
    請求項９に記載の装置。
11. 前記の少なくとも１つの接続手段（４）は、少なくとも１つの給電線路（４１，４２）および／または少なくとも１つのデータ線路（４３，４４）を有するフラットリボン線路として実施されている、
    請求項１から１０までのいずれか１項に記載の装置。
12. 前記のフラットリボン線路を、共通のスターポイント（２）から発する連絡線として実施する、
    請求項１１に記載の装置。
13. 複数電圧車載電源では、上位の制御ユニット（２）の上位の電圧変換器（２２）により、前記の少なくとも１つの給電線路（４１）とは異なる、少なくとも１つの接続手段（４）の別の給電線路（４２）に別の電圧を供給する、
    請求項１から１２までのいずれか１項に記載の装置。
14. 前記の少なくとも１つの接続手段（４）の別の給電線路（４２）を無負荷電流線路として設計し、
    該無負荷電流線路により、安全関連の消費装置（８）に冗長に給電し、および／または停止された車両（１）にてアクティブでなければならない電気消費装置（８）の給電を保証する、
    請求項１から１３までのいずれか１項に記載の装置。

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