WO2017121559A1 - Systemarchitektur für ein aktives fahrwerksystem an einem kraftfahrzeug - Google Patents

Systemarchitektur für ein aktives fahrwerksystem an einem kraftfahrzeug Download PDF

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WO2017121559A1
WO2017121559A1 PCT/EP2016/080643 EP2016080643W WO2017121559A1 WO 2017121559 A1 WO2017121559 A1 WO 2017121559A1 EP 2016080643 W EP2016080643 W EP 2016080643W WO 2017121559 A1 WO2017121559 A1 WO 2017121559A1
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control unit
subnetwork
electrical
system architecture
subnet
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PCT/EP2016/080643
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Andreas Füssl
Istvan Hegedüs-Bite
Daniel Wolf
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • B60G17/015—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements
    • B60G17/0152—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by the action on a particular type of suspension unit
    • B60G17/0157—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by the action on a particular type of suspension unit non-fluid unit, e.g. electric motor
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    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/228—Damping of high-frequency vibration effects on spacecraft elements, e.g. by using acoustic vibration dampers

Definitions

  • the invention relates to a system architecture for an active suspension system on a motor vehicle as well as a vehicle with a corresponding system architecture.
  • a vibration damper for a motor vehicle is disclosed.
  • an electrical adjustment mechanism of the damper shown is powered by an electrical system, which are used externally excited movements of the vibration damper on the actuator for energy recovery and this energy can be fed back into the electrical system.
  • dampers are to operate with a high power.
  • voltage peaks in the electrical system can occur due to the energy recovery.
  • the on-board electrical systems commonly used in vehicles are not optimally suited.
  • the system architecture is suitable for an active suspension system which is designed for a motor vehicle.
  • the system architecture comprises an on-board network having a first subnetwork and a second subnetwork, wherein the first subnetwork has a first voltage level, which is lower than a second voltage level of the second subnetwork.
  • the electrical system is conveniently operated with DC voltage.
  • the first voltage level may be 12 volts, with the second subnet being at a voltage level of conveniently 48 volts.
  • This system architecture is suitable for the operation of active chassis elements.
  • the respective active chassis selement in particular an electrical unit for electrical adjustment or influencing the active suspension element.
  • the active suspension element can also be used for energy recovery, the recovered energy is conveniently fed from the second subnet in the first subnetwork, in particular in corresponding energy storage of the first subnetwork.
  • the active suspension elements may be, for example, a stabilizer, a bodybuilder or a vibration damper. These may be formed, for example, electro-hydraulic or electromechanical.
  • the system architecture in addition to the electrical unit also has at least one control unit.
  • the at least one electrical unit may be formed on the respectively associated active chassis element or arranged spatially close thereto.
  • the electrical unit is integrated into the associated active chassis element.
  • the electrical unit has in particular an electric drive or a motor, which is controlled via the control unit.
  • the control unit essentially provides for the adjustment of the respective active chassis element or for a group of several active chassis elements in order to optimally adjust the chassis of the vehicle to the prevailing conditions, in particular the road conditions.
  • the electrical unit and the controller are supplied with the second voltage level.
  • the second subnet is thereby adapted to optimal operating conditions for the active suspension element, in particular the power consumption and power output. It is possible that further electronic elements are arranged on the second subnet. For this purpose, for example, count an electric traction drive for the motor vehicle.
  • By supplying the electrical assembly and the controller at the second voltage level it is possible to operate the active chassis member at a higher power consumption and a higher power output than at the first voltage level.
  • existing architectures for electrical systems can be used further, with only an interface between the first and the second subnet is to be formed. Accordingly, a parallel operation of previous Bordnetze in the form of the first subnetwork with the first voltage level together with a second subnetwork with the second voltage level is possible.
  • electri- roimplantation of each subnet communicate with each other as well as across subnets and possibly exchange data. Examples of this are control devices of the first subnetwork and the second subnetwork.
  • the first subnetwork and the second subnetwork are interconnected via a voltage converter.
  • an energy transfer in both directions can be made possible, ie from the first subnet to the second subnet and from the second subnet to the first subnet.
  • the operation of the active suspension component is made possible.
  • an energy storage of the electrical system can be filled.
  • one or more long-term energy storage devices which are arranged in the first and / or in the second subnetwork, can be filled up.
  • This long-life battery can be, for example, a starter battery or a battery for an electric drive of the vehicle.
  • the first subnetwork and the second subnetwork are advantageously galvanically decoupled from each other via the voltage converter, in particular via a DC-DC converter. As a result, voltage spikes in the first subnet, resulting from the second subnet, are avoided.
  • an electrical energy buffer is formed in the second subnet, which is operatively connected to the voltage converter.
  • the electrical energy buffer hereinafter referred to as the intermediate energy storage, can record, for example, power peaks, which are fed by the energy recovery of the active suspension element in the second subnet. In this case, a uniform energy transfer from the second subnet to the first subnet is possible. In addition, the first subnet is protected from power surges from the second subnet. Likewise, the energy buffer from the first subnet can be filled to allow a permanent power supply of the active suspension element. Accordingly, the intermediate energy storage can be used to operate the active chassis element, in particular its electrical unit.
  • the energy buffer can be used For example, be formed by a capacitor or a lithium-ion battery. In this case, the intermediate energy store is connected directly or indirectly to the voltage converter, that is to say within an electrical subassembly of the second subnetwork.
  • a central control unit and at least one satellite control unit is formed in the second subnetwork, wherein the satellite control unit is assigned to an electrical unit and thus to a respective active chassis element.
  • a satellite control device is assigned to an active chassis element.
  • the satellite control units communicate with the central control unit.
  • the central control unit coordinates the satellite control units with each other, so that the active chassis elements are optimally adapted to the external conditions.
  • the central control unit can also communicate with other electrical elements, such as a vehicle control unit, which is arranged in the first subnet and operated at the first voltage level.
  • the electric elements can be operated in the first subnetwork or in the second subnetwork and can be formed, for example, by sensors.
  • a galvanic decoupling is formed.
  • This galvanic decoupling can be formed, for example, within the central control unit, the corresponding electric element or separate.
  • the respective satellite control device is conveniently formed spatially close to the associated active chassis element. In particular, this is arranged inside or on the electrical unit or integrated into it.
  • the central control unit can be designed together with one of the satellite control units.
  • these it is possible, for example, for these to be arranged only spatially close to one another, for example within the corresponding electrical unit, but as two individual ones and independent controllers remain.
  • a main satellite control unit could be formed, which takes over the function of the central control unit and the satellite control unit for the corresponding active suspension element as a single device.
  • each of the satellite control units can be connected as such with the respective electrical element.
  • a satellite control unit is representative of all satellite control units connected to the respective electrical elements and distributes the corresponding data to the other satellite control units.
  • a single electrical element such as the vehicle control unit, collect all additional information and communicate with the respective satellite control units.
  • the satellite control units can be connected to one another, for example, via signal lines in star form or in ring form.
  • each active chassis element has its own second subnetwork with a respective control unit and an electrical unit.
  • the controllers are conveniently designed as satellite control units.
  • a plurality of second subnetworks are formed with a respective satellite controller on a respective active chassis member, each one the second subnets advantageously has its own voltage converter and is connected via this with the first subnet.
  • the remarks on the other embodiments can be transferred accordingly.
  • At least one sensor which is connected to the central control unit and / or the satellite control unit, is formed on the active chassis element.
  • the central control unit When using the central control unit, for example, it is advantageous if the measured values of the sensors are communicated directly to the central control unit, so that the central control unit can ensure optimum cooperation of the satellite control units.
  • the sensors of the respective active chassis element can communicate directly with the associated satellite control unit.
  • the satellite control units can communicate the measured values of the sensors with each other via signal lines.
  • the central control unit and / or the satellite control unit is connected to a further electrical element, which are arranged within the first subnetwork or the second subnetwork.
  • Such an electrical element may be, for example, a vehicle control device or individual sensors or a sensor group, such as a body movement sensor of the corresponding vehicle. These are operated in particular at the first voltage level.
  • this electrical element is connected to the central control unit or with one or more respective satellite control units.
  • the central control unit and / or the satellite control unit are galvanically decoupled from the electrical element of the first subnetwork.
  • the galvanic decoupling on the respective control unit, in particular the central control unit and / or the satellite control unit is formed.
  • the communication of the electrical elements takes place via signal lines, in particular via a bus system.
  • a galvanic decoupling which is favorably formed on one of the interconnected electrical elements or separately therebetween, is advantageous.
  • Fig. 1 A system architecture with a central control unit and several
  • Fig. 2 A system architecture with multiple satellite control units.
  • FIG. 1 shows a vehicle electrical system 10.
  • This electrical system 10 includes a first subnetwork 12 and a second subnetwork 14 with corresponding electronic elements 15.
  • the electrical subnetwork 12 is not shown and described in more detail, since this can be formed according to already known Bordnetze 10 with their corresponding electronic elements.
  • the first subnet 12 and the second subnet 14 are connected to each other via a voltage converter 16.
  • This voltage converter 16 which is designed as a DC converter 16, transforms a voltage or a voltage level of the first subnetwork 12, which is in particular at 12 volts, in a second voltage level of the second subnetwork 14, which in this case is 48 volts.
  • the first voltage level of the first subnetwork 12 is thus smaller or smaller than the second voltage level of the second subnetwork 14.
  • an intermediate energy storage 18 is arranged or operatively connected to the voltage converter 16.
  • the energy buffer 18 is connected directly to the voltage converter 16.
  • the intermediate energy storage 18 is embodied here by way of example as a lithium-ion battery or as a capacitor.
  • the energy storage 16 on the one hand supply the electronic elements 15 of the second subnetwork 14 with energy, as well as absorb energy generated by the electronic elements 15 of the second subnetwork 14 to prevent overloading of the first subnetwork 12.
  • FIG. 1 shows a plurality of active chassis elements 20, here in the form of vibration dampers 20.
  • a respective sensor 22 is arranged on the respective vibration damper 20. This can, for example, detect a deflection state of the vibration damper 20.
  • the measured values of the sensors 22 are transmitted via signal lines 24 to a control unit 26, in this case a central control unit 28 or optionally to a satellite control unit 30.
  • the central control unit 28 communicates with control units 26 of the vibration dampers 20, which are designed as satellite control units 30.
  • the satellite control devices 30 are formed on or within an electrical unit 32 of the respective vibration damper 20. This electrical unit 32 and in particular also the satellite control unit 28 is spatially close or arranged directly on the vibration damper 20.
  • the electrical unit 32 comprises a plurality of electronic elements 15, in particular the satellite control unit 28, a voltage converter 34 and a motor 36 for adjusting the vibration damper.
  • the electric motor 36 is designed here as a three-phase motor and is supplied by the voltage converter 34, which is arranged within the second subnetwork 14 and is operated at the second voltage level.
  • the voltage converter 34 is in this case over the satellite control unit 30 is driven, wherein the satellite control unit 30 determines and sets the setting of the vibration damper 20.
  • the data determined by the sensor 22 can be transmitted to the central control unit 30 and / or to the central control unit.
  • the electric element 38a may be a vehicle control device 38a.
  • the electric elements 38b and 38c for example, further sensors 38b and 38c are present in the vehicle electrical system 10, which are operated at the first voltage level. In particular, this may be a body acceleration sensor.
  • the vehicle controller 38a is also operated by the first voltage level.
  • the electrical elements 38 are galvanically decoupled from the control unit 26 or the main control unit 28. This decoupling can be formed, for example, within the central control unit 28. As a result, a carryover of voltage peaks can be avoided. This makes it possible to communicate via the signal lines 40 with the electric elements 38 of the first subnet 12. Likewise, the galvanic decoupling between the central control unit 28 and the respective electric element 38 or even already carried out on the respective electric element 38.
  • the central control unit 28 is also connected to a wake-up / shutdown line 42.
  • the central control unit and the associated satellite control units are woken up or switched off by the vehicle control unit.
  • a Lifehold signal can be generated by the respective control unit 26, which keeps the respective control unit in operation until it, for example, completely writes the fault memory and possibly corresponding data, such as the fault memory, to another control unit, in particular the central control unit 30 or the vehicle control unit 38a has completely transferred.
  • the control units 26 can be switched off one-by-one or all together by the live-signal, which can be generated, for example, by the central controller.
  • FIG. 2 shows a further vehicle electrical system 10. This is to be discussed essentially the differences from the previous embodiment. The reference numbers of identical or equivalent components have been taken from the previous versions.
  • the vehicle electrical system 10 or the second subnetwork 14 has only satellite control devices 30 as control devices 26.
  • These satellite control units 26 are connected to each other in a star shape via communication lines 44.
  • the satellite control units 26 may also be connected to each other in an annular manner.
  • each of the satellite control units 30 is directly connected to each of the other satellite control units 30 so that they can communicate directly with each other, for example, via a bus system, and in particular receive or request the sensor data of the other satellite control units 30.
  • the data is passed from one satellite controller 30 to the next.
  • each vibration damper 20 now has a plurality of sensors 22, which can measure even further states of the vibration damper 20. These are transmitted via the corresponding signal lines 24 to the satellite control unit 30 associated with the respective vibration damper 20.
  • a plurality of sensors 22 for an active chassis member 20 may also be used in the embodiment of FIG. 1.
  • the vehicle control unit 38a is connected to the satellite control units 30.
  • sensor information in particular the electric elements 38b and 38c, transmitted to the satellite control units 30 or data from the satellite control units 30, such as error memory or sensor data of the sensors 22 are received.
  • settings that the driver of the motor vehicle undertakes, for example, can be stored or processed in the vehicle control element 38 a and transmitted to the satellite control devices 30 as required.
  • the satellite control units 30 and their electrical components form a common second subnet 16 off.
  • the wake-up / shut-off line 42 is connected directly to the individual satellite control units 30 via a bus system.
  • each of the active chassis elements 20 may have its own second subnetwork 14.
  • an electrical unit comprising a voltage converter, an energy store, a control unit, a motor and possibly a voltage converter associated with the motor is advantageously present on each vibration damper 20.
  • each active chassis element 20 with the associated electrical units forms an independent system which can be operated with a conventional vehicle electrical system.
  • the transmission of sensor information for example, centrally via the vehicle control unit 38 in one of the embodiments described above or directly with each other the satellite control units 30 happen. In this case, for the transmission of information between the electric elements of the various subnets corresponding electrical elements are galvanically separated from each other.

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Abstract

Systemarchitektur für ein aktives Fahrwerkssystem an einem Kraftfahrzeug, umfassend ein Bordnetz (10) mit einem ersten Teilnetz (12) und einem zweiten Teilnetz (14), wobei das erste Teilnetz (12) ein erstes Spannungsniveau aufweist, welches geringer ist als ein zweites Spannungsniveau des zweiten Teilnetzes (14) und zumindest eine elektrische Baueinheit (32) für ein aktives Fahrwerkselement (20) und zumindest ein Steuergerät (26), wobei die elektrische Baueinheit (32) und das Steuergerät (26) mit dem zweiten Spannungsniveau versorgt werden. Des Weiteren wird ein Fahrzeug mit einer derartigen Systemarchitektur beschrieben.

Description

Svstemarchitektur für ein aktives Fahrwerksvstem an einem Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Systemarchitektur für ein aktives Fahrwerksystem an einem Kraftfahrzeug so wie ein Fahrzeug mit einer dementsprechenden Systemarchitektur.
In der DE 101 20 102 A1 ist beispielsweise ein Schwingungsdämpfer für ein Kraftfahrzeug offenbart. Dabei wird ein elektrischer Verstellmechanismus des gezeigten Dämpfers über ein Bordnetz versorgt, wobei von außen angeregte Bewegungen des Schwingungsdämpfers über den Aktuator zur Energierückgewinnung genutzt werden und diese Energie wieder in das Bordnetz eingespeist werden. Einerseits sind derartige Dämpfer mit einer hohen Leistung zu betreiben. Andererseits können durch die Energierückgewinnung Spannungsspitzen im Bordnetz auftreten. Für einen derartigen Betrieb sind die üblicherweise in Fahrzeug verwendeten Bordnetze nicht optimal geeignet.
Es ist daher Aufgabe eine Systemarchitektur bereitzustellen, die es ermöglicht einen Schwingungsdämpfer mit erhöhter Leistungsaufnahme und Leistungsabgabe optimal unter Weiterverwendung des üblichen Bordnetzes für Fahrzeuge zu betreiben.
Diese Aufgabe wird durch eine Systemarchitektur gemäß dem Patentanspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausführungsvarianten der Systemarchitektur offenbart.
Die Systemarchitektur ist hierbei für ein aktives Fahrwerkssystem, welches an ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist, geeignet. Dabei umfasst die Systemarchitektur ein Bordnetz mit einem ersten Teilnetz und einem zweiten Teilnetz, wobei das erste Teilnetz ein erstes Spannungsniveau aufweist, welches geringer ist als ein zweites Spannungsniveau des zweiten Teilnetzes. Dabei wird das Bordnetz günstigerweise mit Gleichspannung betrieben. Das erste Spannungsniveau kann hierbei beispielsweise bei 12 Volt liegen, wobei das zweite Teilnetz bei einem Spannungsniveau von günstigerweise 48 Volt liegt. Diese Systemarchitektur ist dabei für den Betrieb von aktiven Fahrwerkselementen geeignet. Dabei weist das jeweilige aktive Fahrwerk- selement insbesondere eine elektrische Baueinheit zur elektrischen Verstellung oder Beeinflussung des aktiven Fahrwerkselements auf. Gegebenenfalls kann das aktive Fahrwerkselement auch zur Energierückgewinnung genutzt werden, wobei die zurückgewonnene Energie günstigerweise von dem zweiten Teilnetz in das erste Teilnetz, insbesondere in entsprechende Energiespeicher des ersten Teilnetzes, eingespeist wird. Bei den aktiven Fahrwerkselementen kann es sich beispielsweise um einen Stabilisator, eine Aufbaufeder oder ein Schwingungsdämpfer handeln. Diese können beispielsweise elektrohydraulisch oder elektromechanisch ausgebildet sein. Dabei weist die Systemarchitektur neben der elektrischen Baueinheit zudem mindestens ein Steuergerät auf. Die zumindest eine elektrische Baueinheit kann an dem jeweils zugehörigen aktiven Fahrwerkselement ausgebildet oder räumlich nahe an diesem angeordnet sein. Günstigerweise ist die elektrische Baueinheit in das zugehörige aktive Fahrwerkselement integriert. Die elektrische Baueinheit weist hierbei insbesondere einen Elektroantrieb oder einen Motor auf, der über das Steuergerät gesteuert wird. Das Steuergerät sorgt im Wesentlichen für die Verstellung des jeweiligen aktiven Fahrwerkselements oder für eine Gruppe von mehreren aktiven Fahrwerkselementen, um das Fahrwerk des Fahrzeugs optimal auf die herrschenden Bedingungen, insbesondere die Straßenverhältnisse, einzustellen.
Dabei werden die elektrische Baueinheit und das Steuergerät mit dem zweiten Spannungsniveau versorgt. Das zweite Teilnetz ist dadurch auf optimale Betriebsbedingungen für das aktive Fahrwerkselement angepasst, hier insbesondere die Leistungsaufnahme und Leistungsabgabe. Dabei ist es möglich, dass an dem zweiten Teilnetz noch weitere Elektronikelemente angeordnet sind. Hierzu kann beispielsweise ein elektrischer Fahrantrieb für das Kraftfahrzeug zählen. Durch die Versorgung der elektrischen Baueinheit und des Steuergeräts auf dem zweiten Spannungsniveau ist es möglich das aktive Fahrwerkselement bei einer höheren Leistungsaufnahme und einer höheren Leistungsabgabe zu betreiben, als bei dem ersten Spannungsniveau. Zudem können bereits bestehende Architekturen für Bordnetze weiterverwendet werden, wobei lediglich eine Schnittstelle zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz auszubilden ist. Dementsprechend ist ein Parallelbetrieb bisheriger Bordnetze in Form des ersten Teilnetzes mit erstem Spannungsniveau zusammen mit einem zweiten Teilnetz mit zweitem Spannungsniveau möglich. Insbesondere können Elekt- roelemente des jeweiligen Teilnetzes untereinander sowie auch teilnetzübergreifend miteinander kommunizieren und gegebenenfalls Daten austauschen. Beispielhaft hierfür sind Steuergeräte des ersten Teilnetzes und des zweiten Teilnetzes.
Mit besonderem Vorteil sind das erste Teilnetz und das zweite Teilnetz über einen Spannungswandler miteinander verbunden.
Hierdurch kann ein Energietransfer in beide Richtungen ermöglicht werden, also von dem ersten Teilnetz in das zweite Teilnetz sowie von dem zweiten Teilnetz in das erste Teilnetz. Dadurch wird einerseits der Betrieb der aktiven Fahrwerkskomponente ermöglicht wird. Andererseits kann durch Energierückgewinnung der aktiven Fahrwerkskomponente ein Energiespeicher des Bordnetzes aufgefüllt werden. Insbesondere können einer oder mehrere Langzeitenergiespeicher, der im ersten und / oder im zweiten Teilnetz angeordnet sind, aufgefüllt werden. Diese Langzeitbatterie kann beispielsweise eine Starterbatterie oder eine Batterie für einen elektrischen Fahrantrieb des Fahrzeugs sein. Das erste Teilnetz und das zweite Teilnetz sind über den Spannungswandler günstigerweise galvanisch voneinander entkoppelt, insbesondere über einen Gleichspannungswandler. Dadurch werden Spannungsspitzen im ersten Teilnetz, die aus dem zweiten Teilnetz resultieren, vermieden.
In einer Ausführungsvariante ist in dem zweiten Teilnetz ein elektrischer Energiezwischenspeicher ausgebildet, der mit dem Spannungswandler wirkverbunden ist.
Der elektrische Energiezwischenspeicher, im weiteren nur noch Energiezwischenspeicher genannt, kann beispielsweise Leistungsspitzen aufnehmen, die durch die Energierückgewinnung des aktiven Fahrwerkselements in das zweite Teilnetz eingespeist werden. Dabei ist ein gleichmäßiger Energieübertrag von dem zweiten Teilnetz in das erste Teilnetz möglich. Zudem ist das erste Teilnetz vor Spannungsspitzen aus dem zweiten Teilnetz geschützt. Ebenso kann der Energiezwischenspeicher aus dem ersten Teilnetz aufgefüllt werden, um eine dauerhafte Energieversorgung des aktiven Fahrwerkselements zu ermöglichen. Dementsprechend kann der Energiezwischenspeicher verwendet werden, um das aktive Fahrwerkselement, insbesondere dessen elektrische Baueinheit, zu betreiben. Der Energiezwischenspeicher kann bei- spielsweise durch einen Kondensator oder eine Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet sein. Dabei ist der Energiezwischenspeicher direkt oder indirekt an dem Spannungswandler, also innerhalb einer elektrischen Baugruppe des zweiten Teilnetzes, angeschlossen.
Bevorzugt ist in dem zweiten Teilnetz ein Zentralsteuergerät und zumindest ein Satellitensteuergerät ausgebildet, wobei das Sattelitensteuergerät einer elektrischen Baueinheit und somit einem jeweiligen aktiven Fahrwerkselement zugeordnet ist.
Je nach Anzahl der aktiven Fahrwerkselemente ist eine entsprechende Anzahl an Satellitensteuergeräten in der Systemarchitektur vorhanden. Dementsprechend ist ein Sattelitensteuergerät jeweils einem aktiven Fahrwerkselement zugeordnet. Dabei kommunizieren die Satellitensteuergeräte mit dem Zentralsteuergerät. Das Zentralsteuergerät koordiniert hierbei die Sattelitensteuergeräte miteinander, sodass die aktiven Fahrwerkselemente optimal auf die äußeren Verhältnisse angepasst sind. Dabei kann das Zentralsteuergerät ebenso mit anderen Elektroelementen, wie beispielsweise einem Fahrzeugsteuergerät, welches in dem ersten Teilnetz angeordnet und auf dem ersten Spannungsniveau betrieben wird, kommunizieren. Die Elektro- elemente können hierbei in dem ersten Teilnetz oder in dem zweiten Teilnetz betrieben werden und beispielsweise durch Sensoren ausgebildet sein. Günstigerweise ist, sofern die Elektroelemente in verschiedenen Teilnetzen angeordnet sind, insbesondere zwischen dem Zentralsteuergerät und dem entsprechenden Elektroelement, eine galvanische Entkopplung ausgebildet. Diese galvanische Entkopplung kann beispielsweise innerhalb des Zentralsteuergeräts, dem entsprechenden Elektroelement oder Separat ausgebildet sein. Das jeweilige Satellitensteuergerät ist günstiger Weise räumlich nahe an dem zugehörigen aktiven Fahrwerkselement ausgebildet. Insbesondere ist dieses innerhalb oder an der elektrischen Baueinheit angeordnet oder in diese integriert.
In einer besonderen Ausführungsvariante kann das Zentralsteuergerät mit einem der Satellitensteuergeräte gemeinsam ausgebildet sein. Hierbei ist es möglich, dass diese beispielsweise lediglich räumlich nahe beieinander, beispielsweise innerhalb der entsprechenden elektrischen Baueinheit, angeordnet sind, jedoch als zwei einzelne und unabhängige Steuergeräte verbleiben. Andererseits könnte ein Hauptsatellitensteuergerät ausgebildet sein, welches die Funktion des Zentralsteuergeräts und des Sattelitensteuergeräts für das entsprechende aktive Fahrwerkselement als einzelnes Gerät übernimmt.
Mit besonderem Vorteil sind in dem zweiten Teilnetz als Steuergeräte ausschließlich Satellitensteuergeräte ausgebildet, die der jeweiligen elektrischen Baueinheit des entsprechenden aktiven Fahrwerkselements zugeordnet sind.
Bei dieser dezentralen Anordnung und Funktionsweise der Steuergeräte können diese untereinander kommunizieren, insbesondere um Sensordaten des jeweiligen aktiven Fahrwerkselements zu übermitteln. Dabei kann insbesondere das Zentralsteuergerät eingespart werden. Günstigerweise arbeiten ein jeweiliges Sattelitensteuergerät mit den erfassten Sensordaten im Wesentlichen unabhängig von den anderen Sattelitensteuergeräten. Die Sattelitensteuergeräte können ebenso mit weiteren Elektroelementen des ersten Teilnetzes und des zweiten Teilnetzes kommunizieren, insbesondere Daten abfragen. Dabei kann jedes der Sattelitensteuergeräte als solches mit dem jeweiligen Elektroelement verbunden sein. Ebenso ist es möglich, dass ein Sattelitensteuergerät stellvertretend für alle Sattelitensteuergeräte mit den jeweiligen Elektroelementen verbunden ist und die entsprechenden Daten an die weiteren Sattelitensteuergeräte verteilt. Zudem kann ein einzelnes Elektroelement, wie beispielsweise das Fahrzeugsteuergerät, alle zusätzlichen Informationen zusammentragen und diese mit den jeweiligen Sattelitensteuergeräten kommunizieren. Die Sattelitensteuergeräte können beispielsweise über Signalleitungen in Sternform oder in Ringform miteinander verbunden sein.
Es wird zudem eine Systemarchitektur vorgeschlagen, bei der für jedes aktive Fahrwerkselement ein eigenes zweites Teilnetz mit einem jeweiligen Steuergerät und einer elektrischen Baueinheit aufweist.
Die Steuergeräte sind hierbei günstigerweise als Satellitensteuergeräte ausgebildet. Mit anderen Worten sind mehrere zweite Teilnetze mit einem jeweiligen Satellitensteuergerät an einem jeweiligen aktiven Fahrwerkselement ausgebildet, wobei jedes der zweiten Teilnetze mit Vorteil über einen eigenen Spannungswandler verfügt und über diesen mit dem ersten Teilnetz verbunden ist. Die Ausführungen zu den anderen Ausführungsvarianten können hierauf entsprechend übertragen werden.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist an dem aktiven Fahrwerkselement zumindest ein Sensor ausgebildet, der mit dem Zentralsteuergerät und / oder dem Satellitensteuergerät verbunden ist.
Bei Verwendung des Zentralsteuergeräts ist es beispielsweise von Vorteil, wenn die Messwerte der Sensoren direkt an das Zentralsteuergerät kommuniziert werden, sodass das Zentralsteuergerät die optimale Zusammenarbeit der Satellitensteuergeräte gewährleisten kann. Bei ausschließlicher Verwendung von Satellitensteuergeräten innerhalb des zweiten Bordnetzes können die Sensoren des jeweiligen aktiven Fahrwerkselements direkt mit dem zugehörigen Satellitensteuergerät kommunizieren. Die Sattelitensteuergeräte können die Messwerte der Sensoren über Signalleitungen entsprechend untereinander kommunizieren.
Günstigerweise ist das Zentralsteuergerät und/oder das Satellitensteuergerät mit einem weiteren Elektroelement verbunden, welches innerhalb des ersten Teilnetzes oder des zweiten Teilnetzes angeordnet sind.
Bei einem derartigen Elektroelement kann es sich beispielsweise um ein Fahrzeugsteuergerät oder einzelne Sensoren oder eine Sensorgruppe, wie beispielsweise ein Aufbaubewegungssensor des entsprechenden Fahrzeugs handeln. Diese werden insbesondere auf dem ersten Spannungsniveau betrieben. Gegebenenfalls ist dieses Elektroelement mit dem Zentralsteuergerät verbunden oder mit einem oder mehreren jeweiligen Satellitensteuergeräten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante sind das Zentralsteuergerät und/oder das Satellitensteuergerät gegenüber dem Elektroelement des ersten Teilnetzes galvanisch entkoppelt. Gegebenenfalls ist die galvanische Entkopplung an dem jeweiligen Steuergerät, insbesondere dem Zentralsteuergerät und / oder dem Satellitensteuergerät, ausgebildet. Hierdurch kann die bereits weitläufig verbreitete Systemarchitektur für das erste Teilnetz weiterverwendet, jedoch alle notwendigen Informationen zwischen den Elektro- elementen des ersten und zweiten Teilnetzes übermittelt werden.
Dabei findet die Kommunikation der Elektroelemente untereinander über Signalleitungen, insbesondere über ein Bussystem, statt. Bei Kommunikation zwischen Elekt- roelementen, die in verschiedenen Teilnetzen mit unterschiedlichen Spannungsniveaus angeordnet sind, ist eine galvanische Entkopplung von Vorteil, die günstigerweise an einem der miteinander verbundenen Elektroelemente oder Separat zwischen diesen ausgebildet ist.
Allgemeine Ausführungen zu den einzelnen vorteilhaften Ausführungsvarianten sind entsprechend auf alle anderen günstigen Ausgestaltungen anwendbar.
Zudem wird ein Fahrzeug mit einer dementsprechenden Systemarchitektur gemäß zumindest einer der vorherigen Ausführungen oder einem nach einem der Patentansprüche 1 bis 9 vorgeschlagen.
Die erfindungsgemäße Systemarchitektur sowie das erfindungsgemäße Fahrzeug sollen im Weiteren anhand von zwei Figuren beispielhaft erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 Eine Systemarchitektur mit einem Zentralsteuergerät und mehreren
Satellitensteuergeräten;
Fig. 2 Eine Systemarchitektur mit mehreren Satellitensteuergeräten.
In der Figur 1 ist ein Bordnetz 10 dargestellt. Dieses Bordnetz 10 umfasst ein erstes Teilnetz 12 sowie ein zweites Teilnetz 14 mit entsprechenden Elektronikelementen 15. Das elektrische Teilnetz 12 ist hierbei nicht ausführlicher dargestellt und beschrieben, da dieses gemäß bereits bekannter Bordnetze 10 mit deren entsprechenden Elektronikelementen ausgebildet sein kann. Das erste Teilnetz 12 und das zweite Teilnetz 14 sind über einen Spannungswandler 16 miteinander verbunden. Dieser Spannungswandler 16, der als Gleichstromwandler 16 ausgebildet ist, transformiert eine Spannung bzw. ein Spannungsniveau des ersten Teilnetzes 12, welches insbesondere bei 12 Volt liegt, in ein zweites Spannungsniveau des zweiten Teilnetzes 14, welches hierbei insbesondere bei 48 Volt liegt. Das erste Spannungsniveau des ersten Teilnetzes 12 ist somit geringer oder kleiner als das zweite Spannungsniveau des zweiten Teilnetzes 14. Zudem ist an dem Spannungswandler 16 ein Energiezwischenspeicher 18 angeordnet bzw. mit diesem wirkverbunden. Der Energiezwischenspeicher 18 ist hierbei direkt an den Spannungswandler 16 angeschlossen. Der Energiezwischenspeicher 18 ist hier beispielhaft als Lithium-Ionen-Batterie oder als Kondensator ausgeführt. Dabei kann der Energiespeicher 16 einerseits die Elektronikelemente 15 des zweiten Teilnetzes 14 mit Energie versorgen, sowie Energie, die von den Elektronikelementen 15 des zweiten Teilnetzes 14 erzeugt wird, aufnehmen, um eine Überlastung des ersten Teilnetzes 12 zu verhindern.
Des Weiteren zeigt die Figur 1 mehrere aktive Fahrwerkselemente 20, hier in Form von Schwingungsdämpfern 20. An dem jeweiligen Schwingungsdämpfer 20 ist ein jeweiliger Sensor 22 angeordnet. Dieser kann beispielsweise ein Auslenkungszu- stand des Schwingungsdämpfers 20 erfassen. Die Messwerte der Sensoren 22 werden über Signalleitungen 24 an ein Steuergerät 26, hierbei ein Zentralsteuergerät 28 oder gegebenenfalls an ein Sattelitensteuergerät 30 übermittelt. Das Zentralsteuergerät 28 kommuniziert hierbei mit Steuergeräten 26 der Schwingungsdämpfer 20, die als Satellitensteuergeräte 30 ausgebildet sind. Die Satellitensteuergeräte 30 sind an bzw. innerhalb einer elektrischen Baueinheit 32 des jeweiligen Schwingungsdämpfers 20 ausgebildet. Diese elektrische Baueinheit 32 und insbesondere auch das Sattelitensteuergerät 28 ist räumlich nah oder direkt an dem Schwingungsdämpfer 20 angeordnet. Dabei umfasst die elektrische Baueinheit 32 mehrere Elektronikelemente 15, insbesondere das Satellitensteuergerät 28, einen Spannungswandler 34 und einen Motor 36 zur Verstellung des Schwingungsdämpfers. Der Elektromotor 36 ist hierbei als Drei-Phasen-Motor ausgeführt und wird von dem Spannungswandler 34, der innerhalb des zweiten Teilnetzes 14 angeordnet ist und mit dem zweiten Spannungsniveau betrieben wird, versorgt. Der Spannungswandler 34 wird hierbei über das Satellitensteuergerät 30 angesteuert, wobei das Sattelitensteuergerät 30 die Einstellung des Schwingungsdämpfers 20 ermittelt und vorgibt. Die von dem Sensor 22 ermittelten Daten können dabei an das Zentralsteuergerät 30 und / oder an das Zentralsteuergerät übertragen werden.
Des Weiteren sind an dem Bordnetz 10 weitere Elektronikelemente 38 des ersten Teilnetzes 12 ausgebildet. Dabei kann es sich bei dem Elektroelement 38a um ein Fahrzeugsteuergerät 38a handeln. Mit den Elektroelementen 38b und 38c sind in dem Bordnetz 10 beispielsweise weitere Sensoren 38b und 38c vorhanden, die auf dem ersten Spannungsniveau betrieben werden. Insbesondere kann es sich hierbei um einen Aufbaubeschleunigungssensor handeln. Das Fahrzeugsteuergerät 38a wird ebenso durch das erste Spannungsniveau betrieben. Dabei sind die Elektroele- mente 38 von dem Steuergerät 26 bzw. dem Hauptsteuergerät 28 galvanisch entkoppelt. Diese Entkopplung kann beispielsweise innerhalb des Zentralsteuergeräts 28 ausgebildet sein. Dadurch kann ein Übertrag von Spannungsspitzen vermieden werden. Hierdurch ist es möglich über die Signalleitungen 40 mit den Elektroelementen 38 des ersten Teilnetzes 12 zu kommunizieren. Ebenso kann die galvanische Entkopplung zwischen dem Zentralsteuergerät 28 und dem jeweiligen Elektroelement 38 oder auch bereits an dem jeweiligen Elektroelement 38 durchgeführt werden.
Das Zentralsteuergerät 28 ist zudem eine Wake-Up/Abschaltleitung 42 angeschlossen. Hierdurch wird das Zentralsteuergerät und die zugehörigen Satellitensteuergeräte durch das Fahrzeugsteuergerät aufgeweckt oder ausgeschaltet. Dabei kann durch das jeweilige Steuergerät 26 ein Lifehold-Signal erzeugt werden, welches das jeweilige Steuergerät derart lange in Betrieb hält, bis dieses beispielsweise den Fehlerspeicher vollständig geschrieben und gegebenenfalls entsprechende Daten, wie beispielsweise den Fehlerspeicher, an ein anderes Steuergerät, insbesondere das Zentralsteuergerät 30 oder das Fahrzeugsteuergerät 38a, vollständig übertragen hat. Ebenso können die Steuergeräte 26 durch das Lifehold-Signal, welches beispielsweise von dem Zentralste30 uergerät erzeugt werden kann, einzeln nacheinander oder auch alle gemeinsam abschalten. In der Figur 2 ist ein weiteres Bordnetz 10 dargestellt. Hierbei soll im Wesentlichen auf die Unterschiede zu der vorherigen Ausführungsvariante eingegangen werden. Die Bezugsziffern von gleichen oder gleichwirkenden Bauteilen wurden aus den vorherigen Ausführungen übernommen.
Dabei weist das Bordnetz 10 bzw. das zweite Teilnetz 14 als Steuergeräte 26 lediglich Satellitensteuergeräte 30 auf. Diese Satellitensteuergeräte 26 sind untereinander sternförmig über Kommunikationsleitungen 44 miteinander verbunden. Alternativ können die Sattelitensteuergeräte 26 auch ringförmig miteinander verbunden sein. Bei der sternförmigen Anordnung ist jedes der Sattelitensteuergeräte 30 direkt mit jedem der anderen Satellitensteuergeräte 30 verbunden, so dass diese direkt miteinander kommunizieren können, beispielsweise über ein Bus-System, und insbesondere die Sensordaten der jeweils anderen Satellitensteuergeräte 30 empfangen bzw. anfordern können. Bei Verwendung der ringförmigen Topologie werden die Daten von einem Sattelitensteuergerät 30 zum nächsten weitergegeben.
Zudem weist jeder Schwingungsdämpfer 20 nun mehrere Sensoren 22 auf, die noch weitere Zustände des Schwingungsdämpfers 20 messen können. Diese werden über die entsprechenden Signalleitungen 24 an das dem jeweiligen Schwingungsdämpfer 20 zugehörige Satellitensteuergerät 30 übertragen. Einer Mehrzahl an Sensoren 22 für ein aktives Fahrwerkselement 20 kann ebenso in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 verwendet werden.
Ebenso ist es möglich, dass das Fahrzeugsteuergerät 38a mit den Satellitensteuergeräten 30 verbunden ist. Dabei können durch das Fahrzeugsteuergerät 38a Sensorinformationen, insbesondere der Elektroelemente 38b und 38c, an die Satellitensteuergeräte 30 übertragen oder Daten von den Sattelitensteuergeräten 30, wie beispielsweise Fehlerspeicher oder Sensordaten der Sensoren 22, empfangen werden. Zudem können Einstellungen, die beispielsweise der Fahrer des Kraftfahrzeugs unternimmt, in dem Fahrzeugsteuerelement 38a gespeichert oder verarbeitet werden und bei Bedarf an die Satellitensteuergeräte 30 übertragen werden. Dabei bilden die Satellitensteuergeräte 30 sowie deren elektrische Baueinheiten ein gemeinsames zweites Teilnetz 16 aus. Die Wake-Up/Abschaltleitung 42 ist über ein Bussystem direkt mit den einzelnen Sattelitensteuergeräten 30 verbunden.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Fig. 2 kann beispielsweise jedes der aktiven Fahrwerkselemente 20 ein eigenes zweites Teilnetz 14 aufweisen. Dabei ist günstigerweise an jedem Schwingungsdämpfer 20 eine elektrische Baueinheit umfassend einen Spannungswandler, einen Energiespeicher, ein Steuergerät, ein Motor und gegebenenfalls ein dem Motor zugehöriger Spannungswandler vorhanden. Dabei bildet jedes aktive Fahrwerkselement 20 mit der zugehörigen elektrischen Baueinheiten ein eigenständiges System, welches mit einem konventionellen Bordnetz betrieben werden kann. Die Übermittlung von Sensorinformationen kann beispielsweise zentral über das Fahrzeugsteuergerät 38 in einer der oben beschriebenen Ausführungsvarianten oder auch direkt untereinander der Satellitensteuergeräte 30 geschehen. Dabei sind für die Informationsübertragung zwischen Elektroelementen der verschiedenen Teilnetze entsprechenden Elektroelemente galvanisch voneinander getrennt.
Bezugszeichen Bordnetz
erstes Teilnetz
zweites Teilnetz
Elektroelemente
Spannungswandler
Energiezwischenspeicher
aktives Fahrwerkselement / Schwingungsdämpfer Sensor
Signalleitungen
Steuergerät
Zentralsteuergerät
Sattelitensteuergerät
elektrische Baueinheit
Spannungswandler
Elektromotor
,a,b,c Elektroelemente
Signalleitung
Wake-Up/Abschaltleitung
Kommunikationsleitung

Claims

Patentansprüche
1. Systemarchitektur für ein aktives Fahrwerkssystem an einem Kraftfahrzeug, umfassend
- ein Bordnetz (10) mit einem ersten Teilnetz (12) und einem zweiten Teilnetz (14), wobei das erste Teilnetz (12) ein erstes Spannungsniveau aufweist, welches geringer ist als ein zweites Spannungsniveau des zweiten Teilnetzes (14) und
- zumindest eine elektrische Baueinheit (32) für ein aktives Fahrwerksele- ment (20) und
- zumindest ein Steuergerät (26), wobei
- die elektrische Baueinheit (32) und das Steuergerät (26) mit dem zweiten Spannungsniveau versorgt werden.
2. Systemarchitektur nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilnetz (12) und das zweite Teilnetz (14) über einen Spannungswandler (16) miteinander verbunden sind.
3. Systemarchitektur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Teilnetz (14) ein elektrischer Energiezwischenspeicher (18) ausgebildet ist, der mit dem Spannungswandler (16) wirkverbunden ist.
4. Systemarchitektur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Teilnetz (12) ein Zentralsteuergerät (28) und zumindest ein Sattelitensteuergerät (30) ausgebildet ist, wobei das Sattelitensteuergerät (30) einer Elektronikbaueinheit (32) und somit einem jeweiligen aktiven Fahrwerksele- ment (20) zugeordnet ist.
5. Systemarchitektur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Teilnetz (12) als Steuergeräte (26) ausschließlich Sattelitensteuergeräte (30) ausgebildet sind, die der jeweiligen elektrischen Baueinheit (32) des entsprechenden aktiven Fahrwerkselement (20) zugeordnet sind.
6. Systemarchitektur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes aktive Fahrwerkselement (20) ein eigenes zweites Teilnetz (14) mit einem jeweiliges Steuergerät (26) und einer elektrischen Baueinheit (32) aufweist.
7. Systemarchitektur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem aktiven Fahrwerkselement (32) zumindest ein Sensor (20) ausgebildet ist, der mit dem Zentralsteuergerät (28) und / oder dem Sattelitensteuergerät (30) verbunden ist.
8. Systemarchitektur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralsteuergerät (28) und / oder das Sattelitensteuergerät (30) mit einem weiteren Elektroelement (38) verbunden ist, welches innerhalb des ersten Teilnetzes (12) oder des zweiten Teilnetzes (14) angeordnet ist.
9. Systemarchitektur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralsteuergerät (28) und / oder das Sattelitensteuergerät (30) gegenüber dem Elektroelement (38) des ersten Teilnetzes (12) galvanisch entkoppelt ist, wobei die galvanische Entkopplung an dem Steuergerät (26) ausgebildet ist.
10. Fahrzeug mit einer Systemarchitektur nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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