CN113544018A - 具有用于由机动车辆控制装置控制的至少一个耗电器的接通和断开功能的机动车辆控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于待控制的至少一个耗电器(40)的机动车辆控制装置(9)，该机动车控制装置包括：电子开关元件(20)，该电子开关元件用于布置在耗电器(40)的电源电压路径(12.1)中；以及控制单元(30)，该控制单元用于控制电子开关元件(20)，其中，控制单元(30)被设计成基于至少一个输入信号(38)提供用于切换电子开关元件(20)的控制信号。

Description

具有用于由机动车辆控制装置控制的至少一个耗电器的接通 和断开功能的机动车辆控制装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的机动车辆控制装置，该机动车辆控制装置具有用于由机动车辆控制装置控制的至少一个电气负载的接通和断开功能。
背景技术
由于机动车辆电气系统中电气负载的数目的增加，期望限制暂时不需要的负载的电流消耗，使得车辆电池的充电状态即使在相对较长的使用寿命之后也足以运行机动车辆。限制车辆电气系统中的控制装置的静态电流需求的一种可能的方式是提供待机或睡眠模式。这对于提供机动车辆的下述功能的那些控制装置是特别有利的：即使在点火装置断开时也偶尔需要这些功能，并且因此必须与车辆电池保持永久连接。
为了降低静态电流需求，DE 100 08 266 A1还公开了借助于设备接通和断开各个控制装置的实践。该设备使得能够在断开状态下将用于控制装置的完整电压供应断开，并且因此将控制装置与车辆电气系统断开连接。在电源电压路径中出现故障的情况和电压不足的情况下，电压检测装置确保连接第二电源电压路径，以便满足负载的能量需求。
DE 10 2011 122 042 A1描述了用于车辆电气系统的另一电路布置，在该电路布置中，第一控制装置可以借助于隔离开关与车辆电池在电气上断开联接并且隔离开关可以借助于第二控制装置进行控制，以便将至少一个电负载和第一控制装置再次电联接至车辆电池。
然而，安装在机动车辆中的各个控制装置包含用于需要临时提供的功能和需要永久提供的功能两者的控制电子器件，这就是为什么这些控制装置不能与车辆电气系统断开连接以便减少静态电流需求的原因。这样的机动车辆控制装置包括例如用于转向系统的控制装置，该转向系统必须仅在机动车辆的运行期间提供转向辅助，而在静止时也必须能够确定转向轮的转向角的变化。这尤其适用于线控转向式转向系统。
因此，先前已知的解决方案的缺点在于，它们仅能够用于那些在点火装置断开时才能至少暂时与车辆电气系统完全断开连接的控制装置。
因此，本发明的目的是指定一种机动车辆控制装置，该机动车辆控制装置还降低车辆电器系统中的静态电流消耗并且同时具有简单且具备成本效益的结构。
该目的借助于具有权利要求1的特征的机动车辆控制装置来实现。
发明内容
本发明提供了一种机动车辆控制装置，该机动车辆控制装置具有用于由该机动车辆控制装置控制的至少一个负载的接通和断开功能。机动车辆控制装置包括：电子开关元件，该电子开关元件用于布置在负载的电源电压路径中；以及控制单元，该控制单元用于控制电子开关元件。控制单元设计成基于至少一个输入信号提供用于切换电子开关元件的控制信号。
根据本发明的机动车辆控制装置在控制装置的层面上实现了针对车辆电气系统中的各个负载的接通和断开功能。由此，该机动车辆控制装置能够暂时地将暂时不需要控制任务的各个负载与电源电压断开连接。这对于本身不具有节能模式的部件和电路尤其有利。基于至少一个输入信号来检测相应存在的机动车辆状态。这能够使机动车辆控制装置的电流消耗最小化，特别是在点火装置断开时使机动车辆控制装置的电流消耗最小化。
控制单元优选地包括连接至电源电压路径的电阻器和与电阻器串联连接的电流控制装置，以用于在电阻器处产生至少一个能够预先限定的电压差作为用于电子开关元件的控制信号。电流控制装置可以用于分接电阻器处的电压差，该电压差独立于电源电压路径中波动的车辆电气系统电压。不管车辆电气系统电压如何，负载都以一致且受控的方式接通和断开。避免了电子开关元件特别是在不受控制的电路中由于电压不足或过电压而可能出现的不同开关状态。也无需借助于额外的传感器来检查开关状态。
电流控制装置可以包括例如具有负反馈的双极晶体管。在这种情况下，双极晶体管形成电流控制装置的控制回路的必要负反馈，该负反馈抵消了由于车辆电气系统中的电压变化而引起的流经电阻器的电流上的变化。在结构特别简单的实施方式中，双极晶体管的基极经由分压器连接至受控电压源，该受控电压源基于输入信号提供受控的输出电压。因此，晶体管的基极大致保持在恒定的电压电平上，由此电路在预期的车辆电气系统电压的整个范围内可靠地运行。
电子开关元件优选为金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，MOSFET可以通过电压差来控制，该电压差能够在电阻器处分接为栅极-源极电压。MOSFET由于其低损耗和快速开关特性而特别适合用作开关元件。
特别地，输入信号可以是机动车辆的点火信号。在这种情况下，点火开关的开关状态以及因此机动车辆状态的指示信号经由输入信号直接传送至控制装置。
机动车辆控制装置可以附加地具有第二电源电压路径，以用于对由机动车辆控制装置控制的直接负载进行不间断的供电。这样的机动车辆控制装置能够将暂时不需要的车辆功能的控制电子器件与车辆电气系统断开连接，而由相同的机动车辆控制装置控制的其他负载仍然被供应电压并且其本身至多改变至节能模式。
在机动车辆控制装置的情况下，直接负载中的至少一个直接负载和/或可切换负载中的一个可切换负载可以优选地集成在机动车辆控制装置中。特别地，可切换负载和/或直接负载可以是用于传感器和/或致动器的控制电子器件，该控制电子器件可以连接至机动车辆控制装置或集成在机动车辆控制装置中。
例如，机动车辆控制装置可以是转向系统的控制装置。直接负载中的至少一个直接负载然后可以是转向系统的转向角传感器。可切换的负载例如可以是机动车辆的转向致动驱动器。
本发明的其他构型可以从以下描述和从属权利要求中获得。
附图说明
下面基于附图中图示的示例性实施方式更详细地解释本发明。
图1示意性地示出了具有根据本发明的示例性实施方式的机动车辆控制装置的机动车辆转向系统，
图2示意性地示出了根据本发明的机动车辆控制装置的第二示例性实施方式的结构，
图3示意性地示出了根据图1或图2的机动车辆控制装置的电路图。
具体实施方式
图1示意性地图示了具有根据本发明的机动车辆控制装置9的机动车辆转向系统1，机动车辆控制装置9用于控制转向系统1。转向系统1具有紧固至上转向轴2的方向盘3。在方向盘3处输入的方向盘角度经由上转向轴2和下转向轴4传递至转向传动机构5，转向传动机构5将转向角度转换成带齿齿条的平移。带齿齿条经由拉杆6连接至与路面8接触的转向轮7。
转向系统1由机动车辆控制装置9控制。机动车辆控制装置9连接至电源电压源10，电源电压源10为控制装置9和连接至控制装置9的部件提供电源。机动车辆控制装置9包含电子开关元件20和控制单元30，控制单元30可以基于输入信号38使用控制信号将开关元件20接通和断开。在图示的示例性实施方式中，输入信号38是机动车辆的点火信号。
电子开关元件20布置在呈转向致动驱动器41的形式的负载的电压供应路径中。因此转向致动驱动器41可以通过切换电子开关元件20而与电源电压源10断开连接。此外，转向角传感器51、52作为直接负载50经由第二电压供应路径连接至机动车辆控制装置。第二电压供应路径优选地不包括开关元件，因而使得通过电源电压源10确保用于直接负载的不间断的电压供应。
特别地，直接负载50是为了必须处于始终可用的机动车辆功能而提供的。为了进一步降低静态电流需求，直接负载50优选地具有待机或睡眠模式。待机或睡眠模式具有低电流消耗的优点，同时能够快速唤醒负载50。
即使所示的示例性实施方式涉及机电式机动车辆助力转向系统，根据本发明的机动车辆控制装置也可以以相同的方式在线控转向式转向系统或电动液压助力转向系统中使用。
图2示意性地示出了根据本发明的机动车辆控制装置的第二示例性实施方式的结构的框图。该图示出了连接至电源电压源10、例如电池的机动车辆控制装置9。机动车辆控制装置9包含集成的可切换负载40和集成的直接负载50。机动车辆控制装置9还包含：电子开关元件20，电子开关元件20可以将负载40与电源10断开连接或者可以将负载40连接至电源10；以及控制单元30，控制单元30用于控制开关元件20。如果控制单元30的输入信号38是机动车辆的点火信号38，则控制单元30可以例如当点火装置被接通时接通开关元件20，由此为负载40提供电流，并且当点火装置被断开时可以断开开关元件20，由此防止负载40的任何电流消耗。
与根据图1的示例性实施方式相反，可切换负载40和直接负载50两者因此都集成在机动车辆控制装置9中。负载40和负载50例如可以是用于已连接的或已集成的传感器和致动器的控制电子器件。关于机动车辆转向系统，它们可以如在第一示例性实施方式中那样是转向致动驱动器41和转向角传感器51、52。
图3通过示例的方式示出了根据图1和图2的机动车辆控制装置9的示意性电路图。在电路图中，电源电压源10呈电池11形式，电池11一方面连接至车辆电气系统的接地13并且在电池11的第二极处提供电源电压12，机动车辆控制装置9连接至电源电压12。在机动车辆控制装置9中，电源电压12分支成两个电源电压路径12.1和12.2。第一电源电压路径12.1用于为可切换负载40、例如转向致动驱动器41供电。第二电源电压路径12.2用于为直接负载50、例如转向角传感器51、52供电。
在所示的示例性实施方式中呈金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)21的形式的电子开关元件20设置在第一电源电压路径12.1中，以用于接通和断开负载40的目的。优选地使用P沟道MOSFET。MOSFET 21的源极连接部23连接至电源电压12，并且MOSFET 21的漏极连接部24连接至负载40。因此负载40可以通过打开MOSFET 21切换至零电压状态。
为了对开关元件20进行控制的目的而设置了控制单元30。控制单元30包含电阻器36，电阻器36连接在MOSFET 21的源极连接部23与栅极连接部22之间。因此流过电阻器36的电流在电阻器36处产生了电压差，该电压差用作电子开关元件20的控制信号。
控制单元30还包含电流控制装置39，电流控制装置39连接至电阻器36并且能够用来指定流过电阻器36的电流。电流控制装置39包括受控电压源31，受控电压源31例如连接至电源电压12并且另外具有用于输入信号38的输入连接部。受控电压源31基于较高的车辆电气系统电压产生较低的受控输出电压37。较高的车辆电气系统电压可以由电池11或任何所期望的其他电压源提供。
受控电压源31的输出电压37通过输入信号38、例如机动车辆的点火信号来控制。在最简单的情况下，电压源31仅在输入信号38接通时才将输出电压37输出。如果输入信号38断开，则电压源31也断开，因此未将输出电压37输出。在该待机或睡眠模式中，电流控制装置39的静态电流消耗因此减少。然而，还可以设想受控电压源31根据输入信号38的电平提供不同的输出电压37。
电流控制装置39还包括具有负反馈的双极晶体管35。特别地，双极晶体管35可以是npn型晶体管。双极晶体管35的集电极连接至电阻器36，并且发射极连接至分流电阻器34。双极晶体管35的基极经由分压器323连接至受控电压源31的输出电压37。在所图示的示例性实施方式中，分压器323由两个电阻器32和33形成。在替代性实施方式中，电阻器33例如可以用二极管、例如发光二极管代替。这使得能够至少部分地补偿双极晶体管35的温度漂移。
输出电压37和电阻器32至电阻器36选择成：使得在输入信号38接通时能够将电阻器36处出现的电压差预先限定成足以作为控制信号以接通开关元件20的值。当输入信号38被断开时，输出电压37优选地等于0，因此随后在电阻器36处不再出现电压差并且开关元件20将负载40与电源电压12断开连接。
图3中所图示的控制单元30的电路图通过特别简单的结构来区分。控制单元30是纯粹的无源模拟电路，该无源模拟电路不需要为逻辑元件、微控制器等供应自己的电压，并且同时能够以一致和受控的方式断开负载40，而不管电源电压12的电平。
下面针对输入信号38是机动车辆的点火信号的情况通过示例的方式描述控制单元30的操作。
当点火装置被接通时，控制单元30充当电流吸收器，该电流吸收器接收从电源电压源10通过电阻器36、经由双极晶体管35的集电极的电流。由于电流控制装置39，该电流基本上是恒定的、受控的电流，因此在电阻器36处出现的电压差同样是恒定的。因此，提供了用于开关元件20的、限定的控制信号作为MOSFET 21的栅极-源极电压，而在很大程度上与电源电压12无关。
在电源电压源10的电源电压12正常或增大的情况下，流过电阻器36的集电极电流实际上在电源电压源10的预期电压范围内不会改变，因此MOSFET 21的栅极-源极电压是恒定的。在电源电压源10的电压下降的情况下，集电极电流以及因此在电阻器36处出现的电压差可能同样下降。然而，可以通过电阻器32至电阻器36的尺寸和输出电压37的选择来确保电压差保持足够高、以允许只要电源电压12不降低至限定的最低工作电压MOSFET 21就处于接通。由于MOSFET的低接通电阻，电源电压12与施加至MOSFET的漏极连接部的电压之间的电压差能够忽略不计。因此，当点火装置被接通时，所图示的电路对负载40的操作没有负面影响。
当点火装置被断开时，受控电压源31优选地断开，因此机动车辆控制装置9改变至待机或睡眠模式。然后不再向双极晶体管35的基极施加电压，因此集电极电流也不流入到晶体管35中并且电阻器36处的电压差能够忽略不计。因此，MOSFET 21打开，使得负载40与电源电压源10断开连接。
凭借根据本发明的解决方案，当点火信号被接通时负载40的操作不会受损并且对应于负载40与电源电压源10之间的直接连接，而不管电源电压源10的电压电平。相反，当点火信号被断开时，通过将点火装置被断开时不需要的负载40断开，机动车辆控制装置9的电流消耗大幅降低。
因此，以上阐述适用于表征车辆状态的其他输入信号38。
附图标记列表
1 机动车辆转向系统
2 上转向轴
3 方向盘
4 下转向轴
5 转向传动机构
6 拉杆
7 轮
8 路面
9 机动车辆控制装置
10 电源电压源
11 电池
12 电源电压
12.1、12.2 电源电压路径
13 接地
20 电子开关元件
21 金属-氧化物半导体场效应晶体管
22 栅极连接部
23 源极连接部
24 漏极连接部
30 控制单元
31 受控电压源
32至36 电阻器
37 输出电压
38 输入信号
39 电流控制装置
323 分压器
40 负载
41 转向致动驱动器
50 直接负载
51、52 转向角传感器

Claims (11)

1.一种机动车辆控制装置，所述机动车辆控制装置具有用于由所述机动车辆控制装置(9)控制的至少一个电气负载(40)的接通和断开功能，所述机动车辆控制装置包括：电子开关元件(20)，所述电子开关元件(20)用于布置在所述负载(40)的电源电压路径(12.1)中；以及控制单元(30)，所述控制单元(30)用于控制所述电子开关元件(20)，其中，所述控制单元(30)设计成基于至少一个输入信号(38)提供用于切换所述电子开关元件(20)的控制信号。
2.根据权利要求1所述的机动车辆控制装置，其特征在于，所述控制单元(30)包括连接至所述电源电压路径(12.1)的电阻器(36)和与所述电阻器(36)串联连接的电流控制装置(39)，以用于在所述电阻器(36)处产生至少一个能够预先限定的电压差作为用于所述电子开关元件(20)的控制信号。
3.根据权利要求2所述的机动车辆控制装置，其特征在于，所述电流控制装置(39)包括具有负反馈的双极晶体管(35)。
4.根据权利要求3所述的机动车辆控制装置，其特征在于，所述双极晶体管(35)的基极经由分压器(323)连接至受控电压源(31)，所述受控电压源(31)基于所述输入信号(38)提供受控的输出电压(37)。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的机动车辆控制装置，其特征在于，所述电子开关元件(20)是金属-氧化物半导体场效应晶体管(21)，所述金属-氧化物半导体场效应晶体管(21)能够通过所述电压差来控制，所述电压差能够在电阻器(36)处分接为栅极-源极电压。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的机动车辆控制装置，其特征在于，所述输入信号(38)是机动车辆的点火信号。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的机动车辆控制装置，其特征在于，所述负载(40)是机动车辆的转向致动驱动器(41)。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的机动车辆控制装置，其特征在于，所述负载(40)中的至少一个负载(40)集成在所述机动车辆控制装置(9)中。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的机动车辆控制装置，其特征在于，所述机动车辆控制装置(9)具有第二电源电压路径(12.2)，以用于对由所述机动车辆控制装置(9)控制的直接负载(50)进行不间断供电。
10.根据权利要求9所述的机动车辆控制装置，其特征在于，所述直接负载中的至少一个直接负载(50)是转向系统(1)的转向角传感器(51、52)。
11.根据权利要求9或10所述的机动车辆控制装置，其特征在于，所述直接负载中的至少一个直接负载(50)集成在所述机动车辆控制装置(9)中。
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