DE10122954A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Strom-/Spannungsversorgung von mindestens einem elektrischen Verbraucher in einem Kraftfahrzeug und deren Verwendung - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Strom-/Spannungsversorgung von mindestens einem elektrischen Verbraucher (34) in einem Kraftfahrzeug mittels einer mit dem Verbraucher über elektrische Versorgungsleitungen verbundenen Strom-/Spannungsversorgungsschaltung (44) vorgeschlagen, wobei mindestens eine erste Sorte Versorgungsleitungen (36, 36') mit einem Bezugspotential der Versorgungsschaltung verbunden ist und mindestens eine weitere Sorte von Versorgungsleitungen (35, 35') mit einem gegenüber dem Bezugspotential verschiedenen Potential der Versorgungsschaltung verbunden ist, und worin mindestens zwei Leitungen (36, 36') der ersten Sorte und mindestens zwei Leitungen (35, 35') der zweiten Sorte vorgesehen sind, die Leitungen auf das Auftreten eines Fehlers in den Leitungen überwacht werden, und im Falle eines festgestellten Fehlers in einer Leitung auf eine andere Leitung der jeweiligen Sorte, welche keinen Fehler aufweist, umgeschaltet wird, wobei die Umschaltung zumindest teilweise elektronisch gesteuert erfolgt. DOLLAR A Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Schaltungsanordnung, umfassend eine Strom-/Spannungsversorgungsschaltung (44, 2), die über elektrische Versorgungsleitungen (35, 35', 36, 36', 18...21, 24, 25) mit einem elektrischen Verbraucher (34, 1) verbunden ist, wobei innerhalb des Verbrauchers eine oder mehrere über Teilnetzleitungen (39, 40) versorgte Funktionselemente (41, 42, 43, 48, 11, 12, 32) vorhanden sind, worin der Verbraucher eine mit den ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, eine Schaltungsanordnung gemäß Oberbegriff von Anspruch 5 sowie die Verwendung dieser Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 9.

In heutigen Kraftfahrzeugen werden die Bremsen in der Regel über hydraulische Bremsensteuergeräte mit elektrisch ange­ steuerten Hydraulikventilen zur Beeinflussung des Bremsdrucks, zum Beispiel zur Vermeidung von unerwünschtem Bremsschlupf (ABS-Funktion), angesteuert. Die elektrische Ansteuerung der zur Betätigung der Hydraulikventile vorhan­ denen Ventilspulen erfolgt in einem Steuergerät, welches platzsparend in sogenannter integrierter Bauweise ausgeführt ist. Neuere Bremsensteuergeräte umfassen zudem Einrichtun­ gen, mit denen aktiv in die Fahrdynamik durch gezieltes Bremsen oder Entbremsen einzelner Räder in Abhängigkeit vom Fahrzustand, welcher über Sensoren erfaßt wird, eingegriffen werden kann (ESP-, TCS-Funktion). Die integrierten Steuerge­ räte sind aufgeteilt in einen elektronischen Regler (ECU) und einen durch ein Stecksystem mit dem elektronischen Reg­ ler verbundenen mechanisch/hydraulischen Block (HCU), der u. a. die zur Steuerung der Bremsen notwendigen Hydraulikven­ tile und eine Rückförderpumpe enthält.

Gegenüber den zuvor beschriebenen Bremssystemen weiterent­ wickelte elektromechanische Bremssysteme leiten nicht den von einer Bremspedal-Hauptzylinder-Einheit erzeugten hydrau­ lischen Bremsdruck in die Bremsen weiter, sondern diese wan­ deln ein elektrisches Sollsignal eines Pedalweggebers in ein hydraulisches Signal für die Bremsen um (EHB).

Es hat sich gezeigt, daß die elektrische Energieversorgung der weiter oben beschriebenen konventionellen elektronischen Bremssysteme die an eine moderne Bremsanlage gestellten An­ forderungen hinsichtlich eines zuverlässigen Betriebs nicht in ausreichendem Maße erfüllen können. Dies ist unter ande­ rem auf einen höheren Anteil der elektrischen Funktionen an der durch das Steuergerät zur Verfügung gestellten Brems­ funktion in den zukünftigen Bremssystemen zurückzuführen. So kann es bei einer Bremsanlage, die im wesentlichen elek­ trisch arbeitet, wenn nicht Gegenmaßnahmen ergriffen werden, bei einem Kabelbruch oder bei einem Kurzschluß in einer Ver­ sorgungsleitung des Steuergeräts zu einem vollständigen oder teilweisen Ausfall der Bremse kommen.

Es besteht daher die Aufgabe, die elektrische Versorgung von elektrisch oder teilweise elektrisch betriebenen Bremssyste­ men zu verbessern und damit deren Betriebssicherheit zu er­ höhen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1.

Die Erfindung schlägt außerdem zur Lösung der obigen Aufgabe eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 4 vor, die folgende Komponenten umfaßt:

• - Eine Strom-/Spannungsversorgungsschaltung, die über elek­ trische Versorgungsleitungen mit einem elektrischen Verbrau­ cher verbunden ist.
• - Einen Verbraucher, innerhalb dem eine oder mehrere über Teilnetzleitungen versorgte Funktionselemente vorhanden sind. Der Verbraucher weist zudem eine mit den Versorgungs­ leitungen verbundene Leitungsüberwachungsschaltung auf.
• - Die Leitungsüberwachungsschaltung ist nach der Erfindung mit Erkennungsmitteln zur Erkennung eines Leitungsfehlers ausgestattet. Geeignete Erkennungsmittel sind beispielsweise Potentialprüfschaltungen, wie etwa Spannungsteilerschaltun­ gen mit Widerstandselementen.

Die Leitungsüberwachungsschaltung weist außerdem Umschalt­ mittel zur Umschaltung zwischen einzelnen internen und ex­ ternen Versorgungsleitungen auf. Bei diesen Umschaltmitteln kann es sich beispielsweise um Dioden, bipolare Transisto­ ren, FETs, elektronische Schalter usw. handeln.

Die Leitungsüberwachungsschaltung ist so aufgebaut, daß die Stromführung von defekten Versorgungs- und/oder Teilnetz- Leitungen auf intakte Versorgungs- und/oder Teilnetz- Leitungen umgeschaltet werden kann. Dies erfolgt bevorzugt mit Logikelementen in der Leitungsüberwachungsschaltung oder durch einen innerhalb oder außerhalb der Leitungsüberwa­ chungsschaltung angeordneten Mikrocontroller.

Die Leitungsüberwachungsschaltung, welche ein integrierter Schaltkreis sein kann und/oder aus diskreten Bauelementen bestehen kann, ist zweckmäßigerweise gemeinsam mit dem über­ wiegenden Teil der Verbraucher auf einem gemeinsamen Schal­ tungsträger angeordnet.

Besonders bevorzugt wird mit der Leitungsüberwachungsschal­ tung nach der Erfindung die Anzahl der an die Leitungsüber­ wachungsschaltung angeschlossenen Versorgungsleitungen auf eine kleinere Anzahl von angeschlossenen Teilnetzleitungen reduziert. Unter einem Teilnetz wird zum Beispiel in einer Zweikreisbremsanlage der Stromkreis der Ventilgruppe des er­ sten Bremskreises verstanden.

Bei der Strom-/Spannungsversorgungsschaltung kann es sich um eine Batterie, einen Generator oder um eine Batterie- Generator-Einheit handeln, wie sie in Kraftfahrzeugen übli­ cherweise eingesetzt wird.

Beschrieben wird außerdem die Verwendung der erfindungsgemä­ ßen Schaltungsanordnung in einem elektrischen Bremssystem für Kraftfahrzeuge, in dem die Übertragung des Bremsdruck­ sollsignals eines Bremswertgebers an das Steuergerät des Bremssystems überwiegend über eine elektrische Leitung er­ folgt. Entsprechende Bremssysteme sind als "Brake-By-Wire"-, EHB- oder EMB-Bremssysteme bekannt.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung der Figu­ ren.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung und

Fig. 2 eine detailliertere schematische Darstellung des Versorgungskonzepts bei einer Zweikreisbremsanlage.

In Fig. 1 ist zur Energieversorgung des elektronischen Brem­ senssteuergeräts 34 die Batterie-/Generator-Einheit 44 über Leitungen 35, 35', die mit dem positiven Pol der Einheit 44 elektrisch verbunden sind, und Leitungen 36, 36', die mit dem Minuspol der Einheit 44 elektrisch verbunden sind, an das Bremsensteuergerät angeschlossen. Die Versorgungsleitungen sind doppelt oder mehrfach ausgeführt, so daß eine redundan­ te Stromversorgung des Bremsenssteuergeräts sichergestellt ist.

Von den elektrischen Funktionselementen des Steuergeräts sind unter anderem die diskreten Bauelemente und die inte­ grierten Schaltungsbausteine 41, 42 auf einer Leiterplatte 38 angeordnet. Weitere elektrische Funktionselemente des Steu­ ergeräts, wie der Pumpenmotor 43 oder die Ventilspulen 48 für die Hydraulikventile im Ventilblock 46 können außerhalb der Leiterplatte angeordnet sein, sind aber über kurze Ver­ bindungsleitungen mit der Leiterplatte verbunden. Die inte­ grierten Schaltkreise können in einem gemeinsamen Gehäuse eines integrierten Schaltungsbausteins zusammengefaßt sein. Es ist jedoch bevorzugt, daß die Schaltkreise zur Bildung von voneinander unabhängigen Bremskreisen auf zwei oder meh­ rere Gehäuse 41, 42 aufgeteilt werden. Weitere an die Strom­ versorgung angeschlossene elektrische Funktionselemente des Steuergeräts sind die Ventilspulen der Hydraulikventile im Ventilblock 46 und ein Pumpenmotor 43 zur Förderung von Hy­ draulikflüssigkeit.

Die elektrischen Funktionselemente werden über Leiterbahnen 39, 40 elektrisch versorgt, die zu einer Leitungsüberwa­ chungsschaltung 37 verbunden sind. In der Fig. 1 ist eine Ausführungsform dargestellt, in der sämtliche elektrischen Bauelemente der Leitungsüberwachungsschaltung in einem ge­ meinsamen Gehäuse integriert sind. Es ist aber auch möglich, wie in Fig. 2 dargestellt, daß ein Teil dieser Bauelemente auf der Leiterplatte in Form von diskreten Einzelbauelemen­ ten angeordnet sind.

Nach der Erfindung ist jeder elektrische Verbraucher des Steuergeräts über getrennte Versorgungsleiterbahnen mit der Leitungsüberwachungsschaltung verbunden.

Kommt es auf Grund eines Kabelbruchs zu einem Ausfall einer Versorgungsleitung, beispielsweise der Leitung 35, so wird dies durch die Leitungsüberwachungsschaltung 37 festge­ stellt. Schaltung 37 schaltet nach der Erkennung des Fehlers sofort auf eine funktionstüchtige Leitung 35' um. Schaltung 37 kann zusätzlich den Leitungsbruch an eine Fehlerverarbei­ tungsvorrichtung, die z. B. im Armaturenbrett des Kraftfahr­ zeugs angeordnet ist, weitermelden. Eine intelligente Feh­ lerverarbeitung in der Schaltung 37 ist notwendig, da neben Leitungsbrüchen auch Fehler wie Kurzschlüsse oder Überspan­ nungen auftreten können, die eine unterschiedliche Reaktion der Schaltung 37 erfordern. Besonders bevorzugt ist Schal­ tung 37 so ausgelegt, daß auch Fehler in den Leiterbahnen oder in den elektrischen Verbrauchern so behandelt werden, daß bei Ausfall eines Verbrauchers keine Beeinträchtigung der elektrischen Versorgung eines anderen Verbrauchers her­ vorgerufen wird.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltungsan­ ordnung gemäß der Erfindung dargestellt, die zur Steuerung einer elektrohydraulischen Bremse (EHB) geeignet ist.

Die Leiterplatte 1 ist über Klemmen 3, 4, 5, 6 an den positiven Pol 7 der Batterie-/Generator-Einheit 2 angeschlossen. In Fig. 2 ist zur vereinfachten Darstellung der Einheit 2 le­ diglich ein Batteriesymbol gezeichnet. Die elektrische Ver­ bindung zur Batterie erfolgt, ggf. über Sicherungen, mittels vier elektrischer Leitungen 18, 19, 20 und 21, von denen zwei für die beiden Ventilstromkreise und zwei für die elek­ tronischen Schaltkreise vorgesehen sind. An den Minuspol 8 der Batterie sind zwei getrennte Masseleitungen 24 und 25 angeschlossen, die zu den Klemmen 9 und 10 der Leiterplatte führen.

An Klemme 3 wird die Batteriespannung über das Zündschloß des Fahrzeugs herangeführt. Die integrierten Schaltkreise 11 und 12 werden hierdurch aktiviert. An die Klemmen 3, 4, 5 und 6 sind in Stromrichtung leitende Dioden 45 angeschlos­ sen, die elektrische Verbindungen zu den integrierten Schaltkreisen 11, 12 und den Ventilen 48 herstellen. Die Ausgangsseite der Dioden an Klemme 5 ist mit der Ausgangs­ seite der Diode an Klemme 6 über eine Leitungsbrücke 49 elektrisch verbunden. Hierdurch wird bei einem Ausfall einer Leitung an den Klemmen 5 oder 6 eine Stromversorgung der an diesen Klemmen angeschlossenen Verbraucher sichergestellt. Eine elektrische Verbindung der Ausgangsseite der Dioden an den Klemmen 3 und 4 wird durch elektrische Verbindung mit zwei in Serie geschaltete Dioden 45' hergestellt.

Zur Messung des Spannungspotential an den Klemmen 3, 4, 5 und 6 sind an den Klemmen gegen Masse verbundene Spannungs­ teiler 31 vorgesehen. Von den Mittelpolen 53 der Spannungs­ teiler bestehen elektrische Verbindungen zu einem integrier­ ten Teil einer der Leitungsüberwachungsschaltung, welcher in Fig. 2 nicht gesondert dargestellt ist.

Die Ventilspulen sind in Richtung zum positiven Pol der Ver­ sorgung über elektronische Halbleiterschaltelemente 47 an die mit den Klemmen 5 und 6 verbundenen Dioden angeschlos­ sen. Die Halbleiterschaltelemente werden von dem nicht dar­ gestellten integrierten Teil der Leitungsüberwachungsschal­ tung, welche auch die Potentiale der Eingänge überwacht, an­ gesteuert. Wie weiter unten näher beschrieben wird, kann durch geeignete Ansteuerung der Halbleiterschaltelemente beispielsweise bei einem Kurzschluß an Leitung 18 ein Be­ trieb der Ventilspulen über den funktionsfähigen Leiter 19 fortgesetzt werden.

Vorzugsweise besitzt der Pumpenmotor 32 zwei getrennte Wick­ lungskreise, so daß hierdurch eine Trennung in zwei unabhän­ gige Versorgungskreise ermöglicht wird. Die durch die Tren­ nung der Wicklungen vorhandenen beiden positivseitigen An­ schlüsse des Motors 32 werden jeweils über Halbleiterschalte­ lemente 54 an Klemme 5 bzw. Klemme 6 geführt. Jeder positiv­ seitige Motoranschluß ist zudem mit Klemme 3 verbunden. Auch hier werden zum Motor hin die Potentiale an den Halbleiter­ schaltelementen durch Spannungsteiler 31 überwacht.

Die Leiterplatte umfaßt zwei getrennte Masseklemmen 9 und 19 sowie zwei getrennte Masseleitungen 24, 25, die zur Batterie führen. Mit Masseklemme 10 sind beide negativseitigen Motor­ wicklungen über Leitung 50 verbunden. Von Klemme 10 besteht eine Verbindung über eine in Leitungsrichtung geschaltete Diode 45 mit den beiden positiven Anschlüssen des Motors, wobei von der Diode zwei getrennte Leitungen über jeweils ein Halbleiterschaltelement 49 geführt sind, die zu den po­ sitivseitigen Wicklungsanschlüssen des Motor führen. Das Po­ tential an Leitung 50 kann mit Spannungsteiler 31, welcher mit Klemme 10 verbunden ist, überprüft werden.

Eine weitere Verbindung besteht von Masseklemme 10 über ein Halbleiterschaltelement 33 zur zweiten Masseklemme 9. Die Verbindung ist in der Stromrichtung von Klemme 10 zu Klemme 9 sperrbar. Von Klemme 9 führt eine Leiterbahn über inte­ grierte Halbleiterschalter 51, welche zur Spulensteuerung vorgesehen sind, zu den negativseitigen Anschlüssen der Ven­ tilspulen 48.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der Schaltung beschrie­ ben. Zur Erkennung von Leitungsfehlern werden die Potentiale mittels der Brückenschaltungen 31, die mit einer Auswerte­ schaltung (Logik, Mikrocontroller) verbunden sind, über­ wacht. Je nach Leitungszustand werden die Halbleiterschalte­ lemente über nicht dargestellte elektrische Leitungen von der Auswerteschaltung angesteuert. Die Ansteuerung erfolgt in der Weise, daß stets die maximal mögliche Anzahl von Ver­ brauchern mit Strom versorgt ist. Im Normalbetrieb sind die Halbleiterschaltelemente an den Klemmen 5 und 6 geöffnet.

Wird durch die Überwachungsschaltung an Klemme 5 mittels Brückenschaltungen 52 ein Absinken des Potentials unterhalb eines kritischen Schwellenwertes festgestellt, so wird das der Klemme 5 zugeordnete Halbleiterschaltelement gesperrt, das mit Klemme 6 verbundene Halbleiterschaltelement bleibt hingegen geöffnet. Der Betrieb zumindest eines Schaltkreises bleibt erhalten. Wird andernfalls ein überhöhtes Potential an Klemme 5 festgestellt, können beide Halbleiterschaltele­ mente an den Klemmen 5 und 6 geöffnet bleiben. Die nötige Spannungsversorgung beider Ventilkreise ist über Leitung 18 und Klemme 6 gesichert.

In analoger Weise kann ein Fehler auf den Masseleitungen 24 und 25 behandelt werden.

Ergänzend sei bemerkt, daß eine gewisse Einschränkung bei der dargestellten Schaltung darin besteht, daß bei Ausfall einer Leitung 18 oder 19 zwar beide Ventilkreise versorgt werden können, allerdings lediglich eine Motorwicklung ange­ steuert werden kann. Bei einer geeigneten Auslegung des Mo­ tors mit getrennten Wicklungen ist es jedoch möglich, diesen lediglich mit nur einer versorgten Wicklung mit ausreichen­ der Förderleistung zu betreiben.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß gegenüber bekannten Schaltungsanordnungen eine höhere Verfügbarkeit bzw. Teilverfügbarkeit der elektrischen Funk­ tionen des Bremssystems erzielt wird.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung läßt sich ein Fehlerfall, der zum Beispiel durch Kurzschluß oder Unterbrechung einer Versorgungsleitung auftreten kann, er­ kennen. In einem Fehlerfall bleiben die wesentlichen Funk­ tionen der Bremsanlage erhalten.

Claims (9)

1. Verfahren zur Strom-/Spannungsversorgung von mindestens einem elektrischen Verbraucher (34) in einem Kraftfahr­ zeug mittels einer mit dem Verbraucher über elektrische Versorgungsleitungen verbundenen Strom-/Spannungs­ versorgungsschaltung (44), wobei mindestens eine erste Sorte Versorgungsleitungen (36, 36') mit einem Bezugspo­ tential der Versorgungsschaltung verbunden ist und min­ destens eine weitere Sorte von Versorgungsleitungen (35, 35') mit einem gegenüber dem Bezugspotential ver­ schiedenen Potential der Versorgungsschaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Leitun­ gen (36, 36') der ersten Sorte und mindestens zwei Lei­ tungen (35, 35') der zweiten Sorte vorgesehen sind, die Leitungen auf das Auftreten eines Fehlers in den Leitun­ gen überwacht werden, und im Falle eines festgestellten Fehlers in einer Leitung auf eine andere Leitung der je­ weiligen Sorte, welche keinen Fehler aufweist, umge­ schaltet wird, wobei die Umschaltung zumindest teilweise elektronisch gesteuert erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erkennung eines Leitungsfehlers eine Fehlerinforma­ tion an eine Fehlerverarbeitungseinrichtung weitergemel­ det wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fehler in einer Leitung erkannt wird durch Vergleich des Spannungspotentials dieser Leitung mit einem vorge­ gebenen zulässigen Spannungsbereich.

4. Schaltungsanordnung umfassend eine Strom-/Spannungs­ versorgungsschaltung (44, 2), die über elektrische Ver­ sorgungsleitungen (35, 35', 36, 36', 18, . . ., 21, 24, 25) mit ei­ nem elektrischen Verbraucher (34, 1) verbunden ist, wobei innerhalb des Verbraucher eine oder mehrere über Teil­ netzleitungen (39, 40) versorgte Funktionselemente (41, 42, 43, 48, 11, 12, 32) vorhanden sind, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher eine mit den Versorgungsleitungen verbundene Leitungsüberwa­ chungsschaltung (31, 33, 37, 45, 47, 49, 54) mit Erkennungs­ mitteln (31) zur Erkennung eines Leitungsfehlers und Um­ schaltmitteln (33, 45, 47, 54) aufweist, wobei durch die Leitungsüberwachungsschaltung die Stromführung von de­ fekten Versorgungs- und/oder Teilnetz-Leitungen auf in­ takte Versorgungs- und/oder Teilnetz-Leitungen umge­ schaltet werden kann.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Verbraucher ein integriertes Steuerge­ rät eines Bremssystems für Kraftfahrzeuge mit elektroni­ scher Einheit (34) und integrierte Hydraulikeinheit (46) ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Strom-/Spannungsversorgung eine Batterie-/Generator-Einheit (2, 44) ist.

7. Schaltungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsele­ mente eine oder mehrere integrierte Schaltungsanordnun­ gen (41, 11, 12) zur Ansteuerung von elektrisch ansteuer­ baren Hydraulikventilen (48) und zur Ansteuerung eines Pumpenmotors (32, 43) umfassen.

8. Schaltungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsüberwa­ chungsschaltung als Erkennungsmittel Potentialprüfschal­ tungen (31) umfaßt, die mit den Versorgungsleitungen elektrisch verbunden sind.

9. Verwendung der Schaltungsanordnung nach einem der An­ sprüche 4 bis 8 in einem elektrischen Bremssystem für Kraftfahrzeuge, in dem die Übertragung des Bremsdruck­ sollsignals eines Bremswertgebers an das Steuergerät des Bremssystems überwiegend über eine elektrische Leitung erfolgt.