DE102007037351A1 - Bordnetz für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Bordnetz (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät (2), einem Bussystem (3), welches Kommunikationsdaten des Steuergeräts (2) überträgt, einer Schnittstelle (4), welche mit dem Bussystem verbunden ist und eine eindeutige Adresse innerhalb des Bussystems (3) besitzt, und einer Anzahl von Generatoren (5<SUB>1</SUB>, 5<SUB>2</SUB>, ..., 5<SUB>n</SUB>), welche eingerichtet sind, elektrische Energie für das Bordnetz (1) zur Verfügung zu stellen, wobei die Generatoren (5<SUB>1</SUB>, 5<SUB>2</SUB>, ..., 5<SUB>n</SUB>) über die Schnittstelle (4) mit dem Bussystem (3) verbunden sind, wobei die Schnittstelle (4) Rückmeldungen (R<SUB>1</SUB>, R<SUB>2</SUB>, ..., R<SUB>n</SUB>) von den Generatoren (5<SUB>1</SUB>, 5<SUB>2</SUB>, ..., 5<SUB>n</SUB>) empfängt, verarbeitet und ein Ergebnis (R) der Verarbeitung an das Steuergerät (2) weiterleitet.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, beispielsweise für ein Nutzfahrzeug.
- Stand der Technik
- In einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs muss einer Vielzahl von elektrischen Verbrauchern zum richtigen Zeitpunkt ausreichend elektrische Energie zur Verfügung gestellt werden, damit diese ihre vorgesehenen Funktionen erfüllen können. Hierbei kommuniziert ein Steuergerät im Bordnetz üblicherweise mit dem energieerzeugenden System und den Verbrauchern, um über einen aktuellen Zustand aller Komponenten informiert zu sein und steuernd eingreifen zu können, um Engpässe bei Problemen im energieerzeugenden System zu vermeiden. Das energieerzeugende System steht zudem auch in Wechselwirkung mit der Leistungsfähigkeit eines Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs, da bei hohem Energiebedarf seitens der elektrischen Verbraucher ein Teil der Motorleistung für die Erzeugung elektrischer Energie aufgewendet werden muss und nicht für den Antrieb des Fahrzeugs zur Verfügung steht. Daher kommt dem Steuergerät auch die Aufgabe zu, in einer Fahrsitu ation, in der die verfügbare Motorleistung beispielsweise zugunsten einer besseren Beschleunigung eingesetzt werden soll, die Energieerzeugung im elektrischen System temporär zu reduzieren.
- Die Kommunikation zwischen Verbrauchern, Steuergerät und einem Generator erfolgt normalerweise über ein standardisiertes Bussystem, beispielsweise einen LIN-Bus (LIN = Local Interconnect Network). Für die Kommunikation mit dem Generator stehen dem Steuergerät für seine Überwachungssaufgaben unter anderem Abfragen über einen mechanischen und elektrischen Status oder eine Generatorauslastung zur Verfügung, sowie für seine Steuerungsaufgaben unter anderem eine Vorgabe einer Sollspannung, welche durch den Generator im Bordnetz erzeugt werden soll.
- Speziell in modernen Nutzfahrzeugen werden sehr hohe Anforderungen an die Überwachung und Steuerung einer funktionierenden Energieversorgung gestellt, da im Vergleich zu einem PKW mehr Verbraucher an das Bordnetz angebunden sind, und somit ein noch höherer Energiebedarf besteht, wobei umgekehrt die Motorleistung des Nutzfahrzeugs für Belastungsspitzen voll zur Verfügung stehen muss.
- Üblicherweise wird in einer Bordnetzarchitektur eines Nutzfahrzeugs ein einziger Generator mit sehr hoher Leistung eingesetzt. Ein solcher Generator ist schon aufgrund seiner Größe teurer als Generatoren, welche im PKW-Bereich eingesetzt werden. Hinzu kommt, dass Nutzfahrzeug-Generatoren in wesentlich kleineren Serien gefertigt werden als sol che für PKWs. Daher sind die Fertigungskosten relativ hoch, und auch der auf jeden gefertigten Generator entfallende Anteil der Entwicklungskosten ist erheblich höher als bei PKW-Generatoren.
- Ein Lösungsansatz, um Generatoren aus dem PKW-Bereich auch für Nutzfahrzeuge einsetzen zu können und somit die Kostensituation zu verbessern, ist die Verwendung mehrerer Generatoren mit kleinerer Leistung anstatt eines Generators mit hoher Leistung. Diese werden dann in ihrer Anbindung an das Bordnetz und dessen Bussystem parallel geschaltet. Um die Funktionsweise aller Generatoren über das Kommunikationssystem des Bordnetzes überwachen und steuern zu können, erfordert dies jedoch die Bereitstellung von Busschnittstellen für die Generatoren mit unterschiedlichen Adressen, während Busschnittstellen für in PKWs eingesetzte Generatoren sämtlich die gleiche, fest verdrahtete Adresse haben können. Das bedeutet, dass die für Nutzfahrzeuge benötigten Schnittstellen wiederum spezifisch und dementsprechend teuer sind.
- Zudem ist die Anzahl der Geräte in einem LIN-Subsystem eines Bordnetzes aufgrund der LIN-spezifischen Adress-Architektur begrenzt, wobei üblicherweise nicht nur die Generatoren, sondern auch eine Anzahl von Verbrauchern in ein solches Subsystem eingebunden sind, so dass hinsichtlich einer möglichen Anzahl von Generatoren Grenzen gesetzt sind. Auch auf Seite der Kommunikation mit den Generatoren ist ein erhöhter Aufwand erforderlich, da das Steuergerät mit jedem einzelnen der Generatoren kommunizieren muss, was darüber hinaus noch eine erhebliche Datenlast mit verlängerten Antwortzeiten auf dem Bussystem mit sich bringt.
- Vorteile der Erfindung
- Durch die vorliegende Erfindung wird ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug geschaffen, in dem mehrere Generatoren betrieben werden können, welche gemeinsam eine hohe Leistungsabgabe erzielen und welche von einem Steuergerät über ein Kommunikationssystem des Bordnetzes überwacht und gesteuert werden können, wobei der Aufwand für die Anbindung der Generatoren an das Kommunikationssystem dennoch gering gehalten werden kann.
- Diese Vorteile werden erreicht, indem in einem Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät, einem Bussystem, welches Kommunikationsdaten des Steuergeräts überträgt, einer Schnittstelle, welche mit dem Bussystem verbunden ist und eine eindeutige Adresse innerhalb des Bussystems besitzt, und einer Anzahl von Generatoren, welche eingerichtet sind, elektrische Energie für das Bordnetz zur Verfügung zu stellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatoren über die Schnittstelle mit dem Bussystem verbunden sind, wobei die Schnittstelle Rückmeldungen von den Generatoren empfängt, verarbeitet und ein Ergebnis der Verarbeitung an das Steuergerät weiterleitet.
- Nur die gemeinsame Schnittstelle der Generatoren ist an das Bussystem angebunden, so dass nur eine einzige Busschnittstelle für die Anbindung an das Bussystem erforderlich ist. Zudem muss nur die Schnittstelle vom Steuergerät angesprochen werden und das Steuergerät erhält nur von der Schnittstelle eine Antwort mit der gewünschten Information über die Generatoren, so dass das Steuergerät wie bei einer Architektur mit einem einzigen Generator nur mit einem Teilnehmer kommunizieren muss. Im Aufbau und ggf. der Programmierung des Steuergeräts braucht daher die Tatsache, dass mehrere Generatoren vorgesehen sind, nicht berücksichtigt zu werden. D. h. es kann ein herkömmlicherweise zum Steuern eines einzelnen Generators verwendetes Steuergerät eingesetzt werden, was die Entwicklung eines erfindungsgemäßen Bordnetzes einfach macht. Insbesondere bietet der erfindungsgemäße Aufbau des Bordnetzes sehr hohen Spielraum hinsichtlich der Ausstattung mit Generatoren, sowohl bezüglich der Anzahl der eingesetzten Generatoren, als auch bezüglich ihrer Leistung und der Auswahl der Bauteile.
- Die Schnittstelle kann mit allen Generatoren in geeigneter Weise kommunizieren, erhält auf diese Weise den jeweiligen Zustand aller Generatoren und verarbeitet diese Daten zu einem Ergebnis, welches einen Gesamtzustand der Generatoren gegenüber dem Steuergerät wiederspiegelt. Das Ergebnis dieser Verarbeitung hat zweckmäßigerweise die Form einer zur Spezifikation des Bussystems konformen Meldung, wie sie herkömmlicherweise von einem einzelnen Generator erzeugt werden könnte.
- Wenn die Rückmeldungen der Generatoren an die Schnittstelle quantitative Werte wie etwa eine Information über den Auslastungszustand jedes Genera tors enthalten, kann das Ergebnis der Verarbeitung zweckmäßigerweise eine Summe der von den einzelnen Generatoren gelieferten Werte sein. Dadurch kann die Schnittstelle dem Steuergerät eine Information über die aktuelle Gesamtauslastung aller Generatoren liefern.
- Weiter ist es vorteilhaft, wenn Rückmeldungen eine Information über das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Fehlers beinhalten. Die Schnittstelle erhält so zu jedem Generator eine Aussage, ob Fehler vorliegen.
- Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Ergebnis der Verarbeitung eine Fehlermeldung beinhaltet, wenn wenigstens eine der Rückmeldungen das Vorliegen eines Fehlers anzeigt. Das Steuergerät kann dann über einen Fehlerzustand der Generatoren informiert werden, um gegebenenfalls einem Fahrer oder einem Diagnosegerät einen Fehler signalisieren zu können.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Schnittstelle mit einem der Generatoren in einer Generator-Schnittstelle-Einheit zu einem einzigen Bauteil zusammengefasst. Derartige Einheiten, bei denen die Schnittstelle jeweils zum Steuern des Generators der Einheit dient, sind auf dem Markt verfügbar. Die Schnittstelle einer solchen Einheit kann mit wenig Aufwand zum Steuern mehrerer Generatoren nutzbar gemacht werden.
- Besonders vorteilhaft hinsichtlich des Kostengesichtspunkts ist es, wenn das Bordnetz aus einer kleinen Zahl verschiedener Typen von Komponenten aufgebaut werden kann. Es ist daher sinnvoll, wenn mehrere, vorzugsweise alle Generatoren Teil einer Generator-Schnittstelle-Einheit sind. Die Schnittstellen dieser Einheiten bleiben zweckmäßigerweise bis auf eine ungenutzt.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Bordnetzes gemäß der vorliegenden Erfindung; -
2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. -
1 stellt den schematischen Aufbau eines Ausschnittes aus einem Bordnetz1 eines Kraftfahrzeugs dar und zeigt insbesondere einen Kommunikationsfluss innerhalb des Bordnetzes. - Das Bordnetz
1 umfasst ein Steuergerät2 , einen LIN-Bus3 und verschiedene elektrische Verbraucher6 und Generatoren5 , deren Funktionen durch das Steuergerät über den LIN-Bus3 überwacht und gesteuert werden. - Zwischen dem LIN-Bus
3 und dem Steuergerät2 kann noch eine weitere Kommunikationsebene zwischengeschaltet sein, beispielsweise ein CAN-Bus, welcher das Steuergerät2 über ein Gateway mit dem LIN-Bus3 verbindet. Die genaue Busarchitektur des gesamten Bordnetzes1 soll hier nicht weiter ausgeführt werden, da sie für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung ist. - Die Generatoren
5 , im Einzelnen auch mit51 ,52 , ...,5n bezeichnet, sind an den LIN-Bus3 über eine gemeinsame Schnittstelle4 angeschlossen. Die Leitungsverbindungen zwischen der Schnittstelle4 und den Generatoren51 ,52 , ...,5n sind proprietär ausgeführt und folgen nicht notwendigerweise einer standardisierten Spezifikation. - Das Steuergerät
2 steuert und überwacht die Energieerzeugung im Bordnetz1 nicht nur hinsichtlich eines aktuellen Energiebedarfs, sonder auch unter Berücksichtigung einer vorliegenden Fahrsituation, wobei in Situationen, in denen die gesamte Motorleistung für den Antrieb des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stehen soll, die Energieerzeugung temporär reduziert wird. - Hierzu fordert das Steuergerät
2 Informationen über den Zustand der Generatoren5 an und veranlasst die Generatoren5 über die Vorgabe einer Sollspannung U als Richtgröße für die Energieerzeugung zur Abgabe der entsprechenden Leistung. Das Steuergerät2 sendet entsprechende Befehle über das Bussystem3 an die Schnittstelle4 . Die Schnittstelle4 setzt den Befehl in von den Generatoren5 verarbeitbare Steuersignale um und gibt diese an die Generatoren5 aus. Die Art der Ansteuerung der Generatoren5 durch die Steuersignale ist hierbei von der gewählten Anbindung an die Schnittstelle4 bestimmt. So kann zum Steuern der Generatoren5 auch eine Schnittstelle4 von an sich bekannter, herkömmlicherweise zum Steuern eines einzelnen Generators verwendeter Art eingesetzt werden. - Die Generatoren
51 ,52 , ...,5n liefern ihrerseits Rückmeldungen R1, R2, ..., Rn an die Schnittstelle4 . Die Rückmeldungen R1, R2, ..., Rn können die Form digitaler Signale haben, insbesondere wenn sie das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Fehlers im Generator5 anzeigen. Der Einfachheit halber wird im Folgenden der Fall betrachtet, dass die Rückmeldungen R1, R2, ..., Rn auf einer einzelnen Leitungsader übertragene binäre, das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Fehlers in den Generatoren5 anzeigende Signale sind. Die Verallgemeinerung auf mehrere derartige Signale wird für den Fachmann aus dem Folgenden offensichtlich sein. Die Signale liegen an den Eingängen eines Oder-Gatters7 an, dessen Ausgang mit der Schnittstelle4 verbunden ist. Diese erhält so eine Fehlermeldung, wenn auch nur einer der Generatoren fehlerhaft arbeitet, verarbeitet diese zu einer LIN-konformen Fehlermeldung R und sendet diese über den LIN-Bus3 an das Steuergerät2 . Wiederum unterscheidet sich die Funktion der Schnittstelle4 nicht von einer herkömmlicherweise zum Steuern eines einzelnen Generators verwendeten Schnittstelle; die einzige Anpassung, die zur Verarbeitung der Fehlermeldungen der mehreren Generatoren5 benötigt wird, ist das Oder-Gatter7 oder ein gleichwertiges logisches Schaltungselement. - Um andere Rückmeldungen R1, R2, ..., Rn der Generatoren, z. B. eine quantitative Angabe über einen aktuellen Auslastungszustand, an das Steuergerät
2 weiterzugeben, kann zwischen entsprechenden Ausgängen der Generatoren5 und einem Eingang der Schnittstelle4 z. B. ein Addierglied8 , eine Mittelwertschaltung oder dergleichen vorgesehen sein. - Eine Ausgestaltung, die eine individuelle Ansteuerung der Generatoren
5 durch die Schnittstelle4 ermöglicht, ist in2 dargestellt. Die Ausgestaltung verwendet eine Mehrzahl von herkömmlichen Schnittstelle-Generator-Einheiten451 ,452 , ...,45n , die jeweils eine Schnittstelle4 und einen Generator5 des bereits mit Bezug auf1 beschriebenen Typs beinhalten. Bei den Schnittstelle-Generator-Einheiten452 , ...,45n sind sämtliche Leitungen, auf denen Steuersignale von der Schnittstelle4 zum Generator5 bzw. Rückmeldungen vom Generator5 zur Schnittstelle4 übertragen werden, unterbrochen, und die Schnittstelle4 ist auch nicht mit dem LIN-Bus3 verbunden. Die infolgedessen funktionslose Schnittstelle4 ist in2 als gestrichelter Umriss dargestellt. - In der Schnittstelle-Generator-Einheit
451 ist zwischen der Schnittstelle4 und dem Generator51 ein Demultiplexer42 eingefügt, der jeden Steuersignal-Ausgang der Schnittstelle4 mit den entsprechenden Steuersignal-Eingängen sämtlicher Generatoren451 ,452 , ...,45n verbindet. Der Demultiplexer42 untersteht der Steuerung einer Steuereinheit, hier in Form eines Mikroprozessors41 , der auch von der Schnittstelle4 dekodierte Befehle des Steuergeräts2 empfängt. Wenn der Mikroprozessor41 einen Befehl des Steuergeräts2 empfängt, ermittelt er die zur Ausführung des Befehls notwendigen Generatoren5 , selektiert diese mithilfe des Demultiplexers42 der Reihe nach, und sendet Steuersignale an diese, um sie zum Ausführen einer dem Befehl entsprechenden Aktion zu veranlassen. - Analog zu dem Demultiplexer
42 kann ein (nicht dargestellter) Multiplexer zwischen die Generatoren5 , die Schnittstelle4 und dem Mikroprozessor41 eingefügt sein, der es dem Mikroprozessor41 ermöglicht, Rückmeldungen R1, R2, ..., Rn der Generatoren5 abzufangen, durch logische Verknüpfung, Mittelwertbildung, Addition oder dergleichen, wie mit Bezug auf1 beschrieben, zu verknüpfen und das Verknüpfungsergebnis R an die Schnittstelle4 auszugeben, so dass diese es in eine LIN-konforme Nachricht umwandelt und an das Steuergerät2 sendet.
Claims (8)
- Bordnetz (
1 ) für ein Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät (2 ), einem Bussystem (3 ), welches Kommunikationsdaten des Steuergeräts (2 ) überträgt, einer Schnittstelle (4 ), welche mit dem Bussystem verbunden ist und eine eindeutige Adresse innerhalb des Bussystems (3 ) besitzt, und einer Anzahl von Generatoren (51 ,52 , ...,5n ), welche eingerichtet sind, elektrische Energie für das Bordnetz (1 ) zur Verfügung zu stellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatoren (51 ,52 , ...,5n ) über die Schnittstelle (4 ) mit dem Bussystem (3 ) verbunden sind, wobei die Schnittstelle (4 ) Rückmeldungen (R1, R2, ..., Rn) von den Generatoren (51 ,52 , ...,5n ) empfängt, verarbeitet und ein Ergebnis (R) der Verarbeitung an das Steuergerät (2 ) weiterleitet. - Bordnetz (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückmeldungen (R1, R2, ..., Rn) quantitative Werte beinhalten. - Bordnetz (
1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungsergebnis (R) eine Summe der quantitativen Werte beinhaltet. - Bordnetz (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückmeldungen (R1, R2, ..., Rn) eine Information über das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Fehlers beinhalten. - Bordnetz (
1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis (R) der Verarbeitung- eine Fehlermeldung beinhaltet, wenn wenigstens eine der Rückmeldungen (R1, R2, ..., Rn) das Vorliegen eines Fehlers anzeigt. - Bordnetz (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (4 ) mit einem der Generatoren (5i ) in einer Generator-Schnittstelle-Einheit (45i ) zusammengefasst ist, wobei diese ein Bauteil bildet. - Bordnetz (
1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Generatoren Teil einer Generator-Schnittstelle-Einheit (451, 452 , ...,45n ) sind. - Bordnetz (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bussystem (3 ) ein LIN-Bus ist.
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Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed |
Effective date: 20140416 |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SEG AUTOMOTIVE GERMANY GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: ROBERT BOSCH GMBH, 70469 STUTTGART, DE |
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Representative=s name: DEHNSGERMANY PARTNERSCHAFT VON PATENTANWAELTEN, DE Representative=s name: DEHNS GERMANY PARTNERSCHAFT MBB, DE |
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division |