DE102013206829A1

DE102013206829A1 - Verfahren und elektronisches Bauelement zum Übertragen von Steuersignalen zwischen unterschiedlichen Bordnetzen in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102013206829A1
Application number: DE201310206829
Authority: DE
Inventors: Christoph Sudan; Robert Wagner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2014-10-16

Abstract

Zum Übertragen von Steuersignalen zwischen zwei in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen, unterschiedliche Spannungen aufweisenden Bordnetzen über mindestens eine Verbindung (10) ist vorgesehen, dass – im ersten Bordnetz eine erste Schaltung (5a) mittels einer ersten, gegenüber einem ersten Massepotential (LGND) anliegenden Versorgungsspannung (+5 VL) spannungsversorgt wird, – im zweiten Bordnetz eine zweite Schaltung (5b) mittels einer zweiten, gegenüber einem zweiten Massepotential (PGND) anliegenden Versorgungsspannung (+5 VP) spannungsversorgt wird, – zwischen erster Schaltung (5a) und zweiter Schaltung (5b) eine dritte Schaltung (6, 6a, 6b) geschaltet ist, mit der eine Potentialdifferenz zwischen dem ersten Massepotential (LGND) und dem zweiten Massepotential (PGND) und/oder eine Veränderung der Versorgungsspannung des ersten und/oder zweiten Bordnetzes feststellbar ist, – im Falle einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Massepotential (LGND) und dem zweiten Massepotential (PGND) und/oder einer Veränderung der Versorgungsspannung des ersten und/oder des zweiten Bordnetzes um einen jeweils vorbestimmten Wert ein erster, in der Verbindung (10) vorgesehener Schalter (31, 32, 39, 40) angesteuert wird, durch den die Signalübertragung zwischen dem ersten Bordnetz und dem zweiten Bordnetz unterbrochenen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein elektronisches Bauelement zum Übertragen von Steuersignalen zwischen unterschiedlichen Bordnetzen in einem Kraftfahrzeug.
Bei Kraftfahrzeugen wurde in der Vergangenheit in der Regel ein Bordnetz zur Versorgung elektrischer Komponenten vorgesehen, dessen Versorgungsspannung gegenüber dem Massepotential des Fahrzeugs 6 Volt, 12 Volt oder 24 Volt betrug. Um einen höheren Bedarf elektrischer Leistung besser abdecken zu können wurden auch Bordnetze mit einer höheren Versorgungsspannung von zum Beispiel 48 Volt vorgeschlagen. Dadurch können zum Beispiel Ströme geringer gehalten werden und Leitungsquerschnitte reduziert werden, was zu Material- und Kosteneinsparungen führt. Zudem können stärkere elektrische Verbraucher angeschlossen werden, beispielsweise für Elektroantriebe oder elektrische Klimaanlagen. Da jedoch eine Vielzahl vorhandener elektrischer Kraftfahrzeug-Komponenten eine herkömmliche Versorgungsspannung von beispielsweise 12 Volt benötigen, wurde auch vorgeschlagen, Kraftfahrzeuge mit zwei Bordnetzen unterschiedlicher Versorgungsspannung auszurüsten, beispielsweise mit einem 12 Volt-Bordnetz und einem 48 Volt-Bordnetz. Ein derartiger Ansatz zweier Bordnetze kann jedoch für Steuerungskomponenten zu erheblichen Problemen führen, wenn Steuersignale bordnetzübergreifend ausgetauscht bzw. übertragen werden. Beispielsweise können bei einem Masseverlust einer 48 Volt-Komponente, die Steuersignale eines Controller Area Network (CAN) Busses sendet und/oder empfängt, die CAN-Bus Kommunikation lahmgelegt werden und dabei unter Umständen sogar Busteilnehmer zerstört werden.
Zur Vermeidung derartiger Probleme wäre es möglich, ansich bekannte Optokoppler oder andere vollständig galvanisch, beispielsweise induktiv trennende Transceiver zur Datenübertragung zu verwenden, durch die die beiden Bordnetze galvanisch voneinander getrennt bzw. entkoppelt werden. Der technische Aufwand und die damit verbundenen Kosten zur Bereitstellung derartiger Komponenten sind jedoch relativ hoch. Ein weiterer Nachteil solcher Komponenten besteht in deren begrenzter Temperaturbeständigkeit von beispielsweise maximal 125°C. Diese kann zudem eine reduzierte Leistungsdichte der entsprechenden Elektronik, insbesondere Leistungselektronik, zur Folge haben und/oder im Betrieb zusätzliche Kühlmaßnahmen erfordern.
Es ist Aufgabe der Erfindung, Steuersignale eines Steuersystems zwischen einem ersten Bordnetz und einem zweiten Bordnetz in einem Kraftfahrzeug so übertragen zu können, dass elektrische Störungen des Steuersystems im Falle von Netzspannungs-Veränderungen und/oder Differenzen zwischen den jeweiligen Massepotentialen der Bordnetze vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist zum Übertragen von Steuersignalen zwischen zwei in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen, unterschiedliche Spannungen aufweisenden Bordnetzen über mindestens eine Verbindung vorgesehen, dass im ersten Bordnetz eine erste Schaltung mittels einer ersten, gegenüber einem ersten Massepotential anliegenden Versorgungsspannung spannungsversorgt wird. Im zweiten Bordnetz wird eine zweite Schaltung mittels einer zweiten, gegenüber einem zweiten Massepotential anliegenden Versorgungsspannung spannungsversorgt. Zwischen erster Schaltung und zweiter Schaltung ist eine dritte Schaltung geschaltet, mit der eine Potentialdifferenz zwischen dem ersten Massepotential und dem zweiten Massepotential feststellbar ist und/oder eine Veränderung der Versorgungsspannung des ersten und/oder zweiten Bordnetzes feststellbar ist. Im Falle einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Massepotential und dem zweiten Massepotential und/oder einer Veränderung der Versorgungsspannung des ersten und/oder des zweiten Bordnetzes um einen jeweils vorbestimmten Wert, wird ein erster, in der Verbindung vorgesehener Schalter angesteuert, durch den die Signalübertragung zwischen dem ersten Bordnetz und dem zweiten Bordnetz unterbrochen wird.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Übertragung von Steuersignalen zwischen Komponenten verschiedener Bordnetze zuverlässig gesteuert werden kann, wenn etwaige, die Übertragung störende relative Potenzialänderungen zwischen den Bordnetzen erkannt werden. Dies gilt insbesondere für den Fall, bei dem sich zwischen den beiden Massepotenzialen der Bordnetze eine Verschiebung ergibt bzw. eine Differenz einstellt, ein so genannter Masseversatz. Mit der Erfindung können derartige Problemsituationen erkannt und die Signalübertragung unterbunden bzw. getrennt werden, bevor es zu Störungen und insbesondere Schädigungen an beteiligten elektronischen Signalübertragungs-Komponenten kommt.
Mit der Erfindung werden insbesondere zwei Maßnahmen vorgesehen, nämlich zum Ersten das Feststellen einer etwaigen Potentialdifferenz zwischen den Massepotentialen und zum Zweiten das Unterbrechen der Signalübertragung, wenn eine solche Potentialdifferenz festgestellt wurde. Zum Ermöglichen bzw. Unterbrechen der Signalübertragung kann insbesondere vorgesehen sein, dass mit dem Schalter Signalleitungen der beiden Bordnetze, insbesondere direkt oder indirekt, miteinander verbunden bzw. voneinander getrennt werden. Der Schalter kann insbesondere in einem elektronischen Schaltkreis vorgesehen sein, der auch zumindest eine der drei Schaltungen enthält.
Eine dritte, gegenüber den genannten zwei Maßnahmen auch unabhängig einsetzbare Maßnahme kann darin bestehen, dass zur Signalübertragung zwischen den Bordnetzen eine Verbindungskomponente vorgesehen wird, die eine gewisse Robustheit gegenüber Potential-Schwankungen der Bordnetze derart aufweist, dass innerhalb bestimmter Zeitgrenzen und/oder unterhalb einer Potentialschwankungs-Grenze von zum Beispiel +/– 2 Volt Masseversatz keine schwankungsbedingten Signalübertragungsfehler auftreten. Dies kann beispielsweise erreicht werden indem die Signale differenziell und insbesondere hochohmig differenziell übertragen werden und/oder indem in mindestens einem Glied der Signalübertragungskette für die Signale ein Dämpfungsglied vorgesehen wird. Dazu können beispielsweise Widerstände im Bereich von 1 kOhm bis 1 MegaOhm, insbesondere von 10 kOhm bis 100 kOhm vorgesehen sein. Dadurch ist es nicht nötig, eine vollständige bzw. dauerhafte galvanische Trennung der Signalleitungen in den beiden Bordnetzen vorzusehen, sondern es kann gezielt bedarfsgerecht eine Trennung erfolgen, wenn eine Gefahr von Störungen, beispielsweise aufgrund eines zu hohen Masseversatzes und/oder eines Ausfalls einer Spannungsversorgung in einem der beiden Bordnetze besteht.
Die zweite Maßnahme des Unterbrechens der Steuerleitung kann insbesondere dann angewandt werden, wenn über einen vorgegebenen Zeitraum eine Potentialschwankung bzw. eine Potentialdifferenz größer ist als die durch die dritte Maßnahme vorgegebene Potentialschwankungs-Grenze. Zur Entscheidung, ob die zweite Maßnahme angewandt wird, können die Bordnetze auch hinsichtlich mehrerer Potentialschwankungsgrenzen mit jeweils zugeordneten Zeiträumen überprüft werden.
Mit der Erfindung kann somit zweistufig eine sichere, bordnetzübergreifende Signalübertragung erreicht werden. In der ersten Stufe kann insbesondere mittels der dritten Maßnahme dafür gesorgt werden, dass bei Potentialschwankungen innerhalb vorgegebener potentialbezogener und zeitlicher Grenzen eine störungsfreie Signalübertragung erfolgt. In der zweiten Stufe wird mittels der beiden ersten Maßnahmen dafür gesorgt, dass die Signalübertragung unterbrochen wird, wenn eine potentialbezogene und/oder eine zeitliche Grenze überschritten wird, wodurch insbesondere die Gefahr bestünde, dass elektronische Signalübertragungs-Komponenten geschädigt würden.
Mit der Erfindung wird vorteilhaft ein relativ kleines elektronisches Bauelement zur Steuerung der Signalübertragung ermöglicht. Seine Strukturgröße kann insbesondere kleiner sein gegenüber optischen oder induktiven, vollständig galvanisch trennenden Bauelementen. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist mit einer relativ einfachen elektronischen Schaltung mit robusten Bauelementen wie Transistoren und Widerständen realisierbar, wodurch insbesondere gegenüber herkömmlichen Optokoppler-Schaltungen eine höhere Temperaturbeständigkeit erreichbar ist. Der bzw. die Schalter einer erfindungsgemäßen Schaltung können beispielsweise als Feldeffekt-Transistor, insbesondere als Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) ausgebildet sein.
Mit der Erfindung kann auch ein relativ einfaches elektronisches Bauelement zum Übertragen von Steuersignalen zwischen verschiedenen Bordnetzen angegeben werden, mit dem ein vereinfachtes und standardisiertes Massekonzept für die jeweils beteiligten elektrischen und elektronischen Komponenten umsetzbar ist. Mit der Erfindung kann weiterhin eine Entkopplung zur Last-Logiktrennung von Niedervoltkomponenten erfolgen. Die Robustheit des gesamten elektrischen und steuerungstechnischen Systems des Kraftfahrzeugs gegenüber Störungen, Temperaturen oder Fehl-Manipulationen kann mit der Erfindung erhöht werden. Weiterhin kann mit der Erfindung vorteilhaft eine funktionssichere Koexistenz beziehungsweise Kompatibilität zwischen den beiden Bordnetzen und deren Komponenten erreicht werden. Mit der Erfindung kann zudem eine elektromagnetische Verträglichkeit ohne Einsatz aufwändiger Komponenten zur galvanischen Trennung erreicht werden.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die dritte Schaltung mittels einer Versorgungsspannung, die aus einem der Bordnetze abgeleitet ist, versorgt. Die dritte Schaltung kann mindestens einen zweiten Schalter umfassen, der sie sperrt, wenn ihre Versorgungsspannung außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt bzw. einen Schwellwert unterschreitet bzw. überschreitet. Durch das Sperren der dritten Schaltung kann insbesondere die Verbindung zwischen einem an der dritten Schaltung vorgesehenen Anschluss des ersten Bordnetzes und einem an der dritten Schaltung vorgesehenen Anschluss des zweiten Bordnetzes getrennt werden. Der zweite Schalter kann als Feldeffekt-Transistor, insbesondere als MOSFET ausgebildet sein.
Das erste Bordnetz kann ein Niedervolt-Bordnetz, insbesondere ein 12 Volt-Bordnetz sein. Das zweite Bordnetz kann ein Hochvolt-Bordnetz, insbesondere ein 48 Volt-Bordnetz sein. Die ersten und zweiten Massepotenziale des ersten und zweiten Bordnetzes können zumindest zeitweise gleich sein. Dazu können sie insbesondere an gleiche Massepunkte des Kraftfahrzeugs angeschlossen sein. Die erste Versorgungsspannung und/oder die zweite Versorgungsspannung können zum Beispiel 5 Volt betragen. Die Steuersignale können übliche Bussignale aus der Kraftfahrzeugtechnik sein, beispielsweise Controller Area Network (CAN) Bussignale, Local Interconnect Network (LIN) Bussignale, oder FlexRay Bussignale.
Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 Einen elektronischen Schaltkreis zur Signalübertragung,
2 Einen Schaltkreis zum Erkennen eines Masseversatzes und
3 Ein Signalübertragungs-Bauelement.
Der in 1 dargestellte elektronische Schaltkreis 1 dient der schaltbaren und insbesondere entkoppelten Verbindung bei der Übertragung von Bussignalen zwischen einem 12 V-Niedervolt-Bordnetz, auch Logik-Bordnetz bzw. „LOGIC BN 12” genannt und einem 48 V-Hochvolt-Bordnetz, auch Leistungs-Bordnetz bzw. „POWER BN 48” genannt. Der elektronische Schaltkreis 1 kann beispielsweise als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) realisiert sein. Er weist exemplarisch seitens des Logik-Bordnetzes sieben elektrische Anschlüsse 2 (VL...TxL) auf und seitens des Leistungs-Bordnetzes sieben elektrische Anschlüsse 3 (TxP...+5 VP). Zumindest ein Teil seiner internen Schaltungs-Komponenten sind in logikseitige Komponenten und in leistungsseitige Komponenten unterteilt, beispielsweise die Steuerungs-Komponenten 5a, 5b. Die logikseitigen Komponenten werden durch das Logik-Bordnetz über die beiden Eingänge VL und LGND mit einer Niedervolt-Bordnetzspannung +VL zwischen 6 V und 16 V versorgt. Mittels eines Spannungswandlers 4 wird daraus eine interne Spannungsversorgung mit der Spannung +5 VL, d. h. mit 5 Volt gegenüber dem logikbordnetzseitigen Massepotential LGND erzeugt. Leistungsseitig wird der elektronische Schaltkreis 1 über die Eingänge +5 VP und PGND mit einer Spannung von 5 V gegenüber dem Massepotential PGND des Leistungs-Bordnetzes versorgt.
Seitens des Logik-Bordnetzes weist der elektronische Schaltkreis 1 zwei Steuerungsanschlüsse RxL und TxL auf, über die externe Bustreiber, beispielsweise ein externer FlexRay-Treiber oder ein externer CAN-Bustreiber angeschlossen werden können. Dabei ist der Steuerungsanschluss RxL für ein Receive Signal vorgesehen, das aktuell auf dem Bus liegt und von einem externen Treiber empfangen wird (Eingang) und der Steuerungsanschluss TxL für ein Transmit Signal, welches durch einen externen Treiber-Baustein auf den Bus gelegt werden soll („Ausgang”).
Zur Verarbeitung von CAN-Signalen ist ein interner CAN-Bustreiber 8a vorgesehen und zur Verarbeitung von LIN-Signalen ein interner LIN-Treiber 8b. Weiterhin ist eine Schaltmatrix 9 vorgesehen, mit der zwischen einem entsprechenden CAN-Betrieb, einem LIN-Betrieb oder dem anderweitigen Betrieb eines externen Treibers umgeschaltet werden kann. Zudem kann mit der Schaltmatrix 9 zwischen einem Modus unter Nutzung der Treiber 8a, 8b und einem Modus zum Verbinden der logikbordnetzseitigen Buseingänge RxL, TxL mit den entsprechenden leistungsbordnetzseitigen Buseingängen RxP, TxP des elektronischen Schaltkreises 1 umgeschaltet werden. Die Verbindung erfolgt dabei über interne Verbindungsleitungen 10a, 10b und 10d des elektronischen Schaltkreises 1 und eine interne Verbindungsschaltungsanordnung 10. Verbindungsleitung 10a ist über den Anschluss RxL der logikseitigen Anschlüsse 2 mit einer entsprechenden Signalleitung des Logik-Bordnetzes für die RxL-Signale verbunden, Verbindungsleitung 10b mit der entsprechenden Signalleitung des Logik-Bordnetzes für die TxL-Signale. Verbindungsleitung 10c ist über den Anschluss RxL der leistungsseitigen Anschlüsse 3 mit einer entsprechenden Signalleitung des Leistungs-Bordnetzes für die RxL-Signale verbunden, Verbindungsleitung 10d mit der entsprechenden Signalleitung des Leistungs-Bordnetzes für die TxL-Signale.
Die Verbindungsschaltungsanordnung 10 kann von der zentralen Steuerung 5a über eine Signalleitung 11 bzw. über ein darüber versandtes Steuersignal (QL_EN) geschaltet bzw. gesteuert werden. Die Verbindung der Verbindungsleitungen wird insbesondere dann getrennt, wenn der Masseversatz zwischen den Bordnetzen außerhalb eines vorbestimmten Schwellwertbereichs liegt. Dazu weist die Steuerungskomponente 5a einen Verbindungssteuerungsblock 12 auf. Die Steuerung 5a kann mittels des Verbindungssteuerungsblocks 12 weiterhin eine schaltkreisinterne interne Kommunikation zwischen der logikseitigen Steuerungskomponente 5a und der leistungsseitigen Steuerungskomponente 5b über die Steuerungsleitung 13 bzw. darüber versandte Steuersignale (L_EN) steuern bzw. schalten. Eine solche interne Kommunikation erfolgt zwischen den Kommunikations-Steuerungsblöcken 14a bzw. 14b (SPI CR) der Steuerungskomponenten 5a bzw. 5b über eine mittels der Steuerungsleitung 13 (L_EN) geschaltete interne Verbindungsschaltungsanordnung 15. Im elektronischen Schaltkreis 1 sind logikseitig weitere Bus-Anschlüsse PWM1, PWM2 für pulsweitenmodulierte (PWM) Signale vorgesehen, die zu einem in der Steuerungskomponente 5a vorgesehenen PWM-Controller 46 führen. Über diese Anschlüsse kann eine logikseitige und/oder bordnetzübergreifende Kommunikation erfolgen. Dabei können jeweils bordnetzseitige Verbraucher oder auch Komponenten des elektronischen Schaltkreises 1 angesteuert werden. Zur Steuerung der jeweiligen Leistungs-Pegelwerte auf den zugehörigen PWM-Signalleitungen sind von den PWM-Anschlüssen jeweils Widerstände 45 mit 2 kOhm zur internen Versorgungsspannung +VL vorgesehen, die vom PWM-Controller 46 jeweils mittels eines PullUp-Signals geschaltet werden können. Die Pulsweiten-Modulation erfolgt durch den PWM-Controller 46, der über zwei open collector bzw. open drain Ausgänge den Pegel der PWM-Leitungen gegen das Potential LGND ziehen kann.
Leistungsseitig sind in der elektronischen Steuerung 1 entsprechende Anschlüsse SDA, SCK für eine Buskommunikation vorgesehen, die mit einem in der Steuerungskomponente 5b vorgesehenen I²C-Controller 47 verbunden sind. Sie sind jeweils mit Widerständen 48 mit 10 kOhm mit der internen Versorgungsspannung +5 VP zu verbinden, die vom I²C-Controller 47 jeweils mittels eines PullUp-Signals geschaltet werden können.
Über den Ausgang ERR des elektronischen Schaltkreises 1 kann eine Interrupt-Leitung angeschlossen werden. In einem Fehlerfall, beispielsweise, wenn die logikseitige Versorgungsspannung VL kleiner 6 V oder größer 16 V ist, oder wenn der Masseversatz eine vorgegebene Grenze von z. B. 2 V überschreitet, kann ein Fehlersignal ausgegeben werden. In der Steuerung 5b ist eine an die leistungsseitige Steuerungsleitung 10c (RxP) angeschlossene Schaltung 49 (CAN-Listener) angeschlossen, die über diese Steuerungsleitung 10c übermittelte Buskommandos abhört und sie, wenn es CAN-Buskommandos sind, interpretiert. Falls ein Buskommando erkannt wird, das bei seiner Ausführung beispielsweise in einem starken Leistungs-Verbraucher zu einer erheblichen Störung des Gesamtsystems führt, dann kann das ERR-Signal ausgegeben werden. Damit kann eine Störung bereits vorzeitig verhindert werden.
An die Anschlüsse RxL, TxL, RxP und TxP können logikseitig bzw. leistungsseitig jeweils entsprechende Bustreiber bzw. Buscontroller für einen LIN-, CAN- und/oder Flexray-Bus angeschlossen werden.
Zum Erfassen, ob ein Masseversatz zwischen den Massepotentialen des Logik-Bordnetzes LGND und des Leistungs-Bordnetzes PGND vorliegt, ist im elektronischen Schaltkreis 1 eine Erfassungsschaltung 6 vorgesehen. Sie umfasst eine logikseitige Erfassungsschaltung 6a und eine leistungsseitige Erfassungsschaltung 6b. Die logikseitige Erfassungsschaltung 6a ist an die logikseitige interne Versorgungsspannung +5 VL und das logikseitige Massepotential LGND angeschlossen und liefert als analoge Ausgangs-Signale die Signale +LGSD und –LGSD. Wenn kein Masseversatz zwischen LGND und PGND vorliegt, hat +LGSD einen Sollwert von 4,5 V gegenüber LGND und –LGSD einen Sollwert von 0,5 V gegenüber LGND. Die leistungsseitige Erfassungsschaltung 6b ist an die leistungsseitige Versorgungsspannung +5 VP und das leistungsseitige Massepotential PGND angeschlossen und liefert als analoge Ausgangs-Signale die Signale +PGSD und –PGSD. Wenn kein Masseversatz zwischen LGND und PGND vorliegt, hat +PGSD einen Sollwert von 4,5 V gegenüber PGND und –PGSD einen Sollwert von 0,5 V gegenüber PGND. Die Signale von +LGSD, –LGSD, +PGSD und –PGSD werden jeweiligen Analog-Digitalwandlern (ADC) 7a bzw. 7b der entsprechenden Steuerung zugeführt, die sie in digitale Signale für die Steuerungen 5a, 5b umwandeln. Die Auswertung der Spannungspegel von +LGSP und –LGSP kann in der logikseitigen Steuerung 5a erfolgen. Zur Pegelauswertung können auch Komparatoren verwendet werden, die bei einem bestimmten Masseversatz ansprechen. Die Auswertung der Spannungspegel von +PGSP und –PGSP kann in der leistungsseitigen Steuerung 5b erfolgen.
In 2 ist eine mögliche Ausführungsform für die in 1 gezeigte Erfassungsschaltung 6 zum Erkennen eines Masseversatzes zwischen LGND und PGND dargestellt. Dabei sind die Leitungen für +LGSD bzw. –LGSD mit den Leitungen für +PGSD bzw. –PGSD in diesem Beispiel über 80 kOhm Widerstände 18, 19 über Kreuz geschlossen und können jeweils über einen MOSFET-Transistor 20, 21 geschaltet werden.
Gesperrte MOSFET Transistoren und korrekte Versorgungsspannungen +5 VL und +5 VP können sowohl von der Logikseite als auch von der Leistungsseite her detektiert werden durch die Bedingungen (+PGSD – (–PGSD)) != 4,0 V (Formel 1) bzw. (+LGSD – (–LGSD)) != 4,0 V (Formel 2).
Wenn die Versorgungsspannung +5 VL in Ordnung ist, d. h. sich innerhalb einem vorbestimmten Bereich von z. B. 4,5 bis 5,5 V befindet, erfolgt eine Freischaltung mittels eines EN-Signals an den MOSFET-Transistoren 20, 21, so dass die Pegelwerte +LGSD und –LGSD am AD-Wandler 7a der Steuerung 5a anliegen und die Pegelwerte +PGSD und –PGSD am AD-Wandler 7b der Steuerung 5b.

Die interne Versorgungsspannung +5 VL ist über einen 10 kOhm-Widerstand 16a an die Signalleitung für +LGSD angeschlossen. Die Signalleitung für –LGSD ist über einen 10 kOhm-Widerstand 17a an dem Massepotential LGND des Logik-Bordnetzes angeschlossen. Die leistungsseitige Versorgungsspannung +5 VP ist über einen 10 kOhm-Widerstand 16b an die Signalleitung für +PGSD angeschlossen. Die Signalleitung für –PGSD ist über einen 10 kOhm-Widerstand 17b an dem Massepotential PGND des Leistungs-Bordnetzes angeschlossen. Ob und gegebenenfalls in welcher Höhe ein Masseversatz zwischen PGND und LGND vorliegt, kann in den Steuerungen 5a bzw. 5b durch Auswertung der vier Spannungsabfälle zwischen den jeweiligen Signalleitungen der Logikseite und der Leistungsseite anhand der folgenden Tabelle festgestellt werden:

Masseversatz U_LGND – U_PGND	+LGSD ref LGND	–LGSD ref LGND	+PGSD ref PGND	–PGSD ref PGND
–4 V	4,9 V	0,9 V	4,1 V	0,1 V
–2 V	4,7 V	0,7 V	4,3 V	0,3 V
0 V	4,5 V	0,5 V	4,5 V	0,5 V
+2 V	4,3 V	0,3 V	4,7 V	0,7 V
+4 V	4,1 V	0,1 V	4,9 V	0,9 V

Der Masseversatz ist sowohl von der Logikseite als auch von der Leistungsseite her messbar, solange die Versorgungsspannung +5 VL in Ordnung ist. Der Masseversatzes U_MV = U_LGND – U_PGND kann dann mit den folgenden Formeln bestimmt werden:
Bei Messung von der Leistungsseite (P) her: U_MV = ( +PGSD + (–PGSD) / 2 – 2,5 V)·10 (Formel 1) Bei Messung von der Logikseite (L) her: U_MV = ( +LGSD + (–LGSD) / 2 – 2,5 V)·(–10) (Formel 2)
Wenn der Masseversatz einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet, d. h. wenn er unkritisch ist, beispielsweise 2 Volt, dann gibt die Steuerung 5a das Bestätigungs- bzw. Enable-Signal QL_EN zur Freigabe von Kommunikations- bzw. Busverbindungen zwischen logikseitiger und leistungsseitiger Komponenten des elektronischen Schaltkreises 1 aus. Andernfalls wird ein anderes Signal bzw. kein Signal ausgegeben, so dass zumindest eine der Kommunikations- bzw. Busverbindungen gesperrt ist, insbesondere eine Verbindung für die Bussignale Rx bzw. Tx.
In 3 ist die Verbindungsschaltung 10 zur bidirektionalen Übertragung von Signalen zwischen dem Logik-Bordnetz und dem Leistungs-Bordnetz mit mehr Details gezeigt. Es umfasst eine erste Übertragungs-Komponente 23 zur unidirektionalen Übertragung von Signalen von der Leitung TxP des Leistungs-Bordnetzes zur Leitung TxL des Logik-Bordnetzes. Eine zweite Übertragungs-Komponente 24 dient der unidirektionalen Übertragung von Signalen von der Leitung RxL des Logik-Portnetzes zur Leitung RxP des Leistungs-Bordnetzes. Mit der Verbindungsschaltung 10 erfolgt keine insbesondere dauerhafte galvanische Trennung des Signalpfades, sondern eine hochohmige differenzielle Übertragung in beide Übertragungs-Richtungen. Dazu sind in der ersten Übertragungs-Komponente 23 Widerstände 25 bzw. 26 mit beispielsweise jeweils 90 kOhm vorgesehen, die jeweils in die Verbindungsleitung 29 bzw. 30 zwischen den Komparatoren 27, 28 eingesetzt sind, sowie jeweils 10 kOhm Widerstände 41, 42, die zwischen Verbindungsleitung 29 bzw. 30 und der halben interne Versorgungsspannung der Logikseite, d. h. gegen das Potential +2,5 VL geschaltet sind. Durch die Widerstände 25, 26, 41 und 42 können erhebliche Spannungsschwankungen bzw. Masseversätze der Bordnetze, beispielsweise von bis zu +/– 15 Volt über einen Zeitraum von 5 μsec, von bis zu +/– 10 Volt über einen Zeitraum von 10 μsec und/oder von bis zu +/– 17 Volt über einen Zeitraum von 1 μsec ausgeglichen werden, d. h. die Signalübertragung ist gegenüber derartigen vorübergehenden Spannungsschwankungen bzw. Masseversätzen innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums robust. Entsprechende Wertepaare für Grenzen von Spannungsschwankungen bzw. Masseversätzen und von Zeiträumen können insbesondere in der Steuerung 5a (1) gespeichert sein und zur Entscheidung, ob ein kritischer Masseversatz vorliegt und ein QL_EN und/oder L_EN-Signal ausgegeben wird, d. h., ob eine Signalübertragung blockiert wird, verwendet werden. Ein kritischer Masseversatz liegt demnach vor, wenn eine Spannungsschwankung eines Bordnetzes und/oder ein Masseversatz zwischen den Bordnetzen mindestens eine vorgegebene Spannungsgrenze über mindestens einen vorgegebenen Zeitraum überschreitet.
In den Verbindungsleitungen 29, 30 sind weiterhin MOSFET Transistoren 31 bzw. 32 vorgesehen, mit denen die Verbindungsleitungen 29 bzw. 30 schaltbar sind. Die Schaltung erfolgt über die Leitung 11 mit dem QL_EN-Signal, das die Steuerung 5a ausgibt. Wenn ein kritischer Masseversatz vorliegt d. h. das QL_EN-Signal ausgegeben wird, werden die Transistoren 31, 32 und damit die Verbindungsleitungen 29, 30 gesperrt, andernfalls frei geschaltet bzw. auf Durchgang geschaltet. In der Übertragungs-Komponente 24 für den Rx-Übertragungspfad sind entsprechende Widerstände 33, 34, 43, 44, Operationsverstärker 35, 36, Verbindungsleitungen 37, 38 und MOSFET-Transistoren 39, 40 vorgesehen zur Signalübertragung auf dem Rx-Pfad zwischen vom Logik-Bordnetz zum Leistungs-Bordnetz.

Claims

Verfahren zum Übertragen von Steuersignalen zwischen zwei in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen, unterschiedliche Spannungen aufweisenden Bordnetzen über mindestens eine Verbindung (10), dadurch gekennzeichnet, dass – im ersten Bordnetz eine erste Schaltung (5a) mittels einer ersten, gegenüber einem ersten Massepotential (LGND) anliegenden Versorgungsspannung (+5 VL) spannungsversorgt wird, – im zweiten Bordnetz eine zweite Schaltung (5b) mittels einer zweiten, gegenüber einem zweiten Massepotential (PGND) anliegenden Versorgungsspannung (+5 VP) spannungsversorgt wird, – zwischen erster Schaltung (5a) und zweiter Schaltung (5b) eine dritte Schaltung (6, 6a, 6b) geschaltet ist, mit der eine Potentialdifferenz zwischen dem ersten Massepotential (LGND) und dem zweiten Massepotential (PGND) und/oder eine Veränderung der Versorgungsspannung des ersten und/oder zweiten Bordnetzes feststellbar ist, – im Falle einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Massepotential (LGND) und dem zweiten Massepotential (PGND) und/oder einer Veränderung der Versorgungsspannung des ersten und/oder des zweiten Bordnetzes um einen jeweils vorbestimmten Wert ein erster, in der Verbindung (10) vorgesehener Schalter (31, 32, 39, 40) angesteuert wird, durch den die Signalübertragung zwischen dem ersten Bordnetz und dem zweiten Bordnetz unterbrochenen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schaltung (6, 6a, 6b) – mittels einer Versorgungsspannung spannungsversorgt wird, die aus einem der Bordnetze abgeleitet ist und – mindestens einen zweiten Schalter (20) umfasst, der die dritte Schaltung (6, 6a, 6b) sperrt, wenn ihre Versorgungsspannung außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Sperren der dritten Schaltung (6, 6a, 6b) die Verbindung zwischen einem an der dritten Schaltung (6, 6a, 6b) vorgesehenen Anschluss des ersten Bordnetzes und einem an der dritten Schaltung (6, 6a, 6b) vorgesehenen Anschluss des zweiten Bordnetzes getrennt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalübertragung differentiell und insbesondere hochohmig differentiell erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Signalübertragungskette eine Dämpfung mittels mindestens einem Dämpfungsglied (25, 26, 41, 42) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das erste Bordnetz ein Niedervolt-Bordnetz, insbesondere ein 12 Volt-Bordnetz ist und – das zweite Bordnetz ein Hochvolt-Bordnetz, insbesondere ein 48 Volt-Bordnetz ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schalter (31, 32, 39, 40) und/oder der zweite Schalter (20) ein Feldeffekt-Transistor, insbesondere ein MOSFET ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersignale CAN-Bussignale oder LIN-Bussignale sind.
Elektronisches Bauelement umfassend Mittel zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug umfassend ein erstes Bordnetz, ein zweites Bordnetz und ein elektronisches Bauelement nach Anspruch 9.