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Die Erfindung betrifft ein Steuergerät mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Steuergerät kann beispielsweise in einem automatisierten Schaltgetriebe in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Bei dem automatisierten Schaltgetriebe kann es sich beispielsweise um ein Parallel-Schaltgetriebe (PSG) – auch als Doppelkupplungsgetriebe bezeichnet – mit zwei Teilantriebssträngen mit jeweils einem Teilgetriebe mit mehreren, von einem oder mehreren Getriebeaktoren schaltbaren Gängen handeln, wobei jedem Teilantriebsstrang eine Reibungskupplung zugeordnet ist, die von einem Kupplungsaktor betätigt wird. Die beteiligten Getriebeaktoren sowie Kupplungsaktoren werden von einem oder mehreren der erfindungsgemäßen Steuergeräte gesteuert.
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Die erfindungsgemäßen Steuergeräte sind auch zur ausfallsicheren Steuerung anderer elektrisch betriebener Aktoren vorgesehen, beispielsweise zur Steuerung von Kupplungsund/oder Getriebeaktoren in automatisierten Kupplungssystemen, beispielsweise in EKM-Systemen (elektronisches Kupplungsmanagement), Clutch-by-wire-Systemen sowie allen Arten von automatisierten Schaltgetrieben (ASG, PSG). Weiterhin sind diese Steuergeräte zum ausfallsicheren Betreiben der Aktoren von Trennkupplungen in Hybrid-Fahrzeugen sowie zum Betreiben von Parkbremsen-Aktoren in Kraftfahrzeugen sowie zur Steuerung sonstiger Aktoren in Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Aktoren zur Betätigung von Schaltelementen im Antriebsstrang eines Fahrzeugs wie beispielsweise von Klauenkupplungen vorgesehen.
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Parallelschaltgetriebe sind aus dem Stand der Technik in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen bekannt. Die beiden den Teilantriebssträngen zugeordneten Reibungskupplungen werden dabei von Aktoren betätigt, die jede einzelne Reibungskupplung unabhängig von der anderen betätigen. Eine Betätigung kann dabei elektrisch oder elektrohydraulisch erfolgen, wobei in beiden Fällen ein oder mehrere Elektromotoren eingesetzt und von einem Steuergerät mit Mikroprozessor mittels einer Steuer- und Treibereinheit gesteuert und betrieben werden. Zum Betrieb des Parallelschaltgetriebes werden in den Parallelschaltgetrieben die gewünschten Gänge hydraulisch, elektrohydraulisch oder elektrisch ein- und ausgelegt. Die Steuerung und der Betrieb hierzu nachgeschalteter Elektromotoren können ebenfalls in dem für die Steuerung für die Reibungskupplungen vorgesehenen Steuergerät erfolgen. Die Steuerung im Steuergerät enthält in der Regel Notfahrmodi, beispielsweise wenn ein Aktor Störungen zeigt oder ausfällt. Ein Ausfall des Steuergerätes selbst, beispielsweise weil die das Steuergerät absichernde Sicherung durchbrennt, eine Versorgungsleitung oder deren Steckverbindung defekt ist, führt zu erheblichen Beeinträchtigungen im Antriebsstrang bis hin zum Ausfall des Kraftfahrzeuges.
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Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Steuergerät vorzuschlagen, das eine sichere Funktion auch bei Störungen der Versorgungsspannung bereitstellt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Gelöst wird die Aufgabe also durch ein Steuergerät, wobei das Steuergerät von einer externen Energiequelle mittels einer ersten stromführenden Leitung mit elektrischer Energie versorgt wird und parallel zur ersten Leitung eine zweite stromführende Leitung an einen Versorgungspunkt des Steuergeräts geführt wird, die bei Unterbrechung der ersten Leitung dem Versorgungspunkt selbsttätig zugeschaltet wird. Dabei können beide stromführenden Leitungen jeweils mit einer Sicherung abgesichert sein, die gleich sind oder unterschiedliche Stromstärken absichern. So kann es beispielsweise vorteilhaft sein, wenn die Sicherung der zweiten Leitung einen geringeren und die erste Leitung einen höheren Wert absichert, da das Steuergerät in der Regel im Betrieb mit der zweiten Leitung im Notlauf betrieben wird und daher „vorsichtiger“ abgesichert sein sollte. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn beiden Leitungen separate Masseanschlüsse zugeordnet sind, so dass neben redundanten stromführenden Leitungen auch die Masseleitungen redundant sind. Insbesondere kann dies von Vorteil sein, wenn die beiden Leitungen mittels unterschiedlicher Steckverbindungen mit dem Steuergerät verbunden sind. Auf diese Weise kann bei Abfallen eines Steckers auch eine zusätzliche Masse zur Verfügung gestellt werden.
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Durch die vorgeschlagene Lösung wird bei Ausfall der ersten Leitung vom Steuergerät selbsttätig die zweite Leitung aktiviert. Zur Steuerung dieses Vorgangs kann der im Steuergerät vorhandene Mikroprozessor herangezogen werden, der nach Feststellung einer fehlenden Stromversorgung über entsprechende Hardwareschalter eine Umschaltung veranlasst. Es können jedoch auch reine Hardwareschaltungen verwendet werden.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die zweite Leitung bei nicht unterbrochener erster Leitung auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft wird. Eine Überwachungsschaltung kann sich auf die Funktionsfähigkeit der Leitung durch Prüfung einer Spannung, beispielsweise nach einer Sicherung, beziehen, so dass sicher davon ausgegangen werden kann, dass im Falle des Ausfalls der ersten Leitung die zweite Leitung genutzt werden kann.
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Eine vorteilhafte Schaltung zur selbsttätigen Zuschaltung der zweiten Leitung bei Ausfall der ersten Leitung kann ein Relais vorsehen, das aktiv beschaltet den Stromkreis zwischen Versorgungsquelle und Steuergerät unterbricht und bei Ausfall der ersten Leitung stromlos geschaltet wird, so dass eine Zuschaltung erfolgt. Die Steuerung des Relais kann von einem Transistor übernommen werden, der eine Steuerspannung vom Mikroprozessor oder direkt von einem Spannungsvergleicher zwischen erster und zweiter Leitung erhalten kann. Bei Schaltung des Transistors durch ein Ausgangssignal des Mikroprozessors kann dieses Ausgangssignal im Mikroprozessor erzeugt werden, wenn ein Spannungsvergleich zwischen erster und zweiter Leitung eine Unterbrechung der ersten Leitung anzeigt und darauf hin am Mikroprozessor ein Interrupt durchgeführt wird. Nach einer Feststellung eines auf eine Unterbrechung der ersten Leitung hinweisenden Spannungsabfalls kann vorgesehen sein, dass die Versorgung zumindest eines Aktors kurzzeitig unterbrochen und nach Abschalten des Relais wieder zugeschaltet wird. Unter Aktor kann der Kupplungsaktor mit einem oder mehreren Elektromotoren zur Steuerung der beiden Reibungskupplungen und/oder der Getriebeaktor zur Steuerung der Wähl- und Schaltbewegungen mit einem oder mehreren Elektromotoren zu verstehen sein.
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Bei einer Unterbrechung der ersten Leitung kann im Falle, dass das Steuergerät einen oder mehrere Aktoren eines automatisierten Schaltgetriebes, insbesondere eines Parallelschaltgetriebes steuert, das Schaltgetriebe in einem Notfahrmodus betrieben werden. Beispielsweise kann der Notfahrbetrieb durch den bei einem signifikanten Spannungsabfall an der ersten Leitung erzeugten Interrupt aktiviert werden. Eine entsprechende Steuerroutine kann beispielsweise eine eingeschränkte Gangauswahl und im Falle eines Parallelschaltgetriebes Schaltungen mit Zugkraftunterbrechung, und allgemein eine Begrenzung der Dynamik des Aktors, eine Begrenzung des Stroms des Aktors und/oder dergleichen vorsehen. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Fahrer gewarnt wird, indem beispielsweise ein Wartungshinweis optisch und/oder akustisch und/oder haptisch ausgegeben wird. Auch kann ein entsprechend eingeleiteter Notfahrmodus über ein Informationsnetzwerk, beispielsweise einen CAN-Bus, anderen Steuergeräten mitgeteilt werden, so dass auch diese gegebenenfalls auf den Notfahrmodus reagieren, indem beispielsweise ein Momenteneingriff in die Brennkraftmaschine zur Begrenzung des Moments vorgenommen wird.
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Bei einem Betrieb des Steuergerätes in einem Notfahrmodus – auch als Notlauf bezeichnet – wird veranlasst, dass der Aktor vom Steuergerät derart gesteuert wird, dass die Leistungsaufnahme des Aktors beispielsweise durch Begrenzung der zur Verfügung gestellten elektrischen Leistung für den Aktor begrenzt ist, sodass ein Leitungsausfall der zweiten stromführenden
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Leitung sehr unwahrscheinlich wird. Darüber hinaus kann im Notbetrieb vorgesehen sein, dass das Steuergerät auch keine sicherheitskritischen Maßnahmen wie beispielsweise Überschneidungsschaltungen im Fall eines Doppelkupplungsgetriebes veranlasst.
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Die Erfindung wird anhand der einzigen Figur näher erläutert. Diese zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steuergeräts mit einem Schaltplan zur redundanten Stromversorgung beispielhaft in einem Parallelschaltgetriebe.
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Das Steuergerät 1 betreibt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Aktor 2 mit zwei Elektromotoren 3 zur Betätigung einer zwei Reibungskupplungen enthaltenden Doppelkupplung eines Parallelschaltgetriebes. Es versteht sich, dass der Aktor 2 auch aus zwei einzelnen, jeweils einen Elektromotor 3 enthaltenden Bauteilen gebildet sein kann. Die Bauelemente und Leitungen zur Steuerung und Spannungsversorgung des Aktors 2 sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Lediglich Treiber 4 und Endstufe 5 sind schematisch dargestellt. Der Mikroprozessor 6 übernimmt die Steuer- und Rechenvorgänge des Steuergeräts 1. Das Steuergerät 1 wird mittels der ersten stromführenden Leitung 7, die an das Bordnetz des Kraftfahrzeuges beispielsweise über die so genannte „Klemme 30“ angeschlossen ist, und die Masseleitung 8 mit elektrischer Energie versorgt. Die Leitung 7 ist mittels der Sicherung F1 abgesichert. Vor der Sicherung F1 zweigt die zweite stromführende Leitung 9 ab, die mittels der Sicherung F2 abgesichert ist und mittels des schaltbaren Relais 10 zu- und abgeschaltet werden kann. Innerhalb des Steuergeräts 1 liegen beide Leitungen 7, 9 am Eingang eines Verpolschutzes 11 an. An der Leitung 9 wird nach der Sicherung F2 die anliegende Spannung mittels der Prüfleitung 14 abgegriffen, die mittels des Kondensators C2 gepuffert ist und am Eingang Ana_In1 des Mikroprozessors 6 anliegt. Weiterhin werden Prüfleitung 13 sowie die mittels des Kondensators C1 gepufferte Leitung 7 in einem integrierten Schaltkreis IC1 verglichen. Die Differenzspannung wird an den Eingang Int1 des Mikroprozessors und den Eingang DA des Treibers geleitet. Die Leitung 7 versorgt den Mikroprozessor 6 über den selbsthaltenden, über den Ausgang Out1 des Mikroprozessors 6 gesteuerten Schalter 15 und den als Spannungswandler verwendeten IC3 am Eingang VBat, wenn an der Leitung 12 Spannung anliegt, das heißt, die Zündung betätigt wurde. Die Spannung der Leitung 7 liegt am analogen Eingang Ana_In0 des Mikroprozessors 6 an. Der Mikroprozessor 6 liegt an der Klemme GND auf Masse.
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Die mittels der Sicherung F3 abgesicherte Leitung 12 ist eine von der Stellung des Zündschalters abhängige stromführende Leitung, die das Steuergerät 1 bei eingeschalteter Zündung über die Diode D1 und den integrierten Schaltkreis IC3 am Eingang VBat des Mikroprozessors 6 einschaltet. Hinter der Sicherung F3 zweigt die Steuerleitung 13 für das Relais 10 ab, die mit dem Transistor T1 und dem analogen Eingang Ana_In2 am Mikroprozessor verbunden ist. Das Gate des Transistors T1 ist mit dem Ausgang Out2 verbunden.
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In dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel können die Leitungen 7, 9, 12 sowie die Masseleitung 8, die Steuerleitung 13 und die Prüfleitung 14 mittels einer zentralen Steckverbindung mit dem Steuergerät 1 verbunden sein. Es können jedoch auch zwei unabhängig voneinander ausgebildete Steckverbindungen vorgesehen sein, so dass bei Abfall der Steckverbindung mit der ersten Leitung 7 das Steuergerät 1 über die zweite Leitung 9 mit Spannung versorgt werden kann. Hierzu ist zumindest eine Aufteilung der beiden Leitungen 7, 9 auf verschiedene Steckverbindungen vorgesehen. Eine Auftrennung der Masseleitung 8 in zwei auf verschiedene Stecker aufgeteilte Masseleitungen kann hierzu ebenfalls vorteilhaft sein.
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Aus der dargestellten Anordnung der Bauteile und Leitungen ergibt sich nachfolgend beschriebene Funktion. Bei einwandfreier Zuführung der Versorgungsspannung durch Leitung 7 und bei eingeschalteter Zündung liegt an Leitung 7 und 12 sowie an Leitung 9 die Bordnetzspannung gegenüber der Masseleitung 8 an. Infolgedessen wird der Mikroprozessor über Leitung 13 und IC3 mit Spannung versorgt. Er gibt über den Ausgang Out1 ein Ausgangssignal an den Schalter 15, wodurch dieser geschlossen wird und die Versorgung des Prozessors über Leitung 7 frei geschaltet wird. Über Eingang Ana_In0 wird eine ausreichende Spannung festgestellt, so dass über den Ausgang Out2 eine Spannung ausgegeben wird, die den Transistor T1 durchschaltet und damit das Relais 10 unter Spannung gesetzt wird, so dass dieses die Leitung 9 trennt. Vor dem Relais wird mittels der Prüfleitung die anliegende Spannung abgegriffen und am analogen Eingang Ana_In1 gemessen. Liegt die Spannung unterhalb eines vorgegebenen Werts, kann eine Warnmeldung zur Überprüfung von Leitung 9 ausgegeben werden. Auf diese Weise kann sicher gestellt werden, dass im Falle des Ausfalls der Versorgung über Leitung 7 die Leitung 9 sicher als zweiter Versorgungspfad zur Verfügung steht.
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Als Folge eines Ausfalls von Leitung 7 infolge eines Leitungsbruchs, einer defekten Sicherung, eines Abfallens des Steckers oder dergleichen sinkt die Spannung des Kondensators C1. Der integrierte Schaltkreis IC1 stellt eine Differenzspannung fest, die über den Eingang Int1 zu einem Interrupt im Mikroprozessor und zu einem kurzzeitigen Abschalten des Aktors 2 durch Deaktivierung des Treibers 4 durch das am Eingang DA des Treibers liegende und von dem integrierten Schaltkreis IC1 als Differenzspannung ausgegebene Signal erfolgt.
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Eine derartige Abschaltung liegt in einem Bereich von mehreren Millisekunden und ist unbeachtlich. In der Zeit des Interrupts wird der Mikroprozessor mit seiner vergleichsweise geringen Stromaufnahme von der Leitung 12 versorgt. Bei Vorliegen des Interrupts wird über den Ausgang Out2 und den Transistor T1 das Relais 10 stromlos geschaltet, wodurch die Leitung 9 zum Verpolungsschutz 11 durchgeschaltet wird. Am integrierten Schaltkreis liegen nun wieder Bedingungen an, die den Interrupt und die Abschaltung des Treibers aufheben und das Steuergerät wird über Leitung 9 ohne Störung betrieben. Der Mikroprozessor 6 kann über eine geschaltete Routine die Steuerung des Aktors 2 im Notlauf betreiben und/oder eine Meldung an den Fahrer und/oder ein anderes Steuergerät ausgeben. Bei einem Betrieb des Steuergerätes mittels der stromführenden Leitung 9 in einem Notlauf wird veranlasst, dass der Aktor vom Steuergerät derart gesteuert wird, dass die Leistungsaufnahme des Aktors durch Begrenzung der zur Verfügung gestellten elektrischen Leistung für den Aktor begrenzt ist, sodass ein Leitungsausfall der stromführenden Leitung 9 sehr unwahrscheinlich wird. Darüber hinaus kann im Notbetrieb vorgesehen sein, dass das Steuergerät auch keine sicherheitskritischen Maßnahmen wie beispielsweise Überschneidungsschaltungen im Fall eines Doppelkupplungsgetriebes veranlasst.
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Mittels der vorgeschlagenen Lösung werden Zustände eliminiert, in denen das Steuergerät 1 ungewollt stromlos wird. Ein aktives Steuergerät kann über die Funktionssoftware eine kritische Situation erkennen und durch geeignete Maßnahmen auflösen oder verhindern.
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Ein derartiges erfindungsgemäßes Steuergerät kann nicht nur vorteilhaft in Parallel-Schaltgetriebe (PSG) sondern auch in anderen automatisiereten Schaltgetrieben (ASG) und/oder automatisierten Kupplungssystemen (EKM, Clutch-by-wire, Anfahrkupplungen) mit durch das Steuergerät gesteuerten Getriebeaktoren und/oder Kupplungsaktoren in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden.
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Weiterhin können die erfindungsgemäßen Steuergeräte vorteilhaft zum ausfallsicheren Betreiben der Aktoren von Trennkupplungen in Hybrid-Fahrzeugen zur Trennung von Verbrennungsmotor und E-Motor, sowie zum Betreiben von Parkbremsen-Aktoren in Kraftfahrzeugen, sowie zur Steuerung sonstiger Aktoren in Kraftfahrzeugen, die möglichst ausfallsicher betrieben werden sollen, wie beispielsweise Aktoren zur Betätigung von anderen Schaltelementen im Antriebsstrang eines Fahrzeugs wie beispielsweise von Klauenkupplungen eingesetzt werden. Bezugszeichenliste
| 1 | Steuergerät | Ana_In2 | Analoger Eingang |
| 2 | Aktor | C1 | Kondensator |
| 3 | Elektromotor | C2 | Kondensator |
| 4 | Treiber | DA | Eingang |
| 5 | Endstufe | D1 | Diode |
| 6 | Mikroprozessor | F1 | Sicherung |
| 7 | Leitung | F2 | Sicherung |
| 8 | Masseleitung | F3 | Sicherung |
| 9 | Leitung | GND | Klemme |
| 10 | Relais | IC1 | Integrierter Schaltkreis |
| 11 | Verpolschutz | IC3 | Integrierter Schaltkreis |
| 12 | Leitung | Int1 | Eingang |
| 13 | Steuerleitung | Out1 | Ausgang |
| 14 | Prüfleitung | Out2 | Ausgang |
| 15 | Schalter | T1 | Transistor |
| Ana_In0 | Analoger Eingang | VBat | Eingang |
| Ana_In1 | Analoger Eingang | | |
