-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenksystem eines Fahrzeugs.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Im Stand der Technik sind Elektrolenkungen bekannt, die ein Set von Chips enthalten, um einen Elektromotor ansteuern.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Durch die Verwendung nur eines einzigen System Basis Chips, der High Voltage- und Low Voltage-Bereiche umfasst, kann keine optimale, nämlich minimale, Anzahl der Verdrahtungsebenen erzielt werden. Insbesondere aufgrund der nicht möglichen Zusammenfassung der High Voltage-Bereiche des System Basis Chips mit den weiteren High Voltage-Chips, bzw. der Low Voltage-Bereiche des System Basis Chips mit den weiteren Low Voltage-Chips ist eine derartige Optimierung nicht möglich. Ein weiterer Nachteil ist die Tatsache, dass der vorgegebene Bauraum nicht optimal genutzt werden kann. Ferner kann hierdurch keine optimale Verteilung der Elektronikbauteile bzw. der Verlustleistung erzielt werden.
-
Eine Aufgabe ist daher, eine Ausbildung eines System Basis Chips zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile des Stands der Technik vermeidet bzw. mindert.
-
Als erste Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt, umfassend einen Elektromotor zur Lenkunterstützung und ein Set von Chips zur Ansteuerung des Elektromotors, wobei das Set umfasst: einen Mikrocomputer oder Mikrocontroller, eine Endstufe und einen System Basis Chip, wobei der System Basis Chip eine Schnittstelle des Elektromotors und dessen elektronische Umgebung an den Mikrocomputer oder Mikrocontroller und die Endstufe darstellt, wobei der System Basis Chip in einen System Basis Chip Low Voltage (SBC-LV) und einen System Basis Chip High Voltage (SBC-HV) aufgeteilt ist.
-
Der System Basis Chip übernimmt alle Funktionen, die anwendungsspezifisch sind. Hierdurch ist es möglich, für das Steuersystem des Elektromotors der Lenkung ansonsten elektronische Standardbausteine zu verwenden. Standardbausteine werden in hohen Stückzahlen hergestellt und können daher kostengünstig erworben werden. Der Elektromotor ist insbesondere ein Servomotor.
-
Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei der Mikrocomputer oder der Mikrocontroller ein Standardbauteil ist und das System Basis Chip ein Bauteil ist, das auf den Elektromotor und/oder das Lenksystem zugeschnitten ist.
-
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei das System Basis Chip ein ASIC ist.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei der Mikrocomputer oder Mikrocontroller und der System Basis Chip Low Voltage (SBC-LV) in einem einzigen Chip integriert sind. Hierdurch kann sich ein Multi Chip Modul ergeben (MCM) Durch die Integration des niedervoltigen Anteils des System Basis Chips in einen Mikrocontroller kann der benötigte Raum- bzw. Platzbedarf für die Elektronik verringert werden. Ein Low Voltage-Bereich ist insbesondere bis 2, 3, 4, 5 Volt bzw. bis zu 6,8 Volt gegeben. Ein High Voltage-Bereich kann ab 3 Volt beginnen und weist typischerweise eine Spannung von 12 Volt auf. Ein High Voltage-Bereich reicht insbesondere bis 40 Volt.
-
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei das Set einen ersten System Basis Chip (SBC1) und einen zweiten System Basis Chip (SBC2) umfasst, wobei der erste System Basis Chip (SBC1) in einen System Basis Chip Low Voltage (SBC1-LV) und einen System Basis Chip High Voltage (SBC1-HV) aufgeteilt ist und wobei der zweite System Basis Chip (SBC2) in einen System Basis Chip Low Voltage (SBC2-LV) und einen System Basis Chip High Voltage (SBC2-HV) aufgeteilt ist.
-
Durch die Aufteilung des System Basis Chips in einen Chip des Low Voltage-Bereichs und einen Chip des High Voltage-Bereichs kann für den Low Voltage-Bereich ein physikalischer Aufbau verwendet werden, der nur einer niedrigen Spannung entsprechen muss. Hierdurch kann für die Low Voltage Chips ein kostengünstiger physikalischer Aufbau eingesetzt werden.
-
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei das Set einen ersten Mikrocomputer oder Mikrocontroller und einen zweiten Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfasst, wobei der System Basis Chip Low Voltage (SBC1-LV) mit dem ersten Mikrocomputer oder Mikrocontroller in einem Chip integriert ist und der System Basis Chip Low Voltage (SBC2-LV) mit dem zweiten Mikrocomputer oder Mikrocontroller in einem Chip integriert ist.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei das Set 2, 3, 4, 5, 6 oder beliebig viele System Basis Chips umfasst.
-
Durch die Verwendung einer Mehrzahl an System Basis Chips kann eine räumlich kompakte Anordnung verwendet werden, insbesondere können System Basis Chips an der Oberseite und der Unterseite des Bauelementeträgers/Platine/PCB angeordnet werden, wodurch die Anzahl der Leiterbahnen und/oder deren Länge und/oder die Anzahl der Übergänge von Oberseite zur Unterseite des Bauelementeträgers/Platine/PCB verringert werden kann.
-
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei das Lenksystem zum hochautonomen Fahren geeignet ist.
-
Insbesondere durch eine Redundanz und die räumlich kompakte Anordnung des System Basis Chips bzw. der Mehrzahl von System Basis Chips steht eine Anwendung beim hochautonomen Verfahren zur Verfügung.
-
Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, eine Partionierung eines Elektroniksystems vorzunehmen. Hierbei kann insbesondere ein vorhandener System Basis Chip (SBC) in beispielsweise zwei oder mehrere System Basis Chips aufgeteilt werden. Wird eine Aufteilung eines System Basis Chips in zwei System Basis Chips vorgenommen, so kann die Verteilung der Elektronikbauteile auf den Schaltungsträgern optimal gestaltet werden. Außerdem kann die Verteilung der Verlustleistung günstig gestaltet werden, wodurch die Baugröße der System Basis Chips klein gehalten werden kann. Ferner kann die Anzahl der Verbindungen zwischen den Schaltungsträgern minimiert werden, wodurch eine kostengünstige Herstellung des Systems ermöglicht wird. Eine herstellungstechnisch optimale Aufbauweise stellt das Aufteilen der Bauteile und das Zuordnen der Bauteile zu einem ersten und einem zweiten System Basis Chip bezüglich der Zugehörigkeit zu einem High Voltage- und einem Low Voltage-Bereich dar. Es kann zusätzlich eine optimierte Gestaltung bezüglich der elektromagnetischen Abstrahlung vorgenommen werden. Dies ergibt sich insbesondere aufgrund der Tatsache, dass externe Kommunikations-Schnittstellen nur mit dem System Basis Chip des High Voltage-Bereichs verbunden sein müssen. Daraus resultierend muss Energie auf nur kurzen Wegen weitergeleitet werden.
-
Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen
-
1 eine Anordnung des Stands der Technik mit einem einzigen System Basis Chip (SBC) 4,
-
2 eine erste erfindungsgemäße Anordnung mit zwei System Basis Chips (SBC-LV und SBC-HV) 32, 33, wobei die Anordnung nicht vollständig redundant ausgebildet ist,
-
3 zweite erfindungsgemäße Anordnung mit zwei System Basis Chips (SBC1, SBC2), wobei ein einzelner System Basis Chip in zwei separate System Basis Chips (SBC1-LV, SBC1-HV, SBC2-LV, SBC2-HV) 5, 6, 7, 8 aufgeteilt ist, wobei die Anordnung redundant ausgebildet ist und
-
4 eine dritte erfindungsgemäße Anordnung, wobei ein erster SBC1-LV in einem ersten Mikrocontroller integriert ist 12 und ein zweiter SBC2-LV in einem zweiten Mikrocontroller integriert ist 13.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER
-
AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
1 zeigt eine Anordnung des Stands der Technik mit einem Chipset zur Ansteuerung eines Servomotors 17 einer Lenkung eines Fahrzeugs. Das Chipset umfasst einen System Basis Chip (SBC) 4, einen Chip einer Endstufe 14 und einen Mikrocontroller (µC) 9. Der Chip der Endstufe 14 und der Mikrocontroller 9 sind Standardbauteile, die kostengünstig eingekauft werden können. Der System Basis Chip 4, typischerweise ein ASIC, übernimmt Funktionen, insbesondere Generierung und Bereitstellung der jeweiligen Spannungsversorgung, Spannungsüberwachung der Batterie (Watch-dog-Funktionen), Anpassung der Signale der Drehmomentsensoren an die Eingänge des Mikrocontrollers, Speicherung der Position der Lenkung, etc., die anwendungsspezifisch sind. Es erfolgt daher durch den System Basis Chip 4 eine Anpassung des Systems an die Standardelemente (Mikrocontroller und Endstufe). Der System Basis Chip 4 erfüllt die Funktionen, die von den Standardbausteinen Mikrocontroller 9 und Endstufe 14 nicht ausgeführt werden können. Das System ist 3-phasig ausgebildet.
-
2 zeigt ein 12-phasiges System mit vier Elektromotoren 29, 37, wobei der System Basis Chip in einen System Basis Chip Low Voltage 33 und einen System Basis Chip High Voltage 32 aufgeteilt ist. Hierdurch kann eine vorteilhafte Anordnung eines Low Voltage-Bereichs und eines High Voltage-Bereichs vorgenommen werden.
-
Insbesondere bei hochautonomen Fahren ist es notwendig, dass eine hohe Fehlertoleranz sichergestellt wird. Ein hochautonomes Fahren meint, dass trotz Auftreten eines Fehlers die Funktion des betreffenden Systems nicht beeinträchtigt bzw. nur unwesentlich beeinträchtigt ist. Ein hochautonomes Fahren liegt vor, bei einem Fahren eines Fahrzeugs ohne menschlichen Fahrer. Eine hohe Fehlertoleranz kann insbesondere durch eine Redundanz der entsprechenden Bauelemente erzielt werden. 3 zeigt eine redundante Anordnung, mit beispielsweise zwei System Basis Chips SBC1 und SBC2, wobei die einzelnen System Basis Chips SBC1 und SBC2 in jeweils zwei Chips, SBC1-LV, SBC1-HV, SBC2-LV und SBC2-HV, 5, 6, 7, 8 aufgeteilt werden. Bauelemente, die für hohe Spannungen (HV: High Voltage, z.B. 12 Volt) ausgelegt sind, erfordern andere physikalischen Voraussetzungen im Vergleich zu Bauelemente, die für niedrige Spannungen vorgesehen sind (LV: Low Voltage, z.B. 2 Volt). Die Low-Voltage-Bauelemente müssen keine so strengen physikalischen Anforderungen erfüllen und können daher in einer kostengünstigen Bauweise und räumlich kompakter ausgeführt werden. Durch das Aufsplitten der System Basis Chips in einen LV- und einen HV-Typ muss nicht der gesamte Chip in einer Weise ausgeführt sein, dass hohe Spannungen gehandhabt werden können. Hierdurch ergibt sich eine Kostenersparnis und ein geringerer Raum- bzw. Platzbedarf für das System Basis Chip. Ferner können die Bauelemente, die dem Low Voltage-Bereich zugeordnet werden, auf einer Platine 2 und die Bauelemente des High Voltage-Bereichs auf einer zweiten Platine 3 angeordnet werden. Auf diese Weise ergibt sich automatisch ein entsprechender Sicherheitsabstand des Low Voltage-Bereichs zu dem High Voltage-Bereich. Ein entsprechender Raum bzw. Platz für einen Sicherheitsabstand muss auf der Platine nicht zur Verfügung gestellt werden, wodurch sich die notwendige Platinengröße verringern lässt. Insbesondere kann das System 12-phasig ausgebildet sein, wobei vier Endstufen 15, 16, 27, 28 jeweils einen Elektromotor 18, 19, 25 und 26 ansteuern. Hierdurch kann eine hohe Redundanz erreicht werden. In einer alternativen Ausführungsform kann das System 3-, 6-, 12-phasig oder beliebig vielphasig ausgebildet sein. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann das System 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder beliebig viele System Basis Chips umfassen, die jeweils in System Basis Chips Low Voltage und System Basis Chip High Voltage unterteilt sind.
-
Durch die Aufteilung der System Basis Chips in Teil-Chips des Low Voltage-Bereichs und Teil-Chips des High Voltage-Bereichs können die Chips beispielsweise auf beiden Seiten der Platine 2 angeordnet werden. Beispielsweise kann ein SBC1-LV 5 auf der Oberseite und ein SBC2-LV 6 auf der Unterseite der Platine 2 angeordnet werden. Hierdurch kann die Platine 2 kleiner dimensioniert werden. Ferner kann durch die Aufteilung in einen Low Voltage-Bereich und einen High Voltage-Bereich eine Optimierung bezüglich einer ESD-Problematik erreicht werden (elektrostatische Entladung). Außerdem kann eine Verkürzung einiger Leiterbahnen, eine Verringerung der Anzahl der notwendigen Wechsel der Leiterbahnen von der Oberseite der Platine zu der Unterseite der Platine oder andersherum und eine Reduzierung der Anzahl der Leiterbahnen erreicht werden, da die zusammengehörenden LV- und HV-Bereiche benachbart angeordnet werden können. Es ergibt sich hierdurch eine Möglichkeit zur Verkleinerung der entsprechenden Platine 2. Ferner kann vorteilhafterweise die Verbindungsanzahl zwischen den Platinen 2, 3 (Schaltungsträgern/Bauelementeträger) verringert werden.
-
4 zeigt eine alternative Ausführungsform, wobei ein erster System Basis Chip, der den Low Voltage-Bereich umfasst (SBC1-LV), in einem ersten Mikrocontroller µC1 integriert ist 12. Ferner ist ein zweiter System Basis Chip, der den Low Voltage-Bereich umfasst (SBC2-LV), in einem zweiten Mikrocontroller µC2 integriert ist 13. Hierdurch kann der Raum- bzw. Platzbedarf für die Platine 20 weiter reduziert werden.
-
Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen“ weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein“ und „eine“ mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
-
Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Platine
- 2
- Platine
- 3
- Platine
- 4
- System Basis Chip (SBC)
- 5
- System Basis Chip 1 – Low Voltage (SBC1-LV)
- 6
- System Basis Chip 2 – Low Voltage (SBC2-LV)
- 7
- System Basis Chip 1 – High Voltage (SBC1-HV)
- 8
- System Basis Chip 2 – High Voltage (SBC2-HV)
- 9
- Mikrocontroller (µC)
- 10
- Mikrocontroller (µC1)
- 11
- Mikrocontroller (µC2)
- 12
- Mikrocontroller 1 mit System Basis Chip 1 – Low Voltage
- 13
- Mikrocontroller 2 mit System Basis Chip 2 – Low Voltage
- 14
- Endstufe
- 15
- Endstufe 1
- 16
- Endstufe 2
- 17
- Elektromotor
- 18
- Elektromotor 1
- 19
- Elektromotor 2
- 20
- Platine 1
- 21
- Platine 2
- 22
- Signalpfade zwischen Platinen 2 und 3
- 23
- Signalpfade zwischen Platinen 20 und 21
- 24
- Platine
- 25
- Elektromotor 3
- 26
- Elektromotor 4
- 27
- Endstufe 3
- 28
- Endstufe 4
- 29
- zwei Elektromotoren
- 30
- Endstufe 1
- 31
- Endstufe 2
- 32
- System Basis Chip High Voltage (SBC-HV)
- 33
- System Basis Chip Low Voltage (SBC-LV)
- 34
- Endstufe 2
- 35
- Endstufe 3
- 36
- Endstufe 4
- 37
- zwei Elektromotoren
