DE102018203887B4

DE102018203887B4 - Control device for a multi-voltage vehicle electrical system and multi-voltage vehicle electrical system

Info

Publication number: DE102018203887B4
Application number: DE102018203887.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Baumeister; Martin Schäfer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2022-05-25
Anticipated expiration: 2038-03-15
Also published as: DE102018203887A1

Abstract

Steuergerät (1) für ein Mehrspannungsbordnetz eines Fahrzeugs, mit einer Steuereinheit (10), die dazu ausgebildet ist, ein Steuersignal für eine Ansteuereinheit (20) des Steuergeräts (1) bereitzustellen sowie eine Nachricht an ein weiteres Steuergerät zu senden oder von diesem zu empfangen, wobei im Betrieb des Steuergeräts (1) die Steuereinheit (10) aus einer ersten Versorgungsspannung (U1) des Steuergeräts (1) und die Ansteuereinheit (20) aus einer anderen, zweiten Versorgungsspannung (U2) des Steuergeräts (1) versorgt ist, sowie mit einem Gleichspannungswandler (30), der dazu ausgebildet ist, aus einer Spannungsdifferenz der ersten und der zweiten Versorgungsspannung (U1, U2) eine negative Spannung als Ausgangsspannung zur Verfügung zu stellen, die zumindest der Steuereinheit (10) als virtuelles Bezugspotential, das dem Bezugspotential (BP) des Steuergeräts (1) entspricht, zugeführt werden kann.Control unit (1) for a multi-voltage vehicle electrical system, having a control unit (10) which is designed to provide a control signal for an actuation unit (20) of the control unit (1) and to send a message to or receive a further control unit , wherein when the control unit (1) is in operation, the control unit (10) is supplied from a first supply voltage (U1) of the control unit (1) and the control unit (20) is supplied from another, second supply voltage (U2) of the control unit (1), and with a DC-DC converter (30) which is designed to make a negative voltage available as an output voltage from a voltage difference between the first and the second supply voltage (U1, U2), which is used at least by the control unit (10) as a virtual reference potential which corresponds to the reference potential (BP) of the control unit (1) corresponds, can be supplied.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät für ein Mehrspannungsbordnetz eines Fahrzeugs, das eine Steuereinheit umfasst, die dazu ausgebildet ist, ein Steuersignal für eine Ansteuereinheit des Steuergeräts bereitzustellen. Die Steuereinheit ist ferner dazu ausgebildet, eine Nachricht an ein weiteres Steuergerät des Mehrspannungsbordnetzes zu senden oder von diesem zu empfangen. Im Betrieb des Steuergeräts wird die Steuereinheit aus einer ersten Versorgungsspannung des Steuergeräts versorgt. Die Ansteuereinheit wird im Betrieb des Steuergeräts aus einer anderen, zweiten Versorgungsspannung des Steuergeräts versorgt. Die Erfindung betrifft schließlich ein Fahrzeug mit einem Mehrspannungsbordnetz.The invention relates to a control unit for a multi-voltage vehicle electrical system, which includes a control unit that is designed to provide a control signal for an actuation unit of the control unit. The control unit is also designed to send a message to or receive a message from another control unit of the multi-voltage vehicle electrical system. When the control unit is in operation, the control unit is supplied with power from a first supply voltage of the control unit. When the control unit is in operation, the control unit is supplied with power from a different, second supply voltage of the control unit. Finally, the invention relates to a vehicle with a multi-voltage electrical system.

In modernen Fahrzeugen ist eine Vielzahl von Steuergeräten verbaut, welche zur Überwachung und/oder Steuerung verschiedener Funktionalitäten dienen. Um untereinander Nachrichten austauschen zu können, sind die Steuergeräte an eine Kommunikationsverbindung, z.B. ein Bussystem wie CAN (Controller Area Network), FlexRay und dergleichen, angeschlossen. Hierdurch können beispielsweise Sensor-Messwerte, die von einem der Steuergeräte erfasst werden, auch anderen Steuergeräten für eine Verarbeitung zur Verfügung gestellt werden, ohne jeweilige Sensoren oder Verbindungen von Sensoren zu mehreren Steuergeräten in dem Fahrzeug mehrfach vorsehen zu müssen.A large number of control devices are installed in modern vehicles, which are used to monitor and/or control various functionalities. In order to be able to exchange messages with one another, the control units are connected to a communication connection, e.g. a bus system such as CAN (Controller Area Network), FlexRay and the like. In this way, for example, measured sensor values that are recorded by one of the control units can also be made available to other control units for processing, without having to provide multiple sensors or connections from sensors to a plurality of control units in the vehicle.

Bekanntermaßen wird jedes der Steuergeräte an eine Versorgungsspannung und ein Bezugspotential angeschlossen, um die zum Betrieb der Funktionalität der Steuergeräte erforderlichen Spannungen bereitstellen zu können. Tritt ein sog. Masseabriss bei einem der Steuergeräte auf, so steht nicht nur dessen Funktionalität nicht mehr zur Verfügung, sondern es fällt auch die Nachrichtenübertragung zu den anderen Steuergeräten aus. Unter einem Masseabriss wird das Auftrennen der elektrischen Verbindung zwischen dem Steuergerät und einem Bezugspotentialanschluss verstanden. Der Ausfall der Kommunikationsfähigkeiten eines Steuergeräts kann dazu führen, dass auch andere Steuergeräte ihre bestimmungsgemäße Funktion nicht mehr ausführen können, da die von dem ausgefallenen Steuergerät bereitgestellten Daten, z.B. Sensorwerte, nicht länger zur Verfügung stehen.As is known, each of the control units is connected to a supply voltage and a reference potential in order to be able to provide the voltages required to operate the functionality of the control units. If a so-called ground break occurs in one of the control units, not only is its functionality no longer available, but the transmission of messages to the other control units also fails. A ground break is understood to mean the severing of the electrical connection between the control unit and a reference potential connection. The failure of one control unit to communicate can mean that other control units are also no longer able to perform their intended function, since the data provided by the failed control unit, e.g. sensor values, are no longer available.

DE 10 2012 109 011 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines oder mehrerer induktiver Verbraucher. Diese soll eine ungewollte Aktivierung einer induktiven Last auf bei technischen Defekten vermeiden. US 6 462 524 B1 lehrt eine Schaltungsanordnung für einen Abwärtswandler mit verminderter Anforderung an eine Leerlaufspannung. DE 10 2012 109 011 A1 discloses a circuit arrangement for operating one or more inductive loads. This is intended to avoid unwanted activation of an inductive load in the event of technical defects. U.S. 6,462,524 B1 teaches circuitry for a buck converter with reduced open circuit voltage requirements.

Je nach Aufgabe der in einem Fahrzeug eingesetzten Steuergeräte haben diese teilweise einen sehr hohen Strom- bzw. Leistungsbedarf. Dies trifft insbesondere auf solche Steuergeräte zu, welche nicht nur überwachende Aufgaben übernehmen, sondern auch leistungselektronische Bauelemente und/oder Aktoren umfassen. Um deren Leistungsbedarf decken zu können, werden diese mit einer im Vergleich zu herkömmlichen Steuereinheiten höheren Spannung versorgt. In Fahrzeugen wird daher vermehrt ein Mehrspannungsbordnetz eingesetzt, welches in der Lage ist, Komponenten mit unterschiedlich hohen Spannungen zu versorgen. So existieren bereits Steuergeräte, welche über zwei (oder mehr) Versorgungseingänge verfügen, an denen unterschiedlich hohe Spannungen bereitgestellt werden können.Depending on the task of the control units used in a vehicle, they sometimes have a very high current or power requirement. This applies in particular to those control devices which not only assume monitoring tasks but also include electronic power components and/or actuators. In order to be able to cover their power requirements, they are supplied with a voltage that is higher than that of conventional control units. A multi-voltage vehicle electrical system is therefore increasingly being used in vehicles, which is able to supply components with voltages of different magnitudes. There are already control devices that have two (or more) supply inputs at which voltages of different levels can be provided.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Steuergerät anzugeben, welches bei einem Masseabriss seine Kommunikationsfähigkeiten für zumindest einen bestimmten Zeitraum aufrechterhalten kann. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Mehrspannungsbordnetz sowie ein Fahrzeug anzugeben, welche auch beim Auftreten eines Fehlers im Massepfad die Kommunikationsfähigkeit für zumindest einen bestimmten Zeitraum aufrechterhalten zu können.It is the object of the invention to specify a control unit which can maintain its communication capabilities for at least a certain period of time in the event of a ground failure. It is also the object of the invention to specify a multi-voltage vehicle electrical system and a vehicle which can maintain the ability to communicate for at least a certain period of time even if a fault occurs in the ground path.

Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Steuergerät gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Mehrspannungsbordnetz gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 8 sowie ein Fahrzeug gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.These objects are achieved by a control unit according to the features of patent claim 1, a multi-voltage vehicle electrical system according to the features of patent claim 8 and a vehicle according to the features of patent claim 9. Advantageous refinements result from the dependent patent claims.

Es wird ein Steuergerät für ein Mehrspannungsbordnetz eines Fahrzeugs vorgeschlagen, das eine Steuereinheit umfasst, die dazu ausgebildet ist, ein Steuersignal für eine Ansteuereinheit des Steuergeräts bereitzustellen sowie eine Nachricht an ein weiteres Steuergerät zu senden oder von diesem zu empfangen. In Betrieb des Steuergeräts ist die Steuereinheit aus einer ersten Versorgungsspannung des Steuergeräts und die Ansteuereinheit aus einer anderen, zweiten Versorgungsspannung des Steuergeräts versorgt. Der Masseanschluss kann über eine gemeinsame Leitung oder über eine Masserückleitung je Versorgungsspannung erfolgen. Das Steuergerät umfasst ferner einen Gleichspannungswandler, der dazu ausgebildet ist, aus einer Spannungsdifferenz der ersten und der zweiten Versorgungsspannung eine negative Spannung als Ausgangsspannung zur Verfügung zu stellen, die zumindest der Steuereinheit im Falle eines Masseverlustes als virtuelles Bezugspotential, das dem Bezugspotential des Steuergeräts entspricht, zugeführt wird.A control unit for a multi-voltage electrical system of a vehicle is proposed, which includes a control unit that is designed to provide a control signal for an actuation unit of the control unit and to send a message to or receive a further control unit. When the control unit is in operation, the control unit is supplied from a first supply voltage of the control unit and the control unit is supplied from another, second supply voltage of the control unit. The ground connection can be made via a common line or via a ground return line for each supply voltage. The control unit also includes a DC-DC converter, which is designed to provide a negative voltage as an output voltage from a voltage difference between the first and the second supply voltage, which is available to at least the control unit in the event of a loss of ground as a virtual reference potential that corresponds to the reference potential of the control unit. is supplied.

Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Mehrspannungsbordnetz für ein Fahrzeug mit einem hierin erfindungsgemäß ausgebildeten Steuergerät beschrieben, wobei das Mehrspannungsbordnetz zumindest ein weiteres Steuergerät umfasst. Das erfindungsgemäße Steuergerät und das zumindest eine weitere Steuergerät sind über eine Kommunikationsverbindung zum Austausch von Nachrichten gekoppelt.According to another aspect, a multi-voltage electrical system for a vehicle with a control unit designed according to the invention described herein, the multi-voltage vehicle electrical system comprising at least one further control unit. The control device according to the invention and the at least one further control device are coupled via a communication link for exchanging messages.

Ferner wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, das ein Mehrspannungsbordnetz mit mindestens einem Steuergerät gemäß der hierin beschriebenen Ausgestaltung umfasst. Das verwendete Mehrspannungsbordnetz hat das gleiche Bezugspotential in einer gemeinsamen Masse, beispielsweise der Karosserie oder des Leiterrahmens. Damit ist es möglich, das Steuergerät mit mehreren Versorgungsspannungen und einer Masseleitung auszurüsten.Furthermore, a vehicle is proposed that includes a multi-voltage vehicle electrical system with at least one control unit according to the configuration described herein. The multi-voltage electrical system used has the same reference potential in a common ground, for example the body or the ladder frame. This makes it possible to equip the control unit with several supply voltages and a ground line.

Mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Steuergerät kann bei einem Masseabriss sichergestellt werden, dass die Steuereinheit einen Teil ihrer Funktion zumindest für eine bestimmte Zeit aufrechterhalten kann. Dies betrifft insbesondere Kommunikationseinheiten, um den Ausfall oder eine Funktionseinschränkung des Steuergeräts an ein weiteres Steuergerät zu kommunizieren. Dadurch kann die Latenzzeit der Fehlerdetektion bei dem weiteren Steuergerät vermieden werden. Zusätzlich kann auch eine Logikeinheit und/oder Sensorik weiter betrieben werden.With a control unit designed according to the invention, it can be ensured in the event of a ground break that the control unit can maintain part of its function at least for a specific time. This relates in particular to communication units for communicating the failure or a functional restriction of the control unit to another control unit. As a result, the latency of the fault detection in the further control unit can be avoided. In addition, a logic unit and/or sensor system can continue to be operated.

Das erfindungsgemäße Steuergerät macht sich den Umstand zunutze, dass dieses mit zwei unterschiedlich hohen Versorgungsspannungen versorgt wird und es dadurch einem Gleichspannungswandler ermöglicht, aus der Spannungsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Versorgungsspannung ein Potential solcher Art zu erzeugen, dass es der Höhe des Massepotentials entspricht. Bei einem Masseabriss, d.h. einer Auftrennung der Verbindung zwischen dem Bezugspotential (Masse der Versorgungsspannungen) und einem Bezugspotentialanschluss des Steuergeräts, wird das Bezugspotential durch den Gleichspannungswandler bereitgestellt. Dies ermöglicht den weiteren Betrieb der Steuereinheit, z.B. die Erfassung von Sensor-Messwerten und deren Übertragung in einer oder mehreren Nachrichten an ein oder mehrere weitere Steuergeräte.The control unit according to the invention makes use of the fact that it is supplied with two supply voltages of different levels, thereby enabling a DC-DC converter to generate a potential from the voltage difference between the first and the second supply voltage of such a type that it corresponds to the magnitude of the ground potential. In the event of a ground break, i.e. a break in the connection between the reference potential (ground of the supply voltages) and a reference potential connection of the control unit, the reference potential is provided by the DC voltage converter. This enables further operation of the control unit, e.g. the acquisition of sensor readings and their transmission in one or more messages to one or more other control units.

Gemäß einer ersten Ausgestaltungsvariante wird der Ansteuereinheit die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers als virtuelles Bezugspotential, das dem Bezugspotential des Steuergeräts entspricht, zugeführt. Bei einer derartigen Ausgestaltung weisen die Steuereinheit und die Ansteuereinheit somit einen gemeinsamen Anschluss an das Bezugspotential des Steuergeräts auf. Hierbei ist es zweckmäßig, um negative Rückwirkungen im Fall eines Defekts auf die Steuereinheit auszuschließen, dass die Steuereinheit und die Ansteuereinheit über eine interne Kommunikationsverbindung, über die das Steuersignal von der Steuereinheit an die Ansteuereinheit übertragen wird, hochohmig miteinander verbunden sind.According to a first embodiment variant, the control unit is supplied with the output voltage of the DC/DC converter as a virtual reference potential, which corresponds to the reference potential of the control unit. In such a configuration, the control unit and the actuation unit thus have a common connection to the reference potential of the control unit. In order to rule out negative repercussions in the event of a defect on the control unit, it is expedient here for the control unit and the control unit to be connected to one another with high impedance via an internal communication link, via which the control signal is transmitted from the control unit to the control unit.

In einer alternativen Ausgestaltung ist der Spannungswandler dazu ausgebildet, eine weitere Spannung als weitere Ausgangsspannung zur Verfügung zu stellen, die der Ansteuereinheit als virtuelles Bezugspotential, das dem Bezugspotential des Steuergeräts entspricht, zugeführt wird. Die weitere Spannung kann dabei das gleiche Potential wie die Spannung für die Steuereinheit aufweisen, wobei durch diese Ausgestaltung eine galvanische Trennung ermöglicht wird. Es ist daher zweckmäßig, wenn diese zweite Ausgestaltungsvariante dann zum Einsatz kommt, wenn die Steuereinheit und die Ansteuereinheit galvanisch voneinander getrennt sind. Insbesondere sind bei einer derartigen Ausgestaltung Komponenten vorgesehen, welche eine Übertragung des Steuersignals mittels galvanischer Trennung ermöglichen, z.B. durch das Vorsehen entsprechender optischer, kapazitiver oder induktiver Koppler.In an alternative embodiment, the voltage converter is designed to provide a further voltage as a further output voltage, which is supplied to the drive unit as a virtual reference potential that corresponds to the reference potential of the control unit. In this case, the additional voltage can have the same potential as the voltage for the control unit, with this embodiment enabling galvanic isolation. It is therefore expedient if this second embodiment variant is used when the control unit and the control unit are galvanically isolated from one another. In particular, in such an embodiment, components are provided which enable the control signal to be transmitted by means of galvanic isolation, e.g. by providing appropriate optical, capacitive or inductive couplers.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst die Steuereinheit eine externe Kommunikationsschnittstelle zur seriellen Datenübertragung der Nachricht über eine externe Kommunikationsverbindung an das weitere Steuergerät. Die externe Kommunikationsverbindung kann beispielsweise ein Datenbus, wie z.B. ein CAN, FlexRay und dergleichen sein, über die eine serielle Datenübertragung erfolgt.According to a further expedient refinement, the control unit includes an external communication interface for serial data transmission of the message via an external communication connection to the further control unit. The external communication connection can be, for example, a data bus, such as a CAN, FlexRay and the like, via which serial data transmission takes place.

Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang zweckmäßig, wenn die externe Kommunikationsverbindung durch die erste Versorgungsspannung versorgt ist.In this context, it is particularly expedient if the external communication connection is supplied with power by the first supply voltage.

Bei einem Mehrspannungsbordnetz eines Fahrzeugs weist die erste Versorgungsspannung üblicherweise eine Nennspannung von 12V auf. Demgegenüber ist die zweite Versorgungsspannung eine höhere Spannung, z.B. 48V. Grundsätzlich lässt sich die Erfindung jedoch auch in Mehrspannungsbordnetzen einsetzen, bei denen als erste und als zweite Versorgungsspannung andere Nennspannungen als die genannten Werte eingesetzt werden.In the case of a multi-voltage vehicle electrical system, the first supply voltage usually has a nominal voltage of 12V. In contrast, the second supply voltage is a higher voltage, e.g., 48V. In principle, however, the invention can also be used in multi-voltage vehicle electrical systems in which nominal voltages other than the values mentioned are used as the first and second supply voltage.

Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines herkömmlich ausgebildeten Steuergeräts zum Anschluss an ein Mehrspannungsbordnetz eines Fahrzeugs;
2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Steuergeräts; und
3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Steuergeräts.

The invention is described in more detail below with reference to exemplary embodiments in the drawings. Show it:

1 a schematic representation of a conventionally designed control unit for connection to a multi-voltage electrical system of a vehicle;
2 a schematic representation of a first embodiment of a control unit according to the invention; and
3 a schematic representation of a second embodiment variant of a control unit according to the invention.

1 zeigt ein herkömmliches (Fahrzeug-)Steuergerät 1 für ein Mehrspannungsbordnetz eines Fahrzeugs als Ausgangssituation. Das Steuergerät 1 umfasst eine Steuereinheit 10 sowie eine Ansteuereinheit 20. Die Steuereinheit 10 ist dazu ausgebildet, ein Steuersignal für die Ansteuereinheit 20 bereitzustellen. Das von der Steuereinheit 10 ermittelte Steuersignal wird von einer internen Kommunikationsschnittstelle 13 der Steuereinheit 10 über eine interne Kommunikationsverbindung 40 an eine interne Kommunikationsschnittstelle 23 der Ansteuereinheit 20 übertragen. Das Steuersignal, das von der Ansteuereinheit 20 weiter verarbeitet wird, kann durch die Steuereinheit 10, basierend auf einem oder mehreren Sensorsignalen, oder auf andere Weise ermittelt werden. 1 shows a conventional (vehicle) control device 1 for a multi-voltage electrical system of a vehicle as the initial situation. Control unit 1 includes a control unit 10 and a control unit 20. Control unit 10 is designed to provide a control signal for control unit 20. The control signal determined by the control unit 10 is transmitted from an internal communication interface 13 of the control unit 10 to an internal communication interface 23 of the control unit 20 via an internal communication connection 40 . The control signal, which is further processed by the control unit 20, can be determined by the control unit 10, based on one or more sensor signals, or in some other way.

Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit 10 mit einem oder mehreren, in den Figuren nicht gezeigten Sensoren verbunden sein. Der oder die Sensoren können innerhalb und/oder außerhalb des Steuergeräts 1 vorgesehen sein. Zur Verarbeitung der von dem oder den Sensoren gelieferten Signale verfügt die Steuereinheit 10 über eine ebenfalls nicht dargestellte Recheneinheit, z.B. einen Mikrocontroller.For this purpose, the control unit 10 can be connected to one or more sensors, not shown in the figures. The sensor or sensors can be provided inside and/or outside control unit 1 . In order to process the signals supplied by the sensor or sensors, the control unit 10 has a computing unit (also not shown), e.g. a microcontroller.

Die Ansteuereinheit 20 umfasst nicht näher dargestellte leistungselektronische Bauelemente, z.B. Ansteuerelemente für einen internen und/oder externen Aktor. Der oder die Aktoren werden basierend auf den, in dem Steuersignal enthaltenen, Information angesteuert, z.B. wird ein Bremsdruck erhöht oder reduziert.The control unit 20 includes power electronic components that are not shown in detail, e.g. control elements for an internal and/or external actuator. The actuator or actuators are controlled based on the information contained in the control signal, e.g. brake pressure is increased or reduced.

Die Steuereinheit 10 verfügt darüber hinaus über eine externe Kommunikationsschnittstelle 14. Die externe Kommunikationsschnittstelle 14 ist an eine externe Kommunikationsverbindung 41 angeschlossen. Bei der externen Kommunikationsverbindung 41 handelt es sich beispielsweise um einen Datenbus, wie z.B. CAN oder FlexRay, über den eine serielle Datenübertragung erfolgt. Über die externe Kommunikationsverbindung 41 könnten beliebige Nachrichten von der Steuereinheit 10 an andere, nicht dargestellte Steuergeräte übertragen oder von diesen empfangen werden.In addition, the control unit 10 has an external communication interface 14 . The external communication interface 14 is connected to an external communication connection 41 . The external communication connection 41 is, for example, a data bus, such as CAN or FlexRay, via which serial data transmission takes place. Via the external communication connection 41, any messages could be transmitted from the control unit 10 to other control units, not shown, or received by them.

Das Steuergerät 1 verfügt über einen ersten Spannungsversorgungseingang 2, an dem eine erste Versorgungsspannung U1, z.B. 12 V, bereitgestellt wird. Das Steuergerät 1 verfügt über einen zweiten Spannungsversorgungseingang 3, an dem eine zweite Versorgungsspannung U2, z.B. 48 V, bereitgestellt wird. Das Steuergerät ist somit ein sogenanntes Mehrspannungs-Steuergerät. Der erste Spannungsversorgungseingang 2 des Steuergeräts 1 ist mit einem Spannungsversorgungsanschluss 11 der Steuereinheit 10 gekoppelt. Um die leistungselektronischen Bauelemente und ggf. in der Ansteuereinheit 20 vorhandenen Aktoren mit den benötigten Leistungen versorgen zu können, ist ein Spannungsversorgungsanschluss 21 mit dem zweiten Spannungsversorgungseingang 3 des Steuergeräts 1, an dem die höhere Spannung bereitgestellt wird, gekoppelt.The control unit 1 has a first voltage supply input 2, at which a first supply voltage U1, e.g. 12 V, is provided. The control unit 1 has a second voltage supply input 3, at which a second supply voltage U2, e.g. 48 V, is provided. The control device is therefore a so-called multi-voltage control device. The first voltage supply input 2 of the control device 1 is coupled to a voltage supply connection 11 of the control unit 10 . In order to be able to supply the electronic power components and any actuators present in the control unit 20 with the required power, a voltage supply connection 21 is coupled to the second voltage supply input 3 of the control unit 1, at which the higher voltage is provided.

Ein Bezugspotentialanschluss 12 der Steuereinheit ist mit einem ersten Bezugspotentialanschluss 4 des Steuergeräts gekoppelt. In entsprechender Weise ist ein Bezugspotentialanschluss 22 der Ansteuereinheit 20 mit einem zweiten Bezugspotentialanschluss 5 des Steuergeräts 1 gekoppelt. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Steuereinheit 10 und die Ansteuereinheit 20 beispielhaft galvanisch voneinander getrennt, was durch die mit dem Bezugszeichen 6 versehene gebrochene Linie schematisch illustriert ist. Durch die galvanische Trennung kann eine Schädigung der Steuereinheit 10 verhindert werden, wenn die Spannungsversorgung der Steuereinheit 10 - entweder durch einen Ausfall der ersten Versorgungsspannung U1 oder einen Masseabriss am ersten Bezugspotentialanschluss 4 - vorliegt. Zur Vermeidung einer galvanischen Trennung der Steuereinheit 10 und der Ansteuereinheit 20 könnte die interne Kommunikationsverbindung 40 stattdessen auch hochohmig an die beiden Einheiten 10, 20 angeschlossen sein.A reference potential connection 12 of the control unit is coupled to a first reference potential connection 4 of the control unit. A reference potential connection 22 of the control unit 20 is coupled to a second reference potential connection 5 of the control unit 1 in a corresponding manner. in the in 1 In the exemplary embodiment shown, the control unit 10 and the control unit 20 are, for example, electrically isolated from one another, which is illustrated schematically by the broken line provided with the reference number 6 . The galvanic isolation can prevent damage to the control unit 10 if the power supply to the control unit 10 is present—either due to a failure of the first supply voltage U1 or a ground break at the first reference potential connection 4. To avoid a galvanic isolation of the control unit 10 and the control unit 20, the internal communication connection 40 could instead also be connected to the two units 10, 20 with high resistance.

Bei einem Masseabriss der ersten Steuereinheit 10, z.B. einem Leitungsbruch zwischen dem Bezugspotentialanschluss 12 der Steuereinheit 10 und dem ersten Bezugspotentialanschluss 4 des Steuergeräts 1, ist nicht nur die Funktionsfähigkeit der Steuereinheit 10 nicht mehr gegeben, sondern ebenso kann die Steuereinheit 10 keine Nachrichten mehr über die externe Kommunikationsverbindung 41 an andere Steuergeräte übertragen. Werden durch das Steuergerät 1 beispielsweise Sensorwerte erfasst, die über die externe Kommunikationsverbindung 41 auch weiteren Steuergeräten zu deren Verarbeitung zur Verfügung gestellt werden, ist auch die Funktionsfähigkeit der weiteren Steuergeräte nicht mehr gegeben.If the ground of the first control unit 10 breaks, e.g. a wire break between the reference potential connection 12 of the control unit 10 and the first reference potential connection 4 of the control unit 1, not only is the control unit 10 no longer able to function, but the control unit 10 can also no longer send messages about the External communication link 41 transmitted to other control units. If, for example, sensor values are recorded by the control device 1 and are also made available to other control devices via the external communication connection 41 for their processing, the further control devices are also no longer able to function.

Um dies zu vermeiden, ist bei einem erfindungsgemäßen Steuergerät 1, wie dieses in zwei unterschiedlichen Ausgestaltungsvarianten in den 2 und 3 dargestellt ist, ein Gleichspannungswandler 30 vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, aus der Spannungsdifferenz der ersten und der zweiten Versorgungsspannung U1, U2 an einem Ausgang eine, relativ zu U1 und U2 negative Spannung als Ausgangsspannung zur Verfügung zu stellen, welche für die Steuereinheit 10 ein virtuelles Bezugspotential, das dem Bezugspotential BP des Steuergeräts 1 entspricht, bildet. Der Gleichspannungswandler 30 kann ein herkömmlicher intervertierender Gleichspannungswandler sein.In order to avoid this, in a control unit 1 according to the invention, such as this in two different configurations in the 2 and 3 is shown, a DC-DC converter 30 is provided, which is designed to convert the voltage difference between the first and the second supply voltage U1, U2 at an output into a negative relative to U1 and U2 Span voltage as an output voltage available, which forms a virtual reference potential for the control unit 10, which corresponds to the reference potential BP of the control unit 1. The DC-DC converter 30 can be a conventional inverting DC-DC converter.

Zu diesem Zweck ist der Gleichspannungswandler 30 an einem ersten Spannungsversorgungsanschluss 31 mit dem ersten Spannungsversorgungseingang 2 des Steuergeräts 1, wodurch ihm an dem ersten Spannungsversorgungsanschluss 31 die erste Versorgungsspannung U1, z.B. 12 V, zugeführt wird. Ferner ist der Gleichspannungswandler 30 an einem zweiten Spannungsversorgungsanschluss 32 mit dem zweiten Spannungsversorgungseingang 3 des Steuergeräts 1 verbunden, wodurch ihm an dem zweiten Spannungsversorgungsanschluss 32 die zweite Versorgungsspannung U2, z.B. 48 V, zugeführt wird. Die von dem Gleichspannungswandler 30 aus den Versorgungsspannungen U1 und U2 erzeugte negative Spannung wird als Ausgangsspannung an einem ersten Ausgangsanschluss 33 bereitgestellt, der mit dem Bezugspotentialanschluss 12 der Steuereinheit 10 und, lediglich beispielhaft, mit dem ersten Bezugspotentialanschluss 4 des Steuergeräts 1 verbunden ist. Die zwischen dem ersten Spannungsversorgungsanschluss 31 und dem ersten Ausgangsanschluss 33 sich ergebende Spannungsdifferenz entspricht in diesem Beispiel der negativen ersten Versorgungsspannung.For this purpose, the DC-DC converter 30 is connected to a first voltage supply connection 31 with the first voltage supply input 2 of the control unit 1, as a result of which the first supply voltage U1, e.g. 12 V, is fed to it at the first voltage supply connection 31. Furthermore, the DC-DC converter 30 is connected at a second voltage supply connection 32 to the second voltage supply input 3 of the control unit 1, as a result of which the second supply voltage U2, e.g. 48 V, is supplied to it at the second voltage supply connection 32. The negative voltage generated by the DC-DC converter 30 from the supply voltages U1 and U2 is provided as an output voltage at a first output connection 33, which is connected to the reference potential connection 12 of the control unit 10 and, merely by way of example, to the first reference potential connection 4 of the control unit 1. The voltage difference resulting between the first voltage supply connection 31 and the first output connection 33 corresponds to the negative first supply voltage in this example.

Dies gilt für beide in den 2 und 3 gezeigten Ausgestaltungsvarianten. Die beiden Ausgestaltungsvarianten unterscheiden sich dadurch, dass in 2 eine galvanische Trennung zwischen der Steuereinheit 10 und der Ansteuereinheit 20 ermöglicht wird (aber nicht zwingend ist), da die Steuereinheit 10 und die Ansteuereinheit 20 mit getrennten Bezugspotentialanschlüssen 4, 5 des Steuergeräts 1 verbunden sind. In der Ausgestaltungsvariante gemäß 3 ist dem gegenüber auf eine galvanische Trennung verzichtet, was die Verwendung eines gemeinsamen Bezugspotentialanschlusses 4 ermöglicht.This applies to both in the 2 and 3 shown design variants. The two design variants differ in that 2 a galvanic separation between the control unit 10 and the control unit 20 is made possible (but not mandatory), since the control unit 10 and the control unit 20 are connected to separate reference potential terminals 4, 5 of the control unit 1. In the variant according to 3 on the other hand, there is no galvanic isolation, which allows the use of a common reference potential connection 4 .

Bei einem Masseabriss, z.B. am ersten Bezugspotentialanschluss 4, kann die Steuereinheit 10 nunmehr durch die am ersten Ausgangsanschluss 33 anliegende Ausgangsspannung, die dem Bezugspotential BP entspricht, weiterhin versorgt werden, so dass z.B. eine Erfassung der von den nicht gezeigten Sensoren bereitgestellten Sensorwerte weiterhin möglich ist und insbesondere die Übertragung von Nachrichten über die externe Kommunikationsverbindung 41 an andere Steuergeräte möglich ist. Der an dem Steuergerät 1 auftretende Fehler des Masseabrisses führt damit nicht zu einem vollständigen Ausfall des Steuergerätes am Mehrspannungsbordnetzes und damit weiteren Teilsystemen, vielmehr bleiben die Fehler auf das Steuergerät 1 begrenzt, indem beispielsweise die Ansteuereinheit 20 ggf. ihr zugeordnete Aktoren nicht mehr ansteuern kann.In the event of a ground break, e.g. at the first reference potential connection 4, the control unit 10 can now continue to be supplied by the output voltage present at the first output connection 33, which corresponds to the reference potential BP, so that, for example, it is still possible to record the sensor values provided by the sensors (not shown). and in particular the transmission of messages via the external communication link 41 to other control units is possible. The fault of the ground break that occurs in control unit 1 does not lead to a complete failure of the control unit on the multi-voltage vehicle electrical system and thus other subsystems; rather, the faults remain limited to control unit 1, in that control unit 20, for example, can no longer control any actuators assigned to it.

Ein Fehler im Bereich der Ansteuereinheit 20 gemäß der in 2 gezeigten Ausgestaltungsvariante kann dadurch umgangen werden, dass der Gleichspannungswandler 30 dazu ausgebildet ist, eine weitere Spannung als Ausgangsspannung zur Verfügung zu stellen, die der Ansteuereinheit 20 als virtuelles Bezugspotential, das den Bezugspotential BP des Steuergeräts 1 entspricht, zugeführt wird. Dazu umfasst der Gleichspannungswandler 30 einen zweiten Ausgangsanschluss 34, der zur Bereitstellung eines virtuellen Bezugspotentials mit dem Bezugspotentialanschluss 22 der Ansteuereinheit 20 und wieder lediglich beispielhaft mit dem zweiten Bezugspotentialanschluss 5 des Steuergeräts 1 verbunden ist. Da dies lediglich eine Option darstellt, ist die Verbindung zwischen den Anschlüssen 34 und 22 bzw. 5 gestrichelt dargestellt. Die Spannungsdifferenz zwischen dem zweiten Spannungsversorgungsanschluss 32 und dem zweiten Ausgangsanschluss 34 entspricht der negativen zweiten Versorgungsspannung U2. Diese Variante ermöglicht zudem eine galvanische Trennung zwischen der Steuereinheit 10 und der Ansteuereinheit 20.An error in the area of the control unit 20 according to in 2 The embodiment variant shown can be circumvented in that the DC-DC converter 30 is designed to provide a further voltage as an output voltage, which is supplied to the control unit 20 as a virtual reference potential that corresponds to the reference potential BP of the control unit 1 . For this purpose, the DC-DC converter 30 includes a second output connection 34, which is connected to the reference potential connection 22 of the control unit 20 and again only by way of example to the second reference potential connection 5 of the control device 1 in order to provide a virtual reference potential. Since this is only an option, the connection between terminals 34 and 22 or 5 is shown in dashed lines. The voltage difference between the second voltage supply connection 32 and the second output connection 34 corresponds to the negative second supply voltage U2. This variant also enables galvanic isolation between control unit 10 and control unit 20.

Die Ausgestaltungsvariante gemäß 3 unterscheidet sich von der in 2 lediglich dadurch, dass das Steuergerät 1 einen gemeinsamen Bezugspotentialanschluss 4 umfasst, mit dem der Bezugspotentialanschluss 12 der Steuereinheit 10 und der Bezugspotentialanschluss 22 der Ansteuereinheit 20 verbunden sind. Bei dieser Ausgestaltungsvariante ist die interne Kommunikationsverbindung 40 zwischen der Steuereinheit 10 und der Ansteuereinheit 20 hochohmig ausgebildet, um im Fall eines Masseabrisses oder eines Ausfalls der ersten Versorgungsspannung U1 eine Schädigung der Steuereinheit 10 zu vermeiden. Bei einem Steuergerät 1 mit gemeinsamen Bezugspotentialanschluss ist es ausreichend, wenn der Gleichspannungswandler 30 lediglich über einen Ausgangsanschluss 33 verfügt, der mit einem Knotenpunkt 50 verbunden ist, welcher die Bezugspotentialanschlüsse 12, 22 mit dem Ausgangsanschluss 33 verbindet.The variant according to 3 differs from the in 2 only in that the control unit 1 includes a common reference potential connection 4, to which the reference potential connection 12 of the control unit 10 and the reference potential connection 22 of the control unit 20 are connected. In this embodiment variant, the internal communication connection 40 between the control unit 10 and the control unit 20 is of high-resistance design in order to prevent damage to the control unit 10 in the event of a ground break or a failure of the first supply voltage U1. In the case of a control device 1 with a common reference potential connection, it is sufficient if the DC voltage converter 30 has only one output connection 33 which is connected to a node 50 which connects the reference potential connections 12, 22 to the output connection 33.

Bei den in 2 und 3 beschriebenen Ausgestaltungsvarianten ist bei einem Masseabriss die Aufrechterhaltung zumindest der Funktionalität der Steuereinheit 10 sichergestellt. Ferner kann die Kommunikation mit weiteren Steuergeräten über die externe Kommunikationsverbindung 41 aufrechterhalten werden, z.B. zur fortdauernden Bereitstellung von Sensormesswerten oder verarbeiteten Sensormesswerten an andere Steuergeräte. Dadurch kann eine höhere Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit eines Mehrspannungsbordnetzes mit mehreren kommunikativ miteinander verbundenen Steuergeräten sichergestellt werden.At the in 2 and 3 The embodiment variants described above ensure that at least the functionality of the control unit 10 is maintained in the event of a ground break. Furthermore, the communication with other control units can be maintained via the external communication connection 41, for example for the continuous provision of sensor readings or processed sensors measured values to other control units. As a result, greater availability and reliability of a multi-voltage vehicle electrical system with a plurality of control units that are communicatively connected to one another can be ensured.

BezugszeichenlisteReference List

11: Fahrzeug-Steuergerätvehicle control unit
22: erster Spannungsversorgungseingangfirst power supply input
33: zweiter Spannungsversorgungseingangsecond power supply input
44: erster Bezugspotentialanschlussfirst reference potential connection
55: zweiter Bezugspotentialanschlusssecond reference potential connection
66: galvanische Trennunggalvanic isolation
1010: Steuereinheit (Logik-Controller)Control unit (logic controller)
1111: Spannungsversorgungsanschlusspower supply connection
1212: Bezugspotentialanschlussreference potential connection
1313: interne Kommunikationsschnittstelleinternal communication interface
1414: externe Kommunikationsschnittstelleexternal communication interface
2020: Ansteuereinheitcontrol unit
2121: Spannungsversorgungsanschlusspower supply connection
2222: Bezugspotentialanschlussreference potential connection
2323: interne Kommunikationsschnittstelleinternal communication interface
3030: GleichspannungswandlerDC converter
3131: erster Versorgungspotentialanschlussfirst supply potential connection
3232: zweiter Versorgungspotentialanschlusssecond supply potential connection
3333: erster Ausgangsanschlussfirst output port
3434: zweite Ausgangsanschlusssecond output port
4040: interne Kommunikationsverbindunginternal communication link
4141: externe Kommunikationsverbindungexternal communication link
5050: Knotenpunktnode
U1U1: erste Versorgungsspannungfirst supply voltage
U2U2: zweite Versorgungsspannungsecond supply voltage
U3U3: Ausgangsspannungoutput voltage
BPbp: Bezugspotentialreference potential

Claims

Control unit (1) for a multi-voltage vehicle electrical system, having a control unit (10) which is designed to provide a control signal for an actuation unit (20) of the control unit (1) and to send a message to or receive a further control unit , wherein when the control unit (1) is in operation, the control unit (10) is supplied from a first supply voltage (U1) of the control unit (1) and the control unit (20) is supplied from another, second supply voltage (U2) of the control unit (1), and with a DC-DC converter (30) which is designed to make a negative voltage available as an output voltage from a voltage difference between the first and the second supply voltage (U1, U2), which is used at least by the control unit (10) as a virtual reference potential which corresponds to the reference potential (BP) of the control unit (1) corresponds, can be supplied.

Control unit (1) after claim 1 , characterized in that the control unit (20) is supplied with the output voltage of the DC voltage converter (30) as a virtual reference potential which corresponds to the reference potential (BP) of the control unit (1).

Control unit (1) after claim 2 , characterized in that the control unit (10) and the control unit (20) via an internal communication link (40), via which the control signal is transmitted, are connected to one another with high impedance.

Control unit (1) after claim 1 , characterized in that the DC-DC converter (30) is designed to provide a negative voltage as a further output voltage, which is supplied to the control unit (20) as a virtual reference potential which corresponds to the reference potential (BP) of the control unit (1). .

Control unit (1) after claim 4 , characterized in that the control unit (10) and the control unit (20) are electrically isolated from one another.

Control unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit (10) comprises an external communication interface (14) for serial data transmission of the message via an external communication connection (41) to the further control unit.

Control unit (1) after claim 6 , characterized in that the external communication link (41) is powered by the first supply voltage (U1).

Multi-voltage electrical system for a vehicle with a control unit (1) according to one of the preceding claims and at least one further control unit, which are coupled via an external communication link (41) for the exchange of messages.

Vehicle, characterized in that this is a multi-voltage electrical system with a Control unit (1) according to one of Claims 1 until 7 or a multi-voltage electrical system according to claim 8 includes.