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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spannungsversorgung einer elektronischen Komponente in einem Kraftfahrzeug sowie ein Bremssystem und ein Kraftfahrzeug zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
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In elektrohydraulischen Bremssystemen wird elektrische Energie typischerweise verwendet, um einen Druck in einem Linearaktuator zu erhöhen oder zu verringern, wobei dieser Druck über Leitungen und Ventile an Radbremsen weitergeleitet wird. Der Linearaktuator wird dabei typischerweise unter Verwendung eines Elektromotors bewegt, beispielsweise unter Verwendung eines bürstenlosen Motors, welcher mittels einer Brücke und einer Gatetreibereinheit durch eine Steuerungsvorrichtung gesteuert wird. Beispielsweise kann zum Steuern ein Mikrocontroller verwendet werden.
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Sowohl ein Mikrocontroller wie auch die Gatetreibereinheit (GDU = Gate Drive Unit) sind empfindlich auf Unterspannungsimpulse. Derartige Unterspannungsimpulse können typischerweise auftreten, wenn eine Spannung in einem Fahrzeugbordnetz aufgrund einer zu hohen Entnahme von Leistung abfällt. Beispielsweise treten solche Ereignisse häufig beim Anlassen eines Verbrennungsmotors auf. Während Mikrocontroller typischerweise einen Abfall einer Spannung bis etwa 5 V tolerieren, was eine Pufferung mit Kondensatoren oder anderen Speichern verhältnismäßig einfach realisierbar werden lässt, sind Gatetreibereinheiten typischerweise so ausgelegt, dass unter einer Spannung von beispielsweise 6 V kein zuverlässiger Betrieb mehr möglich ist. Beispielsweise wird die Kommunikation abgebrochen oder die Gatetreibereinheit führt einen Reset bzw. einen Rücksetzvorgang durch.
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Bei Gatetreibereinheiten kommt zusätzlich erschwerend hinzu, dass diese häufig so ausgelegt sind, dass sie sowohl zur eigenen Leistungsversorgung wie auch zur Leistungsversorgung eines daran angeschlossenen Elektromotors nur an eine Stromquelle angeschlossen werden können. Dies ist typischerweise eine Lichtmaschine eines Fahrzeugs, da diese einen höheren Strom liefern kann als eine typische Fahrzeugbatterie. Dieser Umstand erschwert zusätzlich das Sicherstellen einer ausreichenden Spannung für die Versorgung der Gatetreibereinheit.
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Es sei erwähnt, dass die hierin mit Bezug auf die Gatetreibereinheit beschriebenen Probleme auch bei anderen elektronischen Komponenten auftreten können, welche auf eine Spannungsversorgung angewiesen sind. Auch andere elektronische Komponenten können unerwünschte Eigenschaften zeigen, wenn die Spannungsversorgung unter einen jeweiligen Schwellenwert absinkt, was zu Fehlfunktionen führen kann.
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Es ist derzeit bekannt, bei Bremssystemen mit bürstenlosen Elektromotoren im Fall des Auftretens einer Unterspannung eine Kombination von Kreuzschalteraktivierung und Kurzschluss von Motorphasen mit einer Brücke vorzunehmen. Dies führt dazu, dass der Elektromotor unkontrolliert gebremst wird. Abhängig von der Länge des Unterspannungsimpulses kann beispielsweise eine Warnlampe aktiviert werden, und das System geht in den Normalzustand zurück, wenn wieder eine ausreichende Spannung zur Verfügung steht. Problematisch daran ist jedoch, dass die Kommunikation zwischen einem Mikrocontroller und der Gatetreibereinheit typischerweise unterbrochen wird und eventuell auch ein Reset der Gatetreibereinheit durchgeführt wird, welche dann erst wieder neu gestartet werden muss, was Zeit benötigt. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass der Linearaktuator einen undefinierten Zustand einnimmt, wobei auch ein im System befindlicher hydraulischer Druck einen Kolben des Linearaktuators zurückdrücken kann. Dies kann zu unerwünschten Effekten beim Bremsen eines Fahrzeugs führen.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Spannungsversorgung einer elektronischen Komponente in einem Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches eine bessere Reaktion auf zeitweilige Unterspannung ermöglicht. Es sind des Weiteren Aufgaben der Erfindung, ein zugehöriges Bremssystem sowie ein zugehöriges Kraftfahrzeug bereitzustellen.
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Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, ein Bremssystem sowie ein Kraftfahrzeug gemäß den jeweiligen Hauptansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spannungsversorgung einer elektronischen Komponente in einem Kraftfahrzeug, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- - Versorgen der Komponente mittels eines Fahrzeugbordnetzes,
- - Erkennen eines Abfalls einer Spannung im Fahrzeugbordnetz und ansprechend darauf Schalten eines Elektromotors eines Bremssystems des Kraftfahrzeugs in einen Generatormodus, so dass der Elektromotor eine Spannung zur Versorgung der Komponente erzeugt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, eine im Bremssystem typischerweise ohnehin vorhandene Energie zur temporären Spannungsversorgung zu nutzen. Dabei kann man sich insbesondere die Tatsache zu Nutze machen, dass typische Elektromotoren nicht nur als Motor, sondern umgekehrt auch als Generator funktionieren können. Der im hydraulischen System vorhandene Druck sorgt somit für eine kurzzeitige Spannungsversorgung der elektronischen Komponente, welche beispielsweise eine Gatetreibereinheit des Motors sein kann, und verhindert somit, dass die Gatetreibereinheit ein unerwünschtes Verhalten wie beispielsweise einen Abbruch von Kommunikation oder einen Reset zeigt. Die Zuverlässigkeit eines Bremssystems kann damit deutlich erhöht werden.
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Das Fahrzeugbordnetz kann sich beispielsweise aus einer Lichtmaschine und/oder einer Batterie oder einer anderen Stromquelle wie beispielsweise einer Brennstoffzelle in einem Fahrzeug speisen. Entsprechende Spannungs- bzw. Stromquellen können auch kombiniert werden.
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Die von dem Elektromotor erzeugte Spannung kann insbesondere unmittelbar an die elektronische Komponente geliefert werden, so dass negativen Effekten einer Unterspannung unmittelbar entgegengewirkt wird.
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Die elektronische Komponente kann insbesondere eine Gatetreibereinheit zur Ansteuerung eines Phaseninverters sein, wobei der Phaseninverter den Elektromotor ansteuert. Der Phaseninverter kann insbesondere ein 3-Phasen-Inverter sein, welcher typischerweise zur Ansteuerung von bürstenlosen Gleichstrommotoren verwendet wird. Der Motor kann dabei typischerweise ein bürstenloser Gleichstrommotor sein.
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Die Komponente kann bevorzugt über ein Trennelement an das Fahrzeugbordnetz angeschlossen sein, wobei das Trennelement eine Einspeisung der vom Elektromotor erzeugten Spannung in das Fahrzeugbordnetz verhindert. Dies kann insbesondere dazu verwendet werden, um die vom Elektromotor erzeugte Spannung zum möglichst schnellen Ausgleich eines Abfalls der Spannung an der elektronischen Komponente zu verwenden, und keine Dissipation der Spannung in das erheblich größere Fahrzeugbordnetz zuzulassen.
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Das Trennelement kann beispielsweise eine Diode, ein Halbleiterschalter, ein Leistungshalbleiter, ein Halbleiterbaustein oder eine Kombination mehrerer solcher Elemente sein. Derartige Ausführungen haben sich in der Praxis bewährt.
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Der Abfall der Spannung kann insbesondere an der Komponente bzw. direkt an der Komponente überwacht und/oder erkannt werden. Dies ermöglicht eine Erkennung des Abfalls der Spannung genau da, wo dieser negative Effekte hat.
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Der Abfall der Spannung kann bevorzugt erkannt werden, wenn die Spannung im Fahrzeugbordnetz und/oder an der Komponente unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt. Der Abfall der Spannung kann auch erkannt werden, wenn die Spannung im Fahrzeugbordnetz und/oder an der Komponente für einen vorbestimmten Zeitraum unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt. Derartige Ausführungen haben sich als einfache und praktikable Lösungen bewährt. Der Schwellenwert kann beispielsweise bei 6 Volt liegen.
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Der Elektromotor kann insbesondere im Generatormodus einen im Bremssystem vorhandenen Druck in elektrische Energie umsetzen. Dies ermöglicht die temporäre Erzeugung von elektrischer Energie mithilfe des Elektromotors, welcher ansonsten eigentlich zur Erzeugung des hydraulischen Drucks vorhanden ist.
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Der Elektromotor kann insbesondere einen Linearaktuator des Bremssystems antreiben. Auf einen solchen Linearaktuator wirkt typischerweise ein im Bremssystem vorhandener hydraulischer Druck, so dass nach dem Prinzip der kinematischen Umkehr dieser Druck auch zum Betrieb des Elektromotors im Generatormodus verwendet werden kann.
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Während des Generatorbetriebs kann das Verfahren folgende Schritte aufweisen:
- - Überwachen der von dem Elektromotor erzeugten Spannung an der Komponente und/oder im Fahrzeugbordnetz, und
- - Unterbrechen oder Verringern des Generatorbetriebs, wenn die vom Elektromotor erzeugte Spannung einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet.
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Dadurch kann verhindert werden, dass die vom Elektromotor erzeugte Spannung zu groß wird und eventuell diese oder eine andere Komponente beschädigen kann. Dies basiert auf der Erkenntnis, dass der hydraulische Druck im Bremssystem durchaus so groß sein kann, dass entsprechend hohe Spannungen entstehen. Der Maximalwert kann beispielsweise bei 7 Volt liegen.
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Das Fahrzeugbordnetz kann beispielsweise aus einer Batterie und/oder aus einer Lichtmaschine gespeist werden. Es können jedoch auch andere Stromquellen wie beispielsweise eine Brennstoffzelle, Solarzellen oder eine externe Stromversorgung verwendet werden.
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Das Verfahren wird bevorzugt während eines Fahrzeugstartvorgangs durchgeführt. Beispielsweise kann ein Fahrzeugstartvorgang durch eine Rundsendung über den Fahrzeugstartvorgang mittels eines Fahrzeugbusses wie beispielsweise eines CAN-Busses angekündigt werden. Es hat sich gezeigt, dass zu niedrige Spannungen typischerweise während eines Fahrzeugstartvorgangs auftreten, da für einen kurzen Zeitraum der erheblich stromverbrauchende Anlasser in Betrieb ist. Gleichzeitig ist es bei heutigen Kraftfahrzeugen üblich, zum Anlassen auf die Fußbremse zu treten. Dies hat den Vorteil, dass dann bereits aufgrund der Fahrerbetätigung eines Bremspedals ein Druck im hydraulischen System vorhanden ist, welcher für den Generatorbetrieb des Elektromotors verwendet werden kann.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Bremssystem für ein Kraftfahrzeug. Das Bremssystem weist einen hydraulischen Kreis auf. Das Bremssystem weist einen Elektromotor zum Erzeugen eines Drucks im hydraulischen Kreis auf. Das Bremssystem weist eine Anzahl von Ansteuerelementen zum Ansteuern des Elektromotors auf. Außerdem weist das Bremssystem eine elektronische Steuerungsvorrichtung auf, welche dazu konfiguriert ist, ein Verfahren gemäß der Erfindung mit einem Teil oder allen der Ansteuerelemente als elektronische Komponente durchzuführen.
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Bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. Die beschriebenen Verfahrensaspekte können für das Bremssystem auch Vorrichtungsaspekte sein.
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Alle betrachteten Ansteuerelemente können dabei zusammen als elektronische Komponente bezeichnet werden, auch wenn es sich um unterschiedliche Bauteile handelt.
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Mittels des erfindungsgemäßen Bremssystems können die weiter oben bereits beschriebenen Vorteile erreicht werden. Insbesondere kann die Zuverlässigkeit deutlich erhöht werden.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Bremssystem und einem Fahrzeugbordnetz zur Versorgung des Elektromotors und der Ansteuerelemente. Bezüglich des erfindungsgemäßen Bremssystems kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. Die weiter oben bereits beschriebenen Vorteile können erreicht werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigt:
- 1: ein Bremssystem sowie ein Fahrzeugbordnetz.
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1 zeigt ein Bremssystem 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Das Bremssystem 10 weist einen Elektromotor 20 und einen Linearaktuator 25 auf, wobei der Elektromotor 20 dazu ausgebildet ist, den Linearaktuator 25 anzutreiben. In dem Linearaktuator 25 liegt ein hydraulischer Druck des Bremssystems an, welcher beispielsweise mittels des Elektromotors 20 erzeugt werden kann. Lediglich beispielhaft hierfür sind „200 bar“ in 1 angegeben.
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Das Bremssystem 10 weist einen 3-Phasen-Inverter 30 auf, welcher dazu ausgebildet ist, den Elektromotor 20 mit elektrischer Leistung zu versorgen. Zur Ansteuerung des 3-Phasen-Inverters 30 weist das Bremssystem 10 ferner eine Gatetreibereinheit 40 auf, welche Gates von Leistungshalbleitern des 3-Phasen-Inverters 30 ansteuert.
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Das Bremssystem 10 weist des Weiteren eine elektronische Steuerungsvorrichtung 45 auf, welche der Gatetreibereinheit 40 zugeordnet ist und diese in einer weiter unten zu beschreibenden Art und Weise überwacht.
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Das Bremssystem 10 ist an einem schematisch dargestellten Fahrzeugbordnetz 50 angeschlossen, welches zwei Klemmen KL30_1 und KL30_2 aufweist. Erstere ist dabei mit einer Fahrzeugbatterie verbunden, letztere ist mit einer Lichtmaschine verbunden.
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An dem Fahrzeugbordnetz 50 sind auch andere Komponenten als das Bremssystem 10 angeschlossen, beispielsweise eine lediglich schematisch als „PCU Valve Drive“ dargestellte und hier nicht näher beschriebene Ventiltreibereinheit. Auch eine Logikspannungsversorgung ist lediglich schematisch als „Logic Supply“ dargestellt.
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Wie gezeigt sind sowohl die Gatetreibereinheit 40 wie auch der 3-Phasen-Inverter 30 an dem Fahrzeugbordnetz 50 angeschlossen. Sollte es in dem Fahrzeugbordnetz 50 zu einem Abfall der Spannung auf unter 6 V kommen, ist damit zu rechnen, dass die Gatetreibereinheit 40 ein undefiniertes und unerwünschtes Verhalten wie beispielsweise einen Abbruch der Kommunikation mit anderen Komponenten oder einen Reset zeigt. Dies kann zu Problemen beim Betrieb des Bremssystems 10 führen. Um dies zu vermeiden, ist die elektronische Steuerungsvorrichtung 45 dazu ausgebildet, die an der Gatetreibereinheit 40 anliegenden Spannung kontinuierlich zu überwachen. Wird ein Abfall der Spannung festgestellt, so wird der 3-Phasen-Inverter 30 so geschaltet, dass der Elektromotor 20 nicht als Elektromotor, sondern vielmehr als Generator wirkt. Ein in dem Linearaktuator 25 befindlicher Druck wird somit als Energiequelle für einen als Generator wirkenden Elektromotor 20 genutzt, was zu einer zusätzlich erzeugten Spannung führt, welche das Fahrzeugbordnetz 50 zumindest an der Gatetreibereinheit 40 stabilisiert. Den weiter oben beschriebenen unerwünschten Effekten eines Spannungsabfalls an der Gatetreibereinheit 40 kann somit wirkungsvoll entgegengewirkt werden.
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Um zu verhindern, dass die vom Elektromotor 20 erzeugte Spannung in das Fahrzeugbordnetz 50 außerhalb des Bremssystems 10 dissipiert, sind zwei Dioden 52, 54 vorgesehen, welche als Trennelemente wirken und ein Abfließen dieser Spannung verhindern. Die hier beschriebene Generatorfunktion des Elektromotors 20 wirkt somit dediziert nur für den vorgesehenen Zweck.
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Die elektronische Steuerungsvorrichtung 45 kontrolliert auch während eines Generatorbetriebs des Elektromotors 20 die anliegende Spannung und beendet den Generatorbetrieb, wenn eine obere Spannung von 7 V überschritten wird. Dadurch wird verhindert, dass der Elektromotor 20 eine zu hohe Spannung erzeugt, welche Komponenten zerstören könnte.
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Insgesamt wird durch die hierin beschriebene Ausführung eine deutlich bessere Zuverlässigkeit des Bremssystems 10 erreicht, da auf Unterspannungszustände, welche in typischen Fahrzeugbordnetzen angesichts einer immer höher werdenden Komplexität und einer immer höher werdenden Anzahl von Stromverbrauchern in Fahrzeugen auftreten können, in angemessener Weise reagiert werden kann, ohne dass es zu Ausfallerscheinungen oder sonstigem unerwünschten Verhalten von einzelnen elektronischen Komponenten wie insbesondere einer Gatetreibereinheit 40 kommt.
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Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden, soweit dies technisch sinnvoll ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden, dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.
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Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.
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Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
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Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
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Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
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Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.
