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Die Erfindung betrifft ein Steuergerät für ein Fahrzeug mit mindestens zwei Bordnetzen. Das Steuergerät enthält ein erstes und ein zweites Teilmodul. Jedes der Teilmodule ist jeweils mit einem unterschiedlichen der Bordnetze verbunden. Z.B. ist in einem Elektrofahrzeug das erste Teilmodul aus einem 12V-Bordnetz und das zweite Teilmodul aus einem 400V-Bordnetz gespeist. Die Teilmodule sind dabei galvanisch voneinander getrennt. Zur Kommunikation bzw. Umsetzung von Signalen zwischen den Teilmodulen enthält das Steuergerät galvanisch trennende Koppler, z.B. Optokoppler.
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Aufgabe der Erfindung ist es, Verbesserungen bei derartigen Steuergeräten anzugeben.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Steuergerät gemäß Patentanspruch 1 für ein Fahrzeug, das mindestens zwei Bordnetze aufweist. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Das Steuergerät enthält ein erstes und ein zweites Teilmodul. Jedes der Teilmodule ist an je eines der Bordnetze anschließbar bzw. in einem Montagezustand an dieses angeschlossen bzw. mit diesem verbunden. Die Teilmodule sind galvanisch voneinander getrennt. Das erste Teilmodul enthält eine erste Recheneinheit. Die Recheneinheit ist kommunikationsfähig. Die Kommunikation erfolgt über ein erstes Kommunikationssignal, das intern innerhalb des Steuergerätes übertragen wird. Das erste Teilmodul enthält mindestens einen Kommunikationsanschluss. Der Kommunikationsanschluss stellt eine kommunikative Verbindung des Steuergerätes zur Außenwelt dar. Der Kommunikationsanschluss dient dabei zum Empfangen und/oder Senden eines zweiten Kommunikationssignals, das extern außerhalb des Steuergerätes übertragen wird. Das erste Teilmodul enthält mindestens eine Kommunikationseinheit. Jede der Kommunikationseinheiten ist dabei jeweils einem der Kommunikationsanschlüsse zugeordnet. Die jeweilige Kommunikationseinheit dient zur Umsetzung zwischen dem ersten Kommunikationssignal und dem zweiten Kommunikationssignal für den jeweiligen Kommunikationsanschluss.
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Das Steuergerät enthält außerdem eine zweite Recheneinheit im zweiten Teilmodul. Auch diese zweite Recheneinheit ist kommunikationsfähig und bedient sich hierzu ebenso des ersten internen Kommunikationssignals. Das Steuergerät enthält weiterhin einen galvanisch trennenden ersten Koppler. Dieser dient zur Übertragung des ersten Kommunikationssignals zwischen dem ersten und zweiten Teilmodul in eine oder beide Richtungen, je nach aktuellem Kommunikationsbedarf.
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Das zweite Kommunikationssignal ist also insbesondere ein Signal für eine raue Außenumgebung und daher insbesondere robust, störsicher, fehlertolerant usw. Das erste Kommunikationssignal ist dagegen insbesondere ein einfaches, unaufwändiges, logisches Signal. Unter einem „Signal“ ist hier nicht nur ein einziges spezielles Signal, sondern insbesondere ein Signaltyp bzw. eine Signalart zu verstehen.
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Das erste Kommunikationssignal dient insbesondere einheitlich innerhalb des Steuergerätes generell zur internen Kommunikation, Übertragung von Steuerbefehlen, Messwerten, Daten usw. zwischen beliebigen Komponenten, insbesondere den Recheneinheiten, Kommunikationseinheiten usw. Insbesondere weist jeder der Kommunikationsanschlüsse genau eine eigene, ihm zugeordnete Kommunikationseinheit auf.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, dass die zweite Recheneinheit im zweiten Teilmodul beliebig bzw. ausreichend komplex gestaltet werden kann und somit - insbesondere sämtliche - im zweiten Teilmodul anfallenden Steuer-, Regel-, Auswerte-, Berechnungs- oder sonstige Aufgaben autark erfüllen kann, ohne oder mit zumindest nur vergleichsweise geringem Kommunikationsbedarf zum ersten Teilmodul. Insbesondere müssen so deutlich weniger einzelne Mess- oder Steuersignale usw. zwischen erstem und zweitem Teilmodul ausgetauscht werden, was die Anzahl notwendiger Koppler deutlich reduziert.
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Die Erfindung beruht auf folgender Erkenntnis: Eines der Teilmodule, z.B. das 12V-Modul, enthält eine Recheneinheit. Aufgrund der galvanischen Trennung sind in der Regel eine Vielzahl von Mess- und Steuergrößen durch jeweilige galvanisch trennende Koppler vom zweiten Teilmodul auf das erste und zurück zu führen, da im ersten Teilmodul die Recheneinheit sitzt, die entsprechende Aufgaben für das zweite Teilmodul zu erledigen hat.
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Bisher war es daher notwendig, eine Vielzahl von Mess- oder Steuersignalen usw. zwischen erstem und zweitem Teilmodul auszutauschen, da das zweite Teilmodul keine eigenständigen Steuer- und Auswerteaufgaben bewerkstelligen konnte. Durch Platzierung einer eigenen Steuereinheit auf dem zweiten Teilmodul und die Schaffung einer (zusätzlichen) Kommunikationsverbindung zum ersten Teilmodul (zwischen den Recheneinheiten) ergibt sich der Vorteil, auf die Übertragung vieler Einzelsignale verzichten zu können und so in der Summe weniger Signalübertragung zwischen den Teilmodulen zu benötigen und so auch weniger Koppler zu benötigen.
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Die Erfindung beruht auf der Idee, getrennte Steuereinheiten in beiden Teilmodulen einzusetzen. Bei solchen Steuereinheiten, die dann funktionell getrennt sind und von unterschiedlichen Bordnetzen versorgt werden, kann durch das interne (intern innerhalb des Steuergerätes, über die Grenzen der Teilmodule hinweg) galvanisch getrennte Zusammenschalten der Kommunikation (erste Kommunikationssignale), eine Diagnosefähigkeit im Fall vom Ausfall eines Bordnetzes gewährleistet werden. Zudem reicht es aus, die physikalische Umsetzung der Kommunikation (Umsetzung zwischen erstem und zweitem Kommunikationssignal) nur auf einer der beiden Steuereinheiten (bzw. in einem der Teilmodule) zu realisieren.
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Gemäß der Erfindung werden daher die Kommunikationssignale von einer der beiden Steuereinheiten (hier der zweiten) galvanisch getrennt auf die andere Seite des Bordnetzes (zum ersten Teilmodul) gebracht und dort vor dem Transceiver (Transceiver: Kommunikationseinheit / vorher: in der Verknüpfungseinheit) logisch zusammengeschaltet. Dies ist insbesondere dann bzw. nur sinnvoll, wenn beide Steuereinheiten räumlich nah beieinander liegen (d.h. das erste Kommunikationssignal störsicher genug geführt ist).
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Somit können sämtliche angeschlossenen Komponenten über die Verknüpfungseinheit (siehe unten) und die Kommunikationseinheit mit der Außenwelt des Steuergerätes in Form von zweiten Kommunikationssignalen kommunizieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Steuergerät im ersten Teilmodul eine Verknüpfungseinheit, die der Kommunikationseinheit zugeordnet ist. Die Verknüpfungseinheit ist dazu eingerichtet, mindestens zwei Komponenten des Steuergerätes hinsichtlich ihrer ersten Kommunikationssignale mit der Kommunikationseinheit zu verbinden. Die Komponenten sind insbesondere die Recheneinheiten, aber auch andere Komponenten, die mit dem ersten Kommunikationssignal kommunizieren, wie z.B. Koppler, Versorgungseinheiten usw. So können beide Komponenten jeweils unabhängig voneinander mit der Außenwelt des Steuergerätes kommunizieren und so auch ggf. über eine Störung oder einen Ausfall der anderen Komponente berichten.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Steuergerät mindestens eine Versorgungseinheit im zweiten Teilmodul. Die Versorgungseinheit (Spanungsversorgung / Leistungsversorgung, z.B. Erzeugung mehrerer Betriebsspannungen) dient zur Energieversorgung des zweiten Teilmoduls aus dem angeschlossenen Bordnetz. Das Steuergerät enthält auch mindestens einen galvanisch trennenden zweiten Koppler. Dieser dient zur kommunikativen Verbindung der Versorgungseinheit mit dem ersten Teilmodul, insbesondere der dortigen Recheneinheit. So ist es unter anderem möglich, die Versorgungseinheit vom ersten Teilmodul aus, aus einem Schlaf- in einen Wachzustand zu versetzen, so dass die Versorgungseinheit überhaupt ihren Betrieb aufnehmen kann und das zweite Teilmodul überhaupt bzw. vollständig mit Energie aus dem angeschlossenen Bordnetz versorgen kann. Denn ein Aufweckbefehl trifft im ersten und nicht im zweiten Teilmodul ein, wenn das erste Teilmodul den Kommunikationsanschluss aufweist.
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Eine weitere Versorgungseinheit kann auch im ersten Teilmodul vorhanden sein. Deren Kommunikation und damit deren Aufwecken ist jedoch unkritisch, da die Kommunikation in diesem Fall ohnehin innerhalb des ersten Teilmoduls (dort befindet sich der Kommunikationsanschluss) stattfindet.
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In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist der zweite Koppler im ersten Teilmodul mit der ersten Recheneinheit und/oder einer Verknüpfungseinheit und/oder einer Kommunikationseinheit (insbesondere direkt, d.h. unter Umgehung der anderen Komponenten) verbunden. Die Verbindung mit einer entsprechenden Komponente bietet jeweils den Vorteil, dass direkte Kommunikation mit dieser Komponente unter Umgehung anderer Komponenten möglich ist. So kann die Kommunikation auch beim Ausfall der anderen Komponenten stattfinden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Teilmodul zum bestimmungsgemäßen Anschluss an ein Niedrigvolt-Bordnetz und das zweite Teilmodul zum bestimmungsgemäßen Anschluss an ein Hochvolt-Bordnetz eingerichtet. „Niedrig-“ und „Hoch-“ ist hier insbesondere in Relation zueinander zu verstehen. Ein Niedrigvolt-Bordnetz ist insbesondere ein solches mit 6V, 12V oder 48V (in Abgrenzung zu 400V oder 800V als „Hochvolt“) Bordspannung. Ein Hochvolt-Bordnetz insbesondere ein solches mit 48V (in Abgrenzung zu 6V oder 12V als „Niedrigvolt“), 400V oder 800V Bordspannung. Für entsprechende gängige Spannungen ist die Erfindung besonders geeignet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Steuergerät verteilt aufgebaut und die beiden Teilmodule sind räumlich voneinander getrennt, wobei deren Abstand so gering gewählt ist, dass das erste Kommunikationssignal unverändert gegenüber dem gleichen, aber integral aufgebauten Steuergerät nutzbar ist. Mit anderen Worten sind die Teilmodule nur so weit voneinander entfernt, dass eine ungehinderte Kommunikation mit einem „einfachen“ ersten Kommunikationssignal, z.B. Logikpegeln, noch möglich ist. Der konkrete maximal mögliche Abstand hängt von dem verwendeten Kommunikationssignal, der Umgebung des Steuergerätes, EMV-Verhältnissen usw. ab.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Steuergerät weitere Teilmodule, die weitere Recheneinheiten und/oder Versorgungseinheiten enthalten und über weitere Koppler mit anderen Teilmodulen verbunden sind. Mit anderen Worten ist die Erfindung nicht auf zwei Teilmodule, zwei Bordnetze, zwei Recheneinheiten und die sonstigen bisher genannten Komponenten usw. begrenzt. Die Erfindung wurde lediglich konkret anhand der zwei Teilmodule erläutert, kann aber auf beliebig viele Teilmodule usw. erweitert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist jede der Recheneinheiten über eine jeweilige Verknüpfungseinheit unter Umgehung anderer Recheneinheiten mit einer der Kommunikationseinheiten verbunden. Weitere bzw. andere Recheneinheiten müssen somit nicht in Betrieb bzw. störungsfrei in Betrieb sein, um eine Kommunikation zwischen einer bestimmten Recheneinheit und der Außenwelt zu ermöglichen. Voraussetzung ist lediglich eine funktionierende Kommunikationskette von der Recheneinheit zur Außenwelt (z.B. Recheneinheit - Koppler - Verknüpfungseinheit - Kommunikationseinheit - Kommunikationsanschluss).
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 9 zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Steuergerätes. Bei dem Verfahren erkennt bei einem zumindest Teilausfall mindestens einer Komponente des Steuergerätes und/oder mindestens eines der Bordnetze mindestens eine der Recheneinheiten diesen Ausfall und löst eine sonstige Ausfallreaktion aus, setzt insbesondere eine Ausfallmeldung als erstes Kommunikationssignal ab.
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Wie oben erläutert, muss dazu nur die entsprechende Kommunikationskette intakt sein, alle sonstigen Komponenten dürfen ausfallen.
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Das Verfahren und zumindest ein Teil dessen Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät erläutert.
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Die Aufgabe der Findung wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Steuergerätes, das eine Versorgungseinheit im zweiten Teilmodul - wie oben anhand der entsprechenden Ausführungsform erläutert wurde - aufweist. Bei dem Verfahren wird beim Start des Steuergerätes die Versorgungseinheit im zweiten Teilmodul vermittels des zweiten Kopplers gestartet, um die Recheneinheit im zweiten Teilmodul mit Energie zu versorgen. Dies ermöglicht den einfachen Start der Versorgungseinheit unter Umgehung der zweiten Recheneinheit im zweiten Teilmodul, die zu diesem Zeitpunkt noch nicht mit Energie versorgt ist.
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Das Verfahren und zumindest ein Teil dessen Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden ansonsten sinngemäß bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät erläutert.
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Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
- 1 ein Steuergerät gemäß der Erfindung im Blockschaltbild.
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1 zeigt ein Steuergerät 2 in einem hier nicht näher dargestellten Fahrzeug 4. Das Fahrzeug 4 weist zwei Bordnetze 6a,b mit Bordspannungen von 12V und 400V auf. Das Steuergerät 2 enthält ein erstes Teilmodul 8a und ein zweites Teilmodul 8b. Die beiden Teilmodule 8a,b sind galvanisch voneinander getrennt.
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Das erste Teilmodul 8a enthält eine erste Recheneinheit 10a. Diese kommuniziert über erste Kommunikationssignale 12 (in der Figur nur symbolisch angedeutet), hier einfache Logikpegel, mit weiteren Komponenten des Steuergerätes 2. Auch mit einer Außenwelt 14 des Steuergerätes 2 findet eine Kommunikation statt. Hierzu enthält das Teilmodul 8a zwei Kommunikationseinheiten 16a,b, hier Transceiver, die über in der Figur als Linien dargestellte Kommunikationskanäle mit der Recheneinheit 10a verbunden sind. In den Kommunikationseinheiten 16a,b findet eine Umsetzung des ersten Kommunikationssignals 12 auf ein robustes, störsicheres zweites Kommunikationssignal 18 statt. Dieses wird über Kommunikationsanschlüsse 20a,b in die bzw. von der Außenwelt 14 übertragen.
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Die Energieversorgung innerhalb des ersten Teilmoduls 8a erfolgt über eine erste Versorgungseinheit 22a (hier eine Leistungsversorgung: „Power Supply“) aus dem ersten Bordnetz 6a. Die gesamte Funktionalität des ersten Teilmoduls 8a ist also über das erste Bordnetz 6a gespeist.
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Das Steuergerät 2 enthält außerdem eine zweite Recheneinheit 10b (hier sind beide Recheneinheiten 10a,b Mikrocontroller) im zweiten Teilmodul 8b. Auch diese kommuniziert mit Hilfe des ersten Kommunikationssignals 12. Eine Kommunikationsverbindung besteht jedoch ausschließlich zum ersten Teilmodul 8a. Hierfür ist in die entsprechende Kommunikationsverbindung ein erster galvanisch trennender Koppler 24a geschaltet.
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Die jeweiligen Kommunikationsverbindungen der Recheneinheiten 10a,b sind jeweils über eine Verknüpfungseinheit 26a,b zusammengeführt. So können über die Verknüpfungseinheit 26a beide Recheneinheiten 10a,b über den ersten Kommunikationsanschluss 20a mit der Außenwelt 14, aber auch untereinander kommunizieren. Über die Verknüpfungseinheit 26b können dagegen beide Recheneinheiten 10a,b über den zweiten Kommunikationsanschluss 20b mit der Außenwelt 14, aber auch untereinander kommunizieren.
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Die Energieversorgung innerhalb des zweiten Teilmoduls 8b erfolgt über eine zweite Versorgungseinheit 22b aus dem zweiten Bordnetz 6b. Die gesamte Funktionalität des zweiten Teilmoduls 8b ist also über das zweite Bordnetz 6b gespeist.
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Die Versorgungseinheiten 22a,b stellen in der Regel pro Teilmodul 8a,b mehrere Versorgungsspannungen zur Verfügung. Solange die jeweilige Versorgungsspannung für die Recheneinheiten 10a,b und die Kommunikationskanäle zur Außenwelt 14 noch intakt sind, können diese auch über sonstige Fehler und Ausfälle im Steuergerät 2 zur Außenwelt 14 hin berichten.
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Die Versorgungseinheit 22b ist kommunikationstechnisch über einen zweiten Koppler 24b mit der ersten Recheneinheit 10a verbunden. Diese Verbindung dient dem Startvorgang des Steuergerätes 2 wie folgt:
- Zunächst befinden sich beide Versorgungseinheiten 22a,b in einem Ruhezustand („Schlafen“). Über einen der Kommunikationsanschlüsse 20a,b trifft nun ein Startsignal („Wecksignal“) für das Steuergerät 2 ein, welches über die Kommunikationseinheiten 16a oder 16b die Versorgungseinheit 22a aus dem Ruhezustand in den Arbeitszustand versetzt. Letztere versorgt daher das gesamte erste Teilmodul 8a mit Energie. Daraufhin nimmt die Recheneinheit 10a ihren Betrieb auf. Über den zweiten Koppler 24b aktiviert die Recheneinheit 10a dann die Versorgungseinheit 22b. In der Folge ist auch das zweite Teilmodul 8b und damit das gesamte Steuergerät 2 mit Energie versorgt. Auch die Recheneinheit 10b nimmt ihren Betrieb auf. Damit ist das gesamte Steuergerät 2 gestartet.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Steuergerät
- 4
- Fahrzeug
- 6a,b
- Bordnetz
- 8a,b
- Teilmodul
- 10a,b
- Recheneinheit
- 12
- erstes Kommunikationssignal
- 14
- Außenwelt
- 16a,b
- Kommunikationseinheit
- 18
- zweites Kommunikationssignal
- 20a,b
- Kommunikationsanschluss
- 22a,b
- Versorgungseinheit
- 24a,b
- Koppler
- 26a,b
- Verknüpfungseinheit
