DE102019113139A1

DE102019113139A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Stromsteuerung eines Aktuators

Info

Publication number: DE102019113139A1
Application number: DE102019113139.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Belling-Hoffmann; Christian Kaufmann
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2020-11-19
Also published as: US20220209524A1; CN113841313A; WO2020233937A1; US11791618B2; CN113841313B

Abstract

Eine Vorrichtung zur Stromsteuerung eines Aktuators (10) ist offenbart. Die Vorrichtung umfasst zumindest ein Steuergerät (100, 200) mit einem ersten Terminal (110, 210), einem ersten Schalter (114, 124), einem zweiten Terminal (120, 220) und einen zweiten Schalter (124, 224), um einen Stromfluss durch den Aktuator (10) über das erste Terminal (110, 210) und das zweite Terminal (120, 220) unabhängig voneinander zu steuern. Außerdem umfasst die Vorrichtung eine erste Strommesseinrichtung (112) zur Messung eines ersten Stromes (11) durch das erste Terminal (110); und eine zweite Strommesseinrichtung (122) zur Messung eines zweiten Stromes (12) durch das zweite Terminal (120), wobei die erste Strommesseinrichtung (112) und die zweite Strommesseinrichtung (122) in dem zumindest einen Steuergerät (100, 200) integriert sind, um Fehlerströme (I1_fail, I2_fail) erfassbar zu machen

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Stromsteuerung eines Aktuators und insbesondere auf eine Schaltung zur Strommessung eines Steuergerätes eines Aktuatorsystems in Fahrzeugen.
In den meisten Fällen werden Aktuatoren durch elektronische Steuergeräte mittels Spannungsteuerung (dU/dt) geregelt. Eine Stromregelung (I) ist ebenfalls möglich, diese ist jedoch im Vergleich zur Spannungssteuerung relativ teuer bzw. aufwendig, da dazu zusätzliche elektrische Schaltungen verwendet werden. Die Regelung über den Strom kann über intelligente Endstufen mit integrierter Strommessung (ungenau) oder auch mittels einer nachgelagerten elektrischen Schaltung zur Messung des aktuellen Stroms erfolgen. Hierbei ist in konventionellen Systemen eine einfache Strommessung über einen Shunt auf der Spannungsseite ausreichend, da der Aktuator über eine Leitung angesteuert wird und das Bezugspotential sich definiert im Steuergerät befindet.
5 zeigt eine konventionelle Vorrichtung zur Stromsteuerung, wie sie im Stand der Technik bereits bekannt ist. Hierbei handelt es sich um eine sogenannte Ein-System Strommessung, da nur ein Steuergerät zur Ansteuerung genutzt wird.
Die Vorrichtung umfasst in einem solchen System ein Steuergerät 500, das mit einer Spannungsquelle 150 mit elektrischem Strom versorgt wird. Das Steuergerät 500 umfasst ein erstes Terminal 510 und ein zweites Terminal 520 zwischen denen ein Aktuator 10 geschaltet ist. Der Strom 11 fließt zum Beispiel aus dem ersten Terminal 510 in den Aktuator 10 und ein Rückstrom 12 durch das zweite Terminal 520 zurück in das Steuergerät 500. Das erste Terminal 510 ist mit der Spannungsquelle 150 über einen ersten Schalter 514 verbunden, sodass durch ein Schließen des ersten Schalters 514 der Strom 11 durch das erste Terminal 510 bereitgestellt wird. Das zweite Terminal 520 ist über einen zweiten Schalter 524 ebenfalls mit der Spannungsquelle 150 oder deren Masseanschluss verbunden. Durch ein Schalten des zweiten Terminals 524 kann der Strom 12 durch das zweite Terminal 520 abgeleitet werden.
In der gezeigten konventionellen Vorrichtung ist außerdem eine Strommesseinrichtung 512 ausgebildet, die den ausgehenden Strom 11 aus dem ersten Terminal 510 misst. In der konventionellen Vorrichtung ist die Auflösung jedoch nicht exakt genug, um einen dynamischen Regelkreis zur Stromregelung zu erzeugen. Sie dient lediglich der Kurzschlusserkennung.
Ein Teil des ausgehenden Stromes 11 kann jedoch aufgrund von Defekten vor oder nach dem Aktuator 10 abfließen (z.B. zur Masse oder auf ein anderes Spannungsniveau). Diese Verlustströme oder Fehlerströme sind schematisch durch I1_fail oder I2_fail dargestellt, die beispielsweise über Fehlerwiderstände R1_fail oder R2_fail von dem ersten Terminal 510 oder dem zweiten Terminal 520 auf das Massepotential oder auch auf eine Batteriespannung abfließen können (mit R1_fail oder R2_fail kann ein beliebiges Potential simuliert werden). Für diese Ströme gilt: $I_{1} = I_{2} + I_{1_fail} + I_{2_fail} .$
Da die Fehlerströme im Allgemeinen nicht bekannt sind, kann dies zu Fehlern bei der Steuerung des Aktuators 10 führen. Dieses Problem verstärkt sich noch, wenn mehrere Steuergeräte einen Aktuator ansteuern.
Somit besteht ein Bedarf nach einer Verbesserung der Überwachung von Aktuatoren.
Diese Probleme werden durch eine Vorrichtung zur Stromsteuerung von Aktuatoren nach Anspruch 1 und ein entsprechendes Verfahren nach Anspruch 11 zumindest teilweise gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Stromsteuerung eines Aktuators. Die Vorrichtung umfasst zumindest ein Steuergerät mit einem ersten Terminal, einem ersten Schalter, einem zweiten Terminal und einem zweiten Schalter, um einen Stromfluss durch den Aktuator über das erste Terminal und das zweite Terminal unabhängig voneinander zu steuern. Die Vorrichtung umfasst weiter eine erste Strommesseinrichtung zur Messung eines ersten Stromes durch das erste Terminal und eine zweite Strommesseinrichtung zur Messung eines zweiten Stromes durch das zweite Terminal. Die erste Strommesseinrichtung und die zweite Strommesseinrichtung sind in dem zumindest einen Steuergerät integriert, um Fehlerströme erfassbar zu machen.
Das Ansteuern des Aktuators umfasst im einfachsten Fall ein Öffnen oder Schließen der entsprechenden Schalter, kann aber auch eine gezielte Einstellung einer gewünschten oder erforderlichen Stromstärke einschließen, um so die Stromregelung umzusetzen.
Optional umfasst die Vorrichtung eine Auswerteeinheit, die ausgebildet ist, um den ersten Strom und den zweiten Strom zu vergleichen und ein Fehlersignal auszugeben, wenn der Vergleich auf einen Fehlerstrom hinweist.
Das Fehlersignal kann von einem Differenzsignal zwischen dem ersten Strom und dem zweiten Strom abhängen und die Auswerteeinheit kann optional ausgebildet sein, das Fehlersignal auszugeben, wenn das Differenzsignal einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Da der elektrische Strom nicht verloren gehen kann, ist ein von Null verschiedenes Differenzsignal ein Indiz dafür, dass Strom abfließt. Wenn dieser Abfluss ein tolerierbares Maß (definierbar über den Schwellwert) überschreitet, sind Reaktionen angeraten. Zumindest könnte dann die Ansteuerung geändert werden, um sicher zu gehen, dass der Aktuator immer noch die gewünschte Funktion erfüllt.
Das erste Terminal kann als ein High-Side-Terminal und das zweite Terminal kann als ein Low-Side-Terminal ausgebildet sein. Außerdem umfasst die erste Strommesseinrichtung optional einen Stromspiegel und/oder einen ersten Shunt-Widerstand zur Erzeugung eines ersten Spannungswertes. Die zweite Strommesseinrichtung kann einen zweiten Shunt-Widerstand zur Erzeugung eines zweiten Spannungswertes aufweisen, sodass der Fehlerstrom auf eine Differenz des ersten Spannungswertes und des zweiten Spannungswertes basiert sein kann. Die High-Side und Low-Side beziehen sich auf elektrische Spannungsniveaus. So kann zum Beispiel die Masse als Low-Side definiert sein, von dem aus die High-Side ein Anregungsniveau darstellt (höheres Spannungsniveaus). Da in einem Fahrzeug jedoch verschiedene Spannungspotentiale anliegen können, muss das Low-Side-Potential nicht zwingend Masse sein, sondern entspricht lediglich einem Referenzpotential.
Das Differenzsignal kann daher basierend auf Spannungswerten durch einen Komparator ermittelt werden, wobei die einzelnen Ströme durch Nutzung der Shunt-Widerstände in die entsprechenden Spannungswerte umgewandelt werden. Zur Auswertung kann die Auswerteeinheit eine Analyselogik, z.B. integriert oder als separate Schaltungslogik, aufweisen.
Optional umfasst die Vorrichtung ein erstes Steuergerät und ein zweites Steuergerät (Teil des zumindest einen Steuergeräts), die jeweils mit dem Aktuator verbindbar oder verbunden sind und ausgebildet sind, um den Aktuator unabhängig über schaltbare Terminals anzusteuern. Das erste Steuergerät und das zweite Steuergerät können jeweils eine erste Strommesseinrichtung und eine zweite Strommesseinrichtung umfassen, um jeweils den ersten Strom durch das jeweilige erste Terminal und den zweiten Strom durch das jeweilige zweite Terminal unabhängig zu erfassen.
Optional ist das erste Steuergerät als primäres Steuergerät konfiguriert und das zweite Steuergerät als sekundäres Steuergerät konfiguriert. Auf diese Weise soll ein gleichzeitiges Ansteuern des Aktuators verhindert werden bzw. bei einem Ausfall oder einem Fehler des ersten Steuergerätes kann die Ansteuerung des Aktuators durch das zweite Steuergerät sichergestellt / priorisiert werden.
Das erste Steuergerät und das zweite Steuergerät können jeweils einen ersten Schalter zum Durchschalten des jeweiligen ersten Terminals (z.B. an eine oder verschiedene Stromversorgungen) aufweisen. Ebenso können das erste Steuergerät und das zweite Steuergerät jeweils einen zweiten Schalter zum Durchschalten des jeweiligen zweiten Terminals (z.B. an eine oder verschiedene Stromversorgungen) aufweisen. Optional umfasst die Auswerteinheit eine Logik, die dann ausgebildet ist, um einen Fehler durch ein Messen von Strömen durch die beiden ersten Strommesseeinrichtungen und durch die beiden zweiten Strommesseeinrichtungen während der folgenden Schaltzustände festzustellen: (i) beide ersten Schalter und eines der beiden zweiten Schalter sind geschlossen; oder (ii) beide zweiten Schalter und eines der beiden ersten Schalter sind geschlossen. Der jeweils andere Schalter ist offen.
Optional sind eine erste Spannungsversorgung für das erste Steuergerät und eine zweite Spannungsversorgung für das zweite Steuergerät vorhanden, wobei die erste und die zweite Spannungsversorgung voneinander unabhängig sein können.
Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine elektronische Steuereinheit (ECU, electronic control unit) für ein Fahrzeug, das insbesondere ein Nutzfahrzeug sein kann. Die elektronische Steuereinheit umfasst eine der zuvor definierten Vorrichtungen.
Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Nutzfahrzeug mit einer der zuvor definierten elektronischen Steuereinheiten.
Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zur Stromsteuerung eines Aktuators. Das Verfahren nutzt zumindest ein Steuergerät mit einem ersten Terminal und einem zweiten Terminal, die unabhängig voneinander schaltbar sind, wobei der Aktuator über das erste Terminal und/oder das zweite Terminal gesteuert wird. Das Verfahren umfasst weiter die Schritte:

- Messen, in dem zumindest einen Steuergerät, eines ersten Stromes durch das erste Terminal; und
- Messen, in dem zumindest einen Steuergerät, eines zweiten Stromes durch das zweite Terminal; und
- Feststellen zumindest eines Fehlerstromes basierend auf den gemessenen ersten Strom und den gemessenen zweiten Strom.

Die beiden erstgenannten Schritte (Messen des ersten und zweiten Stromes) sollten möglichst gleichzeitig erfolgen, und den Fehlerstrom korrekt erfassen.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung lösen die obengenannten technischen Probleme durch ein Prinzip zur Strommessung bei gemeinsam genutzten Aktuatoren und durch einen Schaltungsvorschlag sowie eine mögliche Logik zur Auswertung. Da das System zwei elektronische Steuergeräte aufweisen kann, die gemeinsam den Aktuator ansteuern, wird im Prinzip eine Strommessung in jedem stromführenden Pfad vorgesehen. Das bedeutet, dass jeweils im High-Side-Pfad und im Low-Side-Pfad eine Strommessung vorgesehen wird. Neben einer zuverlässigen Stromregelung der Aktuatoren besteht somit auch die Möglichkeit Fehl- oder Rückströme zu messen. Beide Fehlerstromarten werden erkannt, was ein hohes Maß an Sicherheit bietet. Damit kann sichergestellt werden, dass der jeweilige Aktuator von dem jeweils aktiven elektronischen Steuergerät korrekt angesteuert werden kann.
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden von der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränken, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen.

1 zeigt eine Vorrichtung zur Stromsteuerung eines Aktuators gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt weitere Details der Vorrichtung aus 1.
3 zeigt eine Vorrichtung zur Stromsteuerung eines Aktuators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
4 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Stromsteuerung eines Aktuators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiels.
5 zeigt eine konventionelle Vorrichtung zur Stromsteuerung.

1 zeigt eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die zur Stromregelung eines Aktuators 10 geeignet oder vorgesehen ist. Die Vorrichtung umfasst ein Steuergerät 100 mit einem ersten Terminal 110 und einem zweiten Terminal 120 und ist mit einer Spannungsversorgung 150 verbunden oder verbindbar. Das Steuergerät 100 umfasst außerdem eine erste Strommesseinrichtung 112 zur Messung eines ersten Stromes 11 durch das erste Terminal 110 und eine zweite Strommesseinrichtung 122 zur Messung eines zweiten Stromes 12 durch das zweitem Terminal 120.
Außerdem umfasst das Steuergerät 100 einen ersten Schalter 114 (z.B. als High-Side-Schalter), um einen Strompfad von der Spannungsversorgung 150 an das erste Terminal 110 zu schalten. Der erste Schalter 114 kann über einen ersten Steueranschluss 113 von einem Mikrocontroller (nicht gezeigt) gesteuert werden. Außerdem umfasst das Steuergerät 100 einen zweiten Schalter 124 (z.B. als Low-Side-Schalter), um einen weiteren Strompfad (z.B. einen Massepfad) von dem zweiten Terminal 120 zu der Spannungsversorgung 150 zu schalten. Der zweite Schalter 124 kann ebenfalls über einen zweiten Steueranschluss 123 von einem Mikrocontroller (nicht gezeigt) gesteuert werden.
Die Vorrichtung zur Stromsteuerung ist somit insbesondere ausgebildet, um den Fehlerstrom I1_fail, der z.B. von dem ersten Terminal 110 abfließt, und den Fehlerstrom I2_fail, der z.B. von dem zweiten Terminal 120 abfließt, zu detektieren (bzw. zumindest deren Summe). Die Fehlerströme I1_fail, I2_fail können, müssen aber nicht, auf ein Masseniveau geleitet werden. Die unterschiedlichen möglichen Spannungsniveaus, zu denen die Fehlerströme I1_fail, I2_fail fließen können, sind über die Fehlerwiderstände R1_fail bzw. R2_fail in der 1 parametrisiert.
Da diese Fehlerströme I1_fail, I2_fail Verluste darstellen und in der Stromregelung nicht zur Steuerung des Aktuators 10 genutzt werden können, kann das Steuergerät 100 durch die Detektion der Fehlerströme I1_fail, I2_fail den damit verbundenen negativen Effekt kompensieren bzw. über eine Warnmitteilung darauf hinweisen.
Es versteht sich, dass die Fehlerströme I1_fail und I2_fail wie auch die anderen Ströme im Prinzip auch negativ sein können. Dies ist zum Beispiel dann möglich, wenn weitere Spannungsquellen oder andere Spannungspotentiale vorhanden sind, was z.B. in Fahrzeugen durchaus üblich ist. Aber auch solche eingeleiteten Fehlerströme können durch die beiden Strommesseinrichtungen 112, 122 zuverlässig detektiert und entsprechend berücksichtigt werden.
2 zeigt weitere Details der Vorrichtung zur Stromregelung, wie sie in der 1 dargestellt ist. Insbesondere sind in der 2 Details zur Umsetzung der ersten und zweiten Strommesseinrichtungen 112, 122 und der entsprechenden Schalter 114, 124 dargestellt.
Der erste Schalter 114 koppelt dabei an die Spannungsversorgung 150, die mit einem Pol auf Masse 160 liegt, und umfasst einen Transistor M1 als Schalterelement, der die erste Spannungsversorgung 150 ansprechend auf ein Steuersignal mit einem ersten Shunt-Widerstand SHUNT_H verbindet. Zwischen dem Transistor M1 und dem ersten Shunt-Widerstand SHUNT_H wird ein Stromsignal abgenommen und der ersten Strommesseinrichtung 112 zugeführt, die beispielhaft als ein Stromspiegel ausgebildet ist. Die Anordnung kann auch in anderer Reihenfolge sein, wobei Spannungen vor und hinter dem Shunt abgegriffen und der Strommesseinrichtung zugeführt werden. Auf der anderen Seite des ersten Shunt-Widerstands SHUNT_H wird der erste Strom 11 als Ausgangssignal an das erste Terminal 110 geleitet und außerdem dem Stromspiegel 112 zugeführt. Die genutzten Shunt-Widerstände können auch MOSFETs sein oder einen solchen aufweisen.
Der Aktuator 10 erhält den ersten Strom 11 und umfasst, zum Beispiel in einem Ersatzschaltbild, einen Widerstand R und eine Induktivität L. Der Aktuator 10 verbindet das ersten Terminal 110 mit dem zweiten Termin 120, der einen Eingang für die zweite Strommesseinrichtung 122 darstellt. Die zweite Strommesseinrichtung 122 umfasst einen zweiten Transistor M2 als Schaltelement und einen zweiten Shunt-Widerstand SHUNT_L, der den zweiten Transistor M2 auf der anderen Seite mit Masse 160 verbindet. Die Transistoren M1 und M2 werden über eine entsprechende Steuerlogik angesteuert, die in der 2 nicht dargestellt ist bzw. nur in Form einer Spannungsquelle dargestellt ist, die die Transistoren M1 und M2 ein- und ausschaltet.
Beispielhaft ist in der 2 ein Fehlerstrom I1_fail gezeigt, der den Fehlerstrom von dem ersten Terminal 110 hin zur Masse 160 darstellt.
Der Stromspiegel 112 erzeugt ein erstes Stromsignal S1, welches einer Auswerteschaltung 130 zugeführt wird. Die Auswerteschaltung 130 empfängt außerdem ein zweites Stromsignal S2 von dem zweiten Stromsensors 122, der von einem Knoten zwischen dem zweiten Transistor M2 und dem zweiten Shunt-Widerstand SHUNT_L abgenommen wird. In der Auswerteschaltung 130 wird das erste Stromsignal S1 mit dem zweiten Stromsignal S2 verglichen und als ein Differenzsignal DIFF ausgegeben. Der Vergleich geschieht beispielhaft mit einem Komparator U1, der an einem ersten Eingang das S1-Signal und einem zweiten Eingang des S2-Signal empfängt (die optional mittels weiterer Widerstände angepasst werden). Die Auswerteschaltung 130 kann einen weiteren Eingang 133 umfassen, mit welchem zusätzliche, optionale Stromsignale von weiteren Shunt-Widerständen empfangen und ausgewertet werden können.
Der Stromspiegel 112 umfasst ebenfalls einen weiteren Komparator U2, der das Stromsignal von beiden Seiten des ersten Shunt-Widerstandes SHUNT_H empfängt und miteinander vergleicht, sodass bei Überschreiten einer Mindestschwelle das erste Stromsignal S1 ausgegeben wird. Hierzu ist im Stromspiegel ein Transistor Q1 vorhanden, der durch ein Ausgangssignal des Komparators U2 angesteuert wird und den Eingang des Stromspiegels mit dem Ausgang verbindet, sodass dann dort das erste Stromsignal S1 erzeugt wird, wenn der Transistor Q1 geschlossen wird.
Zwischen allen genannten Komponenten können weiteren Widerständen ausgebildet sein, die eine Anpassung der jeweiligen Spannungsniveau bewirken.
Außerdem ist in dem Ausführungsbeispiel der 2 eine Fehleranalyseeinheit 140 (Fehlerlogik) vorhanden, die beispielhaft drei Eingänge aufweist: einen ersten Eingang 141, an dem das Differenzsignal DIFF eingegeben werden kann, einen zweiter Eingang 142 und einen dritter Eingang 143, an denen die beidseitigen Signalzustände des Aktuators 10 angelegt werden können. Die Fehleranalyseeinheit 140 ist ausgebildet, um basierend auf den Differenzsignal DIFF am Ausgang der Auswerteschaltung 130 den Aktuator 10 entsprechend zu steuern bzw. dessen Ansteuerung zu ändern oder auch ein Fehlersignal auszugeben.
Die gezeigte Strommessung erfolgt innerhalb eines Elektronischen Steuergerätes 100, was konkret bedeutet, dass der Strom im High-Side-Pfad über einen Shunt-Widerstand SHUNT_H und einem Stromspiegel gemessen wird. Aus dieser Schaltung lässt sich wie beschrieben der Fehlerstrom bestimmen, wobei eine Softwarelogik (z.B. Analyseschaltung 140) nicht zwingend erforderlich ist.
Insbesondere lässt sich diese Strommessung in einem Steuergerät 100 integrieren, das keine Mehrfachverwendung von Aktuatoren vorsieht. Der Vorteil für ein solches Ein-System-Steuergerät ist, dass sich eine Stromregelung von dem Aktuator 10 darstellen lässt, wozu das erste Signal S1 über den Microcontroller 140 ausgewertet und für die Regelung verwendet wird.
Der Aktuator kann beispielsweise ein Sensor für einen PCV-Aktuator sein, der beispielsweise einen pneumatischen Druck steuert bzw. dessen Einstellung überwacht.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Vorrichtung zur Stromsteuerung, die nicht nur ein elektronisches Steuergerät umfasst. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung ein erstes elektronisches Steuergerät 100 und ein zweites elektronisches Steuergerät 200. Beide Steuergeräte 100, 200 können in der gleichen oder ähnlichen Weise ausgebildet sein und gleichwirkende Komponenten aufweisen. Insbesondere kann das erste Steuergerät 100 und/oder das zweite Steuergeräte 200 die gleichen Komponenten aufweisen, wie das Steuergerät aus der 1. Dies ist jedoch nicht zwingend der Fall, es können auch vollständig verschiedene Steuergeräte sein.
Das erste Steuergerät 100 wird beispielsweise mit einer ersten Spannungsquelle 150 mit elektrischem Strom versorgt. In ähnlicher Weise wird das zweite Steuergerät 200 mit einer zweiten elektrischen Spannungsquelle 250 mit einem elektrischen Strom versorgt.
Das zweite Steuergerät 200 umfasst - wie auch das erste Steuergerät 100 - einen beispielhaften High-Side-Schalter 214, der über eine High-Side-Steuerleitung 213 angesteuert wird, und einen Low-Side-Schalter 224, der über eine Low-Side-Steuerleitung 223 angesteuert wird. Der High-Side-Schalter 214 verbindet wiederum das erste Terminal 210 mit der Spannungsversorgung 250 und der Low-Side-Schalter verbindet das zweite Terminal 220 mit der zweiten Spannungsquelle 250. Die High-Side- und Low-Side-Komponenten können wiederum auch als erste/zweite Schalter/Steueranschlüsse bezeichnet werden.
Es versteht sich, dass entlang der Strompfade weitere Komponenten ausgebildet sein können, die der Übersicht halber weggelassen wurden.
Das zweite Steuergerät 200 umfasst (wie auch das erste Steuergerät 100) eine erste Strommesseinrichtung 212 zum Messen eines ersten Stroms 121 durch das erste Terminal 210 und eine zweite Strommesseinrichtung 222 zum Messen eines zweiten Stroms I22 durch das zweite Terminal 220.
Auf diese Weise umfassen die beiden Steuergeräten 100, 200 insgesamt vier Strommesseinrichtungen 112, 122, 212, 222 die ausgebildet sind, um den jeweiligen Strom durch jedes der vier Terminals 110, 120, 210, 220 zu erfassen. Da der elektrische Strom nicht verloren geht (der Verlust sind die Fehlerströme), können mit diesen vier Strommesseinrichtung 112, 122, 212, 222 alle Ströme, einschließlich der Fehlerströme, erfasst werden. Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob zwischen dem Aktuator 10 und dem ersten Steuergerät 100 bzw. zwischen dem Aktuator 10 und dem zweiten Steuergerät 200 Fehlerströme I1_fail, I2_fail beispielsweise auf Masse, abfließen (z.B. über Fehlerwiderstände R1_fail, R2_fail). Bei den Fehlströmen I1_fail, I2_fail kann es sich auch um Nebenschlüsse auf ein anderes Potential handeln.
Da die beiden beschriebenen Steuergeräte 100, 200 von unterschiedlichen Spannungsversorgungen 150, 250 versorgt werden können, sollte die Ansteuerung der gemeinsam genutzten Aktuatoren 10 nicht gemeinsam zur gleichen Zeit erfolgen. Daher kann gemäß Ausführungsbeispielen eines der Steuergeräte 100, 200 als primäres Steuergerät genutzt werden und das andere als sekundäres Steuergerät.
Durch Spannungsdifferenzen oder Masseversätze der jeweiligen Spannungsquellen 150, 250 könnten bei einer gemeinsamen Ansteuerung Ausgleichs- oder Rückströme auftreten, die die elektronischen Steuergeräte 100, 200 schädigen könnten. Durch die Strommessungen aller High-Side- und Low-Side-Pfade (durch die Terminals 110, 120, 210, 220) können gemäß Ausführungsbeispiele durch Differenz- oder Summenbildung alle Ströme und mögliche Ausgleichsströme zuverlässig erkannt werden. Das System kann basierend darauf entsprechend reagieren und zum Beispiel das erste Steuergerät 100 (wenn es als primäres Steuergerät genutzt wird) abschalten und das sekundäre Steuergerät (z.B. das zweite elektronische Steuergerät 200) zur weiteren Steuerung nutzen. Dadurch wird das primäre Steuergerät 100 bzw. seine Stromführenden Pfade vor Rückströmen geschützt.
4 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren zur Stromsteuerung eines Aktuators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das Verfahren umfasst:

- Messen S110, in dem zumindest einen Steuergerät 100, 200, eines ersten Stromes 11 durch das erste Terminal 110;
- Messen S120, in dem zumindest einen Steuergerät 100, 200, eines zweiten Stromes 12 durch das zweite Terminal 120; und
- Feststellen S130 zumindest eines Fehlerstromes I1_fail, I2_fail basierend auf den gemessenen ersten Strom 11 und den unabhängig gemessenen zweiten Strom 12.

In einem System, bei dem der Aktuator 10 von mehreren Steuergeräten 100, 200 angesteuert wird, kann mittels dieser Strommessung aus beiden Steuergeräten 100, 200 die Fehlerdiagnose und das Fehlerhandling optimiert werden. Es ist somit möglich, den gemessenen Fehlerstrom I1_fail, I2_fail zu analysieren und ggf. bis zu einer definierten Grenze zu tolerieren. In Antwort auf die Messung kann auch gezielt das primäre Steuergerät 100 abgeschaltet und die Steuerung auf das sekundäre Steuergerät 200 übertragen werden.
Außerdem ist es möglich, aus beiden Steuergeräten 100, 200 die aktuellen Schalterstände (der Schalter 114, 124, 214, 224) zu ermitteln. Wenn beispielsweise die Low-Side-Pfade durch die zweiten Terminal 120, 220 beider Steuergeräte 100, 200 durchgesteuert sind und ein Steuergerät nun sein High-Side-Schalter 114, 124 schaltet, kann anhand der Stromrückmeldungen erkannt werden, über welchen Low-Side-Schalter 124, 224 der Strom 112, 122 zurückgeführt wird. Durch eine entsprechende Logik kann so festgestellt werden, ob es sich um einen Fehler handelt und entsprechend reagiert werden sollte.
Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

10: Aktuator
100, 200, 500: Steuergerät(e)
110, 210, 510: erster Terminal (z.B. High-Side)
112, 212, 512: erste Strommesseinrichtung(en)
113, 213, 513: Steueranschlüsse für erste Schalter
114, 214, 514: erste Schalter
120, 220, 520: zweiter Terminal (z.B. Low-Side)
122, 222: zweite Strommesseinrichtung(en)
123, 223, 513, 523: Steueranschlüsse für zweite Schalter
124, 224: zweite Schalter
130: Auswerteschaltung
140: Analyseeinheit
141, 142, 143: Anschlüsse von Analyseeinheit
150: erste Spannungsversorgung
160: Masse (oder Referenzpotential)
250: zweite Spannungsversorgung
11: erster Strom (z.B. auf High-Side)
12: zweiter Strom (z.B. auf Low-Side)
I1_fail: erster Fehlerstrom
I2_fail: zweiter Fehlerstrom
R1_fail, R2_fail: Fehlerwiderstände
U1, U2: Komparator(en)
M1, M2, Q1: Transistoren
S1, S2: Stromsignale/Spannungswerte
DIFF: Differenzsignal
R, L: Widerstand, Induktivität (im Ersatzschaltbild des Aktuators)
SHUNT_H, SHUNT_L: Shunt-Widerstände

Claims

Vorrichtung zur Stromsteuerung eines Aktuators (10), wobei die Vorrichtung zumindest ein Steuergerät (100, 200) mit einem ersten Terminal (110, 210), einem ersten Schalter (114, 124), einem zweiten Terminal (120, 220) und einen zweiten Schalter (124, 224) umfasst, um einen Stromfluss durch den Aktuator (10) über das erste Terminal (110, 210) und das zweite Terminal (120, 220) unabhängig voneinander zu steuern, gekennzeichnet durch eine erste Strommesseinrichtung (112) zur Messung eines ersten Stromes (11) durch das erste Terminal (110); und eine zweite Strommesseinrichtung (122) zur Messung eines zweiten Stromes (12) durch das zweite Terminal (120), wobei die erste Strommesseinrichtung (112) und die zweite Strommesseinrichtung (122) in dem zumindest einen Steuergerät (100, 200) integriert sind, um Fehlerströme (I1 _fail, I2_fail) erfassbar zu machen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit (130, 140), die ausgebildet ist, um den ersten Strom (11) und den zweiten Strom (12) zu vergleichen und ein Fehlersignal auszugeben, wenn der Vergleich auf den Fehlerstrom (I1_fail, I2_fail) hinweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Fehlersignal von einem Differenzsignal (DIFF) zwischen dem ersten Strom (11) und dem zweiten Strom (12) abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (130, 140) ausgebildet ist, das Fehlersignal auszugeben, wenn das Differenzsignal einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Terminal (110) ein High-Side-Terminal ist und das zweite Terminal (120) ein Low-Side-Terminal ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strommesseinrichtung (112) einen Stromspiegel und einen ersten Shunt-Widerstand (SHUNT_H) zur Erzeugung eines ersten Spannungswertes (S1) aufweist; und die zweite Strommesseinrichtung (122) einen zweiten Shunt-Widerstand (SHUNT_L) zur Erzeugung eines zweiten Spannungswertes (S2) aufweist, wobei der Fehlerstrom auf eine Differenz (DIFF) des ersten Spannungswertes (S1) und des zweiten Spannungswertes (S2) basiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das zumindest eine Steuergerät (100, 200) ein erstes Steuergerät (100) und ein zweites Steuergerät (200) umfasst, die jeweils mit dem Aktuator (10) verbindbar sind und ausgebildet sind, um den Aktuator (10) unabhängig über schaltbare Terminals (110, 120, 210, 220) anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuergerät (100) und das zweite Steuergerät (200) jeweils eine erste Strommesseinrichtung (112, 212) und eine zweite Strommesseinrichtung (122, 222) umfassen, um jeweils den ersten Strom (11) durch den jeweiligen ersten Terminal (110, 210) und den zweiten Strom (12) durch den jeweiligen zweiten Terminal (120, 220) unabhängig zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuergerät (100) als primäres Steuergerät konfiguriert ist und das zweite Steuergerät (200) als sekundäres Steuergerät konfiguriert ist, um ein gleichzeitiges Ansteuern des Aktuators (10) zu verhindern und bei einem Ausfall oder einem Fehler des ersten Steuergerätes (100) in einen sicheren Zustand überzugehen und die Ansteuerung des Aktuators (10) durch das zweite Steuergerät (200) zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei das erste Steuergerät (100) und das zweite Steuergerät (200) einen ersten Schalter (114, 214) zum Durchschalten des jeweiligen ersten Terminals (110, 210) und einen zweiten Schalter (124, 224) zum Durchschalten des jeweiligen zweiten Terminals (120, 220) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinheit (130, 140) eine Logik (140) aufweist, die ausgebildet ist, um Schalterstände der ersten und zweiten Schalter (114, 124, 214, 224) durch ein Messen von Strömen durch die beiden ersten Strommesseinrichtungen (112, 212) und durch die beiden zweiten Strommesseinrichtungen (122, 222) während folgender Schaltzustände festzustellen: - beide ersten Schalter (114, 214) und eines der beiden zweiten Schalter (124, 224) sind geschlossen; oder - beide zweiten Schalter (124, 224) und eines der beiden ersten Schalter (114, 214) sind geschlossen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine erste Spannungsversorgung (150) für das erste Steuergerät (100) und eine zweite Spannungsversorgung (250) für das zweite Steuergerät (200), die unabhängig von der ersten Spannungsversorgung (150) ist.
Elektronische Steuereinheit für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Nutzfahrzeug gekennzeichnet durch eine elektronische Steuereinheit nach Anspruch 9.
Verfahren zur Stromsteuerung eines Aktuators (10) unter Nutzung von zumindest einem Steuergerät (100, 200) mit einem ersten Terminal (110, 210) und einem zweiten Terminal (120, 220), die unabhängig voneinander schaltbar sind, wobei der Aktuator (10) über das erste Terminal (110) und/oder das zweite Terminal (120) gesteuert wird, gekennzeichnet durch - Messen (S110), in dem zumindest einen Steuergerät (100, 200), eines ersten Stromes (11) durch das erste Terminal (110); und - Messen (S120), in dem zumindest einen Steuergerät (100, 200), eines zweiten Stromes (12) durch das zweite Terminal (120); und - Feststellen (S130) zumindest eines Fehlerstromes (I1_fail, I2_fail) basierend auf den gemessenen ersten Strom (11) und den unabhängig gemessenen zweiten Strom (12).