-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Baugruppe, insbesondere zum Einsatz an Bord eines Fahrzeugs.
-
Ein Fahrzeug umfasst eine elektrische Baugruppe, die zur Steuerung einer sicherheitsrelevanten Funktion eingerichtet sein kann. Beispielsweise kann die Baugruppe ein Element steuern, das Teil eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs ist. Der Antriebsstrang kann einen Antriebsmotor, eine Kupplung, ein Schaltgetriebe, ein Differenzialgetriebe und ein Antriebsrad umfassen, und die Baugruppe kann etwa zur Steuerung der Kupplung, des Schaltgetriebes oder des Differenzialgetriebes eingerichtet sein.
-
Die Baugruppe wird üblicherweise an einer vorbestimmten elektrischen Spannung betrieben, die einem Bordnetz des Fahrzeugs entnommen werden kann. Um eine Funktion der Baugruppe auch unter widrigen Umständen sicherzustellen, können Anschlüsse der Baugruppe für die Versorgungsspannung redundant ausgeführt sein. Insbesondere können zwei voneinander unabhängige Masseanschlüsse vorgesehen sein. Im Fall eines Defekts an einem der Masseanschlüsse kann ein Versorgungsstrom der Baugruppe durch den zweiten Masseanschluss fließen.
-
Die Masseanschlüsse sind fahrzeugseitig üblicherweise an einem zentralen Punkt elektrisch miteinander verbunden. Die Verbindungen sind häufig unterschiedlich ausgeführt, beispielsweise bezüglich ihrer Länge oder eines Leitungsquerschnitts, sodass die tatsächlich an der Baugruppe anliegende Spannung von dem verwendeten Masseanschluss abhängig sein kann. Das Massepotential der Baugruppe kann sich in diesem Fall von dem einer anderen Baugruppe unterscheiden; man spricht in diesem Fall von einem Masseversatz. Der Masseversatz kann für Probleme beim Betrieb der Baugruppe sorgen, beispielsweise in Form einer gestörten Kommunikation, wenn die Baugruppe zur elektrischen Kommunikation mit der anderen Baugruppe eingerichtet ist
-
Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Angabe einer verbesserten Technik zur redundanten Versorgung einer elektrischen Baugruppe. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
-
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine elektrische Baugruppe einen ersten Masseanschluss; einen zweiten Masseanschluss; und einen Versorgungsanschluss. Dabei ist die Baugruppe zur Verbindung mit einer elektrischen Spannung zwischen dem Versorgungsanschluss und wenigstens einem der Masseanschlüsse eingerichtet. Außerdem umfasst die Baugruppe einen ersten elektrischen Verbraucher, der mit dem Versorgungsanschluss und dem ersten Masseanschluss verbunden ist; und ein Bauteil zur Verbindung des zweiten Masseanschlusses mit dem ersten Verbraucher. Das Bauteil ist dazu eingerichtet, einen vorbestimmten Spannungsabfall zu erzeugen.
-
In einem Normalbetrieb sind üblicherweise beide Masseanschlüsse außerhalb der Baugruppe mittels dedizierter Masseleitungen mit einem gemeinsamen elektrischen Potential verbunden. Durch den vorbestimmten Spannungsabfall ist der erste Masseanschluss „attraktiver“ als der zweite, und ein Versorgungsstrom fließt hauptsächlich vom Versorgungsanschluss durch den ersten Verbraucher und weiter durch den ersten Masseanschluss. Ein Stromfluss durch den zweiten Masseanschluss kann in diesem Fall sehr gering sein. Sollte der erste Masseanschluss nicht mehr mit dem gemeinsamen externen Potential verbunden sein, beispielsweise durch einen Leitungsbruch, so fließt der Strom vom Versorgungsanschluss durch den ersten Verbraucher und weiter durch den zweiten Masseanschluss. Der erste Verbraucher kann auf diese Weise redundant mit dem externen Massepotential verbunden sein. Ein anderer, zweiter Verbraucher kann ebenfalls mit dem ersten Masseanschluss verbunden sein, sodass im Normalbetrieb kein Masseversatz zwischen den Verbrauchern auftreten kann.
-
Das Bauteil kann dazu eingerichtet sein den Spannungsabfall im Wesentlichen unabhängig von einem durch das Bauteil fließenden Strom zu erzeugen. Der Spannungsabfall kann beispielsweise ca. 0,3, ca. 0,5 oder ca. 0,7 Volt betragen. Das Bauteil kann insbesondere einen Halbleiter umfassen. Der Halbleiter oder eine Anordnung mit dem Halbleiter kann dazu eingerichtet sein, den vorbestimmten Spannungsabfall konstant zu halten.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Bauteil eine Diode. Die Diode kann auch von einem anderen Halbleiter umfasst sein, beispielsweise von einem Transistor, insbesondere einem Bipolar- oder einem Feldeffekttransistor. Die Diode wird bevorzugt in Durchlassrichtung betrieben, sodass sie einen in Richtung des zweiten Masseanschlusses fließenden Strom durchlässt. In einer weiteren Ausführungsform kann der Transistor mittels einer weiteren Schaltung gesteuert sein, um den Spannungsabfall herzustellen. Die weitere Schaltung kann insbesondere einen Operationsverstärker umfassen.
-
Die Baugruppe kann ferner eine Einrichtung zur Bestimmung eines durch den zweiten Masseanschluss fließenden Stroms und eine Steuervorrichtung zur Steuerung eines durch die Baugruppe aufgenommenen Stroms in Abhängigkeit des bestimmten Stroms umfassen. Insbesondere kann der durch die Baugruppe fließende Strom verringert werden, falls der bestimmte Strom einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. Der Schwellenwert kann in Abhängigkeit einer Belastbarkeit einer mit dem zweiten Masseanschluss verbundenen Masseleitung gewählt sein. Die Verringerung des fließenden Stroms kann derart erfolgen, dass eine am ersten Verbraucher anliegende Spannung einen vorbestimmten Wert nicht unterschreitet. So kann sichergestellt sein, dass der erste Verbraucher stets mit einer ausreichend großen Spannung betrieben wird, die für seine Funktion erforderlich sein kann.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist ein zweiter Verbraucher vorgesehen, der mit dem Versorgungsanschluss und dem ersten Masseanschluss verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, einen durch den zweiten Verbraucher fließenden Strom in Abhängigkeit des bestimmten Stroms zu verringern. Bevorzugt wird der durch den ersten Verbraucher fließende Strom dabei nicht durch die Steuervorrichtung verringert.
-
Der erste und der zweite Verbraucher können mittels einer insbesondere elektrischen Kommunikationsleitung miteinander verbunden sein. Zwischen den Verbrauchern kann mit und ohne Ausfall einer Masseleitung kein Masseversatz auftreten. Eine Kommunikation zwischen den beiden Verbrauchern kann verbessert sichergestellt sein.
-
Der erste Verbraucher kann zur Steuerung einer sicherheitsrelevanten Funktion eingerichtet sein. Die Baugruppe kann an Bord eines Fahrzeugs vorgesehen sein und der erste Verbraucher kann insbesondere zur Steuerung einer Fahrfunktion des Fahrzeugs eingerichtet sein. Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang umfassen. Der erste Verbraucher kann zur Steuerung eines Elements des Antriebsstrangs eingerichtet sein, beispielsweise eines Getriebes oder einer Kupplung. Mittels der hierin vorgestellten Technik kann beispielsweise verbessert verhindert werden, dass der Antriebsstrang steuerlos ist oder eine falsche Steuerung erfährt.
-
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fahrzeug eine hierin beschriebene Baugruppe. Das Fahrzeug kann beispielsweise einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen oder einen Bus umfassen.
-
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügte Figur genauer beschrieben, welche
eine elektrische Baugruppe an Bord eines Fahrzeugs darstellt.
-
1 zeigt eine elektrische Baugruppe 100 an Bord eines Fahrzeugs 105. Das Fahrzeug 105 umfasst bevorzugt ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang und die Baugruppe 100 ist bevorzugt dazu eingerichtet, eine Komponente des Antriebsstrangs zu steuern, beispielsweise ein Getriebe. Die Baugruppe 100 umfasst in der vorliegenden Ausführungsform einen ersten Verbraucher 110, einen optionalen zweiten Verbraucher 115, der auch separat von der Baugruppe 100 vorgesehen sein kann, und ein Bauteil 120, das unten noch genauer beschrieben wird. Insbesondere der erste Verbraucher 115 kann zur Steuerung der genannten Komponente eingerichtet sein. Eine Sicherheit des Fahrzeugs 105 kann durch eine fehlerhafte Steuerung der Komponente gefährdet werden.
-
Die Baugruppe 100 kann mit einer elektrischen Spannung verbunden sein, die beispielsweise von einem Bordnetz des Fahrzeugs 105 oder einer Batterie 125 bereitgestellt werden kann. Ein hohes Potential der Batterie 125, beispielsweise eine Klemme 30 des Fahrzeugs 105, kann mittels einer Versorgungsleitung 130 mit einem Versorgungsanschluss 135 verbunden sein. In einer weiteren Ausführungsform sind zwei Versorgungsleitungen 130 vorgesehen, die an zwei Versorgungsanschlüsse 135 der Baugruppe 100 geführt und dort miteinander verbunden sind (nicht dargestellt).
-
Ein niedriges Potential der Batterie 125, insbesondere eine Klemme 31 des Fahrzeugs 105, das mit einer Gerätemasse des Fahrzeugs 105 verbunden sein kann, ist mittels einer ersten Masseleitung 140 mit einem ersten Masseanschluss 145 und mittels einer zweiten Masseleitung 150 mit einem zweiten Masseanschluss 155 der Baugruppe 100 verbunden.
-
Der erste Verbraucher 110 umfasst bevorzugt eine sicherheitsrelevante Komponente, beispielsweise einen elektrischen Treiber für einen mechanischen Aktuator, während der zweite Verbraucher 115 im vorliegenden Beispiel eine nicht sicherheitsrelevante Komponente umfasst. Beide Verbraucher 110, 115 sind mit dem ersten Masseanschluss 145 verbunden. Und beide Verbraucher 110, 115 sind über das Bauteil 120 mit dem zweiten Masseanschluss 155 verbunden. Auf die beschriebene Weise ist der erste Verbraucher 110 in einem Normalbetrieb redundant mit dem niedrigen Potential, sowie weiter bevorzugt auch redundant mit dem hohen Potential der Batterie 125 verbunden. Entsprechendes gilt für den zweiten Verbraucher 115.
-
Das Bauteil 120 ist wie dargestellt zwischen dem ersten Masseanschluss 145 und dem zweiten Masseanschluss 150 vorgesehen und dazu eingerichtet, an seinen Enden einen vorbestimmten Spannungsabfall zu erzeugen. Der Spannungsabfall beträgt vorzugsweise unter ca. 1 Volt, kann aber in Abhängigkeit einer vorliegenden Anforderung auch anders gewählt werden. Durch das Bauteil 120 liegt der zweite Masseanschluss 155 um den vorbestimmten Spannungsabfall vom Potential des ersten Masseanschlusses 145 in Richtung des hohen Potentials entfernt.
-
Das Bauteil 120 kann beispielsweise eine Diode, eine Zenerdiode, eine Avalanchediode oder einen Transistor umfassen. In einer weiteren Ausführungsform kann das Bauteil 120 auch einen Widerstand umfassen, der bevorzugt so gewählt ist, dass bei einer typischen Stromaufnahme der Baugruppe 100 der vorbestimmte Spannungsabfall an ihm erfolgt.
-
In einem Normalbetrieb, in welchem beide Masseleitungen 140, 150 voll funktionsfähig sind, fließt ein Hauptteil eines durch die Baugruppe 100 fließenden Stroms durch den ersten Masseanschluss 145, wobei durch den zweiten Masseanschluss 155 fließt nur ein geringer Strom fließt. Sollte die erste Masseleitung 140 Schaden nehmen, beispielsweise durch Querschnittsverringerung, Erwärmung oder Durchtrennung, sodass ihr Widerstand groß genug ist, um einen Spannungsabfall zu erzeugen, der größer als der Spannungsabfall am Bauteil 120 ist, fließt ein Hauptteil des Stroms durch den zweiten Masseanschluss 155. In beiden Fällen sind die Verbraucher 110, 115 mit demselben Massepotential verbunden, sodass zwischen ihnen keine Masseverschiebung besteht. Eine Kommunikation zwischen ihnen, beispielsweise über eine optionale Kommunikationsleitung 160, kann daher bezüglich übermittelter elektrischer Potentiale in jedem Fall problemlos sein.
-
Die erste Masseleitung 140 ist üblicherweise ausreichend dimensioniert, um den Strom beider Verbraucher 110, 115 zu transportieren. Die zweite Masseleitung 150 ist jedoch unter Umständen nicht dazu eingerichtet, den gesamten Strom beider Verbraucher 110, 115 zu tragen, sondern hauptsächlich zur Versorgung des ersten Verbrauchers 110 dimensioniert. Um die zweite Masseleitung 150 vor Überlastung zu schützen können eine Einrichtung 165 zur Bestimmung eines durch den zweiten Masseanschluss 155 fließenden Stroms und eine Steuervorrichtung 170 vorgesehen sein.
-
Die Einrichtung 165 kann beispielsweise als Längswiderstand („shunt“) zwischen dem zweiten Masseanschluss 155 und den Verbrauchern 110, 115 ausgebildet sein. Die Steuervorrichtung 170 ist weiter bevorzugt dazu eingerichtet, eine Stromaufnahme der Baugruppe 100 zu verringern, falls der bestimmte Strom einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. Dazu kann die Steuervorrichtung 170 beispielsweise einen Operationsverstärker oder einen Komparator umfassen und weiterhin dazu eingerichtet sein, den üblicherweise nicht sicherheitsrelevanten zweiten Verbraucher 115 teilweise oder ganz abzuschalten, um die zweite Masseleitung 150 vor Überlastung zu schützen. Der möglicherweise sicherheitsrelevante erste Verbraucher 110 hingegen soll bevorzugt in seiner Stromaufnahme nicht gedrosselt werden. Das Abschalten des zweiten Verbrauchers 115 kann mittels eines entsprechenden Signals gesteuert werden, das analog, digital oder als codierte Nachricht gegeben werden kann. Das Signal kann durch den zweiten Verbraucher 115 direkt oder durch eine separate Abschalteinrichtung ausgewertet werden.
-
In der Darstellung von 1 ist zusätzlich eine optionale Diagnoseeinrichtung 175 vorgesehen, die unmittelbar mit dem zweiten Masseanschluss 155 verbunden sein kann. Mittels der Diagnoseeinrichtung 175 können ein durch den zweiten Masseanschluss 155 fließende Strom und/oder ein am zweiten Masseanschluss 155 liegendes Potential bestimmt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Baugruppe
- 105
- Fahrzeug
- 110
- erster Verbraucher
- 115
- zweiter Verbraucher
- 120
- Bauteil
- 125
- Batterie
- 130
- Versorgungsleitung
- 135
- Versorgungsanschluss
- 140
- erste Masseleitung
- 145
- erster Masseanschluss
- 150
- zweite Masseleitung
- 155
- zweiter Masseanschluss
- 160
- Kommunikationsleitung
- 165
- Einrichtung zur Strommessung
- 170
- Steuervorrichtung
- 175
- Diagnoseeinrichtung
