DE102021200106A1

DE102021200106A1 - Fahrzeug, Verfahren, Vorrichtung und Lenksystem für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102021200106A1
Application number: DE102021200106.8A
Authority: DE
Inventors: Holger Schmitz; Alexander Gaschka; Thorsten Hestemeyer; Jochen Scherbart
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-01-08
Filing date: 2021-01-08
Publication date: 2022-07-14
Also published as: US20220219550A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug, Verfahren, eine Vorrichtung und ein Lenksystem für ein Fahrzeug. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung (200) für ein Fahrzeug mit einer ersten Gleichspannungsquelle (201) und zumindest einer zweiten Gleichspannungsquelle (202), welche in Reihe geschaltet sind, zum Betreiben eines Verbrauchers (230) des Fahrzeugs. Die Vorrichtung (200) umfasst einen Potentialabgriff (210), welcher ausgebildet ist, um ein Potential (205) zwischen der ersten (201) und der zweiten Gleichspannungsquelle (202) abzugreifen. Ferner umfasst die Vorrichtung (200) eine Schaltung (220), welche ausgebildet ist, um bei einem Fehler der ersten (201) oder zweiten Gleichspannungsquelle (202) das zwischen der ersten (201) und der zweiten Gleichspannungsquelle (202) abgegriffene Potential (205) zum Betreiben des Verbrauchers (230) bereitzustellen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug, Verfahren, eine Vorrichtung und ein Lenksystem für ein Fahrzeug. Insbesondere aber nicht ausschließlich, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Konzept zum Betreiben eines Verbrauchers eines Fahrzeugs mit einer ersten und einer zweiten Gleichspannungsquelle.
In Fahrzeugen können mehrere Gleichspannungsquellen eingesetzt werden, um Verbraucher anzutreiben. Beispiele für solche Verbraucher sind ein elektrische angetriebenes Lenksystem und ein elektrische angetriebener Klimakompressor für eine Klimaanlage des Fahrzeugs. In Lastkraftwagen werden beispielsweise zwei in Reihe geschaltete Batterien verwendet, um ein Lenksystem und weitere Verbraucher des Lastkraftwagens zu betreiben. Eine Störung einer der Batterien kann somit zu einem Funktionsverlust des Lenksystems und/oder der weiteren Verbraucher führen.
Um dem Funktionsverlust vorzubeugen, sehen bekannte Konzepte entsprechend der sogenannten „Dual-Lane-Strategie“ ein zusätzliches und redundantes Bordnetz mit zusätzlichen Batterien und Anschlüssen für das Lenksystem und die weiteren Verbraucher vor. Eine Implementierung eines solchen zusätzlichen, redundanten Bordnetzes führt zu einem höheren Bedarf an Ressourcen (zum Beispiel Zeit, Geld, Material, Bauraum, Entwicklungsaufwand).
Es besteht daher ein Bedarf nach einem verbesserten Konzept zum Betreiben eines Verbrauchers des Fahrzeugs.
Diesem Bedarf können die Gegenstände der hier beiliegenden unabhängigen und abhängigen Ansprüche Rechnung tragen.
Ausführungsbeispiele schaffen eine Vorrichtung für ein Fahrzeug mit einer ersten und zumindest einer zweiten Gleichspannungsquelle, welche in Reihe geschaltet sind, zum Betreiben eines Verbrauchers des Fahrzeugs. Die Vorrichtung umfasst einen Potentialabgriff, welcher ausgebildet ist, um ein Potential zwischen der ersten und der zweiten Gleichspannungsquelle abzugreifen. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Schaltung, welche ausgebildet ist, um bei einem Fehler der ersten oder zweiten Gleichspannungsquelle das zwischen der ersten und der zweiten Gleichspannungsquelle abgegriffene Potential zum Betreiben des Verbrauchers bereitzustellen.
Unter dem Fahrzeug ist beispielsweise ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Omnibus, ein Motorrad, ein Flugzeug, ein Wasserfahrzeug und dergleichen zu verstehen. Die erste und die zweite Gleichspannungsquelle umfassen jeweils zum Beispiel eine oder mehrere Batterien, Batteriezellen, Generatoren oder eine Kombination dieser.
Der Potentialabgriff umfasst beispielweise einen (elektrischen) Anschluss an oder zwischen der ersten und/oder zweiten Gleichspannungsquelle zum Bereitstellen des (elektrischen) Potentials zwischen der ersten und der zweiten Gleichspannungsquelle.
Die Schaltung kann das Potential beispielsweise für eine Spannung zum Betreiben des Verbrauchers bereitstellen. Dies erlaubt beispielsweise den Verbraucher bei einem Fehler der ersten oder der zweiten Gleichspannungsquelle (im Fehlerfall) weiter zu betreiben und somit eine Funktion des Verbrauchers zumindest teilweise zu erhalten.
Der Verbraucher ist beispielsweise ein Lenksystem, ein Klimakompressor oder ein anderer Verbraucher des Fahrzeugs. Im Allgemeinen ist das hierin beschriebene Konzept zum Betreiben mehrerer Verbraucher anwendbar.
Die Schaltung kann ausgebildet sein, um das Potential für eine Spannung des abgegriffenen Potentials gegenüber einem Pol der ersten oder der zweiten Gleichspannungsquelle zum Betreiben des Verbrauchers mittels der Spannung bereitzustellen. Dadurch kann der Verbraucher im Fehlerfall (zum Beispiel, während das Fahrzeug fährt) mit der Spannung der ersten oder zweiten Gleichspannungsquelle (weiter) betrieben werden.
Die Schaltung kann ferner ausgebildet sein, um festzustellen, ob die erste oder die zweite Gleichspannungsquelle einen Fehler aufweist. Dies erlaubt im Fehlerfall adaptiv und/oder automatisch von einem Betrieb des Verbrauchers durch die erste und zweite Gleichspannungsquelle in einen Betrieb unter Verwendung des abgegriffenen Potentials zu wechseln. Außerdem erlaubt dies beispielsweise im Fehlerfall Maßnahmen für die Verbraucher zum Betreiben dieser unter Verwendung des zwischen der ersten und zweiten Gleichspannungsquelle abgegriffenen Potentials zu treffen. Optional erlaubt dies zudem einem Fahrer des Fahrzeugs den Fehler zu signalisieren.
In manchen Ausführungsbeispielen ist die Schaltung ausgebildet, um das Potential bei einem Fehler der ersten Gleichspannungsquelle für eine Spannung des abgegriffenen Potentials gegenüber einem Pol der zweiten Gleichspannungsquelle zum Betreiben des Verbrauchers mittels der Spannung gegenüber dem Pol der zweiten Gleichspannungsquelle bereitzustellen und bei einem Fehler der zweiten Gleichspannungsquelle für eine Spannung des abgegriffenen Potentials gegenüber einem Pol der ersten Gleichspannungsquelle zum Betreiben des Verbrauchers mittels der Spannung gegenüber der ersten Gleichspannungsquelle bereitzustellen. Auf diese Weise kann der Verbraucher sowohl bei einem Fehler der ersten als auch bei einem Fehler der zweiten Gleichspannungsquelle weiter betrieben werden.
Der Potentialabgriff kann ausgebildet sein, um das Potential zwischen einem Pluspol der ersten Gleichspannungsquelle und einem Minuspol der zweiten Gleichspannungsquelle abzugreifen. Ein Minuspol der ersten Gleichspannungsquelle kann ein Referenzpotential des Fahrzeugs aufweisen. Ferner kann die Schaltung ausgebildet sein, um das Potential bei einem Fehler der zweiten Gleichspannungsquelle für eine Spannung des abgegriffenen Potentials gegenüber dem Referenzpotential des Fahrzeugs zum Betreiben des Verbrauchers mittels der Spannung gegenüber dem Referenzpotential bereitzustellen. Das Referenzpotential entspricht beispielsweise „der Erde“ des Fahrzeugs.
In manchen Ausführungsbeispielen ist die Schaltung ferner ausgebildet, um bei einem Fehler der ersten oder zweiten Gleichspannungsquelle das zwischen der ersten und der zweiten Gleichspannungsquelle abgegriffene Potential zum Betreiben eines elektrisch angetriebenen Lenksystems des Fahrzeugs bereitzustellen. Dadurch kann die Funktion des Lenksystems für das Fahrzeug, beispielsweise eine Lenkkraftunterstützung durch das Lenksystem, zumindest teilweise oder eingeschränkt aufrechterhalten werden.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Lenksystem für ein Fahrzeug mit einer ersten und zumindest einer zweiten Gleichspannungsquelle, die in Reihe geschaltet sind, sowie mit der hierin vorgeschlagenen Vorrichtung zum Bereitstellen eines zwischen der ersten und der zu der ersten Gleichspannungsquelle in Reihe geschalteten zweiten Gleichspannungsquelle abgegriffen Potentials. Das Lenksystem umfasst einen Antrieb, welcher ausgebildet ist, um das Lenksystem mit dem zwischen der ersten und der zweiten Gleichspannungsquelle abgegriffenen Potential anzutreiben.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Fahrzeug mit einer ersten und zumindest einer zweiten Gleichspannungsquelle, die in Reihe geschaltet sind, sowie mit der hierin vorgeschlagenen Vorrichtung.
Die erste und die zweite Gleichspannungsquelle können jeweils zumindest einen Bleiakkumulator oder einen Lithiumionenakkumulator zum Bereitstellen einer Gleichspannung umfassen.
Insbesondere können die erste und die zweite Gleichspannungsquelle ausgebildet sind, um die gleiche Gleichspannung bereitstellen. Die Gleichspannungsquellen stellen beispielsweise beide jeweils eine Spannung von 12 Volt bereit. Optional können die Gleichspannungsquelle auch jeweils eine andere, von 12 Volt verschiedene Spannung bereitstellen.
Insbesondere können die erste und/oder die zweite Gleichspannungsquelle ausgebildet sein, um eine Gleichspannung zwischen 10 Volt und 14 Volt bereitzustellen. Dies erlaubt es Fahrzeugverbraucher mit einer Nennspannung zwischen 10 und 14 Volt zu betreiben.
Das Fahrzeug kann ferner das hierin vorgeschlagene Lenksystem umfassen. Dieses bietet beispielsweise eine Lenkkraftunterstützung für einen Fahrer des Fahrzeugs. Durch die hierin vorgeschlagene Vorrichtung kann die Lenkkraftunterstützung auch im Fehlerfall zumindest teilweise aufrechterhalten werden.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren für ein Fahrzeug mit einer ersten und zumindest einer zweiten Gleichspannungsquelle, die in Reihe geschaltet sind, zum Betreiben eines Verbrauchers des Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst ein Abgreifen eines Potentials zwischen der ersten und der zweiten Gleichspannungsquelle. Ferner umfasst das Verfahren ein Bereitstellen des zwischen der ersten und der zweiten Gleichspannungsquelle abgegriffenen Potentials bei einem Fehler der ersten oder zweiten Gleichspannungsquelle zum Betreiben des Verbrauchers.
Ausführungsbeispiele schaffen ferner ein Verfahren für ein Lenksystem eines Fahrzeugs mit einer ersten und zumindest einer zweiten Gleichspannungsquelle, die in Reihe geschaltet sind, sowie mit der hierin vorgeschlagenen Vorrichtung zum Bereitstellen eines zwischen der ersten und der zu der ersten Gleichspannungsquelle in Reihe geschalteten zweiten Gleichspannungsquelle abgegriffen Potentials. Das Verfahren umfasst ein Antreiben des Lenksystems mit dem zwischen der ersten und der zweiten Gleichspannungsquelle abgegriffenen Potential.
Einige Beispiele von Ausführungsbeispielen der Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren lediglich beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Bordnetzes eines Fahrzeugs;
2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung für ein Fahrzeug zum Betreiben eines Verbrauchers des Fahrzeugs;
3a und 3b Anwendungen eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung;
4 ein Flussdiagramm zur schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens für ein Fahrzeug; und
5 ein Flussdiagramm zur schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens für ein Lenksystem.

Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
Obwohl Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert und abgeändert werden können, sind Ausführungsbeispiele in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die jeweils offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass Ausführungsbeispiele vielmehr sämtliche funktionale und/oder strukturelle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken sollen.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Bordnetzes eines Fahrzeugs. Das Bordnetz umfasst eine erste Batterie 101, eine zweite Batterie 102, welche in Reihe geschaltet sind, sowie Verbraucher 131 und 132, welche durch eine von den Batterien 101 und 102 bereitgestellte Spannung betrieben werden. Der Verbraucher 132 ist beispielsweise ein elektrisches Lenksystem mit elektrisch angetriebener Servolenkung (engl.: electric power steering system, EPS). Verbraucher 131 ist beispielsweise ein Klimakompressor oder ein Infotainmentsystem des Fahrzeugs.
Ferner umfasst das Bordnetz einen Generator 140 zum Laden der Batterien 101 und 102 sowie einen Regler 142 zum Regeln des Generators 140, beziehungsweise einer Generatorspannung und/oder eines Generatorstroms zum Laden der Batterien 101 und 102.
Wie anhand von 1 zu sehen ist, weist ein Minuspol der ersten Batterie 101 ein Referenzpotential GND des Fahrzeugs auf. Ein Pluspol der ersten Batterie 101 ist zur seriellen Verschaltung mit der zweiten Batterie 102 mit einem Minuspol der zweiten Batterie 102 gekoppelt. Zum Betrieb der Verbraucher 131 und 132 wird ein an einem Pluspol der zweiten Batterie 102 anliegendes Potential für eine zum Betrieb der Verbraucher verwendete Spannung (Unom = 24V) dieses Potentials gegenüber des Referenzpotentials GND verwendet. Im Fehlerfall, wenn zum Beispiel die erste oder zweite Batterie 101 oder 102 defekt ist oder, wenn die Verschaltung der ersten und zweiten Batterie 101 und 102 unterbrochen oder gestört ist, ist ein Stromkreis zum Betreiben der Verbraucher 131 und 132 unterbrochen. Im Fehlerfall fallen daher die Verbraucher 131 und 132 aus. Ein Ausfall des Lenksystems 132 kann zum Verlust der Funktion des Lenksystems 132 und anderer Verbraucher des Fahrzeugs führen.
Es besteht daher ein Bedarf nach einem verbesserten Konzept zum Betreiben eines Verbrauchers des Fahrzeugs.
Diesem Bedarf tragen die in Bezug auf die Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele Rechnung.
2 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 200 für ein Fahrzeug und insbesondere für ein Fahrzeug mit einer ersten Gleichspannungsquelle 201 und zumindest einer zweiten Gleichspannungsquelle 202, die in Reihe geschaltet sind, zum Betreiben eines Verbrauchers 230 des Fahrzeugs. Die Vorrichtung 200 umfasst einen Potentialabgriff 210, welcher ausgebildet ist, um ein Potential 205 zwischen der ersten und der zweiten Gleichspannungsquelle 201 und 202 abzugreifen. Ferner umfasst die Vorrichtung 200 eine Schaltung 220, welche ausgebildet ist, um bei einem Fehler der ersten Gleichspannungsquelle 201 oder der zweiten Gleichspannungsquelle 202 das zwischen der ersten und der zweiten Gleichspannungsquelle 201 und 202 abgegriffene Potential 205 zum Betreiben des Verbrauchers 230 bereitzustellen.
Dadurch kann die Funktion des Verbrauchers 230 auch im Fehlerfall (wenn die erste oder die zweite Gleichspannungsquelle 201 oder 202 einen Fehler aufweist) weiterhin betrieben werden, um eine Funktion des Verbrauchers 230 aufrecht zu erhalten. Ein Risiko eines Ausfalls des Verbrauchers 230 kann dadurch zumindest reduziert werden. Insbesondere kann die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls eines Verbrauchers mit sicherheitskritischer Funktion reduziert werden und dadurch eine Sicherheit des Fahrzeugs erhöht werden.
Die erste und/oder zweite Gleichspannungsquelle 201 und/oder 202 umfassen/umfasst beispielsweise jeweils eine Batterie oder einen Akkumulator (zum Beispiel einen Blei-Säure-Akkumulator oder Lithiumionenakkumulator). Der Fehler der ersten oder zweiten Gleichspannungsquelle 201 oder 202 bewirkt beispielsweise eine Unterbrechung im Stromkreis (zum Beispiel innerhalb der ersten oder zweiten Gleichspannungsquelle) zum Betreiben des Verbrauchers durch einen Defekt der ersten oder zweiten Gleichspannungsquelle 201 oder 202 oder eines Anschlusses (z.B. durch Kabelbruch) dieser an den Stromkreis.
Das Potential 205 kann beispielsweise zum Anlegen einer Spannung (Potentialunterschied) an den Verbraucher 230 bereitgestellt werden, um den Verbraucher 230 mit der angelegten Spannung zu betreiben.
Die Schaltung 220 umfasst beispielsweise eine oder mehrere elektrische Bauteile und/oder Anschlüsse. In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Schaltung 220 wenigstens einen Anschluss an den Verbraucher 230 zum Anlegen der Spannung.
Die Schaltung 220 ist beispielsweise dazu ausgebildet, um das Potential 205 für eine Spannung des abgegriffenen Potentials 205 gegenüber einem Pol (einem Potential des Pols) der ersten oder der zweiten Gleichspannungsquelle 201 oder 202 zum Betreiben des Verbrauchers 230 mittels der Spannung bereitzustellen. Ein Pluspol der ersten Gleichspannungsquelle 201 ist beispielsweise zur seriellen Verschaltung mit der zweiten Gleichspannungsquelle 202 mit einem Minuspol der zweiten Gleichspannungsquelle 202 verbunden. Das Potential 205 wird beispielsweise an dem Pluspol, dem Minuspol oder zwischen diesen abgegriffen. Zum Bereitstellen einer Spannung (größer null) gegenüber einem Pol der ersten oder der zweiten Gleichspannungsquelle 201 oder 202 wird beispielsweise eine Spannung gegenüber einem Minuspol der ersten Gleichspannungsquelle 201 oder einem Pluspol der zweiten Gleichspannungsquelle 202 bereitgestellt. Zum Betreiben des Verbrauchers 230 kann die Spannung an dem Verbraucher 230, beziehungsweise einem Spannungseingang des Verbrauchers 230 angelegt werden.
Die Schaltung 220 kann ferner ausgebildet sein, um festzustellen, ob die erste oder die zweite Gleichspannungsquelle 201 oder 202 einen Fehler aufweist. Dazu kann die Schaltung beispielsweise eine Spannung des Potentials 205 gegenüber einem Pol der ersten beziehungsweisen zweiten Gleichspannungsquelle 201/202 mit einem Referenzwert für die Spannung, zum Beispiel einer Nennspannung der ersten und zweiten Gleichspannungsquelle 201/202, vergleichen und je nach Abweichung von dem Referenzwert/der Nennspannung feststellen, ob die erste oder zweite Gleichspannungsquelle 201 oder 202 und/oder welche dieser Gleichspannungsquellen 201 und 202 einen Fehler aufweisen. Dies erlaubt im Fehlerfall abhängig davon, ob die erste Gleichspannungsquelle 201 oder die zweite Gleichspannungsquelle202 einen Fehler aufweist reagieren zu können. Beispielsweise kann, wenn die erste oder zweite Gleichspannungsquelle 201 oder 202 einen Fehler aufweist, die von dem Fehler betroffene Gleichspannungsquelle 201 oder 202 aus Sicherheitsgründen von dem Bordnetz abgekoppelt werden. Ferner kann, wie nachfolgend beschreiben, abhängig davon, ob die erste oder zweite Gleichspannungsquelle 201 oder 202 einen Fehler aufweist, das Potential 205 zum Bereitstellen einer Spannung gegenüber einem Pol der jeweils nicht von dem Fehler betroffenen Gleichspannungsquelle bereitgestellt werden.
Die Schaltung 220 ist beispielsweise ausgebildet, um das Potential 205 bei einem Fehler der ersten Gleichspannungsquelle 201 für eine Spannung des abgegriffenen Potentials 205 gegenüber einem Pol der zweiten Gleichspannungsquelle 202 zum Betreiben des Verbrauchers 230 mittels der Spannung gegenüber dem Pol der zweiten Gleichspannungsquelle 202 bereitzustellen und bei einem Fehler der zweiten Gleichspannungsquelle 202 für eine Spannung des abgegriffenen Potentials gegenüber einem Pol der ersten Gleichspannungsquelle 201 zum Betreiben des Verbrauchers 230 mittels der Spannung gegenüber der ersten Gleichspannungsquelle 201 bereitzustellen.
Wie im vorhergehend beschriebenen Beispiel ist beispielsweise der Pluspol der ersten Gleichspannungsquelle 201 zur seriellen Verschaltung mit der zweiten Gleichspannungsquelle 202 mit dem Minuspol der zweiten Gleichspannungsquelle 202 elektrisch leitend verbunden. Entsprechend dem vorhergehend beschriebenen Konzept, kann die Schaltung 220 beispielsweise, wenn diese einen Fehler der ersten Gleichspannungsquelle 201 feststellt, das Potential 205 für eine Spannung gegenüber dem Pluspol der zweiten Gleichspannungsquelle 202 bereitstellen, und, wenn die Schaltung 220 einen Fehler der zweiten Gleichspannungsquelle 202 feststellt, das Potential 205 für eine Spannung gegenüber dem Minuspol der ersten Gleichspannungsquelle 202 bereitstellen.
Zur Veranschaulichung des vorgeschlagenen Konzepts, soll dieses nachfolgend anhand von beispielhaften Anwendungen dieses Konzepts in einem Fahrzeug erläutert werden.
3a und 3b zeigen beispielhaft Anwendungen eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 200. Insbesondere zeigen 3a und 3b jeweils zur schematischen Illustration der Anwendungen ein Schaltdiagramm eines Bordnetzes 300. Das Bordnetz 300 umfasst eine erste Batterie als erste Gleichspannungsquelle 201 eine zweite Batterie als zweite Gleichspannungsquelle 202, einen Generator 340, einen Generatorregler 342 sowie mehrere Verbraucher 331 und 332. Der Verbraucher 331 ist beispielsweise ein Klimakompressor oder ein Infotainmentsystem. Der Verbraucher 332 ist beispielsweise eine elektrisch angetriebenes Lenksystem mit elektrisch angetriebener Servolenkung (engl.: electric power steering, EPS). Die elektrisch angetriebene Servolenkung umfasst beispielsweise einen elektrohydraulischen oder elektromechanischen Antrieb zum Aufbringen einer Lenkunterstützung durch die Servolenkung. In anderen Anwendungen kann das Bordnetz weitere und/oder andere Verbraucher umfassen.
Die erste und die zweite Batterie 201 und 202 sind über eine elektrisch leitende Verbindung oder Leitung 203 miteinander in Reihe geschaltet. Hierfür verbindet die Leitung 203 einen Pluspol +1 der ersten Batterie 201 mit einem Minuspol -2 der zweiten Batterie 202. Dadurch „liegen“ die Pole +1 und -2 sowie die Leitung 203 auf dem gemeinsamen Potential 205. Ein Minuspol -1 der ersten Batterie 201 ist beispielsweise mit einem Referenzpotential GND verbunden. GND kann als „Erde“ des Bordnetzes 300 verstanden werden. Ferner sind die Verbraucher 331 und 332 mit dem Referenzpotential GND verbunden.
Die Spannung des Potentials 205 gegenüber dem Minuspol -1 der ersten Batterie 201 und gegenüber einem Pluspol der zweiten Batterie 202 entspricht jeweils einer Betriebsspannung der ersten, beziehungsweise der zweiten Batterie 201/202. Da die erste und zweite Batterie 201 und 202 in Reihe geschaltet sind, entspricht eine am Pluspol +2 der zweiten Batterie 202 vorliegende Gesamtspannung gegenüber GND einer Summe der Betriebsspannungen. Die Betriebsspannung der ersten und der zweiten Batterie 201 und 202 beträgt beispielsweise jeweils zwischen 10 und 14 Volt. Die Betriebsspannung beträgt zum Beispiel jeweils 12 Volt. Im „fehlerfreien“ Betrieb (wenn kein Fehler der ersten oder zweiten Batterie 201 oder 202 vorliegt), ist vorgesehen die Verbraucher 331 und 332 mit der Gesamtspannung von beispielsweise 24 Volt zu betreiben.
Um ein Entladen der ersten und zweiten Batterie 201 und 202 zumindest teilweise zu kompensieren und die Gesamtspannung zumindest im Rahmen tolerierbarer Schwankungen konstant zu halten, können die erste und die zweite Batterie 201 und 202 durch den Generator 340 geladen werden. Der Generatorregler 342 ist beispielsweise ausgebildet, um den Generator 340 abhängig von der Gesamtspannung und derart zu steuern, so dass die Gesamtspannung zumindest im Rahmen dieser Schwankungen zu halten und die erste und die zweite Batterie 201 und 202 nicht zu „überladen“. Im „fehlerfreien“ Betrieb können die Verbraucher 331 und 332 auf diese Weise dauerhaft mit der Gesamtspannung von 24 Volt betrieben werden. Dafür wird das am Pluspol +2 anliegende Potential über Zuleitungen 350 zu den Versorgern 331 und 332 geleitet und somit die Gesamtspannung von 24 Volt an die Verbraucher 331 und 332 angelegt.
Wie durch Blitzsymbol B1 in 3a angedeutet, weist in dem in 3a dargestellten ersten Anwendungsfall zum Beispiel die erste Batterie 201 einen Fehler auf, so dass ein Stromkreis zum Betreiben der Verbraucher 331 und 332 zwischen -2 und GND unterbrochen ist. Der Fehler tritt beispielsweise während einer Fahrt auf und während die Verbraucher 331 und 332 betrieben werden.
Um zumindest das Lenksystem 332 im Fehlerfall weiter zu betreiben, kann mittels des Potentialabgriffs 210 das zwischen der ersten und zweiten Batterie 201 und 202 vorliegende Potential 205 zum Anlegen einer Spannung gegenüber dem Pluspol +2 an dem Lenksystem 332 verwendet werden. Die Schaltung detektiert beispielsweise, den Fehler der ersten Batterie 201 und stellt das Potential 205 daraufhin unter Betätigung eines Schalters oder äquivalenten Bauteils zum Anlegen der Betriebsspannung der zweiten Batterie 202 an das Lenksystem 332 bereit. Auf diese Weise kann das Lenksystem 332 bei einem Fehler der ersten Batterie 201 mit der Betriebsspannung der zweiten Batterie (12 Volt) weiter betrieben werden.
Die Schaltung ist beispielsweise mit dem Potentialabgriff 210 gekoppelt und in dem Lenksystem 332 implementiert. Optional kann die Schaltung auch separat und außerhalb des Lenksystems 332 installiert sein.
Wie durch Blitzsymbol B2 in 3b angedeutet, weist in dem in 3b dargestellten zweiten Anwendungsfall zum Beispiel die zweite Batterie 202 einen Fehler auf, so dass der Stromkreis zum Betreiben der Verbraucher 331 und 332 zwischen +1 und +2 unterbrochen ist. Die Schaltung detektiert beispielsweise, den Fehler der zweiten Batterie 201 und stellt das Potential 205 daraufhin unter Betätigung des Schalters oder äquivalenten Bauteils zum Anlegen der Betriebsspannung der ersten Batterie 202 an das Lenksystem 332 bereit. Dadurch kann das Lenksystem 332 auch bei einem Fehler der zweiten Batterie 202 mit der Betriebsspannung der ersten Batterie (12 Volt) weiter betrieben werden.
Wie der Fachmann in Kenntnis der vorliegenden Offenbarung verstehen wird, kann durch die Schaltung durch Vergleichen des Potentials 205 mit einem an +2 und GND vorliegenden Potential im Fehlerfall feststellen, ob die erste oder die zweite Batterie 201 oder 202 fehlerhaft ist und abhängig davon das Potential 205 entweder für die Spannung gegenüber +2 oder GND zum Betreiben des Lenksystems 332 bereitstellen. Hierfür umfasst die Schaltung beispielsweise zumindest eine Potentiometerschaltung, welche ausgebildet ist, um das Potential 205 mit dem an den Polen der erst und zweiten Batterie 201 und 202 vorliegenden Potential zu vergleichen. Ferner kann der Schalter oder ein äquivalentes Bauteil der Schaltung ausgebildet sein, um (adaptiv) bei einem Fehler der ersten Batterie 201 die Spannung des Potentials 205 gegenüber dem Pol +2 der zweiten Batterie 202 (die Betriebsspannung der zweiten Batterie 202) bereitzustellen und bei einem Fehler der zweiten Batterie 201 die Spannung des Potentials 205 gegenüber GND (die Betriebsspannung der ersten Batterie 201) bereitzustellen. Die Schaltung kann somit im Fehlerfall je nachdem, welche der Batterien 201 und 202 fehlerhaft, aus einem „Normalbetrieb“ mittels beider Batterien 201 und 202 umschalten, um das Lenksystem 332 mit der Betriebsspannung der funktionsfähigen ersten, beziehungsweise zweiten Batterie 201/202 weiter zu betreiben.
Das Lenksystem 332 kann entsprechend derart ausgebildet sein, so dass diese sowohl beim Betreiben mit der Gesamtspannung als auch beim Betreiben mit der Betriebsspannung einer der ersten und zweiten Batterie 201 und 202 zumindest eingeschränkt funktioniert. Die Schaltung kann dem Lenksystem 332 ferner den Fehlerfall signalisieren. Dies erlaubt es dem Lenksystem 332 Maßnahmen für den Betrieb mit der Betriebsspannung einer der ersten und zweiten Batterie 201 und 202 zu treffen. Das Lenksystem 332 kann, mit anderen Worten, vom 24-Volt-Betrieb auf einen 12-Volt-Betrieb umgestellt werden.
Das Lenksystem 332 kann auf die beschriebenen Weisen daher sowohl bei einem Fehler der ersten Batterie 201 wie auch bei einem Fehler der zweiten Batterie 202 weiter betrieben und die Funktion der Servolenkung (zum Beispiel die Lenkkraftunterstützung durch die Servolenkung somit zumindest eingeschränkt aufrecht erhalten werden. Die Funktion wird beispielsweise soweit aufrechterhalten, so dass das Fahrzeug zumindest bis zu einer (nächstgelegenen) Wartungsstelle oder bis zu einem vorgegebenen Ziel im sogenannten „Limp-Home-Betrieb“ gesteuert werden kann.
Ein Kerngedanke der vorliegenden Offenbarung kann daher darin gesehen werden eine Redundanz auf einem bestehenden Bordnetz zu erstellen und einen minimierten Sicherheitsbetrieb zu ermöglichen, der im Fehlerfall einem Fahrer jegliche Sicherheitslenkmanöver ermöglicht. Das Bordnetz 300 kann daher auch als „semi-redundantes Bordnetz“ verstanden werden.
Wenn sowohl die erste als auch die zweite Gleichspannungsquelle einen Fehler aufweisen/ausfallen können die Verbraucher 331 und 332 ausschließlich durch den Generator 340 versorgt werden. Die Schaltung kann ausgebildet sein, um in einem solchen Fall eine Leistungsaufnahme eines oder mehrerer der Verbraucher 331 und 332 zu reduzieren, um den Generator 340 vor Überlastung zu schützen.
Insbesondere bei Lastkraftwagen (mit einem Gewicht gleich oder über 3,5 Tonnen), kann die elektrische Versorgung des Lenksystems und die Lenkkraftunterstützung durch das Lenksystem zur Steuerung zwingend erforderlich sein. Daher kann das vorgeschlagene Konzept insbesondere bei Anwendungen in Lastkraftwagen eine Verbesserung der Sicherheit bewirken.
Nach dem hierin beschriebenen Prinzip können alternativ oder zusätzlich ein oder mehrere andere Verbraucher, zum Beispiel ein Klimakompressor und/oder ein Infotainmentsystem betrieben werden.
Das hierin beschriebene Konzept/Prinzip kann zudem bei Systemen oder Fahrzeugen mit mehr als zwei Gleichspannungsquellen angewendet werden. Hierbei kann zwischen den Gleichspannungsquellen jeweils ein Potentialabgriff bereitgestellt werden und den Potentialabgriffen jeweils zugeordnete Schaltungen.
Das vorhergehend beschriebene Prinzip kann, wie nachfolgen gezeigt auch in entsprechenden Verfahren verwirklicht werden.
4 zeigt ein Flussdiagramm zur schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 400 für ein Fahrzeug und insbesondere für ein Fahrzeug mit einer ersten und zumindest einer zweiten Gleichspannungsquelle, die in Reihe geschaltet sind, zum Betreiben eines Verbrauchers des Fahrzeugs. Das Verfahren 400 umfasst ein Abgreifen 410 eines Potentials zwischen der ersten und der zweiten Gleichspannungsquelle. Zudem umfasst das Verfahren ein Bereitstellen 420 des zwischen der ersten und der zweiten Gleichspannungsquelle abgegriffenen Potentials bei einem Fehler der ersten oder zweiten Gleichspannungsquelle zum Betreiben des Verbrauchers.
Dadurch ermöglicht es das Verfahren 400 eine Funktion des Verbrauchers bei dem Fehler der ersten oder der zweiten Gleichspannungsquelle zumindest eingeschränkt aufrecht zu erhalten.
5 zeigt ein Flussdiagramm zur schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 500 für ein Lenksystem eines Fahrzeugs mit einer ersten und zumindest einer zweiten Gleichspannungsquelle, die in Reihe geschaltet sind, sowie mit der hierin vorgeschlagenen Vorrichtung zum Bereitstellen eines zwischen der ersten und zweiten Gleichspannungsquelle abgegriffen Potentials. Das Verfahren 500 umfasst ein Antreiben 510 des Lenksystems mit dem zwischen der ersten und der zweiten Gleichspannungsquelle abgegriffenen Potential.
Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem oder mehreren der vorher detaillierten Beispiele und Figuren beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein gleiches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das andere Beispiel zusätzlich einzuführen.
Weiterhin sind die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Während jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hier explizit vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.
Bezugszeichenliste

101: erste Batterie
102: zweite Batterie
131: Verbraucher
132: Lenksystem
140: Generator
142: Regler
200: Vorrichtung
201: erste Gleichspannungsquelle
202: zweite Gleichspannungsquelle
203: Leitung
205: Potential
210: Potentialabgriff
220: Schaltung
230: Verbraucher
300: Bordnetz
331: Verbraucher
332: Servolenkung
340: Generator
342: Generatorregler
350: Zuleitung
400: Verfahren für ein Fahrzeug
410: Abgreifen eines Potentials
420: Bereitstellen des Potentials
500: Verfahren für ein Lenksystem
510: Antreiben des Lenksystems
+1: Pluspol der ersten Batterie
-1: Minuspol der ersten Batterie
+2: Pluspol der zweiten Batterie
-2: Minuspol der zweiten Batterie
B1: Blitzsymbol
B2: Blitzsymbol
GND: Referenzpotential/Erde

Claims

Eine Vorrichtung (200) für ein Fahrzeug mit einer ersten Gleichspannungsquelle (201) und zumindest einer zweiten Gleichspannungsquelle (202) zum Betreiben eines Verbrauchers (230) des Fahrzeugs, wobei die erste (201) und die zweite Gleichspannungsquelle (202) in Reihe geschaltet sind, die Vorrichtung (200) umfassend: einen Potentialabgriff (210), welcher ausgebildet ist, um ein Potential (205) zwischen der ersten (201) und der zweiten Gleichspannungsquelle (202) abzugreifen; und eine Schaltung (220), welche ausgebildet ist, um bei einem Fehler der ersten (201) oder zweiten Gleichspannungsquelle (202) das zwischen der ersten (201) und der zweiten Gleichspannungsquelle (202) abgegriffene Potential (205) zum Betreiben des Verbrauchers (230) bereitzustellen.
Die Vorrichtung (200) gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltung (220) ausgebildet ist, um das Potential (205) für eine Spannung des abgegriffenen Potentials (250) gegenüber einem Pol der ersten (201) oder der zweiten Gleichspannungsquelle (202) zum Betreiben des Verbrauchers (230) mittels der Spannung bereitzustellen.
Die Vorrichtung (200) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Schaltung (220) ferner ausgebildet ist, um festzustellen, ob die erste (201) oder die zweite Gleichspannungsquelle (202) einen Fehler aufweist.
Die Vorrichtung (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltung (220) ausgebildet ist, um das Potential (205) bei einem Fehler der ersten Gleichspannungsquelle (201) für eine Spannung des abgegriffenen Potentials (205) gegenüber einem Pol der zweiten Gleichspannungsquelle (202) zum Betreiben des Verbrauchers (230) mittels der Spannung gegenüber dem Pol der zweiten Gleichspannungsquelle (202) bereitzustellen und bei einem Fehler der zweiten Gleichspannungsquelle (202) für eine Spannung des abgegriffenen Potentials (205) gegenüber einem Pol der ersten Gleichspannungsquelle (201) zum Betreiben des Verbrauchers (230) mittels der Spannung gegenüber der ersten Gleichspannungsquelle (201 bereitzustellen.
Die Vorrichtung (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Potentialabgriff auf (210) ausgebildet ist, um das Potential (205) zwischen einem Pluspol (+1) der ersten Gleichspannungsquelle (201) und einem Minuspol (-2) der zweiten Gleichspannungsquelle (202) abzugreifen, wobei ein Minuspol (-1) der ersten Gleichspannungsquelle (201) ein Referenzpotential (GND) des Fahrzeugs aufweist, und wobei die Schaltung (220) ausgebildet ist, um das Potential (205) bei einem Fehler der zweiten Gleichspannungsquelle (202) für eine Spannung des abgegriffenen Potentials (205) gegenüber dem Referenzpotential (GND) des Fahrzeugs zum Betreiben des Verbrauchers (230) mittels der Spannung gegenüber dem Referenzpotential (GND) bereitzustellen.
Die Vorrichtung (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltung (220) ferner ausgebildet ist, um bei einem Fehler der ersten (201) oder zweiten Gleichspannungsquelle (202) das zwischen der ersten (201) und der zweiten Gleichspannungsquelle (202) abgegriffene Potential (205) zum Betreiben eines elektrisch angetriebenen Lenksystems des Fahrzeugs bereitzustellen.
Ein Lenksystem (332) für ein Fahrzeug mit einer ersten Gleichspannungsquelle (201) und zumindest einer zweiten Gleichspannungsquelle (202), wobei die erste (201) und die zweite Gleichspannungsquelle (202) in Reihe geschaltet sind, sowie mit einer Vorrichtung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Bereitstellen eines zwischen der ersten (201) und der zu der ersten Gleichspannungsquelle (201) in Reihe geschalteten zweiten Gleichspannungsquelle (202) abgegriffen Potentials (205), das Lenksystem (332) umfassend einen Antrieb, welcher ausgebildet ist, um das Lenksystem (332) mit dem zwischen der ersten (201) und der zweiten Gleichspannungsquelle (202) abgegriffenen Potential (205) anzutreiben.
Ein Fahrzeug mit einer ersten Gleichspannungsquelle (201) und zumindest einer zweiten Gleichspannungsquelle (202), wobei die erste (201 und die zweite Gleichspannungsquelle (202) in Reihe geschaltet sind, sowie mit einer Vorrichtung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
Das Fahrzeug gemäß Anspruch 8, wobei die erste (201) und die zweite Gleichspannungsquelle (202) jeweils zumindest einen Bleiakkumulator oder einen Lithiumionenakkumulator zum Bereitstellen einer Gleichspannung umfassen.
Das Fahrzeug gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die erste (201) und die zweite Gleichspannungsquelle (202) ausgebildet sind, um die gleiche Gleichspannung bereitstellen.
Das Fahrzeug gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die erste (201) und/oder die zweite Gleichspannungsquelle (202) ausgebildet ist, um eine Gleichspannung zwischen 10 Volt und 14 Volt bereitzustellen.
Das Fahrzeug gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, ferner umfassend ein Lenksystem (332) gemäß Anspruch 7.
Verfahren (400) für ein Fahrzeug mit einer ersten und zumindest einer zweiten Gleichspannungsquelle zum Betreiben eines Verbrauchers des Fahrzeugs, wobei die erste und die zweite Gleichspannungsquelle in Reihe geschaltet sind, umfassend: Abgreifen (410) eines Potentials zwischen der ersten und der zweiten Gleichspannungsquelle; und Bereitstellen (420) des zwischen der ersten und der zweiten Gleichspannungsquelle abgegriffenen Potentials bei einem Fehler der ersten oder zweiten Gleichspannungsquelle zum Betreiben des Verbrauchers.
Verfahren (500) für ein Lenksystem eines Fahrzeugs mit einer ersten und zumindest einer zweiten Gleichspannungsquelle, wobei die erste und die zweite Gleichspannungsquelle in Reihe geschaltet sind, sowie einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Bereitstellen eines zwischen der ersten und der zu der ersten Gleichspannungsquelle in Reihe geschalteten zweiten Gleichspannungsquelle abgegriffen Potentials, das Verfahren umfassend ein Antreiben (510) des Lenksystems mit dem zwischen der ersten und der zweiten Gleichspannungsquelle abgegriffenen Potential.