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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, insbesondere eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Spannungsversorgungsverfahren für eine solche Steuervorrichtung.
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Stand der Technik
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Moderne Kraftfahrzeuge verfügen in der Regel über eine zunehmend steigende Anzahl von Steuergeräten. In diesem Zusammenhang kommen auch vermehrt Zentralsteuergeräte zum Einsatz, welche mehrere Funktionen in einem gemeinsamen Steuergerät kombinieren. Derartige Zentralsteuergeräte haben in der Regel einen höheren Energiebedarf, als ein einzelnes Einzelsteuergerät. Für den Fall einer Unterbrechung der Versorgungsspannung von Steuergeräten können in den Steuergeräten ausreichend groß dimensionierte Energiespeicher vorgehalten werden, um zumindest sicherheitsrelevante Funktionen des Steuergeräts für die Dauer der Unterbrechung gewährleisten zu können.
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Die Druckschrift
DE 10 2015 226 600 A1 beschreibt ein Steuergerät für ein Fahrzeug, welches über eine externe Stromversorgung versorgt wird. Hierbei ist mindestens eine Teilfunktionalität des Steuergeräts so ausgelegt, dass für diese Teilfunktionalität zwei Spannungsquellen zur Verfügung stehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Spannungsversorgungsverfahren für eine Steuervorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Demgemäß ist vorgesehen:
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Eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Spannungsversorgungsmodul. Das Spannungsversorgungsmodul ist dazu ausgelegt, an einem Eingangsanschluss mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden zu werden. Weiterhin ist das Spannungsversorgungsmodul dazu ausgelegt, eine elektrische Versorgungsspannung für mehrere Funktionsmodule der Steuervorrichtung bereitzustellen. Das Spannungsversorgungsmodul ist ferner dazu ausgelegt, bei einer Unterbrechung einer Eingangsspannung an dem Eingangsanschluss des Spannungsversorgungsmoduls eine Zwischenspannung bereitzustellen. Dabei ist das Spannungsmodul weiterhin dazu ausgelegt, die bereitgestellte Zwischenspannung bei der Unterbrechung der Eingangsspannung nur an einer vorbestimmten Teilmenge der mehreren Funktionsmodule bereitzustellen.
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Weiterhin ist vorgesehen:
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Ein Stromversorgungsverfahren für eine Steuervorrichtung, insbesondere für eine Steuervorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Das Stromversorgungsverfahren umfasst einen Schritt zum Bereitstellen von Versorgungsspannungen an Funktionsmodulen der Steuervorrichtung. Die Versorgungsspannungen werden insbesondere unter Verwendung einer an der Steuervorrichtung bereitgestellten Eingangsspannung bereitgestellt. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt zum Detektieren einer Unterbrechung der an der Steuervorrichtung bereitgestellten Eingangsspannung. Darüber hinaus umfasst das Verfahren einen Schritt zum Generieren einer Zwischenspannung an einer Teilmenge der Funktionsmodule. Die Zwischenspannung wird insbesondere unter Verwendung von in der Steuervorrichtung gespeicherter elektrischer Energie generiert. Diese Zwischenspannung wird an der Teilmenge der Funktionsmodule dann bereitgestellt, wenn eine Unterbrechung der an der Steuervorrichtung bereitgestellten Eingangsspannung detektiert worden ist.
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Vorteile der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es bei einer Versorgungsspannung für eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, zu temporären Unterbrechungen kommen kann. Beispielsweise kann es beim Zuschalten eines starken Verbrauchers in einem Energieversorgungsnetz, an das eine solche Steuervorrichtung angeschlossen ist, zu einem kurzzeitigen signifikanten Spannungseinbruch kommen, sodass die von einem solchen Energieversorgungsnetz bereitgestellte elektrische Energie kurzfristig nicht mehr für eine zuverlässige Energieversorgung der Funktionsmodule in einer solchen Steuervorrichtung ausreicht. Um bei derartigen Spannungsunterbrechungen weiterhin einen zuverlässigen Betrieb der Funktionsmodule innerhalb der Steuervorrichtung zu gewährleisten, können in der Steuervorrichtung entsprechend groß dimensionierte Energiespeicher, wie beispielsweise Kondensatoren oder Ähnliches, vorgesehen sein. Mit steigendem Energiebedarf der Funktionsmodule einer Steuervorrichtung müssen daher auch entsprechend groß dimensionierte Energiespeicher vorgesehen sein. Derartige Energiespeicher, wie beispielsweise Kondensatoren, erfordern jedoch einen relativ großen Bauraum und sind in der Regel auch mit hohen Kosten verbunden.
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Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen, und ein Konzept für eine Spannungsversorgung in einer Steuervorrichtung vorzusehen, welches einen sicheren und zuverlässigen Betrieb der Steuervorrichtung bei temporären Einbrüchen in der Energieversorgung ermöglicht. Hierzu ist es vorgesehen, bei einer Störung, insbesondere einer Unterbrechung in der Versorgungsspannung für die Steuervorrichtung, einen Teil der in der Steuervorrichtung vorgesehenen Funktionsmodule mit einer temporären Zwischenspannung zu versorgen.
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Als Zwischenspannung ist in diesem Kontext eine elektrische Spannung zur Energieversorgung von Komponenten in der Steuervorrichtung zu verstehen, welche bereitgestellt wird, um die Funktion der entsprechenden Komponenten der Steuervorrichtung während einer temporären Störung oder Unterbrechung der externen Energieversorgung zumindest teilweise oder eingeschränkt aufrechtzuerhalten. Gegebenenfalls ist es auch möglich, eine Zwischenspannung bereitzustellen, welche nur einen Teil des Energiebedarfs für die entsprechenden Komponenten der Steuervorrichtung bereitstellt. In diesem Fall dann ein weiterer Energiepuffer vorgesehen sein, und der Energiebedarf der jeweiligen Komponenten kann für einen stabilen Betrieb während einer Unterbrechung der Versorgungsspannung für eine vorgegebene Zeitspanne kann dabei gemeinsam mittels der bereitgestellten Zwischenspannung und der elektrischen Energie aus dem weiteren Energiepuffer gedeckt werden. Durch das Bereitstellen der Zwischenspannung kann dabei der Energiepuffer geringer dimensioniert werden, als bei einem Konzept, bei dem die Energieversorgung der Komponenten ausschließlich durch den Energiepuffer gedeckt werden muss.
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Unter dem Begriff „Funktionsmodul“ sind in diesem Zusammenhang Module oder Komponenten eines Steuergerätes zu verstehen. Funktionsmodule können beispielsweise Sensorsignale empfangen und/oder auswerten, Aktoren ansteuern, eine Kommunikation mit weiteren, insbesondere externen, Komponenten ermöglichen oder beliebige andere vorgegebene Prozesse in einer Steuervorrichtung ausführen.
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Weitere Komponenten, wie beispielsweise die übrigen Funktionsmodule, können hierbei temporär eingeschränkt oder deaktiviert werden. Hierdurch ist es möglich, elektrische Energie von Energiespeichern in den temporär deaktivierten Komponenten dazu zu verwenden, um die Zwischenspannung zu erzeugen, welche die Funktionsmodule mit elektrischer Energie versorgt, während die externe Energieversorgung unterbrochen ist. Hierdurch ist es möglich, auch bei einer Unterbrechung der Energieversorgung, zumindest einen Teil der Funktionalität der Steuervorrichtung aufrechtzuerhalten. Beispielsweise können priorisierte Funktionalitäten, wie zum Beispiel sicherheitsrelevante Funktionen, auch bei einer Unterbrechung der externen Energieversorgung aufrechterhalten werden, während Funktionalitäten mit einer niedrigeren Priorität im Falle einer Unterbrechung der externen Energieversorgung deaktiviert werden.
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Durch ein derartiges Konzept zur partiellen Energieversorgung innerhalb einer Steuervorrichtung ist es möglich, besonders relevante Funktionalitäten auch dann temporär aufrecht zu erhalten, wenn eine externe Energieversorgung kurzfristig unterbrochen wird. Durch die Beschränkung der Funktionalitäten während der Unterbrechung der Energieversorgung auf vorbestimmte Teilfunktionalitäten kann dabei der interne Energieverbrauch innerhalb der Steuervorrichtung reduziert werden. Hierdurch können die elektrischen Energiespeicher, die während der Unterbrechung der externen Energieversorgung die elektrische Energie bereitstellen, geringer dimensioniert werden. Wie im Nachfolgenden noch näher erläutert wird, können insbesondere zur Bereitstellung der elektrischen Energie während der Unterbrechung der externen Energieversorgung beispielsweise auch elektrische Energiespeicher, wie Kondensatoren oder Ähnliches, von Funktionsgruppen entladen werden, welche während der Unterbrechung der externen Energieversorgung deaktiviert werden. Derartige elektrische Energiespeicher können beispielsweise Kondensatoren sein, welche im normalen Betrieb eine Gleichspannungsversorgung der jeweiligen Funktionsgruppen stabilisieren. Somit erfüllen solche Kondensatoren zwei unterschiedliche Aufgaben: einerseits dienen sie zur Stabilisierung der Spannungsversorgung im normalen Betriebsmodus, und andererseits dienen sie als elektrische Energiespeicher für das Bereitstellen von elektrischer Energie, falls eine externe Energieversorgung unterbrochen wird. Da solche Kondensatoren zur Stabilisierung der Spannungsversorgung in der Regel ohnehin vorgesehen sind, können daher zusätzliche Energiespeicher entfallen oder zumindest entsprechend geringer dimensioniert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Spannungsversorgungsmodul der Steuervorrichtung dazu ausgelegt, elektrische Energie für das Bereitstellen der Zwischenspannung aus einem oder mehreren elektrischen Energiespeichern der Steuervorrichtung zu entnehmen. Grundsätzlich kann die elektrische Energie von einem beliebigen elektrischen Energiespeicher, insbesondere jedoch von einem Kondensator oder Ähnlichem bereitgestellt werden. Neben einem zentralen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise einem Kondensator in dem Spannungsversorgungsmodul, ist es möglich, mehrere kleinere Energiespeicher zu verwenden. Die kleineren elektrischen Energiespeicher können beispielsweise auch in den einzelnen Funktionsmodulen der Steuervorrichtung verteilt vorgesehen sein.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Spannungsversorgungsmodul dazu ausgelegt, elektrische Energie für das Bereitstellen der Zwischenspannung aus einem oder mehreren Kondensatoren von Funktionsmodulen zu entnehmen. Insbesondere kann die elektrische Energie von Kondensatoren aus Funktionsmodulen entnommen werden, welche bei der Unterbrechung der Eingangsspannung an dem Eingangsanschluss nicht mit der Zwischenspannung versorgt werden, also Funktionsmodule, welche bei einer Unterbrechung der Eingangsspannung deaktiviert werden. Wie oben bereits angeführt, können solche Kondensatoren im normalen Betrieb, solange eine externe Eingangsspannung bereitgestellt wird, zur Stabilisierung der jeweiligen Versorgungsspannung für die Funktionsmodule verwendet werden. Im Falle einer Unterbrechung der Eingangsspannung können diese Kondensatoren dann gezielt entladen werden und die in den jeweiligen Kondensatoren gespeicherte elektrische Energie kann zur Bereitstellung der Zwischenspannung während der Unterbrechung der Eingangsspannung verwendet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Steuervorrichtung einen Gleichspannungswandler. Der Gleichspannungswandler kann zwischen dem Spannungsversorgungsmodul und einem Funktionsmodul angeordnet sein. Insbesondere kann der Gleichspannungswandler zwischen dem Spannungsversorgungsmodul und einem Funktionsmodul angeordnet sein, welches bei einer Unterbrechung der externen Eingangsspannung nicht mit der Zwischenspannung versorgt wird. Der Gleichspannungswandler kann in diesem Fall dazu ausgelegt werden, bei einer Unterbrechung der externen Eingangsspannung elektrische Energie von einem elektrischen Energiespeicher des an den Gleichspannungswandler angeschlossenen Funktionsmoduls an dem Spannungsversorgungsmodul bereitzustellen. Insbesondere kann der Gleichspannungswandler dabei die an dem Spannungsversorgungsmodul bereitgestellte elektrische Spannung derart regeln, dass an dem Spannungsversorgungsmodul eine zumindest annähernd konstante elektrische Gleichspannung bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann an dem Gleichspannungsversorgungsmodul auch bei einer sinkenden elektrischen Spannung während des Entladens der elektrischen Energiespeicher in dem entsprechenden Funktionsmodul an dem Spannungsversorgungsmodul eine konstante Gleichspannung bereitgestellt werden.
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Alternativ ist es auch möglich, dass ein Funktionsmodul über einen Gleichspannungswandler an die externe Energieversorgung angebunden ist, wobei der Gleichspannungswandler dabei die von der externen Energieversorgung bereitgestellte Gleichspannung in eine weitere Gleichspannung konvertiert, deren Spannungsniveau höher ist als das Spannungsniveau der externen Energieversorgung. In diesem Fall kann ein elektrischer Energiespeicher eines solchen Funktionsmoduls bei einer Unterbrechung der externen Eingangsspannung entladen werden, wobei das Spannungsniveau des elektrischen Energiespeichers während des Entladevorgang kontinuierlich sinken wird. Zum Entladen des elektrischen Energiespeichers kann gegebenenfalls ein zusätzlicher Gleichspannungswandler vorgesehen sein.
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Gegebenenfalls können elektrischen Energiespeicher der Funktionsmodule, insbesondere von Funktionsmodule mit einer hochgesetzten Gleichspannung, bis zu einem unteren Spannungsniveau entladen werden, mit welchem das jeweilige Funktionsmodul zumindest eingeschränkt noch weiter betrieben werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Gleichspannungswandler zwischen dem Spannungsversorgungsmodul und dem Funktionsmodul als bidirektionaler Gleichspannungswandler ausgeführt sein. Ein solcher Gleichspannungswandler kann einerseits im normalen Betrieb, das heißt während an der Steuervorrichtung eine externe Eingangsspannung bereitgestellt wird, von dem Spannungsversorgungsmodul zu dem jeweiligen Funktionsmodul eine elektrische Gleichspannung mit einer vorgegebenen Spannungshöhe bereitstellen. Darüber hinaus kann bei einer Unterbrechung der externen Eingangsspannung derselbe Gleichspannungswandler elektrische Energie auch von dem Funktionsmodul, insbesondere von elektrischen Energiespeichern, wie beispielsweise Kondensatoren in dem Funktionsmodul, zu dem Spannungsversorgungsmodul übertragen. Derartige Gleichspannungswandler sind beispielsweise auch unter dem Begriff Zweiquadrantensteller bekannt.
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Gemäß einer Ausführungsform kann bei einer Unterbrechung der Eingangsspannung am Eingangsanschluss des Spannungsversorgungsmoduls elektrische Energie über eine interne Diode, insbesondere eine interne Bodydiode des Gleichspannungswandlers zu dem Spannungsversorgungsmodul übertragen werden. Auf diese Weise kann auch ein elektrischer Energiespeicher in dem jeweiligen Funktionsmodul besonders einfach und ohne weiteren Schaltungsaufwand entladen werden, wenn eine Unterbrechung der externen Eingangsspannung der Steuervorrichtung erfolgt.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Steuervorrichtung mindestens ein Funktionsmodul, das ein Überwachungsmodul umfasst. Das Überwachungsmodul des entsprechenden Funktionsmoduls kann dazu ausgelegt sein, weitere Funktionsmodule der Steuervorrichtung zu überwachen. Zusätzlich oder alternativ kann das Überwachungsmodul eine Kommunikationsverbindung mit einer externen Komponente bereitstellen. In diesem Fall kann das Spannungsversorgungsmodul dazu ausgelegt sein, bei einer Unterbrechung der Eingangsspannung am Eingangsanschluss mindestens an dem Überwachungsmodul die Zwischenspannung bereitzustellen. Auf diese Weise können die entsprechenden Funktionalitäten des Funktionsmoduls mit dem Überwachungsmodul auch bei einer Unterbrechung der externen Eingangsspannung weiter aufrechterhalten werden. Wird beispielsweise mittels des entsprechenden Funktionsmoduls eine externe Kommunikation realisiert, so kann durch Aufrechterhalten der jeweiligen Funktion eine Störung in der externen Kommunikation vermieden werden. Somit kann sichergestellt werden, dass bei einer Unterbrechung der Eingangsspannung an der Steuervorrichtung die externe Kommunikation nicht gestört wird und somit auch Funktionalitäten von weiteren externen Komponenten, die an dieser Kommunikation beteiligt sind, nicht beeinträchtigt werden.
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Ferner kann auch insbesondere durch das Aufrechterhalten einer internen Überwachung sichergestellt werden, dass bei einer Unterbrechung der externen Spannungsversorgung der Steuervorrichtung die internen Funktionalitäten in einen sicheren Zustand überführt werden und somit unkontrollierte Beeinträchtigungen oder Störungen vermieden werden. Beispielsweise kann das Überwachungsmodul bei einer Unterbrechung der externen Energieversorgung zumindest einen Teil der weiteren Funktionsmodule der Steuervorrichtung kontrolliert in einen Standby- oder Bereitschaftsmodus versetzen und auf diese Weise den internen Energiebedarf weiter reduzieren.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuervorrichtung mehrere Funktionsmodule umfassen, die als System on Chip ausgeführt sind. Insbesondere können auch mehrere unterschiedliche Funktionsmodule als ein gemeinsames System on Chip implementiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Leistungsaufnahme eines oder mehrerer vorbestimmter Funktionsmodule reduziert werden, wenn eine Unterbrechung der an der Steuervorrichtung bereitgestellten Eingangsspannung detektiert worden ist. Die Leistungsaufnahme der entsprechenden Funktionsmodule kann beispielsweise dadurch reduziert werden, dass die Funktionsmodule vollständig deaktiviert werden. Alternativ ist es auch möglich, zumindest einen Teil der Funktionsmodule in einen Standby- oder Bereitschaftsmodus zu versetzen und auf diese Weise den Energiebedarf zu reduzieren. Insbesondere ist es auch möglich, in einem mehrstufigen Ansatz zunächst ein Funktionsmodul kontrolliert herunterzufahren und dabei beispielsweise einen aktuellen Systemzustand abzuspeichern. In einem weiteren Schritt kann daraufhin das entsprechende Funktionsmodul vollständig deaktiviert werden. Auf diese Weise kann zu einem späteren Zeitpunkt, wenn die externe Energieversorgung wieder vorhanden ist, das entsprechende Funktionsmodul gezielt neu gestartet und initialisiert werden. Selbstverständlich sind auch beliebige andere Ansätze zur Reduktion der Leistungsaufnahme und/oder Deaktivierung von Funktionsmodulen möglich.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung, Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines Blockschaltbildes einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
- 2: eine schematische Darstellung eines Blockschaltbilds einer Steuervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
- 3: ein Ablaufdiagramm, wie es einem Spannungsversorgungsverfahren zum Anpassen von Kalibrierungsparametern gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaltbilds einer Steuervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Steuervorrichtung 1 kann beispielsweise von einer externen Energiequelle 2, insbesondere einer externen Gleichspannungsquelle mit elektrischer Energie versorgt werden. Beispielsweise kann es sich dabei um ein Gleichspannungsbordnetz eines Kraftfahrzeuges handeln. Die von der Gleichspannungsquelle bereitgestellte elektrische Spannung kann zum Beispiel über ein Spannungsversorgungsmodul 10 ein oder mehrere Funktionsmodule 21 bis 24 mit elektrischer Energie versorgen. Falls die einzelnen Funktionsmodule 21 bis 24 eine unterschiedliche, insbesondere eine von der Eingangsspannung abweichende elektrische Spannung benötigen, so kann mittels einem oder mehrerer Gleichspannungswandler oder Spannungsregler die elektrische Spannung entsprechend angepasst werden. Auf diese Weise kann jedem Funktionsmodul 21 bis 24 eine geeignete elektrische Versorgungsspannung bereitgestellt werden.
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Die einzelnen Funktionsmodule 21 bis 24 können hierzu direkt an das Spannungsversorgungsmodul 10 angeschlossen sein. Alternativ können einzelne Funktionsmodule 24 beispielsweise auch über andere Funktionsmodule 23 mit elektrischer Energie versorgt werden.
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Die einzelnen Funktionsmodule 21 bis 24 können beliebige unterschiedliche Funktionen realisieren. Beispielsweise kann ein Funktionsmodul 21 vorgesehen sein, welches eine Kommunikationsverbindung mit einem oder mehreren externen Komponenten 3 bereitstellt. Hierzu kann das entsprechende Funktionsmodul 21 beispielsweise über eine Datenverbindung, wie zum Beispiel einen Kommunikationsbus, beispielsweise einen CAN Bus oder eine Netzwerkverbindung mit weiteren Komponenten verbunden sein.
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Darüber hinaus können einzelne Funktionsmodule 22 bis 24 auch beliebigen geeigneten Sensoren oder Aktoren zugeordnet sein. Zum Beispiel können die Funktionsmodule 22 bis 24 Kameramodule zur Erfassung von Bilddaten, Ultraschallsensoren für eine Distanzmessung zu einem externen Hindernis oder beliebige andere geeignete Sensoren, insbesondere Umfeldsensoren umfassen. Ebenso sind beispielsweise Aktoren, wie zum Beispiel Stellmotoren oder Ähnliches möglich.
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Je nach Funktionalität der einzelnen Funktionsmodule 21 bis 24 können den einzelnen Funktionsmodulen 21 bis 24 unterschiedliche Prioritäten zugeordnet werden. Beispielsweise können Funktionsmodulen für sicherheitsrelevante Funktionalitäten höhere Prioritäten zugeordnet werden. Anderen Funktionsmodulen 21 bis 24 können beispielsweise eine niedrigere Priorität zugeordnet werden, bei welcher gegebenenfalls auch eine temporäre Unterbrechung der jeweiligen Funktionalität in Kauf genommen werden kann.
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Beispielsweise könnte eine Beeinträchtigung eines Funktionsmodules 21 für eine Kommunikation mit weiteren, externen Komponenten zu einer Störung des gesamten Kommunikationsablaufes und gegebenenfalls auch zur Übertragung von fehlerhaften Informationen führen. Daher kann in einem solchen Fall einem entsprechenden Kommunikationsmodul 21 eine höhere Priorität zugeordnet werden. Sind darüber hinaus beispielsweise unter den Funktionsmodulen 22 bis 24 auch Kameramodule vorgesehen, die lediglich optische Informationen für eine Visualisierung auf einem Bildschirm bereitstellen, so kann gegebenenfalls eine kurzzeitige Unterbrechung dieser Bildsignale in Kauf genommen werden, sodass derartigen Funktionsmodulen 22 bis 24 eine entsprechend niedrigere Priorität zugeordnet werden kann.
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Tritt nun während des Betriebs der Steuervorrichtung 1 eine Unterbrechung der externen Versorgungsspannung von der Spannungsquelle 2 auf, so ist es das Ziel der Steuervorrichtdung 1, vorzugsweise die Funktion von Funktionsmodulen 21 bis 24 mit höherer Priorität aufrechtzuerhalten. Dagegen kann eine temporäre Beeinträchtigung von Funktionsmodulen 22 bis 24 mit niedrigerer Priorität gegebenenfalls temporär in Kauf genommen werden.
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Daher kann das Spannungsversorgungsmodul 10 bei einer temporären Unterbrechung der externen Spannungsversorgung eine vorgegebene Gruppe von Funktionsmodulen 21 bis 24 weiterhin mit einer Versorgungsspannung, im Folgenden Zwischenspannung, versorgen. Andere Funktionsmodule 22 bis 24, wie die beispielsweise im Vorausgegangenen als Funktionsmodule mit einer niedrigeren Priorität bezeichneten Funktionsmodule 22 bis 24, können für den Zeitraum, in dem die externe Spannungsversorgung unterbrochen ist, deaktiviert werden.
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Während des Zeitraums, in welchem die externe Spannungsversorgung 2 temporär unterbrochen ist, ist es erforderlich, die elektrische Energie für die Versorgung der ausgewählten Funktionsmodule 21 bis 24 mit der Zwischenspannung aus einem internen Energiespeicher zu beziehen. Hierzu kann grundsätzlich beispielsweise ein geeigneter elektrischer Energiespeicher, wie zum Beispiel ein entsprechend groß dimensionierter Kondensator, in dem Spannungsversorgungsmodul 10 vorgesehen sein.
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Darüber hinaus ist es auch möglich, für das Generieren der Zwischenspannung elektrische Energie zu verwenden, welche in elektrischen Energiespeichern der Funktionsmodule gespeichert ist, welche während der Unterbrechung der externen Energieversorgung deaktiviert werden können. Beispielsweise können in den Spannungsversorgungsleitungen zu den einzelnen Funktionsmodulen 21 bis 24 Kondensatoren vorgesehen sein, welche im normalen Betrieb, das heißt im Betrieb bei welchem die Spannungsversorgung von der externen Energiequelle 2 bereitgestellt wird, die jeweilige Versorgungsspannung der entsprechenden Funktionsmodule 21 bis 24 stabilisieren. In diesen Kondensatoren ist somit zunächst eine gewisse Menge an elektrischer Energie gespeichert.
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Zur Erzeugung der Zwischenspannung kann beispielsweise die elektrische Energie in den Kondensatoren genutzt werden, welche in Funktionsmodulen 22 bis 24 vorgesehen sind, die bei einer Unterbrechung der externen Spannungsversorgung 2 deaktiviert werden können. Mit anderen Worten, das Spannungsversorgungsmodul 10 kann elektrische Energiespeicher, wie zum Beispiel Kondensatoren, in denjenigen Funktionsmodulen 22 bis 24 entladen, welche bei einer Unterbrechung der externen Spannungsversorgung 2 deaktiviert werden können. Diese Energie kann zum Erzeugen/Generieren der Zwischenspannung genutzt werden.
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Da sich das Spannungsniveau der Kondensatoren während des Entladens in der Regel absenken wird, kann in dem Spannungsversorgungsmodul 10 ein Gleichspannungswandler vorgesehen sein, welcher die von den Energiespeichern in den deaktivierten Funktionsmodulen 22 bis 24 bereitgestellte elektrische Spannung jeweils auf ein Spannungsniveau der gewünschten Zwischenspannung anhebt.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaltbilds einer Steuervorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die in 2 dargestellte Ausführungsform entspricht weitestgehend der zuvor beschriebenen Ausführungsform gemäß 1. Die in 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsform insbesondere dadurch, dass zwischen dem Spannungsversorgungsmodul 10 und einem oder mehreren Funktionsmodulen 22 ein Gleichspannungswandler 11 vorgesehen sein kann. Dieser Gleichspannungswandler 11 kann in einem normalen Betrieb, bei dem die elektrische Energieversorgung von der externen Spannungsquelle 2 erfolgt, das von der externen Spannungsquelle 2 bereitgestellte Spannungsniveau auf ein Spannungsniveau anheben oder absenken, welches für den Betrieb des jeweiligen Funktionsmoduls 22 erforderlich ist.
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Bei einer temporären Unterbrechung der externen Spannungsversorgung 2 kann daraufhin elektrische Energie von einem elektrischen Energiespeicher, beispielsweise einem Kondensator in dem Funktionsmodul 22 entnommen werden und über den jeweiligen Gleichspannungswandler 11 dem Spannungsversorgungsmodul 10 bereitgestellt werden, um die erforderliche Zwischenspannung bereitzustellen.
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In einer Ausführungsform kann dabei die elektrische Energie von dem Energiespeicher in dem Funktionsmodul 22 über eine interne Diode, beispielsweise über eine Bodydiode in dem Gleichspannungswandler 11 in Richtung des Spannungsversorgungsmoduls 10 fließen.
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Alternativ ist es auch möglich, dass der entsprechende Gleichspannungswandler 11 als bidirektionaler Gleichspannungswandler ausgeführt ist, welcher nicht nur elektrische Energie von dem Spannungsversorgungsmodul 10 in Richtung des Funktionsmoduls 22 übertragen kann, sondern auch in umgekehrter Richtung von dem Funktionsmodul 22 in Richtung des Spannungsversorgungsmoduls 10. In diesem Fall kann der Gleichspannungswandler 11 jeweils derart geregelt werden, dass bei einem Energiefluss von dem Funktionsmodul 22 in Richtung des Spannungsversorgungsmoduls 10 die an dem Spannungsversorgungsmodul 10 bereitgestellte elektrische Spannung vorzugsweise zumindest annähernd konstant ist.
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Durch die zuvor beschriebene Bereitstellung einer Zwischenspannung während der temporären Unterbrechung der externen Spannungsversorgung 2 ist es möglich, zumindest einen Teil der Funktionsmodule 21 bis 24 weiter zu betreiben. Auf diese Weise können beispielsweise sicherheitsrelevante Funktionalitäten auch bei einer kurzfristigen Unterbrechung der externen Spannungsversorgung 2 aufrechterhalten werden. Als temporäre Unterbrechung der externen Spannungsversorgung können beispielsweise Unterbrechungen in einem Zeitraum von bis zu 20 Millisekunden (ms) oder gegebenenfalls bis zu 100 ms betrachtet werden. Darüber hinaus sind jedoch je nach Dimensionierung der elektrischen Energiespeicher innerhalb der Steuervorrichtung 1, insbesondere der Dimensionierung der entsprechenden Kondensatoren, auch andere Zeiträume für eine temporäre Unterbrechung der externen Spannungsversorgung 2 möglich.
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Darüber hinaus ist es auch möglich, die Funktionalität einiger Funktionsmodule 21 bis 24 einzuschränken, während die externe Spannungsversorgung 2 unterbrochen ist. Auf diese Weise kann der Energiebedarf für den Betrieb der entsprechenden Funktionsmodule 21 bis 24 reduziert werden. Insbesondere ist es beispielsweise möglich, die Funktionsmodule 21 bis 24 mit einem verringerten Energiebedarf zu betreiben, solange die entsprechenden Funktionsmodule mit der von dem Spannungsversorgungsmodul 10 bereitgestellten Zwischenspannung versorgt werden.
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Weiterhin ist gegebenenfalls auch bei einer Unterbrechung der externen Spannungsversorgung 2 ein mehrstufiger Ansatz möglich, bei welchem zum Beispiel in einer ersten Phase die zu deaktivierenden Funktionsmodule 22 bis 24 zunächst kontrolliert in einen sicheren Zustand, beispielsweise in einen Standby- oder Bereitschaftsmodus versetzt werden, und anschließend in einer weiteren Phase die Funktionsmodule vollständig deaktiviert werden. Auf diese Weise können gegebenenfalls unkontrollierte Betriebszustände oder Signalflüsse vermieden werden.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm, wie es einem Spannungsversorgungsverfahren für eine Steuervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. In Schritt S1 wird zunächst an mehreren Funktionsmodulen 21-24 der Steuervorrichtung 1 eine Versorgungsspannung bereitgestellt. Die Versorgungsspannung wird dabei unter Verwendung einer extern bereitgestellten Eingangsspannung bereitgestellt.
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In Schritt S2 wird eine Unterbrechung der bereitgestellten externen Eingangsspannung detektiert. Daraufhin wird in Schritt S3 eine Zwischenspannung bereitgestellt. Diese Zwischenspannung wird insbesondere nur an eine Teilmenge der Funktionsmodule 21-24 der Steuervorrichtung 1 bereitgestellt. Dabei wird die Zwischenspannung unter Verwendung von in der Steuervorrichtung 1 gespeicherter elektrischer Energie bereitgestellt. Das Bereitstellen der Zwischenspannung erfolgt, nachdem eine Unterbrechung der externen Eingangsspannung detektiert worden ist.
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Ferner kann das Verfahren beispielsweise einen Schritt zum Reduzieren der Leistungsaufnahmen eines oder mehrerer vorbestimmter Funktionsmodule 21-24 umfassen. Die Leistungsaufnahme kann insbesondere dann reduziert werden, wenn eine Unterbrechung der an der Steuervorrichtung 1 bereitgestellten Eingangsspannung detektiert worden ist.
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Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Steuervorrichtung, insbesondere eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei bei einer Unterbrechung einer externen Spannungsversorgung eine eingeschränkte Funktionalität weiter aufrechterhalten werden kann. Hierzu ist es vorgesehen, einige Funktionsmodule der Steuervorrichtung bei einer Unterbrechung der externen Versorgungsspannung zu deaktivieren und elektrische Energie, welche in den deaktivierten Funktionsmodulen gespeichert ist, für die Spannungsversorgung weiterer Funktionsmodule zu nutzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015226600 A1 [0003]
