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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Thermomanagement-Moduls für ein Kraftfahrzeug sowie ein Thermomanagement-Modul, das zur Durchführung dieses Verfahrens eingerichtet/programmiert ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Thermomanagement-Modul.
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Unter sogenannten Thermomanagement-Modulen versteht man Vorrichtungen, die dazu dienen, in einem Fahrzeug, insbesondere mit elektrischem Energiespeicher und elektrischem Antriebsmotor, Wärme zu transportieren. In diesen Thermomanagement-Modulen sind typischerweise eine Vielzahl von sogenannten Funktionskomponenten wie etwa elektrische Pumpen und elektrisch steuerbare Ventile angeordnet. Darüber hinaus sind in einem solchen Modul typischerweise eine Vielzahl von Sensoren, insbesondere Druck- und Temperatursensoren, verbaut, die Sensordaten erzeugen.
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In bestimmten Betriebssituationen kann es dabei sinnvoll sein, dass einzelne Funktionskomponenten unabhängig voneinander, beispielsweise über einen Fahrzeug-Feldbus des Kraftfahrzeugs, in welchem das Thermomanagement Modul verbaut ist, gesteuert werden können. In anderen Betriebssituationen erweist es sich jedoch als vorteilhaft, wenn die Ansteuerung der Funktionskomponenten aufeinander abgestimmt erfolgt.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Betriebsverfahren für ein Thermomanagement Modul der eingangs genannten Art zu schaffen, welches hinsichtlich der Art der Ansteuerung der einzelnen Funktionskomponenten, insbesondere im Hinblick auf die Autarkie der Ansteuerung gegenüber dem Fahrzeug und dessen Fahrzeug-Feldbus, auf flexible Weise gesteuert werden kann. Darüber hinaus ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Thermomanagement-Modul zu schaffen, welches zur Durchführung eines solchen verbesserten Betriebsverfahrens eingerichtet ist.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundidee des erfindungsgemäßen Verfahrens ist demnach, eine Steuerungseinheit zum Steuern der Funktionskomponenten eines Thermomanagement-Moduls in zwei verschiedenen Betriebsmodi betreibbar und zwischen diesen umschaltbar auszugestalten. In einem ersten Betriebsmodus werden von einem Fahrzeug-Feldbus empfangene Steuerungsbefehle von der Steuerungseinheit bzw. deren Steuerungselektronik nicht ausgewertet, sondern zur Ansteuerung der betreffenden Funktionskomponenten direkt an einen Komponenten-Feldbus weitergegeben, an welchen die Funktionskomponenten angeschlossen sind. Dies erlaubt es, die Funktionskomponenten direkt vom Fahrzeug-Feldbus aus anzusteuern. Werden für Fahrzeug-Feldbus unterschiedliche Bussystem verwendet - beispielsweise einen CAN-Bus als Fahrzeug-Feldbus und einen LIN-Bus als Komponenten-Feldbus, so kann die Steuerungseinheit dabei die vom Fahrzeug-Feldbus bzw. CAN-Bus empfangenen Steuerbefehle quasi „übersetzen“, so dass diese auf dem Komponenten-Feldbus bzw. LIN-Bus weiterverarbeitet werden. Inhaltlich bleiben im ersten Betriebsmodus die vom Fahrzeug-Feldbus empfangenen Befehle jedoch bei der Weitergabe an den Komponenten-Feldbus durch die Steuerungseinheit unverändert.
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Demgegenüber werden in einem zweiten Betriebsmodus vom Fahrzeug-Feldbus empfangene Steuerbefehle von der Steuerungseinheit nicht wie im ersten Betriebsmodus „durchgeschleift“, also inhaltlich unverändert weitergegeben, sondern von der Steuerungselektronik der Steuerungseinheit verarbeitet. Im Zuge dieser Verarbeitung der vom Fahrzeug-Feldbus empfangenen übergeordneten Befehle können von der Steuerungseinheit über den Komponenten-Feldbus entsprechende Einzelbefehle an die Funktionskomponenten gesendet werden. Auf diese Weise kann das Thermomanagement-Modul weitgehend autark betrieben werden. Insbesondere ist es nicht mehr wie im ersten Betriebsmodus erforderlich, sogenannte „Low-Level“-Befehle vom Fahrzeug-Feldbus direkt und unverarbeitet an die Funktionskomponenten zu senden; vielmehr ist es ausreichend, nur übergeordnete Befehle, die beispielsweise einem bestimmten Funktionsmodus des Thermomanagement-Moduls oder einer oder mehrerer seiner Funktionskomponenten aktivieren oder ändern, der sich insbesondere auf das Zusammenspiel mehrerer Funktionskomponenten beziehen kann, an die Steuerungseinheit zu senden. Die zum Umsetzen eines solchen Funktionsmodus erforderliche Einzelsteuerung der Funktionskomponenten wird im zweiten Betriebsmodus dabei von der Steuereinheit übernommen. Eine solche „modulare“ Steuerung der Funktionskomponenten vereinfacht die Ansteuerung des Thermomanagement-Moduls über den Fahrzeug-Feldbus. Außerdem kann durch die Bereitstellung der beiden voranstehend erläuterten Betriebszustände das Thermomanagement-Modul mit hoher Flexibilität angesteuert werden.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein erfindungsgemäßes Thermomanagement-Modul angesteuert. Dieses umfasst einen Komponententräger und wenigstens zwei, vorzugsweise mehrere, elektrisch steuerbare Funktionskomponenten zum Temperieren wenigstens einer Fahrzeugkomponente eines Kraftfahrzeugs, die bevorzugt lösbar oder fest mit dem Komponententräger verbunden sind. Ferner umfasst das Modul wenigstens eine elektrische Steuerungseinheit, die zum elektrischen Steuern wenigstens zweier, bevorzugt mehrerer, besonders bevorzugt aller, der Funktionskomponenten eine Steuerungselektronik aufweist, die über einen Komponenten-Feldbus elektrisch mit der jeweiligen Funktionskomponente verbunden ist und in einem Gehäuse der Steuerungseinheit angeordnet ist. Dabei ist die Steuerungselektronik elektrisch und datenübertragend mit einem Fahrzeug-Feldbus des mit dem Thermomanagement-Modul ausgestatteten Kraftfahrzeugs verbunden. Erfindungsgemäß ist die Steuerungseinheit des Moduls zwischen einem ersten und wenigstens einem zweiten Betriebsmodus umschaltbar. Im ersten Betriebsmodus werden vom Fahrzeug-Feldbus empfangene Steuerbefehle von der Steuerungselektronik zur Ansteuerung der betreffenden Funktionskomponente direkt an den Komponenten-Feldbus weitergegeben und bleiben dabei zumindest inhaltlich unverändert. Demgegenüber werden im zweiten Betriebsmodus vom Fahrzeug-Feldbus empfangene Steuerbefehle als sog. übergeordnete Steuerbefehle zunächst von der Steuerungselektronik bearbeitet, was bedeutet, dass die Einzelsteuerung der betreffenden Funktionskomponenten von der Steuerungseinheit durchgeführt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens steuert im wenigstens einen zweiten Betriebsmodus die Steuerungseinheit wenigstens eine Funktionskomponente, bevorzugt mehrere Funktionskomponenten, in Reaktion auf wenigstens einen vom Fahrzeug-Feldbus empfangenen übergeordneten Steuerungsbefehl an. Somit ist es nicht erforderlich, eine Vielzahl von Einzelbefehlen an die jeweilige Funktionskomponente zu übermitteln. Vielmehr kann die detaillierte Ansteuerung der betreffenden Funktionskomponente über die Steuerungseinheit bzw. von dieser aus erfolgen. Somit können übergeordnete Steuerbefehle, die einen übergeordneten Funktionsmodus des Thermomanagement-Moduls aktivieren oder verändern oder deaktivieren können, vom Fahrzeug-Feldbus aus an die Steuerungseinheit übermittelt werden, wo sie zur Einzelsteuerung der einzelnen Funktionskomponenten verarbeitet werden. Je nach Baureihe des Thermomanagement-Moduls kann somit die Einzelsteuerung der in dem Thermomanagement-Modul verbauten Funktionskomponenten individuell angepasst werden. Demgegenüber können übergeordnete Befehle, die über den Fahrzeug-Feldbus an die Steuerungseinheit übermittelt werden, auch für verschiedene Baureihen einheitlich verwendet werden. Dies vereinfacht die Ansteuerung verschiedener Baureihen des Thermomanagement-Moduls, die sich insbesondere in der Zusammensetzung bzw. der Einzelsteuerung einzelner Funktionskomponenten voneinander unterscheiden können, da die individuelle Zusammensetzung des Thermomanagement-Moduls aus verschiedenen Funktionskomponenten beim Erzeugen und Senden eines übergeordneten Steuerbefehls an die Steuerungseinheit unberücksichtigt bleiben kann.
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Besonders bevorzugt werden im wenigstens einen zweiten Betriebsmodus von den Funktionskomponenten keine vom Fahrzeug-Feldbus bereitgestellten Befehle verarbeitet. Dies unterstützt den voranstehend erläuterten mehrstufigen Ansatz, bei welchem die Funktionskomponenten keine direkte Kommunikationsverbindung zum Fahrzeug-Feldbus benötigen.
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Besonders zweckmäßig steuert auch im ersten Betriebsmodus die Steuerungseinheit diejenigen Funktionskomponenten an, die nicht an den Komponenten-Feldbus angeschlossen sind. Somit wird vermieden, dass diejenigen Funktionskomponenten, die nicht an den Komponenten-Feldbus angeschlossen sind, hinsichtlich ihrer der Ansteuerung im ersten Betriebsmodus unberücksichtigt bleiben müssen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Steuerungseinheit im wenigstens einen zweiten Betriebszustand zur Ausführung wenigstens eines Funktionsmodus, vorzugsweise zweier oder mehrerer Funktionsmodi, des Thermomanagement-Moduls eingerichtet/programmiert. Bei dieser Weiterbildung erfolgt in dem wenigstens einen Funktionsmodus die Ansteuerung wenigstens einer, vorzugsweise mehrerer Funktionskomponente(n), unabhängig vom Fahrzeug-Feldbus. Bevorzugt kann die Ansteuerung gemäß einer vorgegebenen und dem jeweiligen Funktionsmodus, zugeordneten Steuerungsstrategie oder Regelungsstrategie erfolgen. Gemäß einer solchen Steuerungsstrategie bzw. Regelungsstrategie können auch zwei oder mehr Funktionskomponenten angesteuert werden. Selbstverständlich können einem jeweiligen Funktionsmodus auch zwei oder mehr solche Steuerungsstrategien bzw. Regelungsstrategie zugeordnet sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann in dem wenigstens einen Funktionsmodus von der Steuerungseinheit wenigstens eine Regelschleifte mit wenigstens einer Regelgröße und mit wenigstens einer in einer Funktionskomponente einstellbare Stellgröße ausgeführt werden. Bei dieser Weiterbildung kann außerdem ein Soll-Wert der wenigstens Regelgröße als übergeordneter Steuerbefehl vom Fahrzeug-Feldbus an die Steuerungseinheit bereitgestellt und von der Steuerungseinheit zur Einstellung der Stellgröße der jeweiligen Funktionskomponente angesteuert werden. Dadurch kann die Regelung besagter Funktionskomponente(n) mithilfe der Steuerungseinheit, in welche ein entsprechender Regelalgorithmus softwaremäßig integriert sein kann, selbstständig durchgeführt werden. Insbesondere ist keine Überwachung des Regelungsalgorithmus über den Fahrzeug-Feldbus erforderlich. Über den Fahrzeug-Feldbus können hingegen übergeordnete Befehle empfangen werden, die sich in allgemeinerer Weise auf die Umsetzung der Regelschleife beziehen können. Hierzu ist auch die bereits erwähnte Variation einer bestimmten Regelgröße zu zählen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Steuerungseinheit in einen dritten Betriebszustand umschaltbar. Bei dieser Weiterbildung erfolgt im zweiten Betriebsmodus die Einstellung des wenigstens einen Funktionsmodus, insbesondere das Umschalten von einem eingestellten Funktionsmodus in einen anderen Funktionsmodus, mittels eines von der Steuerungseinheit vom Fahrzeug-Feldbus empfangenen übergeordneten Steuerungsbefehls. Im dritten Betriebsmodus erfolgt die Einstellung des wenigstens einen Funktionsmodus, insbesondere das Umschalten von einem eingestellten Funktionsmodus in einen anderen Funktionsmodus, selbsttätig von der Steuerungseinheit, insbesondere ohne Empfang eines entsprechenden übergeordneten Steuerbefehls vom Fahrzeug-Feldbus. Der dritte Betriebsmodus erlaubt somit gegenüber dem zweiten Betriebsmodus einen Betrieb des Thermomanagement-Moduls mit erhöhter Autarkie.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst im wenigstens einen zweiten Betriebsmodus, insbesondere im zweiten oder dritten Betriebsmodus, die Ansteuerung der Funktionskomponenten den Empfang und die Auswertung von Sensorsignalen von wenigstens einer der Funktionskomponenten durch die Steuerungseinheit.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Thermomanagement-Modul, das zur Durchführung des voranstehend vorgestellten Verfahrens eingerichtet/programmiert ist. Die voranstehend erläuterten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens übertragen sich daher auch auf das erfindungsgemäße Thermomanagement-Modul.
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Grundidee beim erfindungsgemäßen Thermomanagement-Modul ist demnach, die elektrische Verdrahtung und damit verbunden auch die elektrische Steuerung des oben erläuterten Thermomanagement-Moduls modular zu realisieren. Hierzu wird vorgeschlagen, die elektrische Verdrahtung, insbesondere einen elektrischen Anschluss der einzelnen Funktionskomponenten des Moduls an eine elektrische Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeugs sowie an den Feldbus eines Kraftfahrzeugs über die bereits vorangehend erläuterte, gemeinsame elektrische Steuereinheit mit Steuerungselektronik zu realisieren. Dies bedeutet, dass die Steuerung und auch die elektrische Spannungsversorgung aller vom Thermomanagement-Modul erfassten Funktionskomponenten über diese Steuerungseinheit erfolgen. Eine solche Steuerungseinheit verfügt über erfindungsgemäß über eine elektronische oder/und elektrische Bauelemente aufweisende Steuerungselektronik, die mit dem Fahrzeug-Feldbus des das Modul verwendenden Kraftfahrzeugs verbunden werden kann und selbst wiederum über einen eigenen Komponenten-Feldbus mit wenigstens einer, bevorzugt mit zwei oder mit mehreren, der Funktionskomponenten des Thermomanagement-Moduls datenübertragend verbunden ist. Somit kann die Steuerung der Funktionskomponenten im Wesentlichen autark durch die Steuereinheit erfolgen. Die Ansteuerung der Steuerungseinheit wiederum kann über den an die Steuerungseinheit angeschlossenen Fahrzeug-Feldbus erfolgen.
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Insbesondere lassen sich somit über den Fahrzeug-Feldbus, wie bereits oben im Zusammenhang mit dem zweiten Betriebsmodus des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, an die Steuerungseinheit übergeordnete Befehle senden, die einem bestimmten Betriebszustand des Moduls entsprechenden können.
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Die zum Umsetzen des zweiten Betriebszustands erforderliche Einzelsteuerung der Funktionskomponenten kann dann von der Steuerungselektronik der Steuerungseinheit übernommen werden, ohne dass hierzu eine Kommunikation mit dem Fahrzeug-Feldbus erforderlich wäre. Mit dem erfindungsgemäßen Thermomanagement-Modul lässt sich aber auch der oben erläuterte erste Betriebsmodus realisieren.
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Das erfindungsgemäße Thermomanagement-Modul umfasst einen Komponententräger und wenigstens zwei, vorzugsweise mehrere, elektrisch steuerbaren Funktionskomponenten zum Temperieren wenigstens einer Fahrzeugkomponente eines Kraftfahrzeugs, wobei die Funktionskomponenten lösbar oder fest mit dem Komponententräger verbunden sind. Ferner umfasst das Modul wenigstens eine elektrische Steuerungseinheit, die zum elektrischen Steuern wenigstens zweier, bevorzugt mehrerer, besonders bevorzugt aller, der Funktionskomponenten eine Steuerungselektronik aufweist.
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Erfindungsgemäß ist die Steuerungselektronik über einen Komponenten-Feldbus elektrisch mit der jeweiligen Funktionskomponente verbunden. Ferner ist die Steuerungselektronik elektrisch und datenübertragend mit einem Fahrzeug-Feldbus des mit dem Thermomanagement-Modul ausgestatteten Kraftfahrzeugs verbindbar oder verbunden. Außerdem ist die Steuerungselektronik in einem Gehäuse der Steuerungseinheit angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse der Steuerungseinheit lösbar oder unlösbar am Komponententräger oder/und an wenigstens einer der Funktionskomponenten befestigt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die lösbare Befestigung des Gehäuses mittels wenigstens einer Schraubverbindung oder/und Clipverbindung oder/und Rastverbindung realisiert. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die unlösbare Befestigung des Gehäuses mittels wenigstens einer Nietverbindung oder/und Lötverbindung oder/und Schweißverbindung realisiert sein. Diese Maßnahmen erleichtern die Montage der Steuerungseinheit am Komponententräger.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist am Gehäuse ein elektrischer Eingangsanschluss vorgesehen. Mittels des Eingangsanschlusses kann die Steuerungselektronik elektrisch und datenübertragend mit einem Fahrzeug-Feldbus und elektrisch mit einer elektrischen Spannungsversorgung des Kraftfahrzeugs verbunden werden. Bei dieser Ausführungsform kann der Eingangsanschluss über eine am Gehäuse angeordnete Eingangs-Steckverbindung elektrisch mit dem Fahrzeug-Feldbus und der elektrischen Spannungsversorgung des Kraftfahrzeugs verbunden werden. Diese Maßnahme erleichtert die elektrische Verdrahtung bis hin zur Sicherstellung einer elektrischen Verbindung von der Steuerungseinheit zum Fahrzeug-Feldbus des Kraftfahrzeugs bzw. dessen elektrischen Spannungsversorgung.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Eingangs-Steckverbindung eine am Gehäuse angebrachte Eingangs-Steckeraufnahme auf. In diese ist ein komplementär zur Eingangs-Steckeraufnahme ausgebildeter Eingangs-Stecker mit elektrischen Verbindungleitungen zur elektrischen Spannungsversorgung bzw. zum Fahrzeug-Feldbus einsteckbar bzw. eingesteckt. Auch diese Maßnahme erleichtert den Zusammenbau des Moduls aus den Funktionskomponenten, der Steuerungseinheit und dem Komponententräger.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Steuerungseinheit wenigstens eine elektrisch mit der Steuerungselektronik verbundene elektrische Spannungsversorgungsleitung zum Versorgen der Steuerungselektronik mit elektrischer Energie. Bei dieser Weiterbildung ist die wenigstens eine elektrische Spannungsversorgungsleitung elektrisch mit dem am Gehäuse angeordneten Eingangsanschluss zum elektrischen Verbinden mit der elektrischen Spannungsversorgung des Kraftfahrzeugs und mit einem ebenfalls am Gehäuse angeordneten Versorgungs-Ausgangsanschluss zum elektrischen Anschließen und Versorgen wenigstens einer Funktionskomponente, bevorzugt wenigstens zweier, besonders bevorzugt aller, der Funktionskomponenten mit elektrischer Energie, elektrisch verbunden. Auf diese Weise kann die elektrische Spannungsversorgung des Kraftfahrzeugs sowohl zur elektrischen Energieversorgung der Steuerungseinheit als auch der von der Steuerungseinheit gesteuerten Funktionskomponenten verwendet werden. Eine aufwändige Verdrahtung zum Anschluss der einzelnen Funktionskomponenten direkt an die elektrische Spannungsversorgung des Kraftfahrzeugs kann somit diese Weise entfallen.
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Besonders bevorzugt kann am Gehäuse ein elektrischer Steuerungs-Ausganganschluss vorgesehen sein. Mittels dieses Steuerungs-Ausgang-anschlusses kann/können wenigstens einer, bevorzugt mehrere, besonders bevorzugt alle, der elektrischen Steuerleitungspfade und auch der Komponenten-Feldbus elektrisch an die Steuerungselektronik angeschlossen werden. Auch mittels dieser Maßnahme können elektrische Leitungswege zwischen der Steuerungseinheit und den von der Steuerungseinheit gesteuerten Funktionskomponenten kurz gehalten werden, wodurch der Bedarf an Bauraum weiter reduziert wird und Materialkosten eingespart werden.
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Zweckmäßig können der elektrische Steuerungs-Ausgangsanschluss und der Versorgungs-Ausgangsanschluss über eine am Steuerungsgehäuse angeordnete gemeinsamen Ausgangs-Steckverbindung mit einer Ausgangs-Steckeraufnahme und mit einem dazu komplementären Ausgangs-Stecker elektrisch mit den Funktionskomponenten verbindbar bzw. verbunden sein. Diese Maßnahme vereinfacht den Zusammenbau des Moduls und erleichtert auch dessen elektrische Verdrahtung. Darüber hinaus verringert die Verwendung eines gemeinsamen Steckers für Spannungsversorgung- und Befehls- bzw. Signalübertragung den Bedarf an Bauraum am Gehäuse für den Anschluss der entsprechenden Steuer- bzw. Signal- oder/und Sensorleitungen.
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Alternativ oder zusätzlich ist es bei dieser Variante auch denkbar, dass der elektrische Steuerungs-Ausgangsanschluss und der Versorgungs-Ausgangsanschluss über zwei separat ausgebildete und am Steuerungsgehäuse angeordnete Ausgangs-Steckverbindungen, jeweils mit einer separaten Steckeraufnahme und mit einem separaten, dazu jeweils komplementären Ausgangs-Stecker elektrisch mit den Funktionskomponenten verbindbar bzw. verbunden sind. Dadurch kann die Steuerungseinheit hinsichtlich Verwendung unterschiedlicher Steckverbindungen bzw. Stecker und dazu komplementärer Stecker-Aufnahmen besonders flexibel an unterschiedlichen Bauformen des Thermomanagement-Moduls angepasst werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die wenigstens eine Spannungsversorgungsleitung eine erste elektrische Spannungsversorgungsleitung und eine zweite Spannungsversorgungsleitung umfassen, die zum Übertragen unterschiedlicher elektrischer Leistungen ausgelegt sind. Denkbar ist es beispielsweise, die erste Spannungsversorgungsleitung zur Übertragung von elektrischen Leistungen bis hin zu maximal 1 kW auszulegen, so dass diese zur elektrischen Energieversorgung von durch Pumpen gebildeten Funktionsträgern geeignet ist. Deutlich weniger elektrische Leistung wird hingegen zum Verstellen von elektrisch betriebenen Ventilen benötigt. Daher ist es denkbar, die zweite elektrische Spannungsversorgung zum Übertragen von Leistungen bis maximal 10W auszulegen.
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Bei der hier vorgeschlagenen Lösung können die Spannungsversorgungsleitungen jeweils von der Funktionskomponente durch das Gehäuse der Steuerungseinheit hindurchgeführt werden und somit über den Eingangsanschluss der Steuerungseinheit mit der elektrischen Spannungsversorgung des Kraftfahrzeugs verbunden werden. Dabei ist es denkbar, dass auch die elektrischen und elektronischen Bauteile der Steuerungselektronik mit der elektrischen Spannungsversorgungsleitung verbunden sind, um auf diese Weise mit einer elektrischen Versorgungsspannung versorgt werden zu können.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Modul wenigstens eine von Kühlflüssigkeit durchströmbare Funktionskomponente eines Kühlkreislaufs des Fahrzeugs aufweisen. Die Kühlflüssigkeit kann Kühlmittel und/oder Kältemittel sein. Die wenigstens eine Funktionskomponente realisiert dabei eine wesentliche bzw. unverzichtbare fluidtechnische Funktion in dem Kühlkreislauf wie beispielweise ein Kühlen oder ein Sammeln oder ein Kondensieren der Kühlflüssigkeit. Dem Komponententräger ist hingegen bevorzugt keine wesentliche bzw. unverzichtbare fluidtechnische Funktion in dem Kühlkreislauf des Fahrzeugs zugewiesen. Der Komponententräger ist dadurch robust und störungsfrei ausgelegt. Die wenigstens eine Funktionskomponente kann zudem bei Bedarf von weiteren Funktionskomponenten und von dem Komponententräger unabhängig ausgetauscht werden. Insgesamt ist durch den erfindungsgemäßen Komponentenknoten eine platzsparende, robuste und kostengünstige Lösung bereitgestellt.
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Vorteilhafterweise kann das Modul mehrere Funktionskomponenten aufweisen, die in den Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs einbindbar und von Kühlflüssigkeit durchströmbar sind. Dabei kann an dem Komponententräger für jede Funktionskomponente jeweils eine Komponentenschnittstelle geformt sein, über die die jeweilige Funktionskomponente an dem Komponententräger lösbar befestigt ist. Vorteilhafterweise kann die Komponentenschnittstelle zum Aufnehmen der wenigstens einen Funktionskomponente angepasst sein.
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Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Funktionskomponente durch einen an einen Kühlkreislauf anschließbaren Ausgleichsbehälter zum Sammeln von Kühlflüssigkeit gebildet sein. Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Funktionskomponente durch eine in den Kühlkreislauf anschließbare Pumpe gebildet sein. Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Funktionskomponente durch einen in den Kühlkreislauf anschließbaren Chiller gebildet sein. Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Funktionskomponente durch einen in den Kühlkreislauf anschließbaren Wärmetauscher gebildet sein. Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Funktionskomponente durch ein in den Kühlkreislauf anschließbares Ventil gebildet sein. Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Funktionskomponente durch einen in den Kühlkreislauf anschließbaren Filter gebildet sein. Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Funktionskomponente durch einen in den Kühlkreislauf anschließbaren indirekten Kondensator gebildet sein. Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Funktionskomponente auch durch eine andere in den Kühlkreislauf anschließbare Komponente gebildet sein.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine oder/und mit einem elektrischen Antrieb. Das Kraftfahrzeug kann also ein Fahrzeug sein, dass ausschließlich von einer Brennkraftmaschine angetrieben wird. Das Kraftfahrzeug kann aber auch ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug sein. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst ferner einen Temperier-Kreislauf zum Temperieren wenigstens einer Komponente des Kraftfahrzeugs, insbesondere einer elektrischen Batterie oder/und eines batterieelektrischen Antriebs des Kraftfahrzeugs, wobei der Temperier-Kreislauf ein voranstehend erläutertes erfindungsgemäßes Thermomanagement-Modul aufweist. Die voranstehend erläuterten Vorteile des erfindungsgemäßen Thermomanagement-Moduls bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens übertragen sich daher auch auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
- 1 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Thermomanagement-Moduls für ein Kraftfahrzeug,
- 2 in schaltplanartiger Darstellung eine mögliche elektrische Verdrahtung des Moduls der 1
- 3 eine die verschiedenen möglichen Betriebsmodi des Thermomanagement-Moduls illustrierende, diagramm-artige Darstellung.
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1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht beispielhaft ein erfindungsgemäßes Thermomanagement-Modul 1 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere mit einem elektrischen Antriebsmotor und mit einem elektrischen Energiespeicher. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein rein batterieelektrisch angetriebenes Fahrzeug oder ein Brennstoffzellenfahrzeug oder ein Hybridfahrzeug sein. Die 2 zeigt in schaltplanartiger Darstellung eine mögliche elektrische Verdrahtung des Moduls 1 der 1.
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Das Modul 1 weist gemäß den 1 und 2 einen Komponententräger 2 und mehrere elektrisch steuerbare Funktionskomponenten 3 auf. Die Funktionskomponenten 3 sind in diesem Ausführungsbeispiel ein Chiller 24, ein Ausgleichsbehälter 25, drei Ventile 26a, 26b, 26c - wobei es sich bei den beiden Ventilen 26a, 26b jeweils um ein Magnetventil und bei dem Ventil 26c um ein Expansionsventil handelt - und zwei Pumpen 27a und 27b. Die Funktionskomponenten 3 des Moduls 1 und gegebenenfalls weitere Komponenten sind als Teil eines nicht weiter dargestellten Kühlkreislaufs fluidisch miteinander verbunden. Weitere Funktionskomponenten 3 können Temperatursensoren 29, beispielsweise zur Messung der Temperatur einer anderen Funktionskomponente 3, sein, von welchen in 1 der Übersichtlichkeit halber nur zwei Temperatursensoren 29 dargestellt ist.
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Der Komponententräger 2 ist zum Tragen der Funktionskomponenten 3 ausgelegt und weist für die jeweilige Funktionskomponente 3 eine geeignete mechanische Komponentenschnittstelle auf. Die jeweilige Komponentenschnittstelle kann dabei auf die jeweilige Form und die Größe und die Funktion der jeweiligen Funktionskomponente 3 angepasst sein. Eine jeweilige Funktionskomponente 3 ist dann über die jeweilige Komponentenschnittstelle an dem Komponententräger 2 lösbar befestigt. Denkbar ist aber auch eine feste, also unlösbare Befestigung. An dem Komponententräger 2 kann zudem eine Befestigungsschnittstelle ausgeformt sein, über die der Komponententräger 2 und dadurch das Modul 1 an einer Karosserie des Fahrzeugs befestigbar ist. Die Befestigungsschnittstelle ist im Ausführungsbeispiel durch zwei Öffnungen 30a und 30b gebildet.
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Gemäß 1 umfasst das Modul 1 ferner eine schematisch dargestellte Steuerungseinheit 4, die zum elektrischen Steuern der Funktionskomponenten 3 eine Steuerungselektronik 5 (in 1 nur grobschematisch angedeutet) mit elektrischen und elektronischen Bauteilen aufweist und in einem Gehäuse 8 der Steuerungseinheit 4 angeordnet ist. Auch das Gehäuse 8 der Steuerungseinheit 4 kann lösbar oder unlösbar am Komponententräger 2 befestigt sein. Eine lösbare Befestigung des Gehäuses 8 kann etwa mittels einer Schraubverbindung, Clipverbindung oder Rastverbindung realisiert sein. Eine unlösbare Befestigung des Gehäuses 8 kann beispielsweise mittels einer Nietverbindung, Lötverbindung oder Schweißverbindung realisiert sein.
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Im Folgenden wird auf die schaltplanartige Darstellung der 2 Bezug genommen. Die Steuerelektronik 5 kann demnach auf einer im Gehäuse 8 vorhandenen Platine 22 angeordnet sein oder eine solche Platine 22 umfassen. Die Steuerelektronik 5 kann ferner über elektrische Steuerleitungspfade 6 und über einen Komponenten-Feldbus 7 - bevorzugt über einen LIN-Bus - elektrisch mit der jeweiligen Funktionskomponente 3 verbunden sein. Bei den Steuerleitungspfaden 6 kann es sich um elektrische Steuerleitungen 6a handeln, welche zum Steuern der jeweiligen Funktionskomponente 3 dienen. Über die Steuerleitungen 6a können Steuersignale an eine jeweilige Funktionskomponente 3 übertragen werden. Es kann sich jedoch aber bei den Steuerleitungspfaden 6 auch um Sensor- bzw. Signalleitungen 6b handeln, über welche von der jeweiligen Funktionskomponente 3 - beispielsweise von den Temperatursensoren 29 - elektrische Sensorsignale an die Steuerungseinheit 4 bzw. Steuerungselektronik 5 übertragen werden können. Über den Komponenten-Feldbus 7 kann durch uni- oder bidirektionale Datenübertragung zwischen der jeweiligen Funktionskomponente 3 und der Steuerungseinheit 4 bzw. der Steuerungselektronik 5 ebenfalls eine Steuerung dieser Funktionskomponente 3 erfolgen.
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Im Beispielszenario der 2 werden die beiden Ventile 26a, 26b über die Steuerleitungen 6a angesteuert, wohingegen das Expansionsventil 26c an den Komponenten-Feldbus 7 angeschlossen ist und folglich von der Steuerungseinheit 4über den Komponenten-Feldbus 7 angesteuert wird. Auch die beiden Pumpen 27a und 27b sind im Beispiel an den Komponenten-Feldbus 7 angeschlossen und werden somit von der Steuerungseinheit 4 über den Komponenten-Feldbus 7 angesteuert.
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Laut Beispielszenario gemäß 2 ist am Gehäuse 8 der Steuerungseinheit 4 ein elektrischer Eingangsanschluss 9 vorgesehen, mittels welchem die Steuerungselektronik 5 elektrisch und datenübertragend mit einem Fahrzeug-Feldbus 10 - bevorzugt mit einem CAN-Bus - des das Modul 1 verwendenden Kraftfahrzeugs und elektrisch mit einer elektrischen Spannungsversorgung 11 dieses Kraftfahrzeugs verbunden sein kann. Der Eingangsanschluss 9 wiederum kann über eine am Gehäuse 8 angeordnete Eingangs-Steckverbindung 12 elektrisch mit dem Fahrzeug-Feldbus 10 und der elektrischen Spannungsversorgung 11 des Kraftfahrzeugs verbunden sein. Besagte Eingangs-Steckverbindung 12 kann eine am Gehäuse 8 angebrachte Eingangs-Steckeraufnahme 13 umfassen, in welche ein komplementär zur Eingangs-Steckeraufnahme 13 ausgebildeter Eingangs-Stecker 14 mit elektrischen Verbindungsleitungen 15 zur elektrischen Spannungsversorgung 11 bzw. zum Fahrzeug-Feldbus 10 eingesteckt werden kann.
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Des Weiteren kann die Steuerungseinheit 4 eine elektrisch mit der Steuerelektronik 5 verbundene elektrische Spannungsversorgungsleitung 16 zum Versorgen der Steuerelektronik 5 und auch der Funktionskomponenten 3 mit elektrischer Energie umfassen. Hierzu ist die elektrische Spannungsversorgungsleitung 16 elektrisch zum Eingangsanschluss 9 und zu einen ebenfalls am Gehäuse 8 angeordneten Versorgungs-Ausgangsanschluss 17 geführt, mittels welchem die Spannungsversorgungsleitung 16 zur elektrischen Spannungsversorgung elektrisch mit wenigstens einer Funktionskomponente 3 verbunden werden kann.
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Im Beispielszenario umfasst die Spannungsversorgungsleitung 16 eine erste Spannungsversorgungsleitung 16a und eine zweite Spannungsversorgungsleitung 16b, die zum Übertragen unterschiedlicher elektrischer Leistungen ausgelegt sind.
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Beispielsweise kann die erste elektrische Spannungsversorgungsleitung 16a zur Übertragung einer maximalen elektrischen Leistung von bis zu 1 kW ausgelegt sein, wohingegen die zweite elektrische Spannungsversorgungsleitung 16b nur zur Übertragung einer maximalen elektrischen Leistung von einigen Watt ausgelegt sein kann. Optional kann auch eine elektrische Niederspannung - insbesondere von 5 Volt oder 12 Volt - direkt von der Steuerungselektronik 5 bzw. Platine 22 an verschiedene Komponententräger 3 mit sehr geringem elektrischem Leistungsverbrauch - im Beispielszenario sind dies die Temperatursensoren 29 - bereitgestellt werden. Hierzu können von der Steuerungselektronik 5 bzw. von der Platine 22 zu den betreffenden Funktionskomponenten 3 verlaufende elektrische Niederspannungsleitungen 23 vorgesehen sein.
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Am Gehäuse 8 ist außerdem ein elektrischer Steuerungs-Ausganganschluss 18 vorgesehen, mittels welchem alle der elektrischen Steuerleitungspfade 6 und der Komponenten-Feldbus 7 elektrisch an die Steuerungselektronik 5 angeschlossen werden können.
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Entsprechend 2 sind der elektrische Steuerungs-Ausgangsanschluss 18 und der Versorgungs-Ausgangsanschluss 17 elektrisch über eine am Gehäuse 8 angeordnete gemeinsamen Ausgangs-Steckverbindung 19 mit einer Ausgangs-Steckeraufnahme 20 und mit einem dazu komplementärem Ausgangs-Stecker 21 mit den Funktionskomponenten 3 verbunden.
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In einer nicht gezeigten Variante können der elektrische Steuerungs-Ausgangsanschluss 18 und der Versorgungs-Ausgangsanschluss 17 über zwei separat ausgebildete, am Gehäuse 8 angeordnete Ausgangs-Steckverbindungen 19a, 19b jeweils mit einer separaten Steckeraufnahme 20a, 20b und mit einem separaten, dazu jeweils komplementären Ausgangs-Stecker 21a, 21 b elektrisch mit den Funktionskomponenten 3 verbunden sein. Auch die oben erwähnte elektrische Niederspannungsleitung 23 kann in den Versorgungs-Ausgangsanschluss 17 integriert sein.
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Im Folgenden wird auf das Diagramm gemäß 3 Bezug genommen. Wie die Darstellung der 3 veranschaulicht, ist die Steuerungseinheit 5 zwischen einem ersten, zweiten und dritten Betriebsmodus B1, B2, B3 umschaltbar. Im ersten Betriebsmodus B1 werden vom Fahrzeug-Feldbus 10 - im Beispiel ein CAN-Bus 10 - empfangene Steuerbefehle SB von der Steuerungselektronik 5 nicht verändert, sondern zur Ansteuerung der betreffenden Funktionskomponente 3 direkt an den Komponenten-Feldbus 7 - im Beispiel ein LIN-Bus - weitergegeben. Im zweiten Betriebsmodus B2 hingegen werden vom Fahrzeug-Feldbus 10 empfangene Steuerbefehle SB als übergeordnete Steuerbefehle ÜSB von der Steuerungselektronik 5 bearbeitet. Dies bedeutet, dass die Ansteuerung der Funktionskomponenten 3 gegenüber dem Fahrzeug-Feldbus 10 autark von der Steuerungseinheit 5 durchgeführt wird. Werden für Fahrzeug-Feldbus 10 unterschiedliche Bussystem verwendet - beispielsweise einen CAN-Bus als Fahrzeug-Feldbus und einen LIN-Bus als Komponenten-Feldbus, so kann die Steuerungseinheit 5 dabei die vom Fahrzeug-Feldbus 10 bzw. CAN-Bus empfangenen Steuerbefehle quasi „übersetzen“, so dass diese auf dem Komponenten-Feldbus 7 bzw. LIN-Bus weiterverarbeitet werden. Inhaltlich bleiben im ersten Betriebsmodus die vom Fahrzeug-Feldbus 10 empfangenen Befehle jedoch bei der Weitergabe an den Komponenten-Feldbus 7 durch die Steuerungseinheit 5 unverändert.
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Demgegenüber werden im zweiten Betriebsmodus B2 - und auch im dritten Betriebsmodus B3 - von den Funktionskomponenten 3 keine vom Fahrzeug-Feldbus 10 bereitgestellten Steuerbefehle direkt verarbeitet. Vielmehr steuert im zweiten Betriebsmodus B2 und auch im dritten Betriebsmodus B3 die Steuerungseinheit 4 Funktionskomponenten 3 in Reaktion auf vom Fahrzeug-Feldbus 10 empfangene übergeordnete Steuerungsbefehle ÜSB an. Hierzu werden von der Steuerungseinheit 4 über den Komponenten-Feldbus 7 entsprechende Steuerbefehle SB an die Funktionskomponenten 3 übermittelt.
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Des Weiteren kann die Steuerungseinheit 4 im zweiten Betriebszustand B2 und auch im dritten Betriebszustand b3 zur Ausführung zweier oder mehrerer Funktionsmodi F1, F2 des Thermomanagement-Moduls 1 eingerichtet bzw. programmiert sein. Im jeweiligen Funktionsmodus F1, F2 erfolgt die Ansteuerung der Funktionskomponenten 3 gemäß einer vorgegebenen und dem wenigstens eines Funktionsmodus F1, F2 zugeordneten Steuerungsstrategie.
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Beispielsweise kann in einem Funktionsmodus F1 von der Steuerungseinheit 4 eine Regelschleifte mit einer Regelgröße und mit einer in einer Funktionskomponente 3 einstellbaren Stellgröße ausgeführt werden. Dabei kann ein Soll-Wert der Regelgröße als übergeordneter Steuerbefehl ÜSB vom Fahrzeug-Feldbus 10 an die Steuerungseinheit 4 bereitgestellt werden, so dass von der Steuerungseinheit 4 zur Einstellung der Stellgröße die Funktionskomponente 3 mittels entsprechender Steuerbefehle SB angesteuert werden kann.
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Im Beispiel der 3 kann die Steuerungseinheit 4 ferner in einen dritten Betriebszustand B3 umgeschaltet werden. Im zweiten Betriebsmodus B2 erfolgt die Einstellung eines bestimmten Funktionsmodus F1, F2 bzw. das Umschalten des momentan eingestellten Funktionsmodus F1, F2 in einen anderen Funktionsmodus 3 in Reaktion auf einen von der Steuerungseinheit 4 vom Fahrzeug-Feldbus 10 überfangenen übergeordneten Steuerungsbefehl ÜSB. Demgegenüber übernimmt im dritten Betriebsmodus B3 die Steuerungseinheit 4 sowohl das Einstellen eines bestimmten Funktionsmodus F1, F2 als auch das Umschalten zwischen zwei Funktionsmodi F1, F2, von der Steuerungseinheit 4 selbsttätig, ohne dass hierfür ein entsprechend übergeordneter Steuerbefehl ÜSB vom Fahrzeug-Feldbus 10 empfangen werden muss. Stattdessen können zusätzliche Informationen ZI, die der Steuerungseinheit 4 über den Fahrzeug-Feldbus 10 bereitgestellt werden, von der Steuerungseinheit 4 verarbeitet werden.
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Sowohl im zweiten Betriebsmodus B2 als auch im dritten Betriebsmodus B3 kann die Ansteuerung der Funktionskomponenten 3 den Empfang und die Auswertung von Sensorsignalen von wenigstens einer der Funktionskomponenten 3 durch die Steuerungseinheit 4 umfassen, sofern diese Sensorsignale nicht über den Komponenten-Feldbus 7 an die Steuerungseinheit 4 werden, sondern nur über die Steuerleitungspfade 6.
