DE102022203134A1

DE102022203134A1 - Method for operating a control device

Info

Publication number: DE102022203134A1
Application number: DE102022203134.2A
Authority: DE
Inventors: Aleksandr Smertenko
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-03-30
Filing date: 2022-03-30
Publication date: 2023-10-05

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts, wobei das Steuergerät über einen externen Energiespeicher mit Energie versorgt wird, wobei das Steuergerät einen internen Energiespeicher aufweist, auf den umgeschaltet werden kann, so dass nach Umschalten die Versorgung des Steuergeräts mit Energie durch den internen Energiespeicher erfolgt.Method for operating a control device, wherein the control device is supplied with energy via an external energy storage device, the control device having an internal energy storage device which can be switched over, so that after switching over, the control device is supplied with energy through the internal energy storage device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts und ein solches Steuergerät.The invention relates to a method for operating a control device and such a control device.

Stand der TechnikState of the art

Steuergeräte sind elektronische Module, die als eingebettete Systeme Komponten von Kraftfahrzeugen steuern und regeln. Für einen sicheren Betrieb des Steuergeräts und damit des Fahrzeugs ist es von großer Bedeutung, die Versorgung des Steuergeräts mit Energie sicherzustellen. Bislang werden Steuergeräte ausschließlich von externen Energiespeichern versorgt.Control devices are electronic modules that, as embedded systems, control and regulate components of motor vehicles. For safe operation of the control unit and thus the vehicle, it is very important to ensure that the control unit is supplied with energy. To date, control devices have only been powered by external energy storage devices.

Ist eine redundante Spannungsversorgung bei einem Steuergerät erforderlich, so werden diesem Steuergerät mindestens zwei Versorgungsleitungen und ggf. auch Masseleitungen zugeführt. Dabei wird im Steuergerät zwischen den Versorgungsleitungen in Abhängigkeit von der Spannung oder in Abhängigkeit von anderen Parametern umgeschaltet, so dass ein Rückwärtsfluss in die jeweilige passive Leitung verhindert wird. Zu beachten ist, dass alle zugeführten Leitungen von extern zugeführt werden, d. h. in der Regel aus dem Bordnetz des Fahrzeugs. Die Umschaltung zwischen den Versorgungsleitungen wird in vielen Fällen als Klemmenumschaltung bezeichnet.If a redundant power supply is required for a control unit, at least two supply lines and, if necessary, ground lines are supplied to this control unit. The control unit switches between the supply lines depending on the voltage or depending on other parameters, so that a reverse flow into the respective passive line is prevented. Please note that all cables supplied are supplied from external sources, i.e. H. usually from the vehicle's electrical system. Switching between supply lines is often referred to as terminal switching.

Aus der Druckschrift DE 10 2017 218 564 A1 ist ein Verfahren zum Laden eines Personenschutzmittel-Energiespeichers beschrieben, wobei der Energiespeicher zum Betreiben eines Personenschutzmittels in einem Fahrzeug eingerichtet ist. Bei dem Verfahren wird ein Versorgungsstrom eines Steuergeräts durch Vorgabe eines Ladestroms des Personenschutzmittel-Energiespeichers ermittelt. Hierbei wird von einer Drop-Spannung zwischen einer Klemme des Steuergeräts und einem Wandler-Eingang ausgegangen.From the publication DE 10 2017 218 564 A1 a method for charging a personal protection device energy storage device is described, wherein the energy storage device is set up to operate a personal protection device in a vehicle. In the method, a supply current of a control device is determined by specifying a charging current of the personal protection energy storage device. This assumes a drop voltage between a terminal of the control unit and a converter input.

Die Druckschrift DE 10 2004 008 935 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur redundanten Spannungsversorgung eines Steuergeräts, die dazu eingerichtet ist, die Spannungsversorgung des Steuergeräts in einem Fahrzeug bereitzustellen. Auf diese Weise kann neben einem Normalbetrieb des Steuergeräts auch ein Notlauf ermöglicht werden. Normalbetrieb und Notlauf werden dabei durch externe Versorgung sichergestellt.The publication DE 10 2004 008 935 A1 describes a device for the redundant power supply of a control unit, which is set up to provide the power supply to the control unit in a vehicle. In this way, emergency operation can also be enabled in addition to normal operation of the control unit. Normal operation and emergency operation are ensured by external supply.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vorgeschlagen. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.Against this background, a method according to claim 1 and a control device with the features of claim 8 are proposed. Embodiments emerge from the dependent claims and from the description.

Das vorgestellte Verfahren dient zum Betreiben eines Steuergeräts, das bspw. für einen Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet ist. Dieses Steuergerät kann über einen externen Energiespeicher mit Energie versorgt werden. Weiterhin weist das Steuergerät einen internen Energiespeicher, bspw. mindestens einen Kondensator oder eine Batterie, auf, auf den umgeschaltet werden kann. Dieses Umschalten bewirkt, dass die Versorgung des Steuergeräts mit Energie zumindest auch oder auschließlich durch den internen Energiespeicher erfolgt. Erfolgt die Versorgung ausschließlich durch den internen Energiespeicher, so kann das Umschalten auch ein Abschalten des externen Energiespeichers umfassen.The method presented is used to operate a control device that is set up, for example, for use in a motor vehicle. This control unit can be supplied with energy via an external energy storage device. Furthermore, the control device has an internal energy storage, for example at least one capacitor or a battery, to which it can be switched. This switching causes the control unit to be supplied with energy at least or exclusively through the internal energy storage. If the supply comes exclusively from the internal energy storage, the switching can also include switching off the external energy storage.

Bei dem vorgestellten Verfahren ist somit vorgesehen, zusätzlich zu den externen Versorgungsleitungen auch interne Versorgungsleitungen typischerweise an eine Klemmenumschaltung zu führen. Bei bekannten Verfahren sind hingegen keine Steuergeräte-internen Versorgungsleitungen an der Klemmenumschaltung angeschlossen, da bislang Steuergeräte nicht über eine interne Energiequelle verfügen, aus der sie sich selbst ohne externe Energiezufuhr versorgen können.In the method presented, provision is therefore made for internal supply lines to typically be routed to a terminal switch in addition to the external supply lines. In known methods, however, no control device-internal supply lines are connected to the terminal switch, since control devices have not previously had an internal energy source from which they can supply themselves without an external energy supply.

Bei dem vorgestellten Verfahren sind, zumindest in einigen der Ausführungen, folgende Punkte von Bedeutung:

Das vorgestellte Steuergerät hat zur Berücksichtigung von Anforderungen an die Sicherheit und Verfügbarkeit einen internen Energiespeicher, der bspw. im Falle einer Unterbrechung der externen Energiezufuhr die Versorgung des Steuergeräts zumindest temporär übernehmen kann.

In the presented method, at least in some of the versions, the following points are important:

To take safety and availability requirements into account, the control device presented has an internal energy storage device, which can, for example, at least temporarily take over the supply of the control device in the event of an interruption in the external energy supply.

Für die Zuschaltung dieses Energiespeichers an die Versorgung des Steuergeräts wird in Ausgestaltung in der Klemmenumschaltung ein Pfad vorgesehen, der den Energiespeicher mit der Versorgung, bspw. der Primärseite, des Steuergeräts verbinden kann. Der Rückwärtsfluss vom Energiespeicher in das Fahrzeug wird dabei unterbrochen.In order to connect this energy storage device to the supply of the control device, a path is provided in the terminal switching, which can connect the energy storage device to the supply, for example the primary side, of the control device. The reverse flow from the energy storage into the vehicle is interrupted.

Die Zuschaltung des Energiespeichers bzw. die Abschaltung der externen Versorgung kann basierend auf einem Steuersignal und/oder beasierend auf der Überwachung mindestens eines Parameters, bspw. der Spannung, insbesondere der Spannung der Versorgung des externen Energiespeichers, erfolgen.The switching on of the energy storage or the switching off of the external supply can take place based on a control signal and/or based on the monitoring of at least one parameter, for example the voltage, in particular the voltage of the supply of the external energy storage.

Das Umschalten kann bspw. dann erfolgen, wenn der externe Energiespeicher eine ausreichende Versorgung des Steuergeräts für einen sicheren Betrieb nicht mehr gewährleisten kann.The switching can take place, for example, when the external energy storage has sufficient capacity can no longer guarantee adequate supply to the control unit for safe operation.

Die Zuschaltung ist bspw. über eine ideale Diode, einen einzelnen MOSFET oder zwei MOSFETs möglich, wobei die letztgenannte Möglichkeit einen unkontrollierten Energiefluss über die Body-Diode verhindert. Weiterhin kann die Zuschaltung auch über eine andere Halbleiterschaltung erfolgen. Die Verhinderung der Rückspeisung in das Fahrzeug kann auf vergleichbare Weise erfolgen.The connection is possible, for example, via an ideal diode, a single MOSFET or two MOSFETs, with the latter option preventing an uncontrolled flow of energy via the body diode. Furthermore, the connection can also take place via another semiconductor circuit. The prevention of feedback into the vehicle can be done in a comparable way.

Zu beachten ist, dass durch die Erweiterung der Klemmenumschaltung zusätzlich auf interne Energiequellen in den Steuergeräten die bereits vorhandene Spannungsregelung ebenso für die Zuschaltung von Energiereserven verwendet werden kann. Eine eigene Spannungsregelung für die Energiereserve entfällt, so dass Kosten und Leiterplattenfläche eingespart werden können.It should be noted that by extending the terminal switching to internal energy sources in the control devices, the existing voltage regulation can also be used to connect energy reserves. There is no need for a separate voltage regulation for the energy reserve, so that costs and circuit board space can be saved.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend 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.It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 shows an arrangement for carrying out the method.
2 shows a schematic, highly simplified representation of a control unit with internal supply.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is shown schematically using embodiments in the drawings and is described in detail below with reference to the drawings.

1 zeigt ein Beispiel für die Auslegung eines Energiespeichers mit Doppelschichtkondensatoren. Die Darstellung zeigt eine Ausführung einer Anordnung, die insgesamt mit der Bezugsziffer 8 bezeichnet ist. Diese Anordnung 8 umfasst eine Leistungspfad-Regelung 10 und einen Leistungspuffer 12. 1 shows an example of the design of an energy storage device with double-layer capacitors. The illustration shows an embodiment of an arrangement which is designated overall by reference number 8. This arrangement 8 includes a power path control 10 and a power buffer 12.

An die Leistungspfad-Regelung 10 sind Klemme 30_114 und Klemme 30_2 16 angeschlossen. In der Leistungspad-Regelung 10 sind eine erste intelligente Diode 20, ein erster Schalter 22, eine zweite intelligende Diode 24, ein zweiter Schalter 26, eine Vergleichs- und Schalt-Logik 28, ein Filter 30, eine dritte intelligente Diode 32, ein dritter Schalter 34 und eine Strommesseinrichtung 36 vorgesehen. An den Klemmen 30_114 und Klemme 30_2 16 liegt jeweils ein Spannngssignal zwischen 4,5 V und 27 V an.Terminal 30_114 and terminal 30_2 16 are connected to the power path control 10. In the power pad control 10 are a first intelligent diode 20, a first switch 22, a second intelligent diode 24, a second switch 26, a comparison and switching logic 28, a filter 30, a third intelligent diode 32, a third Switch 34 and a current measuring device 36 are provided. There is a voltage signal between 4.5 V and 27 V at terminals 30_114 and terminal 30_2 16.

In dem Leistungspuffer 12 sind ein Filter 50, ein Regler 52, ein kleiner Puffer 54 und eine Leistungspuffer-Einheit als interner Energiespeicher bzw. Energiereserve 56 vorgesehen. In dieser Leistungspuffer-Einheit 56 sind wiederum eine Ladeschaltkreis- und Stromregeleinrichtung 58 und Superkondensator-Zellen-Ausgleichseinrichtungen (?) 60 vorgesehen.A filter 50, a controller 52, a small buffer 54 and a power buffer unit are provided in the power buffer 12 as an internal energy storage or energy reserve 56. In this power buffer unit 56, a charging circuit and current control device 58 and supercapacitor cell compensation devices (?) 60 are again provided.

Ein Ausgang 62 des Leistungspuffers 12 ist mit einem Steuergerät (nicht dargestellt) verbunden.An output 62 of the power buffer 12 is connected to a control device (not shown).

Die Darstellung zeigt somit eine Klemmenumschaltung mit zwei externen Versorgungsleitungen 14, 16 und einer internen Leitung, die aus einem internen Energiespeicher 56, der auch als Energiereserve bezeichnet werden kann, kommt.The illustration thus shows a terminal switch with two external supply lines 14, 16 and an internal line that comes from an internal energy storage 56, which can also be referred to as an energy reserve.

Bei der gezeigten Ausführung wird jeder Kanal von einer idealen Diode und einem Halbleiterschalter kontrolliert. Alle drei Kanäle der Klemmenumschaltung werden von der Logik 28 angesteuert, die steuert, wann welche Kanäle geschlossen oder geöffnet werden. Die konkrete Ausführung der Klemenumschaltung basiert auf den individuellen Anforderungen. Bei unterschiedlichen Ausführungen ist mindestens ein Kanal zu einer Steuergeräteeigenen Energiequelle, bspw. dem internen Energiespeicher 56 mit Doppelschichtkodensatoren, vorgesehen.In the embodiment shown, each channel is controlled by an ideal diode and a semiconductor switch. All three channels of terminal switching are controlled by logic 28, which controls when which channels are closed or opened. The specific design of the terminal switching is based on the individual requirements. In different embodiments, at least one channel is provided to an energy source in the control unit, for example the internal energy storage 56 with double-layer capacitors.

Das vorgestellte Verfahren kann bspw. im Rahmen einer Fahrassistenz und im Bereich des autonomen Fahrens in Verbindung mit den dabei verwendeten Zentralsteuergeräten eingesetzt werden.The method presented can be used, for example, as part of driving assistance and in the area of autonomous driving in conjunction with the central control devices used.

2 zeigt in stark vereinfachter, schematischer Form ein Steuergerät 80 zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens. Das Steuergerät 80 verfügt über einen internen Energiespeicher 82, der als Energiereserve dient. Weiterhin kann ein Versorgung von extern über einen externen Energiespeicher 84 erfolgen. Eine Umschaltung von extern nach intern erfolgt über eine Klemmenumschaltung 86. Dies wird bspw. dann durchgeführt, wenn eine externe Versorgung nicht mehr gegeben ist. So kann sichergestellt werden, dass Verbraucher, bspw. sicherheitsrelevante Verbraucher, zumindest eine gewisse Zeit noch versorgt sind, falls die externe Versorgung ausfällt. 2 shows, in a highly simplified, schematic form, a control device 80 for carrying out the method presented. The control device 80 has an internal energy storage 82, which serves as an energy reserve. Furthermore, a supply can take place externally via an external energy storage device 84. A switchover from external to internal takes place via a terminal switch 86. This is carried out, for example, when an external supply is no longer available. This makes it possible to ensure that consumers, for example safety-relevant consumers, are still supplied for at least a certain period of time if the external supply fails.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102017218564 A1 [0004]
DE 102004008935 A1 [0005]

Claims

Method for operating a control device (80), the control device (80) being supplied with energy via an external energy storage (84), the control device (80) having an internal energy storage (82) which can be switched over, so that after Switching over, the control unit (80) is supplied with energy from the internal energy storage (82).

Procedure according to Claim 1 , in which switching takes place via a terminal switch (86).

Procedure according to Claim 1 or 2 , in which switching occurs based on a control signal.

Procedure according to one of the Claims 1 until 3 , where switching occurs based on monitoring at least one parameter.

Procedure according to Claim 4 , in which switching occurs based on a detected electrical voltage.

Procedure according to one of the Claims 1 until 5 , in which switching takes place when the external energy storage (84) can no longer guarantee the supply to the control device (80).

Procedure according to one of the Claims 1 until 6 , in which switching occurs via a suitable semiconductor circuit, which may include an ideal diode, a single MOSFET or two MOSFETs.

Control device which is set up to be supplied via an external energy storage (84), wherein the control device (80) has an internal energy storage (82) and is set up to be switched to a supply via the internal energy storage (82).

control unit Claim 8 , in which at least one capacitor serves as the internal energy storage (82).