DE10203921B4

DE10203921B4 - Steuergerät

Info

Publication number: DE10203921B4
Application number: DE10203921.6A
Authority: DE
Inventors: Joachim Fröschl; Richard Bogenberger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2022-02-01
Also published as: DE10203921A1

Abstract

Steuergerät (1) mit einem Steuerteil (3), einem Leistungsteil (2) und einer Schaltlogik (4), bei dem eingangsseitig eine Betriebsspannung (U) anliegt und ausgangsseitig eine Verbindung des Leistungsteils (2) zu einem elektrischen Verbraucher besteht, wobei die Schaltlogik (4) eingerichtet ist, abhängig von der Höhe der Betriebsspannung (U) den Leistungsteil (2) zu aktivieren oder zu deaktivieren, wobei die Schaltlogik (4) eingerichtet ist, abhängig von der Höhe der Betriebsspannung (U) den Steuerteil (3) zu aktivieren oder zu deaktivieren, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Verbindung des Steuerteils (3) mit einem Datenbus (5) besteht, – eine Kommunikationsfunktionalität des Steuerteils (3) nutzbar ist, wenn der Steuerteil (3) aktiviert ist, wobei die Kommunikationsfunktionalität des Steuerteils (3) eine Kommunikation mit dem Datenbus (5) umfasst, und – die Schaltlogik (4) eingerichtet ist, den Steuerteil (3) und den Leistungsteil (2) getrennt zu aktivieren oder zu deaktivieren.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät mit einem Steuerteil, einem Leistungsteil und einer Schaltlogik, bei dem eingangsseitig eine Betriebsspannung anliegt und ausgangsseitig eine Verbindung des Leistungsteils zu einem elektrischen Verbraucher besteht, wobei die Schaltlogik eingerichtet ist, abhängig von der Höhe der Betriebsspannung den Leistungsteil zu aktivieren oder zu deaktivieren, wobei die Schaltlogik eingerichtet ist, abhängig von der Höhe der Betriebsspannung den Steuerteil zu aktivieren oder zu deaktivieren.
Ein derartiger Aufbau eines Steuergeräts mit Steuerteil und Leistungsteil als seinen wesentlichen Komponenten ist allgemein bekannt. Ebenfalls bekannt ist, dass eine uni- oder bidirektionale Verbindung des Steuerteils zu einer Datensenke/-quelle besteht. Die Datensenke/-quelle kann ein Datenbus (drahtgebunden, optisch) oder aber ein Sender-/Empfänger sein, mit dem das Steuerteil Daten drahtlos austauscht. Es ist für derartige Steuergeräte auch eine Unterspannungsabschaltung bekannt, mit der diese Komponenten abschaltbar sind, wenn die Betriebsspannung unter einen Mindestwert sinkt.
Ein gattungsbildendes Steuergerät ist aus DE 297 05 504 U1 bekannt. Darin wird ein Mikrocontroller mit überwachter Betriebsspannung offenbart, welcher bei einer Unterspannungserkennung leistungsintensive Verbraucher abschaltet und in einen Sleep-Modus wechselt. In dem Sleep-Modus kann der Mikrocontroller bei einer kleiner zu bemessenden Betriebsspannung relevante Daten in einen Speicher schreiben und diese Speicherdaten erhalten.
Einen derartigen Mikrocontroller lehrt auch DE 297 05 503 U1 . Bei Unterschreiten eines Mindestwerts einer Betriebsspannung ist vorgesehen, den Mikrocontroller belastungsfrei von leistungsintensiven Verbrauchern zu setzen und die Speicherdaten des Mikrocontrollers in einem nichtflüchtigen Speicher abzulegen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Aufbau und eine Beschaltung eines Steuergeräts der eingangs genannten Art vorzusehen, bei dem die Komponenten wahlweise schaltbar sind.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.
Abhängig von der Auslegung der Schaltlogik kann nur entweder der Steuerteil oder der Leistungsteil oder jeweils beide Teile zusammen aktivierbar sein.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Steuerteil bei und über einem niedrigen Spannungswert, der Leistungsteil zusätzlich auch bei einem höheren Spannungswert aktiviert sind. Aber auch die Umkehrung und die Vertauschungen können vorteilhaft sein. Dann ist nur der Leistungsteil bei einem niedrigen Spannungswert aktiv oder aber entweder der Steuerteil oder der Leistungsteil allein sind bei einem Spannungswert aktiviert, der über einem höheren Schwellenwert liegt, während bei niedrigeren Spannungswerten dann beide Teile gemeinsam aktiviert sind. Die konkrete Ausgestaltung richtet sich somit nach den jeweiligen Gegebenheiten bzw. Notwendigkeiten.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die in der Zeichnung dargestellte einzige Figur zeigt ein elektronisches Steuergerät, bei dem unterschiedliche Bereiche abhängig von der Eingangsspannung aktivierbar sind.
Das dargestellte Steuergerät 1 ist mit ECU bezeichnet. Es enthält einen mit Leistungselektronik bezeichneten Leistungsteil 2, einen Steuerteil 3 (als CPU bezeichnet), sowie eine Schaltlogik 4. Es liegt eingangsseitig an Betriebsspannung U, ausgangsseitig an einem Datenbus 5.
Die Schaltlogik 4 ist in Hardware oder Software realisierbar. Sie aktiviert bzw. deaktiviert abhängig von der eingangsseitig am Steuergerät 1 angelegten Betriebsspannung U unterschiedliche Bereiche des Steuergerätes 1. Hierzu besitzt sie beispielsweise zwei Schwellenwertschalter (nicht dargestellt), von denen ein erster bei einem niedrigen (Mindest-)Spannungswert U1 von 5 V und ein zweiter bei einem höheren Spannungswert U2 von 10 V anspricht.
Der erste Schwellenwertschalter steuert den Steuerteil 3, der zweite Schwellenwertschalter den Leistungsteil 2. Der Leistungsteil 2 wird somit erst über dem höheren Spannungswert betrieben. Die Aktivierung des Leistungsteils 2 erfolgt nach Überschreiten der definierten Spannungsschwelle U2. Unterhalb der Spannungsschwelle U2 und oberhalb der Mindestspannung U1 ist lediglich der Steuerteil 3 aktiv. Im Bereich zwischen der Mindestspannung U1 und der Spannungsschwelle U2 sind somit solche Funktionalitäten des Steuerteils 3 ausführbar, die den Leistungsteil 2 nicht benötigen. Dies kann z. B. auch ein datentechnischer Zugriff auf gespeicherte Daten vom Datenbus 5 aus sein. Die Speicherung der Daten erfolgt dabei im Steuerteil 3. Ferner kann für Verbraucher innerhalb des Leistungsteils 2 (nicht dargestellt), die einen erhöhten Spannungsbedarf haben, zusätzlich ein Spannungswandler 6 im Steuergerät 1 enthalten sein.
Aufgrund der Trennung der Aktivierung des Steuerteils 3 und der Aktivierung des Leistungsteils 2 wird die Funktionalität des Steuerteils 3 nicht durch eine etwaige Fehlfunktion im Leistungsteil 2 beeinflusst. Darüber hinaus ist der Leistungsteil 2 im Sinne einer Energiesteuerung/-verwaltung (Power enable 7) über die Versorgungsspannung aktivierbar bzw. bei nicht ausreichender Versorgungsspannung deaktivierbar.
Beispielsweise ist ein Stromversorgungssystem denkbar, welches sich durch einen relativ großen Spannungshub auszeichnet. Bei Verwendung von Kondensatoren, sog. Supercaps oder Ultracaps, als Energiespeicher/-puffer ergibt sich ein direkter Zusammenhang der Versorgungsspannung mit der gespeicherten Energie. Somit ergibt sich eine Zwangsabschaltung des Leistungsteils über die Versorgungsspannung bei Energiemangel. Dies gilt auch für den Fehlerfall, dass der Leistungsteil fälschlicherweise (z. B. auf Grund eines Softwarefehlers) nicht abgeschaltet wird. Weiterhin kann ein zentrales Powermanagement einzelne Bordnetzbereiche über die Versorgungsspannung in verschiedene Aktivitätslevels, wie beispielsweise „aus – kommunikationsbereit – funktionsbereit” versetzen. Eine Datenkommunikation ist hierbei nicht zwingend erforderlich, wodurch sich gewisse Notlaufeigenschaften ergeben. Die höhere Versorgungsspannung kann aber auch durch Zuschalten eines Generators, die Verwendung einer zusätzlichen Stromversorgung (z. B. mittels einer Brennstoffzelle gebildet) oder aber auch durch eine externe Versorgung aus dem öffentlichen Stromversorgungsnetz erfolgen. Ein weiterer Vorteil liegt in der Unterstützung der Fehlersuche im System. Hier können beispielsweise Endstufen mit einem sog. Latch up, d. h. dauernd durchgeschaltet, durch selektives Hochsetzen (zugehöriger Diagnoseablauf) der Versorgungsspannung einzelner Bordnetzbereiche schneller lokalisiert werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau des Steuergerätes 1 ergibt sich die Möglichkeit der Nutzung von Steuerfunktionalitäten wie z. B. der Kommunikation (bevorzugt von einem Datenbus 5 aus) auch dann, wenn der Leistungsteil 2 deaktiviert ist und nur der Steuerteil 3 aktiv ist.
Ferner ergeben sich verschiedene Möglichkeiten zur Energieeinsparung. So muss nämlich der mit der höheren Spannung betriebene Leistungsteil 2 nicht aktiviert werden, wenn lediglich energieärmere Funktionalitäten des Steuerteils 3 genutzt werden sollen. Bei etwaigen Fehlfunktionen des Leistungsteils 2 wird ebenfalls nur die geringere Spannung des Steuerteils 3 benötigt. Außerdem kann bei alleiniger Nutzung der Funktionalitäten des Steuerteils 3 dieses in einen Sparmodus versetzt werden, um dadurch den Strombedarf herabzusetzen.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus ergibt sich auch ein verbessertes Failsafe-Verhalten, da die Abhängigkeit von der Versorgungsspannung eine indirekte Sperre für diejenigen Funktionalitäten darstellt, die erst ab einer Mindestspannung möglich sein sollen. Zudem werden Funktionalitäten des Steuergerätes erst dann ausgeführt, wenn Spannung zur Verfügung steht, die mindestens gleich dem unteren Schwellenwert U1 ist.
Einen weiteren Vorteil stellt die Zwangskopplung des Energieverbrauchs an die Energiebereitstellung dar. So kann durch den Leistungsteil 2 ein Verbraucher nur dann eingeschaltet sein, wenn der zugehörige Generator, bzw. die zugehörige Energiequelle aktiv ist. Voraussetzung ist ein Schwellenwert U2 der dem Wert der Generatorausgangsspannung angepasst ist. Bei einem 42-V-Bordnetz kann er beispielsweise bei 30 V liegen. Damit sind die von dem Leistungsteil 2 geschalteten Verbraucher nur bei aktivem Generator und der dann über 30 V liegenden Bordnetzspannung aktiv. Daraus ergeben sich auch Kosten- und Gewichtseinsparungen bei einem Energiespeicher (nicht dargestellt), da der 42-Volt-Verbraucher nur bei entsprechender Energiebereitstellung aktiv ist und somit ein dafür vorgesehener 42-V-Energiespeicher nicht erforderlich ist.
Darüber hinaus ist der erfindungsgemäße Schaltungsaufbau mit einem minimalen Aufwand und geringen Kosten realisierbar.
Bezugszeichenliste

1: Steuergerät ECU
2: Leistungselektronik
3: Steuerteil CPU
4: Schaltlogik
5: Datenbus
6: Spannungswandler
7: Power enable

Claims

Steuergerät (1) mit einem Steuerteil (3), einem Leistungsteil (2) und einer Schaltlogik (4), bei dem eingangsseitig eine Betriebsspannung (U) anliegt und ausgangsseitig eine Verbindung des Leistungsteils (2) zu einem elektrischen Verbraucher besteht, wobei die Schaltlogik (4) eingerichtet ist, abhängig von der Höhe der Betriebsspannung (U) den Leistungsteil (2) zu aktivieren oder zu deaktivieren, wobei die Schaltlogik (4) eingerichtet ist, abhängig von der Höhe der Betriebsspannung (U) den Steuerteil (3) zu aktivieren oder zu deaktivieren, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Verbindung des Steuerteils (3) mit einem Datenbus (5) besteht, – eine Kommunikationsfunktionalität des Steuerteils (3) nutzbar ist, wenn der Steuerteil (3) aktiviert ist, wobei die Kommunikationsfunktionalität des Steuerteils (3) eine Kommunikation mit dem Datenbus (5) umfasst, und – die Schaltlogik (4) eingerichtet ist, den Steuerteil (3) und den Leistungsteil (2) getrennt zu aktivieren oder zu deaktivieren.
Steuergerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltlogik (4) eingerichtet ist, den Steuerteil (3) bei Überschreiten eines unteren Schwellenwerts der Betriebsspannung (U) und den Leistungsteil (2) bei Überschreiten eines oberen Schwellenwerts der Betriebsspannung (U) zu aktivieren.
Steuergerät (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Schwellenwert der Betriebsspannung (U) an den Ausgangsspannungswert einer zuschaltbaren Energiequelle zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers angepasst ist.
Steuergerät (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerteil (3) bei einem oberhalb des unteren Schwellenwerts und unterhalb des oberen Schwellenwerts liegenden Werts der Betriebsspannung (U) in einen Sparmodus versetzt wird.