DE10250616C1

DE10250616C1 - Bordnetz

Info

Publication number: DE10250616C1
Application number: DE2002150616
Authority: DE
Inventors: Hans Michael Graf; Norbert Grassmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2003-11-20
Anticipated expiration: 2022-10-31

Abstract

Bordnetz mit Leistungsquelle (4), Master-Steuergerät (1), Leistungsverteilungsnetz (14) und mindestens einem Slave-Steuergerät (2, 3). Die Slave-Steuergeräte (2, 3) verbrauchen bei einer Versorgungsspannung unterhalb eines Grenzwertes geringe bis kleine Leistung und sind darüber zur Kommunikation mit Master- oder Slave-Steuergeräten (1, 2, 3) bereit. Das Master-Steuergerät (1) betreibt in seiner Stand-by-Betriebsart die Slave-Steuergeräte (2, 3) mit einer Versorgungsspannung unterhalb des Grenzwertes und ist selbst bereit für den Empfang von Wecksignalen, die sie in seine Normal-Betriebsart schalten, in der die Slave-Steuergeräte (2, 3) mit einer Versorgungsspannung oberhalb des Grenzwertes betrieben werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bordnetz, insbesondere ein Kraft fahrzeugbordnetz.

In einem Kraftfahrzeug ist eine Vielzahl von Steuergeräten, die eine Vielzahl von Funktionen steuern, vorhanden. Im nor malen Betrieb des Fahrzeuges, das heißt bei laufendem Motor, werden diese Steuergeräte von einem Generator gespeist. Wird dagegen der Motor abgestellt, brauchen diese Steuergeräte weiterhin Strom, der dann der Batterie entnommen wird. Vor allem bei längeren Standzeiten kann die Entladung der Batte rie jedoch zu einem Zustand führen, in dem ein Start des Mo tors nicht mehr möglich ist. In der Regel müssen die Steuer geräte bei abgestelltem Motor bzw. abgestelltem Fahrzeug nur wenige Aufgaben wahrnehmen. Aus diesem Grund wird der Ruhe strom der Steuergeräte bereits heute auf ein Minimum redu ziert. Bei einem Übergang der Bordnetzspannung von 12 Volt auf beispielsweise 42 Volt reduziert sich dieser Ruhestrom verbrauch nur unwesentlich, die Leistungsaufnahme steigt aber auf das Dreifache. Dabei bleibt der Energieinhalt der Batte rie meistens gleich, so dass die Batterie bereits in einem Drittel der Zeit entladen werden würde.

Heutige Steuergeräte gehen daher in einen Ruhezustand, aus dem sie sich selbst in gewissen Zeitabständen wieder wecken. Empfängt das Steuergerät in dieser Zeit ein verwertbares Sig nal, wird eine bestimmte Handlung ausgeführt. In der EP 0 829 786 wird ein Bordnetz vorgeschlagen, in dem ein be stimmtes Steuergerät (Master) über ein Signal auf einem CAN- Bus alle anderen Steuergeräte (Slaves) in einen Schlafmodus (sleep-mode) versetzen kann. Das Aufwecken aller Steuergeräte kann von allen Steuergeräten, also sowohl von Master- Steuergeräten, als auch von Slave-Steuergeräten durchgeführt werden. Jedes Steuergerät muss dabei zur erfolgreichen Entge gennahme des Weckrufs mit Energie versorgt werden.

In der US 5,794,055 ist ein Bordnetz beschrieben, bei dem ein Steuergerät (Master) die Batteriespannung über einen Schalter von einer Vielzahl anderer Steuergeräte (Slaves) trennen und wieder zuschalten kann. Externe Wecksignale mit hoher Span nung werden über einen Widerstand im Slave-Steuergerät und einem passiven Bus an das Master-Steuergerät weitergeleitet. Das Master-Steuergerät detektiert das Wecksignal und versorgt alle oder bestimmte Steuergeräte mit Energie. Die Wecksignale werden ohne Strombegrenzung direkt aus der Batterie erzeugt und über einen zusätzlichen Bus an das Master-Steuergerät weiter geleitet.

In der DE 197 15 880 C1 wird ein Bordnetz vorgeschlagen, bei dem nur ein Steuergerät (Master) in eine Stand-By-Betriebsart geht und alle anderen Steuergeräte (Slaves) von dem Master- Steuergerät geweckt werden können. Über einen CAN-Bus werden von diesem einen Steuergerät (Master) die anderen Steuergerä te (Slaves) nach dem Wecken mit Informationen versorgt. Das Wecken erfolgt über eine separate Datenleitung, die nur zum Wecken benötigt wird. Die Spannungsversorgung der Slave- Steuergeräte ist dauerhaft mit der Batterie verbunden, wobei eine Strombegrenzung nicht erfolgt.

Aus der WO 99/46888 ist ein Bussystem mit mehreren Steuerge räten bekannt, bei dem ein Master-Steuergerät alle anderen Steuergeräte (Slaves) in einen Bereitschaftszustand versetzen kann, bei dem alle Steuergeräte weitere Informationen auf dem Bus auslesen können. Beinhaltet diese Zusatzinformationen ei nen Auftrag für ein ausgewähltes Steuergerät, so geht dieses in den Betriebszustand über. Eine Lösung für die Versorgung der Slave-Steuergeräte mit Energie wird nicht vorgeschlagen.

Die US 5,834,854 beschreibt ein System aus Steuergeräten und einer zentralen Stromverteilung. Die Steuergeräte sollen zwei Betriebszustände aufweisen, die sich durch den Bedarf an e lektrischer Energie und Spannung unterscheiden. Die zentrale Stromverteilung besitzt einen Schalter (Zündrelais), der die Strompfade direkt mit der Batterie verbinden kann. Dieser Zu stand entspricht dem Zustand hoher Leistung und hoher Span nung der Steuergeräte. Zusätzlich besitzt die zentrale Strom verteilung einen Gleichstromwandler, welcher immer dann akti viert ist, wenn der Schalter (Zündrelais) geöffnet ist. Die ser Gleichstromwandler versorgt die Strompfade immer ausrei chend mit Leistung, um die Anforderungen der Steuergeräte in einem zweiten Zustand zu erfüllen. Wegen der geringeren Span nung sinken so die Verluste in den Linearreglern und damit der Ruhestrom. Nachteilig ist hier allerdings die Spannungs absenkung deshalb, weil eventuell benötigte Aktuatoren oder Lampen trotzdem direkt mit der Batterie verbunden werden müs sen und daher eine zusätzliche Leitung erforderlich ist. Al ternativ könnte der Gleichstromwandler auch überdimensioniert werden, was hohe Wirkungsgradverlust bei geringen Strömen zur Folge hat.

Aus der DE 199 41 699 ist schließlich eine Schaltung bekannt, welche einen ersten Strom nach oben hin begrenzt und bei Un terschreiten eines zweiten unteren Stromlimits in eine ver einfachte Regelung der Spannungsversorgung übergeht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bordnetz bereitzustellen, bei dem der Ruhestrombedarf noch weiter reduziert ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Bordnetz gemäß Patentan spruch 1. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungs gedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Vorteil der Erfindung ist es, dass neben einem minimalen Ru hestromverbrauch auch die Gefahr von niederohmigen Übergängen gegen Masse (Lichtbögen) oder von einer höheren Spannung auf eine niedrigere Spannung deutlich gemindert wird. Bei derar tigen niederohmigen Übergängen können die Ströme zwar so klein sein, dass keine Sicherungen auslösen. Jedoch besteht hierbei zum einen eine thermische Gefahr und zum anderen kann die Batterie ungewollt entladen werden. Bei der vorliegenden Erfindung werden dagegen weite Teile der Schaltungen im Ruhe zustand des Motors bzw. des Fahrzeuges nahezu stromlos gehal ten, so dass diese Gefahr deutlich verringert ist. Da die Slave-Steuergeräte nicht direkt mit der Batterie verbunden sind, sinkt zudem das Verpolungsrisiko. Dabei können Glät tungskondensatoren die Versorgung des Bordnetzes bei ausge bauter Batterie kurzzeitig übernehmen. Weiterhin ist vorteil haft, dass die hohe Spannung von 42 Volt nur dann anliegt, wenn auch tatsächlich Aktuatoren versorgt werden müssen. Dies reduziert die Korrosionstätigkeit an spannungsführenden Tei len.

Ein erfindungsgemäßes Bordnetz umfasst eine Leistungsquelle zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung und eines Ver sorgungsstromes, mindestens ein an die Leistungsquelle ange schlossenes und durch diese gespeistes Master-Steuergerät, ein von der Leistungsquelle unter Steuerung des Master- Steuergerätes gespeistes Leistungsverteilungsnetz sowie min destens ein an das Leistungsverteilungsnetz angeschlossenes und durch dieses gespeistes Slave-Steuergerät. Dabei ist das bzw. die Slave-Steuergeräte derart aufgebaut, dass sie bei einer Versorgungsspannung unterhalb eines bestimmten Grenz wertes geringe bis keine Leistung verbrauchen (inaktiv sind) und oberhalb dieses Grenzwertes in einer Slave-Stand-By- Betriebsart sind, bei der sie zur Kommunikation mit dem Mas ter-Steuergerät oder einem Slave-Steuergerät bereit sind und gegebenenfalls sogar Sensoren auslesen können. Das Master- Steuergerät betreibt in einer Master-Stand-By-Betriebsart das bzw. die Slave-Steuergeräte mit einer Versorgungsspannung un terhalb des Grenzwertes und ist selbst bereit für den Empfang von Master-Wecksignalen, mit denen sie von der Master-Stand- By-Betriebsart in eine Master-Normal-Betriebsart geschaltet wird. In der Master-Normal-Betriebsart betreibt das Master- Steuergerät das bzw. die Slave-Steuergeräte mit einer Versor gungsspannung oberhalb des Grenzwertes.

Weiterhin kann das Master-Steuergerät in der Master-Normal- Betriebsart das bzw. die in der Slave-Stand-By-Betriebsart befindlichen Slave-Steuergeräte mittels Slave-Wecksignalen einzeln oder zusammen in eine jeweilige Slave-Normal- Betriebsart schalten.

Somit können beim Master-Steuergerät zwei Betriebsarten un terschieden werden, nämlich die Stand-By-Betriebsart, bei der ein geringer Ruhestrom fließt und bei dem das Master- Steuergerät nur auf die Wecksignale reagiert, und die Master- Normal-Betriebsart, bei der das Master-Steuergerät voll funk tionsfähig ist. Hingegen sind bei dem bzw. den Slave- Steuergeräten (mindestens) drei Betriebsarten vorgesehen: In der Slave-Normal-Betriebsart ist das Slave-Steuergerät voll funktionsfähig; in der Slave-Stand-By-Betriebsart reagiert das Slave-Steuergerät nur auf Wecksignale vom Master- Steuergerät; und in der Master-Stand-By-Betriebsart des Mas ter-Steuergerätes ist das Slave-Steuergerät abgeschaltet (de aktiviert) und reagiert auf keine Weck- und Steuersignale. Um darauf zu reagieren, muss es erst in den Stand-By-Modus ge bracht werden.

In der deaktivierten Betriebsart der Slave-Steuergeräte (Mas ter-Stand-By-Betriebsart) verbrauchen die Slave-Steuergeräte keine oder eine geringe Leistung und das Master-Steuergerät, das sich in der Master-Stand-By-Betriebsart befindet, ver braucht ebenfalls nur eine geringe Ruheleistung. Im inaktiven Modus des Slaves werden beispielsweise lediglich der Daten speicher und der Prozessor mit Energie versorgt. Im Stand-By- Modus der Slave-Steuergeräte werden darüber hinaus zusätzlich noch die Kommunikationsbausteine und die Sensoren mit Energie versorgt.

Wird nun eine bestimmte Funktion mittels eines Wecksignals angefordert, dann geht das Master-Steuergerät von der Master- Stand-By-Betriebsart in die Master-Normal-Betriebsart über. Dadurch werden auch die Slave-Steuergeräte eingeschaltet und befinden sich in der Slave-Stand-By-Betriebsart. Das Master- Steuergerät kann nun je nach erhaltenem Befehl gezielt ein zelne Slave-Steuergeräte ansprechen, wodurch diese unter Um ständen von der Slave-Stand-By-Betriebsart in die Slave- Normal-Betriebsart geschaltet werden, damit diese die ge wünschte Funktion ausführen können. Es wird also zuerst ge prüft, ob eine Aktivierung überhaupt erforderlich ist. Paral lel dazu hebt das Master-Steuergerät die Versorgungsspannung auf die Nennspannung an. Sobald die erforderlichen Aktionen abgeschlossen sind, beendet das Master-Steuergerät die Bestromung des Leistungsverteilungsnetzes und damit der Sla ve-Steuergeräte mit Nennspannung und geht selbst in die Stand-By-Betriebsart über.

Obwohl die Kommunikation zwischen Master-Steuergerät und Sla ve-Steuergeräten auch über das Leistungsverteilungsnetz er folgen könnte (beispielsweise durch Einführen einer weiteren Schwelle), so sind Master- und Slave-Steuergeräte vorzugswei se über ein Informationsverteilungsnetz miteinander verbun den, so dass auch komplexere Befehle für das jeweilige Slave- Steuergerät, spezifische Befehle oder Befehlsgruppen neben den Wecksignalen zu den Slave-Steuergeräten übertragen werden können.

Als Informationsverteilungsnetz kommen bevorzugt bereits vor handene Netze zum Einsatz. Ein derartiges Informationsvertei lungsnetz ist vorzugsweise ein CAN-Bus (CAN = Controller Area Network). Dieser standardisierte Bus hat den Vorteil, dass außer dem Wecksignal in beliebiger Weise Informationen und Daten zwischen Master- und Slave-Steuergeräten sowie zwischen den Slave-Steuergeräten untereinander in standardisierter Weise ausgetauscht werden können, wobei aufgrund des Stan dards auch beliebige weitere Steuergeräte leicht in das Ge samtsystem einfügbar sind.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist das Leistungsver teilungsnetz über die Master-Steuereinheit mit der Leistungs quelle gekoppelt. Die Master-Steuereinheit umfasst dabei ei nen steuerbaren Spannungsregler zum Erzeugen unterschiedli cher Spannungen für das Leistungsverteilungsnetz. Da die Mas ter-Steuereinheit die Versorgungsspannung und den Versor gungsstrom für das Leistungsverteilungsnetz und damit für die Slave-Steuergeräte bereitstellt, wird auf eine einfache Weise eine Steuerung des Leistungsverteilungsnetzes realisiert.

Vorzugsweise weisen die Slave-Steuergeräte einen vierten Be triebszustand auf. Dieser Zustand stellt sich ein, wenn das Master-Steuergerät die Versorgungsspannung vom Nennwert auf einen niedrigen Wert (z. B. 15-20 Volt) absenkt. Die Begren zung der Spannung (auf z. B. 15-20 Volt) vermeidet Schädi gungen des Bordnetzes durch Kurzschlüsse oder Lichtbögen. In diesem Fall kann die Versorgungsspannung der Slave- Steuergeräte auf die für ihren Betrieb mindestens erforderli che Spannung abgesenkt werden.

Eine einfache und sehr effiziente Ausführungsform eines Span nungsreglers mit Strombegrenzungseinrichtung weist einen ohm schen Widerstand auf, dem ein gesteuertes Stellglied (z. B. Schalter) parallel geschaltet ist. Dabei kann das Stellglied stromüberwacht und der Widerstand steuerbar ausgeführt sein. Alternativ dazu kann ein Gleichstrom-Gleichstromwandler (DC/DC-Wandler = z. B. Schaltregler) vorgesehen werden.

Befindet sich das Master-Steuergerät in der Master-Stand-By- Betriebsart und erwartet beispielsweise der Fahrer eines Kraftfahrzeuges das Auslösen von Aktuatoren, so kann er bei spielsweise durch Drehen des Zündschlüssels das Master- Steuergerät hiervon in Kenntnis setzen. In Weiterbildung der Erfindung wird während des Auftretens eines derartigen Sig nals (Master Override Signal) den Slave-Einheiten eine Ver sorgungsspannung über dem Grenzwert zugeführt, so dass sich diese in der Slave-Stand-By-Betriebsart befinden. Die Slave- Steuergeräte und eventuell an sie angeschlossene Aktuatoren können nun bei Bedarf in die Slave-Normal-Betriebsart ver setzt werden und die angeforderten Aktionen vornehmen. Bei der vorstehenden Ausführungsform eines Spannungsreglers (z. B. bestehend aus einem ohmschen Widerstand mit parallel geschal tetem steuerbaren Stellglied) kann beispielsweise dem steuer baren Stellglied ein mit dem Zündschloss in Verbindung ste hender mechanischer Schalter parallel geschaltet sein. Das Zündschloss kann dabei zwar Auslöser sein, der Kontakt des Stellglieds selbst kann aber zeitlich verzögert werden.

Es kann vorgesehen werden, dass das Master-Steuergerät ohne entsprechende Wecksignale von außen in regelmäßigen zeitli chen Abständen von der Master-Stand-By-Betriebsart in die Master-Normal-Betriebsart geschaltet wird. Vorzugsweise hängt dabei die Häufigkeit des Auftretens dieser Master-Wecksignale vom Zustand der Energiequelle, beispielsweise vom Ladezustand der Bordbatterie ab. Das bedeutet beispielsweise, dass mit abnehmender Ladung der Fahrzeugbatterie ein selteneres "Auf wecken" des Master-Steuergerätes erfolgt, um die Fahrzeugbat terie zu schonen.

Ein reduziertes "Aufwecken" kann beispielsweise auch bei Sla ve-Steuergeräten erfolgen, bei denen bislang ein Dauerbetrieb für notwendig gehalten wurde. So kann beispielsweise ein Sla ve-Steuergerät mit zeitabhängiger Funktion (Uhr) ebenfalls vollkommen abgeschaltet werden, wenn als Uhr beispielweise eine Funkuhr verwendet wird. Diese wird dann beim (notwendi gen) Aufwecken anhand des Funkabgleichs auf die richtige Zeit eingestellt. Darüber hinaus können externe Befehle, bei spielsweise per SMS (Short Message Service) übertragen wer den, wobei bei abgeschaltetem oder in der Slave-Stand-By- Betriebsart befindlichen Slave-Steuergerät die Nachricht beim Mobilfunkdienst zwischen gespeichert wird und erst beim Auf wecken zum entsprechenden Slave-Steuergerät übertragen wird.

Bevorzugt wird vorgesehen, dass die Slave-Steuergeräte vor dem Übergang von der Betriebsart mit geringer Leistung in die Slave-Stand-By-Betriebsart und/oder von der Slave-Stand-By- Betriebsart in die Slave-Normal-Betriebsart mit einer jeweils geringeren Leistung versorgt werden. Bei dieser geringeren Leistung wird dann beispielsweise durch Messen von Strom und Spannung der auf dem Leistungsverteilungsnetz auftretende Wi derstand bestimmt (berechnet) und mit einem Zulässigkeitsbe reich verglichen. Der Zulässigkeitsbereich gibt dabei den mit gewissen Schwankungen behafteten Normalbetriebsbereich wie der. Nur wenn der bestimmte Widerstand in dem Zulässigkeits bereich ist, das heißt der Widerstand selbst zulässig ist, wird die entsprechend höhere Leistung zur Verfügung gestellt, das heißt beim Übergang von der Betriebsart mit geringer Leistung in die Slave-Stand-By-Betriebsart, die für die Sla ve-Stand-By-Betriebsart notwendige Leistung und im Falle des Übergangs von der Slave-Stand-By-Betriebsart in die Slave- Normal-Betriebsart die für die Slave-Normal-Betriebsart er forderliche Leistung.

Des Weiteren kann die den Slave-Steuergeräten zur Verfügung gestellte Leistung nach einer bestimmten Zeit bzw. nach be stimmten Zeiten (beispielsweise regelmäßig) reduziert werden, dabei der Widerstand bestimmt und mit dem Zulässigkeitsbe reich verglichen werden, so dass bei zulässigem Widerstand die Leistung auf den vorherigen Wert erhöht wird. Auf diese Weise kann auch während des Betriebs und nicht nur bei Be triebsaufnahme das Leistungsverteilungsnetz überwacht werden.

Schließlich kann mindestens ein Kondensator den Slave- Steuergeräten parallel geschaltet sein, wobei nach dem Absen ken der Leistung Spannungsänderung beim Entladen des Konden sators ermittelt und mit einem Zulässigkeitsbereich vergli chen wird und wobei bei einem Abweichen vom Zulässigkeitsbe reich ein Fehlersignal erzeugt wird. Häufig sind dabei be reits Glättungskondensatoren parallel zur Last angeordnet. Ist dies nicht der Fall, kann ein Kondensator parallel einge baut werden. Nach Absenkung der Nennleistung entladen sich diese Kondensatoren durch die jeweilige Komponente (z. B. Sla ve-Steuergeräte). Hierbei sollte die relative Spannungsände rung zeitlich konstant und reproduzierbar sein. Abweichungen vom Erwartungswert deuten auf unerwartete Widerstände hin. Liegt darüber hinaus bei Nennleistung ein paralleler Lichtbo gen vor, dann verlöscht dieser mit zunehmender Entladung des parallelen Kondensators. Dies macht sich deutlich in einer relativen Spannungsänderung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bordnetzes,

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild des Bordnetzes nach Fig. 1 für unterschiedliche Störfälle,

Fig. 3 den Verlauf der Spannung auf dem Leistungsvertei lungsnetz bei bestimmten Störfällen und

Fig. 4 das Zustandsdiagramm des Bordnetzes gemäß den Fig. 1 bis 3.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind ein Master-Steuergerät 1 und mehrere Slave-Steuergeräte, von de nen nur zwei Slave-Steuergeräte 2 und 3 gezeigt sind, vorge sehen. Das Master-Steuergerät 1 ist an eine Leistungsquelle 4 wie beispielsweise eine Fahrzeugbatterie, einen Generator und/oder eine Brennstoffzelle angeschlossen. Das Master- Steuergerät 1 umfasst einen CAN-Bus-Transceiver 5, eine Sig nalprozessoreinheit 6, eine Spannungsversorgungseinheit 7 für das Master-Steuergerät 1, einen steuerbaren Widerstand 8, ein durch eine Steuereinrichtung 9 angesteuertes und stromüber wachtes elektronisches Stellglied 10 sowie ein Relais 11.

Der Steuerkreis des Relais 11 liegt einerseits an Masse 12, an der auch ein Pol der Leistungsquelle 4 angeschlossen ist, und andererseits über einen Zündschalter 13 am anderen Pol (positiver Pol) der Leistungsquelle 4. Der positive Pol der Leistungsquelle 4 ist darüber hinaus auch an jeweils einen Anschluss der Spannungsversorgung 7, einen Anschluss des steuerbaren Widerstands 8, einen Anschluss des Lastkreises des Stellglieds 10 (MOS-Feldeffekttransistor) sowie einen An schluss des Lastkreises des Relais 11 angelegt. Der jeweils andere Anschluss von steuerbarem Widerstand 8, vom Lastkreis des Stellglieds 10 sowie vom Lastkreis des Relais 11 sind mit einem Leistungsverteilungsnetz 14 verbunden. Das Leistungs verteilungsnetz 14 ist zweipolig ausgeführt und umfasst dabei eine einadrige Leitung als einen Pol und Masse 12 als zweiten Pol.

Neben dem Leistungsverteilungsnetz 14 ist zudem ein Informa tionsverteilungsnetz 15 vorgesehen, das durch einen CAN-Bus 15 gebildet wird. Das Master-Steuergerät 1 ist dabei über den CAN-Transceiver 5 an das Informationsverteilungsnetz 15 ange schlossen. Schließlich ist die Signalverarbeitungseinheit 6 des Master-Steuergerätes 1 extern mit einer Antenne 16 sowie einem auf Masse 12 führenden Türkontaktschalter 17 verschal tet.

Die Slave-Steuergeräte 2 und 3 weisen jeweils eine Spannungs versorgungseinrichtung 18, 18', CAN-Transceiver 19, 19' sowie entsprechende Signalverarbeitungseinheiten 20 und 21 auf. Die Spannungsversorgung 18 und 18' der Steuergeräte 2 und 3 (so wie weiterer nicht gezeigter Steuergeräte) sind derart ausge bildet, dass sie unterhalb einer Grenzspannung deaktiviert sind, d. h. unwesentlich Leistung verbrauchen, und oberhalb dieser Grenzspannung in eine Stand-By-Betriebsart gehen, in der jedoch eine Kommunikation über das Informationsvertei lungsnetz 15 und insbesondere mit dem Master-Steuergerät 1 möglich ist. Es wäre auch möglich zwei Grenzwerte anstelle eines Grenzwertes vorzusehen, die eine Hysterese um den einen (fiktiven) Grenzwert erzeugen, durch die ein Hin- und Her schalten durch Störspannungsschwankungen im Bereich dieses 1- maginären Grenzwertes unterbunden wird.

Das Master-Steuergerät 1 bezieht seine Energie direkt aus der Leistungsquelle 4 und kann in einer Master-Stand-By- Betriebsart alle möglichen Wecksignale empfangen. Derartige Wecksignale können beispielsweise durch eine Zustandsänderung am Türkontaktschalter 17, ein Zündsignal über dem Zündschal ter 13, eine Spannungsänderung bei der Leistungsquelle 4, ein Mobilfunksignal, ein Zeitsignal, ein GPS-Signal (GPS = Global Positioning System) oder ein Fernsteuersignal von der Antenne 16 (sowie in der Zeichnung nicht gezeigt) Sensorsignale ge bildet werden. Das Master-Steuergerät 1 versorgt über das Leistungsverteilungsnetz 14 die Slave-Steuergeräte 2 und 3 mit Energie. Über das Informationsverteilungsnetz 15 werden hingegen die Slave-Steuergeräte 2 und 3 aus ihrem Slave- Stand-By-Betriebsart in eine Slave-Normal-Betriebsart aufge weckt bzw. wieder zurückversetzt. Darüber hinaus können über das Informationsverteilungsnetz 15 auch allgemein Informatio nen und Daten zwischen dem Master-Steuergerät 1 und den Sla ve-Steuergeräten 2 und 3 als auch Informationen und Daten zwischen den Slave-Steuergeräten 2 und untereinander ausge tauscht werden.

Das Master-Steuergerät 1 kann entweder aktiv sein (Master- Normal-Betriebsart) oder befindet sich in einem Stand-By- Betrieb (Master-Stand-By-Betriebsart) mit Weckbereitschaft. Das Master-Steuergerät 1 soll dabei die Leistung im Leis tungsverteilungsnetz 14 steuern. Beim Einschalten der Zündung mittels des Zündschalters 13 wird eine hoch belastbare Ver bindung zwischen Leistungsquelle 4 und der Vielzahl von Sla ve-Steuergeräten (z. B. Slave-Steuergeräte 2, 3) hergestellt. Ist die Zündung nicht geschaltet, entscheidet das Master- Steuergerät 1 über die ins Leistungsverteilungsnetz 14 einge speiste Leistung.

Im abgeschalteten Zustand beträgt die Spannung auf dem Leis tungsverteilungsnetz 14 beispielsweise 6 Volt. Die Spannung ist ausreichend, um beispielsweise Speicherfunktionen auf recht zu erhalten. Der dabei fließende Strom liegt z. B. unter 1 mAmpere. Alle Slave-Steuergeräte 2, 3 können vom Master- Steuergerät 1 durch Anhebung der Spannung auf dem Leistungs verteilungsnetz 14 von beispielsweise 6 Volt auf eine höhere Spannung (z. B. größer als 10 Volt) geweckt werden. Die Span nungsversorgung wird über das Stellglied 10 (MOS- Feldeffekttransistor) realisiert. Die Slave-Steuergeräte 2, 3 gehen dabei in eine Slave-Stand-By-Betriebsart, in der sie Informationen aus dem Informationsverteilungsnetz 15 (CAN- Dus) lesen können. Sobald ein Slave-Steuergerät 2, 3 einen Auftrag erhält und einen zusätzlichen Strombedarf aufweist (z. B. 3 Ampere), wird dieser Bedarf über das Informationsver teilungsnetz 15 an den in dem Master-Steuergerät 1 befindli chen Steuereinheit 9 gemeldet, welches dann die Strombegren zung des Stellglieds 10 auf den maximalen Wert (beispielswei se 4 Ampere) anhebt. Ist die Aktion beendet, meldet das ent sprechende Slave-Steuergerät 2, 3 die Ausführung des Auftrags zurück an das Master-Steuergerät 1, worauf das Master- Steuergerät zunächst die Strombegrenzung absenkt und an schließend die Spannung auf dem Leistungsverteilungsnetz 14 auf den kleinsten Wert (6 Volt) absenkt.

Die unterschiedlichen Spannungen auf dem Leistungsvertei lungsnetz 14 werden von den jeweiligen Spannungsversorgungs einheiten 18, 18' der Slave-Steuergeräte 2, 3 ausgewertet, um damit die entsprechende Betriebsart des jeweiligen Slave- Steuergerätes 2, 3 einzustellen. Im energieärmsten Zustand des Leistungsverteilungsnetzes 14 (z. B. 6 Volt, 1 mA) erfolgt die Stromversorgung des Leistungsverteilungsnetzes und damit der Slave-Steuergeräte 2, 3 ausschließlich über den einstell baren Widerstand 8. Das Stellglied 10 ist dabei vollkommen gesperrt.

Sobald der Fahrer mittels des Zündschalters 13 die Zündung schaltet, wird das Leistungsverteilungsnetz 14 maximal bestromt. Die verfügbare Leistung kann dann beispielsweise 3 kW betragen. Durch kurzzeitiges Öffnen des Relais kann die Bestromung des Leistungsverteilungsnetzes 14 über das Stell glied 10 erfolgen, wodurch die Spannung im Leistungsvertei lungsnetz kurzzeitig beispielsweise von 42 Volt auf etwa 18 Volt abgesenkt werden kann. Dies ermöglicht die Beeinflussung von Lichtbögen im Fahrzustand. Die Slave-Steuergeräte 2, 3 müssen allerdings derart ausgelegt sein, dass sie bei dieser Spannung mit Ausnahme ausgewählter Aktuatoren noch funktio nieren.

Die Absenkung auf 18 Volt kann auch im Servicefall erfolgen, wodurch sich ein reduziertes Sicherheitsrisiko ergibt.

Die Reduzierung des Stromes im energieärmsten Zustand des Leistungsverteilungsnetzes 14 und - wie eben angesprochen - im Normal-Betrieb vermeidet Schädigungen des Bordnetzes durch Kurzschlüsse oder Lichtbögen. Derartige niederohmige Verbin dungen nach Masse oder einem niedrigeren Spannungsniveau wür den die Spannung beispielsweise im 12 Volt-Bordnetz unzuläs sig ansteigen lassen. Um dies zu vermeiden, kann Strom und/oder Spannung (beispielsweise am Stellglied 10 mittels Steuereinheit 9) detektiert werden. Weiterhin kann der Über gang der Spannung zwischen Betriebsspannung und Masse zur De tektion von Lichtbögen benutzt werden.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel können also ausgehend von einem 42 Volt-Bordnetz folgende Energiezustände unter schieden werden:
Im energieärmsten Zustand ist die Spannung im Leistungsver teilungsnetz 6 Volt und der Strom ist typischerweise 1 mA. Das Leistungsverteilungsnetz 14 ist dabei über den steuerbaren Widerstand 8 an die Leistungsquelle 4 angeschlossen.

In einem zweiten Zustand, bei dem die Ankopplung des Leis tungsverteilungsnetzes 14 an die Leistungsquelle 4 hauptsäch lich über das Stellglied 10 erfolgt, kann die Spannung bei spielsweise bei 10 Volt und die Strombegrenzung zwischen 1 und 10 Ampere (z. B. 1 Ampere) liegen.

Im Bedarfsfalle kann die Spannung aber auch kurzzeitig abge senkt werden (auf z. B. 18 Volt, Strom zwischen 1 und 10 Am pere).

Im Slave-Normalbetriebsmodus ist dann die volle Spannung (beispielsweise 42 Volt) auf dem Leistungsverteilungsnetz 14, wobei die maximale Leistung zur Verfügung steht.

Die Häufigkeit des Weckens hängt beim vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel vom Zustand der Leistungsquelle 4 ab. Eine Uhr als in der Zeichnung nicht dargestelltes Slave-Steuergerät wird in Ruhephasen ebenfalls abgeschaltet, da nach Wiederin betriebnahme die aktuelle Zeit über die Antenne 16 in Verbin dung mit der Signalprozessoreinheit 6 auf den aktuellen Stand gebracht wird. Weitere Anweisungen wie beispielsweise Kunden dienstinformationen, Navigationsfunktionen etc. werden über Mobilfunkdienste mitgeteilt. Ist die Signalprozessoreinheit 6 nicht empfangsbereit, so werden die Nachrichten in der Servi- cezentrale des Mobilfunkdienstes zwischengespeichert.

In Fig. 2 ist das Ersatzschaltbild des Leistungsverteilungs netzes mit angeschlossenem Steuergerät 2, 3 (entspricht Last 23) gezeigt, das aus einer nicht näher gezeigten Energiequel le über den steuerbaren Widerstand 8 und dazu parallel ge schaltetem Steuerglied 10 (Schalter) angeschlossen ist. Pa rallel zur Last 23 ist ein Kondensator 24 und eine Spannungs messeinrichtung 22 sowie seriell eine Strommesseinrichtung 25 geschaltet. Dabei zeigt Fig. 2a den ungestörten Betriebs fall. Ein Störfall kann gemäß Fig. 2b darin bestehen, dass ein Lichtbogen zwischen einem die Betriebsspannung führenden Teil (beispielsweise der Last) auf Masse führt. In gleicher Weise kann aber auch ein die Betriebsspannung führendes Teil (z. B. Zuleitung) einen Lichtbogen zu einem gegenüber Masse höheren, jedoch gegenüber der Nennbetriebsspannung niedrige ren Potential (z. B. niedrigere zweite Betriebsspannung) er zeugen (Fig. 2c). Darüber hinaus könnte aber auch ein Licht bogen entlang der Betriebsspannung führenden Leitung des Lei tungsverteilungsnetzes 14 auftreten.

Im Laufe der Zeit können Kontakte verschmutzen oder korrodie ren, wodurch der Widerstand ansteigt. Zudem können durch Ver schmutzung und/oder Beschädigung alternative Strompfade nach Masse entstehen. Hierdurch sinkt der Widerstand. Solche Strompfade mit hohem Widerstand begünstigen das Auftreten von Lichtbögen, wie in den Fig. 2b-2d gezeigt. Die Lichtbö gen zeichnen sich durch extrem hohe Temperaturen aus, die an grenzende Materialien entsenden können.

In Weiterbildung der Erfindung wird das vorgeschlagene Bord netz dahingehend erweitert, dass die Lichtbögen im betrachte ten Strompfad detektiert werden können. Dazu wird die Versor gung der Last 23 mit einer bestimmten Nennleistung (z. B. 500 Watt) zunächst mit wesentlich weniger Leistung (beispielswei se 0,5 Watt) versorgt. Diese geringe Leistung kann relativ unaufwendig zur Verfügung gestellt werden. Es werden dann Strom und Spannung bei der geringen Leistung erfasst und dar aus der Widerstand der Last 23 ermittelt. Liegt dieser Wider stand innerhalb des erwarteten Bereichs, wird die Nennleis tung zur Verfügung gestellt (z. B. durch Schließen des Stell gliedes 10).

Zudem ist vorgesehen, die Nennleistung nach einer vorbestimm ten Zeit bzw. in regelmäßigen Zeitabständen wieder auf die geringe Leistung für eine sehr kurze Zeit (z. B. 100 ms) zu reduzieren. In dieser Zeit kann ebenfalls der Widerstand er mittelt werden. Liegt der Widerstand weiterhin im erwarteten Bereich, so wird erneut die Nennleistung zur Verfügung ge stellt. Andernfalls können entsprechende Fehlermaßnahmen ein geleitet werden. Dabei ist zudem von Vorteil, dass durch die Abschaltung parallele Lichtbögen (z. B. die Störfälle nach Fig. 2b und 2d) verlöschen und die Leitung regelmäßig über prüft wird.

Häufig sind auch Glättungskondensatoren parallel zur Last 23 geschaltet. Ist dies nicht der Fall, kann beispielsweise der Kondensator 24 parallel eingebaut werden. Nach Absenkung der Nennleistung entlädt sich der Kondensator 24 (und gegebenen falls weitere vorhandene Kondensatoren) durch die Last 23. Dabei sollte die relative Spannungsänderung dU/(U.dt) zeit lich konstant und reproduzierbar sein. Abweichungen vom Er wartungswert deuten ebenfalls auf unerwartete Widerstände hin und können als Fehlersignal weiter verarbeitet werden.

Vorteilhaft ist auch, dass ein bei Nennleistung auftretender paralleler Lichtbogen mit zunehmender Entladung des paralle len Kondensators 23 verlischt. Dies macht sich deutlich in der relativen Spannungsänderung dU/(U.dt).

Das Verhalten der Schalteinheit mit Widerstand 8 und Stell glied 10 ist in Fig. 3a dargestellt. Die Schalteinheit kann sowohl die Nennleistung als auch eine deutlich niedrigere Leistung an die Last 23 weitergeben. Darüber hinaus sind Aus gangsspannung und Strom bei der niedrigen Leistung ermittel bar. Bevor die Schalteinheit die volle Leitung auf den Verbraucher gibt, wird die Last 23 mit der niedrigen Leistung versorgt. Liegen dabei Strom und Spannung im erwarteten Be reich, wird die niedrige Leistung (z. B. 1 Watt) auf Nennleis tung (z. B. 100 Watt) erhöht. In regelmäßigen Abständen (z. B. alle 10 Minuten) wird die Leistung erneut für eine kurze Zeit (z. B. 100 ms) herabgesetzt und erneut Spannung und Strom ge messen. Liegen diese im erwarteten Bereich, wird die Nenn leistung wieder für die bestimmte Zeitdauer (z. B. 10 Minuten) bereitgestellt. Eine Auswertung kann gemäß Fig. 3a zudem auch vor dem Abschalten der Last 23 erfolgen.

Im Falle serieller Lichtbögen ist insbesondere eine Verände rung des Stromes zu beobachten. Im Falle paralleler Lichtbö gen ändert sich der Spannungsabfall. Dieser ist anfangs grö ßer als nach Löschung des Lichtbogens. Während die Spannung U über dem Kondensator 24 exponentionell abfällt, ergibt sich bei der relativen Spannungsänderung dU/(U.dt) zunächst ein waagerechter Verlauf auf einem höheren Niveau, der relativ schlagartig in einen waagerechten Verlauf auf niedrigerem Ni veau übergeht (Fig. 3b). Es können aber auch mehrere Sprünge auftreten.

Die einzelnen Zustände des als Ausführungsbeispiel in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Bordnetzes ist in Fig. 4 darge stellt. Zu unterscheiden sind dabei vier Zustände, von denen ein Zustand die Slave-Ruhe-Betriebsart, ein anderer Zustand die Slave-Stand-By-Betriebsart, ein dritter Zustand eine Sla ve-Test-Betriebsart und schließlich der vierte Zustand die Slave-Normal-Betriebsart charakterisiert.

Befindet sich ein Slave-Steuergerät im Ruhezustand, so kann es durch Erhöhung der Betriebsspannung (Wecksignal) durch das Master-Steuergerät in seinen Slave-Stand-By-Betriebsart über führt werden. Ausgehend von diesem Zustand kann es in die Slave-Ruhe-Betriebsart zurück geführt werden, wenn die auszu führende Aktion beendet ist oder die Leistungsquelle wenig Leistung bereit stellt.

Das Slave-Steuergerät kann jedoch auch von der Slave-Stand- By-Betriebsart in die Slave-Normal-Betriebsart gebracht wer den beispielsweise durch Aktivieren eines Aktuators bei aus geschalteter Zündung. Schließlich kann von der Slave-Stand- By-Betriebsart auch in die Slave-Test-Betriebsart übergegan gen werden beim Übergang von ausgeschalteter zu eingeschalte ter Zündung. In der Slave-Test-Betriebsart ist jedoch nur ein Übergang zu Slave-Normal-Betriebsart möglich. Dafür ist Vor aussetzung, dass ein positives Testergebnis, das heißt ein Wert im zulässigen Bereich, vorliegt.

Ein Übergang von der Slave-Normal-Betriebsart in die Slave- Test-Betriebsart kann bei gesonderter Fehlererkennung oder bei einer Testanweisung erfolgen. Schließlich ist noch ein Ü bergang von der Slave-Normal-Betriebsart in die Slave-Stand- By-Betriebsart möglich beim Übergang von eingeschalteter Zün dung zu ausgeschalteter Zündung oder bei Deaktivierung eines Verbrauchers bei abgeschalteter Zündung.

Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird also im Gegensatz zum Stand der Technik statt einer Energieversor gungsleitung und einer Leitung zum Aktivieren der Slave- Steuergeräte lediglich eine Energieversorgungsleitung be nutzt. Dies senkt die Komplexität und die Kosten beim Kabel satz (Übergang von inaktiver Betriebsart zur Stand-By- Betriebsart). Das eigentliche Wecken erfolgt wiederum ohne eigens dafür eingesetzte Leitung, sondern über einen CAN-Bus, der auch für andere Zwecke und Aufgaben Verwendung findet. Anstelle eines aufwendigen Gleichspannungswandlers kann unter Umständen lediglich ein stromüberwachtes Stellglied und ein steuerbarer Widerstand verwendet werden, was ebenfalls den schaltungstechnischen Aufwand deutlich senkt.

Claims

1. Bordnetz mit
einer Leistungsquelle (4) zur Bereitstellung einer Ver sorgungsspannung und eines Versorgungsstromes,
einem an die Leistungsquelle (4) angeschlossenen und durch diese gespeisten Master-Steuergerät (1),
einem von der Leistungsquelle (4) unter Steuerung des Master-Steuergerätes (1) gespeisten Leistungsverteilungsnetz (14),
mindestens einem an das Leistungsverteilungsnetz (14) an geschlossenen und durch dieses gespeisten Slave-Steuergerät (2, 3), wobei
das bzw. die Slave-Steuergeräte (2, 3) bei einer Versor gungsspannung unterhalb eines bestimmten Grenzwertes geringe bis keine Leistung verbrauchen und oberhalb dieses Grenzwer tes in einer Slave-Stand-By-Betriebsart sind, bei der sie zur Kommunikation mit dem Master-Steuergerät (1) oder einem Sla ve-Steuergerät (2, 3) bereit sind,
das Master-Steuergerät (1) in einer Master-Stand-By- Betriebsart das bzw. die Slave-Steuergeräte (2, 3) mit einer Versorgungsspannung unterhalb des Grenzwertes betreibt und selbst bereit ist für den Empfang von Wecksignalen, mit denen es von der Master-Stand-By-Betriebsart in eine Master- Normal-Betriebsart geschaltet wird, und
das Master-Steuergerät (1) in der Master-Normal- Betriebsart das bzw. die Slave-Steuergeräte (2, 3) mit einer Versorgungsspannung oberhalb des Grenzwertes betreibt.

2. Bordnetz nach Anspruch 1, bei dem das Master-Steuergerät (1) in der Master-Normal- Betriebsart das bzw. die in der Slave-Stand-By-Betriebsart befindlichen Slave-Steuergeräte (2, 3) mittels weiteren Weck signalen einzeln oder zusammen in eine jeweilige Slave- Normal-Betriebsart schalten kann.

3. Bordnetz nach Anspruch 1 oder 2, bei dem
Master- und Slave-Steuergeräte (1, 2, 3) über ein Infor mationsverteilungsnetz (15) miteinander verbunden sind und
die weiteren Wecksignale von dem Master-Steuergerät (1) zu dem bzw. den Slave-Steuergeräten (2, 3) über das Informa tionsverteilungsnetz (15) übermittelt werden.

4. Bordnetz nach Anspruch 3, bei dem als Informationsverteilungsnetz (15) ein CAN-Bus vorgese hen ist.

5. Bordnetz nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
das Leistungsverteilungsnetz (14) über die Master- Steuereinheit (1) mit der Leistungsquelle (4) gekoppelt ist und
die Master-Steuereinheit einen steuerbaren Spannungsreg ler (9, 10) zum Erzeugen unterschiedlicher Spannungen für das Leistungsverteilungsnetz (14) aufweist.

6. Bordnetz nach Anspruch 5, bei dem die Master-Steuereinheit (1) in der Master-Standby- Betriebsart wirksame Strombegrenzungseinrichtung (8) für das Leistungsverteilungsnetz aufweist.

7. Bordnetz nach Anspruch 6, bei dem der Spannungsregler mit Strombegrenzungseinrichtung einen ohmschen Widerstand (8) mit parallel geschaltetem steuerbarem Stellglied (10) aufweist.

8. Bordnetz nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Master-Steuereinheit (1) während des Auftretens eines Override-Signals den Slave-Einheiten (2, 3) eine Versorgungs spannung über dem Grenzwert bei maximaler Leistungsreserve zuführt.

9. Bordnetz nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Häufigkeit des Auftretens von Wecksignalen für die Master-Einheit (1) vom Zustand der Leistungsquelle (4) ab hängt.

10. Bordnetz nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Slave-Steuergeräte (2, 3) vor dem Übergang von der Betriebsart mit geringer Leistung in die Slave-Stand-By- Betriebsart und/oder von der Slave-Stand-By-Betriebsart in die Slave-Normal-Betriebsart mit einer jeweils geringeren Leistung versorgt werden, wobei der bei geringerer Leistung auftretende Widerstand bestimmt und mit einem Zulässigkeits bereich verglichen wird und wobei bei zulässigem Widerstand eine jeweils höhere Leistung zur Verfügung gestellt wird.

11. Bordnetz nach Anspruch 10, bei dem die den Slave- Steuergeräten zur Verfügung gestellte Leistung nach einer bestimmten Zeit bzw. nach bestimmten Zeiten reduziert wird, der Widerstand bestimmt und mit dem Zulässigkeitsbereich ver glichen wird und bei zulässigem Widerstand die Leistung auf den vorherigen Wert erhöht wird.

12. Bordnetz nach Anspruch 10 oder 11, bei dem mindestens ein Kondensator den Slave-Steuergeräten paral lel geschaltet ist, wobei nach dem Absenken der Leistung die Spannungsänderung beim Entladen des Kondensators ermittelt und mit einem Zulässigkeitsbereich verglichen wird und bei einem Abweichen vom Zulässigkeitsbereich ein Fehlersignal er zeugt wird.