DE10304636A1

DE10304636A1 - System zur Bestromung elektrischer Verbraucher in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10304636A1
Application number: DE10304636A
Authority: DE
Inventors: Christian Delille; Nikolaus Decius; Manfred Fuisting
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2003-02-04
Filing date: 2003-02-04
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2023-02-05
Also published as: DE10304636B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Bestromung elektrischer Verbraucher in einem Kraftfahrzeug, wobei die Bestromung der Verbraucher selektiv in Abhängigkeit von Ansteuerdaten (Zustand von Bedienelementen und/oder Sensoren) erfolgt, die mindestens einer Systemkomponente zugeführt werden. Erfindungsgemäß ist nun wenigstens einer Gruppe von zwei oder mehr Verbrauchern eine elektronische Ansteuereinheit zugeordnet, welche Verbindungsleitungen zu den jeweiligen Verbrauchern aufweist, wobei
- die Ansteuereinheit mindestens eine Schnittstelle für den Anschluß an einen Kommunikationsbus aufweist, über den die Ansteuereinheit die Ansteuerdaten von der mindestens einen Systemkomponente empfängt,
- die Ansteuereinheit direkt oder indirekt mit der Bordnetzkomponente des Kraftfahrzeuges verbunden ist,
- die Ansteuereinheit über die Verbindungsleitungen die Bestromung der Verbraucher in Abhängigkeit von den Ansteuerdaten bewirkt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Bestromung elektrischer Verbraucher, insbesondere Lichtquellen, in einem Kraftfahrzeug, wobei die Bestromung der Verbraucher selektiv in Abhängigkeit von Ansteuerdaten, zum Beispiel dem Zustand von Bedienelementen und/oder Sensoren, erfolgt.

Aus der DE 43 41 058 C1 ist ein derartiges System zur Bestromung von Lichtquellen im Kraftfahrzeug bekannt. Dabei wird der Zustand von Bedienelementen (Lichtschalter) und/oder Sensoren (z.B. Dämmerungslichtsensor) einer zentralen Systemkomponente (Lichtschaltermodul) zugeführt, von dem aus dann eine Vielzahl von Versorgungsleitungen zu den einzelnen Lichtquellen verlaufen, die in der Lage sind, relativ große Ströme zu leiten. Da das zentrale Lichtschaltermodul räumlich weit von den Lichtquellen entfernt ist, ist der Verkabelungsaufwand erheblich, und zwar sowohl hinsichtlich der Materialkosten als auch hinsichtlich der Montagekosten. So sind beispielsweise allein schon zur Stromversorgung der verschiedenen Lichtquellen in einem Fahrzeugscheinwerfer von dem Lichtsteuermodul zu jedem Scheinwerfer in aufwendiger Weise mehrere Versorgungsleitungen zu verlegen. Wenn man bedenkt, daß die Zahl der Lichtquellen bzw. die Zahl der elektrischen Verbraucher immer mehr zunimmt, so wird deutlich, daß auch die Entflechtung des „Kabelwirrwarrs" im Fahrzeug immer schwieriger wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein System zur Bestromung elektrischer Verbraucher in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, das einen erheblich reduzierten Verkabelungsaufwand erfordert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die sich daran anschließenden abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen.

Erfindungsgemäß wird wenigstens einer Gruppe von zwei oder mehr Verbrauchern, zum Beispiel den Lichtquellen eines Scheinwerfers, eine elektronische Ansteuereinheit zugeordnet, welche lediglich relativ kurze Verbindungsleitungen zu den jeweiligen Verbrauchern aufweist. Dabei weist die Ansteuereinheit mindestens eine Schnittstelle für den Anschluß an einen Kommunikationsbus auf, über den die Ansteuereinheit die Ansteuerdaten von der mindestens einen Systemkomponente empfängt. Damit bewirkt die Ansteuereinheit die Bestromung der Verbraucher in Abhängigkeit von den Ansteuerdaten. Auf diese Weise wird der Verkabelungsaufwand erheblich reduziert, da zu der Gruppe von Verbrauchern nicht eine Vielzahl von Versorgungsleitungen verlegt werden muß, sondern lediglich eine Busleitung. Die erfindungsgemäße Ansteuereinheit befindet sich vorzugsweise in der Nähe der Verbraucher, so daß die Verbindungsleitung zwischen der Ansteuereinheit und den Verbrauchern nur sehr kurz und damit einfach und kostengünstig ist. Dabei kann die Verbindung zwischen der Ansteuereinheit und den Verbrauchern auch in Form einer Steckverbindung ausgebildet sein.

Anhand der beigefügten Zeichnungen soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:

1 ein Blockschaltbild eines Systems gemäß dem Stand der Technik,

2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems,

3 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems, bei dem die Ansteuereinheit integraler Bestandteil des Fahrzeugscheinwerfers ist,

3A ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems, bei dem die Ansteuereinheit integraler Bestandteil der Zentraleinheit ist,

4 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems mit teilweise außerhalb der Ansteuereinheit liegenden Treibern,

5 eine detailliertere Darstellung der erfindungsgemäßen Ansteuereinheit.

1 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems gemäß dem Stand der Technik entsprechend DE 43 41 058 C1 , das sich auf die Stromversorgung der verschiedenen Lichtquellen (V1L, V2L, V3L, V4L, V1R, V2R, V3R, V4R – z.B. Abblendlicht, Fernlicht, Blinklicht und Standlicht) in Fahrzeugscheinwerfern bezieht. Dabei verlaufen von einer zentralen Systemkomponente (Lichtsteuermodul) in aufwendiger Weise 4 Versorgungsleitungen zu jedem Fahrzeugscheinwerfer. Der Zentraleinheit werden die Ansteuerdaten für die einzelnen Lichtquellen, d.h. der Zustand von Bedienelementen (Lichtschalter) und/oder Sensoren (z.B. Dämmerungslichtsensor) zugeführt. In der Zentraleinheit (Lichtsteuermodul) befinden sich Treiber (Endstufenverstärker) für die jeweiligen Lichtquellen, wobei die Treiber in Abhängigkeit von den Ansteuerdaten angesteuert werden. Die Bestromung der Lichtquellen erfolgt nun unmittelbar über die von der Zentraleinheit ausgehenden relativ langen Versorgungsleitungen, die hinsichtlich ihres Leitungsquerschnitts zur Führung von entsprechend hohen Strömen ausgelegt sein müssen. Wenn man bedenkt, daß nicht nur die Lichtquellen der Fahrzeugscheinwerfer versorgt werden müssen, sondern auch die Rückleuchten, Innenleuchten etc, so wird deutlich, daß der Verkabelungsaufwand erheblich ist.

In 2 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems zur Bestromung der Lichtquellen in den Fahrzeugscheinwerfern dargestellt. Dabei sind die Lichtquellen (V1L, V2L, V3L, V4L, V1R, V2R, V3R, V4R) in dem linken und dem rechten Scheinwerfer jeweils zu einer Gruppe von Verbrauchern zusammengefasst, deren Bestromung über die erfindungsgemäße Ansteuereinheit, die in räumlicher Nähe zu der jeweiligen Verbrauchergruppe angeordnet ist, bewirkt wird, so daß zwischen der erfindungsgemäßen Ansteuereinheit und den jeweiligen Verbrauchern (Lichtquellen) nur sehr kurze Verbindungsleitungen (ggf. auch in Form von Steckverbindungen) angeordnet sind. Die Ansteuerdaten für die jeweiligen Verbraucher werden durch den Zustand von Bedienelementen (Lichtschalter) und/oder Sensoren (z.B. Dämmerungslichtsensor) vorgebeben. Diese Zustände werden wiederum an eine Zentraleinheit gemeldet, von wo aus sie über einen Kommunikationsbus an die Ansteuereinheiten weitergeleitet werden. Dabei ist es durchaus vorgesehen, daß es für verschiedene Fahrzeugbereiche, z.B. vorn und hinten, zwei oder mehr Zentraleinheiten gibt. Die Ansteuerdaten enthalten Information darüber, welche Lichtquelle wie zu bestromen ist. Dabei bezieht sich die Art und Weise der Bestromung auf die elektrische Leistung und den Betriebsmodus, d.h. getakteten (PWM, Pulsweitenmodulation) oder nicht getakteten Betrieb. Statt einer Vielzahl von Versorgungsleitungen verläuft nun erfindungsgemäß lediglich eine Busleitung zwischen der Zentraleinheit und der Ansteuereinheit, die der jeweils zu bestromenden Verbrauchergruppe zugeordnet ist. Zur Versorgung der Ansteuereinheit selbst sowie zur Bestromung der angeschlossenen Verbraucher ist die Ansteuereinheit direkt (Batterie-Plus) und/oder indirekt (geschaltetes Batterie-Plus/Ausgang Zündschalter) mit der Bordnetzspannung zur Energieversorgung verbunden. Der Kommunikationsbus zwischen der Zentraleinheit und der Ansteuereinheit kann in Form eines LIN (Local Interconnect Network), eines CAN (Controller Area Network) oder eines SPI (Serial Peripheral Interface) Bussystems ausgebildet sein.

Bei der Ausführungsform gemäß 2 sind die Treiber/Endstufenverstärker ( T_int.) zur Bestromung der Lichtquellen integraler Bestandteil der Ansteuereinheit. Insbesondere in einer Ausführungsform, in der die Ansteuereinheit als monolithischer Halbleiterbaustein ausgebildet ist, ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Treiber (T_ext.) zur Bestromung von relativ leistungsstarken Verbrauchern außerhalb der Ansteuereinheit angeordnet sind – siehe 4 und 5.

Bei der Ausführungsform gemäß 3 ist durch die gestrichelte Linie angedeutet, daß die erfindungsgemäße Ansteuereinheit unmittelbar am Fahrzeugscheinwerfer montiert ist.

Bei der Ausführungsform gemäß 3A ist durch die gestrichelte Linie angedeutet, daß die erfindungsgemäße Ansteuereinheit auch in die Zentraleinheit integriert sein kann. Dabei erfolgt die Kommunikation zwischen dem Prozessor der Zentraleinheit und den Ansteuereinheiten vorzugsweise über einen SPI-Bus. Dies führt dazu, daß der Prozessor der Zentraleinheit einfacher ausgebildet werden kann, indem z.B. weniger Portleitungen erforderlich sind. Außerdem wird auch in diesem Fall ein dezentrales Notfall-Szenario ermöglicht.

5 zeigt eine detailliertere Darstellung der erfindungsgemäßen Ansteuereinheit. Kernstück der Ansteuereinheit ist eine sogenannte State Machine, die als Logikschaltung oder Prozessor ausgebildet sein kann, und in Abhängigkeit von Eingangsdaten – den Ansteuerdaten, welche über den Kommunikationsbus empfangen werden – die Ausgänge zur Ansteuerung der internen und externen Treibern ansteuert. Darüber hinaus weist die Ansteuereinheit einen Schaltungsteil (RC-Oscillator) zur getakteten Bestromung mindestens eines Verbrauchers auf. Damit kann insbesondere über eine Modulation der Pulsweite (PWM-Betrieb) die an bestimmte Verbraucher abzugebende effektive Leistung variabel eingestellt (gedimmt) werden. Die entsprechenden Bus-Transceiver und Protokolle sind ebenfalls in der Ansteuereinheit integriert. Um im Falle einer defekten oder fehlerhaften Zentraleinheit, einer nicht ordnungsgemäßen Buskommunikation oder einer defekten Busleitung für mindestens eine Lichtquelle eine Notfall-Bestromung durchführen zu können, weist die Ansteuereinheit in besonders vorteilhafter Weise einen sogenannten Watchdog-Schaltungsteil zur Überwachung einer ordnungsgemäßen Buskommunikation auf. Dabei wird im Falle einer nicht ordnungsgemäßen Buskommunikation automatisch eine Notfall-Bestromung (Fail Safe Modus) durch den Watchdog initiiert. Die Parameter für dieses Notfall-Szenario, d.h. die Informationen darüber, welche Lichtquelle wie zu bestromen ist, sind vorzugsweise in einem programmierbaren Speicher der Ansteuereinheit abgelegt. In diesem Speicher können weiterhin z.B. auch die Busadresse der Ansteuereinheit oder Leistungsgrenzen für bestimmte Verbraucher gespeichert sein. Die Einprogrammierung dieser Informationen kann vorzugsweise über einen Programmiereingang am Ende der Produktionslinie (End of line Programmierung) für die Ansteuereinheit erfolgen.

Damit das Notfall-Szenario bei ausgeschalteter Zündung nicht in unnötiger Weise ausgelöst wird, ist die Ansteuereinheit auch mit dem bei eingeschalteter Zündung geschaltetem Plus der Bordnetzspannung/Fahrzeugbatterie verbunden, wobei die Information Zündung Ein/Aus bei der Aktivierung des Fail Safe Modus ebenfalls ausgewertet wird, so daß die Notfall-Bestromung nur bei eingeschalteter Zündung erfolgt.

Da in jeder Ansteuereinheit ein eigener Watchdog und ein eigenes Notfallprogramm implementiert ist, sind im Unterschied zum Stand der Technik dezentrale Notfall-Szenarien möglich sind, so daß für eine bestimmte Gruppe von Verbrauchern jeweils unabhängig von einer anderen Gruppe eine Notfallbestromung durchgeführt werden kann.

Wie vorstehend bereits erwähnt, ist die Ansteuereinheit vorzugsweise als monolithischer Halbleiterbaustein ausgebildet, da diese in großen Stückzahlen kostengünstig herzustellen sind. Da die von einem solchen Baustein abzugebende Leistung ohne besondere Kühlmaßnahmen beschränkt ist, ist es vorgesehen, Treiber für die Bestromung von Verbrauchern ab einer bestimmten Leistung extern, d.h. außerhalb des Halbleiterbausteins, anzuordnen.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Ansteuerung von Lichtquellen in Scheinwerfern beschränkt, sondern universell für die Bestromung von elektrischen Verbrauchern in Kraftfahrzeugen anwendbar. Dabei ist die Gruppierung von Verbrauchern zu einer Gruppe von Verbrauchern, die von einer gemeinsamen Ansteuereinheit angesteuert werden, jeweils applikationsspezifisch vorzunehmen. Außerdem ist die Zahl der Lichtquellen pro Scheinwerfer natürlich nicht auf vier – wie in den Ausführungsformen dargestellt – beschränkt.

Claims

System zur Bestromung elektrischer Verbraucher in einem Kraftfahrzeug, – wobei die Bestromung der Verbraucher selektiv in Abhängigkeit von Ansteuerdaten (Zustand von Bedienelementen und/oder Sensoren) erfolgt, – wobei die Ansteuerdaten mindestens einer Systemkomponente zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß – wenigstens einer Gruppe von zwei oder mehr Verbrauchern eine elektronische Ansteuereinheit zugeordnet ist, welche Verbindungsleitungen zu den jeweiligen Verbrauchern aufweist, – die Ansteuereinheit mindestens eine Schnittstelle für den Anschluß an einen Kommunikationsbus aufweist, über den die Ansteuereinheit die Ansteuerdaten von der mindestens einen Systemkomponente empfängt, – die Ansteuereinheit direkt oder indirekt mit der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeuges verbunden ist, – die Ansteuereinheit über die Verbindungsleitungen die Bestromung der Verbraucher in Abhängigkeit von den Ansteuerdaten bewirkt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuereinheit mindestens einen Schaltungsteil zur getakteten Bestromung mindestens eines Verbrauchers aufweist.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuereinheit einen Watchdog-Schaltungsteil zur Überwachung einer ordnungsgemäßen Buskommunikation aufweist, wobei im Falle einer nicht ordnungsgemäßen Buskommunikation die Ansteuereinheit automatisch eine Notfall-Bestromung für mindestens einen Verbraucher bewirkt.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuereinheit mit dem bei eingeschalteter Zündung geschalteten Plus der Bordnetzspannung verbunden ist, so daß die Notfall-Bestromung nur bei eingeschalteter Zündung erfolgt.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuereinheit als monolithischer Halbleiterbaustein ausgebildet ist.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuereinheit mindestens einen Treiber (Endstufenverstärker) zur Bestromung von mindestens einem Verbraucher als integrales Schaltungsteil aufweist.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuereinheit mindestens einen externen Treiber (Endstufenverstärker) zur Bestromung von mindestens einem Verbraucher ansteuert.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbraucher Lichtquellen sind, die Ansteuereinheit einem Fahrzeugscheinwerfer oder einer Fahrzeugleuchte zugeordnet ist.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuereinheit am Fahrzeugscheinwerfer oder an der Fahrzeugleuchte montiert ist.