DE19739410C1

DE19739410C1 - Elektrische Schaltungsanordnung für das Bordnetz eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE19739410C1
Application number: DE1997139410
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Dipl Ing Weil
Original assignee: Sumitomo Electric Bordnetze GmbH
Current assignee: Sumitomo Electric Bordnetze GmbH
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1997-08-28
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: GB2329082A; FR2767761B1; GB2329082B; GB9818615D0; FR2767761A1

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Bordnetze für Kraft fahrzeuge und ist bei der Ausgestaltung der schaltungstechni schen Zuordnung von Verbrauchern, Steuergeräten und Energie versorgungsleitungen in einem Teilbereich eines mit einem Leistungsmultiplex-System ausgerüsteten Bordnetzes anzuwen den.

Die Zunahme der elektrischen und elektronischen Komponenten im Kraftfahrzeug und die damit verbundene Zunahme an Lei tungsverbindungen läßt sich sinnvoll nur noch durch die Ver wendung eines Multiplex-Systems beherrschen, das u. a. einen Datenbus und einen Leistungsbus aufweist, wobei die verschie denen elektrischen und elektronischen Komponenten über den gemeinsamen Datenbus angesteuert und über den gemeinsamen Leistungsbus mit Energie versorgt werden. Ein solches Lei stungsmultiplex-System besteht aus einer größeren Anzahl de zentraler Steuergeräte, sogenannter Powermultiplex-Module, aus Verbindungsleitungen mit zwei Energieadern und zwei Da tenadern, aus einem Energiespeicher und den elektrischen und elektronischen Komponenten, also den Verbrauchern. Die elek trischen und elektronischen Komponenten werden dabei zu Grup pen zusammengefaßt, beispielsweise "Beleuchtung im Frontbe reich", "Beleuchtung im Heckbereich", "Komponenten der Fah rertür", "Komponenten der Beifahrertür" usw. Auf den Datenbus aufgegebene Steuersignale steuern die Leistungsverbraucher an und lösen bestimmte Funktionen aus wie Ein- und Ausschalten von Motoren oder Ein- oder Ausschalten von Leuchten oder Hei zungen (Zeitschrift "METALL", 1993, Heft 1, Seiten 41 bis 45). - Den dezentralen Steuergeräten kann gegebenenfalls ein zentrales Steuergerät übergeordnet sein.

Die Anwendung eines Leistungsmultiplex-Systems führt zu einer Verringerung des Verkabelungsaufwandes und des damit verbun denen Gewichtes. Beispielsweise kann der Leistungsbus bei entsprechender Aufteilung der elektrischen und elektronischen Komponenten auf die einzelnen dezentralen Steuergeräte/Module mit einem einheitlichen Leiterquerschnitt von 2,5 mm² ausge legt werden, der je Modul bei Berücksichtigung der zulässigen max. Strombelastbarkeit einen Dauerstrom von 16A (bei 12 V) ermöglicht (VDI-Berichte Nr. 1009, 1992, Seiten 121 bis 136).

Bei der Bemessung des Leiterquerschnittes der einzelnen Ver bindungsleitungen ist u. a. auch zu berücksichtigen, daß für bestimmte Verbraucher wie insbesondere die Leuchten der zwi schen der Energiequelle/Batterie und den Verbrauchern auftre tende Spannungsabfall aufgrund der zu erzielenden Lichtstärke einen durch einschlägige Vorschriften festgelegten Wert nicht unterschreiten darf. Für diese spannungsabfall-sensiblen Ver braucher ist daher der Leiterquerschnitt der zum dezentralen Steuergerät führenden Energieversorgungsleitung bezüglich des max. zulässigen Stromes überdimensioniert. Es ist daher üb lich, spannungssensible Verbraucher wie insbesondere Leuchten und spannungs-tolerante Verbraucher wie beispielsweise Moto ren und Heizungen über verschiedene Versorgungsleitungen bzw. dezentrale Steuergeräte/Powermultiplex-Module anzusteuern. - Bezüglich der Ansteuerung von Motoren ist es dabei bekannt, die Motordrehzahl durch eine Taktung der anliegenden Gleich spannung zu steuern, wobei mit sogenannten PWM-Timern ein Tastverhältnis von 0-100% überstrichen werden kann (Zeitschrift "Design + Elektronik", Heft 24 vom 26.11.1996, Seiten 22 bis 24).

Aus DE 39 36 638 C1 ist ein Fahrzeugbordnetz bekannt, bei dem elektrische Verbraucher, die für den sicheren Betrieb des Kraftfahrzeugs nicht zwingend notwendig sind, in Abhängigkeit des Ladezustandes der Batterie abgeschaltet werden oder nur eine reduzierte Leistung zur Verfügung gestellt bekommen. Da bei soll eine gesicherte elektrische Energieversorgung des gesamten Kraftfahrzeugs gewährleistet sein. Gleichzeitig soll der Fahrkomfort auf einem möglichst hohen Niveau gehalten werden. Die Ausgestaltung des Fahrzeugbordnetzes als solches wird davon jedoch nicht betroffen.

Ausgehend von einer elektrischen Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den in einem Teilbereich ei nes Kraftfahrzeug-Bordnetzes erforderlichen Leiterquerschnitt der Energieversorgungsleitung zu optimieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß einem dezentralen Steuergerät sowohl spannungsabfall sensible als spannungsabfall-tolerante Verbraucher nachge schaltet sind, daß weiterhin der elektrische Querschnitt der gemeinsamen Energieversorgungsleitung an den für den gemein samen Betrieb der spannungsabfall-sensiblen Verbraucher max. zulässigen Spannungsabfall angepaßt ist und daß dem dezentra len Steuergerät eine Einrichtung zugeordnet ist, mit der der Stromfluß auf der gemeinsamen Energieversorgungsleitung durch Überwachung des Spannungsabfalls auf dieser Leitung und durch variable Ansteuerung der spannungsabfall-toleranten Verbrau cher an den max. zulässigen Spannungsabfall anpaßbar ist.

Die gemäß der Erfindung vorgesehene Ausgestaltung der Schal tungsanordnung geht davon aus, daß in dem betrachteten Teil bereich eines Bordnetzes in aller Regel nur ein Teil der spannungs-sensiblen Verbraucher gleichzeitig in Betrieb ist und daß in diesem Zustand ein Teil der für die spannungs- sensiblen Verbraucher vorgesehenen Leistung den spannungsab fall-toleranten Verbrauchern zugeführt werden kann. Ein typi sches Beispiel hierfür ist der Heckbereich eines Pkw mit den Rückleuchten, der Kennzeichenleuchte, den Bremsleuchten, den Blinkleuchten, dem Rückfahrscheinwerfer und der Nebelschluß leuchte einerseits und der Heckscheibenheizung und dem Wi schermotor andererseits. - Die Anwendung der Erfindung ermög licht somit, in einem Teilbereich eines Kfz-Bordnetzes an stelle von zwei Energieversorgungsleitungen mit beispielswei se je 2,5 mm² Leiterquerschnitt oder anstelle einer Energie versorgungsleitung mit 4 mm² Leiterquerschnitt eine einzige Energieversorgungsleitung mit 2,5 mm² Leiterquerschnitt zu verwenden, was zu Einsparungen an Material und Gewicht sowie Bauraum und zu einem leichteren Leitungssatzhandeling führt.

Die gemäß der Erfindung vorgesehene Einrichtung zur variablen Ansteuerung der spannungsabfall-toleranten Verbraucher kann - sofern vorhanden - in einem zentralen Steuergerät des Lei stungsmultiplex-Systems oder in dem für den betrachteten Teilbereich zuständigen dezentralen Steuergerät (Powermulti plex-Modul) untergebracht sein. Diese - entsprechend program mierte - elektronische Einrichtung überwacht den in dem Teil bereich aktuell angeforderten Leistungsbedarf, errechnet den damit verbundenen Spannungsabfall und vergleicht diesen mit dem max. zulässigen Spannungsabfall. In Abhängigkeit vom Er gebnis dieses Vergleiches werden dann eine oder mehrere span nungsabfall-tolerante Verbraucher temporär abgeworfen oder mit verminderter oder gegebenenfalls voller Leistungsaufnahme angesteuert. Hierzu können vorzugsweise sogenannte PWM-Timer verwendet werden, die eine beliebige Taktung des dem span nungsabfall-toleranten Verbraucher zugeführten Stromes ermög lichen.

Ein Ausführungsbeispiel für eine gemäß der Erfindung ausge bildete Schaltungsanordnung ist in den Fig. 1 bis 3 darge stellt. Dabei zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung die Anordnung eines Leistungsmultiplex-Systems in einem Pkw,

Fig. 2 ein an einen kombinierten Leistungs- und Daten-Bus angekoppeltes dezentrales Steuergerät mit nachge schalteten Verbrauchern und

Fig. 3 ein Flußdiagramm für den Entscheidungsablauf bezüg lich der Ansteuerung von spannungsabfall-toleranten Verbrauchern.

Gemäß Fig. 1 ist einem Pkw 1 ein Leistungs-Multiplex-System zugeordnet, das aus einem zentralen Steuergerät 2, dem Daten- und Leistungsbus 3 und den an den Daten-Leistungsbus angekop pelten dezentralen Steuergeräten 21 bis 27 besteht.

Gemäß Fig. 2 sind dem dezentralen Steuergerät, einem soge nannten Power-Multiplex-Modul 26, das an die zweiadrige Da tenleitung 31 und die zweiadrige Energieversorgungsleitung 32 angeschlossen ist, mehrere Verbraucher nachgeschaltet, bei denen es sich um die Kennzeichenleuchte 11, das Rücklicht 12, das Bremslicht 13, den Rückfahrscheinwerfer 14, den Blinker 15, eine dritte Bremsleuchte 16 und die Heckscheibenheizung 17 handelt. Bei den Verbrauchern 11 bis 16 handelt es sich um sogenannte spannungs-sensible Verbraucher. Im Hinblick auf diese Verbraucher ist der elektrische Querschnitt der Ener gieversorgungsleitung 32 so bemessen, daß für den Fall des gleichzeitigen Betriebes aller Leuchten der max. zulässige Spannungsabfall auf der Energieversorgungsleitung 32 nicht überschritten wird. - Bei der Heckscheibenheizung 17 handelt es sich um einen spannungsabfall-toleranten Verbraucher, der also - bei vorgegebenen max. Spannungsabfall auf der Energie versorgungsleitung 32 mit unterschiedlicher Stromstärke ange steuert werden kann.

Entweder dem dezentralen Steuergerät 26 oder dem zentralen Steuergerät 2 ist ein programmierter Controller-Baustein 33 zugeordnet, der gemäß Fig. 3 in einem Speicher S die auf dem Daten- und Leitungsbus 3 befindlichen Anforderungen an die Verbraucher 11 bis 17 (ein, aus) erfaßt und die Summe der an geforderten Leistung errechnet und der dann in einem Verglei cher V die insgesamt angeforderte Leistung bezüglich der zu lässigen Spannungsabfälle und zulässigen Stromstärke auf dem Leistungsbus 32 überprüft. Bei positivem Prüfungsergebnis werden der bzw. die spannungsabfall-toleranten Verbraucher über einen Schalter E angesteuert. Bei negativem Ergebnis wird die angeforderte Leistung über einen als PWM-Timer aus gebildeten Dimmer D durch getaktete Ansteuerung bzw. komplet tes Abschalten eines oder mehrerer spannungsabfall-toleranter Verbraucher auf den insgesamt tolerierbaren Wert reduziert.

Claims

1. Schaltungsanordnung für einen Teilbereich eines Kraftfahr zeug-Bordnetzes, dessen Verbraucher an ein Leistungs- Multiplex-System angeschlossen sind,
wobei in dem Teilbereich sowohl spannungsabfall-sensible als auch spannungsabfall-tolerante Verbraucher angeordnet sind und zur Ansteuerung der Verbraucher mehrere dezentrale Steu ergeräte vorgesehen und die einem dezentralen Steuergerät nachgeschalteten Verbraucher über Leistungsschalter an eine gemeinsame Energieversorgungsleitung ankoppelbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß einem dezentralen Steuergerät (26) sowohl spannungsab fall-sensible Verbraucher (11 . . . 16) als auch spannungsab fall-tolerante Verbraucher (17) nachgeschaltet sind,
daß der elektrische Querschnitt der gemeinsamen Energiever sorgungsleitung (32) an den für den gemeinsamen Betrieb der spannungsabfall-sensiblen Verbraucher max. zulässigen Span nungsabfall angepaßt ist und
daß dem dezentralen Steuergerät (26) eine Einrichtung (33) zugeordnet ist, mit der der Stromfluß auf der gemeinsamen Energieversorgungsleitung (32) durch Überwachung des Span nungsabfalls auf dieser Leitung und durch variable Ansteue rung der spannungsabfall-toleranten Verbraucher an den maxi mal zulässigen Spannungsabfall anpaßbar ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur variablen Ansteuerung der spannungsabfall-toleranten Verbraucher ein PWM-Timer vorgesehen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Leuchten im Heckbereich eines Pkw die spannungs abfall-sensiblen Verbraucher und die Heckscheibenheizung (17) den spannungsabfall-toleranten Verbraucher bilden.