EP4308402A1 - Steuervorrichtung und spannungsversorgungsverfahren für eine steuervorrichtung - Google Patents

Steuervorrichtung und spannungsversorgungsverfahren für eine steuervorrichtung

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EP4308402A1
EP4308402A1 EP22710323.1A EP22710323A EP4308402A1 EP 4308402 A1 EP4308402 A1 EP 4308402A1 EP 22710323 A EP22710323 A EP 22710323A EP 4308402 A1 EP4308402 A1 EP 4308402A1
Authority
EP
European Patent Office
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voltage
control device
function modules
module
electrical energy
Prior art date
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Pending
Application number
EP22710323.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Schumann
Dieter Bruss
Adrian HAUG
Christoph SENNEKA
Thomas Kroker
Martin KARLE
Philipp Brechel
Silke Bobka
Wei Ling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4308402A1 publication Critical patent/EP4308402A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for DC mains or DC distribution networks
    • H02J1/14—Balancing load and power generation in DC networks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B60L1/02—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to electric heating circuits
    • B60L1/04—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to electric heating circuits fed by the power supply line
    • B60L1/10—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to electric heating circuits fed by the power supply line with provision for using different supplies
    • B60L1/12—Methods and devices for control or regulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
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    • H02J2105/52—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load for selectively controlling the operation of the loads for limitation of the power consumption in the networks or in one section of the networks, e.g. load shedding or peak shaving

Definitions

  • the present invention relates to a control device, in particular a control device for a motor vehicle.
  • the present invention also relates to a power supply method for such a control device.
  • Modern motor vehicles generally have an increasing number of control units.
  • central control units are increasingly being used, which combine several functions in a common control unit.
  • Such central control devices usually have a higher energy requirement than a single individual control device.
  • sufficiently large energy stores can be kept in the control devices in order to be able to guarantee at least safety-related functions of the control device for the duration of the interruption.
  • the publication DE 102015 226 600 A1 describes a control device for a vehicle which is supplied via an external power supply. At least one partial functionality of the control unit is designed in such a way that two voltage sources are available for this partial functionality.
  • the present invention creates a control device for a motor vehicle and a voltage supply method for a control device with the features of the independent patent claims. Further advantageous embodiments are the subject matter of the dependent patent claims. Accordingly, it is provided:
  • a control device for a motor vehicle with a voltage supply module is designed to be connected to an electrical voltage source at an input connection. Furthermore, the voltage supply module is designed to provide an electrical supply voltage for a number of function modules of the control device. The voltage supply module is also designed to provide an intermediate voltage when an input voltage is interrupted at the input connection of the voltage supply module. In this case, the voltage module is also designed to provide the intermediate voltage provided when the input voltage is interrupted only at a predetermined subset of the plurality of function modules.
  • a power supply method for a control device in particular for a control device of a motor vehicle.
  • the power supply method includes a step for providing supply voltages to functional modules of the control device.
  • the supply voltages are provided in particular using an input voltage provided at the control device.
  • the method also includes a step for detecting an interruption in the input voltage provided at the control device.
  • the method includes a step for generating an intermediate voltage on a subset of the function modules.
  • the intermediate voltage is generated in particular using electrical energy stored in the control device. This intermediate voltage is provided at the subset of the function modules when an interruption in the input voltage provided at the control device has been detected.
  • the present invention is based on the finding that temporary interruptions can occur in the case of a supply voltage for a control device, such as a control unit of a motor vehicle. For example, when switching on a strong consumer in an energy supply network to which such a control device is connected, a short-term significant voltage drop can occur, so that the electrical energy provided by such an energy supply network is no longer sufficient for a reliable energy supply to the function modules in such a control device.
  • energy stores of correspondingly large dimensions such as capacitors or the like, can be provided in the control device.
  • energy stores with correspondingly large dimensions must therefore also be provided.
  • Such energy stores, such as capacitors require a relatively large amount of space and are usually also associated with high costs.
  • an intermediate voltage is to be understood as an electrical voltage for the energy supply of components in the control device, which is provided in order to maintain the function of the corresponding components of the control device at least partially or to a limited extent during a temporary disruption or interruption of the external energy supply. If necessary, it is also possible to provide an intermediate voltage which only provides part of the energy requirement for the corresponding components of the control device.
  • a further energy buffer can be provided, and the energy requirements of the respective components can be covered for stable operation during an interruption in the supply voltage for a predetermined period of time using the intermediate voltage provided and the electrical energy from the further energy buffer.
  • the energy buffer can be dimensioned smaller, than with a concept in which the energy supply of the components has to be covered exclusively by the energy buffer.
  • function module is to be understood as meaning modules or components of a control device.
  • Function modules can, for example, receive and/or evaluate sensor signals, control actuators, enable communication with other, in particular external, components or execute any other specified processes in a control device.
  • Other components can be temporarily restricted or deactivated. This makes it possible to use electrical energy from energy stores in the temporarily deactivated components in order to generate the intermediate voltage, which supplies the function modules with electrical energy while the external energy supply is interrupted. This makes it possible to maintain at least part of the functionality of the control device even if the power supply is interrupted. For example, prioritized functionalities, such as safety-related functions, can also be maintained in the event of an interruption in the external energy supply, while functionalities with a lower priority are deactivated in the event of an interruption in the external energy supply.
  • Such a concept for partial energy supply within a control device makes it possible to temporarily maintain particularly relevant functionalities even if an external energy supply is briefly interrupted.
  • the internal energy consumption within the control device can be reduced by restricting the functionalities during the interruption of the energy supply to predetermined partial functionalities.
  • the electrical energy stores which provide the electrical energy during the interruption of the external energy supply, can be dimensioned smaller.
  • electrical energy stores such as capacitors or the like, can also be discharged from functional groups, which are deactivated during the interruption of the external energy supply, in particular to provide the electrical energy during the interruption of the external energy supply.
  • Such electrical energy storage for example Be capacitors, which stabilize a DC voltage supply of the respective function groups during normal operation.
  • Such capacitors therefore fulfill two different tasks: on the one hand, they serve to stabilize the voltage supply in normal operating mode, and on the other hand, they serve as electrical energy stores for providing electrical energy if an external energy supply is interrupted. Since such capacitors are generally provided in any case for stabilizing the voltage supply, additional energy stores can therefore be omitted or at least be dimensioned correspondingly smaller.
  • the power supply module of the control device is designed to draw electrical energy for providing the intermediate voltage from one or more electrical energy stores of the control device.
  • the electrical energy can be provided by any electrical energy store, but in particular by a capacitor or the like.
  • a central electrical energy store for example a capacitor in the voltage supply module, it is possible to use a number of smaller energy stores.
  • the smaller electrical energy stores can, for example, also be distributed in the individual function modules of the control device.
  • the voltage supply module is designed to draw electrical energy for providing the intermediate voltage from one or more capacitors of functional modules.
  • the electrical energy can be taken from capacitors from function modules which are not supplied with the intermediate voltage when the input voltage at the input connection is interrupted, ie function modules which are deactivated when the input voltage is interrupted.
  • such capacitors can be used in normal operation to stabilize the respective supply voltage for the function modules as long as an external input voltage is provided. If the input voltage is interrupted, these capacitors can then be discharged in a targeted manner and the electrical energy stored in the respective capacitors can be used to provide the intermediate voltage during the interruption of the input voltage.
  • the control device includes a DC-DC converter.
  • the DC voltage converter can be arranged between the voltage supply module and a function module.
  • the DC-DC converter can be arranged between the voltage supply module and a function module, which is not supplied with the intermediate voltage when the external input voltage is interrupted.
  • the DC-DC converter can be designed to provide electrical energy to the voltage supply module from an electrical energy store of the functional module connected to the DC-DC converter in the event of an interruption in the external input voltage.
  • the DC voltage converter can regulate the electrical voltage provided at the voltage supply module in such a way that an at least approximately constant electrical DC voltage is provided at the voltage supply module. In this way, a constant DC voltage can be provided at the DC voltage supply module on the voltage supply module even if the electrical voltage drops during the discharging of the electrical energy stores in the corresponding functional module.
  • a function module can be connected to the external energy supply via a DC voltage converter, with the DC voltage converter converting the DC voltage provided by the external energy supply into an additional DC voltage whose voltage level is higher than the voltage level of the external energy supply.
  • an electrical energy store of such a functional module can be discharged when the external input voltage is interrupted, with the voltage level of the electrical energy store falling continuously during the discharging process.
  • an additional DC-DC converter can be provided for discharging the electrical energy store.
  • the DC-DC converter between the voltage supply module and the function module can be designed as a bidirectional DC-DC converter.
  • a DC voltage converter can provide an electrical DC voltage with a predetermined voltage level from the voltage supply module to the respective functional module during normal operation, ie while an external input voltage is being provided at the control device.
  • the same DC-DC converter can also transmit electrical energy from the functional module, in particular from electrical energy stores, such as capacitors in the functional module, to the voltage supply module.
  • Such DC-DC converters are also known, for example, under the term two-quadrant controller.
  • electrical energy when the input voltage is interrupted at the input connection of the voltage supply module, electrical energy can be transmitted to the voltage supply module via an internal diode, in particular an internal body diode of the DC voltage converter.
  • an electrical energy store in the respective function module can also be discharged in a particularly simple manner and without additional circuitry complexity if the external input voltage of the control device is interrupted.
  • the control device includes at least one functional module that includes a monitoring module.
  • the monitoring module of the corresponding function module can be designed to monitor other function modules of the control device. Additionally or alternatively, the monitoring module can provide a communication link with an external component.
  • the voltage supply module can be designed to provide the intermediate voltage at least at the monitoring module when the input voltage at the input connection is interrupted. In this way, the corresponding functionalities of the function module with the monitoring module can be maintained even if the external input voltage is interrupted. If, for example, external communication is implemented by means of the corresponding function module, a fault in the external can be avoided by maintaining the respective function communication are avoided. It can thus be ensured that, in the event of an interruption in the input voltage at the control device, the external communication is not disrupted and thus functionalities of other external components involved in this communication are not impaired either.
  • the monitoring module can put at least some of the other function modules of the control device into a standby or readiness mode in a controlled manner and in this way further reduce the internal energy requirement.
  • control device can include a number of function modules that are implemented as a system on chip.
  • function modules can also be implemented as a common system on chip.
  • the power consumption of one or more predetermined function modules can be reduced if an interruption in the input voltage provided at the control device has been detected.
  • the power consumption of the corresponding function modules can be reduced, for example, by completely deactivating the function modules.
  • the corresponding function module can then be completely deactivated.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a block diagram of a control device according to an embodiment
  • Fig. 2 a schematic representation of a block diagram of a
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a block diagram of a control device 1 according to one specific embodiment.
  • the control device 1 can, for example, be supplied with electrical energy from an external energy source 2, in particular an external DC voltage source.
  • an external DC voltage source for example, this can be a direct voltage vehicle electrical system of a motor vehicle.
  • the electrical voltage provided by the DC voltage source can supply one or more function modules 21 to 24 with electrical energy, for example via a voltage supply module 10 . If the individual function modules 21 to 24 require a different electrical voltage, in particular one that differs from the input voltage, then the electrical voltage can be adjusted accordingly by means of one or more DC voltage converters or voltage regulators. on in this way, each function module 21 to 24 can be provided with a suitable electrical supply voltage.
  • individual function modules 21 to 24 can be connected directly to the voltage supply module 10 .
  • individual function modules 24 can also be supplied with electrical energy via other function modules 23, for example.
  • the individual function modules 21 to 24 can implement any number of different functions.
  • a function module 21 can be provided, which provides a communication link with one or more external components 3 .
  • the corresponding function module 21 can be connected to other components, for example via a data connection, such as a communication bus, for example a CAN bus or a network connection.
  • individual function modules 22 to 24 can also be assigned to any suitable sensors or actuators.
  • the functional modules 22 to 24 can include camera modules for capturing image data, ultrasonic sensors for measuring the distance to an external obstacle or any other suitable sensors, in particular environment sensors.
  • actuators such as servomotors or the like are possible.
  • the individual function modules 21 to 24 can be assigned different priorities. For example, higher priorities can be assigned to function modules for safety-related functionalities. Other function modules 21 to 24 can be assigned a lower priority, for example, in which case a temporary interruption of the respective functionality can also be accepted.
  • an impairment of a function module 21 for communication with other, external components could lead to a disruption in the entire communication process and possibly also to the transmission of incorrect information.
  • a higher priority can therefore be assigned to a corresponding communication module 21 in such a case.
  • camera modules 24 are also provided, which only provide optical information for visualization on a screen, a brief interruption of these image signals can be accepted, so that such function modules 22 to 24 can be assigned a correspondingly lower priority.
  • the aim of the control device 1 is to preferably maintain the function of function modules 21 to 24 with a higher priority.
  • a temporary impairment of function modules 22 to 24 with a lower priority can be temporarily accepted.
  • the voltage supply module 10 can continue to supply a predetermined group of function modules 21 to 24 with a supply voltage, hereinafter intermediate voltage.
  • a suitable electrical energy store such as a suitably large-sized capacitor, can be provided in the voltage supply module 10 .
  • electrical energy for generating the intermediate voltage which is stored in electrical energy stores in the function modules, which can be deactivated when the external energy supply is interrupted.
  • 21 to 24 capacitors can be provided in the voltage supply lines to the individual function modules, which in normal operation, that is, during operation in which the voltage supply is provided by the external energy source 2, the respective supply voltage corresponding function modules 21 to 24 stabilize. A certain amount of electrical energy is therefore initially stored in these capacitors.
  • the electrical energy in the capacitors can be used, for example, which are provided in function modules 22 to 24, which can be deactivated when the external voltage supply 2 is interrupted.
  • the voltage supply module 10 can discharge electrical energy stores, such as capacitors, in those function modules 22 to 24 which can be deactivated when the external voltage supply 2 is interrupted. This energy can be used to create/generate the intermediate voltage.
  • a DC-DC converter can be provided in the voltage supply module 10, which increases the electrical voltage provided by the energy stores in the deactivated functional modules 22 to 24 to a voltage level of the desired intermediate voltage.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a block diagram of a control device 1 according to a further embodiment.
  • the embodiment shown in FIG. 2 largely corresponds to the embodiment described above according to FIG. 1.
  • This DC-DC converter 11 can raise or lower the voltage level provided by the external voltage source 2 to a voltage level which is required for the operation of the respective functional module 22 .
  • electrical energy can then be taken from an electrical energy store, for example a capacitor in the functional module 22 and via the respective DC-DC converter 11 Power supply module 10 are provided to provide the required intermediate voltage.
  • an electrical energy store for example a capacitor in the functional module 22 and via the respective DC-DC converter 11 Power supply module 10 are provided to provide the required intermediate voltage.
  • the electrical energy can flow from the energy store in the function module 22 via an internal diode, for example via a body diode, in the DC voltage converter 11 in the direction of the voltage supply module 10 .
  • the corresponding DC-DC converter 11 is designed as a bidirectional DC-DC converter, which can not only transmit electrical energy from the power supply module 10 in the direction of the functional module 22, but also in the opposite direction from the functional module 22 in the direction of the power supply module 10.
  • the DC-DC converter 11 can be controlled in such a way that when energy flows from the function module 22 in the direction of the voltage supply module 10, the electrical voltage provided at the voltage supply module 10 is preferably at least approximately constant.
  • a multi-stage approach is also possible, in which, for example, in a first phase, the function modules 22 to 24 to be deactivated are first put into a safe state, for example into a standby or readiness mode, in a controlled manner, and then in a further phase the function modules are completely deactivated. In this way, possibly uncontrolled operating states or signal flows can be avoided.
  • FIG. 3 shows a flowchart, as a
  • Voltage supply method for a control device 1 is based.
  • step S1 a supply voltage is first provided to a plurality of function modules 21-24 of the control device 1.
  • the supply voltage is provided using an externally provided input voltage.
  • step S2 an interruption in the provided external input voltage is detected.
  • An intermediate voltage is then provided in step S3.
  • this intermediate voltage is only provided to a subset of the function modules 21-24 of the control device 1 .
  • the intermediate voltage is provided using electrical energy stored in the control device 1 .
  • the intermediate voltage is provided after an interruption in the external input voltage has been detected.
  • the method can include, for example, a step for reducing the power consumption of one or more predetermined function modules 21-24.
  • the power consumption can be reduced in particular when an interruption in the input voltage provided at the control device 1 has been detected.
  • the present invention relates to a control device, in particular a control device for a motor vehicle, wherein when an external voltage supply is interrupted, a limited functionality can be maintained.
  • a control device for a motor vehicle, wherein when an external voltage supply is interrupted, a limited functionality can be maintained.
  • provision is made to deactivate some function modules of the control device in the event of an interruption in the external supply voltage and to use electrical energy stored in the deactivated function modules to supply voltage to other function modules.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, insbesondere eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei bei einer Unterbrechung einer externen Spannungsversorgung eine eingeschränkte Funktionalität weiter aufrechterhalten werden kann. Hierzu ist es vorgesehen, einige Funktionsmodule der Steuervorrichtung bei einer Unterbrechung der externen Versorgungsspannung zu deaktivieren und elektrische Energie, welche in den deaktivierten Funktionsmodulen gespeichert ist, für die Spannungsversorgung weiterer Funktionsmodule zu nutzen.

Description

Beschreibung
Titel
Steuervorrichtung und Spannungsversorgungsverfahren für eine
Steuervorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, insbesondere eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Spannungsversorgungsverfahren für eine solche Steuervorrichtung.
Stand der Technik
Moderne Kraftfahrzeuge verfügen in der Regel über eine zunehmend steigende Anzahl von Steuergeräten. In diesem Zusammenhang kommen auch vermehrt Zentralsteuergeräte zum Einsatz, welche mehrere Funktionen in einem gemeinsamen Steuergerät kombinieren. Derartige Zentralsteuergeräte haben in der Regel einen höheren Energiebedarf, als ein einzelnes Einzelsteuergerät. Für den Fall einer Unterbrechung der Versorgungsspannung von Steuergeräten können in den Steuergeräten ausreichend groß dimensionierte Energiespeicher vorgehalten werden, um zumindest sicherheitsrelevante Funktionen des Steuergeräts für die Dauer der Unterbrechung gewährleisten zu können.
Die Druckschrift DE 102015 226 600 Al beschreibt ein Steuergerät für ein Fahrzeug, welches über eine externe Stromversorgung versorgt wird. Hierbei ist mindestens eine Teilfunktionalität des Steuergeräts so ausgelegt, dass für diese Teilfunktionalität zwei Spannungsquellen zur Verfügung stehen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Spannungsversorgungsverfahren für eine Steuervorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Demgemäß ist vorgesehen:
Eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Spannungsversorgungsmodul. Das Spannungsversorgungsmodul ist dazu ausgelegt, an einem Eingangsanschluss mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden zu werden. Weiterhin ist das Spannungsversorgungsmodul dazu ausgelegt, eine elektrische Versorgungsspannung für mehrere Funktionsmodule der Steuervorrichtung bereitzustellen. Das Spannungsversorgungsmodul ist ferner dazu ausgelegt, bei einer Unterbrechung einer Eingangsspannung an dem Eingangsanschluss des Spannungsversorgungsmoduls eine Zwischenspannung bereitzustellen. Dabei ist das Spannungsmodul weiterhin dazu ausgelegt, die bereitgestellte Zwischenspannung bei der Unterbrechung der Eingangsspannung nur an einer vorbestimmten Teilmenge der mehreren Funktionsmodule bereitzustellen.
Weiterhin ist vorgesehen:
Ein Stromversorgungsverfahren für eine Steuervorrichtung, insbesondere für eine Steuervorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Das Stromversorgungsverfahren umfasst einen Schritt zum Bereitstellen von Versorgungsspannungen an Funktionsmodulen der Steuervorrichtung. Die Versorgungsspannungen werden insbesondere unter Verwendung einer an der Steuervorrichtung bereitgestellten Eingangsspannung bereitgestellt. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt zum Detektieren einer Unterbrechung der an der Steuervorrichtung bereitgestellten Eingangsspannung. Darüber hinaus umfasst das Verfahren einen Schritt zum Generieren einer Zwischenspannung an einer Teilmenge der Funktionsmodule. Die Zwischenspannung wird insbesondere unter Verwendung von in der Steuervorrichtung gespeicherter elektrischer Energie generiert. Diese Zwischenspannung wird an der Teilmenge der Funktionsmodule dann bereitgestellt, wenn eine Unterbrechung der an der Steuervorrichtung bereitgestellten Eingangsspannung detektiert worden ist.
Vorteile der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es bei einer Versorgungsspannung für eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, zu temporären Unterbrechungen kommen kann. Beispielsweise kann es beim Zuschalten eines starken Verbrauchers in einem Energieversorgungsnetz, an das eine solche Steuervorrichtung angeschlossen ist, zu einem kurzzeitigen signifikanten Spannungseinbruch kommen, sodass die von einem solchen Energieversorgungsnetz bereitgestellte elektrische Energie kurzfristig nicht mehr für eine zuverlässige Energieversorgung der Funktionsmodule in einer solchen Steuervorrichtung ausreicht. Um bei derartigen Spannungsunterbrechungen weiterhin einen zuverlässigen Betrieb der Funktionsmodule innerhalb der Steuervorrichtung zu gewährleisten, können in der Steuervorrichtung entsprechend groß dimensionierte Energiespeicher, wie beispielsweise Kondensatoren oder Ähnliches, vorgesehen sein. Mit steigendem Energiebedarf der Funktionsmodule einer Steuervorrichtung müssen daher auch entsprechend groß dimensionierte Energiespeicher vorgesehen sein. Derartige Energiespeicher, wie beispielsweise Kondensatoren, erfordern jedoch einen relativ großen Bauraum und sind in der Regel auch mit hohen Kosten verbunden.
Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen, und ein Konzept für eine Spannungsversorgung in einer Steuervorrichtung vorzusehen, welches einen sicheren und zuverlässigen Betrieb der Steuervorrichtung bei temporären Einbrüchen in der Energieversorgung ermöglicht. Hierzu ist es vorgesehen, bei einer Störung, insbesondere einer Unterbrechung in der Versorgungsspannung für die Steuervorrichtung, einen Teil der in der Steuervorrichtung vorgesehenen Funktionsmodule mit einer temporären Zwischenspannung zu versorgen.
Als Zwischenspannung ist in diesem Kontext eine elektrische Spannung zur Energieversorgung von Komponenten in der Steuervorrichtung zu verstehen, welche bereitgestellt wird, um die Funktion der entsprechenden Komponenten der Steuervorrichtung während einer temporären Störung oder Unterbrechung der externen Energieversorgung zumindest teilweise oder eingeschränkt aufrechtzuerhalten. Gegebenenfalls ist es auch möglich, eine Zwischenspannung bereitzustellen, welche nur einen Teil des Energiebedarfs für die entsprechenden Komponenten der Steuervorrichtung bereitstellt. In diesem Fall dann ein weiterer Energiepuffer vorgesehen sein, und der Energiebedarf der jeweiligen Komponenten kann für einen stabilen Betrieb während einer Unterbrechung der Versorgungsspannung für eine vorgegebene Zeitspanne kann dabei gemeinsam mittels der bereitgestellten Zwischenspannung und der elektrischen Energie aus dem weiteren Energiepuffer gedeckt werden. Durch das Bereitstellen der Zwischenspannung kann dabei der Energiepuffer geringer dimensioniert werden, als bei einem Konzept, bei dem die Energieversorgung der Komponenten ausschließlich durch den Energiepuffer gedeckt werden muss.
Unter dem Begriff „Funktionsmodul“ sind in diesem Zusammenhang Module oder Komponenten eines Steuergerätes zu verstehen. Funktionsmodule können beispielsweise Sensorsignale empfangen und/oder auswerten, Aktoren ansteuern, eine Kommunikation mit weiteren, insbesondere externen, Komponenten ermöglichen oder beliebige andere vorgegebene Prozesse in einer Steuervorrichtung ausführen.
Weitere Komponenten, wie beispielsweise die übrigen Funktionsmodule, können hierbei temporär eingeschränkt oder deaktiviert werden. Hierdurch ist es möglich, elektrische Energie von Energiespeichern in den temporär deaktivierten Komponenten dazu zu verwenden, um die Zwischenspannung zu erzeugen, welche die Funktionsmodule mit elektrischer Energie versorgt, während die externe Energieversorgung unterbrochen ist. Hierdurch ist es möglich, auch bei einer Unterbrechung der Energieversorgung, zumindest einen Teil der Funktionalität der Steuervorrichtung aufrechtzuerhalten. Beispielsweise können priorisierte Funktionalitäten, wie zum Beispiel sicherheitsrelevante Funktionen, auch bei einer Unterbrechung der externen Energieversorgung aufrechterhalten werden, während Funktionalitäten mit einer niedrigeren Priorität im Falle einer Unterbrechung der externen Energieversorgung deaktiviert werden.
Durch ein derartiges Konzept zur partiellen Energieversorgung innerhalb einer Steuervorrichtung ist es möglich, besonders relevante Funktionalitäten auch dann temporär aufrecht zu erhalten, wenn eine externe Energieversorgung kurzfristig unterbrochen wird. Durch die Beschränkung der Funktionalitäten während der Unterbrechung der Energieversorgung auf vorbestimmte Teilfunktionalitäten kann dabei der interne Energieverbrauch innerhalb der Steuervorrichtung reduziert werden. Hierdurch können die elektrischen Energiespeicher, die während der Unterbrechung der externen Energieversorgung die elektrische Energie bereitstellen, geringer dimensioniert werden. Wie im Nachfolgenden noch näher erläutert wird, können insbesondere zur Bereitstellung der elektrischen Energie während der Unterbrechung der externen Energieversorgung beispielsweise auch elektrische Energiespeicher, wie Kondensatoren oder Ähnliches, von Funktionsgruppen entladen werden, welche während der Unterbrechung der externen Energieversorgung deaktiviert werden. Derartige elektrische Energiespeicher können beispielsweise Kondensatoren sein, welche im normalen Betrieb eine Gleichspannungsversorgung der jeweiligen Funktionsgruppen stabilisieren.
Somit erfüllen solche Kondensatoren zwei unterschiedliche Aufgaben: einerseits dienen sie zur Stabilisierung der Spannungsversorgung im normalen Betriebsmodus, und andererseits dienen sie als elektrische Energiespeicher für das Bereitstellen von elektrischer Energie, falls eine externe Energieversorgung unterbrochen wird. Da solche Kondensatoren zur Stabilisierung der Spannungsversorgung in der Regel ohnehin vorgesehen sind, können daher zusätzliche Energiespeicher entfallen oder zumindest entsprechend geringer dimensioniert werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Spannungsversorgungsmodul der Steuervorrichtung dazu ausgelegt, elektrische Energie für das Bereitstellen der Zwischenspannung aus einem oder mehreren elektrischen Energiespeichern der Steuervorrichtung zu entnehmen. Grundsätzlich kann die elektrische Energie von einem beliebigen elektrischen Energiespeicher, insbesondere jedoch von einem Kondensator oder Ähnlichem bereitgestellt werden. Neben einem zentralen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise einem Kondensator in dem Spannungsversorgungsmodul, ist es möglich, mehrere kleinere Energiespeicher zu verwenden. Die kleineren elektrischen Energiespeicher können beispielsweise auch in den einzelnen Funktionsmodulen der Steuervorrichtung verteilt vorgesehen sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Spannungsversorgungsmodul dazu ausgelegt, elektrische Energie für das Bereitstellen der Zwischenspannung aus einem oder mehreren Kondensatoren von Funktionsmodulen zu entnehmen. Insbesondere kann die elektrische Energie von Kondensatoren aus Funktionsmodulen entnommen werden, welche bei der Unterbrechung der Eingangsspannung an dem Eingangsanschluss nicht mit der Zwischenspannung versorgt werden, also Funktionsmodule, welche bei einer Unterbrechung der Eingangsspannung deaktiviert werden. Wie oben bereits angeführt, können solche Kondensatoren im normalen Betrieb, solange eine externe Eingangsspannung bereitgestellt wird, zur Stabilisierung der jeweiligen Versorgungsspannung für die Funktionsmodule verwendet werden. Im Falle einer Unterbrechung der Eingangsspannung können diese Kondensatoren dann gezielt entladen werden und die in den jeweiligen Kondensatoren gespeicherte elektrische Energie kann zur Bereitstellung der Zwischenspannung während der Unterbrechung der Eingangsspannung verwendet werden. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Steuervorrichtung einen Gleichspannungswandler. Der Gleichspannungswandler kann zwischen dem Spannungsversorgungsmodul und einem Funktionsmodul angeordnet sein. Insbesondere kann der Gleichspannungswandler zwischen dem Spannungsversorgungsmodul und einem Funktionsmodul angeordnet sein, welches bei einer Unterbrechung der externen Eingangsspannung nicht mit der Zwischenspannung versorgt wird. Der Gleichspannungswandler kann in diesem Fall dazu ausgelegt werden, bei einer Unterbrechung der externen Eingangsspannung elektrische Energie von einem elektrischen Energiespeicher des an den Gleichspannungswandler angeschlossenen Funktionsmoduls an dem Spannungsversorgungsmodul bereitzustellen. Insbesondere kann der Gleichspannungswandler dabei die an dem Spannungsversorgungsmodul bereitgestellte elektrische Spannung derart regeln, dass an dem Spannungsversorgungsmodul eine zumindest annähernd konstante elektrische Gleichspannung bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann an dem Gleichspannungsversorgungsmodul auch bei einer sinkenden elektrischen Spannung während des Entladens der elektrischen Energiespeicher in dem entsprechenden Funktionsmodul an dem Spannungsversorgungsmodul eine konstante Gleichspannung bereitgestellt werden.
Alternativ ist es auch möglich, dass ein Funktionsmodul über einen Gleichspannungswandler an die externe Energieversorgung angebunden ist, wobei der Gleichspannungswandler dabei die von der externen Energieversorgung bereitgestellte Gleichspannung in eine weitere Gleichspannung konvertiert, deren Spannungsniveau höher ist als das Spannungsniveau der externen Energieversorgung. In diesem Fall kann ein elektrischer Energiespeicher eines solchen Funktionsmoduls bei einer Unterbrechung der externen Eingangsspannung entladen werden, wobei das Spannungsniveau des elektrischen Energiespeichers während des Entladevorgang kontinuierlich sinken wird. Zum Entladen des elektrischen Energiespeichers kann gegebenenfalls ein zusätzlicher Gleichspannungswandler vorgesehen sein.
Gegebenenfalls können elektrischen Energiespeicher der Funktionsmodule, insbesondere von Funktionsmodule mit einer hochgesetzten Gleichspannung, bis zu einem unteren Spannungsniveau entladen werden, mit welchem das jeweilige Funktionsmodul zumindest eingeschränkt noch weiter betrieben werden kann. Gemäß einer Ausführungsform kann der Gleichspannungswandler zwischen dem Spannungsversorgungsmodul und dem Funktionsmodul als bidirektionaler Gleichspannungswandler ausgeführt sein. Ein solcher Gleichspannungswandler kann einerseits im normalen Betrieb, das heißt während an der Steuervorrichtung eine externe Eingangsspannung bereitgestellt wird, von dem Spannungsversorgungsmodul zu dem jeweiligen Funktionsmodul eine elektrische Gleichspannung mit einer vorgegebenen Spannungshöhe bereitstellen. Darüber hinaus kann bei einer Unterbrechung der externen Eingangsspannung derselbe Gleichspannungswandler elektrische Energie auch von dem Funktionsmodul, insbesondere von elektrischen Energiespeichern, wie beispielsweise Kondensatoren in dem Funktionsmodul, zu dem Spannungsversorgungsmodul übertragen. Derartige Gleichspannungswandler sind beispielsweise auch unter dem Begriff Zweiquadrantensteller bekannt.
Gemäß einer Ausführungsform kann bei einer Unterbrechung der Eingangsspannung am Eingangsanschluss des Spannungsversorgungsmoduls elektrische Energie über eine interne Diode, insbesondere eine interne Bodydiode des Gleichspannungswandlers zu dem Spannungsversorgungsmodul übertragen werden. Auf diese Weise kann auch ein elektrischer Energiespeicher in dem jeweiligen Funktionsmodul besonders einfach und ohne weiteren Schaltungsaufwand entladen werden, wenn eine Unterbrechung der externen Eingangsspannung der Steuervorrichtung erfolgt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Steuervorrichtung mindestens ein Funktionsmodul, das ein Überwachungsmodul umfasst. Das Überwachungsmodul des entsprechenden Funktionsmoduls kann dazu ausgelegt sein, weitere Funktionsmodule der Steuervorrichtung zu überwachen. Zusätzlich oder alternativ kann das Überwachungsmodul eine Kommunikationsverbindung mit einer externen Komponente bereitstellen. In diesem Fall kann das Spannungsversorgungsmodul dazu ausgelegt sein, bei einer Unterbrechung der Eingangsspannung am Eingangsanschluss mindestens an dem Überwachungsmodul die Zwischenspannung bereitzustellen. Auf diese Weise können die entsprechenden Funktionalitäten des Funktionsmoduls mit dem Überwachungsmodul auch bei einer Unterbrechung der externen Eingangsspannung weiter aufrechterhalten werden. Wird beispielsweise mittels des entsprechenden Funktionsmoduls eine externe Kommunikation realisiert, so kann durch Aufrechterhalten der jeweiligen Funktion eine Störung in der externen Kommunikation vermieden werden. Somit kann sichergestellt werden, dass bei einer Unterbrechung der Eingangsspannung an der Steuervorrichtung die externe Kommunikation nicht gestört wird und somit auch Funktionalitäten von weiteren externen Komponenten, die an dieser Kommunikation beteiligt sind, nicht beeinträchtigt werden.
Ferner kann auch insbesondere durch das Aufrechterhalten einer internen Überwachung sichergestellt werden, dass bei einer Unterbrechung der externen Spannungsversorgung der Steuervorrichtung die internen Funktionalitäten in einen sicheren Zustand überführt werden und somit unkontrollierte Beeinträchtigungen oder Störungen vermieden werden. Beispielsweise kann das Überwachungsmodul bei einer Unterbrechung der externen Energieversorgung zumindest einen Teil der weiteren Funktionsmodule der Steuervorrichtung kontrolliert in einen Standby- oder Bereitschaftsmodus versetzen und auf diese Weise den internen Energiebedarf weiter reduzieren.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuervorrichtung mehrere Funktionsmodule umfassen, die als System on Chip ausgeführt sind. Insbesondere können auch mehrere unterschiedliche Funktionsmodule als ein gemeinsames System on Chip implementiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Leistungsaufnahme eines oder mehrerer vorbestimmter Funktionsmodule reduziert werden, wenn eine Unterbrechung der an der Steuervorrichtung bereitgestellten Eingangsspannung detektiert worden ist. Die Leistungsaufnahme der entsprechenden Funktionsmodule kann beispielsweise dadurch reduziert werden, dass die Funktionsmodule vollständig deaktiviert werden. Alternativ ist es auch möglich, zumindest einen Teil der Funktionsmodule in einen Standby- oder Bereitschaftsmodus zu versetzen und auf diese Weise den Energiebedarf zu reduzieren. Insbesondere ist es auch möglich, in einem mehrstufigen Ansatz zunächst ein Funktionsmodul kontrolliert herunterzufahren und dabei beispielsweise einen aktuellen Systemzustand abzuspeichern. In einem weiteren Schritt kann daraufhin das entsprechende Funktionsmodul vollständig deaktiviert werden. Auf diese Weise kann zu einem späteren Zeitpunkt, wenn die externe Energieversorgung wieder vorhanden ist, das entsprechende Funktionsmodul gezielt neu gestartet und initialisiert werden. Selbstverständlich sind auch beliebige andere Ansätze zur Reduktion der Leistungsaufnahme und/oder Deaktivierung von Funktionsmodulen möglich. Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Blockschaltbildes einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Blockschaltbilds einer
Steuervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
Fig. 3: ein Ablaufdiagramm, wie es einem Spannungsversorgungsverfahren zum Anpassen von Kalibrierungsparametern gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaltbilds einer Steuervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Steuervorrichtung 1 kann beispielsweise von einer externen Energiequelle 2, insbesondere einer externen Gleichspannungsquelle mit elektrischer Energie versorgt werden. Beispielsweise kann es sich dabei um ein Gleichspannungsbordnetz eines Kraftfahrzeuges handeln. Die von der Gleichspannungsquelle bereitgestellte elektrische Spannung kann zum Beispiel über ein Spannungsversorgungsmodul 10 ein oder mehrere Funktionsmodule 21 bis 24 mit elektrischer Energie versorgen. Falls die einzelnen Funktionsmodule 21 bis 24 eine unterschiedliche, insbesondere eine von der Eingangsspannung abweichende elektrische Spannung benötigen, so kann mittels einem oder mehrerer Gleichspannungswandler oder Spannungsregler die elektrische Spannung entsprechend angepasst werden. Auf diese Weise kann jedem Funktionsmodul 21 bis 24 eine geeignete elektrische Versorgungsspannung bereitgestellt werden.
Die einzelnen Funktionsmodule 21 bis 24 können hierzu direkt an das Spannungsversorgungsmodul 10 angeschlossen sein. Alternativ können einzelne Funktionsmodule 24 beispielsweise auch über andere Funktionsmodule 23 mit elektrischer Energie versorgt werden.
Die einzelnen Funktionsmodule 21 bis 24 können beliebige unterschiedliche Funktionen realisieren. Beispielsweise kann ein Funktionsmodul 21 vorgesehen sein, welches eine Kommunikationsverbindung mit einem oder mehreren externen Komponenten 3 bereitstellt. Hierzu kann das entsprechende Funktionsmodul 21 beispielsweise über eine Datenverbindung, wie zum Beispiel einen Kommunikationsbus, beispielsweise einen CAN Bus oder eine Netzwerkverbindung mit weiteren Komponenten verbunden sein.
Darüber hinaus können einzelne Funktionsmodule 22 bis 24 auch beliebigen geeigneten Sensoren oder Aktoren zugeordnet sein. Zum Beispiel können die Funktionsmodule 22 bis 24 Kameramodule zur Erfassung von Bilddaten, Ultraschallsensoren für eine Distanzmessung zu einem externen Hindernis oder beliebige andere geeignete Sensoren, insbesondere Umfeldsensoren umfassen. Ebenso sind beispielsweise Aktoren, wie zum Beispiel Stellmotoren oder Ähnliches möglich.
Je nach Funktionalität der einzelnen Funktionsmodule 21 bis 24 können den einzelnen Funktionsmodulen 21 bis 24 unterschiedliche Prioritäten zugeordnet werden. Beispielsweise können Funktionsmodulen für sicherheitsrelevante Funktionalitäten höhere Prioritäten zugeordnet werden. Anderen Funktionsmodulen 21 bis 24 können beispielsweise eine niedrigere Priorität zugeordnet werden, bei welcher gegebenenfalls auch eine temporäre Unterbrechung der jeweiligen Funktionalität in Kauf genommen werden kann.
Beispielsweise könnte eine Beeinträchtigung eines Funktionsmodules 21 für eine Kommunikation mit weiteren, externen Komponenten zu einer Störung des gesamten Kommunikationsablaufes und gegebenenfalls auch zur Übertragung von fehlerhaften Informationen führen. Daher kann in einem solchen Fall einem entsprechenden Kommunikationsmodul 21 eine höhere Priorität zugeordnet werden. Sind darüber hinaus beispielsweise unter den Funktionsmodulen 22 bis 24 auch Kameramodule vorgesehen, die lediglich optische Informationen für eine Visualisierung auf einem Bildschirm bereitstellen, so kann gegebenenfalls eine kurzzeitige Unterbrechung dieser Bildsignale in Kauf genommen werden, sodass derartigen Funktionsmodulen 22 bis 24 eine entsprechend niedrigere Priorität zugeordnet werden kann.
Tritt nun während des Betriebs der Steuervorrichtung 1 eine Unterbrechung der externen Versorgungsspannung von der Spannungsquelle 2 auf, so ist es das Ziel der Steuervorrichtdung 1, vorzugsweise die Funktion von Funktionsmodulen 21 bis 24 mit höherer Priorität aufrechtzuerhalten. Dagegen kann eine temporäre Beeinträchtigung von Funktionsmodulen 22 bis 24 mit niedrigerer Priorität gegebenenfalls temporär in Kauf genommen werden.
Daher kann das Spannungsversorgungsmodul 10 bei einer temporären Unterbrechung der externen Spannungsversorgung eine vorgegebene Gruppe von Funktionsmodulen 21 bis 24 weiterhin mit einer Versorgungsspannung, im Folgenden Zwischenspannung, versorgen. Andere Funktionsmodule 22 bis 24, wie die beispielsweise im Vorausgegangenen als Funktionsmodule mit einer niedrigeren Priorität bezeichneten Funktionsmodule 22 bis 24, können für den Zeitraum, in dem die externe Spannungsversorgung unterbrochen ist, deaktiviert werden.
Während des Zeitraums, in welchem die externe Spannungsversorgung 2 temporär unterbrochen ist, ist es erforderlich, die elektrische Energie für die Versorgung der ausgewählten Funktionsmodule 21 bis 24 mit der Zwischenspannung aus einem internen Energiespeicher zu beziehen. Hierzu kann grundsätzlich beispielsweise ein geeigneter elektrischer Energiespeicher, wie zum Beispiel ein entsprechend groß dimensionierter Kondensator, in dem Spannungsversorgungsmodul 10 vorgesehen sein.
Darüber hinaus ist es auch möglich, für das Generieren der Zwischenspannung elektrische Energie zu verwenden, welche in elektrischen Energiespeichern der Funktionsmodule gespeichert ist, welche während der Unterbrechung der externen Energieversorgung deaktiviert werden können. Beispielsweise können in den Spannungsversorgungsleitungen zu den einzelnen Funktionsmodulen 21 bis 24 Kondensatoren vorgesehen sein, welche im normalen Betrieb, das heißt im Betrieb bei welchem die Spannungsversorgung von der externen Energiequelle 2 bereitgestellt wird, die jeweilige Versorgungsspannung der entsprechenden Funktionsmodule 21 bis 24 stabilisieren. In diesen Kondensatoren ist somit zunächst eine gewisse Menge an elektrischer Energie gespeichert.
Zur Erzeugung der Zwischenspannung kann beispielsweise die elektrische Energie in den Kondensatoren genutzt werden, welche in Funktionsmodulen 22 bis 24 vorgesehen sind, die bei einer Unterbrechung der externen Spannungsversorgung 2 deaktiviert werden können. Mit anderen Worten, das Spannungsversorgungsmodul 10 kann elektrische Energiespeicher, wie zum Beispiel Kondensatoren, in denjenigen Funktionsmodulen 22 bis 24 entladen, welche bei einer Unterbrechung der externen Spannungsversorgung 2 deaktiviert werden können. Diese Energie kann zum Erzeugen/Generieren der Zwischenspannung genutzt werden.
Da sich das Spannungsniveau der Kondensatoren während des Entladens in der Regel absenken wird, kann in dem Spannungsversorgungsmodul 10 ein Gleichspannungswandler vorgesehen sein, welcher die von den Energiespeichern in den deaktivierten Funktionsmodulen 22 bis 24 bereitgestellte elektrische Spannung jeweils auf ein Spannungsniveau der gewünschten Zwischenspannung anhebt.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaltbilds einer Steuervorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform entspricht weitestgehend der zuvor beschriebenen Ausführungsform gemäß Figur 1. Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsform insbesondere dadurch, dass zwischen dem Spannungsversorgungsmodul 10 und einem oder mehreren Funktionsmodulen 22 ein Gleichspannungswandler 11 vorgesehen sein kann. Dieser Gleichspannungswandler 11 kann in einem normalen Betrieb, bei dem die elektrische Energieversorgung von der externen Spannungsquelle 2 erfolgt, das von der externen Spannungsquelle 2 bereitgestellte Spannungsniveau auf ein Spannungsniveau anheben oder absenken, welches für den Betrieb des jeweiligen Funktionsmoduls 22 erforderlich ist.
Bei einer temporären Unterbrechung der externen Spannungsversorgung 2 kann daraufhin elektrische Energie von einem elektrischen Energiespeicher, beispielsweise einem Kondensator in dem Funktionsmodul 22 entnommen werden und über den jeweiligen Gleichspannungswandler 11 dem Spannungsversorgungsmodul 10 bereitgestellt werden, um die erforderliche Zwischenspannung bereitzustellen.
In einer Ausführungsform kann dabei die elektrische Energie von dem Energiespeicher in dem Funktionsmodul 22 über eine interne Diode, beispielsweise über eine Bodydiode in dem Gleichspannungswandler 11 in Richtung des Spannungsversorgungsmoduls 10 fließen.
Alternativ ist es auch möglich, dass der entsprechende Gleichspannungswandler 11 als bidirektionaler Gleichspannungswandler ausgeführt ist, welcher nicht nur elektrische Energie von dem Spannungsversorgungsmodul 10 in Richtung des Funktionsmoduls 22 übertragen kann, sondern auch in umgekehrter Richtung von dem Funktionsmodul 22 in Richtung des Spannungsversorgungsmoduls 10. In diesem Fall kann der Gleichspannungswandler 11 jeweils derart geregelt werden, dass bei einem Energiefluss von dem Funktionsmodul 22 in Richtung des Spannungsversorgungsmoduls 10 die an dem Spannungsversorgungsmodul 10 bereitgestellte elektrische Spannung vorzugsweise zumindest annähernd konstant ist.
Durch die zuvor beschriebene Bereitstellung einer Zwischenspannung während der temporären Unterbrechung der externen Spannungsversorgung 2 ist es möglich, zumindest einen Teil der Funktionsmodule 21 bis 24 weiter zu betreiben. Auf diese Weise können beispielsweise sicherheitsrelevante Funktionalitäten auch bei einer kurzfristigen Unterbrechung der externen Spannungsversorgung 2 aufrechterhalten werden. Als temporäre Unterbrechung der externen Spannungsversorgung können beispielsweise Unterbrechungen in einem Zeitraum von bis zu 20 Millisekunden (ms) oder gegebenenfalls bis zu 100 ms betrachtet werden. Darüber hinaus sind jedoch je nach Dimensionierung der elektrischen Energiespeicher innerhalb der Steuervorrichtung 1, insbesondere der Dimensionierung der entsprechenden Kondensatoren, auch andere Zeiträume für eine temporäre Unterbrechung der externen Spannungsversorgung 2 möglich.
Darüber hinaus ist es auch möglich, die Funktionalität einiger Funktionsmodule 21 bis 24 einzuschränken, während die externe Spannungsversorgung 2 unterbrochen ist. Auf diese Weise kann der Energiebedarf für den Betrieb der entsprechenden Funktionsmodule 21 bis 24 reduziert werden. Insbesondere ist es beispielsweise möglich, die Funktionsmodule 21 bis 24 mit einem verringerten Energiebedarf zu betreiben, solange die entsprechenden Funktionsmodule mit der von dem Spannungsversorgungsmodul 10 bereitgestellten Zwischenspannung versorgt werden.
Weiterhin ist gegebenenfalls auch bei einer Unterbrechung der externen Spannungsversorgung 2 ein mehrstufiger Ansatz möglich, bei welchem zum Beispiel in einer ersten Phase die zu deaktivierenden Funktionsmodule 22 bis 24 zunächst kontrolliert in einen sicheren Zustand, beispielsweise in einen Standby- oder Bereitschaftsmodus versetzt werden, und anschließend in einer weiteren Phase die Funktionsmodule vollständig deaktiviert werden. Auf diese Weise können gegebenenfalls unkontrollierte Betriebszustände oder Signalflüsse vermieden werden.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm, wie es einem
Spannungsversorgungsverfahren für eine Steuervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. In Schritt S1 wird zunächst an mehreren Funktionsmodulen 21-24 der Steuervorrichtung 1 eine Versorgungsspannung bereitgestellt. Die Versorgungsspannung wird dabei unter Verwendung einer extern bereitgestellten Eingangsspannung bereitgestellt.
In Schritt S2 wird eine Unterbrechung der bereitgestellten externen Eingangsspannung detektiert. Daraufhin wird in Schritt S3 eine Zwischenspannung bereitgestellt. Diese Zwischenspannung wird insbesondere nur an eine Teilmenge der Funktionsmodule 21-24 der Steuervorrichtung 1 bereitgestellt. Dabei wird die Zwischenspannung unter Verwendung von in der Steuervorrichtung 1 gespeicherter elektrischer Energie bereitgestellt. Das Bereitstellen der Zwischenspannung erfolgt, nachdem eine Unterbrechung der externen Eingangsspannung detektiert worden ist.
Ferner kann das Verfahren beispielsweise einen Schritt zum Reduzieren der Leistungsaufnahmen eines oder mehrerer vorbestimmter Funktionsmodule 21-24 umfassen. Die Leistungsaufnahme kann insbesondere dann reduziert werden, wenn eine Unterbrechung der an der Steuervorrichtung 1 bereitgestellten Eingangsspannung detektiert worden ist.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Steuervorrichtung, insbesondere eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei bei einer Unterbrechung einer externen Spannungsversorgung eine eingeschränkte Funktionalität weiter aufrechterhalten werden kann. Hierzu ist es vorgesehen, einige Funktionsmodule der Steuervorrichtung bei einer Unterbrechung der externen Versorgungsspannung zu deaktivieren und elektrische Energie, welche in den deaktivierten Funktionsmodulen gespeichert ist, für die Spannungsversorgung weiterer Funktionsmodule zu nutzen.

Claims

Ansprüche
1. Steuervorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit: einem Spannungsversorgungsmodul (10), das dazu ausgelegt ist, an einem Eingangsanschluss mit einer elektrischen Spannungsquelle (2) verbunden zu werden und eine elektrische Versorgungsspannung für mehrere Funktionsmodule (21-24) der Steuervorrichtung (1) bereitzustellen, wobei das Spannungsversorgungsmodul (10) dazu ausgelegt ist, bei einer Unterbrechung einer Eingangsspannung an dem Eingangsanschluss eine Zwischenspannung für die Energieversorgung einer vorbestimmten Teilmenge der mehreren Funktionsmodule (21-24) zu generieren und die generierte Zwischenspannung an der vorbestimmten Teilmenge der mehreren Funktionsmodule (21-24) bereitzustellen.
2. Steuervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das Spannungsversorgungsmodul (10) dazu ausgelegt ist, elektrische Energie für das Bereitstellen der Zwischenspannung aus einem oder mehreren elektrischen Energiespeichern der Steuervorrichtung (1) zu entnehmen.
3. Steuervorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Spannungsversorgungsmodul (10) dazu ausgelegt ist, elektrische Energie für das Generieren der Zwischenspannung aus einem oder mehreren Kondensatoren von Funktionsmodulen (21-24) zu entnehmen, welche bei der Unterbrechung der Eingangsspannung an dem Eingangsanschluss nicht mit der Zwischenspannung versorgt werden.
4. Steuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Gleichspannungswandler (11), der zwischen dem Spannungsversorgungsmodul (10) und mindestens einem Funktionsmodul (21-24) angeordnet ist und das dazu ausgelegt ist, bei der Unterbrechung der Eingangsspannung an dem Eingangsanschluss des Spannungsversorgungsmoduls (10) elektrische Energie von dem jeweiligen angeschlossenen Funktionsmodul (21-24) an das Spannungsversorgungsmodul (10) zu übertragen.
5. Steuervorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei der Gleichspannungswandler einen bidirektionalen Gleichspannungswandler umfasst.
6. Steuervorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei bei der Unterbrechung der Eingangsspannung an dem Eingangsanschluss des
Spannungsversorgungsmoduls elektrische Energie über eine interne Bodydiode des Gleichspannungswandlers (11) zu dem Spannungsversorgungsmodul (10) übertragen wird.
7. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit mindestens einem Funktionsmodul (21-24), welches ein Überwachungsmodul umfasst, wobei das Überwachungsmodul dazu ausgelegt ist, weitere Funktionsmodule (21-24) der Steuervorrichtung (1) zu überwachen und/oder eine Kommunikationsverbindung mit einer externen Komponente bereitzustellen, wobei das Spannungsversorgungsmodul (10) dazu ausgelegt ist, bei der Unterbrechung der Eingangsspannung an dem Eingangsanschluss mindestens an dem Überwachungsmodul die Zwischenspannung bereitzustellen.
8. Steuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuervorrichtung (1) mehrere Funktionsmodule (21-24) umfasst, die als System on Chip ausgeführt sind.
9. Spannungsversorgungsverfahren für eine Steuervorrichtung (1), mit den Schritten:
Bereitstellen (Sl) von Versorgungspannungen an Funktionsmodulen (21-24) der Steuervorrichtung (1) unter Verwendung einer an der Steuervorrichtung (1) bereitgestellten Eingangsspannung;
Detektieren (S2) einer Unterbrechung der an der Steuervorrichtung (1) bereitgestellten Eingangsspannung; und
Bereitstellen (S3) einer Zwischenspannung an einer Teilmenge der Funktionsmodule (21-24) unter Verwendung von in der Steuervorrichtung (1) gespeicherter elektrischer Energie, wenn eine Unterbrechung der an der Steuervorrichtung bereitgestellten Eingangsspannung detektiert worden ist.
10. Spannungsversorgungsverfahren nach Anspruch 9, mit einem Schritt zum Reduzieren der Leistungsaufnahme eines oder mehrerer vorbestimmter Funktionsmodule (21-24), wenn eine Unterbrechung der an der Steuervorrichtung (1) bereitgestellten Eingangsspannung detektiert worden ist.
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