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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kommunikation zwischen einem
Regler für
eine Spannungsquelle mit variabler Ausgangsspannung und einem Steuergerät in einem
Kraftfahrzeug, wobei der Regler mit dem Steuergerät mittels
einer ersten und einer zweiten elektrischen Leitung elektrisch verbunden
ist, und wobei die erste elektrische Leitung zum Austausch bitserieller
Signale ausgebildet ist. Darüber
hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Kommunikation
zwischen einem derartigen Regler und einem Steuergerät in einem
Kraftfahrzeug.
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Vorrichtungen
zur Kommunikation zwischen einem Regler einer Spannungsquelle und
einem Steuergerät
sind bekannt, wobei diesbezüglich
auch Kommunikationsschnittstellen für einen Generatorregler zur
Kommunikation mit mindestens einem Steuergerät aus dem Stand der Technik
bekannt sind. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 103 20 834 A1 ist eine
derartige Kommunikationsschnittstelle sowie ein Verfahren zur Kommunikation
eines Generatorreglers beschrieben, bei dem die Kommunikationsschnittstelle
mittels zweier separater elektrischer Leitungen mit zumindest einem
Steuergerät elektrisch
verbunden ist. An einem ersten Kommunikationsgin der Kommunikationsschnittstelle
des Generatorreglers wird ein pulsweiten-moduliertes Signal ausgegeben
und über
die erste elektrische Leitung an das Steuergerät übertragen. Das Tastverhältnis des
pulsweiten-modulierten Signals ist beispielsweise ein Maß für eine Auslastung
des Generators oder ein anliegendes Generatormoment. Das pulsweiten-modulierte
Signal ist für
das Steuergerät
im Wesentlichen ohne Verzögerung
verfügbar.
Diese erste elektrische Leitung ist somit lediglich zur Diagnose bzw.
Monitorfunktion und zur Übertragung
von Signalen vom Generatorregler zum Steuergerät ausgebildet. Des Weiteren
wird über
die zweite elektrische Leistung ein bitserielles Signal ausgetauscht.
Dieses bitserielle Signal kann somit sowohl vom Steuergerät zum Kommunikationsgin
der Kommunikationsschnittstelle des Generatorreglers übertragen
werden, als auch von diesem Kommunikationsgin zum Steuergerät hin übertragen
werden. Da, wie bereits erwähnt,
die erste elektrische Leitung lediglich zur Übertragung von Diag nose- bzw.
Monitorinformationen von der Kommunikationsschnittstelle zum Steuergerät ausgebildet
ist, ist die bekannte Vorrichtung relativ anfällig gegenüber einer EMV-(elektromagnetische
Verträglichkeit)
Einstrahlung. Darüber
hinaus weist die bekannte Vorrichtung eine relativ geringe Dynamik
auf. Aufgrund dieser Nachteile ist die bekannte Vorrichtung auch
relativ unzuverlässig.
Eine derartige Zuverlässigkeit
ist insbesondere für
eine Sollwertvorgabe für
den Generator bei einem variablen Energienetz, welches zur Spannungsverarbeitung
von Spannungen zwischen etwa 14 V bis etwa 42 V ausgelegt ist, wichtig,
da ansonsten sicherheitskritische Zustände auftreten können.
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DE 100 41 015 A1 offenbart
ein Verfahren zur Regelung der Leistung eines elektrischen Generators
eines Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit
von sensorisch ermittelten Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs, wobei
eine Ausgangsspannung des Generators in Abhängigkeit von ermittelten Geschwindigkeits-Zeit-Profilen
des Kraftfahrzeugs geregelt wird.
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DE 102 50 616 C1 beschreibt
ein Bordnetz mit Leistungsquelle, Master-Steuergerät, Leistungsverteilungsnetz
und mindestens einem Slave-Steuergerät. Die Slave-Steuergeräte verbrauchen
bei einer Versorgungsspannung unterhalb eines Grenzwertes geringe
bis kleine Leistung und sind darüber
zur Kommunikation mit Master- oder Slave-Steuergeräten bereit.
Das Master-Steuergerät
betreibt in seiner Stand-by-Betriebsart die Slave-Steuergeräte mit einer
Versorgungsspannung unterhalb des Grenzwertes und ist selbst bereit
für den
Empfang von Wecksignalen, die sie in seine Normalbetriebsart schalten,
in der die Slave-Steuergeräte
mit einer Versorgungsspannung oberhalb des Grenzwertes betrieben
werden.
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Daher
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung sowie
ein Verfahren zur Kommunikation zwischen einem Generatorregler und
einem Steuergerät
in einem Kraftfahrzeug zu schaffen welches eine erhöhte Zuverlässigkeit
aufweist und mit dem das Auftreten von sicherheitskritischen Zuständen verhindert
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung, welche die Merkmale nach Patentanspruch
1 aufweist, und ein Verfahren, welches die Merkmale nach Patentanspruch
10 aufweist, gelöst.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Kommunikation zwischen einem Regler für eine Spannungsquelle mit
variabler Ausgangsspannung und einem Steuergerät in einem Kraftfahrzeug ist derart
ausgebildet, dass der Regler mit dem Steuergerät mittels einer ersten und
einer zweiten elektrischen Leitung elektrisch verbunden ist, wobei
die erste elektrische Leitung zumindest zum Austausch bitserieller
Signale ausgebildet ist. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung
besteht darin, dass die zweite elektrische Leitung als dynamische
Steuerleitung ausgebildet ist, über
welche zumindest Signale zur dynamischen Steuerung des Reglers von
dem Steuergerät
an den Regler übertragbar
sind. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
kann erreicht werden, dass die Steuerung des Reglers in deutlich
zuverlässigerer
Weise erfolgen kann und das Auftreten von sicherheitskritischen
Zuständen
verhindert werden kann. Im Hinblick auf das Vermeiden dieser sicherheitskritischen
Zustände
kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gewährleistet
werden, dass auch bei einem mit variablen Spannungen von etwa 14
V bis 42 V betreibbaren Energienetz eine Sollwertvorgabe für einen
Spannungsquelle äußerst zuverlässig durchgeführt werden
kann. Darüber
hinaus kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine sehr dynamische
Steuerung und somit auch eine sehr schnelle Steuerung des Reglers
durchgeführt
werden. Die Anfälligkeit
der Vorrichtung gegen EMV-Einstrahlung kann
durch die Erfindung deutlich reduziert werden. Mit der erfin dungsgemäßen Vorrichtung
kann somit eine Kommunikation zwischen dem Regler und dem Steuergerät gewährleistet
werden, welche redundant ausgebildet ist, da auch die zweite elektrische
Leitung derart ausgelegt ist, dass Steuersignale von dem Steuergerät zum Regler übertragbar
sind.
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In
bevorzugter Weise ist die Steuerleitung unidirektional ausgebildet.
Die Steuerleitung dient somit lediglich zur redundanten Übertragung
von Signalen von dem Steuergerät
zum Regler. Dadurch wird ein sehr präzises und schnelles Sicherheitssystem
geschaffen.
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Die
dynamische Steuerleitung ist in vorteilhafter Weise zur Übertragung
von sicherheitsrelevanten Daten ausgebildet. Es kann somit erreicht werden,
dass eine Aufteilung der zu übertragenen
Informationen in weniger kritische und Sicherheitsrelevante Daten
durchgeführt
werden kann, wobei dabei die weniger kritischen Daten nur über die
erste Datenschnittstelle bzw. die erste elektrische Leitung in Form
von bitseriellen Signalen übertragen
bzw. ausgetauscht werden können.
Die sicherheitsrelevanten Daten können gemäß der Erfindung dann über beide elektrischen
Leitungen übertragen
werden, welche eine zuverlässige
und hochdynamische Datenübertragung
ermöglicht.
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Die
dynamische Steuerleitung kann zur Übertragung von digitalen oder
analogen Signalen ausgebildet sein. In bevorzugter Weise ist die
dynamische Steuerleitung zur Übertragung
von pulsweiten-modulierten Signalen ausgebildet. Bei einer analogen
Ausbildung der dynamischen Steuerleitung kann diese stromgesteuert
oder spannungsgesteuert ausgebildet sein. Dadurch kann eine sehr
schnelle und auch stabile Steuerleitung bereitgestellt werden.
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In
bevorzugter Weise ist mittels eines über die dynamische Steuerleitung übertragenen
Signals eine Spannungsreferenz, insbesondere für Signale der ersten elektrischen
Leitung, darstellbar. Diesbezüglich
können über den
Spannungspegel des pulsweiten-modulierten Signals weitere Informationen herangezogen
werden. Beispielsweise kann die bereits erwähnte Spannungsadaption durchgeführt werden,
wobei darüber
hinaus auch eine Abregelung der Spannungsquelle durch eine Signalpegeländerung
durchführbar
ist oder eine Abschaltung der Spannungsquelle bei einer Überspannung
an einem Energienetz oder einem Teilbereich eines Energienetzes
durchführbar
ist.
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In
besonders vorteilhafter Weise ist die Spannungsquelle als Generator
mit Variabler Ausgangsspannung ausgebildet. Der Regler ist dann
als Generatorregler ausgebildet.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Kommunikation zwischen einem Regler und einem Steuergerät in einem
Kraftfahrzeug, wobei der Regler mit dem Steuergerät mittels
einer ersten und einer zweiten elektrischen Leitung elektrisch verbunden ist,
wird über
die erste elektrische Leitung zumindest ein bitserielles Signal
ausgetauscht. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin,
dass die zweite elektrische Leitung als Steuerleitung ausgebildet ist, über welche
zumindest Signale zur Steuerung des Reglers von dem Steuergerät an den
Regler übertragen
werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren
kann ein redundant durchgeführtes
Kommunizieren zwischen dem Regler und dem Steuergerät erfolgen,
welches eine deutlich verbesserte Zuverlässigkeit und Sicherheit gewährleistet.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind auch,
soweit übertragbar, als
vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 eine
Darstellung eines Abregelungsvorgangs eines Generators.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
I umfasst einen Generatorregler 11, welcher zur Regelung
eines Generators 1 ausgebildet ist und mit diesem elektrisch
verbunden ist. Der Generatorregler 11 kann auch im Generator 1 angeordnet
sein. Des Weiteren weist die Vorrichtung I ein Steuergerät 2 auf, welches
zur Kommunikation mit dem Generatorregler 11 über eine
erste elektrische Leitung 3 und eine zweite elektrische
Leitung 4 elektrisch verbunden ist. Die erste elektrische
Leitung 3 ist dabei zum Austausch bitserieller Signale
ausgebildet. Dabei kann diese Datenleitung bzw. erste elektrische
Leitung 3 zur Übertragung
verschiedener Informationen, wie beispielsweise Generatorauslastung,
Erregerstrom oder Generatorsollspannung ausgelegt sein. Die erste
elektrische Leitung 3 kann dabei beispielsweise als LIN-Schnittstelle
oder BSS (Bit Synchrone Schnittstelle) ausgebildet sein. Die zweite
elektrische Leitung 4 ist als unidirektionale dynamische
Steuerleitung ausgebildet und im Ausführungsbeispiel derart gestaltet,
dass pulsweiten-modulierte Signale zur dynamischen Steuerung des
Generatorreglers 11 von dem Steuergerät 2 zu diesem Generatorregler 11 übertragen
werden können.
Darüber
hinaus weist der Generator 1 einen Ausgang auf, welcher
mit einer weiteren elektrischen Verbindung 5 kontaktiert
ist, wobei über
diesen Ausgang des Generators 1 eine variable Bordnetzspannung
von etwa 14 V bis etwa 42 V bereitstellbar ist. Das Steuergerät 2 ist
mit einem Ein-/Ausgang mit dieser weiteren elektrischen Verbindung 5 und über einen
Schalter 7 mit einem PTC-Element 6 verbunden.
Das Steuergerät 2 weist im
Ausführungsbeispiel
auch einen nicht dargestellten Spannungswandler auf.
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Über einen
weiteren Ein-/Ausgang des Steuergeräts 2 ist eine Spannung
von etwa 14 V bereitstellbar, wobei mit diesem Ein-/Ausgang ein
Verbraucher 8 über
einen Schalter 9 elektrisch verbunden ist. Die in einem
Bordnetz eines Kraftfahrzeugs angeordnete Vorrichtung I ist somit
zur Energieversorgung von unterschiedlichen Verbrauchern mit unterschiedlichen
Energieversorgungsanforderungen ausgebildet.
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Die
zweite elektrische Leitung 4 (dynamische Steuerleitung)
ist zur redundanten Übertragung von
Informationen, insbesondere von sicherheitsrelevanten Informationen,
ausgebildet, wobei die über die
zweite elektrische Leitung 4 übertragenen Informationen vorrangig
vor den über
die erste Leitung 3 übertragenen
Informationen von dem Generatorregier 11 behandelt bzw.
verarbeitet werden. Bevorzugt werden somit erst dann über diese
Leitung 4 Informationen vom Steuergerät 2 zum Generatorregler 11 übertragen,
wenn Anforderungen für
schnelle Eingriffe mit hoher Priorität beim Betrieb der Vorrichtung
I und/oder des Generators 1 detektiert werden.
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Weitere
Anforderungen sind beispielsweise darin zu sehen, dass Überspannungen
mit Werten größer etwa
16 V im Bordnetzbereich der niedrigeren Spannung von etwa 14 V detektiert
werden. Diese Überspannung
wird durch die Bordnetzspannung auf der zweiten elektrischen Leitung 4 durch
das Steuergerät 2 erkannt.
In einem derartigen Fall ist ein schnelles Abregeln des Generators 1 erforderlich.
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Ein
derartiger Abregelungsvorgang wird nachfolgend anhand der 2 näher erläutert. In 2 ist
die Soll-Generatorspannung Ugen_soll, die Ist-Generatorspannung
Ugen_ist und die Spannung U4 auf
der zweiten elektrischen Leitung 4 im zeitlichen Verlauf
dargestellt. Anzumerken ist, dass für relativ langsame Abregelvorgänge oder
Aufregelvorgänge der
Generatorspannung allein die erste elektrische Leitung 3 verwendet
werden kann. Für
Notabregelungen, beispielsweise im Falle einer Überspannung im Bordnetz, wird
die Soll-Generatorspannung Ugen_soll sofort
auf einen Wert von etwa 14 V abgesenkt.
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Die
Schnellabregelung der Ist-Generatorspannung Ugen_ist im
Bereich von etwa 14 V bis etwa 42 V um eine Spannung Udelta erfolgt
durch einen Längsregler
im Steuergerät 2 mittels
einem „low”-aktiven
Steuerimpuls auf der zweiten elektrischen Leitung 4. Der
Steuerimpuls ist somit dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische
Leitung 4 für eine
definierte Zeitdauer auf den „low”-Zustand
gezogen wird. Die Abregelung der Ist-Generatorspannung Ugen_ist beginnt unmittelbar mit der fallenden
Flanke des Steuerimpulses. Die Spannung Udelta,
also der Betrag, um den die Ist-Generatorspannung Ugen_ist reduziert
werden soll, ist dabei durch die Pulslänge des Steuerimpulses bestimmt.
Die Soll-Generatorspannung Ugen_soll soll
mit der Zeitdauer des Steuerimpulses stetig fallen und im Ausführungsbeispiel
nach spätestens
etwa 280 ms minimal werden und somit den Wert von etwa 14 V aufweisen.
Dies entspricht im Ausführungsbeispiel
einer Abregelung von etwa 1 V pro etwa 10 ms Pulslänge.
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In
der Darstellung in 2 bezeichnen die Zeitdauern
t1 und t3 diejenigen
Zeiten, in denen die Ist-Generatorspannung Ugen_ist durch
die Informationen, welche über
die erste elektrische Leitung 3 an den Generatorregler 11 übertragen
werden, eingestellt wird. Die Zeitdauer t2 bezeichnet
die Zeitdauer, in welcher die über
die erste elektrische Leitung 3 übertragenen Informationen nicht
beachtet werden und dafür
die über
die zweite elektrische Leitung 4 übertragenen Informationen Priorität haben.
Die Zeitdauer t2 ist durch die beiden Zeitdauern
t21 und t22 charakterisiert.
Die Zeitdauer t21 charakterisiert dabei die
Zeitdauer des Steuerimpulses und beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 100 ms.
Die Zeitdauer t22 charakterisiert die Verzögerung der
Interpretation des Signals der ersten elektrischen Leitung 3 und
beträgt
im Ausführungsbeispiel
ebenfalls etwa 100 ms.