DE102007037351B4

DE102007037351B4 - Bordnetz für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102007037351B4
Application number: DE102007037351.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Peuser
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2024-05-29
Anticipated expiration: 2027-08-09
Also published as: WO2009019080A2; WO2009019080A3; DE102007037351A1

Abstract

Bordnetz (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät (2), einem Bussystem (3), welches Kommunikationsdaten des Steuergeräts (2) überträgt, einer Schnittstelle (4), welche mit dem Bussystem (3) verbunden ist und eine eindeutige Adresse innerhalb des Bussystems (3) besitzt,
und einer Anzahl von Generatoren (5₁, 5₂, ..., 5_n), welche eingerichtet sind, elektrische Energie für das Bordnetz (1) zur Verfügung zu stellen,
wobei die Generatoren (5₁, 5₂, ..., 5_n) über die Schnittstelle (4) mit dem Bussystem (3) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (4) über eine Demultiplexereinheit (42) mit den Generatoren (5₁, 5₂, ..., 5_n ...) verbunden ist, wobei die Demultiplexereinheit (42) von einem Mikroprozessor (41) angesteuert wird, wobei der Mikroprozessor (41) dazu eingerichtet ist, für einen Befehl des Steuergeräts (2), welcher über die Schnittstelle (4) empfangen wurde, die zur Ausführung des Befehls notwendigen Generatoren (5₁, 5₂, ..., 5_n) auszuwählen und Steuersignale über die Demultiplexereinheit (42) der Reihe nach an die ausgewählten Generatoren (5₁, 5₂, ..., 5_n) zu übermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, beispielsweise für ein Nutzfahrzeug.
Stand der Technik
In einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs muss einer Vielzahl von elektrischen Verbrauchern zum richtigen Zeitpunkt ausreichend elektrische Energie zur Verfügung gestellt werden, damit diese ihre vorgesehenen Funktionen erfüllen können. Hierbei kommuniziert ein Steuergerät im Bordnetz üblicherweise mit dem energieerzeugenden System und den Verbrauchern, um über einen aktuellen Zustand aller Komponenten informiert zu sein und steuernd eingreifen zu können, um Engpässe bei Problemen im energieerzeugenden System zu vermeiden. Das energieerzeugende System steht zudem auch in Wechselwirkung mit der Leistungsfähigkeit eines Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs, da bei hohem Energiebedarf seitens der elektrischen Verbraucher ein Teil der Motorleistung für die Erzeugung elektrischer Energie aufgewendet werden muss und nicht für den Antrieb des Fahrzeugs zur Verfügung steht. Daher kommt dem Steuergerät auch die Aufgabe zu, in einer Fahrsituation, in der die verfügbare Motorleistung beispielsweise zugunsten einer besseren Beschleunigung eingesetzt werden soll, die Energieerzeugung im elektrischen System temporär zu reduzieren.
Die Kommunikation zwischen Verbrauchern, Steuergerät und einem Generator erfolgt normalerweise über ein standardisiertes Bussystem, beispielsweise einen LIN-Bus (LIN = Local Interconnect Network). Für die Kommunikation mit dem Generator stehen dem Steuergerät für seine Überwachungssaufgaben unter anderem Abfragen über einen mechanischen und elektrischen Status oder eine Generatorauslastung zur Verfügung, sowie für seine Steuerungsaufgaben unter anderem eine Vorgabe einer Sollspannung, welche durch den Generator im Bordnetz erzeugt werden soll.
Speziell in modernen Nutzfahrzeugen werden sehr hohe Anforderungen an die Überwachung und Steuerung einer funktionierenden Energieversorgung gestellt, da im Vergleich zu einem PKW mehr Verbraucher an das Bordnetz angebunden sind, und somit ein noch höherer Energiebedarf besteht, wobei umgekehrt die Motorleistung des Nutzfahrzeugs für Belastungsspitzen voll zur Verfügung stehen muss.
Üblicherweise wird in einer Bordnetzarchitektur eines Nutzfahrzeugs ein einziger Generator mit sehr hoher Leistung eingesetzt. Ein solcher Generator ist schon aufgrund seiner Größe teurer als Generatoren, welche im PKW-Bereich eingesetzt werden. Hinzu kommt, dass Nutzfahrzeug-Generatoren in wesentlich kleineren Serien gefertigt werden als solche für PKWs. Daher sind die Fertigungskosten relativ hoch, und auch der auf jeden gefertigten Generator entfallende Anteil der Entwicklungskosten ist erheblich höher als bei PKW-Generatoren.
Ein Lösungsansatz, um Generatoren aus dem PKW-Bereich auch für Nutzfahrzeuge einsetzen zu können und somit die Kostensituation zu verbessern, ist die Verwendung mehrerer Generatoren mit kleinerer Leistung anstatt eines Generators mit hoher Leistung. Diese werden dann in ihrer Anbindung an das Bordnetz und dessen Bussystem parallel geschaltet. Um die Funktionsweise aller Generatoren über das Kommunikationssystem des Bordnetzes überwachen und steuern zu können, erfordert dies jedoch die Bereitstellung von Busschnittstellen für die Generatoren mit unterschiedlichen Adressen, während Busschnittstellen für in PKWs eingesetzte Generatoren sämtlich die gleiche, fest verdrahtete Adresse haben können. Das bedeutet, dass die für Nutzfahrzeuge benötigten Schnittstellen wiederum spezifisch und dementsprechend teuer sind.
Zudem ist die Anzahl der Geräte in einem LIN-Subsystem eines Bordnetzes aufgrund der LIN-spezifischen Adress-Architektur begrenzt, wobei üblicherweise nicht nur die Generatoren, sondern auch eine Anzahl von Verbrauchern in ein solches Subsystem eingebunden sind, so dass hinsichtlich einer möglichen Anzahl von Generatoren Grenzen gesetzt sind. Auch auf Seite der Kommunikation mit den Generatoren ist ein erhöhter Aufwand erforderlich, da das Steuergerät mit jedem einzelnen der Generatoren kommunizieren muss, was darüber hinaus noch eine erhebliche Datenlast mit verlängerten Antwortzeiten auf dem Bussystem mit sich bringt.
Die DE 103 04 637 A1 offenbart einen Netzwerkkoppler zwischen einem Ethernet-Netzwerk und mehreren Teilnehmern, bei dem die Teilnehmer in einer Ringstruktur angebunden sind und Telegramme aus dem Ethernet-Netzwerk über Schnittstellen des Netzwerkkopplers auf die Ringstruktur ausgegeben werden. In der DE 10 2006 001 983 A1 ist ein Verfahren zur Adressvergabe in einem System mit mehreren parallel angeordneten Generatoreinheiten offenbart.
Vorteile der Erfindung
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug geschaffen, in dem mehrere Generatoren betrieben werden können, welche gemeinsam eine hohe Leistungsabgabe erzielen und welche von einem Steuergerät über ein Kommunikationssystem des Bordnetzes überwacht und gesteuert werden können, wobei der Aufwand für die Anbindung der Generatoren an das Kommunikationssystem dennoch gering gehalten werden kann.
Diese Vorteile werden erreicht, indem ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs bereitgestellt wird. Weitere beispielhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.
Nur die gemeinsame Schnittstelle der Generatoren ist an das Bussystem angebunden, so dass nur eine einzige Busschnittstelle für die Anbindung an das Bussystem erforderlich ist. Zudem muss nur die Schnittstelle vom Steuergerät angesprochen werden und das Steuergerät erhält nur von der Schnittstelle eine Antwort mit der gewünschten Information über die Generatoren, so dass das Steuergerät wie bei einer Architektur mit einem einzigen Generator nur mit einem Teilnehmer kommunizieren muss. Im Aufbau und ggf. der Programmierung des Steuergeräts braucht daher die Tatsache, dass mehrere Generatoren vorgesehen sind, nicht berücksichtigt zu werden. D.h. es kann ein herkömmlicherweise zum Steuern eines einzelnen Generators verwendetes Steuergerät eingesetzt werden, was die Entwicklung eines erfindungsgemäßen Bordnetzes einfach macht. Insbesondere bietet der erfindungsgemäße Aufbau des Bordnetzes sehr hohen Spielraum hinsichtlich der Ausstattung mit Generatoren, sowohl bezüglich der Anzahl der eingesetzten Generatoren, als auch bezüglich ihrer Leistung und der Auswahl der Bauteile.
Die Schnittstelle kann mit allen Generatoren in geeigneter Weise kommunizieren, erhält auf diese Weise den jeweiligen Zustand aller Generatoren und verarbeitet diese Daten zu einem Ergebnis, welches einen Gesamtzustand der Generatoren gegenüber dem Steuergerät wiederspiegelt. Das Ergebnis dieser Verarbeitung hat zweckmäßigerweise die Form einer zur Spezifikation des Bussystems konformen Meldung, wie sie herkömmlicherweise von einem einzelnen Generator erzeugt werden könnte.
Wenn die Rückmeldungen der Generatoren an die Schnittstelle quantitative Werte wie etwa eine Information über den Auslastungszustand jedes Generators enthalten, kann das Ergebnis der Verarbeitung zweckmäßigerweise eine Summe der von den einzelnen Generatoren gelieferten Werte sein. Dadurch kann die Schnittstelle dem Steuergerät eine Information über die aktuelle Gesamtauslastung aller Generatoren liefern.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn Rückmeldungen eine Information über das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Fehlers beinhalten. Die Schnittstelle erhält so zu jedem Generator eine Aussage, ob Fehler vorliegen.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Ergebnis der Verarbeitung eine Fehlermeldung beinhaltet, wenn wenigstens eine der Rückmeldungen das Vorliegen eines Fehlers anzeigt. Das Steuergerät kann dann über einen Fehlerzustand der Generatoren informiert werden, um gegebenenfalls einem Fahrer oder einem Diagnosegerät einen Fehler signalisieren zu können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Schnittstelle mit einem der Generatoren in einer Generator-Schnittstelle-Einheit zu einem einzigen Bauteil zusammengefasst. Derartige Einheiten, bei denen die Schnittstelle jeweils zum Steuern des Generators der Einheit dient, sind auf dem Markt verfügbar. Die Schnittstelle einer solchen Einheit kann mit wenig Aufwand zum Steuern mehrerer Generatoren nutzbar gemacht werden.
Besonders vorteilhaft hinsichtlich des Kostengesichtspunkts ist es, wenn das Bordnetz aus einer kleinen Zahl verschiedener Typen von Komponenten aufgebaut werden kann. Es ist daher sinnvoll, wenn mehrere, vorzugsweise alle Generatoren Teil einer Generator-Schnittstelle-Einheit sind. Die Schnittstellen dieser Einheiten bleiben zweckmäßigerweise bis auf eine ungenutzt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Bordnetzes gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

1 stellt den schematischen Aufbau eines Ausschnittes aus einem Bordnetz 1 eines Kraftfahrzeugs dar und zeigt insbesondere einen Kommunikationsfluss innerhalb des Bordnetzes.
Das Bordnetz 1 umfasst ein Steuergerät 2, einen LIN-Bus 3 und verschiedene elektrische Verbraucher 6 und Generatoren 5, deren Funktionen durch das Steuergerät über den LIN-Bus 3 überwacht und gesteuert werden.
Zwischen dem LIN-Bus 3 und dem Steuergerät 2 kann noch eine weitere Kommunikationsebene zwischengeschaltet sein, beispielsweise ein CAN-Bus, welcher das Steuergerät 2 über ein Gateway mit dem LIN-Bus 3 verbindet. Die genaue Busarchitektur des gesamten Bordnetzes 1 soll hier nicht weiter ausgeführt werden, da sie für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung ist.
Die Generatoren 5, im Einzelnen auch mit 5₁, 5₂, ..., 5_n bezeichnet, sind an den LIN-Bus 3 über eine gemeinsame Schnittstelle 4 angeschlossen. Die Leitungsverbindungen zwischen der Schnittstelle 4 und den Generatoren 5₁, 5₂, ..., 5_n sind proprietär ausgeführt und folgen nicht notwendigerweise einer standardisierten Spezifikation.
Das Steuergerät 2 steuert und überwacht die Energieerzeugung im Bordnetz 1 nicht nur hinsichtlich eines aktuellen Energiebedarfs, sonder auch unter Berücksichtigung einer vorliegenden Fahrsituation, wobei in Situationen, in denen die gesamte Motorleistung für den Antrieb des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stehen soll, die Energieerzeugung temporär reduziert wird.
Hierzu fordert das Steuergerät 2 Informationen über den Zustand der Generatoren 5 an und veranlasst die Generatoren 5 über die Vorgabe einer Sollspannung U als Richtgröße für die Energieerzeugung zur Abgabe der entsprechenden Leistung. Das Steuergerät 2 sendet entsprechende Befehle über das Bussystem 3 an die Schnittstelle 4. Die Schnittstelle 4 setzt den Befehl in von den Generatoren 5 verarbeitbare Steuersignale um und gibt diese an die Generatoren 5 aus. Die Art der Ansteuerung der Generatoren 5 durch die Steuersignale ist hierbei von der gewählten Anbindung an die Schnittstelle 4 bestimmt. So kann zum Steuern der Generatoren 5 auch eine Schnittstelle 4 von an sich bekannter, herkömmlicherweise zum Steuern eines einzelnen Generators verwendeter Art eingesetzt werden.
Die Generatoren 5₁, 5₂, ..., 5_n liefern ihrerseits Rückmeldungen R₁, R₂, ..., R_n an die Schnittstelle 4. Die Rückmeldungen R₁, R₂, ..., R_n können die Form digitaler Signale haben, insbesondere wenn sie das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Fehlers im Generator 5 anzeigen. Der Einfachheit halber wird im Folgenden der Fall betrachtet, dass die Rückmeldungen R₁, R₂, ..., R_n auf einer einzelnen Leitungsader übertragene binäre, das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Fehlers in den Generatoren 5 anzeigende Signale sind. Die Verallgemeinerung auf mehrere derartige Signale wird für den Fachmann aus dem Folgenden offensichtlich sein. Die Signale liegen an den Eingängen eines Oder-Gatters 7 an, dessen Ausgang mit der Schnittstelle 4 verbunden ist. Diese erhält so eine Fehlermeldung, wenn auch nur einer der Generatoren fehlerhaft arbeitet, verarbeitet diese zu einer LIN-konformen Fehlermeldung R und sendet diese über den LIN-Bus 3 an das Steuergerät 2. Wiederum unterscheidet sich die Funktion der Schnittstelle 4 nicht von einer herkömmlicherweise zum Steuern eines einzelnen Generators verwendeten Schnittstelle; die einzige Anpassung, die zur Verarbeitung der Fehlermeldungen der mehreren Generatoren 5 benötigt wird, ist das Oder-Gatter 7 oder ein gleichwertiges logisches Schaltungselement.
Um andere Rückmeldungen R₁, R₂, ..., R_n der Generatoren, z.B. eine quantitative Angabe über einen aktuellen Auslastungszustand, an das Steuergerät 2 weiterzugeben, kann zwischen entsprechenden Ausgängen der Generatoren 5 und einem Eingang der Schnittstelle 4 z.B. ein Addierglied 8, eine Mittelwertschaltung oder dergleichen vorgesehen sein.
Eine Ausgestaltung, die eine individuelle Ansteuerung der Generatoren 5 durch die Schnittstelle 4 ermöglicht, ist in 2 dargestellt. Die Ausgestaltung verwendet eine Mehrzahl von herkömmlichen Schnittstelle-Generator-Einheiten 45₁, 45₂, ..., 45_n, die jeweils eine Schnittstelle 4 und einen Generator 5 des bereits mit Bezug auf 1 beschriebenen Typs beinhalten. Bei den Schnittstelle-Generator-Einheiten 45₂, ..., 45_n sind sämtliche Leitungen, auf denen Steuersignale von der Schnittstelle 4 zum Generator 5 bzw. Rückmeldungen vom Generator 5 zur Schnittstelle 4 übertragen werden, unterbrochen, und die Schnittstelle 4 ist auch nicht mit dem LIN-Bus 3 verbunden. Die infolgedessen funktionslose Schnittstelle 4 ist in 2 als gestrichelter Umriss dargestellt.
In der Schnittstelle-Generator-Einheit 45₁ ist zwischen der Schnittstelle 4 und dem Generator 5₁ ein Demultiplexer 42 eingefügt, der jeden Steuersignal-Ausgang der Schnittstelle 4 mit den entsprechenden Steuersignal-Eingängen sämtlicher Generatoren 45₁, 45₂, ..., 45_n verbindet. Der Demultiplexer 42 untersteht der Steuerung einer Steuereinheit, hier in Form eines Mikroprozessors 41, der auch von der Schnittstelle 4 dekodierte Befehle des Steuergeräts 2 empfängt. Wenn der Mikroprozessor 41 einen Befehl des Steuergeräts 2 empfängt, ermittelt er die zur Ausführung des Befehls notwendigen Generatoren 5, selektiert diese mithilfe des Demultiplexers 42 der Reihe nach, und sendet Steuersignale an diese, um sie zum Ausführen einer dem Befehl entsprechenden Aktion zu veranlassen.
Analog zu dem Demultiplexer 42 kann ein (nicht dargestellter) Multiplexer zwischen die Generatoren 5, die Schnittstelle 4 und dem Mikroprozessor 41 eingefügt sein, der es dem Mikroprozessor 41 ermöglicht, Rückmeldungen R₁, R₂, ..., R_n der Generatoren 5 abzufangen, durch logische Verknüpfung, Mittelwertbildung, Addition oder dergleichen, wie mit Bezug auf 1 beschrieben, zu verknüpfen und das Ergebnis R an die Schnittstelle 4 auszugeben, so dass diese es in eine LIN-konforme Nachricht umwandelt und an das Steuergerät 2 sendet.

Claims

Bordnetz (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät (2), einem Bussystem (3), welches Kommunikationsdaten des Steuergeräts (2) überträgt, einer Schnittstelle (4), welche mit dem Bussystem (3) verbunden ist und eine eindeutige Adresse innerhalb des Bussystems (3) besitzt, und einer Anzahl von Generatoren (5₁, 5₂, ..., 5_n), welche eingerichtet sind, elektrische Energie für das Bordnetz (1) zur Verfügung zu stellen, wobei die Generatoren (5₁, 5₂, ..., 5_n) über die Schnittstelle (4) mit dem Bussystem (3) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (4) über eine Demultiplexereinheit (42) mit den Generatoren (5₁, 5₂, ..., 5_n ...) verbunden ist, wobei die Demultiplexereinheit (42) von einem Mikroprozessor (41) angesteuert wird, wobei der Mikroprozessor (41) dazu eingerichtet ist, für einen Befehl des Steuergeräts (2), welcher über die Schnittstelle (4) empfangen wurde, die zur Ausführung des Befehls notwendigen Generatoren (5₁, 5₂, ..., 5_n) auszuwählen und Steuersignale über die Demultiplexereinheit (42) der Reihe nach an die ausgewählten Generatoren (5₁, 5₂, ..., 5_n) zu übermitteln.
Bordnetz (1) nach Anspruch 1, wobei die Schnittstelle (4) dazu eingerichtet ist, Rückmeldungen (R₁, R₂, ..., R_n) von den Generatoren (5₁, 5₂, ..., 5_n) zu empfangen, zu verarbeiten und ein Ergebnis (R) der Verarbeitung an das Steuergerät (2) weiterzuleiten.
Bordnetz (1) nach Anspruch 2, wobei die Generatoren (5₁, 5₂, ..., 5_n) über einen Multiplexer mit der Schnittstelle (4) verbunden sind, wobei der Multiplexer von dem Mikroprozessor (41) angesteuert wird, wobei der Mikroprozessor (41) dazu eingerichtet ist, empfangene Rückmeldungen (R₁, R₂, ..., R_n) von den Generatoren (5₁, 5₂, ..., 5_n) zu verknüpfen und das Ergebnis der Verknüpfung zur Weiterleitung an das Steuergerät (2) an die Schnittstelle (4) auszugeben.
Bordnetz (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückmeldungen (R₁, R₂, ..., R_n) quantitative Werte beinhalten.
Bordnetz (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis (R) eine Summe der quantitativen Werte beinhaltet.
Bordnetz (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückmeldungen (R₁, R₂, ..., R_n) eine Information über das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Fehlers beinhalten.
Bordnetz (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis (R) der Verarbeitung eine Fehlermeldung beinhaltet, wenn wenigstens eine der Rückmeldungen (R₁, R₂, ..., R_n) das Vorliegen eines Fehlers anzeigt.
Bordnetz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (4) mit einem der Generatoren (5_i) in einer Generator-Schnittstelle-Einheit (45_i) zusammengefasst ist, wobei diese ein Bauteil bildet.
Bordnetz (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Generatoren (5₁, 5₂, ..., 5_n) Teil einer Generator-Schnittstelle-Einheit (45₁, 45₂, ..., 45_n) sind.
Bordnetz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bussystem (3) ein LIN-Bus ist.