Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugsteuerung eines Fahrzeugs, welches teils im Hochvolt- und teils im Niedervoltbetrieb arbeitende elektrische Systeme sowie einen elektrischen Fahrantrieb mit mindestens einem elektrischen Antriebsmotor aufweist, mit einem abhängig von fahrerseitigen Eingabesignalen arbeitenden Inverter für die Hochvolt-Leistungssteuerung des mindestens einen Antriebsmotors, und mit einer Steuer- und Kontrollanordnung im Signalweg zwischen den fahrerseitigen Eingabesignalen und dem Inverter, wobei die Steuer- und Kontrollanordnung außerdem mit weiteren elektrischen Systemen des Fahrzeugs signaltechnisch verknöpft ist.

Fahrzeuge mit elektrischen Fahrantrieben verfügen neben Steuerungs- und Kontrollsystemen von allgemeiner bzw. generischer Art, die eher allgemeine Steuerungs- und/oder Überwachungsfunktionen mit Bezug vor allem auf den elektrischen Fahrantrieb und die Kontrolle der jeweiligen Fahrzustände wahrnehmen, häufig über weitere Steuerungs- und/oder Öberwachungssysteme. Deren Charakter ist eher fahrzeugspezifisch in dem Sinne, dass diese weiteren Systeme zwar ebenfalls einen Bezug zur Kontrolle von Fahrzuständen haben können, sie aber auch ganz andere Steuerungs- und/oder Überwachungsfunktionen innerhalb des Fahrzeugs wahrnehmen und kontrollieren können. Hierzu zählt zum Beispiel die Kontrolle fahrzeugindividueller Zusatzaggregate wie etwa einer Klimaanlage oder eines bordeigenen Kühlaggregats im Fall eines spezialisierten Kühlfahrzeugs. Vor altem Nutzfahrzeuge werden häufig mit Sonderaufbauten versehen und erfordern dann auch entsprechende fahrzeugindividuelle Zusatzaggregate.

Für die fahrzeugspezifischen Steuerungs- und/oder Überwachungsfunktionen können eigenständige Systeme an Bord des Fahrzeugs installiert sein. Oft jedoch ist wegen der ohnehin einheitlichen elektrischen Betriebsspannungen eine Systemintegration vorteilhafter, bei der sämtliche bordeigenen Steuerungs- und/oder Überwachungsfunktionen zentral zusammengefasst sind.

Das zentrale Zusammenfassen der bordeigenen Steuerungs- und Kontrollsysteme hat jedoch nicht nur Vorteile. Schon bei der Konzeption und Realisierung der Systemintegration sind die jeweils fahrzeugspezifisch vorhandenen Aggregate und die damit signaltechnisch und steuerungstechnisch verbundenen Lösungen zu berücksichtigen, was zu einem hohen systemtechnischen Aufwand und damit hohen Kosten führen kann. Dies gilt insbesondere bei der Produktion von Fahrzeugen in unterschiedlichen Modellreihen oder Versionen, bei denen zu den einzelnen Modellreihen bzw. Versionen unterschiedliche Anforderungen in Bezug auf die jeweiligen Steuerungs-, Kontroll- und Oberwachungsfunktionen bestehen, und insoweit fahrzeugspezifische Realisierungen erforderlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für derartige Fälle einer weitgehenden Systemintegration der bordeigenen Steuerungs-, Kontroll- und Überwachungssysteme eine geeignete technische Lösung bereitzustellen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Fahrzeugsteuerung mit den eingangs angegebenen Merkmalen vorgeschlagen, dass die Steuer- und Kontrollanordnung aufgeteilt ist auf ein primäres Steuer- und Kontrollmodul und ein sekundäres Steuer- und Kontrollmodul, die jeweils auf Niedervoltbetrieb ausgelegt sind, räumlich voneinander trennbar ausgebildet sind, und datentechnisch ausschließlich über eine trennbar ausgebildete Kommunikationsschnittstelle verbunden sind. Diese Kommunikationsschnittstelle ist vorzugsweise ein digitaler BUS und besonders bevorzugt eine CAN-Verbindung.

Diese Lösung ermöglicht eine vereinfachte und vereinheitlichte Systemintegration bei der Produktion von Fahrzeugen mit von Fahrzeugvariante zu Fahrzeugvariante unterschiedlichen Anforderungen an die Steuerungs- und/oder Oberwachungsfunktionen. Durch die Aufteilung auf einerseits ein primäres und andererseits ein sekundäres Steuer- und Kontrollmodul wird der mit den bordeigenen Steuerungs- und/oder Überwachungssystemen, die teils generische und teils fahrzeugspezifische Anteile bzw. Funktionen umfassen, verbundene systemtechnische Aufwand reduziert, und die Produktionskosten werden gesenkt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Fahrzeugsteuerung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

Der elektrische Fahrantrieb kann aus einem einzelnen elektrischen Antriebsmotor einschließlich eines im Kraftfluss nachgeschalteten Getriebes bestehen. Bevorzugt ist allerdings, dass der elektrische Fahrantrieb zwei elektrische Antriebsmotoren verwendet, also einen ersten elektrischen Antriebsmotor für einen Antrieb ausschließlich auf der einen Fahrzeugseite, und einen zweiten elektrischen Antriebsmotor für einen Antrieb ausschließlich auf der anderen Fahrzeugseite. Jedem der Antriebsmotoren ist im Kraftfluss ein Getriebe nachgeschaltet, zum Beispiel ein Planetengetriebe.

Bevorzugt ist eine Ausgestaltung der Fahrzeugsteuerung, bei der einige elektrische Systeme des Fahrzeugs signaltechnisch ausschließlich an das primäre Steuer- und Kontrollmodul, und andere elektrische Systeme des Fahrzeugs signaltechnisch ausschließlich an das sekundäre Steuer- und Kontrollmodul angeschlossen sind. Dabei ist der Inverter bzw. im Fall zweier Antriebsmotoren der Dual-Inverter, wegen seiner direkten funktionellen Verknüpfung mit den Antriebsmotoren eine Funktionseinheit von generischem Charakter, die daher signaltechnisch ausschließlich an das primäre Steuer- und Kontrollmodul angeschlossen ist.

Die Fahrzeugsteuerung umfasst ferner eine Steuereinheit für die Ladungssteuerung von Energiespeichem des Fahrzeugs. Die Energiespeicher sind vorzugsweise elektrische Traktionsbatterien, wobei an Bord des Fahrzeugs eine einzelne, entsprechend leistungsfähige Traktionsbaterie verbaut sein kann, oder zwei, drei oder mehr Traktionsbatterien. Die Traktionsbatterien sind in diesem Fall identisch ausgebildet. Die Steuereinheit für die Ladungssteuerung der Energiespeicher bzw. Traktionsbatterien ist ebenfalls eine Funktionseinheit von generischem Charakter und ist daher signaltechnisch ausschließlich an das primäre Steuer- und Kontrollmodul angeschlossen.

Vorzugsweise sind an das primäre Steuer- und Kontrollmodul Signalleitungen weiterer Steuerungs- und/oder Überwachungssysteme des Fahrzeugs angeschlossen, insbesondere eine Signalleitung zu einem Ladegerät zum Laden der Energiespeicher, und/oder eine Signalleitung zu einer Ölkühlung des Antriebsmotors, und/oder eine Signalleitung zu einer antriebsspezifisch konfigurierten Schalt- und Verteilerbox mit verschiedenen elektrischen Schaltkomponenten darin, wie etwa Relais und Schütze, und/oder eine Signalleitung zu einer Kühlsensorik, mit der Temperaturen an dem elektrischen Fahrantrieb oder an dessen Komponenten erfasst werden.

In baulicher Hinsicht ist bevorzugt, dass die primären und sekundären Steuer- und Kontrollmodule der Fahrzeugsteuerung jeweils in einem geschlossenen Gehäuse angeordnet sind, wobei die Kommunikationsschnittstelle als eine elektrische Kabelverbindung ausgebildet ist, die sich zwischen den Gehäusen erstreckt. Diese Ausgestaltung schafft die Möglichkeit, im Fahrzeug zunächst nur das generische, eng mit dem Fahrzeugantrieb verknüpfte und entsprechend konfigurierte Modul zu montieren, also das modellübergreifend konfigurierte primäre Steuer- und Kontrollmodul.

Das auf fahrzeugspezifische Steuerungs- und/oder Überwachungsfunktionen konfigurierte, sekundäre Steuer- und Kontrollmodul lässt sich dann später ergänzen, eventuell spezifisch auf die Anforderungen des jeweiligen Fahrzeugs abgestimmt.

Für eine solche nicht nur zeitlich, sondern z. B. auch räumlich getrennte Montage der beiden Module ist es zudem von Vorteil, wenn die elektrische Kabelverbindung aus einem der Gehäuse herausführt und an ihrem freien Kabelende mit einem lösbar gestalteten Stecker versehen ist, wobei ein Gegenstecker starr an dem anderen Gehäuse befestigt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei zusätzlich auf die Zeichnung und die in der Zeichnung verwendeten Bezugszeichen Bezug genommen wird. In der Zeichnung wiedergegeben ist die Fahrzeugsteuerung in einem schematischen Diagramm. Darin sind elektrische Hochvoltleitungen und -Verbindungen zumeist in Doppellinien, und elektrische Niedervoltleitungen und -Verbindungen zumeist in Einfachlinien wiedergegeben.

Die Fahrzeugsteuerung ist hier in einem Nutzfahrzeug realisiert. Das Nutzfahrzeug verfügt über teils im Hochvolt- und teils im Niedervoltbetrieb arbeitende elektrische Systeme sowie über einen elektrischen Fahrantrieb 10 aus zwei elektrischen Antriebsmotoren 11, 12, denen im Kraftfluss zu den Fahrzeugrädern 13, 14 jeweils ein mechanisches Getriebe 17, 18 nachgeschaltet ist.

Den mechanischen Teil des Fahrantriebs bildet beim Ausführungsbeispiel eine kompakte Baugruppe, in der, auf einer gemeinsamen Achse, die beiden Antriebsmotoren 11, 12, die Getriebe 17, 18 und die Fahrzeugräder 13, 14 zusammengefasst sind. Der erste elektrische Antriebsmotor 11 dient dem Radantrieb ausschließlich auf der einen und der zweite elektrische Antriebsmotor 12 dem Radantrieb ausschließlich auf der anderen Fahrzeugseite. Die Leistungssteuerung der Elektromotoren 11, 12 im Hochvoltbetrieb von z. B. 400 Volt Betriebsspannung erfolgt über einen Inverter 20, der beim Ausführungsbeispiel als Dual- Inverter mit getrennter Steuerung des einen und des anderen Elektromotors ausgebildet ist.

Als Energiespeicher verfügt das Fahrzeug über drei Batterien bzw. Traktionsbatterien 21 , 22, 23. Die Funktionskontrolle der Batterien, zum Beispiel die Spannung- und Temperatur-Überwachung, das Einstellen von Grenzwerten etc. erfolgt durch eine Steuereinheit 33. An die Steuereinheit 33 ist ein Ladegerät 34, also ein Batterieladegerät, angeschlossen.

Hochvoltverbindungen bestehen zwischen den Batterien 21, 22, 23 und einer Schalt- und Verteilerbox 37, welche die Zentrale der Leistungssteuerung bildet. Sie ist vorzugsweise vom Bautyp einer HV PDU (High Voltage Power Distribution Unit) und enthält neben Hochvoltkomponenten auch Niedervoltkomponenten. Ein weiteres Hochvoltkabel führt von der Schalt- und Verteilerbox 37 zu dem Inverter 20.

Für die verschiedenen Steuerungs- und/oder Überwachungsfunktionen sind das Ladegerät 34, das Steuergerät 33 der Batterien, die Schalt- und Verteilerbox 37 und der Inverter 20 signaltechnisch mit einer nachfolgend näher beschriebenen Steuer- und Kontrollanordnung verbunden. Diese Verbindungen sind Niedervoltverbindungen 25a - 25d.

Die Steuer- und Kontrollanordnung besteht aus zwei Modulen, indem sie sich verteilt auf einerseits ein primäres Steuer- und Kontrollmodul 30, welches ein generisches Teilsystem der Steuer- und Kontrollanordnung bildet, und andererseits ein sekundäres Steuer- und Kontrollmodul 40, welches ein fahrzeug- oder modellspezifisches Teilsystem der Steuer- und Kontrollanordnung bildet.

Die primären und sekundären Module 30, 40 arbeiten beide im Niedervoltbetrieb mit Betriebsspannungen von 12 Volt DC oder 24 Volt DC. Da die beiden Systeme, also das sekundäre Modul 30 einerseits und das primäre Modul 40 andererseits, unabhängig voneinander konfiguriert sind, können und sollten auch die jeweiligen Betriebsspannungen 12 V bzw. 24 V in den zwei Systemen unterschiedlich groß sein.

Die beiden Module 30, 40 sind auch räumlich voneinander trennbar ausgebildet, wobei sie über eine ebenfalls trennbar ausgebildete Kommunikationsschnittstelle 50 in einer datentechnischen Verbindung stehen. Die Kommunikationsschnittstelle 50 ist ein digitaler

BUS und bevorzugt eine CAN-Verbindung.

Die Aufteilung der Steuer- und Kontrollanordnung auf das primäre Steuer- und Kontrollmodul 30 und das sekundäre Steuer- und Kontrollmodul 40 erfolgt im Hinblick auf die Produktionstechnik bei Nutzfahrzeugen mit elektrischen Fahrantrieben. Diese Fahrzeuge verfügen neben Steuerungs- und Kontrollsystemen, die antriebsbezogen sind, d. h. Steuerungs- und/oder Überwachungsfunktionen mit Bezug auf den elektrischen Fahrantrieb und die Kontrolle der jeweiligen Fahrzustände wahmehmen, über eine Vielzahl weiterer Steuerungs- und/oder Oberwachungssysteme. Diese weiteren Systeme sind fahrzeugspezifisch. Sie können Bezug zur Kontrolle von Fahrzuständen haben, nehmen aber auch ganz andere Steuerungs- und/oder Überwachungsfunktionen innerhalb des Fahrzeugs wahr. Hierzu zählen die Kontrolle fahrzeugindividueller Zusatzaggregate wie etwa einer Klimaanlage oder eines bordeigenen Kühlaggregats im Fall eines auf Kühltransports spezialisierten Nutzfahrzeugs. Gerade Nutzfahrzeuge werden häufig mit entsprechenden Sonderaufbauten versehen, und erfordern dann entsprechende modellspezifische Zusatzaggregate.

Es kann zwar sinnvoll sein, sämtliche bordeigenen Steuerungs- und/oder Überwachungsfunktionen zusammenzufassen, wofür die ohnehin einheitlichen elektrischen Betriebsspannungen sprechen. Ein strikt zentrales Zusammenfassen alter bordeigenen Steuerungs- und Kontrollsysteme in einem einzigen Modul hat jedoch Nachteile. Schon bei der Konzeption und Realisierung der Systemintegration sind die jeweils fahrzeugspezifisch vorhandenen Aggregate und die damit signaltechnisch und steuerungstechnisch verbundenen Lösungen zu berücksichtigen, was zu einem hohen systemtechnischen Aufwand und damit hohen Kosten führen kann. Dies gilt insbesondere bei der Produktion solcher Fahrzeuge, bei denen für einzelne Modellvarianten teils unterschiedliche Anforderungen in Bezug auf die jeweiligen Steuerungs-, Kontroll- und Überwachungsfunktionen bestehen. Für solche Fälle ist die hier beschriebene, flexiblere Lösung von Vorteil, bei der die Steuer- und Kontrollanordnung aufgeteilt ist auf das primäre Steuer- und Kontrollmodul 30, welches das generische Teilsystem bildet, und das sekundäre Steuer- und Kontrollmodul 40, welches das fahrzeug- oder modellspezifische Teilsystem bildet.

Die fahrerseitige Kontrolle des Fahrzeugs erfolgt über Eingabesignale 41 - 44, die über entsprechende Signalleitungen an das sekundäre Steuer- und Kontrollmodul 40 gelangen. Zum Beispiel steht das Eingabesignal 41 für die jeweilige Pedalstellung des Fahrpedals, das Eingabesignal 42 für das Bremssignal der im Fahrzeug verbauten Bremse, das Eingabesignal 43 für die aktuelle Stellung des Gangwahlhebels und damit des im Getriebe 17, 18 eingestellten Modus, und das Eingabesignal 44 für ein ABS-Signal oder für ein Signal eines spezifisch auf die jeweilige Fahrzeugvariante abgestimmten Fahrerassistenzsystems.

Die aus den beiden Steuer- und Kontrollmodulen 30, 40 bestehende Steuer- und Kontrollanordnung befindet sich daher im Signalweg zwischen den fahrerseitigen Eingabesignalen 41 - 44 und dem Inverter 20, wobei die Steuer- und Kontroll module 30, 40 darüber hinaus mit weiteren elektrischen Systemen signaltechnisch verknüpft sind. Dabei sind einige der weiteren elektrischen Systeme signaltechnisch ausschließlich an das primäre Steuer- und Kontrollmodul 30, und andere der elektrischen Systeme ausschließlich an das sekundäre Steuer- und Kontrollmodul 40 angeschlossen.

Der Inverter 20 ist, über die Niedervoltverbindung 25d, ausschließlich an das primäre Steuer- und Kontrollmodul 30 angeschlossen. Auch die Steuereinheit 33 zur Kontrolle der Batterien 21 , 22, 23 ist, über die Niedervoltverbindung 25b, ausschließlich an das primäre Steuer- und Kontrollmodul 30 angeschlossen. Gleiches gilt für die Niedervoltanschlüsse der Schalt- und Verteilerbox 37, in der verschiedene elektrische Schaltkomponenten, unter anderem Relais und Schütze, verbaut sind. Ebenfalls ausschließlich an das primäre Steuer- und Kontrollmodul 30 angeschlossen sind zum Beispiel, einzeln oder in beliebiger Kombination eine Signalverbindung zu der Steuereinheit 33 zur Kontrolle der Batterien 21 , 22, 23, eine Signalverbindung zu dem Ladegerät 34 zum Laden der Batterien 21 , 22, 23, eine Signalverbindung zu einer Ölkühlung 36 des Antriebsmotors, ein Signaleingang von einem Drehzahlsensor 38, der die aktuelle Motordrehzahl erfasst, ein Signaleingang von einer Kühlsensorik 39 zur Erfassung von Temperaturen an dem elektrischen Fahrantrieb oder an dessen Komponenten.

Ausschließlich an das sekundäre Steuer- und Kontrollmodul 40 angeschlossen sind die Signaleingänge für die fahrerseitigen Eingabesignale 41 - 44. Ebenfalls an das sekundäre Steuer- und Kontrollmodul 40 können, einzeln oder in beliebiger Kombination, außerdem angeschlossen sein: eine Signalverbindung zu bordeigenen Kühlaggregaten, eine Signalverbindung zu einer Klimaanlage, eine Signalverbindung zu einer Heizungssteuerung, eine Signalverbindung zu Komponenten von Fahrerassistenzsystemen, eine Signalverbindung zu Komponenten der Kommunikationselektronik oder des bordeigenen Infotainment, eine Signalverbindung zu einem System der funkgestützten Fahrzeugortung, optional belegbare, weitere Signaleingänge 45, ein oder mehrere Zusatzmodule 60.

Die primären und sekundären Steuer- und Kontrollmodule 30, 40 sind jeweils in eigenen, geschlossenen und vorzugsweise nach außen hin abgedichteten Gehäusen 30A bzw. 40A angeordnet. Die Kommunikationsschnittstelle 50 besteht in einer elektrischen Kabelverbindung nach CAN-Standard, die sich zwischen den beiden Gehäusen 30A, 40A erstreckt. Vorzugsweise fuhrt die elektrische Kabelverbindung aus einem der Gehäuse 30A bzw. 40A heraus und ist und an ihrem anderen, freien Kabelende mit einem elektrischen Kontaktstecker versehen. Der korrespondierende Gegenstecker ist starr an dem anderen Gehäuse 40A bzw. 30A befestigt. Bezugszeichenliste

10 elektrischer Fahrantrieb

11 Antriebsmotor

12 Antriebsmotor

13 Fahrzeugrad

14 Fahrzeugrad

17 Getriebe

18 Getriebe

20 Inverter

21 Energiespeicher, Batterie

22 Energiespeicher, Batterie

23 Energiespeicher, Baterie

25a Niedervoltverbindung

25b Niedervoltverbindung

25c Niedervoltverbindung

25d Niedervoltverbindung

30 primäres Steuer- und Kontrollmodul

30A Gehäuse

33 Steuereinheit für die Funktionskontrolle von Energiespeichern

34 Ladegerät

36 Ölkühlung

37 Schalt- und Verteilerbox

38 Signaleingang Drehzahlsensor

39 Kühlsensorik

40 sekundäres Steuer- und Kontrollmodul

40A Gehäuse

41 Eingabesignal Fahrpedalsteliung

42 Eingabesignal Getriebestufe

43 Bremssignal

44 Signale Fahrerassistenz

45 weiterer Signaleingang

50 Kommunikationsschnittstelle

60 Zusatzmodul