Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät Die Erfindung geht aus von einer Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahr- zeugsteuergerät nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Betriebsverfahren für eine solche Mehrstrangversorgungseinheit. Elektronische Steuergeräte in einem Fahrzeug werden üblicherweise über eine erste schaltbare Klemme (KL 15 R), welche in einer ersten Zündschlossstellung (Radio) mit einer Energiequelle verbunden ist, und/oder über eine zweite schaltbare Klemme (KL 15) mit Energie versorgt, welche in einer zweiten Zündschlossstellung (Zündung) mit einer Energiequelle verbunden ist. Handelt es sich um Steuergeräte mit einem„SIeep-Modus", welche auch bei abgestelltem Fahrzeug mit Energie versorgt werden, so werden diese über eine Dauerplus-Klemme (KL 30) mit Energie versorgt, welche unabhängig von der Zündschlossstellung mit einer Energiequelle verbunden ist. Ein Versorgungsstrom aus der Dauerplus- Klemme ist bei abgestelltem Fahrzeug im aktiven„SIeep-Modus" nahezu null. Im nicht aktiven„SIeep-Modus", d.h. im normalen Betriebsmodus des Steuergeräts, wird der erforderliche Versorgungsstrom aus der Dauerplus- Klemme bereitgestellt. In einer weiteren Variante sind im normalen Betriebsmodus des Steuergeräts redundant die erste schaltbare Klemme und/oder die zweite schaltbare Klemme als weitere potentielle Versorgungsstränge für das Steuergerät vorge- sehen. Dies hat neben der Versorgungsredundanz den Vorteil, dass die geschalteten Versorgungsstränge auch zur redundanten Wake-up-Signalisierung für das korrespondierende Steuergerät verwendet werden können. Die primäre Wake- up-Funktion und/oder der SIeep-Modus können über geeignete Busaktivitäten bzw. Busbefehle gesteuert werden. Die bereitgestellten Versorgungsstränge werden im Steuergerät verpolgeschützt und„Wired-Or" verknüpft. Dadurch kann sichergestellt werden, dass im Verpolungsfall eines Versorgungsstrangs oder mehrerer Versorgungsstränge kein Schaden im Steuergerät entstehen kann. Die „Wired-Or- Verknüpfung" der Versorgungsstränge im Steuergerät dient außerdem der redundanten Versorgung des Steuergeräts während des normalen Betriebs- modus. Bisher werden Silizium-Dioden als Verpolungsschutzmittel im Dauerstrombereich bis 2 A eingesetzt. Dies führt zu Spannungsabfällen von bis zu einem IV und zu einer Verlustleistung von bis zu 2 W. In verbesserten Systemen mit niedrigeren Spannungsabfällen werden Schottky- Dioden eingesetzt, wodurch sich ein Dauerstrom von bis zu 4 A gut darstellen lässt. Die Spannungsabfälle liegen hier bei unter 0,6 V, was zu einer Verlustleistung von bis zu 2,4 W führen kann.

Die Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und das Betriebsverfahren für eine Mehrstrangversorgungseinheit haben den Vorteil, dass die Spannungsabfälle für den Verpolschutz und damit auch die Verlustleistungen der einzelnen Versorgungsstränge bei Dauerstrombetrieb durch die parallel zu den Schutzdioden eingeschleiften Schaltelemente deutlich reduziert werden können. Hierbei stellen die Schutzdioden in jedem Versorgungsstrang in vorteilhafter Weise einen statischen und/oder dynamischen Verpolschutz und einen Rückspeiseschutz zur Verfügung. Dadurch können in vorteilhafter Weise steigende Stromanforderungen von zukünftigen größeren Steuergeräten für Sicherheitssysteme, Assistenzsysteme usw. bedient werden, welche insbesondere in Fahrzeugen mit zumindest teilautonomen Fahrfunktionen verwendet werden. Zudem berücksichtigen Ausführungsformen der Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät neben dem Verpolschutz auch weitere Filterschaltungen für nachfolgende Schaltregler.

Ausführungsformen der Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuerge- rät werden vorzugsweise als Zweistrangversorgungeinheiten ausgeführt, wobei in der Regel ein erster Versorgungsstrang über eine Dauerplus- Klemme eines Zündschlosses permanent mit Energie versorgt ist und ein zweiter Versorgungsstrang über eine schaltbare Klemme des Zündschlosses mit Energie versorgt ist. Zudem fließen bei Ausführungsformen der Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät im Sleep- Modus des korrespondierenden Steuergeräts über die Versorgungsstränge nur Ströme unter 100 μΑ.

Des Weiteren überwachen Ausführungsformen der Mehrstrangversorgungsein- heit für ein Fahrzeugsteuergerät die einzelnen Versorgungsstränge, um insbesondere ein Fehlen eines Versorgungsstrangs oder einen Kurzschluss eines Versorgungsstrangs zu erkennen. Ausführungsformen der Mehrstrangversor- gungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät sind in vorteilhafter Weise so ausgeführt, dass ein Energiespeicher als Ausgangslast eingesetzt werden kann. Dieser Energiespeicher ist vorzugsweise als Kondensator ausgeführt und kann bei Einbruch, Kurzschluss und/oder Unterbrechung der Mehrstrangversorgungseinheit Energie für eine definierte Zeitspanne von üblicherweise wenigen 100 is bis zu 10 ms zur Aufrechterhaltung der Steuergeräteversorgung bereitstellen, ohne dass große Teile dieser Energie in die Mehrstrangversorgungseinheit zurückge- speist werden.

In vorteilhafter Weise unterbinden Ausführungsformen der Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät ein permanentes Rückspeisen von einem Versorgungsstrang in einen anderen Versorgungsstrang, wenn die Versor- gungsstränge unterschiedliche Spannungshöhen aufweisen. Auch bei dynamischen Vorgängen, insbesondere bei Wechselspannungsanteilen auf den Gleichspannungen der Versorgungsstränge, wird eine dynamische Rückspeiseenergie in vorteilhafter Weise begrenzt. Zudem beinhalten Ausführungsformen der Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät Schutzmaßnahmen gegen positive bzw. negative Impulse auf den Versorgungssträngen und ermöglichen insbesondere ein unsymmetrisches Klammern bzw. Begrenzen der positiven und negativen Impulse.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Mehrstrangversor- gungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät, mit mindestens zwei Versorgungssträngen, welche jeweils am Eingang mit mindestens einer Fahrzeugspannungsquelle verbunden und am Ausgang in einem gemeinsamen Knotenpunkt zusammengeführt sind, und einer Schutzvorrichtung zur Verfügung, welche in den mindestens zwei Versorgungssträngen jeweils mindestens eine erste Schutzdio- de umfasst, welche in Durchlassrichtung zwischen der mindestens einen Fahr- zeugspannungsquelle und dem Knotenpunkt in die mindestens zwei Versorgungsstränge eingeschleift ist. Hierbei ist in die mindestens zwei Versorgungsstränge jeweils mindestens ein Schaltelement parallel zu der mindestens einen Schutzdiode eingeschleift. Zudem erfasst eine Auswerte- und Steuereinheit an den Eingängen der mindestens zwei Versorgungsstränge jeweils eine Strangspannung und am gemeinsamen Knotenpunkt eine verpolgeschützte Versorgungsspannung und wertet diese aus. In Abhängigkeit von der Auswertung steuert die Auswerte- und Steuereinheit die Schaltelemente in den mindestens zwei Versorgungssträngen über korrespondierende Ansteuersignale an.

Zudem wird ein Betriebsverfahren für eine solche Mehrstrangversorgungseinheit vorgeschlagen, welche an den Eingängen der mindestens zwei Versorgungsstränge jeweils eine Strangspannung und am gemeinsamen Knotenpunkt eine verpolgeschützte Versorgungsspannung erfasst und auswertet. Hierbei werden die Schaltelemente in den mindestens zwei Versorgungssträngen in Abhängigkeit von der Auswertung über korrespondierende Ansteuersignale angesteuert.

Unter der Auswerte- und Steuereinheit kann vorliegend ein elektrisches Gerät, wie beispielsweise ein Steuergerät, insbesondere ein Driver-Assistance- Steuergerät ein Integriertes Sicherheitssystem oder ein Airbagsteuergerät, verstanden werden, welches erfasste Sensorsignale, wie beispielsweise Videosignale, Radarsignale, Lidarsignale, Temperatursignale, Infrarotsignale, Positionssignale, Beschleunigungssignale, Drucksignale, Drehratensignale usw., und/oder Spannungen und/oder Ströme verarbeitet bzw. auswertet. Die Auswerte- und Steuereinheit kann mindestens eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Auswerte- und Steuereinheit beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkrei- se sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspei- eher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung der Auswertung verwendet wird, wenn das Programm von der Auswerte- und Steuereinheit ausgeführt wird.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiter- bildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät und des im unabhängigen Patentanspruch 16 angegebenen Betriebsverfahrens für eine solche Mehrstrangversorgungseinheit möglich. Besonders vorteilhaft ist, dass die Auswerte- und Steuereinheit die einzelnen

Strangspannungen miteinander und/oder mit der verpolgeschützten Versorgungsspannung vergleichen kann und in Abhängigkeit der Vergleiche über eine Hardwaresteuereinheit die Ansteuersignale für das mindestens eine Schaltelement erzeugen kann. Unter einer Hardwaresteuereinheit wird nachfolgend eine elektrische Schaltung verstanden, welche aus disktreten elektronischen oder elektrischen Bauteilen bzw. Komponenten aufgebaut, so dass sehr schnelle Auswertevorgänge zur Erkennung von internen Bedingungen und kurze Schaltzeiten umgesetzt werden können. Das bedeutet, dass die Hardwaresteuereinheit über entsprechende Kontakte und Verbindungen direkt mit den Eingängen der Versorgungsstränge sowie dem gemeinsamen Knotenpunkt verbunden sein kann und über den gemeinsamen Knotenpunkt mit Energie versorgt werden kann. Die Hardwaresteuereinheit oder Teile der Hardwaresteuereinheit können über einen Sleep-Eingang ein- oder ausgeschaltet werden. Die Auswerte- und Steuereinheit kann das mindestens eine Schaltelement über die von der Hardwa- resteuereinheit erzeugten Ansteuersignale schließen, wenn eine Differenz zwischen der korrespondierenden Strangspannung und der verpolgeschützten Versorgungsspannung am gemeinsamen Knotenpunkt einen vorgegebenen ersten Schwellwert überschreitet. Dadurch kann ein Spannungsabfall über dem korrespondierenden Versorgungsstrang und damit die Verlustleistung in vorteilhafter Weise reduziert werden. Zudem kann die Auswerte- und Steuereinheit das mindestens eine Schaltelement über die von der Hardwaresteuereinheit erzeugten Ansteuersignale öffnen, wenn die Differenz zwischen der korrespondierenden Strangspannung und der verpolgeschützten Versorgungsspannung am gemeinsamen Knotenpunkt einen vorgegebenen zweiten Schwellwert unterschreitet bzw. negativ wird. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine Rückspeisung vom gemeinsamen Knotenpunkt über das geschlossene Schaltelement in den betroffenen Versorgungsstrang verhindert werden. Zudem kann eine Differenz zwischen dem ersten Schwellwert und dem zweiten Schwellwert über einen veränderbaren Widerstand in der Hardwaresteuereinheit eingestellt werden. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine Hysterese für die Schaltelemente in den einzelnen Versorgungssträngen vorgegeben werden, um die Stabilität der Schaltentscheidung zu verbessern. Im Normalfall sind alle Schaltelemente gleich ausgeführt und werden mit identischer Hysterese betrieben. In diesem Falle genügt eine gemeinsame Einstellung der Hysterese für alle Schaltelemente. Alternativ kann für jedes Schaltelement eine eigene Hysterese vorgegeben werden. Für die Einstellung der Hysterese können der Innenwiderstand des Schaltelements, die Stabilität der Schaltentscheidung und die Rückstromerkennungshöhe im zugehörigen Versorgungsstrang berücksichtigt werden. Damit kann die Stabilität der Schaltentscheidung von der individuell zu erkennenden Rückspeisestromhöhe abhängig gemacht und an den Innenwiderstand der verwendeten Schaltelemente angepasst werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Mehrstrangversorgungseinheit kann die Auswerte- und Steuereinheit eine Rechnereinheit umfassen, welche die mindestens zwei Versorgungsstränge in Abhängigkeit von vorgegebenen Bedingungen einzeln überprüft. Hierbei kann die Rechnereinheit zur Überprüfung der mindestens zwei Versorgungsstränge mindestens ein Steuersignal erzeugen und an die Hardwaresteuereinheit ausgeben, welche in Reaktion auf das mindestens eine Steuersignal die korrespondierenden Ansteuersignale für das mindestens eine Schaltelement erzeugen und ausgeben kann. Zur Erkennung von Leitungsunterbrechungen oder Kurzschlüssen oder von sonstigen Problemen oder zur Prüfung der Qualität eines Versorgungsstrangs können die Schaltelemente in den einzelnen Versorgungssträngen kurzzeitig geöffnet und die Reaktionen der einzelnen Strangspannungen und der verpolgeschützten Versorgungsspannung am gemeinsamen Knotenpunkt erfasst und ausgewertet werden. Als Maß für die Qualität kann beispielsweise ein Innenwiderstand des korrespondierenden Versorgungsstrangs ermittelt und ausgewertet werden. Hierbei ist die Qualität des Versorgungsstrangs umgekehrt proportional zum Innenwiderstand, d.h. die Qualität des Versorgungsstrangs nimmt mit steigendem Innenwiderstand ab. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Mehrstrangversorgungseinheit kann die Rechnereinheit eine Warnmeldung erzeugen und/oder eine Fehlerspeiche- rung vornehmen und über eine akustische und/oder optische Ausgabeeinheit und/oder über eine Diagnoseschnittstelle ausgeben, wenn die Rechnereinheit ei- ne Leitungsunterbrechung und/oder ein Problem und/oder eine schlechte Qualität in den mindestens zwei Versorgungssträngen erkennt. Dadurch kann der Fahrer rechtzeitig gewarnt werden und die Kontrolle über zumindest teilautomatische Funktionen wieder übernehmen oder das Problem kann beim nächsten Service behoben werden. So kann beispielsweise Fehlerart, Fehlerort und Feh- lerzeit bis zum nächsten Service gespeichert werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Mehrstrangversorgungseinheit kann in den mindestens zwei Versorgungssträngen jeweils ein Feldeffekttransistor die mindestens eine erste Schutzdiode und das mindestens eine Schaltelement aus- bilden. Vorzugsweise sind die Feldeffekttransistoren als Diese P-Kanal-MOS-

Feldeffekttransistoren (PMOSFET) ausgeführt, welche in Vorwärtsrichtung über eine Bulk-Diode zwischen Drain und Source leitend sind. Dies ermöglicht eine einfache Ansteuerung durch eine positive Source-Gate-Spannung. Um eine Pulsbelastung des mindestens einen Schaltelements zu reduzieren, kann min- destens eine zweite Schutzdiode in den mindestens zwei Versorgungssträngen jeweils parallel zur mindestens einen ersten Schutzdiode und zu dem mindestens einen Schaltelement angeordnet werden. Die mindestens eine zweite Schutzdiode schützt das korrespondierende Schaltelement, insbesondere bei einer Ausführung als PMOSFET, vor hohen negativen Spannungsimpulsen, welche bei- spielsweise bei Schaltvorgängen, wie beispielsweise einem Abschalten einer parallel zum Steuergerät angeordneten Induktivität, wie Sitzheizung, Scheibenheizung usw., auf dem Versorgungsstrang entstehen können. Die mindestens eine zweite Schutzdiode kann vorzugsweise als leistungsfähige Suppressordiode (TSV) mit einer Durchbruchspannung im Bereich von 24V bis 40V ausgeführt werden. Zudem können die Ausgänge der mindestens zwei Versorgungsstränge jeweils einzeln vor dem gemeinsamen Knotenpunkt oder gemeinsam am gemeinsamen Knotenpunkt über mindestens eine dritte Schutzdiode mit Masse verbunden werden, welche geeignet ist, eine positive Pulsbelastung der mindestens zwei Versorgungsstränge zu reduzieren. Hierbei kann die mindestens eine dritte Schutzdiode eine am gemeinsamen Knotenpunkt auftretende negative Spannung auf einen vorgebbaren Wert begrenzen und bei defektem Strangschalter im Verpolungsfall eine elektrische Fahrzeugsicherung auslösen. Die negative Spannung kann beispielsweise auf einen Wert im Bereich zwischen -0,3 V bis -1,2 V begrenzt werden. Die Ergänzung der Schaltung mit der zentralen min- destens einen dritten Schutzdiode dient dem Schutz der Mehrstrangversor- gungsvorrichtung gegen positive Impulse einschließlich eines Lasteinbruchs (load-dump). Kommt es zu einer positive Pulsbelastung in einem der Versorgungstränge, so werden die Impulse durch die mindestens eine dritte Schutzdiode geklammert bzw. begrenzt. Die mindestens eine dritte Schutzdiode kann vor- zugsweise als leistungsfähige Suppressordiode (TSV) mit einer Durchbruch- spannung im Bereich von 30 V bis 42 V ausgeführt werden. Durch die mindestens eine zweite Schutzdiode und die mindestens eine dritte Schutzdiode lassen sich die Pulsbelastungen der Schaltelemente reduzieren, so dass in vorteilhafter Weise kostengünstigere Transistortypen mit einer kleineren Source-Drain- Festigkeit und niedrigem Durchgangswiderstand und kleinerem Flächenbedarf eingesetzt werden können. Die statische Verpolungssicherheit des Versorgungsstrangs wird durch die zusätzliche mindestens eine zweite Schutzdiode und die mindestens eine dritte Schutzdiode nicht negativ beeinflusst. Zudem ergibt sich durch den Einsatz der mindestens einen zweiten Schutzdiode und der mindes- tens einen dritten Schutzdiode die Möglichkeit einer unsymmetrischen Klammerung bzw. Begrenzung von negativen bzw. positiven Versorgungsimpulsen, wodurch die Größe bzw. Absorbtionsleistung des negativen Klammerelements von der des positiven Klammerelements entkoppelt werden kann. Des Weiteren vereint die unidirektionale Klammerung am gemeinsamen Knotenpunkt in vorteil- hafter Weise einen erweiterten Schutz gegen Verpolung im Falle eines Defektes eines Schaltelements im Versorgungsstrang mit dem Ziel, die Strangsicherung auszulösen bevor es zu einem Schaden im Steuergerät kommt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Mehrstrangversorgungseinheit können die Eingänge der mindestens zwei Versorgungsstränge jeweils durch mindestens ein RC-Glied, welches einen ohmschen Widerstand und eine Kapazität umfasst, mit Masse verbunden und bedämpft werden. Zudem können die Ausgänge der mindestens zwei Versorgungsstränge jeweils einzeln vor dem gemeinsamen Knotenpunkt oder gemeinsam am gemeinsamen Knotenpunkt durch mindestens ein RC-Glied, welches einen ohmschen Widerstand und eine Kapazität umfasst, mit Masse verbunden und bedämpft werden. Dadurch können induktive Störspannungen, beispielsweise vom Versorgungsstrang bedämpft werden, welche sich durch eine Anbindung an die Fahrzeugbatterie neben einem ohmschen Widerstand ergeben. Dadurch kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass Schaltvorgänge Störspannungen in den einzelnen Versorgungssträngen und am gemeinsamen Knotenpunkt hervorrufen, welche Störgrenzwerte überschreiten und eine optimale Ansteuerung der Schaltelemente gefährden können. Die Dimensionierung der RC-Glieder ist abhängig von den Ersatzinduktivitäten und Strömen der einzelnen Versorgungsstränge.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Mehrstrangversorgungseinheit kann der gemeinsame Knotenpunkt über ein passives Filter mit dem Steuergerät verbunden werden. Vorzugsweise kann das passive Filter eine Energiereserve aufweisen, welche einen kurzzeitigen Spannungseinbruch ausgleichen kann. Die Energiereserve kann vorzugsweise einen Kondensator umfassen. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann das passive Filter als Mehrstrang-T- Filter ausgeführt werden. Herbei kann jeweils eine erste Filterinduktivität in den mindestens zwei Versorgungssträngen zwischen dem Schaltelement und dem gemeinsamen Knotenpunkt eingeschleift sein, und eine gemeinsame zweite Filterinduktivität kann zwischen dem gemeinsamen Knotenpunkt und einem Filterausgang eingeschleift sein. Diese Ausführungsform erlaubt eine symmetrische Anbindung der Versorgungsstränge an das nachfolgende Steuergerät und ermöglicht Grenzfrequenzen von unter 20 kHz, um nachfolgende Schaltregler des Steuergeräts bezüglich eines PSSR (power supply rejection ratio) für Störfrequenzen über der Regelfrequenz zu unterstützen.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Betriebsverfahrens können die einzelnen Strangspannungen miteinander und/oder mit der verpolgeschützten Versorgungsspannung verglichen werden und in Abhängigkeit der Vergleiche die An- steuersignale für das mindestens eine Schaltelement über die Hardwaresteuereinheit erzeugt werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Betriebsverfahrens können die mindestens zwei Versorgungsstränge während des Betriebs in Abhängigkeit von vorgegebenen Bedingungen einzeln überprüft werden. Die Überprüfung der min- destens zwei Versorgungsstränge kann beispielsweise in vorgegebenen zeitlichen Abständen erfolgen. Zusätzlich oder alternativ können die mindestens zwei Versorgungsstränge einzeln überprüft werden, wenn eine Spannungsdifferenz zwischen den Strangspannungen einen vorgegebenen Betrag überschreitet.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Betriebsverfahrens kann bei einer ersten Überprüfung der einzelnen Versorgungsstränge das mindestens eine Schaltelement des zu überprüfenden Versorgungsstrangs geöffnet werden und die Reaktionen der korrespondierenden Strangspannung und der verpolgeschützten Versorgungsspannung am gemeinsamen Knotenpunkt erfasst und ausgewertet werden. Hierbei kann eine Leitungsunterbrechung in dem zu überprüfenden Versorgungsstrang erkannt werden, wenn die korrespondierende Strangspannung bei geöffnetem Schaltelement unterhalb eines vorgegebenen minimalen Grenzwert liegt, beispielsweise in einem Spannungsbereich zwischen 0 V und 6 V. Nach der Überprüfung wird das geöffnete Schaltelement wieder geschlossen und der nächste Versorgungsstrang kann überprüft werden, indem das korrespondierende Schaltelement geöffnet wird. Die kurzeitige Überprüfung eines Versorgungsstrangs durch Öffnen des zugeordneten Schaltelements gefährdet die Steuergeräteversorgung in keiner Weise, da der betroffene Versorgungsstrang über die erste Schutzdiode und zusätzlich über die parallele zweite Schutzdiode nach wie vor die Steuergeräteversorgung sicherstellen kann.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Betriebsverfahrens kann bei einer zweiten Überprüfung der mindestens zwei Versorgungsstränge nur das korrespondierende Schaltelement des zu überprüfenden Versorgungsstrangs geschlossen werden, und die Schaltelemente der anderen Versorgungsstränge können geöffnet werden, und die Reaktion der korrespondierenden Strangspannung im belasteten zu überprüfenden Versorgungsstrang kann erfasst und ausgewertet werden. Hierbei kann ein Problem, welches beispielsweise durch schlechte Kontakte oder einen zu hohen Ersatzwiderstand des zu überprüfenden Versorgungsstrangs verursacht wird, in dem belasteten zu überprüfenden Versorgungsstrang erkannt werden, wenn die korrespondierende Strangspannung bei geschlossenem Schaltelement unterhalb eines vorgegebenen Lastgrenzwertes liegt. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Betriebsverfahrens können die einzelnen Strangspannungen miteinander und jeweils mit einer Fahrzeugspannung der verbundenen Fahrzeugspannungsquelle verglichen werden. Basierend auf dem Vergleich kann auf einen Innenwiderstand des korrespondierenden Versor- gungsstrangs geschlossen werden. Ebenso kann durch Auswertung aller Strangspannungsdifferenzen vor und nach der Abschaltung des korrespondierenden Schaltelements auf den Innenwiderstand des Versorgungsstrangs geschlossen werden, wenn eine bekannte Stromänderung eintritt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Betriebsverfahrens kann eine Warnmeldung erzeugt und/oder eine Fehlerspeicherung vorgenommen und über eine akustische und/oder optische Ausgabeeinheit und/oder über eine Diagnoseschnittstelle ausgegeben werden, wenn eine Leitungsunterbrechung und/oder ein Problem und/oder eine schlechte Qualität in den mindestens zwei Versorgungssträngen erkannt wird. Hierbei kann die schlechte Qualität beispielsweise dadurch erkannt werden, dass der Innenwiderstand einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Dadurch kann der Fahrer rechtzeitig gewarnt werden und die Kontrolle über zumindest teilautomatische Funktionen wieder übernehmen oder das Problem kann beim nächsten Service behoben werden. So kann beispielsweise Fehlerart, Fehlerort und Fehlerzeit bis zum nächsten Service gespeichert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung be- zeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Schutzvorrichtung. Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen IVlehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Schutzvorrichtung.

Fig. 3 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Schutzvorrichtung für die erfindungsgemäßen Mehrstrangversor- gungseinheiten aus Fig. 1 und 2, welche mit einer Energiequelle verbunden ist.

Fig. 4 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm der Schutzvorrichtung aus Fig. 3, welche mit zwei Energiequellen verbunden ist.

Fig. 5 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels einer Schutzvorrichtung für die erfindungsgemäßen Mehrstrangversor- gungseinheiten aus Fig. 1 und 2.

Fig. 6 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen IVlehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät mit einem vierten Ausführungsbeispiel einer Schutzvorrichtung.

Fig. 7 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Hardwaresteuereinheit für eine Auswerte- und Steuereinheit der erfindungsgemäßen IVlehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät aus Fig. 6.

Fig. 8 zeigt ein Kennliniendiagramm von Spannungen während eines Normalbetriebs der erfindungsgemäßen IVlehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät aus Fig. 1 mit der Schutzvorrichtung aus Fig. 3.

Fig. 9 zeigt ein Kennliniendiagramm von verschiedenen Größen der erfindungsgemäßen IVlehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät aus Fig. 1 und 2 mit der Schutzvorrichtung aus Fig. 4, wobei die Mehrstrangversorgungs- vorrichtung unterschiedliche Gleichanteile aufweist und mit einer 1kHz Sinus- Störspannung gestört ist. Fig. 10 zeigt ein Kennliniendiagramm von verschiedenen Größen der erfindungs- gemäßen Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät aus Fig. 1 und 2 mit der Schutzvorrichtung aus Fig. 4, wobei die Mehrstrangversorgungs- vorrichtung unterschiedliche Gleichanteile aufweist.

Ausführungsformen der Erfindung

Wie aus Fig. 1 bis 7 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheit 1A, 1B, IC für ein Fahrzeugsteuergerät 2 jeweils mindestens zwei Versorgungsstränge Sl, S2, welche jeweils am Eingang mit mindestens einer Fahrzeugspannungsquelle B, Bl, B2 verbunden und am Ausgang in einem gemeinsamen Knotenpunkt KP zusammengeführt sind, und eine Schutzvorrichtung 3A, 3B, 3C, 3D, welche in den mindestens zwei Versorgungssträngen Sl, S2 jeweils mindestens eine erste Schutzdiode Dvsl, Dvs2 umfasst, welche in Durchlassrichtung zwischen der mindestens einen Fahrzeugspannungsquelle B, Bl, B2 und dem Knotenpunkt KP in die mindestens zwei Versorgungsstränge Sl, S2 eingeschleift ist. Hierbei ist in die mindestens zwei Versorgungsstränge Sl, S2 jeweils mindestens ein Schaltelement Svsl, Svs2 parallel zu der mindestens einen Schutzdiode Dvsl, Dvs2 eingeschleift, wobei eine Auswerte- und Steuereinheit 10A, 10B, IOC an den Eingängen der mindestens zwei Versorgungsstränge Sl, S2 jeweils eine Strangspannung VS1, VS2 und am gemeinsamen Knotenpunkt KP eine verpol- geschützte Versorgungsspannung VP erfasst und auswertet. In Abhängigkeit von der Auswertung steuert die Auswerte- und Steuereinheit 10A, 10B, IOC die Schaltelemente Svsl, Svs2 in den mindestens zwei Versorgungssträngen Sl, S2 über korrespondierende Ansteuersignale Svsl_CTL, Svs2_CTL an.

In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Mehrstrangversorgungseinheit 1A, 1B, IC jeweils als Zweistrangversorgungseinheit mit zwei Vorsorgungssträn- gen Sl, S2 ausgeführt. In alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können die Mehrstrangversorgungseinheit 1A, 1B, IC auch mehr als zwei Versorgungsstränge Sl, S2 aufweisen.

Wie aus Fig. 1 bis 7 weiter ersichtlich ist, werden in den dargestellten Vorsor- gungssträngen Sl, S2 die ersten Schutzdioden Dvsl, Dvs2 für einen statischen und/oder dynamischen Verpolschutz, eine Versorgungssicherheit bei geöffnetem Schaltelement Svsl, Svs2 und für einen Rückspeiseschutz eingesetzt. Zur Reduktion eines Spannungsabfalls in Versorgungsrichtung werden in den Vorsor- gungssträngen Sl, S2 die Schaltelemente Svsl, Svs2 eingesetzt, welche parallel zu den ersten Schutzdioden Dvsl, Dvs2 angeordnet sind. Die Auswerte- und

Steuereinheit 10A, 10B, IOC vergleicht die einzelnen Strangspannungen VS1, VS2 miteinander und/oder mit der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP und erzeugt in Abhängigkeit der Vergleiche über eine Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C die Ansteuersignale Svsl_CTL, Svs2_CTL für die Schaltelemente Svsl, Svs2. Hierzu verwendet die Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C Verbindungen zu den beiden Versorgungssträngen Sl, S2 über die Klemmen VS1JN, VS2JN sowie zum gemeinsamen Knotenpunkt KP über die Klemme VPJN. Versorgt wird die Hardwaresteuereinheit 12 A, 12 B, 12 C mit der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP und Masse GND über die Klemmen VPJN und GND.

In einem Normalbetrieb schließt die Auswerte- und Steuereinheit 10A, 10B, IOC die Schaltelemente Svsl, Svs2 über die Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C, wenn eine Differenz zwischen der korrespondierenden Strangspannung VS1, VS2 und der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP am gemeinsamen

Knotenpunkt KP einen vorgegebenen ersten Schwellwert überschreitet. Die Auswerte- und Steuereinheit 10A, 10B, IOC öffnet die Schaltelemente Svsl, Svs2 über die Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C, wenn die Differenz zwischen der korrespondierenden Strangspannung VS1, VS2 und der verpolge- schützten Versorgungsspannung VP am gemeinsamen Knotenpunkt KP einen vorgegebenen zweiten Schwellwert unterschreitet bzw. negativ wird. Wie aus Fig. 1, 2 und 6 weiter ersichtlich ist, ist eine Differenz zwischen dem ersten Schwellwert und dem zweiten Schwellwert über einen veränderbaren Widerstand Rhys in der Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C einstellbar ist. Dabei wird im Normalfall für reale Fahrzeugversorgungen ein erstes Schaltelement Svsl geschlossen, wenn ein erstes Ansteuersignal Svsl_CTL einen niedrigen Wert aufweist. Wird das erste Ansteuersignal Svsl_CTL in einem speziellen Treiber für das erste Schaltelement Svsl aufbereitet, können je nach Festlegung entweder logisch„High" bzw. logisch„Low" Signale das erste Schaltelement Svsl schlie- ßen. Dies ist der Fall, wenn eine erste Strangspannung VS1 größer als eine Dif- ferenz aus der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP und einem vorgegebenen Hysteresewert ist. Ansonsten bleibt das erste Schaltelement Svsl geöffnet. Ein zweites Schaltelement Svs2 wird im Normalfall für reale Fahrzeugversorgungen geschlossen, wenn ein zweites Ansteuersignal Svs2_CTL einen niedrigen Wert aufweist. Wird das zweite Ansteuersignal Svs2_CTL in einem speziellen Treiber für das zweite Schaltelement Svs2 aufbereitet, können je nach Festlegung entweder logisch„High" bzw. logisch„Low" Signale das zweite Schaltelement Svsl schließen. Dies ist der Fall, wenn eine zweite Strangspannung VS2 größer als eine Differenz aus der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP und einem vorgegebenen Hysteresewert ist. Ansonsten bleibt das zweite Schaltelement Svs2 geöffnet. Die Schalthysterese verhindert in vorteilhafter Weise ein Oszillieren der Schaltelemente Svsl, Svs2, da nach Schließen des korrespondierenden Schaltelements Svsl, Svs2 die verpolgeschützte Versorgungsspannung VP aufgrund des niedrigen Schalterwiderstandes nur geringfügig unter die versorgende Strangspannung VS1, VS2 steigt. Die Schalthysterese kann entweder fest für die baugleichen Schaltelemente Svsl, Svs2 vorgegeben werden. In den dargestellten Ausführungsspielen kann die Hysterese über den optionalen Widerstand Rhys angepasst werden. Maßgebend für die Anpassung sind die Innenwiderstände der Schaltelemente Svsl, Svs2, die Strangstromhöhe in Versorgungsrichtung eine gewünschte Stabilität der Schaltentscheidung und eine Rückstromerkennungshöhe im korrespondierenden Versorgungsstrang Sl, S2.

Wie aus Fig. 1, 2 und 6 weiter ersichtlich ist, umfasst die Auswerte- und Steuereinheit 10A, 10B, IOC eine Rechnereinheit 14A, 14B, 14C, welche die beiden Versorgungsstränge Sl, S2 in Abhängigkeit von vorgegebenen Bedingungen einzeln überprüft. Zur Überprüfung der zwei Versorgungsstränge Sl, S2 erzeugt die Rechnereinheit 14A, 14B, 14C entsprechende Steuersignale STR1_CTL, STR2_CTL und gibt diese an die Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C aus. Die Hardwaresteuereinheit 12 A, 12 B, 12C erzeugt in Reaktion auf die Steuersignale STR1_CTL, STR2_CTL die korrespondierenden Ansteuersignale Svsl_CTL, Svs2_CTL und gibt diese an die beiden Schaltelemente Svsl, Svs2 oder deren Treiber aus.

Bei den in Fig. 1 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Hardware- Steuereinheit 12A, 12C und die Rechnereinheit 14A, 14C der Auswerte- und Steuereinheit 10A, IOC als Baueinheit ausgeführt und können im Bereich der Schaltelemente Svsl, Svs2 angeordnet oder als Teil des Steuergeräts ausgeführt werden. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Hardwaresteuereinheit 12B und die Rechnereinheit 14B der Auswerte- und Steuereinheit 10B getrennt voneinander angeordnet. Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, ist die Hardwaresteuereinheit 12 B im Bereich der Schaltelemente Svsl, Svs2 angeordnet und die Rechnereinheit 14B ist in das Steuergerät 2 integriert. Zudem ist bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Mehrstrangversorgungseinheit 1B für ein Fahrzeugsteuergerät 2 ein Schaltregler 2.1 des Steuergeräts 2 über ein passives Filter 20 an den gemeinsamen Knotenpunkt KP der Mehrstrangversorgungseinheit 1B angekoppelt. Das passive Filter 20 bedämpft Störungen des Bordnetzes, insbesondere Sinusstörer über 5 kHz bis 20 kHz, unterdrückt die Rückwirkung des Schaltreglers 2.1 auf das Bordnetz und stellt die Versorgung des Steuergeräts 2 im Falle von kurzfristigen Einbrüchen der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP sicher. Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird nachfolgend ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel 20C des passiven Filters 20 beschrieben.

Wie aus Fig. 3 bis 6 weiter ersichtlich ist, sind die Eingänge der beiden Versorgungsstränge Sl, S2 bei den dargestellten Ausführungsbeispielen der Schutzvorrichtung 3B, 3C, 3D jeweils durch ein RC-Glied, welches einen ohmschen Widerstand Rsl, Rs2 und eine Kapazität Csl, Cs2 umfasst, mit Masse GND ver- bunden und bedämpft. Wie aus Fig. 3 und 4 weiter ersichtlich ist, sind die Ausgänge der beiden Versorgungsstränge Sl, S2 im dargestellten Ausführungsbeispiel gemeinsam am gemeinsamen Knotenpunkt KP durch ein RC-Glied mit Masse GND verbunden und bedämpft, welches einen ohmschen Widerstand RP und eine Kapazität CP umfasst. Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich nur durch die Anzahl der Fahrzeugenergiequellen B, Bl, B2 von dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel. Wie aus Fig. 3 weiter ersichtlich ist, ist die Schutzvorrichtung 3B der Mehrstrangversorgungseinheit 1A mit nur einer Fahrzeugenergiequelle B verbunden, welche als dauerhafte Fahrzeugspannung VB über eine erste Leitung, welche durch einen ersten ohmschen Leitungswiderstand Ril und eine erste Leitungsinduktivität Lil repräsentiert ist, den ersten Versorgungsstrang Sl und als über eine zweite Leitung geführte, welche durch einen zweiten ohmschen Leitungswiderstand Ri2 und eine zweite Leitungsinduktivität Li2 repräsentiert ist, und über ein Zündschloss ZS geschaltete Fahrzeugspannung VB den zweiten Versorgungsstrang S2 versorgt. Wie aus Fig. 4 weiter ersichtlich ist, ist die Schutzvorrichtung 3B der Mehrstrangversor- gungseinheit 1A mit zwei Fahrzeugenergiequellen Bl, B2 verbunden. Hierbei versorgt eine erste Fahrzeugenergiequelle Bl als dauerhaft erste Fahrzeugspannung VB1 über eine erste Leitung, welche durch einen ersten ohmschen Leitungswiderstand Ril und eine erste Leitungsinduktivität Lil repräsentiert ist, den ersten Versorgungsstrang Sl, und eine zweite Fahrzeugenergiequelle B2 versorgt als über eine zweite Leitung geführte, welche durch einen zweiten ohmschen Leitungswiderstand Ri2 und eine zweite Leitungsinduktivität Li2 repräsentiert ist, und über das Zündschloss ZS geschaltete zweite Fahrzeugspannung VB2 den zweiten Versorgungsstrang S2. Wie aus Fig. 5 und 6 weiter ersichtlich ist, sind die Ausgänge der dargestellten Ausführungsbeispiele jeweils einzeln vor dem gemeinsamen Knotenpunkt KP durch ein RC-Glied mit Masse GND verbunden und bedämpft, welches einen ohmschen Widerstand Rsll, Rs21 und eine Kapazität Csll, Cs21 umfasst. Da eine Anbindung an eine Fahrzeugenergiequelle Bl, B2 neben dem ohmschen Leitungswiderstand Ril, Ri2 auch die Lei- tungsinduktivität Lil, Li2 umfasst, können durch die RC-Glieder aufgrund der

Schaltvorgänge der Schaltelemente Svsl, Svs2 hervorgerufene Störspannungen auf den Strangspannungen VS1.VS2 und auf der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP kompensiert werden, welche sonst eine optimale Steuerung der Schaltelemente Svsl, Svs2 gefährden könnten. Die Dimensionierung der RC-Glieder ist abhängig von den Leitungsinduktivitäten Lil, Li2 sowie den

Strangströmen der Versorgungstränge Sl, S2.

Das Kennliniendiagramm gemäß Fig. 8 zeigt ein Kennliniendiagramm von Spannungen während einer Simulation eines Normalbetriebs der erfindungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheit 1A für ein Fahrzeugsteuergerät 2 aus Fig. 1 mit der Schutzvorrichtung 3B aus Fig. 3. Wie aus Fig. 3 und 8 ersichtlich ist, wird zum Zeitpunkt 1 die Fahrzeugspannung VB angelegt, so dass die erste Strangspannung VS1 größer als die Differenz aus verpolgeschützter Versorgungsspannung VP und der eingestellten Hysterese ist und das erste Schaltelement Svsl geschlossen wird. Da zum Zeitpunkt 1 das Zündschloss ZS bzw. der Zünd- schlossschalter geöffnet ist, ist die zweite Strangspannung VS2 kleiner als die Differenz aus verpolgeschützter Versorgungsspannung VP und der eingestellten Hysterese, so dass das zweite Schaltelement Svs2 geöffnet bleibt. Daher führt der erste Versorgungsstrang Sl zum Zeitpunkt 1 den gesamten Versorgungs- ström IVP für die nachfolgende Last RL bzw. ein nachfolgendes Steuergerät.

Dies führt dazu, dass die erste Strangspannung VS1 um den vom Versorgungsstrom IVP verursachten Spannungsabfall V_Ril am Leitungswiderstand Ri des ersten Versorgungsstrangs Sl kleiner als die Fahrzeugspannung VB ist. Zudem ist die verpolgeschützte Versorgungsspannung VP um den Spannungsabfall V_Ril über dem ersten Schaltelement Svsl kleiner als die erste Strangspannung

VS1. Der Durchgangswiderstand des ersten Schaltelements Svsl hat im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Wert von ungefähr 10 mOhm und ist daher sehr viel kleiner als der Leitungswiderstand Ril von ca. 100 mOhm. Der Durchgangswiderstand des ersten Schaltelements Svsl ist von der Größe des einge- setzten Transistors abhängig. Dadurch ist auch der Spannungsabfall V_Svsl über dem Schaltelement Svsl sehr viel kleiner als der Spannungsabfall V_Ril über dem Leitungswiderstand Ri, so dass der Leitungswiderstand Ri des ersten Versorgungsstrangs Sl und nicht mehr die überbrückte erste Schutzdiode Dvsl ausschlaggebend für die Höhe der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP ist. Wird im Zeitpunkt 2 das Zündschloss ZS bzw. der Zündschlossschalter Zündung geschlossen, so gilt zu Beginn im stromlosen zweiten Versorgungsstrang S2 die Bedingung, dass die zweite Strangspannung VS2 der Fahrzeugspannung UB entspricht und größer als die Differenz aus verpolgeschützter Versorgungsspannung VP und der eingestellten Hysterese ist. Daher wird zum Zeitpunkt 2 auch das zweite Schaltelement Svs2 im zweiten Versorgungsstrang S2 geschlossen. Als Folge ergibt sich eine Bereitstellung des Versorgungsstromes IVP über zwei Versorgungsstränge Sl, S2, wobei die Leitungswiderstände Ril, Ri2 der Versorgungsstränge maßgeblich für die Stromaufteilung in den Versorgungssträngen Sl, S2 verantwortlich sind und nicht mehr die Verpolungsschutzele- mente der Schutzvorrichtung 3B. Wird beispielsweise für die Durchgangswiderstände der Schaltelemente Svsl, Svs2 ein Wert von 10 mOhm und für den ersten Leitungswiderstand Ril ein Wert von 107 mOhm und für den zweiten Leitungswiderstand Ri2 ein Wert von 127 Ohm angenommen, dann stellt der erste Versorgungsstrang Sl 54 % des Versorgungsstroms IVP bereit und der zweite Versorgungsstrang S2 stellt 46 % des Versorgungsstroms IVP bereit. Das Kennliniendiagramm aus Fig. 9 zeigt verschiedene Signalverläufe der erfin- dungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheit 1A für ein Fahrzeugsteuergerät 2 aus Fig. 1 mit der Schutzvorrichtung 3B aus Fig. 4, wobei die beiden Fahrzeugspannungen VB1, VB2, welche an den beiden Versorgungssträngen Sl, S2 anliegen, unterschiedliche Gleichspannungsanteile aufweisen und jeweils von einer Sinus-Störspannung gestört sind. Die Störspannung kann beispielsweise durch einen Fahrzeuggenerator erzeugt werden. In der dargestellten Simulation weist die erste Fahrzeugspannung VB1 einen Gleichspannungsanteil von 13,5 V und eine erste Störspannung mit einer Amplitude von 4 V und einer Frequenz von 1 kHz auf. Die zweite Fahrzeugspannung VB2 weist einen Gleichanteil von 11,5 V und eine zweite Störspannung mit einer Amplitude von 4 V und einer Frequenz von 1 kHz auf, wobei die erste Störspannung und die zweite Störspannung eine Phasenverschiebung von 90° aufweisen.

Wie aus Fig. 9 weiter ersichtlich ist, ist zum Zeitpunkt 1 die erste Fahrzeugspannung VB1 größer als zweite Fahrzeugspannung VB2 und die ersten Strangspannung VS1 ist größer als die Differenz zwischen der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP und der Hysterese. Dies hat zur Folge, dass das erste Schaltelement Svsl geschlossen ist. Dadurch ist der Spannungsabfall VS1-VP über dem ersten Versorgungsstrang Sl sehr niedrig und die Verlustleistung P_Svsl des ersten Schalterelements Svsl ist trotz hohem Strom Ivsl von ca. 14 A im ersten Versorgungsstrang Sl mit ungefähr 2 W äußerst gering. Die Verlustleistung einer vergleichbaren Schutzdiode ohne paralleles Schaltelement Svsl läge bei gleichen Bedingungen zwischen 7 W und 11 W. Gleichzeitig ist zum Zeitpunkt 1 die zweite Fahrzeugspannung VB2 kleiner als die Differenz zwischen der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP und der Hysterese. Dies hat zur Folge, dass das zweite Schaltelement Svs2 geöffnet ist. Dadurch fließt kein Strom IVS2 im zweiten Versorgungsstrang S2 und eine Sperrspannung liegt an der ersten Schutzdiode Dvs2 des zweiten Versorgungsstrangs S2 an, welche eine Rückspeisung vom ersten Versorgungsstrang Sl in den zweiten Versorgungsstrang S2 verhindert. Somit erfolgt die Versorgung des Steuergeräts 2 zum Zeitpunkt 1 ausschließlich über den ersten Versorgungsstrang Sl. Wie aus Fig. 9 weiter ersichtlich ist, liegen zum Zeitpunkt 2 die Strangspannungen VS1,VS2 und die verpolgeschützte Versorgungsspannung VP nahe beieinander, so dass es aufgrund der bestimmenden ohmschen Leitungswiderstände Ril, Ri2 der Versorgungsstränge Sl, S2 zu einer Aufteilung des Laststroms IL auf die beiden Versorgungsstränge Sl, S2 kommt. Aufgrund dieser Stromaufteilung reduzieren sich die Verlustleistungen P_Svsl, P_Svs2 der Schaltelemente Svsl, Svs2 erheblich auf einen Wert von ca. 0,2 W. Der Spannungsabfall VS2- VP über dem zweiten Versorgungsstrang entspricht dem Spannungsabfall VS1- VP über dem ersten Versorgungsstrang Sl und ist mit 50 mV ca. dreimal niedri- ger als der Spannungsabfall VS1-VP über dem ersten Versorgungsstrang Sl zum Zeitpunkt 1.

Zusammenfassend erfolgen bei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheit 1A, 1B, IC auch bei dynamischen Spannungsun- terschieden an den Versorgungssträngen VS1, VS2 des Steuergeräts keine statischen Rückspeisungen von einem Versorgungsstrang Sl, S2 in den anderen Versorgungsstrang Sl, S2. Des Weiteren sind auch dynamische Rückspeisungen energielimitiert und beschränken sich im Wesentlichen auf die Inhalte aus den Kapazitäten Csl, Cs2, Cp der RC- Filter. Des Weiteren sind die Verlustleis- tungen P_Svsl, P_Svs2 der Schaltelemente Svsl, Svs2 gering und liegen unter

2,2 W. Auch die Spannungsabfälle VS1-VP, VS2-VP über den Versorgungssträngen sind trotz der hohen Strömen IVS1, IVS2 in den Versorgungssträngen Sl, S2 und dem sich daraus ergebenden hohen Laststrom IL im aktiven Zwei- strangverpolungsschutz gering.

Das Kennliniendiagramm aus Fig. 10 zeigt verschiedene Signalverläufe der erfindungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheit 1A für ein Fahrzeugsteuergerät 2 aus Fig. 1 mit der Schutzvorrichtung 3B aus Fig. 4, wobei die beiden Fahrzeugspannungen VBl, VB2, welche an den beiden Versorgungssträngen Sl, S2 anliegen, unterschiedliche Gleichspannungsanteile aufweisen und nicht durch

Störspannungen gestört sind. In der dargestellten Simulation weist die erste Fahrzeugspannung VBl einen Gleichspannungsanteil von 13,5 V und die zweite Fahrzeugspannung VB2 einen Gleichspannungsanateil von 12,5 V auf. Wie aus Fig. 10 weiter ersichtlich ist, ist zum Zeitpunkt 1 die erste Fahrzeugspannung VB1 größer als die zweite Fahrzeugspannung VB2. Dadurch ergibt sich ein Versorgungsstrom IVP, der sich zu ca. zwei Drittel aus dem Strom IVS1 des ersten Versorgungsstrangs Sl (IVS1 » 8,2 A) und zu einem Drittel aus dem Strom IVS3 (IVS2 » 3,5 A) des zweiten Versorgungsstrangs S2 für einen angenommenen Versorgungsstrom IVP bzw. IL von 11,75 A zusammensetzt. Hier ist deutlich zu erkennen, dass für die Stromaufteilung von Hochstromsteuergeräten die Leitungswiderstände Ril, Ri2 der Versorgungsstränge Sl, S2 entscheidend sind, da interne Impedanzen des Steuergeräts 2 aufgrund der Verlustleistungs- reduktion nahezu keine Rolle mehr spielen. Der Vorteil von Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheit 1A, 1B, IC besteht darin, dass neben der Redundanz zur Signalisierung eines Versorgungsfehlers mit sicherer Übernahme der Fahrerkontrolle über eine zumindest teilweise autonome Fahrzeugfunktion, auch eine ständige Verlustleistungsreduktion in der Schutzvor- richtung 3A, 3B, 3C, 3D aufgrund der Stromaufteilung erreicht wird. Die Spannungsabfälle VSl-Vp, VS2-Vp über den Versorgungssträngen Sl, S2 sind mit 82 mV und 35 mV äußerst gering. Dadurch ist trotz des hohen Versorgungsstromes IVP bzw. IL = 11,75 A die Verlustleistung P_Svsl im ersten Schaltelement Svsl mit 680 mW und die Verlustleistung P_Svs2 im zweiten Schaltelement Svs2 mit 120 mW äußerst gering. Das Kennliniendiagramm aus Fig. 8 ist gewählt worden, um zu zeigen welche Zustände bei einer üblichen Versorgungslage über längere Zeiten zu erwarten sind.

Wie aus Fig. 1 bis 6 weiter ersichtlich ist, bildet in den dargestellten Ausfüh- rungsbeispielen der Schutzvorrichtung 3A, 3B, 3C, 3D jeweils ein Feldeffekttransistor FETl, FET2 die erste Schutzdiode Dvsl, Dvs2 und das korrespondierende Schaltelement Svsl, Svs2 in den beiden Versorgungssträngen Sl, S2 aus. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Feldeffekttransistoren FETl, FET2 jeweils als P-Kanal-Leistungs-MOSFET ausgeführt.

Wie aus Fig. 3 bis 6 weiter ersichtlich ist, ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen der Schutzvorrichtung 3B, 3C, 3D jeweils eine zweite Schutzdiode Dzsl, Dzs2 in den beiden Versorgungssträngen Sl, S2 parallel zur ersten Schutzdiode Dvsl, Dvs2 und zum Schaltelement Svsl, Svs2. Die zweiten Schutzdioden Dzsl Dzs2 schützen die Schaltelemente Svsl, Svs2 und reduzieren eine Pulsbelas- tung der Schaltelemente Svsl, Svs2. Dadurch können die Schaltelemente Svsl, Svs2 vor einer ISO-Pulsbelastung geschützt werden, welche Spannungen von über 40 V über den Schaltelementen Svsl, Svs3 erzeugen können. Die zweiten Schutzdioden Dzsl, Dzs2 sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen als Suppressordiode (TSV) mit einer Durchbruchspannung im Bereich von 24 V bis

40 V ausgeführt. Kommt es nun in einem Versorgungsstrang Sl, Sl beispielsweise durch Schalten einer Sitzheizung, einer Scheibenheizung usw. beispielsweise zu einem negativen ISO(7637)-lmpuls vom Typ 1 (-100 V bezogen auf Masse GND, 2 ms, Ri = 10 Ω), dann liegen im ersten Moment bei einem norma- len Steuergeräteversorgungszustand am gemeinsamen Knotenpunkt KP eine verpolgeschützte Versorgungsspannung VP mit einem Wert von ungefähr 12 V an. Dadurch ergibt sich eine korrespondierende Spitzen-Strangspannung VS1, VS2 von ungefähr -100 V. Dies führt in der Spitze zu einem Spannungsabfall VSvsl bzw. (VS1-VP9, VSvs2 bzw. (VS2-VP) über dem korrespondierenden Schaltelement Svsl, Svs2 von ungefähr -112 V. Die Auswahl eines korrespondierenden P-Kanal-Leistungs-MOSFET mit einer Spannungsfestigkeit zwischen Source und Drain von 100 V und mehr bei einem niedrigen Durchlasswiderstand ist sehr teuer und führt zu hohem Flächenbedarf. Durch die zusätzlichen zweiten Schutzdioden Dzsl, Dzs2 lassen sich die Impulsbelastungen der Schaltelemente Svsl, Svs2 deutlich reduzieren, so dass kostengünstigere Transistortypen mit einer Spannungsfestigung zwischen Source und Drain von unter 40 V und mit niedrigem Durchlasswiderstand eingesetzt werden können. Die zusätzlichen zweiten Schutzdioden Dzsl, Dzs2 können weggelassen werden, falls die eingesetzten MOSFETs eine ausreichende und spezifische periodische Avalanche- Energie aufweisen. Die statische Verpolungssicherheit des Steuergeräts 2 gegen

Spannungen bis 20 V bleibt dadurch gewährleistet, ebenso wie das aktive Bekämpfen der negativen Pulsbelastung.

Wie aus Fig. 3 und 4 weiter ersichtlich ist, sind in den dargestellten Ausführungs- beispielen der Schutzvorrichtung 3B die Ausgänge der beiden Versorgungsstränge Sl, S2 gemeinsam am gemeinsamen Knotenpunkt KP über eine dritte Schutzdiode Dzp mit Masse GND verbunden sind, welche eine positive Pulsbelastung der beiden Versorgungsstränge Sl, S2 reduziert. In den in Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen der Schutzvorrichtung 3C, 3D sind die Aus- gänge der beiden Versorgungsstränge Sl, S2 jeweils einzeln vor dem gemein- sannen Knotenpunkt KP über eine dritte Schutzdiode Dzsll, Dzs21 mit Masse verbunden, welche eine positive Pulsbelastung der beiden Versorgungsstränge Sl, S2 reduziert. Die dritten Schutzdiode Dzp, Dzsll, Dzs21 dienen dem Schutz gegen positive ISO-Impulse einschließlich eines Lastabfalls. Kommt es zu einer positive Impulsbelastung in einem Versorgungstrang Sl, S2, so werden am gemeinsamen Knotenpunkt KP Impulse über 30 V durch die dritten Schutzdioden Dzp, Dzsll, Dzs21 geklammert bzw. begrenzt. Die Durchbruchsspannung der dritten Schutzdiode Dzp, Dzsll, Dzs21 kann im Bereich zwischen 30 V bis 42 V gewählt werden. Die dritten Schutzdioden Dzp, Dzsll, Dzs21 führen zu kosten- günstigen Lösungen mit MOSFETS als Schaltelementen Svsl, Svs2 und ermöglichen eine unsymmetrische Klammerung bzw. Begrenzung von negativen Versorgungsimpulsen durch die zweiten Schutzdioden Dzsl, Dzs2 und von positiven Versorgungsimpulsen durch die dritten Schutzdioden Dzp, Dzsll, Dzs21, wodurch Größe bzw. Absorbtionsleistung der negativen Klammerelemente von denen der positiven Klammerelemente entkoppelt werden können. Des Weiteren vereint die unidirektionale Klammerung am gemeinsamen Knotenpunkt KP einen erweiterten Schutz gegen Verpolung im Falle eines Strangschalterdefektes mit dem Ziel, die Strangsicherung auszulösen bevor es zu einem Schaden im Steuergerät 2 kommt.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, ist das passive Filter 20 bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Mehrstrangversorgungseinheit IC als

Mehrstrang-T- Filter 20C ausgeführt. Hierbei ist jeweils eine erste Filterinduktivität LT1, LT2 in die beiden Versorgungssträngen Sl, S2 zwischen dem Schaltele- ment Svsl, Svs2 und dem gemeinsamen Knotenpunkt KP eingeschleift. Eine gemeinsame zweite Filterinduktivität LT ist zwischen dem gemeinsamen Knotenpunkt KP und einem Filterausgang VZP eingeschleift. Durch die Filterspulen LT, LT1, LT2, eine Filterkapazität CT sowie einer Ausgangskapazität Cout lässt sich das Filter 20C an den nachfolgenden Schaltregler 2.1 des Steuergeräts 2 mit ei- ner Schaltfrequenz zwischen 400 kHz bis 4000 kHz anpassen. Insbesondere verfügt das Filter 20C über einen Pufferkondensator ΟμΟΤ, welcher beispielsweise als Hybrid-Polymer-ELKO mit sehr kleinem ESR ausgeführt ist. Der Pufferkondensator ΟμΟΤ ist über einen ohmschen Begrenzungswiderstand ΡψΟΤ, welcher einen Wert zwischen 0,1 bis 1 Ohm aufweist und einen Spitzenstrom begrenzt, an den gemeinsamen Knotenpunkt KP angekoppelt. Zudem ist der Pufferkon- densator ΟμΟΤ über eine Koppeldiode ϋμΟΤ mit dem Filterausgang VZP verbunden. Die Koppeldiode ϋμΟΤ stellte eine schnelle und niederohmige Pufferung der Eingangsspannung des Schaltwandlers im Falle eines kurzeitigen Spannungsabrisses der ersten Fahrzeugspannung VB1 und/oder der zweiten Fahr- zeugspannung sicher. Die Koppeldiode ϋμΟΤ ist vorzugsweise als Schottky-

Diode ausgeführt.

Das Mehrstrang-T- Filter 20C ermöglicht in vorteilhafter Weise eine direkte An- koppelung der Mehrstrangversorgungseinheit IC an den Schaltregler 2.1 des Steuergeräts 2. Das passive Filter 20C bedämpft Störungen des Bordnetzes, insbesondere hochfrequente Sinusstörer mit einer Frequenz von über 5 kHz bis 20 kHz, unterdrückt die Rückwirkungen des Schaltreglers 2.1 auf das Bordnetz und stellt die Versorgung des Steuergeräts 2 im Falle von Spannungseinbrüchen in den Versorgungssträngen Sl, S2 sicher. Zudem ergibt sich durch die in die Versorgungsstränge Sl, S2 integrierten ersten Filterinduktivitäten LT1, LT2 eine

Zeitverzögerung im Aufbau eines Rückspeisestromes vom Versorgungsstrang

51 in den Versorgungsstrang S2 und umgekehrt. Zudem kann die Erfassung der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP nach der induktiven Verkopplung vorgenommen werden, wodurch sich durch ohmsche Spulenwiderstand RT1, RT2 eine zusätzliche Hysterese ergibt. Erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Kurzschluss nach Masse in einem Versorgungsstrang Sl, S2, so lässt sich aufgrund der begrenzten Schaltgeschwindigkeit der Überwachung der Strangspannung VS1, VS2 gegen die verpolgeschützte Versorgungsspannung VP am gemeinsamen Knotenpunkt KP und der begrenzten Öffnungsgeschwin- digkeit der Schaltelemente Svsl, Svs2 ein Rückspeisen der im Pufferkondensator ΟμΟΤ gespeicherten Energie nicht vollständig vermeiden, aber gegenüber dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Mehrstrangversorgungseinheit 1B aus Fig. 2 deutlich verbessern. Die Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C oder Teile der Hardwaresteuereinheit

12A, 12B, 12C werden über einen N_SL Eingang, an welchem ein Sleep-Modus- Steuersignal N_SL anliegt,„Ein" oder„Aus" geschaltet. Zur Erkennung von Leitungsunterbrechungen oder Prüfung der Qualität eines Versorgungsstrangs Sl,

52 werden die Steuerleitungen der Steuersignale STR1_CTL, STR2_CTL der Hardwaresteuereinheit 10A, 10B, 10C zugeführt. Die überwachende Rech- nereinheit 14A, 14B, 14C kann damit kurzzeitig die Schaltelemente Svsl, SVs2 öffnen. Dadurch sinkt bei einer Leitungsunterbrechung in einem Versorgungsstrang Sl, S2 die Strangspannung VSl, VS2 unter einen vorgegebenen

Schwellwert. Diese Information dient der Erkennung von Fehlern in der redun- danten Steuergeräteversorgung mit dem Ziel den Fahrer wieder rechtzeitig die

Kontrolle über die zumindest teilautonome Funktion zu geben oder rechtzeitig die Aufmerksamkeit des Fahrers wieder zu bekommen.

Ebenso kann durch diese Steuerleitungen und die Steuersignale STR1_CTL, STR2_CTL bei Spannungsunterschieden zwischen den Fahrzeugspannungen

VB1, VB2 von unter IV bei einer zweiten Überprüfung der Versorgungsstränge Sl, S2 nur das korrespondierende Schaltelement Svsl, Svs2 des zu überprüfenden Versorgungsstrangs Sl, S2 geschlossen werden und die Schaltelemente Svsl, Svs2 der anderen Versorgungsstränge Sl, S2 geöffnet werden. Dann kann die Reaktion der korrespondierenden Strangspannung VSl, VS2 im belasteten zu überprüfenden Versorgungsstrangs Sl, S2 erfasst und ausgewertet werden Da sich der Versorgungsstrom IVP auf den zu überprüfenden Versorgungsstrang Sl, S2 konzentriert, kann damit überprüft werden, ob unter Last am stromführenden zu überprüfenden Versorgungsstrang Sl, S2 noch eine ausrei- chend hohe Strangspannung VSl, VS2 am Eingang vorhanden ist.

Befindet sich das Steuergerät 2 im Sleep-Modus, dann weist das Sleep-Modus- Steuersignal N_SL den niedrigen logischen Pegel auf, und die Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C nimmt dann nur einen sehr niedrigen Versorgungsstrom IVP an der Klemme VPJN auf, welcher wesentlich kleiner als 10 μΑ ist. Ebenso fließt auch in die Klemmen VS1JN, VS2JN kein nennenswerter Strom. D.h. der in die Klemmen fließende Strom ist ebenfalls sehr viel kleiner als 10 μΑ. Zudem sind die Schaltelemente Svsl, Svs2 im Sleep-Modus in ihrem„Default Zustand", d.h. geöffnet. Das Steuergerät 1 selbst ist im Sleep-Modus nicht aktiv und nimmt aus dem gemeinsamen Knotenpunkt KP nur einen geringen Versorgungsstrom auf, welcher kleiner als 100 μΑ ist. Daher ist der Spannungsabfall, den die ersten Schutzdioden Dvsl, Dvs2 verursachen können ohne Bedeutung. Wird das Steuergerät 2 geweckt, dann wechselt das Sleep-Modus-Steuersignal N_SL auf den hohen logischen Pegel und die Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C wird akti- viert. Wie aus Fig. 6 und 7 weiter ersichtlich ist, leiten die als P- Kanal- Leistungs- MOSFETs ausgeführten Feldeffekttransistoren FET1, FET2 in Vorwärtsrichtung über Bulk-Dioden Dsvl, Dsv2 zwischen Drain und Source. Die Ansteuerung die- ser Feldeffekttransistoren FET1, FET2 erfolgt durch eine positive Source-Gate

Spannung, was gleichbedeutend ist mit einer Verbindung des jeweiligen Gates über Steuerleitungen der Ansteuersignale Svsl_CTL, Svs2_CTL nach Masse. Da die Feldeffekttransistoren FET1, FET2 in der Regel eine max. Source-Gate Spannung von 20 V erlauben und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit wer- den die Source-Gate-Spannungen jeweils durch eine in der Hardwaresteuereinheit IOC angeordnete Zenerdiode ZD1_1, ZD2_1 auf einen Wert von beispielsweise 5,1 V limitiert. Parallel zu diesen Zenerdiode ZD1_1, ZD2_1 ist jeweils ein Source-Gate-Ableitwiderstand Rl_9, R2_9 (z.B. 100 kOhm) platziert, um im Sleep-Modus das zugehörige Schaltelement Svsl, Svs2 sicher sperren zu kön- nen. Damit im Sleep-Modus bei Dauerversorgung in den Versorgungssträngen

Sl, S2 kein Strom über die Zenerdioden ZD1_1, ZD2_1 fließen kann, sind die Steuerleitungen der Ansteuersignale Svsl_CTL, Svs2_CTL über Transistoren Tl_3, T2_3 durch das Sleep-Moduls-Steuersignal N_SL schaltbar ausgeführt. Widerstände Rl_6, R2_6 (z.B. 5,1 KOhm) dienen der Strombegrenzung in den Steuerleitungen der Ansteuersignale Svsl_CTL, Svs2_CTL im Falle eines aktiven Steuergeräts 2, was eine Spannung VS11, VS21 vor den ersten Filterinduktivitäten LT1, LT2 und damit auch an den Klemmen der Hardwaresteuereinheit 10C im Bereich von 5 V bis 36 V ermöglicht. Widerstände Rl_7 (z.B.

23,7 kOhm), Rl_8 (z.B. 51,1 kOhm), R2_7 (z.B. 23,7 kOhm), R2_8 (z.B.

51,1 kOhm) bilden den Basisteiler für NPN Steuertransistoren Tl_3, T2_3. Die

Strangspannungen VSl VS2 werden über die Klemmen VS1JN, VS2JN an der Hardwaresteuereinheit 10C erfasst und über schaltbare Transistoren Tl_ll, T2_ll an korrespondierende Spannungsteiler Rl_13 (z.B. 75 kOhm), Rl_14 (z.B. 8,25 kOhm) bzw. R2_13 (z.B. 75 kOhm), R2_14 (z.B. 8,25 kOhm) weiterge- leitet. Die geteilten Signale VS1_ADC, VS2_ADC werden an die Rechnereinheit

14C weitergeleitet. PNP Transistoren Tl_ll, T2_ll sind schaltbar, um im Sleep- Modus keinen Messteilerstrom von den Strangspannungen VSl, VS2 nach Masse GND zu generieren. Daher werden diese Transistoren Tl_ll, T2_ll durch NPN Steuertransistoren Tl_10, T2_10 mit Hilfe des Sleep-Modus-Steuersignals N_SL geschalten. Das Sleep-Modus-Steuersignal N_SL weist im Sleep-Modus einen niedrigen logischen Pegel und im Normalmodus einen hohen logischen Pegel auf. Da die Spannungserfassung der Strangspannungen VSl, VS2 vor der Schutzvorrichtung 3D erfolgt, sind die Schaltstufen durch Signaldioden Dl_10, D2_10 vor Verpolung geschützt und Widerstände Rl_12, R2_12 (z. B.

40,2 kOhm) dienen der Strombegrenzung. Wiederstände Rl_ll, R2_ll (z. B.

51,1 kOHm) dienen als Basis- Emitter- Ableitwiderstände. Widerstände Rl_15, Rl_16 bzw. R2_15, R2_16 (z. B. 23,7 kOhm, 51,1 kOhm bzw. 23,7 kOhm, 51,1 kOhm) bilden einen Basisspannungsteiler der NPN Steuertransistoren Tl_10, T2_10.

Die Versorgungsstränge Sl, S2 sind im passiven Filter über die ersten Filterinduktivitäten LT1, LT2 miteinander verbunden und erzeugen am gemeinsamen Knotenpunkt KP die verpolgeschützte Versorgungspannung VP. Die verpolge- schützte Versorgungsspannung VP wird der Hardwaresteuereinheit IOC an der Klemme VPJN zugeführt. Eine positive Versorgungsspannung wird Komparatoren CM P_1, CMP_2 über einen PNP Schalttransistor T12_l und ein Tiefpass- Filter R12_l, C12_l (z. B. 10 Ohm, 10 i F) an korrespondierenden Plusversorgungspins zugeführt. Durch einen Steuertransistor T12_2 ist auch dieser Schalttransistor T12_l durch das Sleep-Modus-Steuersignal N_SL steuerbar. Damit wird im Sleep-Modus des Steuergerätes kein Strom aus der/den permanent vorhanden Strangspannungen VSl, VS2 zur Versorgung der Komparatoren CMP_1, CMP_2 entnommen. Ein Widerstand R12_4 (z.B. 40,2 kOhm) dient der Strombegrenzung im Ansteuerpfad des Schalttransistors T12_l. Ein Widerstand R12_3 (z. B. 51,1 kOhm) dient als Basis- Emitter Ableitwiderstand des Transistors T12_l. Widerstände R12_5, R12_6 (z.B. 23,7 kOhm, 51,1 kOhm) bilden einen

Basisteiler des NPN Steuertransistors T12 2.

Die verpolgeschützte Versorgungsspannung VP der verkoppelten Versorgungsstränge Sl, S2 wird über Vorwiderstände Rl_m, R2_m (z. B. 100 Ω) an Minus- Eingängen der Komparatoren CMP_1, CMP_2 angelegt. Die Strangspannungen

VSl, VS2 an den Eingängen der Versorgungsstränge Sl, S2 werden über die Klemmen VS1J N, VS2J N und Vorwiderstände Rl_p, R2_p (z. B. 5,1 kOhm) an Plus- Eingänge der Komparatoren CMP_1, CMP_2 angelegt. Zum Schutz gegen gefährliche positive bzw. negative Spannungen, sowie gegen Verpolung sind die Plus- Eingänge der Komparatoren CMP_1, CMP_2 jeweils durch eine unidirektio- nale Zenerdiode ZD1_10, ZD2_10 geschützt, welche beispielsweise eine Klam- merspannung von 27 V ermöglichen. Die Wahl der Klammerspannungen der Zenerdioden ZD1_10, ZD2_20 sollte vorzugsweise unterhalb der Klammerspannungen der Schutzdioden Dzsll, Dzs21, Dzp liegen, damit bei hoher positiver Pulsbelastung im Bordnetz die Schaltelemente Svsl,Svs2 der Versorgungsstränge Sl, S2 zwangsweise geöffnet werden und die Kopplung des Steuergeräts 2 nur noch über die ersten und zweiten Schutzdioden Dvsl, Dvs2, Dzsl, Dzs2 der beiden Versorgungsstränge Sl, S2 erfolgt. Dadurch kann das Risiko im Load-Dump-Fall reduziert werden. "Open-Collector-Ausgänge" der Komparatoren CMP_1, CMP_2 werden über Strombegrenzungswiderstände Rl_3, R2_3 (z.B.

7,5 kOhm) PNP Schalttransistoren Tl_l, T2_l zugeführt. Diese Schalttransistoren Tl_l, T2_l sind so angeordnet, dass sie im Ansteuerfall die Source-Gate- Spannung der Feldeffekttransistoren FETl, FET2 kurzschließen. Dadurch kann die Sperrung der Feldeffekttransistoren FETl, FET2 erzwungen werden und die Versorgungsstränge Sl, S2 in den verpolgeschützten Zustand überführt werden.

Die verwendeten Komparatoren CMP_1, CMP_2 besitzen vorzugsweise einen „Common Mode Range", welcher unabhängig von der positiven Versorgungsspannung der Komparatoren CMP_1, CMP_2 beispielsweise 44 V über einem Spannungspotential am Masseanschluss der Komparatoren liegen kann.

Die PNP Schalttransistoren Tl_l, T2_l zur Sperrung der Feldeffekttransistoren FETl, FET2 in den Versorgungssträngen Sl, S2 können zusätzlich zu den Komparatoren CMP_1, CMP_2 durch Steuersignale STR1_CTL, STR2_CTL der Rechnereinheit 14 mit Hilfe von NPN Steuertransistoren Tl_2, T2_2 aktiviert werden und damit eine Überführung der Versorgungsstränge Sl, S2 in einen verpolgeschützten Betrieb über die ersten Schutzdioden Dvsl, Dvs2 erzwingen. Widerstände Rl_2, R2_2 (z.B. 7,5 kOhm) dienen der Strombegrenzung bei der Ansteuerung. Widerstände Rl_4, Rl_5 bzw. R2_4, R2_5 (z.B. 23,7 kOhm, 51,1 kOhm bzw. 23,7 kOhm, 51,1 kOhm) dienen als Basisspannungsteiler der NPN Steuertransistoren Tl_2, T2_2. Eine Zenerdiode ZD12_1 (z.B. 5,1 V) bildet eine optionale Referenzspannung VREF von beispielsweise 5,1 V, welche aus der über das Sleep- Modus-Steuersignal N_SL geschalteten Versorgungsspannung VP am Kollektor des T12_l mit Hilfe eines Vorwiderstandes R12_2 (z.B. = 7,5 kOhm) entsteht, wobei ein Kondensator C12_l zur Filterung parallel ge- schaltet ist. Durch die Referenzspannung VREF und den optionalen Widerstand R12_Hy wird ein Referenzstrom definiert. Dieser wird einem Stromspiegel T12_3 zugeführt. Die Spiegelströme I REF werden über Transistoren T12_4, T12_5 ausgekoppelt und den Minuseingängen der Komparatoren CMP_1, CMP_2 zugeführt. Zusammen mit den Widerständen Rl_m, R2_m wird eine einstellbare Hysterese der Komparatoren CMP_1, CMP_2 gebildet.

Weisen das Sleep- Modus-Steuersignal N_SL und die Steuersignale STR1_CTL, STR2_CTL jeweils den niedrigen logischen Pegel auf, dann ist die Hardwaresteuereinheit IOC nicht aktiv und es erfolgt keine bzw. nur eine nicht relevante kleine Stromaufnahme im μΑ-Bereich an den Klemmen VS1JN, VS2JN,

VS11JN, VS21JN, VPJN der Hardwaresteuereinheit IOC. Dadurch sind die Feldeffekttransistoren FETl, FET2 ausgeschaltet und die Strangspannungen VS1, VS2 werden über die ersten Schutzdioden Dsvl, Dsv2 bzw. die parallel liegenden unidirektionalen zweiten Schutzdioden Dzsl, Dzs2 vor Verpolung ge- schützt und an das passive Filter 20C weitergegeben, wobei eine Rückspeisung von einem Versorgungsstrang Sl, S2 in den anderen Versorgungsstrand Sl, S2 nicht möglich ist.

Wird in den Normalbetrieb mit einer ersten Strangspannung VS1 vonl4V, einer zweiten Strangspannung VS2 von 14 V, einem ersten Leitungswiderstand Ril von 200 ΓΤΊΩ, einem zweiten Leitungswiderstand Ri2 von 200 mO und dem Sleep-Modus-Steuersignal N_SL auf einem hohen logischen Pegel und den An- steuersignalen STR1_CTL, STR2_CTL auf einem niedrigen logischen Pegel gewechselt, dann ist die Spannung am Minus- Eingang des ersten Komparators CMP_1 um den Spannungsabfall zwischen der ersten Strangspannung VS1 und der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP plus einer ersten Hysterese kleiner als die Strangspannung VS1 am Plus Eingang des ersten Komparators CMP_1. Analog ist die Spannung am Minus- Eingang des zweiten Komparators CMP_2 um den Spannungsabfall zwischen der ersten Strangspannung VS1 und der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP plus einer zweiten Hysterese kleiner als die Strangspannung VS2 am Plus Eingang des zweiten Komparators CMP_2. Dadurch sind die Ausgänge der beiden Komparatoren CMP_1, CMP_2 gesperrt. Die PNP Schalttransistoren Tl_l, T2_l für die Ansteuerung der Feldeffekttransistoren FETl, FET2 sind daher ebenfalls gesperrt. Da das Sleep-Modus- Steuersignal N_SL im Normalbetrieb auf einem hohen logischen Pegel ist, sind die Steuertransistoren Tl_3, T2_3 leitend. Damit sind die Gates der Feldeffekttransistoren FET1, FET2 auf Masse geschaltet, wodurch diese leitend werden. Die bisherigen Spannungsabfälle zwischen den Strangspannungen VSl, VSl und der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP, welche im geöffneten Zustand der Feldeffekttransistoren FET1, FET2 im Wesentlichen durch die ersten Schutzdioden Dvsl, Dvs2 verursacht werden, werden damit durch die parallel liegenden leitenden Feldeffekttransistoren FET1, FET2 stark reduziert.

Im aktiven Betrieb sind die Leitungswiderstände Ril, Ri2 für die Stromverteilung in den Versorgungssträngen Sl, S2 verantwortlich, sofern die Fahrzeugspannungen VB1, VB2 gleich groß sind.

Somit werden bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens für eine Mehrstrangversorgungseinheit an den Eingängen der mindestens zwei Versorgungsstränge Sl, S2 jeweils eine Strangspannung VSl, VS2 und am gemeinsamen Knotenpunkt KP eine verpolgeschützte Versorgungsspannung VP erfasst und ausgewertet. Hierbei werden die Schaltelemente Svsl, Svs2 in den mindestens zwei Versorgungssträngen Sl, S2 in Abhängigkeit von der Auswertung über korrespondierende Ansteuersignale Svsl_CTL, Svs2_CTL angesteuert.

Zudem kann die Rechnereinheit 14C die einzelnen Strangspannungen VSl, VS2 miteinander und/oder mit der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP vergleichen und in Abhängigkeit der Vergleiche die Ansteuersignale Svsl_CTL, Svs2_CTL für das mindestens eine Schaltelement Svsl, Svs2 über eine Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C erzeugen. So können die mindestens zwei Versorgungsstränge Sl, S2 während des Betriebs in Abhängigkeit von vorgegebenen Bedingungen einzeln überprüft werden. Zur Feststellung von Versorgungsfehlern können die mindestens zwei Versorgungsstränge Sl, S2 in vorgegebenen zeitlichen Abständen und/oder wenn eine Spannungsdifferenz zwischen den Strangspannungen VSl, VS2 einen vorgegebenen Betrag überschreitet von der Rechnereinheit 14C einzeln überprüft werden. Ohne diese Überprüfungsfunktionen kann die Strangspannung Sl, S2 des funktionsfähigen Versorgungsstranges Sl, S2 durch die Verkopplung am gemeinsamen Knotenpunkt KP und den leitenden Schaltelementen Svsl, Svs2 auch am Eingang des unterbrochenen Ver- sorgungsstrangs Sl, S2 anstehen und daher nicht durch die Spannungskontrolle erkannt werden.

So kann die Rechnereinheit 14C im Normalbetrieb mit den Steuersignalen STR1_CTL, STR2_CTL, welche auf einen hohen logischen Pegel gelegt werden, die Feldeffekttransistoren FET1, FET2 öffnen, so dass eine unterbrochene Strangversorgung erfasst werden kann. So kann die Rechnereinheit 14C bei einer ersten Überprüfung der beiden Versorgungsstränge Sl, S2 das mindestens eine Schaltelement Svsl, Svs2 des zu überprüfenden Versorgungsstrangs Sl, S2 öffnen, und die Reaktionen der korrespondierenden Strangspannung VS1, VS2 und der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP am gemeinsamen Knotenpunkt KP erfassen und auswerten werden. Hierbei kann eine Leitungsunterbrechung in dem zu überprüfenden Versorgungsstrang Sl, S2 erkannt werden, wenn die korrespondierende Strangspannung VS1, VS2 bei geöffnetem Schaltelement Svsl, Svs2 unterhalb eines vorgegebenen minimalen Grenzwerts im Bereich von 0 bis 6V liegt. Das bedeutet beispielsweise, dass das erste Steuersignal STR1_CTL auf den niedrigen logischen Pegel und das zweite Steuersignal STR2_CTL auf den hohen logischen Pegel gesetzt wird, um den zweiten Versorgungsstrang S2 auf eine Leitungsunterbrechung zu überprüfen. Da der zweite Versorgungsstrang S2 eine Spannungsreduktion um die nun wirksame erste Schutzdiode Dvs2 bzw. zweite Schutzdiode Dzvs2 erfährt, konzentriert sich der Versorgungsstrom IVP auf den ersten Versorgungsstrang Sl. Wird in diesem Zustand die erste Strangspannung VS1 als erste Spannung VS1_ADC und die zweite Strangspannung VS2 als zweite Spannung VS2_ADC erfasst, dann entspricht die zweite Spannung VS2_ADC ungefähr der zweiten Fahrzeugspannung VB2, falls der Strangstrom Isv2 im zweiten Versorgungsstrang S2 nicht fließt. Die erste Spannung VS1_ADC entspricht der ersten Strangspannung VS1 bei maximaler Belastung. Eine Leitungsunterbrechung zum zweiten Versorgungsstrang S2 kann erkannt werden, wenn am Eingang des zweiten Versorgungstrangs S2 eine deutlich niedrigere Spannung als die zu erwartende zweite Fahrzeugspannung VB2 anliegt.

Anschließend kann das erste Steuersignal STR1_CTL auf den hohen logischen Pegel und das zweite Steuersignal STR2_CTL auf den niedrigen logischen Pegel gesetzt werden, um den ersten Versorgungsstrang Sl zu überprüfen. Das be- deutet beispielsweise, dass sich der Versorgungsstrom IVP auf den zweiten Versorgungsstrang S2 konzentriert, da der erste Versorgungsstrang Sl eine Spannungsreduktion um die nun wirksame erste Schutzdiode Dvsl bzw. zweite Schutzdiode Dzvsl erfährt. Wird in diesem Zustand die erste Strangspannung VSl als erste Spannung VS1_ADC und die zweite Strangspannung VS2 als zweite Spannung VS2_ADC erfasst, dann entspricht die erste Strangspannung VS1_ADC ungefähr der ersten Fahrzeugspannung VBl, falls der Strangstrom Isvl im ersten Versorgungsstrang Sl nicht fließt. Die zweite Spannung

VS2_ADC entspricht der zweiten Strangspannung VS2 bei maximaler Belastung. Eine Leitungsunterbrechung zum ersten Versorgungsstrang Sl kann erkannt werden, wenn am Eingang des ersten Versorgungstrangs Sl eine deutlich niedrigere Spannung als die zu erwartende erste Fahrzeugspannung VBl anliegt.

Durch die Kenntnis von Leerlaufspannungswerten der Fahrzeugspannungen VBl, VB2 und den Strangspannungen VSl, VS2 der Versorgungsstränge Sl, S2 bei maximaler Belastung kann die Rechnereinheit 14C auf die Qualität des Versorgungsstrangs Sl, S2 schließen und eine Wartungsinformation bereitstellen. Alternativ können die Fahrzeugspannungen VBl, VB2 der Recheneinheit 14C auch über verschiedene Kommunikationswege (Ethernet, FlexRay, CAN, LIN) durch zentrale Fahrzeugsysteme bereitgestellt werden. Hierbei kann die schlechte Qualität dadurch erkannt werden, dass der berechnete Innenwiderstand einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Der Innenwiderstand kann sich über die Lebensdauer beispielsweise aufgrund von Korrosion an den Kontaktstellen erhöhen bzw. schlechter werden.

Sind die Leerlaufspannungswerte der Fahrzeugspannungen VBl, VB2 stark unterschiedlich, besteht bei verketteten Versorgungssträngen Sl, S2 ohne wirksame ersten Schutzdioden Dsvl, Dsv2 eine permanente Rückspeisegefahr, sofern beide Schaltelemente Svsl, Svs2 leitend gesteuert sind. Zu Verhinderung dieses Effekts werden die Strangspannungen VSl, VS2 an den Klemmen VS1JN, VS2JN der Hardwaresteuereinheit IOC erfasst und an die Pluseingänge der Komparatoren CMP_1, CMP_2 angelegt. An den Minuseingängen der Kompara- toren CMP_1, CMP_2 liegt jeweils die Verkettung der Strangspannungen VSl, VS2 als verpolgeschützte Versorgungsspannung VP an. Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt diese Verkettung der Versorgungsstränge Sl, S2 im passiven Versorgungsfilter 20C. Damit ist in jedem Versorgungsstrang eine erste Filterinduktivität LT1, LT2 wirksam, wodurch der Rückspeisestromanstieg auch dynamisch gebremst wird und die endliche Reaktionszeit der realen Komparatoren CMP_1, CMP_2 in vorteilhafter Weise ganz oder teilweise kompensiert werden kann. Sinkt beispielsweise die Strangspannung VS2 und die verpolgeschützte Versorgungsspannung VP + Hysterese wird größer als die Strangspannung VS2 am Eingang des zweiten Versorgungsstrangs bzw. die Spannung an der Klemme VS2JN, dann schaltet der Ausgang des zweiten Komparators CMP_2 nach Masse und aktiviert den PNP Schalttransistor T2_l, welcher Gate und Source des zweiten Feldeffekttransistors FET2 verbindet und damit das zweite Schaltelement Svs2 öffnet. Dadurch geht der zweite Versorgungsstrang S2 in eine Diodenkopplung, so dass der Knotenpunkt KP rückwärts keinen permanenten Strom in den zweiten Versorgungsstrang S2 abgeben kann.

Die Rechnereinheit 14C kann dann eine Warnmeldung erzeugen und über eine akustische und/oder optische Ausgabeeinheit ausgeben, wenn eine Leitungsunterbrechung und/oder ein Problem und/oder eine schlechte Qualität in mindestens einem der beiden Versorgungsstränge Sl, S2 erkannt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Rechnereinheit 14C die Warnmeldung speichern und zu einem späteren Zeitpunkt über eine Diagnoseschnittstelle ausgeben. Dadurch kann die jeweilige zumindest teilweise autonome Funktion wieder an den Fahrer zurückzugeben bzw. ein rascher Service ausgelöst werden, ohne das eine dringende Notwendigkeit dafür besteht, da aufgrund der redundanten Zweistrangversorgung zunächst keine ungewollte Funktionseinschränkung eintritt.