特表 2024-531406 原動機付き車両用の電気的な装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-08-29

(54)【発明の名称】原動機付き車両用の電気的な装置

(51)【国際特許分類】

   G05B 9/02 20060101AFI20240822BHJP

【ＦＩ】

G05B9/02 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024510425

(86)(22)【出願日】2022-08-25

(85)【翻訳文提出日】2024-02-20

(86)【国際出願番号】 EP2022073693

(87)【国際公開番号】W WO2023025897

(87)【国際公開日】2023-03-02

(31)【優先権主張番号】102021209436.8

(32)【優先日】2021-08-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】500045121

【氏名又は名称】ツェットエフ、フリードリッヒスハーフェン、アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＺＦ ＦＲＩＥＤＲＩＣＨＳＨＡＦＥＮ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100069556

【弁理士】

【氏名又は名称】江崎 光史

(74)【代理人】

【識別番号】100111486

【弁理士】

【氏名又は名称】鍛冶澤 實

(74)【代理人】

【識別番号】100191835

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 真介

(74)【代理人】

【識別番号】100221981

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 大成

(72)【発明者】

【氏名】ベッカー・インゴ

【テーマコード（参考）】

5H209

【Ｆターム（参考）】

5H209AA10

5H209DD13

5H209FF08

5H209FF09

5H209GG13

5H209HH12

5H209JJ01

5H209JJ05

(57)【要約】

【課題】短絡及び断線が生じても動作性を失わない原動機付き車両用の電気的な装置を提供する。
【解決手段】保護装置２と、少なくとも２つの電圧源３，４を少なくとも２つの消費部７，８に接続する少なくとも２つの接続要素５，６とを含む、原動機付き車両用の電気的な装置１において、保護装置２が短絡保護装置１０及び電気的なブリッジ９の組合せを含み、電気的なブリッジ９が、少なくとも２つの接続要素５，６を互いに接続している。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

保護装置（２）と、少なくとも２つの電圧源（３，４）を少なくとも２つの消費部（７，８）に接続する少なくとも２つの接続要素（５，６）とを含む、原動機付き車両用の電気的な装置（１）において、
保護装置（２）が短絡保護装置（１０）及び電気的なブリッジ（９）の組合せを含み、電気的なブリッジ（９）が、少なくとも２つの接続要素（５，６）を互いに接続していることを特徴とする電気的な装置。

【請求項2】

短絡保護装置（１０）が、少なくとも２つの接続要素（５，６）に割り当てられた少なくとも２つの保護要素を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電気的な装置（１）。

【請求項3】

短絡保護装置（１０）が、各接続要素（５，６）について少なくとも２つの保護要素を備えていることを特徴とする請求項２に記載の電気的な装置（１）。

【請求項4】

少なくとも２つの保護要素が、保護抵抗（１２，１４）として、及び／又は保護ダイオード（１３，１５）として、特にツェナーダイオードとして、及び／又はＦＥＴとして、及び／又はＭＯＳＦＥＴとして形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の電気的な装置（１）。

【請求項5】

少なくとも１つの電圧源（３，４）が追加的な短絡保護装置（１７，１８）を備えていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の電気的な装置（１）。

【請求項6】

少なくとも１つの消費部（７，８）が、特に電気的な機械用のトルクセンサ又は角度センサとして形成されているか、又はこのようなトルクセンサ又は角度センサを含んでいることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の電気的な装置（１）。

【請求項7】

消費部（７，８）が、少なくとも２つの電気的なチャンネルを備えており、及び／又は少なくとも２つの消費部（７，８）が同一の電圧源（３，４）の異なるチャンネルに接続されていることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の電気的な装置（１）。

【請求項8】

保護装置（２）が、消費部（７，８）の範囲、特に消費部（７，８）のハウジング内若しくは接続部内、又は接続要素又はコネクタに配置されていることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の電気的な装置（１）。

【請求項9】

電気的な装置（１）が、少なくとも３つの電圧源（３，４）を少なくとも３つの消費部（７，８）に接続する少なくとも３つの接続要素（５，６）を備えており、保護装置（２）が、短絡保護装置（１０）及び電気的なブリッジ（９）の組合せを含み、電気的なブリッジ（９）が、少なくとも３つの接続要素（５，６）を互いに接続していることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の電気的な装置（１）。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか１項に記載の電気的な装置（１）を含む原動機付き車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、保護装置と、少なくとも２つの電圧源を少なくとも２つの消費部に接続する少なくとも２つの接続要素とを含む、原動機付き車両用の電気的な装置（電気装置）に関するものである。

【背景技術】

【0002】

原動機付き車両用の電気的な装置は、電気的な消費部、例えばセンサに電気エネルギーを供給するために、従来技術から基本的には知られている。通常、電気的な装置あるいはその構成要素に故障が生じる場合に電気的な装置の動作性を維持することとなる保護装置が用いられる。例えば、電気的な装置において、少なくとも２つの消費部にフェールセーフをもって電気エネルギーを供給するために、冗長性の目的で複数の電圧源を提供することが知られている。冗長性のある電流回路において短絡が生じると、該当する電流回路が別の電圧源によって給電されることで、適当な短絡保護装置によって電気的な装置の動作性を維持することが可能である。

【0003】

通常、上述の保護装置は、電気的な装置における所定のエラーの種類の第１の欠陥を捕捉するか、あるいは第１の欠陥が生じたときの電気的な装置の動作性を確保するように構成されている。しかし、別の、あるいは他の種類の欠陥が生じると、通常、電気的な装置は、少なくとも部分的にその動作性を失ってしまう。なぜなら、保護装置が他の種類のエラーに対応していないためである。例えば、２つの他の種類のエラー、例えば短絡又は誤った接触あるいは断線が生じると、通常の保護装置は、両エラーを補償するようには形成されていない。通常、保護装置は、１つの具体的なエラーあるいは１つのエラーの種類のみに対応している。換言すれば、保護装置が短絡の防止のために設けられているとしても、他のエラー、例えば断線が生じると、電気的な装置はその動作性を失ってしまう。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の基礎となる課題は、これに対して改善された原動機付き車両用の電気的な装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題は、請求項１の特徴を有する電気的な装置によって解決される。好ましい構成は、従属請求項の対象である。

【0006】

上述のように、本発明は、保護装置を含む、原動機付き車両用の電気的な装置に関するものである。電気的な装置は、両電圧源を少なくとも２つの消費部に接続するために２つの電圧源に割り当てられた少なくとも２つの接続要素を更に含んでいる。本発明は、保護装置が短絡保護装置及び電気的なブリッジの組合せを含み、電気的なブリッジが、少なくとも２つの接続要素を互いに接続しているという認識に基づいている。

【0007】

したがって、基本的に、本発明は、電気的な装置用の保護装置あるいは「保護回路」に関するものである。保護装置は、別々のモジュールとも理解されることができ、当該モジュールは、例えば、コネクタ式又はモジュール式に電気的な装置に接続されることが可能である。電気的な装置の保護装置は、高い安全基準あるいは小さなエラー故障率あるいはエラー許容範囲を保証する。なぜなら、保護装置は、１つのエラーの種類だけではなく電気的な装置の電流回路における少なくとも２つの他の種類のエラーを防止することが可能な別の冗長性レベルを可能とするためである。上述の電気的な装置は、特に、原動機付き車両の安全性に関連するシステムにおける電気的な装置、例えば操舵システムあるいはそのサブ構成要素、例えばセンサシステムに関するものであり得る。

【0008】

したがって、第１のエラーの種類又は第２のエラーの種類に割り当てられたエラーが生じても、保護装置は、電気的な装置の動作を維持することが可能である。例えば、エラーは、短絡（「ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ（ショート）」）又は断線（「ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ（開回路）」）であり得るものの、保護装置は、電気的な装置の動作を維持する。例えば、電気的な装置の個々の接触箇所は、例えば水の侵入によって腐食することがあり、電気的な装置は、密閉されないか、あるいは水の下で動作することとなり得る。保護装置が、短絡保護装置も、また電気的なブリッジも備えることにより、上述の両エラーの種類を捕捉することが可能である。

【0009】

保護装置における電気的なブリッジと短絡保護装置の組合せによって、一方では、断線も、また短絡も、保護装置によって捕捉されることが可能となる。また、他の種類のエラーにより、２つの電圧回路あるいは電流回路が故障することがない。例えば、別の短絡保護装置とは無関係に動作する単独の電気的なブリッジを考察すると、両電気的なブリッジによって互いに接続された接続要素のうち１つにおける短絡により、両電流回路が短絡することとなる。電気的なブリッジとの短絡保護装置の組合せによって、両接続要素のうち１つにおける短絡により完全な機能不全に至ることが防止される。これに代えて、保護装置によって、電気的な装置の更なる動作を補償することが可能である。なぜなら、電気的な消費部の動作が、短絡に直接関連しない電流回路によって維持されるためである。

【0010】

第１の構成において、短絡保護装置は、少なくとも２つの接続要素に割り当てられた少なくとも２つの保護要素を備えることが可能である。保護要素は、最終的には任意に構成あるいは選択されることが可能である。各接続要素への保護要素の割り当てによって、各接続要素は、別々に保護されることが可能である。

【0011】

また、短絡保護装置は、各接続要素について少なくとも２つの保護要素を備えることが可能である。例えば、各接続要素には保護要素の所定の組合せを割り当てることができるか、あるいは、各接続要素に保護要素の所定の組み合わせが提供されるように短絡保護装置を構成することが可能である。保護要素は、特に相互に異なる態様で構成されることができるため、例えば、関連する接続要素のための短絡保護装置の構成部材あるいは構成要素を形成するために、２つ以上の異なる保護要素が互いに組み合わされる。

【0012】

保護要素として、例えば保護抵抗及び／又は保護ダイオード、特にツェナーダイオード及び／又はＦＥＴ及び／又はＭＯＳＦＥＴを用いることが可能である。上述のように、各接続要素について短絡保護装置のために、２つ以上のこのような保護装置の任意の組合せを形成することが可能である。したがって、様々な保護要素を用いることが可能であるとともに、当該保護要素を互いに任意に組み合わせることも可能であり、保護要素及びその組合せは、ＡＳＩＬの観点について有利である。どの保護要素あるいはどの組合せが設けられているかに応じて、電気的な装置における様々な電気的なエラーあるいは故障を短絡保護装置によって捕捉することが可能である。例えば、保護要素の第１の組合せを第１の給電ラインに割り当てることができ、保護要素の第２の組合せを第２の給電ラインに割り当てることが可能である。第１及び第２の組合せは、同一であっても、異なっていてもよい。同様に、任意の別の給電ラインも、保護要素の任意の同種の又は異なる組合せを備えることが可能である。電気的な消費部に依存して、例えば、センサ及びこれに類するものの種類に依存して、使用目的のために保護要素のどの組合せが合目的であるかを選択することが可能である。したがって、短絡保護装置ひいては電気的な装置の保護装置全体は、用途に適合されることが可能である。

【0013】

少なくとも２つの電圧源のうち少なくとも１つは、追加的な短絡保護装置を備えることが可能である。したがって、「ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ（ショート保護部）」とも呼ばれ得るか、あるいはみなされ得る短絡保護装置は、例えば半導体部品として電圧源に統合して構成されることも可能であるか、あるいは、用いられる電圧源又は用いられる少なくとも２つの電圧源は、このような短絡保護装置を追加的に備えることが可能である。対応する電流回路のための保護装置に統合された短絡保護装置に加えて設けられた短絡保護装置が追加的な短絡保護装置として理解される。したがって、有利には、電圧源自体と、残りの電流回路、例えば接続要素も、例えばコネクタにおいて短絡に対して保護されることが可能である。

【0014】

上述のように、電気的な装置は、少なくとも２つの電気的な消費部に電気エネルギーを供給するために用いられることが可能である。このとき、少なくとも１つの消費部は、特に電気的な機械のためのトルクセンサ又は角度センサとして形成されることができるか、又はこのようなものを含むことが可能である。電気的な装置に割り当てられているとともに電気的な装置から電気エネルギーを供給される電気的な消費部の種類及び数は、基本的には自由に選択可能であるか、あるいは用途に適合され得る。とりわけ、電気的な消費部は、センサ、特にトルクセンサ又は角度センサであってよい。他の種類のセンサも同様に用いられることが可能である。

【0015】

少なくとも２つの消費部のうち少なくとも１つは、少なくとも２つの電気的なチャンネルを備えることができ、及び／又は異なるチャンネルを有する少なくとも２つの消費部は同一の電圧源に接続されることが可能である。「チャンネル」という用語は、本願においては、少なくとも１つの消費部への給電ラインを介した電圧源の接続についての上位概念として理解される。したがって、「チャンネル」という用語は、電気的な接続ラインあるいは給電ラインに関するものであり、データラインに関するものではない。当該構成によれば、センサあるいは少なくとも１つのセンサは複数のチャンネルを備えることができ、個々のチャンネルは、共通の電圧源を共有することが可能である。例えば、第１の消費部、特に第１のセンサが第１及び第２のチャンネルを備えることができ、第２の消費部、特に第２のセンサが第３及び第４のチャンネルを備えることができ、両センサは、電気的な装置の１つの電圧源あるいは２つの電圧源を任意に共有することが可能である。

【0016】

別の一構成によれば、保護装置は、消費部の範囲に、特に消費部のハウジング内若しくは接続部内又は接続要素若しくはコネクタに配置されることが可能である。したがって、接続要素ができる限りその全長あるいはその長さの大部分にわたって、特に電圧源から消費部まで保護装置によって保護されることができるように、上述の保護装置は、消費部のできるだけ近傍に配置されることが可能である。このとき、接続要素において生じるエラーを特に有利に捕捉することが可能である。基本的には、保護装置の位置の選択は任意に選択されることが可能である。消費部近傍の保護装置として、例えば、消費部近傍又はセンサ近傍の配置可能性、例えば消費部内あるいは消費部での、又は接続要素、特にコネクタでの保護装置の直接的な統合が形成される。有利には消費部の直近における保護装置の配置が選択されることで、保護装置により生じるエラーを当該保護装置によって捕捉することが可能である。

【0017】

さらに、本願においては、単一エラーと多重エラーの間及びエラーの種類（短絡と断線）を区別することが可能である。例えば、２つの（ダブル）消費部システムにおいては、第１のチャンネルにおける短絡／断線及び第２のチャンネルにおける短絡／断線がシステム全体の停止をもたらすことがある。一方、３つの（トリプル）消費部システムにおいて初めて冗長的な供給が保証される。なぜなら、他の両チャンネルにおける上記のエラーの種類では、第３のチャンネルが消費部への供給を保証することができるためである。例としての提案された２つの消費部システムでは、エラーの種類のみがカバーされるが、数はカバーされない（単一エラーのみ）。マスク可能なエラーＡの数は、Ａ＝ｎ－１となる。ここで、ｎは、チャンネルの数を表す。したがって、マスク可能なエラー（短絡及び断線）の数は、冗長性のチャンネルあるいは給電ラインの数に伴って増大する。

【0018】

また、電気的な装置は、当該電気的な装置が、少なくとも３つの電圧源を少なくとも３つの消費部に接続する少なくとも３つの接続要素を備えるように発展形成されることができ、保護装置は、短絡保護装置及び電気的なブリッジの組合せを含み、電気的なブリッジは、少なくとも３つの接続要素を互いに接続している。上述の、あるいは一般的に述べた電気的な装置及び特にその保護装置に関して、当該構成によれば、保護装置は、少なくとも３つの接続要素あるいは最終的には任意の多数の接続要素にも拡張されることが可能である。このために、電気的なブリッジが常に全ての接続要素を互いに接続することができるように、電気的なブリッジは、１つの接続だけ拡張される。基本的には、同様に、別の１つの電圧源と、電気的なブリッジの各セグメントあるいは各接続要素のための短絡保護装置とを追加することが可能である。換言すれば、接続要素がそれぞれ別の接続要素と結合するように、短絡保護装置及び電気的なブリッジのセグメントが常に各接続要素に割り当てられることが可能である。したがって、提案される冗長性は、任意に拡張されることができるとともに、例えば「ｎ個の接続要素」によって任意により大きな冗長性をカバーすることも可能である。

【0019】

加えて、本発明は、上述の電気的な装置を含む原動機付き車両に関するものである。電気的な装置について述べた全ての利点、詳細及び特徴は、原動機付き車両に対して完全に適用可能である。

【0020】

以下に、本発明を、図面を参照しつつ実施例に基づいて説明する。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】詳細に図示されていない原動機付き車両用の電気的な装置１を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

電気的な装置１は保護装置２を備えており、当該保護装置は、電気的な装置１を保護するため、特に、電気的な装置１におけるエラー、例えば短絡及び断線を捕捉し、電気的な装置１の動作をこのようなエラーの場合に維持するために形成されている。保護装置２は、別々のモジュールと理解されることが可能である。保護装置２は、例えば電気的な装置１のコネクタ又は接続要素、例えばケーブルに統合されることが可能である。特に有利には、保護装置２は、消費部７，８の近傍に配置されることが可能である。

【0023】

電気的な装置１は例えば２つの電圧源３，４を備えており、当該電圧源は、２つの接続要素５，６を介して２つの消費部７，８に接続されている。消費部７，８は、基本的には任意に選択可能であり、本実施例では、単に例示的に、センサ、特に原動機付き車両の電気的な機械のためのトルクセンサ及び角度センサとして形成されている。接続要素５，６は給電ラインとも呼ばれ、電圧源３，４と消費部の間の接続部全体は「チャンネル」とも呼ばれ得る。

【0024】

保護装置２は、電気的なブリッジ９及び短絡保護装置１０を備えている。したがって、電気的なブリッジ９及び短絡保護装置１０は、保護装置２の構成部材である。接続要素５，６のうち１つにおける断線時に、それにもかかわらず両消費部７，８への給電が保証されたままであるように、電気的なブリッジ９は、両接続要素５，６を互いに結合するように形成されている。断線が、例示的に接続要素５において符号１１で示されている。それにもかかわらず、電気的な装置１は、電気的なブリッジ９により動作可能に維持される。なぜなら、両消費部７，８には電圧源４を介して給電されることが可能なためである。

【0025】

消費部７，８に割り当てられた短絡保護装置１０は、基本的には任意に選択されることが可能な複数の保護要素を備えている。したがって、以下の説明は、様々な保護要素の数、種類及び組合せに関して任意に適合あるいは変更されることが可能である。保護要素として、とりわけ、保護抵抗、保護ダイオード、ＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ及びこれらに類するものが任意の組み合わせにおいても用いられることが可能である。以下では、様々な保護要素について特定の用語が用いられ、保護要素として用いられる抵抗は保護抵抗と呼ばれ、あるいは保護要素として用いられるダイオードは保護ダイオードと呼ばれる。個々の保護要素は、個々の他の種類の保護要素によって、又は保護要素の組み合わせによって、任意に拡張され、組み合わされ、又は置き換えられることが可能である。

【0026】

図示のように、例えば、２つの保護要素を同一の接続要素５，６にそれぞれ割り当てることが可能である。図示の実施例では、第１の保護抵抗１２及び第１の保護ダイオード１３、特にツェナーダイオードが接続要素５に割り当てられており、第２の保護抵抗１４及び第２の保護ダイオード１５、特にツェナーダイオードが第２の接続要素６に割り当てられており、これらは、対応する接続要素５，６における短絡を防止することが可能である。

【0027】

短絡１６が接続要素５において存在する状況が例示的に示されている。したがって、図示の実施例では、第１の電圧源３が短絡１６によって利用可能でなくとも、両電気的な消費部７，８への電気エネルギーの供給が第２の電圧源４によって確保されることが可能である。図示の状況は、単に例示的なものとして理解されるべきである。断線１１あるいは短絡１６が他の要素、例えば接続要素６で生じることもあり得る。個々のエラー状態は、単独で生じることもあり得る。

【0028】

また、電圧源３，４を別々に短絡から保護する追加的な短絡保護装置１７，１８がそれぞれ電圧源３，４に割り当てられていることが図１に示されている。

【符号の説明】

【0029】

１ 電気的な装置
２ 保護装置
３，４ 電圧源
５，６ 接続要素
７，８ 消費部
９ ブリッジ
１０ 短絡保護装置
１１ 断線
１２ 保護抵抗
１３ 保護ダイオード
１４ 保護抵抗
１５ ダイオード
１６ 短絡
１７，１８ 短絡保護装置

【図1】

【国際調査報告】