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Die
Erfindung betrifft allgemein ein modular aufgebautes Fahrzeug und
insbesondere ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, das aus mehreren Fahrzeugmodulen aufgebaut ist
und wenigstens einen Kabelstrang mit mehreren elektrischen Leitungen
für die
Versorgung und Steuerung von elektrischen Komponenten umfasst, wobei
die mehreren Fahrzeugmodule jeweils wenigstens eine Komponente umfassen
und über
jeweils wenigstens eine elektromechanische Schnittstelle mit dem
Kabelstrang verbunden sind, wobei in wenigstens einem der mehreren
Fahrzeugmodule wenigstens eine Steuerungsvorrichtung vorgesehen
ist.
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Die
Montage von Kraftfahrzeugen erfolgt zunehmend über große Fahrzeugmodule, d.h. über Montageeinheiten,
die separat vormontiert werden und anschließend zu dem Gesamtfahrzeug
zusammengesetzt werden. Beispiele dafür sind Fahrzeugtüren, die
in einem eigenen Herstellungsprozess zusammengesetzt werden und
anschließend
als ganze Einheit in das Fahrzeug eingebaut werden.
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Die
meisten Fahrzeugmodule haben elektrische Schaltvorrichtungen und
Verbraucher, wie z.B. einen Fensterheberschalter und einen Fensterhebermotor.
Für die
Steuerung der elektrischen Verbraucher und Statusmeldungen an außerhalb
des jeweiligen Moduls liegende elektrische Steuerungen sind in nahezu
allen Modulen mit Schaltvorrichtungen und Verbrauchern eigene zentrale
Steuerungen vorgesehen. Der Datenaustausch zwischen den Steuerungen
in den Modulen erfolgt über
den Kabelstrang mit mehreren elektrischen Leitungen im Fahrzeug.
Aufgrund des modularen Aufbaus des Fahrzeugs müssen an jeder Trennstelle zwischen
dem Modul und einem weiteren Modul oder dem Fahrzeug elektrische (Steck-)
Verbindungen vorgesehen werden. Dadurch steigt der Verkabelungsaufwand
im Fahrzeug z.T. erheblich.
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Durch
dezentrale Steuergeräte
oder mechatronische Sensoren bzw. Aktuatoren (d.h. Sensoren bzw.
Aktuatoren mit jeweils eigener Elektronik) in den Modulen lässt sich
der Verkabelungsaufwand reduzieren. Besonders bei Fahrzeugen der
Kleinwagenklasse und darunter ist der Funktionsumfang der Module
jedoch gering. Daher ist die dezentrale Anordnung der Steuergeräte keine
kostengünstige
Lösung für die Reduzierung
der Verkabelung in einem Fahrzeug.
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Aus
der
DE 197 38 684
A1 ist ein Überbrückungskabel
zur elektrischen Versorgung eines Kraftfahrzeug-Moduls in einer
Kraftfahrzeugtür
bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung steht die Zuverlässigkeit
der Stromübertragung
unter Berücksichtigung
von Nassraumbereichen im Vordergrund.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, den Umfang der Verkabelung in einem Fahrzeug
zu reduzieren und somit die Montage eines modular aufgebauten Fahrzeugs
zu vereinfachen und kostengünstig
zu machen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein modular aufgebautes Fahrzeug nach Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß erfolgt
die Anordnung der Steuergeräte
an den (mechanischen) Verbindungsstellen der Moduleinheiten des
Fahrzeugs. Das erfindungsgemäße Fahrzeug,
das aus mehreren Fahrzeugmodulen aufgebaut ist und wenigstens einen Kabelstrang
mit mehreren elektrischen Leitungen für die Versorgung und Steuerung
von elektrischen Komponenten umfasst, wobei die mehreren Fahrzeugmodule
jeweils wenigstens eine elektrische Komponente umfassen und über jeweils
wenigstens eine elektromechanische Schnittstelle mit dem Kabelstrang
verbunden sind, wobei in wenigstens einem der mehreren Fahrzeugmodule
wenigstens eine Steuerungsvorrichtung vorgesehen ist, ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerungsvorrichtung und die elektromechanische Schnittstelle
in einer Einheit integriert sind, die zwischen dem Fahrzeugmodul
und dem Fahrzeug angeordnet ist.
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Vorzugsweise
ist die Einheit mechanisch an einem Fahrzeugmodul oder an dem Fahrzeug
befestigt. Insbesondere können
auch mehrere Steuerungsvorrichtungen in einer Einheit integriert
sein.
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Ein
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Partitionierung von
Funktionen, d.h. die Zuordnung von Funktionen zu den jeweiligen
Steuergeräten
sehr flexibel ist. Es können
funktionale wie auch geometrische Zuordnungen erfolgen, die eine
kostengünstige
Lösung
ermöglichen,
ohne dass die Komplexität übermäßig ansteigt.
Ferner wird der Verkabelungsaufwand reduziert, es werden keine zusätzlichen
Steckverbinder benötigt.
Durch die geometrische Partitionierung wird die Länge der
Leitungen reduziert, so dass Gewicht, Volumen und Kosten eingespart
werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, bei der Bezug genommen
wird auf die beigefügten
Zeichnungen.
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1 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild mit elektrischen Elementen und
Verbrauchern in einem Fahrzeug nach dem Stand der Technik.
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2 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild mit elektrischen Elementen und
Verbrauchern in einem Fahrzeug gemäß der Erfindung.
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In 1 ist
ein Fahrzeug 1 als strichpunktiertes Rechteck gezeigt,
das übliche
elektrische Komponenten umfasst. Die elektrischen Komponenten sind
größtenteils
in eigenen Modulen untergebracht. Die elektrische Kommunikation
im Fahrzeug 1 erfolgt über
einen Kabelstrang 4 (fett gezeichnet) auf der Fahrerseite 2 und
auf der Beifahrerseite 3, die jeweils mehrere (nicht dargestellte)
elektrische Leitungen umfassen. Die Leitungen können dabei wenigstens teilweise
zu Bussystemen einerseits und reinen Versorgungsleitungen andererseits
in dem Kabelstrang 4 zusammengefasst sein.
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Einige
elektrische Komponenten werden in dem Fahrzeug direkt (über eine
lokale Elektronik) mit dem Kabelstrang 4 verbunden, so
z.B. die Frontscheinwerfer 5 und die Rückleuchten 6. Im übrigen sind
bei der Darstellung in 1 im wesentlichen alle Elemente
Teil eines eigenen Moduls. (Die Module sind gestrichelt dargestellt.)
Die Verbindung des jeweiligen Moduls mit dem Kabelstrang 4 erfolgt über eine
Steckverbindung 7 (als zwei unterschiedlich große nebeneinander
liegende Rechtecke dargestellt). Dabei kann ein Modul über eine
oder mehrere Steckverbindungen 7 mit dem Kabelstrang 4 kommunizieren.
Das Cockpit- Modul 8 ist über zwei Steckverbindungen 7 mit
dem Kabelstrang 4 verbunden. Intern im Modul erfolgt die
Kommunikation über
ein lokales Kabel oder ein Modulkabel 9 (dünner Strich).
Das Cockpit- Modul 8 umfasst eine Grundmoduleinheit 10 und
eine Lichtmoduleinheit 11, die beide über Schalter 12 durch
den Fahrer manipuliert werden können. Darüber hinaus
beinhaltet das Cockpit- Modul 8 eine Heizungs- und Klimasteuerung 13 sowie
eine Kombiinstrumentenanzeige 14. Ebenfalls Teil des Cockpit- Moduls 8 ist
ein Radio 15, das mit dem Kabelstrang 4 direkt
verbunden ist. Die Stromversorgung 16 dient der Versorgung
aller Komponenten des Cockpit- Moduls 8 mit elektrischer
Leistung und ist sowohl mit dem Modulkabel 9 als auch mit
dem Kabelstrang 4 verbunden.
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Ein
weiteres wesentliches Modul bei einem Fahrzeug ist das bereits oben
angesprochene Türmodul 17 der
Tür vorne
rechts bzw. links. Die dargestellten Elemente des vorderen Türmoduls 17 sind eine
zentrale Türelektronik 18 für die Steuerung
und Versorgung der Türkomponenten.
Eine erste Komponente ist ein Außenspiegel 19, der
durch die Türelektronik
gesteuert wird. Ferner ist in dem Türmodul 17 ein Fensterhebermotor 20 vorgesehen,
der bei Betätigung
eines Fensterheberschalters 21 durch den Fahrer oder durch
einen Beifahrer von der Türelektronik 18 angesteuert
wird. Schließlich
ist in der dargestellten Ausführungsform
der Tür
eine Zentralverriegelung 22 vorgesehen, die ebenfalls über die
Türelektronik 18 aktiviert
bzw. deaktiviert wird.
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Im
wesentlichen die gleichen Komponenten finden sich in den Türmodulen 23 der
hinteren Türen. Sie
sind mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den Türmodulen 17 der
vorderen Türen
und werden der Kürze
halber nicht nochmals aufgeführt.
Die Türkomponente 23 der
hinteren Tür
unterscheidet sich von der Türkomponente 17 der
vorderen Tür
und von allen weiteren in 1 gezeigten
Modulen darin, dass sie als einzige keine Steuerungsvorrichtung aufweist.
Die Funktion ihrer Komponenten kann direkt über den Kabelstrang 4 gesteuert
werden, so dass eine eigene Steuerungselektronik bei dem Modul 23 entfallen
kann.
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Eine
weitere Zentralverriegelung 24 befindet sich an der Kofferraumklappe
hinten am Fahrzeug.
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Ein
weiteres Modul in dem Fahrzeug 1 ist das Modul 25 "Fahrzeughimmel". Es fasst die Funktionen
des Schiebehebedachs 26, sowie der Innenraumbeleuchtung 28 und
der Make-up-Spiegelbeleuchtung 27 zusammen. Ferner ist
in dieses Modul 25 auch die Diebstahlwarnanlage 29 integriert.
Wie alle vorher genannten Module ist auch das Fahrzeughimmel- Modul 25 mit
dem Kabelstrang 4 über eine
elektrische Schnittstelle 7 verbunden.
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Zur
persönlich
angepassten Einstellung der Sitzposition bei Fahrer und u.U. Beifahrer
weist der jeweilige Sitz diverse Stellmotoren 31, Sitzheizung 31' und eine Sitzsteuerung 32 mit
Memory- Funktion auf, die über
ein modulinternes Kabel 9 miteinander und über eine
Schnittstelle 7 mit dem Kabelstrang 4 verbunden
sind. Der Sitz und seine elektrischen Komponenten bilden das jeweilige
Sitzmodul 10.
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Bei
der gezeigten Ausführungsform
eines Fahrzeugs nach dem Stand der Technik zählt man allein zehn Schnittstellen 7 sowie
fünf Steuerungsvorrichtungen 10, 11, 18, 26 und 32.
Dies bedeutet einen erheblichen Verkabelungsaufwand.
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In 2 ist
die erfindungsgemäße Anordnung
der Komponenten und Module eines Fahrzeugs 1 gezeigt. Komponenten
mit gleicher Funktion wie in 1 sind gleich
bezeichnet und werden nicht nochmals erläutert.
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Die
Steckverbindungen 7 in 1 sind in 2 durch
Einheiten ersetzt worden, in denen die Steuerungsvorrichtungen 10, 11, 18, 26 bzw. 32 integriert
sind. Dadurch ändert
sich bei einigen Modulen der interne Aufbau insoweit, als die jeweilige
Steuerungsvorrichtung entfällt
bzw. wenigstens einige Funktionen der Steuerungsvorrichtung ausgelagert und
von den externen Einheiten übernommen
werden.
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Bei
dem Cockpit- Modul 8 entfallen so das Grundmodul 10 und
das Lichtmodul 11. Sie sind beide Bestandteil einer Elektronik
in der A- Säule
auf der Fahrerseite, der Einheit 33. Das modulinterne Kabel 9 wird
daher aus dem Modul 8 herausgeführt und mit der Einheit 33 verbunden.
Es müssen
jedoch nicht alle Funktionen eines Moduls in einer einzigen Einheit
integriert werden. Daher ist das Modulkabel 9 des Moduls 8 auch
zu einer weiteren Einheit 34 herausgeführt, die weiter unten erläutert wird.
Darüber hinaus
werden bei einigen Steuerungsvorrichtungen nur bestimmte Funktionen
ausgelagert. So werden die Ein- und Ausgabefunktionen der Steuerungsvorrichtungen 13 und 14 für Klimaanlage
bzw. Kombiinstrumentenanzeige durch die Einheit 33 bzw.
die Einheit 34 übernommen,
die jeweiligen Masterfunktionen verbleiben jedoch in den Steuerungsvorrichtungen 13 und 14.
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Die
Einheit 33 ist in der Nähe
der mechanischen Verbindung des Fahrzeugs 1 mit dem Türmodul 17 der
vorderen Tür
angeordnet. Daher wird in die Einheit 33 außerdem die
Türelektronik 18 integriert. Da
schließlich
auch das Modul 30 "Fahrersitz" nicht weit von der
Verbindung zwischen Türmodul 17 und Fahrzeug 1 entfernt
ist, lässt
sich auch die Steuerung des Sitzes in der Einheit 33 integrieren.
Somit übernimmt
die Einheit 33 die Steuerung des Moduls 8 (wenigstens
teilweise), des Moduls 17 und des Moduls 30.
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Analog
ist auf der Beifahrerseite 3 eine Elektronik 34 in
der A- Säule
angeordnet, die die Steuerung eines Teils des Cockpit- Moduls 8 und
des Türmoduls 17 auf
der Beifahrerseite übernimmt.
Zerner wird durch die Einheit 34 auch das Beifahrersitzmodul 30 gesteuert.
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Die
Steuerung des hinteren Türmoduls 23 erfolgt
durch jeweils eine Elektronik 35 und 36 in der
B- Säule
des Fahrzeugs 1 auf der Fahrer- bzw. der Beifahrerseite.
Dabei übernimmt
die Elektronik 35 auf der Fahrerseite außerdem die
Steuerung des Fahrzeughimmel- Moduls 25.
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Es
lassen sich bei der erfindungsgemäßen Aufteilung und Anordnung
der Steuerungsvorrichtungen und Verbindungen mehrere Steuerungsvorrichtungen 10, 11, 18, 26 bzw. 32 in
einer Einheit 33, 34, 35 bzw. 36 integrieren.
Im Vergleich zum Stand der Technik nach 1 hat man
somit statt zehn Steckverbindungen nunmehr noch vier zentral angeordnete
Elektronikeinheiten, was eine erhebliche Einsparung an Verkabelung
und damit an Gewicht und Kosten bedeutet.
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Vorzugsweise
sind die Einheiten 33, 34, 35 bzw. 36 mechanisch
an dem Fahrzeug befestigt, sie kann aber ebenso gut an einem der
Fahrzeugmodule 8, 17, 23, 25, 30 befestigt
sein.
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Fahrerseite
- 3
- Beifahrerseite
- 4
- Fahrzeug-
Bus, Kabelstrang
- 5
- Scheinwerfer
- 6
- Rückleuchte
- 7
- Steckverbinder
- 8
- Modul
Cockpit
- 9
- Modul-
Bus
- 10
- Grundmodul
- 11
- Lichtmodul
- 12
- Schalter
- 13
- Heizung,
Klima
- 14
- Kombiinstrumentenanzeige
- 15
- Radio
- 16
- Stromversorgung
- 17
- Modul
Tür vorne
- 18
- Türelektronik
- 19
- Spiegel
- 20
- Fensterhebermotor
- 21
- Fensterheberschalter
- 22
- Zentralverriegelung
- 23
- Modul
Tür hinten
- 24
- Zentralverriegelung
Kofferraumklappe
- 25
- Modul
Himmel
- 26
- Schiebehebedach
- 27
- Make-up-Spiegelbeleuchtung
- 28
- Innenraumlicht
- 29
- Diebstahlwarnanlage
- 30
- Modul
Sitz
- 31
- Motor, 31' Sitzheizung
- 32
- Sitz-
Memory
- 33
- Elektronik
in A- Säule
auf Fahrerseite
- 34
- Elektronik
in B- Säule
auf Fahrerseite
- 35
- Elektronik
in A- Säule
auf Beifahrerseite
- 36
- Elektronik
in B- Säule
auf Beifahrerseite