DE102004019483A1

DE102004019483A1 - Vorrichtung zur pneumatischen und elektrischen Versorgung einer Achsbaugruppe

Info

Publication number: DE102004019483A1
Application number: DE200410019483
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. Frey; Harro Dr. Heilmann; Klaus-Dieter Dipl.-Ing. Holloh; Christian Dipl.-Ing. Quinger; Gernot Dr. Spiegelberg; Armin Dr. Sulzmann; Steffen Dipl.-Ing. Weber
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2005-11-10

Abstract

Eine Vorrichtung zur pneumatischen und elektrischen Versorgung einer Achsbaugruppe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, weist folgende Merkmale auf: DOLLAR A - ein Gehäuse (8), DOLLAR A - ein in dem Gehäuse (8) angeordnetes Steuergerät (9), welches mit wenigstens einer elektrischen Versorgungsleitung (12) verbunden ist, DOLLAR A - wenigstens ein in dem Gehäuse (8) angeordnetes Pneumatikventil (15, 16, 18, 19), welches mit einer pneumatischen Versorgungsleitung (14) und über eine interne Verbindung (22, 24) mit dem Steuergerät (9) verbunden ist, DOLLAR A - wenigstens einen in dem Gehäuse (8) angeordneten Sensor (21), welcher mit dem Steuergerät (9) über eine interne Verbindung (22, 24) verbunden ist. DOLLAR A Die Vorrichtung (7) ist modular aufgebaut und mit weiteren Bauteilen erweiterbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur pneumatischen und elektrischen Versorgung einer Achsbaugruppe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, die Achse eines Nutzfahrzeugs mit verschiedenen zusätzlichen Systemen auszurüsten, mit denen unterschiedliche Funktionen ausgeführt werden können. Beispielsweise kann an eine Achse ein Dämpfersystem angebaut werden, welches zum Beispiel einen Stoßdämpfer und eine oder mehrere Schraubenfedern aufweisen kann. Des weiteren sind Luftfederungssysteme, Bremsen, Differentialsperren und dergleichen wichtige, mit einer Achse in Verbindung stehende Systeme. Diese zusätzlichen Systeme weisen meist Sensoren zur Messung verschiedener Zustände, Ventile zur Steuerung verschiedener Funktionen und Aktuatoren zur Ausführung dieser Funktionen auf. Problematisch ist jedoch, dass durch die immer größer werdende Anzahl dieser Funktionen die zusätzlichen Systeme und insbesondere deren Ventile, Sensoren und Aktuatoren sowie die elektrischen und pneumatischen Verbindungen zwischen denselben meist sehr unübersichtlich an der Achsbaugruppe oder verteilt über dem gesamten Fahrzeugrahmen angeordnet sind. Dies führt sowohl bei der Montage als auch bei der Reparatur zu erheblichen zeitlichen und somit auch finanziellen Problemen. Insbesondere die Integration zu sätzlicher elektrischer Funktionen führt sehr häufig zu Schwierigkeiten.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur pneumatischen und elektrischen Versorgung einer Achsbaugruppe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, zu schaffen, bei der eine derartige Anordnung der einzelnen Bauteile gegeben ist, dass sich eine geringere Ausfallwahrscheinlichkeit und somit eine höhere Zuverlässigkeit der einzelnen Funktionen und eine höhere Reparaturfreundlichkeit ergibt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auf sehr viele bislang erforderliche, externe elektrische Verbindungen verzichtet werden, da die Schnittstellen zwischen den Pneumatikventilen bzw. den Sensoren und dem Steuergerät durch interne elektrische Verbindungen, also Verbindungen innerhalb des Gehäuses, gelöst sind. In jedem Fall werden die Verbindungen nicht über betriebsmäßig steckbare Verbindungen geführt. Bei solchen internen Verbindungen ist die Ausfallwahrscheinlichkeit insbesondere deshalb geringer als bei externen Verbindungen, da die internen Verbindungen keinerlei Einflüssen von außen ausgesetzt sind. Somit wird durch das Wegfallen vieler externer Verbindungen die Ausfallwahrscheinlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erheblich reduziert, sodass weitaus geringere Reparaturkosten und Ausfallzeiten der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteten Kraftfahrzeuge zu erwarten sind. Selbstverständlich verringern sich in gleichem Maße auch die Garantie- und Kulanzkosten. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in ihrem geringen Bauraumbedarf.

Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung modular aufgebaut, sodass sie mit verhältnismäßig geringem Auf wand in den verschiedensten Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann und funktionsübergreifend einsetzbar ist. Durch die Erweiterbarkeit der Vorrichtung mit weiteren Bauteilen lassen sich darüber hinaus eventuelle Sonderausstattungen bzw. zusätzliche Funktionalitäten, wie sie gerade bei Nutzfahrzeugen üblich sind, verhältnismäßig einfach integrieren.

Das System kann auch maximal bestückt sein, wobei die Komponenten bei einer Minderausstattung des Kraftfahrzeugs nicht angesteuert werden.

Eine Plattformstrategie unterstützt die jeweilige Fahrzeugausstattung. Die Basisarchitektur erlaubt auch eine Basisbestückung mit der Möglichkeit einer Erweiterung um die entsprechenden Komponenten der Sonderausstattung. Die Wirtschaftlichkeit entscheidet darüber, ob das Kraftfahrzeug maximal bestückt wird und bei Bedarf bestimmte Komponenten nicht angesteuert oder weggelassen werden oder ob eine Basisbestückung, z.B. Bremse, mit der Möglichkeit einer Erweiterung zum Einsatz kommt.

Ein Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Anspruch 11 angegeben.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung prinzipmäßig dargestellt.

Dabei zeigen:

1 eine Bodengruppe eines mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteten Kraftfahrzeug; und

2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In der sehr schematischen Darstellung gemäß 1 ist eine Bodengruppe 1 eines Kraftfahrzeugs, im vorliegenden Fall eines Nutzfahrzeugs 2, dargestellt. Die Bodengruppe 1 weist einen Rahmen 3 auf, an dem eine vordere Achsbaugruppe 4 mit einer Vorderachse 4a und eine hintere Achsbaugruppe 5 mit einer Hinterachse 5a angeordnet sind. Im vorliegenden Fall weist die Vorderachse 4a in an sich bekannter Weise zwei Räder 6 auf, wohingegen die Hinterachse 5a als sogenannte Zwillingsachse ausgeführt ist und insgesamt vier Räder 6 aufweist. Sowohl die vordere Achsbaugruppe 4 als auch die hintere Achsbaugruppe 5 sind jeweils mit einer Vorrichtung 7 zur pneumatischen und elektrischen Versorgung der jeweiligen Achsbaugruppe 4 bzw. 5 versehen, welche eine mechatronische Einheit bildet und nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 näher beschrieben wird.

Die Vorrichtung 7 weist ein Gehäuse 8 auf, welches in nicht dargestellter Weise mit dem Rahmen 3 verschraubt oder auf andere geeignete Art und Weise verbunden sein kann. Die Vorrichtung 7 weist des weiteren ein in dem Gehäuse 8 angeordnetes Steuergerät 9 auf, welches beispielsweise durch eine CPU gebildet sein kann und dementsprechend ein eigenes Betriebssystem besitzt. Das Steuergerät 9 ist mit einem CAN-Interface 10 verbunden, welcher wiederum mit einem CAN-Bus 11 verbunden ist, wodurch das Steuergerät 9 mit der Elektronik des Nutzfahrzeugs 2 vernetzt ist. Selbstverständlich wäre in diesem Zusammenhang auch der Einsatz eines LIN-Busses oder anderer geeigneter Einrichtungen denkbar. Des weiteren ist das Steuergerät 9 mit einer elektrischen Versorgungsleitung 12 verbunden, die das Steuergerät 9 vorzugsweise mit Gleichspannung versorgt. Die Verbindung des Steuergeräts 9 mit der elektrischen Versorgungsleitung 12 und dem CAN-Bus 11 kann über das CAN-Interface 10 vorgenommen sein.

Innerhalb des Gehäuses 8 ist des weiteren eine Ventilanordnung 13 vorgesehen, welche verschiedene Funktionen ausführen kann, von denen nachfolgend einige beschrieben sind. Die Ven tilanordnung 13 wird von einer pneumatischen Versorgungsleitung 14 mit pneumatischem Druck versorgt. Bei unterschiedlichen Druckniveaus können auch zwei oder mehr Druckversorgungsanschlüsse vorhanden sein. Die pneumatischen Kreise für die Vorderachse und Hinterachse sowie Feststellbremse und Nebenverbraucher werden üblicherweise durch das Schutzkreisventil in Kreisen getrennt. In einer Ausführungsform kann diese Kreisaufteilung auch in die elektro-pneumatischen Achsmodule integriert werden.

Im vorliegenden Fall weist die Ventilanordnung 13 ein erstes Pneumatikventil 15, z.B. ein Proportionalventil, ein Ein/Aus-Ventil oder ein druckmoduliertes Ventil, auf, das gemeinsam mit einem zweiten Pneumatikventil 16 auf einen Pneumatikzylinder 17 wirkt, der beispielsweise zur Steuerung einer nicht dargestellten Bremse des Nutzfahrzeugs 2 vorgesehen sein kann. Weitere Pneumatikventile 18 und 19, wie z.B. Ein/Aus-Ventile, Proportionalventile oder druckmodulierte Ventile, steuern einen weiteren Pneumatikzylinder 20 an, der Teil einer ebenfalls nicht dargestellten Luftfederung des Nutzfahrzeugs 2 sein kann. Selbstverständlich können noch weitere, nicht dargestellte Pneumatikzylinder vorgesehen sein, die durch die Ansteuerung mittels entsprechender zusätzlicher, der Ventilanordnung 13 zugeordneter Pneumatikventile verschiedene Funktionen an dem Nutzfahrzeug 2 ausführen können, wie zum Beispiel eine Niveauregulierung oder eine aktive Dämpfungsverstellung bzw. Wankregelung desselben.

Im vorliegenden Fall ist den Pneumatikventilen 18 und 19 ein Sensor 21 nachgeschaltet, der beispielsweise den nach den Pneumatikventilen 18 und 19 anliegenden Druck messen und über eine interne, elektrische oder pneumatische Verbindung 22 an einen A/D-Wandler 23 weiterleiten kann. Der A/D-Wandler 23 wandelt die analogen Signale bzw. Messgrößen des Sensors 21 in digitale Daten um und gibt ihn an das Steuergerät 9 weiter. Hierzu ist der A/D-Wandler 23 ebenfalls in dem Gehäuse 8 angeordnet und mit dem Steuergerät 9 über eine interne elekt rische Verbindung 24 verbunden. Der integrierte Sensor 21 könnte auch eine Wegstrecke, einen Strom oder dergleichen messen und soll lediglich die Integration einer Sensorfunktion in die Vorrichtung 7 verdeutlichen. Wenn es sich bei dem Sensor 21 um einen Wegmesssensor handelt, so kann das zu messende Teil, beispielsweise ein Federbein, ebenfalls zumindest teilweise in die Vorrichtung 7 integriert sein.

Über eine weitere interne elektrische Verbindung 25, die nicht über eine betriebsmäßig steckbare Verbindung geführt ist, ist das Steuergerät 9 mit einer Versorgungseinrichtung 26 verbunden, die zur Versorgung von über eine externe Verbindung 27 daran angeschlossenen externen Sensoren 28, 29 und 30 dient, die einer beliebigen Achsfunktion einer der Achsbaugruppen 4 oder 5 zugeordnet sein kann. Beispielsweise kann es sich jeweils um einen ABS-Sensor, um einen Wegmesssensor, um einen Drucksensor oder dergleichen handeln. Zusätzlich oder alternativ kann jeder einzelne der Sensoren 28, 29 oder 30 sowohl über die externe Verbindung 27 mit der Versorgungseinrichtung 26 als auch über eine weitere externe Verbindung 31 mit dem A/D-Wandler 23 verbunden sein. Die beiden Verbindungen 27 und 31 sind extern, da die Sensoren 28, 29 und 30 nicht innerhalb der Vorrichtung 7 sondern an einem direkt der jeweiligen Funktionalität zugeordneten Platz an der jeweiligen Achsbaugruppe 4 oder 5 angeordnet sind, wie dies beispielsweise bei dem einem der Räder 6 zugeordneten ABS-Sensor nicht zu vermeiden ist.

Mit dem Steuergerät 9 ist des weiteren ein Leistungsregler 32 über eine interne elektrische Verbindung 33 verbunden. Der Leistungsregler 32 dient zur Regelung der Leistung von im vorliegenden Fall dreier Aktuatoren 34, 35 und 36, die einer jeweiligen Achsfunktion zugeordnet sind und mit der der Leistungsregler 32 über eine externe Verbindung 37 verbunden ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um Elektromotoren handeln, die mit einer Differentialsperre zusammenarbeiten, für den Fachmann werden sich jedoch auch andere Einsatzmöglich keiten für die Aktuatoren 34, 35 und 36 ergeben. In nicht dargestellter Art und Weise können die Spulen der Aktuatoren 34, 35 und 36 über interne Verbindungen mit dem Leistungsregler 32 und auf diese Weise mit dem Steuergerät 9 verbunden sein, sodass sie zumindest teilweise in die Vorrichtung 7 integriert sind. In einer möglichen Ausführungsform wird die Schnittstelle zwischen der Elektrik/Elektronik und der Pneumatik durch den nicht dargestellten Ventilkörper und die zugehörige, fest mit dem Steuergerät 9 verbundene Ventilspule dargestellt. Andere Möglichkeiten bilden gesteckte Ventilkörper, wobei weitere Möglichkeiten denkbar sind. Die Basis ist jedoch stets, dass zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und zur Reduktion von Kabeln und Steckverbindungen die Kommunikation zwischen dem elektronischen Steuergerät 9 und den Ventilspulen über interne, nicht betriebsmäßig steckbare Verbindungen dargestellt wird. Der Leistungsregler 32 ist außerdem mit der Ventilanordnung 13 über eine interne Verbindung 38 verbunden, da auch die Pneumatikventile 15, 16, 18 und 19 mit Hilfe des Leistungsreglers 32 gesteuert werden können.

Schließlich steht das Steuergerät 9 noch über eine weitere interne elektrische Verbindung 39 mit einer Diagnoseeinrichtung 40 in Verbindung, welche eingesetzt werden kann, um die Funktionen der Vorrichtung 7 zu prüfen, und zwar sowohl von extern als auch innerhalb des Nutzfahrzeugs 2.

Statt der dargestellten internen und externen Verbindungen über Leitungen können diese alternativ auch als berührungslose Funk- oder optische Schnittstellen ausgebildet sein.

Im vorliegenden Fall weisen beide Achsen 4a und 5a die Vorrichtung 7 auf, diese kann jedoch auch lediglich einer der Achsen 4a oder 5a zugeordnet sein. Da die Vorrichtungen 7 jeweils annähernd beliebig erweiterbar sind, kann es sich bei den den beiden Achsen 4a und 5a zugeordneten Vorrichtungen 7 um unterschiedlich erweiterte bzw. skalierte Vorrichtungen 7 handeln. Im Rahmen dieser Erweiterbarkeit der Vorrichtung 7 können zusätzliche, an sich bekannte Achsfunktionen aufgenommen werden, wobei auch Steuergeräte 9 mit unterschiedlicher Geschwindigkeit oder Kapazität zum Einsatz kommen können. Es ist jedoch auch möglich, an beiden Achsen 4a und 5a identische Vorrichtungen 7 anzubringen, um so eine möglichst geringe Teileanzahl anzustreben.

Claims

Vorrichtung zur pneumatischen und elektrischen Versorgung einer Achsbaugruppe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit folgenden Merkmalen: – einem Gehäuse (8), – einem in dem Gehäuse (8) angeordneten Steuergerät (9), welches mit wenigstens einer elektrischen Versorgungsleitung (12) verbunden ist, – wenigstens einem in dem Gehäuse (8) angeordneten Pneumatikventil (15,16,18,19), welches mit einer pneumatischen Versorgungsleitung (14) und über eine interne Verbindung (22,24) mit dem Steuergerät (9) verbunden ist, – wenigstens einem in dem Gehäuse (8) angeordneten Sensor (21), welcher mit dem Steuergerät (9) über eine interne Verbindung (22,24) verbunden ist, wobei die Vorrichtung (7) modular aufgebaut und mit weiteren Bauteilen erweiterbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (8) wenigstens ein Pneumatikventil (15,16) zur Steuerung einer Bremse angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (8) wenigstens ein Pneumatikventil (18,19) zur Steuerung einer Luftfederung angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Gehäuse (8) angeordnete Sensor (21) als Drucksensor (21) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Steuergerät (9) wenigstens ein einer Achsfunktion zugeordneter Sensor (28,29,30) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (9) über einen A/D-Wandler (23) mit dem wenigstens einen Sensor (28,29,30) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der A/D-Wandler (23) in dem Gehäuse (8) angeordnet und mit dem Steuergerät (9) über eine interne elektrische Verbindung (24) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (9) vernetzt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Steuergerät (9) wenigstens ein einer Achsfunktion zugeordneter elektrischer Aktuator (34,35,36) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (9) über einen Leistungsregler (32) mit dem wenigstens einen Aktuator (34,35,36) verbunden ist.
Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit wenigstens zwei Achsbaugruppen, von denen wenigstens eine eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Achsbaugruppen (4,5) eine Vorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweisen.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass es mit sämtlichen durch das Steuergerät (9) steuerbaren Komponenten bestückt ist, wobei nicht benutzte Komponenten nicht angesteuert werden.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer minimalen Anzahl an durch das Steuergerät (9) steuerbaren Komponenten bestückt ist, wobei weitere Komponenten nachrüstbar sind.