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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Übertragung von digitalen Signalen zwischen mindestens zwei Steuergeräten in einem Kraftfahrzeug, wobei die Steuergeräte über eine Datenkommunikationsstrecke miteinander verbunden sind und Signale austauschen sowie ein Kraftfahrzeug.
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Neben digitalen Datenübertragungsbussen, wie beispielsweise CAN-Bus, FlexRay, Ethernet, ist auch die Übertragung über das 12-Volt-Bordnetz des Kraftfahrzeuges zwischen Steuergeräten möglich. Dies erfolgt beispielsweise über die Power-Line-Communication PLC. Aus der
DE 199 06 095 A1 ist eine Schaltungsanordnung zum elektrischen Vernetzen von Sensoren und/oder Aktoren in einem Kraftfahrzeug bekannt. Bei dieser Schaltungsanordnung kommunizieren zwei Steuergeräte über einen Fahrzeug-Bus miteinander. Zusätzlich ist jedes der Steuergeräte an eine Spannungsversorgungsleitung angeschlossen, mit welcher auch elektrische Module verbunden sind, wobei in jedem elektrischen Modul Sensoren und/oder Aktoren einzeln oder gruppenweise angeordnet sind. Neben der Spannungsversorgungsleitung ist auch eine Masseverbindung separat oder über eine Karosserie vorhanden.
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Die elektronischen Steuergeräte dienen als Sender für Aktorbefehle bzw. als Empfänger für Sensorsignale, indem sie an die Spannungsversorgungsleitung angeschlossen sind und die Befehle auf die Spannungsversorgungsleitung aufmodulieren bzw. die Signale demodulieren. So können mehrere Sensoren/Aktoren an ein und dieselbe Spannungsversorgung angeschlossen werden, was möglich wird, wenn die elektronischen Module jeweils für sie bestimmte Steuersignale im Spannungsversorgungssignal erkennen. Dazu ist es von Vorteil, wenn die Module eine logische Schaltung aufweisen, die spezifisch codiert ist.
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Weiterhin ist eine Datenübertragung über Funkstrecken z. B. Bluetooth und WLAN bekannt.
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Bei den bisherigen Übertragungstechniken (CAN, FlexRay, Ethernet) sind zusätzliche Leitungen und Steckverbindungen erforderlich. Dies führt zu zusätzlichen Kosten und Gewichtszunahme. Bei der Übertragung über das 12-Volt-Bordnetz können Elemente im Bordnetz (z. B. Sicherungen, DC/DC-Wandler oder Lastzustände) zur Beeinträchtigung der Datenübertragung führen. Bei der Funkübertragung mittels Bluetooth oder WLAN ist ein guter Funkkanal für eine Übertragung Voraussetzung. Dies kann bei ungünstiger Platzierung der Steuergeräte, insbesondere dann, wenn ein Steuergerät im Kofferraum und das andere Steuergerät im Motorraum des Kraftfahrzeuges angeordnet sind, zur Beeinträchtigung der Datenübertragung führen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung anzugeben, bei welcher die Kommunikation zwischen den Steuergeräten immer möglich ist, auch wenn eine Steuergeräteversorgung unterbrochen ist oder wenn stromautarke Systeme miteinander kommunizieren sollen.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
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Die Aufgabe ist mit einer Schaltungsanordnung dadurch gelöst, dass die Datenkommunikationsstrecke als Massepfad des Kraftfahrzeuges ausgebildet ist. Der Massepfad muss lediglich elektrisch gut leitend sein, wobei auf zusätzliche Leitungen und Steckverbinder verzichtet werden kann. Mittels dieses Massepfades ist die Kommunikation auch möglich, wenn die Steuergeräteversorgung unterbrochen ist bzw. stromautarke Systeme untereinander kommunizieren sollen.
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Vorteilhafterweise ist der Massepfad durch die Fahrzeugkarosserie gebildet. Durch die Verwendung der Karosserien als Datenkommunikationsstrecke wandern die von den Steuergeräten ausgesandten Signale über das gesamte Kraftfahrzeug, wodurch jeder Ort am Kraftfahrzeug erreicht werden kann. Da auch die Fahrzeugkarosserie gut leitend ist und alle Steuergeräte mit der masseführenden Fahrzeugkarosserie verbunden sind, ist eine störungsfreie Datenübertragung einfach möglich. Durch die Karosserie als Datenkommunikationsstrecke können leitungsgebundene Netzwerke zur Datenübertragung ersetzt werden, was ein Kosteneinsparpotential und darüber hinaus eine Gewichtseinsparung im Kraftfahrzeug nach sich zieht. Dieser Massepfad über die Fahrzeugkarosserie kann aber auch als redundanter Datenübertragungskanal zu an sich im Kraftfahrzeug vorhandenen digitalen Datenübertragungssystemen realisiert werden.
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In einer Ausgestaltung ist das Steuergerät über eine Koppelschaltung direkt an die Fahrzeugkarosserie angeschlossen. Zur Verwendung der Karosserie ist es lediglich notwendig, eine Leiterplatte, welche eine Koppelschaltung trägt, in oder an dem Steuergerät anzuordnen, um eine Signalübertragung vom Steuergerät an die Karosserie bzw. dem Massepfad zu realisieren.
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In einer Alternative führt das Steuergerät an eine Masseleitung des Fahrzeuges, welche mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist. Dies ist insbesondere für solche Steuergeräte von Vorteil, die nicht unmittelbar in Nähe der Fahrzeugkarosserie verbaut sind und somit eine Masseleitung benötigen, um mit der Karosserie verbunden zu werden.
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In einer Variante ist die Koppelschaltung kapazitiv ausgebildet. Hierdurch entstehen an der Fahrzeugkarosserie bzw. an den Massepfad Oberflächenwellen, die von einem anderen Steuergerät empfangen werden können. Die Fahrzeugkarosserie als Datenkommunikationsstrecke bleibt auch unbeeinträchtigt durch eine Beladung des Fahrzeuges, welche insbesondere die Datenkommunikation mittels Funksignalen beeinträchtigt. Auch Kommunikationssysteme, die Sichtkontakt voraussetzen, können mit dieser Datenkommunikationsstrecke realisiert werden.
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In einer Ausführungsform ist ein Transceiver des Steuergerätes mit der Masseleitung verbunden, welche mit einem, an der Fahrzeugkarosserie angeordneten Massebolzen verbunden ist. Somit ist mittels einfacher Schaltungselemente die Verbindung eines Steuergerätes mit der Fahrzeugkarosserie möglich.
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In einer Variante weist jedes Steuergerät einen Sommerfeld-Draht auf, mittels welchem die infolge der kapazitiven Einkopplung der Signale auf der Fahrzeugkarosserie entstehenden Oberflächenwellen detektiert werden. Mittels eines solchen Sommerfeld-Drahtes, bei welchem es sich lediglich um einen metallischen Draht handelt, oder einen Goubau-Draht, bei welchem der metallische Draht mit einer dielektrischen Schicht zur Konzentration des elektromagnetischen Feldes um den Draht versehen ist, ist ein Einkoppeln der auf der Karosserie des Fahrzeuges sich ausbreitenden Oberflächenwellen einfach möglich. Auch die vorhandenen Masseleitungen können als solche als Sommerfeld-Draht oder als Goubau-Draht ausgebildet sein.
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Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, bei welchem mehrere Steuergeräte über eine Datenkommunikationsstrecke miteinander kommunizieren und jedes Steuergerät mit Massepotential verbunden ist. Bei einem Kraftfahrzeug, bei welchem eine Datenübertragung im Kraftfahrzeug einfach möglich ist, ist die Datenkommunikationsstrecke nach mindestens einem in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Merkmal ausgebildet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges,
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges,
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3 ein Ausführungsbeispiel für eine kapazitive Ein- und Auskopplung eines Signales,
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4 ein Ausführungsbeispiel für eine Beschaltung eines Steuergerätes.
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 dargestellt, welches ein erstes Steuergerät 3 aufweist, das im Motorraum angeordnet ist und ein zweites Steuergerät 5 umfasst, welches im Kofferraum des Kraftfahrzeuges 1 positioniert ist. Die Signale der Steuergeräte 3 und 5 werden auf die Fahrzeugkarosserie 7, die elektrisch leitend ausgebildet ist, gegeben und erreichen durch die Nutzung der Fahrzeugkarosserie jeden Ort im Fahrzeug. Die Übertragungsstrecken über die Fahrzeugkarosserie 7 sind durch die Pfeile P1 und P2 gekennzeichnet. Auch Systeme mit hohen Übertragungsraten, die eine Sichtverbindung benötigen, können so eingesetzt werden.
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Die Signale werden dabei auf der Fahrzeugkarosserie 7 als hochfrequente Signale in Form von Oberflächenwellen übertragen. Das Prinzip der Oberflächenwellen beruht auf der Ausbreitung von Wellen nahe der Oberfläche aufgrund unterschiedlicher Phasengeschwindigkeiten zwischen Oberfläche und umgebenem Medium. An jedem Steuergerät 3, 5 ist beispielsweise ein Sommerfeld-Draht 9 oder ein Harms Goubau-Draht angeordnet, mittels welchen diese Oberflächenwellen ein- bzw. ausgekoppelt werden. Bei diesen Drähten 9 gibt es keinen Massebezug. Für eine Kanalvermessung wird ein VNWA (Vektorieller Netzwerkanalysator) herangezogen, dessen Innenleiter auf die Fahrzeugkarosserie 7 kontaktiert wird. Das sozusagen einzige Potential ist die Erde. Der VNWA wird dabei über einen Trenntransformator vom Netz getrennt, so dass eine Massenschleifenverbindung über die Stromversorgung des VNWA ausgeschlossen werden kann. Praxisversuche mit PLC-Kommunikation zeigen, dass eine Verbindung vom Kofferraum zum Motorraum mit 20 Megabit pro Sekunde betrieben werden kann. Der Karosseriekanal zeigt sehr ähnlich und oftmals eine geringere Einfügedämpfung im Vergleich zu PLC-Kanälen über die positive Versorgungsleitung der Steuergeräte.
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Da davon auszugehen ist, dass auch zukünftig jedes Steuergerät 3, 5 im Kraftfahrzeug 1 über eine Verbindung mit dem Minuspol einer Fahrzeugbatterie verbunden sein wird, wird dies mit einem leitenden Material umgesetzt werden. Dieser Karosseriekanal kann alternativ als redundante Signalübertragung zu an sich im Kraftfahrzeug 1 vorhandenen Busanbindungen der Steuergeräte 3, 5 genutzt werden.
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Wie aus 2 ersichtlich, bleibt die Kommunikation der Steuergeräte 3, 5 über die Fahrzeugkarosserie 7 auch dann gegeben, wenn durch Einsteigen von Personen oder das Beladen des Kofferraumes eine Gewichtsverschiebung innerhalb des Kraftfahrzeuges 1 erreicht wird.
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In 3 ist ein Ausführungsbeispiel für die Ein- und Auskopplung des Oberflächensignals vom Steuergerät 3, 5 an die Fahrzeugkarosserie 7 dargestellt. Dabei wird von einem Transceiver 11 des Steuergerätes 3, 5 eine kapazitive Koppelschaltung 13, welche auf einer Leiterplatte 15 angeordnet ist, mit der Fahrzeugkarosserie 7 verbunden. Aufgrund der kapazitiven Ein- und/oder Auskopplung der Signale verteilen sich diese als Oberflächenwellen auf der Fahrzeugkarosserie 7, mit welchen diese jeden Punkt des Kraftfahrzeuges 1 erreichen können.
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Eine mögliche Beschaltung des Steuergerätes 3 oder 5 ist in 4 dargestellt. Das Steuergerät 3 umfasst den Transceiver 11, welcher über eine Filtereinheit 17, welche eine EMV-Filterung oder eine Bandpassfilterung ausführen kann, mit der kapazitiven Koppelschaltung 13 verbunden ist. Die kapazitive Koppelschaltung 13 führt an den Negativpol des Steuergerätes 3, welcher über eine Masseleitung 19 mit einem, an der Fahrzeugkarosserie 7 angeordneten Massebolzen 21 verbunden ist. Darüber hinaus ist das Steuergerät 3 mit einer 12-Volt-Batterie 23, insbesondere deren Pluspol 25 verbunden, wobei der Minuspol 27 der Batterie 23 an einen zweiten Massebolzen 29 führt, der ebenfalls in die Fahrzeugkarosserie 7 eingelassen ist. Durch die Verbindung der Batterie 23 mit dem zweiten Massebolzen 29 wird die Fahrzeugkarosserie 7 auf das Potential Masse gesetzt.
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Aufgrund dieser Lösung ist ein Ersatz von diversen leitungsgebundenen oder leitungsfreien Kommunikationssystemen möglich. Bei den leitungsgebundenen Kommunikationssystemen wird durch Verzicht auf Kabel und Stecker eine Kostenersparnis ermöglicht. Die Verwendung leitungsfreier Kommunikationssysteme verhindert Verbindungsprobleme durch Gegenstände im Fahrzeug. Somit können auch hochbedrahtete Systeme als Quelle und/oder Senke der Übertragung genutzt werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereiches, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 3
- Steuergerät
- 5
- Steuergerät
- 7
- Fahrzeugkarosserie
- 9
- Sommerfeld-Draht
- 11
- Transceiver
- 13
- kapazitive Koppelschaltung
- 15
- Leiterplatte
- 17
- Filtereinheit
- 19
- Masseleitung
- 21
- Massebolzen
- 23
- Batterie
- 25
- Pluspol der Batterie
- 27
- Minuspol der Batterie
- 29
- Massebolzen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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