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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz von Steuergeräten eines Fahrzeugs im Anhängerbetrieb.
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Ein Fahrzeug, insbesondere ein Straßenfahrzeug, kann dazu verwendet werden, einen Anhänger zu ziehen. Der Anhänger wird über eine Kupplung mit dem Fahrzeug gekoppelt. Desweiteren kann ein elektrischer Kabelbaum des Anhängers über eine Steckverbindung mit einem Steuergerät des Fahrzeugs (insbesondere mit einem sogenannten Anhänger-Steuermodul) verbunden werden. Dadurch wird das Fahrzeug befähigt, die lichttechnischen Einrichtungen des Anhängers (z.B. die Blinker, das Bremslicht, ein Schlusslicht, ein Rückfahrlicht und/oder eine Nebelschlussleuchte) zu steuern.
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Über die elektrischen Leitungen zwischen dem Anhänger-Steuermodul und den lichttechnischen Einrichtungen des Anhängers können Ströme in das Fahrzeug gekoppelt werden, durch die elektronische Komponenten des Fahrzeugs (z.B. ein Steuergerät des Fahrzeugs) beschädigt werden können.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, einen zuverlässigen Schutz für elektronische Komponenten eines Fahrzeugs bei Anhängerbetrieb bereitzustellen. Dieser Schutz soll insbesondere in Kosten- und Bauraum-effizienter Weise bereitgestellt werden.
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Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt wird eine Schutzvorrichtung zum Schutz eines Fahrzeugs (insbesondere eines Straßenfahrzeugs) vor elektrostatischer Ladung von einem Anhänger beschrieben. Der Anhänger umfasst eine Vielzahl von lichttechnischen Einrichtungen, die über eine entsprechende Vielzahl von Anhänger-Leitungen (z.B. über einen Kabelbaum des Anhängers) und eine entsprechende Vielzahl von Fahrzeug-Leitungen mit einem Anhänger-Steuermodul des Fahrzeugs verbunden werden kann. Mit anderen Worten, jede der Vielzahl von lichttechnischen Einrichtungen kann über eine dedizierte Leitung (bestehend aus einem Teil, der im Fahrzeug verläuft, d.h. einer Fahrzeug-Leitung, und bestehend aus einem Teil, der im Anhänger verläuft, d.h. einer Anhänger-Leitung) mit dem Anhänger-Steuermodul verbunden sein. Die Vielzahl von lichttechnischen Einrichtungen kann z.B. einen linken Fahrtrichtungsanzeiger bzw. Blinker, einen rechten Fahrtrichtungsanzeiger bzw. Blinker, eine Nebelschlussleuchte, ein Bremslicht, eine linke Schlussleuchte, eine rechte Schlussleuchte und/oder ein Rückfahrlicht. Das Anhänger-Steuermodul kann eingerichtet sein, eine lichttechnische Einrichtung über eine entsprechende Fahrzeug-Leitung und eine entsprechende Anhänger-Leitung zu steuern (z.B. zu aktivieren bzw. zu deaktivieren). Desweiteren kann die lichttechnische Einrichtung über die Fahrzeug-Leitung aus dem Fahrzeug (insbesondere vom Anhänger-Steuermodul) mit elektrischer Energie versorgt werden.
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Die Schutzvorrichtung umfasst eine Vielzahl von Leitungselementen, wobei ein Leitungselement eingerichtet ist, eine Anhänger-Leitung elektrisch leitend mit einer entsprechenden Fahrzeug-Leitung zu verbinden. Mit anderen Worten, ein Leitungselement ist eingerichtet eine lichttechnische Einrichtung des Anhängers mit dem Anhänger-Steuermodul des Fahrzeugs zu verbinden. Typischerweise umfasst die Schutzvorrichtung für jedes Paar aus Fahrzeug-Leitung und Anhänger-Leitung ein Leitungselement, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Fahrzeug-Leitung und Anhänger-Leitung herzustellen bzw. um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einer lichttechnischen Einrichtung und dem Anhänger-Steuermodul herzustellen. Ein Leitungselement kann z.B. durch eine Leiterbahn einer Leiterplatte realisiert sein.
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Desweiteren umfasst die Schutzvorrichtung ein Masseelement, welches eingerichtet ist, die Schutzvorrichtung mit einem Referenzpotential (insbesondere mit Masse) zu verbinden. Das Masseelement kann z.B. durch eine Leiterbahn einer Leiterplatte realisiert sein.
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Außerdem umfasst die Schutzvorrichtung eine, der Vielzahl von Leitungselementen entsprechende, Vielzahl von Schutzelementen. Insbesondere kann für jedes Leitungselement ein Schutzelement bereitgestellt werden. Mit anderen Worten, die Schutzvorrichtung kann jeweils ein Schutzelement für jede der Vielzahl von lichttechnischen Einrichtungen des Anhängers bzw. für jede der Vielzahl von Anhänger-Leitungen / Fahrzeug-Leitungen umfassen. Beispielsweise kann die Schutzvorrichtung 7 oder 13 Leitungselemente umfassen und jede der 7 oder 13 Leitungselemente kann mit einem Schutzelement versehen sein.
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Ein Schutzelement ist eingerichtet, ein entsprechendes Leitungselement mit dem Masseelement elektrisch leitend zu verbinden, wenn eine absolute Differenz zwischen einem Potential des Leitungselements und dem Referenzpotential einen Spannungs-Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Desweiteren ist das Schutzelement eingerichtet, das Leitungselement von dem Masseelement zu entkoppeln, wenn die absolute Differenz zwischen dem Potential des Leitungselements und dem Referenzpotential kleiner als der Spannungs-Schwellenwert ist. Der Spannungs-Schwellenwert liegt beispielsweise bei 10kV, 25kV oder mehr. Das Schutzelement kann z.B. eine bi-direktionale Zener-Diode (insbesondere ein Transil) umfassen und der Spannungs-Schwellenwert kann einer Durchbruchspannung der Zener-Diode entsprechen.
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Die Schutzvorrichtung ist somit eingerichtet, jede vom Anhänger kommende Anhänger-Leitung über ein Schutzelement abzusichern. Somit kann in effektiver und zuverlässiger Weise sichergestellt werden, dass elektrostatische Ladung des Anhängers, die eine Spannung aufweist, welche für elektronische Komponenten des Fahrzeugs (z.B. für elektronische Komponenten des Anhänger-Steuermoduls) schädlich sein kann (insbesondere eine Spannung die über dem Spannungs-Schwellenwert liegt), nicht auf das Fahrzeug übergekoppelt werden kann.
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Die Leitungselemente der Schutzvorrichtung sind typischerweise eingerichtet, eine elektrische Leistung zu übertragen, die für den Betrieb einer damit verbundenen lichttechnischen Einrichtung des Anhängers ausreicht. Somit kann weiterhin ein zuverlässiger Betrieb der lichttechnischen Einrichtungen gewährleistet werden.
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Die Schutzvorrichtung kann eine Leiterplatte umfassen. Die Vielzahl von Leitungselementen und/oder das Masseelement können dann Leiterbahnen auf der Leiterplatte umfassen. Insbesondere kann die Leiterplatte zwei Seiten aufweisen. Die Vielzahl von Leitungselementen kann eine entsprechende Vielzahl von Signal-Leiterbahnen auf einer ersten Seite der Leiterplatte umfassen. Andererseits kann das Masseelement eine Masse-Leiterbahn auf einer zweiten Seite der Leiterplatte umfassen. Durch die Verwendung einer Leiterplatte kann eine Kosten- und Bauraum-effektive Schutzvorrichtung bereitgestellt werden.
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Ein Schutzelement kann einen ersten Kontakt (z.B. einen ersten Pin) aufweisen, der elektrisch leitend mit einer Signal-Leiterbahn verbunden ist. Desweiteren kann ein Schutzelement einen zweiten Kontakt (z.B. einen zweiten Pin) aufweisen, der elektrisch leitend mit der Masse-Leiterbahn verbunden ist. Dabei kann das Schutzelement derart in Bezug auf eine Signal-Leiterbahn angeordnet sein, das ein Abstand zwischen der Signal-Leiterbahn und dem zweiten Kontakt größer als oder gleich wie ein Mindestabstand ist. Der Mindestabstand ist derart, dass kein Funkenüberschlag zwischen der Signal-Leiterbahn und dem zweiten Kontakt erfolgen kann. So können Schädigungen der Schutzvorrichtung vermieden werden.
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Die Schutzvorrichtung kann eine Fahrzeug-seitige Schnittstelle umfassen (z.B. einen Stecker bzw. eine Steckdose), die eingerichtet ist, mit einer Fahrzeug-Schnittstelle (z.B. einer Steckdose bzw. einem Stecker) eine Steckverbindung zu bilden, um die Vielzahl von Fahrzeug-Leitungen mit der Vielzahl von Leitungselementen zu verbinden. Alternativ oder ergänzend kann die Schutzvorrichtung eine Anhänger-seitige Schnittstelle (z.B. eine Steckdose bzw. einen Stecker) umfassen, die eingerichtet ist, mit einer Anhänger-Schnittstelle (z.B. einem Stecker bzw. einer Steckdose) eine Steckverbindung zu bilden, um die Vielzahl von Anhänger-Leitungen mit der Vielzahl von Leitungselementen zu verbinden. Die Fahrzeug-seitige Schnittstelle und/oder die Anhänger-seitige Schnittstelle können dabei 7 Pole oder 13 Pole aufweisen. Insbesondere können die Fahrzeug-seitige Schnittstelle und/oder die Anhänger-seitige Schnittstelle der Norm ISO 1724 oder ISO 11446 entsprechen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Schutz eines Fahrzeugs vor elektrostatischer Ladung von einem Anhänger beschrieben. Der Anhänger umfasst eine Vielzahl von lichttechnischen Einrichtungen, die über eine entsprechende Vielzahl von Anhänger-Leitungen und eine entsprechende Vielzahl von Fahrzeug-Leitungen mit einem Anhänger-Steuermodul des Fahrzeugs verbunden werden kann. Das Verfahren umfasst das Verbinden der Vielzahl von Anhänger-Leitungen mit der Vielzahl von Fahrzeug-Leitungen über eine entsprechende Vielzahl von Leitungselementen. Außerdem umfasst das Verfahren das Koppeln der Vielzahl von Leitungselementen mit einem Referenzpotential über eine entsprechende Vielzahl von Schutzelementen, so dass ein Leitungselement mit dem Referenzpotential elektrisch leitend verbunden ist, wenn eine absolute Differenz zwischen einem Potential des Leitungselements und dem Referenzpotential einen Spannungs-Schwellenwert erreicht oder überschreitet, und so dass das Leitungselement von dem Referenzpotential entkoppelt ist, wenn die absolute Differenz zwischen dem Potential des Leitungselements und dem Referenzpotential kleiner als der Spannungs-Schwellenwert ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (z.B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Schutzvorrichtung umfasst. Die Schutzvorrichtung kann zwischen einer Fahrzeug-Schnittstelle und einem Anhänger-Steuermodul angeordnet sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Anhänger (insbesondere ein Anhänger für ein Straßenfahrzeug) beschrieben, der die in diesem Dokument beschriebene Schutzvorrichtung umfasst. Die Schutzvorrichtung kann zwischen einer Anhänger-Schnittstelle und einer Vielzahl von lichttechnischen Einrichtungen des Anhängers angeordnet sein.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
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1 ein Blockdiagramm eines Fahrzeugs mit Anhänger;
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2a eine beispielhafte Schutzvorrichtung;
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2b eine beispielhafte Schutzdiode; und
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3a und 3b weitere beispielhafte Schutzvorrichtungen.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit dem Schutz von elektronischen Komponenten eines Fahrzeugs im Anhängerbetrieb. 1 zeigt ein Fahrzeug 100, das über eine Kupplung 104 mit einer entsprechenden Kupplung 114 eines Anhängers 110 verbunden ist. Desweiteren zeigt 1 ein Anhänger-Steuermodul 101, das über eine Vielzahl von elektrischen Leitungen 103 mit einer Fahrzeug-Schnittstelle 102 (z.B. mit einer Steckdose) verbunden ist. Der Anhänger 110 weist eine entsprechende Anhänger-Schnittstelle 112 (z.B. mit einem Stecker) auf. Die Anhänger-Schnittstelle 112 ist über elektrische Leitungen 113 (z.B. über einen Kabelbaum des Anhängers 110) mit einer Vielzahl von lichttechnischen Einrichtungen 111 verbunden. Das Anhänger-Steuermodul 101 kann über die Leitungen 103, 113 die einzelnen lichttechnischen Einrichtungen 111 des Anhängers 110 steuern (z.B. einen Blinker oder eine Rückfahrleuchte aktivieren / deaktivieren).
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Im Anhänger 110 kann es zu einer elektrostatischen Aufladung kommen, die über die Leitungen 103, 113 und die Steckverbindung 102, 112 auf das Fahrzeug 100 übertragen werden kann, und im Zugfahrzeug 100 ein oder mehrere elektronische Komponenten zerstören kann. Um die Übertragung von elektrostatischer Ladung vom Anhänger 110 auf das Fahrzeug 100 zu unterbinden kann zwischen dem Anhänger 110 und dem Fahrzeug 100 eine Schutzvorrichtung 120 vorgesehen werden, die eingerichtet ist, elektrostatische Ladung auf den einzelnen Leitungen 103, 113 gegen Masse abzuleiten. Mit anderen Worten, die Schutzvorrichtung 120 kann eingerichtet sein, eine Übertragung von elektrostatischer Ladung von dem Anhänger 110 auf das Fahrzeug 100 zu unterbinden. Insbesondere können Ladungen gegen Masse abgeleitet werden, wenn ein Potential auf einer Leitung 113 des Anhängers 110 (relativ zu Masse) einen vordefinierten Spannungs-Schwellenwert erreicht oder überschreitet (z.B. 25kV oder mehr).
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2a zeigt eine beispielhafte Schutzvorrichtung 120. Die Schutzvorrichtung 120 umfasst eine (doppelseitige) Leiterplatte 201, wobei eine erste Seite der Leiterplatte 201 eine Vielzahl von Signal-Leiterbahnen 202 umfasst, und wobei eine zweite Seite eine Masse-Leiterbahn (nicht dargestellt) zur Kopplung mit einer Masseleitung 203 umfasst. Die Signal-Leiterbahnen 202 können allgemein als Leitungselemente bezeichnet werden und die Masse-Leiterbahn kann allgemein als Masseelement bezeichnet werden. Über eine Signal-Leiterbahn 202 kann jeweils eine Verbindung zwischen einer Fahrzeug-Leitung 103 und einer entsprechenden Anhänger-Leitung 113 hergestellt werden.
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Die in 2a dargestellte Schutzvorrichtung 120 umfasst sieben Signal-Leiterbahnen 202 für die Leitungen 103, 113 für folgende lichttechnische Einrichtung 111 des Anhängers 110:
- • linker Blinker und rechter Blinker;
- • Nebelschlussleuchte;
- • Bremslicht;
- • linke Schlussleuchte und rechte Schlussleuchte; und
- • Rückfahrlicht.
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Die Schutzvorrichtung 120 umfasst weiter eine Vielzahl von Schutzelementen 210 für die Vielzahl von Leitungen 103, 113. Jede Leitung 113, 103, die vom Anhänger 110 zum Fahrzeug 100 geführt wird, kann ein dediziertes Schutzelement 210 aufweisen. Ein Schutzelement 210 ist eingerichtet, eine Leitung 113, 103 mit der Masseleitung 203 zu verbinden, wenn der Absolutwert eines Potentials auf der Leitung 113, 103 (relativ zu Masse) einen vordefinierten Spannungs-Schwellenwert erreicht oder überschreitet.
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2b zeigt ein beispielhaftes Schutzelement 210, das eingerichtet ist, im Falle einer elektrostatischen Aufladung zwei Signal-Leiterbahnen 201 mit der Masseleitung 203 zu koppeln. Zu diesem Zweck umfasst das Schutzelement 210 zwei bi-direktionale Zener-Dioden (auch als Suppressordioden oder Transil bezeichnet) 214. Mit anderen Worten, das Schutzelement 210 kann mindestens eine Zener-Diode für eine Signal-Leiterbahn 201 umfassen. Eine bi-direktionale Zener-Diode 214 sperret ein Strom zwischen den Punkten 212 und 213, wenn eine Spannung über der Zener-Diode 214 kleiner ist als der vordefinierte Spannungs-Schwellenwert (die sogenannte Durchbruchspannung). Andererseits wird ein Strom zwischen den Punkten bzw. Kontakten 212 und 213 ermöglicht, wenn die Spannung über der Zener-Diode 214 den vordefinierten Spannungs-Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Die bi-direktionale Zener-Diode 214 (insbesondere die Durchbruchspannung) kann so gewählt werden, dass elektrostatische Ladung, die eine elektronische Komponente im Fahrzeug 100 (insbesondere im Anhänger-Steuermodul 101) schädigen könnte, durch das Schutzelement 210 nach Masse abgeleitet wird.
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Ein Kontakt 212 des Schutzelementes 210 kann mit jeweils einer Signal-Leiterbahn 202 verbunden sein, und der Kontakt 213 des Schutzelements 210 kann mit der Masse-Leiterbahn verbunden sein. Dabei können die Signal-Leiterbahnen 202 derart ausgelegt sein, dass ein Abstand zwischen den Signal-Leiterbahnen 202 zu dem Kontakt 213 eines Schutzelements 210 größer als ein Minimalabstand ist. Durch den Minimalabstand kann ein Funkenüberschlag zwischen den Signal-Leiterbahnen 202 und Masse vermieden werden.
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Die Verwendung einer Leiterplatte 201 mit Leiterbahnen 202 ist vorteilhaft, da so eine Bauraum- und Kosten-effiziente Schutzvorrichtung 120 bereitgestellt werden kann, die z.B. im Fahrzeug 100 oder (bevorzugt) im Anhänger 110 (z.B. in dem Kabelbaum der Anhänger-Schnittstelle 112) integriert werden kann. Beispielsweise kann die Leiterplatte 201 eine Größe von ca. 5 × 1,5 cm aufweisen. Die Leiterbahnen 202 können eine Schichtdicke von ca. 150µm aufweisen, um einen ausreichenden Querschnitt für die an die einzelnen lichttechnischen Einrichtungen 111 zu übertragenen Leistungen bereitzustellen. Die Schutzvorrichtung 120 kann ein Gehäuse (z.B. ein Vergussgehäuse) zur Aufnahme der Leiterplatte 201 aufweisen, so dass sich für die Schutzvorrichtung 120 Abmessungen von z.B. ca. 50 × 15 × 13 mm ergeben.
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3a zeigt eine Schutzvorrichtung 120, welche außenliegende Signal-Leiterbahnen 302 und eine zentrale Masse-Leiterbahn 303 aufweist. Diese Schutzvorrichtung 210 kann z.B. mit einer einseitigen Leiterplatte realisiert werden. Die Signal-Leiterbahnen 302 sind jeweils über ein Schutzelement 210 mit der zentralen Masse-Leiterbahn 303 verbunden.
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In 3a werden die einzelnen Fahrzeug-Leitungen 103 und die einzelnen Anhänger-Leitungen 113 zu einer jeweiligen Signal-Leiterbahn 302 geführt. Die Schutzvorrichtung 120 aus 3b weist eine Fahrzeug-seitige Schnittstelle 312 und eine Anhänger-seitige Schnittstelle 322 auf. Von der Fahrzeug-seitigen Schnittstelle 312 werden die einzelnen Leitungen 103 aus dem Fahrzeug 100 über Leiterbahnen (nicht gezeigt) zu jeweils einem Schutzelement 210 geführt. In entsprechender Weise werden die Leitungen 113 aus dem Anhänger 110 von der Anhänger-seitigen Schnittstelle 322 über Leiterbahnen (nicht gezeigt) zu jeweils einem Schutzelement 210 geführt. Die Fahrzeug-seitige Schnittstelle 312 kann mit der Fahrzeug-Schnittstelle 102 eine Steckverbindung bilden und die Anhänger-seitige Schnittstelle 322 kann mit der Anhänger-Schnittstelle 112 eine Steckverbindung bilden. So kann eine Schutzvorrichtung 120 bereitgestellt werden, die in komfortabler Weise als separate Einheit zwischen die Fahrzeug-Schnittstelle 102 und die Anhänger-Schnittstelle 112 gesteckt werden kann.
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Durch die in diesem Dokument beschriebene Schutzvorrichtung 120 können elektronische Komponenten eines Zugfahrzeugs 100 in effektiver Weise vor ESD (electrostatic discharge) aus einem Anhänger 110 geschützt werden. So können Fehlfunktionen des Fahrzeugs 100 (z.B. ein Liegenbleiben des Fahrzeugs 100) vermieden werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Norm ISO 1724 [0015]
- ISO 11446 [0015]
