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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schnittstellenadapter für eine Anhängerschnittstelle an einem Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Anhängerschnittstelle und einem derartigen Schnittstellenadapter.
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Aufgrund der zunehmenden Anzahl elektrischer Aggregate und der zunehmenden elektrischen Leistungsanforderungen und Sicherheitsanforderungen werden für ein Kraftfahrzeug mit Anhänger leistungsfähigere Bordnetze und Anhängerschnittstellen zur zuverlässigen Versorgung sicherheitskritischer Bordnetzsysteme benötigt. Zunehmend werden auch hydraulische oder mechanische Betätigungsvorrichtungen durch elektromechanische oder elektrohydraulische Aktoren ersetzt, die elektronisch leichter zu steuern und zu regeln sind, dafür aber höhere Sicherheitsanforderungen und Zuverlässigkeitsanforderungen an die Stromversorgung des Bordnetzes stellen. Diese Anforderungen gelten auch für Anhänger, die ihrerseits sicherheitskritische Beleuchtungseinrichtungen, aber auch elektrohydraulische oder elektromechanische Bremsen aufweisen und mit elektrischen Fahrantrieben ausgestattet sein können.
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Andererseits sollen auch vorhandene Anhänger mit konventionellen 13-poligen oder 7-poligen Schnittstellen und 12 V oder 24 V-Anhängerbordnetz mit modernen Kraftfahrzeugen mit 48 V-Bordnetz verbindbar und weiterhin nutzbar sein.
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Die Versorgung eines Anhängers erfolgt meist aus dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs über eine elektrische Anhängerschnittstelle. Wünschenswert wäre auch für einen Anhänger eine leistungsfähigere und zuverlässigere zweikanalige Ausführung des Bordnetzes sowie ein zusätzlicher leistungsfähiger elektrischer Energiespeicher mit ausreichender Kapazität für das Anhängerbordnetz. Vorteilhafterweise kann das Energiemanagement mittels einer Datenschnittstelle Kraftfahrzeug und Anhänger umfassen und das Ladesystem bidirektional ausgeführt werden, so dass nicht nur eine Versorgung des Anhängers aus dem Energiespeicher des Kraftfahrzeugs, sondern auch auch eine Versorgung des Kraftfahrzeugs aus dem Energiespeicher des Anhängers ermöglicht wird. Wünschenswert wäre ein Schnittstellenadapter für die Ankopplung bestehender Anhängersysteme an moderne Fahrzeugbordnetze.
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Aus dem Dokument
DE 20 2008 002 334 U1 ist ein Stecker für den elektrischen Anschluss einer für eine niedrigere Eingangsspannung ausgelegten Elektrik eines Anhängers an die eine höhere Ausgangsspannung liefernde Elektrik eines Zugfahrzeugs bekannt, wobei in einem Gehäuse des Steckers ein getaktetes Stromventil für eine Reduzierung der von dem Zugfahrzeug gelieferten Ausgangsspannung auf die Eingangsspannung der Elektrik des Anhängers vorgesehen ist, und wobei das Stromventil in einer Masse- oder Minusleitung für mehrere Lastkreise vorgesehen ist. Der Stecker kann eine Steuerung umfassen, welche die von dem Zugfahrzeug gelieferte Ausgangsspannung misst. Der Stecker kann Teil eines Adapters zur Zwischenschaltung zwischen eine Steckdose an dem Zugfahrzeug und einem Stecker an dem Anhänger sein.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Schnittstellenadapter für eine Anhängerschnittstelle an einem Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Anhängerschnittstelle und einem derartigen Schnittstellenadapter zur Verfügung zu stellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Schnittstellenadapter für eine Anhängerschnittstelle an einem Kraftfahrzeug, wobei der Schnittstellenadapter kraftfahrzeugseitig redundante Energiekanäle und redundante Datenkanäle und anhängerseitig konventionelle Stromkreise aufweist.
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Durch die erfindungsgemäße Lehre wird der Vorteil erreicht, dass ein modernes Kraftfahrzeugbordnetz mit redundant ausgebildeten Energiekanälen und separat und redundant ausgebildeten Datenkanälen mit einem herkömmlichen Anhängerbordnetz mit konventionell ausgebildeten Stromkreisen gekoppelt werden kann.
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Entsprechend einer ersten exemplarischen Ausgestaltung ist der Schnittstellenadapter für einen bidirektionalen Betrieb eingerichtet.
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Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass elektrische Energie nicht nur ausgehend von einem Kraftfahrzeugbordnetz in ein Anhängerbordnetz übertragen werden kann, sondern dass auch eine umgekehrte Versorgungsrichtung aus einem Energiespeicher des Anhängerbordnetzes in das Kraftfahrzeugbordnetz möglich ist. Diese umgekehrte Versorgungsrichtung kann beispielsweise in Ausnahmesituationen erforderlich sein, wenn sämtliche Energiespeicher des Kraftfahrzeugbordnetzes vollständig entladen oder ausgefallen sind und das Kraftfahrzeugbordnetz nur mit elektrischer Energie aus dem Energiespeicher des Anhängers weiterhin betreibbar ist. Eine möglicherweise erforderliche Aufwärtswandlung, beispielsweise von einem 12 V-Anhängerbordnetz in ein 48 V-Kraftfahrzeugbordnetz, kann den ausgefallenen 48 V-Energiespeicher nicht vollständig ersetzen, kann aber eine Betriebsfähigkeit eingeschränkt aufrechterhalten. Hierzu weist der Schnittstellenadapter in dieser Ausgestaltung bidirektionale Gleichspannungswandler auf, die in beiden Richtungen für einen Aufwärtsbetrieb wie auch für einen Abwärtsbetrieb eingerichtet sind.
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Entsprechend einer weiteren exemplarischen Ausgestaltung weist der Schnittstellenadapter redundante Gleichspannungswandler auf.
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Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass eine Gleichspannungswandlung zwischen unterschiedlichen Bordnetzspannungen im Kraftfahrzeugbordnetz und im Anhängerbordnetz eine besonders hohe Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit aufweist.
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Entsprechend einer weiteren exemplarischen Ausgestaltung weist der Schnittstellenadapter einen redundanten CAN-Bus mit wenigstens zwei CAN-Kanälen auf.
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Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass der in der Fahrzeugtechnik weit verbreitete CAN-Bus auch in einem erfindungsgemäßen Schnittstellenadapter mit hoher Zuverlässigkeit eingesetzt werden kann.
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Entsprechend einer weiteren exemplarischen Ausgestaltung ist der Schnittstellenadapter eingerichtet für Bordnetzspannungen von ca. 48 V, und/oder ca. 24 V, und/oder ca. 12 V, sowohl auf einer Seite eines Kraftfahrzeugbordnetzes wie auch auf einer Seite eines Anhängerbordnetzes.
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Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass moderne 48 V-Bordnetze eines Kraftfahrzeugs mittels des Schnittstellenadapters mit bestehenden 12 V und 24 V-Bordnetzen von Anhängern gekoppelt werden können.
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Entsprechend einer weiteren exemplarischen Ausgestaltung weist der Schnittstellenadapter einen Gateway-Prozessor auf, der eingerichtet ist, einen Energiefluss zwischen einem Kraftfahrzeugbordnetz und einem Anhängerbordnetz zu steuern, und Diagnose- und Überwachungsfunktionen auszuführen, insbesondere Spannungsüberwachung, Stromüberwachung, Leitungsüberwachung, Wertebereichsplausibilisierung und/oder Ladeerkennung.
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Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass mögliche Fehler im Bereich der Anhängerschnittstelle mittels des erfindungsgemäßen Schnittstellenadapters erkennbar sind. Dies umfasst Leitungsfehler wie beispielsweise Isolationsfehler, Leitungsbruch, Über- oder Unterspannungen, Überströme im Bereich der Anhängerschnittstelle und die Überwachung von fahrzeugübergreifenden Ladevorgängen, bei denen beispielsweise Energiespeicher angeordnet in einem Anhängerbordnetz aus einem Kraftfahrzeugbordnetz geladen werden.
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Entsprechend einer weiteren exemplarischen Ausgestaltung weist der Schnittstellenadapter eine ausgelagerte Steckvorrichtung auf der Kraftfahrzeugseite und/oder eine ausgelagerte Steckvorrichtung auf der Anhängerseite auf.
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Durch eine Anordnung des erfindungsgemäßen Schnittstellenadapters an der Anhängerschnittstelle eines Kraftfahrzeugs wird die Steckvorrichtung zwischen Kraftfahrzeug und Anhänger verlängert. Eine derart verlängerte Steckvorrichtung kann mit begrenzten Zwischenraumverhältnissen zwischen Kraftfahrzeug und Anhänger zusammentreffen. Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schnittstellenadapters mit ausgelagerter Steckvorrichtung weist den Vorteil auf, dass die Steckvorrichtung auch bei begrenztem Bauraum an der Anhängerschnittstelle angeordnet werden kann.
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Entsprechend einer weiteren exemplarischen Ausgestaltung weist der Schnittstellenadapter eine ausgelagerte Energiewandlung auf.
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Eine in dem erfindungsgemäßen Schnittstellenadapter angeordnete Energiewandlung vergößert nicht nur den erforderlichen Bauraum des Schnittstellenadapters, sondern kann bei hohen Strombelastungen auch zu thermischen Problemen führen, wenn die Verlustwärme nicht in ausreichendem Maße abgeführt werden kann. Eine Ausgestaltung des Schnittstellenadapters mit ausgelagerter Energiewandlung weist den Vorteil auf, dass mehr Bauraum zur Verfügung steht und die Spannungswandler des Schnittstellenadapters ausreichend gekühlt werden können.
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Entsprechend einer weiteren exemplarischen Ausgestaltung weist der Schnittstellenadapter schraub- oder steckbare Verbindungsvorrichtungen auf.
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Eine derartige Ausgestaltung verbessert die Handhabbarkeit und Gebrauchstauglichkeit des erfindungsgemäßen Schnittstellenadapters.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Anhängerschnittstelle und einem erfindungsgemäßen Schnittstellenadapter.
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Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung und dessen exemplarische Ausgestaltungen beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten, soweit technisch sinnvoll, auch für den zweiten Aspekt der Erfindung.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
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In den Figuren zeigen:
- 1 eine teilweise schematische Darstellung einer vorgeschlagenen Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung;
- 2 eine teilweise schematische Darstellung einer vorgeschlagenen Vorrichtung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung;
- 3 teilweise schematische Darstellungen einer vorgeschlagenen Vorrichtung gemäß weiterer beispielhafter Ausgestaltungen der Erfindung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausgestaltung eines Schnittstellenadapters 100. Dieser weist anhängerseitig einen 13-poligen 12 V-Anhängeranschluss 200 nach DIN 72570 auf, die mit einem herkömmlichen Anhänger mit konventionellem Anhängerstecker verbindbar ist. Die Steckerkontakte 220 mit der genormten Belegung 1-13 sind mit konventionellen separaten Anhängerstromkreisen für die einzelnen Verbraucher, Beleuchtungskomponenten und Funktionen eines Anhängers verbunden. In einer anderen, hier nicht dargestellten, beispielhaften Ausgestaltung kann der Schnittstellenadapter 100 auch einen 7-poligen Anhängeranschluss aufweisen.
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Fahrzeugseitig weist der Schnittstellenadapter 100 eine moderne 48 V-Schnittstelle mit separaten Kontakten 320 zur Energieübertragung und separaten Kontakten 350 zur Datenübertragung auf. Diese können redundant ausgeführt sein und auch andere Betriebsspannungen als 48 V aufweisen. Die geometrische Ausgestaltung der Schnittstelle 300 und die Belegung der Kontakte 21-24 für die Energieübertragung und 51-54 für die Datenübertragung ist beispielhaft dargestellt und könnte auch in anderer Weise ausgeführt werden.
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Beispielsweise können die Kontakte wie folgt belegt sein:
- Energiekanal 1: Kontakt 21: 48 V Versorgung 1 Kontakt 22: Masse 1
- Energiekanal 2: Kontakt 23: 48 V Versorgung 2 Kontakt 24: Masse 2
- Datenkanal 1: Kontakt 51: Daten 1 Kontakt 52: Daten 2
- Datenkanal 2: Kontakt 53: Daten 3 Kontakt 54: Daten 4
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausgestaltung einer Anhängerschnittstelle 400 mit einem Schnittstellenadapter 410. Dieser weist auf der Kraftfahrzeugseite 310 Energiekontakte 21-24 und Datenkontakte 51-54 auf. Auf der Anhängerseite 210 ist beispielhaft ein 13-poliger Anhängeranschluss 200 mit Kontakten für die genormten Stromkreise 1-13 angeordnet. In einer Baugruppe 420 sind Gleichspannungswandler zur Anpassung einer Energieübertragung an unterschiedliche Betriebsspannungsebenen von beispielsweise 48 V oder 12 V angeordnet, welche bidirektional und/oder redundant ausgebildet sein können.
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Ein Gateway-Prozessor 450 steuert die Energieübertragung der Baugruppe 420 zwischen dem Kraftfahrzeugbordnetz 310 mit den Energieleitungen 21-24 und dem Anhängerbordnetz 210 mit den genormten Stromkreisen 1-13 mittels der aus dem Kraftfahrzeugbordnetz 310 zur Verfügung gestellten Datensignale 51-54. Hierbei kann es sich um einen CAN-Bus handeln, der redundant ausgeführt sein kann.
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Der Schnittstellenadapter 410 kann für einen bidirektionalen Betrieb eingerichtet sein. Zu diesem Zweck ist der Gateway-Prozessor 450 ausgebildet, um mittels der Gleichspannungswandler 420 sowohl aus einer Energieeinspeisung 21-24 aus dem Kraftfahrzeugbordnetz 310, unter Verarbeitung der zur Verfügung gestellten Datensignale 51-54, die entsprechenden Stromkreise 1-13 des Anhängerbordnetzes 210 anzusteuern, als auch, in umgekehrter Richtung, aus einer Energieeinspeisung aus dem Anhängerbordnetz 210, unter Erzeugung der entsprechenden Datensignale 51-54, die Energieleitungen 21-24 des Kraftfahrzeugbordnetzes 310 anzusteuern. Hierzu ist eine bidirektionale Datenverarbeitung und Steuerung der Energiekanäle 21-24 unter Realzeitbedingungen durch den Gateway-Prozessor 450 erforderlich.
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3 zeigt eine schematische Darstellung beispielhafter Ausgestaltungen einer Datenverarbeitungsvorrichtung 500 zur Steuerung von Energiekanälen 520 eines Kraftfahrzeugbordnetzes und Stromkreisen 550 eines Anhängerbordnetzes mittels einer in dem Schnittstellenadapter 410 angeordneten Steuereinheit 505, die einen Gateway-Prozessor 450 und einen oder mehrere Gleichspannungswandler 420 umfasst. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 500 weist in zwei der dargestellten Varianten einen Vergleicher bzw. eine EX-OR-Recheneinheit 506 zur Verarbeitung von Datensignalen aus redundanten Datenkanälen 510 auf.
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Eine Energieübertragung mittels der Energiekanäle 520, ausgehend von einem Kraftfahrzeugbordnetz, welches gemäß den dargestellten Varianten einkanalig oder zweikanalig bzw. redundant ausgebildet sein kann, wird durch die Steuereinheit 505, unter Verarbeitung von Datensignalen aus Datenkanälen 510, mittels Ansteuerung eines oder mehrerer Gleichspannungswandler in die entsprechenden Stromkreise 550 eines Anhängerbordnetzes eingesteuert. Die Datenkanäle 510 können ebenfalls einkanalig oder zweikanalig bzw. redundant ausgebildet sein. Datensignale aus redundanten Datenkanälen 510 werden durch einen Vergleicher bzw. eine EX-OR-Recheneinheit 506 ausgewertet und der Steuereinheit 505 zugeführt.
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Eine Energieübertragung aus dem Anhängerbordnetz in das Kraftfahrzeugbordnetz erfolgt in umgekehrter Weise.
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Bezugszeichenliste
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- 1-13
- Stromkreise 13-polige Anhängerschnittstelle
- 21-24
- Energiekontakte Kraftfahrzeugschnittstelle (beispielhafte Darstellung)
- 51-54
- Datenkontakte Kraftfahrzeugschnittstelle (beispielhafte Darstellung)
- 100
- Schnittstellenadapter
- 200
- 13-polige Anhängerschnittstelle
- 210
- Anhängerseite
- 220
- Kontakte 13-polige Anhängerschnittstelle
- 300
- Kraftfahrzeugschnittstelle (beispielhafte Darstellung)
- 310
- Kraftfahrzeugseite
- 320
- Energiekontakte Kraftfahrzeugschnittstelle (beispielhafte Darstellung)
- 350
- Datenkontakte Kraftfahrzeugschnittstelle (beispielhafte Darstellung)
- 400
- Anhängerschnittstelle (schematische Darstellung)
- 410
- Schnittstellenadapter
- 420
- Gleichspannungswandler
- 450
- Gateway-Prozessor
- 500
- Datenverarbeitungsvorrichtung
- 505
- Steuereinheit
- 506
- Vergleicher bzw. EX-OR-Recheneinheit
- 510
- Datensignale von Kraftfahrzeugseite
- 520
- Energieeinspeisung von Kraftfahrzeugseite
- 550
- Stromkreise Anhängerseite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202008002334 U1 [0005]
