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Die Erfindung betrifft einen elektronischen Adapter zur Verbindung einer elektrischen Stelleinheit mit einer vorgegebenen elektrischen Fahrzeugarchitektur, insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen.
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Elektrische Stelleinheiten sind aus dem Stand der Technik an sich bekannt, beispielsweise aus
WO 2021/074909 A1 , und finden an vielen Stellen in Kraftfahrzeugen Anwendung, beispielsweise steuern diese mechanische Klappen zu Auspuffendtöpfen mit Klappensteuerung oder zu Schließlamellen im Kühlergrill (Shuts) zur Optimierung der Aerodynamik. Gewöhnlich erhält eine solche elektrische Stelleinheit von der elektrischen Fahrzeugarchitektur ein Signal, woraufhin der integrierte Motor angesteuert wird, um als Aktuator das entsprechende Bauteil im Kraftfahrzeugen zu bewegen.
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Elektrische Stelleinheiten sind in ihren Anschlüssen und den elektrischen / elektronischen Eigenschaften in der Regel auf die jeweilige Bauserie eines Kraftfahrzeugs ausgelegt und wurden dafür validiert bzw. zertifiziert. Daher ist ein einfaches Übertragen einer bewährten elektrischen Stelleinheit von einer Kraftfahrzeugserie auf eine andere nicht ohne weiteres möglich.
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Während im Bereich der PKW hohe Stückzahlen erreicht werden, welche den finanziellen Aufwand für Entwicklung und Validierung / Zertifizierung rechtfertigen, sind die Investitionen im Bereich der LKW mit vergleichsweise geringen Stückzahlen zwischen 10.000 und 30.000 Einheiten im Jahr nicht wirtschaftlich. Hier kommt hinzu, dass viele LKW-Hersteller ihre eigenen elektrischen Fahrzeugarchitekturen haben, die untereinander nicht ohne weiteres kompatibel sind. Es lohnt sich daher normalerweise nicht, für LKW-Hersteller exklusive Produkte zu entwickeln.
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Es besteht daher der Bedarf an einer Lösung für die vorstehend genannten wirtschaftlichen und technischen Probleme.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen elektronischen Adapter bereitzustellen, der eine vorhandene elektrische Stelleinheit mit einer vorgegebenen elektrischen Fahrzeugarchitektur verbindet und die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
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Diese Aufgabe wird in der vorliegenden Erfindung durch einen elektronischen Adapter (1) zur Verbindung einer elektrischen Stelleinheit (3) mit einer vorgegebenen elektrischen Fahrzeugarchitektur gelöst, umfassend
- - eine kabelgebundene Verbindung (11) zu der elektrischen Stelleinheit (3),
- - zumindest eine elektronische Steckereinheit (13) zum Anschluss der vorgegebenen elektrischen Fahrzeugarchitektur,
- - einen 12 V / 24 V / 48 V Spannungswandler,
und/oder
- - zumindest einen Signalwandler für die Wandlung von einem seriellen Bussystem zu einem seriellen Kommunikationssystem oder für die Wandlung von einer digitalen Modulation zu einem seriellen Kommunikationssystem.
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Mit dem Begriff „elektrische Fahrzeugarchitektur“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung das jeweils eingesetzte Konzept für das optimale Energiemanagement mit Energiespeicherung, Energieversorgung und Energierückgewinnung bezeichnet, wobei die elektrische Fahrzeugarchitektur die Fahrerassistenzsysteme mit ihren elektronischen Steuerungsgeräten, das Netzwerk, das Diagnosesystem und die weiteren elektrischen / elektronischen Komponenten versorgen und steuern.
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Die „kabelgebundene Verbindung“ dient zum Anschluss des erfindungsgemäßen elektronischen Adapters (1) an die elektrische Stelleinheit (3), wobei durch das bewegliche Kabel eine große Flexibilität für dessen Anordnung gewährleistet wird.
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Der Begriff „elektronische Steckereinheit“, wie er in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, beschreibt die Steckverbindung mit der vorgegebenen elektrischen Fahrzeugarchitektur. Die elektronische Steckereinheit (13) kann dabei sehr variabel auf die externen Anforderungen und Steckertypen angepasst werden.
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Der „Spannungswandler“ ist erfindungsgemäß als Converter bekannt. Der Motor, der mit 12 V betrieben wird, kann über den elektronischen Adapter (1) der vorliegenden Erfindung auch mit 24 V oder 48 V gesteuert werden.
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Der „Signalwandler“ wird gemäß der vorliegenden Erfindung seitens der vorgegebenen elektrischen Fahrzeugarchitektur angesteuert. Der elektronische Adapter (1) der vorliegenden Erfindung wandelt diese Signale.
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Der erfindungsgemäße elektronische Adapter (1) weist zunächst den Vorteil auf, dass er bei vorhandenen elektrischen Stelleinheiten (3) flexibel einsetzbar ist, ohne selbst eine Validierung oder Zertifizierung durchlaufen zu müssen. Damit ist es möglich, bei der den zertifizierungspflichtigen elektrischen Stelleinheiten (3) auf vorhandene Systeme zurückzugreifen und kundenspezifisch lediglich den nicht zertifizierungspflichtigen elektronischen Adapter (1) auszuführen.
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Der erfindungsgemäße elektronische Adapter (1) stellt somit eine intelligente Elektronik dar, die eine herstellerunabhängige Anwendung vorhandener elektrischer Stelleinheiten (3) auf verschiedenste in der vorgegebenen elektrischen Fahrzeugarchitektur vorgesehene Ansteuerungen ermöglicht. Auf diese Weise wird nicht nur der mit großen Stückzahlen vertretene PKW-Bereich abgedeckt, sondern auch die Übernahme solcher elektrischer Stelleinheiten (3) in den LKW-Bereich, für Offroad-Fahrzeuge, Landmaschinen oder Baufahrzeuge ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das serielle Kommunikationssystem ein LIN-Bus ist. Unter „LIN“ wird „Local Interconnect Network“ verstanden. LIN dient der Vernetzung von Sensoren und Aktuatoren. Diese Konfiguration ist insoweit von Vorteil, als die meisten elektrischen Stelleinheiten (3) mit LIN konfiguriert sind.
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Das serielle Bussystem kann in einer erfindungsgemäßen Weiterbildung ein CAN-Bus sein. Mit „CAN“ wird ein „Controller Area Network“ bezeichnet, das zu den Feldbussen gehört. CAN dient dazu, die Anzahl an Kabelbäumen in einem Kraftfahrzeug verringern um einerseits Rohstoffe und Kosten, andererseits Gewicht einzusparen. Die vorgegebene elektrische Fahrzeugarchitektur wird hinsichtlich Kommunikation und Steuerung optimiert.
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In dem erfindungsgemäßen elektronischen Adapter (1) kann in einer Ausführungsform die digitale Modulation eine Pulsweitenmodulation PWM sein. Bei der PWM wechselt eine technische Größe zwischen zwei Werten, wodurch die PWM hauptsächlich in der Steuer- und Regelungstechnik verwendet wird.
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Es ist für die Verwendung mit vorhandenen elektrischen Stelleinheiten (3) von Vorteil, wenn in dem erfindungsgemäßen elektronischen Adapter (1) die kabelgebundene Verbindung (11) mit 12 V / LIN konfiguriert ist. Bei Verbrennungsmotoren ist das Ziel, den Schadstoff-Ausstoß zu verringern.
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Eine spezielle Weiterbildung sieht vor, dass die elektronische Steckereinheit (13) auf ein serielles Bussystem oder eine digitale Modulation und/oder jeweils mit 12 V bis 24 V oder 48 V konfigurierbar ist. Hierdurch wird der mögliche Einsatzbereich einer mit dem erfindungsgemäßen elektronischen Adapter (1) versehenen elektrischen Stelleinheiten (3) deutlich erweitert.
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Um die Betriebssicherheit er erhöhen, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die elektronische Steckereinheit (13) einen Verpolungsschutz aufweist. Dieser Verpolungsschutz kann beispielsweise als „Sicherung“ elektronisch ausgeführt sein.
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Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die elektronische Steckereinheit (13) erfindungsgemäß eine Sicherung gegen Überspannung und / oder Kurzschluss aufweist. Diese Sicherung gegen Überspannung und / oder Kurzschluss kann erfindungsgemäß in der Form einer Schutzbeschaltung ausgeführt sein.
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In einer Weiterbildung weist die elektronische Steckereinheit (13) in dem erfindungsgemäßen elektronischen Adapter (1) einen Schutz gegen Vibration und / oder Feuchtigkeit auf. Damit wird verhindert, dass sich die Steckverbindung zu der vorgegebenen elektrischen Fahrzeugarchitektur im Betrieb des Kraftfahrzeugs löst und Feuchtigkeit eindringt. Schutz gegen Vibration und / oder Feuchtigkeit kann erfindungsgemäß durch Zusatzmaßnahmen wie Lackierung der bestückten Leiterplatte erreicht werden.
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Da eine elektrische Stelleinheit, die mit dem erfindungsgemäßen elektronischen Adapter (1) versehen ist, im Betrieb des Kraftfahrzeugs mechanischen Belastungen unterliegt, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn ferner eine Kabel-Führung und/oder eine Vorrichtung zur Zugentlastung der Kabel vorgesehen ist, insbesondere der kabelgebundenen Verbindung (11) sowie der Anschlusskabel von extern zu der elektronischen Steckereinheit (13).
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Ein zusätzliches vorteilhaftes Merkmal kann eine Schutzbeschaltung sein. Wenn beispielsweise durch Maderbiss oder eindringende Feuchtigkeit ein Kurzschluss erzeugt wird, schützt diese Sicherung in dem erfindungsgemäßen elektronischen Adapter (1) die elektrische Stelleinheit (3).
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Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von der die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen, auch anhand der Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Es zeigen:
- 1 eine schematische Frontdarstellung eines erfindungsgemäßen elektronischen Adapters 1,
- 2 eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektronischen Adapters 1 von oben,
- 3 eine schematische Frontdarstellung eines erfindungsgemäßen elektronischen Adapters 1 mit darunter angeordneter elektrischer Stelleinheit 3 nach einer bevorzugten Ausführungsform,
- 4 eine schematische Seitendarstellung eines erfindungsgemäßen elektronischen Adapters 1 mit darunter angeordneter elektrischer Stelleinheit 3 nach einer bevorzugten Ausführungsform und
- 5 eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektronischen Adapters 1 mit darunter angeordneter elektrischer Stelleinheit 3 nach einer bevorzugten Ausführungsform.
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In den Figuren werden alle gleichen Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen benannt, aus Gründen der Übersichtlichkeit sind aber nicht in allen Darstellungen alle Bezugszeichen eingefügt.
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1 zeigt den erfindungsgemäßen elektronischen Adapter 1 von der Front, wobei die obere Abdeckung abgenommen ist. Der Blick fällt auf die elektronische Steckereinheit 13, über welche der erfindungsgemäße elektronische Adapter 1 mit der externen vorgegebenen elektrischen Fahrzeugarchitektur verbunden wird
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In 2 wird die Darstellung der 1 in der Perspektive dargestellt und gibt - ohne die obere Abdeckung - den Blick in das Innere frei, wo in der dargestellten Ausführungsform sowohl der Spannungswandler (auf einer internen Leiterplatte) als auch der Signalwandler (ebenfalls auf der internen Leiterplatte) angeordnet werden. Die konkreten Bauteile sind hier nicht dargestellt.
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3 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform in einer Frontdarstellung, bei welcher der erfindungsgemäße elektronische Adapter 1 auf die darunter angeordnete elektrische Stelleinheit 3 aufgesattelt ist. Dieses Aufsatteln kann beispielsweise durch eine mechanische Rastverbindung unterstützt werden. Hier fällt der Blick auf die kompakte Bauweise mit der zentral angeordneten elektronischen Steckereinheit 13.
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Die Darstellung der bevorzugten Ausführungsform aus 3 wird in 4 in einer schematischen Seitendarstellung gezeigt. Dieser Darstellung ist die kabelgebundene Verbindung 11 von dem erfindungsgemäßen elektronischen Adapter 1 zu der elektrischen Stelleinheit 3 zu entnehmen. Die kompakte Anordnung zeigt sich auch hier.
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Schließlich wird die in den 3 und 4 dargestellte bevorzugte Ausführungsform in 5 schematisch perspektivisch gezeigt, wodurch noch einmal die kompakte Anordnung deutlich wird, welche das Anordnen auch unter engen Einbaubedingungen ermöglicht. Die optimale Bauraumausnutzung steht im Vordergrund.
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Die vorliegende Erfindung nimmt insbesondere Bezug auf die von der Anmelderin entwickelte und in
WO 2021/074909 A1 offenbarte elektrische Stelleinheit
3, auf die sozusagen maßgeschneidert der erfindungsgemäße elektronische Adapter
1 aufgesattelt wird, um die vorhandene (geprüfte, zugelassene) Elektronik zu adaptieren. Diese elektrische Stelleinheit
3 arbeitet z.B. mit 12 V, wobei jedoch für sog. Heavy Duty-Aufgaben aber z.B. 24 V oder 48 V nötig sind. Diese lassen sich über den verbauten 12 V / 24 V / 48 V Spannungswandler erhalten. Zudem können in einfacher Weise die entsprechenden Schnittstellen zu herstellerspezifischen Systemen in Bezug auf die extern vorgegebene elektrische Fahrzeugarchitektur vorgesehen werden.
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So kann eine in einer Kraftfahrzeuggruppe freigegebene elektrische Stelleinheit 3, die z.B. über CAN Bus bei 12 V integriert ist, über die zusätzliche intelligente Elektronik des erfindungsgemäßen elektronischen Adapters 1 ertüchtigt werden, beispielsweise auf Fahrzeugarchitekturen integriert werden, die nur PWM oder LIN Integration ermöglichen.
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Auch wenn der Bus des Kraftfahrzeugs bereits mit anderen LIN Bus Teilnehmern voll ausgestattet ist, können mit Hilfe der vorliegenden Erfindung andere Module integriert und z.B. über PSM angesteuert werden.
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In Falle eines Schadens an dem erfindungsgemäßen elektronischen Adapter 1, im Reklamationsfall oder bei Servicearbeiten kann dieser allein getauscht werden, durch einfach Abstecken. Der meistens schlechte zugängliche Teil der elektrischen Stelleinheit 3 bleibt im Kraftfahrzeug verbaut.
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Darüber hinaus können über unterschiedliche Kodierungen der elektronischen Steckereinheit 13 in einfacher Weise Varianten erzeugt werden. Diese Varianten betreffen nur den leicht austauschbaren erfindungsgemäßen elektronischen Adapter 1, während die elektrischen Stelleinheit 3 unverändert bleibt. Beispielsweise unterscheidet nur die Kodierung der elektronischen Steckereinheit 13 in dem erfindungsgemäßen elektronischen Adapter 1 die Steuerung und z.B. die NAD-Adresse (d.h. die anzusteuernde Kommunikations-Adresse), wenn mehr als ein Ventil mit elektrischer Stelleinheit 3 pro Fahrzeug verbaut sind.
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Für den Fall, dass der Bauraum um die elektrische Stelleinheit 3 sehr begrenzt und damit ein Aufsatteln nicht möglich ist, kann der erfindungsgemäße elektronische Adapter 1 auch „extern“ verbaut werden, da er beidseitig kabelgebunden angeschlossen wird.
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Der erfindungsgemäße elektronische Adapter 1 selbst muss nicht IP geschützt sein (IP: Schutzgrad gegen Staub und Feuchtigkeit). Dieser Schutz lässt über eine entsprechende Lackierung der Leiterplatten der elektronischen Komponenten im Inneren kostengünstig erreichen. Für die hohe Kompatibilität der elektronischen Steckereinheit 13 auch mit unterschiedlichen Kodierungen ist das von Vorteil.
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Die elektrischen Stelleinheiten 3 mit daran angebundenem erfindungsgemäßen elektronischen Adapter 1 werden u.a. für ein Temperatur-Management notwendig, um Ventile zu regulieren. Mit diesen Ventilen werden intelligente Temperierungen von folgenden Einheiten vorgenommen, um den Umweltzielen gerecht zu werden:
- - Temperierung von Wassertank und Wasserleitung für Wassereinspritzung in Verbrennungsmotoren,
- - Temperierung von SR-Tank und SCR-Leitung für SCR-Einspritzung in den Abgasstrang,
- - Temperierung von Elektromotoren und notwendigem Lademanagement sowohl bei Mild Hybrid, Plug-In Hybrid oder BEV Antrieben,
- - Bypass Steuerungen von trägen mechanischen Thermostaten,
- - gezielter Warmlauf oder Standgas Optimierung bzgl. NOX Ausstoß in der Warmlaufphase.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektronischer Adapter
- 11
- kabelgebundene Verbindung
- 13
- elektronische Steckereinheit
- 3
- elektrische Stelleinheit
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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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- WO 2021/074909 A1 [0002, 0032]
