WO2023094147A1 - Vorrichtung zum sammeln und weitergeben von sensorsignalen, elektronisches bremssystem, telematiksystem und verfahren zum betrieb der vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zum sammeln und weitergeben von sensorsignalen, elektronisches bremssystem, telematiksystem und verfahren zum betrieb der vorrichtung Download PDF

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inputs
output interface
sensors
sensor
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Philipp Lang
Alexander Rodenberg
Axel Stender
Oliver Topic
Jan-Christoph VON DER BEEKE
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Zf Cv Systems Global Gmbh
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    • B60C23/0483—Wireless routers between wheel mounted transmitters and chassis mounted receivers

Definitions

  • Device for collecting and transmitting sensor signals, electronic braking system, telematics system and method for operating the device
  • the invention relates to a device for collecting and forwarding sensor signals for vehicles with sensors for monitoring wheel ends.
  • the invention relates to an electronic brake system, a telematics system, a vehicle and a method for operating the device.
  • Vehicles in particular commercial vehicles, can have sensors for monitoring wheel ends.
  • a wheel end is understood to be an area at the end of a vehicle axle that includes wheels, brakes and bearings.
  • the sensors preferably monitor brake lining wear, a braking torque, a temperature of a brake disc or brake drum, a temperature of a wheel bearing and/or vibrations at the end of the wheel and generate analog sensor signals.
  • Electronic control units in the motor vehicle or trailer are usually equipped with only a few analogue inputs for sensors. Therefore, not all of the sensors mentioned above can be connected to a selected control unit. The control unit would have to be expanded to include additional analog inputs, which appears to be unacceptable for cost reasons.
  • Said control devices can be connected to a vehicle bus, in particular to a CAN bus or LIN bus.
  • the control devices can have a transmitting and receiving device for wireless communication, for example as part of a telematics system.
  • the object of the present invention is to create a solution for connecting the sensors to at least one control unit without the control unit having to be expanded in terms of equipment.
  • a device with the features of claim 1 is provided according to the invention.
  • the device for collecting and forwarding sensor signals for vehicles with sensors for monitoring wheel ends has at least two inputs for sensor signals and at least one output interface for digital signals. Wheel end sensors can be connected to the inputs of the device. The signals are digitized within the device and output via the output interface. With the device, signals from multiple sensors can be bundled and forwarded. In this case, the device can be arranged close to an axle or at the wheel ends of axles, so that significantly less cabling is required overall from the sensors to the control unit. Analogue signals can also be less disturbed due to a shorter cable length.
  • the sensor signals can be transferred from the device to the control devices via known, standardized interfaces.
  • the inputs contain analog inputs. This eliminates the need for an analog-to-digital conversion preceding the inputs. The conversion takes place in the device.
  • the inputs contain digital inputs.
  • the signals are already provided as digital signals. This eliminates the need for conversion into digital signals within the device.
  • the inputs can be analog inputs only, digital inputs only or contain both types of inputs and support voltage modulated or current modulated or both types of signals.
  • the inputs contain a power supply for sensors.
  • the device provides electrical energy for operating the sensors via the inputs, preferably 5 volts Supply voltage, while the sensors provide a signal voltage of 0.5 to 4.5 volts in particular.
  • the output interface is suitable for connection to a vehicle bus.
  • the technology required for this is known and widespread.
  • a CAN bus or LIN bus is typically present in vehicles.
  • the output interface is preferably suitable for connection to a CAN bus, in particular in accordance with ISO 11898-2:2016, or a LIN bus, in particular in accordance with ISO 17987-4:2016.
  • a line of the vehicle bus for connection to the output interface preferably contains a voltage supply for the device.
  • the sensors can also be supplied with electrical energy from this.
  • the output interface can be a radio device. Output signals are then transmitted by radio to a radio-capable control unit.
  • the radio device as an output interface can be provided as an alternative or in addition to a digital output interface.
  • the device can have a receiver for radio signals from tire pressure sensors.
  • the radio transmission of signals from tire pressure sensors is well known and widespread. Central receivers for the radio signals are common. In the case of multi-axle vehicles, the signal strength may no longer be sufficient due to the distance to the central receiver.
  • Arranging the device according to the invention on each axle or on each end of the wheel is significantly more favorable for reception.
  • the tire pressure sensor signals recorded by the receiver in the device are forwarded to the respective control unit via the output interface.
  • a transmitter can be assigned to the receiver in the device, with transmitter and receiver in combination as a so-called repeater amplifying the tire pressure sensor signals and thus forwarding them to a receiver that is provided anyway.
  • the device can have a voltage supply via the output interface. An additional power supply is then not required.
  • the device can have a power supply with batteries. These are preferably installed in the device and can be exchanged or charged. This variant is preferably provided in connection with the output interface designed as a radio device.
  • the device can have a voltage supply by generating energy from the environment.
  • piezo actuators can convert the vibrations that occur during vehicle operation into electrical energy.
  • a buffer store can be provided for temporarily storing the electrical energy.
  • the device can be designed as a box that is closed all around, at least with inputs that are accessible from the outside. This ensures trouble-free operation for as long as possible.
  • the device can have at least one output interface that is accessible from the outside.
  • the output interface is a radio within the device and not accessible from the outside.
  • an input for signals from a braking torque sensor Two inputs for signals from temperature sensors are preferably provided. In particular, these are signals from a temperature sensor on a brake and signals from a sensor on a wheel bearing. With that trained device, the most important sensors of a wheel end can be bundled and passed on.
  • the inputs can be all analog, all digital, or part analog and part digital.
  • the device designed in this way is suitable for receiving and forwarding the sensors of one axle or of two wheel ends.
  • a processing unit can be provided, also for pre-processing the sensor signals.
  • the processing unit within the device can also preprocess them, for example evaluating a bridge circuit of a strain gauge. Sensor signals are then electrical voltages of the bridge circuit.
  • An electronic brake system designed according to the invention with a control unit for vehicles with sensors for monitoring wheel ends has at least one device according to the invention.
  • the braking system does not require a new control unit, despite processing several different sensor signals.
  • control device in the electronic brake system can be connected to at least one of the devices according to the invention via a vehicle bus.
  • the connection via the vehicle bus uses existing interfaces.
  • a special adaptation of the control unit to the device according to the invention is not required.
  • the vehicle bus is advantageously a CAN bus or LIN bus.
  • the connected device according to the invention when communicating via a CAN bus, the connected device according to the invention have a switchable terminating resistor for termination.
  • the control unit in the electronic braking system can have a receiver for receiving radio signals from the device according to the invention.
  • the device according to the invention has a corresponding transmitter for this purpose.
  • the control unit preferably also has a transmitter for communication with the device according to the invention.
  • temperature sensors, brake pad wear sensors and/or brake torque sensors are components of the brake system.
  • a telematics system designed according to the invention can have the same features mentioned above as the electronic brake system, namely a control unit with a device according to the invention and optionally with the other features listed.
  • the controller may include a telematics function for communicating with external receivers/transmitters.
  • the telematics function can also be outsourced to a telematics device connected to the control device.
  • sensor data can be sent to external receivers/transmitters.
  • the subject matter of the invention is also a vehicle with an electronic brake system or telematics system according to the invention.
  • the sensor signals occurring in the vehicle can be easily and inexpensively transmitted to the control unit of the brake system or telematics system.
  • the subject matter of the invention is also a method for operating the device according to the invention, with sensor-signal-dependent digital signals being transmitted at the output interface. Part of the method is therefore the transfer of digital signals at the output interface, these digital signals being dependent on the sensor signals that have been received.
  • the digital signals can be converted by analog-digital Be formed conversion from the analog sensor signals. Furthermore, the digital signals can also be modified or processed.
  • signals that are dependent on the installation location can also be transferred at the output interface.
  • the digital signals preferably contain additional information about the installation location of the device, for example on which axle and/or on which end of the wheel the device is arranged and connected to the sensors present there.
  • sensor-type-dependent signals can also be transmitted at the output interface.
  • the signals then contain clear information as to whether a temperature at the wheel bearing, a temperature in the brake, a braking torque or an adjustment distance are measured and transferred as a measure of brake wear.
  • pre-processing of sensor signals can take place in the device.
  • the pre-processing includes in particular
  • An example of analog pre-processing is the evaluation of a bridge circuit of a strain gauge.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a vehicle
  • FIG. 2 shows a circuit diagram with a device for collecting and forwarding sensor signals, with CAN bus and control unit
  • Fig. 3 shows a variant of the embodiment shown in Fig. 2
  • FIG. 5 shows a schematic representation of details of a variant of the device for collecting and forwarding sensor signals.
  • FIG. 1 A vehicle 10 is shown with a body 11 and an axle 12. Additional axles are provided but are not visible.
  • the vehicle 10 is a truck or trailer.
  • the axle 12 has wheel ends 14, 15 with wheels 16 and 17 brakes. Only at the end of the wheel 14 further details are shown, but these are also present at the end of the wheel 15 . These are a tire pressure sensor 18 in the wheel 16, a brake pad wear sensor 19 and a temperature sensor 20 on the brake 17, and a braking torque sensor 21. In addition or as an alternative, further sensors can be provided, for example a temperature sensor for a wheel bearing (not shown).
  • the sensors 19, 20, 21 are via lines 22, 23, 24 with a
  • Signal processing device 25 connected. This is a device for collecting and forwarding sensor signals and has specific inputs, output interfaces and properties for this purpose.
  • the tire pressure sensor 18 is connected to the signal processing device 25 via a radio link 26 .
  • the signal processing device 25 is connected to the control unit 13, either via a radio link 27 or via a line arrangement 28, not shown in Fig. 1, see Figs. 2 and 3.
  • Line arrangement 28 preferably includes a CAN bus 29, to which control unit 13 and signal processing device 25 are connected via stub lines 30, 31 are connected.
  • control unit 13 and signal processing device 25 have suitable output interfaces 32, 33.
  • At least the output interface 33 of the control unit 13 is also an interface for incoming signals.
  • the output interfaces 32, 33 are digital interfaces.
  • the signal processing device 25b shown in FIG. 2 is provided and set up for collecting and forwarding sensor signals from both wheel ends 14, 15.
  • two times four analog inputs are provided, namely inputs 34 for signals from sensors 19, 20, 21 with lines 22, 23, 24 and another temperature sensor 36 with line 37 of wheel end 14 and inputs 34a for signals from sensors 19a, 20a , 21a, 36a with lines 22a, 23a, 24a, 37a of the other wheel end 14a.
  • the signal processing device 25 is provided with an antenna 38 for receiving radio signals from the tire pressure sensor 18 at the wheel end 14 and radio signals from a tire pressure sensor 18a at the other wheel end 14a.
  • the signals of all sensors 18, 19, 20, 21, 36, 18a, 19a, 20a, 21a, 36a can be received and made available to the control unit 13 via the line arrangement 28, ie sensor signals from both wheel ends 14, 14a.
  • the number of inputs 34, 34a is adjusted accordingly.
  • two signal processing devices 25, 25a are provided to match FIG. 1, namely one for each wheel end 14, 14a. Both signal processing devices 25, 25a are connected to the control unit 13 via the line arrangement 28 and thus make the sensor signals mentioned available.
  • the control unit 13 itself requires only one uniform interface for the different sensor signals, namely the output interface 33 for connection to the line arrangement 28 or the CAN bus 29.
  • the division into two signal processing devices 25, 25a provided according to FIG be arranged at the wheel ends 14, 14a. This enables shorter line connections and shorter radio connections to corresponding sensors, see in particular sensors 18, 18a and antennas 38, 38a.
  • the signal processing device 25c shown in FIG. 4 is provided with two times four inputs 34, 34a, just as in FIG. As a result, an output interface that is accessible and visible from the outside on the signal conditioning device 25c can be omitted.
  • the signal processing device 25 is provided here for receiving and processing sensor signals from the wheel end 14 and correspondingly has the inputs 34 which are connected internally to a processing unit 42 via lines 41 .
  • a line 43 leads from this to the output interface 32.
  • a power supply P which supplies the processing unit 42 with electrical energy, is optionally provided within the signal processing device 25 .
  • the power supply P can be a long-life battery, a rechargeable battery, or an energy harvesting device. Energy can be generated, for example, by piezo actuators that convert vibrations into electrical voltage.
  • the processing unit 42 can be supplied with electrical energy via the output interface 32 .
  • the optional radio device F is also connected to the processing unit 42 and can have very different properties and functions.
  • the radio device F preferably receives the signals from the tire pressure sensor 18 and transmits them to the processing unit 42.
  • the radio device F can also contain a transmitter in addition to a receiver and, as a so-called repeater, amplify the radio signals from the tire pressure sensor 18 and to a receiver of such signals that is provided anyway but not shown.
  • the radio device F can provide the radio connection 40 for connecting the signal processing device 25c to the control unit 13, as shown in FIG.
  • the control unit 13 is then equipped with a transmitter/receiver, not shown.
  • the processing unit 42 converts the analog signals present at the inputs 34 into digital signals and makes them available at the output interface 32 . If the radio device F receives signals from a tire pressure sensor, these signals are also provided at the output interface 32 and, if necessary, previously digitized or converted in some other way. Analog or digital pre-processing of the signals can also take place in the processing unit 42 before the analog signals are digitized and/or before the digital signals are transferred to the output interface 32, 32a.
  • the signals output via the output interface 32 preferably contain not only the digital values of the analog signals present at the inputs 34 . Further information can be linked to the digital signals, for example about the respective sensor 18, 19, 20, 21, 36, 18a, 19a, 20a, 21a, 36a and/or about the installation location, preferably the axle 12 and/or the respective wheel end 14, 14a. As a result, the control device 13 can assign the incoming digital signals precisely.
  • the digital signals at the output interface 32 are formatted as CAN messages. Instead of the CAN bus 29, a LIN bus or other vehicle bus can also be provided. The processing and formatting of the signals must be adjusted accordingly.
  • the signal processing devices 25, 25a, 25b, 25c are in particular closed boxes. Only the inputs 34 and the output interface 32 are visible and accessible from the outside Inputs 34a and the output interface 32a visible and accessible, on the signal processing device 25b (FIG. 2) the inputs 34, 34a and the output interface 32, on the signal processing device 25c (FIG. 4) only the inputs 34, 34a.
  • the inputs 34, 34a or some of them can also be designed as digital inputs.
  • a supply voltage for sensors, in particular 5 volts, can be provided via the inputs.
  • control unit 29 CAN bus

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (25) zum Sammeln und Weitergeben von Sensorsignalen für Fahrzeuge (10) mit Sensoren (18, 19, 20, 21, 36) zur Überwachung von Radenden (14, 14a), mit wenigstens zwei Eingängen für Sensorsignale und wenigstens einer Ausgangsschnittstelle für digitale Signale.

Description

Vorrichtung zum Sammeln und Weitergeben von Sensorsignalen, elektronisches Bremssystem, Telematiksystem und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Sammeln und Weitergeben von Sensorsignalen für Fahrzeuge mit Sensoren zur Überwachung von Radenden. Daneben betrifft die Erfindung ein elektronisches Bremssystem, ein Telematiksystem, ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung.
Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, können Sensoren zur Überwachung von Radenden aufweisen. Als Radende wird ein Räder, Bremsen und Lager umfassender Bereich am Ende einer Fahrzeugachse verstanden. Die Sensoren überwachen vorzugsweise einen Bremsbelagverschleiß, ein Bremsmoment, eine Temperatur einer Bremsscheibe oder Bremstrommel, eine Temperatur eines Radlagers und/oder Vibrationen am Radende und generieren analoge Sensorsignale. Üblicherweise sind elektronische Steuergeräte im Motorwagen oder Anhänger mit nur wenigen analogen Eingängen für Sensoren ausgestattet. Es sind deshalb nicht alle oben genannten Sensoren an ein ausgewähltes Steuergerät anschließbar. Das Steuergerät müsste um weitere Analog-Eingänge erweitert werden, was aus Kostengründen als inakzeptabel erscheint.
Die genannten Steuergeräte können an einen Fahrzeugbus angeschlossen sein, insbesondere an einen CAN-Bus oder LIN-Bus. Alternativ oder zusätzlich können die Steuergeräte eine Sende- und Empfangseinrichtung für eine drahtlose Kommunikation aufweisen, etwa als Bestandteil eines Telematiksystems.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Lösung zur Verbindung der Sensoren mit wenigstens einem Steuergerät, ohne dass das Steuergerät apparativ erweitert werden muss. Zur Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen. Die Vorrichtung zum Sammeln und Weitergeben von Sensorsignalen für Fahrzeuge mit Sensoren zur Überwachung von Radenden weist wenigstens zwei Eingänge für Sensorsignale und wenigstens eine Ausgangsschnittstelle für digitale Signale auf. An die Eingänge der Vorrichtung können die Sensoren der Radenden angeschlossen werden. Innerhalb der Vorrichtung werden die Signale digitalisiert und über die Ausgangsschnittstelle ausgegeben. Mit der Vorrichtung können Signale mehrerer Sensoren gebündelt und weitergegeben werden. Dabei kann die Vorrichtung dicht an einer Achse oder an Radenden von Achsen angeordnet sein, sodass insgesamt von den Sensoren bis zum Steuergerät wesentlich weniger Verkabelung erforderlich ist. Auch können analoge Signale durch eine geringere Kabellänge weniger gestört werden. Die Übergabe der Sensorsignale von der Vorrichtung an die Steuergeräte kann über bekannte, standardisierte Schnittstellen erfolgen.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung beinhalten die Eingänge Analog- Eingänge. Eine den Eingängen vorangehende Analog-Digital-Wandlung entfällt dadurch. Die Wandlung findet in der Vorrichtung statt.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung beinhalten die Eingänge Digital- Eingänge. Die Signale werden bereits als Digital-Sig nale bereitgestellt. Eine Umwandlung in digitale Signale innerhalb der Vorrichtung entfällt dadurch.
Die Eingänge können ausschließlich Analog-Eingänge oder Digital-Eingänge sein oder beide Arten von Eingängen beinhalten und spannungsmodulierte oder strommodulierte oder beide Arten von Signalen unterstützen.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung beinhalten die Eingänge eine Spannungsversorgung für Sensoren. Die Vorrichtung stellt über die Eingänge elektrische Energie zum Betrieb der Sensoren bereit, vorzugsweise 5 Volt Versorgungsspannung, während die Sensoren eine Signalspannung von insbesondere 0,5 bis 4,5 Volt liefern.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist die Ausgangsschnittstelle zum Anschluss an einen Fahrzeugbus geeignet. Die hierfür erforderliche Technik ist bekannt und verbreitet. In Fahrzeugen ist typischerweise ein CAN-Bus oder LIN-Bus vorhanden. Vorzugsweise ist die Ausgangsschnittstelle zum Anschluss an einen CAN-Bus, insbesondere nach ISO 11898-2:2016, oder LIN-Bus, insbesondere nach ISO 17987- 4:2016, geeignet. Vorzugsweise beinhaltet eine Leitung des Fahrzeugbus zum Anschluss an die Ausgangsschnittstelle eine Spannungsversorgung für die Vorrichtung. Daraus können auch die Sensoren mit elektrischer Energie versorgt werden.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann die Ausgangsschnittstelle eine Funkeinrichtung sein. Ausgangssignale werden dann per Funk an ein funkfähiges Steuergerät übermittelt. Die Funkeinrichtung als Ausgangsschnittstelle kann alternativ oder zusätzlich zu einer digitalen Ausgangsschnittstelle vorgesehen sein.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann die Vorrichtung einen Empfänger für Funksignale von Reifendrucksensoren aufweisen. Die Funkübertragung der Signale von Reifendrucksensoren ist bekannt und verbreitet. Üblich sind zentrale Empfänger für die Funksignale. Bei mehrachsigen Fahrzeugen kann die Signalstärke aufgrund der Entfernung zum zentralen Empfänger nicht mehr ausreichen. Deutlich günstiger für den Empfang ist die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf jeder Achse bzw. an jedem Radende. Die vom Empfänger in der Vorrichtung aufgenommenen Reifendrucksensorsignale werden über die Ausgangsschnittstelle zum jeweiligen Steuergerät weitergeleitet. Zusätzlich kann dem Empfänger in der Vorrichtung ein Sender zugeordnet sein, wobei Sender und Empfänger in Kombination als sogenannter Repeater die Reifendrucksensorsignale verstärken und so an einen ohnehin vorgesehenen Empfänger weiterleiten. Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann die Vorrichtung eine Spannungsversorgung über die Ausgangsschnittstelle aufweisen. Eine zusätzliche Spannungsversorgung ist dann nicht erforderlich.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann die Vorrichtung eine Spannungsversorgung mit Batterien aufweisen. Diese sind vorzugsweise in die Vorrichtung eingebaut und auswechselbar oder aufladbar. Diese Variante ist vorzugsweise in Verbindung mit der als Funkeinrichtung ausgebildeten Ausgangsschnittstelle vorgesehen.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann die Vorrichtung eine Spannungsversorgung durch Energiegewinnung aus der Umgebung aufweisen. Beispielsweise können Piezo-Aktoren die beim Betrieb eines Fahrzeugs auftretenden Vibrationen in elektrische Energie umwandeln. Zur Zwischenspeicherung der elektrischen Energie kann ein Pufferspeicher vorgesehen sein.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann die Vorrichtung als rundum geschlossene Box zumindest mit von außen zugänglichen Eingängen ausgebildet sein. Dies sichert einen möglichst langen störungsfreien Betrieb.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann die Vorrichtung wenigstens eine von außen zugängliche Ausgangsschnittstelle aufweisen. Alternativ ist die Ausgangsschnittstelle eine Funkeinrichtung innerhalb der Vorrichtung und von außen nicht zugänglich.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist wenigstens jeweils
- ein Eingang für Signale eines Temperatursensors,
- ein Eingang für Signale eines Bremsbelagsverschleißsensors,
- ein Eingang für Signale eines Bremsmomentsensors vorgesehen. Vorzugsweise sind zwei Eingänge für Signale von Temperatursensoren vorgesehen. Insbesondere handelt es sich um Signale eines Temperatursensors an einer Bremse und Signale eines Sensors an einem Radlager. Mit der derart ausgebildeten Vorrichtung können die wichtigsten Sensoren eines Radendes gebündelt und weitergegeben werden. Die Eingänge können ausschließlich analog, ausschließlich digital oder zum Teil analog und zum Teil digital sein.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung sind mindestens
- vier Eingänge für Signale von Temperatursensoren,
- zwei Eingänge für Signale von Bremsbelagverschleißsensoren,
- zwei Eingänge für Signale von Bremsmomentsensoren vorgesehen. Die derart ausgebildete Vorrichtung ist zur Aufnahme und Weiterleitung der Sensoren einer Achse bzw. von zwei Radenden geeignet.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann eine Aufbereitungseinheit vorgesehen sein, auch zur Vorverarbeitung der Sensorsignale. Die Aufbereitungseinheit innerhalb der Vorrichtung kann neben der Bündelung und Bereitstellung der Sensorsignale auch deren Vorverarbeitung übernehmen, etwa die Auswertung einer Brückenschaltung eines Dehnungsmessstreifens. Sensorsignale sind dann elektrische Spannungen der Brückenschaltung.
Ein erfindungsgemäß ausgebildetes elektronisches Bremssystem mit Steuergerät für Fahrzeuge mit Sensoren zur Überwachung von Radenden weist wenigstens eine erfindungsgemäße Vorrichtung auf. Das Bremssystem benötigt kein neues Steuergerät, trotz Verarbeitung mehrerer unterschiedlicher Sensorsignale.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann das Steuergerät im elektronischen Bremssystem über einen Fahrzeugbus mit wenigstens einer der erfindungsgemäßen Vorrichtungen verbunden sein. Die Anbindung über den Fahrzeugbus nutzt vorhandene Schnittstellen. Eine spezielle Anpassung des Steuergerätes an die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht erforderlich.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Fahrzeugbus um einen CAN-Bus oder LIN- Bus. Insbesondere bei einer Kommunikation über einen CAN-Bus kann die verbundene erfindungsgemäße Vorrichtung über einen schaltbaren Abschlusswiderstand zur Terminierung verfügen.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann das Steuergerät im elektronischen Bremssystem einen Empfänger für den Empfang von Funksignalen der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufweisen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist hierzu korrespondierend einen entsprechenden Sender auf. Vorzugsweise ist im Steuergerät zusätzlich zum Empfänger auch ein Sender für die Kommunikation mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorhanden.
Vorteilhafterweise sind Temperatursensoren, Bremsbelagverschleißsensoren und/oder Bremsmomentsensoren Bestandteile des Bremssystems.
Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Telematiksystem kann dieselben zuvor genannten Merkmale wie das elektronische Bremssystem aufweisen, nämlich Steuergerät mit erfindungsgemäßer Vorrichtung und fakultativ mit den weiteren aufgeführten Merkmalen. Das Steuergerät kann eine Telematikfunktion zur Kommunikation mit externen Empfängern/Sendern beinhalten. Die Telematikfunktion kann aber auch auf eine mit dem Steuergerät verbundene Telematikeinrichtung ausgelagert sein. Mit dem Telematiksystem können Sensordaten an externe Empfänger/Sender übersandt werden.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen elektronischen Bremssystem oder Telematiksystem. Die im Fahrzeug anfallenden Sensorsignale können einfach und kostengünstig an das Steuergerät des Bremssystems oder Telematiksystems übermittelt werden.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei an der Ausgangsschnittstelle sensorsignalabhängige digitale Signale übergeben werden. Bestandteil des Verfahrens ist somit die Übergabe digitaler Signale an der Ausgangsschnittstelle, wobei diese digitalen Signale abhängig sind von den eingegangenen Sensorsignalen. Die digitalen Signale können durch Analog-Digital- Wandlung aus den analogen Sensorsignalen gebildet sein. Auch können die digitalen Signale darüber hinaus abgewandelt oder bearbeitet sein.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung können an der Ausgangsschnittstelle zusätzlich einbauortsabhängige Signale übergeben werden. Die digitalen Signale enthalten vorzugsweise zusätzliche Angaben über den Einbauort der Vorrichtung, etwa an welcher Achse und/oder an welchem Radende die Vorrichtung angeordnet und mit den dort vorhandenen Sensoren verbunden ist.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung können zusätzlich an der Ausgangsschnittstelle sensortypabhängige Signale übergeben werden. Die Signale enthalten dann eindeutige Hinweise darauf, ob eine Temperatur am Radlager, eine Temperatur in der Bremse, ein Bremsmoment oder ein Verstellweg als Maß für den Bremsverschleiß gemessen und übergeben werden.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann in der Vorrichtung eine Vorverarbeitung von Sensorsignalen stattfinden. Die Vorverarbeitung beinhaltet insbesondere
- eine analoge Vorverarbeitung analoger Signale,
- eine digitale Vorverarbeitung eingehender digitaler Signale,
- eine digitale Vorverarbeitung umgewandelter analoger Signale, mit oder ohne Vorverarbeitung der Letzteren.
Ein Beispiel für eine analoge Vorverarbeitung ist die Auswertung einer Brückenschaltung eines Dehnungsmessstreifens.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Übrigen und aus den Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs,
Fig. 2 ein Schaltbild mit Vorrichtung zum Sammeln und Weitergeben von Sensorsignalen, mit CAN-Bus und Steuergerät, Fig. 3 eine Variante der in Fig. 2 gezeigten Ausführung,
Fig. 4 eine Variante der Vorrichtung zum Sammeln und Weitergeben von Sensorsignalen,
Fig. 5 eine schematische Darstellung von Details einer Variante der Vorrichtung zum Sammeln und Weitergeben von Sensorsignalen.
Es wird zunächst Bezug genommen auf Fig. 1 . Gezeigt ist ein Fahrzeug 10 mit einem Aufbau 11 und einer Achse 12. Weitere Achsen sind vorgesehen, aber nicht sichtbar. Das Fahrzeug 10 ist ein Motorwagen oder ein Anhänger. Am Aufbau 11 ist ein elektronisches Steuergerät 13 angeordnet, welches vorzugsweise ein Bremsensteuergerät oder ein Telematiksteuergerät ist.
Die Achse 12 weist Radenden 14, 15 mit Rädern 16 und Bremsen 17 auf. Nur am Radende 14 sind weitere Details eingezeichnet, welche jedoch auch am Radende 15 vorhanden sind. Es handelt sich um einen Reifendrucksensor 18 im Rad 16, Bremsbelagverschleißsensor 19 und Temperatursensor 20 an der Bremse 17, sowie um einen Bremsmomentsensor 21 . Zusätzlich oder alternativ können weitere Sensoren vorgesehen sein, beispielsweise ein Temperatursensor für ein nicht gezeigtes Radlager.
Die Sensoren 19, 20, 21 sind über Leitungen 22, 23, 24 mit einer
Signalaufbereitungsvorrichtung 25 verbunden. Diese ist eine Vorrichtung zum Sammeln und Weitergeben von Sensorsignalen und weist hierzu bestimmte Eingänge, Ausgangsschnittstellen und Eigenschaften auf. Der Reifendrucksensor 18 ist über eine Funkverbindung 26 mit der Signalaufbereitungsvorrichtung 25 verbunden.
Die Signalaufbereitungsvorrichtung 25 ist mit dem Steuergerät 13 verbunden, entweder über eine Funkverbindung 27 oder über eine in Fig. 1 nicht gezeigte Leitungsanordnung 28, siehe Fig. 2 und 3.
Die Leitungsanordnung 28 beinhaltet vorzugsweise einen CAN-Bus 29, an den das Steuergerät 13 und die Signalaufbereitungsvorrichtung 25 über Stichleitungen 30, 31 angeschlossen sind. Hierzu weisen Steuergerät 13 und Signalaufbereitungsvorrichtung 25 passende Ausgangsschnittstellen 32, 33 auf. Zumindest die Ausgangsschnittstelle 33 des Steuergeräts 13 ist auch Schnittstelle für eingehende Signale. Die Ausgangsschnittstellen 32, 33 sind digitale Schnittstellen.
Die in Fig. 2 gezeigte Signalaufbereitungsvorrichtung 25b ist zum Sammeln und Weitergeben von Sensorsignalen beider Radenden 14, 15 vorgesehen und eingerichtet. Entsprechend sind zwei mal vier analoge Eingänge vorgesehen, nämlich Eingänge 34 für Signale der Sensoren 19, 20, 21 mit den Leitungen 22, 23, 24 und eines weiteren Temperatursensors 36 mit Leitung 37 des Radendes 14 und Eingänge 34a für Signale von Sensoren 19a, 20a, 21 a, 36a mit Leitungen 22a, 23a, 24a, 37a des anderen Radendes 14a. Außerdem ist die Signalaufbereitungsvorrichtung 25 mit einer Antenne 38 zum Empfang von Funksignalen des Reifendrucksensors 18 am Radende 14 und Funksignalen eines Reifendrucksensors 18a am anderen Radende 14a vorgesehen.
Mit der in Fig. 2 gezeigten Signalaufbereitungsvorrichtung 25b können die Signale sämtlicher Sensoren 18, 19, 20, 21 , 36, 18a, 19a, 20a, 21 a, 36a empfangen und über die Leitungsanordnung 28 dem Steuergerät 13 zur Verfügung gestellt werden, also Sensorsignale von beiden Radenden 14, 14a. Die Anzahl der Eingänge 34, 34a ist daraufhin abgestimmt.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind passend zu Fig. 1 zwei Signalaufbereitungsvorrichtungen 25, 25a vorgesehen, nämlich eine je Radende 14, 14a. Beide Signalaufbereitungsvorrichtungen 25, 25a sind über die Leitungsanordnung 28 mit dem Steuergerät 13 verbunden und stellen so die genannten Sensorsignale zur Verfügung. Das Steuergerät 13 selbst benötigt für die unterschiedlichen Sensorsignale nur eine einheitliche Schnittstelle, nämlich die Ausgangsschnittstelle 33 zum Anschluss an die Leitungsanordnung 28 bzw. den CAN-Bus 29. Durch die gemäß Fig. 3 vorgesehene Aufteilung auf zwei Signalaufbereitungsvorrichtungen 25, 25a können diese näher an den Radenden 14, 14a angeordnet sein. Dies ermöglicht kürzere Leitungsverbindungen und kürzere Funkverbindungen zu entsprechenden Sensoren, siehe insbesondere Sensoren 18, 18a und Antennen 38, 38a. Die Fig. 4 gezeigte Signalaufbereitungsvorrichtung 25c ist ebenso wie in Fig. 2 mit zwei mal vier Eingängen 34, 34a versehen, jedoch zusätzlich über eine Funkverbindung 40 mit dem Steuergerät 13 verbunden. Dadurch kann eine von außen zugängliche und sichtbare Ausgangsschnittstelle an der Signalaufbereitungsvorrichtung 25c entfallen.
Anhand des Ausführungsbeispiels der Fig. 5 werden nachfolgend Aufbau und Eigenschaften der Signalaufbereitungsvorrichtung 25 und Abwandlungen dazu erläutert. Die Erläuterungen gelten auch für die Signalaufbereitungsvorrichtungen 25a, 25b, 25c, sofern nicht anders angegeben
Die Signalaufbereitungsvorrichtung 25 ist hier wie in den Fig. 1 und 3 zur Aufnahme und Verarbeitung von Sensorsignalen des Radendes 14 vorgesehen und weist entsprechend die Eingänge 34 auf, welche intern über Leitungen 41 mit einer Aufbereitungseinheit 42 verbunden sind. Von dieser führt eine Leitung 43 zur Ausgangsschnittstelle 32.
Innerhalb der Signalaufbereitungsvorrichtung 25 ist optional eine Spannungsversorgung P vorgesehen, welche die Aufbereitungseinheit 42 mit elektrischer Energie versorgt. Bei der Spannungsversorgung P kann es sich um eine Langzeitbatterie, eine wiederaufladbare Batterie oder eine Energiegewinnungseinrichtung handeln. Eine Energiegewinnung ist beispielsweise möglich durch Piezo-Aktoren, die Vibrationen in elektrische Spannung umwandeln. Alternativ oder zusätzlich zur Spannungsversorgung P kann die Aufbereitungseinheit 42 über die Ausgangsschnittstelle 32 mit elektrischer Energie versorgt werden.
Die optionale Funkvorrichtung F ist ebenfalls an die Aufbereitungseinheit 42 angeschlossen und kann ganz unterschiedliche Eigenschaften und Funktionen aufweisen. Vorzugsweise empfängt die Funkvorrichtung F die Signale des Reifendrucksensors 18 und überträgt diese an die Aufbereitungseinheit 42. Alternativ kann die Funkvorrichtung F neben einem Empfänger auch einen Sender beinhalten und als sogenannter Repeater die Funksignale des Reifendrucksensors 18 verstärken und an einen ohnehin vorgesehenen aber nicht eingezeichneten Empfänger derartiger Signale übersenden.
Die Funkvorrichtung F kann alternativ oder zusätzlich die Funkverbindung 40 für die Verbindung der Signalaufbereitungsvorrichtung 25c mit dem Steuergerät 13 bereitstellen, wie Fig. 4 gezeigt. Das Steuergerät 13 ist dann mit einem nicht gezeigten Sender/Empfänger ausgestattet.
Die Aufbereitungseinheit 42 wandelt die an den Eingängen 34 anliegenden Analogsignale in digitale Signale um und stellt diese an der Ausgangsschnittstelle 32 bereit. Sofern die Funkvorrichtung F Signale eines Reifendrucksensors empfängt, werden auch diese Signale an der Ausgangsschnittstelle 32 bereitgestellt und gegebenenfalls zuvor digitalisiert oder in anderer Weise umgewandelt. In der Aufbereitungseinheit 42 kann auch eine analoge oder digitale Vorverarbeitung der Signale erfolgen, bevor die analogen Signale digitalisiert werden und/oder bevor die digitalen Signale an die Ausgangsschnittstelle 32, 32a übergeben werden.
Die über die Ausgangsschnittstelle 32 ausgegebenen Signale enthalten vorzugsweise nicht nur die digitalen Werte der an den Eingängen 34 anliegenden analogen Signale. Mit den digitalen Signalen jeweils verknüpft können weitere Informationen sein, etwa über den jeweiligen Sensor 18, 19, 20, 21 , 36, 18a, 19a, 20a, 21 a, 36a und/oder über den Einbauort, vorzugsweise die Achse 12 und/oder das jeweilige Radende 14, 14a. Dadurch kann das Steuergerät 13 die eingehenden digitalen Signale genau zuordnen.
Die digitalen Signale an der Ausgangsschnittstelle 32 sind als CAN-Botschaften formatiert. Anstelle des CAN-Bus 29 kann auch ein LIN-Bus oder anderer Fahrzeugbus vorgesehen sein. Die Aufbereitung und Formatierung der Signale ist entsprechend anzupassen.
Die Signalaufbereitungsvorrichtungen 25, 25a, 25b, 25c (Fig. 1 , 3, 5) sind insbesondere geschlossene Boxen. Von außen sichtbar und zugänglich sind nur die Eingänge 34 und die Ausgangschnittstelle 32. An der Signalaufbereitungsvorrichtung 25a (Fig. 3) sind die Eingänge 34a und die Ausgangsschnittstelle 32a sichtbar und zugänglich, an der Signalaufbereitungsvorrichtung 25b (Fig. 2) die Eingänge 34, 34a und die Ausgangsschnittstelle 32, an der Signalaufbereitungsvorrichtung 25c (Fig. 4) nur die Eingänge 34, 34a.
Die Eingänge 34, 34a oder einzelne davon können auch als digitale Eingänge ausgeführt sein. Über die Eingänge kann eine Versorgungsspannung für Sensoren bereitgestellt werden, insbesondere 5 Volt.
Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)
10 Fahrzeug 26a Funkverbindung
11 Aufbau 27 Funkverbindung
12 Achse 28 Leitungsanordnung
13 Steuergerät 29 CAN-Bus
14 Radende 30 Stichleitung
14a Radende 31 Stichleitung
16 Rad 32 Ausgangsschnittstelle
16a Rad 32a Ausgangsschnittstelle
17 Bremse 34 Eingänge
17a Bremse 34a Eingänge
18 Reifendrucksensor 36 Sensor
18a Reifendrucksensor 36a Sensor
19 Bremsbelagverschleißsensor 37 Leitung
19a Bremsbelagverschleißsensor 37a Leitung
20 Temperatursensor 38 Antenne
20a Temperatursensor 38a Antenne
21 Bremsmomentsensor 40 Funkverbindung
21 a Bremsmomentsensor 41 Leitungen
22 Leitung 42 Aufbereitungseinheit
22a Leitung 43 Leitung
23 Leitung F Funkvorrichtung
23a Leitung P Spannungsversorgung
24 Leitung
24a Leitung
25 Signalaufbereitungsvorrichtung
25a Signalaufbereitungsvorrichtung
25b Signalaufbereitungsvorrichtung
25c Signalaufbereitungsvorrichtung
26 Funkverbindung

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (25, 25a, 25b, 25c) zum Sammeln und Weitergeben von Sensorsignalen für Fahrzeuge (10) mit Sensoren (18, 19, 20, 21 , 36, 18a, 19a, 20a, 21a, 36a) zur Überwachung von Radenden (14, 14a), mit wenigstens zwei Eingängen (34, 34a) für Sensorsignale und wenigstens einer Ausgangsschnittstelle (32, 32a) für digitale Signale.
2. Vorrichtung (25, 25a, 25b, 25c) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Eingänge (34, 34a) Analog-Eingänge beinhalten.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingänge (34, 34a) Digital-Eingänge beinhalten.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingänge (34, 34a) eine Spannungsversorgung für Sensoren (18, 19, 20, 21 , 36, 18a, 19a, 20a, 21 a, 36a) beinhalten.
5. Vorrichtung (25, 25a, 25b, 25c) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsschnittstelle (32, 32a) zum Anschluss an einen Fahrzeugbus geeignet ist.
6. Vorrichtung (25, 25a, 25b, 25c) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsschnittstelle (32, 32a) zum Anschluss an einen CAN-Bus oder LIN-Bus geeignet ist.
7. Vorrichtung (25c) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsschnittstelle eine Funkeinrichtung (F) ist.
8. Vorrichtung (25, 25a, 25b, 25c) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Empfänger (F) für Funksignale von Reifendrucksensoren (18, 18a).
9. Vorrichtung (25, 25a, 25b, 25c) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Repeater (F) für Funksignale von Reifendrucksensoren(18, 18a).
10. Vorrichtung (25, 25a, 25b, 25c) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Spannungsversorgung über die Ausgangsschnittstelle (32, 32a).
11 . Vorrichtung (25, 25a, 25b, 25c) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Spannungsversorgung (P) mit Batterien.
12. Vorrichtung (25, 25a, 25b, 25c) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , gekennzeichnet durch eine Spannungsversorgung (P) durch Energiegewinnung aus der Umgebung.
13. Vorrichtung (25, 25a, 25b, 25c) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch die Ausbildung als rundum geschlossene Box zumindest mit von außen zugänglichen Eingängen (34, 34a).
14. Vorrichtung (25, 25a, 25b, 25c) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Ausgangsschnittstelle (32, 32a) von außen zugänglich ist.
15. Vorrichtung (25, 25a, 25b, 25c) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens jeweils
- ein Eingang (34, 34a) für Signale eines Temperatursensors (20, 20a),
- ein Eingang (34, 34a) für Signale eines Bremsbelagverschleißsensors (19, 19a) und 16
- ein Eingang (34, 34a) für Signale eines Bremsmomentsensors (21 , 21 a) vorgesehen ist.
16. Vorrichtung (25, 25a, 25b, 25c) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens
- vier Eingänge (34, 34a) für Signale von Temperatursensoren (20,20a),
- zwei Eingänge (34, 34a) für Signale von Bremsbelagverschleißsensoren (19, 19a),
- zwei Eingänge (34, 34a) für Signale von Bremsmomentsensoren (21 , 21 a) vorgesehen sind.
17. Vorrichtung (25, 25a, 25b, 25c) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine Aufbereitungseinheit (42), auch zur Vorverarbeitung der Sensorsignale.
18. Elektronisches Bremssystem mit Steuergerät (13) für Fahrzeuge (10) mit Sensoren (18, 19, 20, 21 , 36, 18a, 19a, 20a, 21 a, 36a) zur Überwachung von Radenden (14, 14a), gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (25, 25a, 25b, 25c) nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
19. Elektronisches Bremssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (13) über einen Fahrzeugbus (29) mit wenigstens einer Vorrichtung (25, 25a, 25b, 25c) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 verbunden ist.
20. Elektronisches Bremssystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugbus ein CAN-Bus (29) oder LIN-Bus ist.
21 . Elektronisches Bremssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (13) einen Empfänger für den Empfang von Funksignalen der Vorrichtung (25c) gemäß Anspruch 7 aufweist. 17
22. Telematiksystem mit Steuergerät (13) für Fahrzeuge (10) mit Sensoren (18, 19, 20, 21 , 36, 18a, 19a, 20a, 21a, 36a) zur Überwachung von Radenden (14, 14a), gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (25, 25a, 25b, 25c) nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
23. Telematiksystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (13) über einen Fahrzeugbus (29) mit wenigstens einer Vorrichtung (25, 25a, 25b, 25c) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 verbunden ist.
24. Telematiksystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugbus ein CAN-Bus (29) oder LIN-Bus ist.
25. Telematiksystem nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (13) einen Empfänger für den Empfang von Funksignalen der Vorrichtung (25c) gemäß Anspruch 7 aufweist.
26. Fahrzeug (10) mit einem elektronischen Bremssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 21 .
27. Fahrzeug (10) mit einem Telematiksystem nach einem der Ansprüche 22 bis 25.
28. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung (25, 25a, 25b, 25c) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ausgangsschnittstelle (32, 32a) sensorsignalabhängige digitale Signale übergeben werden.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ausgangsschnittstelle (32, 32a) zusätzlich einbauortsabhängige Signale übergeben werden. 18
30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ausgangsschnittstelle (32, 32a) zusätzlich sensortypabhängige Signale übergeben werden.
31 . Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung (25, 25a, 25b, 25c) eine Vorverarbeitung von Sensorsignalen stattfindet.
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