DE102004039998A1

DE102004039998A1 - Nutzfahrzeug mit mehreren jeweils von mindestens einem elektronischen Steuergerät gesteuerten elektrischen Einrichtungen

Info

Publication number: DE102004039998A1
Application number: DE102004039998A
Authority: DE
Inventors: Michael Herges
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2004-08-18
Filing date: 2004-08-18
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2024-08-19
Also published as: DE102004039998B4; JP4814236B2; EP1781499B1; JP2008509843A; US20070250242A1; WO2006018241A1; ATE528172T1; EP1781499A1; US7433771B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Nutzfahrzeug mit mehreren, von mindestens einem elektronischen Steuergerät (22, 24) gesteuerten elektrischen Einrichtungen wie einer elektrischen Lenkeinrichtung und/oder einer elektrischen Bremseinrichtung sowie mit einer Pedaleinheit (14), umfassend an einem Pedalträger (20) gelagerte Fußpedale wie ein Gaspedal (16), ein Bremspedal (18) und/oder ein Kupplungspedal. DOLLAR A Die Erfindung sieht vor, dass das mindestens eine Steuergerät (22, 24) mit der Pedaleinheit (14) zu einer Baueinheit (26) oder zu einem Modul zusammengefasst ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Nutzfahrzeug mit mehreren, jeweils von mindestens einem elektronischen Steuergerät gesteuerten elektrischen Einrichtungen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Heutige Nutzfahrzeuge beinhalten immer mehr elektrische oder elektronische Systeme wie zum Beispiel eine elektrische Bremsanlage, eine elektrische Lenkung, eine elektrische Motorsteuerung, eine elektrische Luftfederung, eine elektrische Dämpfung, eine elektrische Luftaufbereitung etc., die jeweils von einem elektronischen Steuergerät gesteuert sind, wodurch eine rel. hohe Anzahl von Steuergeräten vorhanden ist. Gleichzeitig werden diese einzelnen Systeme immer intelligenter und benötigen immer mehr Daten der anderen, im Nutzfahrzeug enthaltenen Systeme, was zu vernetzten Strukturen führt. Beispielsweise müssen die Funktionen der Antriebsschlupfregelung (ASR) und des Elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) zumindest auf die Brems- und Motorsteuerung zugreifen können.

Einige dieser Systeme sind sicherheitskritisch (z.B. Bremse, Lenkung), was besondere Ansprüche an die entsprechenden Steuergeräte stellt, beispielsweise in Form von fail-safe- oder von fail-silent-Verhalten oder in Form von Redundanzen. So sind beispielsweise aus der EP 1 032 518 B1 redundante Steuergeräte und ein redundanter Datenbus einer elektromechanischen Fahrzeugbremsanlage zur Erhöhung der Funktionssicherheit bekannt. Falls solche Redundanzen aus Sicherheitsgründen notwendig sind, werden meist ein Steuergerät in der Kabine und eines am Rahmen des Nutzfahrzeugs vorgesehen. Ebenso sind die weiteren elektronischen Baugruppen wie Aktoren oder Sensoren räumlich getrennt voneinander am Nutzfahrzeug angeordnet, beispielsweise werden über eine in der Kabine angeordnete Eingabeeinheit eingegebene Daten an am Rahmen angeordnete Steuergeräte geleitet. Die steigende Anzahl elektrischer und elektronischer Baugruppen in Nutzfahrzeugen bedingt jedoch einen großen Verkabelungsaufwand und eine hohe Anzahl von Steckverbindungen, was die Fehleranfälligkeit erhöht.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Nutzfahrzeug mit mehreren, von mindestens einem elektronischen Steuergerät gesteuerten elektrischen Einrichtungen derart weiter zu entwickeln, dass diese eine höhere Funktionssicherheit aufweisen.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass eine bei Nutzfahrzeugen ohnehin vorhandene Pedaleinheit mit mindestens einem der Steuergeräte der elektrischen Einrichtungen zu einer Baueinheit oder zu einem Modul zusammengefasst wird. Zum einen verkürzen sich hierdurch die Leitungslängen zwischen den Sensoren tragenden Pedalen und den zugeordneten Steuergeräten, beispielsweise zwischen einem Potentiometer als Wegaufnehmer des Gaspedalswegs oder einem pedalnah an der Lenksäule angeordneten Lenkwinkelsenor und dem jeweiligen Signaleingang des Steuergeräts. Zum andern kann dann die aus Steuergeräten und Pedaleinheit bestehende Baueinheit als Übergabepunkt der Verkabelung zwischen der in der Regel schwenkbaren Kabine und dem Rahmen dienen, da die Aktoren und Sensoren meist am Rahmen und die Bedienelemente, Anzeige- und Eingabeeinrichtungen meist in der Kabine angeordnet sind. Darüber hinaus kann die Baueinheit vorgefertigt werden, was die Fertigungskosten reduziert.

Die Zusammenfassung erfolgt dabei durch eine räumlich nahe Anordnung der Pedaleinheit und dem mindestens einem Steuergerät zu einer baulichen Einheit. Diese kann beispielsweise durch

a) Aneinanderflanschen eines Pedalträgers und eines Gehäuses des mindestens einen Steuergeräts,
b) Einschieben des mindestens einen Steuergerätes in ein Fach innerhalb des Pedalträgers mit lösbarer Verriegelung,
c) Integration von Elementen der Pedaleinheit und dem mindestens einen Steuergerät in einem einzigen Gehäuse, oder durch
d) Integration von Elementen der Pedaleinheit und dem mindestens einen Steuergerät in einem einzigen Gehäuse und Anflanschen oder Lagern der restlichen Komponenten der Pedaleinheit am gemeinsamen Gehäuse

erzeugt werden.

Bevorzugt weist die Baueinheit aus dem mindestens einen Steuergerät und der Pedaleinheit wenigstens eine erste Steckerleiste zur Zuführung von Kabeln von Sensoren, Aktoren oder Eingabe- und Anzeigegeräten in der Kabine und wenigstens eine zweite Steckerleiste zur Zuführung von Kabeln von Sensoren und/oder Aktoren im Bereich des Rahmens auf. Da nun das mindestens eine elektronische Steuergerät selbst an der Schnittstelle zur Kabine angeordnet ist, können alle sowohl von der Kabine, als auch von außerhalb der Kabine kommenden Leitungen direkt mit dem mindestens einen Steuergerät verbunden werden, ohne, wie beim Stand der Technik, zunächst über die Steckverbindungen am Übergabepunkt zur Kabine geführt zu werden, was das Fehlerrisiko von gestörten Steckverbindungen erheblich reduziert.

Weiterhin wird es überflüssig, jeweils mindestens ein Steuergerät in der Kabine und mindestens ein damit datenmäßig verbundenes weiteres Steuergerät außerhalb der Kabine zu platzieren, um die dort jeweils befindlichen Aktoren und Sensoren direkt zu kontaktieren.

Das mindestens eine Steuergerät kann außerdem als Verbindungsstelle (Gateway) für reine Kabinendatenbusse und Datenbusse zu anderen Teilen des Fahrzeugs dienen. Auch hier entfallen die zusätzlichen Steckverbindungen am Übergabepunkt zur Kabine.

Zeichnung

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Kabine eines Nutzfahrzeugs.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die in 1 insgesamt mit 1 bezeichnete Kabine eines Nutzfahrzeugs ist bezüglich des Rahmens 2 um eine Schwenkachse 4 im Bereich einer vorderen Spritzwand 6 kippbar gelagert. In der Kabine 1 ist eine ein Lenkrad 8 tragende Lenksäule 10 und eine in unmittelbarer Nachbarschaft zu dieser, an einem Kabinenboden 12 eine Pedaleinheit 14 angeordnet. Die Pedaleinheit 14 umfasst eine Pedalträgerplatte 20, an welcher ein Gaspedal 16 und ein Bremspedal 18 angelenkt sowie beispielsweise die Sensorik 21 zur Pedalwegmessung und fallweise noch andere mit den Pedalen 16, 18 zusammenwirkende Bauelemente angeordnet sind. Falls kein automatisches Getriebe vorhanden ist, kann die Pedaleinheit 14 zusätzlich ein Kupplungspedal umfassen. Weiterhin ist an der Pedalträgerplatte 20, an welcher auch die Lenksäule gelagert ist, auch ein Lenkwinkelsensor 23 angeordnet.
Das Nutzfahrzeug umfasst weiterhin eine Vielzahl elektrischer oder elektronische Systeme wie eine elektrische Bremsanlage, eine elektrische Lenkung, einen elektronische Motorsteuerung, eine elektronische Luftaufbereitung, eine elektrische Luftfederung, eine elektrische Dämpfung, eine elektrische Luftaufbereitung etc., die aber nun gemeinsam von den beiden elektronischen Steuergeräten 22, 24 gesteuert sind.
Dabei können die einzelnen Aktoren und Sensoren mit eigenen Elektroniken, die als Geräte- oder Subsystemtreiber fungieren, ausgelegt sein, wie beispielsweise ein ACC Radarsensor, der die aufbereiteten Daten über im Umfeld erkannte Objekte über einen Datenbus bereitstellt oder ein Druckregelmodul, das auf einen über einen Datenbus übertragenen Befehl hin den Bremsdruck für ein Rad oder eine Achse einregelt und gleichzeitig Informationen über momentanen Bremsdruck, Drehzahl und Belagverschleiß über den Datenbus zurück liefert. Es können aber auch rein elektrische Elemente Verwendung finden, wie beispielsweise die Magnete von ABS-Ventilen oder die Pedalwegsensoren eines Fußbremsmoduls.
Ein Aktor oder Sensor kann mit einem einzelnen der beiden Steuergeräten oder aber mit beiden verknüpft sein.
Aus Sicherheitsgründen werden die Bremsanlage und die Lenkung von beiden Steuergeräten 22, 24 angesteuert, welche jeweils fall-silent verschaltet sind, d.h. dass nach einem Ausfall oder Fehler eines der beiden Steuergeräte 22 oder 24 keine Steuerbefehle mehr an die zugeordneten Aktoren gesandt werden und das jeweils andere Steuergerät die Funktion des ausgefallenen Steuergeräts 22 oder 24 übernimmt, beziehungsweise die Funktion des verbliebenen Steuergerätes 22 oder 24 ausreicht, um das Fahrzeug nicht in einen kritischen Zustand geraten zu lassen.
Sind zusätzlich eine ausfallsichere, elektrische Energieversorgung sowie eine ausfallsichere Datenübertragung gewährleistet, kann sowohl die Bremsanlage und als auch die Lenkung jeweils vollelektrisch ausgeführt sein im Sinne von „Brake-by-wire" und „Steer-by-wire", d.h. es existiert beispielsweise bei der Bremsanlage keine pneumatische Steuerung mehr als unterlegte Sichefieitsebene, sondern die Bremsfunktion wird in jedem Fall rein elektrisch gesteuert.
In den beiden Steuergeräten 22, 24 werden dann ebenfalls systemübergreifende Funktionen wie beispielsweise ASR oder ESP sowie Fahrerassistenzfunktionen wie beispielsweise automatisches Einparken oder ACC (adaptive cruise control) ausgeführt, ohne dass dazu nötige Daten erst von vielen, einzelnen System-Steuergeräten über Datenbusse zusammengetragen oder verteilt werden müssen.
Vorzugsweise sind die zwei redundanten Steuergeräte 22, 24 mit der Pedaleinheit 14 zu einer vorfertigbaren Baueinheit oder zu einem Modul 26 zusammengefasst. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die Steuergeräte 22, 24 in einem an der Pedalträgerplatte 20 der Pedaleinheit 14 angeflanschten Gehäuse 28 untergebracht oder in einem Fach in der Pedalträgerplatte eingeschoben sind. Denkbar ist auch, dass die Steuergeräte 22, 24 und Bauelemente der Pedaleinheit 14 in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.
Das Modul 26 aus den Steuergeräten 22, 24 und der Pedaleinheit 14 steht zum einen mit Sensoren, Aktoren oder Eingabe- und Anzeigegeräten in der Kabine 1 des Nutzfahrzeugs und zum andern mit im Bereich eines Rahmens 2 des Nutzfahrzeugs angeordneten Sensoren und/oder Aktoren in signal- und/oder leistungsübertragender Verbindung. Hierzu kann das Modul 26 wenigstens eine erste Steckerleiste 30 zur Zuführung von Kabeln 31 von Sensoren und/oder Aktoren aus der Kabine 1 und wenigstens eine zweite Steckerleiste 32 zur Zuführung von Kabeln 33 von Sensoren und/oder Aktoren aus dem Bereich des Rahmens 2 aufweisen, wobei die zweite Steckerleiste 32 vorzugsweise an der von der Kabine 1 weg weisenden Seite des Kabinenbodens 12 angeordnet ist. Durch die Kabel wird vorzugsweise mindestens ein CAN-Datenbus verwirklicht, welcher die Kommunikation zwischen den Sensoren 21, 23, Aktoren und Steuergeräten 22, 24 übernimmt.

1: Kabine
2: Rahmen
4: Schwenkachse
6: Spritzwand
8: Lenkrad
10: Lenksäule
12: Kabinenboden
14: Pedaleinheit
16: Gaspedal
18: Bremspedal
20: Pedalträgerplatte
21: Sensorik
22: Steuergeräte
23: Lenkwinkelsensor
24: Steuergeräte
26: Modul
28: Gehäuse
30: erste Steckerleiste
31: Kabel
32: zweite Steckerleiste
33: Kabel

Claims

Nutzfahrzeug mit mehreren, von mindestens einem elektronischen Steuergerät (22, 24) gesteuerten elektrischen Einrichtungen wie einer elektrischen Lenkeinrichtung, einer elektronischen Motorsteuerung und/oder einer elektrischen Bremseinrichtung sowie mit einer Pedaleinheit (14) umfassend an einem Pedalträger (20) gelagerte Fußpedale wie ein Gaspedal (16), ein Bremspedal (18) und/oder ein Kupplungspedal, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Steuergerät (22, 24) mit der Pedaleinheit (14) zu einer Baueinheit (26) oder zu einem Modul zusammengefasst ist.
Nutzfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Steuergerät (22, 24) in einem an den Pedalträger (20) der Pedaleinheit (14) angeflanschten Gehäuse (28) untergebracht ist.
Nutzfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Steuergerät (22, 24) und Bauelemente der Pedaleinheit (14) in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.
Nutzfahrzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei bezüglich ihrer Funktion zumindest teilweise redundante Steuergeräte (22, 24) mit der Pedaleinheit (14) zu der Baueinheit (26) zusammengefasst sind.
Nutzfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der beiden Steuergeräte (22, 24) sich selbst auf Fehler überwacht und bei erkanntem Fehler sich nötigenfalls selbst außer Funktion setzt.
Nutzfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Steuergeräte (22, 24) sich gegenseitig auf Fehler überwachen und bei erkanntem Fehler im jeweils anderen Steuergerät das nicht vom Fehler betroffenen Steuergerät das vom Fehler betroffene Steuergerät nötigenfalls außer Funktion setzt.
Nutzfahrzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines Fehlers, der zur Abschaltung eines der Steuergeräte (22, 24) führt, das andere Steuergerät (22, 24) zumindest verhindert, dass dadurch das Fahrzeug in einen sicherheitskritischen Zustand gerät.
Nutzfahrzeug nach Anspruch 5, oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass das noch funktionsfähige Steuergerät (22, 24) die Abschaltung des anderen Steuergerätes (22, 24) erkennt und dessen Funktionen zumindest teilweise übernimmt.
Nutzfahrzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (26) aus dem mindestens einen Steuergerät (22, 24) und der Pedaleinheit (14) zum einen mit Sensoren (21, 23), Aktoren, Eingabe- und Anzeigegeräten und/oder anderen Steuergeräten in einer Kabine (1) des Nutzfahrzeugs und zum andern mit im Bereich außerhalb der Kabine (2) des Nutzfahrzeugs angeordneten Sensoren, Aktoren und/oder anderen Steuergeräten in signal- und/oder leistungsübertragender Verbindung steht.
Nutzfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (26) aus dem mindestens einen Steuergerät (22, 24) und der Pedaleinheit (14) wenigstens eine erste Steckerleiste (30) zur Zuführung von Kabeln von Sensoren, Aktoren oder Eingabe- und Anzeigegeräten in der Kabine (1) und wenigstens eine zweite Steckerleiste (32) zur Zuführung von Kabeln von Sensoren und/oder Aktoren im Bereich des Rahmens (2) aufweist.