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Hintergrund
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Fahrzeughersteller verwenden seit einiger Zeit serielle Kommunikation (Multiplexing) zwischen Controllern, um Information gemeinsam zu nutzen und Steuersignale zu verteilen. Dies hat die Menge an Signalverdrahtung quer durch ein Fahrzeug im elektrischen Verteilungssystem (EDS: electrical distribution system) des Fahrzeugs, die erforderlich ist, um Komfort Bequemlichkeits- und Sicherheitsmerkmale, die in modernen Fahrzeugen erwünscht sind, zu implementieren, stark reduziert.
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Es wurde jedoch nicht viel unternommen, um den Energie/- und Massenverteilungsanteil des EDS zu vereinfachen. Batterien und Alternatoren (Energiequellen) werden üblicherweise verwendet, um das Fahrzeug mit Energie zu versorgen. Um die Energie zu verteilen, wird die positive Seite der Energiequelle mit Sicherungsblöcken verbunden, die im Motorbereich oder im Passagierbereich des Fahrzeugs positioniert sind. Die Sicherungsblöcke dienen als Verteilungspunkte für die Energiezuführung zu Geräten, z. B. Aktuatoren, Sensoren und Steuerelementen. Die Sicherungsblöcke beherbergen auch Schutzvorrichtungen, Stromkreisunterbrecher und Sicherungen für die Energiezuführungen. Die Minusseite der Energiequellen ist oft mit den Metallkomponenten des Fahrzeugs (Karosserie, Chassis, Motorblock, etc.) verbunden, die dann als Massenrückführungspfad für alle aktiven Elemente dienen.
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Die Steuerung der Geräte im Fahrzeug zum Implementieren erwünschter Merkmale ist im Controller nach Funktion oder Position unterteilt (Motor, Navigation, Passagiersitz, Fahrersitz, Tür, etc.). Der Controller in jeder der Zonen tauscht Information mit anderen Controllern unter Verwendung eines seriellen Busses mit Gemeinschaftszugriff aus. Der Bus folgt üblicherweise einem Industriestandard, wie etwa J1850, CAN, MOST. Es können mehrere unabhängige Busse verwendet werden. In diesem Fall handelt einer der Controller als Überleiteinrichtung (Gateway) für die Information zwischen den inkompatiblen Bussen. Jede Marke und jedes Fahrzeugmodell neigen dazu, eine einzigartige Zusammenstellung von Controllern und Geräten aufzuweisen. Fahrzeughersteller neigen auch dazu, eigene serielle Busse zu verwenden. Als ein Ergebnis muss das EDS jedes Fahrzeugs einzigartig ausgelegt werden.
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Obgleich viele Signalverdrahtungen durch die Verwendung serieller Busse eingespart wurden, gibt es eine weitere Möglichkeit, die Effizienz des EDS zu steigern, wenn sich auch um Energie- und Massenverteilung gekümmert wird.
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Eine alternative Architektur führt die Idee des Unterteilens des Fahrzeugs in geografische Regionen und des Po sitionierens eines einzigen Controllers für alle Merkmale in dieser Region ein. Diese Architektur kann auch das Konzept intelligenter Periphergeräte enthalten, um die Anzahl von Verbindungen in lokalisierten Gebieten des Fahrzeugs zu reduzieren. Die intelligenten Peripheriegeräte verwenden einfache serielle Kommunikationsbusse, wie etwa LIN, um Information von Sensoren an den Zonen-Controller zu schalten oder Aktuatorenbefehle von dem Zonen-Controller anzunehmen. Die Zonen-Controller handeln auch als Energie- und Massenverteilungspunkte für die intelligenten Peripheriegeräte.
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Eine weitere alternative Architektur verkörpert einen Verbindungsblock, der in verschiedenen Zonen des Fahrzeugs positioniert sein kann. Der Verbindungsblock stellt einen mechanischen und elektrischen Verbindungspunkt für Energie, Masse und Kommunikation für kleine Geräte dar, die verwendet werden, um eine Schnittstelle zu Eingabe- und Ausgabegeräten zu bilden. Der Verbindungsblock stellt auch Überstrom-Schutzvorrichtungen für die kleinen angeschlossenen Geräte sowie mehrere Energiequellen, die auf unterschiedliche Stufen innerhalb des Systems verteilt sind, zur Verfügung.
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Bestehende Energie-, Massen- und Steuerungsverteilungsarchitekturen erfordern, obgleich sie Flexibilitätselemente bieten, noch immer fahrzeugspezifische Verkabelungen und eine starre Energieverteilungsstruktur und -steuerung. Darüber hinaus gehen diese bestehenden Strukturen nicht die Signalverdrahtungskomplexität in lokalisierten Gebieten an.
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Aus der
DE 44 25 557 A1 ist ein Multiplex-Übertragungsgerät bekannt, das eine Vielzahl von Kommunikationsknoten umfasst, die miteinander über einen Multiplex-Übertragungspfad verbunden sind und eine Vielzahl von elektrischen Bauteilen, die durch die Kommunikationsknoten zu steuern sind, wobei jeder Kommunikationsknoten entweder in einen betriebsfähigen Zustand, einen nicht betriebsfähigen Zustand oder einen betätigbaren Zustand versetzbar ist. Wird in einem AUS-Zustand eines Zündschlüsselschalters erfasst, dass sich der Zustand der Bauteile innerhalb einer eingestellten Bezugszeit nicht geändert hat, so wird der Kommunikationsknoten, der zu der Steuerung der elektrischen Bauteile gehört, in den nicht betriebsfähigen Zustand versetzt.
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Aus der
WO 02/076794 A2 ist eine Anordnung zum Begrenzen des Verbrauchs von elektrischer Leistung von mindestens einem auf einem Fahrzeug unterstützten Gerät, welches einen Datenbus aufweist, über den Signale von oder zu dem Gerät transportierbar sind, bekannt. Dabei ist eine Kontrolleinheit zur Kontrolle der Funktion des Geräts, eine Energieversorgungseinheit, die elektrische Leistung von einer Energiequelle des Fahrzeugs hat und die elektrische Leistung an die Kontrolleinheit liefert und ein zwischen der Energieversorgungseinheit und der Energiequelle angeordneter Schalter mit einer Steuereinheit vorgesehen. Dabei weist der Schalter einen geöffneten Zustand auf, wenn sich das Gerät in einem Schlafmodus befindet, und einen geschlossenen Zustand, wenn sich das Gerät in einem aktiven Modus befindet.
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Eine aus der
DE 198 12 013 A1 bekannte Netzwerkankopplungsvorrichtung zur Ankopplung von mindestens einer Applikation an ein Netzwerk weist eine Energieübertragungseinrichtung zum Übertragen von elektrischer Energie an die Applikation, eine Informationsübertragungseinrichtung zum Senden von Informationen an die Applikation und/oder Empfangen von Informationen von der Applikation und eine Kommunikationssteuereinrichtung zum Steuern der Kommunikation mit dem Netzwerk auf. Außerdem sind eine Energieübertragungs-Steuereinrichtung zum Steuern des Energieübertragungszustandes auf mindestens einen ersten und einen zweiten Energieübertragungszustand und eine Energieübertragungszustand-Änderungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Änderung des Energieübertragungszustands in mindestens einem der beiden Energieübertragungszustände vorgesehen. Die Energieübertragungs-Steuereinrichtung führt ansprechend auf die Erfassung einer durch die Applikation verursachten Änderung des Energieübertragungszustands in einem der beiden Energieübertragungszustände ein Umschalten auf den anderen Energieübertragungszustand durch.
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Aus der
EP 0 872 786 A1 ist ein System aus drahtbusvernetzten Steuergeräten mit verringertem Ruhestrombedarf bekannt. Dabei sind alle Steuergeräte zwecks ihrer betrieblichen Stromversorgung an zwei Versorgungsschienen dauerhaft angeschlossen und es sind die Versorgungsschienen ihrerseits mit den Speisepolen einer Betriebsstromquelle dauerhaft verbunden. Eines der Steuergeräte ist mit einer Standby-Betriebsfunktion mit Weckbereitschaft ausgestattet und in Weckbereitschaft dauernd aktiv und weist außer seiner Kommunikationsverbindung mit dem Bus wenigstens einen separaten Signaleingang auf, über den es weckbar ist, sowie einen Steuerausgang, der bei Erreichen des normalen Betriebszustandes dieses Steuergeräts ein Anschaltsignal abzugeben vermag. Jedes der übrigen Steuergeräte weist interne Mittel für seine steuerbare Stromversorgung aus den beiden Versorgungsschienen und einen Anschaltsteuereingang auf, dem ein Steuersignal zur Aktivierung besagter interner Mittel zuführbar ist. Der Steuereingang eines jeden dieser Steuergeräte ist mit vorgenanntem Steuerausgang verbunden, so dass bei Ausgabe des Anschaltsignals die übrigen Steuergeräte bestrombar und somit in Betriebsbereitschaft versetzbar sind.
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Die
DE 100 60 539 C1 beschreibt ein System zur Steuerung oder Regelung mit mindestens zwei Steuergeräten, die über einen Datenbus miteinander vernetzt sind, wobei das System zur Verringerung der Leistungsaufnahme ganz oder nur teilweise in bestimmte Leistungsaufnahmezustände versetzbar ist, in denen Steuergeräte unter voller Leistungsaufnahme oder in einem Leistungsaufnahmezustand arbeiten, in die Leistungsaufnahme reduziert ist. Mehreren Steuergeräten ist jeweils ein Steuerungsprogramm mit einer Schnittstelle zugeordnet, über die Daten bezüglich der Leistungsaufnahmezustände für den optimalen Ablauf vorhandener Anwendungsprogramme entweder von einem Programm innerhalb des Steuergeräts oder von einer externen Anforderung an das Steuerungsprogramm übertragbar sind, wobei jedes Steuerungsprogramm Mittel zur Berechnung des erforderlichen Leistungsaufnahmezustands für das zugeordnete Steuergerät aus den Daten aufweist und Umschaltmittel vorgesehen sind, die das Steuergerät bei bedarf von einem Leistungsaufnahmezustand in einen anderen Leistungsaufnahmezustand überführen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine flexible Energie-, Massen-, und Steuerungsverteilungsarchitektur für das gesamte Fahrzeug bereit zu stellen, die auch für lokalisierte Gebiete des Fahrzeugs adaptierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Diese Offenbarung wird mehrere Ausführungsformen beschreiben, um ihre breite Lehre zu illustrieren. Es wird auch Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen.
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1 ist eine schematische Illustration einer Kommunikations- und Energieverteilungsarchitektur.
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2 ist eine schematische Illustration eines Knotens der in 1 gezeigten Kommunikations- und Energieverteilungsarchitektur.
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3 ist eine detaillierte schematische Illustration eines Schaltelementes eines Knotens, der in 1 gezeigten Kommunikations- und Energieverteilungsarchitektur.
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4 ist ein Flussdiagramm der Anschaltsequenz für eine Kommunikations- und Energieverteilungsarchitektur.
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Detaillierte Beschreibung
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Eine Energie-, Massen- und Kommunikationsarchitektur verwendet Hubs (Netwerkknoten) anstelle von Zonen-Controllern und Sicherungsblöcken Die Architektur ist insbesondere an die Verwendung in Fahrzeugen, wie etwa Automobilen und Lastwagen, angepasst, kann jedoch auch an vielfältige andere Anwendungen angepasst werden. Jeder Hub enthält Rechen-, Kommunikations- und Energieverteilungselemente. Hubs können mit mehreren anderen Hubs verbunden sein, um Kommunikation und Energie in einer frei geformten, netzartigen Anordnung zu verteilen. Spezielle Baum-, Bus- oder Sternanordnungen sind nicht erforderlich. Standardisierte, verdrahtende Verkabelungselemente können verwendet werden, um die Hubs und andere Steuerungselemente zu verbinden.
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Jeder Strang in dem Netz kann als ein unabhängiger Punkt-zu-Punkt-Bus, isolierte Energieleitung und Massenpfad betrachtet werden. Jeder der Hubs kann Rechenkapazität enthalten, um Fahrzeugmerkmalsanwendungen sowie die Signalgebungsgeräte, z. B. Paket-Router, Schaltkreisschalter und dergleichen sowie Energieschutzgeräte, die für die Kommunikations- und Energieverteilung benötigt werden, zu implementieren. Die Energieverteilungsarchitektur kann mit der Intelligenz und Kommunikationsfähigkeit des Signalgebungsnetzwerks verbunden sein, um eine verbesserte Fehlerverwaltung und Kommunikation zur Verfügung zu stellen. Das Energieverteilungs- und Signalgebungsnetzwerk kann eingerichtet sein zu kooperieren, um das Energieverteilungsmedium zu überwachen, Fehler zu erkennen und zu diagnostizieren und diese Information an andere Controller und andere Bereiche des Energieverteilungsnetzwerks zu kommunizieren. Die netzartige Anordnung der Architektur erlaubt es potentiell, dynamische Umordnungen vorzunehmen, um im Fall eines Energiefehlers Reparaturen durchzuführen.
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Die individuelle Rechenkapazität, die in den Hubs oder Knoten und der zur Kommunikations- und Energieverteilungsarchitektur gehörigen Kommunikationsinfrastruktur existieren kann, kann verwendet werden, um die Funktion und Konfiguration jedes Hubs oder Knotens einzustellen. Solche Einstellungen können sowohl im aktuellen Betrieb als auch als Standardvorgabe für eine nachfolgende Anschaltung verwendet werden. Beim anfänglichen Anschalten existieren jedoch keine solchen Anfangsbedingungen. Beim anfänglichen Anschalten während des Fahrzeugszusammenbaus oder wenn einer oder mehrere Knoten ausgetauscht werden oder wenn die aktuelle Konfiguration verloren geht, muss die Architektur in der Lage sein, sich in vorhersagbarer, kontrollierter Weise zu verhalten, um sicherzustellen, dass alle Knoten Energie erhalten, in der Lage sind zu kommunizieren und, falls erwünscht, Programmierung erhalten. Weiter muss die Architektur für die Energieversorgung verschiedener Lasten, die rings im Fahrzeug verteilt sind, in kontrollierter Weise sorgen, um die Möglichkeit plötzlicher Stromüberlastungen und Spannungsspitzen zu begrenzen.
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Spannungsspitzen können ein besonderes Problem sein. Die Verdrahtungsverbindungen des Fahrzeugs, sowohl zwischen Knoten als auch zwischen den Knoten und ihren entsprechenden Lasten, stellen einen wesentlichen Betrag an Induktivität dar. Aus der elementaren Elektrizitätslehre ist es bekannt, dass V = L dI/dt, wobei L die Induktivität ist und dI/dt die Änderung des Stroms durch das induktive Element über die Zeitspanne dt ist. Plötzliche Stromänderungen, beispielsweise wenn beim Laden einer Primärbatterie mit hohem Stromfluss die Batterieklemme getrennt wird, können einen als ”Lastabfall” (load dump) bekannten Zustand verursachen, der sich durch sehr hohe Spannungen auszeichnet, die über das elektrische Verteilungssystem verbreitet werden. Auf ähnliche Weise wäre es wahrscheinlich, dass, wenn jede Last in dem Fahrzeug plötzlich bei der ersten Gelegenheit anfahren würde, lastabfallartige Spannungsspitzen auftreten würden.
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1 illustriert eine Energie-, Massen-, und Kommunikationsarchitektur 100 in einem Fahrzeug 10, die eine Mehrzahl von Hubs 105, 110 und 115 enthält. Die Hubs 105, 110, und 115 sind durch standardisierte Drahtverkabelungssegmente in einer netzartigen Struktur verbunden. Obgleich eine Mehrzahl von Drahtverkabelungssegmenten in 1 gezeigt sind und zur Verbindung der Hubs 105, 110 und 115 verwendet werden, ist lediglich ein Drahtverkabelungssegment 120 identifiziert. In dieser gesamten Offenbarung bezieht sich eine Bezugnahme auf das Drahtverkabelungssegment 120 im Singular oder Plural auf das eine oder die mehreren Drahtverkabelungssegmente, die verwendet werden, um die Hubs 105, 110 und 115 zu verbinden. Die Architektur 100 enthält auch eine Mehrzahl von Energiequellen, wie etwa Batterien 125 und 130. Zusätzliche (nicht dargestellte) Energiequellen, wie etwa Generatoren/Alternatoren, Kondensatoren, Brennstoffzellen oder alternative Energiequellen können in der Architektur 100 eingesetzt werden. Die speziellen Typen oder Anzahlen von Energiequellen sind nicht kritisch für die Struktur oder Funktion der Architektur 100. Die Hubs 105, 110, 115 sind konfiguriert, mit einem oder mehreren der anderen Hubs 105, 110 und 115 sowie mit Geräten, von denen eines als Gerät 132 gezeigt ist, in dem Fahrzeug 10 über zusätzliche Drahtverkabelungssegmente 120 zu koppeln. Die speziellen Gerätetypen sind ebenfalls nicht kritisch für die Struktur oder Funktion der Architektur 100 und typische Vorrichtungen, die in Fahrzeugen gefunden werden, wie etwa Sensoren, Aktuatoren, Controller und dergleichen können mit den Hubs gekoppelt werden.
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Es wird Bezug genommen auf 2. Ein beispielhafte Hub oder Knoten 200 kann einen Prozessor 202, enthaltend ein Steuerprogramm, das entweder in einem internen Speicher oder einem zugehörigen, eine zentrale Intelligenz bereitstellenden Speicher gespeichert ist, aufweisen. Der Knoten oder Hub 200 weist wenigstens einen Schalter zum Steuern des Energieflusses auf. Der Knoten oder Hub 200 kann mit vier bidirektionalen Schaltern 204, 206, 208, 210, die in einer Sternkonfiguration angeordnet sind, konfiguriert sein. Die Struktur jedes Schalters 204, 206, 208, 210 wird weiter unten unter Bezugnahme auf 3 in größerem Detail diskutiert. Jeder der Schalter 204, 206, 208, 210 kann aus sein oder konfiguriert sein, zu erlauben, dass Energie hinein und/oder hinaus fließt. Die Anschlüsse 212, 213, 214, 215 sind zur Verbindung eines Hubs mit einem weiteren Hub konfiguriert. Jeder Anschluss 212, 215 kann eine Energie- und Massenverbindung und eine Kommunikationsverbindung 216 aufweisen. Eine spezielle (nicht dargestellte) Kommunikationseinheit kann in dem Hub oder Knoten 200 vorgesehen und mit der Kommunikationsverbindung 216 gekoppelt sein; es kann jedoch sein, dass sie eine Funktion des Prozessors 202 ist. Lasten 218, 220 können mit einem Low-Side-Treiber 222 oder einem High-Side-Treiber 224 verbunden sein. Unterschiedliche Kombinationen von Low-Side-, 218, und High-Side-, 220, Treibern können in verschiedenen Ausführungsformen vorgesehen sein. Ein Regler 226 erlaubt den Betrieb des Knotens 200 über einen weiten Bereich von Spannungen, insbesondere im Fall eines Standby-Modus, der eine niedrigere Spannung verwendet, um Energie zu sparen und schädliche Effekte zu reduzieren, die mit Hochspannungsbedingungen verbunden sind, wie etwa Metallmigration in eingebetteten Halbleitern.
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Eine Einzelanschlusskonfiguration kann bei der Verbindung mit den Hubs 105, 110 und 115 verwendet werden, um Hub mit Hub oder Hub mit einem Gerät zu verbinden. Bei jeder Konfiguration weisen die Hubs 105, 110 und 115 eine Verbinderausnehmung auf, die konfiguriert ist, mit einem Ende eines Drahtverkabelungselementes 120 zur Hub-zu-Hub-Verbindung zusammenzupassen.
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Das Energieverwaltungsgerät oder der Hub 200 weist Anschlüsse 212, 215 zum Empfangen elektrischer Energie auf. Die Schalter 204, 206, 208, 210 sind zum Empfang von Energie besonders geeignet, wie weiter unten unter Bezugnahme auf 3 diskutiert wird. Wenn elektrische Energie an einem der Anschlüsse 212–215 empfangen wird, wird sie an den Regler 226 geleitet. Der Prozessor 202 kann dann aktiviert werden.
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Sobald er aktiviert ist, ist der Prozessor 202 in der Lage, zu bestimmen, ob die empfangene elektrische Energie primäre oder sekundäre Energie ist. Bei einer Ausführungsform bestimmt der Prozessor 202 dies durch Überwachen eines Signals vom Regler 226. Wenn die Eingangsspannung in den Regler 226 oder das Eingangssteuernetzwerk 304 als in einem zu einer Primärenergie gehörigen Bereich oder in einem zu einer Sekundärenergie gehörigen Bereich bestimmt wird, nimmt der Prozessor 202 die geeignete Bestimmung vor. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Prozessor 202 mit einer Energiequelle (nicht dargestellt) kommunizieren, um zu bestimmen, ob die empfangene Energie primäre oder sekundäre Energie ist. Kommunikationen zwischen Elementen der Gesamtkommunikations- und Leistungsverteilungsarchitektur werden in größerem Detail in der eingeschlossenen Referenz abgedeckt und werden hier nicht weiter diskutiert. Wie unten diskutiert, konfiguriert sich einer der Schalter 204, 206, 208, 210, wenn er elektrische Energie erkennt, selbst als Eingang.
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Wenn der Prozessor 202 feststellt, dass die elektrische Energie eine sekundäre Energiequelle ist, setzt sie den Knoten in einen Standby-Modus und wartet entweder auf weitere Instruktionen über das Datenkommunikationsnetzwerk oder auf eine Veränderung im Energiestatus. Bei einer Ausführungsform umfasst der Standby-Modus ein Abschalten aller Schalter 204, 206, 208, 210, die nicht als Eingänge konfiguriert sind, sowie ein Abschalten der Treiber 222, 224 und ein Anweisen des Reglers 226, die Betriebsspannung des Hub 200 zum Einsparen von Energie zu reduzieren.
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Wenn der Hub 200 bestimmt, dass die gelieferte elektrische Energie eine primäre Energiequelle ist, versetzt der Prozessor den Knoten in einen aktiven Modus. In einem anfänglichen Anschaltzustand oder in Situationen, in denen keine früheren Programmierungs- oder Betriebszustandsdaten verfügbar sind, umfasst der aktive Modus ein Konfigurieren derjenigen Schalter 204, 206, 208, 210, die noch nicht als Eingänge konfiguriert sind, als Ausgänge zum Leiten von Energie aus einem der Anschlüsse 212, 215 an andere verbundene Knoten oder Hubs 105, 110, 115.
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Nach dem Konfigurieren der Anschlüsse 212, 215 wartet der Prozessor 202, der als eine Kommunikationseinheit arbeitet, typischerweise im aktiven Modus auf Instruktionen von einem zentralen Energie-Controller (nicht dargestellt). Betriebsinstruktionen werden über das Datennetzwerk empfangen, um den Knoten 200 und den Prozessor 202 anzuweisen, die Anschlüsse 212–215 zu konfigurieren, und um die Treiber 222, 224 zu aktivieren. Der Knoten 200 oder dessen Prozessor 202 können in einer Anzahl von vorprogrammierten Betriebsmoden programmiert werden, die von den Betriebsinstruktionen eingestellt werden. Der Betriebsmodus kann ein Rückfallen in den Standby-Modus, ein Verbleiben im aktiven Modus oder ein Annehmen verschiedener anderer Betriebsmoden umfassen. Beispielsweise kann ein weiterer Modus ein Fehlererkennungsmodus sein, in dem Energie und Lasten unterschiedlich aus und an gepulst werden, während eine Stromsenke überwacht wird, um Kurzschlüsse und Unterbrechungen zu bestimmen. Sollte ein Problem erkannt werden, kann ein Fehlerverwaltungsmodus dann die Leitung der Energie auf einen anderen Pfad ändern, um das Problem zu ändern. Lastsequenzen erlauben es, Lasten 218, 220 anfänglich entweder in einer vom Prozessor 202 gemäß vorbestimmten Instruktionen koordinierten Weise oder wenn vom zentralen Controller angefordert, anzuschalten. Zusätzlich kann der Energieverbrauch durch sequentielle Energiebeaufschlagung nicht kritischer Geräte, wie etwa Diagnoseeinheiten, verwaltet werden. Ein weiterer Betriebsmodus kann ein Lastabwurfmodus sein. Lastabwurf ist unter vielen Umständen nützlich; beispielsweise kann eine Ausführungsform die Energie zu Zubehör, wie etwa der Klimaanlage temporär abschalten, wenn ein wesentlicher Energiebetrag für primäre Funktionen, wie etwa schnelle Beschleunigung benötigt wird. Der Prozessor 202, der wieder als eine Kommunikationseinheit arbeitet, kann den Status des Hub 200 entweder auf einer periodischen Basis, einer Interrupt-gesteuerten Basis oder einer Abfragebasis senden.
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Die Elemente des Knotens oder Hub 200 sind bekannt und verfügbar. Der Prozessor kann ein einfacher Mikrocontroller, wie etwa solche, die von Motorola, Inc. erhältlich sind, oder ein anderer Prozessor sein. Die Codierung des Prozessors kann in einer Hochsprache, wie etwa ”C”, erfolgen und für den benutzten Prozessor oder Mikrocontroller kompiliert werden. Der Spannungsregler 226 ist ein Fertigartikel und von einer Anzahl von Lieferanten erhältlich oder kann vom Fachmann aus diskreten Komponenten entworfen werden. Die High-Side- und Low-Side-Schalter 222, 224 sind gemäß der Last 218, 220 ausgewählt und können aus dem Bereich zwischen einem einfachen Transistor und einem elektromechanischen Relais stammen. Die bidirektionalen Schalter 204, 206, 208, 210 werden unten diskutiert.
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Es wird Bezug genommen auf 3. Eine schematische Illustration eines der Schaltelemente des Knotens der Kommunikations- und Energieverteilungsarchitektur wird diskutiert und beschrieben. Ein beispielhafter Schalter 300, der geeignet ist zur Verwendung im Hub 200 hat einen Ein/Aus1-Anschluss 302, der sowohl mit einer Fühler- und Logikschaltung 304 als auch mit einer Schaltermatrix 306 verbunden ist. Der Schalter 300 weist auch eine Energiesteuerungsschaltung 308 auf. Die Energiesteuerungsschaltung 308 weist auch eine optionale Stromfühlerschaltung 310 auf. Die Schaltung 304 weist Leistungssteuerungseingänge 312 und 314 zum Einstellen der Richtung des Stromflusses auf. Die Energie wird mittels eines Eingangsschaltermoduls 316 und eines Ausgangsschaltermoduls 318 geschaltet. Das Ausgangsschaltermodul ist mit dem Ein/Aus2-Anschluss 320 verbunden. Der Anschluss 320 ist Teil einer Sternverbindung ähnlicher Ausgänge der anderen Schaltelemente im Knoten 200.
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Bei Betrieb versorgt die anfänglich an den Ein/Aus1-Anschluss 302 angelegte Energie die Fühler- und Logikschaltung 304 mit Energie. Wenn sie energieversorgt ist, schaltet die Fühler- und Logikschaltung 304 das Eingangsschaltmodul 316 an, welches Energie an den Ein/Aus2-Anschluss und den Regler 226 liefert. Nachdem der Regler 226 und der Prozessor 202 mit Energie versorgt sind, sind die zwei Schaltmodule 316, 318 unabhängig steuerbar und können verwendet werden, um die Richtung des Stromflusses zwischen Ein/Aus1, 302, und Ein/Aus2, 320, einzustellen.
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Bei gegebener Schaltungskonfiguration kann ein Schaltungsdesigner oder Elektroingenieur mit normaler Fachkenntnis Komponententypen und -werte bestimmen, die für die Designumgebung einer bestimmten Anwendung geeignet sind. Bei einer Ausführungsform sind die Transistoren der Schaltung MMUN2211-Geräte von ON Semiconductor und die Schaltmodule 316, 318 sind BTS6143-Geräte von Siemens Corporation.
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In 4 wird ein Flussdiagramm der Anschaltsequenz einer Kommunikations- und Energieverteilungsarchitektur diskutiert und beschrieben. Das Verfahren detailliert eine Weise zum sequentiellen Starten einer Mehrzahl von Knoten 200, wenn keine früheren Statusdaten verfügbar sind. Dies kann beispielsweise beim anfänglichen Starten während der Verstellung oder nach der Einsetzung eines oder mehrerer neuer Knoten 200 in einer Reparatursituation der Fall sein. Es wird Energie an den ersten Knoten 200 angelegt, 402, der im Allgemeinen derjenige Knoten ist, der der Energiequelle, wie etwa einer Batterie, 125, 130, am nächsten ist. Der Knoten 200 kann dann mit der Energiequelle kommunizieren, um die Natur der Energie zu bestimmen, 404, falls der Knoten 200 nicht in der Lage ist, den Energietyp selbst zu bestimmen, wie oben diskutiert. Die Energie kann eine von zwei Arten sein, nämlich eine primäre Energie oder eine sekundäre Energie. Wenn die Energie eine sekundäre Energie ist, wird der NEIN-Zweig von 406 verfolgt und der Knoten 200 wird in einen Standby-Modus versetzt, 408, um weitere Instruktionen abzuwarten. Wenn die Energie als primäre Energie bestimmt wird, wird der JA-Zweig von 406 verfolgt. Die Energie wird an einen weiteren Knoten des Netzwerks 100 geleitet, 410, im Allgemeinen einen Knoten stromabwärts von dem Knoten, der der Batterie 125, 130 am nächsten ist. Man kann sehen, dass dieses asynchrone Anlegen von Energie rasch durch ein netzartiges Netzwerk der in diesem Ausführungsbeispiel gezeigten Art kaskadiert. Während weitere Ausführungsbeispiele in Betracht gezogen werden können, bei denen einige Knoten 200 in einem Standby-Modus gelassen werden können, ist es meistens der Fall, dass alle Knoten primäre Energie mit einer minimalen Anzahl von ”Sprüngen” von der Quelle der primären Energie, wie etwa den Batterien 125, 130 erhalten. Der Knoten 200, ob er sich nun im aktiven Modus oder in einem Standby-Modus befindet, kommuniziert, 412, mit einem Controller, entweder einem zentralen Controller oder einem Prozessor 202 von einem der Knoten, um Instruktionen zum Einstellen eines Betriebszustandes zu erhalten. In manchen Fällen wird sich der Betriebszustand auf ein Versorgen, 414, von Lasten 218, 220 mit Energie in einer sequentiellen oder anderen vorbestimmten Weise beziehen. Die Kommunikationsfähigkeit des Knotens 200 kann verwendet werden, um den Zustand des Knotens 200 sowie irgendeinen Fehler oder Wertungszustände, die in der Peripherie des Knotens 200 bestimmt werden, zu kommunizieren. Wie oben diskutiert, kann ein zentraler Controller die Energie-, Massen- und Kommunikationsarchitektur 100 verwenden, um Lasten 218, 220 und andere Lasten mit Energie zu versorgen, um die plötzliche Änderung in der durch das Energieverteilungsnetzwerk gelieferten Energie, die einen unerwünschten lastabfallartigen Zustand induzieren kann, zu reduzieren.
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Die oben diskutierten Vorrichtungen und Verfahren und deren erfindungsgemäße Prinzipien sollen und werden die Energieverteilung in Fahrzeugen verbessern. Eine geordnete Anschaltsequenz für sogar erstmalige Teilnehmer an solch einem Netzwerk reduziert Programmierung, manuellen Eingriff und potentielle Fehler anderer Verfahren des Initialisierens solch einer Energieverteilungsarchitektur erheblich. Die Verwendung der Prinzipien, den Energietyp zu bestimmen und entweder Energie weiterzuleiten oder im Standby zu warten, werden nicht nur die Verwendung solcher Energieverteilungsschemata vereinfachen, sondern ein neues und neuartiges Verfahren zur Verwaltung von Lasten in einem Fahrzeug bringen. Benutzer profitieren dadurch, dass sie in der Lage sind, Knoten ohne schwierige Vorprogrammierungsschritte auszutauschen. Hersteller können dadurch profitieren, dass keine teure und mühsame Vorprogrammierung gesamter Netzwerke von Geräten während der Fahrzeugherstellung erforderlich sind. Während ein Warten im Standby bei reduziertem Energieniveau bekannt ist, wird angenommen, dass dieser Ansatz auf einzigartige Weise die Natur der Energie benutzt, um zu bestimmen, ob in einen Standby-Modus gegangen werden soll oder ob Energie an ein weiteres Netzwerkelement weitergeleitet werden soll.
