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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 versor gen. 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 weite re 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 Positionierens 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 lokalisier ten Gebieten
an. Es wird daher eine flexible Energie-, Massen- und Steuerungsverteilungsarchitektur
für das gesamte
Fahrzeug benötigt,
die auch für
lokalisierte Gebiete des Fahrzeugs adaptierbar ist.
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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 (Netzwerkknoten) 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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Obgleich
der nachfolgende Text eine detaillierte Beschreibung vielfältiger verschiedener
Ausführungsformen
der Erfindung darstellt, sollte verstanden werden, dass der rechtliche
Umfang der Erfindung durch die Worte der Ansprüche, die am Ende dieses Patents
aufgestellt sind, definiert wird. Die detaillierte Beschreibung
ist lediglich als eine exemplarische gedacht und beschreibt nicht
jede mögliche Ausführungsform
der Erfindung, da ein Beschreiben jeder möglichen Ausführungsform
unpraktisch, wenn nicht gar unmöglich
wäre. Unter
Verwendung entweder aktueller Technologie oder von Technologie,
die nach dem Einreichungsdatum dieses Patentes entwickelt wird,
könnten
zahlreiche alternative Ausführungsformen
implementiert werden, die nach wie vor in den Umfang der die Erfindung
definierenden Ansprüche
fallen würden.
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Es
sollte auch verstanden werden, dass, sofern ein Ausdruck nicht ausdrücklich in
diesem Patent unter Verwendung der Formulierung "wie hier benutzt, wird der Ausdruck '___' hierdurch so definiert, dass
er bedeutet ..." oder
einer ähnlichen
Formulierung definiert wird, es nicht beabsichtigt ist, die Bedeutung
dieses Ausdrucks entweder ausdrücklich oder
implizit unterhalb seiner normalen und üblichen Bedeutung zu beschränken und
dass ein solcher Ausdruck nicht interpretiert werden sollte als,
basierend auf irgendeiner in irgendeinem Teil dieses Patentes (außer im Wortlaut
der Ansprüche)
aufgestellten Behauptung, in seinem Umfang beschränkt. Soweit
in diesem Patent auf irgendeinen in den Ansprüchen am Ende dieses Patentes
zitierten Ausdruck in einer Weise Bezug genommen wird, die konsistent
ist mit einer einzigartigen Bedeutung, erfolgt dies allein zum Zwecke
der Klarheit und um den Leser nicht zu verwir ren, und es ist nicht
beabsichtigt, dass solch ein Ausdruck implizit oder anderweitig
auf diese einzigartige Bedeutung beschränkt sei. Schließlich ist nicht
beabsichtigt, dass der Umfang irgendeines Anspruchselementes basierend
auf der Anwendung von 35 U.S.C. § 112,
sechster Absatz, interpretiert werde, sofern dieses Anspruchselement
nicht durch das Wort "Mittel" und eine Funktion
ohne Angabe irgendeiner Struktur zitiert wird.
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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 beispielhafter 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 Ausführungs formen 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 Fertigakrtikel 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/Ausl-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 Ener gie 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/Ausl-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
Herstellung 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 bezie hen. 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.
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Es
wird erwartet, dass diese oder andere Ausführungsformen gemäß der vorliegenden
Erfindung Anwendung auf viele tragbare Bildaufnahmegeräte haben
wird. Die Offenbarung erstreckt sich auf die konstituierenden Elemente
oder auf Ausstattung, die solche Systeme umfasst und insbesondere
auf die dadurch und darin eingesetzten Verfahren.
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Diese
Erfindung ist gedacht, zu erklären,
wie die verschiedenen Ausführungsformen
gemäß der Erfindung
auszulegen und zu benutzen sind, und nicht, um den wahren, beabsichtigten
und fairen Umfang und Geist der Erfindung zu beschränken. Die vorangehende
Beschreibung ist nicht gedacht, vollständig zu sein oder die Erfindung
auf die präzise,
offenbarte Form zu beschränken.
Modifikationen oder Variationen sind im Lichte der obigen Lehre
möglich. Die
Ausführungsform(en)
wurde(n) gewählt
und beschrieben, um die beste Illustration der Prinzipien der Erfindung
und ihrer praktischen Anwendung zu geben und den Fachmann in die
Lage zu versetzen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen
und mit verschiedenen Modifikationen, wie sie für die speziell gedachte Verwendung
geeignet sind, zu verwenden. All solche Modifikationen und Variationen
liegen innerhalb des Umfangs der Erfindung wie durch die beigefügten Ansprüche, wie
sie während
der Anhängigkeit
dieser Patentanmeldung verändert
werden können,
bestimmt, sowie alle ihre Äquivalente,
wenn sie gemäß der Breite
zu der sie fairer-, legaler- und gerechterweise berechtigt sind,
interpretiert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine
Energieverwaltungsvorrichtung (200) und ein Verfahren zur
Verwendung in einem Energieverteilungsnetzwerk (100) empfängt eine
elektrische Energie und bestimmt zuerst, ob die Energie eine primäre oder
sekundäre
Energiequelle ist. Wenn es eine sekundäre Energiequelle ist, wartet
die Energieverwaltungsvorrichtung (200) in einem Standby-Modus;
wenn jedoch die Energie eine primäre Energiequelle ist, konfiguriert
sich die Energieverwaltungsvorrichtung (200) selbst, um
Energie an einen weiteren Knoten in dem Energieverwaltungsnetzwerk (100)
zu leiten. Energiestufen und Fehler in dem Netzwerk können von
einem zentralen Controller überwacht
und gesteuert werden. Gleichermaßen können Lasten (218, 220)
dann, wie durch den zentralen Controller bestimmt, angeschaltet
werden, um (L dI/dt)-Spannungsspitzen und andere unerwünschte Nebeneffekte
zu reduzieren.