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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ein- und Ausschaltung von Verbrauchern, insbesondere für Kraftfahrzeuge, wobei alle Verbraucher über mindestens eine Leitung mit einer zentralen Steuereinheit in Verbindung stehen, jedem Verbraucher ein durch einen Spannungsteiler und einen Fensterkomparator bestimmtes Spannungsfenster zugeordnet ist und die Adressierung der Verbraucher mittels einer jeweils im betreffenden Spannungsfenster liegenden, von der zentralen
Steuereinheit erzeugten Spannung erfolgt.
Es besteht häufig, z. B. bei Kraftfahrzeugen die Notwendigkeit, von einer zentralen Stelle aus mehreren Verbraucher ein- und ausschalten und ihren Zustand zurückmelden zu können, wobei zahlreiche Bedingungen erfüllt werden müssen. So müssen beispielsweise von der Fahrer- kabine aus verschiedene, manchmal mehr als vierzig Verbraucher, wie die Beleuchtung und die
Signalisierung, ein-und ausgeschaltet werden. Auf herkömmliche Weise wird die gestellte
Aufgabe dadurch gelöst, dass jeder einzelne Schalter mit dem zugehörigen Verbraucher über eine separate Leitung verbunden wird. Das bedeutet, dass zur Verbindung der verschiedenen
Verbraucher mit einem zentralen, beispielsweise in der Fahrerkabine eines Fahrzeuges angeordneten
Schaltpult ein dickes Kabelbündel erforderlich ist.
Der Materialbedarf eines solchen Kabelbündels ist sehr hoch und die Montage und Kontrolle sind ziemlich arbeitsaufwendig und kompliziert.
Darüber hinaus ist bei einem Schadhaftwerden die Beseitigung und Ausbesserung der Fehler äusserst schwierig.
Um die Nachteile von Kabelbündeln zu vermeiden, sind bereits zahlreiche Lösungen bekannt- geworden, von denen sich in der Praxis nur jene durchgesetzt haben, bei denen über die ge- samte Länge des Fahrzeuges nur wenige, insbesondere nur eine oder zwei Leitungen erforderlich sind.
Es gibt Systeme, bei denen die Verbraucher über eine einzige Leitung gesteuert werden können. Diese Systeme bieten die Möglichkeit auch bei einer hohen Zahl von Verbrauchern eine hohe Zahl von Kabeln und Leitungen gegebenenfalls mit einem grossen Querschnitt zu vermeiden.
Die Arbeitsweise dieser Systeme liegt darin, dass das Steuersignal als digitales Reihencodesignal dem Verbraucher zugeführt wird. Dieses Systeme haben aber den Nachteil, dass komplizierte und aufwendige Steuer- und Empfangsschaltungen erforderlich sind. Daher kommt es, dass sich diese Systeme auf dem Gebiet der Fahrzeugindustrie nicht durchsetzen konnten, da die speziellen Betriebsbedingungen der Fahrzeuge weitere spezielle Schaltungen benötigen.
Durch die AT-PS Nr. 341036 ist eine Schaltungsanordnung zur Fernsteuerung mehrerer Verbraucher durch an eine gemeinsame Übertragungsleitung angeschlossene parallel geschaltete und auf vorgegebene unterschiedliche Spannungsbereiche selektiv ansprechende Empfänger bekanntgeworden, bei der an die Übertragungsleitung als Geber zumindest eine durch einen ohmschen Spannungsteiler gebildete Fernsteuer-Spannungswahleinrichtung angeschlossen ist.
Jeder Empfänger ist als eine in sich abgeschlossene und mit den andern Empfängern unverkoppelte Einheit ausgebildet, wobei die Übertragungsleitung im Empfänger an jeweils zwei elektronische Schaltungselemente geführt ist, welche unterschiedliche Ansprechwerte aufweisen und derart gekoppelt sind, dass ein im Ausgang der elektronischen Schaltungselemente liegender Relaiskreis nur dann durchgeschaltet wird, wenn die anliegende Steuerspannung zwischen den beiden Ansprechwerten liegt. Diese bekannte Schaltungsanordnung weist den Nachteil auf, dass jeweils immer nur ein Verbraucher eingeschaltet sein kann, weshalb sie z. B. auch für die Verwendung in Kraftfahrzeugen ungeeignet ist.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die dargelegten Probleme in optimaler Weise zu lösen und eine Schaltungsanordnung zu schaffen, mit der über eine oder zwei Leitungen eine Vielzahl von Verbrauchern unabhängig voneinander bei hoher Betriebssicherheit betätigt und die Schaltungsanordnung mit Hilfe von billigen und einfachen Schaltungen aufgebaut werden kann.
Erfindungsgemäss liegen bei einer Schaltungsanordnung der eingangs angeführten Art die Ausgänge des Fensterkomparators an Eingängen eines Speichers und eines Impulsformers, wobei ein Ausgang des Impulsformers mit einem Freigabeeingang des Speichers verbunden ist, dessen Ausgang am Eingang eines an einen Verbraucher angeschlossenen Leistungsschalters liegt.
Hiebei steht ein den Zustand des Verbrauchers charakterisierender Ausgang desselben mit einem Steuereingang des Impulsformers und ein weiterer Ausgang des Impulsformers mit einer zur
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zentralen Steuereinheit führenden Rückmeldeleitung in Verbindung, wobei von der zentralen Steuer- einheit zunächst zur Adressierung eines Verbrauchers während einer Mindestzeit an den Fenster- komparator eine in das Spannungsfenster des Fensterkomparators fallende Spannung geliefert wird, wodurch der Schaltzustand des Verbrauchers über den Impulsformer der zentralen Steueri einheit bekanntgegeben wird, worauf von dieser, die am Eingang des Fensterkomparators liegende
Spannung zum Ein- bzw. Ausschalten des Verbrauchers erhöht bzw. erniedrigt wird, wodurch der Speicher über den Impulsformer zur Speicherung des bei der Erhöhung bzw.
Erniedrigung der Eingangsspannung des Fensterkomparators auftretenden Ausgangssignale desselben freige- geben wird und das hiebei am Ausgang des Speichers auftretende Ausgangssignal das Ein- bzw.
Ausschalten des Verbrauchers herbeiführt und im Speicher bis zu einer neuerlichen Adressierung des Verbrauchers gespeichert bleibt.
Mit Vorteil sind die der Steuerung der Verbraucher dienende Leitung und die Rückmelde- leitung zu einer einzigen Leitung vereinigt, die über einen gegatterten Stromgenerator an den weiteren Ausgang des Impulsformers angeschlossen ist.
Das Ziel der Erfindung wurde vor allem dadurch erreicht, dass anstatt eines digitalen
Reihencodesignals die Steuersignale der einzelnen Verbraucher in analoger codierter Form den einzelnen Verbrauchern zugeführt werden.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert, in welchen einige Ausführungs- beispiele dargestellt sind. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer einem Verbraucher zugeordneten
Schaltungsanordnung, d. h. eine Steuer- und Anzeigeeinheit, Fig. 2a bis 2c zeigen den Zeit- verlauf des Eingangssignals sowie die zugehörigen Zustandsdiagramme für zwei verschiedene
Verbraucher n und k und Fig. 3 und 4 detailliertere Ausführungsbeispiele der erfindungs- gemässen Schalteinheit nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist das Blockschaltbild einer erfindungsgemässen Steuer- und Anzeigeeinheit dar- gestellt, die mit Ausnahme der Widerstandswerte des Spannungsteilers für jeden Verbraucher gleich ist, wobei jedem Verbraucher --9-- ein bestimmter Spannungsbereich zugeordnet ist, der durch die Widerstände--6, 7 und 8-- eingestellt werden kann. In dem eingestellten Spannungs- bereich liegt die Adresse für den jeweiligen Verbraucher --9--. Die Spannungsbereiche sind mit einem oberen und einem unteren Grenzwert ausgestattet. Die Nennwerte der Spannungsbereiche liegen in der Mitte der einzelnen Bereiche. Das Steuersignal wird von einer zentralen Stelle, z. B. aus der Fahrerkabine, über die Leitung --1 bzw. 13-- dem zu schaltenden Verbraucher zu- geführt.
Gemäss der Erfindung wird der zu schaltende Verbraucher --9-- zuerst ausgewählt, d. h. adressiert und anschliessend betätigt. Die Adressierung erfolgt dadurch, dass über die Lei- tung-l bzw. 13-- ein dem ausgewählten Verbraucher --9-- zugeordneter Spannungswert (die
Adresse) zugeführt und während einer vorbestimmten Zeitspanne tl (Fig. 2a) kontinuierlich auf diesem Spannungswert gehalten wird. Die Änderung des Verbraucherzustandes erfolgt erst dann, wenn die über die Leitung-l-zugeführte Spannung entweder erhöht oder vermindert wird und aus dem Spannungsbereich austritt. Wenn der Verbraucher --9-- eingeschaltet werden soll, muss die Spannung erhöht werden, wenn er ausgeschaltet werden soll, muss die Spannung ver- mindert werden.
Mit der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung werden bei Betätigung eines der Verbraucher die Zustände der andern Verbraucher nicht geändert und nicht gestört. Die auf der Leitung-l-zugeführte Spannung wird dem Eingang der in der Nähe des Verbrauchers - angeordneten Einheit zugeführt, wobei dieser Eingang der Eingang eines Fensterkomparators - ist. Wenn die zugeführte Spannung in dem Adressierspannungsbereich des Verbrauchers - liegt, ändern sich die Signale an den Ausgängen --10 und 11-- des Fensterkomparators - -2--, wobei an diesen das Signal "JA" erscheint.
Dieses Signal wird einerseits den Eingängen des Impulsformers --3--, anderseits den Eingängen eines Speichers --4-- zugeführt. Wenn an beiden Eingängen des Impulsformers --3-- das Signal "JA" erscheint, tritt am ersten Ausgang des Impulsformers --3-- ein Signal auf, das den Zustand des Verbrauchers --9-- zeigt. Dieses
Signal wird über die Leitung --12-- der zentralen Steuereinheit zugeführt. Die Rückführung des den Zustand des Verbrauchers zeigenden Signals in die zentrale Steuereinheit wird dadurch erreicht, dass ein dritter Eingang des Impulsformers --3-- mit dem Verbraucher --9-- in Ver- bindung steht.
Wenn die Adressierspannung zunächst während einer vorbestimmten Zeitspanne tl
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(Fig. 2a) konstant an die Eingänge des Fensterkomparators --2-- gelegt und hierauf erhöht oder vermindert wird, erscheint an dem zweiten, nämlich dem zum Speicher --4-- führenden Ausgang des Impulsformers --3-- ein Freigabesignal, wodurch die Aufzeichnung des Zustandes des Fensterkomparators --2-- in den Speicher --4-- erfolgt. Der Ausgang des Speichers --4-- führt über
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Abszissen jeweils die Zeit t, auf den Ordinaten die Ausgangsspannung der zentralen Steuer- einheit bzw. die zu den Verbrauchern --k und n-- zugeführten Steuersignale aufgetragen sind.
Es sei nun angenommen, dass zur Zeit t = 0 beide Verbraucher --k und n-- ausgeschaltet sind.
Wie aus Fig. 2a ersichtlich ist, ist die Steuerspannung ein analoges Signal. Im Spannungs- bereich Uk + aU liegt die Adressierspannung für den Verbraucher --k-- und im Spannungsbereich
Un : AU die Adressierspannung für den Verbraucher --n--.
Wie schon erwähnt, ist für die Umschaltung eines Verbrauchers Voraussetzung, dass der ausgewählte Verbraucher (beispielsweise der Verbraucher --n--) zuerst adressiert wird, indem
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halten wird. Im Zuge der Spannungserhöhung wird zuerst die Spannung Uk erreicht, der Verbraucher --k-- wird aber gemäss Fig. 2a nicht betätigt, weil die zugeführte Spannung U den Bereich Uk : AU rasch durchläuft, also nicht über eine Zeitspanne tl in diesem Bereich verbleibt.
Bei weiterer Erhöhung der Spannung U erreicht sie zunächst den Wert Un -AU. Für die Adressierung des Verbrauchers --n-- wird nun die Spannung U auf der Leitung --1-- während einer Zeit-
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den Wert Un + AU überschreitet. Dann wird nämlich das Freigabesignal von dem Impulsformer --3-- dem Speicher-4-- zugeführt, das die Aufzeichnung des Zustandes des Fensterkomparators - in den Speicher zulässt. In diesem Augenblick Tl wird der Zustand des Verbrauchers --n-- in den Zustand --1-- gebracht (Fig. 2b). Der Verbraucher --n-- ist eingeschaltet und verbleibt zunächst in diesem Zustand.
Soll nun auch der Verbraucher --k-- eingeschaltet werden, so muss auf die Leitung-l- die bezügliche Adressierspannung im Bereiche Uk AU gelegt, also die Spannung U entsprechend vermindert werden. Im Zuge der Verminderung wird der Zustand des Verbrauchers --n-- nicht geändert, weil dabei die Adressierzeit tl für den Verbraucher --n-- nicht erreicht wird. Mit der Spannung Uk wird der Verbraucher --k-- adressiert, indem diese Spannung Uk wieder für die Zeit tl dem Eingang des Fensterkomparators --2-- des Verbrauchers --k-- von der zentralen Steuereinheit über die Leitung-l-zugeführt wird.
Die Einschaltung des Verbrauchers --k-erfolgt in diesem Falle erst dann, wenn nach der Zeitspannung tl die Spannung U den Wert Uk + AU überschreitet, also zum Zeitpunkt T2 (Fig. 2c). Nunmehr sind sowohl der Verbraucher - als auch der Verbraucher --k-- eingeschaltet.
Soll der Verbraucher --n-- wieder ausgeschaltet werden, so muss die Spannung auf den Wert der entsprechenden Adressierspannung Un erhöht, eine Zeit tl lang auf der Adressierspannung gehalten und dann verkleinert werden. Erreicht die Spannung U den Wert U-AU, so wird der Verbraucher --n-- ausgeschaltet, was zum Zeitpunkt T3 der Fall ist (Fig. 2b).
Das Wesen der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung liegt also darin, dass der zu schaltende Verbraucher zuerst dadurch adressiert wird, dass die zugeordnete Adressierspannung eine Zeitspanne tl dem Eingang der Schaltungsanordnung zugeführt wird. Die Umschaltung des Verbrauchers erfolgt erst dann, wenn diese Spannung vergrössert oder verkleinert wird und aus dem Adressierbereich austritt. Wenn die Spannung erhöht wird, wird der Verbraucher eingeschaltet, wenn sie vermindert wird, wird der Verbraucher ausgeschaltet.
In Fig. 3 ist unter anderem eine Ausbildung des Impulsformers zu sehen, bei welchem Ausführungsbeispiel beim Anlegen einer in das Spannungsfenster des Fensterkomparators --2-fallenden Eingangsspannung an den Ausgängen --10, 11-- desselben eine logische "0" auftritt.
Der Impulsformer --3-- enthält eine erste NOR-Schaltung --15--, deren Eingänge an die Ausgänge des Fensterkomparators --2-- angeschlossen sind. Der Ausgang der NOR-Schaltung --15-ist einerseits mit einem der Eingänge einer zweiten NOR-Schaltung --16-- verbunden und steht
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anderseits über zwei weitere NOR-Schaltungen --17 und 18-- sowie einen Transistor --19-- mit der Leitung --12-- in Verbindung. Über diese Leitung --12-- wird das am Transistor --19-- auftretende Ausgangssignal der zentralen Steuereinheit zugeführt. Der zweite Eingang der NOR- - Schaltung --18-- steht mit dem Verbraucher --9-- in Verbindung. Das auf der Leitung --12-- liegende Rückführsignal zeigt den Zustand des Verbrauchers --9-- an.
Der Transistor-19- ist im wesentlichen eine sogenannte verdrahtete OR-Schaltung. Der zweite Eingang der NOR-Schaltung - ist mit dem an den Ausgang der NOR-Schaltung --17-- angeschlossenen RC-Reihenglied verbunden, das die Zeitspanne tl erzeugt.
Die Wirkungsweise des Impulsformers --3-- ist folgende :
Wenn der ausgewählte Verbraucher adressiert wird, tritt, wie erwähnt, bei diesem Aus- führungsbeispiel an den Ausgängen --10 und 11-- des Fensterkomparators --2-- eine logische "0" auf. Demzufolge tritt am Ausgang der NOR-Schaltung-15-eine logische"l"auf, die es ermöglicht, dass über die NOR-Schaltungen --17 und 18-- der am zweiten Eingang der NOR-Schaltung - liegende Zustand des Verbrauchers --9-- über die Leitung --12-- der zentralen Steuer- einheit zugeführt werden kann. Der Ausgang der NOR-Schaltung --15-- liegt ausserdem an einem der Eingänge der NOR-Schaltung --16--, an dem somit gleichfalls eine logische"l"auftritt.
In diesem Zeitpunkt liegt aber am Ausgang der NOR-Schaltung --17-- eine logische "0", so dass sich der Kondensator --C-- über den Widerstand --R-- entlädt. Wenn die Adressierspannung des Verbrauchers in dem gegebenen Spannungsbereich eine Zeitspanne t < t1 gehalten wird, sperrt die Spannung des Kondensators --C-- den Ausgang der NOR-Schaltung --16--, so dass dem Speicher --4-- kein Freigabesignal zugeführt wird.
Der Ausgang des Fensterkomparators --2-- kann nicht in den Speicher --4-- eingeschrieben werden. Wenn aber die Adressierspannung eine Zeitspanne t > tl auf dem Eingang des Fensterkomparators --2-- gehalten wird, vermindert sich die Spannung des Kondensators --C-- unter den Komparationspegel. Wird nun die Eingangsspannung des Fensterkomparators --2-- über den Adressierbereich vermindert oder erhöht, so wird der Ausgang der NOR-Schaltung --15-- auf eine logische "0" umgeschaltet und diese logische "0" an den einen Eingang der NOR-Schaltung - gelegt.
Da an dem andern Eingang der NOR-Schaltung --16-- nunmehr zufolge der Entladung des Kondensators --C-- auch eine logische "0" liegt, tritt am Ausgang der NOR-Schaltung - -16-- eine logische "1" auf. Dieses Signal ist das Freigabesignal, das die Aufzeichnung des Zustandes des Fensterkomparators --2-- in den Speicher --4-- zulässt. Nach einer Zeitspanne tl ladet sich der Komparator wieder auf und stellt die Aufzeichnung des Ausgangssignals des Fensterkomparators --2-- in den Speicher --4-- ab.
Der Impulsformer --3-- kann natürlich auch mit Hilfe anderer Torschaltungen aufgebaut werden. Wenn z. B. die Ausgangssignale des Fensterkomparators --2-- bei der Adressierspannung auf eine logische "l" geschaltet werden, dann müssen die andern Schaltelemente dementsprechend gewählt werden.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 darin, dass die die Information übermittelnde Leitung --1-- nach Fig. 3 und die Rückmeldeleitung --12-- zu einer einzigen Leitung --13-- vereinigt sind, wie dies in Fig. 1 strichliert dargestellt ist. In diesem Falle ist der Ausgang des Impulsformers --3-- über einen Stromgenerator --14-- an die Leitung --13-- angeschlossen. Der Stromgenerator --14-- beinhaltet einen Transistor --20--, dessen Funktion der Funktion einer verdrahteten OR-Schaltung entspricht.
Die Wirkungsweise ist folgende : Der jeweilige Verbraucher wird mit der auf die Leitung - gelegten Adressierspannung ausgewählt. In diesem Zustand schaltet der Impulsformer - -3--, falls eine Information an die zentrale Steuer- und Anzeigeeinheit rückzumelden ist, den Stromgenerator --14-- ein. Durch Detektieren des in der zentralen Steuer- und Anzeigeeinheit fliessenden Stromes kann die Information zurückgestellt werden. Der Wert der Adressierspannung wird jedoch von dem Rückstrom nicht beeinflusst, da die Adressierspannung von einem Spannungsgenerator zugeführt wird.
In Fig. 3 und 4 sind auch Schaltungen des Speichers --4-- und des Leistungsschalters - zu sehen. Der Speicher --4-- ist ein an sich bekannter gegatterter RS-Speicher, der z. B.
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auch aus NOR-Schaltungen aufgebaut werden kann. Der Leistunggschalter --5-- ist gleichfalls in an sich bekannter Weise ausgeführt, kann aber auch mit Hilfe von andern gleichfalls an sich bekannten Bauelementen aufgebaut werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur Ein- und Ausschaltung von Verbrauchern, insbesondere für Kraftfahrzeuge, wobei alle Verbraucher über mindestens eine Leitung mit einer zentralen Steuereinheit in Verbindung stehen, jedem Verbraucher ein durch einen Spannungsteiler und einen Fensterkomparator bestimmtes Spannungsfenster zugeordnet ist und die Adressierung der Verbraucher mittels einer jeweils im betreffenden Spannungsfenster liegenden, von der zentralen Steuereinheit erzeugten Spannung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge (10,11) des Fensterkomparators (2) an Eingängen eines Speichers (4) und eines Impulsformers (3) liegen, wobei ein Ausgang des Impulsformers (3) mit einem Freigabeeingang des Speichers (4) verbunden ist, dessen Ausgang am Eingang eines an einen Verbraucher (9) angeschlossenen Leistungsschalters (5) liegt,
und dass ein den Zustand des Verbrauchers (9) charakterisierender Ausgang desselben mit einem Steuereingang des Impulsformers (3) und ein weiterer Ausgang des Impulsformers (3) mit einer zur zentralen Steuereinheit führenden Rückmeldeleitung (12) in Verbindung steht, wobei von der zentralen Steuereinheit zunächst zur Adressierung eines Verbrauchers (9) während einer Mindestzeit (tel) an den Fensterkomparator (2) eine in das Spannungsfenster des Fensterkomparators (2) fallende Spannung geliefert wird, wodurch der Schaltzustand des Verbrauchers (9) über den Impulsformer (3) der zentralen Steuereinheit bekanntgegeben wird, worauf von dieser die am Eingang des Fensterkomparators (2) liegende Spannung zum Ein- bzw.
Ausschalten des Verbrauchers (9) erhöht bzw. erniedrigt wird, wodurch der Speicher (4) über den Impulsformer (3) zur Speicherung des bei der Erhöhung bzw. Erniedrigung der Eingangsspannung des Fensterkomparators auftretenden Ausgangssignale desselben freigegeben wird und das hiebei am Ausgang des Speichers (4) auftretende Ausgangssignal das Ein- bzw. Ausschalten des Verbrauchers (9) herbeiführt und im Speicher (4) bis zu einer neuerlichen Adressierung des Verbrauchers (9) gespeichert bleibt.
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