CN108698546A - 车身线束技术 - Google Patents

Abstract

用于向车辆设备提供电力和通信的车辆的电气系统(100)包括具有细长线(102)的一个(单个)电母线(12,52,62)，以及位于沿线的不同位置处的连接器组件(100)(102)。连接器组件(100)包括限定电线(102)的入口和出口的接头外壳(110)，电线(102)不经中断从入口通过接头外壳(110)通向出口，连接器(120)，其连接到所述分线器壳体(110)。诸如电线(104)的电导管在一个端部区域处连接到每个连接器(120)，并且在针脚的端部区域附接到相应的模块或模块控制单元(22)。每个模块或模块控制单元(22)通过电线(24)电耦合到至少一个车辆装置。电源和通信通过总线(12,52,62)由电源和通信源(56,58)提供给车辆装置。

Description

车身线束技术

技术领域

本发明在应用于车辆，特别是汽车等机动车辆的布线系统的一般领域中。本发明具体涉及普通有线总线或数据总线的使用，用于提供和接收信息并向机动车辆中的多个传感器和驱动器供电

背景技术

目前，汽车有许多电机，其他执行器，灯具等，由一百个以上的开关和五十个以上的继电器控制并连接在一起，将近五百米的电线，接近一千针连接分成不同数量的连接器。

因此，车辆电气系统是非常不可靠的，并且是大多数保修维修的可能原因，这并不奇怪。不幸的是，当需要革命性的方法时，汽车工业正在采取零碎的方法来解决这个问题。的确，目前的趋势是将车辆电气系统的几个装置组合在一起，这些装置位于几何或物理上位于车辆的相同区域中，并将它们连接到区域模块，然后区域模块通过通信和电力总线连接到其余部分车辆电气系统。所得到的混合系统仍然包含基本上相同数量和种类的连接器，其中车辆中线材的量仅减少约20％。

在本申请中使用的术语的可能定义在美国专利号No.7,663,502，通过引用并入本文

技术发明内容

在根据本发明的车辆电气配线系统的一个实施例中，大多数(而不是全部)设备通过单个通信总线和单个电力总线连接在一起。在优选实施例中，一对导线将用作电源和通信总线。当完全实现时，车辆上的每个设备将被耦合到电力和通信总线或单个组合总线，使得它们现在将具有智能连接并且仅对与该设备的数据指令做出响应，也就是仅仅是具有正确设备地址或标识(ID)的数据。

因此，用于向多个车辆装置提供电力和通信的车辆电气系统包括多条细长电线的(单数)电总线，以及沿着电线位于不同位置的多个连接器组件。连接器组件包括限定用于导线的入口和用于导线的出口的接头外壳，电线从入口通过接头外壳从入口通过出口而不被中断，以及连接器连接到接头外壳。电导管在一个端部区域处连接到每个连接器，并且在针脚的端部区域处连接到相应的模块或模块控制单元。每个模块电耦合到至少一个车辆装置。通过连接到总线的电源和通信源将电力和通信提供给车辆装置。

连接器各自包括代表电连接装置(插头公端)构件的一个或多个针脚，并且电导管包括每个电连接到相应针脚的至少一个导线。密封剂布置在连接器的周围，以保护连接器免受湿气侵入。提供了用于将连接器连接到接头壳体的附接装置。

分线外壳体包括耦合到电线的基座，例如与电线接触或形成环绕电线的环形线圈，并且限定用于接收配合的针脚的孔，并且因此表示电连接器的母端，配置成与连接器(例如，针脚)配合。想象中的插座的变体。在一个变型中，插座包括弹簧加载的延伸部，其直接与一根导线中的中心导体接合并位于该导线上方。在另一变型中，插座包括加压弹簧的延伸部，其直接与第一线中的导体接合，并且延伸部从该第一线延伸到第二间隔开的线。插座位于第二根导线上方。在第三种变型中，环形线绕在一条线周围，线圈缠绕在环形线圈上，并且插座附接到线圈。

图示说明

以下附图说明了使用本文公开的至少一个发明讲解的开发或改进系统的实施例，并且不意味着限制在权利要求所涵盖的本发明的范围。

图1是车辆的现有技术线束的透视图。

图2是图1的替换线束系统的视图。

图3A是包含现有技术的门线束的部分拆卸的门，

图3B是图3A的线束的分解图。

图4是根据本发明的替换图3A和图3B线束系统的视图。

图5是与各种模块连接的电力总线的框图。

图6是总线环绕车辆的图示。

图7A是根据本发明的线接头和连接器组件的透视图。

图7B示出了具有通向模块的导线的连接器公端。

图7C示出了图7A组件的截面图。

图7D示出了图7A的组件的下半部分。

图7E示出了图7A的组件的上半部分。

图7F示出了附接到车辆的一种方法。

图7G示出了替代的附接方法。

图8A，8B和8C示出了公母连接器允许总线通过防火墙的方式。

图9A，9B，9C，9D和9E是用于设备的模块控制的示意图。

图10是具有部分切除和移除车辆的侧视图，示出了根据实施例的包含坐在车座上的驾驶员的驾驶室，其包含单个电场天线和从天线到RFID开关的能量路径的发明。

图11A和11B示出了其中可以放置RFID触摸板的其它内表面，例如在扶手(图11A)上并从仪表板伸出(图11B)。

图12示出了接近车辆并触摸可以锁定或解锁门的模块连接的触摸板开关的人。

图13是可以连接到模块或电源总线的一组触摸板开关的示意图。

图14是HUD显示器和控制组件的手势装置的图示。

图15是用于控制部件的智能手机，互联网或密钥卡激活装置的示意图。

图16是电源总线的框图。

图17是示出与组件的相互作用的电源总线的框图。

图18示出了使用环形线并且包括电原理图的模块到电力总线上的连接。

图19示出了从电力总线添加和移除数据的方法。

图20示出了如何使用霍尔效应传感器代替变压器。

图21是示出可以用于可视地监视ECU的动作的显示器的示意图。

图22是示出从电力总线放置信息和从电力总线检索信息的方式的示意图。

图23是示出在电力总线上放置的四个负载的示意图。

图24是电力总线ECU的示意图。

在本说明书的任何地方引用的所有专利或文献均通过引用整体并入本发明。此外，尽管以下许多示例涉及特定车辆，汽车，但本发明不限于任何特定车辆，并且因此可应用于包括例如乘客车厢或其他车厢的车辆的所有车厢的所有相关车辆，汽车，卡车，公共汽车，农用拖拉机，建筑机械，火车，飞机和船只等。

说明书和权利要求中使用的“或”和“和”应在连接和分离的情况下阅读，只要它们出现在需要的地方，使文本包含而不是排他性，并且这些词都不应被解释为限制范围的文字。

现在参考附图，图1是示出现有技术的车辆线缆10的透视图，其示出了当前线束固有的复杂性。总线上的连接器以12表示。

图2是图1的线束系统的替换的视图，示出了根据本发明的线束系统20。图1中现有技术的线束系统中的每个连接器12由从电源和通信总线18(也称为连接器组件)接合的多个接头和连接器组件16中的相应一个引出的模块22代替。尽管这里示出了从每个模块22引出的四根导线24，但是从每个模块22导出的导线24的实际数量取决于将由模块22控制的器件的数量(下面将更详细地描述)，并且可以从由模块22的其他要求确定的最小值到最大值，例如大小。每个线24可以连接相应的车辆装置(图2中未示出)。本领域技术人员应当理解，功率和通信总线18连接到本领域已知的电源和通信源，本发明涉及并且被配置为使用或者跨越总线18连接电源和通信源。

为了本申请的目的，模块22可以被认为是包括对应于由模块22控制的每个设备的小型微处理器的电子模块，或者替代地，连接到模块22的所有设备的一个微处理器。模块微处理器根据在电源和通信总线18上通过的ID消息附加的一个或多个命令来控制其控制设备的ID。在以灯光作为车载设备的示例，当接收到“开灯”命令时，微处理器模块为光提供电力。在车窗马达作为车辆装置的另一示例，微处理器模块向车窗马达提供电力，直到其接收到停止命令。许多不同的过程可以由微处理器模块根据需要进行控制。微处理器模块可以在向设备发送电力之前检查短路或开路，并且如果发现任一条件，则微处理器向ECU发送故障消息，从而不需要除了汽车主保险丝之外的任何其它信息。

电力和通信总线18可以是双线总线，并且可以是车辆中唯一的总线。这并不排除在同一车辆中根据本发明使用两个或更多个这种总线的可能性。连接到电源和通信总线18的接头和连接器组件16的数量取决于所需的模块22的数量。

图3A是部分拆卸的门，其包含大体上以30表示的现有技术的门线束，其中在32中示出了几个复杂连接器中的一个。图3B是图3A的线束30的分解图。

图4是图3A和图3B的线束系统的替换的视图，总体上以40示出，其中根据本发明具有42所示的处理器模块。在44处示出了代表性的双导体线38，其可以连接到诸如需要电力的车窗电机的装置。线38从连接到电源和通信总线(图4中未示出)的接头和连接器壳体36引出。如下所述，模块42内的微处理器确定哪个线44需要电力，并且向提出需求的电线44提供所需的电力以例如升高或降低车窗。电线44可以通过简单的2线直接连接到车窗电机中或使用简单的2针连接器连接到电机。类似地，线44可以被硬连接到模块42中或者通过连接器(未示出)与其连接。最简单和最可靠的方法是没有连接器。图5是表示双线电力总线电路设计的车辆的总体布局的框图。电源总线以52示出，并且在54处与模块的三线连接。除了ECU 56和电池58之外，每个包含文本的盒子表示例如为左前门提供服务的所有装置的模块。ECU 56通过周期性轮询来控制总线52上的通信，所有这些模块通讯的反馈时间可以在几分之一秒完成。如果模块具有希望向总线52上的另一设备发送消息的设备，则在被轮询时，它使得该ECU 56知道该请求，该ECU 56授予总线52上的时隙供设备使用。也可以将ECU56视为代表通信源。电池58位于总线52的一端，或者可以沿着总线52连接到任何地方，并被认为代表电源。总线52的一端或两端可以由电容器(例如，如图16和17所示的电容器440)端接。

图6是线束或环路60在车辆周围布置示出。线环60包括总线62，并且除了穿过防火墙之外是完整的，其中使用防火墙连接器64和接头和连接器组件100(如下所述)图8A-8C中的防火墙连接器和图7A-7G中的分线接头和连接器组件)。

图7A中示出了电线分线接头和连接器组件100的透视图。主电力母线102进入和离开分线器壳体110而不中断。导线102可以是图1中的电源和通信总线18的导线，如图2所示，图5中的电源总线52，或图6中的总线62。因此，分线接头外壳110限定每个电线102的入口和电线102的出口，使得电线102从插座通过分线接头外壳110而不被中断。然而，电线102通过如下所述的电插座连接器连接到另一导线104，而不会断开母线102.必须明白，通过不被中断，这意味着两条母线102都不终止于分线接头外壳110，而是穿过外壳110保持电源始终连接。

分线接头壳体110可以由所示实施例中的两部分组成，每个部分由电媒介，即电绝缘材料制成，并且它们被连接在一起以形成其中设置用于电线102的导管的内部，以及用于允许从电线102传递电力和/或通信到暴露的导电材料的电气部件。该导电材料依次连接到连接器120上的导电针脚。

连接器120与分线接头壳体110连接，如下所述，其将穿过诸如3导体线104的导线传送到下面描述的模块或模块控制单元的电力和数据或信息。连接器120被示出为与图7B中的分线分线器壳体110分离。电导管在一个端部区域连接到每个连接器120，更具体地说，导线104连接到连接器120中的针脚105，例如，每个导线104电连接到相应的针脚105.导线和针脚连接器120可以是以减少或消除渗透连接器120和/或电线104的湿气的方式插入成型。针脚105可以是细长的刚性构件。

电线104的端部所连接的模块可以是如图2所示的模块22。图4中的模块42和在其它图中的模块。通常，具有控制单元(ECU)的相应的模块附接到每组电线104的针脚区域，电线代表连接到分线接头壳体110的连接器120的电气导管。如这里所使用的，电导管可以是单线，可能扭绞或连接在一起的多根电线或具有壳体和其中的一根或多根电线的电缆(例如，围绕一根或多根导线的绝缘套管)。用于在间隔开的位置(例如，连接器102和模块22,42等之间)传送电力或信号的其他结构也包括在本文所使用的术语电导管中。每个模块电耦合到至少一个车辆装置，使得通过总线，连接器组件，从连接器组件的连接器导出的电导管和模块中的至少一个电力和通信被提供给车辆装置控制单元。

提供O型圈型密封件124以进一步保护分线连接器免受湿气侵入(图7B)。O形圈密封件124表示围绕针脚105设置的湿气密封剂，以保护分线连接器120免受湿气侵入。本发明中可以使用替代的密封剂技术和结构来代替包括电连接器领域中已知的任何密封剂结构的O形环。因此，用于保护连接器120免受水分侵入并且具有与O型圈密封件124类似或等同的结构的密封剂结构因此被包含在术语防水密封装置内，于此用于解释权利要求。

分线连接器120可以通过与卡扣插槽144相互作用的卡扣122保持到分线接头体。卡扣122和插座144形成用于将分线接头壳体110连接到连接器120的连接件，其中一部分附接在每个零件。还可以设想用于将分线接头壳体110连接到连接器120的其它附接机构，并且通常被称为用于将连接器120附接到分线接头壳体110的附接装置。这些装置可以在每个分线接头壳体110和连接器120或完全在一个或另一个部件上。因此，用于将两个分开的组件以安全的方式连接在一起并且具有与按扣122和插座144类似或相当的结构的附接结构因此被包含在术语密封装置内，用于在此解释权利要求。

图7C示出了连接器插座148a，148b，148c和电力总线导线102之间的连接。接收器148a，148b，148c各限定一个孔，用于接收配合的电针脚，例如连接器120的针脚105(参见图7B)。如图所示，接收器148a，148b，148c在分线接头外壳110的相同侧上的共同平面中限定了这样的孔。插座148c通过弹簧加载的延伸部147连接到电线102，弹簧加载的延伸部147围绕电线102缠绕，连接到电线102的两侧，即，延伸部分147和电线102之一之间的直接接触。为此，通常存在于每个导线的导电芯周围的绝缘体已经在电线102该部分中被去除，通过工具(未示出)或其他方式。插座148c位于与其接合的导线102上方。

插座148b类似地通过来自插座148b的延伸部连接到电线102的另一股线。电线102在分线接头壳体110中彼此间隔开(参见图7C和图7E，其中可以看到形成分线接头外壳110的两个部分以限定用于电线102的大致平行的通道)。插座148b包括与一个导线102中的导体直接接合的弹簧加载的延伸部和从该导线延伸到另一个导线的延伸部。插座148b位于该另一导线的上方。

插座148a连接在绕线圈139的线圈141的一端，电线102中的一根通过线圈141通过(也参见图18)。绕组的另一端连接到插座148b，如下所述。

通过接收器148a，148b，148c和电线102的电接触，电线102可能不经中断而穿过分线接头外壳110，以便向从电线102延伸的电线提供电力或其它信号/通信能力分线接头壳体110.接收器148a，148b，148c可以具有整体结构，即由或由单个构件制成。

连接器插座148a，148b，148c可以被认为是包括限定连接器的凹形部分或结构，连接器的凸形部分由针脚105提供。凹形部分可以包括固体环形部分具有内部空腔和在一端通向该空腔的开口，其空腔和开口的尺寸被设计成适应针脚的尺寸。连接器的公端和母端可以互换，即，在结构上提供接触电线102或连接到线圈141的针脚上，然后在连接器120上的插座上插入插座。

因此，权利要求中的连接器插座的叙述可被解释为包括连接器的公端，而权利要求中的针脚的叙述可以被解释为也包括连接器母端。

图7D示出了去除了连接器120的分线接头组件110。用于连接器120的配合连接器大体上在142处示出。针脚105的插座在148处示出并且在144处示出卡扣插座。还示出了O形环密封件124可以穿透的通道。容器148的一部分被暴露以允许插座148和连接器120的针脚105之间的电接触。虽然插座148被示出为线性布置，但是用于插座148的其它非线性布置以及相应的连接器120中的针脚105的布置也在本发明的范围内。

图7E示出了分线接头壳体的上部的下侧，包括用于容纳环形面139的空腔和容纳孔148a，148b，148c延伸穿过的通道。下部类似地包括用于接收环形面板139的空腔。分线接头壳体110具有两个部分，如图1所示的上部。7E和图7所示的下部。7C。还示出了用于电线102通过并且限定用于电线102的分线接头外壳110的入口和出口的通道。

在图7F和图7G中示出了将拼接件附接到车辆的两种方法。在如图7F所示，分线接头组件100通过粘合剂泡沫垫162附接到车辆的金属板168.在组装之前，泡沫162上的粘合剂被隔离纸164保护，该隔离纸164在附着到钣金之前被移除。如图7G所示，与底板的接头由锥形模制塑料延伸部166制成，其与车辆安装表面中的孔169接合，例如金属板168。粘合剂泡沫162和延伸部166构成用于将分线器壳体110附接到金属片168的连接装置。本发明不限于这些附接装置和本发明所属领域的技术人员已知的其它连接机构和结构可以在不脱离本发明的范围和精神的情况下使用。

由于车辆的所有功能都通过数据和电源总线102进行控制，所以重要的是这些电线在例如碰撞期间不会被切断。因此，电线102应该比将分线接头保持在车辆上的附件更坚固。设计的泡沫垫和粘合剂被计算为以比破坏电线102所需的力更小的力从金属板168释放。类似地，对于塑料延伸部166，这些延伸部166被破坏所需的力将显着低于破坏电线102所需的力。

大多数内燃动力汽车具有与发动机舱的隔离墙，以保护乘客间免受源自发动机舱(“防火墙”)的火焰和烟雾。电源总线必须通过这个防火墙，而不影响防火墙的保护功能。电源总线可以安装在两个部分中，一个用于服务发动机舱系统，另一个服务防火墙176后面的车辆系统。图8A是示出允许总线102穿过防火墙176的公连接器和母连接器的图示。母连接器大体上以160示出，并且可以在防火墙176的引擎侧上。连接器161的基座连接到连接器板163包含用于将设备保持在防火墙176中的四个螺钉，铆钉或卡扣附件。连接器160具有用于位于大体上以170示出的配合连接器上的公端针脚168的插座164。图8B示出了两个连接器与防火墙176的一部分包含孔177的布置。母端连接器160包含弹簧加载的卡扣机构172，其在组装时与位于公端连接器170上的卡扣连接器插座174配合。如果附件166是卡扣附件，则连接器和防火墙176的组装仅涉及使具有与防火墙176中的接收孔177对准的附接针脚166推到母端连接器160上的防火墙176。接下来，连接器公端170对准和推动，使得卡扣172与防火墙176接合。因此，容易实现防火墙176的任一侧上的连接器的组装，允许电力总线通过防火墙176而不留下使得烟雾或火焰进入客舱的开口。

图9A是控制四个装置的模块的示意图。在该图中，模块1控制汽车右前方的一列灯，同样的模块2控制汽车左前方的阵列。右后阵列的灯由模块3控制，并且左后阵列的光由模块4控制。这些仅用于说明目的，并且如图5和图6所示的许多其他模块可以通过电源总线连接到ECU。图9B示出了典型的模块186，它在这种情况下具有7个连接的装置或负载F1-F7。模块186通过连接器100从如上所述的线102接收电力，并通过环形线182,183感应地接收和发送信息。微处理器184扫描驻留在电力总线102上对应于由F1-F7的ID所表示的负载。每个函数Fn都有唯一的ID代码。对于高电流负载，需要功率FET的散热器。在将特定电流发送到特定负载之前，微处理器184可以感测每个负载并且在检测到短路或者指示例如烧毁的灯泡的开路时向控制ECU发送信息。在短路的情况下，微处理器184将不允许电流发送到该负载，并且指示短路的消息将通过电线102发送到ECU。这取代了由保险丝正常执行的功能，从而简化了布线不需要保险丝的车辆系统。类似地，如果检测到灯泡开路，则ECU通知灯泡被烧坏并需要更换。

微处理器184可以被配置为仅识别对应于负载F1至Fn的ID。具有其他可向其他模块提供指令的所有命令都将被该特定模块忽略。在某些情况下，触摸板开关181可以直接连接到模块。这种情况可能发生在没有安装无线切换能力的车辆或车门外部或行李箱外部上提供触摸开关的情况下。如果使用触摸开关，则微处理器184将该请求发送给ECU，该ECU将适当的命令返回给可能位于同一模块上的Fn单元。ECU每秒钟多次轮询模块。所有命令必须通过ECU(见图9A)。

模块微处理器功能如图9C-9E所示。9C表示驻留在微处理器内的功能的一般操作。图9D表示例如用于灯的简单开/关功能。微处理器具有产生如图9E所示的PW(脉冲宽度)输出的能力。这些输出可以用于控制例如马达的速度和扭矩。滤波器防止PW电机电流出现在电源总线上。

本发明的电力和信息总线允许使用无线开关，从而大大简化了车辆的接线结构。电场监控系统是无线开关特别有用的技术，特别是因为它现在正在作为本田Elesys等人的乘客存在和位置传感器生产。可以使用本田Elesys系统的适应性，如美国专利中所示。No.8,725,311允许使用无线交换机。

图10是侧视图，具有剖开并移除车辆200的部件，该车辆200显示乘客舱202或包含操作车辆200并坐在座椅206中的驾驶员204的乘客舱。嵌入座椅206或部分座椅护罩材料是电场天线208.电场天线208可以嵌入座椅206中的方式可以是将电场天线208放置在座椅206的缓冲材料中。为了使电场天线如图208所示，导电材料可以编织到座盖的材料中或布置在座盖的材料上。其他替代方案包括将导电垫放置在座椅206正下方的座椅盖材料上，或者在某些情况下使用座椅加热线作为天线。因此，座椅206的区域可以被导通并用作天线的许多方式。特定天线的设计取决于被发射的信号的波长，并且在本领域中被很好地理解。虽然示出了单个天线208，但是可以使用多个天线。例如，第二天线可以放置在座椅靠背中。

所使用的每个电场天线可以具有任何适当数量的各个天线，例如从1到大约20，但是这里被示出为单个天线。图10示出了将单个天线208放置在座椅底部中的实施例。

每个天线连接到可以与用于电力和数据总线的ECU相同的电子控制单元(ECU)，并且包括电场产生电路。ECU包括本领域技术人员已知的软件和硬件，例如处理器和信号处理电路以及体现在永久性计算机可读媒介上的软件，以实现本文所述的功能。如本文所使用的，“控制单元”通常是指能够处理用于识别目的的输入数据和/或信号的任何组件或组件的组合，并且从数据和/或信号处理，命令或信号生成指向要控制的一个或多个其他电子部件。根据本发明的控制单元可以具有其他功能，例如，以产生要经由通信系统发送的信号。此外，如本文所使用的，“天线”可以被认为是靠近座椅206的乘员定位的任何导电表面。这样的导电表面可以是电场被传送或传送给乘员的电源。天线不必具有任何特定的几何形状，尽管如果天线“被调谐”为正被发射的波长，它将以优选的方式工作。本发明的无线开关的更详细的描述在美国临时专利申请序列号第62/079,685号。此外，在美国专利中提供了电场占用传感器功能的背景。第6,684,973和6,960,841号以及被分配给Elesys和本田的其他人员，涉及电场占有者感应，以及分配给Automotive Technologies International，Inc.(ATI)和美国车辆科学有限公司(AVS)的其他人员。而Elesys，ATI和AVS主要使用这种技术来确定乘客座椅的占用情况，以便进行安全气囊抑制或低能量起爆安全气囊，其目的主要是以完全不同的方式使用该技术来传送电力来操作无线交换机。

乘客车辆的内部在图11A和图11B中总体上以300表示它显示出了用于触摸板的许多替代位置中的两个，在这种情况下为了方便乘客。每个触摸板可以是电路的一部分并且连接到模块并且限定乘员要接触的适当表面以实现车辆部件的控制。

图11A示出了一个乘客的右手容易抵达到，在车门扶手上的触摸板302。第二安装件304被示出为从仪表板306突出出来。当不使用时，该组件可以被存放在仪表板306中。当乘客打算使用触摸板304时，他或她将通过手柄308拉动包括触摸板304的组件，使触摸板304朝向他或她。为了长时间使用触摸板304，乘客可以从托架移除触摸板304，并且甚至将托架放回到仪表板306中。然后可以从乘客的膝盖操作触摸板304，并且可以使用以操作可以投影到HUD上或作为仪表板的一部分的计算机屏幕。在这种情况下，触摸板304与车辆的通信是通过例如红外或射频传输，或者通过一些其它方便的无线方法，例如本文描述的座椅安装的天线系统或者使用电线完成的。无论哪种情况，键盘上的每个键都可以有一个单独的ID。图中的触摸板图11A和11B可以以与上述开关相同的方式获得它们的电能并提供它们的通信。乘员的手指可以将电源从座椅中的天线传递到触摸板302或304。提供在触摸板302和304上的命令可以以与上述相同的方式无线地发送到车辆。还可以将一组开关310安装在扶手或其他地方，以无线地控制诸如车窗，门锁等(参见图11B)。类似地，从钥匙返回的ID可以通过乘客的身体并且通过ECU，该信息可以被放置在电力总线上

图12示出了接近车辆320并触摸可以锁定或解锁门的模块连接的触摸板开关325的人315。据推测，预期进入车辆的人以前已经以下述方式确定。

图13示出可以直接连接到模块或电源总线的一组触摸板开关的示意图。开关以332表示，ECU或模块微处理器为330。

图14示出了HUD显示器(未示出)和控制车辆部件的手势装置。驾驶员400响应于在HUD显示器上显示的或被口头传送的请求而抬起他的手指402。安装在顶篷或其他便利位置的照相机404通过图案识别图像并解释手指的存在。

图15中示出了用于控制部件的智能手机，互联网或密钥卡激活装置的示意图。由馈送到ECU或模块微处理器424的RF部分422的天线420接收蓝牙，Wi-Fi或其它RF信号。该信号可以或可以不响应于从该发送的询问信号车辆。通过这种方式，可以通过任何无线装置通过数据和电力总线ECU来控制车辆中的所有部件。

电源和信息总线的框图如图16所示。尽管仅示出了六个模块430，如上所述，典型的安装将由许多这样的模块组成。系统的电压由电池438或其他电源提供。电池438和总线的另一端的电容将总线短路到地。电池438处的电容器435保持来自电池438的控制AC电流。在总线433的末端的电容器440为AC信号产生非常低的阻抗环路。ECU 432和模块430通过电流互感器耦合到总线433，并且如下面更详细地描述的，来自ECU 432的代码包含要由模块中的一个执行的功能的ID以及代码关于要执行什么功能。模块430也可以在ECU 432的控制下通过总线彼此通信。

示出与部件的相互作用的电源总线的框图如图17所示。在接收到激活模块上的负载的指令时，ECU 432将产生例如50kHz的电压信号。这在例如1安培的环形434处转换成电流信号。该电流信号由另一个环形端子436转换回电压信号，其中模块微处理器通过电能FET向负载提供电力。这里使用50kHz作为示例，并且可能需要更高的频率，这取决于总线433上的设备的响应时间要求。注意，前照灯可以是最大的电阻负载并且并且为了减少这些灯的AC电源负荷，可以将小电感器与灯串联布置。

图7C所示的环形芯138在图18中的450处有更详细地表示。该装置通常在提供从电源总线添加和移除数据的方法。初级电流Ip在电线102中流动，次级电流Is流入次级绕组454.控制电流和电线102与电流和电线454之间的关系的方程是：

其中phi是芯中的通量(核心452中的箭头456)

(1)Es＝Ns*d(phi)/dt次级多重回路

(2)Ep＝Np*d(phi)/dt主回路

(3)Es/Ep＝Ns/Np d(phi)/dt对于两个绕组是相同的

(4)Es＝Ep*Ns/Np

(5)Ep*Ip＝Es*Is理想无损耗状态

(6)Es/Ep＝Ip/Is

(7)Ip/Is-Ns/Np

(8)Ip＝Is*Ns因为Np＝1

(9)Ip＝30*Is对于Ns＝30

phi＝5+0.5*sin(2*Pi*F*t).5是直流电流的通量

d(phi)/dt＝-Pi*F*cos(2*Pi*F)

转换器不通过直流电(直流)

变压器不通过直流(直流)

从(9)如果Ip是120毫安。Is应该是3.6安培(理想情况下100％耦合)转换器是双向的。

因此，在理想耦合下，如果由ECU或模块微处理器产生的电流为120毫安，则在电源线102中感应的电流为3.6A。

图19示出了如何使用460总体示出的霍尔效应传感器464代替转换器。电路包括放大器466，滤波器468和微处理器470。霍尔传感器只能用于从电力总线检索数据，而不向其添加数据。

图20是可以用于视觉监视ECU的动作的显示器示意图，并且本领域技术人员将会理解。可以使用其他显示方案而不脱离本发明的范围。

图21是示出从电力总线放置信息并从电力总线检索的一种方式的示意图，并且本领域技术人员将理解。在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用其他信息传送方案。

图22是示出放置在电源总线上的四个负载的示意图，并且本领域技术人员将理解。可以使用其他负载放置方案而不脱离本发明的范围。

图23是电力总线ECU的示意图，本领域技术人员将理解。在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用其他电力总线ECU方案。

如美国专利中所讨论的，例如

6,326,704,7,779,050,7,889,096,7,760,080,7,8089,099,7,880,594,7,786,864,7,920,102,7,467,034,8,068,942和8,032,264，电线和连接器不仅是制造和安装车辆的昂贵组件，它们也是最大的保修项目。因此，尽可能地消除电线和连接器是迫切需要的。这些电线中的许多可以通过使用电场系统来消除，例如本文别处讨论的本田Elesys电场占用传感器。使用电场的本发明可以以许多方式实现，其中仅一个已经在此讨论。参见美国专利第8,725,311号和美国临时专利申请2014年11月11日提交的第62/079,685号进一步讨论和替代实施。

在一个优选实施例中，12伏特或其他电压配电网络也用作信息网络。它可以是时间复用网络，意味着从一个节点发送到另一个节点的数据在时域而不是频域中被复用。在这种网络的极端情况下，仅通过车辆金属板和/或底盘进行返回或接地才需要单根电线。所有传感器，开关和执行器都成为网络中的有源设备。使用特殊芯片或低成本微处理器对每个设备上的数据进行编码和解码。当管理的设备彼此靠近时，这些可以组合在模块中。一个这样的模块可以同时为位于车门中的所有设备提供服务，例如用于在仪表板位置的另一个设备，或一个用于发动机位置的设备等。

在一个优选的设计下，网络协议允许关键设备在需要时抓取网络资源，然而，选择网络带宽使得这不是必需的，除了可以由系统的安装者确定的特定情况，例如当车辆遇到碰撞时。可以使用同轴电缆或双绞线，双绞线是优选的设计。

与当前线束相比，从本发明的车辆电气系统得到的益处包括至少节省50％的成本。还可以预期节省至少50％的重量。最重要的是可靠性结果的多重改进。车辆组装时线束部分大大简化了，同时也减少了在线束出现故障的情况下的维修难度。大多数连接器被消除，其余的连接器可靠性更高。现在可以通过网络通过诊断电路的单一连接来实现所有设备上的诊断功能。例如，现在可以很容易地检测到熄火灯，松动的装置，短路，断路器等，而不需要保险丝。除了主车辆保险丝，总线上设备的所有保险丝都可以消除，因为每个模块控制器中的处理器可以检查短路或开路，并将该信息报告给电子控制单元(ECU)进行纠正。因此，不会更换保险丝，而是在问题出现后更换设备或电路。与基于区域模块的其它多路复用系统相比，本发明中与每个设备的通信是双向的。

现在相信，对于侧面碰撞，安全气囊碰撞传感器应放置在门中。汽车制造商不愿意这样做，因为在碰撞到车辆的A柱之后，例如，在碰撞传感器激活之前，从车身进入车门的电线可能被切断。通过使用如本文所述的双线网络，只有两条线路将从车门进入A柱，而不是典型的五十条或更多条线路。在这种情况下，电线可以被保护，使得它们比车辆金属更强，因此在事故的早期阶段不会断开，因此车门安装的传感器现在可以与座椅中的气囊连通，例如，在A柱遭到碰撞时。

在优选的系统中，车辆中的电力线或分配网络用于同时将电力和数据传送到车辆内的所有开关，传感器，灯，电动机，启动器和所有其他电气和电子设备(以下称为设备)唯一例外是在同时等待申请结果的美国临时专利申请公开中公开的无线交换机。这个专利申请是2014年11月14日提交的第62/079,685号。同样的系统也适用于具有不同电压的车辆，例如48伏特。所有车辆设备的子集也可以在单独的网络上。最初，例如，汽车制造商可以选择将本发明的系统用于汽车安全系统，并且随后将其扩展到包括其他设备。数字形式的数据以载波频率或像以太网或CAN协议中的脉冲数据一样承载，并在每个设备或模块上使用微处理器分离。每个设备将具有唯一的个性化地址，并能够响应与其地址一起发送的消息。将实施标准协议，如SAE J1850或ISO 11898-1至6(如适用)。返回可以通过车辆地面，包括车辆金属板和/或底盘，或通过2线双绞线实施中的线。

该系统的优点众多，其中应提到以下几点：

1，车辆中的电线量将大大减少。目前在典型的机动车辆中有大约500米或更长的电线；

2，连接器的数量和复杂度将大大降低。目前在车辆中通常有大约1000个针脚连接。当不需要断开连接时，将使用密封的永久连接器将电线连接在例如被称为分线接头的T连接中。另一方面，当需要断开连接时，需要单个或双重导体连接器，并且可以在整个车辆中使用相同的连接器。因此，车辆上只有一个或两个通用连接器设计。

3，电子模块的数量将大大减少，甚至可以完全消除。由于每个模块都将拥有自己的微处理器，所以不需要区域模块。

4，由于单根导线对(如果需要，偶尔的分支)将取代目前使用的多条导线束，所以车辆的安装将会更加容易。线“阻塞点”将被消除。

5，基于系统简单性，可靠性将得到提高。

6，所有设备之间启用双向通信。例如，这简化了OBD2(美国政府现在要求进行污染控制的车载诊断级别2)的安装。

7，车上的所有设备都是钥匙插入时(或者启动时)进行诊断的。例如，在他或她启动车辆之前，驾驶员可以在视觉上和/或可听见地得到通知所有被烧掉的灯和短路故障。

8，设备可以位于最佳位置。侧面碰撞传感器可以放置在车门内并且仍然可以与位于座椅中的安全气囊模块进行通信，例如具有高可靠性并且不安装单独的布线。最低限度地，仅需要单线或双线将车门中的所有开关，传感器，执行器和其他装置与车辆电气系统的其余部分连接起来。

9，电磁干扰(EMI)问题被消除。例如，驾驶员安全气囊系统可以具有部署安全气囊模块内部的安全气囊的最终电路，并且当接收到适当的寻址信号时被激活。这样的电路将具有地址识别以及诊断功能，并且可以被称为“智能充气机”。现在可能导致无意中安全气囊部署的EMI不再成为问题。

10，车辆维修简化，使其更加可靠。

重要的是，电线的设计使得即使在事故中也不会断线，因为哪怕是单个通讯总线断线，结果可能是灾难性的。此外，主母线或一对电线可以是围绕车辆的环路的形式，每个设备可以从任一方向直接地或通过模块接收其消息，使得可以容忍单个主要断路。或者，可以使用或设计枝杈的网络通讯结构或其他方便的结构，使得当断线发生时最多也只是网络的单个分支不能用。

应当理解，在所有设备都可以访问网络的情况下，存在一个问题，即如果许多设备尝试传输数据并发生关键事件，例如车辆的碰撞，这时时间是关键，即，这个过程会延迟安全气囊的起爆。在本文公开的设计中，所有设备在将数据传输到总线之前必须向命令或中央ECU请求许可。虽然通常有足够的带宽来处理所有要求，但是如果发生崩溃，则可能需要关闭与车门安装的扬声器的通信，使得音频数据不会干扰碰撞传感器加速数据。这些设备将被分配优先级。例如，碰撞传感器知道在确定碰撞严重性要求安全气囊起爆之前正在进行碰撞。然后该信息可用于确定在哪些不太关键的设备关闭数据传输。

另一个值得关注的问题是车辆噪声对网络的影响。在这方面，由于每个设备都能够进行双向通信，因此可以采用标准错误检查和校正算法。每个设备被设计为确认通信的接收，或者通信将被再次发送，直到该设备的接收被确认为止。计算表明，在单个或双重导体上可用的带宽比汽车中所需的所有可预见的通信所需的带宽大几个数量级。因此，可以容忍许多通信故障通讯的容错度很高。

另一个问题涉及考虑到单线或双线系统的湿气的影响，因为水分可以从泄露进来的安装位置一直影响和破坏到车辆内的任何地方。为了控制湿气，电线可以被柔性的密封剂包围，但不允许吸湿。这种特别为汽车应用开发的密封剂类似于用于覆盖地下电话电缆的密封剂。

因此，根据本发明的车辆电气系统的一个实施例包括在车辆操作中使用的多个电气设备，以及具有所有设备连接到该总线的单个电力和通信总线。设备优选地设置有各自的设备地址，使得每个设备将仅响应于其设备地址。每个总线可以包括连接到所有设备的一对电线。这些装置例如是启动电机，传感器，灯和开关，以及如果需要的话，现在在CAN总线实现中使用的所有数据采集装置。如果每个设备被分配唯一的地址，则总线可以被布置为以每个具有相应设备的地址的消息的形式传送数据，使得仅分配给该地址的相应设备对具有该地址的消息做出响应。因此，每个设备包括了用于确定通信总线的信息是否包括分配给该设备地址的方法。通信总线还可以基于CAN或其他适当的协议(例如目前在汽车工业中使用的协议)携带数据，而不干扰各种车辆设备的控制。每个设备可以被配置为诊断通讯是否正常并且指示在启动车辆时设备的可操作性。

使用双绞线或同轴配置的一对电线用于通信和电源总线，现在可以解决连接器问题，因为单个设计可用于总线上的所有连接，每个连接器只能连接至多两个电线。因此，可以应用大量的努力来显着提高这种连接器的可靠性。允许总线通过防火墙的连接器可以具有不同的设计，使得通过接头将模块连接到总线的连接器是不同的。

与开关有关的本发明的一个实施例包括一车辆，其包括座椅，乘客在车辆使用期间坐在该座位上；以及系统，用于使用座椅中的乘客传送或以其他方式提供从座椅中的天线发出的能量，以操作诸如RFID设备的电路。该系统包括至少一个电场天线，其发射来自座椅的射频辐射，其通过或由乘员的身体传导，以在形成电路的一部分的导电表面被乘客触摸时提供能量以操作期望的电路。

对于该实施例，每个车辆座椅包含一组天线，每组包括至少一个天线，更可能是多个天线。这些天线电连接到控制和驱动电路，这导致天线组以指向乘员身体的一个或多个无线电频率发射波，这反过来将RF波传输到整个身体并进入乘客的手指。当乘员想要启动诸如打开车窗的车辆部件时，他或她触摸诸如RFID设备或应答器之类的电子或电路的表面，并且以乘客的手指形式提供的电能被放大以操作RFID设备的RF信号。然后，RFID设备可以发送携带其标识消息的无线信号。位于车辆方便位置的接收器接收RFID发射的无线信号，并使车辆部件执行所需的功能，例如打开车窗。作为RF接收器的替代方案，RFID信号通过乘员的身体被携带到位于座椅中的ECU。本发明，以及上面提到的等待批准的美国临时专利申请序列号No.62/079,685中，可以使用上述方法来消除大多数(即使不是全部)电线到车辆中的开关，从而消除了大量的车辆配线并降低了车辆的成本和重量并提高了其可靠性。由于车辆中所有的电激活部件需要电力来操作，例如可以通过车辆电源和通信总线，无线地或以任何其他方便的方式从控制器传送打开车窗的命令。

本发明的优选实施方案在上文中进行了描述，除非特别指出，申请人的意图是在说明书和权利要求书中的词语和短语给予适用技术领域的普通技术人员普通和习惯的含义。如果申请人有任何其他意思，他们将具体声明他们对某个词语或短语赋予特殊意义。

在本文档的上下文中，计算机可读媒介可以是包含，存储，传送，传播或传送由方法，系统，装置或设备使用或与之结合使用的程序的任何手段。计算机可读媒介可以但不限于(不是详尽的列表)，电子，磁性，光学，电磁，红外或半导体传播媒介。媒介也可以是(不是详尽的列表)具有一个或多个导线的电连接，便携式计算机磁盘，随机存取存储器(RAM)，仅供读用(read only)存储器(ROM)，可擦除可编程的仅供读用存储器(EPROM或闪存)，光纤和便携式光盘仅供读用(read only)存储器(CDROM)。媒介还可以是打印程序的纸张或其他合适的媒介，因为程序可以通过例如纸或其它媒介的光学扫描被电子捕获，然后以适当的方式进行编辑，解释或以其他方式处理，如有必要，然后存储在计算机内存中。此外，计算机程序或数据可以通过任何合适的过程传送到另一计算机仅供读用(read only)媒介，例如通过扫描计算机仅供读用(read only)媒介。

虽然上面示出和描述了几个优选实施例，但是对于执行相同功能的组件，可以使用其他几何形状，传感器，材料和不同尺寸的组合。本文公开的发明中的至少一个不限于上述实施例，并且应由所附权利要求确定。除了上述那些之外，还有许多额外的应用。然而，在考虑到本说明书和公开其优选实施例的附图之后，本发明的许多改变，修改，变化和其他用途和应用将对本领域技术人员变得显而易见。不脱离本发明的精神和范围的所有这些改变，修改，变化和其他用途和应用被认为被仅由所附权利要求限制的本发明所覆盖。

Claims (20)

1.一种用于向多个车辆设备提供电力和通信的车辆的电气系统，包括：

电气总线，包括多根细长的电线；

多个连接器组件位于沿着所述线的不同位置，每个所述连接器组件包括

分线器分线器壳体，其限定用于所述电线的入口和用于所述电线的出口，和所述电线从所述入口通过所述分线器分线器壳体从所述入口延伸到所述出口，而不被中断或终止在所述分线器分线器壳体中，

至少一个导电单元布置在所述分线器壳体中，所述至少一个导电单元中的每一个具有与相应一个所述线接触的第一部分和暴露于所述分线器壳体的外部的第二部分，以及

连接到所述分线接头外壳并连接到所述至少一个导电单元的所述第二暴露部分的连接器，在一个端部区域处连接到所述连接器组件的每个连接器的相应电气导管；和

相应的模块控制单元，其附接到每个所述电气导管的针脚端区域，每个所述模块控制单元电耦合到所述车辆设备中的至少一个，由此通过连接到所述总线的电源和通信源有至少一个电力和通信被提供给所述车辆设备。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述连接器包括至少一个针脚，每个针脚电连接到所述至少一个导电单元中的相应一个。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述电导管包括至少一根导线，每根导线电耦合到所述至少一个针脚中的相应一个针脚。

4.根据权利要求2所述的系统，还包括围绕所述至少一个针脚布置的防水密封装置，用于保护所述接头中的所述至少一个针脚和所述至少导电构件的接合区域，以防止湿气侵入。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个导电单元包括多个导电单元，并且所述连接器包括多个针脚，每个针脚电连接到所述多个导电单元中的相应一个导电单元。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述电导管包括多个电线，每个电线电耦合到所述多个针脚中的相应一个针脚。

7.根据权利要求5所述的系统，其中所述分线接头壳体被配置成使得所述针脚呈线性排列。

8.根据权利要求1所述的系统，还包括用于将所述连接器附接到所述分线分线器壳体的附接装置。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个导电单元包括与所述导线之一接触的至少一个电插座，所述至少一个所述插座中的每一个孔对应于接收配合的导电针脚。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述连接器包括至少一个针脚，每个针脚电连接到所述至少一个电插座中的相应一个，所述电导管包括至少一个电线，每个电线电耦合到所述至少一个针脚。

11.根据权利要求9所述的系统，其中所述至少一个插座包括弹簧加载的延伸部，其直接与所述导线之一中的导体接合，并且位于所述导线中的所述一个之上。

12.根据权利要求9所述的系统，其中所述导线在所述分线器壳体中彼此间隔开，并且所述至少一个插座包括与所述导线中的第一个中的导体直接接合的弹簧加载的延伸部，其从所述第一线延伸到所述线中的第二线，所述插座之一位于所述第二线之上。

13.根据权利要求9所述的系统，其中所述导线在所述拼接壳体中彼此间隔开，还包括围绕所述导线的一个的环形线圈和围绕所述环形线圈缠绕的线圈，所述至少一个插座附接到所述线圈。

14.根据权利要求1所述的系统，其中所述导线在所述分线器壳体中彼此间隔开，还包括环绕所述导线中的一个的环形线圈，围绕所述环形线圈缠绕的线圈，以及附接到所述线材的至少一个插座线圈，所述至少一个插座中的每一个限定用于接收配合电针脚的孔。

15.根据权利要求14所述的系统，其中连接到所述线圈的所述至少一个插座包括连接到所述线圈的第一端的第一插座和附接到所述线圈的第二端的第二插座。

16.根据权利要求14所述的系统，其中所述分线器壳体包括第一和第二部分，所述第一和第二部分确定放置所述环形线圈的空腔。

17.根据权利要求1所述的系统，其中所述分线器壳体确定包括第一和第二部分，所述第一和第二部分中的每一个定义多个通道，所述电线被接收到多个通道中。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述多个通道彼此平行。

19.根据权利要求17所述的系统，其中所述至少一个导电单元具有整体结构。

20.一种用于向多个车辆设备提供电力和通信的车辆的电气系统，包括：电气总线，包括多根细长的电线；多个连接器组件位于沿着所述线的不同位置，每个所述连接器组件包括分线器壳体，其限定用于所述电线的入口和用于所述电线的出口和所述电线从所述入口通过所述分线器壳体从所述入口延伸到所述出口，而不被中断或终止在所述分线器壳体中，至少一个导电单元布置在所述分线器壳体中，所述至少一个导电单元中的每一个包括至少一个电插座，所述至少一个电插座确定用于接收配合针脚的孔，所述孔暴露于所述分线器壳的外部，以及连接器，其可移除地附接到所述分线器壳体，并且当所述连接器附接到所述分线器壳体时，包括至少一个针脚，每个针脚接收在所述至少一个插座中的相应一个插座中；在一个端部区域处连接到所述连接器组件的每个连接器的相应电气导管；和相应的模块控制单元，其附接到每个所述电气管道的对应区域，每个所述模块控制单元电耦合到所述车辆设备中的至少一个，由此至少一个电力和通信通过连接到所述总线的电源和通信源被提供给所述车辆设备。