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Die
Erfindung betrifft ein Fahrzeug der im Oberbegriff des Anspruchs
1 angegebenen Gattung und ein Bordnetz dafür.
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In
modernen Kraftfahrzeugen werden zunehmend Bordnetze verwendet, mittels
derer die vorhandenen elektrischen Lasten auch dann noch mit elektrischem
Strom versorgt werden können,
wenn Teile des Bordnetzes defekt sind und in irgendwelchen Leitungsabschnitten
Kurzschlüsse
oder Unterbrechungen auftreten. Bei den elektrischen Lasten handelt
es sich um elektrische Verbraucher wie z. B. Beleuchtungselemente,
Alarmgeräte,
Steuergeräte
für Bremsanlagen
oder andere in Kraftfahrzeugen übliche
Geräte.
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Bei
einem bekannten Kraftfahrzeug der oben bezeichneten Gattung (
DE 102 13 732 A1 )
enthält das
Bordnetz eine Stromquelle mit vier Stromanschlüssen, an die je ein Leitungstrang
des Bordnetzes angeschlossen ist. Jeder Leitungsstrang enthält mehrere,
mit wenigstens je einer Last verbundene Stromverteilungs-Knoten,
die über
laststromführende
Leitungen untereinander verbunden sind und wobei die jeweils letzten
im betreffenden Leitungsstrang angeordneten Knoten durch eine Ringleitung miteinander
verbunden sind. Jeder Knoten ist außerdem mit zwei elektrisch
steuerbaren Schaltern versehen. Diese können mittels Steuereinheiten,
die den Knoten einzeln zugeordnet sind, so geschaltet werden, dass
eine Last, die normalerweise von einem ihr zugeordneten Leitungsstrang
mit Strom versorgt wird, im Falle eines defekten Leitungsabschnitts
bei Bedarf auch oder nur über
einen der anderen Leitungsstränge
mit Strom versorgt werden kann.
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Bei
einem ebenfalls bereits bekannten Kraftfahrzeug der eingangs bezeichneten
Gattung (
DE 199 16
452 C2 ) ist anstelle der vier Leitungsstränge lediglich
eine Ringleitung vorgesehen, die an zwei oder mehr Stellen mit der
Stromquelle verbunden werden kann und in der die Knoten in Reihenschaltung
miteinander verbunden sind. Beim Auftreten eines Defekts in einem
Abschnitt der Ringleitung brauchen die Schalter der Knoten lediglich
so gesteuert werden, dass der defekte Leitungsabschnitt abgeschaltet
wird und dann keine Verbindung mehr mit der Ringleitung hat.
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In
keinem der beiden beschriebenen Fälle ist es möglich, auch
den Totalausfall eines einzelnen Knotens zu kompensieren. Ein defekter
Knoten führt vielmehr
zu dessen Isolierung im betreffenden Leitungsstrang bzw. in der
Ringleitung und damit zu der unangenehmenen Folge, dass die an den
betreffenden Knoten angeschlossenen Lasten nicht mehr mit Strom
versorgt werden. Das mag bei bestimmten Lasten tolerierbar sein,
z. B. bei einer Innenbeleuchtung oder einem Motor für einen
Fensterhebermechanismus, sollte aber bei anderen Lasten wie z. B. bei
den Steuergeräten
für die
Bremsanlage oder den rückwärtigen Bremsleuchten
verhindert werden, um die Betriebssicherheit des Kraftfahrzeugs
nicht zu gefährden.
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Ein
weiterer Nachteil der bekannten Bordnetze besteht darin, dass die
Leitungsstränge
bzw. Ringleitungen so dimensioniert werden müssen, dass sie im Falle eines
Defekts auch die Summe aller derjenigen Ströme aufnehmen können, die
im Vergleich zum Normalfall zusätzlich
durch bestimmte Leitungsabschnitte zu den verschiedenen Lasten fließen. Das bedingt
eine weit stärkere
Ausbildung der elektrischen Leitungen, als dies bei üblichen
Bordnetzen der Fall ist, bei denen die zu den Lasten führenden Leitungen
mit Sicherungen versehen sind, die die betreffende Last im Falle
eines Defekts vom Bordnetz trennen.
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Schließlich benötigen die
bekannten Kraftfahrzeuge aus verschiedenen Gründen eine zusätzliche,
zentrale Steuervorrichtung. Dadurch ergibt sich der weitere Nachteil,
dass beim Ausfall dieser zentralen Steuervorrichtung auch das gesamte
Bordnetz ausfällt
und das Fahrzeug nicht mehr betriebsfähig ist.
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Entsprechendes
gilt für
die Bordnetze von anderen Fahrzeugen.
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Das
der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht daher
darin, das Fahrzeug der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, dass
die geschilderten Nachteile vermieden werden. Dabei sollen hauptsächlich eine
höhere
Verfügbarkeit
und Redundanz erreicht und sichergestellt werden, dass ein defekter
Knoten nicht automatisch zu einem Ausfall der an diesen angeschlossenen
Lasten führt.
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Zur
Lösung
dieses Problems dienen die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und
18 und mit besonderem Vorteil auch die Merkmale der Ansprüche 8 und
13.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
an Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 grob
schematisch einen Teil eines erfindungsgemäßen Bordnetzes, das sich durch
eine hohe Verfügbarkeit
und Redundanz auszeichnet;
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2 eine
schematische Draufsicht auf ein durch seine äußere Kontur angedeutetes Kraftfahrzeug
und ein in diesem installiertes Bordnetz mit Stromverteilungs-Knoten
und Lasten;
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3 ein
schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Stromverteilungs- Knotens des Bordnetzes
nach 1 und 2; und
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4 schematisch
ein Blockschaltbild für
einen Teil des Bordnetzes nach 2 bei Anwendung von
nach 3 ausgebildeten Stromverteilungs-Knoten.
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1 zeigt
schematisch den erfindungsgemäßen Aufbau
eines Bordnetzes für
Kraftfahrzeuge. Das Bordnetz enthält eine Mehrzahl von hier drei Stromverteilungs-Knoten 1, 2 und 3 und
dient dem Zweck, eine im Kraftfahrzeug installierte Energie- bzw.
Stromquelle 4, z. B. einen Generator und/oder eine Batterie,
mit einer ebenfalls im Kraftfahrzeug vorgesehenen Last 5 in
Form eines elektrischen Verbrauchers zu verbinden. Das Bordnetz
ist so aufgebaut, dass wenigstens ein Knoten (hier der Knoten 1) über eine
erste Anschlussleitung 6 und wenigstens ein anderer Knoten
(hier der Knoten 2) über
eine zweite Anschlussleitung 7 direkt mit einem Stromanschluss 8 der
Stromquelle 4 verbunden ist. Bei dem Stromanschluss 8 kann
es sich natürlich
auch um zwei parallele Stromausgänge
der Stromquelle 4 handeln, deren Masseanschluss nicht dargestellt
ist.
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Weiterhin
ist im Ausführungsbeispiel
ein direkt an die erste Anschlussleitung 6 angeschlossener Knoten
(hier der Knoten 1) über
einen Leitungsabschnitt 9 mit wenigstens einem direkt an
die zweite Anschlussleitung 7 angeschlossenen Knoten (hier dem
Knoten 2) verbunden.
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Erfindungsgemäß ist die
Last 5 über
weitere Leitungsabschnitte 10 und 11 sowohl mit
dem Knoten 1 als auch mit dem Knoten 2 verbunden.
Dabei ist angenommen, dass die Knoten 1 und 2 dort,
wo sie mit den Anschlussleitungen 6, 7 und Leitungsabschnitten 9 bis 11 verbunden
sind, je einen elektrisch bzw. elektronisch steuerbaren Schalter
aufweisen, der mittels nicht dargestellter Steuerungen jeweils in
einen geschlossenen und in einen geöffneten Zustand gesteuert werden
kann, wie weiter unten näher
erläutert
ist. Schließlich
ist angenommen, dass beim normalen Betrieb des Kraftfahrzeugs die
Stromzufuhr zur Last 5 über
die Anschlussleitung 6, den Knoten 1 und den Leitungsabschnitt 10 erfolgen
soll, während die
Knoten 2 und 3 die Stromversorgung zu weiteren, nicht
dargestellten Lasten bewirken.
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Aufgrund
der beschriebenen Ausbildung des Bordnetzes ergeben sich im Falle
eines Fehlers folgende Möglichkeiten,
die Last 5 trotz des Fehlers mit Strom zu versorgen:
Ein
Fehler kann z. B. dadurch eintreten, dass die Anschlussleitung 6 defekt
ist (z. B. Unterbrechung oder Kurzschluss). In diesem Fall ist es
durch Öffnen
bzw. Schließen
von Schaltern der beteiligten Knoten 1 und 2 möglich, die
Last 5 über
die Anschlussleitung 7, den Knoten 2 und den Leitungsabschnitt 11 mit
Strom zu versorgen.
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Alternativ
könnte
die Stromversorgung der Last 5 auch über die Anschlussleitung 7,
den Knoten 2, den Leitungsabschnitt 9, den Knoten 1 und
den Leitungsabschnitt 10 erfolgen. Entsprechende Schaltmöglichkeiten
ergeben sich bei einem Defekt der Anschlussleitung 7.
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Ein
weiterer Fehler kann z. B. dadurch eintreten, dass ein gesamter
Knoten defekt und damit unbrauchbar ist. Gilt dies z. B. für den Knoten 1,
dann kann die Last 5 wiederum über die Anschlussleitung 7,
den Knoten 2 und den Leitungsabschnitt 11 versorgt
werden. Entsprechendes gilt beim Ausfall des Knotens 2.
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Eine
weitere Fehlermöglichkeit
besteht darin, dass der Leitungsabschnitt 10 defekt ist
(z. B. Unterbrechung oder Kurzschluss). Auch in diesem Fall kann
die Last 5 über
die Anschlussleitung 7, den Knoten 2 und den Leitungsabschnitt 11 mit
Strom versorgt werden.
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Aus
allem folgt eine hohe Verfügbarkeit
der Last 5. Unabhängig
davon, welches der für
ihren normalen Betrieb vorgesehenen Bauelemente 1, 6 und/oder 10 ausfällt, gibt
es stets einen redundanten Strompfad von der Stromquelle 4 zur
Last 5, über
den der Last 5 beim Auftreten eines Defekts weiterhin Strom
zugeführt
werden kann. Daher eignet sich die beschriebene Ausbildung des Bordnetzes
insbesondere für
solche Lasten, die aus Sicherheitsgründen kritisch sind (z. B. Motorsteuerungen,
Bremsanlagen, elektrische Lenkeinrichtungen od. dgl.). Zumindest diese
Lasten, die nachfolgend als ausgewählte Lasten bezeichnet werden,
sollten erfindungsgemäß direkt,
d. h. ohne Zwischenschaltung weiterer Knoten oder Lasten mit wenigstens
je zwei Knoten verbunden werden.
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Zur
weiteren Erhöhung
der Redundanz dient der in 1 dargestellte
Knoten 3, der über
einen Leitungsabschnitt 12 mit dem Knoten 1 und über einen
weiteren Leitungsabschnitt 14 mit dem Knoten 2 verbunden
ist. Dadurch ergibt sich der zusätzliche Vorteil,
dass beim Ausfall einer Anschlussleitung, z. B. der Anschlussleitung 7,
die Last 5 nicht nur über die
Anschlussleitung 6, den Knoten 1 und den Leitungsabschnitt 10 oder über die
Anschlussleitung 6, den Knoten 1, den Leitungsabschnitt 9,
den Knoten 2 und den Leitungsabschnitt 11, sondern
auch über
die Anschlussleitung 6, den Knoten 1, den Leitungsabschnitt 12,
den Knoten 3, den Leitungsabschnitt 14, den Knoten 2 und
den Leitungsabschnitt 11 oder über die Teile 6, 1, 9, 2, 14, 3, 12, 1 und 10 bedient
werden kann, je nach dem, welche Stromrichtungen im Einzelfall zu
beachten sind. Dadurch könnte
sogar ein weiterer Defekt, z. B. im Leitungsabschnitt 10 oder 11,
auftreten, ohne dass die Last 5 stromlos wird. Außerdem wäre es stets
und auch unabhängig
von Defekten möglich,
die Last 5 durch wenigstens zwei parallele Strompfade,
die einerseits den Leitungsabschnitt 10 und andererseits
den Leitungsabschnitt 11 einschließen, mit Strom zu versorgen.
Dadurch würde
erreicht, dass beide Strompfade nur einen Teil des zur Last 5 fließenden Stroms
und die beiden Leitungsabschnitte 10 und 11 z.
B. nur etwa die Hälfte des
für die
Last 5 benötigten
Stroms aufnehmen müssten.
Dadurch ist es möglich,
die die Knoten miteinander und/oder mit den Lasten verbindenden
Leitungsabschnitte weniger stark bzw. dick auszubilden, als es erforderlich
wäre, wenn
jeweils nur ein einziger Strompfad für den bei einem Defekt zusätzlich aufzunehmenden
Strom zur Verfügung
stehen würde. Schließlich zeigt 1,
dass durch Betätigung
der den Knoten 1, 2 und 3 zugeordneten
Schalter je nach dem, wo ein Defekt auftritt, zahlreiche Strompfade geschaffen
werden können,
was zu einer hohen Verfügbarkeit
und Redundanz führt.
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Das
anhand der 1 beschriebene Bordnetz wird
beim Vorhandensein mehrerer Lasten zweckmäßig entsprechend erweitert,
wie 2 zeigt, in der eine Umrisslinie 15 die äußere Kontur
eines Kraftfahrzeugs andeuten soll. Außerdem sind in 2 acht
Knoten 16 bis 23 durch Kreise und elf Lasten 24 bis 34 durch
Quadrate darge stellt. Eine durch ein Oval dargestellte Stromquelle
ist mit dem Bezugszeichen 35 versehen und im Frontbereich
des Kraftfahrzeugs dargestellt.
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Analog
zu 1 ist auch in 2 ein Stromanschluss
der Stromquelle 35 über
wenigstens je eine erste und eine zweite Anschlussleitung 36, 37 mit
je einem Knoten (16 bzw. 19) direkt verbunden. Der
Knoten 16 ist ferner mit dem Knoten 17 in Reihenschaltung
verbunden, der seinerseits in Reihe mit dem Knoten 18 liegt.
Entsprechend sind die Knoten 19, 20 und 21 mit
der zweiten Anschlussleitung 37 in Reihenschaltung verbunden.
Die Knoten 16 bis 18 können als ein linker und die
Knoten 19 bis 21 als ein rechter, z. B. jeweils
am Boden des Kraftfahrzeugs verlegter Hauptstrang des Bordnetzes
verstanden werden. Dagegen befinden sich die Knoten 22 und 23 in
mittleren Bereichen des Kraftfahrzeugs, wobei der Knoten 22 über Leitungsabschnitte 38, 39 mit
den Knoten 17 und 21 verbunden und beispielsweise
im Dachbereich angeordnet ist, wie die strichpunktierte Darstellung
der Leitungsabschnitte 38, 39 andeuten soll. Außerdem ist
der Knoten 23 über
Leitungsabschnitte 40, 41 mit den Knoten 18 und 20 verbunden und
z. B. am Boden des Kraftfahrzeugs verlegt. Schließlich sind
die Knoten 18 und 21 über einen am Boden verlegten
Leitungsabschnitt 42 direkt miteinander verbunden. Die
Knoten 22 und 23 bilden somit diagonal durch das
Kraftfahrzeug erstreckte Teile des Bordnetzes, während der Leitungsabschnitt 42 die beiden
Hauptstränge 16, 17, 18 und 19, 20, 21 des Bordnetzes
im Heckbereich des Fahrzeugs quer miteinander verbindet, so dass
das Bordnetz insgesamt eine netzartige Struktur anstatt der üblichen
baum- oder ringförmigen
Struktur hat.
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Die
Knoten 16 bis 23 sind analog zu 1 paarweise
mit den Lasten 24 bis 34 verbunden, wie aus 2 klar
ersichtlich ist. Daher ist z. B. die Last 24 mit den Knoten 17 und 18 und
die Last 31 mit den Knoten 20 und 22 direkt
verbunden. Außerdem
ist die Last 25 z. B. einerseits über die Knoten 17 und 16 oder über die
Knoten 23, 18, 17 und 16 an
die erste Anschlussleitung 36 und/oder z. B. über die
Knoten 23, 20 und 19 oder über die
Knoten 23, 18, 21, 20 und 19 an
die zweite Anschlussleitung 37 anschließbar.
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Der
netzartige Aufbau des Bordnetzes hat zur Folge, das wenigstens ein
Knoten (z. B. 16) über die
erste Anschlussleitung 36 und wenigstens ein Knoten (z.
B. 19) über
die zweite Anschlussleitung 37 jeweils direkt an den Stromanschluss
der Stromquelle 35 angeschlossen ist. Außerdem ist
wenigstens ein Knoten (z. B. 18), der direkt oder über wenigstens einen
anderen Knoten (z. B. 17, 16) an die erste Anschlussleitung 36 angeschlossen
ist, mittels eines Leitungsabschnitts (z. B. 42) mit wenigstens
einem anderen Knoten (z. B. 21) verbunden, der seinerseits direkt
oder über
wenigstens einen weiteren Knoten (z. B. 20, 19)
an die zweite Anschlussleitung 37 angeschlossen ist. Dadurch
werden die beiden Hauptstränge 16, 17, 18 und 19, 20, 21 des
Bordnetzes an einer von der Stromquelle 35 entfernt liegenden
Seite so miteinander verbunden, dass alle Knoten 16 bis 23 bei
Bedarf von der ersten und/oder von der zweiten Anschlussleitung 36, 37 aus
mit Strom versorgt werden können.
Dasselbe könnte
natürlich alternativ
oder zusätzlich
durch weitere Querverbindungen erreicht werden, z. B. durch eine
direkte Verbindung z. B. der Knoten 16 und 19.
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Der
Aufbau eines Knotens ist in 3 am Beispiel
des Knotens 19 der 2 dargestellt.
Die anderen Knoten 16 bis 18 und 20 bis 23 sind
entsprechend ausgebildet, so dass die nachfolgende Beschreibung
auf den Knoten 19 beschränkt wird, um Wiederholungen
zu vermeiden.
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Nach 3 enthält der Knoten 19 zwei
oder auch mehr, als Ein- oder Ausgänge verwendbare Anschlüsse 44 und 45,
die zur Verbindung mit einem der Stromanschlüsse 36, 37 der
Stromquelle 35 oder mit einem anderen Knoten dienen, und
wenigstens einen weiteren, als Ausgang dienenden Anschluss 46,
der zur Verbindung mit einer Last dient. Im Ausführungsbeispiel ist der Anschluss 44 gemäß 2 über die Anschlussleitung 37 mit
der Stromquelle 35, der Anschluss 45 über einen
Leitungsabschnitt 47 mit dem Knoten 20 und der
Anschluss 46 über
einen weiteren Leitungsabschnitt 48 mit der Last 29 verbunden.
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Der
Anschluss 44 ist über
einen ersten, elektrisch bzw. elektronisch steuerbaren Schalter 49 an eine
interne Stromschiene 50 des Knotens 19 angeschlossen.
Ein Steueranschluss des Schalters 49 ist über einen
Wandler 51 an einen Steuerausgang einer in den Knoten 19 integrierten
Steuereinheit 52 angeschlossen, mittels derer der Schalter 49 in
einen geöffneten
bzw. nicht leitenden und in einen geschlossenen bzw. leitenden Zustand
gesteuert werden kann. Außerdem
sind dem Schalter 49 innerhalb des Knotens 19 erste
Sensoren 53 und 54 zugeordnet, wobei der Sensor 53 ein
Stromsensor und der Sensor 54 ein Spannungssensor ist,
die die Ströme und
Spannungen in der vom Anschluss 44 zur Stromschiene 50 führenden
Leitung dienen. Die Sensoren 53, 54 sind über je einen
weiteren Wandler 55, 56 mit entsprechenden Eingängen der
Steuereinheit 52 verbunden. Außerdem ist die Stromschiene 50 an
ein internes Netzteil 57 des Knotens 19 angeschlossen, das
die Steuereinheit 52 und ggf. die Wandler 51, 55 und 56 mit
den erforderlichen Strömen
und Spannungen versorgt. Bei den Wandlern 51, 55 und 56 kann es
sich je nach Ausbildung der Steuereinheit 52 und des Netzteils 57 sowie
der Funktion der angeschlossenen Bauteile um A/D- bzw. D/A-Wandler
handeln.
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Schließlich ist
im Kraftfahrzeug ein übliches Kommunikationsnetz 58 vorhanden,
das z. B. aus einem schematisch angedeuteten Bus-System besteht.
Ein Datenausgang bzw. -eingang der Steuereinheit 52 ist über eine
bidirektionale Schnittstelle 59, z. B. ein übliches
Kommunikations-Interface, mit dem Kommunikationsnetz 58 verbunden. Über diese Schnittstelle 59 kann
die Steuereinheit 52 Daten in das Kommunikationsnetz 58 liefern
und im Kommunikationsnetz 58 vorhandene Daten empfangen.
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Der
Anschluss 45 und ggf. weitere, zur Verbindung mit weiteren
Knoten bestimmte Anschlüsse des
Knotens 19 sind über
erste Schalter 60 und zugehörige Sensoren, die hinsichtlich
ihrer Funktion dem Schalter 49 und den Sensoren 53, 54 entsprechen,
in der beschriebenen Weise mit der Stromschiene 50 und
der Steuereinheit 52 verbunden, so dass insoweit eine erneute
Beschreibung nicht erforderlich ist.
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Die
Leitungen, die vom Anschluss 46 und ggf. von weiteren,
ebenfalls zur Verbindung mit Lasten bestimmten Anschlüssen des
Knotens 19 zur Stromschiene 50 und zur Steuereinheit 52 führen, weisen
zweite elektrisch bzw. elektronisch steuerbare Schalter 61 und
zweite Sensoren 62 und 63 auf, die beide ebenfalls
mit der Steuereinheit 52 verbunden sind. Die Funktion dieser
Schalter 61 und Sensoren 62, 63 entspricht
denen der Schalter 49, 60 und Sensoren 53, 54.
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Bei
den Schaltern 49, 60 und 61 handelt es sich
zweckmäßig um solche,
die entgegengesetzte Richtungen leitend gemacht bzw. geschaltet
werden können,
wie dies z. B. für
Relais, Leistungstransistoren, insbesondere FET-Transistoren od.
dgl. gilt, doch können
sie auch aus zwei parallel geschalteten, für je eine Stromrichtung zuständigen Schaltelementen
wie z. B. Tyristoren aufgebaut werden.
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Die
Steuereinheit 52 ist erfindungsgemäß vorzugsweise als ein an die
Schnittstelle 59 angeschlossener Microcontroller ausgebildet
und dazu in an sich bekannter Weise mit einem Microprozessor versehen,
an den eine Speichereinheit angeschlossen ist, die z. B. je einen
Programmspeicher, Arbeitsspeicher, Datenspeicher und Adressspeicher
aufweist. Jede Steuereinheit 52 ist vorzugsweise frei programmierbar.
Zu diesem Zweck ist dem Microprozessor z. B. eine Programmierschnittstelle
zugeordnet. Dabei ist die Anordnung so getroffen, dass die Steuereinheiten 52 aller
Knoten 16 bis 23 dezentrale Teile einer gemeinsamen
Steuervorrichtung bilden und über
das Kommunikationsnetz 58 miteinander kommunizieren. Insbesondere
wandeln die Steuereinheiten 52 die von den Sensoren 53, 54 und 62, 63 ermittelten
Strom- und Spannungswerte in lesbare Daten um, die auch von den
anderen Steuereinheiten 52 ständig erfasst und nach einem
in deren Programmspeichern abgelegten Programm bearbeitet werden.
Dabei wird jede Steuereinheit 52 bei der Installation im
Kraftfahrzeug entsprechend der jeweiligen Lage und Ausbildung des
zugehörigen
Knotens so programmiert, dass bei Inbetriebnahme nur diejenigen
Schalter 49, 60 und 61 geöffnet sind,
die die Grundversorgung der Lasten beim normalen Betrieb des Kraftfahrzeugs
sicherstellen sollen. Schließlich wird
jeder Steuereinheit 52 und damit jedem Knoten mit Hilfe
des Adressspeichers je eine eindeutige Adresse zugeordnet, die auch
eine gezielte Übermittlung
von Daten und Befehlen zwischen den einzelnen Steuereinheiten 52 ermöglicht.
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Tritt
während
des Betriebs ein Fehler auf, der z. B. durch einen Kurzschluss (Maximalstrom)
oder eine Unterbrechung (Nullstrom) in der betreffenden Leitung
verursacht und mittels des jeweiligen Stromsensors 53, 61 festgestellt
wird, werden die in der defekten Leitung befindlichen Schalter geöffnet und stattdessen
ggf. andere Schalter geschlossen, um die Versorgung der Lasten mit
Strom trotz des Fehlers im oben beschriebenen Umfang sicherzustellen. Die
betreffenden Anschlüsse 44, 45 und 46 werden dabei
jeweils über
die Stromschiene 50 miteinander verbunden. Dies ist schematisch
in 4 für
den beispielhaften Fall dargestellt, dass der Knoten 20,
der z. B. normalerweise über
einen der Schalter 61 die Last 31 versorgt, total
ausfällt.
Dieser Fehler wird durch die zugehörigen Sensoren ermittelt und
durch die auf das Kommunikationsnetz 58 gegebenen Daten
den dezentralen Steuereinheiten 52 mitgeteilt. Diese aktivieren
daraufhin die mit ihnen verbundenen Schalter derart, dass trotz
des Fehlers die Last 31 weiterhin mit Strom versorgt wird.
Im speziellen Fall erfolgt dies z. B. dadurch, dass ein Schalter 61 des Knotens 22 geschlossen
wird, der beim Normalbetrieb geöffnet
ist, um die Last 31 jetzt über den Knoten 22 mit
Strom zu versorgen (vgl. auch 2), während der
entsprechende Schalter beim Knoten 20 ggf. geöffnet wird.
Gleichzeitig kann die Last 29 vom Knoten 19 und
die Last 30 vom Knoten 21 bedient werden.
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Die
Vielseitigkeit des erfindungsgemäßen Bordnetzes
ergibt sich anhand der 4 auch für einen beispielhaften Fall,
in dem der Knoten 20 normalerweise an der Energie- bzw.
Stromversorgung aller drei Lasten 29, 30 und 31 beteiligt
ist. Bei einem Ausfall dieses Knotens 20 wäre dennoch
eine zumindest reduzierte Energie- bzw. Stromversorgung der Lasten 29 bis 31 über die
Knoten 19, 21 und 22 möglich. Selbst
ein Defekt in der Anschlussleitung 37 könnte behoben werden, indem
z. B. der Knoten 19 vom Bordnetz abgekoppelt wird und die
Lasten 29 bis 31 sämtlich über die Anschlussleitung 36 und
die Knoten 16, 17 und 20 bis 22 versorgt
werden.
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Ein
besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung sieht vor, dass die Steuereinheiten 52 so
programmiert sind, dass die Stromstärken der die ersten und/oder
zweiten Schalter 49, 60 und 61 durchfließenden Ströme geregelt
werden.
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Dies
kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Schalter 49, 60 bzw. 61 als
regelbare Widerstände,
Transistoren od. dgl. und so ausgebildet sind, dass über ihre
Steueranschlüsse
die Stromstärke
der Ströme
auf vorgewählte
Werte eingestellt und/oder auf vorgewählte Maximalwerte begrenzt
werden können.
Die Sensoren 53, 54 bzw. 62, 63 dienen
in diesem Fall auch als Istwertgeber für die die Schalter durchfließenden Ströme bzw.
an diesen anliegende Spannungen, während zugehörige Sollwerte in den Programmspeichern
der Steuereinheiten 52 gespeichert sind. Hierdurch ist
erfindungsgemäß eine Lastflusssteuerung
bzw. -regelung in dem Sinne möglich, dass
im Falle eines Fehlers durch entsprechende Regelung der die ersten
und/oder zweiten Schalter 49, 60, 61 durchfließenden Ströme in allen
betreffenden Leitungsabschnitten eine Begrenzung der Stromstärken bzw.
eine vorgewählte
maximale Leistungsaufnahme durch die Lasten sichergestellt wird.
Dabei werden die Sollwerte z. B. so gewählt, dass im Falle eines Fehlers
insbesondere diejenigen Leitungsabschnitte, durch die hindurch zusätzliche
Lasten versorgt werden müssen
(z. B. 38 in 2 und 4), nicht überlastet
werden. Die betreffenden Lasten werden dann mit entsprechend reduzierter
Leistung betrieben, bis der Fehler z. B. durch Aufsuchen einer Werkstatt
behoben ist.
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Ein
besonderer Vorteil des beschriebenen Bordnetzes besteht darin, dass
keine zentrale Steuervorrichtung benötigt wird. Da alle Knoten mit
Steuereinheiten 52 nach Art von Microcontrollern versehen
und frei programmierbar sind bzw. nach einem vorab fest eingegebenen
Programm arbeiten, sind alle Steuereinheiten 52 autark.
Eine zusätzliche, übergeordnete
Steuerung ist daher nicht erforderlich. Alle Steuereinheiten 52 können vielmehr
unter Benutzung der über
das Kommunikationsnetz 58 erhaltenen bzw. ausgetauschten
Daten, im übrigen
jedoch ausschließlich
aufgrund des Programms betrieben werden, das in den ihnen selbst
zugeordneten Programmspeichern abgelegt ist. Ein Totalausfall einer Steuereinheit 52 ist
daher gleichbedeutend mit dem Totalausfall eines Knotens, nicht
aber mit einem Ausfall des gesamten Bordnetzes. Dennoch ist es natürlich möglich, eine
zusätzliche
zentrale Steuervorrichtung vorzusehen, die die Funktion des beschriebenen
Bordnetzes nicht beeinträchtigt.
Eine solche zentrale Steuervorrichtung könnte z. B. Überwachungsaufgaben haben,
der Protokol lierung des Kraftfahrzeugbetriebs dienen und/oder zum
Auffinden von Fehlern bei der Wartung und Reparatur verwendet werden.
Da jeder Knoten mittels des Adressspeichers der Steuereinheit mit
einer eindeutigen Adresse versehen ist, können auf diese Weise alle vorhandenen
Knoten über
das Kommunikationsnetz 58 gezielt angesprochen werden.
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Anstelle
der Sensoren 53, 54, 62, 63 oder
zusätzlich
zu diesen können
Sensoren vorgesehen werden, die andere Zustände als die Stromstärke und
die Spannung messen, um die Funktionsfähigkeit bzw. den Ausfall einer
Steuereinheit 52, einer Last 5, 24 bis 30,
der Stromquelle 35 od. dgl. und ggf. weitere gewünschte Zustände anzuzeigen,
die dann in den Steuereinheiten 52 in Zustandsdaten umgeformt
und dem Kommunikationsnetz 58 zugeführt werden.
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Weiterhin
kann vorgesehen sein, außer
der in 2 als üblicher
Generator angenommenen Stromquelle 35 zusätzlich eine
Stromquelle in Form einer Batterie 64 (2)
vorzusehen, die zumindest eine Notversorgung des Bordnetzes und
ein sofortiges Aufsuchen einer Werkstatt ermöglicht. Diese Batterie 64 kann
an einer beliebigen Stelle an das Bordnetz angeschlossen werden.
Mit besonderem Vorteil erfolgt dies analog zur Stromquelle 35 mit
zwei parallelen Anschlussleitungen 65 und 66,
die mit den beiden Hauptsträngen 16, 17, 18 bzw. 19, 20, 21 und vorzugsweise
mit zwei anderen Steuereinheiten 52 als die Stromquelle 35 verbunden
werden, damit beim Defekt einer Anschlussleitung oder Stromquelle noch
die jeweils andere Anschlussleitung oder Stromquelle zur Verfügung steht
und ausreichende Redundanz sichergestellt ist. Natürlich ist
es auch möglich,
mehr als zwei derartige Stromquellen 35, 64 vorzusehen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die
auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Das gilt insbesondere
für den
Aufbau der intelligenten Knoten 16 bis 23, die
auch anders als beschrieben ausgebildet werden können. Auch die Anordnung und
Verbindung der Knoten und die Verlegung der verschiedenen Leitungsabschnitte
im Kraftfahrzeug kann anders sein, als in den Zeichnungen dargestellt
ist. Insbesondere könnte
zumindest eine der ausgewählten Lasten
an mehr als zwei Knoten direkt angeschlossen sein. Weiter ist klar,
dass die Betriebsspannung für
die Steuereinheit 52 und die zugehörigen Bauelemente eines Knotens
anstatt durch das interne Netzteil 57 alternativ oder zusätzlich auch über das Bus-System
des Kommunikationsnetzes 58 zugeführt werden kann und dann im
Block 57 lediglich aufbereitet wird. Dies kann beispielsweise
durch Anwendung eines mehradrigen Bus-Kabels geschehen, das wenigstens
eine Ader für
Signale (Zustandsdaten, Befehle) und eine Ader für die Betriebsspannung aufweist
oder bei dem die Signale auf die Adern für die Betriebsspannung aufmoduliert
werden. Abgesehen davon kann die Erfindung mit Vorteil an bereits
vorhandenen Bordnetzen realisiert werden, indem diese zusätzlich mit
den beschriebenen Knoten versehen werden. Hierbei werden vorzugsweise
solche Knoten verwendet, bei denen zumindest die Stromflüsse durch
die zu den Lasten führenden
Schalter regelbar sind. Dadurch ist eine gezielte Lastflusssteuerung möglich, die
verhindert, dass unter Umständen
zu schwach ausgelegte Leitungen beim Fließen höherer, nur im Falle eines Fehlers
auftretender Ströme durchbrennen.
Weiterhin brauchen nicht alle, sondern zweckmäßig nur die ausgewählten Lasten
eines Bordnetzes in der beschriebenen Weise von zwei Knoten her
versorgt werden. Das ist in 2 beispielhaft
für zwei
Lasten 67 und 68 in Form von automatischen Türöffnungsmechanismen
dargestellt, die nur vom Knoten 17 bzw. 20 aus
mit Strom versorgt werden. Außerdem
ist klar, dass die in 2 dargestellten Lasten und Knoten
nur ein Ausführungsbeispiel
darstellen, das in vielfacher Weise verändert werden kann. Das gilt
insbesondere im Hinblick darauf, dass die Erfindung nicht nur auf
die als Ausführungsbeispiele
beschriebenen Kraftfahrzeuge, sondern in analoger Weise auch auf
irgendwelche anderen Fahrzeuge angewendet werden kann. Als "andere" Fahrzeuge kommen
hier im Prinzip alle Land-, Wasser- oder Luftfahrzeuge und auch
Schienen- oder Kettenfahrzeuge in Betracht. Schließlich versteht
sich, dass die verschiedenen Merkmale auch in einer anderen als
der beschriebenen und dargestellten Weise miteinander kombiniert
werden können.