-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Zustands von mehreren Verbrauchern mittels Steuernachrichten über ein Bussystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Stand der Technik
-
Ein gattungsgemäßes Verfahren kann bspw. der
US 2004/0090219 A1 entnommen werden. Aus der
DE 10 2004 042 222 A1 ist ein Steckerelement zum Anschluss eines Verbrauchers an ein Bussystem bekannt.
-
In Kraftfahrzeugen sind heutzutage Leitungen zur Energie- und Informationsübertragung zu Kabelbäumen zusammen gefasst. Ein Kabelbaum eines Kraftfahrzeugs hat im Allgemeinen eine sternförmige Struktur. Über die Leitungen des Kabelbaums werden an diesen angeschlossene Verbraucher, beispielsweise Stellmotoren für elektrische Fensterheber oder eine elektrische Sitzverstellung, angesteuert, d. h. aktiviert oder deaktiviert. Zur Aktivierung der Verbraucher werden üblicherweise Schalter eingesetzt, durch die die Energiezufuhr zu den Verbrauchern hergestellt, unterbrochen oder auf einen bestimmten Wert eingestellt.
-
Auch in Gebäuden, insbesondere beim Gebäudemanagement, ist die Vorgehensweise traditionell die Gleiche: Verbraucher werden in der Regel geschaltet, indem ihnen zentral (von einem Schalter aus) die Versorgungsspannung zu- oder abgeschaltet bzw. gedrosselt wird.
-
Die Energieversorgungsleitungen werden also gewissermaßen zur Übertragung der Information zur Ansteuerung der Verbraucher benutzt. Die Folge ist, dass jeder Verbraucher seine eigene Energieversorgungsleitung vom Schalter bis zum Verbraucher benötigt, auch wenn er räumlich nahe an anderen Verbrauchern liegt. Dies führt zu einer komplexen, weit verzweigten und vom Gewicht her schweren Verkabelung von Verbrauchern in Kraftfahrzeugen und Gebäuden.
-
Aufgrund der genannten Nachteile sind in der Vergangenheit verschiedentlich bereits modernere Architekturen zur Energieversorgung und Ansteuerung von Verbrauchern in Kraftfahrzeugen und Gebäuden eingesetzt worden, bei denen Energie- und Informationsübertragung bzw. die entsprechenden Kanäle getrennt sind. Die Verbraucher hängen dabei an einer gemeinsamen Energieversorgungsleitung. Die Information für die gewünschte Ansteuerung der Verbraucher wird über einen separaten Kanal, einen sogenannten Feldbus, übertragen. Durch diese Maßnahme sinkt der Verkabelungsaufwand gegenüber der traditionellen Sternstruktur erheblich. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die einfache Erweiterbarkeit der Feldbus-Architektur um zusätzliche Verbraucher, ohne dass ein neuer Kabelbaum bzw. neue Leitungen für den Kabelbaum verlegt werden müssten.
-
Als nachteilig bei den bekannten Feldbus-Architekturen hat sich jedoch erwiesen, dass diese für bestimmte Anwendungen zu komplex und insbesondere zu teuer sind. Dies gilt insbesondere für eine einfache Ansteuerung von Verbrauchern, wie sie bisher über einfache Schalter oder Potentiometer gemacht wurde. Bei den heutzutage eingesetzten Feldbus-Architekturen übersteigen im Allgemeinen die Kosten der Feldbuselektronik (Material und Aufwand für Installation und Wartung) die Kosten der eingesparten Verbraucherzuleitungen. Die Feldbus-Architektur ist also deutliche teurer als die klassische Kabelbaumstruktur. Erst bei Berücksichtigung der unter Umständen geringeren Montagekosten und der Vorteile bezüglich der einfachen Erweiterbarkeit der Feldbus-Architektur und des vereinfachten Variantenhandlings, kann die Feldbus-Architektur gegenüber der traditionellen Kabelbaumstruktur überzeugen. In der Fertigungstechnik haben sich Feldbussyteme unter anderem deshalb heute schon durchgesetzt.
-
Dennoch stellt der höhere Einkaufspreis der Feldbus-Architektur gegenüber herkömmlichen Kabelbaumstrukturen eine zum Beispiel im Kraftfahrzeug zur Zeit kaum überwindbare Hürde bei der Markteinführung dar.
-
Deshalb liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes und kostengünstiges Verfahren zur Ansteuerung von Verbrauchern zur Verfügung zu stellen.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren mit sämtlichen Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Insbesondere wird ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass ein Verbraucher seinen Zustand gemäß einer Steuernachricht erst dann ändert, wenn er innerhalb einer vorgebbaren Zeitdauer mindestens zweimal dieselbe Steuernachricht empfängt.
-
Vorteile der Erfindung
-
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber den existierenden Feldbus-Architekturen ist in der besonders einfachen, aber für den vorgesehenen Einsatzbereich völlig ausreichenden Funktionalität und der damit verbundenen verringerten Komplexität des Bussystems zu sehen. Durch die Vereinfachung ergibt sich für das erfindungsgemäße Bussystem gegenüber den bekannten Feldbussystemen, wie beispielsweise CAN oder LIN, ein deutlich günstigerer Preis mit nur geringfügigen funktionalen Einbußen, die – wie gesagt – für den vorgesehenen Einsatzbereich problemlos in Kauf genommen werden können. Der vorgesehene Einsatzbereich betrifft insbesondere die Steuerung des Zustands von Verbrauchern, insbesondere das Schalten der Verbraucher. Das Schalten kann beispielsweise ein mehrstufiges Schalten der Verbraucher, im einfachsten Fall ein Zweipunktschalten (Ein/Aus), und in einem komplexeren Fall ein stufenloses bzw. quasi-stufenloses Schalten (beispielsweise das Dimmen einer Leuchte oder das Erhöhen oder Erniedrigen der Drehzahl eines Elektromotors) umfassen.
-
Die Kommunikation zwischen einer Ansteuereinheit und den Verbrauchern über das Bussystem erfolgt ausschließlich in eine Richtung, nämlich in Richtung von der Ansteuereinheit zu den Verbrauchern hin, so dass eine Ansteuerung der Verbraucher möglich ist. Eine Rückmeldung über den aktuellen Zustand oder eventuell aufgetretene Fehler von den Verbrauchern zu der Ansteuereinheit über das Bussystem ist bewusst nicht vorgesehen.
-
Das erfindungsgemäße Bussystem hat den Vorteil, dass das Bussystem redundant ausgebildet ist und Übertragungsfehler erkannt und korrigiert werden können. Die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bussystems ist deshalb von besonderer Bedeutung, da bei dem Bussystem eine Rückmeldung von den Verbrauchern zu der Ansteuereinheit nicht vorgesehen ist, so dass die Ansteuereinheit keine Informationen darüber erhält, ob die Übertragung der Steuernachrichten zu dem Verbraucher erfolgreich war und ob der Verbraucher richtig, d. h. gemäß dem Ansteuerbefehl der Steuernachricht, reagiert hat. Mit der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bussystems gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 ist es möglich, ein Fehlverhalten oder einen Fehler eines Verbrauchers zu detektieren bzw. bei dem Bussystem gemäß Anspruch 7 im Fehlerfall den defekten Verbraucher zu deaktivieren, um Schaden zu vermeiden.
-
Die dem Verbraucher zugeordnete Logik, die bei jedem Empfang einer Steuernachricht über das Bussystem den Verbraucher in den entsprechenden Zustand schaltet, kann Bestandteil eines Steckerelements sein, über das ein Verbraucher an das Bussystem angeschlossen werden kann. Über dieses ”intelligente” Steckerelement können also auf besonders einfache Weise herkömmliche Verbraucher an das erfindungsgemäße Bussystem angeschlossen werden.
-
Zeichnungen
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein erfindungsgemäßes Bussystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform; und
-
2 beispielhafte Steuernachrichten zur Ansteuerung eines Verbrauchers.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Bussystem zur Ansteuerung von Verbrauchern gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Das Bussystem ist in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Es umfasst eine Energieversorgungsleitung 2 sowie eine Informationsübertragungsleitung 3. An die gemeinsame Energieübertragungsleitung 2 sind mehrere Verbraucher 4 angeschlossen, von denen in 1 beispielhaft lediglich drei dargestellt sind. Die Verbraucher 4 können je nach dem, wo das Bussystem 1 eingesetzt wird, nahezu beliebig ausgebildet sein. Bei einem Einsatz des Bussystems 1 in einem Kraftfahrzeug können die Verbraucher 4 beispielsweise als eine Innen- oder Außenleuchte, ein Scheinwerfer, eine elektrische Sitzverstellung, eine elektrische Fensterheberbetätigung oder eine elektrische Schiebedachbetätigung ausgebildet sein. Beim Einsatz des Bussystems 1 in einem Gebäude können die Verbraucher 4 beispielsweise als Innen- oder Außenleuchten, als automatisch betätigbare Rolläden, automatisch betätigbare Fenster oder Türen, oder als Klimasteuerung oder -regelung ausgebildet sein.
-
Jedem der Verbraucher 4 ist ein als Slave 5 ausgebildetes Rechengerät, beispielsweise ein Computer, zugeordnet, dessen Arbeitsweise durch ein anderes, als Master bezeichnetes Gerät kontrolliert wird. Der Master ist mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet und ebenfalls an die Informationsübertragungsleitung 3 des Bussystems 1 angeschlossen. Slaves 5 und Masters 6 sind beispielsweise als ein Computer, als ein beliebiges Rechengerät, als ein Mikroprozessor oder als ein Mikrocontroller ausgebildet. Sowohl der Master 6 als auch die Slaves 5 umfassen vorzugsweise mindestens einen an sich bekannten Mikroprozessor (nicht dargestellt) auf dem ein Computerprogramm zur Realisierung der Kommunikation zwischen Master 6 und Slaves 5 ablaufen kann.
-
Jedem der Slaves 5 ist ein Aktor 6 zugeordnet, der über den Slave 5 angesteuert wird, um den Zustand des entsprechenden Verbrauchers 4 zu steuern, insbesondere zu verändern. Der Aktor 6 ist beispielsweise als ein Elektromagnet, als ein Schaltrelais, als ein Elektromotor o. ä. ausgebildet.
-
Dem Master 6 sind Schaltelemente 7 zugeordnet, durch die beispielsweise durch einen Benutzer (nicht dargestellt) ein gewünschter Zustand der Verbraucher 4 eingestellt werden kann. In dem Ausführungsbeispiel aus 1 ist jedem der Verbraucher 4 ein eigenes Schaltelement 7 zugeordnet. Das muss aber nicht so sein. Es ist auch denkbar, dass ein Schaltelement 7 zur Ansteuerung von mehreren Verbrauchern 4 dient oder ein Verbraucher 4 über eine Kombination mehrerer Schaltelemente 7 angesteuert wird. Die Schaltelemente 7 können hardwaremäßig oder aber auch softwaremäßig realisiert sein. Für eine softwaremäßige Realisierung sind beispielsweise Symbole der Schaltelemente 7 auf einem Ausgabegerät (nicht dargestellt) abgebildet und werden beispielsweise durch Berühren (bei einem Touchscreen) oder durch Anklicken mit einem Zeigegerät (Mouse) betätigt bzw. geschaltet. Infolge der Betätigung der Schaltelemente 7 ergibt sich ein Schaltsignal, welches dem Master 6 zugeführt wird. Dieser erzeugt dann eine entsprechende Steuernachricht, um den gewünschten Verbraucher 4 in der gewünschten Weise anzusteuern.
-
In 2 sind zwei Steuernachrichten zur Ansteuerung eines Verbrauchers 4 beispielhaft dargestellt. Die Länge der Steuernachricht ist mit tNachricht bezeichnet. Die obere Steuernachricht in 2 schaltet beispielsweise den Verbraucher #2 ein, und die untere Steuernachricht schaltet den Verbraucher #2 aus. Jede Steuernachricht umfasst einen Adressbereich, der beispielsweise 4 Bit umfasst und in dem beispielsweise die Kennung (Identifikation, ID) des dem anzusteuernden Verbraucher 4 zugeordneten Slaves 5 codiert ist. Des Weiteren umfasst eine Steuernachricht einen Nachrichtenbereich, der beispielsweise 4 bis 6 Bit umfasst, und in dem der gewünschte Schaltbefehl codiert ist.
-
Als Verbraucher 4 werden nicht nur Geräte bezeichnet, die Energie verbrauchen, sondern auch solche, die Energie erzeugen und/oder Energie speichern. Die Verbraucher 4 sind über einen ”intelligenten” Stecker an die gemeinsame Energieversorgungsleitung 2 bzw. einen gemeinsamen Energieversorgungskanal und die Informationsübertragungsleitung 3 bzw. einen gemeinsamen Informationsübertragungskanal angeschlossen. Als Informationsübertragungskanal wird erfindungsgemäß statt eines relativ kostspieligen Feldbussystems, wie beispielsweise CAN oder LIN, ein einfacher Eindrahtbus benutzt, bei dem der Master 6 über relativ langsame, einfach auszuwertende digitale Pulsmuster (vergleiche 2) den ”intelligenten” Steckern mitteilt, in welchem Zustand er die einzelnen Verbraucher 4 wünscht (ein, aus, gedimmt, etc.).
-
Eine Informationsübertragung findet nicht nur bei einem gewünschten Zustandswechsel eines Verbrauchers 4, sondern vorzugsweise zyklisch statt. Durch die zyklische Übertragung des Zustandswunsches für die Verbraucher 4 ist eine Rückmeldung durch die Verbraucher 4 über ihren tatsächlichen Zustand nicht erforderlich. Die Verbraucher 4 sind nur passive Teilnehmer am Bus. Das Bussystem 1 bzw. die Informationsübertragungsleitung 3 ist also als ein uni-direktionaler Bus ausgebildet, über den nur eine Einwege-Kommunikation möglich ist.
-
Als Auswerte-Elektronik ist kein aufwendiger Bus-Controller notwendig. Es genügt, wenn in den ”intelligenten” Steckern eine einfache Auswerteschaltung in Form einer einfachen Digitalschaltung vorgesehen ist. Auch der digitale Eingang eines Mikro-Controllers kann als Auswerte-Elektronik genutzt werden. Der ”intelligente” Stecker beinhaltet zum Schutz der Verbraucher 4 als Sicherung eine Überstromerkennung. Bei einem Kurzschluss oder ähnlichem im Verbraucher 4 trennt er diesen automatisch von der Energieversorgungsleitung 2. So lange der zyklisch wiederholte Zustandswunsch des Masters 6 für diesen defekten Verbraucher 4 noch ”Ein” ist, testet der ”intelligente” Stecker regelmäßig durch Schließen eines Energieversorgungsschalters zwischen dem Verbraucher 4 und der Energieversorgungsleitung 2, ob der Kurzschluss im Verbraucher 4 bzw. der resultierende Überstrom noch vorhanden ist. Auf eine aufwendige Diagnosemöglichkeit der Verbraucher 4 durch das Bussystem 1, wie sie beispielsweise bei der Verwendung eines bi-direktionalen Busses möglich wäre, kann somit bei dem erfindungsgemäßen Bussystem 1 unter anderem aus Kostengründen verzichtet werden.
-
Um die Reaktionszeit zwischen Betätigen eines Schaltelementes 7 und Überführen des gewünschten Verbrauchers 4 in den gewünschten Zustand möglichst kurz zu halten, können vom Master 6 gewünschte Schaltereignisse, d. h. gewünschte Zustandsänderungen eines Verbrauchers 4, sofort über die Informationsübertragungsleitung 3 übermittelt werden, statt erst den nachfolgenden Zyklus abzuwarten.
-
Um Übertragungsfehler bei der Übertragung der Steuernachrichten und infolge dessen eine falsche Zustandsänderung eines Verbrauchers 4 möglichst ausschließen zu können, werden die Nachrichten mehrfach redundant übertragen. Die Verbraucher 4 schalten erst, wenn sie mindestens zweimal vorzugsweise in unmittelbar aufeinander folgenden Zyklen dieselbe Steuernachricht empfangen. Dieselben Steuernachrichten sind an den gleichen Verbraucher 4 adressiert und beinhalten den gleichen Steuerbefehl.
