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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftwagens, welcher eine Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern aufweist, die über wenigstens eine elektrische Leitungseinrichtung mit wenigstens einer Quelle für elektrische Energie verbunden sind. Die Erfindung betrifft auch eine Schaltungsanordnung für einen Kraftwagen, die eine Mehrzahl solcher elektrischer Verbraucher aufweist, sowie einen Kraftwagen mit einer solchen Schaltungsanordnung.
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Bei einem Kraftwagen werden elektrische Verbraucher, wie z. B. Steuergeräte, Aktuatoren und Sensoren, in der Regel durch eine Autobatterie versorgt, also eine zentrale Quelle für elektrische Energie. Der Energiebedarf der einzelnen Verbraucher kann dabei während des Betriebs des Fahrzeugs kurzfristig und stark schwanken. Entsprechend fließt dann in den Verbraucher ein Strom aus der Batterie, dessen Stromstärke sich im Verlauf der Zeit sprunghaft oder zumindest mit einem großen zeitlichen Gradienten ändern. Ein solch steiler Anstieg oder Abfall der Stromstärke des Versorgungsstromes eines elektrischen Verbrauchers wird im Folgenden als Schaltflanke bezeichnet.
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Um einen Strom von der Batterie zu den einzelnen Verbrauchern zu führen, sind in dem Kraftwagen meist Kabel verlegt oder (insbesondere zum Bereitstellen eines Massepotentials für einen Rückstrom von den Verbrauchern zur Batterie) elektrisch leitende Strukturbauteile des Kraftwagens galvanisch miteinander gekoppelt. Bei einem entsprechenden Abstand eines Verbrauchers zu der Batterie kann eine solche Leitungseinrichtung über einen Meter, in Einzelfällen sogar bis zu zehn Meter, lang sein. Wird ein Verbraucher über die Leitungseinrichtung mit einem Versorgungsstrom versorgt, dessen Stromstärke Schaltflanken aufweist, so strahlen die einzelnen Leitungselemente (Kabel oder elektrisch leitende Bauteile) eine elektromagnetische Strahlung ab. Die Leitungselemente wirken dabei als Sendeantennen.
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Durch diese Störstrahlung kann es zu einer Beeinträchtigung des Betriebs von elektronischen Geräten in dem Kraftwagen, insbesondere von Empfängern für elektromagnetische Strahlung, kommen. Dann ist die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Schaltungsanordnung aus den elektrischen Verbrauchern, der Leitungseinrichtung und der Batterie mit diesen Geräten nicht gegeben.
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Um die EMV einzelner elektrischer Verbraucher zu verbessern, d. h. für diese auch besonders große Änderungen ihres Energiebedarfs zu ermöglichen, ohne dass es dabei zu einer Ausstrahlung einer für den Betrieb des Kraftwagens kritischen Störstrahlung kommt, kann der Verbraucher mit einem lokalen Speicher für elektrische Energie ausgestattet sein. So ist bekannt, einen Kondensator direkt an einem Schaltelement des Verbrauchers vorzusehen, über welches ein Stromfluss in den Verbraucher gesteuert wird. Zum Nachladen des Kondensators ist dann vorgesehen, dessen Nachladestrom aus der Batterie über einen elektrischen Widerstand zu führen. Die sich in der Leitungseinrichtung ergebenden Änderungen des Verlaufs des Nachladestroms sind dann wesentlich flacher. Nachteilig bei der Verwendung von Speicherkapazitäten ist, dass es sich um verhältnismäßig große und teure Bauteile handelt, wenn der über sie zu versorgende Verbraucher einen großen Energiebedarf hat.
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Eine weitere Möglichkeit besteht in der Abschirmung der einzelnen Leitungselemente der Leitungseinrichtung, was unerwünscht hohe Herstellungskosten zur Folge haben kann.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einem Kraftwagen die EMV einer Schaltungsanordnung aus elektrischen Verbrauchern zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, eine Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 11 sowie einen Kraftwagen gemäß Patentanspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
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Die Verbesserung der EMV wird gemäß der Erfindung durch zeitversetztes Schalten der elektrischen Verbraucher erreicht. Hierzu werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einzelnen Verbrauchern deren jeweiliges Schaltelement, mittels welchem der Stromfluss aus der Quelle für elektrische Energie steuerbar ist, nicht nur in Abhängigkeit von einem Schaltsignal oder allgemeiner von dem Energiebedarf des Verbrauchers geschaltet, sondern auch in Abhängigkeit von einem Wert eines Schaltzeitparameters des Verbrauchers. Den Verbrauchern werden hierbei unterschiedliche Werte für deren Schaltzeitparameter vorgegeben, so dass die Schaltelemente der Verbraucher zu unterschiedlichen Schaltzeitpunkten geschaltet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass in der Leitungseinrichtung Schaltflanken vermieden werden, bei denen sich die Amplitude der Stromstärke des Stroms in der Leitungseinrichtung derart stark verändert, dass die von der Leitungseinrichtung abgestrahlte Störstrahlung bordeigene Geräte des Kraftwagens stört. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass Störungen bei herkömmlichen Kraftwagen verstärkt dann auftreten, wenn mehrere Schaltelemente synchron schalten. Dies kann beispielsweise bei einer Reihe von Sensoren auftreten, die als Busteilnehmer an einem Datenbus angeschlossen sind und über diesen einen gemeinsamen Schaltbefehl für ihre Schaltelemente empfangen. Die Stärke der Strompulse ist bei synchronem Schalten um die Anzahl der Busteilnehmer verstärkt, die zeitgleich geschaltet werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein solches Aufsummieren von Schaltflanken vermieden. Durch das zeitversetzte Schalten muss sich dabei keine Beeinträchtigung der Funktionsweise des Kraftwagens ergeben. Ein zeitlicher Abstand der Schaltzeitpunkte unterschiedlicher Verbraucher kann weniger als 1 s, insbesondere weniger als 100 ms, betragen, um den gewünschten Effekt zu erreichen. So kann weiterhin jeder Verbraucher stets rechtzeitig aktiviert werden.
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Die Erfindung betrifft auch eine Schaltungsanordnung für einen Kraftwagen. Diese weist eine Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern auf, die über wenigstens eine elektrische Leitungseinrichtung mit wenigstens einer Quelle für elektrische Energie verbunden sind. Die Schaltungsanordnung ist dazu ausgelegt, zumindest einige der Verbraucher nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schalten. Wird diese Schaltungsanordnung in einen Kraftwagen eingebaut, ist gewährleistet, dass sich weder die elektrischen Verbraucher gegenseitig noch andere Geräte des Kraftwagens während eines Betriebs desselben durch eine zu starke, von der Leitungseinrichtung ausgehende Störstrahlung gestört werden.
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Die Schaltungsanordnung ist dabei gemäß einer vorteilhafte Weiterbildung derart ausgestaltet sein, dass die Verbraucher über eine gemeinsame Leitungseinrichtung mit der Quelle für elektrische Energie verbunden sind. Dies verringert in vorteilhafter Weise dieser Verdrahtungsaufwand in dem Kraftwagen. Wird hierbei eine Leitungseinrichtung verwendet, die ein Kabel umfasst, das länger als 1 m ist, ergibt sich als zusätzlicher Vorteil, dass die Verbraucher in entsprechend großen Abständen zueinander in dem Kraftwagen angeordnet sein können, ohne dass die Leitungseinrichtung durch die Schaltvorgänge in den einzelnen Verbrauchern eine unerwünscht starke Störstrahlung aussendet.
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Bei einer anderen Weiterbildung der Schaltungsanordnung ist wenigstens einer der Verbraucher als Sensor ausgestaltet. Dieser kann dann auch verhältnismäßig weit von einem weiteren Verbraucher entfernt sein, der die Sensorsignale auswertet, ohne dass hierbei durch häufiges Schalten des Schaltelements des Sensors eine Störstrahlung von der Leitungseinrichtung für die Energieversorgung ausgeht.
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Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftwagen, in welchen eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eingebaut ist.
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Einen weiteren Aspekt der Erfindung stellt ein elektrischer Verbraucher dar, der sich mit weiteren Verbrauchern seiner Art in einem Kraftwagen betreiben lässt, ohne dass die Verbraucher hierdurch eine unnötig starke Störstrahlung über eine elektrische Leitungseinrichtung des Kraftwagens aussenden, über welche sie einen elektrischen Versorgungsstrom empfangen. Ein solcher erfindungsgemäßer elektrischer Verbraucher weist einen elektrischen Anschluss auf, der dazu ausgelegt ist, aus der elektrischen Leitungseinrichtung den elektrischen Strom zum Betreiben des Verbrauchers zu empfangen. Er weist zudem ein Schaltelement auf, das dazu ausgelegt ist, den Strom wahlweise zu unterbrechen. Zusätzlich weist er einen Speicher für einen Wert eines Schaltzeitparameters sowie eine Steuereinheit auf, die dazu ausgelegt ist, das Schaltelement in Abhängigkeit von einem in dem Speicher gespeicherten Wert zu schalten.
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Im Zusammenhang mit der Erfindung wird unter einem elektrischen Verbraucher insbesondere verstanden: ein Sensor des Kraftwagens (wie zum Beispiel eine Kamera, ein Temperaturfühler, eine Spannungsmesseinrichtung oder ein Stromwandler), ein Steuergerät des Kraftwagens oder ein Aktuator des Kraftwagens (wie zum Beispiel ein Elektromotor, ein hydraulischer Antrieb mit Elektropumpe oder ein elektrisches Schloss). Das Schalten eines Schaltelements bedeutet insbesondere, dass das Schaltelement entweder von einem sperrenden in einen leitenden Zustand oder umgekehrt von einem leitenden in einen sperrenden Zustand geschaltet wird. Unter einer Quelle für elektrische Energie wird insbesondere eine Niedervolt-Batterie (Batteriespannung kleiner als 60 V), eine Hochvolt-Batterie (Batteriespannung größer als oder gleich 60 V), ein Generator, eine Brennstoffzelle oder ein kapazitiver Energiespeicher verstanden. Eine Leitungseinrichtung ist durch elektrisch leitende Elemente gegeben, über welche ein Stromkreis mit einem Stromfluss von der Quelle in einen Verbraucher geschlossen ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sieht eine Ausführungsform vor, dass durch die Werte die Schaltzeitpunkte der einzelnen Schaltelemente derart festgelegt werden, dass ein Strom aus der Quelle stets nur in eine vorbestimmte Anzahl von Verbrauchern, bevorzugt einen einzigen Verbraucher, oder eine vorbestimmte Gruppe von Verbrauchern fließt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass auch eine Stromstärke eines Summenstroms, der sich aus den einzelnen Versorgungsströmen der Verbraucher ergibt, unter einen vorgebbaren Wert einstellbar ist. Hierdurch sind dann auch eine Feldstärke und damit eine Energie eines die Leitungseinrichtung ergebenden magnetischen Feldes entsprechend begrenzt.
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Abhängig davon, wie viele elektrische Verbraucher in einem Kraftwagen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren geschaltet werden sollen, kann es schwierig sein, geeignete Werte zu finden, um bei einem bestimmten Verbraucher zu gewährleisten, dass er mit Strom versorgt wird, wenn er einen Energiebedarf hat, d. h. wenn die Funktionalität, die durch den elektrischen Verbraucher bereitgestellt wird, in dem Kraftwagen benötigt wird. Hierzu gibt es mehrere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Gemäß einer dieser Weiterbildungen wird wenigstens einem Verbraucher ein Soll-Schaltzeitpunkt vorgegeben und bei dem Verbraucher dann in Abhängigkeit von dem Wert für seinen Schaltzeitparameter ein Zeitversatz (Englisch: Offset) bestimmt, welchen der Schaltzeitpunkt des Schaltelements bezüglich des Soll-Schaltzeitpunkts aufweist. Durch entsprechende Vorgabe eines Soll-Schaltzeitpunkts kann sichergestellt werden, dass der Verbraucher innerhalb eines bestimmten Zeitraums geschaltet wird. Zudem kann mehreren Verbrauchern, die alle in der beschriebenen Weise mit einem Zeitversatz geschaltet werden, derselbe Soll-Schaltzeitpunkt vorgegeben werden, ohne dass es hierdurch zu zeitgleichen Schaltvorgängen kommt. Es können daher zahlreiche herkömmliche Schaltverfahren weiter verwendet werden (z. B. zeitgleiches Ansteuern mehrere Sensoren), ohne dass hierdurch eine Störstrahlung verursacht wird.
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Durch Vorgeben mehrerer Soll-Schaltzeitpunkte in einem Zeittakt mit Zeittaktpunkten ergibt sich zudem der Vorteil, dass alle zukünftigen Schaltzeitpunkte derjenigen Verbraucher, die sich an dem Zeittakt orientieren, bei Bedarf sehr einfach verändert werden können, indem der Zeittakt verändert wird.
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Eine andere der Weiterbildungen sieht vor, bei wenigstens einem Verbraucher einen Schaltzeitpunkt des Schaltelements auf der Grundlage einer linearen Funktion des Werts für seinen Schaltzeitparameter zu bestimmen. So ist insbesondere vorgesehen, den Wert mit einem vorbestimmten Zeitwert zu multiplizieren. Diese Weiterbildung weist den Vorteil auf, dass ein Schaltzeitpunkt des Schaltelements eines Verbrauchers einfach dadurch festgelegt werden kann, dass diesem Verbraucher eine Ordnungsnummer zugewiesen wird. Möchte man nun mehrere Verbraucher aufeinander abstimmen, müssen diesen lediglich unterschiedliche Ordnungsnummer zugewiesen werden. Die lineare Funktion stellt sicher, dass sich daraus stets unterschiedliche Schaltzeiten ergeben, wobei mittels der Funktion zugleich ein zeitlicher Abstand zwischen den Schaltzeitpunkten festgelegt werden kann.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich im Zusammenhang mit elektrischen Verbrauchern, die als Busteilnehmer für einen Datenbus eines Bussystems des Kraftfahrzeugs ausgebildet sind. Hierbei wird als Wert für den Schaltzeitparameter eines jeweiligen Verbrauchers dessen Busadresse verwendet. Solche Busadressen müssen in einem Bussystem stets eindeutig sein, d. h. jeder Busteilnehmer muss eine andere Busadresse aufweisen. Somit ergeben sich automatisch unterschiedliche Schaltzeiten, wenn aus einer Busadresse z. B. über eine lineare Funktion ein Schaltzeitpunkt oder ein Offset berechnet wird. Vorteilhaft ist hierbei, dass bei Verwendung der schon vorhandenen Adressen zum Abstimmen der Schaltzeitpunkte kein zusätzlicher Planungsaufwand notwendig ist.
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Eine andere Weiterbildung sieht vor, bei wenigstens einem Verbraucher in Abhängigkeit von dem Wert für dessen Schaltzeitparameter ein Zeitfenster festzulegen, innerhalb dessen das Schaltelement in einen leitenden Zustand geschaltet wird, falls der Verbraucher elektrische Energie benötigt. Diese Weiterbildung weist den Vorteil auf, dass beim Festlegen des Werts für den Schaltzeitparameter dieses Verbrauchers ein genauer Zeitpunkt, zu dem die Energie benötigt wird, nicht bekannt sein muss.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung wird bei wenigstens einem Verbraucher das Schaltelement in vorbestimmten Zeitabständen, insbesondere periodisch, wiederholt geschaltet. Dann ist es lediglich nötig, für einen der Schaltzyklen den Schaltzeitpunkt richtig einzustellen, um auch für zukünftige Schaltvorgänge bereits den richtigen Schaltzeitpunkt festzulegen. Werden mehrere der Verbraucher in solchen Schaltzyklen geschaltet, lassen sich diese in ihrem Schaltverhalten besonders einfach aufeinander abstimmen.
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Um das erfindungsgemäße Verfahren in einem Kraftwagen durchzuführen, ist in einer Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen, die Schaltelemente zumindest einiger der Verbraucher durch eine gemeinsame zentrale Steuereinheit zu schalten. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Verbraucher selbst nicht in besonderer Weise ausgestaltet sein müssen. Es können herkömmliche elektrische Verbraucher verwendet werden. Durch die zentrale Steuereinheit ist dann dennoch sichergestellt, dass die Verbraucher zu unterschiedlichen Zeitpunkten geschaltet werden und so keine Störungen durch Aufsummieren von Schaltflanken in den Leitungseinrichtungen verursacht werden.
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Eine andere Weiterbildung sieht dagegen vor, die Schaltelemente zumindest einiger der Verbraucher durch eine jeweilige lokale Steuereinheit des Verbrauchers zu schalten. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass diese Verbraucher auch in einem herkömmlichen Kraftwagen beliebig kombiniert werden können, ohne dass durch deren Betrieb eine elektromagnetische Störung in dem Kraftwagen verursacht wird. Die Verbraucher müssen einfach in ihrem Schaltverhalten auf einander abgestimmt werden. Eine zusätzliche Steuereinheit muss der Kraftwagen dazu dann nicht aufweisen.
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Um eine sich selbstkonfigurierende Schaltungsanordnung zu erhalten, sieht eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, die unterschiedlichen Werte für die Schaltzeitparameter zufällig festzulegen. Die elektrischen Verbraucher sind dann selbstorganisierend, d. h. bei der Installation der Verbraucher in den Kraftwagen können diese selbst geeignete Zeitpunkte zum Schalten ihrer Schaltelemente ermitteln.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die elektrischen Verbraucher ihre Werte für die Schaltzeitparameter untereinander abstimmen. Dazu kann vorgesehen sein, dass die Verbraucher die Werte über eine Kommunikationseinrichtung, z. B. einen Datenbus, untereinander oder mit einer zentralen Steuereinheit austauschen.
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Die Werte für die Schaltzeitpunkte müssen nicht konstant sein. Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, die Werte während eines Betriebs des Kraftwagens in Abhängigkeit von einem Betriebszustand desselben zu verändern. Dann lassen sich die Schaltzeitpunkte in vorteilhafter Weise an den Energiebedarf der Verbraucher anpassen.
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Die Erfindung umfasst auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und des erfindungsgemäßen elektrischen Verbrauchers, die Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen. Sie sind hier nicht noch einmal gesondert beschrieben. Entsprechend ergeben sich auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hier nicht noch einmal gesondert geschriebene Weiterbildungen, die den beschriebenen Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und des erfindungsgemäßen Verbrauchers entsprechen und die ebenfalls Bestandteil der Erfindung sind.
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Zudem ergeben sich weitere Merkmale der Erfindung aus den Ansprüche, den Figuren und der nachstehenden Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmal und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 Eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung eines Personenkraftwagens, der einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftwagens darstellt,
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2 ein Diagramm mit zeitlichen Verläufen von Stromstärken mehrere Versorgungsströme für elektrische Verbraucher in einem Kraftwagen gemäß dem Stand der Technik und
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3 ein Diagramm mit zeitlichen Verläufen von Stromstärken mehrerer Versorgungsströme von elektrischen Verbrauchern des Personenkraftwagens von 1.
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Die Beispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.
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In 1 ist eine Schaltungsanordnung 10 aus elektrischen Verbrauchern 11, 12, 13, elektrischen Kabeln 14, 15, 16, 17, einer Spannungsquelle 18 und einem Datenbus 19 gezeigt. Die elektrischen Verbraucher 11, 12, 13 werden von der Spannungsquelle 18 über das Kabel 14 und jeweils über eines der Kabel 15, 16, 17 mit elektrischer Energie für ihren Betrieb versorgt. Dazu fließen in den Kabeln 15, 16, 17 jeweilige Versorgungsströme I1, I2, I3. Über den Datenbus 19 tauschen die Verbraucher 11, 12, 13 als Busteilnehmer Daten untereinander oder mit anderen (nicht dargestellten) Busteilnehmern aus. Den Verbrauchern 11, 12, 13 sind für die Kommunikation über den Datenbus 19 eindeutige Busadressen A1, A2, A3 zugeordnet.
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Die Schaltungsanordnung 10 ist in einen (nicht weiter dargestellten) Personenkraftwagen eingebaut. Bei der Spannungsquelle 18 kann es sich beispielsweise um eine Autobatterie des Personenkraftwagens oder um eine Lichtmaschine desselben oder eine Brennstoffzelle handeln. Die Spannungsquelle 18 erzeugt eine Versorgungsspannung Ub zwischen den Kabeln 14, 15, 16, 17 einerseits und einem Massepotentials 20 andererseits. Über das Massepotentials 20 fließen die Versorgungsströme I1, I2, I3 wieder zurück in die Spannungsquelle 18.
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Bei den Verbrauchern 11, 12, 13 kann es sich jeweils beispielsweise um ein Steuergerät des Personenkraftwagens oder auch ein peripheres Busgerät handeln, wie zum Beispiel einen Sensor oder einen Aktuator.
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Bei den Datenbus 19 selbst kann es sich beispielsweise um einen CAN-Bus oder einen FlexRay-BusTM handeln.
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Jeder der Verbraucher 11, 12, 13 stellt in dem Personenkraftwagen eine bestimmte Funktionalität bereit. Dabei kann es sich Falle eines Steuergerät beispielsweise um das Steuer eines bestimmten Vorganges handeln, im Falle eines Sensors beispielsweise das Messen eines Signals und Übertragen des Messwertes über den Datenbus 19 zu einem Empfänger hin, im Falle eines Aktuators beispielsweise um das Bewegen einer Welle eines Elektromotors. Die Verbraucher 11, 12, 13 sind dabei in dem Personenkraftwagen nicht durchgängig aktiv. Sie befinden sich vielmehr in einem Ruhezustand (Englisch: Stand-by) und stellen ihre Funktionalität nur zeitweise bereit. In dem Ruhezustand ist bei jedem der Verbraucher 11, 12, 13 ein jeweiliges Schaltelement 21, 22, 23 in einen sperrenden Zustand geschaltet, so dass ein (nicht näher dargestellter) Schaltungsteil des jeweiligen Verbrauchers 11, 12, 13 deaktiviert ist, durch welchen die Funktionalität realisiert oder zumindest gesteuert wird. Ein Verbraucher 11, 12, 13 wird aktiviert, indem sein Schaltelement 21, 22, 23 in einen leitenden Zustand geschaltet wird und hierdurch der Schaltungsteil für die Funktionalität mit der Spannungsquelle 18 elektrisch verbunden wird. Durch den Energieverbrauch des jeweiligen Schaltungsteils steigt entsprechen die Stromstärke der Versorgungsströme I1, I2, I3.
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Bei den Schaltelementen 21, 23, 23 kann es sich jeweils beispielsweise um einen elektronischen Schalter, wie etwa einen Halbleiter-Schalter (Transistor, Thyristor usw.), oder einen elektromechanischen Schalter, wie etwa ein Relais, handeln.
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Die Versorgungsströme I1, I2, I3 summieren sich in dem Kabel 14 zu einem Summenstrom Is auf. In dem vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Kabel 14 um ein 3 m langes Kabel. Durch pulsartige Stromschwankungen infolge variabler, stark schwankender und durch die Verbraucher 11, 12, 13 verursachter Lasten strahlt das Kabel 14 bei jeder Schaltflanke des Stromstärkeverlaufs des Stromes Is ein elektromagnetisches Wechselfeld 24 ab. Das Wechselfeld 24 stellt eine Störstrahlung dar, die unter anderem auch Signale in dem Datenbus 19 beeinträchtigen kann, indem durch das Wechselfeld 24 in dem Datenbus 19 eine Störspannungen verursacht wird. Diese mögliche Beeinträchtigung ist in 1 durch einen gestrichelten Pfeil 25 symbolisiert. Bei dem gezeigten Beispiel ist allerdings das Wechselfeld 24 stets so schwach, dass es den Datenbus 19 sowie auch die übrigen, in dem Personenkraftwagen befindlichen Geräte nur in einem solch geringen Maß beeinflusst, dass der Personenkraftwagen durch das Wechselfeld 24 in seiner Funktionstüchtigkeit nicht beeinträchtigt wird.
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Dazu werden die Schaltelemente 21, 22, 23 der Verbraucher 11, 12, 13 stets zeitversetzt zueinander geschaltet. Der sich hieraus ergebende Vorteil in Bezug auf die Stärke des Wechselfelds 24 ist im Folgenden anhand von 2 und 3 näher erläutert. Bei den jeweils in 2 bzw. 3 dargestellten Zeitdiagrammen weisen die Abszissen die gleiche Skalierung auf, so dass gleiche Zeiträume identischen Abschnitten auf den Abszissen entsprechen.
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Die Verbraucher 11, 12, 13 werden jeweils periodisch in Zeitabständen T aktiviert und nach einem der kurzen Aktivzeit dT wieder in den Ruhezustand geschaltet. Insgesamt ergeben sich in den jeweiligen Verläufen der einzelnen Versorgungsströme I1, I2, I3 entlang der Zeit t durch dieses pulsartige Schalten Rechteckimpulse. In 2 ist des Weiteren gezeigt, welcher Stromstärkeverlauf sich für den Summenstrom Is ergäbe, wenn die Verbraucher 11, 12, 13 zeitgleichen geschaltet würden. Hierdurch würden sich beispielsweise zu einem Schaltzeitpunkt t0 ansteigende Schaltflanken S1, S2, S3 im Stromstärkeverlauf der Versorgungsströme I1, I2, I3 zu einer Schaltflanke S = S1 + S2 + S3 im Stromstärkeverlauf des Summenstroms Is aufsummieren. Durch gleichzeitiges Deaktivieren der Verbraucher 11, 12, 13 würde sich nach der Aktivzeit dT eine entsprechende, abfallende Schaltflanke S = S1' + S2' + S3' zum Zeitpunkt t0 + dT im Stromstärkeverlauf des Summenstroms Is ergeben.
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Durch die Schaltflanke S würde sich eine derart große Änderung der Stromstärke des Summenstroms Is ergeben, dass das hierdurch hervorgerufene Wechselfeld 24 eine Feldstärke aufweisen würde, durch welche elektrische Signale im Datenbus 19 und in weiteren elektronischen Geräten des Personenkraftwagens gestört würden.
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In 3 ist dargestellt, zu welchen Zeitpunkten die Verbraucher 11, 12, 13 in dem Personenkraftwagen tatsächlich geschaltet werden. Der Verbraucher 11 wird zu Zeitpunkten t1, t1 + T, t1 + 2 × T usw. aktiviert und jeweils nach der Aktivzeit dT wieder deaktiviert. Zeitlich dazu um einen Zeitversatz Off versetzt wird der Verbraucher 12 zu Zeitpunkten t2, t2 + T, t2 + 2 × T usw. aktiviert und hier ebenfalls jeweils nach der Aktivzeit dT wieder deaktiviert. Schließlich wird der Verbraucher 13 zu Zeitpunkten t3, t3 + T, t3 + 2 × T usw. aktiviert und hier ebenfalls nach der Aktivzeit dT wieder deaktiviert. Der Zeitversatz Off ist hier größer als die Aktivzeit dT. Damit fließt über das Kabel 14 stets nur ein Summenstrom Is, der nur einem der Versorgungsströme I1, I2, I3 entspricht, wie er während einer aktiven Phase des entsprechenden Verbrauchers I1, I2, I3 (zuzüglich der Ruheströme der übrigen Verbraucher) fließt. Somit ergeben sich auch im Summenstrom Is stets nur Schaltflanken S1, S2, S3 und entsprechende, abfallende Schaltflanke S1', S2', S3', die jeweils wesentlich kleiner sind als die Schaltflanken S und S', die sich bei zeitgleichem Schalten ergeben würden. Entsprechend ergeben sich auch geringere Amplituden des Wechselfelds 24, so dass insgesamt weder die Funktionalität des Datenbusses 19 noch diejenige eines anderen elektronischen Geräts des Personenkraftwagens durch das Wechselfeld 24 beeinträchtigt wird.
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Um das Schaltverhalten der Verbraucher 11, 12, 13 so aufeinander abzustimmen, dass sich die in 3 gezeigten Schaltzeitpunkte t1, t2, t3 usw. der einzelnen Schaltelemente 21, 23, 23 ergeben, sind die Schaltzeitpunkte t1, t2, t3 usw. in diesem Beispiel bezüglich eines Zeittakts 26 ermittelt worden, durch welches Taktzeitpunkte t0, t0 + T, t0 + 2 × T usw. vorgegeben sind. Die einzelnen Taktzeitpunkte t0, t0 + T, t0 + 2 × T stellen dabei Soll-Schaltzeitpunkte dar. Der Schaltzeitpunkt 11 des Schaltelements 21 ergibt sich dabei als Summe aus dem Taktzeitpunkt t0 und dem Zeitversatz Off, d. h. t1 = t0 + 1 × Off (1 × bedeutet ein Mal Off). Der Schaltzeitpunkt t2 des Schaltelements 22 ergibt sich als Summe aus dem Taktzeitpunkt t0 und zweimal dem Zeitversatz Off, d. h. t2 = t0 + 2 × Off. Entsprechend wird das Schaltelement 23 zum Schaltzeitpunkt t3 = t0 + 3 × Off geschaltet.
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Die übrigen Schaltzeitpunkte ergeben sich hier durch die Aktivzeit dT bzw. die Zeitabstände T der periodischen Wiederholungen der Schaltvorgänge.
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Damit die Verbraucher 11, 12, 13 jeweils einen eindeutigen Schaltzeitpunkt t1, t2, t3 berechnen, der sich von den Schaltzeitpunkten t1, t2, t3 der übrigen Verbraucher 11, 12, 13 unterscheidet, wird in dem gezeigten Beispiel der Faktor für den Zeitversatz Off (1 × Off, 2 × Off bzw. 3 × Off) bei jedem Verbraucher 11, 12, 13 in Abhängigkeit von seiner Busadresse A1, A2, A3 berechnet. Die Busadressen A1, A2, A3 stellen damit jeweils einen Schaltparameter dar, von dessen Wert die Schaltzeitpunkte t1, t2, t3 usw. abhängig gemacht werden.
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Zum Berechnen des Schaltzeitpunkts t1 und zum Erzeugen eines entsprechenden Schaltsignals zum Schalten des Schaltelements 21 zum Schaltzeitpunkt t1 ist in dem gezeigten Beispiel in dem Verbraucher 11 eine Steuereinheit 27 in demselben Modul integriert, in dem sich auch das Schaltelement 21 befindet. Durch die Steueeinheit 27 wird auf der Grundlage eines Adressspeicher 28 des Verbrauchers 11, in welchem die Busadresse A1 gespeichert ist, der Schaltzeitpunkt 11 berechnet. Die übrigen Schaltzeitpunkte für das Schaltelement 21 ermittelt die Steuereinheit 27 dann in der bereits beschriebenen Weise. Die Steuereinheit 27 kann beispielsweise einen Mikrocontroller umfassen.
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Der Verbraucher 12 weist eine vergleichbare Steuereinheit 29 auf, durch welche der Schaltzeitpunkt t2 und die übrigen Schaltzeitpunkte für das Schaltelement 22 in Abhängigkeit von der Busadresse A2 berechnet werden, welche in einem Adressspeicher 30 des Verbrauchers 12 gespeichert ist. Der Verbraucher 13 weist eine Steuereinheit 31 zum Berechnen der Schaltzeitpunkte t3 usw für das Schaltelement 23 in Abhängigkeit von der Busadresse A3 auf, die in einem Adressspeicher 32 des Verbrauchers 13 gespeichert ist. Die Adressspeicher 28, 30, 32 stellen Speicher für den Wert des Schaltzeitparameters des jeweiligen Verbrauchers 11, 12, 13 dar.
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Anstelle einer lokalen Steuereinheit 27, 29, 31 für jeden Verbraucher 11, 12, 13, welche in demselben Modulgehäuse eingebaut ist wie das jeweilige Schaltelement 21, 22, 23, kann für einen, einige oder alle Verbraucher 11, 12, 13 auch eine zentrale Steuereinheit 33 bereitgestellt sein. Diese steuert dann Schaltelemente der Verbraucher über eine Steuerleitung, die hier beispielsweise den Datenbus 19 umfassen kann, Die Steuereinheit 33 weist dann einen entsprechenden Speicher 34 auf, in welchem die Werte für die Schaltzeitparameter (d. h. hier die Busadressen) derjenigen Verbraucher gespeichert sind, deren Schaltelemente sie schaltet. Bei der Steuereinheit 33 kann es sich beispielsweise um einen Busmaster des Datenbusses 19 oder um ein separates Steuergerät handeln, Insgesamt ist durch die Beispiele gezeigt wie eine Verstärkung der Strompulse in Kabeln des Personenkraftwagens beseitigt werden kann, die durch gleichzeitiges Schalten von synchron angesteuerten Busteilnehmer 11, 12, 13 entstehen können. Dazu wird für jeden Teilnehmer 11, 12, 13 eine geringe Verzögerungszeit 1 × Off, 2 × Off bzw. 3 × Off vorgegeben. Geeignete Schaltzeiten t1, t2, t3 usw. werden ermittelt, indem auf vorgegebe Soll-Schaltzeitpunkte t0, t0 + T, t0 + 2 × T usw. die jeweiligen Verzögerungszeiten aufaddiert werden. Jeder Busteilnehmer hat am Datenbus eine spezifische Adresse A1, A2, A3. Die Verzögerungszeit für einen bestimmten Teilnehmer 11, 12, 13 wird gemäß einer linearen Funktion in Abhängigkeit von seiner Adresse A1, A2, A3 berechnet. Hierdurch ergibt sich eine teilnehmerspezifische Entkopplung der Schaltvorgänge in dem Gesamtsystem 10.
