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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US Patentanmeldung mit der Seriennummer 61/408,446, die am 29. Oktober 2010 eingereicht wurde und die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Beispielhafte Ausführungsformen betreffen elektrische Heizungssysteme und insbesondere die Detektion und Handhabung von Fehlern in Heizungssystemen.
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HINTERGRUND
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Heizungssysteme werden in Fahrzeugen verwendet, um für den Fahrer und die Fahrgäste Behaglichkeit bereitzustellen, sowie für funktionale Aspekte des Fahrzeugs. Obwohl Heizungssysteme normalerweise wie konstruiert arbeiten, kann bei Heizungssystemen das Risiko bestehen, dass sie aus verschiedenen Gründen in Fahrzeugen in einem Zustand arbeiten, der außerhalb der Spezifikation liegt.
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Die Druckschrift
US 8 483 905 B2 offenbart ein Heizungssystem für ein Fahrzeug mit einem Heizungssteuerungsmodul, das einen Mikroprozessor zur Detektion und Behandlung von Heizungsfehlern und einen Feldeffekttransistor umfasst, und mit einem Heizungsmodul, das einen mit dem Mikroprozessor verbundenen Thermistor umfasst. Der Mikroprozessor detektiert einen Fehlerfall, wenn eine Temperaturdifferenz zwischen einer ersten Temperaturmessung des Thermistors und einer zweiten Temperaturmessung des Thermistors einen Temperaturdifferenzschwellenwert überschreitet.
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In der Druckschrift
US 5 229 579 A ist eine Sitzheizungssteuerung für Kraftfahrzeuge offenbart, die einen Fehlerfall detektiert, wenn die Temperatur, die von einem Thermistor erfasst wird, nach dem Einschalten eines Transistors kleiner als eine Minimaltemperatur ist.
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ZUSAMMENFASSUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Heizungssystem für ein Fahrzeug bereitgestellt. Ein Heizungssteuermodul enthält einen Mikroprozessor, der zur Detektion von Heizungsfehlern und zur Handhabung von Heizungsfehlern ausgestaltet ist, einen ersten Feldeffekttransistor (FET), der mit dem Mikroprozessor wirksam verbunden ist, und einen zweiten Feldeffekttransistor (FET), der mit dem Mikroprozessor wirksam verbunden ist. Ein Heizungsmodul enthält ein Heizelement, einen ersten Thermistor, der mit dem Mikroprozessor wirksam verbunden ist, und einen zweiten Thermistor, der mit dem Mikroprozessor wirksam verbunden ist. Der Mikroprozessor ist ausgestaltet, um einen Fehlerfall zu detektieren, wenn eine Temperaturdifferenz zwischen einer ersten Temperatur des ersten Thermistors und einer zweiten Temperatur des zweiten Thermistors einen Temperaturdifferenzschwellenwert überschreitet, und um den Fehlerfall zu detektieren, wenn die erste Temperatur des ersten Thermistors und/oder die zweite Temperatur des zweiten Thermistors kleiner als eine Minimaltemperatur ist, nachdem der erste FET eingeschaltet ist und der zweite FET eingeschaltet ist, und um den Fehlerfall zu detektieren, wenn die erste Temperatur des ersten Thermistors und/oder die zweite Temperatur des zweiten Thermistors größer als eine Maximaltemperatur ist, nachdem der erste FET eingeschaltet ist und/oder der zweite FET eingeschaltet ist. Der Mikroprozessor ist ausgestaltet, um den Fehlerfall zu detektieren, wenn der erste FET eingeschaltet ist und der zweite FET ausgeschaltet ist und wenn der Mikroprozessor an einem analogen Eingang keine Logikspannung detektiert, und um den Fehlerfall zu detektieren, wenn der erste FET ausgeschaltet ist und der zweite FET ausgeschaltet ist und wenn der Mikroprozessor am analogen Eingang nicht die Hälfte der Logikspannung detektiert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur als Beispiel in der folgenden genauen Beschreibung von Ausführungsformen, wobei sich die genaue Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen:
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1 ein Blockdiagramm eines elektrischen Heizungssystems gemäß beispielhaften Ausführungsformen darstellt.
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2 eine beispielhafte Implementierung gemäß beispielhaften Ausführungsformen darstellt.
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3 eine Tabelle gemäß beispielhaften Ausführungsformen darstellt.
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4 eine Tabelle gemäß beispielhaften Ausführungsformen darstellt.
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5 ein Computersystem darstellt, das zum Implementieren beispielhafter Ausführungsformen verwendet werden kann.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung ist rein beispielhaft und ist nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungsmöglichkeiten einzuschränken. Es versteht sich, dass in den Zeichnungen einander entsprechende Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung stellt diese Offenbarung ein System bereit, um einen Betrieb außerhalb der Temperaturspezifikation zu beseitigen, der mit elektrischen Heizungsvorrichtungen verbunden ist. Beispielhafte Ausführungsformen beschreiben ein elektrisches Heizungssystem, können aber auf die Detektion- und Steuerstruktur anderer elektrischer Kraftfahrzeuglasten dort angewendet werden, wo Temperaturvorgänge existieren können.
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Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kombiniert das elektrische Heizungssystem mehrere Ebenen von Temperaturdetektionsstrategien, um einen eindeutigen umfassenden Ansatz zur Verhinderung und Detektion potentieller elektrischer Temperaturbedingungen zu bilden, welche, wenn sie nicht detektiert und/oder nicht gesteuert werden, zu einer elektrischen Bedingung außerhalb der Spezifikation führen können.
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Mit Bezug nun auf 1 veranschaulicht 1 ein Blockdiagramm eines elektrischen Heizungssystems 100 gemäß beispielhaften Ausführungsformen. Das elektrische Heizungssystem 100 enthält ein Karosseriesteuermodul (BCM) 105, ein Heizungssteuermodul 110 und ein Heizungsmodul 115. Das Heizungssystem 100 kann in einem Fahrzeug betrieben werden. Das BCM 105 enthält einen Prozessor und eine Software in einem Speicher zur Ausführung gemäß beispielhaften Ausführungsformen.
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Das Heizungssystem 100 kombiniert mehrere Ebenen von Temperaturdetektionsstrategien, um einen umfassenden Ansatz zum Schutz gegen potentielle Bedingungen außerhalb der Spezifikation zu bilden. Eine Bedingung außerhalb der Spezifikation ergibt sich, wenn die Temperatur einer Vorrichtung von ihrer Temperaturklassifizierung abweicht.
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Das BCM 105 schaltet hohe Leistung an das Heizungssteuermodul 110 (nur dann), wenn ein Beheizen angefordert wird. Das BCM 105 steuert über ein Kabel 12 zwei Relais 13 (die einzeln als ein erstes Relais 13a und ein zweites Relais 13b bezeichnet sein können), welche wirksam mit einer Hochleistungs-Batterieversorgung (welche eine Batterie 28 ist) und wirksam mit Erde verbunden sind. Die zwei Relais 13 sind außerdem mit abgedichteten Verbindern 3 wirksam verbunden, die an der Unterseite des Gehäuses für das Heizungssteuermodul 110 angeordnet sind. Auf der Grundlage von Schließ-(und Öffnungs-)Befehlen vom BCM 105 schließen (und öffnen) die zwei Relais 13, um eine Spannung an das Heizungssteuermodul 110 zu liefern, das ein erstes Heizelement 20 (d. h. ein Heizgerät) und ein zweites Heizelement 22 (d. h. ein Heizgerät) im Heizungsmodul 115 mit Leistung versorgt.
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Das BCM 105 liefert über ein Kabel 14 (nur) eine sehr geringe Logikleistung an das Heizungssteuermodul 110, wenn die Aktivierung eines Heizungsmerkmals gefordert sein kann. Beispiele von Heizungsmerkmalen umfassen beheizte Sitze, ein beheiztes Scheibenwaschfluid, Kraftmaschinenkühlmittel, Heizgerätefluid usw. Für die Logikleistung, die einen Mikroprozessor 24 (z. B. einen Controller) des Heizungssteuermoduls 110 betreibt, stellt das BCM 105 beispielsweise einen Maximalstrom von 250 mA (Milliampere) bereit, aber dem Heizungssteuermodul 110 sollte typischerweise nur eine maximale Stromentnahme von 100 mA erlaubt sein.
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Das BCM 105 wird keine Leistung an das Heizungssteuermodul 110 liefern, wenn sich das Fahrzeug im Ruhezustand befindet (z. B. wenn das Fahrzeug nicht eingeschaltet ist), was ein Beheizen außerhalb der Spezifikation beseitigt, wenn das Fahrzeug unbeaufsichtigt ist.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Kabel 14 und 16 so gezeigt sind, dass sie mit dem abgedichteten Verbinder 3 verbunden sind und der abgedichtete Verbinder 3 durch Kabel (nicht gezeigt, um die Details von 1 nicht zu verschleiern) mit dem Mikroprozessor 24 wirksam verbunden ist. Das Kabel 16 kann ein serieller Bus sein, etwa ein lokaler Verbindungsnetzwerkbus (LIN-Bus), wie der Fachmann versteht, der auch nur dann einen Strom bereitstellen wird, wenn ein Beheizen angefordert ist. Das Kabel 14 liefert Logikleistung an den Mikroprozessor 24.
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Das Heizungsmodul 115 weist eine Heizelementkonstruktion auf, die eine Fluidheizung gleichmäßig verteilt. Das erste Heizelement 20 und das zweite Heizelement 22 sind so konstruiert, dass sie das Beheizen gleichmäßig auf Fluide verteilen. Bei einer beispielhaften Implementierung veranschaulicht 2, dass das Heizungsmodul 115 mit einem Fluid 44 gefüllt ist, das in das Modul durch ein Eingangsrohr 40 eintritt und das Modul durch ein Ausgangsrohr 42 verlässt (z. B. zu einem beheizten Scheibenwaschsystem). Während nur das erste Heizelement 20 gezeigt ist (das die Konfiguration für das zweite Heizelement 22 repräsentiert), enthält das erste Heizelement 20 Wärmeleiterrippen (z. B. aus Metall oder Keramik) 46, die zum gleichmäßigen Transfer von Wärme an das Fluid 44 konstruiert sind. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Fluid in einer Kammer enthalten sein, wobei die Kammerwände die Heizelemente sind. Die Wärmeleiterrippen 46 maximieren die Wärmetransferoberfläche und wirken als Wärmeableiter zur Lieferung von Wärme an das Fluid 44 im Heizungsmodul 115. Der Kürze halber sind verschiedene in 1 gezeigte Elemente in 2 weggelassen, um 2 nicht zu verschleiern. Es ist festzustellen, dass jedes Element in 2 wirksam so verbunden ist, wie es in 1 gezeigt ist.
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Das Heizungsmodul 115 kann Temperaturerfassungsthermistoren 10 und 11 in der Heizungskammer (die das Innengehäuse des Heizungsmoduls 115 ist) enthalten, um zu detektieren, wenn das Beheizen nicht gleichmäßig bereitgestellt wird. Der erste Thermistor 10 kann am unteren Teil der Heizungskammer angeordnet sein und der zweite Thermistor 11 kann am oberen Teil der Heizungskammer des Heizungsmoduls 115 angeordnet sein. Wenn eine Fluidbeheizung auftritt, wirken der erste Thermistor 10 und der zweite Thermistor 11 als Sensoren, welche die Temperaturen an ihren jeweiligen Orten detektieren. Auf der Grundlage einer Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Thermistor 10 am unteren Teil der Heizungskammer und dem zweiten Thermistor am oberen Teil der Heizungskammer kann der Mikroprozessor 24 in 1 ein niedriges und/oder fehlendes Fluid 44 in der Heizungskammer des Heizungsmoduls 115 bestimmen.
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Wenn der Mikroprozessor 24 ferner mehrere Temperaturen innerhalb der Heizungskammer detektiert (die nicht unbedingt mit Fluid 44 gefüllt sein muss) und wenn es eine signifikante (z. B. vordefinierte) Temperaturdifferenz zwischen den Thermistoren 10 und 11 gibt, nimmt der Mikroprozessor 24 einen Heizelementfehler der Heizelemente 20, 22 an, er nimmt niedriges Fluid 44 an und/oder er nimmt eine Fluidüberkochbedingung an. In jedem Fall beendet der Mikroprozessor 24 das Beheizen, indem er alle Leistung an das Heizungsmodul 115 über FETs 7 und 8 beendet, und der Mikroprozessor 24 meldet Fehler über serielle Daten an das BCM 105, welches alle Leistung an die Heizelemente 20 und 22 durch Öffnen der Relais 13 abschalten wird.
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Das Heizungssteuermodul 110 enthält ein Spannungsteiler-Widerstandspaar, das in Reihe geschaltete Widerstände 30 und 32 umfasst. Der Widerstand 30 ist mit dem BCM 105 verbunden und wird von diesem mit Leistung versorgt. In 1 ist der Widerstand 30 über das Kabel 14, das mit dem BCM 105 verbunden ist, mit der Logikleistung 14a verbunden (die in 1 durch einen Punkt dargestellt ist), und der Widerstand 32 ist mit Erde verbunden. Der analoge Eingang 26 des Mikroprozessors 24 ist zwischen dem Spannungsteiler-Widerstandspaar 30 und 32 verbunden. Das Spannungsteiler-Widerstandspaar 30 und 32 wird auf eine Leistungsversorgung der Logikleistung 14a hochgezogen und über den analogen Eingang 26 durch den Mikroprozessor 24 gelesen. Dieser analoge Eingang 26 kann vom Mikroprozessor 24 zusammen mit einem Erdungsunterbrechungs-Feldeffekttransistor (FET) 8 und/oder einem Leistungsunterbrechungs-Feldeffekttransistor (FET) 7 verwendet werden. Wenn der Heizelement-Erdungs-FET 8 inaktiv ist (wie z. B. vor einer Aktivierung und/oder wenn der FET 8 während des Beheizens für einen Moment geöffnet ist), liest der Mikroprozessor 24 des Heizungssteuermoduls 110 den analogen Eingang 26, um Kurzschlüsse mit Erde und/oder Kurzschlüsse mit der Batterie vor einer Aktivierung der ersten und zweiten Heizelemente (Heizgeräte) 20 und 22 zu detektieren. Wenn der FET 8 nicht eingeschaltet ist, kann der Mikroprozessor 24 durch Lesen des analogen Eingangs 26 detektieren, wenn das erste Heizelement 20 mit Erde kurzgeschlossen ist und/oder ob das erste Heizelement 20 mit der Batterie 28 kurzgeschlossen ist.
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Es wird darauf hingewiesen, dass der Mikroprozessor 24 das erste Heizelement 20 betreiben kann und ein weiterer Mikroprozessor 24 (nicht gezeigt, aber durch Punkt 34 dargestellt) oder ein Satz von Mikroprozessoreingängen (nicht gezeigt) auf analoge Weise das zweite Heizelement 22 betreibt (und damit verbunden ist). Der Fachmann versteht die Beschreibung für den Mikroprozessor 24 und das erste Heizelement 20 so, dass sie für den Mikroprozessor 24 zutrifft, der mit dem zweiten Heizelement 22 korrespondiert oder für den anderen Satz von Mikroprozessoreingängen für das zweite Heizelement 22.
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Jeder der Mikroprozessoren 24 des Heizungssteuermoduls 110 ist ausgestaltet, um das Niveau des absoluten Stroms am Eingang 27i zu überwachen, der den Heizelementen 20 und 22 entnommen wird, so dass ein Beheizen beendet werden kann, wenn der gemessene absolute Strom außerhalb seines erwarteten Arbeitsbereichs liegt. Die Mikroprozessoren 24 bestimmen den absoluten Strom durch den FET 7, der den Strom an die Heizelemente 20 oder 22 steuert, über ihren Eingang 27i. Bei einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Mikroprozessoren 24 einen internen oder externen Operationsverstärker (op amp) 6. Der Operationsverstärker 6 empfängt und misst den absoluten Strom vom Stromerfassungsausgang des FET 7 (z. B. über den Eingang 27i) durch einen Widerstand 7a. Über einen Eingang 29i empfängt und misst der Operationsverstärker 6 außerdem einen Strom von einem Stromerfassungsausgang des FET 8 durch einen Widerstand 8a.
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Mit Hilfe des differentiellen Operationsverstärkers 6 überwachen die Mikroprozessoren 24 den Unterschied beim Strom, der in die Heizelemente 20 und 22 über den FET 7 hineingeht, und dem Strom, der über den FET 8 wieder herauskommt. Diese Stromniveaus über FET 7 und FET 8 sollten gleich sein. Die Mikroprozessoren 24 sind so ausgestaltet, dass sie das Beheizen der Heizelemente 20 und 22 beenden und Fehler über serielle Daten auf dem Kabel 16 an das BCM 105 melden, welches alle Leistung an das Heizungsmodul 115 abschalten wird, wenn eine Differenz beim Strom detektiert wird (z. B. größer als ein vordefinierter Schwellenwert). Mit anderen Worten sollte der bei FET 7 gemessene Eingangsstrom gleich dem bei FET 8 gemessenen Ausgangsstrom sein.
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Zudem sind die Mikroprozessoren 24 des Heizungssteuermoduls 110 ausgestaltet, um an den Eingängen 27i und 29i das Niveau des absoluten Stroms zu überwachen, der von den Heizelementen 20 und 22 entnommen wird, und bei einer beispielhaften Ausführungsform sind diese Eingänge 27i und 29i serielle Peripherieschnittstellen-Kommunikationseingänge (SPI-Kommunikationseingänge) an die Mikroprozessoren 24 statt analoger Eingänge, so dass das Beheizen beendet werden kann, wenn eines der gemeldeten absoluten Stromniveaus außerhalb seines erwarteten Arbeitsbereichs liegt. Die Mikroprozessoren 24 empfangen den absoluten Strom, der durch den Stromerfassungsausgang von FET 7 und FET 8 gemeldet wird, an ihren SPI-Eingängen 27i und 29i statt durch die Widerstände 7a und 8a, welche die Spannung in die Heizelemente 20 und 22 hinein und aus diesen heraus kontrollieren. In diesem Fall werden die Mikroprozessoren 24 eine Softwarelogik anstelle eines internen oder externen Operationsverstärkers 6 verwenden, um zu bestimmen, ob die absolute Stromentnahme in die Heizelemente 20 und 22 hinein oder aus diesen heraus außerhalb der Stromspezifikation liegt, oder ob die Differenz beim Strom in die Heizelemente 20 oder 22 hinein oder aus diesen heraus außerhalb der Stromspezifikation liegt.
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In diesem Fall überwachen die Mikroprozessoren 24 mit Hilfe der Softwarelogik, welche die absoluten Stromniveaus verfolgt und die SPI-Stromniveaueingänge von 27i und 29i vergleicht, die Differenz zwischen dem Strom, der über den FET 7 in die Heizelemente 20 und 22 hineinfließt, und dem Strom, der über den FET 8 wieder herauskommt. Diese Stromniveaus über den FET 7 und den FET 8 sollten gleich sein. Die Mikroprozessoren 24 sind so ausgestaltet, dass sie das Beheizen der Heizelemente 20 und 22 beenden und Fehler über serielle Daten an das BCM 105 melden, welches sämtliche Hochleistung an das Heizungssteuermodul 110 und sämtliche Leistung an das Heizungsmodul 115 abschalten wird, wenn eine Differenz beim Strom (z. B. größer als ein vordefinierter Schwellenwert) detektiert wird. Unabhängig davon, ob eine Softwarelogik mit den SPI-Eingängen 27i und/oder der Operationsverstärker 6 mit dem Stromerfassungsanalogeingang 27i verwendet wird, der bei FET 7 gemessene Eingangsstrom sollte gleich dem bei FET 8 gemessenen Ausgangsstrom sein.
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Die Mikroprozessoren 24 überwachen auch den absoluten Strom, der über den FET 7 in die Heizelemente 20 und 22 hineinfließt, und den Strom, der über den FET 8 zurückkommt. Diese Stromniveaus fließen über FET 7 und FET 8. Die Mikroprozessoren 24 sind ausgestaltet, um das Beheizen der Heizelemente 20 und 22 zu beenden und Fehler über serielle Daten an das BCM 105 zu melden, welches sämtliche Hochleistung an das Heizungssteuermodul 110 und sämtliche Leistung an das Heizungsmodul 115 abschalten wird, wenn ein absoluter Eingangsstrom (z. B. größer als ein vordefinierter Schwellenwert) detektiert wird. Unabhängig davon, ob eine Softwarelogik mit den SPI-Eingängen 27i und/oder der Operationsverstärker 6 mit dem Stromerfassungsanalogeingang 27i verwendet wird, der bei FET 7 und FET 8 gemessene Eingangsstrom sollte kleiner als ein vorbestimmtes Niveau sein.
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Es wird darauf hingewiesen, dass in 1 der Stromerfassungsausgang des FET 7 mit dem Eingang 27i des Mikroprozessors 24 wirksam verbunden ist und der Stromerfassungsausgang des FET 8 mit dem Eingang 29i des Mikroprozessors 24 wirksam verbunden ist.
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Im Heizungssystem 100 gibt es separate Gehäuse für das Heizungssteuermodul 110 und das Heizungsmodul 115. Folglich kann aus dem Heizungsmodul 115 kein Fluid 44 in das Heizungssteuermodul 110 sickern. Wenn eine Fluidheizung benötigt wird, werden das Heizungssteuermodul 110 und das Heizungsmodul 115 in wasserdicht abgedichtete Gehäuse eingepackt.
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Das Heizungssteuermodul 110 und das Heizungsmodul 115 können sehr nahe beieinander eingebaut sein (auf der gleichen Halterung beispielsweise 2,5 bis 5 cm (1 bis 2 Zoll) auseinander oder näher beieinander), um die Wahrscheinlichkeit von Verbindungsverdrahtungsfehlern und der Absorbierung von Feuchtigkeit durch den Kabelstrang zu minimieren. Die Verbinder 3 und 4 können Kabelstränge sein.
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Durch die FET 7 und 8 wird Hochleistung an das Heizungsmodul 115 geliefert. Ein interner Fehler das Heizungssteuermoduls 110 wird normalerweise bewirken, dass es Hochleistung an das Heizungsmodul 115 liefert. Da das Heizungssystem 100 jedoch so ausgestaltet ist, dass es Leistung (einschließlich von Leistung für serielle Daten und von Logikleistung) an das Heizungssteuermodul 110 und das Heizungsmodul 115 nur zulässt, wenn ein Beheizen angefordert ist, ist für eine derartige interne Anforderung keine Leistung für das Heizungssteuermodul 110 verfügbar, wodurch die Möglichkeit zum Beheizen außerhalb der Spezifikation beseitigt wird. Wenn ein Beheizen durch das BCM 105 angefordert wird, wird auf die Übermittlung eines detektierten Fehlerfalls hin (z. B. ein Kurzschluss mit Erde und/oder ein Kurzschluss mit der Batterie) durch die Mikroprozessoren 24 an das BCM 105 sämtliche Leistung an das Heizungssteuermodul 110 und das Heizungsmodul 115 durch das BCM 105 entfernt, wodurch wieder die Gelegenheit zum Beheizen außerhalb der Spezifikation beseitigt wird. Die vorstehend angegebene Entfernung sämtlicher Leistung aus dem Heizungssystem 100, wenn ein Beheizen nicht angefordert ist, soll erfüllt sein, obwohl es gefordert ist, dass die Fähigkeit zum Treiben von Logikleistung des BCM 105 auf ein sehr niedriges Niveau begrenzt ist (< 250 mA).
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Wenn eine Fluidheizung benötigt wird, befindet sich das Heizungssteuermodul 110 in einem abgedichteten und entlüfteten Gehäuse, wie etwa ein Modul mit kontrollierter Umgebung (ECM), das z. B. mit einem Gotex®-Füllstück abgedichtet ist. Die abgedichteten Verbinder 3 und 4 sind an der Unterseite der Gehäuse (für das Heizungssteuermodul 110 und das Heizungsmodul 115) angeordnet, um das Absorbieren von Feuchtigkeit durch die Leitungen zu vermeiden. Die Oberseiten des Heizungssteuermoduls 110 und des Heizungsmoduls 115 weisen einen Neigungswinkel zur Horizontalen von mehr als (>) 15° auf, wodurch Feuchtigkeit von den Modulen 110, 115 und den Verbindern 3, 4 weggeleitet wird. Das Heizungssteuermodul 110 und das Heizungsmodul 115 sind vorzugsweise außerhalb von Gebieten mit irgendeiner Tropfstrecke und einem Wassermanagement eingebaut.
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Die FETs 7 und 8 sind Temperaturabschaltungs-Leistungsversorgungs-FETs (Abriegelungs-FETs) mit einer Stromerfassung derart sich die FETs 7 und 8 selbst ausschalten, wenn der Strom über einem vordefinierten Schwellenwert liegt, wodurch verhindert wird, dass Strom aus der Batterie 28 die Heizelemente 20, 22 im Heizungsmodul 115 erreicht. Die Mikroprozessoren 24 stehen in Verbindung mit dem BCM 105 und das BCM 105 ist ausgestaltet, um sämtliche Leistung an das Heizungssteuermodul 110 und das Heizungsmodul 115 zu beenden (z. B. die Relais 13 öffnen und Logikleistung und serielle Datenkommunikation stoppen), wenn der gemessene Strom (z. B. bei FET 7 oder FET 8) außerhalb von Stromgrenzen liegt (wie vom Mikroprozessor 24 an das BCM 105 übermittelt wurde).
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Die FET 7 und 8 sind so konstruiert, dass sie bei einer Steuerung durch die Mikroprozessoren 24 ein rampenförmiges Hoch- und Niederfahren durch eine Pulsbreitenmodulation (PWM) bereitstellen, um Einflüsse des Ladesystems auf das Fahrzeug zu verbessern, wenn eine große Last auf das Fahrzeug aufgebracht wird. Die PWM-Steuerung stellt außerdem ein Beheizen der Heizelemente 20 und 22 bei einer verringerten Stromverbrauchskapazität bereit. Beispielsweise kann der FET 8 eingeschaltet werden und der FET 7 kann mit einem Tastverhältnis von 50% eingeschaltet und ausgeschaltet werden. Das Ein- und Ausschalten des FET 7 mit einem Tastverhältnis von 50% kann den Strom an die Heizelemente 20, 22 verringern und die Gesamtbelastung auf das Fahrzeugladesystem verringern. Statt den vollen Strom für die Heizelemente 20, 22 während eines normalen Beheizens bereitzustellen, ermöglicht das Verwenden der PWM mit einem Tastverhältnis von 50% für den FET 8 und/oder 7 eine verringerte Belastung der Batterie 28 (und/oder des elektrischen Systems) des Fahrzeugs, während dennoch ein gewisser Heizstrom an die Heizelemente 20 und 22 bereitgestellt wird.
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Die Schaltung des Heizungssteuermoduls 110 kann eine PCB mit vier Lagen (nicht gezeigt) umfassen, bei der hoher und niedriger Strom separat aufgeteilt sind und bei der Leistung und Erde separat aufgeteilt sind.
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Das Heizungssystem 100 kann wegen der hohen Leistungsniveaus zwei Heizungssteuerungs-Leistungsrelais 13 (oder Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET)) bereitstellen, welche über das Kabel 12 vom BCM 105 gesteuert werden. Obwohl in 1 zwei Relais 13 dargestellt sind, wird in Betracht gezogen, dass stattdessen zwei MOSFETs verwendet werden können. Das erste Relais 13a kann das erste Heizelement 20 über den Mikroprozessor 24 mit Leistung versorgen. Durch einen zweiten Mikroprozessor (nicht gezeigt und durch den Punkt 34 dargestellt, der mit dem zweiten Heizelement 22 verbunden ist und mit dem zweiten Relais 13b verbunden ist), falls verfügbar, versorgt das zweite Relais 13b das zweite Heizelement 22 mit Leistung. Ein Öffnen der Relais 13 auf Anweisung durch das BCM 105 ermöglicht das Entfernen sämtlicher Hochstromleistung, wenn ein Beheizen für die Heizelemente 20, 22 nicht benötigt wird und/oder bei Fehlerfällen. Die Logikleistung (250 mA), die auf dem Kabel 14 bereitgestellt wird, ist nur aktiv, wenn ein Beheizen angefordert ist. Außerdem sind zwei Sicherungen 50 zwischen den Relais 13 und dem Heizungssteuermodul 110 angeordnet und die zwei Sicherungen 50 sind so konstruiert, dass sie bei einem vordefinierten Stromniveau den Stromfluss unterbrechen (d. h. schmelzen).
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Die Erde 1 (G1) ist mit dem FET 8 wirksam verbunden und in der Lage, den gesamten Strom im Heizungssteuermodul 110 zu erden. Erde 2 (G2) ist mit dem Verbinder 3 wirksam verbunden. Bei einer Implementierung kann es sein, dass Erde 2 nicht verwendet wird, wenn es nicht notwendig ist, einen angemessenen Versatz des Heizungssteuermoduls 110 zu Erde sicherzustellen.
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Mit der Betrachtung des BCM 105 fortfahrend kennt und empfängt dieses verschiedene Fahrzeuginformationen, z. B. ist das BCM 105 so ausgestaltet, dass es den Kraftmaschinenlaufzustand, den Batteriespannungszustand, den Ladesystemzustand usw. kennt. Das BCM 105 steuert einen Fluidheizungsschalter 52 und einen Fluidpumpenmotorantrieb 5 zur Fluidbewegung. Das BCM 105 ist ausgestaltet, um Kundeninformationsmeldungen zu übermitteln, wie etwa Beheizen, Pumpenaktivierung usw. Das BCM 105 ist ausgestaltet, um eine Fluidpumpenzeit einzuhalten und zu kalibrieren, und um die Anzahl von Heizungszyklen, die Beheizungszeit, die Pumpenaktivierungsdauer und das Leistungsniveau beim Aufheizen (z. B. etwa 50% Tastverhältnis) für die Heizelemente 20 und 22 zu steuern.
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Wie vorstehend erörtert wurde, ist das Kabel 16 ein Medium, das serielle Daten zwischen dem BCM 105 und dem Heizungssteuermodul 110 bereitstellt. Die Verbindung über das Kabel 16 kann ein LIN mit beispielhaften Befehlen des BCM 105 an das Heizungssteuermodul 110 wie nachstehend gezeigt sein:
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LIN-Befehlsmeldungen des BCM 105:
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- 1) Aktiviere Heizelement 20 (Wahr = Aktivieren, Falsch = Deaktivieren; 1 LIN-Bit);
- 2) Aktiviere Heizelement 22 (Wahr = Aktivieren, Falsch = Deaktivieren, 1 LIN-Bit). Deaktiviert wegen: a) Merkmal von Kunde abgebrochen, b) Ausschalten durch Aufladen angefordert, c) Außerhalb der Temperaturspezifikation an das BCM 105 über serielle Kommunikation gemeldet (das Heizungssteuermodul 110 kann sich auch selbst beenden, wenn eine Bedingung außerhalb der Temperaturspezifikation detektiert wird), d) Heizelementfehler über serielle Kommunikation an das BCM 105 gemeldet (das Heizungssteuermodul 110 kann sich auch selbst beenden, wenn eine Bedingung außerhalb der Temperaturspezifikation detektiert wird);
- 3) Befohlene Heizungsregelungstemperatur (8 LIN-Bits);
- 4) Befohlene Spezifikation außerhalb der Temperatur, Abschalttemperatur (8 LIN-Bits);
- 5) Aktivierungstastverhältnis des Heizelements 20 (Einschalt/Ausschalt-Rampenrate mit Wellenform (4 LIN-Bits)); und
- 6) Aktivierungstastverhältnis des Heizelements 22 (Einschalt/Ausschalt-Rampenrate mit Wellenform (4 LIN-Bits)).
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Das Heizungssteuermodul 110 stellt verschiedene Statusmeldungen für das BCM 105 bereit, wie nachstehend gezeigt ist.
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LIN-Statusmeldungen des Heizungssteuermoduls 110:
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- 1) Stromfehler des Heizelements 20 – das Heizungssteuermodul 110 detektiert Fehler und beendet das Beheizen (1 LIN-Bit);
- 2) Stromfehler bei Heizelement 22 – das Heizungssteuermodul detektiert Fehler und beendet das Beheizen (1 LIN-Bit);
- 3) Fehler bei Differenzstrom 1 – das Heizungssteuermodul detektiert Fehler und beendet das Heizen (1 LIN-Bit);
- 4) Fehler bei Differenzstrom 2 – das Heizungssteuermodul detektiert Fehler und beendet das Beheizen (1 LIN-Bit);
- 5) Außerhalb der Temperaturspezifikations-Fehler;
- 6) Temperaturdifferenzfehler;
- 7) Temperaturerfassungsfehler (das Heizungssteuermodul beendet das Beheizen auf den Verlust der Verbindung mit dem BCM und/oder auf seine interne Detektion der vorstehend erwähnten Fehler hin selbst);
- 8) Thermistor des Heizelements 20 (Fluidtemperatur) (8 LIN-Bits); und
- 9) Thermistor des Heizelements 22 (Fluidtemperatur) (8 LIN-Bits).
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3 veranschaulicht eine Logiktabelle 300 zur Fehlerdetektion und Fehlerhandhabung durch die Mikroprozessoren 24 gemäß beispielhaften Ausführungsformen. Zur Fehlerdetektion überwachen die Mikroprozessoren 24 den analogen Eingang 26, den Eingang 27i des FET 7 und den Eingang 29i des FET 8. Wenn von den Mikroprozessoren 24 ein Fehler detektiert wird, weisen die Mikroprozessoren 24 das BCM 105 an, die Relais 13 zu öffnen. Bei den nachstehenden Beispielen wird angenommen, dass die Spannung der Logikleistung 14a 12 Volt beträgt und die Widerstände 30 und 32 ähnliche Werte aufweisen.
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Wie in Zeile 305 gezeigt ist, bestimmen die Mikroprozessoren 24 einen Normalbetrieb, wenn der analoge Eingang 26 die Spannung der Batterie misst, wenn der FET 7 eingeschaltet ist und der FET 8 ausgeschaltet ist. Wie in Zeile 310 ersichtlich ist, detektieren die Mikroprozessoren 24 einen Fehlerfall, wenn der analoge Eingang 26 Erde (0 Volt) und/oder wesentlich weniger als die Spannung der Logikleistung 14a misst, z. B. 8 Volt oder weniger am analogen Eingang 26 misst, wenn der FET 7 eingeschaltet ist und der FET 8 ausgeschaltet ist. Mit anderen Worten detektieren die Mikroprozessoren 24 einen Fehlerfall, wenn das Messen der Logikspannung, die eine Nennspannung ist, am analogen Eingang 26 fehlschlägt.
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Wenn die Widerstände 30 und 32 den gleichen Widerstandswert aufweisen, sollten die Mikroprozessoren die Hälfte der Spannung der Logikleistung 14a (z. B. 6 Volt) bei einem Normalbetrieb in Zeile 315 lesen, wenn der FET 7 ausgeschaltet ist und der FET 8 ausgeschaltet ist. Wenn der FET 7 ausgeschaltet ist und der FET 8 ausgeschaltet ist, bestimmen die Mikroprozessoren 24 einen Fehler, wenn der analoge Eingang 26 nicht die Hälfte der Logikleistung 14a liest, z. B. kann der analoge Eingang 26 in Zeile 320 weniger als 4 Volt lesen oder er kann mehr als 7 Volt lesen.
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Wenn der FET 7 ausgeschaltet ist und der FET 8 eingeschaltet ist, sollten die Mikroprozessoren 24 bei Zeile 325 Erde (d. h. eine Nennspannung) am analogen Eingang 26 für einen Normalbetrieb lesen. Wenn der FET 7 ausgeschaltet ist und der FET 8 eingeschaltet ist, detektiert der Mikroprozessor 24 bei Zeile 330 einen Fehlerfall, wenn der analoge Eingang 26 nicht Erde (z. B. eine Nennspannung) liest.
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Wenn der FET 7 und der FET 8 eingeschaltet sind, sollten die Mikroprozessoren 24 bei Zeile 335 bestimmen, dass für einen Normalbetrieb der Strom hinein (Eingang 27i, der mit FET 7 verbunden ist) gleich dem Strom hinaus (Eingang 29i, der mit FET 8 verbunden ist) ist. Wenn in Zeile 340 der FET 7 und der FET 8 eingeschaltet sind, detektieren die Mikroprozessoren 24 einen Fehlerfall, wenn der Strom hinein nicht gleich dem Strom heraus ist (z. B. wenn die Stromdifferenz (am Operationsverstärker 6 und/oder durch die Softwarelogik) größer als ein vorbestimmter Differenz-Stromschwellenwert ist). Außerdem detektieren die Mikroprozessoren 24 bei Zeile 345, dass ein Fehlerfall vorliegt, wenn der Strom hinein (in das Heizelement 20 oder 22) größer als Entwurfsgrenzen ist.
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Zudem detektieren die Mikroprozessoren 24 einen Fehlerfall, wenn der Strom vom FET 8 einen Stromschwellenwert überschreitet, und die Mikroprozessoren 24 detektieren einen Fehlerfall, wenn der Strom vom FET 7 einen Stromschwellenwert überschreitet. Außerdem detektieren die Mikroprozessoren 24 einen Fehlerfall, wenn der FET 7 und der FET 8 eingeschaltet sind und wenn die Mikroprozessoren 24 nicht die Hälfte der Logikspannung am analogen Eingang 26 detektieren. Die Mikroprozessoren 24 bestimmen einen Normalbetrieb, wenn der FET 7 eingeschaltet ist und der FET 8 eingeschaltet ist und wenn die Mikroprozessoren 24 die halbe Logikleistungsspannung (d. h. die Hälfte des Werts der Spannung der Logikleistung) am analogen Eingang 26 detektieren.
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4 veranschaulicht eine Tabelle 400 zur Fehlerdetektion und Fehlerhandhabung durch die Mikroprozessoren 24 gemäß beispielhaften Ausführungsformen. Wie in den Zeilen 405 und 410 zu sehen ist, bestimmen die Mikroprozessoren 24 einen Normalbetrieb, wenn die Thermistoren 10 und 11 die gleiche Temperatur aufweisen und/oder wenn die Thermistoren 10 und 11 eine Temperaturdifferenz innerhalb eines vordefinierten Schwellenwerts aufweisen. Wie in den Zeilen 415, 420 und 425 zu sehen ist, bestimmen die Mikroprozessoren 24, dass ein Fehler vorliegt, wenn die Thermistoren 10 und 11 eine Temperaturdifferenz aufweisen, die größer als ein vordefinierter Temperaturdifferenzschwellenwert ist und/oder wenn einer der Thermistoren 10 oder 11 eine Temperatur liest, die größer als eine vordefinierte (Maximal-)Temperatur ist. Außerdem detektieren die Mikroprozessoren 24 einen Fehlerfall, wenn eine beliebige der (oder beide) Temperaturen für die Thermistoren 10 und 11 kleiner als eine Minimaltemperatur ist, nachdem der FET 7 eingeschaltet ist und der FET 8 eingeschaltet ist.
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Die Mikroprozessoren 24 können mehrere Prozessoren, Software, Speicher, Logikschaltungen und Stromversorgungssystemkomponenten umfassen, um wie hier erörtert zu arbeiten. Die Mikroprozessoren 24 können jeden der Fehlerfälle und Fehlerbehandlungen, die hier erörtert sind, einschließlich der in den Tabellen 300 und 400 in 3 und 4 gezeigten Beispiele speichern.
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5 veranschaulicht ein Beispiel eines Computers 500 mit Fähigkeiten, die in (einem beliebigen Element von) beispielhaften Ausführungsformen enthalten sein können. Verschiedene Verfahren, Prozeduren, Softwarelogik, Module, Flussdiagramme, Werkzeuge, Anwendungen und Techniken, die hier erörtert sind, können außerdem die Fähigkeiten des Computers 500 enthalten und/oder verwenden. Darüber hinaus können Fähigkeiten des Computers 500 verwendet werden, um verschiedene Merkmale beispielhafter hier erörterter Ausführungsformen zu implementieren.
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Allgemein kann der Computer 500 hinsichtlich der Hardwarearchitektur einen oder mehrere Prozessoren 510, einen computerlesbaren Speicher 520 und eine oder mehrere Eingabe- und/oder Ausgabevorrichtungen (I/O-Vorrichtungen) 570 enthalten, die über eine lokale Schnittstelle (nicht gezeigt) kommunikationstechnisch gekoppelt sind. Die lokale Schnittstelle kann beispielsweise aus einem oder mehreren Bussen oder anderen drahtgebundenen oder drahtlosen Verbindungen bestehen, wie auf dem Gebiet bekannt ist, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die lokale Schnittstelle kann zusätzliche Elemente aufweisen, etwa Controller, Puffer (Cache), Treiber, Repeater und Empfänger, um eine Kommunikation zu ermöglichen. Ferner kann die lokale Schnittstelle Adress-, Steuer- und/oder Datenverbindungen enthalten, um eine geeignete Kommunikation zwischen den vorstehend erwähnten Komponenten zu ermöglichen.
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Der Prozessor 510 ist eine Hardwarevorrichtung zum Ausführen einer Software, die im Speicher 520 gespeichert sein kann. Der Prozessor 510 kann nahezu jeder kundenspezifische oder kommerziell verfügbare Prozessor, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), ein Datensignalprozessor (DSP) oder ein Hilfsprozessor neben mehreren Prozessoren, die mit dem Computer 500 verbunden sind, sein, und der Prozessor 510 kann ein auf Halbleiter beruhender Mikroprozessor (in der Form eines Mikrochips) oder ein Mikroprozessor oder ein Controller auf der Grundlage einer Zustandsmaschine sein.
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Der computerlesbare Speicher 520 kann beliebige oder eine Kombination aus flüchtigen Speicherelementen (z. B. Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), etwa dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM), statischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff (SRAM) usw.) und nichtflüchtigen Speicherelementen (z. B. ROM, löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EPROM), elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM), programmierbaren Festwertspeicher (PROM) oder dergleichen, usw.) enthalten. Darüber hinaus kann der Speicher 520 elektronische, magnetische, optische und/oder andere Typen von Speichermedien enthalten. Es wird angemerkt, dass der Speicher 520 eine verteilte Architektur aufweisen kann, bei der verschiedene Komponenten voneinander entfernt angeordnet sind, aber für den Prozessor 510 zugänglich sind.
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Die Software im computerlesbaren Speicher 520 kann ein oder mehrere separate Programme enthalten, von denen jedes eine geordnete Liste ausführbarer Anweisungen umfasst, um logische Funktionen zu implementieren. Die Software in dem Speicher 520 kann ein (für Fahrzeuge) geeignetes Betriebssystem (O/S) 550, einen Compiler 540, Quellcode 530 und eine oder mehrere Anwendungen 560 der beispielhaften Ausführungsformen enthalten. Wie dargestellt ist, umfasst die Anwendung 560 zahlreiche funktionale Komponenten zum Implementieren der Merkmale, Prozesse, Verfahren, Funktionen und Operationen der beispielhaften Ausführungsformen.
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Die eine oder mehreren Anwendungen 560 können eine dienstorientierte Architektur verwenden, die eine Sammlung von Diensten sein kann, die miteinander kommunizieren. Die dienstorientierte Architektur ermöglicht außerdem, dass sich zwei oder mehr Dienste koordinieren und/oder Aktivitäten ausführen (z. B. im Auftrag voneinander). Jede Interaktion zwischen Diensten kann eigenständig und lose gekoppelt sein, so dass jede Interaktion von jeder anderen Interaktion unabhängig ist.
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Ferner kann die Anwendung 560 ein Quellprogramm, ein ausführbares Programm (object code), ein Skript oder eine beliebige andere Entität sein, die einen Satz auszuführender Anweisungen umfasst. Wenn es ein Quellprogramm ist, dann wird das Programm für gewöhnlich mit Hilfe eines Compilers (wie etwa des Compilers 540), eines Assemblers, eines Interpreters oder dergleichen übersetzt, die im Speicher 520 enthalten sein können oder nicht, um in Verbindung mit dem O/S 550 korrekt arbeiten zu können. Ferner kann die Anwendung 560 als (a) eine objektorientierte Programmiersprache, die Datenklassen und Methoden aufweist, oder (b) eine prozedurale Programmiersprache, die Routinen, Unterroutinen und/oder Funktionen aufweist, geschrieben sein.
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Die I/O-Vorrichtungen 570 können Eingabevorrichtungen (oder Peripheriegeräte) zum Empfangen von Eingaben und zum Übertragen von Ausgaben enthalten.
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Der Fachmann versteht FETs und er versteht, dass FETs einen Gate-, Drain- und Sourceanschluss enthalten und dass eine minimale Gatespannung angelegt werden muss, um den FET zu betreiben. Die Gatespannung wird vom Mikroprozessor 24 angelegt, um die FETs 7 und 8 einzuschalten (und auszuschalten).
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Die hier verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung spezieller Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Bei der Verwendung hierin sollen die Singularformen ”ein, eine, eines” und ”der, die, das” auch die Pluralformen umfassen, sofern es der Kontext nicht deutlich anderweitig anzeigt.
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Obwohl die Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht der Fachmann, dass verschiedene Veränderungen durchgeführt werden können und Elemente durch Äquivalente derselben ersetzt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Zudem können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne deren wesentlichen Umfang zu verlassen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die speziellen Ausführungsformen begrenzt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen enthalten wird, die in den Umfang der vorliegenden Anmeldung fallen.
