DE3437042C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ein- und Ausschaltung von Verbrauchern, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Es besteht häufig, z. B. bei Kraftfahrzeugen die Notwendigkeit, von einer zentralen Stelle aus mehrere Verbraucher ein- und auszuschalten und ihren Zustand rückmelden zu können, wobei zahlreiche Bedingungen erfüllt werden müssen. So müssen beispielsweise von der Fahrerkabine aus verschiedene, manchmal mehr als vierzig Verbraucher, wie die Beleuchtung und die Signalisierung, ein- und ausgeschaltet werden. Auf herkömmliche Weise wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß jeder einzelne Schalter mit dem zugehörigen Verbraucher über eine separate Leitung verbunden wird. Das bedeutet, daß zur Verbindung der verschiedenen Verbraucher mit einem zentralen, beispielsweise in der Fahrerkabine eines Fahrzeuges angeordneten Schaltpult ein dickes Kabelbündel erforderlich ist. Der Materialbedarf eines solchen Kabelbündels ist sehr hoch und die Montage und Kontrolle sind ziemlich arbeitsaufwendig und kompliziert. Darüber hinaus ist bei einem Schadhaftwerden die Beseitigung und Ausbesserung der Fehler äußerst schwierig.
Um die Nachteile von Kabelbündeln zu vermeiden, sind bereits zahlreiche Lösungen bekannt geworden, von denen sich in der Praxis nur jene durchgesetzt haben, bei denen über die gesamte Länge des Fahrzeuges nur wenige, insbesondere nur eine oder zwei Leitungen erforderlich sind.
Es gibt Systeme, bei denen die Verbraucher über eine einzige Leitung gesteuert werden können. Diese Systeme bieten die Möglichkeit auch bei einer hohen Zahl von Verbrauchern eine hohe Zahl von Kabeln und Leitungen gegebenenfalls mit einem großen Querschnitt zu vermeiden. Die Arbeitsweise dieser Systeme liegt darin, daß das Steuersignal als digitales serielles Signal dem Verbraucher zugeführt wird. Diese Systeme haben aber den Nachteil, daß komplizierte und aufwendige Steuer- und Empfangsschaltungen erforderlich sind. Daher konnten sich diese Systeme auf dem Gebiet der Fahrzeugindustrie nicht durchsetzen, da die speziellen Betriebsbedingungen der Fahrzeuge weitere spezielle Schaltungen benötigen.
Durch die AT-PS 3 41 036 ist eine Schaltungsanordnung zur Fernsteuerung mehrerer Verbraucher durch an eine gemeinsame Übertragungsleitung angeschlossene parallel geschaltete und auf vorgegebene unterschiedliche Spannungsbereiche selektiv ansprechende Empfänger bekannt geworden, bei der an die Übertragungsleitung als Geber zumindest eine durch einen ohmschen Spannungsteiler gebildete Fernsteuer-Spannungswahleinrichtung angeschlossen ist. Jeder Empfänger ist als eine in sich abgeschlossene und mit den anderen Empfängern unverkoppelte Einheit ausgebildet, wobei die Übertragungsleitung im Empfänger an jeweils zwei elektronische Schaltungselemente geführt ist, welche unterschiedliche Ansprechwerte aufweisen und derart gekoppelt sind, daß ein am Ausgang der elektronischen Schaltungselemente liegender Relaiskreis nur dann durchgeschaltet wird, wenn die anliegende Steuerspannung zwischen den beiden Ansprechwerten liegt. Diese bekannte Schaltungsanordnung weist den Nachteil auf, daß jeweils immer nur ein Verbraucher eingeschaltet sein kann, weshalb sie z. B. auch für die Verwendung in Kraftfahrzeugen ungeeignet ist.
Die DE-OS 26 59 134 beschreibt eine Schaltungsanordnung zum Ein- oder Umschalten von Kraftfahrzeug-Verbrauchern. Dabei ist eine von einem Tastschalter getaktete Impulsformerstufe, ein Flip-Flop und ein Relais zum Schalten von insbesondere zwei Verbrauchern, Abblendlicht und Fernlicht vorgesehen. Um eine vom Schaltzustand des Relais abhängige Umschaltung der Verbraucher über das Flip-Flop zu gewährleisten, ist die Impulszeit der Impulsformerstufe kleiner als die Ansprechzeit des Relais.
Gemäß der bekannten Schaltungsanordnung sollen lediglich zwei Verbraucher, wie das Abblendlicht und das Fernlicht geschaltet werden, von denen jeweils immer nur einer und in manchen Fällen immer nur ein bestimmter der beiden eingeschaltet sein darf. Dabei wird ein normales Relais verwendet und durch eine logische Verknüpfungsschaltung entsprechend angesteuert, so daß auf ein mechanisch verklinktes Relais verzichtet wird.
Die DE-OS 30 03 641 beschreibt ein elektrisches Steuer- und Anzeigesystem, insbesondere ein Zeit-Multiplex-Kommunikationssystem für Fernsteuerung und Fernmessung in Kraftfahrzeugen. Dabei reagiert jeder Empfänger eines Verbrauchers nur auf Signale während einer bestimmten Zeitlage, die jedem Verbraucher zugewiesen ist. Es handelt sich um ein Zeit-Multiplex- System, mit dem keine Spannungsunterschiede erfaßbar sind.
Die DE-OS 30 30 252 betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Erfassung der Schaltzustände einer Vielzahl von peripheren Schaltern. Die Schalter werden dabei nacheinander über dieselbe Leitung abgefragt, wobei jede durch ihre Zeitdauer definierte Rückmeldung eines Schalters die Abfrage des nächsten Schalters initiiert. Der letzte Schalter wird dabei über einen zeitlich variierten Rückmeldeimpuls erkannt. Die Schaltstellung von Verbrauchern wird zwar rückgemeldet, Zweck und Art der Rückmeldung sind für die Erfindung jedoch nicht geeignet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der über zwei Leitungen eine Vielzahl von Verbrauchern unabhängig von einander bei hoher Betriebssicherheit betätigt und die Schaltungsanordnung mit Hilfe von einfachen Schaltungen aufgebaut werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer einem Verbraucher zugeordneten Schaltungsanordnung, d. h. eine Steuer- und Anzeigeeinheit,
Fig. 2a-2c den Zeitverlauf des Eingangssignals sowie die zugehörigen Zustandsdiagramme für zwei verschiedene Verbraucher n und k,
Fig. 3 und 4 zwei detaillierte Ausführungsformen der Schalteinheit nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist das Blockschaltbild einer Steuer- und Anzeigeeinheit dargestellt, die mit Ausnahme der Widerstandswerte des Spannungsteilers für jeden Verbraucher gleich ist, wobei jedem Verbraucher 9 ein bestimmter Spannungsbereich zugeordnet ist, der durch die Widerstände 6, 7 und 8 eingestellt werden kann. Durch den eingestellten Spannungsbereich ist die Adresse für den jeweiligen Verbraucher 9 definiert. Die Spannungsbereiche sind mit einem oberen und einem unteren Grenzwert ausgestattet. Die Nennwette der Spannungsbereiche liegen in der Mitte der einzelnen Bereiche. Das Steuersignal wird von einer zentralen Stelle, z. B. aus der Fahrerkabine, über die Leitung 1 bzw. 13 dem zu schaltenden Verbraucher zugeführt. Der zu schaltende Verbraucher 9 wird zuerst ausgewählt, d. h. adressiert und anschließend betätigt. Die Adressierung erfolgt dadurch, daß über die Leitung 1 bzw. 13 ein dem ausgewählten Verbraucher 9 zugeordneter Spannungswert (die Adresse) zugeführt und während einer vorbestimmten Zeitspanne t₁ (Fig. 2a) kontinuierlich auf diesem Spannungswert gehalten wird. Die Änderung des Verbraucherzustandes erfolgt erst dann, wenn die über die Leitung 1 zugeführte Spannung entweder erhöht oder vermindert wird und aus dem Spannungsbereich austritt. Wenn der Verbraucher 9 eingeschaltet werden soll, muß die Spannung erhöht werden. Wenn er ausgeschaltet werden soll, muß die Spannung vermindert werden. Mit der Schaltungsanordnung werden bei Betätigung eines der Verbraucher die Zustände der anderen Verbraucher nicht geändert und nicht gestört. Die auf der Leitung 1 zugeführte Spannung wird dem Eingang der in der Nähe des Verbrauchers 9 angeordneten Einheit zugeführt, wobei dieser Eingang der Eingang eines Fensterkomparators 2 ist. Wenn die zugeführte Spannung in dem Adressierspannungsbereich des Verbrauchers 9 liegt, ändern sich die Signale an den Ausgängen 10 und 11 des Fensterkomparators 2, wobei an diesen das Signal "JA" erscheint. Dieses Signal wird einerseits den Eingängen des Impulsformers 3, andererseits den Eingängen eines Speichers 4 zugeführt. Wenn an beiden Eingängen des Impulsformers 3 das Signal "JA" erscheint, tritt am ersten Ausgang A 1 des Impulsformers 3 ein Signal auf, das den Zustand des Verbrauchers 9 zeigt. Dieses Signal wird über die Leitung 12 der zentralen Steuereinheit zugeführt. Die Rückführung des den Zustand des Verbrauchers zeigenden Signals in die zentrale Steuereinheit wird dadurch erreicht, daß ein Dritter Eingang S des Impulsformers 3 mit dem Verbraucher 9 in Verbindung steht. Wenn die Adressierspannung zunächst während einer vorbestimmten Zeitspanne t₁ (Fig. 2a) konstant an die Eingänge des Fensterkomparators 2 gelegt und hierauf erhöht oder vermindert wird, erscheint an dem zweiten, nämlich dem zum Speicher 4 führenden Ausgang A 2 des Impulsformers 3 ein Freigabesignal, wodurch die Aufzeichnung des Zustandes des Fensterkomparators 2 in den Speicher 4 erfolgt. Der Ausgang A des Speichers 4 führt über den Leistungsschalter 5 die vorgeschriebene Umschaltung durch.
In den Fig. 2a, 2b und 2c ist ein beispielsweiser Funktionsablauf dargestellt, wobei auf den Abszissen jeweils die Zeit t, auf den Ordinaten die Ausgangsspannung der zentralen Steuereinheit bzw. die zu den Verbrauchern k und n zugeführten Steuersignale aufgetragen sind. Es sei nun angenommen, daß zur Zeit t = 0 beide Verbraucher k und n ausgeschaltet sind.
Wie aus der Fig. 2a ersichtlich ist, ist die Steuerspannung ein analoges Signal. Im Spannungsbereich U k ± Δ U liegt die Adressierspannung für den Verbraucher k und im Spannungsbereich U n ± Δ U die Adressierspannung für den Verbraucher n.
Wie schon erwähnt, ist für die Umschaltung eines Verbrauchers Voraussetzung, daß der ausgewählte Verbraucher (beispielsweise der Verbraucher n) zuerst adressiert wird, indem das Steuersignal mindestens während einer Zeitspanne t₁ (Fig. 2a) in dem Bereich U n ± Δ U gehalten wird. Im Zuge der Spannungserhöhung wird zuerst die Spannung U k erreicht. Der Verbraucher k wird aber gemäß der Fig. 2a nicht betätigt, weil die zugeführte Spannung U den Bereich U k ± Δ U rasch durchläuft, also nicht über eine Zeitspanne t₁ in diesem Bereich verbleibt. Bei weiterer Erhöhung der Spannung U erreicht sie zunächst den Wert U n - Δ U. Für die Adressierung des Verbrauchers n wird nun die Spannung U auf der Leitung 1 während einer Zeitspanne t₁ in dem Bereich U n ± Δ U gehalten. Um den Verbraucher n einzuschalten, wird die Spannung anschließend erhöht, wobei die Einschaltung erst dann erfolgt, wenn die Spannung den Wert U n ± Δ U überschreitet. Dann wird nämlich das Freigabesignal von dem Impulsformer 3 dem Speicher 4 zugeführt, das die Aufzeichnung des Zustandes des Fensterkomparators 2 in den Speicher zuläßt. In diesem Augenblick T₁ wird der Zustand des Verbrauchers n in den Zustand l gebracht (Fig. 2b). Der Verbraucher n ist eingeschaltet und verbleibt zunächst in diesem Zustand.
Soll nun auch der Verbraucher k eingeschaltet werden, so muß auf die Leitung 1 die bezügliche Adressierspannung im Bereich U k ± Δ U gelegt werden, also die Spannung U entsprechend vermindert werden. Im Zuge der Verminderung wird der Zustand des Verbrauchers n nicht geändert, weil dabei die Adressierzeit t₁ für den Verbraucher n nicht erreicht wird. Mit der Spannung U k wird der Verbraucher k adressiert, indem diese Spannung U k wieder für die Zeit t₁ dem Eingang des Fensterkomparators 2 des Verbrauchers k von der zentralen Steuereinheit über die Leitung 1 zugeführt wird. Die Einschaltung des Verbrauchers k erfolgt in diesem Falle erst dann, wenn nach der Zeitspanne t₁ die Spannung U den Wert U k + Δ U überschreitet, also zum Zeitpunkt T₂ (Fig. 2c). Nunmehr sind sowohl der Verbraucher n als auch der Verbraucher k eingeschaltet.
Soll der Verbraucher n wieder ausgeschaltet werden, so muß die Spannung auf den Wert der entsprechenden Adressierspannung U n erhöht , die Zeit t₁ lange auf den Wert der Adressierspannung gehalten und dann verkleinert werden. Erreicht die Spannung U den Wert U n - Δ U, so wird der Verbraucher n ausgeschaltet, was zum Zeitpunkt T₃ der Fall ist (Fig. 2b).
Das Wesen der Schaltungsanordnung liegt also darin, daß der zu schaltende Verbraucher zuerst dadurch adressiert wird, daß zu zugeordnete Adressierspannung eine Zeitspanne t₁ dem Eingang der Schaltungsanordnung zugeführt wird. Die Umschaltung des Verbrauchers erfolgt erst dann, wenn diese Spannung vergrößert oder verkleinert wird und aus dem Adressierbereich austritt. Wenn die Spannung erhöht wird, wird der Verbraucher eingeschaltet. Wenn sie vermindert wird, wird der Verbraucher ausgeschaltet.
In Fig. 3 ist unter anderem eine Ausbildung des Impulsformers zu sehen, bei welchem Ausführungsbeispiel beim Anlegen einer in das Spannungsfenster des Fensterkomparators 2 fallenden Eingangsspannungen den Ausgängen 10, 11 desselben eine logische "0" auftritt. Der Impulsformer 3 enthält eine erste NOR-Schaltung 15, deren Eingänge an die Ausgänge des Fensterkomparators 2 angeschlossen sind. Der Ausgang der NOR-Schaltung 15 ist einerseits mit einem der Eingänge einer zweiten NOR-Schaltung 16 verbunden und steht andererseits über zwei weitere NOR-Schaltungen 17 und 18 sowie einen Transistor 19 mit der Leitung 12 in Verbindung. Über diese Leitung 12 wird das am Transistor 19 auftretende Ausgangssignal der zentralen Steuereinheit zugeführt. Der zweite Eingang der NOR-Schaltung 18 steht mit dem Verbraucher 9 in Verbindung. Das auf der Leitung 12 liegende Rückführsignal zeigt den Zustand des Verbrauchers 9 an. Der Transistor 19 ist im wesentlichen eine sogenannte verdrahtete OR-Schaltung. Der zweite Eingang der NOR-Schaltung 15 ist mit dem an den Ausgang der NOR-Schaltung 17 angeschlossenen RC-Reihenglied verbunden, das die Zeitspanne t₁ erzeugt.
Die Wirkungsweise des Impulsformers 3 ist folgende:
Wenn der ausgewählte Verbraucher adressiert wird, tritt, wie erwähnt, an den Ausgängen 10 und 11 des Fensterkomparators 2 eine logische "0" auf, die es ermöglicht, daß über die NOR-Schaltungen 17 und 18 der am zweiten Eingang der NOR-Schaltung 18 liegende Zustand des Verbrauchers 9 über die Leitung 12 der zentralen Steuereinheit zugeführt werden kann. Der Ausgang der NOR-Schaltung 15 liegt außerdem an einem der Eingänge der NOR-Schaltung 16, an dem somit gleichfalls eine logische "1" auftritt. In diesem Zeitpunkt liegt aber am Ausgang der NOR-Schaltung 17 eine logische "0", so daß sich der Kondensator C über den Widerstand R entlädt. Wenn die Adressierspannung des Verbrauchers in dem gegebenen Spannungsbereich eine Zeitspanne t < t₁ gehalten wird, sperrt die Spannung des Kondensators C den Ausgang der NOR-Schaltung 16, so daß dem Speicher 4 kein Taktsignal zugeführt wird.
Das Ausgangssignal des Fensterkomparators 2 kann nicht in den Speicher 4 eingeschrieben werden. Wenn aber die Adressierspannung eine Zeitspanne t < t₁ auf dem Eingang des Fensterkomparators 2 gehalten wird, vermindert sich die Spannung des Kondensators C unter den Pegel, der mit dem Komparator feststellbar ist. Wird nun die Eingangsspannung des Fensterkomparators 2 über den Adressierbereich vermindert oder erhöht, so wird der Ausgang der NOR-Schaltung 15 auf eine logische "0" umgeschaltet und diese logische "0" an den einen Eingang der NOR-Schaltung 16 gelegt. Da an dem anderen Eingang der NOR-Schaltung 15 nunmehr wegen der Entladung des Kondensators C auch eine logische "0" liegt, tritt am Ausgang der NOR-Schaltung 16 eine logische "1" auf. Dieses Signal ist das Taktsignal, das die Aufzeichnung des Zustandes des Fensterkomparators 2 in den Speicher 4 zuläßt. Nach einer Zeitspanne t₁ lädt sich der Kondensator C wieder auf und stellt die Aufzeichnung des Ausgangssignals des Fensterkomparators 2 in den Speicher 4 ab.
Der Impulsformer 3 kann natürlich auch mit Hilfe anderer Torschaltungen aufgebaut werden. Wenn z. B. die Ausgangssignale des Fensterkomparators 2 bei der Adressierspannung auf eine logische "1" geschaltet werden, dann müssen die anderen Schaltelemente dementsprechend gewählt werden.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 dadurch, daß die die Information übermittelnde Leitung 1 nach Fig. 3 und die Rückmeldeleitung 12 zu einer einzigen Leitung 13 vereinigt sind, wie dies in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist. In diesem Falle ist der Ausgang des Impulsformers 3 über einen Stromgenerator 14 an die Leitung 13 angeschlossen. Der Stromgenerator 14 beinhaltet einen Transistor 20, dessen Funktion der Funktion einer verdrahteten OR-Schaltung entspricht.
Die Wirkungsweise ist folgende:
Der jeweilige Verbraucher wird mit der auf die Leitung 13 gelegten Adressierspannung ausgewählt. In diesem Zustand schaltet der Impulsformer 3, falls eine Information an die zentrale Steuer- und Anzeigeeinheit rückzumelden ist, den Stromgenerator 14 ein. Durch Detektieren des in der zentralen Steuer- und Anzeigeeinheit fließenden Stromes kann die Information zurückgestellt werden. Der Wert der Adressierspannung wird jedoch von dem Rückstrom nicht beeinflußt, da die Adressierspannung von einem Spannungsgenerator zugeführt wird.
In den Fig. 3 und 4 sind auch Schaltungen des Speichers 4 und des Leistungsschalters 5 zu sehen. Der Speicher 4 ist ein an sich bekanntes getaktetes RS-Flipflop, das z. B. auch aus NOR-Schaltungen aufgebaut werden kann. Der Leistungsschalter 5 ist gleichfalls in an sich bekannter Weise ausgeführt.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Ein- und Ausschaltung von Verbrauchern, insbesondere für Kraftfahrzeuge, wobei alle Verbraucher (9) über mindestens eine Leitung (1) mit einer zentralen Steuereinheit in Verbindung stehen und jedem Verbraucher (9) ein durch je einen Spannungsteiler (6, 7, 8) und einen Fensterkomparator (2) bestimmter Spannungsbereich zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Adressierung der Verbraucher (9) mittels einer jeweils im betreffenden Spannungsbereich liegenden und mindestens eine Zeitspanne (t₁) andauernden, von der zentralen Steuereinheit erzeugten Spannung erfolgt,
  • - daß die Umschaltung der Verbraucher (9) durch die Änderung der am Eingang (E) des Fensterkomparators (2) anliegenden Spannung erfolgt,
  • - daß die Ausgänge (10, 11) des Fensterkomparators (2) an Eingängen eines getakteten Speichers (4) und eines Impulsformers (3) liegen und ein Ausgang (A 2) des Impulsformers (3) mit einem Takteingang des Speichers (4) verbunden ist,
  • - daß der Ausgang (A) des Speichers (4) am Eingang eines an einen Verbraucher (9) angeschlossenen Leistungsschalters (5) liegt,
  • - daß ein den Zustand des Verbrauchers (9) charakterisierender Ausgang desselben mit einem Steuereingang (S) des Impulsformers (3) verbunden ist, und
  • - daß ein weiterer Ausgang (A 1) des Impulsformers (3), der den Zustand des Verbrauchers (9) charakterisiert, mit einer zur zentralen Steuereinheit führenden Rückmeldeleitung (12) in Verbindung steht.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß der Impulsformer (3) aus NOR-Schaltungen (15, 16, 17, 18) und einem RC-Reihenglied gebildet ist,
  • - daß der erste und der zweite Eingang des Impulsformers (3) durch die Eingänge einer ersten NOR-Schaltung (15) gebildet ist,
  • - daß der Ausgang der ersten NOR-Schaltung (15) einerseits an einem der Eingänge einer zweiten NOR-Schaltung (16), andererseits an den Eingängen einer dritten NOR-Schaltung (17) liegt,
  • - daß der andere Eingang der zweiten NOR-Schaltung (16) am Mittelabgriff des RC-Reihenglieds liegt, wobei der Widerstand des RC-Glieds mit dem Ausgang der dritten NOR-Schaltung (17) und einem der Eingänge einer vierten NOR-Schaltung (18) verbunden ist,
  • - daß der zweite Eingang der vierten NOR-Schaltung (18) mit dem Verbraucher (9) in Verbindung steht, und
  • - daß der Ausgang der vierten NOR-Schaltung (18) den zur zentralen Steuereinheit führenden Ausgang des Impulsformers (3) bildet.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (4) als getaktetes RS-Flipflop ausgebildet ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Steuerung der Verbraucher (9) dienende Leitung (1) und die Rückmeldeleitung (12) zu einer einzigen Leitung (13) vereinigt sind, die über einen gesteuerten Stromgenerator (14) an den zur zentralen Steuereinheit führenden weiteren Ausgang (A 2) des Impulsformers (3) angeschlossen ist.
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