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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Verdrahtungsaufbau
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Die Dimensionen und die Komplexität der Verdrahtung des elektrischen
Systems von Motorfahrzeugen nehmen nach und nach zu mit der Einführung
einer ihr größer werdenden Anzahl elektrischer Benutzervorrichtungen
zusätzlich zu den grundsätzlichen Vorrichtungen dargestellt durch die
Motorenzündung, die Beleuchtung und Signalisierung und die Scheibenwischer.
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Beispielsweise wird Diagnoseausrüstung immer verbreiteter installiert,
welche die Effizienz des Motors, des Bremssystems, der Beleuchtung usw.
verifiziert; Hilfsvorrichtungen werden mehr und mehr benutzt, wie z. B.
elektrisch betriebene Fenster, Türenverriegelungen, geheizte Heckscheiben,
Klimaanlagen usw.; und weitläufig verwendet werden elektronische
Steuersysteme für die Motorenzündung und Kraftstoffeinspritzung, zur
Antiblockier-Verhinderung beim Bremsen, für die Aufhängungen und für die
Vierradantriebe der Fahrzeuge.
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Dementsprechend traten Anstiege im Gewicht und in den Gesamtabmessungen der
elektrischen Verdrahtungen auf, und die Zuverlässigkeit des elektrischen
Systems im Ganzen welche daraus resultierte, nahm ab, und zwar insbesondere
aufgrund des Anstieges der Anzahl der Stecker.
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Die US-A-4 293 947 offenbart einen Verdrahtungsaufbau nach dem Oberbegriff
des Anspruch 1. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist eine relativ hohe
Anzahl von Untersteuereinheiten vorgesehen, und die Hauptsteuereinheit
tastet alle Untereinheiten in einer sequentiellen Art durch Übertragen von
Informationssignalen ab, wodurch jede der sequentiell aufgerufenen
Untereinheiten ordnungsgemäß antwortet, wenn sie an der Reihe ist, und die
Daten an die Haupteinheit überträgt. Sobald alle Untereinheiten durchlaufen
worden sind, findet ein neuer Durchlauf statt usw.
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Diese bekannte Vorrichtung erfordert Positionieren von Untereinheiten an
einer hohen Anzahl von Orten des Fahrzeugs und arbeitet konstant mit einer
voreingerichteten festen Prozedur, welche eine erhöhte Anzahl von Zeiten
zum Erhalten von Information erfordert, wenn die Anzahl von Untereinheiten
ansteigt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen elektrischen
Verdrahtungsaufbau zu schaffen, welcher strukturell integriert werden kann
innerhalb des Armaturenbretts des Fahrzeugs und welcher eine verbesserte
Sicherheit und Zuverlässigkeit aufweist und in der Lage ist dem Fahrer
kritische Information von Benutzervorrichtungen mit minimaler Verzögerung
zuzuführen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrischen Verdrahtungsaufbau mit
den Anspruch 1 beanspruchten Merkmalen.
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Durch Vorsehen der Datenübertragung in zwei Schritten gemäß einem der
kennzeichnenden Merkmale der vorliegenden Erfindung werden wichtige
Information oder kritische Zustände an dem Fahrer mit Priorität bezüglich
anderen gegeben, und es ist nicht länger notwendig, jedesmal alle
Untereinheiten durchzugehen.
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Der Kabelbaum in dem Armaturenbrettbereich ergibt sich stark vereinfacht,
da das gewöhnliche Bündel elektrischer stromführender Drähte ersetzt ist
durch das Untersystem, welches durch die zwei Untersteuereinheiten und
durch den sie verbindenden Kommunikationsbus gebildet ist.
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Weiteren ist ein Untersystem vorgesehen, weiches leicht an die Architektur
des Armaturenbretts angepaßt werden kann und welches ebenfalls in der Lage
ist, folgende Erweiterungen möglich zu machen.
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Charakteristika und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden jetzt
illustriert werden mit Bezug auf Fig. 1, 2 und 3, in denen eine
bevorzugte praktische Ausführungsform derselben Erfindung als nicht
beschrankendes Beispiel gezeigt ist.
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Fig. 1 zeigt eine diagrammatische Ansicht des Armaturenbretts eines
Motorfahrzeuges, welches mit dem elektrischen Verdrahtungsaufbau nach der
Erfindung versehen ist;
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Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm des elektrischen Verdrahtungsaufbaus von
Fig. 1;
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Fig. 3 zeigt ein Detail des elektrischen Verdrahtungsaufbaus von Fig. 2.
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In Fig. 1 ist das Armaturenbretts eines Motorfahrzeugs allgemein
angedeutet durch das Bezugszeichen 10, und durch das Bezugszeichen 11 ist
die Hauptsteuereinheit oder übergeordnete Steuereinheit angezeigt, und
durch die Bezugszeichen 12 und 13 sind die sekundären Steuereinheiten oder
Untersteuereinheiten jeweils angedeutet, welche insgesamt zwei sind,
nämlich die linke Untersteuereinheit und die rechte Untersteuereinheit. Die
Hauptsteuereinheit 11 ist angesiedelt in der Nähe der Steuereinrichtung,
welche vorgesehen ist auf dem Armaturenbrett und der Lenksäule; die
Untersteuereinheiten 12 und 13 sind auf den Seiten des Armaturenbretts
gelegen.
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Durch das Bezugszeichen 14 ist ein Kommunikationsbus allgemein angezeigt,
welcher zwei Zuführungen 40 und 41 umfaßt, zum Verbinden der drei
Steuereinheiten 11, 12, 13 miteinander.
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Wie jedermann leicht sehen kann, bilden die drei Steuereinheiten 11, 12, 13
ein Untersystem, welches leicht im Bereich des Armaturenbretts des
Motorfahrzeugs installiert werden kann, da es wenig Platz besetzt und das
übliche Bündel von Leitungen eliminiert.
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Die elektronische Hauptsteuereinheit 11, welche Mikroprozessor-gesteuert
ist, führt Funktionen der Steuerung der Betätigung der elektrischen
Benutzervorrichtungen, welche in den Figuren nicht gezeigt sind, vom
Motorfahrzeug durch.
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Die Benutzervorrichtungen können die innere Beleuchtung des Motorfahrzeuges
sowie die äußere Beleuchtung, z. B. die Parkleuchten, die
Abblendscheinwerfer, die Fernlichtscheinwerfer, die Richtungsanzeiger und
die Stoppleuchten, die Scheibenwischer, die Türverriegelung, die elektrisch
betriebenen Fenster, die Kontrolleuchten, die Leuchten zum Beleuchten der
Bordinstrumente, die geheizte Heckscheibe, die Klimaanlage usw. sein.
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Die Steuereinheit 11 empfängt die Eingabesignale, welche die Anforderungen
zur Betätigung von den obigen Benutzervorrichtungen darstellen, welche von
der Steuereinrichtung kommen die auf dem Armaturenbrett und auf der
Lenksäule gelegen ist; diese Steuereinrichtung ist dargestellt durch den
Block 15 und verbunden mit der Steuereinheit 11 mittels der Leitungen 16.
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Die sekundären Steuereinheiten (Untersteuereinheiten) 12 und 13 sind
Mikroprozessor-gesteuert und führen Funktionen der Betätigung der
Benutzervorrichtungen, wie oben aufgelistet, mit denen sie betriebsmäßig
verbunden sind, durch.
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Die Steuereinheit 12 enthält die Leistungsstufen und die Schutzeinrichtung,
welche nicht gezeigt sind, zur Betätigung der Benutzervorrichtungen, die
auf der linken Seite des Motorfahrzeugs gelegen sind; die Steuereinheit 13
enthält die Leistungsstufen und die Schutzeinrichtung zur Betätigung der
Benutzervorrichtungen, welche auf der rechten Seite des Motorfahrzeuges
gelegen sind.
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Die Leistungsstufen und die Schutzeinrichtung der Steuereinheit 12
empfangen elektrische Leistung von der Batterie, welche in den Figuren
nicht gezeigt ist, und zwar über den Block des Schlüsselschalters 17 und
der Verbindungsleitung 18, und die der Steuereinheit 13 empfangen
elektrischer Leistung von der Steuereinheit 12, und zwar über die
Verbindungsleitung 19.
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Mit den Leistungsstufen der Steuereinheit 12 sind die Stromzuführungen
verbunden, welche elektrische Leistung an die Benutzervorrichtungen
zuführen, welche durch dieselbige Steuereinheit betätigt werden; einige
Stromzuführungen sind durch die Pfeile 20s, 21s, 22s, 23s dargestellt.
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In ähnlicher Weise sind mit den Leistungsstufen der Steuereinheit 13 die
Stromzuführungen verbunden, welche elektrische Leistung an die
Benutzervorrichtungen zuführen, die durch dieselbe Steuereinheit betätigt
werden; einige Stromzuführungen sind dargestellt durch die Pfeile 20d, 21d,
22d, 23d.
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Mit den Untersteuereinheiten 12, 13 sind ebenfalls die Eingangszuführungen
dargestellt durch die Pfeile 38s, 39s, und 38d, 39d, verbunden, welche die
Signale transportieren, welche durch die Sensoren erzeugt werden, welche
entworfen sind zum Durchführen der Funktionen der Messung und Überwachung
einiger Vorrichtungen des Motorfahrzeuges.
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Durch das Bezugszeichen 24 ist eine Instrumententafel angezeigt, welche auf
dem Armaturenbrett installiert ist, wobei der Geschwindigkeitsmesser 25,
der Drehzahlmesser 26, die Kraftstoffpegelanzeige 27, die
Motorenkühlflüssigkeits-Temperaturanzeige 28 und die Öldruckanzeige 59
zusammengestellt sind.
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Die Signale der Geschwindigkeitsmesser- und Drehzahlmesser-Betätigung
kommen von der Steuereinheit 12, und zwar über die Verbindungsleitung 30,
und die Signale der Betätigung der Kraftstoffpegelanzeige, der
Kühlmitteltemperaturanzeige und der Öldruckanzeige kommen von der
Steuereinehit 13, und zwar ebenfalls durch die Verbindungsleitung 30; diese
Signale werden direkt angelegt an die Instrumente der Instrumententafel 24,
und zwar über die Verbindungsleitungen 31 und 32.
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Auf jeden Fall können ebenfalls diese Instrumente betätigt werden unter
Steuerung durch die Hauptsteuereinheit 11.
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Als Eingaben an die Instrumententafel 24 durch die Leitung 33 werden
ebenfalls die Signale angelegt, welche zum Speisen der Lampen der
Beleuchtung derselben Instrumententafel dienen und für die
Kraftstoffpegelkontrolleuchte, die Kühlmitteltemperatur-Kontrolleuchte und
die Öldruckkontrolleuchte. Die Leitungen 32 und 33 sind ihrerseits
verbunden Tat der Hauptsteuereinheit 11, welche ihrerseits verbunden ist
über die Leitung 34 mit dem Tafelbrett 35, auf dem andere Kontrolleuchten
installiert sind, wie z. B. die Kontrolleuchten für die externen Leuchten
usw . .
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Die Hauptsteuereinheit 11 führt ebenfalls die Funktion der Betätigung der
Warnkontrolleuchten zum Anzeigen des Betriebsstatus vorausgewählter
Vorrichtungen, wie z. B. dem Türenöffnen/-schließen, dem Pegel der
Schmierflüssigkeit des Motors und dem Pegel der Kühlflüssigkeit des Motors,
dem Pegel der Reinigungsflüssigkeit für die Windschutzscheibe, dem Pegel
der Bremsflüssigkeit, dem Verschleiß der Bremsbeläge usw., durch.
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Diese Kontrolleuchten sind gruppiert auf dem Steuertafelbrett 6 welches
mit der Hauptsteuereinheit 11 über die Leitung 37 verbunden ist.
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An die Hauptsteuereinheit 11 werden die Signale bezüglich der
Warnkontrolleuchten gesandt, und zwar über den Kommunikationsbus 14,
nämlich durch die Untersteuereinheiten 12 und 13, welche diese als Eingaben
von den Zuführungen 38s, 39s, 38d, 39d empfangen.
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Der Kammunikationsbus 14, welcher die Steuereinheiten 11, 12, 13 verbindet,
ist durch eine serielle Verbindungsleitung gebildet, welche zwei
Zuführungen 40 und 41 umfaßt, die in der Fig. 3 sichtbar sind.
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Die Zuführung 40 und 41 sind verdrillt n eine Flechtkonfiguration, damit
ein identischer Weg oder ein identisches Verhalten im Fall von Störung
gewährleistet sind.
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Die Zuführung 40 und 41 sind verbunden mit dem Mikroprozessor-
Untersteuereinheit 12 über eine Übertragungsschnittstelle, im allgemeinen
angezeigt durch 42, und über Widerstände 43 und 44 mit einer
Empfangsschnittstelle, im allgemeinen angezeigt durch Bezugszeichen 45. Die
Übertragungsschnittsteile 45 besteht aus NAND-Gattern 46 und 47 und aus
einem Inverter 48; die Empfangsschnittsteile 45 besteht aus NAND-Gattern
50, 51, 52, 53, welche einen bistabilen Multivibrator (Flip-Flop) bilden.
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Die Zuführungen 40 und 41 sind ebenfalls verbunden mit den Steuereinheiten
11 und 13 über Empfangsschnittstellen 54 und 55, welche identisch sind mit
der Schnittstelle 45 und Übertragungsschnittstellen 56 und 57, welche
identisch sind mit der Schnittstelle 42.
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Der Kommunikationsbus 14 kann ebenfalls Reservezuführungen umfassen, welche
in der Lage sind, die relevanten Daten für die Benutzereinrichtungen im
Motorfahrzeug zwischen den Steuereinheiten zu übertragen, welche von
grundlegender Bedeutung und daher kritisch sind, wie z. B. Parkleuchten,
Notbeleuchtung, Scheibenwischer, Stopplichter.
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Der Zugriff durch jede Steuereinheit auf den Kommunikationsbus 14 wird
organisiert durch die Hauptsteuereinheit 11 mit einem
Kommunikationsprotokoll, welches die Untersteuereinheit 12, 13 zum
Empfangen und Sammeln von Daten davon aufruft und welches die
Zugriffsmodalitäten entsprechend denselben Steuereinheiten zugeordneter
Prioritäten einrichtet.
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Die Übertragung der Daten findet statt in Zyklen, welche koordiniert werden
durch die Hauptsteuereinheit 15 und welche strukturell gleich und
periodisch wiederholt sind.
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Jeder Zyklus besteht aus zwei Schritten, wobei der erste Schritt der
Auswahl der Steuereinheit(en) gewidmet ist, weiche Daten übertragen muß,
und dem Sammeln von den Anfragen zur Übertragung, welche geordnet sind
entsprechend der höchsten voreingerichteten Priorität.
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Während des zweiten Schrittes wird ein Zugriff vermittelt an dem
Kommunikationsbus 14 und die eigentliche Übertragung findet statt gemäß der
voreingerichteten Priorität, und die Hauptsteuereinheit 11 widmet ein
voreingerichtetes Zeitintervall dem Empfang von Daten von einer weiteren
Steuereinheit oder der Übertragung von Daten an eine weitere Steuereinheit.
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Jeder übertragene Datenwert umfaßt eine bestimmte Anzahl von linearen
Sequenzen (Bytes), wobei jedes zusammengesetzt aus einer vorbestimmten
Anzahl von Bits.
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Beispielsweise können die binären Sequenzen sechs sein, wobei sich die
erste binäre Sequenz auf die Adresse der Steureinheit bezieht, weiche
übertragen muß und auf den Typ von Daten, welche zuübertragen sind; die
folgenden drei binären Sequenzen definieren die eigentlichen Daten, die
letzten zwei binären Sequenzen sind Prüfsequenzen zum Prüfen der
Korrektheit der Datenübertragung, und zwar mittels eines mathematischen
Betriebs ausgeführt durch Teilen der ersten vier binären Sequenzen durch
einen vorausgewählten polynominalen Ausdruck.
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Die Prüfung der Korrektheit der Übertragung wird ebenfalls ausgeführt an
jedem Bit von jeder übertragenen binären Sequenz; dies wird ermöglicht
durch die zwei Zuführungen 40 und 41 des Busses 14 und durch die
Übertragungs- und Empfangsschnittstellen, welche in Fig. 3 gezeigt sind.
Die korrekt übertragenen Daten werden letztendlich für gültig erklärt und
empfangen durch die Empfangssteuereinheit.
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Die Übertragungsschnittstelle ( 42 oder 56 oder 57 ) sendet gleichzeitig
auf Bandbasis ein Signal entsprechend der zu übertragenen Daten in Form
einer binären Sequenz auf der Zuführung 40 und auf der Zuführung 41 ein
Signal in Form einer Sequenz, welche das Komplement zu einem ( Hochpegel
des ersten Signals ist; die Empfangsschnittstelle (45 oder 54 oder 55
verifiziert, daß die individuellen Bits, welche gleichzeitig vorliegen
indem zwei Zuführungen von verschiedenen Pegeln sind, d. h. eines niedrig
und das andere hoch oder umgekehrt, und nur wenn eine Differenz existiert
und einem voreingerichteten Wert entspricht, erlaubt die
Empfangsschnittstelle, daß das erste Signal die Steuereinheit passiert, und
das Bit das in der Zuführung 40 vorliegt wird empfangen durch die
Steuereinheit.
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Mittels dieser Lösung ist ein Verdrahtungsaufbau geschaffen, welcher extrem
funktionell und zuverlässig ist und dabei ein kleines Gewicht und niedrige
Kosten aufweist.