DE60113295T2

DE60113295T2 - Intelligenter sicherungskasten für das energieverteilungssystem eines fahrzeugs

Info

Publication number: DE60113295T2
Application number: DE60113295T
Authority: DE
Inventors: Asko Juntunen; Lauri Lamberg
Original assignee: IWS International Oy
Current assignee: IWS International Oy
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2021-12-22
Also published as: ATE303917T1; US20040052024A1; EP1345795B1; FI20002834A0; WO2002051668A1; FI115426B; DE60113295D1; ES2249491T3; US7161782B2; FI20002834A; EP1345795A1

Description

Die Erfindung betrifft einen intelligenten Sicherungskasten für ein Fahrzeug-Multiplex-Verteilersystem; der Sicherungskasten umfaßt Ausgänge) für des Fahrzeugs funktionalen Komponenten/Betätiger und/oder Kabelbusse, die mit intelligenten Knoten bestückt sind; die letzteren wiederum haben Ausgänge zum Treiben funktionaler Komponenten/Betätiger und umfassen weiter Mittel, die Sicherungsfunktionen zwischen den Ausgängen und des Fahrzeugs Leistungs-Busversorgung dienen.
Aus der Patentschrift EP 529,650 C (Oberbegriff des Anspruchs 1) ist eines Fahrzeugs Vielfach-Leistungsverteilsystem bekannt, bei dem die von dem Stromverteilerpunkt zu den intelligenten Knoten abgehenden Busse individuell durch Sicherungen geschützt sind, die Schutz sowohl gegen Überstrom als auch Kurzschluß-Situationen bieten. Diese Sicherungen sind nicht durch den Gebrauch von Festkörperschaltern verwirklicht.
Aus dem US-Patent Nr. 4,575,673 ist eines Fahrzeugs Vielfach-Leistungsverteilsystem bekannt, dessen intelligentem Knoten elektronische Mittel zum Überwachen des Laststromes umfassen und die Fahrzeugstromversorgung abschalten, wenn ein vorgegebener Strompegel mit einer angemessenen Toleranz in Bezug auf einlaufende Transienten überschritten ist. Anstatt in einem einzigen Sicherungskasten des Systems zusammengezogen zu sein, sind die gesteuerten Festkörperschalter in verteilter Anordnung angeordnet. Deshalb braucht das System, das im US-Patent Nr. 4,575,673 geoffenbart ist, einen gesonderten herkömmlichen Sicherungskasten zwischen der Fahrzeugstromversorgung und den Busausgängen, um die Busse und die Knoten entlang der Busse zu schützen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen intelligenten Sicherungskasten zu offenbaren, der geeignet ist, als eine Zwischeneinheit zwischen der primären Stromversorgung und eines Fahrzeug-Vielfach-Stromverteilungssystems genutzt zu werden.
Herkömmliche Sicherungskästen sind durch mehrere Probleme belastet, diese sind:

– durch ihre mechanischen und thermischen Auslösefunktionen können die Sicherungselemente nicht auf verschiedene Überstrompegel eingestellt werden;
– die Sicherungselemente sind von der Art der langsamen Auslösung, die ständig eine Brandgefahr in einer Kurzschluß-Situation oder Überlast-Situation hervorruft;
– die Auslösepegel der Sicherungselemente sind unveränderlich nicht programmierbar, wodurch es unmöglich ist, das Bedürfnis nach Herabsetzung des Auslösepegels eines Sicherungselementes in einem schlafenden Zustand zu befriedigen, z.B. ohne die mechanischen Sicherungselemente zu manipulieren;
– die Sicherungselemente können keine Störfilterung vornehmen, und
– nicht zuletzt, das Leben mechanisch auslösender Sicherungselemente ist immer begrenzt.

Diese Probleme können mittels eines intelligenten Sicherungskastens nach der Erfindung gelöst werden, dessen charakteristischen Eigenschaften im Anspruch 1 angegeben sind. Einzelheiten von bevorzugten Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Im Folgenden ist die Erfindung in größeren Einzelheiten mit Hilfe einer beispielhaften Ausführung gezeigt, in der Bezug auf die angefügte Zeichnung genommen wird, die einen intelligenten Sicherungskasten gemäß der Erfindung als Blockdiagramm zeigt.
Wie gesagt, hat der Sicherungskasten 1 Ausgänge 3 zum Treiben von funktionalen Komponenten/Betätigern und/oder Bussen 11, 12, 13, an die intelligente Knoten 14 gekoppelt sind, die Ausgänge zum Treiben von funktionalen Komponenten/Betätigern 15 haben. Somit kann der Sicherungskasten 1 in gewöhnlicher Weise Ausgänge 3 getrennt für jede funktionale Komponente/Betätiger des Fahrzeugs haben. Zusätzlich können an den Sicherungskasten ein oder mehrer Busse 11 – 13 angeschlossen sein, die durch Stromleiter ergänzt mit Datenleitern gebildet sind, über die Information übertragen wird, wobei ein standardisiertes Datenübertragungsprotokoll (CAN, LIN oder IWS) benutzt wird. Hierbei ist CAN (Controller Area Network) (lokales Steuernetzwerk) ein gewöhnliches Protokoll, das von Kraftfahrzeugherstellern genutzt wird.
IWS (Intelligent Wiring System) (intelligentes Verdrahtungssystem) ist eine vereinfachte Form des CAN-Protokolls, das durch den Anmelder angepaßt wurde. LIN ist ein Master-Slave-Protokoll. Für den Sicherungskasten 1 stellen die zuvor erwähnten Busse 11 – 13 eine einzige geschützte Last dar, deren Überstrom-Auslösepegel durch die summierten Maxmalströme der Lasten bestimmt ist, die an ein gegebenes Kabel angeschlossen sind. Die Überlast-Stromüberwachung der Lasten 15, die an die Busse 11 – 13 angeschlossen sind, wird mit Hilfe des intelligenten Knotens 14 ausgeführt.
Die Überstrom-Auslösefunktionen werden mittels der Festkörperschalter 4 vorgenommen, die zwischen der Fahrzeug-Stromversorgung 2 und den Lastausgängen 3 oder den Bus-Ausgängen 11 – 13 angeschlossen sind. In Ergänzung zu der herkömmlichen Überstrom-Auslösefunktion können die Schalter 4 genutzt werden, um eine Anzahl flexible Funktionen auszuführen, die in weiteren Einzelheiten im späteren Text beschrieben sind.
Der Sicherungskasten 1 beinhaltet auch Eingänge 5, um Steuernachrichten aufzunehmen, die den EIN/AUS- Zustand der Festkörperschalter 4 steuern. Die Steuernachrichten werden z.B. von den Steuerhebeln von Drehgebern und Scheibenwischern, Lichtschaltern oder dgl. Steuerschaltern am Bedienpult, wie auch von Sensoren und funktionalen Komponenten/Gebern, geliefert.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikroprozessor zur Steuerung der Festkörperschalter 4 auf der Basis eines gespeicherten Programmes benutzt wird, wobei die Stromgrenzwerte der Konfigurationsdaten 8 benutzt werden. Die Konfigurationsdaten umfassen die Grenzen eines normalen Stromfensters für jeden einzelnen der Ausgänge 3 oder 11 – 13 und eine Auslösegrenze, die wesentlich höher ist als die obere Grenze des normalen Stromfensters. Wenn der Strom unter die untere Grenze des normalen Stromfensters abfällt, wird ein Fehleralarm zum Display 9 geschickt. Anders wird, wenn die obere Grenze des normalen Stromfensters überschritten wird, der Stromtreiber zeitweilig abgeschaltet, und abhängig von den Konfigurationsdaten 8 entscheidet das im Speicher 7 gespeicherte Programm, ob der Betrieb der Last fortgesetzt werden soll oder nicht. Wenn jedoch die Auslösegrenze des Ausgangsstromes überschritten wird, wird der Schalter 4 unveränderlich in den AUS-Zustand verbracht, um den Treiberstrom zur Last abzuschalten.
Die Stromüberwachungsfunktionen für beide, das normale Stromfenster und die Auslösegrenze, sind auf das Messen der Spannung übe dem Festkörperschalter 4 und/oder der Last gegründet, wobei der Meßwert jeweils mit einem Bezugswert der betreffenden in den Konfigurationsdaten gespeicherten Stromgrenze verglichen wird. Dieser Vergleich kann durchgeführt werden, indem z.B. ein Steuerschaltkreis, der in dem Internationalen Patent WO 00/69043 gespeichert ist, genutzt wird, der einer doppelten Funktion dient, indem er Spannungs- und Stromübergangsspitzen beseitigt, die entweder beim An- oder Abschalten des Stromes entstehen. Wie gewöhnlich bekannt, beinhaltet das Einschalten des Lastansteuer-Schalters 4 eine kurze Stromspitze, die nun mittels des intelligenten Sicherungskastens entsprechend der Erfindung beseitigt werden kann. Genauer gesagt, macht eine geeignete Steuerung des Schalters 4 es möglich, eine transiente Stromspitze zu verhindern oder alternativ eine kurzdauernde Stromspitze mit einem strombegrenzten Pegel zu erlauben, ohne den Treiberstrom in dem Moment, wenn der Festkörperschalter 4 vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand gesteuert wird, zur Last zu leiten. Wie oben erwähnt, sind die Stromgrenzen mit Hilfe der Konfigurationsdaten 8 vorgegeben. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, daß die Konfigurationsdaten 8 über die Dienst-Schnittstelle 10 reprogrammierbar sind.
Die Steuermöglichkeit der Schalter 4 in programmierbarer Weise entsprechend den gespeicherten Konfigurationsdaten können ferner genutzt werden, dynamische Sicherungsfunktionen auszubilden, wie z.B. vorhandenen funktionalen Komponenten/Betätigern und/oder Kabelbussen zu gestatten, mit einem verminderten Strom betrieben zu werden, wenn das Fahrzeug stationär geparkt ist.
Die Messung der Gesamtstromlast des Fahrzeug-Stromverteilersystems kann auf der Basis z.B. der Spannungsabfälle über den Schaltern erbracht werden, soweit diese Signale von der Überstromüberwachung der Festkörperschalter 4 einfach zu gewinnen sind.
Die Status-, Strom- und Diagnosedaten des Schutzelements, das als Sicherung dient, können im Systemspeicher für spätere Bedürfnisse gespeichert werden, beziehungsweise können diese Daten zu einem Display oder einem entfernten Wartungsterminal gesandt werden. Eine bedarfsweise bidirektionale RF-Verbindung kann zwischen dem Fahrzeug und einer Wartungsstation aufgrund der gespeicherten Information in dem intelligenten Sicherungskasten hergestellt werden.
In Ergänzung zu den oben bezeichneten Vorteilen erbringt die Erfindung eine höhere Systemsicherheit und -zuverlässigkeit und weiter hohe Lebensdauer der Fahrzeugelektronik und der funktionalen Komponenten/Geber vermögen der weicheren Steuerung der Lastansteuerleistung. Zudem ist der EMC-Störungspegel verringert.
Der körperliche Sicherungskasten, der die elektronische Schaltung umgibt, die die oben beschriebenen Funktionen erbringt, kann so gestaltet werden, daß er ähnliche Größe und Abmessungen hat wie ein bekannter Sicherungskasten, wodurch die Aufnahme des neuen Sicherungskastens kein Redesign des Fahrzeugverdrahtungssystems verlangt.

Claims

Intelligenter Sicherungskasten (1) für ein Fahrzeug-Multiplex-Verteilersystem; der Sicherungskasten umfaßt Ausgänge (3) für des Fahrzeugs funktionalen Komponenten/Betätiger und/oder Kabelbusse (11–13), die mit intelligenten Knoten (14) bestückt sind; die letzteren wiederum haben Ausgänge zum Treiben funktionaler Komponenten/Betätiger (15) und umfassen weiter Mittel, die Sicherungsfunktionen zwischen den Ausgängen (3; 11–13) und des Fahrzeugs Leistungs-Busversorgung (2) dienen, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Sicherungsfunktionsmittel gesteuerte Festkörperschalter (4) sind und der genannte Sicherungskasten (1) außerdem Eingänge (5) umfaßt, die Nachrichten empfangen, die die EIN/AUS-Zustände der Festkörperschalter (4) steuern und die Konfigurationsdaten (8) einschließlich der Grenzen eines normalen Stromfensters für die Ausgänge (3, 11–13) sind, und daß ein Mikroprozessor (6) die Festkörperschalter (4) einem Programm im Mikroprogrammspeicher (7) und den vorbestimmten Stromgrenzwerten in den Konfigurationsdaten (8) gemäß steuert, wobei die Konfigurationsdaten (8) unter externer Steuerung zur Änderung der Stromgrenzwerte stehen.
Sicherungskasten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Strombegrenzungsfunktion darin, basierend auf einem Vergleich der Spannung, die über dem gesamten Festkörperschalter (4) und/oder der Last gemessen ist, mit einem entsprechenden Spannungswert der Konfigurationsdaten, die im Speicher (8) gespeichert sind und zum gewünschten Stromgrenzwert korrespondieren, steuerbar gemacht ist.
Sicherungskasten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltsteuerung eines Festkörperschalters (4) mit einer Strombegrenzungsfunktion komplementiert ist, die als „Weichverbindung" bekannt ist, die in de Lage ist, eine vorübergehende Überstromspitze zu kappen oder alternativ eine kurzdauernde Überstromspitze bei einem Stromgrenzwertpegel passieren zu lassen, ohne in dem Moment, in dem der Festkörperschalter (4) von dem AUS-Zustand in den EIN-Zustand gesteuert wird, den Treiberstrom zur Last zu leiten.
Sicherungskasten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konfigurationsdaten (8) über eine Dienstschnittstelle (10) zur Änderung der vorgegebenen Stromgrenzwerte reprogrammierbar sind.
Sicherungskasten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromgrenzwerte die Grenzen eines normalen Stromfensters mit einer unteren Grenze und einer oberen Grenze umfassen, wobei eine Verletzung der unteren Grenze eine Fehlermeldung erzeugt, während eine Verletzung der oberen Grenze veranlaßt, daß der Laststrom zeitweilig für ein Zeitintervall, das in den Konfigurationsdaten vorbestimmt ist, abgeschaltet wird und wobei mit den Konfigurationsdaten auch eine Stromauslösegrenze gespeichert ist, die erheblich höher ist als die obere Grenze des normalen Stromfensters und bei der der Laststromtreiber dauernd abgeschaltet wird.
Sicherungskasten nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörperschalter (4) so gesteuert sind, daß sie die gegebenen funktionalen Komponenten/Betätiger und/oder Kabelbusse mit einem verringerten Strom treiben, wenn das Fahrzeug stehend geparkt ist.
Sicherungskasten nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtlast-Strommessung de Vielfach-Leistungsverteilsystems des Fahrzeuges so ausgelegt ist, daß sie auf solchen Spannungsabfällen über den Festkörperschaltern beruhend stattfindet, die ermittelt werden, um die Schalter in ihrer Sicherungsfunktion zu steuern.