JP2002529837A - 線路結合装置およびバスシステムにおける線路結合装置の使用法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 線路結合装置において、入力線路（Ｅ）が分離抵抗（２１）を介して出力線路（Ａ）と接続されている。分離抵抗（２１）に対し並列に制御可能なスイッチ（２２）が配置されている。スイッチ（２２）は制御回路（２３）によって、出力線路（Ａ）において求められた出力電圧（Ｕ_Ａ）に依存して制御される。バスシステムにおいて、２つのステーション（１，３）を接続するためにこの種の線路結合装置（２）が使用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、線路結合装置およびバスシステムにおける線路結合装置の使用法に
関する。

【０００２】 個々のステーションが１つのデータバスを介して互いに接続されているバスシ
ステムは公知である。それらのステーションはデータ線路を介して互いにデータ
を交換する。データの伝送を同期または非同期で行うことができ、その際、少な
くとも１つのマルチプレクス方式が適用される。この場合、データバスへのアク
セスは任意にまたは特定の規則に従って構成することができる。この目的で個々
のステーションに、データを送信または受信する権利を同等に与えることができ
る。これに対する代案として、複数のステーションのうちの１つをマスタステー
ションとして構成することができ、そのマスタステーションが残りのスレーブス
テーションを制御し、殊にデータバスに対するそれらのアクセスを制御する。

【０００３】 データバスは一般に２線式線路であり、それには個々のステーションが分岐線
やその他の接続線を介して接続されている。この場合、１つまたは複数のステー
ションのためにデータおよび／または給電エネルギーをデータバスを介して伝送
することができる。

【０００４】 バスシステムが過酷な環境に晒され、たとえば自動車内で稼働される場合、デ
ータバスにおける短絡のおそれが大きくなる。そしてデータバスが一個所で短絡
してしまうと、データバス全体においてそれ以降のデータ交換がもはや不可能に
なってしまう。

【０００５】 このため、バスシステムにおいて殊に短絡のおそれのある区間をその区間にお
ける短絡時に残りのバスシステムから分離して、残りのバスシステムの機能が損
なわれないようにすることが提案されてきた。この目的でたとえば、バスシステ
ムにおいて短絡のおそれのある区間やその他の区間を残りのバスシステムとつな
ぐ結合点にＰＴＣ抵抗あるいはヒューズが組み込まれ、それらは短絡に起因して
大電流が流れひいては高い熱が発生すると高抵抗になり、短絡したバス区間が残
りのバスシステムから分離される。これにより他のバスシステムにおける稼働が
保証される。有利には１つのバスシステム内でエネルギー伝達および／またはデ
ータ伝達のために２つの線路を接続するためのこの種の結合を、以下では線路結
合と称する。このような線路結合により入力線路が出力線路とつながれる。

【０００６】 ＰＣＴ抵抗を用いた線路結合の欠点は、たしかに個々のバス区間は互いにＰＣ
Ｔ抵抗を介して低抵抗に接続されているとはいうものの、有限の抵抗値で接続さ
れており、つまりはＰＣＴ抵抗における電圧降下の理由でデータ線路に接続可能
なステーションの個数が制限されてしまうことである。

【０００７】 本発明の課題は線路結合において、出力線路が短絡していないときだけ出力線
路が入力線路と低抵抗で接続されるよう出力線路が入力線路と結合されるように
構成することである。

【０００８】 この課題は請求項１の特徴部分に記載の構成により解決される。

【０００９】 この場合、入力線路と出力線路との間に高抵抗の分離抵抗が配置されており、
有利にはｋΩの領域の抵抗値をもつ分離抵抗が配置されている。

【００１０】 分離抵抗に対し並列に可制御スイッチが配置されており、これはオン／オフ可
能であって、有利にはトランジスタスイッチとして構成されている。入力線路と
出力線路との第１の電気的および機械的な接続の場合のように可制御スイッチが
阻止状態で接続されている場合、入力線路は高抵抗の分離抵抗を介してのみ出力
線路と接続されている。たしかにこの分離抵抗によって、出力線路における短絡
時には入力線路に及ぼされる短絡の反作用が回避され、入力線路に接続された各
ステーション間の動作が引き続き可能となるけれども、出力線路が短絡していな
い場合には入力線路と出力線路との間におけるデータの伝達は不可能である。入
力線路と出力線路は、データおよび／またはエネルギーの伝達媒体として用いら
れる。

【００１１】 そこで出力線路に電圧タップが設けられており、これにより単線式線路であれ
ば出力線路と一定の基準電位との間の出力電圧の測定が可能となり、あるいは２
線式出力線路の各導線間の電圧を測定することができる。制御回路は、求められ
た出力電圧に依存してスイッチを制御する。その際に有利には、上述のようにし
て求められた出力電圧が限界値を超えたときだけ、スイッチが導通接続される。

【００１２】 出力線路と接続された（スレーブ）ステーションが固有の電圧給電部を有して
いるならば、それにもかかわらず入力電圧を出力線路に印加することができる。
それらのスレーブステーションに対し入力線路に接続されたステーションを介し
てエネルギーが供給されるならば、入力線路と分離抵抗とを介して給電電圧が出
力線路に供給され、つまりはスレーブステーションに供給され、しかもこの給電
電圧は出力線路において制御回路により識別するのに十分に高いレベルを有する
ものである。この場合、給電電圧を直流電圧信号として構成することができ、こ
れには情報の含まれている交流信号が重畳されている。さらにこの給電電圧を、
任意選択の情報を含む交流信号によって形成してもよい。必要に応じてこの種の
交流信号は出力電圧取り出しのために整流され、コンデンサを使用して平滑され
る。いずせにせよ出力線路側において、出力線路が短絡していなければゼロより
も大きい出力電圧を検出することができる。そしてその場合にはいずれにせよ可
制御スイッチが操作され、それによって分離抵抗が短絡される。

【００１３】 これに対し、正常な動作であればいっそう高い電圧値が予期されるにもかかわ
らず、出力線路における出力電圧が０Ｖ付近の値をとっていることが制御回路に
よって検出された場合、測定された出力電圧はそれに対応づけられた限界値を超
えていない。その結果として、電気的に制御可能なスイッチは閉じられたままと
なる。出力線路自体または出力線路と接続されたバス区間は明らかに短絡個所を
有しており、引き続き入力線路から分離されたままとなり、したがって入力線路
側のバスシステムにおけるデータ伝達は損なわれない。

【００１４】 本発明による線路結合装置は完全に自律的に動作する。それというのも出力線
路と接続されたバス区間の結線は、その出力線路における電圧にしか依存しない
からである。また、この線路結合装置を任意のデータ線路やバスシステムにあと
からでも挿入して補強することができ、それによってもデータ線路や接続された
ステーションを何らかのかたちで変形する必要はない。そのうえ、線路結合装置
にごく僅かな部品しか用いずにバスシステムのための効果的な短絡保護が実現さ
れる。短絡が存在しないときにだけ出力線路が結線される。短絡が生じるとただ
ちに、出力線路が自動的に再び遮断される。有利には本発明による線路結合装置
は、短絡のおそれのある環境に晒されているデータ線路区間の手前に組み込まれ
る。自動車であればたとえばこの種の線路結合装置は、車両ボディ側で車両ドア
へのデータ線路移行部の手前あるいは車両のＡ柱／Ｂ柱またはＣ柱に配置される
。なぜならば、車両ドアに向かうデータ線路区間は車両ドアの操作によって機械
的に強く負荷が加わり、車両を支持する柱は事故に起因して強い負荷の加わるお
それがあるからである。さらにバスシステムに線路結合装置を使うことで、あと
で説明するようにバス区間の制御された接続および遮断ならびに接続されたステ
ーションの容易にされたアドレッシングが実現される。

【００１５】 本発明の１つの有利な実施形態によれば、制御回路は入力線路を介して供給さ
れる制御ワードのための評価装置を有している。この場合、制御回路は、最小出
力電圧が測定されかつ入力線路からスイッチをオンにするための制御ワードを取
り出してそれを検出することができるときのみ、スイッチが操作されるように構
成されている。有利にはこのように構成された線路結合装置は以下のようなバス
システムにおいて使用される。すなわち、互いに接続されたステーションがそれ
ぞれ１つの線路結合装置を介して互いに接続されているようなバスシステムにお
いて使用される。残りのスレーブステーションがチェーン状またはリング状に接
続されている１つのマスタステーションから出発して、各スレーブステーション
は次のようにして作動させられる。すなわち、まずはじめに（マスタステーショ
ンへ向かう方向で）スレーブステーションの直前に配置された線路結合装置が導
通接続され、その後、スレーブステーションにアドレスが割り当てられる。この
方法は、線路結合装置を介してマスタステーションと接続された第１のスレーブ
ステーションによって始められる。このようにして相前後して短絡のない各バス
部分区間が作動させられ、シーケンシャルなやり方ゆえに各スレーブステーショ
ンに対しマスタステーションによって一義的にアドレスが割り当てられる。

【００１６】 線路結合装置における入力線路に対する出力線路の結線が成功した後、出力線
路は低抵抗でスイッチを介して入力線路と接続されたままとなり、これはたとえ
制御ワードがもはや生じていなくてもそのままであり、出力電圧が規定の限界値
を下回っていてないかぎり接続されたままである。

【００１７】 スイッチを開くための制御ワードが設けられていれば、バスシステムをやはり
制御して遮断することができる。このような制御ワードを線路結合装置によって
検出して変換する必要がある。多数の線路結合装置が用いられているならば、線
路結合装置ごとにスイッチを開くための固有の制御ワードが設けられる。

【００１８】 マスタステーションと呼ばれるステーションは本出願では制御によって少なく
とも、バスシステムおよび必要に応じてスレーブステーションの初期化について
スレーブステーションに作用を及ぼす。

【００１９】 本発明の１つの別の有利な実施形態によれば線路結合装置は対称に構成されて
いて、入力側にも各入力線路間の入力電圧のためのタップを有している。さらに
出力側には制御ワード評価装置が設けられており、これは出力線路を介して供給
された制御ワードを評価し、相応の制御措置を実施する。有利には可制御スイッ
チは、最小出力電圧および最小入力電圧が検出され、かつ出力側または入力側で
スイッチを閉じるための制御ワードが識別されたとき、導通接続される。入力制
御電圧を考慮に入れることの利点は、線路結合装置を閉じられたリングシステム
において使うことができ、したがってデータバスの部分区間を分離することもで
きることである。また、出力側の制御ワード評価装置を加えることの利点は、そ
のようにすれば対称的な線路結合が得られ、それを方向とは無関係に入力線路と
出力線路との間に配置できることである。さらに、このデータ線路結合をリング
バスシステムに使用した場合、線路結合装置を入力側からも出力側からもアクテ
ィブにすることができる。それぞれ２つのステーション間に線路結合装置が配置
されており、それらのステーションのうちの１つがマスタステーションの機能を
果たすようなリングバスシステムであれば、そのマスタステーションからリング
内の一方の方向でスレーブステーションをアクティブにすることができる。部分
区間において短絡が検出されると、マスタステーションはリング内の他方の方向
で残りのスレーブステーションをアクティブにすることができ、したがって最大
数のスレーブステーションをリングバスにおいて駆動することができる。この場
合、短絡されたバス部分を介して互いに接続されている線路結合装置は非アクテ
ィブ状態のまま保持され、つまりはその間に位置するスレーブステーションはデ
ータ伝達動作から除外される。初期化や遮断に関するこの種のバスシステムの利
点は、先に挙げた実施形態に示されている。

【００２０】 本発明のさらに別の有利な実施形態によれば、最後に述べた実施形態とは異な
り制御ワードのための評価装置が入力側にも出力側にも設けられていない。方向
に依存しない動作のためにはこのような線路結合装置においても、入力電圧も出
力電圧も限界値を超えたときにだけスイッチがトリガされると有利である。

【００２１】 本発明の課題において使用法に関する部分は、請求項９の特徴部分に記載の構
成により解決される。従属請求項には本発明のさらに別の有利な実施形態が示さ
れている。次に、図面を参照しながら本発明ならびにその実施形態について詳し
く説明する。

【００２２】 図１は、本発明による線路結合装置の電気回路図である。

【００２３】 図２は、線路結合装置を使用した第１のバスシステムを示す図である。

【００２４】 図３は、線路結合装置を使用した別のバスシステムを示す図である。

【００２５】 図１には、本発明による線路結合装置の電気回路図が示されている。２線式の
入力線路Ｅは、各線路分岐において分離抵抗２１を介して２線式の出力線路Ａと
接続されている。各分離抵抗２１に並列に、電気的に制御可能なそれぞれ１つの
スイッチ２２が配置されている。電気的に制御可能な各スイッチは、直列接続さ
れた２つの電界効果トランジスタＭ１およびＭ２もしくはＭ３およびＭ４と、そ
れぞれ１つの抵抗Ｒ３もしくはＲ４を有している。スイッチ２２を操作するため
に制御回路２３が用いられる。制御回路２３は入力電圧のための比較器２３１、
出力電圧のための比較器２３２、入力側の評価装置２３３、出力側の評価装置２
３４、ＡＮＤゲート２３５、ＯＲゲート２３６、ブリッジ２３７、ドライバユニ
ット２３８、ならびに電荷ポンプ２３９を有している。

【００２６】 第１の比較器２３１は、入力線路Ｅの各線路間に加わり極性誤り保護ダイオー
ドＤ１〜Ｄ４を介してこの比較器２３１へ供給される入力電圧Ｕ_Ｅ を限界値と
比較し、入力電圧が限界値を超えると論理値１をＡＮＤゲート２３５へ送出する
。

【００２７】 第２の比較器２３２は、出力線路Ａの各線路間に加わり極性誤り保護ダイオー
ドＤ７〜Ｄ１０を介してこの比較器２３２へ供給される出力電圧Ｕ_Ａ を別の限
界値と比較し、出力電圧がこの別の限界値を超えると論理値１をＡＮＤゲート２
３５へ送出する。

【００２８】 入力側の評価装置２３３は入力線路Ｅからデータ信号を受け取って、入力線路
Ｅを介して伝達された制御ワードを評価する。たとえば評価装置２３３がスイッ
チ２２を閉じるための制御ワードを検出すると、この評価装置２３３は論理値１
をＯＲゲート２３６へ送出する。

【００２９】 出力側の評価装置２３４は出力線路Ａからデータ信号を受け取って、出力線路
Ａを介して伝達された別の制御ワードを評価する。たとえば評価装置２３４がス
イッチ２２を閉じるための別の制御ワードを検出すると、この評価装置２３４は
論理値１をＯＲゲート２３６へ送出する。

【００３０】 ＯＲゲート２３６の出力側はＡＮＤゲート２３５の入力側と接続されている。
つまりブリッジ２３７が開かれているとき、最小入力電圧、最小出力電圧、およ
び入力側または出力側で可制御スイッチ２２を閉じるための制御ワードが検出さ
れたときだけ、ドライバユニット２３８が操作される。したがってこのような線
路結合装置は、バスシステム有利にはリングバスシステムの制御された稼働開始
に殊に適している。

【００３１】 ２つのダイオードＤ５，Ｄ６を介して入力電圧Ｕ_Ｅ および／または出力電圧
Ｕ_Ａ から取り出される電荷により電荷ポンプ２３９およびドライバユニット２
３８によって、可制御スイッチ２２が閉じられる。それぞれ制御可能なスイッチ
２２は、それらがＦＥＴ Ｍ１〜Ｍ４として構成されていれば導通接続されるの
で、分離抵抗２１は短絡されることになり、入力線路Ｅは出力線路Ａと両方の線
路分岐において低抵抗で接続されることになる。

【００３２】 図２には、１つのマスタスターション１、ｎ個のスレーブステーション３_１
〜３_ｎ 、ならびにｎ個の線路結合装置２_１ 〜２_ｎ を備えたバスシステムが示
されている。この場合、各ステーション１、３_ｉ は線路結合装置２_ｉ を介して
別のステーション１、３_ｉ と接続されている。さらにこの場合、線路結合装置
２の出力線路Ａは次の線路結合装置の入力線路Ｅである。また、各スレーブステ
ーション３は接続線路Ｖを介して入力線路Ｅもしくは出力線路Ａと接続されてい
る。

【００３３】 これらの線路結合装置２は本発明または本発明の実施形態の１つに従って、有
利には入力側の制御ワード評価装置といっしょに構成されている。

【００３４】 スレーブステーション３_１ およびそれに属する線路結合装置２_１ からはじま
って、すべてのスレーブステーション３が相前後してマスタステーションとつな
げられる。マスタステーション１は、スレーブステーション３すべての給電のた
めに入力線路Ｅ_１ に直流電圧信号を供給する。マスタステーション１のデータ
信号は、交流信号として直流電圧信号に加算的に重畳される。また、スレーブス
テーション３のデータ信号は電流信号もしくは負荷信号として形成されている。

【００３５】 図３には、１つのマスタスターション１、ｎ個のスレーブステーション３_ｉｉ 、ならびにｎ＋１個の線路結合装置２_ｉｉを備えたバスシステムが示されている
。この場合、各ステーション１、３_ｉｉは線路結合装置２_ｉｉを介して別のステ
ーション１、３_ｉｉと接続されている。また、線路結合装置は図２に対応してい
るが、線路結合装置の入力線路と出力線路とを明確にすることはできない。それ
というのも、バスリング構造であるとそれらは方向に依存したみなし方で相対的
に関連づけられるからである。

【００３６】 線路結合装置２は本発明または本発明の実施形態の１つに従って形成されてお
り、有利には入力側および出力側の制御ワード評価装置といっしょに形成されて
いる。

【００３７】 スレーブステーション３_１１およびそれに属する線路結合装置２_１１からはじ
まって、すべてのスレーブステーション３が相前後してマスタステーションとつ
なげられる。あるデータ線路区間において短絡が検出されるとマスタステーショ
ン１は、以降ではスレーブステーション３_２１およびそれに属する線路結合装置
２_２１からはじまって残りのスレーブステーション３をつなげようと試みる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による線路結合装置の電気回路図である。

【図２】 線路結合装置を使用した第１のバスシステムを示す図である。

【図３】 線路結合装置を使用した別のバスシステムを示す図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年１２月８日（２０００．１２．８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 線路結合装置において、 入力線路（Ｅ）および出力線路（Ａ）を備えており、 前記の入力線路（Ｅ）と出力線路（Ａ）との間に分離抵抗（２１）が設けられ
   ており、 該分離抵抗（２１）に並列に可制御スイッチ（２２）が接続されており、 前記出力線路（Ａ）における出力電圧（Ｕ_Ａ）に依存して該スイッチ（２２）
   を制御するために制御回路（２３）が設けられていることを特徴とする、 線路結合装置。
2. 【請求項２】 入力線路（Ｅ）を介して供給される制御ワードを評価する評
   価装置（２３３）が設けられており、前記制御回路（２３）は伝達された制御ワ
   ードに依存して前記スイッチ（２２）を制御する、請求項１記載の線路結合装置
   。
3. 【請求項３】 前記入力線路（Ｅ）に別の電圧タップが設けられており、前
   記制御回路（２３）は求められた入力電圧（Ｕ_Ｅ）に依存して前記スイッチ（２
   ２）を制御する、請求項１記載の線路結合装置。
4. 【請求項４】 前記出力線路（Ａ）を介して供給される別の制御ワードを評
   価するために別の評価装置（２３４）が設けられており、前記制御回路（２３）
   は伝達された前記別の制御ワードに依存して前記スイッチ（２２）を制御する、
   請求項１から３のいずれか１項記載の線路結合装置。
5. 【請求項５】 前記制御回路（２３）は、出力電圧（Ｕ_Ａ）が限界値を超え
   たときに前記スイッチ（２２）を導通接続させるように構成されている、請求項
   １から４のいずれか１項記載の線路結合装置。
6. 【請求項６】 前記制御回路（２３）は、出力電圧（Ｕ_Ａ）が限界値を超え
   かつ所定の制御ワードが検出されたとき、前記スイッチ（２２）を導通接続させ
   るように構成されている、請求項２から４のいずれか１項記載の線路結合装置。
7. 【請求項７】 前記制御回路（２３）は、出力電圧（Ｕ_Ａ）が限界値を超え
   かつ所定の制御ワードが検出されかつ入力電圧（Ｕ_Ｅ）が別の限界値を超えたと
   き、前記スイッチ（２２）を導通接続させるように構成されている、請求項３ま
   たは４記載の線路結合装置。
8. 【請求項８】 前記制御回路（２３）は、出力電圧（Ｕ_Ａ）が限界値を超え
   かつ入力側または出力側で所定の制御ワードが検出されかつ入力電圧（Ｕ_Ｅ）が
   別の限界値を超えたとき、前記スイッチ（２２）を導通接続させるように構成さ
   れている、請求項４記載の線路結合装置。
9. 【請求項９】 バスシステムにおける請求項１から８のいずれか１項記載の
   線路結合装置の使用法において、 マスタステーション（１）が入力線路（Ｅ）を介して線路結合装置（２）と接
   続されており、スレーブステーション（３）が出力線路（Ａ）を介して線路結合
   装置（２）と接続されていることを特徴とする、線路結合装置の使用法。
10. 【請求項１０】 出力線路（Ａ_ｉ）は別の線路結合装置（２_ｉ＋１）のため
    の入力線路（Ｅ_ｉ＋１）であり、該別の線路結合装置（２_ｉ＋１））の出力線路
    （Ａ_ｉ＋１）は別のスレーブステーション（３_ｉ＋１）と接続されている、請求
    項９記載の線路結合装置の使用法。
11. 【請求項１１】 複数の別の線路結合装置（２_ｉ）が互いに直列に接続され
    ており、それぞれ１つの別のスレーブステーション（３_ｉ）が２つのデータ結合
    ステーションの間に配置されている、請求項１０記載の線路結合装置の使用法。
12. 【請求項１２】 最後の線路結合装置の出力線路はマスタステーション（１
    ）と接続されている、請求項１１記載の線路結合装置の使用法。