DE19526806A1

DE19526806A1 - Vehicle electrical system with multiplex control for motor vehicles

Info

Publication number: DE19526806A1
Application number: DE19526806A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Dr Ortmann; Ludwig Dr Brabetz; Andreas Kloepper
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1995-07-13
Filing date: 1995-07-13
Publication date: 1997-01-16
Also published as: WO1997002965A1

Abstract

As a modification to an on-board electrical system in which consumer devices and switches are linked by a multiplex control system via switching elements to a common two-core power line, the control elements (9, 95) are coupled to the power line (1) and the consumer devices and switches are linked to the power line (1) by branch lines (5) which terminate in plugs (6). To effect electrical connection of the consumer devices and switches to the power line (1) using the branch lines (6), insulation-piercing connectors (9) are provided; each of these connectors is provided with a communication element (95), a control element (95), the switching element (96) and a current monitoring device (A).

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Fahrzeugausstattung und ist bei der Ausgestaltung eines elektrischen Bordnetzes anzuwenden, bei dem die Verbraucher unter Verwendung einer Multiplexsteuerung mittels Schaltglieder an eine zweiadrige Energieleitung angeschlossen werden.The invention is in the field of vehicle equipment and is in the design of an electrical system to apply where the consumer using a Multiplex control by means of switching elements on a two-wire Power line can be connected.

Ein bekanntes Bordnetz dieser Art ist mit einem zweipaarigen Kabel ausgestattet, wobei ein erstes Aderpaar aus sich gegen überliegenden flachen Energieleitern und ein zweites Aderpaar aus sich gegenüberliegenden runden Signalleitern in einer gemeinsamen isolierenden Umhüllung angeordnet sind. Eine zentrale Multiplexübertragungsstation ist mit den Signallei tern verbunden; eine Batterie ist mit den Energieleitern verbunden. Die Verbraucher in Form von Lampen, Motoren usw. und von Aktoren bzw. Schaltern sind jeweils an Endeinrichtun gen angeschlossen, die ihrerseits sowohl an die beiden Signalleiter als auch an die beiden Energieleiter des zwei paarigen Kabels angeschlossen sind. Zum Anschluß der Verbrau cher und Schalter an das zweipaarige Kabel dient jeweils eine Anschlußeinheit, die einen zweiteiligen Gehäusekörper und schneidenartige Verbindungselemente in diesem Gehäusekörper aufweist. Der Gehäusekörper enthält weiterhin eine Platine mit einer gedruckten Schaltung zur Aufnahme von Schaltungs komponenten wie beispielsweise einen Chip mit einem IC sowie ein Schaltglied zum Schließen oder Öffnen des Stromweges zu dem jeweiligen Verbraucher. Der Gehäusekörper ist weiterhin mit einer Steckbuchse versehen, die zur Aufnahme eines Stec kers dient, der seinerseits an dem einen Ende einer mit dem jeweils zugehörigen Verbraucher verbundenen elektrischen Leitung angeordnet ist (EP-A1-0 283 013/DE 38 83 032 T2; EP- A1-0 283 012). A known electrical system of this type is with a two-pair Cable equipped, with a first pair of wires against each other overlying flat energy conductors and a second pair of wires from opposite round signal conductors in one common insulating sheath are arranged. A central multiplex transmission station is with the Signallei tern connected; a battery is with the energy conductors connected. Consumers in the form of lamps, motors, etc. and of actuators or switches are each at the end device gen connected, which in turn both to the two Signal conductor as well as to the two energy conductors of the two paired cables are connected. To connect the consumption cher and switch on the two-pair cable each serves one Connection unit, which has a two-part housing body and cutting-like connecting elements in this housing body having. The housing body also contains a circuit board with a printed circuit for receiving circuit components such as a chip with an IC as well a switching element for closing or opening the current path the respective consumer. The case body is still provided with a socket that can be used to hold a Stec kers, who in turn serves at one end with the each associated consumer connected electrical Line is arranged (EP-A1-0 283 013 / DE 38 83 032 T2; EP- A1-0 283 012).

Bei einem anderen bekannten Bordnetz dieser Art ist ein zweiadriges Kabel mit zwei Leitern unterschiedlichen Quer schnittes verwendet, wobei der Leiter kleineren Querschnitts zur Signalübertragung und der Leiter größeren Querschnitt s zur Energieübertragung dient. Die beiden Leiter bilden je weils den Hinweg eines Signal- bzw. Energie-Kreises, während der Rückweg vom Chassis des Fahrzeuges gebildet wird. Auch bei diesem Bordnetz sind zum Anschluß der Verbraucher spezi elle Übertragungseinheiten vorgesehen, die einerseits den Signal- und den Energieleiter kontaktieren und die anderer seits jeweils zur Aufnahme eines Steckers dienen, der an dem einen Ende einer Zuleitung zu dem jeweiligen Verbraucher, Aktor oder Sensor angeordnet ist (US-A 3 651 454).In another known electrical system of this type is a two-core cable with two conductors of different cross cut used, with the conductor of smaller cross-section for signal transmission and the conductor larger cross-section see serves for energy transmission. The two leaders form each because the way of a signal or energy circuit, while the way back is formed by the chassis of the vehicle. Also in this on-board electrical system are to be connected to the consumer elle transmission units provided that the one hand Contact signal and energy conductors and others serve each to accommodate a plug on the one end of a supply line to the respective consumer, Actuator or sensor is arranged (US-A 3 651 454).

Um im Anlagen- und Maschinenbau auf der untersten Automati sierungsebene den Verkabelungsaufwand zu verringern, ist weiterhin ein Bus-System bekannt, das mit einer zweiadrigen Leitung arbeitet, die sowohl Daten/Signale als auch Energie überträgt. Dabei sind sowohl die Masterstation der Datenüber tragung als auch die Energiequelle an die zweiadrige Leitung angeschlossen, die Masterstation unter Verwendung einer entsprechenden induktiven oder kapazitiven Ankoppelschaltung. Zum Anschluß von Sensoren und Aktuatoren an die Busleitung sind weiterhin spezielle Anwendermodule mittels Schneid- /Klemm-Technik angeschlossen, die als Slave fungieren und an die über einzelne Verbindungsleitungen Sensoren und Aktuato ren steckbar angeschlossen werden. Sofern die Slave-Funktion in einen Sensor oder Aktuator integriert ist, kann dieser auch direkt an die Busleitung angeschlossen werden (DE-Z "Flexible Automation" 3/93, Seite 56 bis 58).In order to reduce the cabling effort in plant and mechanical engineering at the lowest automation level, a bus system is also known that works with a two-wire line that transmits both data / signals and energy. Both the master station for data transmission and the energy source are connected to the two-wire line, the master station using a corresponding inductive or capacitive coupling circuit. For the connection of sensors and actuators to the bus line, special user modules using cutting / clamping technology are also connected, which act as slaves and to which sensors and actuators can be plugged in via individual connecting lines. If the slave function is integrated in a sensor or actuator, this can also be connected directly to the bus line (DE-Z "Flexible Automation" 3/93 , pages 56 to 58).

Ausgehend von einem Bordnetz für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Aufbau des Bordnetzes weiter zu vereinfachen und dabei einen abgesicherten Betrieb der Verbraucher zu gewährleisten. Starting from an electrical system for motor vehicles with the Features of the preamble of claim 1 is the Invention based on the object, the structure of the electrical system to further simplify and secure operation to ensure the consumer.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Steuerglieder an die Energieleitung angekoppelt sind, daß die Abzweigleitungen jeweils in einem mit dem jeweiligen Verbraucher verbindbaren Stecker enden und daß das Steuer glied jedes Schalters bzw. Verbrauchers aus einem Sen der/Empfänger für die Kommunikation mit den anderen Steuer gliedern, ferner aus einer Schaltelektronik zur Ansteuerung des Schaltgliedes und aus einer Einrichtung zur Überwachung des zum Verbraucher fließenden Stromes besteht.To achieve this object, the invention provides that the control elements are coupled to the power line, that the branch lines are each in one with the respective Consumer connectable connector ends and that the control link of each switch or consumer from a Sen the / recipient for communication with the other tax structure, further from a switching electronics for control of the switching element and from a device for monitoring of the current flowing to the consumer.

Bei einer derartigen Ausgestaltung des Bordnetzes wird zur Energieverteilung nur eine einzige zweiadrige Energieleitung verwendet, die gegebenenfalls einzelne, sich sternförmig in die einzelnen Bereiche des Kraftfahrzeuges (Motorraum, Fahr gastraum rechts, Fahrgastraum links) erstreckende Abschnitte aufweist und die zugleich die für die Kommunikation der Schalter und Verbraucher erforderlichen Signale überträgt. Die Energiezuführung zu den Verbrauchern erfolgt jeweils über eine Abzweigleitung, deren elektrischer Querschnitt dem Energieverbrauch des Verbrauchers angepaßt sein kann. Diese Abzweigleitung, die mittels eines schnell montierbaren Ab zweigelementes in Form eines Schneid-Klemm-Verbinders an die Energieleitung angeschlossen wird, endet jeweils in einem Steckkontakt, der an den jeweiligen Gegenkontakt des Ver brauchers anschließbar ist. Das schnell montierbare Abzweige lement ist dabei als "intelligenter Verbinder" ausgebildet, der außer den Schneidkontakten auch zumindest ein an die Energieleitung angekoppeltes Steuerglied und das dem jeweili gen Verbraucher zugeordnete Schaltglied, beispielsweise einen Leistungstransistor oder ein Relais, enthält. Darüber hinaus enthält der "intelligente Verbinder" auch eine Über wachungseinrichtung für den über die Abzweigleitung zum Verbraucher fließenden Strom. Eine solche Überwachungsein richtung ermöglicht überhaupt erst den praktischen Einsatz von Bordnetzen, wie sie aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt sind. Ohne eine solche Überwachungseinrich tung müßten die einzelnen Verbraucher und ihre Zuleitungen im Bereich einer zentralen Sicherungsbox einzeln abgesichert werden, wie es bisher bei Kraftfahrzeug-Bordnetzen mit dem bekannten Verkabelungsaufwand üblich ist. Die gemäß der Erfindung vorgesehene elektronische Stromüberwachung unmit telbar an der Abzweigleitung des Verbrauchers bietet dagegen zusammen mit der Multiplexsteuerung die Möglichkeit, das Schaltglied des einzelnen Verbrauchers bei Vorliegen eines Kurzschlusses oder einer anderen Störung anzusteuern, den Verbraucher mitsamt seiner Abzweigleitung abzuschalten, eine entsprechende Fehlermeldung abzugeben und das Schaltglied nach der Reparatur wieder zu öffnen. - Der Ausgang der hier bei verwendeten Stromüberwachungseinrichtung ist einerseits mit dem Ansteuerkreis des Schaltgliedes gekoppelt und wirkt andererseits auf den Eingang des Senders ein.With such a configuration of the on-board electrical system Power distribution only a single two-wire power line used, possibly individual, in a star shape the individual areas of the motor vehicle (engine compartment, driving sections on the right, passenger compartment on the left) has and which at the same time that for the communication of Switches and consumers transmits necessary signals. The energy supply to the consumers takes place via a branch line, the electrical cross section of the Energy consumption of the consumer can be adjusted. This Branch line, which can be installed by means of a quick assembly branch element in the form of an insulation displacement connector to the Power line is connected ends in one Plug contact that connects to the respective mating contact of the Ver user can be connected. The quick to install branches lement is designed as an "intelligent connector", which apart from the cutting contacts also at least one to the Power line coupled control element and the respective gene associated switching element, for example a Power transistor or a relay contains. Furthermore the "intelligent connector" also contains an over monitoring device for the via the branch line to Consumer flowing electricity. Such a surveillance direction enables practical use in the first place of on-board networks, as they are from the state of the aforementioned Technology are known. Without such a monitoring device the individual consumers and their supply lines in the Area of a central fuse box individually secured be, as was previously the case with vehicle electrical systems known cabling effort is common. The according to the Electronic current monitoring provided according to the invention telbar on the branch line of the consumer, however, offers together with the multiplex control, the possibility of Switching element of the individual consumer in the presence of a Short circuit or another fault, the To switch off the consumer together with his branch line, one submit the corresponding error message and the switching element open again after the repair. - The exit of here in the case of the current monitoring device used, on the one hand coupled to the control circuit of the switching element and acts on the other hand, to the input of the transmitter.

Ein Ausführungsbeispiel des neuen Bordnetzes ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Dabei zeigtAn embodiment of the new electrical system is shown in FIGS. 1 and 2. It shows

Fig. 1 die Gesamtarchitektur des Bordnetzes und Fig. 1, the overall architecture of the electrical system and

Fig. 2 den Schaltungsaufbau im Bereich eines intelligenten Verbinders. Fig. 2 shows the circuit structure in the area of an intelligent connector.

Gemäß Fig. 1 wird für den Aufbau des Bordnetzes eine Ener gieleitung 1 verwendet, die zweiadrig ausgebildet ist und die im wesentlichen H-förmig in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Pkw, verlegt ist. An die Energieleitung 1 ist über ein Verbindungselement 7 die Batterie 2 angeschlossen. Über weitere Verbindungselemente 8 sind an die Energieleitung zwei intelligente Schalteinheiten 3 angeschlossen, die Siche rungen, Relais und eine Kontrollelektronik enthalten und denen jeweils eine zentrale Einrichtung 4 zur Diagnose des Bordnetzes zugeordnet ist.According to Fig. 1 is a Ener is gieleitung 1 used for the construction of the electrical system, which is designed with two conductors and the shape H is installed in a motor vehicle, particularly in a passenger car, substantially. The battery 2 is connected to the power line 1 via a connecting element 7 . Via further connecting elements 8 , two intelligent switching units 3 are connected to the power line, which contain fuses, relays and control electronics and each of which is assigned a central device 4 for diagnosing the vehicle electrical system.

An verschiedenen Stellen der Energieleitung 1 sind intelli gente Verbinder 9 angeordnet, von denen jeweils eine oder mehrere Abzweigleitungen 5 zu Steckverbindern 6 führen. Die Steckverbinder 6 dienen zum Anschluß der Abzweigleitungen an die an der Peripherie des Kraftfahrzeuges angeordneten Ver braucher und/oder Schalter, wie z. B. Lampen, Blinkleuchten und Relais, z. B. zur Verriegelung von Türschlössern. Bei den Steckern 6 kann es sich um zwei- oder mehrpolige Stecker handeln. Derartige Stecker können beispielsweise gemäß der Europäischen Patentanmeldung 0 597 388 aufgebaut sein.At various points in the power line 1 , intelligent connectors 9 are arranged, each of which leads to one or more branch lines 5 to connectors 6 . The connectors 6 are used to connect the branch lines to the arranged on the periphery of the motor vehicle United consumers and / or switches, such as. B. lamps, flashing lights and relays, e.g. B. for locking door locks. The plugs 6 can be two-pole or multi-pole plugs. Such plugs can be constructed, for example, according to European patent application 0 597 388.

Die intelligenten Verbinder sind mit Schneidklemmkontakten zur Kontaktierung der Energieleitung 1 und zur Kontaktierung der abzweigenden Verbindungsleitungen 5 ausgerüstet. Den schaltungstechnischen Aufbau eines solchen Verbinders zeigt Fig. 2. Danach werden die Adern 11 und 12 der Energieleitung 1 an den Punkten 91 und 92 kontaktiert, während die Adern 51 und 52 der Abzweigleitung 5 an den Punkten 93 und 94 kontak tiert werden. Zwischen zwei inneren Strombahnen 97 und 98 ist ein integrierter Schaltkreis 95 angeordnet, der einen Sen der/Empfänger für die Kommunikation mit den anderen intelli genten Verbindern und der intelligenten Schalteinheiten 3, eine zugehörige Signalauswertung und eine Schaltelektronik zur Ansteuerung des Schaltgliedes 96 enthält, dessen Schalt kontakt in die Strombahn 97 eingeschleift ist. Mit einer elektronischen Strommeßeinrichtung A kann weiterhin der zu dem Verbraucher fließende Strom gemessen werden; die zugehö rige Auswertelogik ist in dem integrierten Schaltkreis 95 angeordnet.The intelligent connectors are equipped with insulation displacement contacts for contacting the power line 1 and for contacting the branching connecting lines 5 . The circuit design of such a connector is shown in FIG. 2. Then the wires 11 and 12 of the power line 1 are contacted at points 91 and 92 , while the wires 51 and 52 of the branch line 5 are contacted at points 93 and 94 . Between two inner current paths 97 and 98 , an integrated circuit 95 is arranged, which contains a sensor / receiver for communication with the other intelligent connectors and the intelligent switching units 3 , an associated signal evaluation and switching electronics for controlling the switching element 96 , the switching thereof contact is looped into the current path 97 . With an electronic current measuring device A the current flowing to the consumer can also be measured; the associated evaluation logic is arranged in the integrated circuit 95 .

Claims

1. on-board electrical system for motor vehicles based on a two-wire power line with a connected power supply source and with a large number of consumers and switches connected via switching elements and a multiplex control assigned to the consumers and switches for controlling the switching elements of the consumers and switches,
in which an insulation displacement connector comprising the power line is provided for connecting the loads and switches to the power line and contains both the switching element and a control element and from which at least one connecting line branches off to a load or switch, characterized in that
that the control elements ( 9, 95 ) are coupled to the power line ( 1 ),
that the branch lines ( 5 ) each end in a plug ( 6 ) which can be connected to the respective consumer or switch
and that the control element ( 95 ) of each switch or consumer from a transmitter / receiver for communication with the other control elements, further from a Schaltelek electronics for controlling the switching element and from a device (A) for monitoring the current flowing to the consumer.

2. Vehicle electrical system according to claim 1, characterized in that the plug ( 6 ) is connected to the branch line ( 5 ; 51 , 52 ) by means of an insulation displacement contact ( 93 , 94 ).

3. Vehicle electrical system according to claim 1 or 2, characterized in that the output of the current monitoring device (A) on the one hand is coupled to the control circuit of the switching element ( 96 ) and on the other hand acts on the input of the transmitter ( 95 ).