DE19526809A1 - On-board electrical supply network for automobile - has branch line, coupled to each switch or load, via plug connector incorporating multiplex control element, intercommunication circuit and load monitoring device - Google Patents
On-board electrical supply network for automobile - has branch line, coupled to each switch or load, via plug connector incorporating multiplex control element, intercommunication circuit and load monitoring deviceInfo
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Abstract
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 bekannt es 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 Querschnitts 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 of larger cross-section 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 achieve the lowest automation in plant and machine construction level of cabling is to be reduced also known a bus system with a two-wire Line works that both data / signals as well as energy transmits. Both are the master station of the data transmission as well as the energy source to the two-wire line connected to the master station using a corresponding inductive or capacitive coupling circuit. For connecting sensors and actuators to the bus line special user modules using cutting / Clamping technology connected, which act as a slave and on sensors and actuators via individual connecting lines pluggable. Provided the slave function is integrated in a sensor or actuator, this can 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, die Struktur 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, the object of 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 einzelnen Schalter und Verbraucher über zweiadrige Abzweigleitungen an die Energieleitung angeschlossen sind, daß die zweiadrigen Abzweigleitungen einen kleineren elektri schen Querschnitt als die Energieleitung aufweisen und je weils in einem mit dem jeweiligen Schalter bzw. Verbraucher verbindbaren Stecker enden, wobei die Stecker/Verbraucher bzw. Stecker/Schalter-Kombination sowohl das Steuerglied als auch das Schaltglied enthält und das Steuerglied aus einem an die Abzweigleitung angekoppelten Sender/Empfänger für die Kommunikation mit den anderen Steuergliedern, 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 individual switches and consumers have two-wire Branch lines are connected to the power line, that the two-wire branch lines have a smaller electrical cross-section than the power line and each because in one with the respective switch or consumer connectable connector ends, the connector / consumer or plug / switch combination both the control element and also contains the switching element and the control element from one the branch line coupled transmitter / receiver for the Communication with the other control elements, further out a switching electronics for controlling the switching element and from a facility to monitor the consumer flowing current.
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 zweiadrige Abzweigleitung, deren elektrischer Quer schnitt dem Energieverbrauch des Verbrauchers angepaßt und damit kleiner als der elektrische Querschnitt der Energielei tung ist. Diese Abzweigleitung, die zweckmäßig mittels eines schnell montierbaren Abzweigelementes an die Energieleitung angeschlossen wird, endet jeweils in einem Steckkontakt, der an den jeweiligen Gegenkontakt des Verbrauchers anschließbar ist. Der Steckkontakt oder der Gegenkontakt des Verbrauchers ist dabei Teil eines sogenannten "intelligenten Steckers", der außer dem Steck- bzw. Gegenkontakt auch ein an die Ab zweigleitung angekoppeltes Steuerglied und das dem Verbrau cher zugeordnete Schaltglied, beispielsweise einen Lei stungstransistor oder ein Relais, enthält. Darüber hinaus enthält der "intelligente Stecker" auch eine Überwachungs einrichtung für den zum Verbraucher fließenden Strom. Eine solche Überwachungseinrichtung ermöglicht überhaupt erst den praktischen Einsatz von Bordnetzen, wie sie aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt sind. Ohne eine solche Überwachungseinrichtung müßten die einzelnen Verbraucher 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 am Verbraucher bietet dagegen zusammen mit der Multi plexsteuerung die Möglichkeit, das Schaltglied des einzelnen Verbrauchers bei Vorliegen eines Kurzschlusses oder einer anderen Störung anzusteuern und den Verbraucher abzuschalten. Der Ausgang der hierfür verwendeten Stromüberwachungseinrich tung 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 two-wire branch line, the electrical cross adapted to the energy consumption of the consumer and thus smaller than the electrical cross-section of the energy egg tung is. This branch line, which is expedient by means of a Quickly mountable branch element to the power line is connected, each ends in a plug contact that connectable to the respective counter contact of the consumer is. The plug contact or the mating contact of the consumer is part of a so-called "intelligent connector", which in addition to the plug or counter contact also to the Ab branch line coupled control element and the consumption cher associated switching element, for example a Lei voltage transistor or a relay. Furthermore the "intelligent connector" also contains a monitoring device device for the current flowing to the consumer. A such a monitoring device enables the practical use of on-board networks, such as those from the beginning known prior art are known. Without one Monitoring device would have to the individual consumers 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 On the other hand, telbar at the consumer offers together with the Multi plex control the possibility of switching the individual Consumer in the event of a short circuit or control another fault and switch off the consumer. The output of the current monitoring device used for this device is on the one hand with the control circuit of the switching element coupled and on the other hand acts on the input of the transmitter a.
Um die Material- und die Montagekosten für das neue Bordnetz möglichst niedrig zu halten, empfiehlt es sich, den am ver braucherseitigen Ende der Abzweigleitung angeordneten Stec ker, der gegebenenfalls das Steuerglied und das Schaltglied und auch die Stromüberwachungseinrichtung enthält mittels eines Schneid-Klemm-Kontaktes an die Abzweigleitung anzu schließen. Bei Ausgestaltung des Steckers als "intelligenter Stecker" sollten der Schneid-Klemm-Kontakt, das Schaltglied, der Sender/Empfänger, die Schaltelektronik und die Stromüberwachungseinrichtung in einem gemeinsamen Steckerge häuse angeordnet sein. Das Steckergehäuse kann dabei in ähnlicher Weise wie die aus der EP-A1-0 283 013 bekannte Anschlußeinheit zweiteilig ausgebildet sein, wobei die Möglichkeit besteht, alle elektrischen Funktionen in dem einen Teil des scharnierartig um die Abzweigleitung schließ baren Steckergehäuses anzuordnen.The material and assembly costs for the new electrical system To keep it as low as possible, it is recommended that the Stec arranged on the user-side end of the branch line ker, where appropriate, the control element and the switching element and the current monitoring device also contains means a insulation displacement contact to the branch line conclude. When designing the plug as "more intelligent "The insulation displacement contact, the switching element, the transmitter / receiver, the switching electronics and the Current monitoring device in a common connector be arranged. The connector housing can similar to that known from EP-A1-0 283 013 Connection unit be formed in two parts, the Possibility of all electrical functions in the close part of the hinge around the branch line to arrange the connector housing.
Ein Ausführungsbeispiel des neuen Bordnetzes ist in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt. Dabei zeigtAn embodiment of the new electrical system is shown schematically 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 Steckers. 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 Verbinder 9 angeordnet, von denen jeweils eine oder mehrere Abzweiglei tungen 5 zu einem Steckverbinder 6 führen. Die Steckverbinder 6 dienen zum Anschluß der Abzweigleitungen an die an der Peripherie des Kraftfahrzeuges angeordneten Verbraucher und/oder Schalter 10, 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. Der Steckbereich derartiger Stecker kann beispiels weise gemäß der Europäischen Patentanmeldung 0 597 388 aufge baut sein. - Bei den zur Verbindung der Abzweigleitungen 5 mit der Energieleitung 1 vorgesehenen Verbindern 9 handelt es sich um einfache Schneid-Klemm-Verbinder.At different points of the power line 1 connectors 9 are arranged, each of which one or more lines 5 lead to a connector 6 . The connectors 6 are used to connect the branch lines to the consumers and / or switches 10 arranged on the periphery of the motor vehicle, 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. The plug-in area of such plugs can, for example, be built up according to European patent application 0 597 388. - The connectors 9 provided for connecting the branch lines 5 to the power line 1 are simple insulation displacement connectors.
Die intelligenten Stecker 6 sind mit Schneidklemmkontakten zur Kontaktierung der jeweiligen Verbindungsleitung 5 ausge rüstet. In das Steckergehäuse ist eine Schaltelektronik integriert, deren schaltungstechnischer Aufbau in Fig. 2 dargestellt ist. Danach werden die Adern 51 und 52 einer Abzweigleitung an den Punkten 61 und 62 kontaktiert, während der Steckerausgang durch die Steckbuchsen 63 und 64 gegeben ist. Zwischen zwei inneren Strombahnen 67 und 68 ist ein integrierter Schaltkreis 65 angeordnet, der einen Sen der/Empfänger für die Kommunikation mit den anderen intelli genten Steckern und mit der intelligenten Schalteinheit 3, weiterhin eine zugehörige Signalauswertung und eine Schalt elektronik zur Ansteuerung des Schaltgliedes 66 enthält; dessen Schaltkontakt ist in die Strombahn 97 eingeschleift. Mit Hilfe einer elektronischen Strommeßeinrichtung A kann weiterhin der zum Verbraucher fließende Strom gemessen wer den. Die zugehörige Auswertelogik ist in dem integrierten Schaltkreis 65 angeordnet.The intelligent connectors 6 are equipped with insulation displacement contacts for contacting the respective connecting line 5 . Switching electronics are integrated into the connector housing, the circuitry structure of which is shown in FIG. 2. Then the wires 51 and 52 of a branch line are contacted at points 61 and 62 , while the plug output is given by the sockets 63 and 64 . Between two inner current paths 67 and 68 , an integrated circuit 65 is arranged, which contains a sensor / receiver for communication with the other intelligent plugs and with the intelligent switching unit 3 , an associated signal evaluation and switching electronics for controlling the switching element 66 ; its switching contact is looped into the current path 97 . With the help of an electronic current measuring device A, the current flowing to the consumer can still be measured. The associated evaluation logic is arranged in the integrated circuit 65 .
Im Rahmen der Erfindung kann die dem Stecker 6 zugeordnete Elektronik auch den Verbrauchern und/oder Schaltern 10 zuge ordnet sein, so daß der Stecker 6 lediglich die Schneid- Klemm-Kontakte 61, 62, die Leiterbahnen 67 und 68 und die Steckbuchsen 63 und 64 enthält.Within the scope of the invention, the electronics assigned to the connector 6 can also be assigned to the consumers and / or switches 10 , so that the connector 6 only the insulation displacement contacts 61, 62 , the conductor tracks 67 and 68 and the sockets 63 and 64 contains.
Bei der Ausgestaltung des Bordnetzes gemäß Fig. 2 werden die einzelnen Verbraucher und/oder Schalter im Fehlerfall mittels der in die Elektronik integrierten Strommessung abgeschaltet. Um gegebenenfalls auch die Energieleitung 1 und die Abzwei gleitung 5 von der Batterie 2 trennen zu können, könnte beidseits des Batterieanschlusses 7 ein Schalter angeordnet sein, der von der intelligenten Schalteinheit 3 aus gesteuert wird. Die intelligente Schalteinheit 3 enthält dann zu diesem Zweck eine Logik, mit der der Zustand der einzelnen Verbrau cher erfaßt und daraus der jeweils tolerierbare Gesamtstrom ermittelt wird. Liegt der jeweils gemessene Gesamtstrom signifikant über diesem errechneten Wert, so schließt die Logik auf einen Kurzschluß und steuert die beiden der Batte rie 2 zugeordneten Schalter an.In the configuration of the electrical system of FIG. 2 to be switched off individual consumers and / or switch in the event of an error by means of the integrated in the electronics power measurement. In order to be able to also separate the power line 1 and the branch line 5 from the battery 2 , a switch could be arranged on both sides of the battery connection 7 , which is controlled by the intelligent switching unit 3 . For this purpose, the intelligent switching unit 3 then contains logic with which the state of the individual consumers is detected and the total current which can be tolerated is determined therefrom. If the total current measured in each case is significantly above this calculated value, the logic closes a short circuit and controls the two switches assigned to the battery 2 .
Claims (4)
daß die Steuerglieder (65) an die Energieleitung (1) angekop pelt sind,
daß die einzelnen Schalter und Verbraucher (10) jeweils über zweiadrige Abzweigleitungen (5) an die Energieleitung (1) angeschlossen sind,
daß die zweiadrigen Abzweigleitungen (5) einen kleineren elektrischen Querschnitt als die Energieleitung (1) aufweisen und jeweils in einem mit dem jeweiligen Schalter bzw. Verbraucher verbindbaren Stecker (6) enden, wobei die Stec ker/Verbraucher- bzw. Stecker/Schalter-Kombinationen sowohl das Steuerglied (65) als auch das Schaltglied (66) enthalten und das Steuerglied (65) aus einem an die Abzweigleitung angekoppelten Sender/Empfänger für die Kommunikation mit den anderen Steuergliedern, ferner aus einer Schaltelektronik zur Ansteuerung des Schaltgliedes (66) und aus einer Einrichtung (A) zur Überwachung des zum Verbraucher fließenden Stromes besteht.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 associated with the consumers and switches with control elements for controlling the switching elements of the consumers and switches, thereby featured,
that the control elements ( 65 ) are coupled to the power line ( 1 ),
that the individual switches and consumers ( 10 ) are each connected to the power line ( 1 ) via two-wire branch lines ( 5 ),
that the two-wire branch lines ( 5 ) have a smaller electrical cross-section than the power line ( 1 ) and each end in a connector ( 6 ) which can be connected to the respective switch or consumer, the connector / consumer or connector / switch combinations contain both the control element ( 65 ) and the switching element ( 66 ) and the control element ( 65 ) from a transmitter / receiver coupled to the branch line for communication with the other control elements, and also from switching electronics for controlling the switching element ( 66 ) and from a device (A) for monitoring the current flowing to the consumer.
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