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Steuerung für eine Vielzahl von Endeinheiten bzw. -an-
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schlüssen Die vorliegende Erfindung betrifft das Vereinfachen der
herkömmlichen Verkabelung in einem System, dessen Eingangs-und Ausgangsanschlüsse
in großer Zahl, in unterschiedlichen Arten und mit unterschiedlichen Funktionen
vorliegen - beispielsweise Lampen, Hörner, Motoren, mechanische Schalter, Ein/Aus-Operationen
sowie intermittierende Operationen. Derartige Systeme liegen oft in Flugzeugen,
Schiffen und Kraftfahrzeugen vor.
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Im allgemeinen erhält man eine komplizierte Verdrahtung, wenn Lampen,
Motoren, Klingeln und dergleichen verteilt angeordnet und entsprechende Eingabeschalter
von diesen entfernt in Geräten, Maschinen, Systemteilen oder in beliebigen Gruppen
von Einzelelementen wie den oben angegebenen angeordnet sind. Auch ist es bei einem
solchen System schwer, Teilefehlfunktionen zu entdecken, und es kann weiterhin möglich
sein, daß etwaige Fehler sich bei einem derart komplizierten System überhaupt nicht
beseitigen lassen.
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Die Verkabelung beispielsweise eines Kraftfahrzeugs enthält die Leitungen
für die Scheinwerfer, die Rücklichter, den
Rückfahrscheinwerfer,
die Fahrtrichtungsanzeiger, die Innen- und die Nummernschildbeleuchtung, die Türlampen,
eine Hupe, die Fensterwaschanlage, den Scheibenwischer, einen Anlasser, die Motoren
für die Luftgebläse, einen Entfroster, einen Rundfunkempfänger, ein Bandgerät, die
Eingabeschalter für diese Geräte, Kontrollampen, Verbindungen zwischen den Leitungen
usw. Aneinandergereiht erhält man so in einem herkömmlichen Personenkraftwagen Leitungslängen
von mehr als 300 m und mehr als zehn Schalter. Die Komplexität nimmt zu, wenn man
die Signalerzeuger für die Impulsbetätigung von bestimmten Signallampen sowie die
Verknüpfungen zwischen mehreren Endeinheiten ('terminals") berücksichtigt, so daß
ein Ausfalleiner eine andere beeinflußt - wie beispielsweise bei der gegenseitigen
Verschaltung von Warnlampen und Fahrtrichtungsanzeigern.
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Die Fig. 1 zeigt als Prinzipdarstellung ein Kraftfahrzeug.
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Eine Leuchtengruppe 1, eine Hupe 3 und ein Motor 2 werden von einer
Schalttafel 5 aus gesteuert, die die Verdrahtung, Schalter, Impulserzeuger usw.
enthält. Eine Kontrollampengruppe 6 überwacht den Ein/Aus-Zustand dieser oben erwähnten
Lampen. Die gestrichelten Linien 8 und 9 kennzeichnen Kabelbäume ("jammed wires").
Die verwickelte Verkabelung läßt sich aus der Figur leicht erkennen; gleichermaßen
komplexe Systeme können auch in Luftfahrzeugen, Schiffen, Eisenbahnzügen und Gebäuden
vorliegen.
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Die herkömmliche Fehlererfassung sei hier an der Fig. 2 erläutert.
Zum Ermitteln, ob der Glühfaden einer Lampe durchgebrannt ist, braucht man einen
Stromdetektor 22, der feststellt, ob im Stromkreis 29 bei geschlossenem Schalter
27 ein Strom fließt. Die Spannung der Stromquelle 23 betrage 10 V und die Lampe
21 habe eine Nennleistung
von 20 W; der Strom hat dann eine Stärke
von 2 A. Der Stromdetektor 22 muß daher 4 W aufnehmen können, wenn über dem Stromdetektor
2 V abfallen. Dieser Wert ist zu hoch und für Kraftfahrzeuge sinnlos; ein Verstärker
25 wäre erforderlich, um den Leistungsverlust von 4 W bzw. den Spannungsabfall von
2 V zu verringern.
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Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen neuartigen
Systemaufbau anzugeben, der aus einer integrierten Schaltereinheit, einem Zentralprozessor,
Ortsprozessoren, Verkabelungsmoduln und einer integrierten Kontrollanzeige besteht.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen neuartigen
Aufbau für ein System mit mehreren Leitungen anzugeben, in denen für die gleichen
Funktionen mit den oben beschriebenen Einheiten Redundanz vorgesehen ist, um das
System hoch zuverlässig zu machen.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen neuartigen
Aufbau des Systems mit integrierten Treiberschaltern für eine Vielzahl von Endeinheiten
wie beispielsweise Lampen auf einem Schaltungsblock anzugeben, die jeweils mit einem
Ausfallfühler versehen sind, der die Spannung über dem Schalter, nicht die am Anschluß
für die Endeinheit selbst vorliegende bestimmt, um das System einfacher zu gestalten.
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Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Systemverkabelung, wie sie üblicherweise
in einem Kraftfahrzeug vorliegt, wie oben beschrieben. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet
die Lampen, 2 einen Motor, 3 eine Hupe, 4 die Batterie, 5 eine Schalttafel, 6 die
Eingabeschalter, 7 eine Sicherung und 8 und 9 die Verkabelung.
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Fig. 2 ist eine herkömmliche Ausführungsform einer Lampentreiberschaltung,
wie oben beschrieben. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 21 eine Lampe, 22 einen
Stromdetektor, 23 eine Stromquelle, 24 und 27 mechanische Schalter und 25 einen
Verstärker.
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Fig. 3 zeigt eine Verkabelung nach der vorliegenden Erfindung und
Fig. 4 eine Lampenansteuerung nach der vorliegenden Erfindung.
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Die Eingabeschalter für die Endeinheiten, wie beispielsweise die Lampen
1, die Hupe 3 und der Motor 2 sind zu einer Schaltereinheit 12 integriert. Die Eingabezustände
der Schalter der Einheit 12 werden identifiziert und nacheinander auf den Leitungen
17, deren Anzahl geringer als die der Schalter ist, an einen Zentralprozessor 13
übermittelt.
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Diese Befehlssignale von den Schaltern gehen, nachdem sie im Zentralprozessor
verarbeitet worden sind, an einen Ortsprozessor weiter und steuern dort die entsprechenden
Endeinheiten 1, 2 und/oder 3 an. Die Betätigungselemente für die Endanschlüsse sind
auf einem Ortsprozessorblock 11 angeordnet und die gesamte Verdrahtung zwischen
den Betätigungselementen und den Endanschlüssen befindet sich auf einem Verdrahtungsmodul
10. Das Modul kann ein Kunststoffblock, in den die Leitungen eingegossen sind, oder
eine gedruckte Schaltung sein. Die integrierten Anzeigeelemente 14 sind im System
vorgesehen und werden mit Signalen aus dem Zentralprozessor 13 in einer bestimmten
Zeitfolge angesteuert. Sie werden nicht nur in den zwei Zuständen Ein/ Aus - sondern
auch numerisch erregt, um Werte wie beispielsweise die verbleibende Kapazität der
Batterie anzuzeigen! Der Grund, weshalb die Signale auf jeweils zwei Leitungen 15
und 17 zwischen dem Zentralprozessor und dem Ortsprozessor bzw. zwischen dem Ortsprozessor
und der Schaltereinheit
laufen, ist die im Sinne einer höheren
Zuverlässigkeit erwünschte Redundanz. Es können beispielsweise zwei Leitungen 15
mit der gleichen Funktion vorgesehen sein und zwei gleiche Signale gleichzeitig
oder nacheinander führen. Fällt daher eine der Leitungen aus, bleibt die Systemfunktion
voll erhalten. Der Betriebszustand einer Leitung wird mit der Anzeige 14 angezeigt.
Ausfälle der Endeinheiten können nach einem unten beschriebenen Verfahren (auf dem
Ortsprozessorblock) ermittelt werden; die Anzeige 14 zeigt sie ebenfalls an. Das
Verdrahtungsmodul 10 kann weiterhin Fassungen zum Anschluß einiger Endeinheiten
(Bezugszeichen 1' in Fig. 3) enthalten, an den Ortsprozessor 11 mit bei 16 gezeigten
Verbindern angeschlossen oder mit dem Ortsprozessor 11 zusammengefaßt sein; es kann
weiterhin Sicherungen für die Stromversorgungsleitungen aufweisen.
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Die Vorteile der vorliegenden Erfindung seien unter Bezug auf die
Fig. 1 und 3 erläutert. Zunächst ist die Verdrahtung, wie mit 15 und 10 in Fig.
3 gezeigt, gegenüber der komplizierten Anlage (gestrichelte Linien in Fig. 1) erheblich
vereinfacht. Die Anzahl der Leitungen entspricht der Anzahl der Eingabe- und Endanschlußpaare
in Fig. 1, während in der Fig. 3 diese Anzahl auf die zwei Leitungen zwischen dem
Zentralprozessor 13 und dem Ortsprozessor 11 beschränkt ist; alle anderen Verbindungen
werden gleichzeitig in einem einzigen Herstellungsschritt auf dem Verdrahtungsmodul
10 hergestellt.
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Da weiterhin Halbleiteranordnungen wie beispielsweise Mikrocomputer
im Impulsbetrieb arbeiten, ist die Verarbeitung von Fehlersignalen usw. im System
erheblich vereinfacht.
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Sämtliche Ausfälle in den Endeinheiten werden im Ortsprozessorblock
ermittelt
und die ermittelten Ausfälle auf der Anzeige 14 in Fig. 3 nach der vorliegenden
Erfindung angezeigt.
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Weiterhin erfolgt die Wartung des Systems durch einfaches Austauschen
eines fehlerhaften der Blöcke 10, 11, 12, 13, 14 und der anderen Leitungen, um das
System zweckmäßiger zu machen. Ein einer Endeinheit zugeordneter Ausfalldetektor
nach der vorliegenden Erfindung ist mit dem Betätigungselement 24 - wie bei 33 in
Fig. 4 gezeigt - auf dem Ortsprozessorblock 11 von der Endeinheit selbst abgesetzt
angeordnet. Der Punkt 32 ist geerdet, der Punkt 31 ist der Ansteuerpunkt für die
Lampe 21. Diese beiden Punkte 31, 32 stehen über Leitungen aus dem Ortsprozessor
mit den peripheren Einheiten in Verbindung. Die Messung der Spannung über dem Widerstand
30 kann natürlich zur Bestimmung dienen, ob der Glühfaden der Lampe 21 durchgebrannt
ist; dann sinkt der Spannungsabfall über dem Widerstand 30 auf null. Am wahrscheinlichsten
stehen mindestens 2 V über dem Widerstand 30; sofern der Innenwiderstand des Halbleiterschalters
mehr als 1 Ohm beim Kurzschlußausfall ("short failure") beträgt, fließt im Stromkreis
29 ein Strom von mehr als 2 A (1 Ohm x 2 A = 2 V) und die Lampe ist im Normalzustand.
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Der Innenwiderstand des Halbleiterschalters beim Kurzschlußausfall
wird statistisch ausgewertet, um die vorliegende Erfindung abzuleiten. Nimmt man
beispielsweise einen gesteuerten Siliziumgleichrichter (SCR) oder einen 4-Schicht-Halbleiterschalter,
beträgt dessen Innenwiderstand kaum je weniger als 1 Ohm und beim Kurzschlußausfall
nie weniger als 0,5 Ohm. Die vorliegende Erfindung ist weniger wirksam, wenn der
prozentuale Anteil der Kurzschlüsse auf 0 Ohm ("real short failure") steigt.
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Nach der vorliegenden Erfindung können infolge der integrierten Halbleiterschalter
auf dem Ortsprozessor die Fühldrähte zu den Endanschlüssen zur Bestimmung des Betriebszustands
entfallen. Dies wird ermöglicht durch eine Messung der am über den Halbleiterschalter
gelegten Widerstand abfallenden Spannung; sämtliche erforderlichen Elemente sind
auf dem Ortsprozessorblock angeordnet.