DE3522907A1 - Zeitmultiplexsteuerung fuer verbraucher eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zeitmultiplexsteuerung für eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern eines Kraftfahrzeuges nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bei Zeitmultiplexsteuerungen von Verbrauchern in Kraft­ fahrzeugen ist es bekannt, die von einer Steuerzentrale ausgegebenen Steuersignale für die einzelnen Verbraucher über eine Rundsteueranlage an verschiedene Empfangs­ stationen im Kraftfahrzeug zu übertragen, denen bestimm­ te Verbraucher, Sensoren oder dgl. zugeordnet sind. Die Ringleitung besteht dabei aus einer Versorgungs­ leitung zur Energieversorgung der Verbraucher und aus einer Steuerleitung, welche die Steuersignale zwischen der Steuerzentrale und den Empfangsstationen überträgt. Aus der DE-OS 31 03 844 ist es bekannt, als Steuerleitung eine elektrische Leitung oder einen Lichtleiter zu verwenden. Die erforderliche Betriebs­ sicherheit der Multiplexsteuerung wird bei Verwendung einer elektrischen Steuerleitung durch die zahlreichen Anschlußpunkte an den Empfangsstationen sowie durch elektromagnetische Störungen oder Störspannungsimpulse beeinträchtigt. Bei einer Ausführung mit einem Licht­ leiter können insbesondere an den Verbindungsstellen, den Einkoppelungen und Auskopplungen zwischen dem Lichtleiter, den Verzweigungen und den opto-elektri­ schen Wandlern an den Sende- und Empfangsstationen Störungen auftreten, die durch Stöße, Erschütterungen und Schwingungen im Fahrzeug aufgrund der dort herr­ schenden rauhen Betriebsbedingungen verursacht werden und welche die Betriebssicherheit des gesamten Steuer­ systems verringern.

Aus der DE-OS 32 46 562 ist es schließlich bekannt, zur Steuerung elektrischer Verbraucher im Kraftfahrzeug Ultraschallwellen zu verwenden, die als Steuerbefehle von einer Steuerzentrale über einen Massivleiter auf die Empfangsstationen übertragen werden. Der Massivleiter bildet dabei zugleich die Versorgungsleitung der an­ zuschließenden Verbraucher. Auch hierbei wird die Be­ triebssicherheit dadurch beeinträchtigt, daß die Ultra­ schallsender und Ultraschallempfänger, beispielsweise als Piezoelemente an den Stirnflächen des Leiters satt aufliegen müssen, damit die Ultraschallwellen zwischen den Piezoelementen und dem Massivleiter übertragen werden können. Durch die rauhen Betriebsbedingen im Kraftfahrzeug kann jedoch eine solche Schallübertra­ gung und Schalleitung gestört werden und damit das Steuersystem teilweise oder vollständig ausfallen, was unter Umständen schwerwiegende Folgen haben kann.

Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, die Stör­ empfindlichkeit von Multiplexsteuerungen im Kraftfahr­ zeug durch einfache Mittel zu verringern.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zeitmultiplexsteuerung mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen hat den Vorteil, daß sich die luft­ geführten, modulierten Ultraschallwellen in einem Rohr­ leitungssystem in nahezu beliebiger Weise störungs­ sicher verteilen lassen. Dadurch können von einer Sende­ stelle aus eine Vielzahl von Empfangsstellen erreicht werden. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß selbst Beschädigungen oder Lecks im Rohrleitungssystem die Funktionsfähigkeit der Multiplexsteuerung nicht beein­ trächtigen. Verwendet man im Rohrleitungssystem geschlos­ sene Schleifen, so können selbst Knickstellen oder Durch­ trennungen die Luftleitung der Schallwellen und damit eine so betriebene Multiplexsteuerung nicht unterbrechen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich. Besonders vorteilhaft ist es, das Rohrleitungssystem aus flexiblen Schlauchleitungen herzustellen, die im Bereich der Empfangsstationen Abzweigungen aufweisen, die zu den dort jeweils angeordneten Ultraschallempfängern führen. Dabei können die Schlauchleitungen wegen ihrer hohen Flexibilität auch an schlecht zugänglichen Stellen im Kraftfahrzeug verlegt werden. Außerdem kann in vorteil­ hafter Weise auch die Versorgungsleitung für die elek­ trischen Verbraucher in die Rohrleitungen bzw. in die flexiblen Schlauchleitungen verlegt werden, wobei für die luftgeführte Ultraschallübertragung der Querschnitt der Leitungen dann nur teilweise von der Versorgungs­ leitung gelegt wird.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Zeitmultiplexsteuerung durch Ultraschall in einem Rohrleitungssystem in schema­ tischer Darstellung,

Fig. 2 das Prinzip der Steuerung und Versorgung verschiedener Verbraucher durch die Multi­ plexsteuerung, Fig. 3 die Steuerzentrale im Blockschalt­ bild,

Fig. 4 eine der Empfangsstationen im Blockschalt­ bild,

Fig. 5 verschiedene Steuersignale, die mit Ul­ traschallwellen moduliert von der Steuerzentrale auf die Empfangsstationen übertragen werden und

Fig. 6 zeigt eine Rohrleitung mit darin angeordneter Versor­ gungsleitung im Querschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

In Fig. 1 ist ein Kraftfahrzeug mit 10 bezeichnet, des­ sen elektrische Verbraucher wie Beleuchtung, Signalhorn, Blinkanlage, Fensterheber, Schiebedachantrieb und dgl. durch eine Zeitmultiplexsteuerung von einer Steuerzen­ trale 11 im Fahrzeug gesteuert und überwacht werden. Die Steuerzentrale 11 ist eingangsseitig mit einer Anzahl von Steuerschaltern 12 verbunden, von denen in Fig. 1 nur einer dargestellt ist. In Verbindung mit Fig. 2 ist dar­ gestellt, daß die verschiedenen Verbraucher 13 des Kraft­ fahrzeugs über eine gemeinsame Versorgungsleitung 14 mit der Fahrzeugbatterie 15 zu verbinden sind. Die Verbrau­ cher 13 sind einzeln oder in Gruppen zusammengefaßt jeweils einer Empfangsstation 16 zugeordnet, die an verschiedenen Stellen im Fahrzeug gut zugänglich ver­ teilt angeordnet sind. Die Empfangsstationen 16 sind eingangsseitig über ein Rohrleitungssystem 17 mit dem Ausgang der Steuerzentrale 11 verbunden. Zur Ansteue­ rung der verschiedenen Verbraucher 13 werden beim Be­ tätigen der ihnen zugeordneten Steuerschalter 12 kodier­ te Ultraschall-Steuersignale von der Steuerzentrale 11 mit einem Ultraschallsender 18 erzeugt. Die Ultraschall- Steuersignale werden von dort über die Luft in dem Rohr­ leitungssystem 17 auf alle Ultraschallempfänger 19 übertragen, die sich am Eingang der Empfangsstationen 16 befinden. Das Rohrleitungssystem 17 besteht dabei aus flexiblen Schlauchleitungen, die vom Ultraschallsender 18 über Abzweigungen 20 zu den voneinander räumlich ge­ trennt angeordneten Ultraschallempfängern 19 der Empfangs­ stationen 16 führen.

Die Steuerzentrale 11 besteht gemäß Fig. 3 aus einer Sende­ stufe 27 mit einem Mikrocomputer 21, an dessen Eingangs­ port 22 eine Schaltereinheit 23 angeschlossen ist. Die Schaltereinheit 23 besteht aus einer Vielzahl von Steuer­ schaltern 12, von denen in Fig. 3 nur zwei in der Aus­ führung als Tastschalter dargestellt sind. Die Steuer­ schalter 12 liegen jeweils mit ihrem einen Anschluß auf Masse und sind mit ihrem freien Anschluß über einen Schutz­ widerstand 24 an eine stabilisierte Gleichspannung von +5 V angeschlossen. Der Abgriff zwischen den Steuerschal­ tern 12 und ihren vorgeschalteten Schutzwiderständen 24 ist jeweils auf einen Eingang des Ports 22 an der Steuer­ zentrale 11 gelegt. Solange der Steuerschalter 12 nicht geschlossen ist, liegt an dem entsprechenden Eingang der Steuerzentrale 11 über den Schutzwiderstand 24 Pluspoten­ tial. Durch Betätigen des Steuerschalters 12 wird dagegen Massepotential auf den entsprechenden Steuereingang des Ports 22 gelegt. Da sämtliche Eingänge des Ports 22 vom Computer 27 zyklisch überwacht werden, erfolgt mit der Potentialänderung an diesen Eingängen durch Schließen eines Steuerschalters 12 unmittelbar die Auslösung eines Steuerbefehls für die Verbraucher 13, die dem entsprechenden Steuerschalter 12 zugeordnet sind. Dabei wird im Mikrocomputer 21 an dessen Ausgang 26 ein Steuersignal erzeugt, das aus einer zyklischen Impulsfolge unterschiedlich breiter Impulse und Impuls­ pausen besteht.

In Fig. 5 sind drei verschiedene Steuersignale unterein­ ander dargestellt, wobei das Signal S 1 beispielsweise für die Schaltung des Abblendlichtes im Fahrzeug, das Signal S 2 für das Fernlicht und das Signal S 3 für das Bremslicht verwendet wird. Die zyklisch sich wiederholenden Steuer­ signale S 1 bis S 3 werden über den Ausgang 26 auf die Sendestufe 27 gegeben und dort in einem Ultraschallsen­ der 18, beispielsweise ein Piezoelement, in entspre­ chend modulierte Ultraschall-Steuersignale umgewandelt. In Fig. 5 ist ein solches moduliertes Ultraschall- Steuersignal US 1 dargestellt, das in entsprechend ko­ dierter Weise aus dem elektrischen Steuersignal S 1 gebildet wurde. Die Ultraschallfrequenz beträgt hier 40 kHz und die Schallstärke etwa 50 dB. Die Steuer­ signale S 1 bis S 3 und US 1 haben eine Periodendauer T=40 ms.

Die in der Steuerzentrale 11 erzeugten Ultraschall- Steuersignale gelangen über das Rohrleitungssystem 17 mit den Abzweigungen 20 zu den einzelnen Empfangs­ stationen 16. Fig. 4 zeigt eine der Empfangsstationen 16 mit einer Eingangsstufe 28, in der als Ultraschall­ empfänger 19 ein Piezoelement mit einem nachgeschal­ teten Verstärker 29 angeordnet ist. Die Abzweigungen 20 des aus flexiblen Schlauchleitungen bestehenden Rohrleitungssystems 17 übertragen die Ultraschall­ signale auf den Ultraschallempfänger 19, wo sie wie­ der in elektrische Steuersignale (S 1 bis S 3) zurückver­ wandelt werden. Über den Verstärker 29 der Eingangs­ stufe 28 werden nun die Steuersignale auf den Eingang 30 eines nachgeschalteten Seriell-Parallel-Wandlers 31 gegeben, der von einem Taktgenerator 32 gesteuert wird. Der Ausgang des Wandlers 31 ist über eine Busleitung 33 mit mehreren eingangsseitig zueinander parallel geschal­ teten AND-Gattern 34 verbunden, die durch eine Pin-Kodie­ rung ihrer Eingänge auf bestimmte Bit-Wörter programmiert sind. Dem Ausgang der AND-Gatter 34 ist jeweils ein Flipflop 35 nachgeschaltet, dessen Ausgang ein Relais 36 ansteuert. Mit dem Relais werden jeweils mehrere parallel geschaltete Verbraucher 13, wie beispielsweise Fahrzeug­ lampen, geschaltet.

Soll beispielsweise mit dem Steuersignal S 1 aus Fig. 5 das Abblendlicht als Verbraucher 13 in Fig. 4 einge­ schaltet werden, so wird zunächst der dem Abblendlicht zugeordnete Steuerschalter 12 auf der am Armaturen­ brett des Fahrzeugs angeordneten Schaltereinheit 23 betätigt. Damit wird in der Steuerzentrale 11 ein zykli­ sches Steuersignal S 1 erzeugt, das vom Ultraschall­ sender 18 in ein entsprechend kodiertes Ultraschall- Steuersignal US 1 umgewandelt über das Rohrleitungs­ system 17 zu allen Ultraschallempfängern 19 der Em­ pfangsstationen 16 gelangt. Dort wird es in den Eingangs­ stufen 28 wieder in ein entsprechendes elektrisches Steuersignal S 1 zurückverwandelt und über jeweils einen Wandler 31 wird die entsprechende serielle Bit-Folge in ein entsprechendes paralleles Bit-Wort umgewandelt. Dies wird über den Bus 33 den angeschlos­ senen AND-Gattern 34 zugeführt. Das dem Abblendlicht zugeordnete AND-Gatter aus Fig. 4 ist nun eingangssei­ tig so kodiert, daß jeweils nur das aus dem Steuersig­ nal S 1 gewonnene Bit-Wort am Ausgang des Gatters 34 ein Schaltsignal auslöst, das über das Flipflop 35 zum Einschalten des Relais 36 führt. Mit dem Relais 36 werden sodann die Abblendlampen eingeschaltet. Mit er­ neuter Betätigung des dem Abblendlicht zugeordneten Steu­ erschalters 12 wird nun das Flipflop 35 wieder zurückge­ setzt. Das Relais 36 fällt ab und die Abblendlampen 13 werden damit ausgeschaltet.

Die Versorgungsleitung 14 kann gemäß Fig. 2 getrennt von dem Rohrleitungssystem 17 im Fahrzeug als Ringleitung ver­ legt werden, an welche die Verbraucher 13 über die Relais 36 oder über kontaktlos steuerbare Schaltelemente ange­ schlossen sind. In diesem Fall muß die Versorgungsleitung 14 durch eine entsprechende Isolation gegen Beschädigung im Kraftfahrzeug geschützt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Versorgungsleitung 14 gemäß Fig. 6 in die Rohrleitungen bzw. Schlauchleitungen 17 zu verlegen, sofern sichergestellt ist, daß der Querschnitt der Rohr­ leitungen 17 durch die Versorgungsleitung 14 nur teil­ weise und zwar bis maximal zur Hälfte belegt wird. Da­ durch ist noch genügend Luft für die Schalleitung der Ultraschall-Steuersignale in den Rohrleitungen 17 vor­ handen und eine Signalübertragung kann so über die Luftleitung gewährleistet werden. Die Rohr- bzw. Schlauch­ leitungen 17 werden dabei aus Isolierstoff, vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt.

Bei Verwendung von Piezoelementen als Ultraschallsender und Ultraschallempfänger ist es mit einfachen Mitteln möglich, zur Rückmeldung von Daten an den Zentralsender 11 bzw. zur Überwachung von Verbrauchern 13, die Ultra­ schallempfänger 19 als Ultraschallsender und den Ultra­ schallsender 18 als Ultraschallempfänger umzuschalten.

Die Empfangsstationen 16 sowie die Steuerzentrale 11 ist in diesem Fall mit entsprechenden Umschalteinheiten zu ergänzen, die z.B. durch entsprechende Steuersignale der Sendezentrale 11 umgesteuert werden.

Durch die völlige Entkopplung der Ultraschallempfänger 19 und des Ultraschallsenders 18 ergibt sich eine hohe Betriebssicherheit, da der Ausfall einzelner Empfänger keinerlei Auswirkungen auf den Sender und auf die übrigen Empfänger hat. Eine hohe und kostengünstige Redundanz der Zeitmultiplexsteuerung ist dadurch möglich, daß zwei voneinander unabhängige Steuerzen­ tralen 11, 11 a - wie in Fig. 1 gestrichelt erkennbar - mit je einem Teil eines aufgeteilten Rohrleitungs­ systems 17 zusammenwirken. Dabei könnte das System 17 aus Fig. 1 zwischen den beiden Steuerzentralen 11 und 11 a - wie angedeutet - aufgetrennt werden. Da in diesem Fall einige Funktionen über beide Teile des Rohrlei­ tungssystems 17 ausgeführt werden müssen, wie bei­ spielsweise das Ein- oder Umschalten der Lichtanlage, werden zumindest solche Steuerschalter 12 mit den beiden Steuerzentralen 11, 11 a verbunden.

Es ist aber ebenso möglich, ohne Auftrennung des Rohr­ leitungssystems zwei Steuerzentralen 11 und 11 a zuein­ ander parallel arbeiten zu lassen. Falls dann an einer der Steuerzentralen eine Störung auftritt, kann diese durch Selbstüberwachung oder von Hand abgeschaltet werden, ohne daß dadurch die Zeitmultiplexsteuerung mit der anderen Steuerzentrale beeinträchtigt wird. Schließ­ lich kann die Steuerung auch so ausgelegt sein, daß jeweils nur eine der zwei Steuerzentralen 11, 11 a auf das Rohrleitungssystem geschaltet ist und daß die Um­ schaltung auf die andere Steuerzentrale jeweils von Hand oder selbsttätig beim Auftreten eines Defektes an der gerade arbeitenden Steuerzentrale erfolgt.

Claims (6)

1. Zeitmultiplexsteuerung für eine Vielzahl von elek­ trischen Verbrauchern eines Kraftfahrzeuges, die über eine gemeinsame Versorgungsleitung mit der Fahrzeug­ batterie zu verbinden sind und die über ihnen zugeord­ nete Empfangsstationen mit einem Ultraschallempfänger im Multiplexbetrieb durch kodierte Ultraschall-Steuer­ signale von einer Steuerzentrale mit einem Ultraschall­ sender und Steuerschaltern ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Steuersignale (US 1) vom Ultraschallsender (18) über die Luft in einem Rohrleitungssystem (17) auf die Ultraschallempfänger (19) aller Empfangsstationen (16) übertragen werden.

2. Zeitmultiplexsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrleitungssystem (17) aus flexiblen Schlauchleitungen mit zu den voneinander getrennt angeordneten Ultraschallempfängern (19) füh­ renden Abzweigungen (20) besteht.

3. Zeitmultiplexsteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitung (14) der elektrischen Verbraucher (13) in den Schlauchlei­ tungen (17) angeordnet ist und deren Querschnitt nur teilweise belegt.

4. Zeitmultiplexsteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitung (14) den Querschnitt der Schlauchleitungen (17) nur bis maximal zur Hälfte belegt.

5. Zeitmultiplexsteuerung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückmel­ dung von Daten an den Zentralsender (11) die Ultra­ schallempfänger (19) auf Ultraschallsender und der Ultraschallsender (18) auf Ultraschallempfänger um­ schaltbar ist.

6. Zeitmultiplexsteuerung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei vonein­ ander unabhängige Steuerzentralen (11, 11 a) mit min­ destens je einem Teil des Rohrleitungssystems (17) zusammenwirken und daß zumindest einige der Steuer­ schalter (12) mit den beiden Steuerzentralen (11, 11 a) verbunden sind.