DE4329860A1 - Schaltungsanordnung zur Steuerung unterschiedlicher elektrischer Verbraucher in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung unter­ schiedlicher elektrischer Verbraucher in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patenanspruch 1.

Aus der DE 41 40 508 A1 ist bereits ein lenkbares, straßengebundenes Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personen-Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor-Antrieb bekannt, der durch Akkumulatoren gespeist wird.

Kraftfahrzeuge enthalten eine Vielzahl unterschiedlicher elektrischer Verbraucher, beispielsweise Fahrgastrauminnenlicht, Nummernschildbe­ leuchtung, Heckscheibenheizung, Hupe, Bremslicht, Rückfahrscheinwerfer, Links-/Rechts-Blinker, Warnblinker, elektrische Fahrgastraumheizung usw. In Bordnetzanlagen konventioneller Kraftfahrzeuge ist für die Schaltung von Verbrauchern eines relativ hohen elektrischen Verbrauchs, wie beispielsweise Fahrgastraumheizung, jeweils ein Relais vorgesehen, während Verbraucher relativ geringer elektrischer Leistung üblicherweise direkt geschaltet werden.

Eine derartige Schaltungsstruktur ist allerdings mit einer Reihe von Nachteilen verbunden. So erfordert die Ansteuerung elektrischer Verbraucher über Relais elektrische Leistung für den Betrieb des Relais, die erheblich über der elektrischen Leistung liegt, die für die Ansteuerung elektrischer Verbraucher über Halbleiterbauelemente erforderlich ist. Relais sind ferner mit dem Nachteil einer gegenüber Halbleiterschaltbauelementen höheren Ausfallwahrscheinlichkeit behaftet. Außerdem nehmen Relais einen größeren Raum als Halbleiterschaltelemente ein.

Ein weiterer Nachteil der Verwendung von Relais ist in dem höheren Montageaufwand zu sehen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt die Erfindung das Ziel zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die für die Ansteuerung sämtlicher Verbraucher eines Kraftfahrzeugs eine vergleichsweise geringe elektrische Leistung erfordert.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist in relativ einfacher Weise herzustellen, da als Schaltelemente, unabhängig von dem anzusteuernden Verbraucher, dieselben bzw. von ihren mechanischen Aufbau ähnliche Bauelemente, nämlich Halbleiter-Schaltbauelemente verwendet werden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ohne Schmelzsicherungen auskommt.

Damit wird der Benutzer des Kraftfahrzeugs davon entlastet, Schmelzsicherungen, auch solche für unterschiedliche elektrische Leistungen zu bevorraten und bei Ausfall einer Sicherung die ausgefallene Sicherung zu entfernen und eine neue Sicherung einzusetzen.

Ein weiterer Vorteil der erfindgungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Verbindung von bzw. zu peripheren Baugruppen durch Busleitungen bzw. durch Kabelbäume erfolgen kann. So wird die Tastatur und die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung über Busleitungen verbunden, während die Verbindung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit den Verbrauchern über Kabelbäume erfolgt.

Weitere Merkmale der Erfindung, Ziele und Vorteile werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Blockschaltdarstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsan­ ordnung in Verbindung mit einer Eingabetastatur, einer Spannungsquelle und elektrischen Verbrauchern des Kraftfahrzeugs;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung, zur Ansteuerung der unterschiedlicher elektrischer Verbraucher;

Fig. 3 eine Blockschaltdarstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eingangsseitig mit einer Tastatur T beschaltet. Diese Tastatur umfaßt eine Mehrzahl von Ein-/Ausschaltern für die Betätigung unterschiedlicher Verbraucher des Kraftfahrzeugs. Beispielsweise dient der Ein-/Auschalter T1 der Betätigung eines Verbrauchers V1. Der Ein-/Ausschalter T2 dient beispielsweise der Betätigung eines Verbrauchers V2. Ein weiterer Ein- /Ausschalter T3 dient beispielsweise der Betätigung einer Mehrzahl von Verbrauchern V31, V32, V33 und V34.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist eingangsseitig ferner mit einer Spannungsquelle Bat. verbunden.

Ausgangsseitig ist die Schaltungsanordnung mit einer Mehrzahl elektrischer Verbraucher V, V1, V2, V31, V32, V33, V34, . . . verbunden. Die einzelnen Verbraucher können sich hinsichtlich des Verbrauchs elektrischer Leistung in einem erheblichen Umfang unterscheiden. Beispielsweise verbraucht die Beleuchtung der Armaturen im Fahrgastinnenraum eine relativ geringe elektrische Leistung, während dem gegenüber eine elektrische Heizung des Fahrgastinnenraums eine vergleichsweise große elektrische Leistung erfordert.

In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für Verbraucher V1, V2, V31, V32, V33 und V34 dargestellt.

V1 stellt ein großen elektrischen Verbraucher, z. B. eine elektrische Heizeinrichtung dar; V2 stellt einen kleinen elektrischen Verbraucher, z. B. die Armaturenbeleuchtung dar und V31, V32, V33 und V34 stellen beispielsweise Warnblinkleuchten dar.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist über Eingangsklemmen E1, E2, E3 mit entsprechenden, individuellen Ein-/Ausschaltern T1, T2, T3 . . . Tn verbunden. Die Eingangsklemme E1 ist über einen Serienwiderstand R1 von beispielsweise 47 Kiloohm mit einem Halbleiter-Schaltelement IC1 an dessen Eingang (IN2) und mit einem Widerstand R2 von z. B. 10 Kiloohm an Masse verbunden. Das Bauelement IC1 ist ferner mit der Spannungsquelle Bat. über einen entsprechenden Anschluß (PIN3, Vbb) verbunden.

Ausgangsseitig ist das Bauelement IC1 an einem entsprechenden Anschluß (OUT 5) mit dem zu steuernden Verbraucher V1 verbunden. Ein weiterer Anschluß 1 des Bauelements IC1 ist mit der Masse verbunden. Das Halbleiterbauelement IC1 gibt an seinem Ausgang 4 ein Signal ab, wenn der zugeordnete Verbraucher V1 defekt ist. Die Signale der Ausgänge 4 werden Halbleiterelemente individuellen Anzeigeeinrichtungen (Signalgebern) und/oder einer Anzeigeeinrichtung zugeführt, die beim Auftreten mindestens eines Signals von einem Ausgang 4 ein Anzeigesignal bilden, das auf mindestens einen Kurschluß und/oder auf einen Ausfall eines Verbrauchers hinweist.

Als Halbleiterbauelement IC1 wird beispielsweise ein MOSFET-Transistor verwendet, der von der Firma Siemens unter der Produktbezeichnung BTS432E vertrieben wird. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist für sämtliche Verbraucher, die für relativ hohe Lasten im Bereich von beispielsweise 60 W vorgesehen sind, die gleichen Bauelemente IC1 auf.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung ist weiterhin für die Ansteuerung von Verbrauchern V2 ausgelegt, die für kleine elektrische Leistungen ausgelegt sind.

Eine Eingangsklemme E2 ist wie die Eingangsklemme E1 über einen Widerstand R1 von beispielsweise 47 Kiloohm mit einem Halbleiterbau­ element IC2 (Anschluß IN2) verbunden. Außerdem ist die Eingangsklemme E2 über einen Widerstand R2 mit Masse verbunden. Der Anschluß 1 von IC2 ist über einen Widerstand von 150 Ohm mit Masse verbunden. Die übrige Beschaltung von IC2 entspricht der Beschaltung von IC1.

Der Versorgungsspannungseingang 3 des Halbleiterbauelements IC2 ist mit der Spannungsquelle Batt. verbunden. Der Ausgang OUT (PIN5) des Halbleiterbauelements IC2 ist mit dem entsprechenden Verbraucher V2 verbunden.

Als Halbleiterbauelement IC2 wird beispielsweise ein MOSFET-Transistor verwendet, der von der Firma Siemens unter der Produktbezeichnung BTS410E vertrieben wird. Diese Bauelemente werden in der erfindungsge­ mäßen Schaltungsanordnung zur Steuerung sämtlicher Verbraucher verwendet, die eine relativ geringe elektrische Leistung verbrauchen.

Die Eingangsklemme E3 ist über einen Blinkgeber B und über je einen Widerstand R1 von 47 Kiloohm mit den Eingängen 2 der Halbleiterbau­ elemente IC31, IC32, IC33 und IC34 verbunden. Der Ausgang des Blink­ gebers B ist außerdem über einen Widerstand R2 mit Masse verbunden. Die Ausgänge 5 der Halbleiterbauelemente sind mit den Verbrauchern V31, V32, V33 und V34 verbunden. Die Ausgänge 4 der Bauelemente IC31, IC32, IC33 und IC34 sind auf dem Blinkgeber rückgekoppelt. Der Blinkgeber ist schaltungstechnisch in der Weise realisiert, daß bei Betätigung des zugehörigen Eingabeschalters T3 die vier Warnblinkleuchten V31, V32, V33, V34 in einer vorgebbaren Blinkfrequenz angesteuert werden. Fällt mindestens eine Wamblinkleuchte aus, was durch ein entsprechendes Signal am Ausgang 4 des entsprechenden Bauelements IC31, IC32, IC33 und IC34 gemeldet wird, bildet der Blinkgeber B in Abhängigkeit eines solchen Signals ein Signal mit einer von der Blinkfrequenz abweichenden Frequenz. Dieses Signal wird einer in der Figur nicht dargestellten Anzeigevorrichtung zugeführt.

Ganz allgemein werden als Bauelemente IC1, IC2, IC31, IC32, IC33 und IC34 für die Ansteuerung der Verbraucher unabhängig von der jeweils verbrauchten elektrischen Leistung sogenannte MOSFET-Bauelemente, und insbesondere P-Kanal Power-MOSFET-Bauelemente, verwendet.

Erfindungsgemäß wird eine vollelektronische Bordnetzanlage für Kraftfahr­ zeuge zur Verfügung gestellt, die als Leistungsschalter ausschließlich Halbleiter-Leistungsschalter verwendet. Die verwendeten Leistungsschalter realisieren eine elektronische Kurzschlußsicherung und/oder einen Übertemperaturschutz. Für kleine Lasten, wie Armaturenbeleuchtung, werden beispielsweise MOSFET-Transistoren der Firma Siemens mit der Bezeichnung BTS410E eingesetzt, während für größere Lasten wie Halogen-Scheinwerfer, Lüftermotor oder elektrische Heizung, MOSFET- Transistoren der Firma Siemens mit der Bezeichnung BTS432E eingesetzt werden.

Diese Bauelemente sind in einem 5-poligen Gehäuse vom Typ TO-220/5 untergebracht und haben neben den 3 Anschlüssen eines MOSFET′s (Drain, Source und Gate) noch einen Masseanschluß und einen Statusausgang, welcher als open Drain ausgebildet ist und bei Fehlern wie Kurzschluß, Lastunterbrechung oder Übertemperatur auf Masse schaltet.

Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einer programmierbaren Steuereinheit MP, insbesondere einen Mikroprozessor, dem ein Speicher EPROM mit einem Steuerprogramm zugeordnet ist. Der Mikroprozessor MP ist über I/O-Ports zwischen die Eingangsklemmen E1, E2 und E3 in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 und den dort ebenfalls eingezeichneten Schaltungspunkten S1, S2 und S3 geschaltet. Der Mikroprozessor erlaubt die freie Konfigurierbarkeit, d. h. die Zuordnung von Eingangssignalen, die durch Betätigung der Eingabeschalter T1, T2, T3 gebildet werden, zu Steuersignalen (Ausgänge A1, A2, A31, A32, A33, und A34) für die Verbraucher V1, V2, V31, V32, V33 und V34.

Für komplexere Steuerungsaufgaben können verschiedene Eingangssignale mit unterschiedlichen Ausgangssignalen logisch verknüpft werden. Beispielsweise kann folgende Zuordnung durch eine entsprechende Ausgestaltung des im Speicher EPROM abgelegten Steuerprogramms gewählt werden. Bei gesetztem Blinkerhebel und aktiviertem Zündschloß werden beispielsweise die linken Vorder- und Hinterblinker angesteuert. Bleibt der Blinkerhebel in dieser Stellung gesetzt, während dagegen das Zündschloß deaktiviert wird, werden das vordere und das hintere Parklicht des Kraftfahrzeugs aktiviert.

Ein weiterer Vorteil der Schaltungsanordnung mit Mikroprozessor liegt in der einfachen und schnellen Anpaßbarkeit an verschiedene Verkabelungsanordnungen, so daß neue oder geänderte Schalter und/oder Verbraucher im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Schaltung eingesetzt werden können.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Steuerung unterschiedlicher elektrischer Verbraucher in einem Kraftfahrzeug, wobei die Schaltungsanordnung (1) eingangsseitig mit einer Spannungsquelle (Bat.), mit Eingabeschaltern (T, T1, . . . Tn) und ausgangsseitig mit den Verbrauchern (V, V1, . . . Vm) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Verbraucher (V1, . . . Vn) ein individuelles Halbleiterelement (IC1, . . . ) zugeordnet ist, daß das Halbleiterelement bei Auftreten eines Kurzschlusses am Halbleiterelementausgang (A1, . . . ) den zugeordneten Verbraucher (V1, . . . ) von der Spannungsquelle (Bat.) abtrennt, und daß das Halbleiterelement (IC1, . . . ) bei Beendigung des Kurzschlusses den zugeordneten Verbraucher (V1 . . . ) wieder mit der Spannungsquelle (Bat.) verbindet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Verbraucher jeweils eine Warnblinkleuchte (V31, V32, V33, V34) darstellen, die durch Betätigung eines Eingabeschalters (T3) betätigbar sind, und daß bei Betätigung dieses Eingabeschalters (T3) die Warnblinkleuchten in einer vorgebbaren Blinkfrequenz angesteuert werden, daß eine Kontrolleuchte im fehlerfreiem Betrieb mit derselben Blinkfrequenz angesteuert wird, daß bei Ausfall mindestens einer Warnblinkleuchte eine von der Blinkfrequenz abweichende Frequenz gebildet wird und daß die Kontrolleuchte bei Ausfall mindestens einer Warnblinkleuchte mit der von der Blinkfrequenz abweichenden Frequenz angesteuert wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß jedem Verbraucher (V1, . . . Vn) ein MOSFET-Transistor als Halbleiterelement zugeordnet ist.

4. Schaltungsanordnung zur Steuerung unterschiedlicher elektrischer Verbraucher in einem Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungs­ anordnung eine programmierbare Steuereinheit (MP) aufweist.