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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein intelligentes Stromverteilungssystem,
mit
- – einem
Stromverteilungskabel zur Versorgung der Lasten mit Strom;
- – einem
Nachrichten-Kommunikations-Bus zur Steuerung der Stromversorgung;
- – einer
Mehrzahl von vordefinierten Steuernachrichten, die eine Mehrzahl
von vordefinierten Funktionen ausführen, wobei jede Steuernachricht
spezifizierte Daten zur Ausführung
einer Funktion enthält;
- – intelligenten
Anschlussdosen, die am Stromverteilungskabel und am Nachrichten-Kommunikations-Bus
angeschlossen sind;
- – Ausgangsbuchsen,
die in einer Mehrzahl oder allen Anschlussdosen zur Versorgung der
Lasten mit Strom enthalten sind;
- – Eingangsbuchsen,
die in einer Mehrzahl oder allen Anschlussdosen zur Eingabe der
besagten Steuernachrichten enthalten sind;
- – Schalter,
die in einer Mehrzahl oder allen Anschlussdosen zur Verteilung des
Stroms in einer gesteuerten Weise enthalten sind; und
- – Steuerelektroniken,
die in allen Dosen enthalten sind, die zum Empfang oder zum Senden
von verschiedenen Nachrichten und, falls notwendig, zur Steuerung
der Schalter auf der Basis von Steuernachrichten dienen, die vom
Kommunikations-Bus oder von der Eingangsbuchse der Dose empfangen
wurden,
und die Steuerelektroniken von einer Mehrzahl
oder von allen Dosen - – ein Grundprogramm besitzen,
das in besagter Mehrzahl oder in allen Dosen ähnlich ist und das in der Lage
ist, alle gewünschten
Funktionen in jedweder dieser Dosen auszuführen; und
- – ein
programmierbares Verhaltensprogramm aufweisen, das so programmiert
ist, dass das Grundprogramm so gesteuert ist, dass dieses nur die
durch die Dose, welche das Verhaltensprogramm enthält, zur
Ausführung
vorbestimmten Funktionen ausführt;
wobei
eine Mehrzahl von Dosen so angeordnet ist, dass sie mindestens eine
der anderen dieser Dosen steuert oder von ihr gesteuert wird durch
direkte Kommunikation zwischen den Dosen über den Bus, ohne die Vermittlung
einer zentralen Steuereinheit, um zumindest einen Teil der gewünschten
dosenspezifischen Funktionen der gesteuerten Dose auszuführen.
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Die
Erfindung bezieht sich ebenso auf ein Verfahren zur Herstellung
eines intelligenten Stromverteilungssystems, insbesondere für Fahrzeuge, wobei
in dem Verfahren ein Stromverteilungskabel mit intelligenten Anschlussdosen
ausgerüstet
ist, welche Ausgangsstifte besitzen, die zur Versorgung von an das
System angeschlossenen Lasten mit Strom dienen, und das Kabel mit
Schaltern, die den Strom zu den Ausgangsstiften verteilen, sowie
mit Steuerelektroniken ausgerüstet
ist, welche die Schalter aufgrund von Steuerbefehlen steuern, die
von einem Nachrichten-Kommunikations-Bus des Kabels oder von einer
Eingangsbuchse der Dose empfangen wurden, wobei die Steuerelektroniken
mit einem Grundprogramm versehen sind, das in einer Mehrzahl oder
in allen Dosen ähnlich
ist und das in der Lage ist, alle gewünschten Funktionen in jedweder dieser
Dosen auszuführen,
und ein programmierbares Verhaltensprogramm aufweisen, das im fertigen System
dazu genutzt wird, das Grundprogramm so zu steuern, dass es nur
die entsprechend des Ortes der Dose vorbestimmten Funktionen ausführt. Weiterhin
enthält
das Verfahren die Schritte des zufälligen Auswählens einer Mehrzahl von gegenseitig ähnlichen
Dosen, des Anbringens der Dosen an dem Kabel und der Auswahl von
Unterprogrammen des Verhaltensprogramms entsprechend des Ortes der Dose.
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Die
Dezentralisierung von Intelligenz auf die Weise, dass die Anschlussdosen
mit individueller Intelligenz ausgerüstet würden, wie es von den verschiedenen
Betriebsweisen von vielfältigen
Lasten und daran angeschlossenen Aktuatoren benötigt wird, kreiert produktionsbezogene
Probleme zur Herstellung verschiedener optionaler Systemkonfigurationen
auf einer automatisierten Linie.
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Um
dieses Problem zu überwinden,
ist schon in dem US-Patent 5,670,845 (Präambel von Anspruch 1 bzw. Anspruch
6) vorgeschlagen worden, Widerstandswerte an den Orten der Installation
der Steuereinheiten zu nutzen. Jede Einheit enthält Mittel, um den Widerstandswert
an dem Punkt zu ermitteln, an dem sie an der Schaltung angeschlossen
ist, und um diesen Widerstandswert mit der gespeicherten Tabelle
von Widerstandswerten zu vergleichen und auf der Basis dieses Vergleiches
das Programm zum Betrieb auszuwählen,
das für
den bestimmten Ort geeignet ist, an dem die Einheit angeschlossen ist.
Auf diese Weise können
die Einheiten, die so programmiert sind, dass sie alle elektrischen
Funktionen des Fahrzeugs ausführen
können,
an jeder Stelle installiert sein und von Ort zu Ort getauscht werden. Entsprechend
diesem Stand der Technik wie auch in dieser Erfindung wurde die
Intelligenz, die für
individuelle befehlsmäßige Steuerung
der Funktionen der Anschlussdosen notwendig ist, von der Zentraleinheit
des Systems entfernt. Dadurch wurde auch die Notwendigkeit einer
vorbestimmten Zentraleinheit und dosenspezifischer Befehle aus ihr
heraus vermieden. Die leitende Steuerung wie auch die Übertragung
und die Identifikation von funktionsspezifisch adressierten Befehlen
sind in den Anschlussdosen dezentralisiert, wodurch die notwendige
Kommunikation weiter verringert wird und die Befehle oder Steuernachrichten
einfacher werden.
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Da
in jeder Steuereinheit alle Funktionen des Fahrzeugs einzeln aktiviert
werden können,
kann das Stromverteilungssystem in automatisierter Produktion hergestellt
werden, und dies trotz der Tatsache, dass die für die individuelle Steuerung
der Funktionen der Anschlussdosen notwendige Intelligenz von der
Zentraleinheit des Systems entfernt und in den Dosen dezentralisiert
wurde.
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Die
Auswahl von Funktionssteuerprogrammen über lokale Widerstandswerte
beschränkt
jedoch flexible Variationen von funktionalen Eigenschaften von Fahrzeugen.
Beim der Herstellung müssen
vorbestimmte Widerstandswerte an vorbestimmten Orten installiert
werden. Dies schränkt
den Vorteil der automatisierten Herstellung von Systemen mit unterschiedlichen
Eigenschaften erheblich ein.
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Es
ist Ziel der Erfindung, ein intelligentes Stromverteilungssystem
bereitzustellen, das flexible Variationen von funktionalen Eigenschaften
des Systems erlaubt.
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Es
ist auch ein Ziel der Erfindung, eine flexible, automatisierte Produktion
bereitzustellen, die in der Lage ist, ein Anschlusskabel sogar für ein einziges
System einzeln herzustellen, wobei das oben genannte Ziel zur Dezentralisierung
der Intelligenz in die Anschlussdosen weiterhin im Auge behalten
wird.
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Diese
Ziele der Erfindung werden für
das System durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und
für das
Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 6 erreicht.
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Die
abhängigen
Ansprüche
offenbaren bevorzugte Ausführungen
der Erfindung.
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Das
System und das Verfahren der Erfindung werden nun in größerem Detail
an Hand funktionierender Beispiele beschrieben, wobei die begleitenden
Zeichnungen referenziert werden, in denen
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1 vier
verschiedene Phasen der Herstellung einer einzelnen, im System enthaltenen
Kabelverzweigung beschreibt;
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2 schematisch
verschiedene Abläufe
I, II, III der Phase 2 von 1 zeigt;
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3 deutlicher
die Prozedur des Ablaufs II aus 2 zeigt;
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4 deutlicher
die Prozedur des Ablaufs III aus 2 zeigt,
und
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5 ein
Kabel schematisch im Längsschnitt
zeigt sowie eine Anschlussdose, die durch das Verfahren der Erfindung
sicher an dem Kabel angebracht ist;
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6 einen
intelligenten Anschlusssockel oder Dose des Systems in einem Blockdiagramm zeigt,
und
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7 schematisch
eine Softwarestruktur und den Verlauf von Nachrichten für einen
Anschlusssockel oder Dose zeigt.
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In
der ersten Phase der 1 wird ein ausgerolltes Kabel 3 zu
einem Kabelstück
der gewünschten
Länge geschnitten.
Ein einziger elektrischer Kabelbaum kann mehrere Kabelstücke verschiedener
Länge enthalten,
die dazu vorgesehen sind, an jede gewünschte Zahl von Dosen 1, 2 angeschlossen
zu werden, die wiederum unterschiedlich, aber jeweils ähnlich innerhalb
eines Typs sein können.
Das abgeschnittene Ende des Kabels 3 ist abisoliert (Pfeil 24)
und die Leiterenden werden verzinnt, um sie später an einem Verbindungsmodul
(nicht dargestellt) anzubringen. Ein solches Verbindungsmodul wird
für die
Verbindung der Kabelverzweigungen miteinander benötigt und
auch für
die Kommunikation zwischen dem System und Zusatzgeräten wie
Anzeigen und Programmiergeräte.
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Alternativ
können
die Leiter der Kabelverzweigungen auch mit den entsprechenden Leitern
eines gemeinsamen Buskabels verbunden werden, um einen sternförmigen Bus
mit direktem galvanischen Kontakt zwischen den Leitern verschiedener
Kabelverzweigungen zu bilden. Eine Adaptions- und Überwachungseinheit
(nicht dargestellt) kann mit dem Datenbus eines solchen Systems
verbunden sein, um Fehlermeldungen zu empfangen und zur Kommunikation
mit externen Geräten
wie einem elektronischen Zündungssystem
und Programmiergeräten.
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Das
Verbindungsmodul oder die Adaptions- und Überwachungseinheit können einige
begrenzte Funktionen einer konventionellen Zentraleinheit besitzen,
aber die Befehlskommunikation findet hauptsächlich mit direkten Eingängen der
intelligenten Anschlussdosen auf der einen Seite und zwischen den Dosen über den
Bus auf der anderen Seite statt, wie es später in größerem Detail beschrieben wird.
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Das
andere Ende der abgeschnittenen Stelle wird mit einer Schutztülle 23 versehen.
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Das
Kabel wird von der Schneidestation zu einer Programmier- und Installationsstation
für Anschlussdosen
gebracht, in denen die Dosen mit einem individuellen Verhaltensprogramm
(individuelles Funktionssteuerprogramm) versehen und die Dosen auf
entsprechende Funktion getestet werden. Nach dem Test werden die
Dosen 1, 2 entweder an dem Kabel 3 sicher
befestigt oder fehlerhafte Dosen verworfen und eine neue Dose wird
zur Programmierung und Installation genommen.
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2 illustriert
das Verfahren der Phase 2 in 1. Der erste
Schritt besteht darin, einen Typ einer Anschlussdose A1, A2, B1,
B2 auszuwählen.
Die Typen der Dosen können
von einer zur anderen differieren, beispielsweise dass beim A-Typ
der Dosen die Leistungsschalter 18a (5 und 6)
zwischen dem Pluspol und der Last einer Batterie positioniert sind
und dass beim B-Typ der Dosen zwei Schalter zwischen dem Pluspol
und der Last und zwei Schalter zwischen dem Minuspol und der Last angeordnet
sind. Die B-Typ-Dose kann beispielsweise zum Steuern eines einzelnen
elektrischen Motors in beide Richtungen genutzt werden.
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Unabhängig von
der obigen Typeneinteilung können
die Dosen darin voneinander differieren, ob sie eine Eingangsbuchse 10 besitzen
oder nicht. Eine Dose ohne eine Eingangsbuchse 10 kann
mit einer höheren
Anzahl von Ausgängen
mit niedriger Leistung versehen sein, z.B. für Signallampen der Instrumententafel.
Das System kann auch eine Eingangsdose ohne Leistungsausgänge besitzen.
Solch eine Eingangsdose kann eine höhere Anzahl von Eingängen besitzen
und in der Instrumententafel angeordnet sein. Die Eingangsbuchse 10 kann
zur Lieferung von Steuerbefehlen zum System genutzt werden, die an
jede Dose im System weitergeleitet werden können. Dabei ist jede sendende
Dose ein Mastercontroller des Systems während die anderen Dosen, welche
die Nachricht empfangen, Slavecontroller sind, wie später in größerem Detail
beschrieben wird.
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2 zeigt
schematisch eine Pyramide, die ein Programm für eine Dosensteuerelektronik
wie einen Prozessor, darstellt. Ein unterer Abschnitt 25 der Pyramide
stellt ein Grundprogramm dar, das allen Dosen gemeinsam ist und
das während
der Herstellung dieser Dosen in die Dosen eingebracht wird. Vor oder
nach dem Anschluss einer Dose an das Kabel wird die Dosensteuerelektronik 19 zusätzlich mit
einem Verhaltensprogramm 26 für das individuelle Verhalten
der Dose programmiert, welches verschiedenste Unterprogramme enthält, die
aufgrund von zukünftigen
Funktionen der Dose 1, 2 bestimmt sind.
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Die
Dosen eines gesamten Systems sind mit laufenden Nummern oder einem
Index versehen, wodurch die Unterprogramme 26 eines Verhaltensprogramms
entsprechend ausgewählt
sind. Das Verhaltensprogramm sorgt dafür, welche Nachrichten mit einer
gewissen vorbestimmten Funktion beantwortet werden, z.B. durch das
Schalten eines Stroms zu einer bestimmten Last zu einer bestimmten
Zeit oder das Übertragen
einer Nachricht auf den Bus. In diesem Fall brauchen die Nachrichten
keine Information über
die Identifikation der Dosen (dosenspezifische Adresse) zu enthalten
oder Informationen über
die gewünschte
Art der Steuerung der Lasten. Zusätzlich kann das Verhaltensprogramm
folgende Merkmale zum Überwachen
und Steuern der Aktionen enthalten:
- – ein oberer
und unterer Grenzwert für
den Strom, den eine an die Ausgangsstifte 8 angeschlossene Last
aufnimmt,
- – eine
gesteuerte Dauer des Stoßstroms
einer Last, die an die Ausgangsstifte 8 angeschlossen ist,
- – optionale
Aktionen im Falle von Fehlfunktionen,
- – eine
Prioritätsstufe
für die
Funktionen der Aktoren, die an die verschiedenen Ausgangsstifte 8 angeschlossen
sind.
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Die
obige Liste ist nicht erschöpfend,
da es etliche andere lastspezifische Merkmale geben kann, wie etwa
Verzögerungszeiten
für Ein-
und Ausschaltfunktionen oder das Schalten verschiedener Kombinationen
von Schaltern 18a (5 und 6),
abhängig
von der Steuerrichtung (beispielsweise einen DC-Motor vorwärts oder
rückwärts zu betreiben).
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6 zeigt
einen Programmspeicher 27, der vollständig oder teilweise in einem
Prozessor 28 angeordnet sein kann und der aus mehreren
verschiedenen Arten von Subspeichern (reprogrammierbar und/oder
einmal programmierbar) bestehen kann. Der Speicher 27 enthält ein Grundprogramm 25 (Kernel),
das sowohl den Betrieb des Prozessors 28 wie auch das Verhaltensprogrann 26 spezifisch
für jede Dose
steuert, um die vorbestimmten Funktionen dieser speziellen Dose
zu steuern.
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7 beschreibt
eine Softwarestruktur der Dose und Wege von Nachrichten, die von
mannigfaltigen Quellen stammen. Das dosenspezifische individuelle
Verhaltensprogramm 26 identifiziert die von dem Eingang 10 oder
von dem seriellen Nachrichtenbus 17 des Kabels 3 kommenden
Nachrichten und steuert auf dieser Basis den Prozessor 28 und/oder den
ASIC-Schaltkreis 29, um Nachrichten zu dem seriellen Kommunikationsbus 27 zu übertragen und/oder
die gewünschten
FETs 18a an einen Aktuator 31 zu ihrer Versorgung
mit Strom zu schalten. Das Grundprogramm (Kernel), das in allen
Dosen des gleichen Typs identisch ist, sorgt dafür, auf welche Weise die Dosenschalter 18a und
die Nachrichtenkommunikation wie auch Funktionen des Prozessors gesteuert
werden. Der Kernel ist das Systemprogramm niedriger Stufe, das als
laufende Basis für
das Verhaltensprogramm dient. Beide Programme sind aus betriebsspezifischen
Modulen zusammengesetzt, die wiederum aus betriebsspezifischen Objekten,
wie das Senden und Empfangen von Objekten verschiedener Steuernachrichten,
zusammengesetzt sind. Das Verhaltensprogramm definiert dosenspezifische
Empfangsobjekte von allen vorbestimmten Nachrichten, die von dem
Programm identifiziert werden sollen. Das Grundprogramm (Kernel)
fragt die Eingangs-Service-Routine des Verhaltensprogramms ab, um
das passende betriebsspezifische Modul bei jeder Änderung
des Status des Einganges zu nutzen. Daher führt das Grundprogramm die Steuerung
aller Dosenfunktionen aus, aber es nicht in der Lage unabhängig zu
entscheiden, welche Aktion ausgeführt werden soll und wann. Wenn
irgendeine Nachricht in einer Diese ankommt, fragt das Grundprogramm
das Verhaltensprogramm, welche Funktionen von dieser speziellen
Nachricht benötigt
werden. Das Verhaltensprogramm informiert das Grundprogramm, welche
Aktionen es aussuchen muss, die von der Auswahl aus allen verschieden
Dosenaktionen ausgeführt werden
sollen. Dadurch erwidern die Befehle des Verhaltensprogramms Aktionen
für verschiedene
Nachrichten, die spezifisch für
jede Dose sind. Deshalb ist die Identifikationsinformation einer gewünschten
Funktion (Funktions-Identifikations-Code) alles, was von dem Bus 17 benötigt wird.
Das Verhaltensprogramm 26 sorgt dafür, welche Last 31 gesteuert
wird und wann. Dadurch sorgen die Verhaltensprogramme im Prozessor 28 und
im Speicher 27 für
die individuelle Steuerung der Lasten 31 und die entlang
des Busses 17 laufenden Nachrichten drücken nur die gewünschten
Aktionen aus. Die Nachrichten brauchen weder Information oder Adresse
zur Identifikation der Dose zu enthalten noch Informationen über die
Art der Steuerung der Lasten (was, wann, wie). Das Verhaltensprogramm
einer Dose bestimmt, wann eine Nachricht so gestaltet ist, dass
die Dose die ihr zugedachte Funktion ausführen muss.
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6 zeigt
nur einen Typ einer Dose (den oben erwähnten Typ A1), aber es ist
offensichtlich, dass die Anzahl der Schalter 18a und die
Verbindung zwischen Stromleitern 16 und Lasten 31 Gegenstand einer
Vielfalt von Modifikationen sein können. In einem erfindungsgemäßen System
kann eine einzige Nachricht dazu genutzt werden, eine Vielzahl von Funktionen
in Lasten auszuführen,
die an verschiedenartige Dosen angeschlossen sind. Gleichermaßen kann
in ein und derselben Dose eine einzige Nachricht zur Ausführung einer
Vielfalt von Funktionen genutzt werden, solange diese Dose für diesen Effekt
vorprogrammiert ist. Auf diese Weise können die verschiedenartigen
Dosen mit einer automatischen Auswahl als Master- oder Slavecontroller
genutzt werden, die untereinander mit funktionsspezifisch adressierten
Nachrichten kommunizieren.
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Wenn
ein Verhaltensprogramm einer beliebigen Dose eine Steuernachricht
in Erwiderung jedweden Eingangs kreiert oder aus seiner Nachrichtendatenbank
auswählt
und die Nachricht auf dem Kommunikationsbus überträgt, wird die Dose temporär zu einer
Master-Dose. Das Programm der Master-Dose hat die übermittelte
Nachricht mit einem Funktionsidentifizierungscode oder einer funktionsspezifischen Adresse
entsprechend dem Eingang versehen. Der Code oder die Adresse kann
durch jedwede empfangende Dose identifiziert werden, die durch ihr
Verhaltensprogramm dazu vorbestimmt ist, die korrespondierende Funktion
auszuführen.
Die Identifikation oder die Indexnummern aller dieser empfangenden Dosen
sind auch in dem Programm oder der Nachrichtendatenbank der sendenden
Master-Dose vorhanden, aber diese Nummern sind nicht in den übermittelten
Steuernachrichten enthalten sondern werden später in der sendenden Master-Dose
genutzt, die Mastereigenschaft nach Bestätigungsnachrichten von all
den Dosen aufzugeben, welche die Funktion ausführen sollen, oder eine neue
Master-Dose zu sein, falls das Programm der empfangenden Dose mit
einer solchen Antwort auf die Nachricht versehen ist.
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Jegliche
Dose 1, 2, die Steuernachrichten von dem Kommunikationsbus 17 empfängt, antwortet
auf die Nachricht durch Verzögerung
der Aussendung jedweder Nachricht über diese Dose zum Kommunikationsbus 17 während besagtem
Empfang, um eine Datenkollision mit der empfangenen Steuernachricht
zu vermeiden.
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Die
Masterdose ist, nachdem sie übertragen aber
noch nicht beendet hat, in einem Modus, in dem sie Bestätigungsnachrichten
empfängt
und überprüft. In diesem
Modus ist die Masterdose blockiert, eine neue Nachrichten zu senden,
welche dann verzögert wird,
falls sie eingegeben ist.
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Wenn
all jene Dosen, die zur Ausführung
der Funktion vorbestimmt sind, die Identifikation der Steuernachricht
nicht innerhalb einer sehr kurzen, vorbestimmten Zeit bestätigen (beispielsweise
in einigen Millisekunden), wiederholt die Master-Dose die Übertragung
der Steuernachricht. Falls weiterhin eine Bestätigung fehlt, sendet die Master-Dose
eine Fehlermeldung mit der Identifikation oder Indexnummer der Dose,
die nicht auf die Steuernachricht geantwortet hatte. Die fehlerhafte
Dose kann überprüft werden,
und, falls notwendig, durch eine neue Dose ausgetauscht werden,
die entweder vor oder nach der Installation mit einem Verhaltensprogramm
programmiert wurde, das durch seine Indexnummer bestimmt ist.
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Wie
aus dem Vorhergehenden zu ersehen ist, sind die dosenspezifischen
Adressen in den Bestätigungsnachrichten
der Slave-Dosen sowie in den Fehlermeldungen enthalten, aber nicht
in den Funktionssteuernachrichten oder den Befehlen.
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Falls
eine Dose eine Funktion ausführt,
die von seinem eigenen Eingang 10 eingegeben wurde, ohne
irgendeine Steuernachricht auf den Bus 17 auszusenden,
ist die fragliche Dose natürlich
sein eigener Master und Slave. Dieser Funktionsmodus ist im System ziemlich üblich, aber
nicht praktisch in bezug auf die Verdrahtungsbedingungen, alle Befehle
den gleichen Dosen einzugeben, welche die entsprechenden Funktionen
ausführen.
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Jeder
Befehl oder jede Nachricht besitzt eine der mehreren verschiedenen
Prioritätsstufen,
die auch in Grundprogrammen (Betriebssystemprogramme) und/oder Verhaltensprogrammen
(dosenspezifische Funktionssteuerprogramme) einer Mehrzahl oder
aller Dosen programmiert sind. Die Prioritätsstufe jedes Befehls oder
Nachricht wird inhärent
durch das Programm bei der Identifikation der vorbestimmten Funktion
identifiziert. Der Prioritätsstufenidentifikationscode
ist an den Befehl oder die Nachricht unter Steuerung des speziellen
Verhaltensprogramms angehängt,
das für
die Aussendung des Befehls oder der Nachricht verantwortlich ist.
Durch diese Einrichtungen gibt es, wenn ein Funktion auf „Ein" steht, mehrere Optionen,
abhängig
von den voreingestellten Prioritätsstufen
der Nachrichten: (1) die vorhergehende Funktion kann aufrecht erhalten
bleiben, oder (2) durch die neue ersetzt werden, oder (3) beide Funktionen
werden gleichzeitig ausgeführt,
wenn dies durch die Programme erlaubt ist.
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So
kann jede Dose mit verschiedenen Prioritätsstufen kommunizieren oder
Funktionen ausfuhren, abhängig
von den voreingestellten Prioritätsstufen
der Funktionen, mit denen sie arbeiten.
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Die
Kommunikation auf dem Bus wird von irgendeiner der Dosen gestartet.
Jede funktionsspezifische Nachricht enthält oder ist mit einer prioritätsstufenangebenden
Adresse als Präambel
der Nachricht assoziiert. Je höher
die Priorität
ist, desto einfacher gelangt die Nachricht auf den Bus. Wenn eine Dose
zuerst eine Prioritätsstufenadresse
aussendet, hört
es gleichzeitig darauf, ob der Bus sich selbst auf den zugehörigen Zustand „0" oder „1" setzt. Falls mehrere
Dosen zur gleichen Zeit senden, werden sie zuerst durch ein Startbit
synchronisiert und danach vergleichen sie Bit für Bit den Status des Busses
mit den Bits der Prioritätsstufenadresse,
die sie aussenden. Wenn die gesendeten und empfangen Bits übereinstimmen,
wird das nächste
Bit der Prioritätsstufenadresse
gesendet. Die Adresse mit der höheren
Priorität
hat mehr Nullen, was bedeutet, dass die niedrigen Adressnummern
mit mehr Nullen eine höhere Prioritätsstufe
besitzen. Falls eine Dose ein rezessives Bit „1" der Adresse aussendet und gleichzeitig einen
Busstatus „0" empfängt, bedeutet
dies, dass auf dem Bus eine sendende Dose vorhanden ist, die eine Nachricht
mit einer höheren
Prioritätsstufe
besitzt. Alle Dosen, die diese Abweichung zwischen den gesendeten
und empfangenen Bits entdecken, stoppen ihre Übertragung und bleiben auf
Empfang (listen). Durch diese Bitarbitrierung lässt immer die wichtigsten Nachrichten
mit höherer
Priorität
auf dem Bus passieren. Nach einer vorbestimmten Zeit nach Ende der
Nachricht auf dem Bus, wird eine Übertragung einer neuen Nachricht
auf die gleiche Weise gestartet, und dies wird solange fortgesetzt,
bis jede Dose, die eine Übertragung
wünscht,
auch übertragen
hat. Die geschilderte Bitarbitrierung mit einem rezessiven Bit „1" sorgt naturgemäß für eine ordentliche
Impedanzadaption zwischen dem Schreibpin des Mikroprozessors und
dem Bus, so dass jedes „0"-Bit dominiert und
der Bus auf dem entsprechenden Status gehalten wird, trotz eines
oder mehrerer gesendeter „1"-Bits.
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Die
prioritätsstufenangebende
Adresse kann die gleiche wie die funktionsangebende Adresse sein,
oder sie kann mit weiteren Codes für die Funktionsidentifikation
aufgefüllt
sein. Normalerweise ist die Nachricht aus besagter Adresse für die kombinierte
Prioritätsstufe
und die Funktionsidentifikation, aus einem Datenabschnitt und einer
Prüfziffer
zusammengesetzt. Jede empfangende Dose prüft über die Prüfziffer, dass das Lesen der
Nachricht korrekt war. Falls die Prüfung fehlschlägt, wird
sofort eine neue Nachricht angefordert. Als zusätzliche Prüfung werden alle Nachrichten
an die sendende Dose bestätigt.
Auf diese Weise existiert eine doppelte Prüfung für jede Steuernachricht.
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3 zeigt
schematisch eine Anordnung zur Programmierung individueller Verhaltensprogramme in
einer Dose und, gleich nach der Programmierung, zum Testen der Dose
auf Leistung. Bezugszeichen 15 bezeichnet einen Programmierblock,
der Verhaltensprogramme für
alle Dosen im System enthält, aus
denen vorgegebene relevante Unterprogramme ausgesucht werden, die über den
Nachrichten-Komrnunikations-Stift 5 der Dose oder über separate
Programmierstifte des Dosenprozessors 28 (6)
oder des Speichers 27 eines anderen intelligenten elektronischen
Gerätes 29.
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Vor
der Programmierung kann der Block 15 testen, dass die Nachrichtenkommunikation
einer Dose über
die Stifte 5 und Eingangsbuchse 10 richtig funktionieren.
Das bedeutet, dass die Dose in der Lage sein muss, Daten über den
Datenkommunikations weg oder den Bus eines nachgeschalteten Kabel zu
senden und zu empfangen. Ein Block 14 wird dazu genutzt,
die Dose über
die Stromstifte 4 mit Strom zu versorgen. Nach der Programmierung
testet ein Block 22 Lastfunktionen, beispielsweise dass
das Anschalten einer Spannung an dem Stiftpaar 8 entsprechend
den Steuerbefehlen erfolgt, die von Block 11 oder Block 15 geliefert
werden. Einer oder beide der Blöcke 11, 15 enthalten
alle für
eine gewünschte Dosen-Aktion
notwendigen Steuerbefehle. Falls die Dosen von einem solchen Typ
ist, der keine Eingangsbuchse 10 besitzt, ist der Block 11 naturgemäß ohne Funktion.
Der Block 22 kann mit einer Anzeige versehen werden, die
das Testergebnis mitteilt. Falls eine Dose fehlerhaft ist, wird
sie ausgesondert und es wird eine andere Dose für die Programmierung genommen.
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Die
Programmierung kann, abhängig
vom Typ des Speichers, als Einmal-Programmierung ausgeführt werden,
wobei das Programm aber später nicht
verändert
werden kann. Im Falle eines Schadens muss eine solche Dose durch
eine vorprogrammierte Dose ersetzt werden. Falls ein wiederprogrammierbarer
Speicher genutzt wird, ist es möglich, falls
die Dose an einem Schaden leidet, diese Dose, welche die vorherige
ersetzt hat, mit einem individuellen Verhaltensprogramm von einer
Adaptions- und Überwachungseinheit
(nicht dargestellt) des Systems aus manuell über den seriellen Kommunikationsbus 17 zu
programmieren. Anstelle der Sequenz aus den 2 und 3,
ist es im letzten Fall ebenso möglich,
alle Dosen des Systems nach der Verbindung mit dem Kabel zu programmieren.
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Gemäß der Ausführung nach 2 und 3 wird
die Dose 1, 2 an das Kabel 3 angeschlossen,
nachdem die Dose mit einem individuellen Verhaltensprogramm programmiert
und getestet wurde. 4 illustriert, wie das Kabel
an die Stromstifte 4 angeschlossen ist. Demgemäss besitzt
das Kabel eine isolierende Ummantelung durch die Nuten 4a und
ebenso können
die Stromleiter 6 mit vorläufigen Schlitzen oder vorläufigen Löchern ausgestattet
sein. Nach dem Pressen des Kabels 3 in die Stifte 4 ist
die andere Hälfte
einer Dose geschlossen, wobei die Nachrichten-Kommunikations-Stifte 5 auch
die Isolation des Kabels und die Nachrichten-Kommunikationsleitungen 7 durchstoßen, und
damit die Phase III in 2 vervollständigen.
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Weiterhin
zeigt 5 in einem Längsschnitt wie
der Leistungselektronikteil 18 von der Kleinleistungselektronik 19 getrennt
ist, da diese auf den gegenüberliegenden
Seiten des Kabels 3 positioniert sind. So beeinträchtigt die
Hitzeentwicklung der Leistungselektronik nicht den Betrieb des Mikroprozessors 18,
der ASIC-Schaltung 29 wie auch den Programmspeicher 27 auf
der Steuerelektronikseite 19. Ein Ende einer Dose ist mit
den Leitern 12 ausgestattet, um die Steuersignale zu übergeben,
welche die FET-Schalter 18a von der Steuerelektronik 19 auf
der Leistungselektronikseite 18 benötigen. Es kann eine Vielzahl
von aufeinaderfolgenden Stromstiften 4 in Verbindung mit
den Stromleitern 16 geben, um einen sicheren Kontakt herzustellen.
Die Verbindung mit den Datenleitern 17 können mit
spitzen Stiften 5 hergestellt werden, wobei jeweils zwei
von ihnen für
eine sicheren Kontakt Seite an Seite angeordnet sind. Die Mäanderform
der Leiter 16, 17 erhöht die Flexibilität des Kabels 3.
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Sobald
die Dosen programmiert und an das Kabel angeschlossen sind, folgt
der Schritt des Anbringens der Ausgangsstecker (20) an
die Dosen. Mindestens der größte Teil
dieser Phase (Phase 3 in 1) kann,
wenn gewünscht,
auch automatisiert werden. Die Automation beinhaltet die Auswahl
eines geeigneten Steckers 20 aus einer ziemlich großen Anzahl
verschiedener Stecker, die untereinander abweichen durch die Länge des
Verbindungsdrahts 21 und/oder durch die Anwesenheit eines
Aktuators am anderen Ende des Drahtes 21 und/oder durch
die interne Schaltung des Steckers 20 selbst. Strukturell sind
die Ausgangsstecker 20 gegenseitig ähnlich, um an gegenseitig ähnliche
Dosen angeschlossen werden zu können.
Der geeignete Stecker 20 ist daher aufgrund des Ortes einer
Dose ausgewählt
worden, und der gewählte
Ausgangsstecker 20 wird an die Ausgangsstifte 8 der
Dose angebracht. Optional können
die Laststecker direkt an einen Dosenstecker angebracht werden,
wodurch der Verbindungsdraht 21 entfallt.
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Die
nächste
Phase (Phase 4 in 1) beinhaltet das Biegen des
Kabels, um an den nachfolgenden Installationsort zu passen. Auf
diese Weise wird ein fertiger Kabelabschnitt für ein Stromverteilungssystem
hergestellt. Alle Kabelabschnitte (beispielsweise 8 Stücke) eines
jeglichen gegebenen Systems werden im Ablauf der Produktion in der
Reihenfolge der Installation, wie die Kabel benötigt werden, hergestellt, beispielsweise
voranschreitend auf einer parallelen Linie im Montageprozess bei
Automobilen. Alternativ ist es zu jeder Zeit möglich, ein fahrzeugspezifisches
Bündel von
Kabeln herzustellen, wobei dieses Bündel zu einer an einem anderen
Ort betriebenen Fahrzeugmontagelinie gebracht wird.
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In
einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren
werden die vier verschiedenen Tätigkeiten oder
Phasen von 1 an vier verschiedenen Arbeitsplätzen durchgeführt, und
ein Kabel wird von einem Platz zum nächsten befördert. Um der Klarheit willen
sind die einzelnen Phasen in 1 in einer einzigen
Figur dargestellt.
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In
einem fertigen System beträgt
die typische Anzahl von Dosen 1, 2 mehrere zehn,
beispielsweise 30 – 100,
und die Anzahl der Kabelabzweige beträgt typisch vier bis zehn. Ein
zusätzlicher
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die verschiedenen Ausgänge 8 einer
einzigen Dose von verschiedenen Dosen an unterschiedlichen Orten
gesteuert werden können,
und sogar ein einziger Ausgang 8 kann so gesteuert sein,
dass er verschiedene Funktionen zu verschiednen Zeiten ausführt, abhängig von
den Eingangsmitteln 10, die zur Steuerung des Ausgangs 8 genutzt
werden.