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1. GEBIET DER ERFINDUNG:
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Steuersystem nach Anspruch
1.
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2. BESCHREIBUNG DES STANDES
DER TECHNIK
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Die
offengelegte Anmeldung
GB
332 831 A beschreibt ein Steuersystem auf der Basis einer
Zeitmultiplex (time division multiplex, „TDM")-Steuereinheit, eines seriellen Datenbusses,
der einen physischen Kanal für
Datenübertragungen
einschließt, und
einer Vielzahl von bis zu sechzehn Eingabe/Ausgabe- („I/O"-) Einheiten, die
mit dem seriellen Datenbus verbunden sind. TDM ist ein gut definiertes
Kommunikationsablaufsystem, welches es mehreren Nutzer ermöglicht,
sich einen einzigen physischen Kommunikationskanal zu teilen. Jedem
Nutzer wird der physische Kanal für ein bestimmtes Zeitintervall
in einer definierten und üblichen
Wiederholungssequenz. Die offengelegte Anmeldung definiert die Intervalle, die
jedem Nutzer zur Verfügung
stehen, als „Kanal". Diese Kanäle entsprechen
einem speziellen Eingangsschalter oder einer Ausgabeeinrichtung,
die mit einem Verbraucher verbunden sein kann. Sätze aus Ein- und Ausgaben werden
zu den I/O-Einheiten gruppiert, und die Kanäle, die einer bestimmten I/O-Einheit entsprechen,
werden benachbarten freien Plätzen
im TDM-Schema zugeordnet. Die I/O-Einheiten stellen Zähler bereit,
die die Verbindung der richtigen Ein- oder Ausgaben, die der I/O-Einheit
zugeordnet sind, mit dem Datenbus steuern, wenn der zugewiesene
freie Platz oder „Kanal" an der Reihe ist. Kanäle, die
einer bestimmten I/O-Einheit zugeordnet sind, werden durch Takte,
die sich zwischen den sogenannten „ersten Synchronisationsimpulsen" ereignen, markiert.
Rücksetz-
oder „zweite" Synchronisationsimpulse
markieren einen kompletten Zyklus durch die Kanäle. Die Synchronisationsimpulse
markieren Anfangspunkte für
die Zähler.
Die TDM-Steuereinheit ist dem Bus vollkommen übergeordnet.
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In
der
GB 2 332 831 -Anmeldung
stellt die TDM-Steuerung einen Speicher und eine Logik bereit, die
Beziehungen zwischen Eingaben, die an den Eingangsschaltern der
I/O-Einheit empfangen werden, und Ausgangssignalen, die an den Ausgangsports
der I/O-Einheit erzeugt werden, die noch zu definieren sind, ermöglichen.
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Die
gemultiplexte Datenübertragung
schließt Datenenübertragungsverbindungen
ein, die nicht-synchrone Digitalsignale zu einem einzigen seriellen
Signal verzahnen. Gemultiplexte Kommunikationssysteme ermöglichen
auch die umgekehrte Funktion (Demultiplexing), wobei das einfache
Signal in mehrere nicht-synchrone Digitalsignale aufgeteilt wird.
Auf Kraftfahrzeuge angewandt, gelten gemultiplexte serielle Kommunikationswege
als wirksame Methode, um die Anzahl der Kommunikationswege, die
zwischen den zahlreichen Schaltern, Sensoren, Geräten und
Messgeräten,
die in Fahrzeugen installiert sind, zu reduzieren. Mit jeder Zunahme
der Anzahl und Vielfalt von Zubehör und Funktionen, die in den
einzelnen Fahrzeugen installiert werden, wird der Nutzen der Verwendung
einer einzigen gemultiplexten seriellen Kommunikationsverbindung
zum Weitergeben von Befehlen und zum Empfangen von Informationen
von Fahrzeuggeräten,
die so verschieden sind wie Fahrlichter und Hinterachsen-Temperatursensoren,
größer. Das
Multiplexen der Signale zu und von Fahrzeugsystemen verspricht eine
größere physische
Einfachheit durch Verzicht auf einen großer Teil des Fahrzeug-Kabelbaums, Verringerung
der Herstellungskosten, Ermöglichen
eines Fahrzeugverbraucher-Managements und Steigerung der Zuverlässigkeit
des Systems. Die Entwicklung der J1939-Reihe von Standards für gemultiplexte
Kommunikationsvorgänge
durch die Society of Automotive Engineers bestätigt den Fortschritt bei der
Anwendung von gemultiplexten Kommunikationvorgängen für Fahrzeuge. Es wurden oder
werden Standards entwickelt in Bezug auf den Kommunikationsweg,
die Erfassung von Übertragungskollisionen,
Diagnoseports und Datenprotokolle, sowie andere Themen.
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In
der
EP 0 989 032 A sind
ein Fernschnittstellen-Modul mit einem J1939-Protokoll and eine CAN-Steuereinrichtung
offenbart, die der Präambel von
Anspruch entsprechen.
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Ein
gemultiplextes serielles Datenübertragungssystem
kann mehrere digitale Fernsteuereinrichtungen, die um ein Fahrzeug
herum angeordnet sind, mit einer Elektro system-Steuervorrichtung (ESC)
für die
Zweiwegekommunikation verbinden. Digitale Fernsteuereinrichtungen
können
adressiert werden, was es ihnen möglich macht, auf Signale zu antworten,
die in ihnen bestimmte Funktionen initialisieren sollen. Sie können auch
Programme enthalten, die es der Vorrichtung ermöglichen, auf lokale Gegebenheiten
zu reagieren, ebenso wie auf Bedingungen anzeigende Signale, die
von der Steuervorrichtung geliefert werden. Die ESC kann Anfragen und
Instruktionen, die für
die Betätigung
bestimmter Geräte
empfangen werden, adressiert an die korrekte Fernsteuereinrichtung
weitergeben, und zwar so, dass der Zeitpunkt und die Dauer der Antworten
auf Aufforderungen konfiguriert werden, so dass ein besseres Lastmanagement
im Fahrzeug insgesamt durchgeführt
werden kann.
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Das
US-Patent Nr. 4,809,177, Windle, et al., welches an den Rechtsnachfolger
dieses Patents übertragen
wurde, betrifft ein gemultiplextes Datenübertragungssystem, in dem eine
zentrale Steuervorrichtung Signale an verschiedene Steuereinrichtungen
mit bestimmten Aufgaben organisiert, die in einem Fahrzeug verteilt
sind. Die verteilten Steuereinrichtungen schlossen interne Datenverarbeitungskapazitäten und
Programme ein. Unter den Steuereinrichtungen waren solche für die Brennkraftmaschine, den
Innenraum und das Fahrwerk. Die Umgebung von Windle et al. ist eine
beschränkte
Multiplexumgebung, wo ein großer
Teil der Verantwortung für
Betriebsabläufe
auf die Steuereinrichtungen verteilt ist.
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Windle
et al. lehren eine Steuervorrichtung, die einem einzigen Design
folgend aufgebaut ist und die sich zur Verwendung in sowohl einer
Fahrwerk-Steuereinrichtung als auch einer Kabinen-Steuereinrichtung
eignet. Die Fahrwerksteuerung steuert die Fahrzeugbremsen, die Zündung, den
Klimaanlagenkompressor und einige Außenleuchten, während die
Innenraumsteuerung andere Außenleuchten,
den Klimaanlagenkompressor, den Motor des Scheibenwischers und andere
Funktionen steuerte. Die doppelfunktionale Steuervorrichtung ist
ein auf einem Mikroprozessor beruhendes System, das Programme ausführt, die
in einem lokalen Speicher hinterlegt sind. Die Steuervorrichtung
kann die eine oder eine andere der unterschiedlichen Funktionsgruppen handhaben,
wobei sie umprogrammiert werden kann und wobei sie verschiedene
Eingaben erhält. Ein Umprogrammieren
erfordert ein Überschreiben
des nicht-flüchtigen
Speichers oder einen Austausch von programmierbaren Nur-Lese-Speichereinheiten. Windle
et al. erkannten, dass, wenn eine Steuervorrichtung, die einem einzigen
Design folgt, für
verschiedene Aufgaben konstruiert werden könnte, dies Vorteile in Bezug
auf Entwicklungskosten und Fertigungskosten bringen würde, und
prophezeiten eine Verbesserung der Zuverlässigkeit. Jedoch versuchten
Windle et al. nicht, die Idee einer Steuervorrichtung mit einem
einzigen Design über
eine Umgebung, wo die Anforderungen an die hinaus vollkommen vorhersehbar
wären,
hinaus auszuweiten, noch versuchten sie, auf Spezialprogrammen in
den verteilten Steuereinrichtungen zu verzichten.
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Die
Erweiterung der Idee, eine Universalsteuervorrichtung auf unterschiedliche
Aufgaben anzuwenden, wird sehr kompliziert, wenn der Fahrwerkhersteller
die Funktionen, die eine Steuervorrichtung übernehmen soll, möglicherweise
nicht kennt. Fernsteuervorrichtungen sind in Fahrzeugen, wo die
Zubehörelemente,
die in das Fahrzeug eingebaut werden sollen, weitgehend standardisiert
sind, auch wenn es viele sind, leichter anzuwenden als in handelsüblichen
Fahrzeugen, wo die Aufgaben, die an das Fahrzeug gestellt werden,
weniger leicht vorhersehbar sind. Dies trifft insbesondere zu, wenn
ein Hersteller das Fahrwerk bereitstellt und der Käufer weitreichende
Funktionen hinzufügt.
Jedem fallen sofort eine Reihe von Beispielen ein, z.B. stellen
die Gesellschaftswagenhersteller, die Luxusbusse, Löschfahrzeuge
und Krankenwägen
bauen, allesamt hoch spezielle Anforderungen an das elektrische System
eines Fahrzeugs, welche dem Fahrwerkhersteller bekannt sein können, aber
nicht müssen.
In einigen Fällen
können
diese Anforderungen sogar für ein
einziges Fahrzeug spezifisch sein. Es wäre trotzdem günstig, wenn
ein Gesellschaftswagenhersteller in der Lage wäre, ein serielles Kommunikationssystem
an die Funktionalität
seiner Karosserien anzupassen, und wenn er in der Lage wäre, Zubehörfunktionalitäten zu spezifizieren,
ohne dass es notwendig wäre,
diese Funktion mittels Verdrahtungen in dem Fahrzeug einzurichten.
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Wesentliche
Verkleinerungsmöglichkeiten könnten sich
aus der Verwendung von standardisierten Komponenten für mehrere
Aufgaben in Nutzfahrzeugen ergeben. Die Fähigkeit, solch eine Vorrichtung
zu unterstützen,
würde auch
den Zusammenbau ver einfachen und kleinere Teilelagerbestände ermöglichen,
wie von Windle et al. teilweise erreicht. Wenn Fernsteuerungen wirklich
multiapplikationsfähig
wären,
könnte
auch eine größere Vielfalt
an Fahrzeugen erreicht werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der Erfindung
wird ein Fahrzeug mit einer Vielzahl von elektrischen Verbrauchern
bereitgestellt, die sich untereinander im Hinblick auf die benötigte Spannung,
den Stromverbrauch, die Belastungsdauer und die Variabilität der Anregungspegel unterscheiden.
Zusätzlich
zu Steuereinrichtungen wie Brennkraftmaschinen- und Fahrwerk-Steuereinrichtungen
sind ein oder mehrere universelle Fernschnittstellenmodule im Fahrzeug
eingebaut, um nicht standardmäßige Geräte, wie
Motoren, die Pumpen für
Hydrauliklifts antreiben, anzusteuern und mit Energie zu versorgen.
Eine elektronische Systemsteuervorrichtung (ESC) verwaltet die Fernschnittstellenmodule über eine
serielle Kommunikationsverbindung, um die spezielle Funktionalität bereitzustellen.
Die Fernschnittstelle nimmt unter der Steuerung durch die Elektroniksystem-Steuervorrichtung
eine Reihe von Steuerungszuständen
ein, die Ansteuerung und Energieversorgung der differenzierten Verbraucher
zu regulieren. Es sind auch Eingangsports für digitale und analoge Eingaben
von Sensoren bereitgestellt, wobei diese Signale für die Übertragung an
die Elektroniksystem-Steuervorrichtung formatiert werden können.
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Vorzugsweise
ist das Kommunikationssystem über
einen Diagnoseport zugänglich,
auf den von außen
zugegriffen werden kann, um eine Datenbank, die Fernschnittstellenmodul-
bzw. RIM-Funktionalitäten
spezifiziert, in den ESC-Speicher zu schreiben. Während der
Herstellung werden fahrzeugspezifische Datenbanken für Fernschnittstellenmodule
mit Fahrwerks-Fahrzeugidentifizierungsnummern (VINs) markiert. Während der
Fahrwerksmontage wird durch einen außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Support-Computer,
in dem die Datenbank für
das Fernschnittstellenmodul des Fahrzeugs vorab hinterlegt wurde,
auf den Diagnoseport zugegriffen, und die VINs werden aus dem ESC
ausgelesen. Dann wird die Datenbank in das Fahrzeug heruntergeladen, um
spezialisierte Ansprecheigenschaften für das Fernschnittstellenmodul
bereitzustellen.
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Zusätzliche
Wirkungen, Merkmale und Vorteile sind aus der folgenden schriftlichen
Beschreibung ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Die
neuen Merkmale, von denen angenommen wird, dass sie für die Erfindung
kennzeichnend sind, sind in den beigefügten Ansprüchen ausgeführt. Die Erfindung selbst jedoch,
ebenso wie ihre bevorzugte Anwendungsart, ihre weiteren Ziele und
Vorteile, wird am Besten mit Bezug auf die folgende ausführliche
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in
Zusammenschau mit den begleitenden Zeichnungen verstanden, wobei:
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1 eine
perspektivische Darstellung des elektrischen Systems eines Fahrzeugs
ist;
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2 eine
schematische Darstellung des elektrischen Steuersystems des Fahrzeugs
ist, das im elektrischen System des Fahrzeugs von 1 enthalten
ist;
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3 ist
eine Funktionsdarstellung einer Steuervorrichtung für ein elektrisches
System ist; und
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4 die
Abbildung einer Datenbank ist, die die funktionelle Spezifizierung
für ein
Fernschnittstellenmodul, das mit dem elektrischen System des Fahrzeugs
verbunden ist, bereitstellt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 ist
eine perspektivische Darstellung eines Fahrzeug-Elektrosystems 10,
das in einem Fahrzeug 13 eingebaut ist. Das Fahrzeug-Elektrosystem 10 schließt eine
Elektrosystem-Steuervorrichtung (ESC) 30 ein, bei der es
sich um die Hauptkomponente eines Fahrzeugelektronik-Steuersystems
handelt. Die ESC 30 verwaltet eine Anzahl von aufgabenspezifischen
Steuereinrichtungen, die im Fahrzeug 13 angeordnet sind,
und führt
ein Lastmanagement-Programm durch, das die Gesamtbelastung überwacht,
die von den verschiedenen Zubehöreinrichtungen,
die im Fahrzeug eingebaut sind, an das elektrische System des Fahrzeugs
und den Antriebsstrang angelegt wird. Die meisten aktiven Fahrzeugkomponenten
werden direkt von den aufgabenspezifischen Steuereinrichtungen,
die eine Instrumententafel 14, eine Brennkraftmaschinen-Steuereinrichtung 20,
eine Getriebe-Steuereinrichtung 16, eine Hilfsinstrument-
und Schalterbank 12, eine Antiblockiersystem- (ABS-) Steuereinrichtung 102 und
ein oder mehrere Fernschnittstellenmodulen 40 einschließen, gesteuert.
Alle elektrischen Komponenten des Fahrzeugs sind mit einem Kabelbaum 18 verbunden,
der eine serielle Datenverbindung, Strom- und Masseleiter einschließt. Die
serielle Datenverbindung ist ein verdrehtes Leiterpaar, das gemäß dem SAE
Standard J1939 aufgebaut ist und von außen über einen Diagnoseport 36 zugänglich ist.
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Das
Instrumentenbrett 14, die Getriebe-Steuereinrichtung 16,
die ABS-Steuereinrichtung 102 und die Maschinen-Steuereinrichtung 20 können so
implementiert sein, dass sie eine im Wesentlichen lokale Steuerung
durchführen,
wobei sie ihre eigenen lokalen Mikroprozessoren und ihre eigene
Programmierung enthalten und über
Eingangs- und Ausgangsports mit Sensoren und steuerbaren Elementen
in den Bereichen, die ihrer jeweiligen Steuerung unterliegen, verbunden
sind. Zum Beispiel kann die Maschinen-Steuereinheit 20 einen
(nicht dargestellten) Abgassensor auf einem Ansaugkanal bezüglich der
Anzeige von unverbranntem Kraftstoff im Abgas überwachen und ein oder mehrere
Steuersignal(e) modifizieren, welche die Kraftstoff/Luft-Mischung
bestimmen. Die gesteuerten Signale können ein Steuerventil bewegen
oder den Betrieb einer Kraftstoffpumpe verändern, und ihre Bestimmung
kann die Anforderungen an die Maschinenleistung berücksichtigen.
Ebenso kann die ABS-Steuereinrichtung 102 auf einen von
außen
abgegebenen Befehl die Bremsen einrücken, aber das Betätigungssignal
an die Bremsen modifizieren, wenn sie ein Schleudern erfasst.
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Die
Belastungen, die auf die Systeme des Fahrzeugs 13, die
vom elektronischen Steuersystem der vorliegenden Erfindung gesteuert
werden, wirken, sind in der Regel elektrische Verbraucher, aber ein
Fernschnittstellenmodul 40 (oder eine Steuereinrichtung,
wie eine Getriebe-Steuereinrichtung 16) kann die Verbindung
von mechanischen Einrichtungen mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs 13 elektronisch
steuern. Die Gangwahl in einem Automatikgetriebe wäre nur ein
Beispiel. Andere nichtelektrische Belastungen könnten die Steuerung einer Kupplung
für einen
Klimaanlagenkompressor und die Ansteuerung von Pumpen, die vom Fahrzeug-Antriebsstrang
angetrieben werden, einschließen.
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Das
Instrumentenbrett 14, die Getriebe-Steuereinrichtung 16 und
die Maschinen-Steuereinrichtung 20 kommunizieren
jeweils mit einer Elektroniksystem-Steuervorrichtung 30,
die auch Eingaben, die von der Hilfsinstrument- und Schalterbank 12 empfangen
werden, über
die serielle Datenverbindung im Kabelbaum 18 überwacht.
Die Elektroniksystem-Steuervorrichtung 30 kann so programmiert werden,
dass sie das normale Ansprechverhalten des Instrumentenbretts 14,
der Getriebe-Steuereinrichtung 16 und der Maschinen-Steuereinrichtung 20 außer Kraft
setzt, falls elektrische und mechanische Belastungen die Kapazität des Fahrzeugs übersteigen
sollten, Anforderungen miteinander in Konflikt stehen sollten und
auch unter anderen Umständen.
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Ein
Fernschnittstellenmodul 40 kommuniziert ebenfalls mit der
ESC 30. Das Fernschnittstellenmodul 40 ist eine
universelle Steuerschnittstelle, die den Anschluss verschiedener
Zusatzgeräte
am Fahrzeug 13 ermöglicht.
Wie nachstehend beschrieben, stellt das Fernschnittstellenmodul 40 eine
Vielzahl von Ports für
jede der folgenden Ein- und
Ausgaben bereit: analoge Eingaben, analoge Ausgaben, digitale Eingaben
und digitale Ausgaben. Die Bezeichnung eines speziellen Ports als
zum Beispiel Ausgangsport bedeutet nicht unbedingt, dass dieser
ausschließlich
als Ausgangsport fungiert. Zum Beispiel kann ein Ausgangsport Spannungsabfall-Sensorelemente,
Stromfluss-Sensorelemente oder beides einschließen, die eine Bestimmung durch
die ECU 30, ob beispielsweise ein Kolben in einer Lampe,
die mit dem Ausgangsport verbunden ist, funktioniert, oder ob in
einem angeschlossenen Gerät
ein Kurzschluss besteht, ermöglichen.
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2 ist
eine schematische Darstellung eines elektronischen Steuersystems 70,
das im Fahrzeug-Elektrosystem 10 implementiert ist. Das
elektronische Steuersystem 70 beinhaltet eine auf einem Mikroprozessor 72 beruhende
Elektroniksystem-Steuervorrichtung (ESC) 30. Die ESC 30 koordiniert
gemultiplexte Signalübertragungen
auf der seriellen Kommunikationsverbindung 42 und führt ein Lastenmanagement-Programm
als Teil einer umfassenden Steuerung eines oder mehrerer Fernschnittstellenmodule
(remote interface modules, RIMs) 40A und B aus. Die ESC 30 umfasst
einen Mikroprozessor 72, der Programme ausführt, die
im Speicher 74 hinterlegt sind. Der Speicher 74 ist
auf herkömmliche Weise
aufgebaut und schließt
flüchtige
und nichtflüchtige
Bereiche ein, wobei Letzterer vorzugsweise aus einem durch ein Steuersignal
löschbaren,
sofort neu programmierbaren Festwertspeicher (electrically erasable
programmable read only memory, EEPROM) besteht. Eine Netzschnittstelle 73 implementiert
J1939-Datenübertragungen über eine
serielle Kommunikationsverbindung 42.
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Die
serielle Kommunikationsverbindung 42 verbindet die Hilfsinstrument-
und Schalterbank 12, das Instrumentenbrett 14,
die Getriebe-Steuereinrichtung 16, die Maschinen-Steuereinrichtung 20,
die ABS-Steuereinrichtung 102 und die RIMs 40A und 40B untereinander.
Außerdem
kann die Instrument- und Schalterbank 12 durch eine private
Datenverbindung 44 mit einer Fahrstand-Steuereinrichtung 16 verbunden
werden. Alle Systembestandteile werden von einem Stromsystem des
Fahrzeugs mit Energie versorgt.
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Während das
Instrumentenbrett 14, die Getriebe-Steuereinrichtung 16 und
die Maschinen-Steuereinrichtung 20 gut definierte Aufgaben
haben, ist den RIMs 40A und 40B keine vorbestimmte
Aufgabe zugeteilt und sie weisen gegenüber dem jeweils anderen, abgesehen
von ihren Adressen und möglicherweise
der Zahl der unterstützen
Ports, keine Unterscheidungsmerkmale auf. Die RIMs 40A und 40B können dessen
ungeachtet für
die Steuerung verschiedener hoch differenzierter Zusatzgeräte verwendet
werden.
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Das
RIM 40A mag stellvertretend für beide RIMs betrachtet werden.
Obwohl es von einzelnen Funktionskästen dargestellt wird, ist
ein großer
Teil des RIM 40A, abgesehen vom J1939-Transceiver 50,
auf herkömmliche
Weise unter Verwendung eines Mikrocontrollers 71 implementiert.
Der Mikrocontroller 71 kann, unter Anleitung geeigneter
Eingaben, verschiedene Schaltungs- und Logikelemente, wie Oszillatoren,
Puffer, Analog/Digital-Konverter, Rückkopplungsschleifen usw. nachbilden.
Das RIM 40A schließt
immer ein J1939-Transceiverelement 50 und ein Regelbausteinmodul 52 ein,
die Kommunikationsaufgaben, die vom J1939-Standard für die serielle
Kommunikationsverbindung definiert sind, verwalten. Das RIM 40A steuert
sowohl analoge als auch digitale Geräte und treibt diese in manchen
Fällen auch
an. Das RIM 40A akzeptiert auch Eingaben von sowohl digitalen
als auch analogen Geräten,
in erster Linie von Schaltern und Sensoren. Eine Vielzahl von Ports 54A bis 54F sind
bereitgestellt und ermöglichen eine
Verbindung mit mehreren digitalen und elektrischen Geräten. Obwohl
nur sechs Ports dargestellt sind, ermöglicht das RIM 40A eine
gewisse Ab- oder Aufstockung, und die Zahl der Ports kann über oder unter
sechs liegen.
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Um
die Funktionsweise des RIM 40A zu erklären, ist ein Satz von Funktionselementen
dargestellt, obwohl der Fachmann versteht, dass die dargestellten
Elemente lediglich Beispiele sind. Alle Funktionselemente werden
von der ESC 30 durch Signale, die dem RIM 40A über eine
serielle Kommunikationsverbindung 42 mitgeteilt werden,
aufgerufen. Der Anschluss von (nicht dargestellten) analogen Geräten wird
durch Zwischenschalten von Digital/Analog- (D/A-) Wandlern 56 und
Analog/Digital- (A/D-) Wandlern 58 zwischen einem Mikroprozessor 60 und
Ports 56A–F
ermöglicht.
Der D/A-Wandler 56 ermöglicht
die Skalierung der digitalen Ausgaben vom Mikrocontroller auf einen
analogen Signalpegel. Der A/D-Wandler 58 empfängt in der
Regel ein analoges Signal von einem Sensor. Einige analoge Geräte können durch
Anlegen einer Pulsweitenmodulation an einen digitalen Ausgangsport
angetrieben werden.
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Die
Ausgangssteuerschaltung 60, und dadurch das RIM 40,
können
ansprechend auf Signale, die von der ESC 30 empfangen werden,
beliebige von mehreren Zuständen
und Zustandssequenzen annehmen, um die geeigneten Ausgangssignale
an die Ports 56A–C
anzulegen. Die Ausgangsschaltung 60 kann funktionsmäßig Puffer
und Torschaltungen umfassen, die folgendes ermöglichen: das Anlegen von skalierten
Signalen an die D/A-Wandler 56; und die Ausgabe von pulsweitenmodulierten
oder digitalen Signalen direkt an die Ausgangsports 54A und 54B.
Ein Oszillator kann durch wiederholtes Wechseln einer Reihe von
Zuständen
an einem Ausgangsport nachgeahmt werden. Die genauen Anordnungen von
Puffern, Torschaltungen und dergleichen werden durch die Kanäle A, B
und C organisiert, von denen jeder einzelne von der ESC 30 durch
eine Kanaladresserkennungs-Schaltung 63 angesprochen werden
kann.
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Eingaben
können
an einem oder mehreren Eingangsports 54D bis 54F empfangen
werden und von dort auf eine Eingabenserialisierungsschaltung 62 übertragen
werden. Eingaben wie ein Spannungsabfall oder der Stromverbrauch
können
auch von einem der Ausgangsports 54A–54C bezogen werden. Eingangssignale
können
einem bestimmten Eingangskanal zugeordnet werden, indem die Signale anhand
des Takts, der vom Taktgeber 65 eingegeben wird, serialisiert
werden, was angewendet wird, um das Abtasten der Signale, die von
den Ports 54D und 54E empfangen werden, zu steuern
und um das Abtasten durch den A/D-Wandler 58 zu steuern.
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Die
ESC 30 bestimmt Ausgabezustände für das RIM 40A unter
anderem aufgrund der Werte der Signale, die an den Eingangsports 54D bis 54F erhalten
werden, der Eingaben von der Instrument- und Schalterbank 12,
den vorherigen Zuständen
des RIM sowie von Lastmanagement-Überlegungen, die ihrerseits
durch Eingaben beeinflusst werden können, die von der Maschinen-Steuereinrichtung 20,
der Fahrwerk-Steuereinrichtung 16 und der Fahrstand-Steuereinrichtung 14 erhalten
werden. Die ESC 30 ist im Wesentlichen ein Rechner, der
auf einem Mikroprozessor 72 beruht, der Programme mit Daten
ausführt,
die im Speicher 74 hinterlegt sind, und mit den zuvor beschriebenen
Steuereinrichtungen und Fernschnittstellenmodulen über einen
Netzwerkadapter 73 unter Verwendung des J1939-Standard
und dessen zulässigen
Erweiterungen kommuni ziert. Die Datenstrukturen, die die Funktionalität der RIMs 40A und 40B definieren,
werden während
der Fahrzeugmontage über
Diagnoseports 36 von einem externen Montagerechner 46 unter
Verwendung einer Datenbank 82 in den Speicher 74 geschrieben. Die
speziell geschriebene Datenstruktur wird für das Fahrzeug anhand der technischen
Vorschriften entwickelt.
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Daten
werden in beiden Richtungen zwischen der ESC 30 und den
RIMs 40A und 40B unter Verwendung des J1939-Protokolls übermittelt,
das wiederum bestimmte firmeneigene Protokolle und Erweiterungen
innerhalb des Standards bereitstellt. Für die Implementierung der vorliegenden
Erfindung ist es erforderlich, das Protokoll zu erweitern, um die Identifizierung
von Ports innerhalb der RIMs zu ermöglichen.
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3 erläutert die
Funktionsweise der ESC 30. Zu den zentralen Funktionen
der ESC 30 gehören die
Ausführung
eines Lastmanagementprogramms 95 und die Ausführung eines
Signalverarbeitungsprogramms 93, welches die Verwaltung
des Datenverkehrs in der seriellen Kommunikationsverbindung gemäß den SAE
J1939-Protokollen und deren zulässigen
Erweiterungen handhabt. Das Lastmanagementprogramm 95 ist
ein Echtzeit-Interpretierer, der in einer Endlosschleife läuft und
der einen Satz von Werten oder Zuständen, die in einem Zustandspufferabschnitt 94 des
Signalverarbeitungsprogramms 93 hinterlegt sind, abtastet.
Ein möglicher
Taktzyklus der Schleife ist 10 Millisekunden. Alle Aktionen der
ESC 30 werden konditioniert, sobald Eingangssignale empfangen
und periodisch aktualisiert wurden, beispielsweise Eingaben durch
die Bedienperson, die in erster Linie von der Fahrwerk-Steuereinrichtung 16 und
der Fahrstand-Steuereinrichtung 14 empfangen werden, Signale
von der Maschinen-Steuereinrichtung 20 und Signale von
den RIM(s), die aufgezeichnet werden können, um eine Zuordnung mit
den Eingaben mit speziellen Ports zu ermöglichen, oder die als Antwort
auf eine Abfrage erhalten werden können, in welchem Fall Adressinformationen
mit der Antwort zurückgeschickt
werden können.
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Alle
Eingangs- und Ausgangssignale werden von einem Signalverarbeitungsprogramm 93 koordiniert,
das RIMs abrufen kann, Portwerte RIM-Signalen in einer Be zugsdatenbank 96 zuordnen
kann und die auch Werte speichert, die in einer Zustandspuffertabelle 94 zur
Verwendung des Lastmanagementprogramms 95 erhalten werden.
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Eine
RIM-Datenbank 96 kennzeichnet die Ausgabe jedes Ausgangsports
aller RIMs für
ausgewählte
Umstände.
Zum Beispiel kann ein RIM in ein Fahrzeug eingebaut werden, das
zur Verwendung als Feuerwehr-Pumpenwagen vorgesehen ist. Die Pumpe
kann von einem vom Fahrzeug mit Energie versorgten Elektromotor
angetrieben werden, oder sie kann von einer Kupplung angetrieben
werden, die mit der Fahrzeugantriebswelle verbunden werden kann.
Die Bedingungen oder Umstände,
die die Betätigung
einer Pumpe, die mit einem RIM verbunden ist, steuern, können wie
folgt entwickelt werden: (1) wurde eine Pumpenbetätigung angefordert (EIN/AUS-Eingabe
durch Bedienperson an einem digitalen RIM-Eingangsport, bestimmt
durch periodische Abfrage des Eingangsportstatus); (2) ist die Pumpe
ständig
ein- oder ausgeschaltet; (3) Fahrzeugbatterie-Spannung; und (4)
wie hoch ist die Pumpendrehzahl oder der Stromverbrauch durch das
primäre
Antriebselement der Pumpe. In diesem Beispiel wird die Fahrzeugbatterie-Spannung überwacht,
um zu bestimmen, ob das Fahrzeug genügend Leistung erzeugt, um allen
Anforderungen gerecht zu werden. Ein Abfall der Batteriespannung
unter einen unteren Schwellenwert kann eine Antwort nach sich ziehen.
Die Pumpendrehzahl kann überwacht
werden, um sicherzustellen, dass die Pumpe unter Last arbeitet,
d.h. dass sie mit einer Wasserquelle verbunden ist und/oder nicht
kavitiert. Wenn die Pumpe von einem Elektromotor angetrieben wird, kann
eine ähnliche
Bestimmung angezeigt werden, indem man sich den Spannungsabfall über ihre
Leistungseingänge
betrachtet (wobei es sich um das RIM handeln kann, oder über einem
Schalter, der vom RIM betätigt
wird). Ein tiefer Spannungsabfall kann anzeigen, dass die Pumpe überhaupt
kein Wasser fördert.
Die ESC 30 lenkt die Betätigung von Ausgangssignalen,
wobei es sich um ein Signal des RIM zum Anschalten der Pumpe, beispielsweise
durch Einrücken
einer Kupplung, handelt, wobei dieses Signal die richtige RIM-Adresse
und Port-Adresse anzeigt, und kann bis zu einer Anforderung an die
Maschine, die Leerlaufgeschwindigkeit zu erhöhen, reichen. Die Pumpe kann
ausgeschaltet werden, wenn Eingaben anzeigen, dass die Pumpe eingeschaltet ist,
aber nicht unter Last fährt.
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Ein
ausgezeichnetes Beispiel dafür,
wie die RIM-Funktionalität
direkt vom Betrieb der ESC 30 abhängt, liefert die Art, wie oszillierende
Ausgangssignale vom RIM 40 erzeugt werden. Dies wird von
der ESC 30 bewerkstelligt, die abwechselnde EIN- und AUS-Signale
mit der geeigneten Frequenz ausgibt, um ein oszillierendes Ausgangssignal
zu erzeugen. Alle Ausgangszustände
und Sequenzen von Ausgangszuständen
eines RIM 40 unterliegen der Steuerung durch die ESC 30,
die diese Zustände
durch Ausführen
des Lastmanagementprogramms mit Bezug auf die RIM-Datenbank 96 bestimmt.
Die Abbildung von Ausgangssignalen an den bzw. die richtigen Port(s)
wird ebenfalls von der Datenbank 96 geliefert. Während die
digitale Steuereinrichtung 71 eines RIM programmiert und
in der Lage ist, eine Reihe von Funktionsarten zu reproduzieren,
liegt die Aufrufung bestimmter Funktionen ganz bei der ESC 30.
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Das
Lastmanagementprogramm 95 führt seine Aufgaben, soweit
sie die RIMs betreffen, mit Bezug auf eine RIM-Datenbank 96 durch,
wie in 4 dargestellt. Die RIM-Funktionen können auf
eine Reihe von verschiedenen Wegen ausgedrückt werden, wie durch Wahrheitstabellen 80,
Zustandsmaschinen 81, Boolsche Ausdrücke 82 und Übertragungsfunktionen 83.
Jedes dieser Element schließt
eine Port-Abbildung 84 ein. Die Port-Abblildungen 84 definieren sowohl
Zugangsstellen der Wahrheitstabellen, Boolschen Ausdrücke und
dergleichen für
Eingaben, die von einem RIM empfangen werden, wie auch Ausgangswerte.