МУЛЬТИПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА КАБЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Российский патент 1995 года по МПК B60R16/02 

Изобретение относится к технике управления электрическими потребителями на транспортных средствах, в частности автомобилях.

Известна мультиплексная система кабельных соединений на транспортном средстве с относительно сложной центральной станцией, оснащенной двумя процессорами [1] Эта система работает по принципу ведущий ведомый, что является существенным недостатком, поскольку при современной электронной аппаратуре целесообразно осуществлять не централизованное, а децентрализованное управление электроустановками. Каждое вторичное распределение производится звездообразно с помощью отдельной линии, что также является недостатком, так как в области транспортных средств следует исходить из того, что будет иметься большое количество вторичных распределений, например, для четырех дверей, четырех узлов транспортного средства, кондиционера, регулировки положения сидения, перемещаемой панели крыши, в различных местах моторного отделения, на выступающей части пола между передними сиденьями и т.д. В известной системе нельзя подключать два подобных вторичных распределения к линии передачи данных, поскольку должно быть обеспечено их взаимное разъединение. Если данные должны обмениваться между двумя вторичными распределениями, то это может происходить только через промежуточный останов в центральном блоке, например при передаче от клавиши управления в области заднего сидения для приведения в действие дверного окна.

Наиболее близкой к описываемой является мультиплексная система кабельных соединений для электроустановок транспортного средства, содержащая линии электропитания и передачи данных, включенные между приемо-передающими узлами электроустановок по звездообразной структуре [2] Нейтраль звезды проходит по всей длине транспортного средства. В результате при повреждении центральной линии передачи данных имеет место полный отказ системы. Другой недостаток известной системы проявляется в том, что требуются большие схемно-технические затраты для отдельных станций. Там нужны управляющие приборы с микропроцессорами и соответствующим программным обеспечением, преобразователь данных, устройство подготовки данных в шинный передатчик. Функции станций пользователя состоят в том, чтобы осуществлять разъединение отдельных интерфейсных блоков.

Цель изобретения такое выполнение мультиплексной системы, чтобы было достигнуто благоприятное распределение нагрузочных линий, которые могли бы быть предохранены с помощью центральной распределительной коробки с плавкими предохранителями. При реализации звездообразной структуры центральная область должна быть выполнена реализуемо пространственно ограниченной. Должно быть возможным подключение через схему к любой имеющейся линии передачи данных без того, чтобы этим были обусловлены потери при разъединении. Каждая станция должна быть способна сообщаться с любой другой станцией без процессов переключения и без передачи данных через процессор. При этом передается сообщение с наивысшим приоритетом. Должно быть возможно подключение других электроустановок к сети с присвоением адресов каждой отдельной станции без воздействия на оставшуюся систему.

Поставленная цель достигается тем, что в мультиплексной системе кабельных соединений, преимущественно для оборудованных процессорами автомобильных электроустановок, содержащей линии электропитания и передачи данных, включенные между приемо-передающими узлами электроустановок по звездообразной структуре, на концах линий передачи данных установлены двунаправленные шиноподключающие блоки, каждый из которых выполнен с двумя аналоговыми усилителями, включенными в противоположных направлениях. По крайней мере часть шиноподключающих блоков и соответствующие участки линий электропитания объединены в центральный распределительный орган.

Благодаря перечисленным конструктивным признакам достигается, что при коротком замыкании линии передачи данных на массу или на плюсовой полюс так же, как и при отказе станции возбуждения, вся система не становится неработоспособной, поскольку каждая ветвь сети оказывается разъединенной. Пассивное состояние сети может характеризоваться низким уровнем сигнала, причем высокий уровень, приложенный в другое место, передается на все другие электроустановки. Вследствие концевого замыкания каждой линии передачи данных характеристика излучения сводится к минимуму. Вся система имеет характеристику фильтра нижних частот с изменяемой угловой частотой, благодаря чему можно противодействовать высокочастотному облучению.

Центральный распределительный орган позволяет при звездообразной конфигурации пространственно сильно ограничить эту центральную область и тем самым существенно снизить ее чувствительность к повреждениям и уменьшить помехи во всей системе.

Может быть создана автономно работающая, двунаправленная распределительная станция без необходимости центральной управляющей логики для приема, соответственно передачи, в то время как в обычных цифровых шинных возбудителях всегда необходимо переключение между приемом и передачей.

Каждая линия передачи данных является согласуемой на обоих концах в отношении своего сопротивления. Можно установить желаемое, специфическое для линии сопротивление, что оказывается предпочтительным при режиме излучения. Усилители передатчика могут быть построены с определенным выходным сопротивлением.

Из вышеизложенного следует, что соответствующая изобретению схема пригодна для звездообразной структуры. В принципе и при сохранении принципиальных преимуществ может быть также построена кольцевая или Т-образная схема.

В данной системе имеется возможность размещения плавких предохранителей в центральной коробке без значительных дополнительных затрат на проводку.

Принятое исполнение линий учитывает то обстоятельство, что линия передачи данных должна иметь значительно меньшее поперечное сечение, чем нагрузочная линия.

Орган вторичного распределения может быть предусмотрен на расстоянии до 30 м и берет на себя, например, распределение данные нагрузка в задней части кузова транспортного средства.

На фиг.1 представлена мультиплексная система; на фиг.2 и 4 линия передачи данных с расположенными по обоим концам шиноподключающими блоками; на фиг.3 используемый кабель, разрез.

Мультиплексная схема содержит несколько электроустановок станций VS1-VS8 пользователя с процессорами аппаратного обеспечения для быстрого последовательного обмена данными, которые через линии L1-L6 соединены с центральным распределительным органом ZVA.

На концах линий L1-L8 предусмотрены шиноподключающие блоки, а именно, на стороне станций VS1-VS8 пользователя блоки SN1-SN7, а со стороны центрального распределительного органа ZVA блоки VN1-VN9. Блоки SN станций и блоки VN, которые используются как схемы подключения к шинам, построены аналогично. Блоки VN7-VN9 объединены во вторичный распределительный орган UVA, который может осуществлять распределение сигнал-нагрузка в задней части кузова транспортного средства.

В звездообразной сетевой структуре (фиг. 1) узловая точка звезды (нейтраль), включающая блоки VN1-VN6, может быть расположена в малой пространственной области, например на пластине. Нагрузочные линии L_L перед их входом в точку пересечения звезды предохранены с кольцевыми линиями 1 и 2 посредством плавких предохранителей S1-S6, которые размещены в центральной коробке 4.

Каждая из линий L1-L8 выполнена в виде двужильного кабеля (на фиг.3), содержащего нагрузочную линию L_L, имеющую большее поперечное сечение, и линию L_D передачи данных, имеющую меньшее поперечное сечение.

Каждые блок SN станции и блок VN распределительного органа (фиг.2 и 4) содержат два противоположно включенных аналоговых усилителя ОР1 и ОР2. За аналоговым усилителем ОР1 на стороне выхода включен выходной резистор R1, который своей другой стороной подключен через резистор R6 к входу "+" аналогового усилителя ОР2. Вход "-" аналогового усилителя ОР2 соединен через резистор R5 с массой, а через резистор R4 с выходом аналогового усилителя ОР2, соответственно через другой резистор R3 с выходом R_х станции VS пользователя.

Вход "-" аналогового усилителя ОР1 непосредственно соединен с выходом. Вход "+" соединен через резистор R2 с одной стороны с массой, а через диод D1, включенный в направлении запирания, с выходом аналогового усилителя ОР2. Кроме того, он связан с входом Т_х станции VS пользователя.

Посредством согласованного в этом отношении исполнения, не считая соединение со станцией пользователя, в блоках VN предусмотрено, что на стороне выхода аналогового усилителя ОР2 между его выходом и диодом D1 установлено два последовательно включенных резистора R7, R8. Их общий вывод через резистор R4 соединен с входом "-" аналогового усилителя ОР2. Кроме того предусмотрен транзистор Т1, который с одной стороны подключен к общему выводу резистора R8 и диода D1, а с другой стороны через световой диод D3 подсоединен к массе. Управляющий вывод транзистора Т1 через резистор R9, а также через резистор R10 и диод D2 соединен с выходом аналогового усилителя ОР2, а через конденсатор С1 связан с массой. Соединение с кольцевой линией 2 нейтрали происходит через линию 3, которая выходит между диодом D1 и входом "+" усилителя ОР1. Линия L_D передачи данных располагается между свободными концами резисторов R1 и R6. Резисторы R10, диод D2 и конденсатор С1 образуют R-C-звено, которое вместе с резисторами R7-R9 устанавливает точку включения транзистора Т1.

Соответствующая изобретению система работает следующим образом.

В состоянии покоя на всех входах и выходах Т_х, R_х имеется сигнал E/A низкого уровня, что соответствует пассивному уровню.

Усиление контура схемы Т_х ОР1 R1 R6 ОР2 D1 меньше 1. Передающий выход Т_х станции VS пользователя, соответственно предусмотренного там процессора аппаратного обеспечения, имеет схему с разомкнутым стоком (разомкнутым коллектором).

Диод D1 обеспечивает защитную структуру ИЛИ (Wised-Or-Struktur), схемы, т.е. активно вводится только высокий уровень (доминирующий бит). Коэффициент усиления аналогового усилителя ОР2 противодействует слишком большому демпфированию посредством диода D1, так что может быть установлено усиление контура едва меньшее 1, которое является необходимым.

В процессе передачи через выход Т_х с разомкнутым стоком низкоомно прикладывается высокий уровень 5В. От выхода аналогового усилителя ОР1 (импедансного преобразователя) сигнал поступает через согласующий резистор R1 в линию L_D передачи данных и одновременно через аналоговый усилитель ОР2 на вход R_х приемника. Если выход Т_х передает сигнал низкого уровня, т.е. выход Т_х становится высокоомным, то падает также и напряжение в схеме (усиление контура < 1).

Исходя из вышеописанного процесса передачи принимается, что сигнал высокого уровня от линии L_D передачи данных, проходя через E/А, поступает в шиноподключающий блок SN станции пользователя. В этот момент аналоговый усилитель ОР1 еще проводит сигнал низкого уровня, т.е. напряжение сигнала падает на R1. Это напряжение через аналоговый усилитель ОР2 обратно направляется на вход аналогового усилителя ОР1. Его выход управляется на высоком уровне, что приводит к дальнейшему увеличению напряжения сигнала на входе приемника, т.е. аналогового усилителя ОР2. Таким образом, входной и выходной усилитель ОР2 соответственно ОР1 сдвигают друг друга на высокий уровень, как только в линии передачи данных появится увеличивающийся сигнал. Скорость увеличения сигнала определяется максимальной скоростью нарастания выходного напряжения аналоговых усилителей ОР1 и ОР2. Если сигнал снова будет уменьшаться, то уменьшается также и напряжение в блоке SN (усиление контура < 1). Динамика спадающего фронта зависит как от усиления контура, так и от резистивно-емкостной характеристики RC-схемы, на которую можно оказать влияние с помощью резистора R2.

Вследствие аналоговой структуры каждый шиноподключающий блок VN центрального распределительного органа функционирует соответствующим образом. Это означает, что, исходя из выхода Т_х через аналоговый усилитель ОР1, сигнал поступает в блок VN, который работает в качестве приемника и вводит сигнал в линию 2 в центральной области звездообразной структуры. В таком случае все другие шиноподключающие блоки VN центрального распределительного органа ZVA действуют как передатчики и проводят сигнал дальше к другим станциям VS пользователя. Там соответствующие блоки SN станций работают снова в качестве приемников.

Для согласования линии L_D передачи данных на обеих ее сторонах предусмотрены низкоомные импедансные преобразователи с сопротивлением, меньшим 10 Ом, который вместе с резистором R1 обеспечивает точное согласование.

В отношении разъединения шинной системы необходимо различать два возможных типа неисправности.

Короткие замыкания на массу не являются критическими в отношении основной конструкции, соответственно основной функции системы. Диод D1 в шиноподключающем блоке VN блокирует каждый сигнал массы из соответствующей ответвительной линии L от остальной шинной системы.

В отношении возможных коротких замыканий на плюсовой полюс в блоках VN предусмотрена схемная часть, образованная из резисторов R7-R10, конденсатора С1, диода D2, транзистора Т1 и диода D1.

Эта схемная часть функционирует так, что постоянный сигнал высокого уровня на аноде диода D1, вызванный коротким замыканием линии L_D передачи данных на плюс, дефектным аналоговым усилителем или неисправным процессором аппаратного обеспечения не выводит из действия всю шинную систему. Этому теперь противодействуют резистор R9 и конденсатор С1. В соответствии с временной константой интегратора транзистор Т1 становится проводящим и тем самым замыкает статический сигнал высокого уровня на массу. Будучи разъединенной диодом D1 остальная шинная система может продолжать работу без помех. Комбинация резистора R10 с диодом D2 обеспечивает быстрое подключение ветви, если такая неисправность возникает лишь кратковременно. В случае такой неисправности резисторы R7 и R8 защищают аналоговый усилитель ОР2 от перегрузки и противодействуют паразитному возбуждению.

Вышеописанная схема предпочтительно эксплуатируется так, что предусмотрен режим пуска-останова, т.е. шинная система должна быть отключена в состоянии паркования и снова включена при приведении в действие какой-либо функции транспортного средства.

С помощью делителя напряжения, образованного резисторами R2, R14 и R15, уровень напряжения для сигнала низкого уровня поднимается до 1,5 В. Это напряжение контролируется через резистор R17 посредством транзистора Т3. Транзистор Т2 включается с помощью транзистора Т3 и, тем самым, схема запитывается электроэнергией.

Если шинная система должна быть отключена, все станции VS пользователя должны одновременно подать сигнал останова. В таком случае потенциал для сигнала низкого уровня подключается через резистор R16 на массу, транзисторы Т2 и Т8 блокируют снабжение электроэнергией и отключают тем самым схему.

Аналогичный процесс происходит во всех других станциях пользователя, так что напряжение питания центрального распределительного органа ZVA также отключается через резисторы R11. Вся шинная система оказывается тем самым без напряжения, т.е. устранение сигнала останова не оказывает никакого действия.

Каждая станция VS пользователя может снова привести в действие всю шинную систему с помощью команды пуска. При этом сначала посредством диода D5 и резистора R13 включается собственная схема, и практически одновременно через диод D4 и резистор R12 посылается сигнал высокого уровня. Этот сигнал осуществляет пуск через резистор R11 электроснабжения центрального распределительного органа ZVA, затем он подается на все другие станции VS пользователя и обеспечивает через резистор R17 пуск всех станций.

Использование: в электрооборудовании транспортных средств, преимущественно автомобилей. Сущность изобретения: в мультиплексной системе управления автомобильными электроустановками на концах каждой линии передачи данных установлены двунаправленные шиноподключающие блоки, каждый из которых выполнен с двумя аналоговыми усилителями, включенными в противоположных направлениях. По крайней мере часть шиноподключающих блоков со стороны нейтрали звезды и соответствующие участки линий электропитания объединены в центральный распределительный орган. При передаче сигналов с одной из электроустановок относящийся к ней шиноподключающий блок центрального распределительного органа работает приемником, все остальные шиноподключающие блоки центрального органа - передатчиками, а шиноподключающие блоки остальных электроустановок - приемниками. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. МУЛЬТИПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА КАБЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ преимущественно для оборудованных процессорами автомобильных электроустановок, содержащая линии электропитания и передачи данных, включенные между приемопередающими узлами электроустановок по звездообразной структуре, отличающаяся тем, что на концах линий передачи данных установлены двунаправленные шиноподключающие блоки, каждый из которых выполнен с двумя аналоговыми усилителями, включенными в противоположных направлениях, при этом по крайней мере часть шиноподключающих блоков и соответствующие участки линий электропитания объединены в центральный распределительный орган. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что на участках линий электропитания в центральном распределительном органе установлены нагрузочные предохранители. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что линии электропитания и передачи данных выполнены в виде несимметричных двухжильных кабелей, у которых жила с большим сечением является линией электропитания, а жила с меньшим сечением - линией передачи данных. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что в нее введен по крайней мере один вторичный распределительный орган с двунаправленными шиноподключающими блоками, включенными в звезду и связанными линиями электропитания и передачи данных с соответствующим шиноподключающим блоком центрального распределительного органа и соответствующими электроустановками. 5. Система по п.1, отличающаяся тем, что в каждом шиноподключающем блоке в выходной цепи первого аналогового усилителя, выполненного с возможностью импедансного преобразования, включен согласующий резистор. 6. Система по п.1, отличающаяся тем, что в каждом шиноподключающем блоке в выходной цепи второго аналогового усилителя включен диод защиты от коротких замыканий на массу. 7. Система по пп. 1 и 6, отличающаяся тем, что в каждом шиноподключающем блоке в выходной цепи второго аналогового усилителя включен узел защиты от коротких замыканий на плюсовой полюс, включающий в себя первый и второй резисторы, последовательно включенные между выходным потенциальным выводом второго аналогового усилителя и анодом диода защиты от коротких замыканий на массу, транзистор и светодиод, включенные последовательно между анодом упомянутого диода и массой, третий резистор и РДС-интегратор, включенные параллельно между выходным потенциальным выводом второго аналогового усилителя и управляющим выводом транзистора.