車用電力及通信架構的製作方法
2023-10-09 13:19:24
專利名稱：車用電力及通信架構的製作方法
技術領域：
本專利涉及車輛，更具體涉及車用電力及通信架構。
背景技術：
車輛構建人員已正在使用控制器之間的串行通信(多路復用)，從而在一段時間內共享信息和分布控制。這樣做已經大大減少了車輛電力分布系統(EDS)中需要用來實現現代車輛所需的舒適、方便、安全特性的車輛信號交叉配線的數量。
但是，對於簡化EDS的電力和接地分布部分還做得不夠。通常使用電池及其替代物(電源)來向車輛提供電力。為了分布電力，電源的正端連接到熔絲盒，熔絲盒位於車輛的發動機倉或乘客倉內。熔絲盒用作饋送到設備(例如傳動器、傳感器和控制元件)的電力分布點。熔絲盒還為電力饋送罩住保護設備、斷路器和熔絲。電源的負端通常連接到車輛的金屬部件(車身、底盤、發動機組等等)，則用作從所有有源元件的返迴路徑的接地。
車輛中用於實現所需特性的設備的控制被按照功能或位置(發動機、導航、乘客座椅、駕駛員座椅、車門等等)分成幾個控制器。每個區域中的控制器使用共享訪問的串行總線而與其它控制器共享信息。總線通常遵從行業標準，諸如I1850，CAN，MOST。可以使用多條、獨立的總線。在這種情況下，控制器之一就要充當不相容總線之間的信息的網關。每種構造和型號的車輛都傾向於具有獨特的控制器和設備集。車輛製造商還傾向於使用專有的串行總線。結果，每個車輛的EDS必須單獨來設計。儘管通過使用串行總線節省了許多信號線，但是，如果處理好電力和接地分布的話，也還有其它的機會來改進EDS的效率。
可替換的一種架構介紹了將車輛分成地理區域並在該區域中放置用於所有特性的單獨控制器。這個架構還可以包括智能外設的概念來在車輛的局部化區域內減少互連的數目。智能外設使用簡單的串行通信總線，諸如LIN，來把信息從傳感器中繼到區域控制器，或者接受來自區域控制器的傳動器命令。區域控制器還充當用於智能外設的電力和接地分布點。
可替換的另一種架構引入了接合模塊，其能夠位於車輛的不同區域中。接合模塊提供了機械和電力連接點，用於小型設備的電力、接地和通信，用來連接到輸入和輸出設備。接合模塊還提供了用於小型連接設備以及分布在系統內不同級別的多個電源的過電流保護設備。
現有的電力、接地和控制分布架構，儘管提供了靈活的元件，但仍然需要車輛具體的配線以及剛性電力分布結構和控制。而且，這些現有的結構沒有解決局部化區域內信號配線複雜度的問題。因此，需要一種靈活的電力、接地和控制分布架構來用於整個車輛，其適於車輛的局部化區域。
本公開將描述幾個實施例來說明其寬廣的教導。引用標號也是針對附圖做出的。
圖1是通信和電力分布架構的示意圖。
圖2是圖1所示的通信和電力分布架構的節點的示意圖。
圖3是圖1所示的通信和電力分布架構的另一節點的示意圖。
圖4是圖1所示的通信和電力分布架構的節點的詳細示意圖。
圖5是用於圖1所示的通信和電力分布架構中的電力控制電路的電路圖。
圖6是圖1所示的通信和電力分布架構的配線的示意圖。
圖7是圖1所示的通信和電力分布架構的可替換配線的一部分的示意圖。
圖8是圖1所示的通信和電力分布架構的另一配線的一部分的示意圖。
圖9是圖6中所示配線中所示連接器的示意圖。
圖10是與圖9所示的連接器相對的腔的示意圖。
圖11是圖6中所示配線中所示連接器的示意圖。
圖12是與圖9所示的連接器相對的腔的示意圖。
圖13是圖6中所示配線中所示連接器的示意圖。
圖14是與圖9所示的連接器相對的腔的示意圖。
圖15是通信和電力分布架構與傳統電力、接地和通信架構相集成的示意圖。
圖16是通信和電力分布架構與傳統電力、接地和通信架構相集成並引入區域控制器的示意圖。
圖17是說明配置電力、接地和通信架構的方法的流程圖。
具體實施例方式
一種電力、接地和通信架構使用集線器代替區域控制器和熔絲盒。該架構特點適合於用於車輛，諸如汽車和卡車，但是也可以適合於多種其它的應用。每個集線器包含計算、通信和電力分布元件。集線器可以連接到多個其它的集線器，以任意地、網絡型配置地分布通信和電力。不需要特別的樹、總線或星型配置。標準化的配線段(wiringharness segment)可以用來連接(join)集線器和控制元件。
網絡中的每股線可以被視為獨立的點到點總線和隔離的電力線。每個集線器可以包含計算能力，從而實現特性和信令設備，例如分組路由器、電路交換器等等，以及通信和電力分布所需的電力保護設備。電力分布架構可以與信令網絡的智能和通信能力一起提供增強的故障管理和通信。電力分布和信令網絡可以適於合作來監控電力分布媒介，用來檢測和診斷故障，並將該信息傳送到其它控制器和電力分布網絡的其它區域。該架構的網絡型配置允許對於動態重新配置的潛在可能，以便在電力故障的情況下實施修理。
儘管下面的文本闡述了對於本發明的多種不同實施例的詳細描述，但是應該明白，本發明的合法範圍是由本專利所包含的權利要求的用語來限定的。詳細的描述應該被視為僅僅是示例性的，沒有描述本發明的每種可能的實施例，因為描述每種可能的實施例是不現實的，即使不是不可能的。可以實現很多替換性的實施例，使用現有技術或本專利申請日之後開發的技術，但其將落入到限定本發明的權利要求的範圍內。
應該理解，除非明確在專利中限定，使用諸如「如這裡所使用的，術語『＿＿＿』這裡限定為......的意思」或者類似的句子，並不意味著明確地或暗示地限定了該術語的含義，超越其本來或普通的含義，而且，這樣的術語不應該被解釋為限定於基於本專利任何部分的任何陳述(除了權利要求的語言之外的)的範圍中。就權利要求中所用的任何術語而言，其在本專利中的含義與單獨含義相一致，這麼做僅僅是為了簡明的目的，從而不至於把讀者搞糊塗，而且不想把這些權利要求術語限制、暗示到那個單獨的含義。最後，權利要求中的元素是通過引用單詞「裝置」及其功能而限定的，而不敘述任何結構，這不是想要基於35 U.S.C§112第6款的應用而解釋任何權利要求元素的範圍。
圖1說明了車輛10內的電力、接地和通信架構100，其包括多個集線器105、110和115。集線器105、110和115通過標準化配線段在網絡型結構中聯合起來。儘管在圖1中示出了多個配線段，並用於互連集線器105、110和115，只示出了一個作為配線段120。在整個這個公開文本中，對配線段120的引用(或者單數或者複數)都指的是用於互連集線器105、110和115的這一個或多個配線段。該架構還包括多個電源，諸如電池125和130。其它的電源，諸如發電機/交流發電機、電容、燃料電池或可替換的電源，也可以用於架構100中。架構100的結構或功能並不要求特定類型的電源。配置集線器105、110和115以便耦合到一個或多個其它的集線器105、110和115以及通過附加配線段120耦合到車輛10內的設備，其中之一被顯示為設備132。架構100的結構和功能也不要求特定類型的設備，車輛上的典型設備，諸如傳感器、傳動器、控制器等等，都可以耦合到集線器。
繼續參看圖1，同時參看圖2和3，集線器105、110和115中的每個都可以具有處理器135，其包括儲存在內部存儲器或提供中央智能的關聯存儲器內的控制程序以及電力管理器140。集線器105、110和115還可以配有多種埠145和150。埠145配置用於互連各集線器。例如，集線器105配置用於主要互連到其它集線器，並配置以四個埠145。埠150配置用於將集線器互連到車輛內設備。集線器110配置用於互連其它集線器並將設備132互連到網絡型架構100。這裡，集線器110可以包括一個或多個埠145，用來互連到其它集線器，還有一個或多個埠150，用來互連到設備132。當然，也可以使用單獨的埠配置來與集線器105、110和115相連，從而連接集線器-到-集線器和集線器-到-設備。在每種配置中，集線器105、110和115將具有至少一個連接器腔，配置用來緊密配合配線段120的端部從而進行集線器-到-集線器的連接。
參看圖4，在擴展細節中顯示了集線器105。對集線器105的結構和操作的討論是示例性質的，適用於集線器110和115。每個埠145包括電力導線銷(pin)155，接地導線銷160，以及第一和第二信號導線銷165和170。儘管沒有顯示，埠150同樣配置來接受電力導線、接地導線以及信號導線。每個電力導線銷155耦合到相應的電力管理器175並且從電力管理器175耦合到公共點或電力源180。電力管理器175可能能夠斷開集線器105和配線段120在局部或中央控制元件(諸如耦合到每個電力管理器175的控制元件185)方向的連接。埠145的接地銷160以公共接地結構互連，集線器105的可操作部件都連接到該公共接地結構。
集線器105可能進一步包括分組路由器190。每個信號導線銷165和170都可以也耦合到無源(passive)收發機195，用於傳送導線銷165和170與分組路由器190之間的信號，儘管收發機功能也可以結合到路由器190內或者集線器105的另外的元件中。集線器105可能進一步包括通用處理能力200，用來執行對節點的通用操作，提供對分組路由器190的控制，或者實現集線器105如這裡所述的功能。
圖5說明了可以用作無源電力管理器設備(例如無源電力管理器175)的電路205。該電路通過連接器210耦合在節點(105、110、115)之間，通過連接器215耦合到相應的配線段120，通過連接器220耦合到接地。所示的電路205包括兩個智能場效應電晶體(FET)221和一對二極體223，用於管理來自集線器的電壓輸入/輸出並保護集線器免受電力故障的影響。
考慮到電力管理器175將通過特定或通用處理能力而具有增加的智能來在多個電力級別管理和控制輸入和輸出。這樣的一種用於電力管理器175的配置將允許耦合到架構100的各種電流或電壓級別的電源。在某些應用中使用較低電流級別可能允許減小導線的尺寸，特別是對於配線段120。電力管理器175因此管理電力從集線器到連接設備的分布，使得其以正確的電力(電壓和電流)級別提供給設備。12伏和42伏之間的電壓是公共的，用於提供電力到車輛內的各種設備、傳感器和傳動器，而傳動(drive train)應用可能需要高達或超過300伏的高電壓。電力管理器175可以適於管理這些範圍內的電壓。
再參看圖1，並參考圖6，每個配線段120可能包括電力導線225、接地導線230、以及第一和第二信號導線235和240。電力、接地和信號導線225-240中的每個都具有各自的終止到連接器245和250內的端。連接器245和250可配置為陽(male)連接器(即，銷)或者陰(female)連接器(即，腔)。連接器245和250之一可以配置為耦合到集線器105、110、115的相應埠，而連接器245和250中的另一個配置為耦合到另一集線器或耦合到設備。為了允許架構100內標準化配線段的一致應用，連接器245和250將都是陽或陰的，而埠145和150以及設備埠將都是對應相反的。儘管配線段120顯示為包括兩個信號導線，可以使用任意數目的信號導線。而且，信號導線不需要是電線，而是可以是光纖、同軸電纜、或者任何其它合適的信號傳導媒介。因此，這兩個信號導線235和240可以是單獨的或者多個光纖股線。
如圖6所示，電力和接地導線225和230具有第一規格，可選擇以承載特定的電流級別，或者導線225和230可以是預先選擇好的標準尺寸。參看圖9，對應的連接器245和250包括腔255和260，其尺寸對應於電力和接地導線225和230，還包括適合的電連接器(未繪出)。此外，連接器245和250的主體形成有具有高度h的肩265和270。肩265和270的配置提供了用於確保配置用於特定電流級別的配線段不會用於不正確的電流級別的機制。也就是說，各種不同連接器配置防止不正確連接集線器、設備和配線，並確保適當配線用於給定的電流應用。
圖10說明了可能提供在配線段120將通過連接器245和250連接到的集線器或設備中的腔275。形成該腔以包括電力銷280，接地銷285和信號銷290和295。該腔還形成有凹槽300和305，其尺寸分別可收納肩265和270。
圖7和11說明了配線段120』的一部分，其包括連接器245』。圖12說明了腔255』，用於接受連接器245』。配線段120』尺寸是用於第二電流容量的。在此，電力導線225』和接地導線230』可具有更粗的規格，用以考慮低電壓下的更高電流承載要求。對應的電力腔255』和接地腔260』類似變大以接受粗規格導線，電力銷280』和接地銷285』也變大。同圖9和圖10中說明的連接器245和腔255對相比，肩265』和270』的不同尺寸用來接合較小的凹槽300』和305』。
圖8和13說明了配線段120」的一部分，其包括連接器245」。圖14說明了腔255」，用於接受連接器245」。配線段120」尺寸是用於第二電流容量的，例如12伏。在此，電力導線225」和接地導線230」可具有更粗的規格，用以考慮低電壓下的更高電流承載要求。對應的電力腔255」和接地腔260」類似變大以接受粗規格導線，電力銷280」和接地銷285」也變大。同圖9和圖10中說明的連接器245和腔255對相比，肩265」和270」的不同尺寸用來接合較小的凹槽300」和305」。
儘管討論了更改肩265和270以及對應凹槽300和305的尺寸，但應該認識到，連接器和腔的各種其它特徵可以進行改變以確保合適尺寸的配線段120用於電流應用。
現在參看圖15，車輛20包括電力、接地和通信架構310，其具有傳統的配置。也就是，電源，電池315和320饋送電力到熔絲盒325和330，從這裡通過導線網絡335來進行分布。網絡335包括多個導線，其中一個示為340，用於將電力傳送到車內的各種電力消耗設備，諸如計算資源345。多個集線器350，其可以配置得類似於集線器105、110和115，耦合到網絡335。信令網絡355將計算資源345和集線器350耦合起來。集線器350則通過標準化配線段360將電力和信令耦合到設備，其中的一個設備示為設備365。這樣，就在傳統電力分布架構中利用了集線器和標準化配線段的分布電力和信令到設備的優點。
圖16說明了車輛30，其包括電力、接地和通信架構310』，其具有傳統的配置。也就是，電源，電池315』和320』饋送電力到熔絲盒325』和330』，從這裡通過導線網絡335』來進行分布。網絡335』包括多個導線，其中一個示為340』，用於將電力傳送到車內的各種電力消耗設備，諸如計算資源345』和區域控制器370。多個集線器350』，其可以配置得類似於集線器105、110和115，耦合到網絡335』。信令網絡355』將計算資源345』、區域控制器370和集線器350』耦合起來。集線器350』則通過標準化配線段360』將電力和信令耦合到設備，其中的一個設備示為設備365』。這樣，就在傳統電力分布架構中利用了集線器和標準化配線段的分布電力和信令到設備的優點。
圖17說明了在車內配置電力和通信架構(架構100)的方法400。多個集線器安置在車內功能性或地理位置處(402)。接著，集線器以網絡型架構使用多個標準化配線段互連起來(404)。標準化配線段可以是配線段120並且包括電力導線、接地導線和信號導線。設備隨後使用標準化配線段連接到網絡型架構(406)。
本領域技術人員通過前面的描述應該清楚，本發明還有其它的修改和替換實施例。該描述只是說明性質的，用於教導本領域技術人員執行本發明的最佳模式。結構和方法的細節實質上都是可以變化的，只要不背離本發明的精神，保留權利要求範圍內的所有修改的排他使用。
權利要求
1.一種車用電力和通信架構，包括多個集線器，安置於車內的各種位置，每個集線器具有電力管理器和控制器，每個集線器具有至少一個埠用來將該集線器耦合到另一集線器或耦合到設備；多個配線段，互連多個集線器，每個配線段具有電力導線、接地導線和至少一個信號導線，所述電力導線、接地導線和至少一個信號導線在其每一端都安全鎖定到連接器，其中，所述至少一個埠的尺寸用來收納所述連接器；第一電源，通過所述多個配線段中的配線段耦合到所述多個集線器中的集線器；和所述多個配線段中的至少一個是冗餘的。
2.權利要求1的電力和通信架構，其中，所述配線段包括標準化配線段。
3.權利要求1的電力和通信架構，進一步包括第二電源，耦合到所述多個集線器中的集線器之一，所述第二電源具有第二電壓，不同於第一電源的第一電壓。
4.權利要求1的電力和通信架構，其中，所述電力管理器配置用於在從約12伏到約42伏的電壓範圍內管理集線器的電壓輸入和電壓輸出。
5.一種標準化車輛配線段，包括電力導線，該電力導線的尺寸用於有效地在從約12伏到約42伏的電壓範圍內傳導直流電；接地導線；信號導線；所述電力導線、接地導線和信號導線中的每一個都具有第一端和第二端，所述第一端安全鎖定到第一連接器，所述第二端安全鎖定到第二連接器。
6.權利要求5的標準化車輛配線段，其中，所述電力導線、接地導線和信號導線中的每個都具有從非連續導線長度組中所選取的長度。
7.權利要求5的標準化車輛配線段，其中，所述第一連接器和所述第二連接器包括具有至少一個結構的構成，其對應於所述標準化車輛配線段的特定電壓承載容量。
8.一種在車內配置電力和通信架構的方法，該方法包括以下步驟在車內安置多個集線器；在網絡型架構中使用多個標準化配線段互連所述多個集線器，所述標準化配線段包括電力導線、接地導線和信號導線；和使用標準化配線段將至少一個車輛設備互連到所述網絡型架構。
9.權利要求8的方法，包括以下步驟使用標準化配線段將第一電源互連到所述網絡型架構。
10.權利要求9的方法，包括以下步驟使用標準化配線段將第二電源互連到所述網絡型架構，其中，所述第二電源不同於所述第一電源。
全文摘要
一種電力、接地和通信架構(100)，使用集線器(105、110、115)。每個集線器(105、110、115)包含計算、通信和電力管理元件(135、140)。集線器(105、110、115)可以連接到多個其它的集線器(105、110、115)，用來以形式自由的網絡型配置分布通信和電力，不需要特定的樹、總線或星型配置。使用標準化配線段(120)來連接集線器(105、110、115)和控制元件。網絡中的每股線都可以是獨立的點到點的總線或者隔離的電力線。
文檔編號H04J3/02GK1960893SQ200480011429
公開日2007年5月9日 申請日期2004年4月22日 優先權日2003年5月16日
發明者沃爾頓·L·費爾, 派屈克·約爾丹, 唐納·倫博斯基, 塞繆爾·M·利文森, 約翰·誇利希 申請人:摩託羅拉公司(在德拉瓦州註冊的公司)