专利名称：车用电力及通信架构的制作方法
技术领域：
本专利涉及车辆，更具体涉及车用电力及通信架构。
背景技术：
车辆构建人员已正在使用控制器之间的串行通信(多路复用)，从而在一段时间内共享信息和分布控制。这样做已经大大减少了车辆电力分布系统(EDS)中需要用来实现现代车辆所需的舒适、方便、安全特性的车辆信号交叉配线的数量。
但是，对于简化EDS的电力和接地分布部分还做得不够。通常使用电池及其替代物(电源)来向车辆提供电力。为了分布电力，电源的正端连接到熔丝盒，熔丝盒位于车辆的发动机仓或乘客仓内。熔丝盒用作馈送到设备(例如传动器、传感器和控制元件)的电力分布点。熔丝盒还为电力馈送罩住保护设备、断路器和熔丝。电源的负端通常连接到车辆的金属部件(车身、底盘、发动机组等等)，则用作从所有有源元件的返回路径的接地。
车辆中用于实现所需特性的设备的控制被按照功能或位置(发动机、导航、乘客座椅、驾驶员座椅、车门等等)分成几个控制器。每个区域中的控制器使用共享访问的串行总线而与其它控制器共享信息。总线通常遵从行业标准，诸如I1850，CAN，MOST。可以使用多条、独立的总线。在这种情况下，控制器之一就要充当不相容总线之间的信息的网关。每种构造和型号的车辆都倾向于具有独特的控制器和设备集。车辆制造商还倾向于使用专有的串行总线。结果，每个车辆的EDS必须单独来设计。尽管通过使用串行总线节省了许多信号线，但是，如果处理好电力和接地分布的话，也还有其它的机会来改进EDS的效率。
可替换的一种架构介绍了将车辆分成地理区域并在该区域中放置用于所有特性的单独控制器。这个架构还可以包括智能外设的概念来在车辆的局部化区域内减少互连的数目。智能外设使用简单的串行通信总线，诸如LIN，来把信息从传感器中继到区域控制器，或者接受来自区域控制器的传动器命令。区域控制器还充当用于智能外设的电力和接地分布点。
可替换的另一种架构引入了接合模块，其能够位于车辆的不同区域中。接合模块提供了机械和电力连接点，用于小型设备的电力、接地和通信，用来连接到输入和输出设备。接合模块还提供了用于小型连接设备以及分布在系统内不同级别的多个电源的过电流保护设备。
现有的电力、接地和控制分布架构，尽管提供了灵活的元件，但仍然需要车辆具体的配线以及刚性电力分布结构和控制。而且，这些现有的结构没有解决局部化区域内信号配线复杂度的问题。因此，需要一种灵活的电力、接地和控制分布架构来用于整个车辆，其适于车辆的局部化区域。
本公开将描述几个实施例来说明其宽广的教导。引用标号也是针对附图做出的。
图1是通信和电力分布架构的示意图。
图2是图1所示的通信和电力分布架构的节点的示意图。
图3是图1所示的通信和电力分布架构的另一节点的示意图。
图4是图1所示的通信和电力分布架构的节点的详细示意图。
图5是用于图1所示的通信和电力分布架构中的电力控制电路的电路图。
图6是图1所示的通信和电力分布架构的配线的示意图。
图7是图1所示的通信和电力分布架构的可替换配线的一部分的示意图。
图8是图1所示的通信和电力分布架构的另一配线的一部分的示意图。
图9是图6中所示配线中所示连接器的示意图。
图10是与图9所示的连接器相对的腔的示意图。
图11是图6中所示配线中所示连接器的示意图。
图12是与图9所示的连接器相对的腔的示意图。
图13是图6中所示配线中所示连接器的示意图。
图14是与图9所示的连接器相对的腔的示意图。
图15是通信和电力分布架构与传统电力、接地和通信架构相集成的示意图。
图16是通信和电力分布架构与传统电力、接地和通信架构相集成并引入区域控制器的示意图。
图17是说明配置电力、接地和通信架构的方法的流程图。
具体实施例方式
一种电力、接地和通信架构使用集线器代替区域控制器和熔丝盒。该架构特点适合于用于车辆，诸如汽车和卡车，但是也可以适合于多种其它的应用。每个集线器包含计算、通信和电力分布元件。集线器可以连接到多个其它的集线器，以任意地、网络型配置地分布通信和电力。不需要特别的树、总线或星型配置。标准化的配线段(wiringharness segment)可以用来连接(join)集线器和控制元件。
网络中的每股线可以被视为独立的点到点总线和隔离的电力线。每个集线器可以包含计算能力，从而实现特性和信令设备，例如分组路由器、电路交换器等等，以及通信和电力分布所需的电力保护设备。电力分布架构可以与信令网络的智能和通信能力一起提供增强的故障管理和通信。电力分布和信令网络可以适于合作来监控电力分布媒介，用来检测和诊断故障，并将该信息传送到其它控制器和电力分布网络的其它区域。该架构的网络型配置允许对于动态重新配置的潜在可能，以便在电力故障的情况下实施修理。
尽管下面的文本阐述了对于本发明的多种不同实施例的详细描述，但是应该明白，本发明的合法范围是由本专利所包含的权利要求的用语来限定的。详细的描述应该被视为仅仅是示例性的，没有描述本发明的每种可能的实施例，因为描述每种可能的实施例是不现实的，即使不是不可能的。可以实现很多替换性的实施例，使用现有技术或本专利申请日之后开发的技术，但其将落入到限定本发明的权利要求的范围内。
应该理解，除非明确在专利中限定，使用诸如“如这里所使用的，术语‘＿＿＿’这里限定为......的意思”或者类似的句子，并不意味着明确地或暗示地限定了该术语的含义，超越其本来或普通的含义，而且，这样的术语不应该被解释为限定于基于本专利任何部分的任何陈述(除了权利要求的语言之外的)的范围中。就权利要求中所用的任何术语而言，其在本专利中的含义与单独含义相一致，这么做仅仅是为了简明的目的，从而不至于把读者搞糊涂，而且不想把这些权利要求术语限制、暗示到那个单独的含义。最后，权利要求中的元素是通过引用单词“装置”及其功能而限定的，而不叙述任何结构，这不是想要基于35 U.S.C§112第6款的应用而解释任何权利要求元素的范围。
图1说明了车辆10内的电力、接地和通信架构100，其包括多个集线器105、110和115。集线器105、110和115通过标准化配线段在网络型结构中联合起来。尽管在图1中示出了多个配线段，并用于互连集线器105、110和115，只示出了一个作为配线段120。在整个这个公开文本中，对配线段120的引用(或者单数或者复数)都指的是用于互连集线器105、110和115的这一个或多个配线段。该架构还包括多个电源，诸如电池125和130。其它的电源，诸如发电机/交流发电机、电容、燃料电池或可替换的电源，也可以用于架构100中。架构100的结构或功能并不要求特定类型的电源。配置集线器105、110和115以便耦合到一个或多个其它的集线器105、110和115以及通过附加配线段120耦合到车辆10内的设备，其中之一被显示为设备132。架构100的结构和功能也不要求特定类型的设备，车辆上的典型设备，诸如传感器、传动器、控制器等等，都可以耦合到集线器。
继续参看图1，同时参看图2和3，集线器105、110和115中的每个都可以具有处理器135，其包括储存在内部存储器或提供中央智能的关联存储器内的控制程序以及电力管理器140。集线器105、110和115还可以配有多种端口145和150。端口145配置用于互连各集线器。例如，集线器105配置用于主要互连到其它集线器，并配置以四个端口145。端口150配置用于将集线器互连到车辆内设备。集线器110配置用于互连其它集线器并将设备132互连到网络型架构100。这里，集线器110可以包括一个或多个端口145，用来互连到其它集线器，还有一个或多个端口150，用来互连到设备132。当然，也可以使用单独的端口配置来与集线器105、110和115相连，从而连接集线器-到-集线器和集线器-到-设备。在每种配置中，集线器105、110和115将具有至少一个连接器腔，配置用来紧密配合配线段120的端部从而进行集线器-到-集线器的连接。
参看图4，在扩展细节中显示了集线器105。对集线器105的结构和操作的讨论是示例性质的，适用于集线器110和115。每个端口145包括电力导线销(pin)155，接地导线销160，以及第一和第二信号导线销165和170。尽管没有显示，端口150同样配置来接受电力导线、接地导线以及信号导线。每个电力导线销155耦合到相应的电力管理器175并且从电力管理器175耦合到公共点或电力源180。电力管理器175可能能够断开集线器105和配线段120在局部或中央控制元件(诸如耦合到每个电力管理器175的控制元件185)方向的连接。端口145的接地销160以公共接地结构互连，集线器105的可操作部件都连接到该公共接地结构。
集线器105可能进一步包括分组路由器190。每个信号导线销165和170都可以也耦合到无源(passive)收发机195，用于传送导线销165和170与分组路由器190之间的信号，尽管收发机功能也可以结合到路由器190内或者集线器105的另外的元件中。集线器105可能进一步包括通用处理能力200，用来执行对节点的通用操作，提供对分组路由器190的控制，或者实现集线器105如这里所述的功能。
图5说明了可以用作无源电力管理器设备(例如无源电力管理器175)的电路205。该电路通过连接器210耦合在节点(105、110、115)之间，通过连接器215耦合到相应的配线段120，通过连接器220耦合到接地。所示的电路205包括两个智能场效应晶体管(FET)221和一对二极管223，用于管理来自集线器的电压输入/输出并保护集线器免受电力故障的影响。
考虑到电力管理器175将通过特定或通用处理能力而具有增加的智能来在多个电力级别管理和控制输入和输出。这样的一种用于电力管理器175的配置将允许耦合到架构100的各种电流或电压级别的电源。在某些应用中使用较低电流级别可能允许减小导线的尺寸，特别是对于配线段120。电力管理器175因此管理电力从集线器到连接设备的分布，使得其以正确的电力(电压和电流)级别提供给设备。12伏和42伏之间的电压是公共的，用于提供电力到车辆内的各种设备、传感器和传动器，而传动(drive train)应用可能需要高达或超过300伏的高电压。电力管理器175可以适于管理这些范围内的电压。
再参看图1，并参考图6，每个配线段120可能包括电力导线225、接地导线230、以及第一和第二信号导线235和240。电力、接地和信号导线225-240中的每个都具有各自的终止到连接器245和250内的端。连接器245和250可配置为阳(male)连接器(即，销)或者阴(female)连接器(即，腔)。连接器245和250之一可以配置为耦合到集线器105、110、115的相应端口，而连接器245和250中的另一个配置为耦合到另一集线器或耦合到设备。为了允许架构100内标准化配线段的一致应用，连接器245和250将都是阳或阴的，而端口145和150以及设备端口将都是对应相反的。尽管配线段120显示为包括两个信号导线，可以使用任意数目的信号导线。而且，信号导线不需要是电线，而是可以是光纤、同轴电缆、或者任何其它合适的信号传导媒介。因此，这两个信号导线235和240可以是单独的或者多个光纤股线。
如图6所示，电力和接地导线225和230具有第一规格，可选择以承载特定的电流级别，或者导线225和230可以是预先选择好的标准尺寸。参看图9，对应的连接器245和250包括腔255和260，其尺寸对应于电力和接地导线225和230，还包括适合的电连接器(未绘出)。此外，连接器245和250的主体形成有具有高度h的肩265和270。肩265和270的配置提供了用于确保配置用于特定电流级别的配线段不会用于不正确的电流级别的机制。也就是说，各种不同连接器配置防止不正确连接集线器、设备和配线，并确保适当配线用于给定的电流应用。
图10说明了可能提供在配线段120将通过连接器245和250连接到的集线器或设备中的腔275。形成该腔以包括电力销280，接地销285和信号销290和295。该腔还形成有凹槽300和305，其尺寸分别可收纳肩265和270。
图7和11说明了配线段120’的一部分，其包括连接器245’。图12说明了腔255’，用于接受连接器245’。配线段120’尺寸是用于第二电流容量的。在此，电力导线225’和接地导线230’可具有更粗的规格，用以考虑低电压下的更高电流承载要求。对应的电力腔255’和接地腔260’类似变大以接受粗规格导线，电力销280’和接地销285’也变大。同图9和图10中说明的连接器245和腔255对相比，肩265’和270’的不同尺寸用来接合较小的凹槽300’和305’。
图8和13说明了配线段120”的一部分，其包括连接器245”。图14说明了腔255”，用于接受连接器245”。配线段120”尺寸是用于第二电流容量的，例如12伏。在此，电力导线225”和接地导线230”可具有更粗的规格，用以考虑低电压下的更高电流承载要求。对应的电力腔255”和接地腔260”类似变大以接受粗规格导线，电力销280”和接地销285”也变大。同图9和图10中说明的连接器245和腔255对相比，肩265”和270”的不同尺寸用来接合较小的凹槽300”和305”。
尽管讨论了更改肩265和270以及对应凹槽300和305的尺寸，但应该认识到，连接器和腔的各种其它特征可以进行改变以确保合适尺寸的配线段120用于电流应用。
现在参看图15，车辆20包括电力、接地和通信架构310，其具有传统的配置。也就是，电源，电池315和320馈送电力到熔丝盒325和330，从这里通过导线网络335来进行分布。网络335包括多个导线，其中一个示为340，用于将电力传送到车内的各种电力消耗设备，诸如计算资源345。多个集线器350，其可以配置得类似于集线器105、110和115，耦合到网络335。信令网络355将计算资源345和集线器350耦合起来。集线器350则通过标准化配线段360将电力和信令耦合到设备，其中的一个设备示为设备365。这样，就在传统电力分布架构中利用了集线器和标准化配线段的分布电力和信令到设备的优点。
图16说明了车辆30，其包括电力、接地和通信架构310’，其具有传统的配置。也就是，电源，电池315’和320’馈送电力到熔丝盒325’和330’，从这里通过导线网络335’来进行分布。网络335’包括多个导线，其中一个示为340’，用于将电力传送到车内的各种电力消耗设备，诸如计算资源345’和区域控制器370。多个集线器350’，其可以配置得类似于集线器105、110和115，耦合到网络335’。信令网络355’将计算资源345’、区域控制器370和集线器350’耦合起来。集线器350’则通过标准化配线段360’将电力和信令耦合到设备，其中的一个设备示为设备365’。这样，就在传统电力分布架构中利用了集线器和标准化配线段的分布电力和信令到设备的优点。
图17说明了在车内配置电力和通信架构(架构100)的方法400。多个集线器安置在车内功能性或地理位置处(402)。接着，集线器以网络型架构使用多个标准化配线段互连起来(404)。标准化配线段可以是配线段120并且包括电力导线、接地导线和信号导线。设备随后使用标准化配线段连接到网络型架构(406)。
本领域技术人员通过前面的描述应该清楚，本发明还有其它的修改和替换实施例。该描述只是说明性质的，用于教导本领域技术人员执行本发明的最佳模式。结构和方法的细节实质上都是可以变化的，只要不背离本发明的精神，保留权利要求范围内的所有修改的排他使用。
权利要求
1.一种车用电力和通信架构，包括多个集线器，安置于车内的各种位置，每个集线器具有电力管理器和控制器，每个集线器具有至少一个端口用来将该集线器耦合到另一集线器或耦合到设备；多个配线段，互连多个集线器，每个配线段具有电力导线、接地导线和至少一个信号导线，所述电力导线、接地导线和至少一个信号导线在其每一端都安全锁定到连接器，其中，所述至少一个端口的尺寸用来收纳所述连接器；第一电源，通过所述多个配线段中的配线段耦合到所述多个集线器中的集线器；和所述多个配线段中的至少一个是冗余的。
2.权利要求1的电力和通信架构，其中，所述配线段包括标准化配线段。
3.权利要求1的电力和通信架构，进一步包括第二电源，耦合到所述多个集线器中的集线器之一，所述第二电源具有第二电压，不同于第一电源的第一电压。
4.权利要求1的电力和通信架构，其中，所述电力管理器配置用于在从约12伏到约42伏的电压范围内管理集线器的电压输入和电压输出。
5.一种标准化车辆配线段，包括电力导线，该电力导线的尺寸用于有效地在从约12伏到约42伏的电压范围内传导直流电；接地导线；信号导线；所述电力导线、接地导线和信号导线中的每一个都具有第一端和第二端，所述第一端安全锁定到第一连接器，所述第二端安全锁定到第二连接器。
6.权利要求5的标准化车辆配线段，其中，所述电力导线、接地导线和信号导线中的每个都具有从非连续导线长度组中所选取的长度。
7.权利要求5的标准化车辆配线段，其中，所述第一连接器和所述第二连接器包括具有至少一个结构的构成，其对应于所述标准化车辆配线段的特定电压承载容量。
8.一种在车内配置电力和通信架构的方法，该方法包括以下步骤在车内安置多个集线器；在网络型架构中使用多个标准化配线段互连所述多个集线器，所述标准化配线段包括电力导线、接地导线和信号导线；和使用标准化配线段将至少一个车辆设备互连到所述网络型架构。
9.权利要求8的方法，包括以下步骤使用标准化配线段将第一电源互连到所述网络型架构。
10.权利要求9的方法，包括以下步骤使用标准化配线段将第二电源互连到所述网络型架构，其中，所述第二电源不同于所述第一电源。
全文摘要
一种电力、接地和通信架构(100)，使用集线器(105、110、115)。每个集线器(105、110、115)包含计算、通信和电力管理元件(135、140)。集线器(105、110、115)可以连接到多个其它的集线器(105、110、115)，用来以形式自由的网络型配置分布通信和电力，不需要特定的树、总线或星型配置。使用标准化配线段(120)来连接集线器(105、110、115)和控制元件。网络中的每股线都可以是独立的点到点的总线或者隔离的电力线。
文档编号H04J3/02GK1960893SQ200480011429
公开日2007年5月9日 申请日期2004年4月22日 优先权日2003年5月16日
发明者沃尔顿·L·费尔, 帕特里克·约尔丹, 唐纳·伦博斯基, 塞缪尔·M·利文森, 约翰·夸利希 申请人:摩托罗拉公司(在特拉华州注册的公司)