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专利名称:信息处理和控制系统用于该系统的手动操作电气开关及测试方法
本发明涉及一种信息处理和控制系统,用于该系统的手动操作电气开关,和测试这种系统中的该开关的方法。
更具体地说,本发明涉及这样一种信息处理和控制系统,即,其中的手动操作电气开关是在与智能单元连接的低电流信号线路中提供的,这一智能单元识别来自该开关的二进制输入信号,并作出响应,在一个与动力开关装置连接的低电流信号线路中提供一个输出信号,以控制负载的大电流;并且系统中这一手动开关包括两个端子和一个导电元件,该导电元件是可动的,致使在正常操作中当可动元件处在各别的第一或第二位置时,两端子间的电阻在智能单元中被视为来自开关的二进制输入信号的相应的第一或第二状态。
机动车辆电气系统中采用这样系统的一个例子,“用于汽车工业的多路传输系统”(“Multiplexingfortheautomotiveindustry”,GECREVIEW,,,1986,PP32-36)一文中已公开。
在这一已知的系统中,如果手动操作开关具有普通的形式,那么,在每个开关中,一个金属针构成两端子中的一个端子和相应的接点,而可动构件与两接点连接或不连接,用以在两端子间提供短路电阻或开路电阻,而这分别被视为来自开关的二进制输入信号的第一或第二状态。
对于普通的开关触点(通常是铜做的)来说,经过一段时间后,会发生氧化腐蚀问题。如果开关的触点直接与所控制的负载连接,并且通过同负载一样大的电流,那么接通或断开这种高电流,有助于防止氧化发生。但是,这种保护不适用于本发明所涉及的这类系统,因为在这类系统中开关不直接控制它所联接的负载,并且这一开关是包含在低电流信号线路中。贵金属触点(通常镀金的)可用来解决氧化问题,但是由于造价昂贵,对于诸如机动车辆电气系统那样的大规模批量生产的系统是极其不经济的。连接在本发明所涉及的这类系统中的低电流信号线路可以在例如5伏或12伏的低电压下运行。这样的低电压对于防止开关触点的氧化将不能提供任何明显地保护作用。在上面所提到过的“GECREVIEW”的那篇文章中所描述的系统,低电流信号线路上使用30伏的较高的电压,文章中提到了使用30伏电压能够减少对贵金属触点的需要。然而,仍然存在长期氧化问题。
本发明的目的在于要基本上克服上述开关触点氧化问题,而本发明是基于这样的认识,即在本发明所涉及的这类系统中,当可动构件与两开关接点连接时,来自开关的待识别的二进制输入信号的状态,没有必要非得与两接点的短路电阻相对应。
本发明提供如本说明书第二段所描述的那样的信息处理和控制系统,其特征在于该开关包括两个导电的塑料构件,其中每一个塑料构件都提供了两端子中的一个及其对应的接点,使可动构件处在连接两接点的所述第一位置上,以便使来自开关的二进制输入信号的所述第一状态明显的不同于连接到智能单元的信号线路中的短路状态。
机动车辆电气系统可以包括一种如前节所描述的信息处理和控制系统。
本发明还提供了一种用于如前面两节之一中所描述的系统中的开关,这种开关包括两个导电的塑料构件和所述的可动导电构件。
在根据本发明的系统中,开关可以包括一个与两端子固定连接的电阻元件,在可动构件的所述第一位置上,两端子间的电阻基本上是导电塑料接点和可动构件的电阻,而在可动构件的所述第二位置上,两端子间的电阻基本上是被固定连接的电阻元件的电阻,从而使来自开关的二进制输入信号的所述第一和第二状态可以相互区别开,并且能够与连接到智能单元的信号线路中的所述短路状态和开路状态都区分开。
根据本发明,还提供了一种用于刚刚描述过的系统中的开关,这种开关包括所述两个导电的塑料构件、所述可动导电构件和所述被固定连接的电阻元件。
在前一节描述的开关中,固定连接的电阻元件可以由开关的导电塑料支架来提供,该支架确定了所述两个提供端子和接点的导电塑料构件的位置。
在根据本发明的开关中,可动构件可以由导电的塑料制成。
根据本发明的开关可以是一种仅提供一个所述二进制输入信号的电子搬钮开关,为了对这一信号作出响应,智能单元为所述负载提供一个用于通-断高电流的所述输出信号。
根据本发明,开关可以是全塑料的。
在根据本发明的系统中,连接到智能单元的所述低电流信号装置线路最好包括所述的手动操作的开关,一个与所述开关连接的局部单元和从所述开关至所述局部单元的导线。
根据本发明,还提供了一种不涉及开关的手动操作的测试如刚刚描述过的系统中的所述开关和所述导线的方法,在该方法中,一个固定电压电源经过智能单元加到包含所述开关的所述信号线路上,并且检测该智能单元上的一个电压值(该电压值是对施加的所述固定电压电源的反应,并且依赖于所述信号线路的电阻),以便确定开关是处于所述的第一还是第二状态,或者所述导线是短路还是开路。
根据本发明,还提供了一种在与倒数第二段描述的系统中的局部单元组装之前,不涉及开关手动操作的测试所述开关和所述导线的方法,在这一方法中,一个固定电压电源由测试设备经由局部单元施加给所述开关,并且检查该测试设备上的一个电压值,该电压值是对所施加的
所述固定电压电源的反应,并且依赖于所述导线的电阻和两端子间的电阻,以便确定开关是处于所述的第一还是第二状态,或者所述导线是短路还是开路。
很明显,这种在不涉及开关的手动操作的情况下测试开关及其导线的满意状态的能力是有利的,特别是在例如机动车辆电气系统那样的大规模批量生产制造过程中,能够节省相当大的费用。
现在将结合附图,更详细地描述本发明,其中图1是用于本发明所涉及的这类机动车辆电气系统中的信息处理和控制系统的整体方框图。
图2是包含本发明的一些特点的图1所示系统的详图。
现在参见图1,图中示出一个星形有线系统,它具有一个智能中心控制单元10和几个非智能的局部伺服单元20。把来自电池+V的功率输送到控制单元10上,并经由保险丝30输送到伺服单元20。低电流信号线40从控制单元10连接到各个伺服单元20。手动可操作的电开关。传感器及高电流负载(图1中未示出)与各个伺服单元20相连接,而控制单元10借助时隙分配多路传输,对各伺服单元进行控制。
现在参见图2,控制单元10包括由电池+V馈送的5伏和30伏电源11、12(在一种机动车辆的电力系统中电池是12伏)。电源11、12被馈送给控制单元10中的微处理器13以及与
之相连的定制单元14。至伺服单元20的各条低电流信号线40包括一条时钟脉冲线41和一条信号线42。在线路41上的时钟脉冲具有30伏的幅值,并且控制着系统时隙分配多路传输的计时。在各时隙中,与各信号线42相连接的在定制单元14中的开关15,把零伏电压或经由各自的工作电阻R1的30伏固定电源加到该信号线42上。
在各个伺服单元20中(图2中示出其中一个),从线41上的时钟脉冲中分出30伏电源21。信号分离单元22具有响应线41上时钟脉冲的计时电路23,并且以电路23操作开关24,以便在适当的时隙中通过相应的通道连接信号线42的低电流信号线路。各个伺服单元20可以连接,例如16个通道,在图2中示出了其中的三个通道。
图2中示出一个与伺服单元20中的一个通道相接的可变电阻敏感元件50。该敏感元件50在适当时隙中连接在信号线42里,并且控制单元10中的开关15在这一时隙断开,那未在信号线42上的电压就是来自敏感元件50的由其电阻产生的输入信号,并且借助于控制单元10中的模-数转换器16来识别这一输入信号。
图中示出一个连接到伺服单元20中另一通道的可手动操作的电气拨动式开关60。如果开关60在适当的时隙里连接在信号线42上,并且控制单元10中的开关15在这一时隙断开,那末,借助于控制单元10中的模-数换转器16来识别由开关
60的电阻在信号线42上产生的电压,并且将它视为来自开关60的二进制输入信号的相应的第一或第二状态。
图中示出伺服单元20的连接到该单元的输出电路25的另一通道。在适当的时隙,开关15的状态将在信号线42上提供一个输出信号,以便向输出电路25中的电源开关装置26供电,从而使来自电池+V的大电流经由保险丝30加到与伺服单元20相连接负载70,例如灯泡上。控制单元10中的微处理器13的功能如下确保信号线42上的用来控制加到与任一伺服单元20相连的特定负载70上的高电流的输出信号是应来自特定开关60的输入信号而产生的,而开关60与那个负载70相联系、并且与任何一个伺服单元20相连接。
系统中低电流信号线路上的低电流(例如当信号线42连接开关60时通过信号线42的电流)可以是,例如不大于5毫安。通过系统负载的高电流(例如通过由开关60的动作所控制的负载70上的电流)可以达到,例如10安培。
再次参见开关60,从伺服单元20至开关60的导线27,经由两个连接触点28与开关60的两个相应的针形构件61连接。这两个针形构件61由导电的塑料组成,并且每个针形构件构成两端子62中的一个以及各自的接触点63。可动导电构件64由导电的塑料构成,并且借助于塑料的可手动操作装置65来置位,使得在如图所示的第一状态下它与两触点63连接,而在第二状态下它不与这两触点相连接。用来固定两针形构件
61的开关本体部分66也是由导电的塑料所构成。开关60可以是全塑料的。
导电的塑性材料(就是说装填以例如银、金、铜或碳之类导电材料的塑料)是众所周知的,并且装填物是可以选择的,以便提供所要求的阻值范围宽的体积电阻率(包含下面所描述的需要量)。
该开关的用来固定两针形构件61的导电的塑料本体部分66,提供了一个如图虚线表示的固定连接两端于62的电阻元件,并且有电阻R2。当可动构件64处于它的第二位置而不与两触点63相接触时,那么两接点62间的电阻基本上就是R2。而当可动构件64位于它的第一位置、与两接点63相接时,则可动构件64和两触点63提供了一个如图中虚线示出的电阻R3,这一电阻与电阻R2相并联。构成开关本体部分66、针形构件61和可动构件64的导电塑料材料的电阻率大小应选择,以便使得当可动构件64处在它的第一位置时两端子62间的电阻基本是R3,并且使得来自开关60的二进制输入信号的第一和第二状态(与可动构件64的第一和第二位置相对应且在控制单元10中借助于模-数转换器16来识别)能彼此区分并且与连接到控制单元10的信号线路42上的短路状态和开路状态相区分。
合适的电阻值的例子可以是R2=1千欧姆和R3=10欧姆,或者R2=100千欧姆,R3=100欧姆。可以预计,R3的电阻值可以达到大约
1千欧姆,而仍然能在控制单元10中与包含开关60的低电流信号线路里的短路状态相区分开。在这种情况下,即使不提供另一电阻R2,导电的塑料触点63也将不会出现常规开关中那种与金属触点有关的氧化腐蚀问题。
在开关60的结构中,一种可能的改变是具有普通开关那样的金属制成的可动构件。在这种情况下,为针形构件61的导电塑料所选择的电阻率大小将作适当的调整,以便使之能够单独地提供原先由R3提供的所要求的电阻值。另一种可能的改变是本体部分66不提供的电阻R2,开关本体可以是绝缘塑料,而电阻R2可以由位于两针形构件61间的印制在本体部件66的内表面或外表面的电阻器来提供。
如果开关60是全塑料的,那么这特别是在例如机动车辆电气系统那样的大规模批量生产系统中能够具有大大降低成本的优越性,与使用常规开关相比较,无论开关的制造成本还是在其电气系统中所使用的金属总量的费用都有显著的降低。可以想象得出,还可以开关60提供塑料的插孔部件,在这种开关中插孔接点28具有适当装填的导电塑料;以适当地装填的导电塑料或其他可塑的非金属导电材料的形式来提供从触点28到局部伺服单元20的导线27也是可能的。若是开关60、包含触点28的插孔部件、以及导线27能够做成单一的可塑的非金属单元,则在大规模批量生产系统中,降低生产成本费用的优越性将会更进一步突出。
当上面所描述的整个信息处理和控制系统例如作为机动车辆电气系统的一部分已经制成和安装后,那么所有与局部伺服单元20相连接的部件,即敏感元件50、开关60以及负载70,可以由中心控制智能单元10来测试。在带有驱动器信息显示装置的车辆中,测试功能可以作微处理器13的可编程功能合并在控制单元10之内。在另一种情况下,车辆制造者或车辆维修人员可以利用测试设备80(当与控制单元10连接时)完成这些测试。
所提供的带有R2、R3两个电阻的开关60,现在能够使用不涉及开关60的手动操作对上面描述过的系统中的开关60和导线27进行测试的方法;在这一方法中,在测试器80的控制下、借助于智能控制单元10中的电阻器R1施把固定的+30伏电压电源施加到包含开关60的信号线路40的信号线42上,并且在这个方法中,检测控制单元10上的一个电压值(该电压值是响应所施加的那个固定电压电源的,并决定于信号线路上的电阻),以便确定开关60是处于它的第一还是第二状态,或者导线27是被短路还是被断开。
在上述的整个信息处理和控制系统被制成和被安装之前,例如在车辆的制造阶段,那么与一个局部伺服单元20连接的各个部件,即敏感元件50、开关60及其负载70的选择,可以利用与那个伺服单元20相连的测试设备90来测试。