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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
um durch eine Schlüsselposition
eine stromrichtungsabhängige
Vorrichtung in einem elektrischen Schaltkreis, vorzugsweise in sicherheitskritischen
Systemen, zu steuern.
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Mechanische
Schlüsselsperren
werden immer öfter
durch elektromechanische oder elektrische Schlüsselsperren, die einen Schlüssel mit
elektronischen Bauteilen und eine formbedingte Stellungsfunktion
aufweisen, ersetzt. Die elektronischen Bauteile des Schlüssels aktivieren
die gesperrten Funktionen, wenn sich der Schlüssel in einem Schlüsselaufnehmer
im Schloss in der richtigen Position befindet. Solche elektrischen
Schlüsselsperren
sind zum Beispiel in Fahrzeugen für Zündschlösser und Lenkradschlösser vorhanden.
Mit einer elektrischen Lenkradsperre wird die Lenkung des Fahrzeugs
gewöhnlich
mit einem Bolzen, der mit Hilfe eines Motors, eines Magnets oder
eines ähnlichen
elektrisch steuerbaren Bauteiles zwischen einer verriegelten und
einer entriegelten Stellung verschoben wird, gesperrt. Die Anwendung
in einer Lenkradsperre ist ein Beispiel für ein sicherheitskritisches
System, bei dem sichergestellt werden muss, dass die Lenkung des Fahrzeugs
immer unversperrt ist, wenn sich die elektrische Schlüsselsperre
in entsperrter Stellung befindet.
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Die
Patentpublikation WO 01/23229 (Marquardt GMBH) enthält ein Beispiel
einer elektrischen Lenkradsperre, die diese Sicherheitsproblematik
aufgreift. In dieser Publikation wird eine elektrische Lenkradsperre
beschrieben, die mit Hilfe einer Stellvorrichtung, die zwischen
einem verriegelten und einem entriegelten Zustand verstellbar ist,
verriegelt wird. Die elektrische Lenkradsperre weist einen Schaltkreis
mit konstanter Zuführung
des Stroms, der für
das Verstellen der Lenkradsperre in einen entriegelten Zustand benötigt wird,
und einen getrennten Schaltkreis für die Zuführung des Stroms, der für das Verstellen
der Lenkradsperre in einen verriegelten Zustand benötigt wird,
auf. Im verriegelnden Schaltkreis sind Schaltelemente vorhanden,
die den Schaltkreis zur Verriegelung unterbrechen, wenn sich in
einem Schlüsselaufnehmer
ein Schlüssel
in einer bestimmten Position befindet. Ein Steuerprozessor, der die
Stellvorrichtung steuert, wird auf diese Weise daran gehindert,
die Lenkradsperre in eine verriegelte Stellung zu steuern, wenn
sich der Schlüssel
in einer bestimmten Position befindet, kann aber stets die Stellvorrichtung
in einen entriegelten Zustand steuern. Diese Publikation wird hiermit
durch Bezugnahme als Beschreibung des an sich bekannten Teiles der
Ausführung
der Erfindung einbezogen.
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Diese
bekannte Technik weist Beschränkungen
auf, indem sie bei richtiger Schlüsselposition nur die Steuerung
der Stellvorrichtung in den einen Zustand (gesperrt) verhindert,
während
die Steuerung der Stellvorrichtung in den anderen Zustand (entsperrt)
bei willkürlichen
Schlüsselpositionen
ständig zugelassen
wird. Die Sicherheitsfunktion bei dieser bekannten Technik ist also
ein Schaltelement, das den sperrenden Schaltkreis öffnet, wenn
sich der Schlüssel
in entsperrender Position befindet. Dadurch soll ein unbeabsichtigtes
Sperren des Lenkrades verhindert werden. Es kann jedoch ein Kurzschluss
in den Schaltelementen oder an einer anderen Stelle, unter Umständen gleichzeitig
mit einem Bitfehler im Mikroprozessor, auftreten, so dass der sperrende
Schaltkreis trotzdem Strom durch das Stellorgan leitet und das Lenkrad
unbeabsichtigterweise sperren kann. In der in WO 01/23229 beschriebenen
technischen Lösung
verwendet man Schaltelemente in Form von Relais mit zwei Stellungen,
das heißt
jedes Relais ist immer in der einen oder der anderen Stellung aktiviert.
Damit das Stellorgan (Motor 4) nicht ständig aktiviert ist, muss der
Mikroprozessor nach beendeter Aktivierung derart steuern, dass beide
Relais die Speisungen des Motors mit der gleichen Spannung koppeln.
Ein Kurzschluss gegen Spannung in dem Relais oder der Speisung,
das bzw. die den Motor in eine gesperrte Stellung antreibt, hat zur
Folge, dass der Motor den Sperrbolzen direkt in eine gesperrte Stellung
bewegt, auch wenn das nicht beabsichtigt ist.
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Gemäß der technischen
Lösung
in WO 01/23229 ist die Möglichkeit,
ohne übermittelte
Information und Logik festzustellen, ob die Sicherheitsfunktion
aufgrund eines Fehlers ausgefallen ist, ebenfalls nicht vorhanden.
Wenn beispielsweise am Eingang des Relais zur Speisung der Spannung
für ein
Sperren aufgrund eines Fehlers eine konstante Spannung vorhanden
ist, kann dies weder vom Mikroprozessor noch durch eine Funktionsstörung festgestellt
werden. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass im
Fall eines derartigen Fehlers die gesamte Sicherheitsfunktion verloren
gegangen ist, ohne dass der Anwender, in diesem Fall der Autofahrer,
eine Funktionsstörung
oder andere Warnung feststellen wird.
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Mit
der vorliegenden Erfindung ist beabsichtigt, das zugrunde liegende
Problem dadurch zu lösen,
dass die richtige Steuerung eines elektrischen oder elektromechanischen
Stellorganes, das in Abhängigkeit
von einem digital gesteuerten elektronischen Sperrsystem betätigt wird,
sichergestellt ist.
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Aspekte
des Problems, dessen Lösung
mit der Erfindung beabsichtigt ist, sind:
- – Sicherstellen
der Steuerung der Stromrichtung in einem Schaltkreis für ein stromrichtungsabhängiges,
elektrisches Bauteil.
- – Sicherstellen,
dass in einem digital gesteuerten elektronischen Sperrsystem verhindert
wird, dass Bitfehler eine falsche Steuerung einer Stromrichtung
verursachen.
- – Bewerkstelligen
der Erkennbarkeit einer Funktionsstörung in der Steuerung des Stellorganes.
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Gemäß der Erfindung
werden das oben erwähnte
Problem und die Beschränkungen
beseitigt, und man erreicht dies durch eine Sperrvorrichtung mit
schlüsselaktivierten
Schaltelementen für
eine trennbare Speisespan nung und mit steuerungsaktivierten Schaltelementen,
die derart angeordnet sind, dass sie an ein Stellorgan oder einen
Stellantrieb beliebiger Art, vorzugsweise an einen Motor, einen
Magnet oder Ähnliches,
angeschlossen werden. Die steuerungsaktivierten Schaltelemente sind
mit dem Stellorgan symmetrisch gekoppelt, um abwechselnd einen elektrischen
Strom durch das Stellorgan in verschiedene Richtungen zulassen zu
können.
Die steuerungsaktivierten Schaltelemente sind derart elektrisch
angeordnet, dass sie gegenseitig ausschließend sind. Bei einem falschen
Steuersignal von der Steuereinheit oder bei einem Kurzschluss gegen Erdpotenzial
oder die Speisespannung wird Strom zur Erde geleitet, während das
Stellorgan ohne Strom bleibt. Die gegenseitig ausschließende Leitung
von Strom in verschiedene Richtungen ist in verschiedenen Ausführungsformen
bei den schlüsselaktivierten
Schaltelementen, bei den steuerungsaktivierten Schaltelementen,
in den vorgegebenen Bedingungen der Steuereinheit und in der Leitung
der Speisespannung von den schlüsselaktivierten
Schaltelementen verwirklicht.
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Die
Erfindung ermöglicht
daher eine fehlersichere Steuerung von Strom zum Stellorgan, bei
der verhindert wird, dass das Stellorgan durch Fehler in der Steuerung
oder durch Kurzschlüsse
unbeabsichtigt aktiviert wird. Derartige Fehler werden auch durch einen
bemerkbaren Funktionsausfall erkennbar.
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Verschiedene
Ausführungsformen
der Erfindung weisen folgende Aspekte auf:
Eine Sperrvorrichtung
zur Steuerung eines stromrichtungsabhängigen Stellorganes, mit einer
zur Aufnahme eines Schlüssels
(2) bestimmten Schlüsselaufnahmevorrichtung
(4), wobei die Schlüsselaufnahmevorrichtung
(4) ein erstes schlüsselaktiviertes Schaltelement
(6) aufweist, das dazu bestimmt ist, einen ersten Schaltkreis
(7) zu schließen,
wenn sich der Schlüssel
nicht in einer vorgegebenen Position in der Schlüsselaufnahmevorrichtung (4)
befindet, sowie mit einer Steuereinheit (16), die abhängig von vorgegebenen
Bedingungen ein erstes Steuersignal (L) zur Aktivierung der Zuführung von
Strom in eine erste Richtung zum erwähnten Stellorgan (13)
und ein zweites Steuersignal (U) zur Aktivierung der Zuführung von
Strom in eine zweite Richtung zum Stellorgan (13) sendet,
wobei ein zweites schlüsselaktiviertes
Schaltelement (8) dazu bestimmt ist, einen zweiten Schaltkreis
(9) zu schließen,
wenn sich der Schlüssel
(2) in einer vorgegebenen Position in der Schlüsselaufnahmevorrichtung
(4) befindet, sowie mit ersten steuerungsaktivierten Schaltelementen (14-L),
die dazu bestimmt sind, den ersten Schaltkreis (7) zu schließen, wenn
die Steuereinheit (16) das erste Steuersignal (L) sendet,
und mit zweiten steuerungsaktivierten Schaltelementen (14-U),
die dazu bestimmt sind, den zweiten Schaltkreis (9) zu schließen, wenn
die Steuereinheit (16) das zweite Steuersignal (U) sendet.
Die Anordnung ist vorzugsweise von der Art, dass die ersten (14-L)
und die zweiten (14-U) steuerungsaktivierten Schaltelemente so
angeordnet sind, dass sie gegenseitig ausschließend geöffnet beziehungsweise geschlossen
sein müssen,
damit durch das Stellorgan (13) ein Strom fließen kann.
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Dies
kann dadurch verwirklicht sein, dass das Stellorgan (13)
mit seinen elektrischen Anschlüssen
an einem Paar von ersten steuerungsaktivierten Schaltelementen (14-L)
angeschlossen ist, die ihrerseits derart angeschlossen sind, dass
Strom in den ersten Schaltkreis (7) in eine erste Richtung
zwischen Erdpotenzial (GND) und Speisespannung (10) geleitet
wird, und dass das Stellorgan (13) mit seinen elektrischen
Anschlüssen
an einem Paar von zweiten steuerungsaktivierten Schaltelementen
(14-U) angeschlossen ist, die ihrerseits derart angeschlossen sind,
dass Strom in den zweiten Schaltkreis (9) in eine zweite
Richtung zwischen Erdpotenzial (GND) und Speisespannung (10)
geleitet wird. Hierbei kann die Anordnung derart sein, dass eines
der ersten steuerungsaktivierten Schaltelemente (14-L)
an das Erdpotenzial (GND), die eine Anschlussstelle des Stellorganes
(13) und eines der zweiten steuerungsaktivierten Schaltelemente
(14-U),
das mit der trennbaren Speisespannung (10, 6)
verbunden ist, angeschlossen ist, und dass das andere der ersten
steuerungsaktivierten Schaltelemente (14-L) an die trennbare
Speisespannung (10, 8), die andere Anschlussstelle
des Stellorganes (13) und das andere der zweiten steuerungsaktivierten
Schaltelemente (14-U), das mit dem Erdpotenzial (GND) verbunden
ist, angeschlossen ist.
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In
verschiedenen Ausführungsformen
ist die Anordnung von der Art, dass:
die Steuereinheit so ausgebildet
ist, dass das erste Steuersignal (L) und das zweite Steuersignal
(U) gegenseitig ausschließend
sind;
die Steuereinheit so ausgebildet ist, dass das erste Steuersignal
(L) und die zweiten Steuersignale (U) der Verknüpfungsbedingung
(L = Aktiv
UND U = Inaktiv) ODER (L = Inaktiv UND U = Aktiv) folgen;
das
erste schlüsselaktivierte
Schaltelement (6) und das zweite schlüsselaktivierte Schaltelement
(8) so ausgebildet sind, dass sie gegenseitig ausschließend aktiviert
beziehungsweise deaktiviert sind;
ein Glied (28) vorgesehen
ist, um zu bewerkstelligen, dass ein Stromfluß in der ersten Richtung zum
Stellorgan (13) über
das erste schlüsselaktivierte
Schaltelement (6) gegenseitig ausschließend ist mit einem Steuersignal
(U) von der Steuereinheit (16) zur Aktivierung der Stromleitung
in der zweiten Richtung;
ein Glied (26) vorgesehen
ist, um zu bewerkstelligen, dass ein Stromfluß in der zweiten Richtung zum
Stellorgan (13) über
das zweite schlüsselaktivierte
Schaltelement (8) gegenseitig ausschließend ist mit einem Steuersignal
(L) von der Steuereinheit (16) zur Aktivierung der Stromleitung
in der ersten Richtung;
ein Glied (30) vorgesehen
ist, um zu bewerkstelligen, dass ein Strom in der ersten Richtung
zum Stellorgan (13) über
das erste schlüsselaktivierte Schaltelement (6)
gegenseitig ausschließend
ist mit einem Strom in der zweiten Richtung zum Stellorgan (13) über das zweite
schlüsselaktivierte
Schaltelement (8);
die steuerungsaktivierten Schaltelemente
(14) in einer H-Brücke über das
Stellorgan (13) geschaltet sind;
die steuerungsaktivierten
Schaltelemente (14) als Transistoren ausgebildet sind;
die
steuerungsaktivierten Schaltelemente (14) als Relaiselemente
ausgebildet sind;
die Steuereinheit (16) zum Anschluss
(22, 24) an und zum Lesen von Statussignalen in
Stromleitungen ausgebildet ist;
die Steuereinheit (16, 31)
zur Leitung eines Steuersignals an die Steuereinheit ausgebildet
ist;
die Steuereinheit (16, 31) eine erste
Gruppe von Steuersignaleingängen 32 für erste
Steuersignale A1...AN und eine zweite Gruppe von Steuersignaleingängen 34 für zweite
Steuersignale B1...BN aufweist, wobei N = 1, 2, 3....
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In
einer allgemeinen Ausführungsform
weist die Sperrvorrichtung gemäß der Erfindung
eine Steuereinheit (31) auf: mit einem ersten Eingang IN1,
der über
das erste schlüsselaktivierte
Schaltelement 6 zum trennbaren Anschluss an die Speisespannung (10)
bestimmt ist, und mit einem zweiten Eingang IN2, der über das
zweite schlüsselaktivierte
Schaltelement 8 zum trennbaren Anschluss an die Speisespannung
(10) bestimmt ist;
mit einem ersten Ein-/Ausgang I/O1,
der zum Anschluss an eine erste elektrische Anschlussstelle am Stellorgan
(13) bestimmt ist, und mit einem zweiten Ein-/Ausgang I/O2,
der zum Anschluss an eine zweite elektrische Anschlussstelle am
Stellorgan (13) bestimmt ist;
mit einem Eingang, der
zum Anschluss an das Erdpotenzial (GND) bestimmt ist;
mit Eingängen, die
für eine
erste Gruppe von Steuersignalen (A1...AN) und eine zweite Gruppe
von Steuersignalen (B1...BN) bestimmt sind;
wobei die Steuereinheit
(31) dazu bestimmt ist, den Eingang IN1 mit dem Ein-/Ausgang
I/O1 elektrisch zu verbinden und den Ein-/Ausgang I/O2 mit dem Erdpotenzial
GND zu verbinden, wenn eine Anzahl von ersten vorgegebenen Bedingungen
erfüllt
ist; und
wobei die Steuereinheit (31) dazu bestimmt
ist, den Eingang IN2 mit dem Ein-/Ausgang I/O2 elektrisch zu verbinden
und den Ein-/Ausgang I/O1 mit dem Erdpotenzial GND zu verbinden,
wenn eine Anzahl von zweiten vorgegebenen Bedingungen erfüllt ist.
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Nachstehend
wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
näher beschrieben,
wobei:
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1 eine
Prinzipdarstellung eines Schlüssels
mit formbedingter Passung für
einen Schlüsselaufnehmer
sowie von einer Steuervorrichtung zur Steuerung eines elektrischen
Stellorganes gemäß eines
Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist;
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2–4 schematische
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind.
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1 zeigt
für ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung schematisch eine Schlüsselsperre 1 mit einem
Schlüssel 2,
der eine Passform für
eine Schlüsselaufnahmevorrichtung 4 aufweist.
In 1 ist der Schlüssel
aus dem Schloss genommen und der Schaltkreis befindet sich in einem
sperrenden Modus.
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Die
Schlüsselaufnahmevorrichtung 4 ist
mit einem ersten schlüsselaktivierten
Schaltelement 6 versehen, das dazu bestimmt ist, einen
sperrenden elektrischen Schaltkreis 7 zu schließen, wenn
sich der Schlüssel 2 nicht
in einer vorgegebenen Position in der Schlüsselaufnahmevorrichtung für den Schlüssel befindet
(Schlüssel
entfernt), wobei die Schlüsselaufnahmevorrichtung
für den
Schlüssel
bestimmt ist, wenn er sich im Schloss in einer vorzugsweise entsperrenden
Stellung befindet, und die Sperre somit in einem sperrenden Zustand
ist. Wenn der Schlüssel 2 in
der vorgegebenen Position im Schloss angeordnet ist (Schlüssel hineingesteckt), öffnet dieses
erste schlüsselaktivierte
Schaltelement 6, wodurch ein Stromfluss durch den sperrenden
Schaltkreis verhindert wird.
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Die
Schlüsselaufnahmevorrichtung 4 ist
weiter versehen mit einem zweiten schlüsselaktivierten Schaltelement 8,
das dazu bestimmt ist, einen entsperrenden elektrischen Schaltkreis 9 zu
schließen, wenn
sich der Schlüssel 2 in
der vorgegebenen Position in der Schlüsselaufnahmevorrichtung befindet (Schlüssel hineingesteckt),
wobei die Schlüsselaufnahmevorrichtung
für den
Schlüssel
bestimmt ist, wenn er sich im Schloss in einer vorzugsweise entsperrenden
Stellung befindet, und die Sperre somit in einem entsperrenden Zustand
ist. Wenn der Schlüssel 2 herausgezogen
und in der vorgegebenen Position im Schloss also nicht vorhanden
ist, öffnet
dieses zweite schlüsselaktivierte
Schaltelement 8, wodurch ein Stromfluss durch den entsperrenden
Schaltkreis verhindert wird.
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Der
sperrende Schaltkreis 7 und der entsperrende Schaltkreis 9 sind
mit einer steuerungsaktivierten Schaltvorrichtung 12, die
steuerungsaktivierte Schaltelemente 14 mit einem sperrenden
Schaltelement L beziehungsweise einem entsperrenden Schaltelement
U aufweist, verbunden. Der sperrende Schaltkreis 7 ist
mit einem stromrichtungsabhängigen
Stellorgan 13 verbunden, das über ein Erdpotenzial GND und
die entsperrenden Schalt elemente 6, L mit der Speisespannung 10 verbunden
ist, wodurch das Stellorgan 13 in eine vorgegebene sperrende Richtung
steuerbar ist. Auf gleiche Weise ist der entsperrende Schaltkreis 9 mit
dem stromrichtungsabhängigen
Stellorgan 13 verbunden, das über das Erdpotenzial GND und
die entsperrenden Schaltelemente 8, U mit der Speisespannung 10 verbunden ist,
wodurch das Stellorgan 13 in eine vorgegebene entsperrende
Richtung steuerbar ist.
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Das
stromrichtungsabhängige
Stellorgan 13 ist vorzugsweise ein Stellantrieb beispielsweise
in Form einer elektromechanischen Vorrichtung, zum Beispiel ein
Motor M wie in 1 dargestellt, ein Magnet oder
eine Relaiseinrichtung, kann aber auch eine ausschließlich elektrische
oder elektronische Einrichtung sein.
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Die
steuerungsaktivierte Schaltvorrichtung 12 ist in dem Ausführungsbeispiel
der 1 mit Schaltelementen 14 in Form von
Transistoren ausgeführt,
die mit dem sperrenden beziehungsweise entsperrenden Schaltkreis
L, U in einer H-Brücke über dem
Stellorgan 13 angeschlossen sind. Die Anschlüsse der
Transistoren sind mit Steuerausgängen F
einer Steuereinheit 16 verbunden. Ein sperrender Steuerausgang
L ist mit den Anschlüssen
der sperrenden Transistoren L verbunden und ein entsperrender Steuerausgang
ist mit den entsperrenden Transistoren U verbunden. Wenn der sperrende Steuerausgang
L ein aktives Signal L aufweist, verbleiben die sperrenden Transistoren
L in einem stromleitenden Zustand und lassen einen Stromfluss durch
den sperrenden Schaltkreis 7 zu, während die entsperrenden Transistoren
U einen Stromfluss durch den entsperrenden Schaltkreis 9 nicht
zulassen. Auf gleiche Weise verbleiben die entsperrenden Transistoren
U in einem stromleitenden Zustand, wenn der entsperrende Steuerausgang
U ein aktives Signal U aufweist, und lassen einen Stromfluss durch den
entsperrenden Schaltkreis 9 zu, während die sperrenden Transistoren
L einen Stromfluss durch den sperrenden Schaltkreis 7 nicht
zulassen.
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Die
Steuereinheit 16 besitzt eine Anzahl von Eingängen I1,
I2...In für
verschiedene Eingangssignale, die für vorgegebene Regeln zur Steuerung
des Sperrens oder Entsperrens verwendet werden können. In der Ausführungsform
der Erfindung gemäß 1 ist
der Schlüssel
mit einer Schlüsselinformationseinrichtung 18 versehen,
die beispielsweise ein Datenspeicher oder ein Schwingkreis sein
kann, der über
eine drahtlose oder galvanische Kommunikationsverbindung mit Hilfe
eines Schlüsselinformationslesers 20 lesbar
ist. Der Schlüsselinformationsleser 20 ist
mit einem Eingang I1, I2 ...In an der Steuereinheit kommunikativ
verbunden und das Eingangssignal vom Schlüsselinformationsleser wird
gegebenenfalls zusammen mit anderen Eingangssignalen zur Steuerung
für das
Entsperren oder Sperren verwendet. Die Erfindung kann derart ausgebildet
sein, dass die schlüsselaktivierten
Schaltelemente 6, 8 mit Hilfe der Schlüsselinformationseinrichtung 18 und
des Schlüsselinformationslesers 20,
zum Beispiel mittels Transpondertechnik und Einrichtungen zum Betätigen der
Schaltelemente 6, 8, aktiviert werden. In verschiedenen
Ausführungsformen
der Erfindung werden Eingangssignale zur Steuereinheit 16 von
verschiedenen Statussensoren zusammen mit oder gänzlich ohne Schlüsselinformation
angewendet.
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Um
im sperrenden Schaltkreis 7 einen Strom fließen zu lassen,
ist es gemäß der Erfindung
erforderlich, dass der Schlüssel 2 nicht
in der Position für das
Entsperren vorhanden und dadurch das schlüsselaktivierte sperrende Schaltelement 6 geschlossen ist,
und dass die Steuereinheit 16 gleichzeitig ein aktives
sperrendes Steuersignal L an das steuerungsaktivierte sperrende
Schaltelement L sendet und ein inaktives entsperrendes Steuersignal
U vorliegt. In entsprechender Weise ist es zur Herbeiführung eines Stromflusses
im entsperrenden Schalltkreis 9 erforderlich, dass der
Schlüssel 2 in
der Position für
das Entsperren gebracht wird und dadurch das schlüsselaktivierte
entsperrende Schaltelement 8 geschlossen ist, und dass
die Steuereinheit 16 gleichzeitig ein aktives entsperrendes
Steuersignal U zum steuerungsaktivierten Schaltelement U sendet
und ein inaktives sperrendes Steuersignal L vorliegt. Die Steuersignale
von der Steuerein heit 16 am Ausgang F müssen also den Boole'schen Bedingungen
(L = Aktiv UND U = Inaktiv) ODER (L = Inaktiv UND U = Aktiv) folgen,
um das Stellorgan zu aktivieren. Zusammen mit der schlüsselaktivierten
Schaltung für
die Spannungsversorgung ist die Gefahr einer unbeabsichtigten Stellorganaktivierung
aufgrund von vereinzelten Bitfehlern oder durch Kurzschluss deutlich
geringer.
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In 2 ist
eine Ausführungsform
der Erfindung dargestellt, bei der die steuerungsaktivierten Schaltelemente
als Relais oder Ähnliches
ausgeführt sind.
Mit der gleichen Konvention wie in 1 zeigt 2 die
schlüsselaktivierten
Schaltelemente in einer Stellung mit hineingestecktem Schlüssel, also entsperrender
Stellung. Unter Verwendung gleicher Bezugszeichen wie in 1 ist
in 2 ein erstes schlüsselaktiviertes Schaltelement 6 in
einem sperrenden Schaltkreis an die Speisespannung 10 angeschlossen
und an ein erstes steuerungsaktiviertes Schaltelement 14-L im
sperrenden Schaltkreis, das seinerseits an ein Stellorgan 13 angeschlossen
ist. Im sperrenden Schaltkreis ist das Stellorgan 13 weiter
mit einem zweiten steuerungsaktivierten Schaltelement 14-L verbunden,
das seinerseits geerdet ist. Eine Steuereinheit 16 mit
Steuerausgängen
für das sperrende
Steuersignal L ist an das erste und das zweite Schaltelement 14-L im
sperrenden Schaltkreis angeschlossen.
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Auf
entsprechende Weise ist ein zweites schlüsselaktiviertes Schaltelement 8 in
einem entsperrenden Schaltkreis an die Speisespannung 10 und
an ein erstes steuerungsaktiviertes Schaltelement 14-U in
dem entsperrenden Schaltkreis angeschlossen, wobei das erste Schaltelement
seinerseits am Stellorgan 13 an derselben Anschlussstelle wie
das erste Schaltelement 14-L des sperrenden Schaltkreises
angeschlossen ist. Das Stellorgan 13 ist weiter an derselben
Anschlussstelle wie das zweite Schaltelement 14-L des sperrenden
Schaltkreises an ein im entsperrenden Schaltkreis angeordnetes zweites
steuerungsaktiviertes Schaltelement 14-U angeschlossen, das seinerseits
geerdet ist.
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Wenn
das sperrende Steuersignal L der Steuereinheit aktiv ist, werden
die sperrenden Schaltelemente 14-L veranlasst, den sperrenden
Schaltkreis zu schließen,
und wenn auch das schlüsselaktivierte
Schaltelement 6 den sperrenden Schaltkreis schließt, das
heißt
wenn der Schlüssel
von seiner entsperrenden Position im Schloss herausgezogen ist,
wird das Stellorgan 13 in einen sperrenden Zustand aktiviert.
Damit Strom durch den sperrenden Schaltkreis zum Stellorgan fließen kann,
ist es auch erforderlich, dass das entsperrende Steuersignal U der
Steuereinheit inaktiv ist, so dass die entsperrenden Schaltelemente 14-U in
geöffneter
Stellung gehalten werden. Andernfalls fließt der Strom über die entsperrenden
Schaltelemente 14-U direkt zum Erdpotenzial GND.
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Wenn
auf entsprechende Weise das entsperrende Steuersignal U der Steuereinheit
aktiv ist, werden die entsperrenden Schaltelemente 14-U veranlasst,
den entsperrenden Schaltkreis zu schließen, und wenn auch das schlüsselaktivierte
Schaltelement 8 den entsperrenden Schaltkreis schließt, das heißt wenn
der Schlüssel
in seiner entsperrenden Position angeordnet ist, wird das Stellorgan 13 in
einen entsperrenden Zustand aktiviert. Wie im sperrenden Fall ist
für das
Fließen
von Strom durch den entsperrenden Schaltkreis zum Stellorgan auch
erforderlich, dass das sperrende Steuersignal L der Steuereinheit
inaktiv ist, so dass die sperrenden Schaltelemente 14-L in
geöffneter
Stellung gehalten werden. Anderenfalls fließt der Strom wiederum über die
sperrenden Schaltelemente 14-L direkt zum Erdpotenzial GND.
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Die
sperrenden beziehungsweise entsperrenden Steuersignale von der Steuereinheit 16 können in
verschiedenen Ausführungsformen
in zwei, drei oder vier einzelne Signale (L,U; L1,L2,U; L,U1,U2;
L1,L2,U1,U2) unterteilt sein, die, zusammen mit den schlüsselaktivierten
Schaltelementen 6, 8 in richtiger Kombination
entsprechend einer vorgegebenen logischen Bedingung, den sperrenden
beziehungsweise entsperrenden Stromkreis durch das Stellorgan schließen.
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Ein
eventueller Kurzschluss 11 gegen Spannung oder Erde an
einem der Schaltelemente oder an einer der Leitungen kann nicht
selbstständig
eine Aktivierung des Stellorgans herbeiführen. Um das Stellorgan bei
beliebiger Stromrichtung zu betätigen, ist
eine aktive Steuerung mit Steuersignalen von der Steuereinheit notwendig.
Ein Fehler hat zur Folge, dass entweder die Aktivierung gemäß den Bedingungen
der Ansteuerlogik erfolgt, oder die Aktivierung erfolgt nicht und
der Fehler kann von einem Anwender bemerkt werden.
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2 zeigt
schematisch Eingänge
mit Anschlüssen 22, 24 an
die Steuereinheit von der Speisespannung in den sperrenden (Anschluss 22)
beziehungsweise entsperrenden (Anschluss 24) Schaltkreisen
in Ausgestaltungen der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel
weist die Steuereinheit auch eine Statusüberwachung der Anschlüsse 22, 24 und
die Funktionalität
eines Erkennens von Fehlern in einem Signal dieser Anschlüsse auf.
Eine Steuerbedingung könnte
sein, dass die Schaltelemente im Normalfall gegenseitig ausschließend sein
müssen und
dass dabei die Möglichkeit
zu einer Erkennung oder Behandlung besteht, wenn in einem der Schaltelemente
oder in einer deren Leitungen ein Fehler, der einen Kurzschluss
gegen Speisespannung zur Folge hat, aufgetreten ist.
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3 zeigt
eine Variante der Ausführungsform
gemäß 2 mit
Anschlusselementen, die das Erkennen eines Fehlers der Sicherheitsfunktion
ermöglichen,
wenn der Fehler in einer konstanten Spannungsversorgung eines der
sperrenden und entsperrenden Schaltkreise besteht. Hierbei wird
der Fehler durch Erkennung eines Funktionsausfalles erkannt. In 3 ist
ein erstes UND-Glied 26 mit einem invertierenden Eingang
mit seinen Eingängen
an das entsperrende schlüsselaktivierte
Schaltelement 8 und den sperrenden Steuersignalausgang
L der Steuereinheit 16 und mit seinem Ausgang an das sperrende
erste steuerungsaktivierte Schaltelement 14-L angeschlossen.
Das UND-Glied 26 ist derart angeschlossen, dass das invertierte
Signal vom entsperrenden schlüsselaktivierten
Schaltelement 8 UND das aktive sperrende Steuersignal L
von der Steuereinheit 16 ein ak tives sperrendes Ausgangssignal
L vom UND-Glied 26 herbeiführen. Auf entsprechende Weise
ist ein zweites UND-Glied 28 mit einem invertierenden Eingang
an das sperrende schlüsselaktivierte
Schaltelement 6 und den entsperrenden Steuersignalausgang
U der Steuereinheit 16 und mit seinem Ausgang an das entsperrende
erste steuerungsaktivierte Schaltelement 14-U angeschlossen.
Das UND-Glied 28 ist derart angeschlossen, dass das invertierte
Signal vom sperrenden schlüsselaktivierten
Schaltelement 6 UND das aktive entsperrende Steuersignal
U von der Steuereinheit 16 ein aktives entsperrendes Ausgangssignal
U vom UND-Glied 26 herbeiführen. Auf diese Weise sind
die Schaltelemente gegenseitig ausschließend und ermöglichen
das Erkennen eines durch eine Funktionsstörung hervorgerufenen Fehlers.
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4 zeigt
auf einem allgemeinen Blockschaltbild die Steuerung des Stellorgans 13 mittels schlüsselaktivierter
Schaltelemente 6 für
einen aus der Sperre herausgezogenen Schlüssel und damit die sperrende
Stellung, und ein Schaltelement 8 für einen in der Sperre angeordneten
Schlüssel
und damit die entsperrende Stellung, sowie eine Steuereinheit 31 in
Form eines Logikblocks, der mit dem Stellorgan 13 verbunden
ist. Wie in 2 und 3 sind die
schlüsselaktivierten
Schaltelemente in entsperrender Stellung dargestellt. Die schlüsselaktivierten Schaltelemente 6, 8 sind
derart ausgebildet, dass sie einen gegenseitig ausschließenden aktivierten
(geschlossen) beziehungsweise deaktivierten (geöffnet) Zustand aufweisen, was
in 4 mit dem Block 30, der Verknüpfungsglieder
oder eine ähnliche
Funktionalität
aufweisen kann, schematisch dargestellt ist. In ihrer einfachsten
Ausführung
sind die schlüsselaktivierten
Schaltelemente 6, 8, wie oben beschrieben, derart
ausgebildet, dass das eine geöffnet
ist, wenn das zweite geschlossen ist, und umgekehrt, abhängig davon,
ob der Schlüssel
im Schloss angeordnet ist oder nicht. Die Speisespannung ist über den
Anschluss 10 für
die schlüsselaktivierten
Schaltelemente 6, 8 mit dem jeweiligen Eingang
IN1 und IN2 der Steuereinheit 31 verbunden. Das Stellorgan 13 ist
mit den beiden Ein-/Ausgängen
I/O1 beziehungsweise I/O2 der Steuereinheit 31 verbunden,
die auch mit dem Erdpotenzial GND verbunden ist. Die Steuereinheit 31 weist
auch eine erste Gruppe von Steuersignaleingängen 32 für erste
Steuersignale A1...AN und eine zweite Gruppe von Steuersignaleingängen 34 für zweite
Steuersignale B1...BN auf, wobei N = 1, 2, 3... ist und eine ganze
Zahl bezeichnet. Steuersignale können
verschiedene Zustandssignale oder Sensorsignale sein, die man in
einer Anwendung der Erfindung als Bedingungen in der Steuereinheit
verwenden möchte.
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Funktionell
ist die Steuereinheit 31 derart ausgebildet, dass der Eingang
IN1 galvanisch, also elektrisch stromleitend, mit dem Ein-/Ausgang
I/O1 verbunden ist und der Ein-/Ausgang I/O2 mit dem Erdpotenzial
GND verbunden ist, wenn eine Anzahl von ersten vorgegebenen Bedingungen
erfüllt
ist und damit der Antrieb des Stellorgans mit einer ersten Stromrichtung
zugelassen wird, vorausgesetzt, dass auch das erste schlüsselaktivierte
Schaltelement 6 ebenfalls geschlossen ist. In der Anwendung
mit einer Lenkradsperre würde
dies eine sperrende Stellung herbeiführen. Ebenso ist die Steuereinheit 31 derart
ausgebildet, dass der Eingang IN2 mit dem Ein-/Ausgang I/O2 verbunden
ist und der Ein-/Ausgang I/O2 mit dem Erdpotenzial GND verbunden
ist, wenn eine Anzahl von zweiten vorgegebenen Bedingungen erfüllt ist,
und damit der Antrieb des Stellorgans mit einer zweiten Stromrichtung
zugelassen wird, vorausgesetzt, dass auch das zweite schlüsselaktivierte
Schaltelement 8 ebenfalls geschlossen ist. In der Anwendung
mit einer Lenkradsperre würde dies
somit eine entsperrende Stellung herbeiführen. Die verschiedenen Bedingungen
können
je nach Anwendung und Bedürfnis
variiert und mit verschiedenen Arten von Technologie verwirklicht
werden, allerdings müssen
die ersten und zweiten vorgegebenen Bedingungen für den Antrieb
des Stellorgans mit der ersten beziehungsweise zweiten Stromrichtung
gegenseitig ausschließend
sein. Ebenso können
die physikalischen oder galvanischen Verbindungen für verschiedene
Stromrichtungskreise auf verschiedene Weise verwirklicht werden,
aber auch diese elektrischen Verbindungen müssen gegenseitig ausschließend sein.
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Die
Logik für
die Handhabung der Steuerbedingungen kann auf verschiedene Weise
verwirklicht sein, unter anderem davon abhängend, welche Art von Fehlerfällen überwacht
werden soll. Ein allgemeines Beispiel für eine logische Steuerbedingung ist:
I/O1
= IN1 AND I/O2 = GND
IF IN2 = inactive Control A1 to AN = active
AND Control B1 to BN = inactive
I/O2 = IN2 AND I/O1 = GND
IF
IN1 = inactive AND Control B1 to BN = active AND Control A1 to AN
= inactive
N = 1, 2, 3...
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Die
Erfindung eignet sich für
verschiedene Anwendungen, wo vorzugsweise eine sicherheitskritische
Funktion, die vom Antrieb eines Stellorgans mit einer bestimmten
Stromrichtung abhängig
ist, vorhanden ist. In den Ausführungsbeispielen
wurde eine Ausführungsform
mit einer Schlüsselsperre,
beispielsweise Lenkradschloss oder Lenksperre an einem Fahrzeug,
beschrieben. Die Erfindung eignet sich vor allem für Diebstahlschutzanwendungen
an Fahrzeugen, andere Anwendungsbereiche können aber auch Türen, Garagentore,
Pumpen, drahtlose Steuereinrichtung für Fahrzeuge, Sperren von Antriebswellen
usw. sein, mit Ausführungen
der Erfindung, die im Rahmen der beigefügten Patentansprüche variiert
werden können.