DE102008044115A1

DE102008044115A1 - Schaltelement, Busschaltsystem, Steuereinheit und Verfahren zum Erkennen von Schalterstellungen einer Mehrzahl von Schaltelementen

Info

Publication number: DE102008044115A1
Application number: DE200810044115
Authority: DE
Inventors: Ruediger Karner; Hartmut Schumacher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2010-06-02

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltelement (100) mit einem ersten Kontakt (110) zur Aufnahme eines Stromes und einem zweiten Kontakt (120) zur Weitergabe zumindest eines Teils eines aufgenommenen Stromes. Ferner umfasst das Schaltelement (100) einen ersten Widerstand (1R), der zwischen den ersten (110) und zweiten Kontakt (120) geschalteten den zweiten Kontakt (120) und einen dritten Kontakt (130) geschaltet ist, wobei die Teilerschaltung (2R, S) eine Reihenschaltung aus einen zweiten bei der zweite Widerstand (2R) einen vom ersten Widerstand (1R) unterschiedlichen Wert aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erkennen von Schalterstellungen einer Mehrzahl von Schaltelementen gemäß Anspruch 1, eine Steuereinheit gemäß Anspruch 6, ein Schalelement gemäß den Ansprüchen 7 oder 11 sowie ein Busschaltsystem gemäß Anspruch 12.
Heutzutage werden im Fahrzeug Schalter benutzt um verschiedene physikalische Zustände an ein Steuergerät zu übermitteln. Darunter fallen zum Beispiel Gurtschlosskontakte, ein Beifahrerairbag-Deaktivierungsschalter, eine ”Out of Position”-Erkennung usw.. Diese Schalter werden mit einzelnen Leitungen mit dem Steuergerät verbunden und benötigen somit einzelne zum Teil sehr lange Leitungen und eigene Kontakte am Stecker des Steuergerätes. Zudem muss jeder Kontakt am Steuergerät noch gegen EMV- und ESD-Einflüsse gesichert werden, was meist mehrere Bauteile auf dem Steuergerät notwendig macht.
Die aktuell gebräuchlichste Variante sieht pro Schalter wenigstens einen Steckkontakt plus den notwendigen EMV- und ESD-Schutz am Steckkontakt, sowie je eine Zuleitung zum Schalter vor (Rückleitung entfällt meistens durch unmittelbare Verwendung des Fahrzeugchassis als Masse-Rückleiter). Diese Architektur erreicht bei einer größeren Anzahl von Schaltelementen ihre Grenzen. Die Bestrebung die Steuergeräte und somit auch die Stecker immer kleiner zu machen erfordern neue Lösungen.
Die EP 0 278 042 B1 offenbart Multiplexertechniken zum Erhalten eines Status einer Mehrzahl der Schaltervorrichtungen, die an einem Eindrahtleitungsbus angeordnet sind und mit diesem Eindraht-Leitungsbus verbunden sind. Allerdings erfordert auch die Multiplexertechnik das Vorsehen von mehreren Anschlüssen an einem Steuergerät bzw. eine aufwändige Auswertung des erhaltenen Signals von diesem Eindraht-Leitungsbus.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, ein entsprechendes Computerprogramm, ein Schaltelement sowie schließlich ein Busschaltsystem gemäß den unabhängigen Patentansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Erkennen von Schalterstellungen einer Mehrzahl von Schaltelementen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

– Beaufschlagen eines ersten von zumindest zwei Kontaktanschlüssen einer Steuereinheit mit zumindest einem Strom einer vordefinierten Stärke oder Anlegen einer vordefinierten Spannung zwischen den ersten und einen weiteren Kontaktanschluss der Steuereinheit;
– Erfassen eines sich auf den beaufschlagten Strom einstellenden Spannungswerts zwischen dem ersten und einem weiteren Kontaktanschluss oder Erfassen eines sich ansprechend auf die beaufschlagte Spannung einstellenden Stromwertes, wobei der Spannungswert oder der Stromwert eine Schalterstellung von einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten und als Spannungsteiler wirkenden Schaltelementen repräsentiert; und
– Ermitteln der Schalterstellung der Schalter der einzelnen, in Reihe geschalteten Schaltelemente auf der Basis von unterschiedlichen erfassten Spannungs- oder Stromwerten.

Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Steuergerät, das zur Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zu grunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Strom- oder Spannungssignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und der zur Durchführung von Schritten des Verfahrens nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Steuergerät oder einer Datenverarbeitungsanlage ausgeführt wird.
Außerdem schafft die vorliegende Erfindung ein Schaltelement zur Verschaltung mit weiteren Schaltelementen in einer Reihenschaltung, wobei das Schaltelement folgende Merkmale umfasst:

– einen erste Kontaktanschluss zur Aufnahme eines Stromes;
– einen zweiten Kontaktanschluss zur Weitergabe zumindest eines Teils eines aufgenommenen Stromes;
– einen ersten Widerstand, der zwischen den ersten und zweiten Kontaktanschluss geschaltet ist; und
– eine Teilerschaltung, die zwischen den zweiten Kontaktanschluss und einen dritten Kontaktanschluss geschaltet ist, wobei die Teilerschaltung eine Reihenschaltung aus einen zweiten Widerstand und einem Schalter umfasst, wobei der zweite Widerstand, einen vom ersten Widerstand unterschiedlichen Wert aufweist.

Zusätzlich schafft die vorliegende Erfindung ein Schaltelement zur Verschaltung mit weiteren Schaltelementen in einer Reihenschaltung, wobei das Schaltelement folgende Merkmale umfasst:

– einen ersten Kontaktanschluss zur Aufnahme eines Stromes;
– einen mit dem ersten Kontaktanschluss gekoppelten zweiten Kontaktanschluss zur Weitergabe zumindest eines Teils eines aufgenommenen Stromes;
– ein Frequenzfilter, das einen Eingang und einen Ausgang umfasst, wobei der Eingang mit dem ersten und zweiten Kontaktanschluss verbunden ist;
– einen ersten Widerstand, der mit dem Ausgang des Frequenzfilters verbunden ist;
– einen zweiten Widerstand, der zwischen den ersten Widerstand und einen dritten Kontaktanschluss geschaltet ist,
– einen Schalter, der parallel zum zweiten Widerstand zwischen den ersten Widerstand und den dritten Kontaktanschluss geschaltet ist.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass zur Erkennung einer Schalterstellung von Schaltern in einer Mehrzahl von Schaltelementen ein Eindraht-Bussystem verwendet werden kann, wenn die einzelnen Schaltelemente in einer Art ”Spannungsteilerschaltung” ausgebildet sind und in Reihe geschaltet werden. Auf diese Weise bewirkt die Reihenschaltung von solchen Schaltelementen dass jedes Schaltelement abhängig von seiner Position in der Schaltungsreihe und dem Schaltzustand des Schalters des Schaltelements einen charakteristischen Spannungsabfall bewirkt, der durch ein Steuergerät ausgewertet der werden kann. Insbesondere dann, wenn der erste und zweite Widerstand der Schaltelemente verschieden ist, können Spannungsstufen unterschiedlicher Größe durch das Betätigen der Schalter der einzelnen Schaltungselemente der Reihenschaltung bewirkt werden, die sich (beispielsweise unter Anwendung einer Spannungswerttabelle) einfach auswerten lassen.
Die vorliegende Erfindung bietet somit den Vorteil, dass zur Auswertung der Schalterstellung von einer Mehrzahl von Schaltern bzw. Schaltelementen lediglich ein Anschluss am Steuergerät (bei Rückführung des Stroms über Masse oder das Chassis) erforderlich ist. Hierdurch wird der Platzbedarf zur Auswertung von verschiedenen Schalterstellungen auf einer Leiterplatine deutlich reduziert. Zugleich kann die Auswertung der Schalterstellung von verschiedenen Schaltern bzw. Schaltelementen durch eine einfach realisierbare Auswertung der verschiedenen Spannungsstufen bzw. Stromstufen erfolgen, so dass kein teurer Auswertebaustein erforderlich ist. Die Anzahl der auszuwertenden Schalter hängt im Wesentlichen von der Präzision der Spannungsmessung bzw. der Strommessung ab, die jedoch selbst bei preiswerten Messkomponenten bereits sehr hoch ist. Auf diese Weise kann auch die Schalterstellung von sehr vielen in Reihe geschalteten Schaltelementen ausgewertet werden, wobei eine entsprechende Anpassung der Widerstände der Schaltelemente an die im Bussystem verwendeten Spannungen eine weitere Optimierung der Auswertbarkeit der Spannungsstufen ermöglicht.
Günstig ist es, wenn der Schritt des Ermittelns auf der Basis einer Wertetabelle erfolgt, in der ein vordefinierter Spannungswert der erfassten Spannung einer bestimmten Kombination von Schalterstellungen der Schalter der Schaltelemente zugeordnet ist. Dies bietet den Vorteil, dass eine Auswertung sehr einfach realisierbar ist, so dass wenig komplexe Auswertebausteine eine kostengünstige Auswertung der erfassen Spannungswerte bzw. Stromwerte ermöglichen.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann im Schritt des Ermittelns eine Erkennung einer Fehlfunktion der Schaltelemente auf der Basis des erfassten Spannungswertes erfolgen. Dies bietet den Vorteil, dass nicht nur eine Überwachung der Schalterstellung der Schaltelemente möglich ist, sondern auch eine kontinuierliche Überwachung des Fehlerzustandes des Gesamtsystems. Dies wiederum ermöglicht eine verbesserte Sicherheitsüberwachung, insbesondere wenn das beschriebene Verfahren in sicherheitsrelevanten Bereichen, wie beispielsweise dem Kraftfahrzeugbereich, eingesetzt wird.
Ferner kann auch im Schritt des Beaufschlagens der erste Kontaktanschluss mit Strömen oder Spannungen unterschiedlicher Frequenz beaufschlagt werden, im Schritt des Erfassens zwischen dem ersten und einem weiteren Kontaktanschluss Spannungen oder Ströme mit unterschiedlichen Frequenzen erfasst werden und im Schritt des Ermittelns die Schalterstellung der Schalter der einzelnen in Reihe geschalteten Schaltelemente auf der Basis der erfassten Spannungen oder der erfassten Ströme mit unterschiedlichen Frequenzen erfolgen. Dies bietet eine weitere Möglichkeit, die Schaltelemente an Hand der einzelnen veränderten Singale auf unterschiedlichen Frequenzen erkennen zu können, so dass die Zuordnung der Schaltelemente in der Reihenschaltung eindeutig möglich ist.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ferner ein dritter Widerstand vorgesehen, der zur Teilerschaltung parallel geschaltet ist. Dies bietet den Vorteil, einen Fehler in dem Schaltelement, beispielsweise einen Bruch in der Leitung zwischen dem ersten Kontaktanschluss und dem dritten Kontaktanschluss erkennen zu können, da durch den dritten Widerstand immer ein gewisser vordefinierter Spannungsabfall an dem Schaltelement (in der jeweiligen Position in der Reihenschaltung) aufzutreten hat. Ist jedoch die oben genannte Verbindung zwischen dem ersten und dritten Kontaktanschluss durch einen Defekt des Schaltelementes unterbrochen, tritt dieser vordefinierte Spannungsabfall nicht auf, so dass eine Steuereinheit einen solchen Defekt des Schaltelementes an der entsprechenden Stelle in der Reihenschaltung erkennen kann.
Wenn der dritte Widerstand im Wesentlichen den gleichen Wert wie der zweite Widerstand aufweist, kann auch eine Halbierung des Widerstandswertes des zweiten Widerstandes erreicht werden, wenn der Schalter in dem entsprechenden Schaltelement geschlossen ist. Eine solche Wahl für den Wert des dritten Widerstandes in Bezug zum zweiten Widerstand ermöglicht einen sehr großen Spannungsunterschied zwischen einem defekten und einem fehlerfrei arbeitenden Schaltelement, so dass eine Erkennung eines solchen Fehlers durch die Steuereinheit einfach möglich ist.
Auch kann der zweite Widerstand einen Wert aufweisen, der im Wesentlichen doppelt oder vierfach so groß ist wie der erste Widerstand. Dies ermöglicht auch eine gute Abstufungsmöglichkeit der Spannungsstufen (auch bei einer Parallelschaltung des dritten Widerstandes zum zweiten Widerstand), so dass durch eine möglichst große Differenz der einzelnen, in einer solchen Reihenschaltung auftretenden Spannungen (bzw. Spannungsstufen) eine Auswertung der Schalterstellungen der Schalter der Schaltelemente erleichtert wird.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Busschaltsystem geschaffen, das folgende Merkmale umfasst:

– ein erstes Schaltelement wie es vorstehend beschrieben wurde; und
– ein zweites Schaltelement wie es vorstehend beschrieben wurde, wobei der erste Kontaktanschluss des zweiten Schaltelementes mit dem zweiten Kontaktanschluss des ersten Schaltelementes und der dritte Kontaktanschluss des ersten Schaltelementes mit den dritten Kontaktanschluss des zweiten Schaltelementes verbunden sind.

Durch ein derartig ausgebildetes Bussystem können die besonderen Vorteile der Hintereinanderschaltung der vorstehend beschriebenen Schaltelemente realisiert werden, wobei lediglich auf einen einfachen Eindraht-Leitungsbus zurückgegriffen werden braucht.
Insbesondere vorteilhaft ist ein Busschaltsystem, das eine Steuereinheit aufweist, die ausgebildet ist, um den ersten Kontaktanschluss des ersten Schaltelements mit einen Strom oder einer Spannung zu beaufschlagen und eine Spannung zwischen dem ersten und dritten Kontaktanschluss des ersten Schaltelements oder einen Strom am ersten Kontaktanschluss zu erfassen. Dies bietet den Vorteil, dass die Spannung auf die verwendeten Widerstandwerte in den Schaltelementen abgestimmt werden kann, so dass eine möglichst große Spannungs- oder Stromdifferenzen eine möglichst präzise Auswertung der Schalterstellungen erlaubt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigt:
1 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Schaltelement;
2 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Busschaltsystems mit in Reihe verschalteten Schaltelementen;
3 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Eindraht-Busschaltsystems mit in Reihe angeordneten Schaltelementen;
4 ein schematisches Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Schaltelement mit einer Fehlererkennungsmöglichkeit;
5 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Busschaltsystems mit in Reihe verschalteten Schaltelementen;
6 ein schematisches Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Schaltelement mit einer Erkennungsmöglichkeit des Schaltelements auf der Basis einer Frequenzselektion;
7 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung als Busschaltsystem, wobei eine Erkennung der einzelnen in Reihe angeordneten Schaltelemente auf der Basis einer Frequenzunterscheidung erfolgt;
8 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren.
Eventuell angegebene Dimensionen und Maße sind nur exemplarisch, so dass die Erfindung nicht auf diese Dimensionen und Maße beschränkt ist. Gleiche oder ähnliche Elemente sind mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden können oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können.
Um die genannten Nachteile im Stand der Technik zu überwinden, kommt der nachfolgend näher beschriebene Ansatz gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Tragen. Im einfachsten Fall wird nur ein Steuergeräte-Kontakt für einen Bus mit der Auswertemöglichkeit von beispielsweise bis zu 6 Schaltern benötigt. Der Bus kann unterschiedlich ausgeführt sein. So kann zum Beispiel eine konstante Spannung an ihm angelegt und der Stromfluss gemessen werden. Eine andere Möglichkeit ist die Einprägung eines konstanten Stromes an einem Eingang des Bussystems. Hierbei erhält man den Schalterzustand der Schalter über die Bewertung der gemessenen Spannung. Zur Bestimmung der Stellung eines bestimmten Schalters kann auch eine Wechselspannung unterschiedlicher Frequenz verwendet werden.
Die vorgestellte Erfindung beschreibt ein Verfahren, bei dem mehrere Schalter in einer Busstruktur angeordnet werden. Es wird nur noch ein Leitungspaar zum Anschluss an das Steuergerät benötigt. Damit reduziert sich die Zahl der benötigten Steckerkontakte zusammen mit dem jeweiligen ESD- und EMV-Schutz. Zudem wird eine Verbindungsleitung eingespart. Um eine eindeutige Schalterer kennung auf dem Bus zu ermöglichen gibt es verschiedene Möglichkeiten der Schalterausführung und verschiedene Systeme des ”Physical Bus Layers”.
Die Erfindung zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass die Schalter nicht mehr an einzelnen Zuleitungen mit dem Steuergerät, sondern über einen ”Single Wire”-Bus, d. h. einen Bus mit lediglich einer Leitung, in Verbindung stehen. Da nach wie vor jedem Schalter eine gewisse Funktion zugeordnet ist, sollte der Schalter im Bus eindeutig erkennbar sein. Um dies zu verwirklichen gibt es nun verschieden Möglichkeiten, die nachfolgend näher vorgestellt werden.
Ein erster Lösungsansatz besteht entsprechend dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel darin, ein Schaltelement 100 vorzusehen, bei dem ein mit Konstantstrom gespeistes R2R-Netzwerk verwendet wird. In diesem Lösungsansatz wird ein Schaltelement verwendet, das beispielsweise zwei Widerstände 1R und 2R umfasst, von denen einer (1R) in Serie zur Busleitung und der andere (2R) über einen Schalter S nach Masse verschaltet ist. Der erste Widerstand 1R und der zweite Widerstand 2R sind günstigerweise voneinander unterschiedlich. Beispielsweise ist der erste Widerstand 1R halb so groß wie der zweite Widerstand 2R, um eine möglichst große Spannungsdifferenz beim Öffnen und Schließen des Schalters S zu erhalten, welche einfach auszuwerten ist.
Mehrere gemäß 1 aufgebaute Schaltelemente 100 können nun zu einem Bussystem 200 verschaltet werden, wie es in 2 schematisch dargestellt ist. Hierzu kann ein erster Kontaktanschluss 110 als „BUS IN”-Kontakt zur Kontaktierung mit einem Steuergerät 210 oder einem vorhergehenden Schaltelement 100, ein zweiter Kontaktanschluss 120 als „BUS OUT”-Kontakt zur Verbindung mit einem nachfolgenden Schaltelement 110 und ein gemeinsamer dritter Kontaktanschluss 130 als Rückleitung oder Chassis-Masse vorgesehen sein bzw. verwendet werden.
Bei einer Serienschaltung 200 von mehreren gemäß 1 aufgebauten Schalelementen 100 und bei Beaufschlagung dieser Serienschaltung (wie es in 2 dargestellt ist) mit einer vordefinierten Spannung oder einem vordefinierten Strom durch ein Steuergerät 210 werden unterschiedlich große Spannungsabfälle bei einer unterschiedlichen Schalterstellung der einzelnen Schalter S der Schaltelemente 100 bewirkt. Wären die Wiederstände 1R und 2R gleich groß würden beispielsweise Spannungen am Buseingang hervorgerufen, die sich um Faktoren unterscheiden, so das eine eindeutige Zuordnung der Schalterstellung und der möglichen Fehler der Schalter S der jeweiligen Schaltelemente 100 auf der Basis des erkannten Spannungswertes oder des erkannten Stromwertes am Steuergerät 210 erschwert wären.
Als Bus 200 werden nun mehrere solcher gleichartiger Schaltelemente 100 hintereinander geschaltet. In 2 ist eine Reihenschaltung von 3 solchen Schaltelementen 100a 100b, 100c dargestellt. Da jede Schaltergruppe 100 parallel zum Querwiderstand 2R der vorigen Stufe liegt, kann man bei einem eingeprägten Konstantstrom I Konstant nun anhand des Spannungsabfalls ”U” den Schaltzustand eines jeden Schalters S der drei Schaltelemente 100a, 100b und 100c erkennen. Die maximal mögliche Anzahl der Schalter S am Bus ergibt sich aus der Höhe des Konstantstromes und der Auflösung des Spannungsmessers, da mit zunehmender Zahl der Schalter S die Spannungsänderung bei Schalterbetätigung immer kleiner wird. Der besondere Vorteil dieser Methode liegt darin, dass nur eine einzige Sorte von Schaltern bzw. Schalelementen 100 zu verwenden ist, was die Lagerhaltung und die Komplexität eines Aufbaus des Bussystems 200 deutlich verringert.
Auch kann als Alternative ein Eindraht-Schalterbus ohne Rückleitung verwendet werden, wenn das Fahrzeugchassis als Rückleiter dient. Ein derartiges System ist als beispielhaftes schematisches Blockschaltbild in 3 wiedergegebenen. Hierin ist jedes Schalterelement 100a, 100b und 100c gleich aufgebaut und besitzt drei Anschlüsse. Ein erster Kontaktanschluss 110 ist als „BUS IN”-Kontakt zur Kontaktierung mit dem Steuergerät 210 oder einem vorhergehenden Schalelement 100, ein zweiter Kontaktanschluss 120 ist als „BUS OUT”-Kontakt zur Verbindung mit einem nachfolgenden Schaltelement 110 und ein gemeinsamer dritter Kontaktanschluss 130 ist als Rückleitung oder Chassis-Masse vorgesehen.
Ein Nachteil der Anordnung von Elementen in einem Schaltelement gemäß 1 (bzw. gemäß 2 und 3) besteht allerdings darin, dass eine Unterbrechung im Querzweig eines Schalterelementes 100 (d. h. in der Teilerschaltung mit dem zweiten Widerstand 2R und dem Schalter S) nicht erkannt wird, da eine Unterbrechung gegenüber der zulässigen offenen Schalterstellung am Eingang der BUS-Kette in der Mess-Spannung nicht unterscheidbar ist. Ein solcher Unterbrechungsfehler in einem Schaltelement 100 lässt sich jedoch mit einer beispielhaften Verschaltungstopologie eines Schaltelementes 100 gemäß der Darstellung aus 4 erkennen. In einem derart aufgebauten Schaltelement 100 ist zur Teilerschaltung, bestehend aus dem zweiten Wiederstand 2R und dem Schalter S, ein dritter Widerstand 400 parallelgeschaltet. Dieser dritte Widerstand 400 stellt sicher, dass bei fehlerfreier Funktion immer ein Spannungsabfall an den Schaltelementen 100 im Querzweig entsteht, so dass eine Unterbrechung im Querzweig der jeweiligen Schaltelemente 100 in der entsprechenden Position in der Reihenschaltung erkannt werden kann. Weiterhin kann auch der dritte Widerstand 400 einen gleichen Wert wie der zweite Widerstand haben, wodurch die Spannungsdifferenz zwischen geschlossenem und geöffnetem Schalter im Schaltelement möglichst groß ist und damit eine Auswertung der Schalterposition des Schalters S des Schaltelementes in der jeweiligen Position in der Reihenschaltung 200 erleichtert wird.
Nachfolgend wird ein detaillierteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und dessen Wirkungsweise unter Zuhilfenahme von 5 näher erläutert. In 5 ist hierfür ein schematisches Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung mit zwei Schaltelementen S1 und S2 bei gemeinsamer Rückverbindung über das Masse-Chassis dargestellt. Zur besseren Unterscheidbarkeit wurden der erste, zweite und dritte Kontaktanschluss des ersten Schaltelementes S1 mit a1, b1, und c1 bezeichnet, wogegen der erste, zweite und dritte Kontaktanschluss des zweiten Schaltelementes S2 mit a2, b2 und c2 bezeichnet wurde. Für die Schaltelemente S1 und S2 wurde eine Schaltelementstruktur gemäß der Darstellung aus 4 verwendet.
Das Ausführungsbeispiel wurde unter der Voraussetzung ermittelt, dass die maximal zulässige Mess-Spannung je nach Toleranz des Steuergerät-internen Spannungsreglers zur Versorgung/Referenz des Analog/Digital-Wandlers (ADC) im Bereich U_max = 4.68–5.33 V liegt. Als Wert für einen Widerstand R wurde R = 35 verwendet, d. h. 1R = 35 Ω, 2R = 70 Ω und 4R = 140 Ω.

Die nachfolgende Tabelle gibt die erhaltenen gemessenen Spannungswerte für die verschiedenen Schaltzustände des Schaltelements des BUS wieder:

	Spannungsmesswert
Fehler: Unterbrechung BUS VERBINDUNG OUT – a1
Schalterstellung S1, S2 beliebig	5 V
Fehler: Unterbrechung BUS VERBINDUNG b1 – a2
Schalterstellung S1 offen (0), S2 beliebig	3.5 V
Fehler: Unterbrechung BUS VERBINDUNG b1 – a2
Schalterstellung S1 zu (1), S2 beliebig	2.1 V
Fehler: Unterbrechung MASSE VERBINDUNG c1 – GND
Schalterstellung S2 offen (0), S1 beliebig	4.2 V
Fehler: Unterbrechung MASSE VERBINDUNG c1 – GND
Schalterstellung S2 zu (1), S1 beliebig	2,8 V
Fehler: Unterbrechung MASSE VERBINDUNG c2 – GND
Schalterstellung S1 offen (0), S2 beliebig	3.5 V
Fehler: Unterbrechung MASSE VERBINDUNG c2 – GND
Schalterstellung S1 zu (1), S2 beliebig	2.1 V
Schalterstellung S1 = 0, S2 = 0	2.25 V
Schalterstellung S1 = 1; S2 = 0	1.7 V
Schalterstellung S1 = 0, S2 = 1	1.9 V
Schalterstellung S1 = 1, S2 = 1	1.54 V

Anhand der Tabelle lässt sich leicht erkennen, dass sich Funktionszustände wie Fehlerzustände gut unterscheiden lassen. Der BUS 200 kann selbstverständlich (ausreichende ADC-Auflösung vorausgesetzt) um weitere Teilnehmer S3, S4, ..., Sn erweitert werden.
Unter der Annahme einer Obergrenze von Teilnehmern (z. B. max. 3) lassen sich auch andere Widerstandsverhältnisse wählen, damit die verschiedenen Schalterzustände und Fehlerzustände der BUS-Anordnung eine gute Differenzierung erfahren.
Eine weitere Möglichkeit den Bus auszuführen besteht darin, den Konstantstrom (bzw. eine konstante Spannung) mit unterschiedlichen Frequenzen zu modulieren. Jedes Schaltelement 100 benötigt dann beispielsweise ein (unterschiedliches) Bandpassfilter 600, so dass die Topologie der Schaltelemente entsprechend dem in 6 dargestellten schematischen Blockschaltbild ausgelegt sein könnte. So kann nur der Strom (bzw. die Spannung) mit der für das Schaltelement richtigen Frequenz f1, f2 bzw. f3 durch die Widerstände R1 und R2 (mit den Werten 1R bzw. 2R) fließen und einen Spannungsabfall an diesen Widerständen hervorrufen, der dann am Steuergerät 210 (beispielsweise mit einem Voltmeter) gemessen wird. Eine entsprechende Anordnung von Schalelementen 100a, 100b, 100c in einem Bussystem 200 mit einem Steuergerät 210 ist in 7 dargestellt. Die mögliche Anzahl der Schaltelemente 100a, 100b, 100c pro Bus 200 wird hierbei in erster Linie durch die Schmalbandigkeit der Bandpassfilter 600a, 600b und 600c bestimmt. Als Nachteil ist ein relativ kompliziertes zu verwendendes Schaltelement 100a, 100b bzw. 100c zu nennen, da die einzelnen Schaltelemente für unterschiedliche Frequenzen f1, f2 bzw. f3 ausgelegte Bandpassfilter benötigen. Die Verwendung von standardisierten Schaltelementen 100 wird hierdurch erschwert, da für jede Frequenz ein Schaltelement 100 benötigt wird, was die Lagerhaltung und Logistik erschwert.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren 800 zum Erkennen von Schalterstellungen einer Mehrzahl von Schaltelementen. Das Verfahren umfasst dabei einen ersten Schritt des Beaufschlagens 810 eines ersten 110 von zumindest zwei 110, 130 Kontaktanschlüssen einer Steuereinheit 210 mit zumindest einem Strom einer vordefinierten Stärke oder ein Anlegen einer vordefinierten Spannung zwischen den ersten 110 und einen weiteren Kontaktanschluss 130 der Steuereinheit 210. In einem anschließenden Schritt umfasst das Verfahren einen Schritt des Erfassens 820 eines sich auf den beaufschlagten Strom einstellenden Spannungswerts zwischen dem ersten 110 und einem weiteren 130 Kontaktanschluss, oder einem Erfassen eines sich ansprechend auf die beaufschlagten Spannung einstellenden Stromwertes, wobei der Spannungswert oder Stromwert eine Schalterstellung von einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten und als Spannungsteiler wirkenden Schaltelementen 100 repräsentiert. In einem dritten Schritt umfasst das Verfahren 800 einen Schritt des Ermittelns 830 der Schalterstellung der Schalter der einzelnen, in Reihe geschalteten Schaltelemente 100 auf der Basis von unterschiedlichen erfassten Spannungs- oder Stromwerten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0278042 B1 [0004]

Claims

Verfahren (800) zum Erkennen von Schalterstellungen von Schaltern (S) einer Mehrzahl von Schaltelementen (100), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Beaufschlagen (810) eines ersten (110) von zumindest zwei (110, 130) Kontaktanschlüssen einer Steuereinheit (210) mit zumindest einem Strom einer vordefinierten Stärke oder Anlegen einer vordefinierten Spannung zwischen den ersten (110) und einen weiteren (130) Kontaktanschluss der Steuereinheit (210); – Erfassen (820) eines sich auf den beaufschlagten Strom einstellenden Spannungswert zwischen dem ersten (110) und einem weiteren (130) Kontaktanschluss, oder Erfassen eines sich ansprechend auf die beaufschlagte Spannung einstellenden Stromwertes, wobei der Spannungswert oder Stromwert eine Schalterstellung von Schaltern (S) einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten und als Spannungsteiler wirkenden Schaltelementen (100) repräsentiert; und – Ermitteln (830) der Schalterstellung der Schalter (S) der einzelnen, in Reihe geschalteten Schaltelemente (100, 100a, 100b, 100c) auf der Basis von unterschiedlichen erfassten Spannungs- oder Stromwerten.
Verfahren (800) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ermittelns (830) auf der Basis einer Wertetabelle erfolgt, in der zumindest ein vordefinierter Spannungswert der erfassten Spannung oder ein vordefinierter Stromwert des erfassten Stromes einer bestimmten Kombination von Schalterstellungen der Schalter (S) der Schaltelemente (100, 100a, 100b, 100c) zugeordnet ist.
Verfahren (800) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns (830) eine Erkennung einer Fehlfunktion der Schaltelemente (100, 100a, 100b, 100c) auf der Basis des erfassten Spannungswertes oder des erfassten Stromwertes erfolgt.
Verfahren (800) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Beaufschlagens (810) der erste Kontaktanschluss (110) mit Strömen unterschiedlicher Frequenz beaufschlagt wird oder zwischen den ersten (110) und einen weiteren Kontaktanschluss (130) Spannungen mit unterschiedlicher Frequenz angelegt werden, im Schritt des Erfassens (820) zwischen dem ersten (110) und einem weiteren (130) Kontaktanschluss Spannungen mit unterschiedlichen Frequenzen erfasst werden oder an einem Kontaktanschluss (110, 130) Ströme mit unterschiedlicher Frequenz erfasst werden und im Schritt des Ermittelns (830) die Ermittlung der Schalterstellung der Schalter (S) der einzelnen, in Reihe geschalteten Schaltelemente (100, 100a, 100b, 100c) auf der Basis der erfassten Spannungen oder Ströme mit unterschiedlichen Frequenzen erfolgt.
Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung von Schritten eines Verfahrens (800) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wenn das Computerprogramm auf einer Datenverarbeitungsanlage (210) ausgeführt wird.
Steuergerät (210), das zur Ausführung des Verfahrens (800) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet ist.
Schaltelement (100) mit folgenden Merkmalen: – einem erste Kontakt (110) zur Aufnahme eines Stromes; – einen zweiten Kontakt (120) zur Weitergabe zumindest eines Teils eines aufgenommenen Stromes; – einen ersten Widerstand (1R), der zwischen den ersten (110) und zweiten Kontakt (120) geschaltet ist; und – eine Teilerschaltung (2R, S), die zwischen den zweiten Kontakt (120) und einen dritten Kontakt (130) geschaltet ist, wobei die Teilerschaltung (2R, S) eine Reihenschaltung aus einen zweiten Widerstand (2R, 4R) und einem Schalter (S) umfasst, wobei der zweite Widerstand (2R, 4R), einen vom ersten Widerstand (1R) unterschiedlichen Wert aufweist.
Schaltelement (100) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein dritter Widerstand (4R, 400) vorgesehen ist, der zur Teilerschaltung (4R, S) parallel geschaltet ist.
Schaltelement (100) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Widerstand (400, 4R) im Wesentlichen den gleichen Wert wie der zweite Widerstand (4R) aufweist.
Schaltelement (100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Widerstand (2R) einen Wert aufweist, der im Wesentlichen doppelt oder vierfach so groß ist wie der erste Widerstand (1R).
Schaltelement (100) mit folgenden Merkmalen: – einem erste Kontakt (110) zur Aufnahme eines Stromes; – einen mit dem ersten Kontakt (110) gekoppelten zweiten Kontakt (120) zur Weitergabe zumindest eines Teils eines aufgenommenen Stromes; – ein Frequenzfilter (600), das einen Eingang und einen Ausgang umfasst, wobei der Eingang mit dem ersten (110) und zweiten (120) Kontakt verbunden ist; – einen ersten Widerstand (1R), der mit dem Ausgang des Frequenzfilters (600) verbunden ist; – einen zweiten Widerstand (2R), der zwischen den ersten Widerstand (1R) und einen dritten Kontakt (130) geschaltet ist, – einen Schalter (S), der parallel zum zweiten Widerstand (2R) zwischen den ersten Widerstand (1R) und den dritten Kontakt (130) geschaltet ist.
Busschaltsystem (200) das folgende Merkmale umfasst: – ein erstes Schaltelement (100a, 100b) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, – ein zweites Schaltelement (100b, 100c) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei der erste Kontakt (a2) des zweiten Schaltelementes (100b, 100c) mit dem zweiten (b1) Kontakt des ersten Schaltelementes (100a, 100b) und der dritte Kontakt (c1) des ersten Schaltelementes (100a, 100b) mit den dritten Kontakt (c2) des zweiten Schaltelementes (100b, 100c) verbunden sind.
Busschaltsystem (200) gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Steuereinheit (210) aufweist, die ausgebildet ist, um den ersten Kontaktanschluss (a1) des ersten Schaltelements (100a, 100b) mit einen Strom zu beaufschlagen und eine Spannung zwischen dem ersten (a1) und dritten (c1) Kontakt des ersten Schaltelements (100a, 100b) zu erfassen oder eine Spannung zwischen einen ersten Kontaktanschluss (a1) und einen weiteren Kontaktanschluss (c1) anzulegen und einen Strom am ersten Kontaktanschluss (a1) zu erfassen.