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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen codierten Getriebepositionsschalter
mit einem Betätigungselement,
das zumindest in eine erste, zweite, dritte und vierte Schaltposition
versetzbar ist, und einem Matrixgeber, der an das Betätigungselement
mechanisch gekoppelt ist, zur Abgabe eines für die jeweilige Schaltposition
spezifischen, einer Matrixspalte entsprechenden, vierstelligen Codes,
wobei zwischen jeder Schaltposition zumindest eine Zwischenposition
besteht, für
die ebenfalls jeweils ein vierstelliger Code abgebbar ist. Darüber hinaus
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Diagnostizieren
eines codierten Getriebepositionsschalters.
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Zum
Schalten von Automatikgetrieben werden Positionsschalter verwendet.
Diese verfügen über die Stellungen
P für Parken,
R für Rückwärtsfahrt,
N für Leerlauf
und D für
Vorwärtsfahrt.
Darüber
hinaus sind je nach Autotyp weitere Schaltstellungen vorgesehen.
Beispielsweise die Position S für
sportliche Fahrweise und/oder 5, 4 und 3 als Begrenzungspositionen
für die
jeweilig höchste
Gangstufe.
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Die
Stellung des Positionsschalters wird in der Regel nicht mechanisch
sonder elektrisch zum Getriebe übertragen.
Hierzu werden Codes verwendet, die die Stellung des Bedienhebels
beziehungsweise Positionsschalters eindeutig wiedergeben. Die Codes
werden mit Hilfe von matrixförmigen
Schaltern erzeugt, wobei eine Schaltposition durch eine Matrixspalte
codiert ist.
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Die
elektronische Realisierung von derartigen Codeschaltern erfolgt
durch Schleifkontakte, die eine entsprechende Schleifkontaktmatrix
abgreifen. Damit lässt
sich das Potential mehrerer paralleler Leitungen codieren. Alternativ
besitzt der Codeschalter eine magnetisch codierte Platte, die magnetische
und magnetisch neutrale Bereiche aufweist und die mit Hall-Sensoren
abge griffen wird. Hierzu wird diese magnetisch codierte Platte entlang
der Hall-Sensoren
durch ein Bedienelement verschoben.
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Der
durch die Schleifkontakte beziehungsweise Hall-Sensoren abgegriffene
Code wird an das Getriebesteuergerät weitergeleitet. Das Getriebesteuergerät erfasst
die aktuelle Getriebeposition entsprechend dem Code.
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Das
Schalten von einer Getriebeposition in eine andere kann beim Schaltvorgang
zu einem undefinierten Zustand des Positionsschalters führen. Daher
sind aus Sicherheitsgründen
und zur Gewinnung eines Störabstands
Zwischenpositionen beziehungsweise -stellungen zwischen den Schaltstellungen
eingefügt.
Die Zwischenstellungen sind ebenfalls entsprechend codiert. Folglich
ist die Codelänge
durch die Anzahl der Schaltstellungen und unterschiedlichen Zwischenstellungen
vorgegeben. Da die Gesamtzahl der Schaltpositionen und Zwischenstellungen üblicherweise
zwischen 8 und 16 liegt, wird vorzugsweise eine Binärcodierung mit
einem vierstelligen Code verwendet.
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An
die Codierung werden folgende Anforderungen gestellt:
- 1. Die Getriebeposition muss eindeutig erkannt werden können. Dies
bedeutet, dass jeder Position ein eindeutiges Codewort zugeordnet
ist und vorteilhafterweise jedem Codewort eine eindeutige Schalt-,
Zwischen- oder Fehlerposition
zugeordnet wird.
- 2. Zwischen den Stellungen P, R, N, D und 5 beziehungsweise
S gibt es je eine andere Zwischenstellung. Alle weiteren Zwischenstellungen
zwischen 5, 4, 3 usw. können
gegebenenfalls gleich sein. Der Grund hierfür liegt darin, dass zwischen
den Stellungen P, R, N, D und 5 beziehungsweise S ein ausreichend
hoher Störabstand
gegeben sein muss. Insbesondere ist aus Sicherheitsgründen zwischen
den kraftschlusslosen und kraftschlüssigen Zuständen, die sich beim Schalten
von P auf D mehrmals abwechseln, zu unterscheiden. Die Eindeutigkeit
eines Schaltvorgangs zwischen diesen kraftschlusslosen und kraftschlüssigen Zuständen kann
erhöht
werden, indem zwischen diesen kritischen Stellungen unterschiedliche
Zwischenstellungen eingefügt
und detektiert werden. Die Differenzierung der unterschiedlichen
Zwischenposition zwischen den Getriebepositionen D, 5, 4, 3 usw.
ist vom Sicherheitsaspekt her weniger kritisch, da es sich jeweils
um kraftschlüssige
Vorwärtsfahrpositionen
handelt. Daher können
die Zwischenstellungen zwischen den Positionen 5, 4, 3 usw. auch
gleich sein.
- 3. Bei Rückwärtsfahrt
(Position R) darf erst ein Doppelfehler zum Erkennen von Vorwärtsfahrt
führen.
Dies gilt selbstverständlich
auch umgekehrt. Folglich muss sich der Code beispielsweise zwischen
der Position R und der Position D in zwei Stellen unterscheiden.
Damit wird ebenfalls die Sicherheit beim Betreiben eines Kraftfahrzeugs
erhöht.
- 4. Zwischen zwei benachbarten Positionen darf sich zur Vermeidung
zweideutiger Übergangszustände jeweils
nur ein Bit ändern.
D. h. jede Schaltposition unterscheidet sich von einer angrenzenden
Zwischenposition um genau ein Bit.
- 5. Die Codierung für
die Positionen P und N ist vorgegeben und lautet für P 0010
und für
N 0100. Die Ursache hierfür
liegt an auf dem Markt bereits eingeführten elektronischen Bausteinen,
die entsprechend ihrer Hardware bei den Positionen P und N ein Startfreigabesignal
erzeugen. Eine Änderung
dieser Bausteine wäre
aus wirtschaftlichen Gründen
nicht vertretbar.
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Aufgrund
dieser Anforderungen an die Codierung werden bei vielen Kraftfahrzeugen
die in den folgenden Tabellen dargestellten Positionsschaltercodierungen
eingesetzt. Bei Getrieben, bei denen neben den geläufigen Schaltpositionen
P, R, N und D gegebenenfalls noch die Begrenzungspositionen 5, 4
und 3 vorgesehen sind, wird die Codierung gemäß Tabelle 1 verwendet: Tabelle
1: Positionsschaltercodierung
gemäß dem Stand
der Technik
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Hierbei
bedeuten L1, L2, L3 und L4 die Codestellen für jedes Codewort beziehungsweise
die elektrischen Leitungen, an denen die jeweiligen Potentiale übertragen
werden. Die Schaltpositionen sind mit P, R, N, D, 5, 4 und 3 gekennzeichnet,
während
die Zwischenpositionen mit Z1, Z2, Z3 und Z4 bezeichnet sind. Die einzelnen
Codewörter
für die
unterschiedlichen Schalt- und
Zwischenpositionen ergeben sich aus den Spalten der Tabelle.
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Nachdem
nur elf verschiedene Codes für
die Schalt- und Zwischenpositionen verwendet sind, können die
restlichen fünf
vierstelligen Binärcodes
für die
Fehlerdiagnose verwendet werden. Dementsprechend sind im zweiten
Teil der Tabelle 1 fünf
Fehlercodes F1 bis F5 dargestellt. Diese Fehlercodes F1 bis F5 ergeben
sich unter Umständen,
wenn ein Bit der Codes der Schalt- oder Zwischenpositionen falsch gesetzt
ist. Um einen Defekt des Positionsschalters beziehungsweise eines
seiner Sensoren feststellen zu können,
ist es jedenfalls notwendig, dass ein Fehlercode auftritt und detektiert
wird.
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Falls
einer der Sensoren für
die vier Code-Bits defekt ist oder unkorrekt versorgt wird, ergibt
sich insgesamt ein fehlerhaftes Codewort oder ein Codewort, das
einer anderen Zwischen- oder Schaltposition als der zu detektierenden
entspricht. Es ist daher notwendig entsprechende Fehler zielgerichtet
erkennen zu können.
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Am
Beispiel eines Hall-Sensors, der die magnetischen und magnetisch
neutralen Bereiche einer magnetisch codierten Platte abgreift, sei
die Fehlererkennung im Weiteren näher erläutert. Der Hall-Sensor besitzt für die Spannungsversorgung
zwei Leitungen und darüber
hinaus eine Signalleitung zur Abgabe des Sensorsignals. Falls der
Hall-Sensor defekt ist, liefert er ein konstantes Signal. Das zu
detektierende Bit bleibt damit fälschlicherweise
immer konstant. Wenn eine der Versorgungsleitungen einen Kurzschluss
zur Fahrzeugkarosserie oder zum Pluspol der Kraftfahrzeugelektrik
aufweist und damit die Spannungsversorgung des Hall-Sensors unterbrochen
ist, können
mit dem Hall-Sensor ebenfalls keine magnetischen und magnetisch neutralen
Bereiche mehr unterschieden werden. Ferner besteht die Möglichkeit,
dass die Signalleitung des Hall-Sensors zu einer Versorgungsleitung
oder zu der Karosserie des Kraftfahrzeugs etc. einen Kurzschluss aufweist.
Auch in diesem Fall ist das Sensorsignal nicht mehr korrekt und
die entsprechenden Schalt- und Zwischenpositionen können nicht
mehr korrekt erkannt werden.
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Bei
der elektronischen Umsetzung der Codierung kann beispielsweise die
Null des Binärcodes
bedeuten, dass ein zur Auswertung verwendeter Transistor inaktiv
ist beziehungsweise sperrt und sich eine entsprechende Sig nalleitung
auf dem Pegel "Hoch" befindet. Bei einer
binären
Eins dagegen ist der Transistor aktiv beziehungsweise leitend und
die Signalleitung befindet sich auf dem Pegel "Niedrig".
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Die
auftretenden Fehler lassen sich in zwei Kategorien einteilen. Zum
einen ein Kurzschluss zu einer positiven Versorgungsleitung beziehungsweise
eine Unterbrechung, wodurch das Bit 1 zum Bit 0 wird. Zum anderen
werden Fehler dadurch verursacht, dass ein Kurzschluss zur Masse
vorliegt, wodurch ein Bit 0 zu einem Bit 1 wird. Die Tabellen 2
und 3 zeigen diese Fehlervarianten und die resultierenden Codes. Tabelle
2: Fehlererkennung
bei Kurzschluss zum Pluspol
Tabelle
3: Fehlererkennung
bei Kurzschluss zur Masse
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Wenn
nun beispielsweise der Sensor für
die Linie beziehungsweise Leitung L3 einen Kurzschluss zur positiven
Versorgungsleitung aufweist, wird in der Parkstellung P gemäß Tabelle
1 das Bit 1 zu einem Bit 0, wodurch sich das Codewort 0000 ergibt.
Dieses Codewort entspricht gemäß dem zweiten
Teil von Tabelle 1 dem Fehlercode F1. Dementsprechend ist in Tabelle
2 in der Parkposition P an der Stelle L3 der Fehlercode F1 eingetragen.
Da die übrigen
Bits in der Position P 0 sind, ändern
sie sich nicht, auch wenn beim jeweiligen Sensor ein Kurzschluss
zur positiven Versorgungsleitung vorliegt. Dementsprechend sind
in Tabelle 2 an den Stellen L1, L2 und L4 in der Parkposition P
Striche eingezeichnet. Gleichermaßen könnten diese Striche mit P gefüllt werden,
da der Code immer der Position P entspricht, ob die Sensoren einen
Kurzschluss zur positiven Versorgungsleitung aufweisen oder nicht.
Sinngemäß ergeben
sich die weiteren Werte für
die Schalt- und Zwischenpositionen von Tabelle 2.
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Liegt
demgegenüber
ein Kurzschluss zur Masse beziehungsweise zur Karosserie des Kraftfahrzeugs vor,
so wird ein Bit 0 als Bit 1 erkannt. Falls nun der Sensor für die Stelle
L1 den Massekurzschluss aufweist, ergibt sich das Codewort 1010.
Dementsprechend ist in Tabelle 3 der Position P an der Stelle L1
der Fehlercode F3 eingetragen. Die weiteren Einträge in Tabelle
3 ergeben sich wieder sinngemäß.
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Eine
alternative Variante der Positionsschaltercodierung ist in Tabelle
4 dargestellt. Dort sind die Schaltpositionen auf die Stellungen
P, R, N, D und S begrenzt. Dazwischen befinden sich die Zwischenstellungen
Z1 bis Z4. Tabelle
4: Alternative
Positionsschaltercodierung gemäß dem Stand
der Technik
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Bei
dieser alternativen Positionsschaltercodierung werden lediglich
neun Codewörter
für die
verschiedenen Schalt- und Zwischenpositionen verwendet. Die übrigen sieben
Codewörter
werden für
die Fehlererkennung benutzt. Dementsprechend ergeben sich die Fehlercodes
F1 bis F7. Auch diese Codierung erfüllt sämtliche oben genannten fünf Bedingungen. Tabelle
5: Fehlererkennung
bei Kurzschluss zum Pluspol
Tabelle
6: Fehlererkennung
bei Kurzschluss zur Masse
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Tabelle
5 zeigt wiederum den Fall eines Kurzschlusses der Signalleitung
zu einer positiven Versorgungsleitung beziehungsweise deren Unterbrechung.
Ebenso zeigt Tabelle 6 die Codewörter,
die sich ergeben, wenn der jeweilige Sensor für die Leitungen beziehungsweise
Linien L1 bis L4 einen Kurzschluss zur Masse besitzt. Im Falle eines
Fehlers ergeben sich auch hier entweder einer der plausiblen Zustände P, R,
N, D, S, Z1, Z2, Z3 und Z4 oder aber einer der Fehlerzustände F1 bis
F7. Eine Störung
kann aber nur erkannt werden, wenn eine undefinierte Positionscodierung,
d.h. ein Fehlercode, erkannt wird.
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Aus
den Tabellen 3 und 6 ergibt sich jedoch, dass eine Fehlererkennung
nicht möglich
ist, wenn der Positionssensor für
L4 defekt ist. An keiner Schalterposition P bis 3 beziehungsweise
P bis S wird ein Fehlercode erzeugt, wenn ein Kurzschluss des Sensors
zur Masse vorliegt. Dieser Massekurzschluss sollte aber zumindest
erkannt werden zwischen den Stellungen P und D, die beim Betreiben
des Kraftfahrzeugs üblicherweise
am meisten verwendet werden.
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In
diesem Zusammenhang ist aus der Druckschrift
DE 196 53 193 A1 eine Anordnung
zum Erfassen der Stellung eines Wählhebels oder Schalthebels
in einem Kraftfahrzeug bekannt. Ein entsprechendes Positionssignal
ist binär
codiert und weist eine zum Wiedergeben der möglichen Anzahl an Hebelstellungen
notwendige Anzahl an Bits auf. Eine Erkennungseinrichtung ist durch
eine zusätzliche
Ausgangssignalleitung, über die
ein weiteres Codesignal übermittelt
wird, mit der Getriebesteuerung verbunden.
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Dieses
weitere Codesignal enthält
eine redundante Information über
den Fahrbereich, den der Wählhebel
markiert. Speziell wird ein fünfstelliger
Code und ein zusätzliches
Bit zur Fehlerrekonstruktion von dem Wählhebel abgegeben.
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Aus
der Druckschrift
DE
101 11 425 A1 ist ebenfalls eine Schaltvorrichtung bekannt,
deren Position anhand eines Codes festgestellt wird. Dabei können sich
zwei benachbarte Codes in nur einer Codestelle unterscheiden.
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Ferner
offenbart die Druckschrift
DE
100 49 307 A1 für
eine Steuereinrichtung eines automatisch schaltbaren Getriebes einen
Matrixgeber, der eine magnetisch codierte Matrix und einen Hall-Sensor
zum Abgreifen umfasst.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen Getriebepositionsschalter
und ein entsprechendes Verfahren zum Schalten eines Getriebes vorzuschlagen,
mit denen es möglich
ist, zwischen den Stellungen P und D sämtliche Sensoren auf Kurzschluss
zu dem Pluspol oder zu Masse der Kraftfahrzeugelektrik überprüfen zu können.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst
durch einen codierten Getriebepositionsschalter mit einem Betätigungselement,
das zumindest in eine erste, zweite, dritte und vierte Schaltpositionen
(P, R, N, D) versetzbar ist, und einem Matrixgeber, der an das Betätigungselement
mechanisch gekoppelt ist, zur Abgabe eines für die jeweilige Schaltposition
spezifischen, einer Matrixspalte entsprechenden, vierstelligen Codes,
wobei zwischen jeder Schaltposition mindestens eine Zwischenposition
besteht, für
die ebenfalls jeweils ein vierstelliger Code abgebbar ist, und wobei
von dem Matrixgeber ein keiner Schalt- oder Zwischenposition entsprechender
vierstelliger Code an mindestens einer Schalt- oder Zwischenposition
zwischen einschließlich
der ersten und einschließlich
der vierten Schaltposition ausgebbar ist, wenn eine beliebige Stelle
des Codes unveränderlich
ist, während
alle anderen Stellen des Codes entsprechend der Schalt- oder Zwischenposition
veränderlich
sind.
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In
vorteilhafter Weise wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein ungültiger
Code beziehungsweise Fehlercode von dem Positionsschalter erzeugt,
wenn einer der Sensoren defekt ist und deswegen sein Signal beim
Schalten von der ersten bis zur vierten Schaltposition gleich bleibt.
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Je
nach Art des Getriebes können
weitere Schaltpositionen zu der ersten bis vierten Schaltposition hinzugefügt werden.
Beim Einsatz des Schalters müssen
aber nicht sämtliche
Positionen zum Schalten des Getriebes ausgenützt In vorteilhafter Weise
wird für
den Code ein Binärcode
verwendet. Dieser lässt
sich elektronisch sehr leicht und störsicher durch die Pegel "Hoch" und "Niedrig" realisieren.
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Die
Verwendung eines vierstelligen Binärcodes genügt in der Regel, um den fünf in der
Einleitung erwähnten
Bedingungen an die Codierung nachzukommen. Falls jedoch die Fehlercodes
für Diagnose-
und Reparaturzwecke ausgenützt
werden, kann es vorteilhaft sein, eine fünfstellige Codierung zu verwenden,
damit eine verbesserte Fehlerdifferenzierung möglich ist.
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In
vorteilhafter Weise sind für
jede Zwischenposition unterschiedliche Codes vorgesehen. Aus Gründen der
Sicherheit beziehungsweise Codiereffizienz kann es jedoch ausreichend
beziehungsweise von Vorteil sein, lediglich die Zwischenpositionen
zwischen der ersten bis vierten Schaltposition spezifisch zu codieren.
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Vorzugsweise
wird der erfindungsgemäße Getriebepositionsschalter
dazu verwendet, um für
eine elektronische Getriebesteuerung eine Schaltposition zu liefern,
damit das Getriebe entsprechend angesteuert werden kann. Im Falle
eines auftretenden Fehlercodes kann die Getriebesteuerung eine geeignete
Information an ein Kraftfahrzeugbediensystem weiterleiten.
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Ein
besonders vorteilhafter Code lautet:
worin
L1, L2, L3 und L4 die Codestellen, P, R, N, D, 5, 4 und 3 die Schaltpositionen
und Z1, Z2, Z3, Z4 und Z5 die Zwischenpositionen bedeuten.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Getriebepositionsschalters
beziehungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schalten
eines Getriebes finden sich in den Unteransprüchen.
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Im
Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung näher
erläutert.
Die Positionsschaltercodierung ist gemäß Tabelle 7 gewählt. Auch
hier sind die Schaltpositionen P, R, N, D, 5, 4 und 3 sowie die Zwischenpositionen
Z1 bis Z5 codiert. Die Codewörter
sind ebenfalls vierstellig und können mit
den Sensoren L1 bis L4 abgegriffen werden. Die nicht für die Schaltpositionen
verwendeten Codewörter werden
für die
Fehlercodes F1 bis F4 benötigt.
Der Zustand Null ist schaltungstechnisch so realisiert, dass er dem
elektrischen Pegel "Hoch" entspricht. Dabei
ist der verwendete Steuertransistor inaktiv und sperrt. Der Zustand
Eins hingegen entspricht schaltungstechnisch dem elektrischen Pegel "Niedrig" und wird durch einen aktiven
beziehungsweise leitenden Steuertransistor erreicht. Tabelle
7: Erfindungsgemäße Positionsschaltercodierung
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Die
magnetisch codierte Platte des Positionsschalters ist hinsichtlich
ihrer Struktur vorzugsweise entsprechend der Matrix von Tabelle
7 magnetisiert. Dabei entspricht das Bit 0 beispielsweise einem
magnetisierten Bereich und des Bit 1 einem magnetisch neutralen
Bereich.
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Falls
einer der Sensoren bzw. Leitungen L1 bis L4 einen Kurzschluss zu
einer positiven Versorgungsleitung besitzt, gibt dieser Sensor stets
den Binärwert
0 aus, so dass unter Umständen
ein als 1 codiertes Bit als 0 ausgegeben wird. Damit ergeben sich
für die
jeweiligen Positionen falsche plausible oder Fehlercodes in Abhängigkeit
von dem Sensor, der kurzgeschlossen ist. Die resultierten Codes
sind in Tabelle 8 wiedergegeben. Tabelle
8: Erfindungsgemäße Fehlererkennung
bei Kurzschluss zum Pluspol
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Falls
beispielsweise der Sensor L4 kurzgeschlossen ist und damit eine
zu detektierende 1 als 0 ausgegeben wird, wird die Parkposition
P korrekt mit dem Code 0010 wiedergegeben. Da die Position P unverändert beziehungsweise
korrekt wiedergegeben wird, befindet sich an dieser Stelle in Tabelle
8 ein Strich. Bei der Zwischenposition Z1 zwischen den Positionen
P und R wird der korrekte Code 0011 als 0010 ausgegeben. Dieser
Code entspricht der Parkposition P. In der Rückfahrposition R wird der zu
detektierende Code 0111 als 0110 ausgegeben, was dem Fehlercode
F2 entspricht. Die weiteren Felder der Tabelle 8 ergeben sich sinngemäß.
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Schließlich ist
in Tabelle 9 eine Matrix der erfindungsgemäßen Fehlererkennung bei Kurzschluss
eines der Sensoren L1 bis L4 zur Masse wiedergegeben. Tabelle
9: Erfindungsgemäße Fehlererkennung
bei Kurzschluss zur Masse
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Beispielhaft
sei hier ebenfalls angenommen, dass der Sensor L4 den Kurzschluss
zur Masse besitzt. In der Leerlaufposition N wird daher der zu erwartende
Code 0100 als 0101 ausgegeben, da der Sensor L4 wegen des Kurzschlusses
zur Masse stets den Wert 1 ausgibt. Dieser veränderte Code entspricht der
Zwischenposition Z2. Die Zwischenposition Z3 wird vom Positionsschalter
nicht als 1100 sondern fälschlicherweise
als 1101 codiert. Dieser Code entspricht dem Fehlercode F4. Die
weiteren Felder der Tabelle 9 ergeben sich ebenfalls sinngemäß.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Code
ist nun auch sichergestellt, dass zwischen den Stellungen P und
D alle Sensoren auf Kurzschluss gegen positives Potential oder Masse
geprüft
werden können,
da bei allen Sensoren beim Schalten von der Position P zu der Position
D im Kurzschlussfall mindestens einer der Fehlercodes F1 bis F4
auftritt. Dies ist den Tabellen 8 und 9 zu entnehmen. Ist der Sensor
L1 defekt, so kommt es zum Fehlercode F1 in der Schaltposition D
beim Kurzschluss zum Pluspol. Beim Kurzschluss zur Masse kommt es zu
den Fehlercodes F3 und F4 in der Schaltposition R bzw. der Zwischenposition
Z2. In gleicher Weise ergeben sich für alle übrigen Sensoren L2 bis L4 jeweils
Fehlercodes in beiden Kurzschlussfällen beim Schalten von P nach
D oder umgekehrt.
Tabelle 6: Fehlererkennung bei Kurzschluss zur Masse
