DE3742617A1 - Elektrische schaltungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung zur Betätigung elektrischer Verbraucher, insbesondere in Kraftfahrzeugen, mit einem Steuergerät mit einem Microcomputer und mit einem Analog-Multiplexer, der Eingänge zur Verarbeitung analoger Signale aufweist und der von dem Microcomputer angesteuert wird, mit einem AD-Wandler, der an einem Ausgang des Analog-Multiplexers angeschlossen ist und der einen Ausgang hat, der zur Weiterleitung der digitalisierten Signale an einen Eingang des Microcomputers angeschlossen ist, wobei der Microcomputer Ausgänge aufweist, die mit Schaltelementen zur Betätigung von elektrischen Verbrauchern verbunden sind.

Aus der europäischen Patentanmeldung 01 43 650 ist ein Multiplex-System für Kraftfahrzeuge vorbekannt, das über eine zentrale Kontrollstation und eine Anzahl von Außenstationen verfügt. Die Außenstationen weisen je einen Microcomputer auf, der einen Analog-Multiplexer ansteuert. Dieser Analog-Multiplexer hat Eingänge zum Anschluß analoger Sensoren. Die analogen Signale werden zur Digitalisierung an einen AD-Wandler weitergeleitet und von diesem dem Microcomputer zugeführt. Der Microcomputer verarbeitet die Signale und betätigt über ein Schieberegister eine Anzahl von Schaltern, die elektrische Verbraucher ein- oder ausschalten.

Das vorbekannte Multiplex-System zeigt insbesondere den Nachteil, daß an die Eingänge des Analog-Multiplexers allein der Anschluß von analogen Sensoren wie z. B. Temperatursensoren vorgesehen ist und keine Schalteingänge an dem Analog-Multiplexer vorgesehen sind, so daß bei Vorliegen unterschiedlicher Schaltzustände an den Eingängen des Analog-Multiplexers elektrische Verbraucher dementsprechend in unterschiedliche Betriebszustände versetzt werden könnten.

Aus der DE-OS 34 23 768 ist eine elektrische Schaltungsanordnung bekannt, die Teil eines integrierten Logikbausteins sein kann und über einen Schaltereingang verfügt, an den beispielsweise ein Tri-State-Transistorgatter angeschlossen sein kann. Der Schaltereingang ist des weiteren sowohl an einen Fensterkomperator als auch über einen Spannungsteiler an ein Logikgatter angeschlossen. Das Schaltfenster des Fensterkomperators liegt dabei zwischen der Bezugsspannung und der Versorgungsspannung. Mit dieser Schaltung ist es möglich, die drei Schaltzustände von Tri-State-Transistorgattern zu erkennen und an den Ausgängen des Logikgatters und des Fensterkomperators abzugreifen.

Diese vorbekannte Schaltungsanordnung weist den Nachteil auf, daß zwar drei unterschiedliche Schaltzustände erkannt werden können, jedoch wäre ein einfacher und kostengünstiger Aufbau eines Steuergeräts aus solchen Einzelkomponenten kaum möglich, da bei komplexen Steuergeräten eine Vielzahl von Schaltern zur Steuerung von elektrischen Verbrauchern erforderlich sind. Bei der beschriebenen möglichen Integration in einem integrierten Logikbaustein wäre zudem eine freie Wahl der Widerstände, die den Spannungsteiler bilden, häufig nicht möglich. Somit wären auch die den drei Schaltzuständen zuzuordnenden Spannungswerte häufig nicht frei bestimmbar.

Die Erfindung hat die Aufgabe eine elektrische Schaltungsanordnung zur Verfügung zu stellen, die es ermöglicht in Abhängigkeit von unterschiedlichen Schaltzuständen elektrische Verbraucher über eine möglichst geringe Anzahl von elektrischen Leitungen in die den Schaltzuständen entsprechenden Betriebszustände zu versetzen, die einfach und kostengünstig herstellbar und montierbar ist, die an viele elektronische Schaltungen angepaßt werden kann und insbesondere bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen leicht gegen auftretende externe Störungen geschützt werden kann.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die elektrische Schaltungsanordnung Schalter mit je drei Schaltstellungen aufweist, daß jeder Schalter über eine elektrische Leitung mit je einem Schalteingang des Steuergeräts verbunden ist und daß jeder Schalteingang des Steuergeräts über einen Spannungsteiler mit je einem Eingang des Analog-Multiplexers verbunden ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß zur Übertragung der drei Schaltzustände eines jeden Schalters an den Analog-Multiplexer nur je eine elektrische Leitung erforderlich ist. Damit ergibt sich der Vorteil, daß die Entstörung insbesondere in Kraftfahrzeugen vereinfacht wird und daß eine einfache und kostengünstige Herstellung und Montage ermöglicht wird. Zudem wird durch die geringe Anzahl an elektrischen Leitungen und die dadurch bedingte geringe Anzahl an Steckverbindungen die Störanfälligkeit herabgesetzt, insbesondere wenn die elektrischen Leitungen, wie in Kraftfahrzeugen häufig üblich, in beweglichen Teilen wie z. B. Türen verlegt werden. Die Schalter werden dabei oft in unmittelbarer Reichweite der Fahrzeuginsassen angebracht, während das Steuergerät häufig in anderen Bereichen des Fahrzeugs montiert wird. Die Verwendung eines Spannungsteilers zur Übermittlung der anliegenden Signalspannungen an den Analog-Multiplexer ist vorteilhaft, da durch die weitgehend freie Wahl der Widerstände, die den Spannungsteiler bilden, eine Anpassung an unterschiedliche elektronische Schaltungen häufig leicht möglich ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteilhaft ist es, daß in einer der drei Schaltstellungen des Schalters der Schalteingang des Steuergeräts mit dem negativen Pol des Bordspannungsnetzes verbunden ist und daß in einer der drei Schaltstellungen des Schalters der Schalteingang des Steuergeräts mit dem positiven Pol des Bordspannungsnetzes verbunden ist und daß in einer der drei Schaltstellungen des Schalters an dem Schalteingang des Steuergeräts über den Schalter keine Spannung anliegt, d. h. der Schalter offen ist, weil die erforderlichen Signalspannungen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, leicht zugänglich sind und die zu übertragenden Gleichspannungssignale einfach gegen niederfrequente und hochfrequente Störungen geschützt werden können.

Dadurch, daß jeder Schalteingang über einen Vorwiderstand an eine Referenzspannung angeschlossen ist, die vorzugsweise etwa +5 Volt beträgt, ergibt sich der Vorteil, daß auch wenn die Schalter offen sind, an den Spannungsteilern definierte Signalspannungen abgreifbar sind und an den Eingängen des Analog-Multiplexers anliegen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß jedem Schalter je ein Motor zum Schalten des Rechtslaufs, des Linkslaufs und des Stillstands zugeordnet ist, wodurch bei einer Vielzahl von zu schaltenden Motoren die Anzahl der zu verwendenden Schalter und elektrischen Leitungen minimiert wird und zu dem eine eindeutige und bedienungsfreundliche Zuordnung der Schalter zu den Motoren und deren Betriebszuständen sichergestellt wird.

Man kann alle oder einen Teil der Schalter in einem zentralen Bedienungselement zusammenfassen, daß z. B. in einer Fahrzeugtür, an einem Fahrzeugsitz oder im Bereich des Armaturenbretts angebracht wird, um die Bedienung für den Fahrer zu erleichtern.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung zur Betätigung elektrischer Verbraucher.

In dieser Figur ist ein Steuergerät (ST) dargestellt, das über eine Anzahl von Schalteingängen (SE 1, SE 2 . . .) verfügt. Jeder dieser Schalteingänge (SE 1, SE 2 . . .) ist vorteilhaft über je eine elektrische Leitung mit einem Schalter (S 1, S 2 . . .) verbunden. Jeder dieser Schalter (S 1, S 2 . . .) weist drei Schaltstellungen auf. In einer der drei Schaltstellungen ist der Schalteingang (SE 1, SE 2 . . .) mit dem positiven Pol des Bordspannungsnetzes verbunden. In einer anderen der drei Schaltstellungen ist der Schalteingang (SE 1, SE 2 . . .) mit dem negativen Pol des Bordspannungsnetzes verbunden. In einer weiteren der drei Schaltstellungen ist der Schalteingang (SE 1, SE 2 . . .) über den Schalter (S 1, S 2 . . .) mit keiner Spannung verbunden. Der Schalter (S 1, S 2 . . .) ist dann offen.

Des weiteren ist jeder Schalteingang (SE 1, SE 2 . . .) innerhalb des Steuergeräts über einen ersten Widerstand (RE 1, RE 2 . . .) der Spannungsteiler (SP 1, SP 2 . . .) mit je einem Eingang (E 1, E 2 . . .) des Analog-Multiplexers (AM) verbunden und ebenfalls über einen ersten Widerstand (RE 1, RE 2 . . .) und einen zweiten Widerstand (RZ 1, RZ 2 . . .) der Spannungsteiler (SP 1, SP 2 . . .) mit der Masse verbunden.

Jeder Eingang (E 1, E 2 . . .) des Analog-Multiplexers (AM) ist zudem über je einen ersten Widerstand (RE 1, RE 2 . . .) des Spannungsteilers (SP 1, SP 2 . . .) und über je einen Vorwiderstand (VR 1, VR 2 . . .) mit einer Referenzspannung (UR) verbunden, die vorzugsweise etwa +5 Volt beträgt. Somit wird sichergestellt, daß auch bei einer Schalterstellung, in der die Schalter (S 1, S 2 . . .) offen sind, eine definierte Spannung an dem Eingang (E 1, E 2 . . .) des Analog-Multiplexers (AM) anliegt.

An jedem Eingang (E 1, E 2 . . .) des Analog-Multiplexers können somit entsprechend den drei Schalterstellungen der Schalter (S 1, S 2 . . .) je drei Gleichspannungswerte anliegen, deren Größen jeweils über die weitgehend freie Wahl der Widerstände, die die Spannungsteiler (SP 1, SP 2 . . .) bilden und die Vorwiderstände (VR 1, VR 2 . . .) an den verwendeten Analog-Multiplexer (AM) angepaßt werden können.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die ersten Widerstände (RE 1, RE 2 . . .) und die zweiten Widerstände (RZ 1, RZ 2 . . .) je etwa einen Widerstandswert von ca. 10 kOhm und die Vorwiderstände (VR 1, VR 2 . . .) je etwa einen Widerstandswert von ca. 1 kOhm aufweisen. Diese Werte sind abhängig von den verwendeten Analog-Multiplexern (AM).

Der Analog-Multiplexer (AM) wird von einem Microcomputer (MC) angesteuert, der über einen Ausgang an einen Eingang des Analog-Multiplexer (AM) angeschlossen ist. Entsprechend der Ansteuerung durch den Microcomputer (MC) wird jeweils ein analoges Gleichspannungssignal an einem Eingang (E 1, E 2 . . .) des Analog-Multiplexers (AM) abgefragt und über einen Ausgang an einen Eingang des AD-Wandlers (AD) weitergegeben. Der AD-Wandler (AD) wird ebenfalls von dem Microcomputer (MC) angesteuert und leitet das digitalisierte Signal an einen Eingang des Microcomputers (MC) weiter.

Der Mikrocomputer (MC) bearbeitet die einlaufenden digitalisierten Signale und steuert eine oder mehrere Relais-Endstufen (RE) an. Dazu verfügt der Microcomputer (MC) über Ausgänge die an die Eingänge der Relais-Endstufe (RE) angeschlossen sind. Die Relais-Endstufe (RE) ist hier als Mehrfach-Relais-Endstufe ausgebildet. Zur Betätigung von z. B. zwei Motoren benötigt man eine Vier-Relais-Endstufe. An diese Relais-Endstufe (RE) sind entsprechend der Anzahl der Schalter (S 1, S 2 . . .) Motoren (M 1, M 2 . . .) angeschlossen. Pro Motor (M 1, M 2 . . .) führen zwei Steuerleitungen von dem Microcomputer (MC) zu der Relais-Endstufe (RE). Jeder Motor kann vorteilhaft in drei unterschiedliche Betriebszustände geschaltet werden. Diese sind der Rechtslauf, der Linkslauf und der Stillstand.

Wird z. B. der Schalteingang (SE 1) über den Schalter (S 1) mit dem positiven Pol des Bordspannungsnetzes in Kontakt gebracht, so wird über den Microcomputer (MC) die Relais-Endstufe (RE) derart angesteuert, daß der Motor (M 1) z. B. im Rechtslauf betrieben wird. Wird dann der Schalteingang (SE 1) über den Schalter (S 1) mit dem negativen Pol des Bordspannungsnetzes in Kontakt gebracht, so wird der Motor (M 1) im Linkslauf betrieben. In der offenen Stellung des Schalters (S 1) steht der Motor (M 1) still. Die Zuordnung der Laufrichtungen kann dabei frei festgelegt werden.

Durch die Verwendung des Erfindungsgegenstands in Geräten zur programmierbaren Steuerung der Sitzverstellung und/oder in Geräten zur Betätigung von Fensterhebern und/oder in Geräten zur Einstellung von Scheinwerfern und/oder Geräten zur Steuerung und Kontrolle einer Gesamtheit von elektrischen Verbrauchern, insbesondere in Kraftfahrzeugen, wird es ermöglicht in Abhängigkeit von unterschiedlichen Schaltzuständen eines Schalters über je eine Steuerleitung elektrische Verbraucher in die den Schaltzuständen entsprechenden Betriebszustände zu versetzen.

Dabei können von dem Microcomputer (MC) nicht nur induktive Lasten, sondern auch ohmsche Lasten über Schaltelemente geschaltet werden. Die Lasten können auch direkt, ohne dazwischengeschaltete Schaltelemente, an den Microcomputer (MC) angeschlossen werden.

Man kann die erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung auch dazu verwenden Stellelemente, wie z. B. Weichen, zu betätigen, die über je einen Schalter in zwei Stelleinrichtungen geschaltet werden können und/oder z. B. zwei Lampen pro Schalter in drei Betriebszustände zu schalten. Die drei Betriebszustände könnten z. B. sein:

• 1. beide Lampen ausgeschaltet,
• 2. die eine Lampe eingeschaltet,
• 3. die andere Lampe eingeschaltet.

Claims (12)

1. Elektrische Schaltungsanordnung zur Betätigung elektrischer Verbraucher, insbesondere in Kraftfahrzeugen, mit einem Steuergerät mit einem Microcomputer und mit einem Analog-Multiplexer, der Eingänge zur Verarbeitung analoger Signale aufweist und der von dem Microcomputer angesteuert wird, mit einem AD-Wandler, der an einem Ausgang des Analog-Multiplexers angeschlossen ist und einen Ausgang hat, der zur Weiterleitung der digitalisierten Signale an einen Eingang des Microcomputers angeschlossen ist, wobei der Microcomputer Ausgänge aufweist, die mit Schaltelementen zur Betätigung von elektrischen Verbrauchern verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltungsanordnung Schalter (S 1, S 2 . . .) mit je drei Schaltstellungen aufweist, daß jeder Schalter über eine elektrische Leitung mit je einem Schalteingang (SE 1, SE 2 . . .) des Steuergeräts (ST) verbunden ist und daß jeder Schalteingang (SE 1, SE 2 . . .) des Steuergeräts (ST) über einen Spannungsteiler (SP 1, SP 2 . . .) mit je einem Eingang (E 1, E 2 . . .) des Analog-Multiplexers (AM) verbunden ist.

2. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der drei Schaltstellungen des Schalters (S 1, S 2 . . .) der Schalteingang (SE 1, SE 2 . . .) des Steuergeräts (ST) mit dem positiven Pol des Bordspannungsnetzes verbunden ist.

3. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der drei Schaltstellungen des Schalters (S 1, S 2 . . .) der Schalteingang (SE 1, SE 2 . . .) des Steuergeräts (ST) mit dem negativen Pol des Bordspannungsnetzes verbunden ist.

4. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der drei Schaltstellungen des Schalters (S 1, S 2 . . .) an dem Schalteingang (SE 1, SE 2 . . .) des Steuergeräts (ST) über den Schalter (S 1, S 2 . . .) keine Spannung anliegt, der Schalter (S 1, S 2 . . .) offen ist.

5. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schalteingang (SE 1, SE 2 . . .) über je einen Vorwiderstand (VR 1, VR 2 . . .) an eine Referenzspannung (UR) angeschlossen ist, die vorzugsweise etwa plus 5 Volt beträgt.

6. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteingänge (SE 1, SE 2 . . .) und die Vorwiderstände (VR 1, VR 2 . . .) je über einen ersten Widerstand (RE 1, RE 2 . . .) der Spannungsteiler (SP 1, SP 2 . . .) sowohl mit je einem Eingang (E 1, E 2 . . .) des Analog-Multiplexers (AM) als auch über je einen zweiten Widerstand (RZ 1, RZ 2 . . .) der Spannungsteiler (SP 1, SP 2 . . .) mit der Masse verbunden sind.

7. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente zur Betätigung von elektrischen Verbrauchern Relais-Endstufen (RE) sind, die vorzugsweise als Mehrfach-Relais-Endstufen ausgebildet sind.

8. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Relais-Endstufen (RE) angesteuerten elektrischen Verbraucher Motoren (M 1, M 2 . . .) sind, die über einen Linkslauf und über einen Rechtslauf verfügen.

9. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Schalter (S 1, S 2 . . .) je ein Motor (M 1, M 2 . . .) zum Schalten des Rechtslaufs, des Linkslauf und des Stillstands zugeordnet ist.

10. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle oder ein Teil der Schalter (S 1, S 2 . . .) in einem zentralen Bedienungselement zusammengefaßt sind.

11. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang des Microcomputers (MC) zur Ansteuerung des AD-Wandlers (AD) mit einem Eingang des AD-Wandlers (AD) verbunden ist.

12. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltungsanordnung Teil eines Geräts zur programmierbaren Verstellung von Sitzen und/oder Teil eines Geräts zur Betätigung von Fensterhebern und/oder Teil eines Geräts zur Steuerung und Kontrolle einer Gesamtheit von elektrischen Verbrauchern, insbesondere in Kraftfahrzeugen ist.