DE4414734C2 - Schaltungsanordnung und Verfahren zum Erfassen von Schalterzuständen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsan­ ordnung und ein Verfahren zum Erfassen von Schalterzuständen von Betätigungs­ mitteln eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines schlüssello­ sen Kraftfahrzeug-Schließsystems.

Bei einem Kraftfahrzeug-Schließsystem soll erfaßt werden, ob beispielsweise ein Türgriff betätigt wird. Durch das Betäti­ gen wird ein Frage-Antwort-Dialog zwischen dem Kraftfahrzeug und einem tragbaren Transponder gestartet, durch den die Zu­ gangsberechtigung zu dem Kraftfahrzeug überprüft wird. Sobald der Türgriff betätigt wird, wird ein Schalter geschlossen und der Frage-Antwort-Dialog ausgelöst.

Die Schalter sind in der Regel als Transistoren ausgebildet und daher nicht ideal in ihrem Übergangswiderstand. So ist im geschlossenen Zustand des Schalters der Widerstand etwa bei einigen Ohm und beim offenen Schalter beträgt der Widerstand etliche kOhm. Wenn der Schalter ständig überwacht wird, so fließt selbst bei einem offenen Schalter noch ein Reststrom. Auch die zur Auswertung des Schalterzustandes angeschlossenen Bauelemente verbrauchen ständig Strom. Wenn das Kraftfahrzeug längere Zeit steht, so kann durch kontinuierliches Überwachen die Fahrzeugbatterie entleert werden.

Aus der Europäischen Patentanmeldung EP-A 0 559 930 ist be­ reits eine getaktete, intermittierende Stromversorgung für den Empfänger eines Kraftfahrzeug-Schließsystems bekannt. Nur während der Empfänger eingeschaltet ist wird überprüft, ob ein Codesignal von einem tragbaren Handsender empfangen wurde und wenn eines empfangen wurde, so wird dieses ausgewertet. Ansonsten ist der Empfänger "tot". Es wird jedoch nicht über­ prüft, ob beispielsweise Türgriffe am Kraftfahrzeug betätigt wurden.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung zum Erfassen von Schalterzuständen von Betätigungsmitteln (DE 33 12 153 A1) wird über einen Hauptschalter eine Spannungsquelle eingeschaltet, sobald eine Taste betätigt wird. Das Betätigen der Taste wird von einem Diskriminator erfaßt und an eine Steuereinheit weitergeleitet. Die Steuereinheit schaltet daraufhin eine zusätzliche Stromquelle ein, wodurch die Tasten mit Strom versorgt werden. Somit wird die gesamte Spannungsversorgung eines zugehörigen Geräts eingeschaltet. Die Steuereinheit schaltet nach Betätigen der Taste den Hauptschalter wieder aus.

Das Problem der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Erfassen von Schalterzuständen von Betätigungsmitteln zu schaffen, wobei der Energieverbrauch der Schaltungsanordnung sehr gering ist.

Das Problem wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst. Ein Verfahren zum Erfassen von Schalterzuständen ist in Patentanspruch 6 angegeben. Dabei wird der Schalterzustand des Betätigungsmittels in intermittierenden, periodischen Abständen abgefragt. In den Pausen sind alle zur Auswertung notwendigen Bauelemente von der Batteriespannung getrennt. Wenn eine Betätigung des Betätigungsmittels festgestellt wird, so wird ein Programmlauf, wie beispielsweise ein Frage-Antwort-Dialog zwischen dem Kraftfahrzeug und einem tragbaren Transponder, eingeleitet. Nach Ablauf des Programms geht die Schaltungsanordnung wieder in den intermittierenden Betrieb über.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet. So werden nur wenige Bauelemente benötigt, wenn ein Mikroprozessor mit integrierter Speicher­ zelle und Analog/Digital-Wandler verwendet wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der schema­ tischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine Schaltungsanordnung zum Erfas­ sen von Schalterzuständen von drei Schaltern und

Fig. 2: ein Signalflußdiagramm der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

Ein Schließsystem für ein Kraftfahrzeug weist eine Steuerein­ heit auf, mit der der Zugang zu dem Kraftfahrzeug kontrol­ liert werden kann. Die Steuereinheit überwacht Kontakte oder Schalter am Kraftfahrzeug, beispielsweise Türgriffe, und er­ faßt deren Betätigung. Möchte ein berechtigter Benutzer in sein zunächst verschlossenes Kraftfahrzeug einsteigen, so braucht er lediglich den Türgriff an der Fahrertür zu betäti­ gen. Der Türgriff ist mit einem Schalter verbunden, dessen Schalterzustand von der Steuereinheit überwacht wird. Es kön­ nen auch mehrere Fahrzeugtüren und damit mehrere Schalter überwacht werden.

Der Stromverbrauch dieser Überwachungsschaltung soll insbe­ sondere bei längerem Nichtbenutzen des Kraftfahrzeugs sehr gering sein, damit die Autobatterie nicht zu schnell entladen wird. Dies wird durch eine erfindungsgemäße Schaltungsanord­ nung sichergestellt, die einen Generator 1 (Fig. 1) auf­ weist, der mit dem Pluspol ⊕ einer Spannungsquelle (im fol­ genden als Batterie bezeichnet) verbunden ist.

Der Generator 1 schaltet von Zeit zu Zeit einen Hauptschalter 2 ein. Dadurch werden zu überwachende Betätigungsmittel (im folgenden als Schalter S1 bis S3 bezeichnet), ein Diskrimina­ tor 4, eine Speicherzelle (im folgenden als Flipflop 5 be­ zeichnet) und die Steuereinheit (im folgenden als Mikropro­ zessor 3 bezeichnet) über eine elektrische Verbindungsleitung 32 mit Strom versorgt. Diese Bauelemente werden jedoch nur solange mit Strom versorgt, wie der Hauptschalter 2 einge­ schaltet ist (dies wird als Einschaltphase bezeichnet, im Ge­ gensatz zur Ausschaltphase).

Das Verfahren zum Überwachen und Erfassen von Schalterzustän­ den wird nun anhand der Signalverläufe von Fig. 2a-2c näher er­ läutert. Der Signalverlauf 2a) stellt die Spannung auf der Verbindung 32 dar, der Verlauf 2b) die Spannung an einem der Schalter S1 bis S3 und der Verlauf 2c) die Spannung am Eingang 35 des Mikroprozessors 3. Durch die Pfeile in der Fig. 2 sind die Bedingungen für Signalpegeländerungen gekennzeich­ net.

Der Hauptschalter 2 ist zwischen den Zeitpunkten t₀ und t₁ geschlossen und zwischen t₁ und t₂ offen. Der Hauptschalter 2 wird mit einer Periode T getaktet ein- und ausgeschaltet. Wenn ein Türgriff/Kofferraumgriff zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄ betätigt wird, so ist zumindest einer der Schalter S1 bis S3 (im Ausführungsbeispiel sind lediglich drei Schalter dargestellt, für die Erfindung ist jedoch deren Anzahl unwe­ sentlich) geschlossen.

Sobald einer der Schalter S1 bis S3 gleichzeitig mit dem Hauptschalter 2 geschlossen ist, so wird die Spannung an dem Schalter annähernd 0 V, d. h. sie nimmt einen LOW-Pegel ein. Der Diskriminator 4 erfaßt und bewertet den Schalterzustand, d. h. er mißt die Spannung und vergleicht sie mit einem vorge­ gebenen Schwellwert.

Das Ergebnis des Vergleichs (wird auch als Schalterzustand bezeichnet) wird vorübergehend in dem Flipflop 5 gespeichert. Dies geschieht dadurch, daß durch den Diskriminator 4 ein so­ genanntes Wake-up Signal erzeugt wird. Dieses Wake-up Signal SETZT das Flipflop 5 zu dem Zeitpunkt t_S. Der Ausgangspegel des Flipflops 5 ändert sich. Dadurch wird der Generator 1 über eine Verbindungsleitung 51 angehalten, so daß der Haupt­ schalter 2 in dem folgenden Zeitabschnitt (t₂ bis t₅) nicht ausgeschaltet werden kann. Des weiteren wird dem Mikroprozes­ sor 3 über seinen Eingang 35 mitgeteilt, daß ein Wake-up Si­ gnal ansteht.

Der Mikroprozessor 3 "wacht auf" und startet seinerseits ei­ nen Programmablauf. So kann beispielsweise ein Frage-Antwort- Dialog zwischen dem Kraftfahrzeug und einem tragbaren Trans­ ponder, den der Benutzer mit sich trägt, gestartet werden. Hierzu kommuniziert der Mikroprozessor 3 über einen Ein-/Aus­ gang 37 mit einer Sende-/Empfangseinheit 7. Ein Fragecode wird ausgesendet und ein Antwortcode von dem Transponder emp­ fangen.

Der Antwortcode wird überprüft, ob der Benutzer berechtigt ist, in das Kraftfahrzeug einzusteigen. Wenn der Benutzer be­ rechtigt ist, so wird über einen Ausgang 36 des Mikroprozes­ sors 3 beispielsweise eine Verriegelungseinheit 6 gesteuert, damit zumindest eine Tür des Kraftfahrzeugs geöffnet werden kann. Es können aber auch andere Abläufe oder Programme ge­ startet werden.

Wenn das Programm im Mikroprozessor 3 beendet ist, d. h. wenn eine Tür geöffnet ist, gibt der Mikroprozessor 3 zum Zeit­ punkt t_R ein RÜCKSETZ-Signal über seinen Ausgang 31 an das Flipflop 5. Infolgedessen wird das Flipflop 5 zurückgesetzt und der Generator 1 wird über die Verbindungsleitung 51 wie­ der in seinen getakteten Betrieb versetzt, damit der Haupt­ schalter 2 erneut intermittierend ein- und ausgeschaltet wer­ den kann.

Wenn während der Einschaltphase kein Wake-up Signal erzeugt wird, so läuft der Generator 1 weiter und schaltet immer nur für kurze Zeit die Stromversorgung für alle Bauelemente ein. Dieser intermittierende Verlauf des Generatorsignals und da­ mit der Taktung des Hauptschalters 2 ist in der Fig. 2a ge­ strichelt dargestellt. Zur größeren Energieeinsparung sind die Ausschaltphasen des Hauptschalters 2 wesentlich länger als die Einschaltphasen. Denn nur in den Einschaltphasen wer­ den die Schalter S1 bis S3 überwacht und die Bauelemente 3, 4 und 5 mit Strom versorgt. Somit wird die Fahrzeugbatterie ge­ schont.

Der Generator 1 hat ein Impuls-Pausen-Verhältnis (auch als Tastverhältnis bezeichnet) von beispielsweise etwa 1 : 20. Die Ausschaltphase (Pause zwischen t₁ und t₂) kann dabei etwa 1 s betragen und die Einschaltphase (Impulsdauer zwischen t₀ und t₁) etwa 50 ms. Wenn das Wake-up Signal an dem Mikroprozessor 3 anliegt, so muß dieser aufwachen und hochgefahren werden. Wenn der Programmablauf sehr schnell vonstatten geht oder An­ forderungen an das Hochfahren des Mikroprozessors 3 gering sind, so kann die Impulsdauer erheblich verringert werden. Dadurch ergibt sich ebenfalls ein kleineres Tastverhältnis und zwangsläufig ein geringerer Energieverbrauch der Schal­ tungsanordnung.

Bei langen Zeiten des Nichtbenutzens des Kraftfahrzeugs (für den Fall, daß in dieser Zeit kein Schalter betätigt wurde, da das Kraftfahrzeug für längere Zeit z. B. in der Garage abge­ stellt ist), kann das Tastverhältnis mit zunehmender Dauer seit dem letzten Betätigen eines Türgriffs immer mehr ver­ kleinert werden, um zusätzlich Strom zu sparen und die Batte­ rie vor einer Tiefentladung zu schützen. Dies kann durch Ver­ größern der Pause t₁ bis t₂ auf mehrere Sekunden bei gleich­ bleibender Impulsdauer t₀ bis t₁ geschehen. Danach muß der Benutzer jedoch länger als die gewohnte Zeit den Türgriff be­ tätigen (die Zeitdauer zwischen t₃ und t₄ muß größer werden), damit sicher erfaßt wird, daß ein Schalter S1 bis S3 akti­ viert wurde.

Der Hauptschalter 2 kann als Transistor ausgebildet sein. An seinem Emitter liegt dann der Pluspol ⊕ der Batterie. Der Kollektor ist mit Widerständen R1 bis R3, die in Serie zu den Schaltern S1 bis S3 liegen, dem Diskriminator 4, dem Flipflop 5 und dem Mikroprozessor 3 verbunden. Wenn der Hauptschalter 2 eingeschaltet ist, so sind diese Bauelemente direkt mit dem Pluspol ⊕ der Batterie und damit mit der Spannung verbunden. Die Schalter S1 bis S3 liegen mit einem Ende gegen Masse. Für die Funktion der Schaltungsanordnung ist es jedoch unwesent­ lich, ob die Schalter S1 bis S3 gegen Masse oder mit dem Pulspol ⊕ verbunden sind, solange dann der Hauptschalter 2 mit seinem Emitter mit dem Pluspol ⊕ bzw. mit Masse verbunden ist. Für die Erfindung ist es wesentlich, daß nur in der Einschaltphase Strom in die Überwachungsschaltung fließen kann.

Der Diskriminator 4 kann wie im Ausführungsbeispiel als Schmitt-Trigger 41 mit nachgeschaltetem ODER-Glied 42 ausge­ bildet sein. Durch das ODER-Glied 42 wird sichergestellt, daß schon bei Betätigung nur eines Schalters S1 bis S3 der ge­ schlossene Schalter erkannt wird. Wenn statt dessen ein UND- Glied verwendet wird, so wird eine Tür nur geöffnet, wenn al­ le überwachten Schalter geschlossen sind. Es können auch - je nach gewünschter Funktion - andere logische Verknüpfungsglie­ der verwendet werden.

Das Flipflop 5 ist als RS-Flipflop realisiert. Der Diskrimi­ nator 4 kann auch als A/D-Wandler ausgebildet und in dem Mi­ kroprozessor 3 integriert sein. Ebenso kann das Flipflop 5 im Mikroprozessor 3 als Speicherzelle enthalten sein.

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung zum Erfassen von Schalterzuständen von Betätigungsmitteln eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines schlüssellosen Kfz-Schließsystems, die aufweist

• - einen Generator (1), der mit einem Hauptschalter (2) ver­ bunden ist und der gesteuert intermittierend Impulse erzeugt zum Ein- und Ausschalten des Hauptschalters (2),
• - mindestens ein Betätigungsmittel (S1, S2, S3), dessen Schalterzustand zu erfassen ist,
• - einen Diskriminator (4), der mit dem Betätigungsmittel (S1, S2, S3) verbunden ist sowie dessen Schalterzustand erfaßt und bewertet,
• - eine Steuereinheit (3), die über eine den Schalterzustand speichernde Speicherzelle (5) mit dem Diskriminator (4) ver­ bunden ist und die abhängig von dem Schalterzustand elek­ trische Aggregate (6, 7) in einem Kraftfahrzeug steuert,
• - wobei die Steuereinheit (3), das Betätigungsmittel (S1, S2, S3), die Speicherzelle (5) und der Diskriminator (4) kontinuierlich mit einer Spannungsquelle verbunden sind, sobald der Hauptschalter (2) eingeschaltet ist,
• - wobei der Hauptschalter durch den entsprechend dem Zustand der Speicherzelle (5) gesteuerten Generator (1) solange eingeschaltet bleibt, bis das Steuern der Aggregate (6, 7) beendet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Diskriminator (4) als Schmitt-Trigger (41) mit einem nachgeschalteten logischen Verknüpfungsglied (42) zum logischen Verknüpfen mehrerer Betätigungsglieder (S1, S1, S3) ausgebildet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherzelle (5) ein RS-Flipflop ist, das ausgangsseitig mit einem Steuereingang des Generators (1) und dem Eingang (35) der Steuereinheit (3) sowie eingangsseitig mit dem Diskriminator (4) und einem Ausgang (31) der Steuereinheit (3) verbunden ist und daß in der Speicherzelle (5) der Schalterzustand vorübergehend gespeichert ist, wodurch bewirkt wird, daß der Hauptschalter (2) über den Generator (1) gesteuert solange eingeschaltet bleibt, wie der Schalterzustand gespeichert ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (3) als Mikroprozessor realisiert ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Diskriminator (4) als A/D-Wandler ausgebildet ist und zusammen mit der Speicherzelle (5) in dem Mikroprozessor integriert angeordnet ist.

6. Verfahren zum Erfassen von Schalterzuständen von Betäti­ gungsmitteln eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines schlüssellosen Kfz-Schließsystems,

• - wobei eine Steuereinheit (3) und ein Generator (1), der gesteuert intermittierende Impulse liefert, vorgesehen sind,
• - wobei durch den Generator (1) das Betätigungsmittel (S1, S2, S3) intermittierend an Spannung gelegt wird,
• - wobei der Schalterzustand des Betätigungsmittels (S1, S2, S3) erfaßt und bewertet wird, sobald Spannung an das Betätigungsmittel gelegt wird und das Be­ tätigungsmittel (S1, S2, S3) betätigt wird,
• - wobei dann einerseits kontinuierlich über den Generator (1) Spannung an das Betätigungsmittel angelegt wird und andererseits ein elektrisches Aggregat (6, 7) im Kraftfahrzeug durch die Steuereinheit (3) angesteuert wird, und
• - wobei der Generator (1) wieder in seinen intermittierenden Betriebszustand versetzt wird, wenn die Steuereinheit (3) das Ansteuern des Aggregats (6, 7) beendet hat.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung durch den Generator (1) immer nur für eine kurze Zeitdauer (t₀ bis t₁) angelegt wird und für eine lange Zeitdauer (t₁ bis t₂) ausgeschaltet wird, und daß nur während des Anliegens von Spannung das Erfassen des Schalterzustands stattfindet.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalterzustand dadurch erfaßt wird, daß der Spannungspegel an dem Betätigungsmittel (S1, S2, S3) gemessen sowie bewertet wird, und das Ergebnis der Bewertung vorübergehend gespeichert wird.