WO2004070401A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur bestimmung eines elektrischen messwerts für ein widerstandselement, vorzugsweise zur bestimmung eines elektrischen stroms durch das widerstandselement - Google Patents

Verfahren und schaltungsanordnung zur bestimmung eines elektrischen messwerts für ein widerstandselement, vorzugsweise zur bestimmung eines elektrischen stroms durch das widerstandselement Download PDF

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WO2004070401A1
WO2004070401A1 PCT/DE2003/003511 DE0303511W WO2004070401A1 WO 2004070401 A1 WO2004070401 A1 WO 2004070401A1 DE 0303511 W DE0303511 W DE 0303511W WO 2004070401 A1 WO2004070401 A1 WO 2004070401A1
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resistance
resistance element
reference voltage
determining
measured
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PCT/DE2003/003511
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Karlheinz Warnke
Arnulf Pietsch
Gerhard Wild
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/14—Measuring resistance by measuring current or voltage obtained from a reference source

Definitions

  • the invention relates to a method and a circuit arrangement for determining an electrical measured value for a resistance element, preferably for determining an electrical current through the resistance element, the resistance element to be measured being connected together with further resistance elements within a resistance matrix consisting of columns and rows of resistance elements.
  • pressure-dependent resistance elements are arranged flat on the surface of a motor vehicle seat and interconnected in a matrix-like manner so that a pressure-dependent change in the resistance values of the resistance elements provides information about the weight and weight distribution of a vehicle occupant gives and ultimately allows conclusions to be drawn about his seating position and body measurements.
  • Such arrangements of resistors as a resistance matrix in the form of a sensor seat mat are known from the German utility model DE 200 14 200 Ul and from the article “Occupant Classification System for Smart Restraint System ⁇ , Society of Automotive Engineers Inc. from 1999, BNSDOCID XP- 002184965th
  • the change in the resistance values of the individual resistance elements of a sensor seat mat used as sensor elements under the influence of a weight is usually determined by a change in your current consumption.
  • a voltage is applied to the input of the resistance element to be measured, while its output is connected to the ground connection of the resistance matrix.
  • the current flowing in this way through the resistance element to be measured is measured by a measuring unit and is a measure of the resistance of the resistance element to be measured at a given voltage and thus a measure of the weight force on the resistance element.
  • all columns and rows of resistance elements that are not due for measurement and are unnecessary in this regard are used connected on the input side as well as on the output side with a voltage that is as large as possible, if possible with the same measurement voltage that is present on the input side of the resistance element to be measured.
  • the unneeded rows and columns of the resistance matrix are supplied with voltage by impedance converters which are connected between the measurement voltage and the unneeded rows and columns of the resistance matrix.
  • the outputs of the impedance converters usually have their own current driver stages, so-called pull transistors, whose current is delivered to the unnecessary rows and columns of the resistance matrix independently of the measuring voltage source and therefore does not falsify the current measurement at the measuring voltage source.
  • Suitable impedance converter are well known from the relevant literature, for example from 'the book “Electronic Circuits", U. Tietze, Ch. Schenk, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg 1991, page 454, figure 16.19.
  • An operational amplifier is shown there as an impedance converter, the inverting input of which is connected in a feedback manner to its output.
  • FIG. 1 schematically shows such a measuring arrangement during the measurement of a resistance element (R22) of a resistance matrix (2).
  • the reference characters of Figure 1 correspond to the reference numerals in the following description of the figures.
  • the switch arrangements (SCL2, SCL3, SRI, SR3) that were not required at the time the resistance element (R22) was measured were only partially shown in FIG. 1.
  • several individual switches of a circuit arrangement are designated by the same reference numerals and that the electrical connections shown between the individual switches and electronic elements shown are only for the switching state of the switch arrangements shown (SCL2, SCL3, SRI, SR3) consist.
  • the resistance elements (R22, R23, R33) shown in FIG. 1 are connected to the ground connection of the circuit arrangement via capacitors (C22, C23, C33 ').
  • Such capacitances can be, for example, parasitic capacitances of the circuit arrangement or also deliberately inserted interference suppression capacitors for protection against electromagnetic interference on the circuit arrangement.
  • the driver stages which are electrically independent of a measuring voltage (MEAS) from a measuring / supply unit (1) at the output of the two impedance converters (OCL and OR) shown, charge the capacitors (C23, C33 ') connected to them to a voltage level that can be greater than the measurement voltage (MEAS).
  • the oscillations generated at the signal output of the impedance converters (OCL and OR) can result in an incorrect measurement of the current flow through the resistance element (R22) to be measured, so that the weight acting on the resistance element (R22) to be measured is incorrect. 'is true. Especially if such incorrect measurements occur on several resistance elements of the resistance matrix (2), this can lead to an incorrectly determined weight or a falsified weight profile of a vehicle occupant.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method and a device suitable therefor in which the occurrence of interfering influences during the measurement of a resistance element of a resistance matrix, for example signal oscillations, is significantly reduced.
  • This object is achieved by a method which has the features of claim 1.
  • the object is further achieved by a circuit arrangement which has the features of claim 5.
  • connection side of a resistance element is referred to as the input side and the corresponding other connection side of the same resistance element is referred to as the output side.
  • a base load resistance element is connected on the input side together with its column within the resistance matrix to the measurement voltage before each measurement of an individual resistance element and on the output side, together with its row within the Resistance matrix with the ground connection of the resistance matrix.
  • a common reference voltage line of the resistance matrix is connected to the measuring voltage present on the input side, so that the measuring voltage serves as a reference voltage from which first and second reference voltages for all columns and rows of resistance elements not to be measured are derived. Only then are all the other resistance elements of the resistance matrix, together with their columns, connected on the input side to the first reference voltage and on the output side, together with their rows, to the second reference voltage. Only now is the resistance element to be measured subjected to the measurement voltage on the input side together with its column and connected on the output side together with its row to the ground connection of the resistance matrix.
  • the base load resistance element is again separated from the measurement voltage and from the ground connection and, like all other resistance elements at this point in time, together with its column connected on the input side to the first reference voltage and on the output side to the second reference voltage, whereupon the actual measurement of the measured value for the measurement Resistance element can take place, preferably by determining the current that flows from the measurement voltage through the resistance element to be measured to the ground connection.
  • the initial connection of the base load resistance element prevents the measurement voltage from being reduced under the effect of the internal resistance of a measurement / supply unit, and thereby voltage differences between the inputs of impedance converters, which are connected to the measuring / supply unit, and capacities at their outputs can arise.
  • compound of unmeasured rows and columns of resistive elements with the first or second reference voltage to the outputs of the impedance converter is outside "the prevents the capacitances at the outputs of the impedance converter that charging via the voltage level of the measurement voltage.
  • the first and second reference voltages for the columns or rows of resistance elements are advantageously generated at an output of an impedance converter, the input of which is connected to the common reference voltage line. This ensures that the resistance elements in the rows and columns that have not just been measured are kept on the input and output sides at the same potential as possible as the measurement voltage across the resistance element to be measured and at the same time almost no measurement-distorting current in other resistance elements than the resistance element to be measured Column or row flows.
  • the first reference voltage for the non-measured columns of resistance elements and the second reference voltage for the non-measured rows of resistance elements are generated by a different impedance converter in each case.
  • Driver stages at the signal outputs of the impedance converters can thus be designed with less power, which enables the use of inexpensive, common standard technologies. If a method is used with the features already described for measuring each individual resistance element of a resistance matrix one after the other, then an almost error-free measurement can be made possible for each resistance element of a resistance matrix.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the measuring arrangement for measuring a resistance element R22 within a resistance matrix 2 according to the prior art
  • FIG. 2 shows the schematic illustration from FIG. 1 with a base load resistance element R13 and
  • FIGS. 3 to 6 show a schematic illustration of the individual switching operations during a method sequence according to the invention using a circuit arrangement according to the invention for measuring a resistance element R22 with the aid of a base load resistance element R13.
  • FIGS. 3 to 6 each show the same circuit arrangement for carrying out a method according to the invention, each of FIGS. 3 to 6 representing a respective switching position according to one of the method steps as claimed.
  • the circuit arrangement shown in FIGS. 3 to 6 each has resistance elements R11, R12 and R13 in a first row "" Rl, resistance elements R21, R22 and R23 in a second row R2 and resistance elements R32 and R33 in a third row R3. Which each form a row resistive elements are electrically connected.
  • basically all resistance elements of a row are connected to one another on the output side.
  • the resistance elements R11 and R21 are combined to form a first column CL1
  • the resistance elements R12, R22 and R32 to form a second column CL2
  • the resistance elements R13, R23 and R33 to form a third column CL3.
  • Analogously to the connection of the resistance elements within the three rows R1, R2 and R3, the inputs of the resistance elements of a column are each electrically connected to one another.
  • switch arrangements SCL1, SCL2 and SCL3 each consisting of four individual switches that can be switched independently of one another, for example 4 switching transistors.
  • Each of the three switch arrangements SCL1, SCL2 and SCL3 can switch one of the three illustrated columns CL1, CL2 CL3 of the resistance matrix to one or more of the following connections simultaneously:
  • the first reference voltage CLREF is provided at the output of a first impedance converter OCL. As shown in FIGS. 3 to 6, it is designed, for example, as a first operational amplifier OCL, the non-inverting input of which is connected to the common reference voltage line REF and the output of which is fed back to the inverting input of the first operational amplifier OCL.
  • a second impedance converter OR generates the second reference voltage RREF and is configured, for example, in the same way as the first impedance converter OCL: the common reference voltage line REF of the resistance matrix 2 is fed to the non-inverting input of a second operational amplifier OR, while the inverting input of the second operational amplifier OR whose output signal is fed back.
  • the second operational amplifier OR Analogously to the mode of operation of the first operational amplifier OCL, the second operational amplifier OR also regulates the second reference voltage RREF to the potential of the voltage REF applied to the common reference voltage line.
  • the measurement voltage MEAS is supplied to the circuit arrangement by a measurement / supply unit 1, in which the current drawn by the resistance matrix can be measured at the same time.
  • the impedance converters OCL and OR, the measuring / supply unit and the switch arrangements of the columns CL1 to CL3 and rows Rl to R3 can be combined within one Be arranged component, for example within a semiconductor ASIC.
  • the resistance elements R11 to R33 are mostly arranged as pressure-dependent sensor elements of a sensor seat mat on the surface of a vehicle seat. For measurement reasons " , which are not to be discussed further here, however, resistance elements are also arranged on the sensor seat mat, the output signal of which does not change under the effect of a weight. Therefore, such resistance elements are not necessarily arranged on the sensor seat mat, but can the connection within the resistance matrix 2 of the circuit arrangement shown is only decisive for the association of resistance elements with the circuit arrangement shown on a circuit board and is nevertheless arranged within the resistance matrix 2 and shown accordingly in FIGS. 3 to 6.
  • circuit arrangement shown is in no way limited to the three rows R1, R2 and R3 and three columns CL1, CL2 and CL3 shown. Any number of rows R and
  • Columns CL can be arranged within the resistance matrix 2.
  • Figure 3 shows the first process step.
  • the base load resistance element R13 - column CL3 is connected on the input side both to the measurement voltage MEAS and to the reference voltage line REF.
  • the switch arrangement is SRI connected to the ground connection at the same time. All other switch arrangements SCL1, SCL2, SR2 and SR3 are, for example, not open at this time.
  • Figure 4 shows the second process step.
  • the columns CL1 and CL2 which are not to be measured and are not required in this sense are connected to the first reference voltage CLREF via the switch arrangements SCL1 and SCL2, and thus also the resistance elements R11, R21, R12, R22 and R32 on the input side.
  • the switch arrangements SR2 and SR3 Via the switch arrangements SR2 and SR3, the rows R2 and R3 which are not pending for measurement and are therefore not required in this sense are connected to the second reference voltage RREF and consequently also the outputs of the resistors R21, R22, R23, R32 and R33, which are used in the two Rows R2 and R3 are combined.
  • the column CL2 of the resistance element R22 to be measured is first separated from the existing electrical connections and then connected both to the measuring voltage MEAS and to the common reference voltage line REF, the row R2 simultaneously via the switch arrangement SR2 with the common ground connection of the Resistance matrix 2 is connected.
  • the existing electrical connections of the base load resistance element R13 are first disconnected. Then the base load resistance element R13 is switched on the input side together with its column CL3 to the first reference voltage CLREF. On the output side, the base load resistor stand element R13 is connected to the second reference voltage RREF via the switch arrangement SRI together with the entire row R1. Now only a measuring current flows from the measuring / supply unit 1 through the resistance element R22 to be measured to the connected common ground connection of the resistance matrix 2.
  • the measurement of the current in the measurement / supply unit 1 can take place as a direct current measurement, but also as an indirect measurement of an electrical measurement value derived from the current, for example a voltage drop across a suitable resistor within the measurement / supply unit 1.
  • each resistor of the resistor matrix can be measured in succession.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung eines elektrischen Messwerts für ein Widerstandselement (R22), vorzugsweise zur Bestimmung eines elektrischen Stroms durch das Widerstandselement (R22), wobei das zu vermessende Widerstandselement (R22) zusammen mit weiteren Widerstandselementen innerhalb einer Widerstandsmatrix (2) bestehend aus Spalten (CL1, CL2, CL3) und Reihen (R1, R2, R3) von Widerstandselementen verschaltet ist. Zunächst wird dabei eine Messspannung (MEAS) mit einem Grundlastwiderstand-element (R13) belastet, das zwischen den Ausgang einer Mess-/Versorgungseinheit (1) und den gemeinsamen Masseanschluss der Widerstandsmatrix (2) geschaltet ist. Gleichzeitig wird die Messspannung (MEAS) mit dem Eingang eines Impedanzwandlers (OCL, OR) verbunden, dessen Ausgang erst in einem nächsten Schritt mit den nicht zur Messung anstehenden Widerstandselementen der Widerstandsmatrix (2) verbunden wird. Dadurch wird ein Spannungsunterschied am Eingang des Operationsverstärkers vermieden, wodurch unerwünschte Signalschwingungen weitgehend ausbleiben, die das Messergebnis verfälschen könnten.

Description

Beschreibung
Verfahren und Schaltungsanordnung zur Bestimmung eines elektrischen Messwerts für ein Widerstandselement, vorzugsweise zur Bestimmung eines elektrischen Stroms durch das Widerstandselement
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung eines elektrischen Messwerts für ein Widerstandselement, vorzugsweise zur Bestimmung eines elektrischen Stroms durch das Widerstandselement, wobei das zu vermessende Widerstandselement zusammen mit weiteren Widerstandselementen innerhalb einer Widerstandsmatrix bestehend aus Spalten und Reihen von Widerstandselementen verschaltet ist.
Die Verwendung von Anordnungen mehrerer matrixartig miteinander verbundener Widerstandselemente ist aus der Automobiltechnik zur Sitzbelegungserkennung in Kraftfahrzeugen be- kannt. Um beispielsweise die Auslösung eines Insassenrückhaltemittels effizient an die Sitzbelegung in einem Kraftfahrzeug anpassen zu können, werden druckabhängige Widerstandselemente flächig an der Oberfläche eines Kraftfahrzeugsitzes angeordnet und matrixartig so miteinander verschaltet, dass eine druckabhängige Änderung der Widerstandswerte der Widerstandselemente Aufschluss über das Gewicht und die Gewichtsverteilung eines Fahrzeuginsassen gibt und damit letztlich Rückschlüsse auf dessen Sitzposition und Körpermaße ermöglicht.
Solche Anordnungen von Widerständen als Widerstandsmatrix in der Ausgestaltung als Sensorsitzmatte sind bekannt aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 200 14 200 Ul und aus dem Artikel „Occupant Classification System for Smart Restraint Sys- temλ, Society of Automotive Engineers Inc. von 1999, BNSDOCID XP-002184965. Die Veränderung der Widerstandswerte der einzelnen als Sensorelemente verwendeten Widerstandselemente einer Sensorsitzmatte unter Einwirken einer Gewichtskraft wird üblicherweise über eine Veränderung Ihrer j eweiligen Stromaufnahme be- stimmt. Dazu wird eine Spannung an den Eingang des zu messenden Widerstandselements angelegt während sein Ausgang an den Masseanschluss der Widerstandsmatrix geschalten wird. Der auf diese Weise fließende Strom durch das zu messende Widerstandselement wird von einer Messeinheit gemessen und gilt als Maß für den Widerstand des zu messenden Widerstandselements bei vorgegebener Spannung und damit als Maß für die aufliegende Gewichtskraft auf dem Widerstandselement.
Um Störströme zu verhindern, die bei der Messung eines Wider- Standselements zu anderen, zu diesem Zeitpunkt nicht gemessenen Widerstandselementen abfließen könnten und auf diese Weise die Messung störend beeinflussen würden, werden alle nicht zur Messung anstehenden und in dieser Hinsicht unbenötigten Spalten und Reihen von Widerstandselementen sowohl eingangs- seitig als auch ausgangsseitig mit einer möglichst gleich großen Spannung verbunden, möglichst mit der gleichen Messspannung, die eingangsseitig an dem zu vermessenden Widerstandselement anliegt. Um der zugehörigen Messspannungsquelle jedoch über den Strom durch das zu vermessende Widerstands- element hinaus keinen weiteren Strom zu entnehmen, erfolgt die Spannungsversorgung der unbenötigten Reihen und Spalten der Widerstandsmatrix durch Impedanzwandler, die zwischen die Messspannung und die unbenötigten Reihen und Spalten der Widerstandsmatrix geschaltet sind. Die Ausgänge der Impedanz- wandler besitzen dabei zumeist eigene Stromtreiberstufen, sogenannte Pull-Transistoren, deren Stromabgabe an die unbenötigten Reihen und Spalten der Widerstandsmatrix unabhängig von der Messspannungsquelle erfolgt und daher die Strommessung an der Messspannungsquelle nicht verfälscht. Geeignete Impedanzwandler sind aus der einschlägigen Fachliteratur hinlänglich bekannt, beispielsweise aus' dem Fachbuch „Electronic Circuits', U. Tietze, Ch. Schenk, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg 1991, Seite 454, Figur 16.19. Dort ist als Impedanzwandler ein Operationsverstärker gezeigt, dessen invertierender Eingang mit seinem Ausgang rückkoppelnd verbunden sind.
Figur 1 zeigt schematisch eine solche Messanordnung während der Messung eines Widerstandselements (R22) einer Widerstandsmatrix (2) . Die Bezugs zeichen der Figur 1 entsprechen den Bezugszeichen der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Im Sinne einer Veranschaulichung des technischen Problems wurden die zur Zeit der Messung des Widerstandselements (R22) nicht benötigten Schalteranordnungen (SCL2, SCL3, SRI, SR3) nur teilweise in der Figur 1 dargestellt. Es ist außerdem darauf hinzuweisen, dass mehrere einzelne Schalter einer Schaltungs- anordnung mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und dass die gezeigten elektrischen Verbindungen zwischen den dargestellten einzelnen Schaltern und elektronischen Elementen nur für den gezeigten Schaltzustand der Schalteranordnungen (SCL2, SCL3, SRI, SR3) bestehen.
Die in der Figur 1 dargestellten Widerstandselemente (R22, R23, R33) sind über Kapazitäten (C22, C23, C33') mit dem Masseanschluss der Schaltungsanordnung verbunden. Solche Kapazitäten können beispielsweise parasitäre Kapazitäten der Schal- tungsanordnung sein oder auch bewusst eingebrachte Entstörungskondensatoren zum Schutz vor elektromagnetischen Störeinflüssen auf die Schaltungsanordnung. Die von einer Messspannung (MEAS) aus einer Mess-/Versorgungseinheit (1) elektrisch unabhängigen Treiberstufen am Ausgang der beiden darge- stellten Impedanzwandler (OCL und OR) laden die mit ihnen verbundenen Kapazitäten (C23, C33') auf ein Spannungsniveau auf, das größer als die Messspannung (MEAS) sein kann. Beim Zuschalten der Messspannung (MEAS) auf die Eingänge der Impedanzwandler (OCL, OR) kann es unter der Wirkung dieser auf ein höheres Potenzial aufgeladenen Kapazitäten (C23, C33') zu Oszillationen an den Signalausgängen der Impedanzwandler (OCL, OR) kommen, die den gemessenen Stromfluss durch das zu vermessende Widerstandselement (R22) während einer anfänglichen Einschwingzeit empfindlich stören können. Der Spannungsunterschied zwischen den Eingängen der Impedanzwandler (OCL, OR) und den aufgeladenen Kapazitäten (C23, C33') wird zusätzlich verstärkt, wenn das zu vermessende Widerstandselement
(R22) sehr niederohmig ist, beispielsweise wenn kein Gewicht auf das Widerstandselement (R22) wirkt, und die Messspannung
(MEAS) deshalb unter dem Einfluss des Innenwiderstands der Mess-/Versorgungseinheit (1) herabgesetzt wird.
Die erzeugten Oszillationen am Signalausgang der Impedanzwandler (OCL und OR) können im schlimmsten Fall eine Fehlmessung des Stromflusses durch das zu vermessende Widerstandselement (R22) zur Folge haben, so dass das auf das zu vermes- sende Widerstandselement (R22) wirkende Gewicht falsch be- ' stimmt wird. Vor allem, wenn solche Fehlmessungen an mehreren Widerstandselementen der Widerstandsmatrix (2) auftreten, kann dies zu einem falsch ermittelten Gewicht oder einem verfälschten Gewichtsprofil eines Fahrzeuginsassen führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine dafür geeignete Vorrichtung anzugeben, bei der das Auftreten von störenden Einflüssen während der Messung eines Widerstandselements einer Widerstandsmatrix, bei- spielsweise von Signaloszillationen, deutlich vermindert wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren , das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Die Aufgabe wird weiterhin ge- löst durch eine Schaltungsanordnung, die die Merkmale des Anspruchs 5 aufweist.
Im Hinblick auf eine leichtere Verständlichkeit der nachfolgenden Erläuterungen wird jeweils eine Verbindungsseite eines Widerstandselements als Eingangsseite bezeichnet und die entsprechend andere Verbindungsseite desselben Widerstandselements als Ausgangsseite. Bei dem Verfahren zur Bestimmung eines elektrischen Messwerts für ein Widerstandselement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wird ein Grundlastwiderstandselement vor jeder Mes- sung eines einzelnen Widerstandselements eingangsseitig, zusammen mit seiner Spalte innerhalb der Widerstandmatrix mit der Messspannung verbunden und ausgangsseitig, zusammen mit seiner Reihe innerhalb der Widerstandsmatrix mit dem Masseanschluss der Widerstandsmatrix. Zeitgleich oder kurz darauf wird an der eingangsseitig anliegenden Messspannung eine gemeinsame Referenzspannungsleitung der Widerstandmatrix angeschlossen, so dass die Messspannung als Referenzspannung dient, von der erste und zweite Referenzspannungen für alle nicht zur vermessenden Spalten und Reihen von Widerstandsele- menten abgeleitet werden. Erst danach werden alle weiteren Widerstandselemente der Widerstandsmatrix zusammen mit ihren Spalten eingangsseitig mit der ersten Referenzspannung verbunden und ausgangsseitig zusammen mit ihren Reihen mit der zweiten Referenzspannung. Erst jetzt wird das zu vermessende Widerstandselement eingangsseitig zusammen mit seiner Spalte mit der Messspannung beaufschlagt und ausgangsseitig zusammen mit seiner Reihe mit dem Masseanschluss der Widerstandsmatrix verbunden. Daraufhin wird das Grundlastwiderstandselement wieder von der Messspannung und vom Masseanschluss getrennt und, wie zu diesem Zeitpunkt schon alle weiteren Widerstandselemente, zusammen mit seiner Spalte eingangsseitig mit der ersten Referenzspannung verbunden und ausgangsseitig mit der zweiten Referenzspannung, woraufhin die eigentliche Messung des Messwerts für das zu vermessende Widerstandselement er- folgen kann, vorzugsweise indem der Strom bestimmt wird, der von der Messspannung durch das zu vermessende Widerstandselement hin zum Masseanschluss fließt.
Durch das anfängliche Zuschalten des Grundlastwiderstandsele- ments wird verhindert, dass die Messspannung unter der Wirkung des Innenwiderstands einer Mess-/Versorgungseinheit herabgesetzt wird, und dadurch Spannungsunterschiede zwischen den Eingängen von Impedanzwandlern, die an die Mess- /Versorgungseinheit angeschlossen sind, und Kapazitäten an deren Ausgängen entstehen können. Durch die erst daraufhin erfolgende Verbindung der nicht gemessenen Reihen und Spalten von Widerstandselementen mit der ersten bzw. zweiten Referenzspannung an den Ausgängen der Impedanzwandler wird außer- "dem verhindert, dass sich die Kapazitäten an den Ausgängen der Impedanzwandler über das Spannungsniveau der Messspannung aufladen. Durch beide Maßnahmen zusammen wird folglich ver- hindert, dass sich zu große Spannungsunterschiede zwischen den Eingängen der Impedanzwandler und diesen Kapazitäten ausbilden können. Oszillationen der ersten und zweiten Referenzspannungen der nicht zur Messung anstehenden- Spalten bzw. Reihen werden auf diese Weise weitgehend vermieden.
Vorteilhafterweise werden die ersten und zweiten Referenzspannungen für die Spalten beziehungsweise Reihen von Widerstandselementen an einem Ausgang eines Impedanzwandlers erzeugt, dessen Eingang mit der gemeinsamen Referenzspannungs- leitung verbunden ist. Dadurch wird sichergestellt, dass die Widerstandselemente in den gerade nicht gemessenen Reihen und Spalten eingangs- wie auch ausgangsseitig auf einem möglichst gleichen Spannungspotenzial gehalten werden wie die Messspannung über dem zu vermessenden Widerstandselement und zugleich annähernd kein messungsverfälschender Strom in andere Widerstandselemente als das zu vermessende Widerstandselement einer Spalte oder Reihe fließt.
Weiterhin vorteilhafterweise wird die erste Referenzspannung für die nicht gemessenen Spalten von Widerstandselementen und die zweite Referenzspannung für die nicht gemessenen Reihen von Widerstandselementen durch einen jeweils unterschiedlichen Impedanzwandler erzeugt. Treiberstufen an den Signalausgängen der Impedanzwandler können dadurch ggf. leistungs- schwächer ausgelegt werden, was die Verwendung von preiswer- i- ten, gängigen Standardtechnologien ermöglicht. Wird ein Verfahren mit den bereits geschilderten Merkmalen zur Messung j edes einzelnen Widerstandselements einer Widerstandsmatrix nacheinander eingesetzt, so kann für j edes Widerstandselement einer Widerstandsmatrix eine nahezu fehler- freie Messung ermöglicht werden .
Nachfolgend wird die Wirkungsweise der Erfindung und ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung dargestellt . Es zeigen :
Figur 1 eine schematische Darstellung der Messanordnung für die Vermessung eines Widerstandselements R22 innerhalb einer Widerstandsmatrix 2 gemäß dem Stand der Technik,
Figur 2 die schematische Darstellung aus Figur 1 mit einem erfindungsgemäß zuschaltbaren Grundlastwiderstandselement R13 und
Figuren 3 bis 6 eine schematische Darstellung der einzelnen Schaltvorgänge während eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs anhand einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Vermessung eines Widerstandselements R22 mit Hilfe eines Grundlastwiderstandsele- ments R13.
Die Figuren 3 bis 6 zeigen jeweils die selbe Schaltungsanordnung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei jede der Figuren 3 bis 6 eine jeweilige Schaltstellung gemäß einem der anspruchsgemäßen Verfahrensschritte darstellt .
Die in den Figuren 3 bis 6 jeweils gezeigte Schaltungsanordnung weist Widerstandselemente Rll, R12 und R13 in einer ers- ten Reihe "'Rl auf, Widerstandselemente R21, R22 und R23 in einer zweiten Reihe R2 und Widerstandselemente R32 und R33 in einer dritten Reihe R3. Die jeweils zu einer Reihe zusammen- gefassten Widerstandselemente sind elektrisch miteinander verbunden. In der gezeigten Schaltungsanordnung sind grundsätzlich alle Widerstandselemente einer Reihe ausgangsseitig miteinander verbunden. In gleicher Weise werden die Wider- Standselemente Rll und R21 zu einer ersten Spalte CLl zusam- mengefasst, die Widerstandselemente R12, R22 und R32 zu einer zweiten Spalte CL2 und die Widerstandselementen R13, R23 und R33 zu einer dritten Spalte CL3. Analog zu der Verschaltung der Widerstandselemente innerhalb der drei Reihen Rl, R2 und R3 sind die Eingänge der Widerstandselemente einer Spalte jeweils elektrisch miteinander verbunden.
Ebenfalls dargestellt sind drei Schalteranordnungen SCL1, SCL2 und SCL3, bestehend aus je vier einzelnen, unabhängig voneinander schaltbaren Schaltern, beispielsweise 4 Schalttransistoren. Jede der drei Schalteranordnungen SCLl, SCL2 und SCL3 kann je eine der drei dargestellten Spalten CLl, CL2 CL3 der Widerstandsmatrix auf einen oder mehrere der folgenden Anschlüsse gleichzeitig schalten:
1. eine gemeinsame Referenzspannungsleitung REF,
2. eine Messspannung MEAS,
3. eine erste Referenzspannung CLREF und
4. einen gemeinsamen Masseanschluss der Schaltungsanordnung.
Die erste Referenzspannung CLREF wird am Ausgang eines ersten Impedanzwandlers OCL bereitgestellt. Wie in den Figuren 3 bis 6 dargestellt ist dieser beispielsweise als erster Operationsverstärker OCL ausgebildet, dessen nicht invertierender Eingang mit der gemeinsamen Referenzspannungsleitung REF verbunden ist und dessen Ausgang mit dem invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers OCL rückkoppelnd verbunden ist. Durch diese Impedanzwandler - Schaltung wird gewährleistet, dass das erste Referenzspannungspotential immer auf die an «der gemeinsamen Referenzspannungsleitung REF anliegende Spannung geregelt wird. Die Schalteranordnungen SRI, SR2 und SR3, bestehend aus ebenfalls jeweils vier unabhängig voneinander schaltbaren Schaltern, beispielsweise 4 Schalttransistoren, sorgen dafür, dass auch die Reihen Rl, R2 und R3 auf einen oder mehrere der fol- genden Anschlüsse geschaltet werden können, nämlich:
1. die gemeinsame Referenzspannungsleitung REF,
2. die Messspannung MEAS,
3. eine zweite Referenzspannung RREF und 4. die gemeinsame Masse der Schaltungs nordnung.
Ein zweiter Impedanzwandler OR erzeugt dabei die zweite Referenzspannung RREF und ist beispielsweise in gleicher Weise ausgestaltet wie der erste Impedanzwandler OCL: Dem nicht in- vertierenden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers OR ist die gemeinsame Referenzspannungsleitung REF der Widerstandsmatrix 2 zugeführt, während dem invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers OR dessen Ausgangssignal rückkoppelnd zugeführt ist. Analog zur Funktionsweise des ersten Operationsverstärkers OCL regelt auch der zweite Operationsverstärker OR die zweite Referenzspannung RREF auf das Potential der an der gemeinsamen Referenzspannungsleitung anliegenden Spannung REF.
Die Messspannung MEAS wird der Schaltungsanordnung von einer Mess-/Versorgungseinheit 1 zugeführt, in der gleichzeitig der von der Widerstandsmatrix aufgenommene Strom gemessen werden kann.
Weder für das erfindungsgemäße Verfahren noch für die dafür geeignete Schaltungsanordnung ist es wichtig wie die einzelnen Schaltungselemente räumlich angeordnet sind. Beispielsweise können bei der dargestellten Schaltungsanordnung der Figuren 3 bis 6 die Impedanzwandler OCL und OR, die Mess- /Versorgungseinheit und die Schalteranordnungen der Spalten CLl bis CL3 und Reihen Rl bis R3 zusammen innerhalb eines Bauteils angeordnet sein, beispielsweise innerhalb eines Halbleiter-ASICs .
Die Widerstandselemente Rll bis R33 sind größtenteils als druckabhängige Sensorelemente einer Sensorsitzmatte an der 0- berflache eines Fahrzeugsitzes angeordnet. Aus messtechnischen Gründen", die hier nicht weiter ausgeführt werden sollen, sind dabei jedoch auch Widerstandselemente auf der Sensorsitzmatte angeordnet, deren Ausgangssignal sich nicht un- ter der Wirkung einer Gewichtskraft verändert. Solche Widerstandselemente sind deshalb auch nicht notwendigerweise auf der Sensorsitzmatte angeordnet, sondern können ebenso auf einer Platine angeordnet sein, die sich räumlich entfernt von der Sensorsitzmatte befindet. Entscheidend für die Zugehörig- keit von Widerstandselementen zu der gezeigten Schaltungsanordnung ist lediglich die Verschaltung innerhalb der Widerstandsmatrix 2 der gezeigten Schaltungsanordnung. Das Grundlastwiderstandselement R13 ist beispielsweise bevorzugt ein druckunabhängiges Widerstandselement R13 auf einer Platine und ist dennoch innerhalb der Widerstandsmatrix 2 angeordnet und entsprechend in den Figuren 3 bis 6 dargestellt.
Weiterhin ist die gezeigte Schaltungsanordnung keineswegs auf die gezeigten drei Reihen Rl, R2 und R3 und drei Spalten CLl, CL2 und CL3 beschränkt. Es können beliebig viele Reihen R und
Spalten CL innerhalb der Widerstandsmatrix 2 angeordnet sein.
Anhand der Figuren 3 bis 6 werden nachfolgend die einzelnen Schaltzustände der Schalteranordnungen SCL1 bis SCL3 und SRI bis SR3 für die einzelnen Verfahrensschritte erläutert, und zwar anhand des Beispiels einer Messung eines Stroms durch das Widerstandselement R22.
Figur 3 zeigt den ersten Verfahrensschritt. Zunächst wird das Grundlastwiderstandselement R13 -der Spalte CL3 eingangsseitig sowohl mit der Messspannung MEAS als auch mit der Referenzspannungsleitung REF verbunden. Die Schalteranordnung SRI ist gleichzeitig mit dem Masseanschluss verbunden. Alle weiteren Schalteranordnungen SCLl, SCL2, SR2 und SR3 sind zu diesem Zeitpunkt beispielsweise nichtleitend geöffnet.
Figur 4 zeigt den zweiten Verfahrensschritt . Die nicht zur Messung anstehenden und in diesem Sinne nicht benötigten Spalten CLl und CL2 werden über die Schalteranordnungen SCLl bzw. SCL2 mit der ersten Referenzspannung CLREF verbunden und damit eingangsseitig auch die Widerstandselemente Rll, R21, R12, R22 und R32. Über die Schalteranordnungen SR2 und SR3 werden die nicht zur Messung anstehenden und in diesem Sinne nicht benötigten Reihen R2 bzw. R3 mit der zweiten Referenzspannung RREF verbunden und folglich auch die Ausgänge der Widerstände R21, R22, R23, R32 und R33, die in den beiden Reihen R2 und R3 zusammengefasst sind.
In Figur 5 wird die Spalte CL2 des zu vermessenden Widerstandselements R22 zunächst von den bestehenden elektrischen Verbindungen getrennt und dann sowohl mit der Messspannung MEAS, als auch mit der gemeinsamen Referenzspannungsleitung REF verbunden, wobei die Reihe R2 gleichzeitig über die Schalteranordnung SR2 mit dem gemeinsamen Masseanschluss der Widerstandsmatrix 2 verbunden wird.
In Figur 6 werden zunächst die bestehenden elektrischen Verbindungen des Grundlastwiderstandselements R13 getrennt. Dann wird das Grundlastwiderstandselement R13 eingangsseitig zusammen mit seiner Spalte CL3 auf die erste Referenzspannung CLREF geschaltet. Ausgangsseitig wird das Grundlastwider- Standselement R13 über die Schalteranordnung SRI zusammen mit der gesamten Reihe Rl mit der zweiten Referenzspannung RREF verbunden. Nun fließt nur noch ein Messstrom von der Mess-/Versorgungseinheit 1 durch das zu vermessende Widerstandselement R22 hin zum angeschlossenen gemeinsamen Masse- anschluss der Widerstandsmatrix 2. Die Messung des Stroms in der Mess-/Versorgungseinheit 1 kann dabei als direkte Strommessung erfolgen, aber auch als indirekte Messung eines vom Strom abgeleiteten elektrischen Mess- werts, beispielsweise eines Spannungsabfalls an einem dazu geeigneten Widerstand innerhalb der Mess-/Versorgungseinheit 1.
Auf die selbe Weise, wie die Strommessung für den Widerstand R22 beschrieben wurde, kann nacheinander jeder Widerstand der Widerstandsmatrix vermessen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung eines elektrischen Messwerts für ein Widerstandselement (R22) , vorzugsweise zur Bestimmung ei- nes elektrischen Stroms durch das Widerstandselement (R22), wobei das zu vermessende Widerstandselement (R22) zusammen mit weiteren Widerstandselementen innerhalb einer Widerstandsmatrix (2) bestehend aus mindestens einer Reihe (Rl, R2, R3) mit mehreren Spalten (CLl, CL2, CL3) von Widerstands- elementen verschaltet ist, vorzugsweise innerhalb einer Vorrichtung zur Sitzbelegungserkennung in Kraftfahrzeugen, bei der einige der Widerstandselemente flächig auf der Sitzfläche eines Kraftfahrzeugsitzes angeordnet sind und ihren Widerstandswert veranlasst durch eine auf sie wirkende Gewichts- kraft ändern, gekennzeichnet durch folgende aufeinanderfolgende Verfahrenschritte: das Grundlastwiderstandselement (R13) wird eingangsseitig zusammen mit seiner Spalte (CL3) innerhalb der Wider- standsmatrix (2) sowohl mit einer Mess-/Versorgungseinheit (1) verbunden als auch zeitgleich damit oder darauf folgend mit einer gemeinsamen Referenzspannungsleitung (REF) , so dass die Messspannung (MEAS) der Mess- /Versorgungseinheit (1) eine gemeinsame Referenzspannung bildet, und ausgangsseitig zusammen mit seiner Reihe (Rl) innerhalb der Widerstandsmatrix (2) mit dem Masseanschluss der Widerstandsmatrix (2), alle weiteren Widerstandselemente werden zusammen mit ihren Spalten (CLl, CL2) eingangsseitig mit einer ersten Re- ferenzspannung (CLREF) verbunden und zusammen mit ihren
Reihen (R2, R3) ausgangsseitig mit einer zweiten Referenzspannung (RREF) , - das zu vermessende Widerstandselement (R22) wird von seinen bisherigen elektrischen Verbindungen getrennt und ein- gangsseitig zusammen mit seiner Spalte (CL2) sowohl mit '•' der Mess-/Versorgungseinheit (1) verbunden als auch zeitgleich damit oder darauf folgend mit der gemeinsamen Refe- renzspannungsleitung (REF) und ausgangsseitig zusammen mit seiner Reihe (R2) mit dem Masseanschluss der Widerstandsmatrix (2) , das Grundlastwiderstandselement (R13) wird von seinen bisherigen elektrischen Verbindungen getrennt und zusammen mit seiner Spalte (CL3) eingangsseitig mit der ersten Referenzspannung (CLREF) verbunden und zusammen mit seiner Reihe (Rl) ausgangsseitig mit der zweiten Referenzspannung (RREF) und schließlich - bestimmt die Mess-/Versorgungseinheit (1) den elektrischen Messwert für das zu vermessende Widerstandselement (R22), vorzugsweise den elektrischen Strom, der von der Mess- /Versorgungseinheit (1) durch das zu vermessende Widerstandselement (R22) zum Masseanschluss der Widerstandsmat- rix (2) fließt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die erste als auch die zweite Referenzspannung (CLREF, RREF) an einem Ausgang eines Impedanzwandlers (OCL, OR) bereitgestellt wird, dessen Eingang mit der gemeinsamen Referenzspannungsleitung (REF) verbunden ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Referenzspannung (CLREF) von einem ersten Impedanzwandler (OCL) und die zweite Referenzspannung (RREF) von einem zweiten Impedanzwandler (OR) erzeugt wird.
4. Verfahren zur Bestimmung je eines elektrischen Messwerts für mehrere Widerstandselemente, vorzugsweise Bestimmung je eines elektrischen Stroms durch mehrere Widerstandselemente einer Widerstandmatrix (2), bei dem der Stromfluss durch jedes der zu vermessenden Widerstandselemente nach einem Ver- fahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 bestimmt wird.
5. Schaltungsanordnung zur Bestimmung eines elektrischen Messwerts für ein Widerstandselement (R22) , vorzugsweise zur Bestimmung eines elektrischen Stroms durch das Widerstandselement (R22), wobei das zu vermessende Widerstandselement (R22) zusammen mit weiteren Widerstandselementen innerhalb einer Widerstandsmatrix (2) bestehend aus mindestens einer Reihe (Rl, R2, R3) mit mehreren Spalten (CLl, CL2, CL3) von Widerstandselementen verschaltet ist, vorzugsweise innerhalb einer Vor- richtung zur Sitzbelegungserkennung in Kraftfahrzeugen, bei der einige der Widerstandselemente flächig auf der Sitzfläche eines Kraftfahrzeugsitzes angeordnet sind und ihren Widerstandswert veranlasst durch eine auf sie wirkende Gewichtskraft ändern, mit - einer Mess-/Versorgungseinheit (1), die mit jeder der
Spalten (CLl, CL2, CL3) und jeder der Reihen (Rl, R2, R3) der Widerstandsmatrix (2) verbindbar ist, mindestens einem Impedanzwandler (OCL, OR) , dessen Eingang mit der Mess-/Versorgungseinheit (1) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Schaltungsanordnung ein zwischen die Mess-
/Versorgungseinheit (1) und einem gemeinsamen Masseanschluss der Widerstandsmatrix (2) schaltbares Grundlastwiderstandselement (R13) aufweist und - der Ausgang des oder der Impedanzwandler (OCL, OR) mit mindestens einer Spalte (CLl, CL2, CL3) oder mindestens einer Reihe (Rl, R2, R3) verbindbar ist, so dass mit der Schaltungsanordnung ein Verfahren zur Bestimmung eines elektrischen Messwerts für ein Widerstandselement (R22) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 durchgeführt werden kann.
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