CN102985794A - 用于检测开关装置的开关状态的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测包括至少一个开关元件（SE1，SE2）的开关装置的开关状态的方法，其中，开关元件各自的开关状态通过开关元件的物理测量量（UM1，UM2）的值来表征，该物理测量量通过A/D转换器输入端（A/D）输送给微处理器（μC）用于评估，该方法包括如下步骤：通过将检测到的物理测量量的实际值与针对不同开关状态的预给定的固定的额定值进行比较来识别各自的开关状态；使用检测到的物理测量量的实际值，借助开关装置的基于确定测量量的构件（M1，M2，S11-S24）的标称值和开关装置的输入量的物理模型，计算针对识别出的开关状态的物理比较量的推导值；求在物理比较量（Uges）的推导值与预给定的物理比较量的标称值或当前检测到的实际值（UVcc）之间的差值（UDiff）；将差值与差-阈值进行比较；以及在当前的差值超过差-阈值（UDiff-S）的情况下判定当前的开关状态检测有错误。

Description

用于检测开关装置的开关状态的方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测包括至少一个开关元件的开关装置的开关状态的方法，其中，开关元件各自的开关状态通过开关元件的物理测量量的值来表征，该物理测量量通过A/D转换器输入端输送给微处理器用于评估。
背景技术
这种电路装置例如使用在汽车中，以便控制不同的车辆功能。这样例如通常将包括多个单个开关的开关装置集成在所谓的用于汽车的转向柱模块中。单个开关在此例如设置用于控制车辆的挡风玻璃刮水和清洗系统、转向灯和远光切换装置。
具体实施方式
在唯一的图中示出了用于执行根据本发明的方法所设置的开关装置的等效电路图，其中，该等效电路图是包括多个开关元件的用于汽车的转向柱模块，如前面所说明的那样。在该转向柱模块中，开关元件配属于上述的汽车功能。开关元件SE1、SE2中的每一个（在此示例性地仅示出了两个开关元件，其中，实际实施自然可以具有更多）在此包括测量电阻M1、M2，该测量电阻用其一个接头与地电势Gnd连接。测量电阻M1、M2的另一个接头在每个开关状态中都通过分别配属于该开关状态的开关电阻S11、S12、S13；S21、S21、S23、S24与恒定的供电电压Vcc连接。分别在开关元件SE1、SE2中存在的开关电阻S11、S12、S13；S21、S22、S23、S24的数目取决于利用各自的开关元件SE1或SE2要实现的开关状态的数目，在本示例中也就是说针对SE1的3个开关状态和针对SE2的4个开关状态）。在此，在测量电阻M1、M2上下降的测量电压UM1、UM2通过A/D转换器输入端A/D1、A/D2输送给微处理器μC。
开关装置的配属于不同功能的开关元件SE1、SE2的电阻支路，如在附图中可看到的那样，彼此并联连接，并且用其与分别所选的开关状态相对应的开关电阻（在所示的示例中为S11、S23）通过共同的电导线与供电电压Vcc连接。
由已知的测量电阻M1、M2的标称量、配属于各自的开关状态的开关电阻S11、S12、S13；S21、S22、S23、S24的标称量以及邻接的供电电压Vcc的标称量（该供电电压在本示例中在测量技术上也通过微处理器μC的A/D转换器输入端A/D3检测其实际值UVcc）得到用于分别配属于开关元件SE1、SE2的不同开关状态的、在测量电阻M1、M2上的压降，也就是说，测量电压UM1、UM2的预给定的固定的额定值。
然而由于所使用的部件的公差以及导线电阻或者转接或插接连接的接触电阻得到实际起作用的电阻与按设计的标称值的偏差。该情况影响整个开关装置，并且由此会部分地引起实际检测到的测量电压值UM1、UM2与预给定的固定额定值的明显偏差。
当在此情况下出现的偏差达到在分别配属于不同开关状态的测量电压UM1、UM2之间的差的量级时，会导致错误的开关状态信息并且由此会导致利用开关装置驱动的车辆装置的故障。因此，原则上值得期待的是，提供用于验证由检测到的测量电压UM1、UM2推导出的开关状态检测的可能性，以便在开关状态信息断定为可能有错误情况下至少阻止与此相联系的并且至少可能不期望的车辆功能的触发。此外，值得期待的是，甚至尽可能修正有错误的开关状态信息并且触发实际计划的功能。
根据本发明的用于检测包括至少一个开关元件的开关装置的开关状态的方法提供了如下这样的开关状态检测的验证，其中，开关元件各自的开关状态通过开关元件的物理测量量的值来表征，该物理测量量通过A/D转换器输入端输送给微处理器用于评估，这种验证具有在专利权利要求1中所说明的方法步骤。
在该专利权利要求中所述的物理测量量是例如电压值或电流强度值，其中，确定测量量的构件的标称值是电阻值、电容值或电感值，而开关装置的输入量是供电电压值或输入电流强度值。物理比较量涉及例如上述值之一，其可以作为由其他（测量）值推导值来计算、作为标称值来预给定或作为实际值通过当前测量来检测。
优选地，在将存在的开关状态检测判定为有错误的情况下，阻止与此相联系的车辆功能的触发。
关于开关装置的根据附图所实施的形式，该开关装置包括至少两个开关元件SE1、SE2，该开关元件又分别包括具有测量电阻M1、M2和至少两个开关电阻S11、S12、S13；S21、S22、S23、S24的电阻支路，其中，测量电阻M1、M2的其中一个接头与地电势Gnd连接，而另一个接头在每个开关状态中通过分别配属于开关状态的开关电阻S11、S12、S13；S21、S22、S23、S24与恒定的供电电压Vcc连接，其中，电阻支路彼此并联连接，并且通过共同的电导线一侧与地电势Gnd连接而另一侧与供电电压Vcc连接，以及其中，在测量电阻M1、M2上下降的测量电压UM1、UM2通过A/D转换器输入端A/D1、A/D2输送给微处理器μC用于评估，根据本发明的方法设置在如下实施形式中，该实施形式以如下方法步骤的顺序为特征：
-检测在配属于不同功能的开关元件SE1、SE2的电阻支路中的测量电压UM1、UM2
-通过将检测到的测量电压UM1、UM2的实际值与针对不同开关状态预给定的固定的额定值进行比较，来识别各自的开关状态
-由检测到的测量电压UM1、UM2和测量电阻M1、M2的标称值来计算在各自的电阻支路中流动的支路电流I1、I2：
I1=M1*UM1；I2=M2*UM2
-将在各自的电阻支路中流动的支路电流I1、I2加和，得到通过所有并联电阻之路共同流动的总电流Iges：
Iges=I1+I2
-由测量电阻M1、M2的标称值和在识别出的开关状态中起作用的开关电阻（在所示的示例中为S11、S23）来计算在地电势Gnd与供电电压Vcc之间通过所有电阻支路的并联电路形成的总电阻Rges：
R1=M1+S11；R2=M2+S23；Rges=R1*R2/(R1+R2)
-由计算出的总电流Iges和总电阻Rges的值来计算在所有电阻支路的并联电路上的总压降Uges：
Uges=Iges*Rges
-求在计算出的总压降Uges与邻接的供电电压的预给定的值Vcc或测量出的值UVcc之间的电压差值UDiff：
UDiff=UVcc-Uges
-将电压差值UDiff与差-阈值UDiff-S进行比较并且在当前的电压差值UDiff超过差-阈值UDiff-S的情况下判定当前的开关状态检测有错误：
UDiff-UDiff-S<=0→正常；UDiff-UDiff-S>0→“错误”
这个根据本发明的方法的简单的方案以确定错误为目标，这种错误尤其会在所有电阻支路均同样涉及的共同的馈线中出现。这种仅在电阻支路中的单个电阻支路中出现的错误可以利用根据本发明的改进方案来检测，该改进方案也能够实现这种错误的补偿，从而得到开关装置的改善的可支配性。
根据本发明的方法的这个改进方案的方法步骤直到第三步与前面所说明的比较简单的方案相同，从而这两种方法可以完全并行地运行。它们又参照开关装置的根据附图所实施的形式进行说明。
-检测在配属于不同功能的开关元件SE1、SE2的电阻支路中的测量电压UM1、UM2
-通过将检测到的测量电压UM1、UM2的实际值与针对不同开关状态的预给定的固定的额定值进行比较来识别各自的开关状态
-由检测到的测量值UM1、UM2和测量电阻M1、M2的标称值来计算在各电阻支路中流动的电流I1、I2：
I1=M1*UM1；I2=M2*UM2
-由在电阻支路中流动的支路电流和在识别出的电路状态中起作用的开关电阻（在所示的示例中为S11、S23）的测量电阻的各自的标称值来计算在各自的电阻支路上下降的支路压降：
U1=I1*(M1+S11)；U2=I2*(M2+S23)
-求在计算出的支路压降的最大支路压降Umax与邻接的供电电压的预给定的值Vcc或测量出的值UVcc之间的电压差值UDiff：
UDiff=UVcc-Umax(Umax=U1、U2中的最大值)
-将电压差值UDiff与差-阈值UDiff-S进行比较并且在当前的电压差值UDiff超过差-阈值UDiff-S的情况下判定当前的开关状态检测有错误：
UDiff-UDiff-S<=0→正常；UDiff-UDiff-S>0→“错误”
相对于邻接的供电电压UVcc的电压差值UDiff总是利用计算出的支路压降U1、U2中的最大支路压降来形成，因为其通过电阻支路的并联电路确定所有支路的电压水平。在其他支路中的较小的压降因此必须由该支路内部的干扰电阻引起。在只有单个电阻支路的反常情况下，最后说明的方法与前面所说明的、比较简单的方法相同。
为了补偿干扰并且由此为了校正可能的测量错误，在该方法的具有优点的改进方案中，在最后说明的方法步骤的顺序的倒数第二步中测定的支路压降U1、U2上调到根据设计的供电电压Vcc或测量出的供电电压UVcc。此外，针对每个电阻支路计算缩放因数SF1、SF2，其通过邻接的供电电压的预给定的Vcc或测量出的值UVcc与各自的支路压降U1、U2的商形成：
SF1=UVcc/U1；SF2=UVcc/U2
在各自的支路中检测到的测量电压UM1、UM2在接下来的步骤中与测定的缩放因数SF1、SF2相乘并且所得到的结果如之前那样与针对不同的开关状态的预给定的固定的额定值进行比较：
UM1skal=SF1*UM1；UM2skal=SF2*UM2
如下是可行的，即，通过缩放补偿错误影响，该错误影响引起检测到的测量电压UM1、UM2与按设计所期望的值的偏差，从而使得借助经缩放的测量电压UM1skal、UM2skal能够实现实际开关状态的更可靠的识别。
通过在开关状态检测期间连续地应用所说明的方法，有效地监控可能的干扰影响是可行的。可自由限定的差-阈值UDiff-S也可以仅用于以信号通知错误情况，而不介入功能。
缓慢的或多级恒定的电阻改变基于根据本发明的方法可以很好地得到补偿。由此，提供用于跳跃式的电阻改变的整个状态识别窗。这明显提高了可支配性。

Claims (7)

1.一种用于检测包括至少一个开关元件（SE1，SE2）的开关装置的开关状态的方法，其中，所述开关元件（SE1，SE2）的各自的开关状态通过所述开关元件的物理测量量（UM1，UM2）的值来表征，所述物理测量量通过A/D转换器输入端（A/D）输送给微处理器（μC）用于评估，所述方法包括如下方法步骤：
-通过将检测到的物理测量量（UM1，UM2）的实际值与针对不同开关状态预给定的固定的额定值进行比较，识别开关状态；
-通过在使用所述检测到的物理测量量（UM1，UM2）的实际值的情况下，借助开关装置的基于确定所述测量量（UM1，UM2）的构件（M1，M2，S11，S12，S13，S21，S22，S23，S24）的标称值和开关装置的输入量（UVcc）的物理模型，计算针对识别出的开关状态的物理比较量（Uges）的推导值；
-求在所述物理比较量（Uges）的推导值与所述物理比较量的预给定的标称值（Vcc）或当前检测到的实际值（UVcc）之间的差值（UDiff）；
-将所述差值（UDiff）与差-阈值（UDiff-S）进行比较，并且在当前的差值（UDiff）超过所述差-阈值（UDiff-S）的情况下判定当前的开关状态检测有错误。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将当前的开关状态检测判定为有错误的情况下，阻止与此相联系的车辆功能的触发。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述开关装置的所述至少一个开关元件（SE1，SE2）由测量电阻（M1，M2）形成，该测量电阻在一侧与地电势（Gnd）连接，在另一侧在每个开关状态中能够通过配属于该开关状态的开关电阻（S11，S12，S13；S21，S22，S23，S24）与恒定的供电电压（Vcc）连接；并且所述物理测量量是在相应开关状态中在所述测量电阻上下降的测量电压（UM1，UM2）。
4.一种用于检测包括至少两个开关元件（SE1，SE2）的开关装置的开关状态的方法，所述开关元件（SE1，SE2）分别包括具有测量电阻（M1，M2）和至少两个开关电阻（S11，S12，S13；S21，S22，S23，S24）的电阻支路，其中，所述测量电阻（M1，M2）的一个接头与地电势（Gnd）连接而另一个接头在每个开关状态中通过分别配属于这种开关状态的开关电阻（S11，S12，S13；S21，S22，S23，S24）与恒定的供电电压（Vcc）连接，其中，所述电阻支路彼此并联连接，并且通过共同的电导线在一侧与所述地电势（Gnd）连接而在另一侧与所述供电电压（Vcc）连接，以及其中，在所述测量电阻（M1，M2）上下降的测量电压（UM1，UM2）通过A/D转换器输入端（A/D1，A/D2）输送给微处理器（μC）用于评估，所述方法包括如下方法步骤：
-检测在配属于不同功能的开关元件（SE1，SE2）的电阻支路中的测量电压（UM1，UM2）；
-通过将检测到的测量电压（UM1，UM2）的实际值与针对不同开关状态预给定的固定的额定值进行比较，识别各自的开关状态；
-由检测到的测量电压（UM1，UM2）和测量电阻（M1，M2）的标称值，计算在各电阻支路中流动的支路电流（I1、I2）；
-将在各电阻支路中流动的支路电流（I1，I2）加和，得到通过所有并联的电阻支路共同流动的总电流（Iges）；
-由测量电阻（M1，M2）的标称值与在识别出的开关状态中起作用的开关电阻（S11，S12，S13；S21，S22，S23，S24），计算在地电势（Gnd）与供电电压（Vcc）之间通过所有电阻支路的并联电路形成的总电阻（Rges）；
-由计算出的总电流（Iges）和总电阻（Rges）的值，计算在所有电阻支路的并联电路上的总压降（Uges）；
-求在计算出的总电压降（Uges）与邻接的供电电压的预给定的值或测量出的值（Vcc，UVcc）之间的电压差值（UDiff）；
-将所述电压差值（UDiff）与差-阈值（UDiff-S）进行比较，并且在当前的电压差值（UDiff）超过所述差-阈值（UDiff-S）的情况下判定当前的开关状态检测有错误。
5.一种用于检测包括至少两个开关元件（SE1，SE2）的开关装置的开关状态的方法，所述开关元件（SE1，SE2）分别包括具有测量电阻（M1，M2）和至少两个开关电阻（S11，S12，S13；S21，S22，S23，S24）的电阻支路，其中，所述测量电阻（M1，M2）的一个接头与地电势（Gnd）连接而另一个接头在每个开关状态中通过分别配属于这种开关状态的开关电阻（S11，S12，S13；S21，S22，S23，S24）与恒定的供电电压（Vcc）连接，其中，所述电阻支路彼此并联连接，并且通过共同的电导线在一侧与所述地电势（Gnd）连接而在另一侧与所述供电电压（Vcc）连接，以及其中，在所述测量电阻（M1，M2）上下降的测量电压（UM1，UM2）通过A/D转换器输入端（A/D1，A/D2）输送给微处理器（μC）用于评估，所述方法包括如下方法步骤：
-检测在配属于不同功能的开关元件（SE1，SE2）的电阻支路中的测量电压（UM1，UM2）；
-通过将检测到的测量电压（UM1，UM2）的实际值与针对不同开关状态的预给定的固定的额定值进行比较，识别各自的开关状态；
-由检测到的测量电压（UM1，UM2）和测量电阻（M1，M2）的标称值，计算在各电阻支路中流动的支路电流（I1，I2）；
-由在电阻支路中流动的支路电流（I1，I2）和在识别出的电路状态中起作用的开关电阻（S11，S12，S13；S21，S22，S23，S24）的测量电阻（M1，M2）的各自的标称值，计算在该电阻支路上下降的支路压降（U1，U2）；
-求在计算出的支路压降中的最大支路压降（Umax）与邻接的供电电压的预给定的值或测量出的值（Vcc，UVcc）之间的电压差值（UDiff）；
-将所述电压差值（UDiff）与差-阈值（UDiff-S）进行比较，并且在当前的电压差值（UDiff）超过所述差-阈值（UDiff-S）的情况下判定当前的开关状态检测有错误。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在判定当前的开关状态检测有错误的情况下执行如下后续方法步骤：
-通过所述邻接的供电电压的预给定或测量出的值（Vcc，UVcc）与各支路压降（U1，U2）的商，分别计算针对每个电路支路的缩放因数（SF1，SF2）；
-通过所述检测到的测量电压（UM1，UM2）与针对各电阻支路计算出的缩放因数（SF1，SF2）的积，计算经缩放的测量电压值（UM1skal，UM2skal）；
-通过将所述经缩放的测量电压值（UM1skal，UM2skal）与所述针对不同开关状态的预给定的固定的额定值进行比较，重新识别各开关状态。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述方法步骤总是重复地以连续运行的循环进行。
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