CN107407711B - 用于优化润湿电流的方法以及适配的用于监测具有接触开关的传感器的设备 - Google Patents

Abstract

一种用于优化润湿电流的方法，其用于具有接触开关的传感器的监测设备，所述监测设备包括电流源和并联的至少两个开关/电阻组体（CT1/R1、CT2/R2），所述方法包括以下步骤：电流源（A）利用标称电流来为电路供电；如果在所述开关/电阻组体的端子处测量的电压（Vm）大于阈值电压（Vs），所述阈值电压小于电流源的供电电压以及小于模拟‑数字转换器（CAN）的饱和电压，那么电流源停止并且实施电路的放电装置；电流源利用与标称电流减去预定步长相等的供电电流（Iwet_c）来为电路重供电。最后这两个步骤被重复直到所测量的电压小于阈值电压为止。

Description

用于优化润湿电流的方法以及适配的用于监测具有接触开关 的传感器的设备

本发明涉及用于监测具有接触开关的传感器的设备，诸如用于通过电子电路而知晓机械开关的状态、断开或闭合的那些。例如，在汽车领域中，这样的接触开关使得能够确定引擎盖或车门是开的还是关的、知晓安全带的状态(“系上”或“未系上”)等等。

以简化的方式，这些设备的运行原理在于实现这样的组体：所述组体包括单接触开关和用于确定接触是否闭合并且从中推断例如车辆的车门为敞开的电阻。

为了这样做，寻求测量电阻值以用于确定一个或多个接触开关是断开的还是闭合的。通常，尤其是在汽车领域中，由接触开关和电阻组成的多个组体因此被并联接线，目的为了通过计算在并联接线的所述组体的端子处的等效电阻的值从而使得能够监测多个不同的传感器。

因此，例如，单接触传感器的监测设备可以包括两个组体，所述两个组体并联接线并且各自包括接触开关以及相应地值为50欧姆的第一电阻与值为100欧姆的第二电阻，以及对应线缆的总电容。电路在输入电阻的端子处通过5伏特的电源被供电。借助于模拟-数字转换器以及通过“分压桥（pont diviseur）”类型的计算，确定在接触开关/电阻组体的端子处的电压并且从中推断在所述组体的端子处的总电阻的值。从该值得出结论：两个接触开关中的任一个、二者或没有任何是闭合的。事实上，参考以上的数字值，如果在开关/电阻组体的端子处的经计算的总电阻值为33欧姆，那么两个开关是闭合的。如果在开关/电阻组体的端子处的经计算的总电阻值为50欧姆，那么仅仅是与第一电阻串联的开关是闭合的。最后，如果在开关/电阻组体的端子处的经计算的总电阻值为100欧姆，那么仅仅与第二电阻串联的开关是闭合的。

在该技术上下文中，由本领域技术人员已知的，输入电阻被定尺寸使得在与开关/电阻组体中每一个对应的电路分支中的电流是可测量的，并且因此足够高。

此外，为了实现“分压桥”类型的计算，有必要针对每个计算而测量电路中的两个电压，即与分压桥对应的电压，而且还有供电电压，在该示例中等于5伏特。

为了缓解该问题，在现有技术中已经提出过将电流源而不是电压源用作供电。

从电流源的使用引出的问题在于以下事实：在开关/电阻组体的端子处的电压可大于电流源的供电电压。它还可大于模拟-数字转换器的饱和电压。

事实上，在机动车辆的上下文中，用于为电流源供电的可用供电由电池供应；其涉及电池的供电电压。它在理论上至少为12伏特。实际上，并且特别是在配备有“停和行”（实际上意指“停止”[发动机]和“重起动”）类型的技术的车辆的情况中，根据情形，实际上被供应给这样的电流源的供电电压大约4-5伏特。

与包括单接触开关的类型的监测设备的实现相关的另一一般性问题：能够在尽可能最宽的谱上确定电阻值是重要的。在此意义上，在汽车领域中，常见的是实现多个开关/电阻组体，其具有指定的电阻值。

约束此外在于以下事实：在该类型的设备中有必要确保接触部是脱氧的。在汽车领域中，最小电流，其被称为“润湿电流”，或更通常地，根据本领域技术人员公知的英语表述的“wetting current（润湿电流）”，也一般是指定的。

因此存在这样的需求：寻找一种方式使得在这样的设备中，电流源不会饱和。为此，本发明涉及一种供用于监测具有接触开关的传感器的设备来实施的用于调节润湿电流的方法，所述方法和所述设备使得能够实现一种通过电流的供电，所述通过电流的供电至少初始足够用于使接触部脱氧，并且借助于根据本发明的方法被调节，使得处于不引起电流源饱和的最大值。

更准确地，本发明涉及一种用于优化润湿电流的方法，其供形成电路的用于监测具有接触开关的传感器的设备实施，所述设备包括由供电电压所供电的电流源，包括串联的电阻和接触开关的至少两个组体，所述至少两个组体被并联接线，以及呈现饱和电压的模拟-数字转换器。根据本发明的方法值得注意之处在于它包括以下步骤：

·第一步骤，根据所述第一步骤，电流源通过第一控制总线利用比所需润湿电流更大的标称电流来为电路供电；

·第二步骤，根据所述第二步骤，如果在所述接触开关/电阻组体的端子处测量的电压大于预定阈值电压，所述阈值电压被选成小于电流源的供电电压，那么电流源停止并且通过第二控制总线实施电路的放电装置；

·第三步骤，根据所述第三步骤，如果第二步骤已经引起了电流源的停止和电路的放电，那么电流源在第二步骤结束时利用与标称电流减去预定步长相等的供电电流来为电路重供电。

在第三步骤结束时，第二步骤被再次实施直到在所述两个接触开关/电阻组体的端子处所测量的电压小于阈值电压为止。

以该方式，润湿电流被自动调节成不使电流源饱和的最大值。

根据实施例，根据本发明的方法还包括第四步骤，根据所述第四步骤，在第三步骤结束时实施稳定化延时，在其期间测量在接触开关/电阻组体的端子处的电压以便确保所述电压仍然小于阈值电压，理解为如果在所述稳定化延时期间，在接触开关/电阻组体的端子处的所述电压超过阈值电压，那么第二步骤被再次实施。

优选地，所述方法还包括借助于模拟-数字转换器对所述接触开关/电阻组体的端子处的等效电阻的值进行计算的步骤。

因此，确定开关中哪个（哪些）是断开的、相应地是闭合的是可能的。

根据实施例，在第三步骤期间，一旦在所述接触开关/电阻组体的端子处测量的电压变成小于放电阈值电压，放电就被视为结束，所述放电阈值电压被预定为等于阈值电压减去裕度。

这使能在电流源重起动之前的时间增益，并且因此使能最优润湿电流的更快速的调节。电路的放电因此由第二比较器的存在来控制。

根据实施例，阈值电压被选成小于模拟-数字转换器的饱和电压，以便确保模拟-数字转换器的非饱和，而无需求助于自动增益控制设备。

根据实施例，根据电流源的供电电压来实时配置阈值电压。这使得能够考虑为电流源供电的电压的可变性，如尤其在机动车辆的上下文中可能出现的，而同时保持被自动调节到最优值的润湿电流。

根据实施例，在对应于第一计算的、接触开关/电阻组体的端子处的所述等效电阻的值的计算之后，为了实现差分计算而利用比已经使能了第一计算的供电电流小的供电电流来实现在接触开关/电阻组体的端子处的电压的第二测量，所述差分计算使得能够更准确地确定所述等效电阻的值。

这使得能够例如免除在车辆底盘与电子模块之间的接地偏移的问题。

本发明还涉及一种形成电路的用于监测具有接触开关的传感器的设备，所述设备包括：

·至少两个由串联的电阻和接触开关组成的组体，所述两个组体被并联接线，

·由供电电压所供电的电流源，

·呈现饱和电压的模拟-数字转换器。

根据本发明的用于监测具有接触开关的传感器的设备值得注意之处在于其此外包括：

·用于测量在所述接触开关/电阻组体的端子处的电压的装置，

·用于将所述经测量电压与阈值电压进行比较的装置，所述阈值电压被预定为小于电流源的供电电压，

·用于为电路放电的装置，

并且其值得注意之处在于它被配置用于实施诸如上文简要描述的那样的方法。

有利地，所述用于放电的装置可以包括由开关操纵的电流源。这此外贡献于主要被接线到接触开关的端子的电容的放电。

有利地，根据本发明的设备可以包括用于将所述经测量的电压与预定的放电阈值电压进行比较的第二装置，所述放电阈值电压等于阈值电压减去裕度。这些第二比较装置的存在使得能够更快速的认为电路的放电是足够的并且因此重起动电流源。以该方式，润湿电流的自动调节时间得以优化。

在阅读随后的描述时，本发明将更好地被理解，所述描述仅仅作为示例被给出并且参考了附图，在所述附图上：

-图1表示适于实施根据本发明的方法的设备的电子示意图；

-图2表示如下的示意图：其特别示出在由实施根据本发明的方法的针对具有接触开关的传感器的监测设备所形成的电路中作为时间的函数的电压和强度的演进。

需要指出的是，附图以详细的方式展现了本发明以用于使能实施本发明，所述附图当然还可以用于更好地限定本发明。

本发明主要被呈现用于在机动车辆中的应用。然而，其它应用同样被本发明作为目的，尤其是为了在任何类型的陆地车辆中的实施。

如在先前简要解释的，在汽车领域中，常见的是求助于接触开关设备。这些设备的通常的问题与以下事实相关：必需确保接触部是很好地脱氧的，以使得所测量的值将可以被视为公正的。由此，为了确保电路的接触部的脱氧，有必要利用比所指定的最小值更大的电流来为设备供电。为这些设备供电的电流因此被称为润湿电流，更通常被本领域技术人员在英语称呼下表示为“wetting current（润湿电流）”。

参考图1，所表示的电子电路对应于用于监测具有接触开关的传感器的设备。在该范围中，本发明涉及润湿电流的调节，换言之对应于为设备供电的电流强度的优化，其考虑先前表述的约束：借助于足够而同时不使电流源饱和的电流来确保接触部的脱氧。

供实施根据本发明的方法的并且其电子示意图在图1中被表示出的用于监测具有接触开关的传感器的设备事实上通过第一控制总线由电流源A供电。它包括至少两个组体，所述组体包括串联的接触开关CT1、CT2以及电阻R1、R2，以及以隐式的方式包括接线电容（没有被示意性表示），所述两个组体在电路中被并联地接线。所述设备当然可以包括更大数量的并联的开关/电阻组体。所述设备此外包括第一比较器C1，以及优选地第二比较器C2，其运行在下文中被描述，目的为了使能在饱和情况下电路放电的操纵。在标称运行中，即在电流源A的任何饱和之外，所测量的电压值被中继向负责对它们进行处理并且特别地对接触开关/电阻组体CT1/R1、CT2/R2的端子处的等效电阻的值进行测量的模拟/数字转换器CAN。

在该上下文中，与电流源A的控制以及与比较器C1、C2的输出相关的连接被引向直至定序器（未表示），以用于实现下文中所述的定序。

参考图2，为了开始，电流源A通过供应标称电流而起动，所述标称电流呈现例如等于10mA的、大于所需最小润湿电流的强度。

预先地，已经定义了阈值电压Vs，所述阈值电压Vs对应于在开关/电阻组体CT1/R1、CT2/R2的端子处所允许的最大电压，目的为了不使电流源A饱和。该阈值电压Vs被选成小于电流源A的供电电压，其目的在于避免所述源的任何饱和。优选地，所述阈值电压Vs还可以小于模拟-数字转换器CAN的饱和电压，以便确保该模拟-数字转换器CAN不饱和，而无需求助于自动增益控制设备，或根据通常使用的英语命名的针对“Automated GainControl（自动化增益控制）”的AGC，以用于限制在模拟-数字转换器CAN的输入处的电压。所述电压因此可以在位于模拟-数字转换器的输入之前的点处被测量。

借助于第一比较器C1，所测量的电压Vm与阈值电压Vs相比较。如果它更大，那么电流源A停止并且电路由适配的放电装置（未表示）通过第二控制总线而被放电。电路的这些放电装置可以例如包括由（多个）开关操纵的一个或多个电流源。

在电路放电之后，参考图2，电流源A重起动并且利用电流Iwet_c来为电路供电，所述电流Iwet_c呈现与标称电流减去预定步长相等的强度。例如，预定的步长可以等于1mA，并且在第一迭代中，供电电流于是呈现等于9mA的强度。

再次，在模拟-数字转换器CAN之前测量电压，并且如果所测量的电压Vm总是大于阈值电压Vs，则电流源A的停止操作和电路的放电操作被重复。供电电流Iwet_c的强度再次被减去预定步长并且电流源A利用该新的经缩减的供电电流来为电路重供电。

参考图1，要指出的是，第二比较器C2可以优选地被插入在电路中以用于比较开关/电阻组体的端子处的经测量的电压Vm与预定的放电阈值电压Vd，所述放电阈值电压Vd对应于阈值电压减去裕度。根据该实施例，考虑的是一旦在模拟-数字转换器CAN之前所测量的开关/电阻组体CT1/R1、CT2/R2的端子处的电压Vm变成小于放电阈值电压Vd，电路就被充分地放电了。结果放电停止并且电流源A重起动，其以减去预定步长的供电强度Iwet_c，如先前描述的那样。

第二比较器C2的存在使得能够优化润湿电流的调节时间，因为没有必要等待电路的完全放电。迭代环于是呈现缩减的持续时间。

要么直接地，利用呈现标称强度的电流，要么在某个数目的迭代之后，所述方法因此使得能够通向这样一种情形：在所述情形中电流源A用来为电路供电的供电电流Iwet_g不导致超过阈值电压Vs。

参考图2，于是优选地实现了稳定化延时Tstable。事实上，如果在开关/电阻组体CT1/R1、CT2/R2的端子处所测量的电压Vm没有超过阈值电压Vs，则对应于预定持续时间的稳定化延时Tstable使得能够确保电路中的电压Vm被很好地稳定化并且小于阈值电压Vs并且电流源A因此没有饱和。然而如果在稳定化延时Tstable结束之前，所测量的电压Vm超过了阈值电压Vs，那么重复根据本发明的方法的步骤，其在于停止电流源A、为电路放电、然后利用供电电流Iwet_c来重起动电流源A，所述供电电流Iwet_c呈现减去预定步长的强度。

一旦在稳定化延时Tstable的结束时，在开关/电阻组体CT1/R1、CT2/R2的端子处所测量的电路中的电压Vm稳定并且小于阈值电压Vs，就认为润湿强度Iwet_g以最优方式被调节。该润湿强度因此对应于为形成例如用于监测具有接触开关的传感器的设备的电路供电的电流的强度。由模拟-数字转换器CAN为了计算接触开关/电阻组体CT1/R1、CT2/R2的端子处的等效电阻的值而对度量的获取于是可以开始。

因此，参考图2，根据本发明的方法使得能够自动调节最优润湿电流Iwet_g。只要供电电流导致在开关/电阻组体CT1/R1、CT2/R2的端子处测量的电压Vm超过阈值电压Vs，有引起电流源A饱和的风险，所述方法就实施以下步骤：所述步骤在于停止源A并且为电路放电。一旦在开关/电阻组体CT1/R1、CT2/R2的端子处测量的电压Vm重新转到放电阈值电压Vd以下，电流源A就可以利用减去预定步长的供电电流Iwet_c被重起动。

在若干迭代之后，根据图2的示例，当开关/电阻组体CT1/R1、CT2/R2的端子处测量的电压Vm仍然小于阈值电压Vs时，并且在已经遵守了稳定化延时Tstable之后，通过最小时间达到最优润湿电流Iwet_g。

根据本发明的方法于是可以预备开关/电阻组体CT1/R1、CT2/R2的端子处的等效电阻的值的计算，其通过简单地实施以下公式：R=Vm/Iwet，其中R是要计算的等效电阻的值，Vm是接触开关/电阻组体CT1/R1、CT2/R2的端子处的电压，并且Iwet是润湿强度。

根据实施例，以可选的方式，根据本发明的方法预备第二次实现等效电阻的值的计算，其利用供电电流，所述供电电流呈现相对于在以上所述的方法步骤结束时所确定的润湿强度再次减去预定步长的强度。以该方式，确保了电流源A没有饱和，并且容许实现差分计算，目的为了实现开关/电阻组体CT1/R1、CT2/R2的端子处的等效电阻的值的更精细的确定。这使得能够更准确地确定所监测的传感器的状态，尤其是在其中存在大量并联接线的开关/电阻组体的情况中。

根据实施例，还预备的是阈值电压Vs以演进的方式、实时地、根据电流源A的电压来被预定。事实上，特别是在汽车领域中的应用的上下文中，由电池供应的线电压可以不是恒定的并且取决于车辆的情形以及其设备的使用。例如，由电池供应的线电压可以根据发动机的起动或停止状态而演进，并且这些状态的更替在呈现“停和行”类型的机动化的车辆的上下文中导致由电池所供应的线电压的某种不稳定性，以及因此的为用于监测具有接触开关的传感器的设备供电的电流源的供电电压的某种不稳定性。

根据实施例，根据本发明的方法因此预备测量电流源的电压并且根据电流源的电压的所述经测量的值而确定阈值电压的值。在该情况中，阈值电压Vs优选地通过以下公式来被确定：

Vs = Va - Vs_sat，

其中Va是电池的供电电压并且Vs_sat是电流源的饱和电压。

本发明还涉及一种用于监测具有接触开关的传感器的设备，其包括使得能够实施先前所述的润湿电流的调节和优化方法的装置的组体。

这样的设备包括电子电路，所述电子电路包括电流源、至少两个由串联的电阻和接触开关所组成的组体，所述两个组体被并联接线，以及模拟-数字转换器。

此外，该设备包括用于测量开关/电阻组体的端子处的电压的装置，以及用于将所述电压与比电流源的供电电压小的预定阈值电压进行比较的第一比较器。优选地，所述阈值电压还小于模拟-数字转换器的饱和电压。

此外，所述设备包括电路的放电装置，所述放电装置可以包括开关的并联接线的电容。

根据本发明的设备还可以优选地包括第二比较器，其用于将在开关/电阻组体的端子处测量的电压与放电阈值电压进行比较，所述放电阈值电压对应于减去裕度的阈值电压。

根据本发明的用于监测具有接触开关的传感器的设备因此包括用于实施先前所述的针对润湿电流的优化方法的装置。

总而言之，本发明涉及一种方法，所述方法使得能够对为组成用于监测具有接触开关的传感器的设备的电子电路供电的润湿电流Iwet_g进行自动调节。

根据本发明的方法特别地呈现以下优点：使得所述润湿电流的优化成为可能，所述润湿电流被确定为既不使源饱和也在必要时不使模拟-数字转换器饱和的最大值。

本发明还涵盖被适配成实施这样的方法的用于监测具有接触开关的传感器的设备。

此外明确的是，本发明不限于以上所述的示例，并且能接受本领域技术人员可达的众多变型。

Claims (10)

1.一种润湿电流的优化方法，其供形成电路的用于监测具有接触开关的传感器的设备实施，所述设备包括由供电电压所供电的电流源（A），至少两个包括串联的电阻（R1、R2）和接触开关（CT1、CT2）的组体，所述至少两个组体（CT1/R1、CT2/R2）被并联接线，以及呈现饱和电压的模拟-数字转换器（CAN），所述方法的特征在于它包括以下步骤：

·第一步骤，电流源（A）通过第一控制总线利用标称电流来为电路供电；

·第二步骤，如果在所述接触开关/电阻组体（CT1/R1、CT2/R2）的端子处测量的电压（Vm）大于预定阈值电压（Vs），那么电流源停止并且通过第二控制总线实施电路的放电装置，其中所述阈值电压（Vs）被选成小于电流源（A）的供电电压；

·第三步骤，如果第二步骤已经引起了电流源（A）的停止和电路的放电，那么电流源（A）利用与标称电流减去预定步长相等的供电电流来为电路重供电，

并且所述方法的特征在于在第三步骤结束时，第二步骤被再次实施直到在所述两个接触开关/电阻组体（CT1/R1、CT2/R2）的端子处所测量的电压小于阈值电压（Vs）为止。

2.根据权利要求1所述的润湿电流的优化方法，其特征在于所述方法还包括如下的第四步骤：在第三步骤结束时实施稳定化延时（Tstable），在其期间测量在接触开关/电阻组体（CT1/R1、CT2/R2）的端子处的电压（Vm）以便确保所述电压（Vm）仍然小于阈值电压（Vs），理解为如果在所述稳定化延时（Tstable）期间，在接触开关/电阻组体（CT1/R1、CT2/R2）的端子处的所述电压（Vm）超过阈值电压（Vs），那么第二步骤被再次实施。

3.根据权利要求1或2所述的润湿电流的优化方法，其特征在于所述方法还包括对所述接触开关/电阻组体（CT1/R1、CT2/R2）的端子处的等效电阻的值进行计算的步骤。

4.根据权利要求1或2所述的润湿电流的优化方法，其特征在于在第三步骤期间，一旦在所述接触开关/电阻组体（CT1/R1、CT2/R2）的端子处测量的电压（Vm）变成小于放电阈值电压（Vd），放电就被视为结束，所述放电阈值电压被预定为等于阈值电压（Vs）减去裕度。

5.根据权利要求1或2所述的润湿电流的优化方法，其特征在于阈值电压（Vs）被选成小于模拟-数字转换器（CAN）的饱和电压。

6.根据权利要求1或2所述的润湿电流的优化方法，其特征在于根据电流源（A）的供电电压来实时配置阈值电压（Vs）。

7.根据权利要求1或2所述的润湿电流的优化方法，其特征在于在对应于第一计算的、接触开关/电阻组体（CT1/R1、CT2/R2）的端子处的所述等效电阻的值的计算之后，为了实现差分计算而利用比已经使能了第一计算的供电电流小的供电电流来实现在接触开关/电阻组体（CT1/R1、CT2/R2）的端子处的电压的第二测量，所述差分计算使得能够确定所述等效电阻的值。

8.一种用于监测具有接触开关的传感器的设备，其形成电路，被用于实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法，所述设备包括：

·至少两个由串联的电阻和接触开关组成的组体（CT1/R1、CT2/R2），所述两个组体被并联接线，

·由供电电压所供电的电流源（A），

·呈现饱和电压的模拟数字转换器（CAN），

所述用于监测具有接触开关的传感器的设备的特征在于其此外包括：

·用于测量在所述接触开关/电阻组体（CT1/R1、CT2/R2）的端子处的电压的装置，

·用于将所述经测量的电压（Vm）与比电流源（A）的供电电压小的预定阈值电压（Vs）进行比较的装置（C1），

·用于为电路放电的装置。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于用于放电的装置包括由开关操纵的电流源。

10.根据权利要求8至9中之一所述的设备，其特征在于所述设备包括用于将所述经测量的电压（Vm）与预定放电阈值电压（Vd）进行比较的第二装置（C2），所述放电阈值电压（Vd）等于阈值电压（Vs）减去裕度。

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