DE10042249A1 - Digitaler Drehschalter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Betätigung mittels Stellantrieben bewegbarer Oberflächen an Kraftfahrzeugen, wobei zur Vorgabe der Position der bewegbaren Oberfläche ein Sollwertgeber (12) und zur Auswertung der Signale (13) des Sollwertgebers (12) eine Auswerteelektronik (1) vorgesehen sind, die miteinander über eine Schnittstelle (10, 11) in Verbindung stehen. Der Sollwertgeber (12) ist als digitaler Schalter beschaffen, der in jeder Raststellung (15, 16) ein der Raststellung (16) entsprechendes digitales Bitmuster (14) liefert.

Description

Technisches Gebiet

Fremdbetätigte Fensterflächen wie Seitenfenster, Schiebedächer und dergleichen an Kraftfahrzeugen werden heute zunehmend über elektrisch betätigbare Stellmotoren bewegt. Als Sollwertgeber für einen nachgeschaltete Auswerte-Elektronik dienen bei bisherigen Ausführungsvarianten analoge Drehschalter. Diese sind in der Regel als Potentiometer beschaffen, die eine Vielzahl fein unterteilter Rastpositionen aufweisen. Jede dieser Rastpositionen ist eine Stellposition der zu betätigenden Fensterfläche zugeordnet.

Stand der Technik

Die fremdbetätigbaren Fensterflächen sind der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges zugeordnet und befinden sich daher in bezug auf die Fahrgastzelle in deren äußerem Bereich, so daß sie Witterungseinflüssen wie der Umgebungsfeuchte bzw. eindringendem Regenwasser in verstärktem Maße ausgesetzt sind. Als Potentiometer in Dachflächen beispielsweise eingelassene analoge Drehschalter sind neben der Feuchtigkeitsempfindlichkeit auch kritisch hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit.

Ferner ist der Einbauort eines analogen Drehschalters nicht ohne Einfluß auf den Betrieb desselben. Die Kabellänge beeinflußt den in den Leitungen sich einstellenden Widerstand nicht unerheblich, so daß je nach Einbauort des analogen Drehschalters ein Verstärker zusätzlich vorgehalten werden muß. Der Einbau eines Verstärkungselements stellt zusätzlichen Montageaufwand und Aufwand hinsichtlich der Bevorratung eines zusätzlichen Bauteils bei der Montage dar.

Bei analogen Drehschaltern fließen in den Leitungen geringe Ströme, was kritisch hinsichtlich der Übergangswiderstände zu nachgeordneten Baukomponenten ist. Im ungünstigsten Falle kann an den Übergangsstellen kein oder ein nur schwer aus einem Überlagerungsspektrum ausfilterbarer, verwertbarer Signalimpuls anstehen. Da die Signalverarbeitung heute meist auf digitalem Wege erfolgt, wird hinter einem analogen Drehschalter in der Regel ein A/D-Wandler geschaltet, welcher wiederum ein zusätzliches Bauteil darstellt, um die Signale eines analogen Drehschalters einer digitalen Weiterverarbeitung zugänglich zu machen.

Alles in allem betrachtet, ist ein analoger Drehschalter zum Betrieb einer über einen Stellantrieb fremdbetätigbaren Fläche ungeeignet, weist er doch eine Vielzahl von Nachteilen auf, die einen reibungsfreien Betrieb nicht unter allen Betriebsumständen gewährleisten.

Darstellung der Erfindung

Digitale Drehschalter liefern vom Einbauort jeweils unabhängige Signale, so daß die Verkabelung im Hinblick auf die bei analogen Drehschalteranordnungen relevanten Übergangsstände als unkritisch einzustufen ist. Die elektromagnetische Verträglichkeit bei Digitalschaltern ist aufgrund des wesentlich niedrigeren an diesen Bauteilen anstehenden Spannungsniveau nicht als kritischer Parameter einzustufen. Bei bisherigen Analog-Drehschalter-Konfigurationen vorzusehende A/D-Wandler können ebenso eingespart werden, wie bei längeren Leitungssträngen vorzusehende Verstärkeranordnungen, um die Signale so zu verstärken, daß in der Auswerteelektronik weiterverarbeitbare Signale vorliegen. Dadurch ist sichergestellt, daß die Ausgangsimpulse eines digitalen Drehschalters nicht im Grundrauschen des Systems untergehen und es keiner Ausfilterung der digital zu verarbeitenden Signale aus dem Grundrauschen bedarf.

Je nach gewünschtem Auflösungsvermögen durch die Feinabstufung des digitalen Drehschalters lassen sich die Raststellungen durch die Anzahl der Schalter bestimmen; jede der Schalter-Schleiferbahn-Kombinationen am digitalen Drehschalter liefert in jeder Raststellung ein digitales Bitmuster, beispielsweise in Form eines Gray-Codes, so daß die Auswertung der Raststellungen in einer nachgeschalteten Auswerteelektronik ohne Zwischenschaltung eines A/D-Wandlers erfolgen kann. Bei einer Vielzahl zu realisierender Raststellungen an der mittels eines Stellantriebs betätigbaren Fensterfläche kann eine Beschleunigung der Signalauswertung dadurch erreicht werden, daß eine serielle Schnittstelle vorgesehen wird.

Bei Vorsehen von weniger Raststellungen als einzelne Bits zu vergeben sind, können die überschüssigen Bits nunmehr zur Überprüfung des Sollwertgebers auf Fehlfunktionen hin eingesetzt werden. Bei der Verwendung eines digitalen Drehschalters, bei dem eine Vielzahl unterschiedlicher Raststellungen generiert werden kann, kann in vorteilhafter Weise von Raststellung zu Raststellung nur ein Bit verändert werden. Dadurch läßt sich erreichen, daß die bewegte Fensterfläche lediglich einer der beiden benachbarten Raststellungen und nicht einer komplett anderen Raststellung zugeordnet werden kann. Durch diese Auslegungsmöglichkeit bei digitalen Drehschaltern ist eine wesentlich einfachere und zudem schnellere Signalverarbeitung möglich. Daneben können sich, wenn weniger Raststellungen als Bitmuster belegt sind, die überschüssigen Bitmuster zur Fehlerüberprüfung des Sollwertgebers bzw. des gesamten Betätigungssystem für die fremdbetätigbare Fläche nutzen lassen.

Bei der Verwendung eines digitalen Sollwertgebers im Rahmen einer Betätigungseinheit für eine fremdkraftbetätigte Fläche an Kraftfahrzeugen kann der für die Übertragung der Signale not wendige Leitungsaufwand zwischen der Auswerteelektronik und dem digitalen Sollwertgeber durch eine serielle Schnittstelle signifikant reduziert werden. Dies bietet höhere Freiheitsgrade hinsichtlich der Positionierung sowie geringeren Aufwand bei der Verkabelung der Fahrgastzelle an einem Kraftfahrzeug.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend detaillierter beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 die Konfiguration eines digitalen Drehschalters bestehend aus Sollwertgeber und Auswerteelektronik,

Fig. 2 die Auswertung von 24 Raststellungen von vier verschiedenen Schaltern gemäß des Gray-Codes und

Fig. 3 die in analoger Form erfolgende Auswertung digital anstehender Signale des digitalen Sollwertgebers

Ausführungsvarianten

Aus der Darstellung gemäß Fig. 1 geht die Konfiguration eines digitalen Drehschalters, bestehend aus digitalem Sollwertgeber und nachgeschalteter Auswerteelektronik detaillierter hervor.

Der digitale Drehschalter besteht im wesentlichen aus einem digitalen Sollwertgeber 12 sowie einer diesem nachgeschalteten Auswerteelektronik 1, die an einer Schnittstelle 10, 11 miteinander verbunden sind. Im digital arbeitenden Sollwertgeber 12 sind eine Anzahl von Schaltern vorgesehen, die jeweils über eine Signalleitung mit einem Stecker 11, der als Schnittstelle 10 fungiert, verbunden sind. Im in Fig. 1 dargestellten Sollwertgeber 12 sind beispielsweise vier Schalter 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 vorgesehen, die über jeweils eine gesonderte Signalleitung 13 mit einer Klemme des Steckers 11 verbunden sind.

Der Sollwertgeber 12 in Gestalt eines digitalen Drehschalters umfaßt mehrere Schalter-Schleiferbahnen, die bei jeder Raststellung ein digitales Bitmuster liefern (vergl. Fig. 2). Die Anzahl der mit den n-Schleiferbahnen darstellbaren Raststellungen wird durch die Anzahl n der Schalter bestimmt. Mit beispielsweise vier Schaltern innerhalb des Sollwertgebers 12 lassen sich 2 × 2 × 2 × 2 = 16 verschiedene Raststellungen darstellen. Werden bei einem mit vier Schaltern 13.1, 13.2, 13.3, 13.4 versehenen digitalen Sollwertgeber 12 nur maximal 15 Raststellungen verwendet, kann das verbleibende freie Bit zur Diagnose des Zustandes des Sollwertgebers-Anschluß Ja/Nein eingesetzt werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung des digitalen Drehschalters werden die Ausgangsleitungen 13 der vier eingesetzten Schalter 13.1, 13.2, 13.3, 13.4 am Sollwertgeber 12 auf die Eingänge einer Schnittstelle 10, 11 gelegt, die in vorteilhafter Weise als eine serielle Schnittstelle beschaffen sein kann. Von dieser als seriellen Schnittstelle ausgelegten Steckerverbindung 10, 11 verzweigen die Eingänge in eine digitale Auswerteelektronik 1, in der verschiedene Widerstände 3, 4, 5 und 6 von den über die Schnittstelle 10, 11 fortgesetzten Signalleitungen 13 des digitalen Sollwertgebers 12 abzweigen. Mit Bezugszeichen 7 ist das ausgangsseitige Spannungsniveau der Auswerteelektronik 1 gekennzeichnet, welches einer Offen-Stellung eines der Schalter 13.1, 13.2, 13.3 oder 13.4 entspricht. Die in die Auswerteelektronik 1 einlaufenden Signalleitungen 13 ausgehend von der Steckerverbindung 10, 11 erstrecken sich zum Micro-Controller, dessen Zuführleitungen mit Bezugszeichen 8 innerhalb der Auswerteelektronik 1 gekennzeichnet sind.

Mit Bezugszeichen 2 ist die Masseverwendung der Auswerteelektronik 1 gekennzeichnet, die ebenfalls eingangsseitig am Auswerteelektronikbaustein vorgesehen ist und über den Stecker 10, 11 mit der Masseleitung am Sollwertgeber 12 verbunden, so daß zwischen den beiden Baukomponenten 12 und 1 ein Potentialausgleich stattfinden kann.

Aus der Darstellung gemäß Fig. 2 geht die Auswertung von 2⁴ Raststellungen von beispielsweise vier Schaltern unter Benutzung des Gray-Codes hervor. Gemäß des in Fig. 2 dargestellten Schaltschemas lassen sich mit 2⁴ Schaltern 13, 16 unterschiedliche Raststellungen darstellen, wobei individuelle einzelne Raststellungen, die einem individuellen Bitmuster entsprechen, mit Bezugszeichen 16 gekennzeichnet sind. Die gesamte Anzahl möglicher Rastpositionen ist mit Bezugszeichen 15 gekennzeichnet von oben nach unten in aufsteigender Reihenfolge. Jeder individuellen Raststellung am digitalen Sollwertgeber 12, gekennzeichnet durch Bezugszeichen 16, entspricht ein individuelles Bitmuster 14, welches beispielsweise bei der ersten Rastung aus vier digitalen "0" für alle Schalter 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 des digitalen Sollwertgebers 12 besteht. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Gray-Code entspricht jeder Raststellung 16 ein eigenes Bitmuster 14. Die Verwendung eines Gray-Codes gemäß Fig. 2 hat den Vorteil, daß sich von einer Raststellung zur nächsten Raststellung 16 innerhalb des Bitmusters 14 in der Tabelle gemäß Fig. 2 von oben nach unten gelesen lediglich nur ein Bit verändert. Damit wird erreicht, daß bei Stellung des Sollwertgebers 12 zwischen zwei individuellen Raststellungen 16 die mit einem Fremdantrieb betätigbare Fläche maximal der benachbarten Raststellung zugeordnet wird. Dies vermeidet die Zuordnung einer komplett anderen Raststellung, die nicht einer der beiden benachbarten Raststellungen entspricht, so daß die Taktzeit sich erheblich verkürzen läßt. Mit dem Gray-Code läßt sich beispielsweise die mit Bezugszeichen 16 belegte Position 2 lediglich entweder der Raststellung 1 oder der Raststellung 3 und beispielsweise nicht einer weit davon entfernt liegenden Raststellung 13 bzw. 14 zuordnen, die sich weiter unten in der tabellarischen Darstellung gemäß Fig. 2 befinden.

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung können auch zusätzliche Schaltsignale zum Beispiel zusätzliche Taster im digital arbeitenden Sollwertgeber 12 integriert werden. Wenn weniger Raststellungen benötigt werden als Bits zur Verfügung stehen, kann mit den restlichen Bit der digital arbeitende Sollwertgeber 12 auf Fehlfunktionen überprüft werden. So läßt sich beispielsweise einfach feststellen, ob bei maximal 15 Raststellungen der Sollwertgeber 12 angeschlossen ist oder nicht, wenn die Diagnose über das verbleibende freie Bit (alle Schalter offen) des Sollwertgebers 12 erfolgen kann.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten digitalen Drehschalter, bestehend aus digitalem Sollwertgeber 12 und digital arbeitender Auswerteelektronik 1 kann erkannt werden, ob die jeweiligen Schalter 13.1, 13.2, 13.3 sowie 13.4 jeweils geschlossen oder offen sind. Ein gemäß dieser Konfiguration offener Schalter 13.1, 13.2, 13.3 oder 13.4 entspricht dem gleichen Potential wie ein nicht angeschlossener Sollwertgeber. Bei digitaler Verarbeitung der ausgangsseitig am digitalen Sollwertgeber 12 anstehenden Impulse entspricht gemäß des in der Auswerteelektronik 1 vorgesehenen Schaltpegels die Schalterstellung "offen" dem Spannungszustand 12 und damit einer logischen "1". Im geschlossenen Zustand eines jeweiligen Schalters 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 wird ein Spannungsniveau von 0 Volt erkannt, was einer logischen "0" gleichgesetzt wird.

Ein "offener" Schalter 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 entspricht damit dem gleichen Potential wie ein nicht angeschlossener Sollwertgeber 12.

Aus der Darstellung gemäß Fig. 3 geht eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung hervor, bei der eine in analoger Form erfolgende Auswertung digital anstehender Signale dargestellt ist.

Bei der digitalen Weiterverarbeitung von digitaler Information, die aus dem digital arbeitenden Sollwertgeber 12 stammt, kann nur erkannt werden, ob der jeweilige Schalter 13.1, 13.2, 13.3 oder 13.4 geschlossen ist oder nicht. Bei einer gemäß der Darstellung in Fig. 3 vorgeschlagenen analogen Auslesung der Information des digitalen Sollwertgebers 12 kann zusätzlich unterschieden werden, ob der Sollwertgeber 12 angeschlossen ist oder ob jede einzelne Verbindungsleitung 13 zwischen dem Sollwertgeber 12 und der Auswerteelektronik 1 über die Schnittstelle 10 unterbrochen ist oder nicht. Dazu sind gemäß dieser Ausführungsvariante verschiedene Schaltpegelzustände definiert. Bei dieser Ausführungsvariante entspricht ein offener Schalter 13.1, 13.2, 13.3 oder 13.4 dem Anliegen eines Spannungsniveaus von 2,5 Volt, während eine Schließstellung eines jeweiligen Schalters 13.1, 13.2, 13.3 oder 13.4 durch das Spannungsniveau 0 Volt definiert wird. Eine unterbrochene Leitung 13 wird durch das Vorliegen des Spannungsniveaus von 12 Volt detektiert, die der Kraftfahrzeug herrschenden Versorgungsspannung entspricht. Im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Konfiguration des digitalen Sollwertgebers 12 sind bei der in Fig. 3 dargestellten Sollwertgeberkonfiguration den jeweiligen Schalter 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 einzelne Parallelwiderstände 17 parallel geschaltet. Die Widerstände 17.1, 17.2, 17.3 und 17.4 liegen zu den jeweiligen Schaltern 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 parallel, wobei mit Bezugszeichen 18 der Potentialausgleich über die serielle Schnittstelle 10 zwischen den beiden Baukomponenten digitaler Sollwertgeber 12 und Auswerteelektronik 1 hergestellt wird.

Zur Übertragung der zwischen den beiden Baukomponenten 12 bzw. 1 zu übertragenden Signale sind die Signalleitungen 13 vom digitalen Sollwertgeber 12 mit den entsprechenden Eingängen 9 an der Auswerteelektronik 1 über die Steckerklemmen 19, d. h. die Stecker 19.1, 19.2, 19.3 und 19.4 für die jeweiligen Leitungen der einzelnen Schalter 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 miteinander verbunden. Der bei einer hoch auflösenden Rastung, d. h. vielen einstellbaren bzw. darstellbaren Rastpositionen erforderliche Leitungsaufwand kann durch die Konfiguration der Schnittstelle 10, 11 als seriell wirkende Schnittstelle drastisch verringert werden.

Der digitale Bitcode eines jeden Bitmusters 12 kann über eine serielle Schnittstelle wesentlich einfacher, schneller und mit weniger Leitungsaufwand einhergehend zwischen den Baukomponenten 12 und 1 übertragen werden.

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung lassen sich bei Anwendungen in Kraftfahrzeugen analoge Drehschalter durch digitale Drehschalter ersetzen, die mit dem Vorteil einhergehen, daß deren Verkabelung wesentlich einfacher ist. Eine Verminderung des Verkabelungsaufwandes ist bei der Montage von beispielsweise dem Dachhimmel in die Fahrgastzellen von Kraftfahrzeugen höchst erwünscht, da das Verlegen von Leitungsbäumen bzw. von der Verkabelung im Kraftfahrzeug heute während der Endmontage meistens noch manuell erfolgt. Ferner ist bei der Verwendung von digitalen Drehschaltern die Kabellänge hinsichtlich des sich ausbildenden und mit der Leitungslänge zunehmenden Leitungswiderstand von untergeordneter Bedeutung. Auch die kritische Übertragungsstelle der Übergangswiderstände zwischen den Drehschaltern und den nachgeordneten Baukomponenten kann bei Verwendung eines digital arbeitenden Drehschalters in den Hintergrund treten. Ferner ist eine Umwandlung von analog mittels eines Potentiometers aufgenommener Signale über die Zwischenschaltung eines A/D-Wandlers bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausführungsform nicht mehr erforderlich. Ferner besteht bei der Auflösung eines Drehschalters in einzelne Raststufen keine Restriktion hinsichtlich des Auflösungsvermögens durch die sich einstellenden Ausgangssignale an einem Potentiometer. Vielmehr ist allein die Anzahl der zu verwendenden Schalter 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 innerhalb eines digital arbeitenden Sollwertgebers maßgeblich für das Auflösungsvermögen hinsichtlich der Anzahl der einzustellenden Rastpositionen 15. Bei Verwendung von fünf binären Schaltelementen 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 lassen sich 2⁵, d. h. 32 Raststellungen realisieren, was sowohl für die Auflösung der Schiebeposition eines Schiebedaches als ausreichend anzusehen ist, als auch genügend Kapazität bereitstellt, um mittels der nicht benötigten Bits im Bitmuster 14 den digital arbeitenden Sollwertgeber 12 hinsichtlich des Vorliegens auf Fehlfunktionen zu überprüfen.

Bezuszeichenliste

1

Auswerteelektronik

2

Masseanschluß

3

Widerstand R₁

4

Widerstand R₂

5

Widerstand R₃

6

Widerstand R₄

7

Spannungsniveau

12

Volt

8

Micro-Controller

9

Eingänge Auswerteelektronik

10

Schnittstelle

11

Stecker

12

Sollwertgeber

13

Signalleitungen

13.1

Schalter

1

13.2

Schalter

2

13.3

Schalter

3

13.4

Schalter

4

14

Bitmuster

15

Raststellung

16

individuelle Rastposition

17

Parallelwiderstand

17.1

Widerstand R₅

17.2

Widerstand R₆

17.3

Widerstand R₇

17.4

Widerstand R₈

18

Masseanschluß

19

Steckerklemmen

19.1

Leitung

1

19.2

Leitung

2

19.3

Leitung

3

19.4

Leitung

4

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Betätigung mittels Stellantrieben bewegter Oberflächen an Kraftfahrzeugen, wobei zur Vorgabe der Position der bewegbaren Oberfläche ein Sollwertgeber (12) und zur Auswertung der Sollwertgebersignale (13) eine Auswerteelektronik (1) vorgesehen ist, die miteinander über eine Schnittstelle (10, 11) in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (12) als digitaler Schalter beschaffen ist, der in jeder Raststellung (15, 16) ein digitales Bitmuster (14) liefert.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (12) mehrere Schalter-Schleifenbahnen (17; 17.1, 17.2, 17.3 und 17.4) enthält, die in jeder Raststellung (15, 16) ein dieser Raststellung (16) entsprechendes digitales Bitmuster (14) liefern.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der 2ⁿ darstellbaren Raststellungen (15) durch die Anzahl n der Schalter (17) bestimmt ist.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (12) bei weniger als 2ⁿ darzustellenden Raststellungen (15) mit dem verbleibenden Bitmuster (14) funktionsüberprüft wird.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei digitaler Auswertung der Signale (13) des Sollwertgebers (12) das Versorgungsspannungsniveau der Offen-Stellung eines Schalters (17) entspricht.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei digitaler Auswertung der Signale (13) des Sollwertgebers (12) die Schließstellung eines Schalters (17) dem Spannungsniveau 0 Volt entspricht.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstelle (10, 11) zwischen dem digitalen Sollwertgeber (12) und der Auswerteelektronik (1) als serielle Schnittstelle beschaffen ist.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei analoger Auswertung der Signale (13) des Sollwertgebers (12) die Offen-Stellung eines Schalters (17) durch ein unterhalb der Versorgungsspannung liegendes Spannungsniveau definiert ist.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei analoger Auswertung der Signale (13) die Unterbrechung einer Signalleitung (13) durch Detektion der Versorgungsspannung erkannt wird.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bitmuster (14) als Gray-Codes vorliegen, in denen bei Änderung der Raststellung (15, 16) ein Bit geändert wird.