DE10118191C1

DE10118191C1 - Verfahren zum Erkennen eines Schaltzustands eines Schalters

Info

Publication number: DE10118191C1
Application number: DE10118191A
Authority: DE
Inventors: Norbert Grassmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2021-04-12
Also published as: FR2823611A1; FR2823611B1; US20020149371A1; US6700382B2

Abstract

Eine Abfrage eines Schaltzustands eines Schalters wird solange mit einem hohen Abfragestrom durchgeführt, bis ein geschlossener Schalter erkannt wird. Die folgenden Abfragen des Schaltzustands werden dann mit einem niedrigen Abfragestrom durchgeführt, und zwar so lange, bis eine festlegbare Zeitdauer (T), die ab dem Erkennen des geschlossenen Schalters läuft oder bis eine festlegbare Anzahl (N) an Abfragen überschritten wird, die ab dem Erkennen des geschlossenen Schalters gezählt wird. Nach Ablauf der Zeitdauer (T) oder der Anzahl (N) wird wieder solange mit dem hohen Abfragestrom abgefragt, bis wieder ein geschlossener Schalterzustand des Schalters erkannt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Schaltzustands eines Schalters.

Um den Stromverbrauch bei batteriebetriebenen elektrischen Systemen zu reduzieren, werden im nahezu vollständig abge schalteten Zustand, der auch als "Stand-by"-Modus bezeichnet wird, nur diejenigen Schalter durch Beaufschlagen mit einem Abfragestrom abgefragt, die bei Betätigen zu einem Aktivieren des Systems führen. Um eine hinreichend genaue Abfrage der Schalter durchführen zu können, muss ein Schaltzustand des Schalters mit hohen elektrischen Abfrageströmen durchgeführt werden. Daraus resultieren relativ hohe Ruheströme im "Stand- by"-Modus batteriebetriebener Systeme und dies kann dazu füh ren, dass vorgegebene Ruhestrombedingungen überschritten wer den.

Bei einer bekannten Vorrichtung (DE 43 37 273 C2) zum Redu zieren des Ruhestroms bei abgestellten Kraftfahrzeugen wird ein steuerbarer Schalter zum Trennen von Bordnetzverbrauchern von einer Kraftfahrzeugbatterie geöffnet, wenn ein Fehler in einem Bordnetzverbraucher erkannt wird, der bei geschlossenem steuerbaren Schalter zu einem Ruhestrom führen könnte, der größer als eine vorgegebene Ruhestromschwelle bzw. dessen Wert größer als ein, einer vorgegebenen Ruhestromschwelle entsprechender Schwellwert ist.

Bei der bekannten Vorrichtung bilden sich auf den Schalter kontakten eines längere Zeit geöffneten Schalters Schichten, beispielsweise eine Oxidschicht, die einen zusätzlichen e lektrischen Widerstand darstellen. Dadurch ist ein sicheres Schalten des Schalters nur noch bedingt möglich. Eine Schal terabfrage muss dabei mit einem relativ großen elektrischen Strom durchgeführt werden.

Bei einem weiteren, bekannten Verfahren zum Abfragten von Schalterstellungen (DE 40 15 271 A1), werden Schalter von ei nem Mikroprozessor gesteuert in den leitenden und sperrenden Zustand versetzt. Im leitenden Zustand wird der dabei flie ßenden, konstante Schalterstrom von dem Mikroprozessor ausge wertet. Der negative Einfluss von störenden Oxidschichten kann dabei nicht behoben werden.

Aus der Patentschrift DE 199 15 973 C1 ist lediglich bekannt, eine Spannungsabsenkung durchzuführen, um den Stromverbrauch zu reduzieren. Eine Schaltzustandsabfrage eines Schalters findet dabei jedoch nicht statt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erkennen eines Schaltzustands eines Schalters zu schaffen, das einfach durchgeführt werden kann und ein sicheres Schal ten eines Schalters ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren, das die Schritte nach Anspruch 1 aufweist, gelöst.

Erfindungsgemäß wird bei einem Verfahren zum Erkennen eines Schaltzustands eines Schalters bei geschlossenem Schalter ein Abfragestrom eingeprägt, der größer oder gleich einem ersten Stromschwellwert ist. Das Erkennen des Schaltzustand des Schalters wird dabei durch Auswerten von Strom und/oder Span nung am Schalter durchgeführt. Wird ein geschlossener Schal ter erkannt, wird für eine Zeitdauer T, die zu dem Zeitpunkt beginnt, zu dem ein geschlossener Schaltzustand des Schalters erkannt, wird oder eine Anzahl N an Abfragen des Schaltzu stands des Schalters, die ab dem Erkennen des geschlossenen Schalters gezählt wird, bei geschlossenem Schalter ein Abfra gestrom eingeprägt, der kleiner oder gleich einem zweiten Stromschwellwert ist. Der Abfragestrom der bei geschossenem Schalter fließt wird erst dann wieder auf einen Wert größer oder gleich dem ersten Stromschwellwert erhöht, wenn die Zeitdauer T oder die Anzahl N an Abfragen der Schalterstel lung erreicht wird.

Dadurch kann erreicht werden, dass ein sicheres Erkennen der Schalterstellung und ein sicheres Schalten des Schalters mög lich ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist in dem Unteranspruch ge geben.

Es kann vorgesehen sein, die Anzahl der Abfragen der Schalterstellung des Schalters, die ab dem Erkennen einer ge schlossenen Schalterstellung gezählt wird, abhängig von Be triebs- und/oder Umgebungsbedingungen zu gestalten.

Dadurch kann erreicht werden, dass auch dann ein sicheres Er kennen eines Schaltzustands sowie ein sicheres Schalten des Schalters möglich ist, wenn ein unterschiedlich schnelles Ausbilden einer, einen zusätzlichen elektrischen Widerstand bildenden Schicht auf den Schalterkontakten möglich ist.

Eine Ausführung der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens und

Fig. 2 Spannungs- und Stromverlauf an einem Schalter beim Abfragen des Schaltzustands.

Wird ein batteriebetriebenes System in den "stand-by"-Modus geschaltet, so werden diejenigen Schalter und deren Schaltzu stände abgefragt, die bei Betätigen ein "Aufwecken" des Sys tems in den voll funktionsfähigen Zustand herbeiführen.

Durch Auswerten von Spannung und/oder Strom die am Schalter anliegt bzw. der über den Schalter fließt wird erkannt wel cher Schaltzustand des Schalters vorliegt. Zum Auswerten wird dabei ein relativ niedriger Strom eingeprägt, der bei ge schlossenem Schalter fließt. Sind die Schalterkontakte des Schalters frei von schichten, die einen zusätzlichen Wider stand bilden, so reicht dieser relativ geringe Strom aus, um ein relativ sicheres Erkennen des Schaltzustands zu ermögli chen. Da sich allerdings auf den Schalterkontakten eines ge öffneten Schalters derartige unerwünschte Schichten ausbil den, wird ein Erkennen des Schaltzustands verfälscht. Daher muss der Strom, der bei geschlossenem Schalter fließt, derart vergrößert werden, dass auch dann ein relativ sicheres Erken nen des Schaltzustands möglich wird, wenn derartige uner wünschte Schichten auf den Schalterkontakten vorhanden sind. Indem mit solchen relativ hohen Strömen der Schaltzustand des Schalters abgefragt wird, können vorgegeben Ruhestrombedin gungen oftmals nicht mehr hinreichend erfüllt werden.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren (Fig. 1) zum Erkennen eines Schaltzustands eines Schalters startet eine Abfrage des Schaltzustands gemäß Schritt S1. Dabei wird ein Spannungswert einer Spannung, die am Schalter anliegt so festgelegt, dass bei einem geschlossenen Schalter ein Abfragestrom eingeprägt wird, der gleich oder über einem ersten Stromschwellwert ist. Dieser Strom wird nachfolgend als hoher Abfragestrom bezeich net. Indem sich bei geöffnetem Schalter mit zunehmender Zeit dauer des geöffneten Zustands eine Schicht, beispielsweise eine Oxidschicht, auf den Schalterkontakten bildet, wird durch diese Schicht ein zusätzlicher elektrischer Widerstand erzeugt, der ein sicheres Erkennen des Schaltzustands und ein sicheres Schalten des Schalters vermindert, da der Strom der über den Schalter fließt kleiner wird.

Daher wird der erste Spannungswert so festgelegt, dass der hohe Abfragestrom, der bei geschlossenem Schalter fließt, ausreicht, um die unerwünschte Schicht auf den Schalterkon takten zumindest soweit zu beeinflussen, dass der Schaltzu stand sicher erkannt werden kann. Dies ist dann möglich, wenn der Schalter geschlossen ist und somit der hohe Abfragestrom über den Schalter fließen kann. Im Ausführungsbeispiel wird dieser erste Stromschwellwert des hohen Abfragestroms bei et wa 20 mA festgelegt.

Wird gemäß Schritt S2 eine geschlossene Schalterstellung des Schalters durch Auswerten eines gemessenen Spannungs- und/oder Stromwerts mittels einer Steuereinheit erkannt, wird jede folgende Abfrage der Schalterstellung des Schalters mit einem zweiten Spannungswert einer Spannung, die am Schalter anliegt, durchgeführt, der bei geschlossenem Schalter einen Abfragestrom einprägt, der gleich oder kleiner einem zweiten Stromschwellwert festgelegt wird. Dieser Strom wird nachfol gend als niedriger Abfragestrom bezeichnet. Der zweite Strom schwellwert wird dabei so festgelegt, dass der niedrige Ab fragestrom zumindest dazu ausreicht, eine Schalterstellung hinreichend genau zu erkennen. Der niedrige Abfragestrom muss allerdings keinen so hohen Wert aufweisen, um auch ein Ver mindern von Schichten auf den Schalterkontakten zu ermögli chen, wie es andererseits beim hohen Abfragestrom der Fall sein muss.

Des Weiteren wird dann für eine festlegbare Zeitdauer T, die ab dem Zeitpunkt des Erkennens der geschlossenen Schalter stellung des Schalters läuft, das Abfragen mit dem niedrigen Abfragestrom durchgeführt. Die Zeitdauer T wird dabei so festgelegt, dass ein Ausbilden der Schicht auf den Schalter kontakten nur in dem Maße erfolgen kann, wie sie durch eine Abfrage mit dem hohen Abfragestrom zumindest teilweise wieder vermindert werden kann. Dies bedeutet, dass die Zeitdauer T beispielsweise relativ kurz gewählt wird, wenn Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen des Schalters, wie zum Beispiel Temperatur oder Feuchtigkeit, ein schnelles Ausbilden einer derartigen Schicht auf den Schalterkontakten des Schalters bedingen.

Unabhängig davon, ob der Schaltzustand des Schalters in die ser festgelegten Zeitdauer T ein oder mehrmals von geschlos sen auf offen und wieder zurück wechselt, wird ein Abfragen der Schalterstellung mit dem niedrigen Abfragestrom gemäß Schritt S3 durchgeführt. Somit wird ab dem ersten Erkennen einer geschlossenen Schalterstellung des Schalters jedes fol gende Abfragen der Schalterstellung dieses Schalters inner halb der festgelegten Zeitdauer T mit dem niedrigen Abfrage strom durchgeführt.

Ist die Zeitdauer T abgelaufen, wird die Spannung, die an dem Schalter anliegt, wieder auf den ersten Spannungswert verän dert, so dass beim nächsten geschlossenen Zustand des Schal ters somit wieder der hohe Abfragestrom gemäß Schritt S4, fließt. Die Spannung entsprechend dem ersten Spannungswert liegt dabei wiederum solange an dem Schalter an, bis ein ge schlossener Schaltzustand des Schalters erkannt wird und so mit ein hoher Abfragestrom über den Schalter, gemäß Schritt S5, fließt.

Ab dem Zeitpunkt, ab dem wieder eine geschlossene Schalter stellung des Schalters erkannt wird, beginnt wiederum die Zeitdauer T gemäß Schritt S6 zu laufen und die Abfrage der Schalterstellung des Schalters wird innerhalb der Zeitdauer T wieder mit dem niedrigen Abfragestrom, der bei geschlossenem Schalter fließt, gemäß Schritt S7, durchgeführt.

Anhand der Fig. 2 wird das Verfahren nochmals zusammenfas send anhand eines Beispiels erläutert.

In dem oberen Diagramm in Fig. 2 ist dabei die Spannung auf getragen, die beim Abfragen des Schaltzustands an dem Schal ter anliegt. Wird eine Abfrage zum Zeitpunkt t₀, gestartet, liegt am Schalter eine Spannung an, die einem ersten Span nungswert S1 entspricht. Zu diesem Zeitpunkt t₀ ist der Schalter geöffnet, so dass kein Abfragestrom über den Schal ter fließt. Erst zum Zeitpunkt t₁ wird der Schalter geschlos sen und ein geschlossener Schaltzustand erkannt.

Gemäß dem Stromdiagramm fließt somit ab dem Zeitpunkt t₁ ein Abfragestrom über den Schalter der gleich einem Stromschwell wert ST1 ist. Dieser hohe Abfragestrom fließt für die Zeit dauer zwischen t₁ und t₂. Diese Zeitdauer zwischen t₁ und t₂ ist die minimale Zeitdauer die der hohe Abfragestrom über den Schalter fließen muss, um die, einen zusätzlichen Widerstand auf den Schalterkontakten bildenden Schichten zu vermindern. Zum Zeitpunkt t₂ wird die Spannung am Schalter gemäß der Darstellung im Spannungsdiagramm auf den zweiten Spannungswert S2 verändert. Ist der Schalter weiterhin geschlossen fließt gemäß der Darstellung im Stromdiagramm ein niedriger Abfrage strom, der größergleich einem Stromschwellwert ST2 ist.

Erst wenn der Schalter zum Zeitpunkt t₂' wieder geöffnet wird, fließt kein Strom mehr über den Schalter. In der Zeit dauer von t₂ bis t₇ liegt an dem Schalter ein Spannungswert S2 an. Diese Zeitdauer von t₂ bis t₇ entspricht der Zeitdauer T gemäß den obigen Ausführungen. Im Stromdiagramm ist zu er kennen, dass zwischen den Zeitpunkten von t₂' bis t₃, von t₄ bis t₅ und von t₆ bis t₇ eine geöffneter Schalter vorliegt, da kein Strom über den Schalter fließt. Zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄ sowie zwischen t₅ und t₆ ist der Schalter geschlos sen und es fließt ein niedriger Abfragestrom über den Schal ter.

Zum Zeitpunkt t₇ ist die Zeitdauer T abgelaufen und die Span nung die an dem Schalter anliegt wird wieder auf den Span nungswert S1 erhöht. Erst zum Zeitpunkt t₈ wird gemäß der Darstellung im Stromdiagramm wieder ein geschlossener Schalt zustand erkannt und in der Zeitdauer zwischen t₈ und t₉ fließt wieder der hohe Abfragestrom über den Schalter. Die Zeitdauer zwischen t₈ und t₉ entspricht dabei der Zeitdauer zwischen t₁ und t₂ im Stromdiagramm.

Die Zeitdauern zwischen t₀ und t₂ sowie zwischen t₇ und t₉ im Spannungsdiagramm sind im Ausführungsbeispiel unterschiedlich lang, da so lange eine Spannung mit einem Spannungswert S1 am Schalter anliegt, bis ein geschlossener Schalter erkannt wird.

Im Spannungsdiagramm entspricht die Zeitdauer zwischen t₉ und t₁₂ der Zeitdauer zwischen t₂ und t₇.

Im Stromdiagramm ist zu erkennen, dass zum Zeitpunkt t₉ der Schalter wieder geöffnet wird und somit kein niedriger Abfragestrom über den Schalter fließt. Erst zum Zeitpunkt t₁₀ wird der Schalter bis zum Zeitpunkt t₁₁ wieder geschlossen und es fließt der niedrige Abfragestrom über den Schalter.

Die Spannungswerte der Spannung, die an dem Schalter anliegen können beispielsweise durch eine Spannungsquelle erzeugt wer den. Die Spannungswerte können aber auch über einen regelba ren Widerstand eingestellt werden, der einen konstanten Span nungswert einer Spannungsquelle verändert.

Es kann auch vorgesehen sein, dass das Abfragen mit dem nied rigen Abfragestrom abhängig von einer festlegbaren Anzahl N an Abfragen nach dem Erkennen einer geschlossenen Schalter stellung durchgeführt wird. Wird dabei ein geschlossener Schalter erstmals erkannt, kann beispielsweise festgelegt werden, dass, die Spannung entsprechend dem zweiten Span nungswert so lange am Schalter anliegt, bis fünf weitere ge schlossene Schaltzustände erkannt werden und somit fünf mal ein niedriger Abfragestrom über den Schalter fließt. Sind die fünf geschlossenen Schaltzustände des Schalters abgefragt, wird wieder mit dem hohen Abfragestrom abgefragt und zwar so lange, bis wiederum ein geschlossener Schaltzustand des Schalters erkannt wird.

Mit dem Verfahren können auch mehrere Schalter und deren Schaltzustände abgefragt werden. Es kann dabei für jeden ein zelnen Schalter erkannt werden, wann ein geschlossener Schaltzustand des jeweiligen Schalters erfasst wird und somit erkannt werden ab wann die Zeitdauer T für jeden einzelnen Schalter läuft oder die Anzahl N für jeden einzelnen Schalter gezählt wird. Dadurch kann erreicht werden, dass für jeden einzelnen Schalter ein sicheres Erkennen seines Schaltzu stands und ein sicheres Schalten des Schalters möglich ist.

Claims

1. Verfahren zum Erkennen eines Schaltzustands eines Schal ters, wobei
der Schalter mit einer Spannungsquelle elektrisch verbun den wird und bei geschlossenem Schalter ein hoher, elekt rischer Abfragestrom fließt der größer oder gleich einem ersten Stromschwellwert ist,
ein Schaltzustand des Schalters durch Auswerten von Span nung und/oder Strom am Schalter erkannt wird,
beim Erkennen des geschlossenen Schalters für eine Zeit dauer (T), die zu dem Zeitpunkt beginnt, zu dem eine ge schlossene Schalterstellung des Schalters (4) erkannt wird oder eine Anzahl (N) an Abfragen der Schalterstellung des Schalters, die ab dem Erkennen der geschlossenen Schalter stellung gezählt wird, bei geschlossenem Schalter (4) ein niedriger Abfragestrom fließt, der kleiner oder gleich ei nem zweiten Stromschwellwert ist, wobei der erste Strom schwellwert größer als der zweite Stromschwellwert ist, und
der Abfragestrom der bei geschlossenem Schalter fließt, erst dann wieder auf einen Wert gleich oder über dem ers ten Stromschwellwert erhöht wird, wenn die Zeitdauer (T) abgelaufen ist oder die Anzahl (N) an Abfragen der Schal terstellung erreicht ist, wobei die Zeitdauer (T) abhängig von Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen des Schalters festgelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl (N) an Abfragen des Schaltzustands des Schalters, die ab dem Erkennen einer geschlossenen Schalterstellung ge zählt werden, abhängig von Betriebs- und/oder Umgebungsbedin gungen festgelegt wird.