DE10124910A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen von Schaltzuständen und zum Reduzieren von Ruheströmen von Schalteinrichtungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung 1 und ein Verfahren zum Erfassen von Schaltzuständen und zum Reduzieren von Ruheströmen von Schalteinrichtungen 20, 21, 22 mit mindestens einer Schaltungsanordnung 2, die mehrere Schalteinrichtungen 20, 21, 22 aufweist, wobei jeder Schalteinrichtung 20, 21, 22 ein individueller Widerstandswert zugeordnet ist und wobei jede Schalteinrichtung 20, 21, 22 mit einer Versorgungsspannung 26 verbunden ist; und mit einer Erfassungs-/Liefereinheit 3, die eine mit den Schalteinrichtungen 20, 21, 22 der Schaltungsanordnung verbundene Stromquelle zum Liefern eines bestimmten gepulsten Freibrennstromes an die jeweils geschlossene Schalteinrichtung 20, 21, 22 und eine Erfassungseinrichtung 31 zum Erfassen der Schalteinrichtungszustände aus der an der jeweiligen Schalteinrichtung anliegenden Spannung aufweist.

Description

STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen von Schaltzuständen und zum Reduzieren von Ruheströmen von Schalteinrichtungen.

Obwohl auf beliebige Schalteinrichtungen bzw. Schalter an­ wendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in Bezug auf ein an Bord eines Kraftfahrzeuges befindliches Schaltsystem erläutert.

Gewöhnliche Schalter bzw. Taster, beispielsweise einer Schal­ terbatterie eines Kraftfahrzeuges, werden im geschlossenen Zustand mit einer Dauerbestromung beaufschlagt, um einen ge­ nügend großen Freibrennstrom von etwa 10 mA bereitzustellen. Dieser Freibrennstrom dient einer Reinigung des Schalterkon­ taktes von Korrosions- und Schmutzschäden.

Als nachteilig bei dem oben bekannten Ansatz hat sich die Tatsache herausgestellt, dass bei geschlossenem Schalter der relativ hohe Ruhestrom immer fließt. Dies ist nicht erforder­ lich, da empirische Untersuchungen von Schalterherstellern Aussagen treffen, dass nur kurze Zeiten ein Freibrennstrom fließen muss. Des weiteren wäre ein permanent fließender Ru­ hestrom ein Ausschlusskriterium für die Realisierung eines Schaltererfassungs-ASIC in einem kleinen, und damit billigem Gehäuse. Die Verlustleistung, die durch den Freibrennstrom im ASIC entstehen würde, benötigt eine Kühlung, die nur durch teure und aufendige Gehäuseformen realisiert werden kann.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des An­ spruchs 1 und das entsprechende Verfahren gemäß Anspruch 8 weisen gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass der notwendige mittlere Freibrennstrom reduziert und gleich­ zeitig eine Erfassung der Schaltzustände der Schalter mit Hilfe des Freibrennstroms ermöglicht wird.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Idee besteht darin, eine Vorrichtung zum Erfassen von Schaltzuständen und zum Reduzieren von Ruheströmen bzw. Freibrennströmen von Schalteinrichtungen zu schaffen, die mindestens eine Schal­ tungsanordnung, welche mehrere Schalteinrichtungen besitzt, wobei jeder Schalteinrichtung ein individueller Widerstand zugeordnet ist und wobei jede Schalteinrichtung mit einer Versorgungsspannung verbunden ist; und eine Erfassungs- /Liefereinheit aufweist, die eine mit den Schalteinrichtungen der Schaltungsanordnung verbundene Stromquelle zum Liefern eines bestimmten gepulsten Ruhestromes an die jeweils ge­ schlossene Schalteinrichtung und eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Schalteinrichtungszustände aus der jeweils anliegenden Spannung besitzt.

Somit wird durch das Pulsen des Freibrennstroms der mittlere Wert desselben abgesenkt und somit der fließende Ruhestrom reduziert. Dies hat eine Verringerung der Verlustleistung in der Schaltung zur Folge. Der Einsatz eines ASICs in einem Ge­ häuse ohne Kühlflächen wird ermöglicht.

Zudem kann die räumliche Ausgestaltung einer Liefereinheit zum Liefern des notwendigen Freibrennstromes durch obige Vor­ richtung gering gehalten werden. Außerdem ermöglicht obiger Aufbau eine gemeinsame Verkabelung mehrerer Schalteinrichtun­ gen mit ein und derselben Erfassungs-/Liefereinheit. Dadurch entsteht eine erhebliche Kosten- und Bauraumreduzierung im Kabelbereich.

In den Unteransprüchen befinden sich vorteilhafte Weiterbil­ dungen und Verbesserungen der in Anspruch 1 angegebenen Vor­ richtung und des entsprechenden Verfahrens.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Erfassungs­ einheit zur Erfassung der Schalterzustände eine nichtideale Stromquelle auf, die durch einen typischen Innen- bzw. Quel­ lenwiderstand beschrieben wird. Bei der Erfassung des Schal­ terzustandes muss die abfallende Spannung am Innenwiderstand berücksichtigt werden. Anhand der Spannung an der aktiv ge­ schalteten Stromquelle kann dann auf die Zustände der Schal­ tereinrichtung geschlossen werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Erfas­ sungseinrichtung aus mindestens einem Fensterdiskriminator zur Spannungsschwellenerkennung ausgebildet. Jeder Schaltein­ richtung wird dabei im geschlossenen Zustand ein bestimmter Spannungsbereich zugeordnet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Ab­ stände zwischen aufeinanderfolgenden Pulsen des gepulsten Freibrennstromes kleiner als 100 ms, so dass jede Schaltungs­ anordnung innerhalb dieser Zeitspanne abgefragt werden kön­ nen. Zudem ist somit für den Fahrer des Kraftfahrzeuges die Reaktionszeit des Systems nicht wahrnehmbar.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der gepul­ ste Freibrennstrom im Mittel kleiner als 10 mA. Dies ermög­ licht eine kostengünstige Auslegung der entsprechenden Bau­ teile und dennoch einen genügend großen Strom zur Erfassung der Schaltzustände.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Erfas­ sungs-/Liefereinheit als ASIC-Einheit, insbesondere als S08- Einheit ausgebildet. Diese Gehäuseform ist eines der klein­ sten Standard-Packagingformate und stellt somit die kosten­ günstigste Verpackung des ASICs dar.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung steuert ein Multiplexer die Stromquelle auf den zu erfassenden Eingangs­ kanal. Dabei werden mehrere Parameter der Schaltung zur Be­ messung der Pulsdauer bzw. Pulsabstände und der Amplitude des Freibrennstromes berücksichtigt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung gibt die Er­ fassungs-/Liefereinheit die erfassten Schalteinricttungszu­ stände über eine serielle Eindraht-Schnittstelle, insbesonde­ re eine BSS(Bit Synchrone Schnittstelle)-Schnittstelle an ei­ ne Steuereinrichtung aus. Die Steuereinrichtung überträgt die entsprechenden Signale anschließend an eine entsprechende Kraftfahrzeuganwendung.

ZEICHNUNGEN

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er­ läutert. Die Figur zeigt eine Vorrichtung zum Erfassen von Schaltzuständen und zum Reduzieren von Ruheströmen von Schalteinrichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die Figur illustriert ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zum Erfassen von Schaltzuständen und zum Reduzieren von Ruhe­ strömen bzw. der mittleren Freibrennströme von Schalteinrich­ tungen 20, 21, 22 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung.

Die Vorrichtung besteht aus mindestens einer Schaltungsanord­ nung 2, bei der, wie in der Figur ersichtlich, jede Schalt­ einrichtung 20, 21, 22 im geschlossenen Zustand über einen bestimmten individuellen Widerstandswert mit einer Versor­ gungsspannung 26 verbunden ist.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die erste Schalteinrichtung 20 lediglich durch den ersten Außenwider­ stand 23 charakterisiert. Die zweite Schalteinrichtung 21 da­ gegen wird im geschlossenen Zustand durch die Summe der Wi­ derstandswerte des ersten Außenwiderstandes 23 und des zwei­ ten Außenwiderstandes 24 und die dritte Schalteinrichtung 22 durch die Summe der Widerstandswerte der ersten Schaltein­ richtung 20, der zweiten Schalteinrichtung 21 und der dritten Schalteinrichtung 22 charakterisiert. Somit ist bei einer derartigen Prioritätenschaltung jedem Schaltzustand der Schalteinrichtungen 20, 21, 22 ein bestimmter Widerstandswert zugeordnet.

Die in der Figur dargestellte Kapazität 28 verkörpert parasi­ täre Störgrößen, die für eine Einstellung der charakteristi­ schen Größen des Freibrennstromes vorteilhaft mitberücksich­ tigt werden.

Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Erfassungs-/Liefer­ einheit 3, die über eine serielle Schnittstelle mit der Schaltungsanordnung 2 verbunden ist. Die Erfassungs-/Liefer­ einheit 3 besteht mindestens aus einer nichtidealen Strom­ quelle 30, die durch einen typischen Innen- bzw. Quellenwi­ derstand 32 beschrieben wird und die den notwendigen Frei­ brennstrom an die jeweiligen Schalteinrichtungen 20, 21, 22 der Schaltungsanordnung 2 liefert. Bei der Erfassung des Schalterzustandes muss die abfallende Spannung am Innenwider­ stand berücksichtigt werden. Anhand der Spannung an der ak­ tiv geschalteten Stromquelle kann dann auf die Zustände der Schaltereinrichtung geschlossen werden.

Die Erfassungs-/Liefereinheit 3 kann vorteilhaft als ASCI- Einheit, insbesondere als S08-Einheit, ausgebildet werden. Dies ermöglicht einen Anschluss mehrerer Schaltungsanordnun­ gen an ein und dieselbe Einheit 3 über serielle Schnittstel­ len.

Ein nicht dargestellter Multiplexer steuert in an sich be­ kannter Weise die Stromquelle 30 auf den zu erfassenden Ein­ gangskanal und somit den notwendigen Freibrennstrom derart, dass ein gepulster Freibrennstrom geliefert wird. Dabei müs­ sen die Pulsdauer bzw. die Abstände aufeinanderfolgender Pul­ se und die Amplitude des Freibrennstromes derart ausgebildet sein, dass trotz parasitärer Größen, dargestellt durch die parasitäre Kapazität 28, der benötigte Freibrennstrom zur Verfügung steht und dieser ein ausreichend hohes digitales Signal für eine Erfassung der Schaltzustände der Schaltein­ richtungen 20, 21, 22 liefert.

Die Erfassungs-/Liefereinheit 3 besitzt ferner eine Erfas­ sungseinrichtung 31 bzw. einen Verstärker 31 pro Schaltungs­ anordnung, der vorteilhaft als Fensterdiskriminator zur Span­ nungsschwellenerkennung ausgebildet ist. Der Fensterdiskrimi­ nator 31 analysiert die durch den Freibrennstrom an den Au­ ßenwiderständen 23, 24, 25 und dem Innenwiderstand 32 abfal­ lende Spannung und ordnet diesem Spannungswert einen bestimm­ ten Schaltzustand der Schaltungsanordnung 2 zu. Beispielswei­ se ergibt sich aus dem Spannungswert ein Gesamtwiderstand, welcher der Summe der Außenwiderstände 23, 24 und des Innen­ widerstandes 32 entspricht. Somit erkennt der Fensterdiskri­ minator 31, dass sich die Schalteinrichtung 21 in einem ge­ schlossenen Zustand befinden muss und ordnet diesem Schaltzu­ stand ein bestimmtes Signal zu.

Dieses Signal wird über eine serielle Eindraht-Schnittstelle, vorteilhaft eine BSS(Bit Synchrone Schnittstelle)- Schnittstelle, an eine Steuereinrichtung 5 übertragen. Die Steuereinrichtung 5 steuert anschließend entsprechend dem empfangenen Signal eine entsprechende Kraftfahrzeuganwendung. Eine solche Anwendung kann beispielsweise die Ausrichtung ei­ nes Außenspiegels eines Kraftfahrzeuges sein.

Vorteilhaft beträgt der gepulste Freibrennstrom im Mittel we­ niger als 10 mA, um die Erwärmung der Schaltung in optimier­ ten Bereichen zu halten. Zudem betragen vorteilhaft die Ab­ stände zweier aufeinanderfolgender Strompulse weniger als 100 ms, damit der Kraftfahrzeugfahrer die Reaktionszeit des Sy­ stems nicht wahrnimmt. Zudem muss innerhalb dieses Zeitraums jede Schaltungsanordnung abgefragt werden können.

Im Folgenden wird lediglich beispielhaft ein Zahlenbeispiel der vorliegenden Vorrichtung ausgeführt. So kann bei einer Versorgungsspannung von 12 V, bei Außenwiderstandswerten der Außenwiderstände 23, 24, 25 von 2 kΩ und einem Innenwider­ standswert des Innenwiderstandes 32 von 6 kΩ ein Freibrenn­ strom von etwa 10 mA für obige Ausführung verwendet werden.

Die vorliegende Vorrichtung und das entsprechende Verfahren ermöglichen das Erfassen von Schaltzuständen bestimmter Schalteinrichtungen durch Ausgabe eines genügend großen digi­ talen Signals mittels eines gepulsten Freibrennstromes, der allerdings gegenüber den bisher bekannten Beschaltungen er­ heblich verringert ist und somit die Schaltung weniger er­ wärmt.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modi­ fizierbar.

Insbesondere können mehrere Schaltungsanordnungen an eine Er­ fassungs-/Liefereinheit angeschlossen und die Schaltzustände der entsprechenden Schalteinrichtungen über dieselbe oder weitere Erfassungseinrichtungen ausgewertet werden.

Claims (16)

1. Vorrichtung (1) zum Erfassen von Schaltzuständen und zum Reduzieren von Ruheströmen von Schalteinrichtungen (20, 21, 22) mit:
mindestens einer Schaltungsanordnung (2), die mehrere Schalt­ einrichtungen (20, 21, 22) aufweist, wobei jeder Schaltein­ richtung (20, 21, 22) ein individueller Widerstandswert zuge­ ordnet ist und wobei jede Schalteinrichtung (20, 21, 22) mit einer Versorgungsspannung (26) verbunden ist; und
einer Erfassungs-/Liefereinheit (3), die eine mit den Schalt­ einrichtungen (20, 21, 22) der Schaltungsanordnung verbundene Stromquelle zum Liefern bestimmter gepulster Strompulse an die jeweils geschlossene Schalteinrichtung (20, 21, 22) und eine Erfassungseinrichtung (31) zum Erfassen der Schaltein­ richtungszustände aus der an der jeweiligen Schalteinrichtung anliegenden Spannung aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strompulse ein Freibrennstrom sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Erfassungseinrichtung (31) aus mindestens einem Fensterdiskriminator zur Spannungsschwellenerkennung ausge­ bildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsabstände des gepulsten Frei­ brennstromes kleiner als 100 ms sind, wobei jede Schaltungs­ anordnung während dieser Zeitspanne abfragbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gepulste Freibrenn­ strom im Mittel kleiner als 10 mA ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Erfassungs-/Liefereinheit (3) als ASIC-Einheit, insbesondere als S08-Einheit, ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Multiplexer den ge­ pulsten Freibrennstrom bzw. die Stromquelle auf den zu erfas­ senden Eingangskanal steuert. .

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Erfassungs-/Liefereinheit (3) die erfassten Schalteinrichtungszustände über eine serielle Eindraht-Schnittstelle (4), insbesondere eine BSS(Bit Syn­ chrone Schnittstelle)-Schnittstelle, an eine Steuereinrich­ tung (5) ausgibt.

9. Verfahren zum Erfassen von Schaltzuständen und zum Redu­ zieren von Ruheströmen von Schalteinrichtungen (20, 21, 22), mit folgenden Schritten:
Liefern bestimmter gepulster Strompulse mittels einer in ei­ ner Erfassungseinheit (3) angeordneten Stromquelle (30) an Schalteinrichtungen (20, 21, 22) einer Schaltungsanordnung (2), denen jeweils ein individueller Widerstandswert zugeord­ net wird und die mit einer Versorgungsspannung (26) verbunden werden; und
Erfassen der Schalteinrichtungszustände aus der an der jewei­ ligen Schalteinrichtung anliegenden Spannung mittels einer in der Erfassungs-/Liefereinheit (3) vorgesehenen Erfassungsein­ richtung (31).

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Strompulse ein Freibrennstrom sind.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich­ net, dass dass die Erfassungseinrichtung (31) aus mindestens einem Fensterdiskriminator zur Spannungsschwellenerkennung ausgebildet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsabstände des gepulsten Frei­ brennstromes kleiner als 100 ms ausgebildet werden, wobei je­ de Schaltungsanordnung während dieser Zeitspanne abgefragt werden kann.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der gepulste Freibrennstrom im Mittel kleiner als 10 mA ausgebildet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Erfassungs-/Liefereinheit (3) als ASIC-Einheit, insbesondere als S08-Einheit, ausgebildet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der gepulste Freibrennstrom bzw. die Stromquelle auf den zu erfassenden Eingangskanal mittels ei­ nes Multiplexers gesteuert wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die erfassten Schalteinrichtungszustände mittels der Erfassungs-/Liefereinheit (3) über eine serielle Eindraht-Schnittstelle (4), insbesondere eine BSS(Bit Syn­ chrone Schnittstelle)-Schnittstelle an eine Steuereinrichtung (5) ausgegeben werden.