DE102005052750A1

DE102005052750A1 - Verfahren und Systeme zum Schalten zwischen mehreren Zuständen unter Verwendung zumindest einer ternären Eingabe und zumindest einer diskreten Eingabe

Info

Publication number: DE102005052750A1
Application number: DE102005052750A
Authority: DE
Inventors: Kerfegar K. Fenton Katrak; Paul A. Fenton Bauerle
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2005-11-04
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2025-11-05
Also published as: US7142132B2; US20060100758A1; CN1790911B; CN1790911A; DE102005052750B4

Abstract

Beschrieben werden Systeme, Verfahren und Einrichtungen, um eine gesteuerte Einrichtung als Antwort auf die Stellung eines Stellglieds mit mehreren Stellungen in einen gewünschten Betriebszustand zu versetzen. Zwei oder mehr Schaltkontakte liefern Eingangssignale, die die Stellung des Stellgliedes repräsentieren. Eine Steuerlogik bestimmt dann, basierend auf den empfangenen Eingangssignalen, den gewünschten Zustand für die gesteuerte Einrichtung. Der gewünschte Betriebszustand wird aus einer beliebigen Anzahl von Betriebszuständen bestimmt, die durch die Eingabewerte definiert werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine ternäre Schaltung in Kombination mit einer binären Schaltung genutzt werden, um Dreh- oder Linearschalter mit mehreren Zuständen effizient auszubilden, die sechs, zwölf, achtzehn oder irgendeine andere Anzahl schaltbarer Zustände identifizieren können.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Schaltlogik mit mehreren Zuständen und bezieht sich insbesondere auf Verfahren, Systeme und Einrichtungen, um ein Schalten zwischen mehreren Zuständen unter Verwendung zumindest eines Schaltkontakts mit drei Zuständen und mindestens eines diskreten Kontakts zu liefern.

Hintergrund

Moderne Fahrzeuge enthalten zahlreiche elektronische und elektrische Schalter. Fahrzeugeinrichtungen wie zum Beispiel Klimasteuerungen, Audiosystemsteuerungen, andere elektrische Systeme und dergleichen werden nun als Antwort auf elektrische Signale, die von verschiedenen Schaltern als Antwort auf Eingaben eines Fahrers/Passagiers, Sensorablesungen und dergleichen erzeugt werden, aktiviert, deaktiviert und eingestellt. Diese elektrischen Steuerungssignale werden typischerweise vom Schalter über Kupferdrähte oder andere elektrische Leiter an die gesteuerten Einrichtungen geleitet. Gegenwärtig nutzen viele Steuerungsanwendungen einen einzigen Draht, um zwei diskrete Zustände (z.B. AN/AUS, WAHR/FALSCH, HOCH/NIEDRIG etc.) unter Verwendung einer auf dem Draht übertragenen hohen oder niedrigen Spannung anzuzeigen.

Um mehr als zwei Zustände zu implementieren, werden typischerweise zusätzliche Steuerungssignale genutzt. In einer herkömmlichen Transfer- bzw. Verteilergetriebesteuerung für einen Zwei/Vierradantrieb beispielsweise werden vier aktive Zustände der Steuerung (z.B. 2WD-Modus, automatischer 4WD-Modus, 4WD-LO-Modus und 4WD-HI-Modus) sowie ein Voreinstellungsmodus unter Verwendung von drei bis fünf diskreten Schaltern (mit zwei Zuständen) repräsentiert, die mit einem ein- oder zweiachsigen Steuerhebel gekoppelt sind. Wenn der Hebel betätigt wird, identifizieren die verschiedenen Schalter die Stellung des Hebels, um das Fahrzeug in den gewünschten Modus zu versetzen. Viele andere Arten von Schaltern mit mehreren Zuständen (zum Beispiel ein- oder mehrpolig, kurzzeitig schaltend, mit arretierter Stellung, ein Schiebestellglied, ein Drehstellglied und dergleichen) werden in einem weiten Feld von Anwendungen in dem Kraftfahrzeugbereich, der Luftfahrt, dem Militär, der Industrie, Konsumgüter bzw. Unterhaltungselektronik und anderen Anwendungen genutzt.

Da Verbraucher in neueren Fahrzeugen und anderen Produkten zusätzliche elektronische Einrichtungen bzw. Merkmale fordern, wächst der Umfang einer Verdrahtung, die genutzt wird, um solche Merkmale zu implementieren, weiter. Diese zusätzliche Verdrahtung nimmt häufig wertvollen Platz in Anspruch, addiert unerwünschtes Gewicht und erhöht die Fertigungskomplexität des Fahrzeugs. Daher gibt es einen anhaltenden Bedarf daran (insbesondere in Fahrzeuganwendungen), den Umfang einer Verdrahtung im Fahrzeug ohne Opfern von Merkmalen zu reduzieren. Ferner besteht ein Bedarf daran, die Anzahl von Zuständen zu erhöhen, die durch verschiedene Schalter repräsentiert werden können, ohne Gewicht, Volumen oder Komplexität hinzuzufügen, die gewöhnlich mit einer zusätzlichen Verdrahtung verbunden sind, und ohne die Sicherheit zu opfern. Ferner besteht noch eine Nachfrage nach Schaltern und Schaltsystemen, die zwischen vier oder mehr Betriebszuständen einer gesteuerten Einrichtung insbesondere in Kraftfahrzeugen und anderen Fahrzeugeinrichtungen zuverlässig schalten können.

Es ist insbesondere wünschenswert, Schalteinrichtungen mit mehreren Zuständen zu entwerfen, die vier oder mehr Betriebszustände repräsentieren können, ohne übermässige Kosten, Komplexität oder Gewicht hinzuzufügen. Überdies werden andere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich werden, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und dem vorhergehenden technischen Gebiet und Hintergrund geliefert werden.

Kurze Zusammenfassung

Gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen werden Systeme, Verfahren und Einrichtungen geschaffen, um als Antwort auf die Stellung eines Stellglieds mit mehreren Stellungen eine gesteuerte Einrichtung in einen gewünschten Betriebszustand zu versetzen. Zwei oder mehr Schaltkontakte, die zumindest einen ternären Schaltkontakt und zumindest einen diskreten Schaltkontakt einschließen, liefern Eingangssignale, die die Stellung des Stellglieds repräsentieren. Eine Steuerlogik bestimmt dann basierend auf den empfangenen Eingangssignalen den gewünschten Zustand für die gesteuerte Einrichtung. Der gewünschte Betriebszustand wird aus einer beliebigen Anzahl von Betriebszuständen bestimmt, die durch die Eingabewerte definiert werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann ein ternäres Schalten in Kombination mit einem binären Schalten genutzt werden, um Dreh- oder Linearschalter mit mehreren Zuständen effizient zu implementieren, die sechs, zwölf, achtzehn oder eine andere beliebige Anzahl schaltbarer Zustände identifizieren können.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, worin gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen und:
1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugs ist;
2 ein Schaltungsdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Schaltkreises ist;
3 ein Schaltungsdiagramm einer alternativen beispielhaften Ausführungsform eines Schaltkreises ist;
4 ein Diagramm eines beispielhaften Schaltsystems zum Verarbeiten von Eingangssignalen von mehreren Schaltern ist;
5 ein Diagramm eines beispielhaften Schaltsystems mit zwei Eingängen mit drei Zuständen und neun Ausgangszuständen ist;
6 ein Diagramm eines beispielhaften Drehschaltsystems mit zwei Eingängen mit drei Zuständen und acht Ausgangszuständen ist;
7 ein Diagramm ist, das Signalabbildungen für verschiedene, beispielhafte Schaltsysteme mit siebenundzwanzig und sechsundzwanzig Zuständen zeigt;
8 ein Diagramm eines beispielhaften Drehschaltsystems mit sowohl ternären als auch diskreten Eingängen und zwölf Ausgangszuständen ist;
9 ein Diagramm ist, das Signalabbildungen für verschiedene beispielhafte Schaltsysteme mit sechs Zuständen zeigt;
10 ein Diagramm ist, das Signalabbildungen für verschiedene beispielhafte Schaltsysteme mit zwölf Zuständen zeigt;
11 ein Diagramm ist, das Signalabbildungen für verschiedene beispielhafte Schaltsysteme mit achtzehn Zuständen und sechsundzwanzig Zuständen zeigt; und
12 eine Tabelle beispielhafter Zustandsdarstellungen ist, die aus verschiedenen beispielhaften Kombinationen ternärer und binärer Schalteingaben verfügbar sind.
Ausführliche Beschreibung
Die folgende ausführliche Beschreibung ist in ihrer Art nur beispielhaft und soll die Erfindung oder die Anwendung und Nutzungen der Erfindung nicht beschränken. Überdies soll sie nicht durch irgendeine ausgedrückte oder implizierte Theorie beschränkt sein, die in dem vorhergehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung präsentiert wird.
Gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen können ein- und/oder mehrachsige Steuerungen zur Verwendung in Fahrzeugen und anderswo mit ternären Schaltern entworfen werden, um die Komplexität der Steuerung zu reduzieren. Derartige Schalter können verwendet werden, um robuste Auswahlschemata für verschiedene Arten von Steuerungsmechanismen zu implementieren, einschließlich derjenigen, die für eine Schaltung Normal-/Leistungs-/Sparmodus, eine Schaltung zur Tempomatsteuerung, eine Power-Takeoff- bzw. Abtriebssteuerung (PTO), eine Schaltung "tap up/tap down" und/oder dergleichen verwendet werden. Durch Auswählen bestimmter Signaleingabekombinationen, um die Betriebszustände der gesteuerten Einrichtung zu repräsentieren, und/oder über eine mechanische gegenseitige Verriegelung mehrerer Schaltkontakte kann überdies die Robustheit des Systems gewahrt oder sogar verbessert werden.
Wendet man sich nun den Zeichnungsfiguren zu und verweist zunächst auf 1, enthält ein beispielhaftes Fahrzeug 100 in geeigneter Weise eine beliebige Anzahl von Komponenten 104, 110, die mit verschiedenen Schaltern 102A, 102B kommunizieren, um jeweils Steuerungssignale 106, 112A–B zu empfangen. Die verschiedenen Komponenten 104, 110 können beliebige elektrische oder elektronische Einrichtungen repräsentieren, die in einem Fahrzeug 100 vorhanden sind, einschließlich ohne Beschränkung Steuerungen für ein 2WD/4WD-Verteilergetriebe, einer Tempomatsteuerung, Einrichtungen zur Abtriebsauswahl/betätigung; Selektoren mit mehreren Stellungen, digitaler Controller, die mit derartigen Einrichtungen und/oder irgendwelchen anderen elektrischen Systemen, Komponenten oder Einrichtungen innerhalb des Fahrzeugs 100 gekoppelt sind.
Die Schalter 102A–B sind beliebige Einrichtungen, die verschiedene logische Signale 106, 102A–B als Antwort auf Nutzerbefehle, Sensorablesungen oder andere Eingangsstimuli an die Komponenten 104, 110 liefern können. In einer beispielhaften Ausführungsform antworten die Schalter 102A–B entsprechend auf eine Verschiebung oder Betätigung eines Hebels 108A–B oder eines anderen Stellglieds. Verschiedene Schalter 102A–B können mit elektrischen, elektronischen und/oder mechanischen Stellgliedern ausgebildet bzw. entworfen werden, um geeignete ternäre Ausgangssignale auf einem oder mehr Drähten oder anderen elektrischen Leitern zu erzeugen, die die Schalter 102 und die Komponenten 104, 110 verbinden, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. Diese ternären Signale können durch die Komponenten 104, 110 verarbeitet werden, um die Komponenten entsprechend in geeignete Zustände zu versetzen. In verschiedenen Ausführungsformen kann ein einziges ternäres Signal 106 geliefert werden (zum Beispiel zwischen dem Schalter 102A und der Komponente 104 in 1), und/oder mehrere Signale 102A–B können (z.B. zwischen dem Schalter 102B und der Komponente 110 in 1) geliefert werden, wobei eine Logik in der Komponente 104 (oder einem zugeordneten Controller) die verschiedenen Signale 102A–B kombiniert oder auf andere Weise verarbeitet, um bedeutsame Anweisungen zu extrahieren. In noch weiteren Ausführungsformen können binäre, ternäre und/oder andere Signale in jeder geeigneten Weise kombiniert werden, um eine beliebige Anzahl schaltbarer Zustände zu erzeugen.
Viele Arten von Steuerungseinrichtungen mit Stellgliedern oder Knüppeln liefern mehrere Ausgangssignale 102A–B, die verarbeitet werden können, um den Zustand eines einzelnen Stellglieds 108B zu bestimmen. Ein Hebel 108B kann dem Stellglied in einem 2WD/4WD-Selektor bzw. -Schaltwählhebel, einer elektronischen Außenspiegelsteuerung, einem Abtriebsselektor (engl. power take off selector) oder irgendeiner anderen Einrichtung entsprechen, die innerhalb eines oder mehrerer Freiheitsgrade arbeitet. In alternativen Ausführungsformen bewegt sich der Hebel 108A–B in einem Kugelgelenk oder einer anderen Anordnung, die mehrere Bewegungsrichtungen ermöglicht. Die hierin beschriebenen Konzepte können ohne weiteres angepasst werden, um mit jeder Art eines mechanischen Selektors bzw. Schaltwählhebels zu arbeiten, einschließlich irgendeiner Art von Hebel, Knüppel oder eines anderen Stellglieds, das sich bezüglich des Fahrzeugs über irgendeine verschiebbare, drehbare oder andere Kopplung (z.B. Gelenk, Gleitstück, Kugelgelenk, Gelenkkupplung etc.) bewegt.
Bezugnehmend nun auf 2 enthält ein beispielhafter Schaltkreis 200 in geeigneter Weise Schaltkontakte 212, eine Spannungsteilerschaltung 216 und einen Analog/Digital-(A/D)-Wandler 202. Die Schaltkontakte 212 erzeugen geeignet ein Ausgangssignal mit drei Zuständen, das über einen Leiter 106 entsprechend übertragen und an der Spannungsteilerschaltung 216 und/oder dem A/D-Wandler 202 decodiert wird. Die in 2 gezeigte Schaltung 200 kann insbesondere nützlich sein für Ausführungsformen, worin eine gemeinsame Referenzspannung (V_ref) für den A/D-Wandler 202 zur Verfügung steht, um die Kontakte 212 und die Spannungsteilerschaltung 216 umzuschalten, obgleich die Schaltung 200 auch für eine Reihe anderer Ausführungsformen geeignet ist.
Die Schaltkontakte 212 sind beliebige Einrichtungen, Schaltungen oder Komponenten, die eine binäre, ternäre oder andere geeignete Ausgabe auf dem Leiter 106 erzeugen können. In verschiedenen Ausführungsformen sind die Schaltkontakte 212 mit einem herkömmlichen Umschalter (engl. double-throw switch) ausgeführt, wie man ihn gewöhnlich in vielen Fahrzeugen finden kann. Alternativ dazu sind die Kontakte 212 entsprechend mit einer Bedieneinrichtung mit mehreren Stellungen oder einem anderen Spannungsselektor ausgeführt. Die Kontakte 212 können mit einem herkömmlichen Niederstromschalter mit drei Stellungen implementiert werden, wie man ihn gewöhnlich zum Beispiel an vielen Fahrzeugen findet. Verschiedene dieser Schalter enthalten wahlweise ein (nicht dargestelltes) Federbauteil oder einen anderen Mechanismus, um ein Stellglied 106 ( 1) in eine Voreinstellung vorzuspannen, obgleich man diese Vorspannmechanismen nicht in allen Ausführungsformen findet. Die Schaltkontakte 212 entsprechen konzeptionell den verschiedenen Schaltern 102A–B, die in 1 dargestellt sind.
Die Schaltkontakte 212 liefern im Allgemeinen ein Ausgangssignal, das aus zwei Referenzspannungen (wie zum Beispiel einer hohen Referenzspannung (z.B. V_ref) und einer niedrigen Referenzspannung (z.B. Erdung)) sowie einem Zwischenwert ausgewählt wird. In einer beispielhaften Ausführungsform ist V_ref die gleiche Referenzspannung, die an eine digitale Schaltungsanordnung im Fahrzeug 100 (1) geliefert wird, und kann die gleiche Referenzspannung sein, die an den A/D-Wandler 202 geliefert wird. In verschiedenen Ausführungsformen liegt V_ref in der Größenordnung von ungefähr fünf Volt, obgleich andere Ausführungsformen breit schwankende Referenzspannungen nutzen können. Der von den Kontakten 212 gelieferte Zwischenwert kann einem offenen Schaltkreis entsprechen (z.B. mit keiner Referenzspannung verbunden) oder kann irgendeinen Zwischenwert zwischen der oberen und unteren Referenzspannung widerspiegeln. Ein dazwischenliegender offener Schaltkreis kann für viele Anwendungen wünschenswert sein, da ein offener Schaltkreis typischerweise keinen parasitären Strom auf der Signalleitung 106 ziehen wird, wenn der Schalter im Zwischenzustand ist, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. Außerdem wird der Zustand eines offenen Schaltkreises unter Verwendung herkömmlicher Schaltkontakte 212 für niedrigen Strom und mit drei Stellungen verhältnismäßig einfach implementiert.
Die Kontakte 212 dienen daher dazu, ein ternäres Signal 106 zu liefern, das aus den beiden Referenzspannungen (z.B. V_ref und der Erdung im Beispiel von 2) und einem Zwischenwert ausgewählt wird. Dieses Signal 106 wird entsprechend an eine Decodiererschaltungsanordnung in einer oder mehreren Fahrzeugkomponenten (zum Beispiel den Komponenten 104, 110 in 1) geliefert. In verschiedenen Ausführungsformen ist der Schaltkontakt 212 mit drei Zuständen einfach eine Einrichtung mit mehreren Stellungen, die nur zwischen den beiden Referenzspannungen (zum Beispiel Energie und Erdung) und einer Stellung für einen offenen Schaltkreis oder einem anderen Zwischenzustand auswählt. Der Kontakt muss keine Spannungsteilung liefern und verlangt daher anders als eine einfache Auswahlvorrichtung keine elektrischen Widerstände, Kondensatoren oder andere signalverarbeitende Komponenten. In verschiedenen Ausführungsformen enthält der Schalter 212 optional eine Funktion zur gegenseitigen mechanischen Verriegelung, so dass nur ein Zustand (z.B. Energie, Erdung, Zwischenzustand) zu jeder gegebenen Zeit ausgewählt werden kann.
Die von den Kontakten 212 erzeugten Signale 106 werden an der Spannungsteilerschaltung 216 oder dergleichen an der Komponente 104, 110 (1) empfangen. Wie in 2 gezeigt ist, enthält eine beispielhafte Spannungsteilerschaltung 216 in geeigneter Weise einen ersten Widerstand 206 und einen zweiten Widerstand 208, die mit den gleichen hohen bzw. niedrigen Referenzsignalen gekoppelt sind, die an die Kontakte 212 geliefert werden. Diese Widerstände 206, 208 sind an einem gemeinsamen Knoten 218 verbunden, der auch das ternäre Signal 106 entsprechend vom Schalter 212 empfängt. In der in 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist der Widerstand 206 mit der oberen Referenzspannung V_ref 214 verbunden dargestellt, während der Widerstand 208 mit der Erdung verbunden ist. Die Widerstände 206 und 208 dienen daher als Pull-down- bzw. Pull-up-Widerstände, wenn die Signale 106 der Erdung und V_ref entsprechen. Obgleich die Werte der Widerstände 206, 208 von Ausführungsform zu Ausführungsform verschieden sind, können die Werte so ausgewählt werden, dass sie einander ungefähr gleich sind, so dass der gemeinsame Knoten auf eine Spannung von ungefähr der halben V_ref-Spannung gezogen wird, wenn durch den Kontakt 212 ein offener Schaltkreis erzeugt wird. Drei verschiedene Spannungssignale (d.h. Erdung, V_ref/2, V_ref) können daher entsprechend am gemeinsamen Knoten 218 geliefert werden. Alternativ dazu kann die Größe der Zwischenspannung eingestellt werden, indem die jeweiligen Werte der Widerstände 206, 208 entsprechend ausgewählt werden. In verschiedenen Ausführungsformen werden die Widerstände 206, 208 beide so ausgewählt, dass sie einen Widerstandswert in der Größenordnung von etwa 1–50 kOhm, beispielsweise etwa 10 kOhm, haben, obgleich beliebige andere Werte in einem weiten Feld anderer Ausführungsformen genutzt werden könnten. Verhältnismäßig hohe Widerstandswerte helfen dabei, Energie und Wärme einzusparen, indem der von V_ref zur Erdung fließende Strombetrag reduziert wird, obgleich andere Ausführungsformen verschiedene Werte für die Widerstände 206, 208 verwenden können.
Die am gemeinsamen Knoten 218 präsentierten ternären Spannungen werden dann an den Analog-Digital-Wandler 202 geliefert, um die Signale 204 entsprechend zu decodieren und zu verarbeiten. In den verschiedenen Ausführungsformen ist der A/D-Wandler 202 mit einem Prozessor, Controller, Decodierer, einem Fernbedienungskasten zur Eingabe/Ausgabe oder dergleichen verbunden. Alternativ dazu kann der A/D-Wandler 202 eine Komparatorschaltung, eine A/D-Schaltung mit Pipelinestruktur oder eine andere Umwandlungsschaltung sein, die digitale Darstellungen 214 der empfangenen analogen Signale 204 liefern kann. In einer beispielhaften Ausführungsform erkennt der A/D-Wandler 202 die hohen und niedrigen Referenzspannungen und nimmt Zwischenwerte an, die sich auf den Zwischenzustand beziehen. In Ausführungsformen, worin Vref zum Beispiel etwa gleich fünf Volt ist, kann der A/D-Wandler Spannungen unter etwa einem Volt als "niedrige" Spannung, Spannungen oberhalb etwa vier Volt als "hohe" Spannung und Spannungen zwischen ein und vier Volt als Zwischenspannungen erkennen. Die besonderen Toleranzen und Werte, die vom A/D-Wandler 202 verarbeitet werden, können sich in anderen Ausführungsformen unterscheiden.
Wie oben beschrieben wurde, können dann die ternären Signale 106 durch die Kontakte 212 erzeugt, über einen einzigen Träger übertragen und durch den A/D-Wandler 202 in Verbindung mit der Spannungsteilerschaltung 216 decodiert werden. Zwischensignale, die nicht den traditionellen "hohen" oder "niedrigen" Ausgaben des Kontakts 212 entsprechen, werden durch die Spannungsteilerschaltung 216 skaliert, um eine bekannte Zwischenspannung zu erzeugen, die vom A/D-Wandler 202 entsprechend erfasst und verarbeitet werden kann. Auf diese Weise können konventionelle Schaltkontakte 212 und elektrische Leitungen verwendet werden, um ternäre Signale anstelle binärer Signale (oder zusätzlich zu diesen) zu übertragen, wodurch die Informationsmenge erhöht wird, die über einen einzigen Leiter transportiert werden kann. Dieses Konzept kann über einen weiten Bereich von Kraftfahrzeuganwendungen und anderen Anwendungen ausgenutzt werden.
Bezugnehmend nun auf 3 enthält eine alternative Ausführungsform eines Schaltkreises 300 in geeigneter Weise zusätzlich zum Kontakt 212, der Teilerschaltung 216 und dem A/D-Wandler 202, die oben in Verbindung mit 2 beschrieben wurden, einen zusätzlichen Spannungsteiler 308. Die in 3 gezeigte Schaltung kann einen zusätzlichen Nutzen liefern, wenn ein oder mehrere Referenzspannungen (z.B. V_ref), die an den A/D-Wandler 202 geliefert werden, für eine Lieferung an den Kontakt 212 nicht zur Verfügung stehen oder unzweckmäßig sind. In diesem Fall kann eine andere zweckmäßige Referenzspannung (z.B. eine Fahrzeugbatteriespannung B⁺, ein Gang/Kurbel-Signal (engl. run/crank signal) oder der gleichen) an den Kontakt 212 und/oder die Spannungsteilerschaltung 216 wie dargestellt geliefert werden. Unter Verwendung der oben beschriebenen Konzepte liefert diese Anordnung am gemeinsamen Knoten 204 drei verschiedene Spannungen (z.B. Erdung, B⁺/2 und B⁺). Diese Spannungen können jedoch außerhalb der Skala der von einer herkömmlichen A/D-Schaltungsanordnung 202 erwarteten liegen, da beispielhafte Fahrzeugbatteriespannungen in der Größenordnung von zwölf Volt oder ähnlich liegen können. Demgemäß werden die am gemeinsamen Knoten 204 präsentierten Spannungen mit einem zweiten Spannungsteiler 308 skaliert, um Eingangssignale 306 zu liefern, die innerhalb des Empfindlichkeitsbereichs für den A/D-Wandler 202 liegen.
In einer beispielhaften Ausführungsform enthält der Spannungsteiler 308 zwei oder mehr Widerstände 302 und 304, die zwischen einem gemeinsamen Knoten 218 und dem Eingang 306 zum A/D-Wandler 202 elektrisch angeordnet sind. In 3 ist der Widerstand 302 zwischen den Knoten 208 und 306 dargestellt, wobei der Widerstand 304 zwischen dem Knoten 306 und der Erdung dargestellt ist. Verschiedene andere Teilerschaltungen 308 könnten jedoch unter einfacher Anwendung des Ohmschen Gesetzes entworfen werden. Ähnlich können die Werte der Widerstände 302 und 304 basierend auf der gewünschten Skalierung von Spannungen zwischen den Knoten 218 und 306 auf irgendeinen Wert ausgelegt werden, obgleich eine Auslegung der beiden Widerstände auf ungefähr den gleichen Wert ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis für die Schaltung 300 liefern kann.
Unter Verwendung der oben dargelegten Konzepte kann ein weiter Bereich von Steuerschaltungen und Steuerungsanwendungen insbesondere in Kraftfahrzeug- und anderen Fahrzeugeinrichtungen entworfen werden. Wie oben erwähnt wurde, können die binären und/oder ternären Signale 106, die von den Kontakten 212 erzeugt werden, genutzt werden, um Steuerungsdaten an eine beliebige Anzahl von Fahrzeugkomponenten 104, 110 (1) zu liefern. Verweist man nun auf 4, können die verschiedenen Stellungen 404, 406, 408 der Kontakte 212A–B geeignet auf verschiedene Zustände, Bedingungen oder Eingaben 405 abgebildet werden, die an die Komponente 104 geliefert werden. Wie oben beschrieben wurde, enthält die Komponente 104 in geeigneter Weise einen Prozessor oder einen anderen Controller 402 (oder kommuniziert zumindest mit diesem), der den A/D-Wandler 202 und die Spannungsteilerschaltung 210 enthält oder mit diesen kommuniziert, um ternäre Signale 102A–B von den Kontakten 212 zu empfangen. Die digitalen Signale 214, die vom A/D-Wandler 202 erzeugt werden, werden vom Controller 402 entsprechend verarbeitet, um auf die an den Kontakten 212 empfangene Eingabe mit drei Zuständen zu antworten. Dementsprechend wird eine Abbildung zwischen den Zuständen 404, 406 und 408 typischerweise vom Controller 402 verarbeitet, obgleich andere Ausführungsformen eine Signalverarbeitung in zusätzlichen oder alternativen Teilen des Systems 400 einschließen können. Signale 214, die von den Kontakten 212 empfangen werden, können in jeder geeigneten Weise verarbeitet werden, und in einer weiteren Ausführungsform können sie entsprechend in einem digitalen Speicher 403 gespeichert werden. Obgleich sie in 4 als separate Komponenten dargestellt sind, können der Speicher 403 und Prozessor 402 logisch und/oder physisch in jeder beliebigen Weise integriert werden. Alternativ dazu können der Speicher 403 und Prozessor 402 einfach über einen Bus oder eine andere Kommunikationsverbindung entsprechend kommunizieren.
Obwohl 4 eine beispielhafte Ausführungsform zeigt, worin der Controller 402 mit zwei Schaltern 212A–B kommuniziert, können andere Ausführungsformen eine beliebige Anzahl oder Anordnung von Schaltkontak ten 212 nutzen, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. Die verschiedenen Ausgaben 214A–B der Schaltkreise können kombiniert oder auf andere Weise vom Controller 402, durch eine separate Verarbeitungslogik oder in irgendeiner anderen Weise verarbeitet werden, um zu geeigneten Befehlen zu gelangen, die an die Einrichtung 104 geliefert werden. Befehle, die sich aus dieser Verarbeitung ergeben, können verwendet werden, um die Einrichtung 104 beispielsweise in einen gewünschten Zustand zu versetzen oder ansonsten die Leistung oder den Status der Einrichtung einzustellen. In verschiedenen Ausführungsformen wird der gewünschte Zustand der Einrichtung 104 bestimmt, indem die verschiedenen Eingangssignale 214A–B verglichen werden, die von den Kontakten 212A–B (jeweils) empfangen werden. Der Zustand der Einrichtung 104 kann dann durch die kollektiven Zustände der verschiedenen Eingangssignale 214A–B bestimmt werden.
Wie hierin verwendet wird auf Eingangszustand 404 willkürlich als "1" oder "hoch" verwiesen, und er entspricht einem Kurzschluss mit V_ref, B⁺ oder einer anderen hohen Referenzspannung. Ähnlich wird willkürlich auf den Eingangszustand 408 als "0" oder "niedrig" verwiesen, und er entspricht einem Kurzschluss mit der Erdung oder einer anderen geeigneten niedrigen Referenzspannung. Ein dazwischenliegender Eingabezustand 406 wird willkürlich als "Wert" oder "v" beschrieben und kann einem offenen Schaltkreis oder einem anderen Zwischenzustand des Schalters 212 entsprechen. Obgleich diese Bezeichnungen hierin der Einheitlichkeit und des einfachen Verständnisses halber verwendet werden, können die ternären Zustände unter Verwendung anderer Identifikatoren wie zum Beispiel "0", "1" und "2", "A", "B" und "C" oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise äquivalent beschrieben werden. Die Bezeichnungs- und Signalkonventionen, die hierin verwendet werden, können daher in jeder beliebigen Weise über ein weites Feld äquivalenter Ausführungsformen modifiziert werden.
In vielen Ausführungsformen ist der Zwischenzustand 406 der Kontakte 212 am meisten erwünscht zur Verwendung als Zustand "Abschalten", "Voreinstellung" oder "keine Änderung" der Einrichtung 104, da der offene Schaltkreis wenig oder keinen Strom von den Kontakten 212 fließen lässt, wodurch elektrische Energie gespart wird. Außerdem tritt typischerweise eine Störung "offener Schaltkreis" wahrscheinlicher auf als eine Störung Kurzschluss mit irgendeiner Referenzspannung; die wahrscheinlichsten Störungsbedingungen (z.B. offener Schaltkreis) können daher genutzt werden, um die am wenigsten störenden Zustände der Einrichtung 104 darzustellen, um Robustheit zu bewahren. Kurzschlusszustände beispielsweise können genutzt werden, um einen Zustand "AUS" der Einrichtung 104 zu repräsentieren. In solchen Systemen würden falsche Kurzschlüsse zum Ausschalten der Einrichtung 104 führen, statt die Einrichtung 104 fälschlicherweise in einem "AN"-Zustand zu lassen. Auf der anderen Seite können einige Sicherheitseinrichtungen (z.B. Scheinwerfer) dafür eingerichtet sein, dass sie im Fall einer Störung entsprechend aktiv bleiben. Demgemäß können die hierin beschriebenen verschiedenen Zustände der Kontakte 212 in beliebiger Weise neu zugeordnet werden, um die verschiedenen Eingaben und/oder Betriebszustände der Komponente 104 entsprechend zu repräsentieren.
Unter Verwendung der Konzepte einer ternären Schaltung können verschiedene beispielhafte Abbildungen der Kontakte 212 für bestimmte kraftfahrzeugtechnische und andere Anwendungen wie im Folgenden dargelegt definiert werden. Die oben beschriebenen Konzepte können ohne weiteres implementiert werden, um eine Steuerung mit mehreren Zuständen zu schaffen, die zum Beispiel dazu genutzt werden könnte, den Ab trieb, eine Antriebsstrangkomponente, eine Klimaanlagen- oder Audiosystemkomponente, eine Tempomatsteuerung, eine andere mechanische und/oder elektrische Komponente und/oder irgendeine andere kraftfahrzeugtechnische oder andere Einrichtung zu steuern. In solchen Ausführungsformen sind im Allgemeinen zwei oder mehr Schaltkontakte 212 nahe einem Stellglied 108 angeordnet, wobei die Ausgaben der Schalter den verschiedenen Zuständen/Stellungen des Stellglieds 108 entsprechen. Alternativ dazu könnten die verschiedenen Schaltkontakte 212 mit separaten Stellgliedern 108 wechselwirken, wobei die verschiedenen Eingabezustände die verschiedenen Stellungen der verschiedenen Stellglieder repräsentieren. Anders gesagt kann ein gemeinsamer Controller 402 verwendet werden, um die verschiedenen Zustände mehrerer unabhängiger Schaltkontakte 212A–B in beliebiger Weise zu decodieren. Eine beliebe Anzahl binärer, ternärer und/oder andersartiger Schaltkontakte 212 kann ferner miteinander verbunden oder auf andere Weise gemischt werden, um Schaltanordnungen einer beliebigen Art zu erzeugen.
Nach z.B. 5 umfasst ein beispielhaftes Schaltsystem 500, das zum Darstellen von neun verschiedenen Betriebszuständen geeignet ist, in zweckmäßiger Weise eine beliebige Anzahl von Elektroden, elektrischen Kontakten oder anderen leitenden Bauteilen 514, 516, 518, 520, die so angeordnet sind, dass sie neun eindeutige Stellungen 501–509 für das Stellglied 108 erzeugen. Einige der oder alle Stellungen 501–509 entsprechen geeignet Betriebsmodi der gesteuerten Einrichtung 104/110. Während das Stellglied 108 sich über die verschiedenen Betriebsstellungen 501–509 bewegt, wechselwirken zwei separate Eingänge 510, 512 am Stellglied 108 mit den verschiedenen Kontakten 514, 516, 518, 520 und 522; um elektrische Signale 112A und 112B zu erzeugen, die die Stellung 501–509 des Stellglieds 108 angeben. Wie in 5 gezeigt ist, wirken die Elektroden 514 und 516 in geeigneter Weise mit dem Eingang 510 zu sammen, um ein erstes Eingangssignal (Input1) 112A zu liefern, und die Elektroden 518, 520 und 522 wirken mit dem Eingang 512 zusammen, um ein zweites Eingangssignal (Input2) 112B entsprechend zu liefern. Die verschiedenen elektrischen Kontakte sind geeignet mit entsprechenden Referenzspannungen (z.B. Erdung, Batteriespannung B⁺ oder dergleichen) gekoppelt, um die gewünschten elektrischen Signale 102A–B zu erzeugen, die am A/D-Wandler 202 empfangen und am Controller 402 geeignet decodiert werden können. Eine Decodierung kann über irgendeine diskrete oder integrierte Verarbeitungsschaltanordnung, über eine digitale Verarbeitung (z.B. unter Verwendung einer Nachschlagetabelle oder anderer Datenstrukturen) oder über irgendeine andere Technik ausgeführt werden.
Durch eine geeignete Anordnung der elektrischen Kontakte bezüglich des Stellglieds 108 können eindeutige Kombinationen von Signalen 112A und 112 für jede Stellung 501–509 des Stellglieds 108 erzeugt werden. Ein beispielhaftes Schema zum Anordnen der verschiedenen Kontakte ist in der eingefügten Tabelle 550 in 5 dargestellt. Wie in Tabelle 550 gezeigt ist, können die verschiedenen Betriebszustände so angeordnet werden, um Ähnlichkeiten benachbarter Zustände zu maximieren und auszunutzen, um dadurch die Anzahl elektrischer Kontakte zu reduzieren, die genutzt werden, um das System 500 zu implementieren, was wiederum die Kosten, das Gewicht und die Komplexität des Schalters reduziert. Indem jeder der Zustände mit "niedrigen" Werten von Input1 zusammen platziert wird, kann ein einziger Kontakt 514 für alle drei Zustände 503–505 vorgesehen werden. Entsprechend liefert ein einziger Kontakt 520 eine gemeinsame "hohe" Referenzspannung für die Zustände 505–507. Eine Gruppierung gemeinsamer Signalwerte zusammen in benachbarten Stellgliedzuständen reduziert außerdem die Anzahl von Signalübergängen, die während Wechsel in benachbarte Zustände des Stellgliedes 108 stattfin den. Da jeder Übergang eines benachbarten Zustands zumindest einen gemeinsamen Wert des Signals 112A oder 112B hat, wird ein Schaltvorgang vereinfacht. Dieses Konzept kann auf unzählige Weisen über ein weites Feld alternativer Ausführungsformen ausgenutzt werden und wird im Folgenden vollständiger beschrieben.
Außerdem muss in Ausführungsformen, worin das Signal "Zwischen" oder "Wert" so ausgelegt ist, dass es einem offenen Schaltkreis entspricht, keine externe elektrische Referenz für jene mit dem Zwischenwert verbundenen Stellungen vorgesehen werden, da das Fehlen eines Eingabekontaktes genutzt werden könnte, um den offenen Schaltkreis am Eingang 510 und/oder Eingang 512 zu erzeugen. Der Zustand 501 in 5 beispielsweise erzeugt Bedingungen eines offenen Schaltkreises an beiden Eingängen 510 und 512, da das Stellglied 108 mit irgendeinem elektrischen Kontakt keinen Kontakt hat und daher keine Eingangsreferenzspannung in dieser Stellung geliefert wird. Wie oben diskutiert wurde, kann dieser Zustand 501 einen geeigneten Zustand "Voreinstellung"' oder "keine Aktion" für viele Ausführungsformen liefern, da wenig oder kein Strom durch den offenen Schaltkreis fließt, wenn das Stellglied 108 in der Stellung 501 ist.
Verschiedene zusätzliche Nutzeffekte könnten in weitere Ausführungsformen einbezogen werden. Kontakte mit gemeinsamen elektrischen Eigenschaften beispielsweise könnten als einzelne elektrische Knoten auf einer Leiterplatte, einem Substrat oder einer anderen Oberfläche entworfen werden. Die Kontakte 514, 518 und 522 könnten zum Beispiel miteinander verbunden oder auf andere Weise als ein einziger elektrischer Knoten ausgebildet werden, wodurch die Anzahl elektrischer Verbindungen in- nerhalb des Systems 500 weiter reduziert wird. Entsprechend könnten die Kontakte 516 und 520 als ein gemeinsamer elektrischer Knoten ausgebildet werden. Ferner könnte die in 5 gezeigte halbkreisförmige Anord nung in irgendeiner Weise modifiziert werden, indem die verschiedenen Kontakte in irgendeiner beliebigen geeigneten physischen Anordnung platziert werden. Die verschiedenen Betriebszustände 501–509 könnten beispielsweise linear angeordnet werden, wobei ein Schiebestellglied 108 die Signale 112A und 112B liefert. Eine beliebige Teilmenge von Betriebszuständen 501–509 könnte vorgesehen werden, wobei das Schaltsystem 500 eine beliebige Anzahl von Ausgangszuständen liefert. Ferner sind die in Tabelle 550 gezeigten Signalabbildungen beispielhaft, und beliebige Betriebszustände 501–509 könnten durch beliebige Werte von Signalen 112A–112B repräsentiert werden, die in irgendeiner Weise organisiert sind.
Ein weiterer Vorteil, der aus verschiedenen Ausführungsformen (einschließlich der in 5 gezeigten beispielhaften Ausführungsform) zur Verfügung steht, ist eine verbesserte physische und elektrische Isolierung der Signalkontakte. Das heißt, indem man die Eingänge "Wert" oder "offener Schaltkreis" zwischen den Kontakten für die Referenzwerte anordnet, sind die beiden Referenzwerte zunehmend voneinander isoliert. Durch Vergrößern des Raums zwischen den Kontakten wird die Möglichkeit dafür, dass die Kontakte einander versehentlich berühren, und daher die Wahrscheinlichkeit eines Kontaktabbrands reduziert.
Mit Verweis auf 6 kann nun ein beispielhaftes Drehschaltersystem 600 mit acht Zuständen aus den allgemeinen, in 5 dargelegten Konzepten gebildet werden. In der in 6 gezeigten beispielhaften Ausführungsform wurden (verglichen mit der in 5 gezeigten Ausführungsform) die Kontakte 518 und 522 kombiniert, sind die verschiedenen Betriebszustände 502–509 kreisförmig angeordnet, und der Zustand 501 wurde weggelassen. Obgleich diese Weglassung die Anzahl verfügbarer Zustände von neun auf acht reduziert, ermöglicht sie ein rationelles Lay out des Drehschalters 600. Wie in Tabelle 650 ersichtlich ist, ist eine Bewegung des Stellglieds 108 vom Zustand 509 zum Zustand 502 einfach mit dem Übergang des Input1 112A vom "hohen" Wert zum "Zwischen"-Wert verbunden, da der Eingang 510 des Stellglieds 108 die Verbindungsfähigkeit mit dem Kontakt 514 verliert und in den Zustand eines offenen Schaltkreises eintritt. Eine Entfernung des Zustands "dualer offener Schaltkreis" (Zustand 501 in 5) aus dem Drehschalter rationalisiert daher Signalübergänge zwischen den verschiedenen Stellgliedstellungen 502–509, wodurch Übergänge im Drehschalter 600 vereinfacht werden. Andere Signalgebungsschemata 650 könnten ebenfalls entworfen werden, die ähnliche Resultate erzeugen würden.
Die bezüglich 5 und 6 beschriebenen allgemeinen Konzepte können ferner auf Schaltsysteme mit mehr als zwei ternären Schaltkontakten angewendet werden. Mit Verweis auf 7 sind vier beispielhafte Signalzuordnungsschemata für ein Schaltsystem mit drei ternären Signaleingängen dargestellt. 7(a) zeigt eine numerisch geordnete Liste der siebenundzwanzig Zustände, die mit drei ternären Eingaben logisch repräsentiert werden können, wobei Gruppierungen von Signalen mit hoher und niedriger Referenzspannung mit verschiedenen Schattierungsniveaus dargestellt sind. Obgleich eine Steuerung, ein Anzeiger oder ein anderes Schaltsystem in der in 7(a) dargestellten Anordnung entworfen werden könnte, würde eine praktische Ausführung solch eines Schemas etwa sechsundzwanzig separate elektrische Kontakte in der dargestellten Reihenfolge erfordern. 7(b) zeigt daher eine optimiertere Signaltabelle für ein Schaltsystem mit drei ternären Eingaben. Obgleich sowohl 7(a) als auch 7(b) Ausführungen mit siebenundzwanzig Zuständen beschreiben, könnte die Tabelle von 7(b) aufgrund von Nutzeffekten beim Gruppieren von Zuständen mit gemeinsamen Signalwerten als benachbarte Zustände mit sechzehn elektrischen Kontakten ausgeführt werden. Beispiel hafte Anordnungen für elektrische Kontakte, die Nachbarschaften und gemeinsame Signale ausnutzen, sind mit schraffierten Kästen in 7 dargestellt, obgleich andere Anordnungen in einer beliebigen Anzahl alternativer Ausführungsformen genutzt werden könnten.
7(c) und 7(d) liefern beispielhafte Zustandstabellen für Ausführungen mit sechsundzwanzig Zuständen, die in einer Drehausführung unter Verwendung der oben in Verbindung mit 6 beschriebenen Konzepte genutzt werden könnten. In jeder dieser Tabellen ist jeder Zustand so angeordnet, dass Übergänge in den vorhergehenden oder nachfolgenden Zustand sich aus einem einzigen Signalübergang ergeben. Andere Tabellen könnten unter Verwendung ähnlicher Konzepte in einem weiten Feld von äquivalenten Ausführungsformen entworfen werden.
Ähnliche Konzepte können auf Hybridschaltsysteme angewendet werden, die aus Kombinationen ternärer und diskreter (zum Beispiel binärer) Eingänge gebildet werden. Nach 8 enthält nun ein beispielhaftes Schaltsystem 800, das sechs Zustände 501–506 repräsentieren kann, geeigneterweise einen diskreten Eingang 112A und einen ternären Eingang 112B, die durch einen diskreten bzw. ternären Schalter gebildet werden. Wie die oben gezeigten Ausführungsformen kann jeder Schalter mit einer beliebigen Anzahl von Kontakten wie zum Beispiel Kontakten 514 und 516 im diskreten Schalter und Kontakten 518 und 520 in dem ternären Schalter ausgebildet sein. Wie oben beschrieben wurde, treten die Kontakte 510 und 512 am Stellglied 108 mit den verschiedenen festen Kontakten in Wechselwirkung, um die diskreten bzw. ternären Schalter zu erzeugen. Obgleich 8 ein Schaltsystem 800 vom Drehtyp mit einer der Stellung 501 benachbarten Stellung 506 zeigt, könnten viele andere Linear-, Dreh- oder andere Schaltanordnungen mit Schaltern und Schaltkontakten, die in beliebiger Weise angeordnet sind, entworfen werden.
Das Schaltsystem 800 arbeitet in einer beliebigen geeigneten Weise wie zum Beispiel in einer Weise, die dem oben beschriebenen ternären System ähnlich ist. In einer beispielhaften Ausführungsform hat das Stellglied 108 verschiedene Stellungen 501–506 entsprechend den verschiedenen elektrischen Eingangssignalen, die von den elektrischen Kontakten 514, 516, 518 und 520 gebildet werden, wobei ein ternärer Eingang 512 in den dazwischenliegenden/offenen Signalmodus eintritt, wenn der Eingang 512 weder mit dem Kontakt 518 noch 520 in Verbindung steht. Da der Eingang 112A als binärer/diskreter Eingang mit nur zwei möglichen Zuständen (z.B. "niedrig" und "hoch") ausgebildet dargestellt ist, könnte jeder der beiden diskreten Kontakte 518 oder 520 aus dem System 800 entfernt und durch einen Vorspannungswiderstand 802 entsprechend ersetzt werden. Falls der "niedrige" Kontakt 514 entfernt wird, sollte der Widerstand 802 mit der niedrigen Referenzspannung (zum Beispiel Erdung) verbunden sein, so dass der Widerstand 802 als "Pull-down"-Widerstand dient. Alternativ dazu könnte der "hohe" Kontakt 516 entfernt werden, und der Widerstand 802 wird mit der hohen Referenzspannung (zum Beispiel Batterie oder B⁺) verbunden, so dass der Widerstand 802 unter Verwendung konventioneller elektrischer Grundlagen als "Pull-up"-Widerstand dient. Verschiedene Äquivalente elektrischer Anordnungen können über ein weites Feld alternativer Ausführungsform entworfen werden.
Nach 9 werden nun verschiedene beispielhafte Signalgebungsanordnungen dargestellt, wobei die Anordnung von 9(b) dem in 8 gezeigten Schaltkreis 800 im Wesentlichen entspricht. 9(a) zeigt die sechs geordneten Zustände, die von einem diskreten und einen ternären Eingang verfügbar sind, wobei 9(b) diese Zustände für eine effiziente Gruppierung elektrischer Kontakte und/oder Drehschalteroperation wie oben beschrieben angeordnet darstellt. 9(c) zeigt eine ähnliche Anord nung wie 9(b), wobei aber einer der elektrischen Kontakte 514 entfernt und durch einen Pull-down-Widerstand 802 wie oben beschrieben ersetzt ist. 9(d) entspricht ähnlich dem "hohen" elektrischen Kontakt 516, der soweit erforderlich durch einen "Pull-up"-Widerstand 802 ersetzt ist.
Die in 8 und 9 gezeigten Konzepte könnten durch die Hinzufügung eines oder mehrerer diskreter und/oder ternärer Schalteingänge entsprechend weiter ausgenutzt werden. 10 zeigt zum Beispiel beispielhafte Signalgebungsschemata für verschiedene Schaltsysteme mit zwei diskreten und einem ternären Eingang. Solche Schemata können bis zu zwölf separate Zustände repräsentieren. Während 10(a) eine geordnete Anordnung der zwölf Zustände zeigt, stellt 10(b) eine Anordnung dar, die für eine effiziente Kontaktplatzierung optimiert ist. 10(c) und 10(d) zeigen beispielhafte Anordnungen, die durch die Verwendung von Pull-up- oder Pull-down-Widerständen 802 jeweils unter Ausnutzung der oben beschriebenen Konzepte weiter optimiert werden könnten.
11 zeigt ähnlich beispielhafte Signalgebungsschemata für verschiedene Schaltsysteme mit einem diskreten und zwei ternären Eingängen, welche bis zu achtzehn eindeutige Zustände repräsentieren könnten. 11(a) zeigt diese Zustände in einfacher numerischer Reihenfolge, wobei 11(b) eine optimiertere Anordnung für eine reduzierte Anzahl elektrischer Kontakte darstellt. 11(c) und 11(d) zeigen ähnliche Anordnungen, die durch die Verwendung von "Pull-down"- bzw. "Pull-up"-Widerständen 802 weiter optimiert sind.
Die hierin beschriebenen allgemeinen Konzepte könnten auf viele verschiedene Arten modifiziert werden, um eine verschiedene Reihe äquivalenter Schalter mit mehreren Zuständen, Stellglieder oder andere Steue rungen zu implementieren. Die verschiedenen Stellungen des Stellglieds 108 können über irgendeine Art von Verarbeitungslogik extrahiert und decodiert werden, einschließlich beispielsweise einer beliebigen Kombination diskreter Komponenten, einer integrierten Schaltungsanordnung und/oder Software. Außerdem können die verschiedenen Stellungs- und Schaltstrukturen, die in den hierin enthaltenen Figuren und Tabellen dargestellt sind, in beliebiger Weise modifiziert und/oder ergänzt werden. Das heißt, die verschiedenen Eingangssignale könnten in beliebiger Reihenfolge und in beliebiger Kombination in einem weiten Feld alternativer Ausführungsformen angeordnet werden.
Ferner können die hierin beschriebenen Konzepte noch für eine beliebige Anzahl ternärer und/oder diskreter Schalter oder irgendeine Kombination ternärer und diskreter Schalter verwendet werden, um ein beliebige Anzahl potenzieller oder tatsächlicher robuster und nicht robuster Zustandsdarstellungen zu erzeugen. Ähnliche Konzepte zu den oben beschriebenen könnten für vier oder mehr Eingangssignale beispielsweise angewendet werden, um zu ermöglichen, dass die Steuerungssysteme eine beliebige Anzahl von Zuständen in einem weiten Feld äquivalenter Ausführungsformen verarbeiten können. Die hierin beschriebenen Konzepte könnten unter Verwendung von vier oder mehr ternären und/oder diskrete Eingaben bzw. Eingängen implementiert werden, um Schaltsysteme zu erzeugen, die vierundzwanzig (zum Beispiel ein ternärer und vier diskrete Eingänge), sechsunddreißig (zum Beispiel zwei ternäre und zwei diskrete Eingänge), vierundfünfzig (zum Beispiel drei ternäre und ein diskreter Eingang) oder irgendeine andere Anzahl von Zuständen beispielsweise repräsentieren können. Eine Tabelle 1200 möglicher Zustandsdarstellungen, die aus verschiedenen beispielhaften Kombinationen diskreter und ternärer Schaltereingaben zur Verfügung stehen, ist in 12 dargestellt. Alternativ dazu oder zusätzlich könnten einige oder alle der Eingänge bzw.
Eingaben, die beim Definieren der verschiedenen Zustände genutzt werden, für Redundanzzwecke verwendet werden, wodurch die Zuverlässigkeit und Robustheit der ausgeführten Schaltsysteme verbessert werden.
Obwohl die verschiedenen Ausführungsformen am häufigsten bezüglich Kraftfahrzeuganwendungen beschrieben sind, ist die Erfindung nicht derart beschränkt. In der Tat könnten die hierin beschriebenen Konzepte, Schaltungen und Strukturen ohne weiteres in jeder beliebigen kommerziellen, Heim-, Industrie-, Unterhaltungselektronik oder anderen Einrichtungen angewendet werden. Ternäre Schalter und Konzepte könnten genutzt werden, um beispielsweise einen herkömmlichen Steuerknüppel oder irgendeine andere Zeige/Leiteinrichtung auszuführen, die auf vier oder mehr Richtungen basiert. Die hierin beschriebenen Konzepte könnten ähnlich ohne weiteres in Einrichtungen der Luftfahrt, Raumfahrt, Verteidigung, Marine oder anderer Fahrzeuge wie auch im Rahmen der Kraftfahrzeugtechnik angewendet werden.
Obgleich zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden detaillierten Beschreibung präsentiert wurde, gibt es eine enorme Anzahl von Variationen. Die verschiedenen, hierin beschriebenen Schaltungen können durch herkömmliche elektrische und elektronische Prinzipien beispielsweise modifiziert oder in einer beliebigen Anzahl äquivalenter Ausführungsformen logisch geändert werden, ohne von den hierin beschriebenen Konzepten abzuweichen. Die hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen sind nur als Beispiele gedacht und sollen in keiner Weise den Umfang, die Anwendbarkeit oder Ausführung der Erfindung beschränken. Vielmehr liefert die vorhergehende detaillierte Beschreibung dem Fachmann eine zweckmäßige Anleitung, um eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen auszuführen. Verschiedene Änderungen können daher in den Funktionen und Anordnungen von hier in dargelegten Elementen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen und deren Äquivalenten dargelegt ist.

Claims

Schaltsystem zum Liefern eines Steuerungssignals an eine gesteuerte Komponente als Antwort auf eine Stellung eines Stellglieds, wobei das Schaltsystem umfasst: einen diskreten Schaltkontakt, der dafür eingerichtet ist, einen ersten Eingabewert als Funktion des Stellglieds zu liefern; einen ternären Schaltkontakt, der dafür eingerichtet ist, einen zweiten Eingabewert als Funktion der Stellung des Stellglieds zu liefern; und eine Decodierschaltungsanordnung, die dafür eingerichtet ist, den ersten und zweiten Eingabewert zu empfangen und als Antwort auf den ersten und zweiten Wert das Steuerungssignal zu erzeugen.
Schaltsystem nach Anspruch 1, wobei der zweite Eingabewert aus einem niedrigen Referenzwert, einem hohen Referenzwert und einem Zwischenwert ausgewählt wird.
Schaltsystem nach Anspruch 2, ferner mit mehreren elektrischen Kontakten, die um das Stellglied angeordnet sind, um mit dem ternären Schaltkontakt und dem diskreten Schaltkontakt schaltbar in Wechselwirkung zu treten.
Schaltsystem nach Anspruch 3, wobei jeder der mehreren elektrischen Kontakte mit einer Referenzspannung elektrisch gekoppelt ist, die entweder dem niedrigen Referenzwert oder dem hohen Referenzwert entspricht.
Schaltsystem nach Anspruch 4, wobei der ternäre Schaltkontakt dafür eingerichtet ist, den Zwischenwert als den zweiten Eingabewert zu liefern, wenn er mit einem der mehreren elektrischen Kontakte nicht in Kontakt steht.
Schaltsystem nach Anspruch 5, wobei der Zwischenwert einer Bedingung eines offenen Schaltkreises entspricht.
Schaltsystem nach Anspruch 2, wobei das Steuerungssignal einem von mehreren Zuständen des Stellglieds entspricht, wobei jeder der mehreren Zustände einer von mehreren benachbarten Stellungen des Stellglieds entspricht.
Schaltsystem nach Anspruch 7, wobei die mehreren Stellungen durch eine Vielzahl elektrischer Kontakte definiert sind, die nahe dem Stellglied angeordnet sind.
Schaltsystem nach Anspruch 8, wobei die mehreren benachbarten Stellungen durch den ersten und zweiten Eingabewert (Input1 und Input2) wie folgt definiert werden:
Schaltsystem nach Anspruch 9, wobei die mehreren elektrischen Kontakte einen ersten Kontakt umfassen, der dafür eingerichtet ist, Input2 der Zustände 3 und 4 zu liefern, und einen zweiten Kontakt, der dafür eingerichtet ist, Input2 der Zustände 1 und 6 zu liefern.
Schaltsystem nach Anspruch 9, wobei die mehreren elektrischen Kontakte ferner einen dritten Kontakt umfassen, der dafür eingerichtet ist, Input1 der Zustände 1, 2 und 3 zu liefern.
Schaltsystem nach Anspruch 11, wobei die Decodierschaltungsanordnung einen Pull-up-Widerstand umfasst.
Schaltsystem nach Anspruch 9, wobei die mehreren elektrischen Kontakte ferner einen dritten Kontakt umfassen, der dafür eingerichtet ist, Input1 von Zuständen 4, 5 und 6 zu liefern.
Schaltsystem nach Anspruch 11, wobei die Decodierschaltungsanordnung einen Pull-down-Widerstand umfasst.
Schaltsystem zum Liefern eines Steuerungssignals an eine gesteuerte Komponente als Antwort auf eine Stellung eines Stellglieds, wobei das Schaltsystem umfasst: einen ersten diskreten Schaltkontakt, der dafür eingerichtet ist, einen ersten Eingabewert (Input1) als Funktion des Stellglieds zu liefern; einen zweiten diskreten Schaltkontakt, der dafür eingerichtet ist, einen zweiten Eingabewert (Input2) als Funktion der Stellung des Stellglieds zu liefern; und einen ternären Schaltkontakt, der dafür eingerichtet ist, einen dritten Eingabewert (Input3) als Funktion der Stellung des Stellglieds zu liefern; und eine Decodierschaltungsanordnung, die dafür eingerichtet ist, den ersten, zweiten und dritten Eingabewert zu empfangen und als Antwort auf den ersten und zweiten Wert das Steuerungssignal zu erzeugen.
Schaltsystem nach Anspruch 15, wobei der dritte Eingabewert aus einem niedrigen Referenzwert, einem hohen Referenzwert und einem Zwischenwert ausgewählt wird.
Schaltsystem nach Anspruch 16, wobei das Steuerungssignal einen von mehreren Zuständen des ersten, zweiten und dritten Eingabewertes entspricht und jeder der mehreren Zustände einer von mehreren benachbarten Stellungen des Stellglieds entspricht.
Schaltsystem nach Anspruch 17, wobei die mehreren benachbarten Stellungen durch mehrere elektrische Kontakte definiert werden, die nahe dem Stellglied angeordnet und dafür konfiguriert sind, den ersten, zweiten und dritten Eingabewert an die Schaltkontakte zu liefern.
Schaltsystem nach Anspruch 18, wobei die mehreren benachbarten Stellungen durch den ersten, zweiten und dritten Eingabewert (Input1, Input2 und Input3) wie folgt definiert werden:
Schaltsystem nach Anspruch 19, wobei die mehreren elektrischen Kontakte einen ersten Kontakt umfassen, der dafür eingerichtet ist, die dritte Eingabe (Input3) von Zuständen 3 und 4 zu liefern; einen zweiten Kontakt, der dafür eingerichtet ist, die dritte Eingabe (Input3) von Zuständen 6 und 7 zu liefern; einen dritten Kontakt, der dafür eingerichtet ist, die dritte Eingabe (Input3) von Zuständen 9 und 10 zu liefern; und einen vierten Kontakt, der dafür eingerichtet ist, die dritte Eingabe (Input3) von Zuständen 1 und 12 zu liefern.
Schaltsystem nach Anspruch 20, wobei die mehreren elektrischen Kontakte ferner einen fünften Kontakt umfassen, der dafür eingerichtet ist, die zweite Eingabe (Input2) von Zuständen 4–9 zu liefern, und einen sechsten Kontakt, der da für eingerichtet ist, die erste Eingabe (Input1) von Zuständen 7–12 zu liefern.
Schaltsystem nach Anspruch 21, wobei die Decodierschaltungsanordnung zumindest einen Pull-down-Widerstand umfasst.
Schaltsystem nach Anspruch 20, wobei die mehreren elektrischen Kontakte ferner einen fünften Kontakt umfassen, der dafür eingerichtet ist, die zweite Eingabe (Input1) von Zuständen 1–3 und 10–12 zu liefern, und einen sechsten Kontakt, der dafür eingerichtet ist, die erste Eingabe (Input 1) von Zuständen 1–6 zu liefern.
Schaltsystem nach Anspruch 11, wobei die Decodierschaltungsanordnung zumindest einen Pull-up-Widerstand umfasst.
Schaltsystem nach Anspruch 19, wobei die mehreren benachbarten Stellungen in einer Drehform um das Stellglied angeordnet sind.
Schaltsystem nach Anspruch 25, wobei Zustand 1 neben Zustand 12 angeordnet ist.
Schaltsystem zum Liefern eines Steuerungssignals an eine gesteuerte Komponente als Antwort auf eine Stellung eines Stellglieds, wobei das Schaltsystem umfasst: einen diskreten Schaltkontakt, der dafür eingerichtet ist, einen ersten Eingabewert (Input1) als Funktion des Stellglieds zu liefern; einen ersten ternären Schaltkontakt, der dafür eingerichtet ist, einen zweiten Eingabewert (Input2) als Funktion der Stellung des Stellglieds zu liefern; und einen zweiten ternären Schaltkontakt, der dafür eingerichtet ist, einen dritten Eingabewert (Input3) als Funktion des Stellglieds der Stellung zu liefern; und eine Decodierschaltungsanordnung, die dafür eingerichtet ist, den ersten, zweiten und dritten Eingabewert zu empfangen und als Antwort auf den ersten und zweiten Wert das Steuerungssignal zu erzeugen.
Schaltsystem nach Anspruch 27, wobei der zweite und dritte Eingabewert aus einem niedrigen Referenzwert, einen hohen Referenzwert und einem Zwischenwert ausgewählt werden.
Schaltsystem nach Anspruch 28, wobei das Steuerungssignal einem von mehreren Zuständen des ersten, zweiten und dritten Eingabewerts entspricht und jeder der mehreren Zustände einer von mehreren benachbarten Stellungen des Stellglieds entspricht.
Schaltsystem nach Anspruch 29, wobei die mehreren benachbarten Stellungen durch mehrere elektrische Kontakte definiert sind, die nahe dem Stellglied angeordnet und dafür eingerichtet sind, den ersten, zweiten und dritten Eingabewert an die Schaltkontakte zu liefern.
Schaltsystem nach Anspruch 30, wobei die mehreren benachbarten Stellungen durch die ersten, zweiten und dritten Eingabewerte (Input1, Input2 und Input3) wie folgt definiert sind:
Schaltsystem nach Anspruch 31, wobei die mehreren elektrischen Kontakte einen ersten Kontakt umfassen, der dafür eingerichtet ist, die dritte Eingabe (Input3) von Zuständen 3 und 4 zu liefern; einen zweiten Kontakt, der dafür eingerichtet ist, die dritte Eingabe (Input3) von Zuständen 6 und 7 zu liefern; einen dritten Kontakt, der dafür eingerichtet ist, die dritte Eingabe (Input3) von Zuständen 9 und 10 zu liefern; einen vierten Kontakt, der dafür eingerichtet ist, die dritte Eingabe (Input3) von Zuständen 12 und 13 zu liefern; einen fünften Kontakt, der dafür eingerichtet ist, die dritte Eingabe (Input3) von Zuständen 15 und 16 zu liefern; und einen sechsten Kontakt, der dafür eingerichtet ist, die dritte Eingabe (Input3) von Zuständen 1 und 18 zu liefern.
Schaltsystem nach Anspruch 32, wobei die mehreren elektrischen Kontakte ferner einen siebten Kontakt umfassen, der dafür eingerichtet ist, die zweite Eingabe (Input2) von Zuständen 7–12 zu liefern, und einen achten Kontakt, der dafür eingerichtet ist, die zweite Eingabe (Input2) von Zuständen 1–3 und 16–18 zu liefern.
Schaltsystem nach Anspruch 33, wobei die mehreren elektrischen Kontakte ferner einen neunten Kontakt umfassen, der die erste Eingabe (Input1) von Zuständen 1–9 liefert.
Schaltsystem nach Anspruch 34, wobei die Decodierschaltungsanordnung zumindest einen Pull-up-Widerstand umfasst.
Schaltsystem nach Anspruch 33, wobei die mehreren elektrischen Kontakte ferner einen neunten Kontakt umfassen, der die erste Eingabe (Input1) von Zuständen 10 –18 liefert.
Schaltsystem nach Anspruch 36, wobei die Decodierschaltungsanordnung zumindest einen Pull-down-Widerstand umfasst.
Schaltsystem nach Anspruch 31, wobei die mehreren benachbarten Stellungen in einer Drehform um das Stellglied angeordnet sind.
Schaltsystem nach Anspruch 38, wobei Zustand 1 neben Zustand 18 angeordnet ist.
Verfahren zum Bestimmen einer Stellung eines Stellglieds, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Empfangen eines ternären Signals mit einem niedrigen, Zwischen- oder hohen Wert, der durch die Stellung des Anzeigers bestimmt ist; Empfangen eines diskreten Signals mit dem niedrigen oder dem hohen Wert, der durch die Stellung des Anzeigers bestimmt ist; und Decodieren der ternären und diskreten Signale, um dadurch die Stellung des Stellglieds als Funktion des ersten und zweiten ternären Wertes zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 40, ferner mit dem Schritt eines Empfangens eines zweiten ternären Signals mit dem niedrigen, Zwischen- oder hohen Wert, der als Antwort die Stellung des Stellglieds ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 41, wobei der Decodierschritt ferner ein Decodieren des zweiten ternären Wertes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 40, ferner mit dem Schritt eines Empfangens eines zweiten diskreten Signals mit dem niedrigen oder hohen Wert, der als Antwort auf die Stellung des Stellglieds ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 43, wobei der Decodierschritt ferner ein Decodieren des zweiten diskreten Wertes umfasst.
Vorrichtung zum Bestimmen einer Stellung eines Stellglieds, wobei die Vorrichtung umfasst: Mittel zum Empfangen eines ternären Signals mit einem niedrigen, einem Zwischen- oder einem hohen Wert und eines diskreten Signals mit einem niedrigen Wert oder einem hohen Wert, wobei jedes der ternären und diskreten Signale durch die Stellung des Stellglieds bestimmt wird; und Mittel zum Decodieren der ternären und diskreten Signale, um dadurch die Stellung des Stellglieds als Funktion der ternären und diskreten Signale zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 45, ferner mit einem Mittel zum Umwandeln des ternären Signals von dem niedrigen, mittleren oder hohen Wert in einen entsprechenden digitalen Wert.
Vorrichtung nach Anspruch 45, wobei das Empfangsmittel ferner ein zweites ternäres Signal mit dem niedrigen, Zwischen- oder hohen Wert empfängt und das Decodiermittel ferner das zweite ternäre Signal decodiert, um die Stellung des Stellglieds zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 45, wobei das Empfangsmittel ferner ein zweites diskretes Signal mit dem niedrigen oder hohen Wert empfängt und das Decodiermittel ferner das zweite diskrete Signal decodiert, um die Stellung des Stellgliedes zu bestimmen.