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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von elektrischen oder elektronischen Schaltvorgängen an in einem Stromkreis angeordneten Kontakten, insbesondere in einem Stromkreis eines Kraftfahrzeuges sowie eine entsprechende Vorrichtung.
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Stand der Technik
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Eine solche Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist beispielsweise aus handelsüblichen Türsteuergeräten bekannt. Dabei führt eine Pegeländerung eines beliebigen Kontaktes an dessen Eingang zu einer Pegeländerung am Ausgang eines Exklusiv-Oder-Gatters. Der Pegel am Ausgang des Exklusiv-Oder-Gatters wird hierbei zur Aktivierung beziehungsweise Deaktivierung des Steuer- und/oder Regelgerätes benutzt. Dies ist ebenso mit durch Dioden entkoppelten Tastern möglich, allerdings würde dann ein Kontaktkleber die gesamte Wakeup-Schaltung blockieren. Für n Kontakte würden dabei n Dioden benötigt.
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Problematisch bei diesen bekannten Vorrichtungen ist der hohe Bauteileaufwand, der zur Realisierung eines Exklusiv-Oder-Gatters notwendig ist, was wiederum zu einer erhöhten Fehlerrate des Gesamtsystems und aufgrund der Vielzahl der Bauteile zu hohen Produktionskosten führt.
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Mit solchen Exklusiv-Oder-Gattern ist es zwar möglich, eine Taster- oder Kontaktbetätigung festzustellen und damit dem Stromkreis zugeordnete Komponenten, wie beispielsweise ein Steuer- und/oder Regelgerät aus einem energiesparenden Stand-by-Modus zu aktivieren beziehungsweise in einen solchen Stand-by-Modus zu überführen. Wenn jedoch einer der zu überwachenden Kontakte eine Fehlfunktion aufweist und nicht mehr öffnet, fließt kontinuierlich ein Strom, so dass die Komponenten nicht in einen energiesparenden Stand-by-Modus überführt werden können. Da die jeweilige Komponente von dem Exklusiv-Oder-Gatter immer ein Signal erhält, wird die Aktivierung des Stand-by-Modus verhindert.
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Aufgabe
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, sowohl ein Verfahren als auch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass bei Reduzierung des Bauteileaufwandes und damit der Produktionskosten die Fehlerrate beim Erfassen der Schaltvorgänge wesentlich minimiert ist.
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Erfindung und vorteilhafte Wirkungen
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Verfahrensmäßig wird die Aufgabe bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, das als Zustandsgröße für die Schaltzustände der Kontakte die an einem in dem Stromkreis angeordneten Kondensator C1 anliegende Spannung Un, welche von dem durch alle Kontakte fließenden Strom über einen Widerstand oder durch Aufintegrieren erzeugt wird, mit einer vorgegebenen Richtgröße Rn verglichen wird, und dass bei Abweichung der Spannung Un vom Richtwert Rn ein erstes Signal generiert wird, durch welches der veränderte Schaltzustand der Kontakte auswertbar ist, und dass bei Übereinstimmung der Spannung Un mit dem Richtwert Rn ein zweites Signal generiert wird, durch welches der unveränderte Schaltzustand der Kontakte auswertbar ist.
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Durch die Erfindung ergibt sich bei der Erfassung von elektrischen oder elektronischen Schaltvorgängen eine deutliche Reduzierung der Bauteile gegenüber der Verwendung eines Exklusiv-Oder-Gatters, so dass auch die Fehleranfälligkeit eines solchen Verfahrens deutlich minimiert ist.
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Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist durch das erste Signal eine deaktivierte, dem Stromkreis zugeordnete Komponente aktivierbar und durch das zweite Signal eine aktivierte, dem Stromkreis zugeordnete Komponente, deaktivierbar. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass die aktivierte Komponente auch dann in einen energiesparenden Stand-by-Modus überführt werden kann, wenn einer oder mehrere Kontakte Fehler aufweisen, indem diese dauerhaft über einen beliebigen Widerstand geschlossen sind. Dabei ist weiterhin eine Aktivierung/Deaktivierung der nunmehr deaktivierten/aktivierten Komponente aus einem Stand-by-Modus möglich, da die Änderung der Spannung an dem Kondensator sich unabhängig von einzelnen, gegebenenfalls fehlerhaften Schaltzuständen bei Betätigen eines Kontaktes ändert. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn als deaktivierte beziehungsweise aktivierte Komponente ein Steuer- und/oder Regelgerät, insbesondere ein Mikrokontroller, ein Mikroprozessor oder dergleichen, verwendet wird, mit dem beispielsweise ein Türsteuergerät beziehungsweise ein beliebiges Steuergerät mit Kontaktauswertung eines Kraftfahrzeuges ausgestattet ist.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Aktivierung des Steuer- und/oder Regelgerätes aus seinem Stand-by-Modus unterdrückt, wenn die am Kondensator anliegende Spannung Un innerhalb eines Toleranzfensters ΔRn der Richtgröße Rn liegt. Dadurch ist vermieden, dass eine Aktivierung des zuvor deaktivierten Steuer- und/oder Regelgerätes aus seinem Stand-by-Modus erfolgt, wenn die an dem Kondensator anliegende Spannung Un innerhalb von für das System tolerierbarer Grenzen liegt. Spannungsschwankungen in der Spannungsversorgung beziehungsweise der Spannung Un am Kondensator führen dann nicht zu einer energieverbrauchenden Aktivierung des Steuer- und/oder Regelgerätes. Im Extremfall könnte dies ansonsten zu einer Entladung des für die Energieversorgung des Steuer- und/oder Regelgerätes zuständigen Akkumulators führen. Ebenso ist es dadurch natürlich möglich, ein aktiviertes Steuer- und/oder Regelgerät zu deaktivieren, wenn die Spannung Un des Kondensators innerhalb eines Toleranzfensters ΔRn der Richtgröße Rn liegt.
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Um den Energieverbrauch des Gesamtsystems weiter zu minimieren, ist es vorgesehen, die Spannungsversorgung für den Stromkreis in zyklischen Abständen an- und auszuschalten. Zur Kontrolle des Schaltzustandes der in dem Stromkreis angeordneten Kontakte ist es nämlich vollkommen ausreichend, diesen Schaltzustand aller Kontakte lediglich in zyklischen Intervallen zu kontrollieren. Dagegen würde eine kontinuierliche Kontrolle dieses Schaltzustandes eine kontinuierliche Überwachung der Spannung Un am Kondensator erforderlich, was jedoch zur Überwachung des Systems nicht notwendig ist.
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Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Spannung Un als Richtgröße Rn für den nächsten Anschaltvorgang der Spannungsversorgung des Stromkreises dient. Dadurch ist ein adaptives Nachführen der Richtgröße Rn möglich, wenn sich beispielsweise die Spannung Un am Kondensator aufgrund von Kriechströmen oder dergleichen ändert, ohne dass die Zustände der Schalter im Stromkreis verändert wurden. Unnötige Aktivierungen des Steuer- und/oder Regelgerätes werden somit vermieden.
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Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn bei jedem Anschaltvorgang der Spannungsversorgung für den Stromkreis der Kondensator entladen wird. Dadurch ist sichergestellt, dass eventuell vor dem Anschaltvorgang auftretende Kriechströme, die den Kondensator zusätzlich aufladen könnten, bei der Messung der Spannung Un am Kondensator unberücksichtigt bleiben. Eine Verfälschung beziehungsweise eine Veränderung der Spannung Un, beispielsweise durch Kriechströme oder dergleichen, welche nicht durch Änderung der Zustände einzelner Schalter hervorgerufen wird, ist deshalb ausgeschlossen. Auch hierdurch sind unnötige energieverbrauchende Aktivierungen des Steuer- und/oder Regelgerätes vermieden.
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Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 10 dadurch gelöst, dass in dem Stromkreis ein Kondensator angeordnet ist, an dem als Zustandsgröße für die Schaltzustände der Kontakte die anliegende Spannung Un gemessen wird, welche von dem durch alle Kontakte fließenden Strom erzeugt wird, und dass ein Speicher vorgesehen ist, in dem eine vorgegebene Richtgröße Rn für die Spannung Un an dem Kondensator ablegbar ist, sowie ein Komparator, in dem die Spannung Un an dem Kondensator mit der Richtgröße Rn verglichen wird, und schließlich ein Generator, der bei einem Abweichen der Spannung Un des Kondensators von der Richtgröße Rn ein erstes Signal und bei Übereinstimmung der Spannung Un mit dem Richtwert Rn ein zweites Signal generiert.
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Durch die Erfindung ist der Einsatz komplizierter und bauteileaufwendiger Exklusiv-Oder-Gatter vermieden, so dass die Fehleranfälligkeit und auch der Kostenaufwand für eine solche Vorrichtung deutlich minimiert ist. Weiterhin ist die Erfindung leichter in bestehende Schaltungen integrierbar ohne deren Eingangsspannung zu erhöhen.
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Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Komponente vorgesehen, die, wenn sie deaktiviert ist, durch das erste Signal aktivierbar ist und wenn sie aktiviert ist, durch das zweite Signal deaktivierbar ist. Durch diese Maßnahme ist der Energiebedarf der Vorrichtung beziehungsweise der Komponente deutlich minimiert.
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Als vorteilhaft hat sich dabei erwiesen, wenn als Komponente ein Steuer- und/oder Regelgerät, insbesondere ein Mikrokontroller, ein Mikroprozessor oder dergleichen, vorgesehen ist, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise als Türsteuergerät oder als beliebiges Steuergerät für eine Kontaktauswertung eines Kraftfahrzeuges dienen kann.
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Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass der Speicher als zweiter Kondensator ausgebildet ist. Hierdurch liegt ein einfaches Speicherglied vor, in dem ohne großen Aufwand die Richtgröße als Spannung Rn abgelegt werden kann. Ein Spannungsvergleich der beiden Kondensatoren ist ebenfalls in einfacher Weise ohne großen Aufwand möglich. Separater digitaler Speichereinheiten und Einrichtungen zur Umwandlung der an dem ersten Kondensator anliegenden Spannung Un in ein digitales Signal bedarf es nicht. Durch die externe Anordnung der Kondensatoren ist die Anordnung skalierbar.
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Um ein Reset beziehungsweise eine Entladung des ersten Kondensators vorzunehmen, ist ein Transistor vorgesehen. Durch kurzes Einschalten dieses Transistors fließt die die Spannung Un aufbauende Ladung vom ersten Kondensator ab, so dass der Kondensator vor jedem Einschalten einer Spannungsversorgung für die Vorrichtung ungeladen ist.
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Vorteilhafterweise kann der Komparator als Teil des Steuer- und/oder Regelgerätes ausgebildet sein, so dass auch für einen Komparator kein zusätzliches Bauteil notwendig ist.
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Alternativ ist es auch möglich, als Komparator ein zweites Steuer- und/oder Regelgerät, insbesondere einen zweiten Mikrokontroller, einen zweiten Mikroprozessor oder dergleichen, vorzusehen.
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Ebenfalls kann der Generator für das Steuer- und/oder Regelgerät ein Teil des ersten oder zweiten Steuer- und/oder Regelgerätes sein. Für den Fall, dass der Generator Teil des ersten Steuer- und/oder Regelgerätes ist, kann dieses Teil jedoch separat an die Energieversorgung angeschlossen sein, so dass das Steuer- und/oder Regelgerät nicht in seiner Gesamtheit mit Energie versorgt wird, wenn nur der Generator Energie benötigt.
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Alternativ ist es natürlich auch hier möglich, als Generator ein weiteres Steuer- und/oder Regelgerät, insbesondere einen weiteren Mikrokontroller, einen weiteren Mikroprozessor oder dergleichen, wie beispielsweise einen System Basis Chip, vorzusehen.
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Ausführungsbeispiel
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Die 1 zeigt einen Schaltungsaufbau einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die Vorrichtung gemäß der 1 enthält drei schaltbare Kontakte, deren Schaltzustände mittels eines Kondensators C1 überwacht werden. In einem Widerstand R3 erzeugt der von den Kontakten aufgenommene Strom einen Spannungsabfall, durch den der Kondensator C1 aufgeladen wird. Der Aufladestrom des Kondensators C1 wird in einem Transistor Q2 verstärkt und bewirkt an seinem Emitter ein von einem Mikrokontroller 1 auswertbares Signal. Fließt beim zyklischen Einschalten der Kontaktversorgespannung U immer derselbe Strom, ist der Kondensator C1 nach wenigen Zyklen aufgeladen. Da dann, bedingt durch die Kapazitäten C8, C7 und C2 über den Kontakten nur noch kurze Stromspitzen im Kondensator C1 auftreten, wird am Emitter des Transistors Q2 kein verwertbares Signal mehr für den Mikrokontroller 1 erzeugt.
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Beim Schließen eines weiteren (nicht dargestellten) Kontaktes wird der Kondensator C1, bedingt durch den dann von allen Kontakten aufgenommenen noch höheren Strom, auch weiter aufgeladen. Durch dieses weitere Aufladen des Kondensators C1 wird am Emitter des Transistors Q2 ein für den Mikrokontroller 1 auswertbares Signal generiert, durch das der deaktivierte Mikrokontroller 1 aktiviert wird.
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Um die Schaltung zurückzusetzen, muss der Kondensator C1 wieder entladen werden. Dies geschieht durch kurzes Einschalten eines Transistors Q1.
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Die in der 1 gezeigte diskrete Schaltungsvariante wertet nur das Schließen von Kontakten aus, nicht aber das Öffnen von geschlossenen Kontakten.
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Um nun auch das Öffnen eines Kontaktes detektieren zu können, ist eine integrierte Lösung, beispielsweise direkt in einem Mikroprozessor oder System Basis Chip, denkbar. Ein System Basis Chip vereint in einem Bauteil u. a. Spannungsregler für die Versorgung des Steuer- und/oder Regelgerätes, CAN- oder LIN-Transceiver, Watchdog, Highside Switch für die Versorgung des Stromkreises der Kontakte und einen oder mehrere wakeupfähige Eingänge, die nun durch die Erfindung eingespart werden können.
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Dabei wird gemäß 2 ein erster Kondensator C1 bei jedem Einschalten der Spannungsversorgung für den Stromkreis der Kontakte mit dem gespiegelten Strom des in den Stromkreis fließenden Stromes aufgeladen. Die Spannung am Kondensator C1 wird nach Abschalten der Spannungsversorgung über den integrierten Schalter S1 in einem zweiten Kondensator C2 zwischengespeichert und der Kondensator C1 über den integrierten Schalter S2 wieder entladen. Die Kontakte sind in 2 beispielhaft als drei spannungskodierte Taster ausgeführt. Der Kondensator C1 wird extern an den System Basis Chip angeschlossen, um an die Art und die Anzahl der Kontakte angepasst werden zu können.
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Nach jedem Ein- und Ausschalten der Spannungsversorgung wird die Spannung am Kondensator C1 mit der Spannung am Kondensator C2 verglichen, bevor erstere dann wieder in den Kondensator C2 als Referenzwert für den folgenden Einschaltvorgang der Spannungsversorgung gespeichert wird. Liegt die Spannung am Kondensator C1 außerhalb eines Toleranzfensters, das von der Spannung am Kondensator C2 vorgegeben wird, so wird ein Signal generiert, das das deaktivierte Steuer- und/oder Regelgerät aktiviert, worauf dieses dann die weitere Auswertung der eventuell widerstandscodierten Kontakte vornehmen kann. Liegt die Spannung am Kondensator C1 innerhalb des Toleranzfensters, das von der Spannung am Kondensator C2 vorgegeben wird, so wird ein Signal generiert, durch das das aktivierte Steuer- und/oder Regelgerät deaktiviert werden kann.
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Die integrierte Lösung gemäß 2 unterscheidet sich von der diskreten Lösung in 1 in folgenden Punkten:
- – Die Spannung im Kondensator C1 wird bei der diskreten Lösung in 1 dadurch erzeugt, dass der Kondensator auf den Maximalwert der am Widerstand R3 anliegenden Spannung aufgeladen wird, die wiederum durch den in die Kontakte fließenden Maximalstrom an R3 abfällt. Nur die Erhöhung dieses Maximalwertes durch einen zusätzlich geschlossenen Kontakt führt hierbei zu einem weiteren Aufladen des Kondensators C1 und über den Transistor Q2 zu einem auswertbaren Signal.
- Bei der integrierten Lösung gemäß 2 wird die Spannung im Kondensator C1 durch das Aufintegrieren des Stromes erzeugt, der durch das Spiegeln des während einer bestimmten Einschaltzeit in die Kontakte fließenden Stromes gewonnen wird.
- – Dadurch, dass die Spannung im Kondensator C1 mit der vorher ermittelten und im Kondensator C2 zwischengespeicherten Spannung mittels Fensterkomparator verglichen und nach dem Umladen in den Kondensator C2 immer wieder entladen wird, ist auch das Öffnen eines Kontaktes detektierbar geworden.
- – Durch die integrierte Lösung werden sowohl die diskreten Bauelemente als auch die Wakeup-Eingänge an einem System Basis Chip ersetzt. Es wird lediglich der Strom überwacht, der vom Highside Switch des System Basis Chips in die zu überwachenden Kontakte fließt.
- – Durch das Aufintegrieren des gespiegelten Stromes bei der integrierten Lösung fallen Stromspitzen weniger ins Gewicht als bei der Maximalstromauswertung der diskreten Lösung.
- – Die digitale Parametrierbarkeit eines System Basis Chips kann leicht auf die Kontaktüberwachung erweitert werden, um z. B. das Spiegelverhältnis zwischen Kontaktstrom und aufintegriertem Strom oder die Größe des Toleranzfensters an die Art und die Anzahl der zu überwachenden Kontakte anzupassen
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mikrokontroller
- 2
- Schalteinheit
- C1
- Kondensator
- C2
- Kondensator
- C3
- Kondensator
- C4
- Kondensator
- C5
- Kondensator
- C6
- Kondensator
- R1
- Widerstand
- R2
- Widerstand
- R3
- Widerstand
- R4
- Widerstand
- R5
- Widerstand
- R6
- Widerstand
- R7
- Widerstand
- R8
- Widerstand
- Q1
- Transistor
- Q2
- Transistor
- U
- Spannungsversorgung
- D1
- Diode
