-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Widerstandskettennetzwerke,
und sie betrifft insbesondere eine Schnittstelle für mehrere
Empfänger und
eine Widerstandskette zur Verwendung in einem Fahrzeug.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Widerstandskettennetzwerke
umfassen typischerweise mehrere Widerstände und mehrere Schalter, die
derart angeordnet sind, dass das Schließen eines beliebigen Schalters
entweder den hohen Widerstandswert oder den niedrigen Widerstandswert
einer Spannungsteilerschaltung verändert. Die Spannungsteilerschaltung
besteht aus einem hohen Widerstandswert zwischen einer Versorgungsspannung
und einem Ausgangsanschluss und einem niedrigen Widerstandswert
zwischen dem Ausgangsanschluss und einer Niederspannungsreferenz.
Die Widerstandskette ersetzt entweder den hohen Widerstandswert
oder den niedrigen Widerstandswert in dem Spannungsteilernetzwerk.
Auf diese Weise ist der Widerstandswert des Netzwerks eine Variable und
zeigt in Abhängigkeit
von dem gewählten
Zustand des Schalters einen einzigartigen Widerstandswertebereich.
Somit ist die Ausgangsspannung des Spannungsteilers eine Anzeige
davon, welche, wenn überhaupt,
der Schalter geschlossen sind (z. B. eine Bedienerschalterwahl).
Widerstandskettennetzwerke werden aufgrund ihrer Flexibilität bei der
Implementierung und der Kostenersparnisse zunehmend bei Fahrzeuganwendungen
verwendet.
-
Bei
gewissen Fahrzeuganwendungen kann es sein, dass mehr als ein Elektronikmodulempfänger die
Kenntnis des Zustands eines speziellen Schalters benötigt. Zum
Beispiel kann bei Hybridfahrzeugen ein hybrides Steuerungsmodul
einen Motorhaubenzustand (z. B., ob die Motorhaube des Fahrzeugs
offen oder geschlossen ist) verwenden, um eine Hochspannungsquelle
aus Sicherheitsgründen zu
deaktivieren. Zudem kann ein Karosseriesteuerungsmodul den Motorhaubenzustand
gleichzeitig zur Diebstahlsicherung und für Fremdstartfunktionen verwenden.
-
Eine
mögliche
Lösung
besteht darin, dass das erste Modul den jeweiligen Schalterzustand
liest und dann den Zustand über
einen Datenbus an das zweite Modul überträgt. Eine alternative Lösung kann die
Verwendung doppelter Schalter oder Schaltnetzwerke verwenden (z.
B. einen Schalter oder ein Schaltnetzwerk je Elektronikmodul). Jedoch
tragen diese beiden Lösungen
unnötig
zu den Kosten und der Komplexität
bei.
-
Entsprechend
ist es wünschenswert,
eine Lösung
für mehrere
Elektronikmodulempfänger
ohne die Nachteile der voranstehend beschriebenen anderen Lösungen zu
implementieren. Zudem ist es wünschenswert,
eine Widerstandskettenfunktionalität in eine derartige vorgeschlagene
Lösung
aufzunehmen. Darüber
hinaus werden andere wünschenswerte
Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden
genauen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den
beiliegenden Zeichnungen und dem voranstehenden technischen Gebiet
und Hintergrund offenbar werden.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Es
wird eine Vorrichtung für
eine Schaltschnittstelle für
einen ersten Empfänger,
einen zweiten Empfänger
und eine Widerstandskette bereitgestellt. Ein erster Anschluss ist
mit einem ersten Widerstand der Widerstandskette gekoppelt. Ein
zweiter Anschluss ist mit dem ersten Widerstand gekoppelt. Ein dritter
Anschluss ist mit einer Referenzspannung gekoppelt. Ein Schalter
weist einen ersten Zustand, der den ersten Anschluss mit dem dritten
Anschluss koppelt, und einen zweiten Zustand auf, der den zweiten
Anschluss mit dem dritten Anschluss koppelt. Ein erster Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler)
ist mit der Widerstandskette und dem ersten Empfänger gekoppelt. Der erste A/D
ist ausgestaltet, um eine erste Spannung mit einer zweiten Spannung
zu vergleichen, um zu ermitteln, ob der Schalter in dem ersten Zustand
oder dem zweiten Zustand positioniert ist. Ein zweiter Analog/Digital-Wandler
(A/D-Wandler) ist mit der Widerstandskette und dem zweiten Empfänger gekoppelt.
Der zweite A/D ist ausgestaltet, um die erste Spannung mit der zweiten
Spannung zu vergleichen, um zu ermitteln, ob der Schalter in dem
ersten Zustand oder dem zweiten Zustand positioniert ist.
-
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den folgenden
Zeichnungsfiguren beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche
Elemente bezeichnen, und
-
1A eine
schematische Zeichnung einer beispielhaften Widerstandskettenschnittstelle
für zwei
Empfänger
mit einem ersten beispielhaften Schalter zur Verwendung in einer
Schalteranordnung ist;
-
1B ein
zweiter beispielhafter Schalter zur Verwendung in einer Schalteranordnung
der Schnittstelle ist;
-
1C ein
dritter beispielhafter Schalter zur Verwendung in der Schalteranordnung
der Schnittstelle ist;
-
2 eine
schematische Zeichnung einer zweiten beispielhaften Widerstandskettenschnittstelle
für zwei
Empfänger
ist;
-
3A beispielhafte
Schaltungswerte für die
in 1A dargestellte Schnittstelle veranschaulicht;
-
3B beispielhafte
Schaltungswerte für die
in 2 dargestellte Schnittstelle veranschaulicht;
-
4A beispielhafte
Schalterzustände
für duale
Empfänger
und Spannungskalibrierungen für die
in 1A dargestellte Schnittstelle veranschaulicht;
-
4B beispielhafte
Schalterzustände
für duale
Empfänger
und A/D-Zählverhältniskalibrierungen
für die
in 2 dargestellte Schnittstelle veranschaulicht;
und
-
4C beispielhafte
Schalterzustände
für duale
Empfänger
und Spannungskalibrierungen für die
in 2 dargestellte Schnittstelle veranschaulicht.
-
BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
-
Die
folgende genaue Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und ist
nicht dazu gedacht, die Erfindung oder die Anwendung und Verwendungen der
Erfindung zu beschränken.
Darüber
hinaus ist es nicht beabsichtigt, durch irgendeine explizite oder
implizite Theorie gebunden zu sein, die in dem voranstehenden technischen
Gebiet, dem Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der folgenden
genauen Beschreibung dargestellt ist.
-
Eine
Schaltschnittstelle kann, wie beschrieben wird, implementiert werden,
um den Bedarf für Busse
oder doppelte Schalter bei Kraftfahrzeuganwendungen zu verringern.
Die Schaltschnittstelle umfasst mindestens zwei Empfängermodule,
die eine Spannung bereitstellen oder empfangen können, und welche die bereitgestellte
oder empfangene Spannung als einen speziellen Schalterzustand interpretieren.
Um die bereitgestellte oder empfangene Spannung zu interpretieren,
können
die Empfängermodule
eine Referenzspannung mit einem Spannungsabfall als Folge einer
speziellen Position einer Schalteranordnung vergleichen. Ein Satz
verschiedener Bereiche, wie etwa Spannungsvergleichsbereiche, kann
eine Schalterposition der Schalteranordnung anzeigen. Die Schalteranordnung
kann zwischen den Schnittstellen so ausgestaltet sein, dass sie
von jedem Empfänger
unabhängig
betrieben werden kann. In Reihe zwischen jeden Empfänger und die
Schalteranordnung platzierte Dioden verhindern den Stromfluss von
dem jeweiligen entgegengesetzten Empfänger. Die Schalteranordnung
kann zwischen die Empfänger
und einen gemeinsamen Anschluss gekoppelt sein, welcher entweder
eine Massenreferenz oder eine Spannungsversorgungsreferenz sein
kann, wie noch weiter beschrieben wird. Die Schaltschnittstelle
ermöglicht
es, dass eine einzige Schalteran ordnung unabhängig zwei Systeme steuert,
was den Bedarf für
zusätzliche
Hardware verringert.
-
1A veranschaulicht
in einer schematischen Zeichnung eine beispielhafte Widerstandskettenschnittstelle 10 für duale
Empfänger
mit geregelten fünf
Volt (5 V), die in einem Fahrzeug eingesetzt werden kann. Wie der
Fachmann verstehen wird, werden verschiedene Versorgungsspannungen
(z. B. drei Volt), sowohl konstant wie auch variabel, ebenfalls
in Betracht gezogen. Die Kettenschnittstelle 10 umfasst
eine Widerstandskettenschalteranordnung 18, die mit zwei
Empfängermodulen 14 und 16 gekoppelt
ist, welche Spannungsvergleiche ausführen, um eine jeweilige Stellung
eines eingebauten Schalters 56 oder von Schaltern in dem
Kettennetzwerk (z. B. Widerständen 50, 52 und 54)
zu ermitteln. Die Empfängermodule 14 und 16 umfassen
Controller 35, die eine Analog/Digital-Wandlung (A/D-Wandlung) verwenden,
um die jeweiligen Spannungsvergleiche auszuführen. Die Spannungsvergleiche
vergleichen eine Eingangsspannung (im gegenwärtigen Fall geregelt) mit einer
Spannung an dem Kettennetzwerk (z. B. den Widerständen 50, 52 und 54).
In Abhängigkeit
von der wahrgenommenen Spannung kann eine Reihe vorbestimmter Stellungen
des Schalters 56 in dem Controller 35 jedes Empfängermoduls 14 und 16 registriert
werden. Zum Beispiel kann der vorstehend erwähnte Motorhaubenzustand von
einem Empfänger/Controller,
der eine Diebstahlsicherungsfunktionalität oder eine Fremdstartfunktionalität ausführt, und
gleichzeitig von einem weiteren Empfänger/Controller gelesen werden,
der eine Hochspannungsfunktionalität ausführt. Die zwei Empfänger sind über das
nachstehend beschriebene Kettennetzwerk voneinander elektrisch isoliert.
-
Die
veranschaulichte Schnittstelle 10 wurde optimiert und kann
kostengünstig
implementiert werden. Bei der dargestellten Ausführungsform sind zwei elektronische
Empfänger/Controllermodule 14 und 16 dargestellt.
Eine 5 V-Spannungsversorgungs-Regeleinrichtung 20, welche
eine Eingangsspannung durch einen Anschluss 22 empfangt,
ist in jedes der Empfänger-
oder Controllermodule 14 und 16 eingebaut. Die
Eingangsspannung kann eine Versorgungsspannung sein, welche die
Batterie eines herkömmlichen
elektrischen zwölf
Volt-Systems eines Kraftfahrzeugs umfasst. Die Versorgungsspannung
wird dann durch einen Versorgungsschalter 24 und durch
einen Pull-up-Widerstand 26 an einen Knoten 30 geliefert.
Der Knoten 30 ist mit einem Eingangs/Ausgangs-Anschluss
der Schalteranordnung 18 elektrisch verbunden (als Bezugszeichen 46 bezeichnet).
-
Wie
noch beschrieben wird, stellt die Schalteranordnung 18 eine
elektrische Verbindung sowohl zu dem Empfängermodul 14 als auch
dem Empfängermodul 16 bereit.
Die Schalteranordnung 18 sorgt durch die Verwendung von
Dioden 48 und 64 auch für eine elektrische Isolation
des Moduls 14 von dem Modul 16. Jedes Modul 14 und 16 ist
durch die Schalteranordnung 18 so konfiguriert, dass es
unabhängig von
dem Zustand des jeweiligen Moduls (z. B. verfügbar, nicht verfügbar, offen
oder kurzgeschlossen) isoliert ist, wie weiter beschrieben wird.
Jeder Empfänger 14 und 16 erhält ein gültiges Eingangssignal,
ob nun der andere Empfänger
vorhanden, nicht vorhanden, kurzgeschlossen oder getrennt (offen)
ist. Somit ist jeder Empfänger 14 und 16 von
dem anderen Empfänger
unabhängig.
-
Die
Schalteranordnung 18 umfasst zwei Dioden 48 und 64,
die zum Isolieren der Empfänger 14 bzw. 16 dienen.
Die Diode 48 ist mit dem Widerstand 50 gekoppelt
und angeordnet, um zu verhindern, dass Strom aus dem Empfänger 16 zu
dem Empfänger 14 wandert.
Auf ähnliche
Weise ist die Diode 64 angeordnet, um zu verhindern, dass
Strom aus dem Emp fänger 14 zu
dem Empfänger 16 wandert.
Bei zusätzlichen
Ausführungsformen
können
die Widerstände 50 und 54 zwischen
den Empfängern 14 und 16 und
den Dioden 48 und 64 positioniert sein. Bei jeder
Ausführungsform
sind die Dioden 48 und 64 in Reihe mit den Widerständen 50 bzw. 54 gekoppelt.
-
Ein
Schalter 56 ist über
den Widerstand 52 hinweg angeordnet. Ein Anschluss des
Schalters 56 ist mit einer gemeinsamen Verbindung gekoppelt.
Bei der dargestellten Ausführungsform
ist diese gemeinsame Verbindung eine lokale Masse 62. Bei
anderen Ausführungsformen
kann die gemeinsame Verbindung eine Spannungsversorgungsreferenz
sein, wobei die Dioden 48 und 64 dann umgedreht
sind. Der Schalter 56 ist ein Schalter mit zwei Stellungen (durch
Bezugszeichen 58 und 60 bezeichnet). Bei einem
beispielhaften Betrieb fließt,
wenn der Schalter 56 in der Stellung 58 steht,
Strom von dem Knoten 30 durch die Diode 48 und
den Widerstand 50, durch den Schalter 56 und zu
der Masse 62. Strom fließt auch durch den Leiter 66 aus
dem Empfänger 16, durch
die Diode 64 und durch die Widerstände 54 und 52,
durch den Schalter 56 zu der Masse 62.
-
Damit
jeder Empfänger 14 und 16 die
Spannungsunterschiede interpretieren kann, wenn der Schalter 56 in
der Stellung 58 oder in der Stellung 60 steht,
ist der Leiter 46 mit einem Eingangs/Ausgangsanschluss
des Empfängers 14 gekoppelt,
und der Leiter 66 ist mit einem Eingangs/Ausgangsanschluss des
Empfängers 16 gekoppelt.
Wie gezeigt ist, umfasst der Empfänger 14 einen Prozessor 35,
der einen Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) 37 umfassen
kann. Der A/D-Wandler 37 ist durch ein RC-Netzwerk mit der
Schalteranordnung 18 gekoppelt, welches Widerstände 28 und
Kondensatoren 34 und 36 umfasst. Ein Eingangsanschluss
des Wandlers 37 vergleicht die Eingangsspannung mit einer
positiven und ne gativen Spannungsreferenz 40 und 42 (in
diesem Fall +/–5
Volt), welche auch mit einer Masse 44 gekoppelt ist.
-
Der
Wandler 37 empfängt
die Eingangsspannung und die Spannungsreferenzwerte, und wandelt sie
in ein digitales Signal um, das für den Prozessor 35 geeignet
ist. Der Prozessor 35 verwendet die digitalen Darstellungen
der Eingangsspannung relativ zu den Spannungsreferenzwerten, um
ein Spannungskompensationsverhältnis
zu ermitteln, das eine Stellung des Schalters 56 anzeigt,
wie nachstehend weiter beschrieben wird. Eine spezielle Stellung
des Schalters 56 entspricht einem speziellen Spannungskompensationsverhältnis, das
von dem Wandler 37 beobachtet wird. Wenn zum Beispiel,
wieder mit Bezug auf 1A, der Schalter in Stellung 1 steht,
wird ein Spannungskompensationsverhältnis (z. B. das Verhältnis der
Referenzspannung zu der Spannung, die an dem Kettennetzwerk wahrgenommen
wird) von jedem Empfängermodul
registriert. Das Modul vergleicht das Verhältnis, das zu einem speziellen Augenblick
wahrgenommen wird, mit einem Verhältnisbereich, der im Speicher
gespeichert ist, um zu bestimmen, dass der Schalter in der Stellung
1 steht.
-
Der
Empfänger 16 kann
im Wesentlichen die gleichen Unterkomponenten umfassen, wie sie
im Empfänger 14 vorgefunden
werden, welche eine 5 V-Versorgung,
ein RC-Netzwerk und einen A/D-Wandler umfassen (alle nicht gezeigt).
Da beide Empfänger 14 und 16 über die
Schalteranordnungsdioden 48 und 64 vollständig voneinander
isoliert sind, kann der Empfänger 14 Spannungsverhältnisse,
welche die Stellung des Schalters 56 anzeigen, ohne Rücksicht
auf einen Zustand des Empfängers 16 ermitteln
und umgekehrt.
-
Die
wie in 1A gezeigte dargestellte Schnittstelle 10 erleichtert
eine Detektion von bis zu zwei Schalterstellungen, und bei anderen
Ausführungs formen,
eine Detektion von bis zu drei Schalterstellungen, in Abhängigkeit
von dem verwendeten Schaltertyp. Eine beispielhafte Schalteranordnung 68 mit
drei Schalterstellungen 70, 72 und 74 ist
in 1B veranschaulicht. Die Schalteranordnung 68 umfasst
einen Leerlaufkontakt für
drei Stellungen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein Ausgangsanschluss
des Schalters 68 mit der Masse 62 gekoppelt, aber
er kann auch mit einer gemeinsamen Verbindung 62, wie etwa
einer Spannungsversorgungsreferenz, gekoppelt sein. Zudem veranschaulicht
eine Schalteranordnung 76, wie sie in 1C gezeigt
ist, eine dritte derartige beispielhafte Ausführungsform einer Schalteranordnung 76,
bei der zwei Schalter 78 und 80 mit der Masse 62 parallel
geschaltet sind.
-
Wieder
mit Bezug auf 1A umfasst die Schnittstelle 10 drei
Widerstände
(z. B. die Widerstände 50, 52 und 54)
und sorgt in Abhängigkeit
von der verwendeten Schaltervorrichtung (1B, 1C)
für die
Detektion von (a) bis zu zwei Schalterzuständen (z. B. eine Masseverbindung
und eine kombinierte Leerlaufschaltung mit einer Verbindung zu Batterie+
(B+)), und (b) bis zu drei Schalterzuständen (z. B. eine Masseverbindung,
und eine kombinierte Leerlauf/Schalter-inaktiv-Schaltung mit Verbindung
mit B+, wobei ein Schalterzustand als Leerlaufschaltung verwendet
wird, was eine Detektion von offenem und verbundenem B+ beseitigt).
Die Schnittstelle 10 erlaubt einen kombinierten Zustand
einer Leerlaufschaltung und einer Verbindung mit der B+-Spannung
auf einer Signalleitung (z. B. den Leitern 46 und 66).
-
Die
Schnittstelle 10 toleriert eine Schwankung bei den Systemwiderstandswerten
aufgrund von Netzwerkkomponenten, wie etwa Anstiegen der Schalterwiderstandswerte
im Lauf der Zeit, auf robuste Weise. Zum Beispiel kann ein maximaler
Kontaktwiderstandswert der Schalteranordnung 18 bei speziellen
Implementierungen technische Anforderungen von bis zu 100 Ohm zulassen.
Der Widerstandswert des Pull-up-Widerstands des Leistungsschalters
im Empfänger
(Schalter 24) kann von null Ohm bis 10 Ohm reichen. Ein
Kabelbaumwiderstandswert kann zwischen null und einem Ohm schwanken.
Der Kabelbaumwiderstandswert besteht zusätzlich zu dem Widerstandswert
der Schalteranordnung und dem Widerstandswert des Leistungsschalters.
Bei einer Ausführungsform
kann die Schnittstelle 10 Schalterströme aufweisen, die bei einer
Masseverbindung von etwa 1 mA bis 15 mA reichen. Zudem toleriert
die Schnittstelle 10 Kurzschlussspannungen auf robuste
Weise, wobei sie arbeitsfähig
bleibt. Zum Beispiel tolerieren bei einer Ausführungsform die Empfänger 14 und 16 Kurzschlussspannungen
von bis zu einem Volt, wobei sie immer noch geeignete Fehlermoduszustände registrieren.
Die Stellung 58 (erste Stellung) des Schalters 56 gibt
dem Empfängermodul 14 die
höchste
Priorität.
Auf ähnliche
Weise gibt die Stellung 60 (zweite Stellung) des Schalters 56 dem
Empfängermodul 16 die
höchste
Priorität.
-
Nun
ist mit Bezug auf 2 eine beispielhafte Low-Side-Widerstandskettenschnittstelle 12 für einen
dualen Empfänger
mit variabler Spannung (12 Volt) in einer schematischen Zeichnung
veranschaulicht, welche wieder in einem Fahrzeug eingesetzt werden
kann. Die Schnittstelle 12 umfasst ein erstes Empfänger/Controller-Modul 15 und
ein zweites Empfänger/Controller-Modul 17.
Eine variable Spannungsversorgung 82 ist mit einem Schalter 24 gekoppelt,
und dann durch Widerstände 83 und 87 mit
einem Eingangsanschluss 95 eines A/D-Wandlers 39 gekoppelt.
Eine 5 V-Versorgung 20 regelt eine Eingangsspannung 22,
die dann an die positiven Spannungsreferenzanschlüsse 84 und 86 des
A/D-Wandlers 39 bzw. eines A/D-Wandlers 41 geliefert
wird. Die Wandler 39 und 41 werden wiederum unter
Verwendung einer Prozessorkomponente 88 betrieben, in welche
die Wandler 39 und 41 integriert oder von der sie
getrennt sind.
-
Die
Empfänger 15 und 17 sind
durch Leiter 100 und 102 wie gezeigt auf ähnliche
Weise mit der Schalteranordnung 18 gekoppelt. Der Signalleiter 100 ist
mit einem Knoten 91 gekoppelt und durch einen Aufnahmewiderstand 90 mit
dem Schalter 24. Hier umfasst die Schalteranordnung 18 wie
zuvor einen Schalter 56 mit zwei Stellungen (der Stellungen 58 und 60 aufweist),
mit Dioden 48 und 64, um die Empfänger 15 und 17 jeweils
voneinander zu isolieren, und drei Widerstände 50, 52 und 54.
Wieder ist der Schalter 56 über den Widerstand 52 verbunden und
mit einer gemeinsamen Verbindung gekoppelt, in diesem Fall mit der
Masse 62. Die Verbindung 62 kann wieder eine Spannungsversorgungsreferenz umfassen.
-
Die
Leitung 100 ist durch ein ähnliches RC-Netzwerk wie die
Empfänger 14 und 16 gekoppelt,
welches einen Widerstand 92 und einen Kondensator 94,
einen Widerstand 96 und einen Kondensator 98 umfasst.
Ein Eingangsanschluss 97 des zweiten A/D-Wandlers 41 empfängt eine
Eingangsspannung des RC-Netzwerks und vergleicht die Spannung mit
der positiven Spannungsreferenz-Anschlussspannung 86 auf
eine Weise, die den Empfängern 14 und 16 ähnelt.
-
Die
Schnittstelle 12, wie sie in 2 dargestellt
ist, kann auch die Schalteranordnungen 68, wie in 1B gezeigt,
und 76, wie in 1C gezeigt, enthalten,
wobei ein Schalter 68 mit drei Stellungen mit dem Widerstand 52 parallel
geschaltet sein kann, oder zwei unabhängige Schalter 76 mit
dem Widerstand 52 parallel geschaltet sein können. In
beiden Fällen
ist ein Anschluss des Schalters oder der Schalter mit einer gemeinsamen
Verbindung 62, wie etwa Masse gekoppelt.
-
Wie
die Schnittstelle 10 ermöglicht die Schnittstelle 12 die
Detektion von bis zu zwei Stellungen des Schalters 56,
wobei der Schalter 56 mit einer lokalen Masse 62 verbunden
ist, oder die Detektion von drei Stellungen des Schalters 68 (1B),
wobei der Schalter 68 mit einer lokalen Masse 62 verbunden
ist. Beide Schnittstellen 10 und 12 lassen es
auf robuste Weise zu, dass eine sogenannte "lokale Massenversatz-"Spannung zwischen
plus und minus ein Volt schwankt. Das bedeutet, dass ein Empfänger 14, 15, 16 oder 17 an
einer speziellen Stelle in dem Fahrzeug mit Masse gekoppelt sein
kann, während die
Schaltvorrichtung an einer anderen Stelle in dem Fahrzeug mit Masse
gekoppelt sein kann, und dass die Schnittstellen 10 und 12 weiterhin
funktionsfähig bleiben
können,
obwohl lokale Spannungen, die in dem Empfänger oder dem Schalter wahrgenommen werden,
zwischen plus und minus ein Volt schwanken.
-
Wie
die Schnittstelle 10 umfasst die Schnittstelle 12 drei
Widerstände
(z. B. Widerstände 50, 52 und 54),
welche für
eine Detektion von (a) bis zu zwei Schalterzuständen (Masseverbindung und ein
kombinierter Leerlauf mit B+-Verbindung), und (b) bis zu drei Schalterzuständen (Masseverbindung,
und ein kombinierter Leerlauf/inaktiver Schalter mit B+-Verbindung,
wobei wieder ein Schalterzustand als Leerlauf verwendet wird, was
eine Detektion des Leerlaufs und einer B+-Verbindung beseitigt),
sorgen. Bei einer Ausführungsform
weist die Schnittstelle 12 Schalterströme auf, die von etwa 1 mA bis
15 mA reichen, wenn sie mit Masse verbunden ist.
-
Wieder
kann die Schalteranordnung 18, wie bei der Schnittstelle 10 zu
sehen ist, auf robuste Weise verschiedene Systemwiderstandswerte
zulassen, die im Lauf der Zeit ansteigen können. Der maximale Kontaktwiderstandswert
der Schalteranordnung 18 kann Anforderungen von bis zu
20 Ohm zulassen. Der Widerstandswert des Pull-up-Widerstands des Leistungsschalters
(Schalter 24) des Empfängers kann
von null Ohm bis 10 Ohm reichen. Ein Widerstandswert des Kabelbaums
kann zwischen null und ein Ohm schwanken. Dieser Widerstandwert
des Kabelbaums besteht wiederum zusätzlich zu dem Widerstandswert
der Schalteranordnung und dem Widerstandswert des Leistungsschalters.
-
Mit
Bezug auf 3A ist eine Tabelle beispielhafter
Schaltungswerte für
die in 1A dargestellte Widerstandskettenschnittstelle 10 für duale Empfänger mit
geregelten 5 Volt gezeigt. 3A ist in
drei Kategorien unterteilt. Beispielhafte Werte für die Schalteranordnung 18 sind
zuerst veranschaulicht. Bei einer Ausführungsform können die
Dioden 48 und 64 schnelle Dioden mit hoher Leitfähigkeit vom
Typ p/n 1n4148 sein, die bei Fairchild Semiconductor Incorporated
erhältlich
sind. Beispielhafte Werte der Widerstände 50 und 54 betragen
etwa 158 Ohm, während
der Widerstand 52 etwa 1070 Ohm betragen kann. Der Widerstandswert
der Schalteinrichtung 56, 68 oder 76 kann
kleiner oder gleich etwa 100 Ohm sein.
-
Auf
der Empfängerseite
umfassen beispielhafte Widerstandswerte etwa 280 Ohm für den Pull-up-Widerstand 26,
etwa 50 KiloOhm für
den Pull-down-Widerstand 28,
etwa 10 KiloOhm für
den Widerstand 32, von etwa 0–10 Ohm für den Widerstandswert des Schalters 24 und
Kapazitäten
von etwa 100 Nanofarad für
den Kondensator 34 und etwa 10 Nanofarad für den Kondensator 36.
-
Auf
der Systemseite umfassen beispielhafte Widerstandswerte größer oder
gleich etwa 100 KiloOhm für
einen Leerlaufwiderstandswert (ein Widerstandswert, der in dem System
wahrgenommen wird, während
eine Schaltervorrichtung geöffnet
ist), kleiner oder gleich etwa 1 Ohm für einen Kabelbaumwiderstandswert,
und kleiner oder gleich etwa 100 MilliOhm für einen kurzgeschlossenen Widerstandswert.
Die Kurzschlussspannungstoleranz erscheint, wie voranstehend beschrieben,
als kleiner oder gleich etwa 1 Volt. Ein Nennstrom bei maximalem
Widerstandswert beträgt
etwa 12 mA.
-
Mit
Bezug auf 3B ist eine Tabelle beispielhafter
Schaltungswerte für
die in 2 dargestellte Low-Side-Widerstandskettenschnittstelle 12 für einen
dualen Empfänger
mit variabler 12-Volt-Spannung gezeigt. 3B ist
wieder in drei Kategorien unterteilt. Beispielhafte Werte für die Schalteranordnung 18 sind
zuerst veranschaulicht. Bei einer Ausführungsform können die
Dioden 48 und 64 schnelle Dioden mit hoher Leitfähigkeit
sein, wie etwa p/n 1n4148, die bei Fairchild Semiconductor Incorporated
erhältlich
sind. Beispielhafte Werte der Widerstände 50 und 54 betragen
etwa 887 Ohm, während
der Widerstand 52 etwa 3920 Ohm betragen kann. Der Widerstandswert
der Schalteinrichtung 56, 68 oder 76 kann
kleiner oder gleich etwa 100 Ohm sein.
-
Auf
der Empfängerseite
umfassen beispielhafte Widerstandswerte etwa 1620 Ohm für den Pull-up-Widerstand 90,
etwa 33 KiloOhm für
den Widerstand 92, etwa 8 KiloOhm für den Widerstand 96, etwa
33 KiloOhm für
den Widerstand 83, etwa 8 KiloOhm für den Widerstand 87,
von etwa 0–10
Ohm für den
Widerstandswert des Schalters 24 und Kapazitäten von
etwa 33 Nanofarad für
den Kondensator 98 und etwa 10 Nanofarad für den Kondensator 94.
-
Auf
der Systemseite umfassen beispielhafte Widerstandswerte größer oder
gleich etwa 100 KiloOhm für
den Leerlaufwiderstandswert, kleiner oder gleich etwa 1 Ohm für den Kabelbaumwiderstandswert,
und kleiner oder gleich etwa 100 MilliOhm für einen kurzgeschlossenen Widerstandswert.
Die variable Versorgungsspannung kann zwischen etwa 6 und etwa 26
Volt schwanken. Die Kurzschlussspannungstoleranz erscheint, wie
voran stehend beschrieben, als kleiner oder gleich etwa ein Volt.
Der Nennstrom bei maximalem Widerstandswert beträgt etwa 6 mA.
-
4A veranschaulicht
eine Tabelle von Schalterzuständen
und Spannungskalibrierungen der dualen Empfänger für die in 1A dargestellte Widerstandskettenschnittstelle 10 mit
geregelten 5 Volt. Wie der Fachmann feststellt, können die
verschiedenen Schalterzustände
mit oder ohne sogenannte "Totzonenregionen" kalibriert sein.
Totzonenregionen sind Regionen des Zählverhältnisses oder Spannungsverhältnisses,
die so ausgestaltet sind, dass sie keinen Schalterzustand anzeigen.
Die Totzonenregionen sind folglich "Zwischen"-Regionen. Bei einer speziellen Anwendung
können
die jeweiligen Totzonenregionen markiert oder auf einen Diagnosecode
gesetzt werden. Mit anderen Worten kann, wenn ein Spannungs- oder Zählverhältnis in
einer Totzonenregion beobachtet wird, ein Merker oder ein Diagnosecode
an einen Techniker gesandt werden, um die Schnittstelle auf Fehler
zu analysieren. Die Kalibrierungen sind in dem Prozessor 35 aufgezeichnet,
wobei der A/D-Wandler 37 die an dem Anschluss 38 empfangene
Eingangsspannung mit der Referenzspannung (in diesem Fall 5 Volt)
vergleicht. Ein beispielhafter Vergleich/jeweiliger Schalterzustand für den Empfänger/Controller 14 (1A)
ist in dem unteren Abschnitt der Tabelle beschrieben. Wenn ermittelt
wird, dass eine von dem Prozessor 35 ermittelte Spannung
zwischen etwa 0 und etwa 1 Volt liegt, dann registriert der Empfänger/Controller 14 einen Schalter 56 in
der Stellung A mit Masse verbunden. Dieser Signalbereich stellt
einen Kurzschluss mit Masse an dem Empfängersignal dar. Wenn auf ähnliche
Weise ermittelt wird, dass die Spannung zwischen etwa 1 und etwa
4 Volt liegt, registriert der Empfänger/Controller 14 einen
Schalter in der Stellung 1. Wenn ermittelt wird, dass eine Spannung
zwischen etwa 4 und etwa 4 Volt liegt, dann registriert der Empfänger/Controller 14 einen
Schalter in Stellung 2. Wenn schließlich ermittelt wird, dass
die Span nung größer als
etwa 5 Volt ist, registriert der Empfänger/Controller 14 einen
Schalter in der Stellung A OFFEN/Batt. Dieser Signalbereich stellt
einen Leerlauf oder eine Signalverbindung mit der Batterie dar.
Der Signalbereich kann auch eine Schalterstellung 3 für einen
offenen Schalterkontakt darstellen (in dem Fall eines Schalters
mit drei Stellungen). Auf ähnliche
Weise werden die verbleibenden Zählverhältnisse
bei dem Empfänger 14 angewandt,
welcher wie gezeigt eine Konfiguration umfasst, die Totzonenregionen
verwendet. Zudem können
die gleichen Zählverhältnisse
auf den Empfänger 16 (1A)
angewandt werden.
-
4B veranschaulicht
eine Tabelle von Schaltzuständen
und A/D-Zählverhältniskalibrierungen
dualer Empfänger
für die
in 2 dargestellte Low-Side-Widerstandskettenschnittstelle 12 für einen
dualen Empfänger
mit variabler 12-Volt-Spannung. Die verschiedenen Schalterzustände können wiederum
mit oder ohne Totzonenregionen kalibriert sein, welche bei einer
speziellen Anwendung markiert oder auf einen Diagnosecode gesetzt
sein können.
Die Kalibrierungen sind in dem Prozessor 88 aufgezeichnet,
wobei die A/D-Wandler 39 und 41 die an dem Anschluss 97 empfangene
Eingangsspannung mit der Referenzspannung an dem Anschluss 86 und
die an dem Anschluss 95 empfangene Eingangsspannung mit
der an dem Anschluss 84 empfangenen Eingangsspannung vergleichen. 4B veranschaulicht
beispielhafte A/D-Zählverhältnisse, die
von den Wandlern 39 und 41 beschafft werden, wobei
der digitale Zähler
des Wandlers 41 durch den digitalen Zähler des Wandlers 39 dividiert
wird, um ein sogenanntes "Zählverhältnis" zu ermitteln. Ein beispielhafter
Vergleich/jeweiliger Schalterzustand für den Empfänger/Controller 15 ist
in dem unteren Abschnitt der Tabelle beschrieben. Wenn ermittelt wird,
dass das von dem Prozessor 88 ermittelte A/D-Zählverhältnis zwischen
etwa Null und etwa 0,2 liegt, dann registriert der Empfänger/Controller 15 einen
Schalter in der Stellung A mit Masse verbunden. Dieser Signalbereich stellt
wieder einen Kurzschluss mit Masse bei dem Signal des Empfängers 15 dar. Wenn
auf ähnliche
Weise ermittelt wird, dass das Zählverhältnis zwischen
etwa 0,2 und etwa 0,6 liegt, dann registriert der Empfänger/Controller 15 einen Schalter
in Stellung 1. Wenn ermittelt wird, dass das Zählverhältnis zwischen etwa 0,6 und
etwa 0,9 liegt, dann registriert der Empfänger/Controller 15 einen Schalter
in Stellung 2. Wenn schließlich
ermittelt wird, dass das Zählverhältnis größer als
etwa 0,9 ist, registriert der Empfänger/Controller 15 einen
Schalter in der Stellung A OFFEN/Batt. Dieser Signalbereich stellt
einen Leerlauf oder ein mit der Batterie verbundenes Signal dar.
Wieder kann der Signalbereich auch eine Schalterstellung 3 für einen
offenen Schalterkontakt darstellen (in dem Fall eines Schalters
mit drei Stellungen). Wieder werden auf ähnliche Weise die verbleibenden
Zählverhältnisse
auf einen Empfänger 15 angewandt,
welcher, wie zu sehen ist, eine Konfiguration umfasst, die Totzonenregionen verwendet.
Wieder sind die gleichen Zählverhältnisse
auf den Empfänger 17 (2)
anwendbar.
-
4C veranschaulicht
Schalterzustände und
Spannungsverhältniskalibrierungen
für die
in 2 dargestellte Low-Side-Widerstandskettenschnittstelle 12 für einen
dualen Empfänger
mit variabler 12-Volt-Spannung,
wie zu sehen ist wieder mit oder ohne Totzonenregionen. Die Kalibrierungen sind
wieder in dem Prozessor 88 aufgezeichnet, wobei die A/D-Wandler 39 und 41 die
an dem Anschluss 97 empfangene Eingangsspannung mit der
Referenzspannung an dem Anschluss 86 und die an dem Anschluss 95 empfangene
Eingangsspannung mit der an dem Anschluss 84 empfangenen
Eingangsspannung auf eine ähnliche
Weise wie der zuvor in 4B zu sehende Vergleich vergleichen,
aber mit einer einfacheren Weise des Spannungsvergleichs. 4C veranschaulicht
die entsprechende Spannungsverhältniskalibrierung,
die von Wandlern 39 und 41 beschafft wird, wobei
der Spannungsvergleich von Wandler 41 durch den Spannungsvergleich
von Wandler 39 dividiert wird, um ein sogenanntes "Spannungsverhältnis" zu ermitteln. Ein
beispielhafter Spannungsvergleich/jeweiliger Schalterzustand für den Empfänger/Controller 15 ist
in dem unteren Abschnitt der Tabelle beschrieben. Wenn ermittelt
wird, dass eine von dem Prozessor 88 ermittelte Spannung
zwischen etwa Null und 0,2 Volt liegt, dann registriert der Empfänger/Controller 15 einen Schalter 56 in
der Stellung A verbunden mit Masse. Dieser Signalbereich stellt
einen Kurzschluss mit Masse bei dem Empfängersignal dar. Wenn auf ähnliche
Weise ermittelt wird, dass die Spannung zwischen etwa 0,2 und etwa
0,6 Volt liegt, dann registriert der Empfänger/Controller 15 einen
Schalter in Stellung 1. Wenn ermittelt wird, dass die Spannung zwischen
etwa 0,6 und etwa 0,9 Volt liegt, dann registriert der Empfänger/Controller 15 einen
Schalter in Stellung 2. Wenn schließlich ermittelt wird, dass
die Spannung größer als
etwa 0,9 Volt ist, registriert der Empfänger/Controller 15 einen
Schalter in der Stellung A OFFEN/Batt. Dieser Signalbereich stellt
einen Leerlauf oder eine Signalverbindung mit der Batterie dar.
Der Signalbereich kann auch eine Schalterstellung 3 für einen
offenen Schalterkontakt darstellen (in dem Fall eines Schalters
mit drei Stellungen). Wieder werden auf eine ähnliche Weise die verbleibenden Spannungsverhältnisse
auf einen Empfänger 15 angewandt,
welcher, wie zu sehen ist, eine Konfiguration umfasst, die Totzonenregionen
verwendet. Wieder sind die Spannungsverhältnisse auf den Empfänger 17 (2)
anwendbar.
-
Durch
eine Verwendung von Schnittstellen, wie etwa den dargestellten Schnittstellen
10 und 12, kann jeder Empfänger/Controller
(z. B. die Controller 15 und 17) den Zustand eines
Schalters lesen. Jeder Empfänger/Controller
erhält
ein gültiges
Eingangssignal, ob der andere Empfänger vorhanden, nicht vorhanden,
kurzgeschlossen oder unterbrochen (offen) ist. Somit ist jeder Empfänger/Controller
von dem anderen Empfän ger/Controller
unabhängig.
Implementierungen, wie etwa der Schnittstellen 10 und 12, können durch
Verringerung der Teilezahl, Einsparungen beim Kabelbaum und Vereinfachung
der Entwicklung zu Kosteneinsparungen führen. Zudem stellt das System
dadurch, dass jeder der Empfänger
komplett isoliert ist, Robustheit bei einem Fehlermodus bereit.
-
Obwohl
mindestens eine beispielhafte Ausführungsform in der voranstehenden
genauen Beschreibung dargestellt wurde, ist festzustellen, dass eine
große
Anzahl an Variationen existiert. Es ist auch festzustellen, dass
die beispielhafte Ausführungsform
oder die beispielhaften Ausführungsformen
nur Beispiele sind, und nicht dazu gedacht sind, den Umfang, die
Anwendbarkeit oder die Ausgestaltung der Erfindung in irgendeiner
Weise zu beschränken.
Stattdessen wird die voranstehende genaue Beschreibung Fachleuten
eine brauchbare Anleitung zur Implementierung der beispielhaften
Ausführungsform
oder der beispielhaften Ausführungsformen
bereitstellen. Es sollte verstanden sein, dass verschiedene Änderungen
in der Funktion und Anordnung von Elementen durchgeführt werden
können,
ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den
beigefügten
Ansprüchen
und deren juristischen Äquivalenten
offengelegt ist.