-
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.
-
Die Druckschrift
US 4 884 070 A offenbart eine Vorrichtung zum Multiplexen von Schaltsignalen, die eine serielle Widerstandskette mit Schaltern offenbart, die zu einzelnen Widerständen der Widerstandskette parallel geschaltet sind, um diese zu überbrücken, wenn die Schalter geschlossen sind. Mit Hilfe eines A/D-Wandlers wird ein empfangenes Signal umgewandelt, um daraus die jeweiligen Schalterstellungen zu bestimmen.
-
In der Druckschrift
US 2 546 278 A ist ein Geräuschwiedergabesystem offenbart, das ein- und mehrpolige Schalter sowie Schalter mit mehreren Schalterstellungen offenbart.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Es wird eine Kraftfahrzeugschaltschnittstelle 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 einem zweiten Widerstand der Widerstandskette gekoppelt. Ein dritter Anschluss ist mit einer Referenzspannung gekoppelt. Ein dritter Widerstand ist über den ersten und zweiten Anschluss verbunden. 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. Eine erste Diode ist mit dem ersten Widerstand gekoppelt und eine zweite Diode ist mit dem zweiten Widerstand gekoppelt. 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 Schalteranordnung 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 empfängt, 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 Empfänger 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 negativen 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 Ausführungsformen, 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 voranstehend 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 Spannung 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 Empfänger/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.
