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Die Erfindung betrifft einen sensorbasierten Schalter mit einer Positionserfassungssensorik zur Erfassung der Position eines Betätigungselements.
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Bei einem abgestellten Kraftfahrzeug, bei welchem sich das elektrische Bordnetz im Ruhezustand befindet, müssen oder sollen bestimmte Funktionen jederzeit schalt- bzw. einschaltbar sein. Zum Beispiel muß ausschließlich durch manuelle Betätigung des dafür vorgesehenen Schalters die Lichthupe jederzeit betätigbar sein. In vielen Fahrzeugen können im Ruhezustand auch die Blinkerschalter betätigbar sein, um bestimmte Funktionen, wie seitenweises Schalten des Parklichts, zu aktivieren. Ein anderes Beispiel ist die Möglichkeit, einen Schalter zum Schalten des Fahrlichts oder Standlicht betätigen zu können.
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In der Vergangenheit arbeiteten die Schalter in Kraftfahrzeugen ausschließlich oder überwiegend elektromechanisch, d. h. zum Einschalten einer Funktion wurde durch die manuelle Betätigung des Schalters ein elektrischer Kontakt geschlossen. In modernen Fahrzeugen werden diese Kontakte zunehmend durch Sensoren ersetzt, die sich anstelle der Kontakte im Inneren des Schalters befinden. Diese erfassen die mechanische Bewegungen eines Betätigungselements, die durch die manuelle Bedienung des Schalters hervorgerufen wird und wandeln sie in elektrische Signale um.
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Hierbei können Sensoren auf der Basis verschiedener physikalischer Wirkprinzipien zum Einsatz kommen. Häufig verwendet werden Halleffektsensoren, die auf äußere Magnetfelder reagieren. Ein Schalter mit einem Halleffektsensor, im folgenden auch kurz als ”Hallswitch” bezeichnet, schaltet sein elektrisches Sensorsignal auf „ein”, wenn die Intensität eines äußeren Magnetfelds einen definierten Maximalwert überschreitet und auf „aus”, wenn das Magnetfeld einen definierten Mindestwert unterschreitet. In einem Schalter kann diese Magnetfeldveränderung durch das mechanische Annähern oder Entfernen eines Permanentmagneten zum bzw. vom Hallswitch durch Bewegung eines Betätigungselements bei manueller Betätigung des Schalters bewirkt werden.
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Neben den Hallswitches, die wie elektromechanische Kontakte nur zwei Schaltzustände, nämlich „ein” und „aus”, einnehmen können, gibt es auch analoge Hallsensoren, deren Ausgangssignal linear von der Intensität des äußeren Magnetfelds abhängig ist. Das typische Verhalten eines analogen Hallsensors ist, dass er bei geringer magnetischer Flussdichte eine geringe elektrische Ausgangsspannung liefert und bei höherer magnetischer Flussdichte eine höhere elektrische Ausgangsspannung. Auf diese Art und Weise können bei Annäherung oder Entfernung eines Permanentmagneten nicht nur zwei Zustände „nah” bzw. „ein” und „fern” bzw. „aus” voneinander unterschieden werden, sondern quasi beliebig viele Zwischenzustände, die jeweils durch einen Wert des Ausgangssignals des Hallsensors repräsentiert werden. Damit lassen sich auch mehrstufige Schalter realisieren.
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Ein Betätigungselement kann mehrere mechanische Schaltstellungen einnehmen, die über die zugehörige, den Hallsensor beaufschlagende Flussdichte, zu eindeutigen, den Schaltstellungen zuordenbaren Ausgangssignalen am Hallsensorausgang führen. Solche mehrstufigen Schalter werden in Kraftfahrzeugen beispielsweise als Lichtschalter mit den Schaltstufen „aus”, „Standlicht” und „Fahrlicht” eingesetzt. Ein anderes Beispiel für einen mehrstufigen Schalter im Fahrzeug ist ein Scheibenwischerschalter mit den Schaltstellungen „Scheibe waschen”, Intervall-Wischen”, „aus”, „Wischen Stufe 1” und „Wischen Stufe 2”.
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Noch komplexere Beispiele für Schalter im Kraftfahrzeug sind solche, bei denen das Betätigungselement anstelle einer eindimensionalen Bewegung eine mehrdimensionale Bewegung ausführt. Das sind insbesondere Blinkerschalter, bei denen bei vertikaler Hebelbewegung die Blinkgeber betätigt und bei horizontaler Hebelbewegung Fernlicht und Lichthupe geschaltet werden. Das sind auch Scheibenwischerschalter für Front- und Heckscheibenwischer, bei denen bei vertikaler Hebelbewegung verschiedene Schaltstufen für den Frontscheibenwischer geschaltet und bei horizontaler Hebelbewegung verschiedene Schaltstufen für den Heckscheibenwischer geschaltet werden. Auch solche Schalter mit mehrdimensionalen Bewegungen wurden in der Vergangenheit ausschließlich oder überwiegend mit elektromechanischen Kontakten realisiert, die nun zunehmend durch Sensoren ersetzt werden.
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Der Einsatz von, insbesondere magnetfeldabhängigen, Sensoren anstelle von elektromechanischen Kontakten in Schaltern in Kraftfahrzeugen bietet viele Vorteile. Im Gegensatz zu elektromechanischen Kontakten arbeiten diese Sensoren berührungslos. Sie unterliegen keinem mechanischen Verschleiß. Sie sind wesentlich zuverlässiger als Kontakte und haben eine höhere Verfügbarkeit, was insbesondere bei sicherheitsrelevanten Anwendungen wichtig ist.
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Gerade magnetfeldabhängige Sensoren können gegenüber Umwelteinflüssen und mechanischen Störbelastungen robuster als elektromechanische Kontakte sein, was sich bei Kraftfahrzeuganwendungen sehr positiv auswirkt. Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal ist die Diagnosefähigkeit von sensorischen Schaltern. Je nach Ausführung kann sich die Diagnosefähigkeit auf den Betrieb des Schalters beziehen oder auch auf besondere diagnostische Aussagen zur Zuverlässigkeit und Qualität des Schalters in einem Endtest im Anschluss an seine Fertigung.
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Im Allgemeinen benötigen Sensoren zu ihrem Betrieb eine elektrische Energieversorgung. Die Schaltstellungen eines Schalters, der Sensoren anstelle von elektromechanischen Kontakten benutzt, können demnach nur erkannt werden und bei manueller Schalterbetätigung eine entsprechende, gewünschte Funktion auslösen, wenn der Schalter mit einer elektrischen Spannung und einem elektrischen Strom versorgt wird.
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Bei Anwendung derartiger sensorischer Schalter in Systemen mit batteriegestützter Energieversorgung ist die Notwendigkeit einer permanenten elektrischen Versorgung allerdings ein Nachteil. Das gilt insbesondere für Fahrzeuge, die in abgestelltem Zustand und bei ruhendem elektrischen Bordnetz ein nur noch batteriegestütztes System darstellen. Die Kapazität von Fahrzeugbatterien ist zwar relativ groß, aber angesichts des hohen Elektronifizierungsgrads moderner Fahrzeuge ist die Dauer, für welche die Energievorsorgung bei abgestelltem Fahrzeug aus der Batterie sichergestellt werden kann, deutlich begrenzt.
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Schalter, die auf einer sensorischen Schaltpositionserfassung basieren und bei abgestelltem Fahrzeug betätigbar sein müssen, dürfen demnach nur eine äußerst geringe elektrische Energieaufnahme aufweisen, um die Verfügbarkeit der batteriegestützten Energieversorgung möglichst wenig zu beeinträchtigen. Viele der heute üblichen Sensoren erfüllen diese Anforderung nach einer sehr geringen Energieaufnahme nicht. Das gilt insbesondere für die magnetfeldsensierenden Hallsensoren, mit denen wie beschrieben und eigentlich vorteilhaft Ein/aus-Schalter, mehrstufige Schalter und sogar mehrstufige mehrdimensionale Schalter realisiert werden können. Solche Schalter müssen zur Erfassung einer Schalterbetätigung und zur Erzeugung eines eindeutigen, der Schalterposition zuordenbaren Ausgangssignals mit elektrischer Energie versorgt werden. Dabei ist gefordert, dass auch bei abgestelltem Fahrzeug Schalterbetätigungen erkannt werden müssen, obwohl der dazu erforderliche Energieverbrauch für ein abgestelltes Fahrzeug eigentlich unakzeptabel hoch ist.
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Es stellte sich die Aufgabe einen sensorbasierten Schalter zu schaffen, der sich durch eine besonders geringe Ruhestromaufnahme auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zusätzlich zur Positionserfassungssensorik eine Aktivierungsschaltung zur Aktivierung der Positionserfassungssensorik vorgesehen ist, dass die Aktivierungsschaltung einen zusätzlich zur Positionserfassungssensorik vorhandenen Sensor zur Erkennung einer Positionsänderung des Betätigungselements aufweist, und dass eine Ablaufsteuerung vorgesehen ist, die den Sensor zyklisch einschaltet.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2006 054 412 A1 ist ein kontaktloser Schalter mit zwei Magnetfeldsensoren bekannt. Vorgeschlagen wird außerdem ein Stromsparmodus. Bei einer erkannten Positionsänderung des kontaktlosen Schalters wird ein Wecksignal zum Aufwecken eines Mikroprozessors generiert. Nachteilig ist, dass nur ein Stromsparmodus des Mikroprozessors zur Energieeinsparung verwendet wird. Das Dokument offenbart insbesondere keine Maßnahmen, um die Magnetfeldsensorik selbst möglichst energiesparend auszubilden.
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Die nicht vorveröffentlichte deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2007 036 053 A1 beschreibt eine Eingabeanordnung für ein elektronisches Gerät, welche mehrere Sensoren zur Erfassung der Position eines Magneten, welcher beispielsweise an einer Multifunktionswippe angeordnet sein kann, aufweist. Die Eingabevorrichtung kann in mindestens einer eingeschränkter Betriebsart betrieben werden, in der nur eine Untermenge der vorhandenen Sensoren aktivgeschaltet ist. Wenn eine Änderung des Magnetfelds im Bereich der Untermenge der Sensoren erfasst wird, kann eine Auswerteschaltung die Eingabevorrichtung eine Betriebsart bringen, in der alle vorhandenen Sensoren aktivgeschaltet sind. Dadurch wird die Eingabevorrichtung bei Bedarf in einen voll funktionsfähigen Zustand zurückversetzt.
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Erfindungsgemäß ist nun eine Aktivierungsschaltung vorgesehen, die eine Positionsänderung des Betätigungselements erkennen und die Positionserfassungssensorik aktivieren kann. Aktivieren bedeutet hierbei das in Funktion setzen der Positionserfassungssensorik durch Einschalten der Stromversorgung oder durch Überführen von elektronischen Komponenten aus einer funktionell inaktiven aber besonders stromsparenden Betriebsart in eine funktionell aktive Betriebsart.
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Die Aktivierungsschaltung ist, insbesondere im Vergleich zur Positionserfassungssensorik, besonders einfach und darüber hinaus besonders energiesparend aufgebaut. Die Aktivierungsschaltung wird zusätzlich zur eigentlichen Positionserfassungssensorik eingesetzt und besitzt einen Sensor, der nicht zur genauen Erfassung einer Schalterposition vorgesehen ist, sondern lediglich registriert, wenn eine Positionsveränderung des Betätigungselements des Schalters stattgefunden hat. Registriert dieser Sensor eine Positionsveränderung des Betätigungselements, so gibt die Aktivierungsschaltung ein binäres Sensorsignal aus, welches die Positionserfassungssensorik direkt oder indirekt, beispielsweise über einen Mikrocontroller, aktiviert. Die aktivierte Positionserfassungssensorik ermittelt daraufhin die aktuelle Position des Betätigungselements und damit die eingestellte Schaltposition.
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Zur Aktivierungsschaltung gehört eine Ablaufsteuerung, die zumindest den Sensor der Aktivierungsschaltung zyklisch ansteuert. Das aktuell ermittelte Sensorsignal wird dabei jedes Mal durch einen Vergleicher mit einem in einem Analogspeicher abgelegten Sensorsignal verglichen, welches aus dem jeweils vorherigen Messzyklus stammt. Der Vergleicher ermittelt somit, ob sich das Sensorausgangssignal zwischen den Messzyklen verändert hat. Falls dies der Fall ist, erzeugt der Vergleicher ein binäres Signal, welches zur Aktivierung der Positionserfassungssensorik verwendet werden kann.
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Vorteilhaft ist es, wenn zur Aktivierungsschaltung ein Digitalspeicher gehört, in dem dieses binäre Signal bis zum nächsten Messzyklus gespeichert wird.
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Die Aktivierungsschaltung ist dadurch besonders energiesparend, dass zwischen den Messzyklen vergleichsweise lange Pausen vorgesehen sind. Das Messzyklus-Pausenverhältnis kann beispielsweise 1:1000 betragen, was konkret bedeutet, dass auf eine Einschaltzeit von 50 μs eine Pausenzeit von 50 ms folgen kann. Die Aktivierungsschaltung ist somit ca. 99,9% der Gesamtzeit ausgeschaltet, aber dennoch hinreichend oft aktiv, um jede ausreichend große Positionsveränderung des Betätigungselements erkennen zu können.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen und dem nachfolgend anhand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel hervor. Es zeigen in jeweils einer schematischen Darstellung die
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1 ein Blockschaltbild einer Anordnung mit einem sensorbasierten Schalter,
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2 eine schematische Darstellung einer Aktivierungsschaltung.
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Die 1 zeigt eine schematische Schaltungsanordnung mit einem erfindungsgemäßen sensorbasierten Schalter. Der sensorbasierte Schalter 14 weist ein schalthebelartiges Betätigungselement 16 auf, durch dessen Betätigung die Position eines Permanentmagneten 20 gegenüber einer Positionserfassungssensorik 15 und gegenüber einer Aktivierungsschaltung 13 veränderbar ist.
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Die Positionserfassungssensorik 15 hat die Funktion, die jeweilige Position des Betätigungselements 16 bzw. des damit verbundenen Permanentmagneten 20 zu erfassen, und ein dieser Position entsprechendes Positionssignal P zu generieren. Das Positionssignal P wird einem Mikrocontroller 17 zugeführt, der eine dem jeweiligen Positionssignal P entsprechende Funktion ausführt oder auslöst.
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Die Aktivierungsschaltung 13 weist intern einen Sensor 1 auf, der auf Änderungen der Position des Betätigungselements 16 bzw. des Permanentmagneten 20 reagiert und eine erkannte Änderung an seinen Ausgang 12 dadurch anzeigt, dass ein binäres Ausgangssignal D3 einen festgelegten Wert annimmt. Das Ausgangssignal D3 liegt an einem Eingang des Mikrocontrollers 17 an.
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Wie die 1 weiter zeigt, sind nur die Aktivierungsschaltung 13 und der Mikrocontroller 17 direkt mit der Spannungsquelle 19 verbunden, die beispielsweise die Fahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeugs sein kann. Die Positionserfassungssensorik 15 ist über einen steuerbaren Schalter 18 an die Spannungsquelle 19 angeschlossen, dessen Steuereingang mit dem Mikrocontroller 17 verbunden ist.
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Die dargestellte Anordnung funktioniert wie folgt. Solange keine Betätigung des Betätigungselements 16 erfolgt, sind allein die Aktivierungsschaltung 13 und der Mikrocontroller 17 mit der Spannungsquelle 19 verbunden. Der steuerbare Schalter 18 ist geöffnet, da er nicht von dem Mikrocontroller 17 angesteuert wird; daher ist die Positionserfassungssensorik 15 ohne Spannungsversorgung und damit deaktiviert.
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Erfolgt nun eine Betätigung und damit eine Positionsveränderung des Betätigungselements 16, so wird dies durch die Aktivierungsschaltung 13 registriert, welche daraufhin den Wert des binären Ausgangssignal D3 ändert. Der Mikrocontroller 17 erkennt die Änderung des binären Ausgangssignals D3 und steuert daraufhin den steuerbaren Schalter 18 an, welcher die Positionserfassungssensorik 15 mit der Spannungsquelle 19 verbindet. Die dadurch aktivierte Positionserfassungssensorik 15 erfasst die aktuelle Position des Betätigungselements 16, und gibt ein diese Position kodierendes Positionssignal Pan den Mikrocontroller 17, der eine der Position des Betätigungselements 16 entsprechende Funktion ausführt oder einleitet.
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Die Funktionsweise der Aktivierungsschaltung 13 sei im folgenden anhand der 2 erläutert. Die Aktivierungsschaltung 13 weist einen Sensor 1 auf, der ein analoges Sensorsignal A abgibt. Konkret ist der Sensor 1 vorzugsweise als eine integrierte Schaltung ausgeführt, die einen Hallsensorchip 2, sowie eine Stromquelle 3 und einen Verstärker 4 aufweist. Der Hallsensorchip 2 erzeugt eine zur Stärke eines externen Magnetfeld proportionale Spannung, die durch den Verstärker 4 verstärkt wird und am Ausgang des Verstärkers 4 als analoges Sensorsignal A vorliegt.
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Besonders vorteilhaft verwendbar sind Hallsensorchips, die nach dem sogenannten Spinning-Current-Prinzip mit Strom versorgt werden, da durch dieses Prinzip Offset-Spannungen besonders gut kompensiert werden können.
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Statt eines Hallsensors kann alternativ auch ein nach einem anderen physikalischen Wirkprinzip funktionierender Sensor 1 vorgesehen sein, wobei hier vorausgesetzt wird, dass er ein analoges Sensorsignal A abgibt.
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Der Begriff ”analoges Signal” soll in diesem Dokument weit gefasst verstanden werden. Im Gegensatz zu einem ”binären Signal”, welches durch genau zwei mögliche Signalzustände, beispielsweise Spannungswerte, gekennzeichnet ist, soll unter einem analogen Signal hier ein Signal mit einem kontinuierlichen Wertebereich oder auch ein Signal mit mehr als zwei möglichen diskreten Signalwerten verstanden werden.
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Das analoge Sensorsignal A liegt zugleich am Eingang eines Analogwertspeichers 5 sowie auch an einem Eingang eines Vergleichers 6 an. Der Analogwertspeichers 5 ist als Abtast-Halte-Schaltung, auch als Sample-and-Hold-Schaltung bekannt, ausgeführt. Der Ausgang des Analogwertspeichers 5, der den im Analogwertspeichers gespeicherten analogen Spannungswert bereitstellt, liegt an einem weiteren Eingang des Vergleichers 6 an. Der Vergleicher 6 erhält somit als ein erstes Eingangssignal E1 das vom Verstärker 4 ausgegebene aktuelle analoge Sensorsignal A und als ein zweites Eingangssignal E2, ein vom Ausgang des Analogwertspeichers 5 abgegebenes Sensorsignal, welches zu einem früheren Zeitpunkt in den Analogwertspeicher 5 eingeschrieben wurde.
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Die Eingangssignale (E1, E2) des Vergleichers 6 gelangen auf die Eingänge von zwei Komparatoren (7a, 7b). Jeder der beiden Komparatoren (7a, 7b) enthält intern eine Schwellwertschaltung, auch Schmitt-Trigger genannt, die bewirkt, dass am Ausgang des jeweiligen Komparators (7a, 7b) erst dann ein binäres Ausgangssignal erscheint, wenn sich die Eingangsignale (E1, E2) des Komparators (7a, 7b) um wenigstens einen festgelegten Mindestwert voneinander unterscheiden.
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Beide Eingangssignale (E1, E2) liegen einmal an einem invertierenden Eingang und einmal an einem nichtinvertierenden Eingang eines Komparators (7a, 7b) an. Hierdurch spricht, wenn sich die Eingangssignale (E1, E2) betragsmäßig um den vorgenannten Mindestwert unterscheiden, entweder der eine oder der andere Komparator (7a, 7b) an, und zwar abhängig davon, welches der beiden Eingangssignale (E1, E2) den größeren Wert aufweist.
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Die Ausgangssignale der Komparatoren (7a, 7b) werden über einen Verknüpfungsbaustein 8, hier als ein ODER-Gatter ausgeführt, logisch miteinander verknüpft und dann als binäres Ausgangssignal D1 des Vergleichers 6 ausgegeben. Der Vergleicher 6 erfüllt also insgesamt die Funktion, zu überprüfen, ob der Betragswert der Differenz seiner beiden Eingangssignale (E1, E2) einen Mindestwert aufweist oder überschreitet, und in dem Fall, dass dieses zutrifft, ein dies signalisierendes binäres Ausgangssignal D1 zu erzeugen.
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Da, wie bereits erwähnt, die Eingangssignale (E1, E2) des Vergleichers 6 ein aktuell vorliegendes Sensorsignal A des Sensors 1 und ein, im Analogwertspeicher 5 gespeichertes, also zeitlich früheres Sensorsignal des Sensors 1, sind, prüft folglich die Anordnung aus Analogwertspeicher 5 und Vergleicher 6, ob sich zwischenzeitlich eine Veränderung des analogen Sensorsignals A um einen vorgegebenen Mindestbetrag ergeben hat, wobei die Richtung dieser Veränderung unerheblich ist.
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Das binäre Ausgangssignal D1 des Vergleichers 6 kann prinzipiell bereits als Aktivierungssignal für eine andere Schaltungskomponente verwendet werden. Aus praktischen Gründen ist es vorteilhaft, das Ausgangssignal D1 des Vergleichers 6 in einem Binärspeicher 9, auch als Latch bezeichnet, abzulegen. Am Ausgang des Binärspeichers 9 liegt der aktuell eingespeicherte binäre Wert als ein weiteres binäres Ausgangssignal D2 vor.
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Mit dem Ausgang des Binärspeichers 9 kann ein elektronischer Schalterbaustein 11, hier als Transistor dargestellt, verbunden sein. Der Schalterbaustein 11 hat die Funktion, das Ausgangssignal D2 des Binärspeichers 9 zu verstärken, zu invertieren oder als Impedanzwandler zu wirken. Am Ausgang 12 des Schalterbausteins 11 ist somit ein drittes binäres Ausgangssignal D3 abnehmbar.
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Zur zeitlichen Steuerung von Mess- und Pausenzyklen ist eine Ablaufsteuerung 10 vorgesehen, die die beschriebenen Komponenten zyklisch, also in einer vorgegebenen zeitlichen Abfolge wiederkehrend, aktiviert. Aktivierung bedeutet im Fall des Sensors 1 und des Vergleichers 6 die Beaufschlagung mit einer Strom- oder Spannungsversorgung für einen festgelegten Zeitraum.
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Im Gegensatz dazu sind der Analogwertspeicher 5 und der Binärspeicher 9 dauerhaft stromversorgt, damit diese ihren analogen bzw. binären Speicherinhalt halten können. Die Ablaufsteuerung 10 steuert die beiden Speicher (5, 9) in einer festgelegten Abfolge an, um ein Einspeichern des am Eingang des jeweiligen Speichers (5, 9) anliegenden Signals (A, D1) zu triggern.
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Durch eine entsprechende Ausbildung oder Programmierung der Ablaufsteuerung 10 wird sichergestellt, dass in einem Messzyklus zunächst noch der Wert des im vorhergehenden Messzyklus erfassten analogen Sensorsignals im Analogwertspeicher 5 steht, mit dem das aktuell vorliegende Sensorsignal A verglichen wird. Dann steuert die Ablaufsteuerung 10 das Setzen des Binärspeichers 9 und eine Ausgabe des binären Ausgangssignals D2, durch welches der Schalterbaustein 11 praktisch zeitgleich am seinem Ausgang 12 das binäre Ausgangssignal D3 erzeugt.
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Danach bewirkt die Ablaufsteuerung 10 das Abspeichern des aktuellen Sensorsignals A im Analogspeicher 5, so dass dieser Wert im nachfolgenden Messzyklusses verwendet werden kann. Darauf folgend versetzt die Ablaufsteuerung 10 den Sensor 1 in den deaktivierten Zustand, welcher sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass der Hallgenerator 2, der einen erheblichen Anteil des Stromverbrauchs der Aktivierungsschaltung 13 verursacht, abgeschaltet ist. Zusätzlich stromsparend ist es, wenn die Ablaufsteuerung 10 auch den Vergleicher 6 zwischen den Messzyklen abschaltet.
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Nach Ablauf des Pausenzyklus, welcher durch die Ablaufsteuerung 10 kontrolliert wird, beginnt ein neuer Messzyklus. Dadurch dass die Pausenzeiten mit ihrem sehr geringen Stromverbrauch beispielsweise tausend mal länger sind als die Messzyklen, kann der durchschnittliche Stromverbrauch des Sensors 1 auf ca. 5 bis 20 μA reduziert werden.
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Nachfolgend soll nochmals auf die 1 Bezug genommen werden. Die Aktivierungsschaltung 13 kann sehr vorteilhaft in den sensorbasierten Schalter 14 eingebunden werden und zwar unabhängig vom gewählten Wirkprinzip der Positionserfassungssensorik 15. Ist dieses Wirkprinzip bereits ein magnetisches Sensorprinzip, dann kann die Aktivierungsschaltung 13 einfach im Wirkbereich des Magnetfelds des zur Positionserfassungssensorik 15 vorgesehenen Permanentmagneten 20 eingebaut werden.
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Da die Aktivierungsschaltung 13 nur auf zeitliche Veränderungen des Magnetfelds reagiert und nicht auf das Über- oder Unterschreiten absoluter, fester magnetischer Schaltschwellen, kann er unter den auf die Positionserfassungssensorik 15 angepassten Magnetfeldverhältnissen betrieben werden. Die Aktivierungsschaltung 13 benötigt innerhalb eines weiten Betriebsbereichs keinerlei Anpassungen der Magnetfeldstärke und kann deshalb in magnetfeldabhängige sensorische Schalter sehr einfach integriert werden.
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Befindet sich ein System, in welchem ein sensorbasierter Schalter 14 mit einer Aktivierungsschaltung 13 betrieben wird, im Ruhezustand, so schaltet der Mikrocontroller 17 über den steuerbaren Schalter 18 die energieverbrauchende Positionserfassungssensorik 15 ab. Nur die Aktivierungsschaltung 13 mit ihrem äußerst geringen Stromverbrauch wird weiter betrieben. Wenn sich durch manuelle Bedienung des Schalters und Bewegung des Permanentmagneten 20 am Betätigungselement 16 das Magnetfeld ändert, welches den Sensor 1 beaufschlagt, ändert das binäre Ausgangssignal D3 seinen Wert.
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Der Mikrocontroller 17 gibt durch Ansteuerung des steuerbaren Schalters 18 die Energieversorgung für die Positionserfassungssensorik 15 frei, und die Schalterbetätigung wird ordnungsgemäß erfasst. Auf diese Art und Weise können beim Einsatz des sensorbasierter Schalters 14 jederzeit, insbesondere auch bei abgestelltem bzw. ruhendem Kraftfahrzeug Schalterbetätigungen erfasst und notwendige Funktionen ausgelöst werden. Dabei stellt der Einsatz der Aktivierungsschaltung 13 den erforderlich geringen Energieverbrauch im Ruhezustand und gleichzeitig das Erkennen einer Schalterbetätigung zu jedem beliebigen Zeitpunkt sicher.
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Die in der 1 dargestellte Ausführung ist nur rein beispielhaft und kann auf vielfältige Weise variiert werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen. So kann der Mikrocontroller 17, der mit den beschriebenen Auswerte- und Aktivierungsaufgaben sicherlich nicht ausgelastet ist, auch zusätzlich für andere, hier nicht näher festgelegte Aufgaben vorgesehen sein. Der Mikrocontroller 17 kann aber auch als ein integraler Bestandteil des sensorbasierten Schalters 14 vorgesehen sein.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Mikrocontroller 17 selbst in einen stromsparenden Ruhemodus versetzt werden kann oder sich selbsttätig versetzen kann und das binäre Ausgangssignal D3 der Aktivierungsschaltung 13 zugleich eine Aktivierung (”Wecken”) des Mikrocontrollers 17 bewirkt.
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Selbstverständlich kann auch der steuerbare Schalter 18 in den sensorbasierten Schalter 14 integriert sein.
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Die Aktivierungsschaltung 13 kann vorteilhafterweise über weitere, hier nicht dargestellt integrierte, elektronische Funktionsgruppen verfügen wie z. B. eine Spinning-Current-Ansteuerung der Hallsensormessfläche, einen Spannungsregler, der einen Betrieb an einer ungeregelter Versorgungsspannung erlaubt, einen Verpolschutz, einen Überspannungsschutz, einen Kurzschluß- und Überlastschutz, einen ESD-Schutz, sowie Schaltungsstrukturen zum Erreichen bestimmter Anforderungen hinsichtlich Störsicherheit und elektromagnetischer Verträglichkeit.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- (analoger) Sensor
- 2
- Hallgenerator
- 3
- Stromquelle (oder Spining-Current-Ansteuerung)
- 4
- Verstärker
- 5
- Analogwertspeicher (Abtast-Halteschaltung)
- 6
- Vergleicher
- 7a, 7b
- Komparatoren mit Schwellwertschalter
- 8
- Verknüpfungsbaustein (Oder-Gatter)
- 9
- Binärspeicher
- 10
- Ablaufsteuerung
- 11
- Schalterbaustein
- 12
- Ausgang (des Schalterbausteins 11)
- 13
- Aktivierungsschaltung
- 14
- sensorbasierter Schalter
- 15
- Positionserfassungssensorik
- 16
- Betätigungselement
- 17
- Mikrocontroller
- 18
- steuerbarer Schalter
- 19
- Spannungsquelle
- 20
- Permanentmagnet
- A
- analoges Sensorsignal
- D1, D2, D3
- binäres (Ausgangs)Signal
- E1, E2
- Eingangssignale
- P
- Positionssignal
