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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE
ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung ist eine teilweise Fortsetzung der anhängigen nicht vorläufigen US-Anmeldung
mit der Seriennummer 11/852,471, die am 10. September 2007 eingereicht
wurde und hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die
folgende Beschreibung betrifft allgemein Widerstandskaskadennetzwerke,
und sie betrifft insbesondere eine Widerstandskaskade zur Verwendung
in einem Fahrzeug.
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HINTERGRUND
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Widerstandskaskadennetzwerke
umfassen typischerweise eine Vielzahl von Widerständen und eine
Vielzahl von Schaltern, die derart angeordnet sind, dass das Schließen eines
beliebigen der Schalter 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 Widerstandskaskade wird entweder
für den
hohen Widerstandwert oder den niedrigen Widerstandswert im Spannungsteilernetzwerk
eingesetzt.
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Auf
diese Weise ist der Widerstandswert des Netzwerks eine Variable
und wird in Abhängigkeit von
dem gewählten
Status des Schalters einen einzigartigen Widerstandswertbereich
aufweisen. Die Ausgangsspannung des Spannungsteilers zeigt somit
an, dass irgendwelche, falls überhaupt,
der Schalter geschlossen sind (z. B. eine Schalterwahl eines Bedieners).
Widerstandskaskadennetzwerke werden aufgrund ihrer Flexibilität bei der
Implementierung und der Kostenersparnisse in Fahrzeuganwendungen
zunehmend genutzt.
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Es
ist wünschenswert,
eine Widerstandskaskade und eine Schaltschnittstelle zu implementieren, die
eine erhöhte
Zuverlässigkeit
und Genauigkeit bereitstellen können.
Darüber
hinaus werden weitere wünschenswerte
Merkmale und Eigenschaften aus der nachfolgenden genauen Beschreibung
und den beigefügten
Ansprüchen
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und dem vorstehenden
technischen Gebiet und Hintergrund offenbar werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es
wird eine Schaltschnittstelle zur Verwendung in einem Fahrzeug bereitgestellt.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform
umfasst die Schaltschnittstelle einen Empfänger und eine Schalteranordnung.
Der Empfänger
kann einen Eingangsknoten, eine mit dem Eingangsknoten elektrisch
gekoppelte geregelte Leistungsversorgung und einen Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler)
umfassen, der zum Messen eines Spannungspotentials zwischen dem
Eingangsknoten und der Masse des Empfängers ausgestaltet ist. Die
Schalteranordnung kann einen ersten Widerstand, der mit dem Eingangsknoten des
Empfängers
elektrisch gekoppelt ist, wobei der erste Widerstand einen ersten
Widerstandswert aufweist, einen ersten Schalter, der zwischen den
ersten Widerstand und eine Masse der Schalteranordnung elektrisch
gekoppelt ist, einen zweiten Widerstand, der mit dem ersten Widerstand
und dem ersten Schalter elektrisch gekoppelt ist, wobei der zweite Widerstand
einen zweiten Widerstandswert aufweist, und einen zweiten Schalter
umfassen, der zwischen den zweiten Widerstand und die Masse der
Schalteranordnung gekoppelt ist.
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Der
erste und zweite Widerstandswert können derart gewählt sein,
dass die Schalteranordnung für
jeden Schalter einen separaten Schalteranordnungsstatus mit einem
zugehörigen
Spannungspotential aufweist, das zwischen dem Eingangsknoten und
der Masse für
jeden der Schalteranordnungsstati gemessen wird.
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Es
wird ein Verfahren zum Entwerfen einer Schaltschnittstelle bereitgestellt.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform
umfasst die Schaltschnittstelle: einen Empfänger und eine Schalteranordnung mit
mehreren Widerstanden und mehreren Schaltern, wobei der Empfänger umfasst:
einen Eingangsknoten, eine mit dem Eingangsknoten elektrisch gekoppelte
geregelte Leistungsversorgung und einen Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler), der zum
Messen eines Spannungspotentials zwischen dem Eingangsknoten und
der Masse des Empfängers
ausgestaltet ist. Das Verfahren umfasst, dass Komponentenwerte für den Empfänger empfangen
werden, Schwankungstoleranzen für
die Komponentenwerte für
die Schaltschnittstelle empfangen werden und Parameter empfangen
werden, welche eine Gesamtanzahl von Widerständen in der Schalteranordnung,
eine Gesamtanzahl von Schaltern in der Schalteranordnung, Schalterstatusspannungsbereiche und
Totzonenspannungsbereiche zwischen Schalterstati der Schalteranordnung
umfassen.
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Das
Verfahren umfasst auch, dass Werte der Widerstände in der Schalteranordnung
eingestellt werden, dass Schalterstatusspannungsbereiche auf der
Grundlage der eingestellten Widerstandswerte und der Schwankungstoleranzen
für die
Komponentenwerte berechnet werden, dass ermittelt wird, ob die Schaltschnittstelle
mit den eingestellten Widerstandswerten innerhalb der Parameter
liegt und dass das Einstellen von Widerstandswerten fortgesetzt wird,
bis die Schaltschnittstelle die Parameter erfüllt.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ein
vollständigeres
Verständnis
des Gegenstands kann durch Bezugnahme auf die genaue Beschreibung
und die Ansprüche
abgeleitet werden, wenn sie in Verbindung mit den folgenden Figuren betrachtet
werden, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen,
und
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Fahrzeuglenkrads mit Tasten gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
ist;
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2 ein
Schaltplan einer beispielhaften Schaltschnittstelle ist;
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3 ein
Schaltplan einer beispielhaften Schaltschnittstelle mit zwölf Schaltern
ist;
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4 eine
Tabelle beispielhafter Werte und Toleranzen für Ausführungsformen einer Schaltschnittstelle
ist;
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5 eine
Tabelle beispielhafter Kalibrierungswerte für Ausführungsformen einer Schaltschnittstelle
von 4 ist;
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6 eine
Tabelle beispielhafter Werte und Toleranzen für Ausführungsformen einer Schaltschnittstelle
mit Totzonenspannungsbereichen ist;
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7 eine
Tabelle beispielhafter Kalibrierungswerte ist, welche Totzonenspannungsbereiche für Ausführungsformen
einer Schaltschnittstelle von 6 umfassen;
und
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8 ein
Flussablaufplan eines beispielhaften Verfahrens zum Entwerfen einer
Schaltschnittstelle ist.
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BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
folgende genaue Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und ist
nicht dazu gedacht, die Erfindung oder die Anwendung und Verwendungsmöglichkeiten
der Erfindung einzuschränken.
Darüber
hinaus besteht keine Absicht, durch irgendeine explizite oder implizite
Theorie gebunden zu sein, die in dem vorstehenden technischen Gebiet,
dem Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der folgenden genauen
Beschreibung dargestellt ist.
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Bei
einer Ausführungsform
ist eine Anordnung von Tasten in einem Tastenfeld (oder mehreren Tastenfeldern)
in einer Lenkradanordnung, die mit Schaltern verbunden ist, platziert.
Statt mehrere Drähte
zur Verbindung mehrerer Schalter mit einem Prozessor zu verwenden,
kann eine Schalteranordnung implementiert sein, die relativ wenige
Drähte
für elektrische
Verbindungen von einem allgemeinen Ort, wie etwa der Lenkradanordnung,
verwendet. Der Einfachheit halber wird sich die folgende Erörterung primär auf eine
Schalteranordnung in einem Lenkrad konzentrieren; jedoch können die
nachstehend erörterten
Prinzipien auf andere Schalter anordnungen in anderen Bereichen angewendet
werden, wie etwa auf eine Bedienerdachkonsole zum Bedienen eines Sonnendachs
und anderer Objekte, eine Armaturenbrettkonsole, eine Lenksäulenkonsole
zum Bedienen von Schaltern, die mit der Lenksäule verbunden sind, sowie Schalteranordnungen
in anderen Bereichen zum Bedienen anderer Systeme.
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Ein
Problem beim Implementieren einer Widerstandskaskadenschaltanordnung
besteht darin, dass sich die tatsächlichen Widerstandswerte in
einer Widerstandskaskade und andere Komponenten in einem System,
das mit der Widerstandskaskade verbunden ist, vom Nennwert unterscheiden
können und
sich im Lauf der Zeit verändern
können,
wodurch sie die Ausgangsspannung bei einem geschlossenen Schalter
verändern.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform
ist ein System mit Schalterstati und kalibrierten Bereichen implementiert,
welche Schwankungen bei Widerstandswerten und andere Systemschwankungen
tolerieren können.
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Eine
Schaltschnittstelle kann so implementiert sein, dass sie eine Spannung
mit Bezug auf den Status einer Schalteranordnung interpretiert.
Ein Empfängermodul
kann eine Referenzspannung mit einem Spannungsabfall infolge eines
speziellen Status der Schalteranordnung vergleichen. Ein Satz verschiedener
Bereiche, wie etwa Spannungsvergleichsbereiche, kann einen Status
der Schalteranordnung anzeigen. Die Schalteranordnung kann mit dem
Empfänger
gekoppelt sein. Die Schaltschnittstelle ermöglicht, dass eine einzige Schalteranordnung
mehrere Schalter mit einer relativ niedrigen Anzahl von Verbindungsdrähten umfasst.
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1 ist
eine isometrische Ansicht einer Lenkradanordnung 100, die
in einem Fahrzeug 102 eingesetzt ist. Eine Bedienerschnittstelle
umfasst bei der beispielhaften Ausführungsform zwölf Tasten K0–K11, die
in einem Abschnitt der Lenkradanordnung 100 eingesetzt
sind. Die Tasten K0- K11
können in
verschiedene Schaltergruppen aufgeteilt sein und jede Schaltergruppe
kann ein anderes Fahrzeugmerkmal oder verschiedene Aspekte des gleichen Fahrzeugmerkmals
steuern. Wie in 1 gezeigt ist, können beispielsweise
die Tasten K1–K5
in einer Tastengruppe 104 für die linke Hand eingesetzt
sein und zum Steuern des Audiosystems des Fahrzeugs ausgestaltet
sein, die Tasten K6–K9
können
in einer Tastengruppe 106 für die rechte Hand eingesetzt
sein und zum Steuern eines fahrzeugeigenen Telefonsystems ausgestaltet
sein, und die Tasten K10, K11 und K0 können in einer oberen Tastengruppe 108 eingesetzt
sein und zum Steuern eines Geschwindigkeitsregelungssystems ausgestaltet
sein. Die Tasten (K0–K11)
können
in anderen Anordnungen und in anderen Gruppierungen oder Gruppen
angeordnet sein. Es können
auch zusätzliche
Tasten verwendet werden, um andere Merkmale zu steuern. Wie nachstehend
ausführlicher
erläutert
wird, können
die Tasten K0–K11
von einem geeigneten fahrzeugeigenen Prozessor überwacht werden (z. B. einem
Prozessor, der dem Karosseriesteuerungsmodul des Fahrzeugs, dem
Radio, dem Armaturenbrett usw. zugeordnet ist), um zu ermitteln,
ob ein Anwender (z. B. ein Fahrer des Fahrzeugs 102) irgendeine
der Tasten in der Gruppe 104, der Gruppe 106,
der Gruppe 108 und/oder in einer anderen Gruppe gedrückt oder
aktiviert hat. Die Tasten K0–K11
können
verbunden sein, um Schalter zu aktivieren, sodass ein Schalter geschlossen
wird, wenn eine Taste gedrückt
wird und ein Prozessor den geschlossenen Schalterstatus erkennen
kann.
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2 veranschaulicht
als Schaltplan eine beispielhafte empfängergeregelte Schalterschnittstelle 10 mit
fünf Volt
(5 V), die im Fahrzeug 102 eingesetzt werden kann. Es werden
verschiedene sowohl konstante als auch variable Versorgungsspannungen
(z. B. drei Volt) in Betracht gezogen. Die Schalterschnittstelle 10 umfasst
eine Widerstandskaskadenschalteranordnung 18, die mit einem
Empfängermodul 14 gekoppelt
ist, das Span nungsvergleiche durchführt, um einen jeweiligen Status
von eingebauten Schaltern (SW0–SWn)
im Kaskadennetzwerk (z. B. Widerstände R1–Rn) zu ermitteln. Das Empfängermodul 14 umfasst
einen Prozessor 35, der eine Analog/Digital-Wandlung (A/D-Wandlung)
verwendet, um die jeweiligen Spannungsvergleiche durchzuführen. Die
Spannungsvergleiche vergleichen eine Referenzspannung (die im gegenwärtigen Fall
geregelt ist) mit einer gefilterten Eingangsspannung über dem
Kaskadennetzwerk (z. B. Widerstände
R1, R2 bis Rn). In Abhängigkeit
von der wahrgenommenen Spannung kann eine Reihe vorbestimmter Schalterstati
im Prozessor 35 des Empfängermoduls 14 registriert
werden.
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Die
Schalteranordnung 18 kann eine beliebige Anzahl von Widerstanden
und Schaltern aufweisen. 2 zeigt einen Widerstand Rn
als den Widerstand, der am weitesten vom Eingangsknoten 30 entfernt
in Reihe verbunden ist. Es können
zusätzliche Widerstände umfasst
sein, wobei ”n” bei ”Rn” die Gesamtanzahl
von Widerständen
in der Schalteranordnung 18 darstellt. Auf ähnliche
Weise kann die Schalteranordnung 18 zusätzliche Schalter umfassen,
die der Anzahl von Widerständen
zugeordnet sind.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform
ist eine Spannungsversorgungsreglereinrichtung 20 mit 5
V in das Empfängermodul 14 eingebaut,
die eine Fahrzeugversorgungsspannung durch einen Anschluss 22 empfängt. Die
Fahrzeugversorgungsspannung kann eine Versorgungsspannung sein, welche
die Batterie eines herkömmlichen
elektrischen Kraftfahrzeugsystems mit zwölf Volt umfasst. Bei der beispielhaften
Ausführungsform
wird die Fahrzeugversorgungsspannung dann durch einen Versorgungsschalter 24 und
durch einen Pull-up-Widerstand 26 an den Eingangsknoten 30 geliefert.
Der Eingangsknoten 30 kann durch einen Leiter 46 mit
einem Eingangs/Ausgangs-Anschluss der Schalteranordnung 18 elektrisch
verbunden sein.
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Der
Empfänger 14 kann
die Spannungsunterschiede interpretieren, wenn einer der Schalter (SW0–SWn) geschlossen
ist. Bei der beispielhaften Ausführungsform
ist der Leiter 46 mit einem Eingangs/Ausgangs-Anschluss des Empfängers 14 gekoppelt.
Wie gezeigt umfasst der Empfänger 14 einen
Prozessor 35, der einen Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) 37 umfassen
kann. Der A/D-Wandler 37 ist mit der Schalteranordnung 18 durch
ein RC-Netzwerk gekoppelt, das Widerstände 28 und Kondensatoren 34 und 36 umfasst.
Ein Eingangsanschluss 38 des Wandlers 37 vergleicht
die Eingangsspannung mit einer positiven und negativen Spannungsreferenz 40 und 42 (in
diesem Fall +/–5
V), die auch mit einer Masse 44 gekoppelt ist. Bei einer
Ausführungsform
wird eine ungefilterte Eingangsspannung von der Schalteranordnung 18 zwischen
dem Eingangsknoten 30 und der Empfängermasse 44 empfangen.
Eine gefilterte Eingangsspannung liegt zwischen dem Eingangsanschluss 38 und
der Empfängermasse 44 an
und ist durch ein RC-Netzwerk aus dem Widerstand 32 und
dem Kondensator 34 gefiltert. Die Kalibrierungswerte können auf
der gefilterten Eingangsspannung am Eingangsanschluss 38 beruhen,
die eine Spannung ist, die vom A/D-Wandler 37 gelesen wird.
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Bei
der in 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform
werden von der 5 V-Versorgung 20 positive und negative
Referenzen 40 und 42 bereitgestellt. Bei anderen
Ausführungsformen
werden positive und negative Referenzen von einer separaten Spannungsversorgung
bereitgestellt, die von der geregelten 5 V-Versorgung 20 getrennt
ist. Bei der beispielhaften Ausführungsform
toleriert die Schalterschnittstelle 10 eine Spannungsdifferenz
zwischen einer ersten Leistungsversorgung und einer zweiten Leistungsversorgung
von bis zu etwa 20 mV. Wenn zwei Leistungsversorgungen verwendet
werden, ist die Spannung an Schalter 24 eine Versorgungsspannung
und kann sich von einer Referenzspannung unterschei den, die zwischen
der positiven Spannungsreferenz 40 und der negativen Spannungsreferenz 42 bereitgestellt
ist.
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Der
Wandler 37 empfängt
die gefilterte Eingangsspannung und die Spannungsreferenzwerte, wobei
er die gefilterte Eingangsspannung am Eingangsanschluss 38 in
ein digitales Signal umsetzt, das zur digitalen Verarbeitung geeignet
ist. Der Prozessor 35 verwendet die digitalen Darstellungen
der gefilterten Eingangsspannung relativ zu den Spannungsreferenzwerten,
um ein Spannungskompensationsverhältnis zu ermitteln, das einen
geschlossenen Schalter in der Schalteranordnung 18 anzeigt. Ein
spezieller geschlossener Schalter entspricht einem speziellen Spannungskompensationsverhältnis, das
vom Wandler 37 wahrgenommen wird. Wieder mit Bezug auf 2 wird
beispielsweise ein Spannungskompensationsverhältnis (z. B. das Verhältnis der
Referenzspannung zu der gefilterten über das Kaskadennetzwerk wahrgenommenen
Eingangsspannung) vom Empfänger 14 registriert,
wenn der Schalter SW1 geschlossen ist. Bei der beispielhaften Ausführungsform
vergleicht der Empfänger 14 das an
einem speziellen Augenblick wahrgenommene Verhältnis mit einem Verhältnisbereich,
der im Speicher gespeichert ist, um zu bestimmen, dass der Schalter
SW1 geschlossen ist.
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Wieder
mit Bezug auf 2 umfasst eine Ausführungsform
drei Widerstände
(z. B. die Widerstände
R1, R2 und Rn, wobei Rn der Widerstand R3 ist), die für eine Detektion
von zwei, drei oder vier Stati in der Schalteranordnung 18 sorgen,
die von zwei, drei oder vier Tasten (z. B. den Tasten K0–K3) auf
der Grundlage der Konfiguration der Schalteranordnung 18 betätigt werden.
Wenn zwei Schalter und zwei Tasten mit drei Widerständen in
der Schalteranordnung 18 verwendet werden, kann beispielsweise der
Schalter SW0 offen bleiben und nicht mit einer Taste verbunden sein,
sodass der Empfänger 14 einen
Massekurzschluss am Eingangsknoten 30 als einen Fehlerstatus
und nicht als einen geschlossenen Schalter interpretiert. Die Schalter
SW1 und SW2 können
mit Tasten, etwa K1 und K2 auf der Lenkradanordnung 100 (1)
verbunden sein.
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Eine
Ausführungsform
mit drei Widerständen ist
so ausgestaltet, dass der Schalter SW3 (als Schalter SWn) weggelassen,
kurzgeschlossen oder geschlossen gehalten wird, sodass R3 (Rn) mit
einer Masse 62 der Schalteranordnung verbunden ist. Der Empfänger 14 kann
dann einen Status, wobei R1, R2 und R3 zwischen dem Eingangsknoten 30 und
der Masse 62 der Schalteranordnung in Reihe verbunden sind,
als einen Status interpretieren, bei dem alle verfügbaren Schalter
offen sind (keine Tasten gedrückt).
Diese Konfiguration ermöglicht
eine Schaltungsunterbrechungsfehleranalyse des Verbinders 46.
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Wenn
die Schalteranordnung 18 mit einer Konfiguration verwendet
wird, die drei Widerstände und
drei Tasten aufweist, dann kann SW0 weggelassen werden und SWn kann
mit einer Taste, etwa der Taste K3 verwendet werden. Alternativ
kann der Schalter SW0 mit dem mit Masse verbundenen Widerstand R3
(Rn) verwendet werden, um für
drei Schaltstati mit drei Widerstanden in der Schalteranordnung 18 zu
sorgen. Wenn die Schalteranordnung 18 mit drei Widerständen und
vier Schaltern verwendet wird, dann können sowohl SW0 als auch SW3 (SWn)
als Schalter verwendet werden, etwa als Schalter, die mit den Tasten
K0 und K3 verbunden sind, die für
einen Fahrer des Fahrzeugs 102 verfügbar sind. Auf die gleiche
Weise wie in dem vorstehend erörterten
Beispiel kann die Schalteranordnung 18 mit mehr oder weniger
Widerstanden und mit oder weniger verfügbaren Schaltern als Widerstanden konfiguriert
sein.
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Bei
beispielhaften Ausführungsformen
können
verschiedene Anzahlen von Widerstanden verwendet werden, wie etwa
von zwei bis zwölf
Widerstän den,
wobei jeder Widerstand einen Nennwiderstandswert in einem Bereich
aufweist. Diese Werte können
gewählt
sein, um mehrere Schaltstati auf der Grundlage von Spannungen zu
erzeugen, die am Eingangsanschluss 38 in Ansprechen auf
verschiedene Tastendrücke
empfangen werden. Die Nennwiderstandswerte können auf der Grundlage von
Faktoren gewählt
sein, welche die am Eingangsanschluss 38 gemessene Spannung,
wenn alle Schalter offen sind, die Gesamtanzahl verwendeter Widerstände, die
Masserückführungskonfiguration,
Kalibrierungsbereiche für
gemessene Spannungen sowie andere Faktoren umfassen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform,
bei der zwei oder mehr Widerstände
verwendet werden, weist der erste Widerstand einen ersten Widerstandswert
zwischen etwa 40 Ohm und 230 Ohm auf und der zweite Widerstand weist
einen zweiten Widerstandswert zwischen etwa 40 Ohm und 1870 Ohm
auf. Wenn drei oder mehr Widerstände
verwendet werden, kann ein dritter Widerstand einen dritten Widerstandswert
zwischen etwa 50 Ohm und etwa 1870 Ohm aufweisen. Wenn vier oder
mehr Widerstände
verwendet werden, kann ein vierter Widerstand einen vierten Widerstandswert zwischen
etwa 60 Ohm und etwa 2100 Ohm aufweisen. Wenn fünf oder mehr Widerstände verwendet werden,
kann ein fünfter
Widerstand einen fünften Widerstandswert
zwischen etwa 80 Ohm bis etwa 1870 Ohm aufweisen. Wenn sechs oder
mehr Widerstände
verwendet werden, kann ein sechster Widerstand einen sechsten Widerstandswert
zwischen etwa 110 Ohm und etwa 1870 Ohm aufweisen. Wenn sieben oder
mehr Widerstände
verwendet werden, kann ein siebter Widerstand einen siebten Widerstandswert
zwischen etwa 150 Ohm und etwa 1870 Ohm aufweisen. Wenn acht oder
mehr Widerstände verwendet
werden, kann ein achter Widerstand einen achten Widerstandswert
zwischen etwa 220 und etwa 1910 Ohm aufweisen. Wenn neun oder mehr Widerstände verwendet
werden, kann ein neunter Widerstand einen neunten Widerstandswert
zwischen etwa 320 Ohm und etwa 1870 Ohm aufweisen. Wenn zehn oder
mehr Widerstände verwendet
werden, kann ein zehnter Widerstand einen zehnten Widerstandswert
zwischen etwa 520 Ohm und etwa 2050 Ohm aufweisen. Wenn elf oder
mehr Widerstände
verwendet werden, kann ein elfter Widerstand einen elften Wert zwischen
etwa 950 Ohm und etwa 2370 Ohm aufweisen. Ein zwölfter Widerstand kann einen
zwölften
Widerstandswert von etwa 2260 Ohm aufweisen. Bei den beispielhaften
Ausführungsformen
sind die Widerstandswerte miteinander koordiniert, um geeignete
Spannungsbereiche zwischen Widerstandsstati bereitzustellen.
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Eine
Schwankung bei Systemwiderstandswerten, wie etwa einem Schaltkontaktwiderstandswert
der Schalter SW1–SWn,
einem Widerstandswert des Leistungsschalters (Schalter 24)
am Pull-up-Widerstand und dem Kabelbaumwiderstandswert (Leiter 46)
sowie bei irgendeinem anderen Widerstandswert, kann Veränderungen
bei der Spannung bewirken, die vom A/D-Wandler 37 gemessen
wird. Wenn die gemessenen Spannungsschwankungen die kalibrierten
Bereiche für
die Schalteranordnungsstati überschreiten,
dann kann der Prozessor 35 eine falsche Ermittlung des
Schalteranordnungsordnungsstatus aufweisen. Bei der beispielhaften
Ausführungsform
toleriert die Schalterschnittstelle 10 eine Schwankung
bei Systemwiderstandswerten aufgrund von Netzwerkkomponenten, etwa
Anstiege bei den Schalterwiderstandswerten (Schalter SW–SWn) im
Lauf der Zeit, auf robuste Weise. Beispielsweise können Schalterkontakte
in der Schalteranordnung 18 einen Kontaktwiderstandswert
von bis zu 100 Ohm aufweisen. Der Widerstandswert des Leistungsschalters
(Schalter 24) am Pull-up-Widerstand des Empfängers kann
von null Ohm bis 10 Ohm reichen. Der Kabelbaumwiderstandswert kann
zwischen null und ein Ohm variieren. Der Kabelbaumwiderstandswert
besteht zusätzlich
zum Schalteranordnungswiderstandswert und zum Leistungsschalterwiderstandswert.
Bei verschiedenen Ausführungsformen
kann die Schalterschnittstelle 10 Schalterströme aufweisen,
die von etwa 1 mA bis etwa 18 mA reichen. Höhere Ströme können sich ergeben, wenn der
Eingangsknoten 30 mit Masse kurzgeschlossen ist (z. B.
mit Schalter SW0). Zudem toleriert die Schalterschnittstelle 10 Kurzschlussspannungen
ohne fälschlich
Schaltstati zu registrieren. Zum Beispiel kann bei verschiedenen Ausführungsformen
der Empfänger 14 einen
Fehlerstatus mit einem teilweisen Massekurzschluss am Eingangsknoten 30 erfahren.
Der teilweise Massekurzschluss kann zu einer Spannung von bis zu
etwa einem Volt führen,
die am Eingangsanschluss 38 gemessen wird, ohne dass unangemessene
Schalteranordnungsstati registriert werden. Bei anderen Ausführungsformen
kann die Toleranz für
eine Spannung aufgrund eines Kurzschlusses eine höhere oder niedrigere
Spannung als ein Volt sein.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst die Schalteranordnung 18 eine lokale Masse 62 der Schalteranordnung,
die etwa durch ein Fahrwerk des Fahrzeugs mit einer gemeinsamen
elektrischen Masse verbunden ist. Der Empfänger 14 kann eine
Empfängermasse 44 aufweisen,
die ebenfalls mit einer gemeinsamen elektrischen Masse verbunden
ist, um dadurch eine indirekte elektrische Verbindung zwischen der
Empfängermasse 44 und
der Schalteranordnungsmasse 62 bereitzustellen. Durch die
Verwendung einer indirekten Masse durch eine gemeinsame Masse, wie
etwa ein Fahrwerk des Fahrzeugs, können ein zusätzlicher
Widerstandswert und/oder eine zusätzliche Spannung als eine Spannungsänderung
am Eingangsknoten 30 detektiert werden. Bei der beispielhaften
Ausführungsform
ist die Schalterschnittstelle 10 konzipiert, um eine Spannungsdifferenz
von bis zu etwa einem Volt aufgrund des indirekten Massepfads zu
tolerieren. Ein beispielhafte Schalteranordnung 18, die
nur einen direkten elektrischen Leiter 46 benötigt, weist
den Vorteil von Kostenersparnissen beim Draht sowie einer verringerten Größe bei elektrischen
Zwischenverbindungen auf, etwa denjenigen, die bei Fahrzeuglenkrädern und Kabelbaumverbindungen üblich sind.
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Bei
einer Ausführungsform
ist die Schalterschnittstelle 10 mit einer indirekten Masseverbindung
zwischen der Schalteranordnung 18 und dem Empfänger 14 ausgestaltet
und wird mit Tasten (z. B. den Tasten K0–K11) in der Lenkradanordnung 100 verwendet.
In der Lenkradanordnung 100 können auch zusätzliche
Einrichtungen verwendet werden, wie etwa eine weitere Schalterschnittstelle,
ein Hupenbetätigungsschalter,
ein Luftsack, eine Lenkradheizung und/oder andere Einrichtungen.
Einige oder alle Einrichtungen in der Lenkradanordnung 100 können eine
Masseverbindung gemeinsam nutzen, die mit dem Fahrwerk des Fahrzeugs
oder einer anderen gemeinsamen Masse verbunden ist, um die Anzahl der
elektrischen Verbindungen zu verringern, die zwischen einer Lenksäule und
der Lenkradanordnung 100 benötigt werden. Bei anderen Ausführungsformen
ist die Schalterschnittstelle 10 mit einem direkten elektrischen
Masseleiter 49 implementiert, der die Schalteranordnungsmasse 62 mit
der Empfängermasse 44 koppelt,
wie in 3 gezeigt ist.
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Mit
Bezug auf 3 ist eine beispielhafte Schalterschnittstelle 10 mit
zwölf Widerständen (R1–R12) und
zwölf Schaltern
(SW1–SW12)
gezeigt. Bei der beispielhaften Ausführungsform werden die zwölf Schalter
(SW1–SW12)
von zwölf
Tasten (K0–K11)
an der Lenkradanordnung 100 (1) betätigt. Bei
der in 3 gezeigten beispielhaften Ausführungsform
detektiert der Empfänger 14 immer
nur einen geschlossenen Schalter, wobei die Schalter mit niedrigerer
Nummer die höchste
Priorität
aufweisen. Bei der beispielhaften Ausführungsform schließt ein Drücken jeder
der zwölf
verschiedenen Tasten (K0–K11)
jeden der zwölf
verschiedenen Schalter (SW1–SW12)
und führt
auch zu zwölf
unterschiedlichen Spannungen am Eingangsanschluss 38.
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Bei
der beispielhaften Ausführungsform empfängt der
Eingangsanschluss 38 des A/D-Wandlers 37 die Spannung
mit Bezug auf eine der zwölf Tasten.
Der A/D-Wandler 37 kann Teil des Prozessors 35 sein,
der mit einem Speichermodul 80, das eine Datentabelle enthält, in Kommunikationskopplung
steht. Der Prozessor 35 kann mit dem Speichermodul 80 gekoppelt
sein, das eine geeignete Software- und/oder Firmwarelogik zur Ermittlung
des Status der Schalteranordnung 18 enthält. Die
Datentabelle im Speichermodul 80 kann beispielsweise verwendet werden,
um die gedrückte
Taste und/oder den geschlossenen Schalter unter Verwendung einer
Nachschlagetabelle mit der Spannung zu korrelieren, die am Eingangsanschluss 38 gemessen
wird. Das Speichermodul 80 kann ein beliebiger Speicher
sein, etwa ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff, ein Flash-Speicher, ein Festwertspeicher,
ein Trommelspeicher, ein Magnetkernspeicher, ein Blasenspeicher,
ein Twistor-Speicher und/oder andere Typen von magnetischem oder
nichtmagnetischem Speicher.
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In 4 ist
eine Tabelle mit beispielhaften Schaltungswerten für die in 2 und 3 dargestellte
Schalterschnittstelle 10 gezeigt. 4 ist in drei
Sektionen 402, 404 und 406 unterteilt.
Die Sektion 402 zeigt beispielhafte Widerstandswerte für die Widerstandskaskadenschalteranordnung 18, 404 zeigt
beispielhafte Komponentenwerte und Toleranzen für den Empfänger 14 und 406 zeigt
beispielhafte Werte und Toleranzen für das System der Schalterschnittstelle 10.
Beispielhafte Werte für
die Schalteranordnung 18 sind zuerst in Sektion 402 veranschaulicht,
die Ausführungsformen 408A–408K mit zwei
bis zwölf
Widerstanden (R1–R12)
in der Schalteranordnung 18 zeigt. Beispielhafte Werte
der Widerstände
R1–R12
sind in 4 für jede der beispielhaften Ausführungsformen
gezeigt. Jede der Ausführungsformen
weist einen Bereich von Funktionen oder Stati (z. B. Tasten K0–K11) auf,
der mit der beispielhaften Ausführungsform
verwendet werden kann, wie durch die vertikalen Spalten 408A–K in
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4 abgebildet
ist. Wenn, wie vorstehend erörtert
wurde, der Kurzschlussschalter SW0 verwendet wird, können die
Schaltstati einer mehr als die Anzahl der Widerstände sein.
Wenn, wie auch vorstehend erörtert
wurde, der Widerstand, der vom Eingangsknoten 30 in Reihe
am weitesten entfernt ist, mit Masse verbunden ist und kein Kurzschlussschalter
verwendet wird, dann kann die Anzahl der Schaltstati um eins weniger
als die Anzahl der Widerstände
sein. In anderen Ausführungsformen
können Anordnungen
verwendet werden, um eine andere Anzahl von Schaltstati zu erzeugen.
Die Werte und Toleranzen in 4 beruhen
auf dem in 2 und 3 gezeigten
beispielhaften Konzept. Änderungen
beim beispielhaften Konzept von 2 und 3 führen zu
anderen Werten für
die beispielhaften Ausführungsformen
von Widerständen
und Toleranzen in 4.
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Bei
den in 4 gezeigten beispielhaften Ausführungsformen
sind Empfängerwerte
und Toleranzen in der Sektion 404 der Tabelle gezeigt.
In der Sektion 404 umfassen Empfängerwerte etwa 280 Ohm für den Pull-up-Widerstand 26 (Rpu),
etwa 49,9 kOhm für
den Pull-down-Widerstand 28 (Rpd), etwa 10 kOhm für den Widerstand 32 (Rad),
zwischen etwa 0–10
Ohm für
den Widerstandswert des Schalters 24 (Rpu_sw) und Kapazitäten von
etwa 100 Nanofarad für
den Kondensator 34 (Cad) und etwa 10 Nanofarad für den Kondensator 36 (Cin).
In 4 können
die Ausführungsformen 408A–408K alle
mit einem Empfänger
verwendet werden, der die Werte wie erörtert aufweist.
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Die
beispielhafte Ausführungsform
kann eine oder mehrere Leistungsversorgungen, etwa die 5 V-Leistungsversorgung 20 aufweisen.
Wenn die Spannung einer beliebigen der Leistungsversorgungen nicht
gleich der Nennspannung ist, kann bei der Messung durch den A/D-Wandler 37 ein
resultierender Fehler wahrgenommen werden. Jede Leistungsversorgung
in der beispielhaften Ausführungsform kann
eine Spannung innerhalb etwa vier Prozent der Nennspannung aufweisen,
was in der Sektion 404 als 5 V-Versorgungsfehler aufgelistet
ist. Die beispielhafte Ausführungsform
kann auch eine Differenz bei den tatsächlichen Werten verschiedener
Leistungsversorgungen tolerieren. Bei einer beispielhaften Ausführungsform
empfängt
der Prozessor 35 Leistung von einer von der 5 V-Leistungsversorgung 20 getrennten
Leistungsversorgung und toleriert bis zu etwa 20 mV Unterschied
zwischen den Spannungen von den separaten Leistungsversorgungen,
was als 5 V-Nachführfehler
aufgelistet ist, während
ein geeigneter Lesewert von dem A/D-Wandler mit Bezug auf den Status
der Schalteranordnung 18 bereitgestellt wird. Wieder werden Änderungen
bei beliebigen dieser beispielhaften Werte die Spannungswerte beeinflussen,
die am Eingangsanschluss 38 (3) gemessen
werden.
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Die
in 4 gezeigten beispielhaften Ausführungsformen
tolerieren auch Fehler mit Bezug auf den Betrieb des A/D-Wandlers 37.
Der A/D-Wandler 37 kann ein 10-Bit-A/D-Wandler sein. A/D-Wandler mit
anderen Auflösungsniveaus
können
auch verwendet werden. Bei der beispielhaften Ausführungsform
kann der A/D-Wandler 37 mit der beispielhaften 10 Bit-Auflösung Fehler
mit bis zu etwa vier der am wenigsten signifikanten Bits (LSB) aufweisen.
Ein beispielhafter A/D-Wandler 37 kann einen Leckstrom aufweisen,
der in den Anschluss 38 hinein und aus diesem heraus fließt und eine Änderung
bei der Spannung verursachen kann, die von dem A/D-Wandler 37 gelesen
wird. Bei der beispielhaften Ausführungsform lässt die
Schalterschnittstelle 10 bis zu etwa ein Mikroampere Leckstrom
zu, der entweder in den Anschluss 38 hinein oder aus diesem heraus
fließt,
während
sie noch eine geeignete Interpretation des Status der Schalteranordnung 18 bereitstellt.
Die Widerstandswerte, Empfängerwerte und
Systemwerte in 4 stellen besonders wünschenswerte
Vorteile für
das offenbarte Konzept bereit. Bei der beispielhaften Ausführungsform
wären die
Vorteile der speziellen Werte bei anderen Werten nicht verfüg bar. Zum
Beispiel ermöglichen
die in 4 gezeigten speziellen Werte eine erhöhte Robustheit
und Zuverlässigkeit
sowie weitere Vorteile.
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Die
Sektion 406 in 4 zeigt beispielhafte Werte
für verschiedene
Parameter des Schalterschnittstellensystems 10 (3).
Für in 4 gezeigte
Ausführungsformen
umfassen beispielhafte Widerstandswerte auf der Systemseite für den Widerstandswert
bei unterbrochener Schaltung größer oder
gleich etwa 100 kOhm (Ropen – im
System wahrgenommener Widerstandswert, während eine Schaltervorrichtung
unterbrochen ist), weniger als oder gleich etwa 1 Ohm für einen
Kabelbaumwiderstandswert (Rharness) und weniger als oder gleich etwa
100 Milliohm für
einen kurzgeschlossenen Widerstandswert (Rshort). Die Fehlergrenze
der Kurzschlussspannung (Vshort) erscheint, wie zuvor beschrieben,
bei den beispielhaften Ausführungsformen
mit zehn Widerstanden oder weniger in 4 als weniger
als oder gleich etwa ein Volt. Die beispielhaften Ausführungsformen
mit elf oder zwölf
Widerstanden weisen eine Toleranz von bis zu etwa einem halben Volt
Kurzschlussspannung (Vshort) auf. Ein Nennstrom bei einem maximalen
Widerstandswert in den in 4 gezeigten
beispielhaften Ausführungsformen
reicht wie gezeigt von etwa 2,13 mA bis zu etwa einem mA. Bei den
in 4 gezeigten beispielhaften Ausführungsformen
kann die Schalterschnittstelle 10 eine geeignete Interpretation
von Schalteranordnungsstati bereitstellen, wenn Systemschwankungen
innerhalb der gezeigten Bereiche liegen.
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5 zeigt
eine Tabelle alternativer beispielhafter Softwarekalibrierungen
in Sektion 502, die im Speichermodul 80 (3)
gespeichert sein können. Die
beispielhaften Ausführungsformen
in 5 sind auf die beispielhaften Ausführungsformen
von 4 bezogen, wobei die Anzahl der Widerstände von 4 mit
den Widerstanden in 5 korreliert ist. Zum Beispiel
ist die Ausführungsform
in Spalte 408A mit den Kalibrierungswerten in Spal te 508A korreliert,
wie auch die Ausführungsformen
in 408B bis 408K jeweils mit den Kalibrierungswerten
in 508B bis 508K korreliert sind. Das heißt, dass
Widerstände, welche
die Werte aufweisen, die in der Sektion 402 von 4 offengelegt
sind, am Anschluss 38 Spannungen erzeugen sollten, wie
in 5 offengelegt ist, vorausgesetzt, dass das Schalterschnittstellensystem 10 in Übereinstimmung
mit den Parametern konzipiert ist, die in den Sektionen 404, 406 von 4 offengelegt
sind. Schalter mit niedrigerer Nummer können bei einer Ausführungsform
größere Spannungskalibrierungsbereiche
aufweisen als die Schalter mit höherer
Nummer, da Spannungsänderungen, wie
sie in Sektion 404 und 406 von 4 gezeigt sind,
eine größere Auswirkung
auf die gemessene Spannung aufweisen können, wenn ein Schalter mit niedrigerer
Nummer geschlossen ist.
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Die
Ausführungsformen
von 4 sind so konzipiert, dass sie dem Schalter mit
der niedrigsten Nummer die höchste
Priorität
geben. Wenn mehr als ein Schalter gedrückt wird, stellt das Konzept
der Schalteranordnung 18 einen Widerstandswert bereit, der
im Wesentlichen gleich dem gedrückten
Schalter mit der niedrigsten Nummer ist. Bei einer beispielhaften
Ausführungsform
können
die Schalter SW1, SW2 und SW3 zum Bedienen von Geschwindigkeitsregelungsfunktionen
des Fahrzeugs 102 verwendet werden. Ferner können die
Schalter SW4, SW5 und SW6 verwendet werden, um Anzeigen zu bedienen, welche
die Fahrzeuggeschwindigkeit und andere Fahrzeugbedingungen anzeigen,
und die Schalter SW7, SW8 und SW9 können verwendet werden, um Freisprech-Telefonfunktionen
zu bedienen. Bei diesem Beispiel ist die höchste Priorität den Geschwindigkeitsregelungsfunktionen
zugeordnet und die niedrigste Priorität den Freisprech-Telefonfunktionen. Viele
andere Implementierungen, welche Implementierungen umfassen, die
zusätzliche
und/oder alternative Merkmale des Fahrzeugs steuern, können unter
Verwendung ähnlicher
Konzepte entworfen werden.
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Bei
den beispielhaften Ausführungsformen von 5 beruhen
die Spannungsbereiche auf den in 4 gewählten Widerstandsnennwerten.
Die Auswahl von Widerstandswerten beruht auf vielen Faktoren. Bei
der beispielhaften Ausführungsform beruht
die Auswahl von Widerstandswerten beispielsweise auf einer Beziehung
zwischen den gewählten
Widerstandswerten und den am Eingangsanschluss 38 (2)
gemessenen Spannungen, welche keine einfache lineare Beziehung ist.
Die Beziehung zwischen gewählten
Widerstandsnennwerten und gemessenen Spannungen kann aus vielen Gründen nichtlinear
sein, etwa aufgrund von Widerstandswerten, die auf der Grundlage
einer prozentualen Basis variieren, wobei höhere Widerstandswerte bei der
gleichen prozentualen Änderung
(z. B. 1% Änderung)
eine größere Veränderung
des Ohmschen Werts aufweisen. Wenn Widerstandswerte aus Standardwiderstandswerten
gewählt
sind, dann führt
eine Entwurfsänderung
beim verwendeten Widerstandsnennwert typischerweise zu einer diskreten Veränderung
der gemessenen Spannung. Andere nichtlineare Beziehungen können andere
Variationen umfassen, welche die Spannungsteilerschaltung beeinflussen,
einschließlich
des Pull-up-Widerstands 26 und des Pull-down-Widerstands 28 und
der am Eingangsanschluss 38 gemessenen Spannung.
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Die
Kalibrierungswerte in der Sektion 502 beruhen auf den Widerstandswerten
von 4 in der Sektion 402 sowie auf den Toleranzwerten
in den Sektionen 404 und 406. Die Kalibrierungswerte
in der Sektion 502 beruhen auf den nichtlinearen Beziehungen
zwischen Widerstandswerten, Systemtoleranzen und einer vom A/D-Wandler 37 (2)
gemessenen Spannung. Bei jeder Ausführungsform von 5 weisen
die Stati der niedrigeren Schalter größere Spannungsbereiche als
die Stati der höheren
Schal ter auf. Obwohl die Schalterstati verschiedene Spannungsbereiche
aufweisen, ist die Toleranz gegenüber Veränderungen zwischen den verschiedenen Schalterstati
im Wesentlichen gleich, weil die Spannungsbereiche auf den vorstehend
erörterten
nichtlinearen Beziehungen beruhen.
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Eine
Ausführungsform
mit zwei Widerständen,
die Widerstandswerte von etwa 187 Ohm für den Widerstand R1 und etwa
1870 Ohm für
den Widerstand R2 aufweist, wie bei Spalte 408A in 4 gezeigt
ist, wird beispielhaft erörtert.
Die Ausführungsform
mit zwei Widerständen
kann Softwarekalibrierungen mit Bezug auf Spannungen, die am Eingangsanschluss 38 gelesen
werden, aufweisen, wie bei Spalte 508A in 5 gezeigt
ist. Wenn bei der Ausführungsform
mit zwei Widerständen
eine Spannung im Bereich von etwa 0 bis etwa 1,147 Volt am Eingangsanschluss 38 des
A/D-Wandlers 37 gemessen wird, kann der Spannungsbereich
vom Prozessor 35 als ein Kurzschluss mit Masse interpretiert werden
oder der Schalter SW0 als geschlossen interpretiert werden, wenn
der Schalter SW0 verwendet wird. Wenn die am Eingangsanschluss 38 (2) gemessene
Spannung bei der Ausführungsform
mit zwei Widerständen
etwa 1,147 bis etwa 4,078 Volt beträgt, kann der Prozessor 35 ermitteln,
dass sich der Schalter SW1 in einer geschlossenen Position befindet.
Wenn die gemessene Spannung in einem Bereich von etwa 4,078 bis
4,735 Volt liegt, kann der Prozessor 35 auf ähnliche
Weise ermitteln, dass sich der Schalter SW2 in einer geschlossenen
Position befindet.
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5 betrachtet
verschiedene Ausgestaltungen der Schalteranordnung 18 (2).
Wenn zum Beispiel eine Ausführungsform
mit zwei Widerständen
(Widerstände
R1 und R2) und einem Schalter (Schalter SW1) verwendet wird, wobei
der Widerstand R2 zwischen den Schalter SW1 und die Schalteranordnungsmasse 62 gekoppelt
ist, dann kann ein Bereich von etwa 4,078 bis 4,735 Volt so interpretiert werden,
dass sich alle Schalter in ei nem offenen Status befinden und es
dem Prozessor 35 ermöglichen, zu
ermitteln, dass die Schalteranordnung 18 mit dem Empfängermodul 14 verbunden
ist. Bei der beispielhaften Ausführungsform
mit zwei Widerständen
und einem Schalter SW1 kann ein Bereich von etwa 4,735 Volt oder
höher (bis
unendlich) entweder einen Fehlerstatus eines Kurzschlusses zwischen
dem Eingangsknoten 30 und einer Leistungsversorgungsspannung
oder einen Fehlerstatus mit einer Schaltungsunterbrechung zwischen
dem Empfänger 14 und
der Schalteranordnung 18 darstellen.
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Wenn
jedoch eine Ausführungsform
mit einer Ausgestaltung mit Widerständen R1 und R2 mit Schaltern
SW1 und SW2 verwendet wird, kann ein Spannungsbereich am Eingangsanschluss 38 zwischen
etwa 4,735 Volt und unendlich einen Status der Schalteranordnung 18 darstellen,
bei dem alle sich Schalter in einer offenen Position befinden. In 5 sind
auch Softwarekalibrierungen für
beispielhafte Ausführungsformen
mit zwei bis zwölf
Widerstanden gezeigt, wie sie in 4 gezeigt
sind.
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6 zeigt
Widerstandswerte in Sektion 602, Empfängerwerte in Sektion 604 und
Systemwerte in Sektion 606 auf die gleiche Weise wie es
in 4 gezeigt ist. Die beispielhaften Ausführungsformen
in den Spalten 608A–L
von 6 sind jedoch für Softwarekalibrierungen konzipiert,
die Totzonenspannungsbereiche zwischen Spannungsbereichen für jeden
Status der Schalteranordnung 18 (2 und 3)
aufweisen. Das heißt,
dass die verwendbaren Schalterstati voneinander durch ”Totzonen” getrennt
sind, die nicht mit einem Schalterstatus korreliert sind, um die
Sicherheit, Robustheit und/oder Störungsdetektion weiter zu verbessern. 6 zeigt zwei
Ausführungsformen
mit vier Widerstanden (R1–R4)
in Spalten 608C und 608D, wobei die mit ”4 lokal” beschriftete
Ausführungsform
in Spalte 608C eine Ausführungsform ohne einen direkten
elektrischen Leiter zwischen der Schalteranordnungsmasse 62 und
der Empfängermasse 44 ist.
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Die
Ausführungsformen
mit lokaler Masse (Spalten 608A–C) tolerieren einen Spannungsunterschied
von bis zu etwa einem Volt aufgrund eines indirekten Pfads zwischen
der Schalteranordnungsmasse 62 und der Empfängermasse 44.
Die Widerstandswerte, Empfängerwerte
und Systemwerte in 6 stellen besonders wünschenswerte
Vorteile für das
offenbarte Konzept bereit. Die Vorteile aus den speziellen Werten
sind bei anderen Werten nicht verfügbar. Zum Beispiel ermöglichen
die speziellen in 4 gezeigten Werte eine erhöhte Robustheit
und Zuverlässigkeit
sowie weitere Vorteile.
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7 zeigt
Softwarekalibrierungswerte in Sektion 702 für die in 6 gezeigten
beispielhaften Ausführungsformen
mit Totzonenspannungsbereichen zwischen Spannungsbereichen für Schalterstati.
Die Kalibrierungen in Spalten 708A–L sind jeweils mit den Ausführungsformen
in den Spalten 608A–L korreliert.
Die vielfältigen
Schalterstati können
mit oder ohne sogenannte ”Totzonenregionen” kalibriert sein.
Totzonenregionen sind Regionen des Zählverhältnisses oder Spannungsverhältnisses,
die so ausgestaltet sind, dass sie keinen Schalterstatus anzeigen.
Folglich sind die Totzonenregionen ”Zwischen”-Regionen. Die jeweiligen
Totzonenregionen können
bei einer speziellen Anwendungen markiert oder auf einen Diagnosecode
gesetzt sein. Mit anderen Worten kann, wenn ein Spannungs- oder
Zählverhältnis in
einer Totzonenregion beobachtet wird, eine Markierung oder ein Diagnosecode
an einen Techniker gesandt werden, um die Schnittstelle auf Fehler
hin zu analysieren. Die Kalibrierungen sind im Prozessor 35 oder
im Speichermodul 80 aufgezeichnet, wobei der Prozessor 35 die
am Anschluss 38 empfangene gefilterte Eingangsspannung
mit der Referenzspannung (in diesem Fall 5 V) vergleicht.
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Eine
beispielhafte Kalibrierung für
die Ausführungsform
von Spalte 608A in 6 ist in
Spalte 708A gezeigt und ist zu Veranschaulichungszwecken im
unteren Abschnitt der Tabelle in 7 weiter
ausgeführt.
Wenn von dem Prozessor 35 ermittelt wird, dass eine vom
A/D-Wandler 37 gemessene Spannung zwischen etwa Null und
1,098 Volt liegt, dann registriert der Empfänger 14 einen Schalter
SW0 als geschlossen, oder wenn SW0 nicht verwendet wird, dann stellt
dieser Signalbereich einen Kurzschluss mit Masse am Empfängersignal
dar. Wenn ermittelt wird, dass die Spannung zwischen etwa 1,49 bis 3,294
Volt beträgt,
dann registriert der Prozessor 35, dass sich der Schalter
SW1 in einer geschlossenen Position befindet. Wenn ermittelt wird,
dass die Spannung zwischen etwa 3,686 und etwa 4,392 Volt liegt, dann
registriert der Prozessor 35, dass sich der Schalter SW2
in einer geschlossenen Position befindet.
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7 betrachtet
verschiedene Konfigurationen der Schalteranordnung 18 (2).
Wenn beispielsweise die Ausführungsform
von Spalte 708A einen Schalter SW1 umfasst, wobei die Position
von SW2 mit Masse kurzgeschlossen ist, dann kann eine gemessene
Spannung zwischen etwa 3,686 und 4,392 Volt so interpretiert werden,
dass sich alle Schalter in einem offenen Status befinden. Die beispielhafte
Konfiguration ermöglicht
es dem Prozessor 35 zu ermitteln, dass die Schalteranordnung 18 mit
dem Empfängermodul 14 verbunden
ist, wenn alle Schalter offen sind. Wenn bei dieser Konfiguration
ermittelt wird, dass die Spannung zwischen etwa 4,784 oder höher (bis
unendlich oder den maximalen Lesewert des A/D-Wandlers 37) liegt, dann kann
der Prozessor 35 einen Fehlerstatus entweder eines Kurzschlusses
zwischen dem Eingangsknoten 30 und einer Versorgungsspannung
oder einen Fehlerstatus einer Schaltungsunterbrechung zwischen dem Empfänger 14 und
der Schalteranordnung 18 registrieren. Bei einer Konfiguration
jedoch, bei der der Schalter mit der höchsten Nummer als Schalter
verwendet wird (in diesem Beispiel SW2), kann eine gemessene Spannung
zwischen etwa 4,784 oder höher vom
Prozessor 35 so interpretiert werden, dass sich alle Schalter
in einem offenen Status befinden.
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Bei
dem beispielhaften Vergleich/jeweiligen Schalterstatus für den Empfänger 14 (2 und 3),
der im unteren Abschnitt der Tabelle in 7 beschrieben
ist, sind drei Totzonenregionen zwischen normal arbeitenden Schalterstati
gezeigt. Wenn ermittelt wird, dass die Spannung zwischen etwa 1,098
und etwa 1,498 Volt (Spannungsbereich zwischen Kurzschluss und SW1-Stati)
oder zwischen etwa 3,294 und etwa 3,686 (Spannungsbereich zwischen
Stati von SW1 und SW2) oder zwischen etwa 4,392 und etwa 4,784 (Spannungsbereich
zwischen Stati von SW2 und unterbrochenem Status) liegt, dann registriert
der Empfänger 14 einen
Totzonenspannungsbereich und kann ein Diagnosesignal an einen Anwender
und/oder einen Techniker senden. Jede der in 7 gezeigten
Ausführungsformen kann
auf ähnliche
Weise wie das vorstehend erläuterte
Beispiel in die Praxis umgesetzt werden.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform sind
Widerstandswerte und Systemwerte so gewählt, dass sie die Systemtoleranzen
erfüllen.
Die in 4 und 6 gezeigten Komponentenwerte
stellen zusammen mit den in 5 und 7 gezeigten
Kalibrierungswerten ein System bereit, das dahingehend vielseitig
ist, dass eine Empfängerkonfiguration
implementiert werden kann, um einen genauen Betrieb mit einer Vielfalt
verschiedener Schalteranordnungsausführungsformen bereitzustellen,
wie etwa ein bis dreizehn Schalterstati, die einen einzigen Empfänger verwenden.
Kalibrierungswerte in 5 und 7 können eine
Kalibrierung mit unterschiedlichen Prioritätsebenen bereitstellen, wie
etwa einer höheren Priorität für Schalter
mit niedrigerer Nummer, wie vorstehend beschrieben ist. Die beispielhaften
Komponentenwerte können
auch eine erhöhte
Zuverlässigkeit
bereitstellen, wenn sich die Komponentenwerte und die Systembedingun gen
im Lauf der Zeit ändern. Die
in 6 gezeigten Komponentenwerte zusammen mit den
in 7 gezeigten Kalibrierungswerten ermöglichen
ein System, das Totzonen- oder Diagnosebereiche zwischen den Bereichen
für Schalterstati der
Schalteranordnung umfasst. Totzonenregionen können eine erhöhte Sicherheit
bei der Ermittlung eines korrekten Schalterstatus bereitstellen.
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8 zeigt
einen Flussablaufplan eines beispielhaften Verfahrens 800 zum
Entwerfen einer Schalterschnittstelle 10 (2).
Das beispielhafte Verfahren 800 beginnt bei Schritt 810.
Ein Computer mit einem Prozessor und einem Speichermodul kann verwendet
werden, um die Schalterschnittstelle 10 zu entwerfen. Komponentenwerte
für den
Empfänger 14 können eingegeben
und von dem Computer empfangen werden (Schritt 812), welche
die Widerstandswerte des Pull-up-Widerstands 26 und des Pull-down-Widerstands 28,
den Spannungswert der Leistungsversorgung und die Auflösung des A/D-Wandlers 37 sowie
andere Komponenten, etwa diejenigen, die vorstehend erörtert sind,
umfassen. Bei einer Ausführungsform
ist der Pull-up-Widerstand 26 mit einem relativ kleinen
Widerstandswert gewählt,
wie etwa ungefähr
280 Ohm, und der Pull-down-Widerstand 28 ist
mit einem relativ großen Widerstandswert
gewählt,
wie etwa ungefähr
50.000 Ohm. Die im Empfänger 14 gewählten Spannungswerte
bestimmen den Spannungsbereich, der für Schalterstati der Schalteranordnung 18 verfügbar ist. Bei
der in 2 gezeigten beispielhaften Schaltungskonfiguration
wird der größte Teil
des Spannungsabfalls über
dem Pull-down-Widerstand 28 auftreten, wenn die Schalteranordnung 18 als
unterbrochene Schaltung erscheint.
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Komponentenwerte
in der Schalterschnittstelle 10 (2) können von
gewählten
Nennwerten abweichen und können
auch im Lauf der Zeit abweichen. Die Abweichung bei Komponentenwerten
kann eine Änderung
bei Spannungswerten verursachen, die am Eingangsanschluss 38 gemessen
werden. Ein Bereich akzeptabler Komponentenwertabweichungen kann
für einige
oder alle Komponenten gewählt
werden (Schritt 814), die eingegeben und von dem Computer
bei Schritt 812 empfangen werden, sowie für andere
Komponenten. Abweichungen im Empfänger können eine Spannungsabweichung
von einer Leistungsversorgung, eine Abweichung bei der Spannung
von mehreren Leistungsversorgungen, Fehler bei einem A/D-Wandler-Lesewert
und einen Leckstrom im A/D-Eingangsanschluss umfassen. Abweichungen
können
auch Abweichungen bei Systemkomponenten umfassen, wie etwa einen
Widerstandswert bei Schaltungsunterbrechung, einen Kabelbaum-Widerstandswert,
einen Widerstandswert bei Kurzschluss, eine Kurzschlussspannung
und eine Masserückführungsspannung.
Abweichungen des Komponentenwerts können als prozentuale Änderung,
Komponentenwertebereiche (z. B. Spannungsbereiche oder Widerstandsbereiche)
oder auf andere Weisen ausgedrückt
sein.
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Bei
dem in 8 gezeigten beispielhaften Verfahren 800 besteht
ein weiterer Schritt beim Zusammensetzen einer Schaltschnittstelle
darin, dass der Computer Systemparameter empfängt (Schritt 816),
die in den Computerspeicher eingegeben werden. Systemparameter können die
Gesamtanzahl von Widerständen
in der Schalteranordnung 18 (2), die
Gesamtanzahl von Schaltern in der Schalteranordnung 18,
die Anzahl von Schalterstati in der Schalteranordnung, Schalterstatusspannungsbereiche
und Totzonenspannungsbereiche umfassen. Wie vorstehend erörtert wurde,
kann die Anzahl der Tasten, wie etwa K0–K11 (1), die
verwendet werden, die Anzahl der Widerstände (R1–R12 in 2) und Schalter
(SW0–SW12
in 2 und 3) bestimmen. Die Systemparameter
umfassen auch, ob ein Kurzschlussschalter wie etwa SW0 verwendet
wird und ob der Widerstand Rn, der vom Eingangsknoten 30 am
weitesten entfernt ist, direkt oder durch einen Schalter SWn mit
Masse gekoppelt ist. Die Parameter des Schalterstatusspannungsbereichs
können
einen minimalen Spannungsbereich für jeden Schalterstatus und/oder
im Wesentlichen ähnliche
Spannungsbereiche für
jeden Schalterstatus umfassen. Die Totzonenspannungsbereichsparameter
können
einen minimalen Spannungsbereich für jeden Totzonenspannungsbereich
und/oder im Wesentlichen ähnliche
Totzonenspannungsbereiche umfassen. Schalterstatusspannungsparameter
und Totzonenspannungsparameter können
auch angeben, dass sich Spannungsbereiche nicht überschneiden. Zum Beispiel
sind in 7 in Spalte 708L Kalibrierungen
für eine
beispielhafte Ausführungsform mit
zwölf Widerständen gezeigt,
die Widerstandswerte aufweisen, die in Spalte 608L von 6 gezeigt sind.
Bei der beispielhaften Ausführungsform überschneiden
sich die Schalterstatusspannungsbereiche und die Totzonenbereiche
nicht, jeder Schalterstatus weist einen Spannungsbereich von mindestens
etwa 0,150 Volt auf und jeder Totzonenspannungsbereich ist bei etwa
0,020 Volt im Wesentlichen ähnlich.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform des
Verfahrens 800 wird der Computer verwendet, um Widerstandswerte
in der Schalteranordnung 18 (2) und Kalibrierungswerte
für Kalibrierungsstati zu
ermitteln. Die ermittelten Komponentenwerte, Abweichungstoleranzen
und Systemparameter können in
den Computer eingegeben werden. Anfängliche Widerstandswerte können gewählt und/oder
eingestellt werden (Schritt 818), indem geschätzte Startwerte
verwendet werden, die auf der Grundlage anderer Eingaben berechnet
sein können,
oder durch eine Zufallsauswahl von Widerstandswerten innerhalb eines
Bereichs. Dann können
Schalterstatusspannungsbereiche auf der Grundlage der gewählten/eingestellten
Widerstandswerte berechnet werden (Schritt 820). Bei der
beispielhaften Ausführungsform
ermittelt der Computer, ob die berechneten Spannungsbereiche innerhalb
der Parameter liegen (Schritt 824). Wenn die Spannungsbereiche nicht
innerhalb der Parameter liegen, dann können ein oder mehrere der Widerstandswerte
verstellt werden (Schritt 818) und auf der Grundlage der
verstellten Widerstandswerte können
neue Spannungsbereiche berechnet werden (Schritt 820).
Der Computer kann mit dem Verstellen von Widerstandswerten fortfahren,
bis die Spannungsbereiche auf der Grundlage der Widerstandswerte
innerhalb der Parameter liegen. Wenn der Computer bei dem beispielhaften Verfahren 800 ermittelt,
dass Spannungsbereiche innerhalb der Parameter liegen, können die
verstellten Widerstandswerte an eine Speicherdatei und/oder eine
Ausgabeeinrichtung ausgegeben werden (Schritt 826). Die
eingestellten Widerstandswerte können
mit berechneten Spannungsbereichen für Schalterstati verwendet werden
und Totzonenstati können
auch bei Kalibrierungsspannungsbereichen für die Schaltschnittstelle verwendet
werden. Das beispielhafte Verfahren 800 endet bei Schritt 840.
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Die
vorstehende Beschreibung kann sich auf Elemente oder Knoten oder
Merkmale beziehen, die miteinander ”verbunden” oder ”gekoppelt” sind. Bei der Verwendung
hierin bedeutet ”verbunden”, sofern es
nicht ausdrücklich
anderweitig angegeben ist, dass ein Element/Knoten/Merkmal mit einem
weiteren Element/Knoten/Merkmal direkt verbunden ist (oder direkt
damit kommuniziert), und zwar nicht unbedingt mechanisch. Gleichermaßen bedeutet ”gekoppelt”, sofern
es nicht ausdrücklich
anderweitig angegeben ist, dass ein Element/Knoten/Merkmal mit einem
weiteren Element/Knoten/Merkmal direkt oder indirekt verbunden ist
(oder direkt oder indirekt damit kommuniziert), und zwar nicht unbedingt
mechanisch.
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Obwohl
mindestens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorstehenden
genauen Beschreibung dargestellt wurde, ist festzustellen, dass eine
große
Anzahl an Variationen existiert. Es ist auch festzustellen, dass
die beispielhafte Ausführungsform
oder die beispielhaften Ausführungsfor men
nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang, die
Anwendbarkeit oder die Ausgestaltung der Erfindung in irgendeiner
Weise einzuschränken.
Stattdessen wird die vorstehende genaue Beschreibung Fachleuten
eine brauchbare Anleitung zum Implementieren der beispielhaften
Ausführungsform
oder der beispielhaften Ausführungsformen
bereitstellen. Es versteht sich, dass in der Funktion und Anordnung
von Elementen verschiedene Änderungen
durchgeführt
werden können,
ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen und
deren juristischen Äquivalenten
offengelegt ist.