DE102021111771A1

DE102021111771A1 - Diagnosefähige Schaltungsanordnung, Sensorvorrichtung mit einer Schaltungsanordnung und Verfahren zur Diagnose einer Schaltungsanordnung und/oder Sensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102021111771A1
Application number: DE102021111771.2A
Authority: DE
Inventors: Mohamed Elamin; Sascha Staude; Stefan Müller; Florian Eckardt
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2021-05-06
Filing date: 2021-05-06
Publication date: 2022-11-10
Also published as: EP4335033A1; WO2022233820A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine diagnosefähige Schaltungsanordnung (100), eine Sensorvorrichtung mit einer solchen Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren zur Diagnose einer solchen Schaltungsanordnung, wobei die Schaltungsanordnung (100) einen elektrischen Kontaktschalter (10), wenigstens eine elektrisch leitfähige Sensorelektrode (30) und eine Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) aufweist und der elektrische Kontaktschalter (10) ein erstes elektrisches Kontaktelement (A) und ein zweites elektrisches Kontaktelement (B), wobei das erste elektrische Kontaktelement (A) über eine erste elektrische Anschlussleitung (1) mit dem ersten Anschluss (3) der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) elektrisch verbunden ist und das zweite elektrische Kontaktelement (B) über eine zweite elektrische Anschlussleitung (2) mit einem Basispotenzial (GND) oder dem zweiten Anschluss (4) der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) elektrisch verbunden ist, wobei die Sensorelektrode (30) mit einem Kontaktelement (A, B) des Kontaktschalters (10) eine Sensorkapazität ausbildet und mithilfe der Sensorelektrode (30) ein Schaltzustand des Kontaktschalters (10) bestimmbar ist, wobei zur Diagnose der Schaltungsanordnung in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Kontaktschalters (10) ein Funktionszustand der Schaltungsanordnung (100) bestimmt werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine diagnosefähige Schaltungsanordnung, die einen elektrischen Kontaktschalter, wenigstens eine elektrisch leitfähige Sensorelektrode und eine Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung aufweist, wobei der elektrische Kontaktschalter wenigstens ein erstes elektrisches Kontaktelement und wenigstens ein zweites elektrisches Kontaktelement aufweist, wobei die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung wenigstens einen ersten elektrischen Anschluss und wenigstens einen zweiten elektrischen Anschluss aufweist, wobei das erste elektrische Kontaktelement über eine erste elektrische Anschlussleitung mit dem ersten Anschluss der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden oder verbindbar ist und das zweite elektrische Kontaktelement über eine zweite elektrische Anschlussleitung mit einem Basispotenzial oder mit dem zweiten Anschluss der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und wobei die wenigstens eine elektrisch leitfähige Sensorelektrode derart ausgebildet und relativ zu wenigstens einem Kontaktelement des Kontaktschalters angeordnet ist, dass sie mit wenigstens einem Kontaktelement des Kontaktschalters eine Sensorkapazität ausbildet.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Sensorvorrichtung für eine Bedieneingabevorrichtung, wobei die Sensorvorrichtung eine Schaltungsanordnung mit einem kapazitiven Sensor mit wenigstens einer elektrisch leitfähigen Sensorelektrode und wenigstens einem Kontaktschalter aufweist.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Diagnose einer solchen Schaltungsanordnung und/oder einer vorbeschriebenen Sensorvorrichtung.
Schaltungsanordnungen mit einem elektrischen Kontaktschalter und einer Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der EP 2 001 034 A2 oder der DE 102020108704.7 .
Darüber hinaus ist es grundsätzlich bekannt, Schaltungsanordnungen diagnosefähig auszubilden, d. h. insbesondere derart, dass wenigstens eine Komponente bzw. wenigstens eine Funktion der Schaltungsanordnung oder der Schaltungsanordnung überwacht werden kann bzw. wenigstens eine Fehlfunktion bzw. wenigstens ein Fehlerzustand erkannt werden kann.
Zu diesem Zweck ist es beispielsweise bekannt, definierte Test-Messungen durchzuführen und deren Messergebnisse anschließend zu Diagnosezwecken auszuwerten, wobei das Auswerten beispielsweise erfolgt, indem eine oder mehrere erfasste Messgrößen mit einer oder mehreren entsprechenden Sollgrößen verglichen werden. Weichen ein oder mehrere der erfassten Messgrößen dabei mehr als vorgesehen oder zulässig von einer vordefinierten, entsprechenden Sollgröße bzw. einem entsprechenden Sollwert ab, kann davon ausgegangen werden, dass die Schaltungsanordnung bzw. ein oder mehrere Komponenten der Schaltungsanordnung nicht einwandfrei funktionieren, beispielsweise weil mindestens eine Komponente defekt ist oder ein Kurzschluss vorliegt oder sich der Zustand einer Komponente mehr als über ein gewünschtes bzw. zulässiges Maß hinaus hin in unerwünschter Weise verändert hat.
Eine solche unerwünschte Veränderung kann beispielsweise ein veränderter Kontaktübergangswiderstand oder dergleichen sein, der beispielsweise auf eine Korrosion eines zugehörigen Kontaktelementes zurückzuführen ist.
Je sicherheitsrelevanter dabei eine Anwendung ist, in welcher eine Schaltungsanordnung eingesetzt wird, umso mehr Diagnosemaßnahmen bzw.-möglichkeiten sind in der Regel zur Erreichung der erforderlichen Funktionssicherheit der Anwendung bzw. der Schaltungsanordnung erforderlich.
Eine klassische Maßnahme, mit welcher die entsprechenden Diagnoseanforderungen oftmals erfüllt werden können, besteht darin, die jeweiligen, sicherheitsrelevanten Komponenten jeweils redundant vorzusehen. Dies ist jedoch in der Regel aufwendig und teuer, da die relevanten Komponenten doppelt vorgehalten werden müssen. Darüber hinaus ist für die redundanten Komponenten ferner jeweils ein entsprechender Platzbedarf bzw. Bauraumbedarf erforderlich, welcher in der Regel auch nicht beliebig zur Verfügung steht.
Ebenso sind gattungsgemäße kapazitive Sensorvorrichtungen mit wenigstens einer elektrisch leitfähigen Sensorelektrode und wenigstens einem Kontaktschalter bekannt, beispielsweise ebenfalls aus der DE 102020108704.7 .
Auch ist bekannt, während des Betriebs einer Schaltungsanordnung bzw. Sensorvorrichtung zwischendurch entsprechende Diagnosen zur Überprüfung eines Funktionszustands der Schaltungsanordnung bzw. der Sensorvorrichtung durchzuführen.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative, diagnosefähige Schaltungsanordnung bereitzustellen, insbesondere eine hinsichtlich ihrer Diagnosefunktionalität verbesserte Schaltungsanordnung, welche insbesondere mit wenigen Komponenten eine hohe Diagnosefähigkeit aufweist und eine hohe funktionale Sicherheit ermöglicht.
Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative, insbesondere hinsichtlich ihrer Diagnosefähigkeit verbesserte Sensorvorrichtung bereitzustellen, welche insbesondere mit wenigen Komponenten eine hohe Diagnosefähigkeit aufweist und eine hohe funktionale Sicherheit ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives Verfahren zur Diagnose einer Schaltungsanordnung und/oder einer Sensorvorrichtung bereitzustellen, insbesondere ein verbessertes Verfahren, mit welchem insbesondere aufgrund einer guten, insbesondere verbesserten Diagnosefähigkeit, eine hohe funktionale Sicherheit der Schaltungsanordnung bzw. Sensorvorrichtung erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine diagnosefähige Schaltungsanordnung, durch eine Sensorvorrichtung mit einer solchen Schaltungsanordnung sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Eine gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildete, diagnosefähige Schaltungseinrichtung weist einen elektrischen Kontaktschalter, wenigstens eine elektrisch leitfähige Sensorelektrode, und eine Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung auf, wobei der elektrische Kontaktschalter wenigstens ein erstes elektrisches Kontaktelement und wenigstens ein zweites elektrisches Kontaktelement aufweist. Die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung weist wenigstens einen ersten elektrischen Anschluss und wenigstens einen zweiten elektrischen Anschluss auf, wobei das erste elektrische Kontaktelement des Kontaktschalters über eine erste elektrische Anschlussleitung mit dem ersten Anschluss der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden oder verbindbar ist und das zweite elektrische Kontaktelement des Kontaktschalters über eine zweite elektrische Anschlussleitung mit einem Basispotenzial oder dem zweiten Anschluss der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und wobei die wenigstens eine elektrisch leitfähige Sensorelektrode derart ausgebildet und relativ zu wenigstens einem Kontaktelement des Kontaktschalters angeordnet ist, dass sie mit wenigstens einem Kontaktelement des Kontaktschalters eine Sensorkapazität ausbildet.
Erfindungsgemäß ist die Schaltungsanordnung derart ausgebildet ist, dass in wenigstens einem Zustand, insbesondere wenigstens in einem geöffneten Zustand des Kontaktschalters, der Schaltungsanordnung zur zumindest teilweisen Diagnose der Schaltungsanordnung mittels der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung zumindest zeitweise an das erste Kontaktelement und/oder die erste Anschlussleitung ein erstes definiertes Potenzial angelegt werden kann und gleichzeitig ein zweites definiertes Potenzial an das zweite Kontaktelement und/oder die zweite Anschlussleitung angelegt werden kann. Die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung ist ferner dazu ausgebildet, währenddessen, d. h. während ein erstes definiertes Potenzial am ersten Kontaktelement und/oder an der ersten Anschlussleitung anliegt und gleichzeitig ein zweites definiertes Potenzial am zweiten Kontaktelement oder und/oder der zweiten Anschlussleitung anliegt, wenigstens eine sich am ersten Kontaktelement und/oder eine sich in der ersten Anschlussleitung und/oder eine sich am ersten Anschluss einstellende, resultierende erste Spannung zu erfassen, und/oder währenddessen wenigstens eine sich am zweiten Kontaktelement und/oder eine sich in der zweiten Anschlussleitung und/oder eine sich am zweiten Anschluss einstellende, resultierende zweite Spannung zu erfassen, mithilfe der wenigstens einen Sensorelektrode einen Schaltzustand des Kontaktschalters zu ermitteln, insbesondere, ob der Kontaktschalter geöffnet oder geschlossen ist, wenigstens eine erfasste Spannung auszuwerten, und in Abhängigkeit von dem mithilfe der Sensorelektrode ermittelten Schaltzustand des Kontaktschalters und in Abhängigkeit von wenigstens einer erfassten Spannung, insbesondere in Abhängigkeit von einer erfassten ersten Spannung und einer erfassten zweiten Spannung, einen Funktionszustand der Schaltungsanordnung zu bestimmen, insbesondere einen Funktionszustand des Kontaktschalters.
Mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung lassen sich auf einfache Art und Weise beispielsweise Veränderungen technischer Parameter der Schaltungsanordnung erfassen, insbesondere des Kontaktschalters, welche einen Einfluss auf die Auswertung des Kontaktschalters haben. Dies können beispielsweise ein veränderter Kontaktübergangswiderstand, ein veränderter Nebenschlusswiderstand oder andere Fehler oder Fehlfunktionen an anderen Komponenten sein, wie beispielsweise unerwünschte Schlüsse (beispielsweise Kurzschlüsse oder dergleichen) oder Unterbrechungen einer elektrischen Verbindung in oder an einem Bauteil oder zwischen Bauteilen.
Beispielsweise können in einer Schaltungsanordnung jeweils Unterbrechungen und/oder Kurzschlüsse zu Versorgungs- und oder Fremdspannungspotenzialen entstehen, welche sich mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mithilfe eines entsprechenden, geeignet ausgestaltetem erfindungsgemäßen Verfahren zur Diagnose einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besonders einfach und zuverlässig detektieren lassen.
Mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können sowohl variante, d.h. zeitlich veränderliche, oder invariante, d.h. zeitlich nichtveränderliche, hochohmige Veränderungen (wie beispielsweise Feinschlüsse, Elektromigration) als auch variante oder invariante niederohmige Veränderungen erkannt werden (eine entsprechende Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Diagnose der Schaltungsanordnung vorausgesetzt).
Insbesondere lassen sich durch Alterung, mechanische, chemische oder elektrische Beschädigung, Verschmutzung oder dergleichen entstehende Änderungen erkennen, die zu einer unerwünschten, fehlerhaften Auswertung des Kontaktschalters führen können. Ebenso lassen sich aber auch grundsätzlich zeitlich veränderliche Einflüsse auf den Kontaktschalter ermitteln, wie beispielsweise ein Wackelkontakt, eine Betauung, eine elektromagnetische Einkopplung oder dergleichen.
Durch die Bestimmung des Funktionszustands der Schaltungsanordnung in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Kontaktschalters lässt sich eine besonders gute, insbesondere verbesserte Diagnosefähigkeit erreichen. Insbesondere eine besonders hohe Rate an richtig erkannten Funktionszuständen. Hierdurch kann eine besonders robuste und funktionssichere Schaltungsanordnung bereitgestellt werden. Insbesondere lassen sich auf diese Weise Fehlerzustände der Schaltungsanordnung eindeutig erkennen, die ohne Ermittlung des Schaltzustands des Kontaktschalters nicht eindeutig als Fehlerzustand erkennbar sind. Beispielsweise kann auf diese Weise ein Kurzschluss im Kontaktschalter von einem geschlossenen Kontaktschalter unterschieden werden. Hierdurch kann die funktionale Sicherheit der Schaltungsanordnung deutlich erhöht werden.
Die kapazitive Erfassung des Schaltzustands des Kontaktschalters mithilfe einer elektrisch leitfähigen Sensorelektrode, welche mit wenigstens einem Kontaktelement des Kontaktschalters eine Sensorkapazität ausbildet, hat den Vorteil, dass eine störende Beeinflussung des Kontaktschalters, beispielsweise durch abfließende Ströme oder störende parasitäre Kapazitäten, sehr gering gehalten wird, wodurch sich vorbeschriebene, „unerwünschte Veränderungen“ in der Schaltungsanordnung und damit „Fehler“ besonders gut und sensitiv erkennen lassen.
Insbesondere lassen sich mit einer derartigen Schaltungsanordnung auf vorteilhafte Weise Unterbrechungen in der Schaltungsanordnung detektieren, beispielsweise im Kontaktelement, in den Anschlussleitungen sowie ein fehlerhaft schließender Kontaktschalter.
Ferner können Kurzschlüsse, zum Beispiel zum Basispotenzial, insbesondere nach Masse bzw. ±0V (GND) und/oder mit einem Referenzpotenzial, beispielsweise mit der Versorgungsspannung der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung oder eines Mikrokontrollers (µC) erkennen.
Darüber hinaus kann mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eine Veränderung des Kontaktübergangswiderstands und/oder eine Veränderung des Isolationswiderstandes im Kontaktschalter erkannt werden.
Unter einer „Steuerungs-, Mess- und Auswerteinrichtung“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine kombinierte Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung verstanden, welche wenigstens dazu eingerichtet ist, ein oder mehrere Komponenten der Schaltungsanordnung so anzusteuern, dass insbesondere ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Diagnose der Schaltungsanordnung durchgeführt werden kann, insbesondere die Schritte a) bis g) eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung kann insbesondere ein Mikrokontroller (µC) sein, in den die hierfür erforderlichen Komponenten allesamt integriert sind, Teil eines solchen Mikrokontrollers sein oder aber auch einen Mikrokontroller und weitere, separat vom Mikrokontroller bzw. außerhalb von diesem angeordnete und ausgebildete Komponenten aufweisen, die einen oder mehreren Mikrokontrollern jeweils vor und/oder nachgeschaltet sein können. Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann auch mehr als eine Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung aufweisen. Dabei können die wenigstens zwei Kontaktelemente jeweils mit mehr als einer Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung gekoppelt sein bzw. jeweils mehr als einer Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung zugeordnet sein und jeweils mehreren ausgewertet werden oder jeweils unterschiedlichen Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtungen zugeordnet sein und jeweils von unterschiedlichen Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtungen ausgewertet werden.
D.h. mit anderen Worten, dass beispielsweise ein Kontaktelement sowohl von zwei verschiedenen Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtungen ausgewertet werden kann als auch zwei Kontaktelemente jeweils von unterschiedlichen Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtungen ausgewertet werden können.
Ebenso kann eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch mehr als einen Kontaktschalter aufweisen.
Ein „Anschluss“ im Sinne der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise ein Anschlusspin eines entsprechenden Steckerkontakts oder ein Anschluss einer Leiterplatte sein. Ein Anschluss muss jedoch kein Pin oder dergleichen sein, sondern kann grundsätzlich ein beliebiger elektrischer Kontakt sein, beispielsweise ein beliebiger, elektrischer Anschluss auf einer Leiterplatte, beispielsweise ein Lötkontakt oder dergleichen. D.h. ein Anschluss muss nicht zwingend einen Ein- oder Ausgang darstellen. Ein Anschluss kann insbesondere ein Anschlusskontakt sein, wobei unter einem „Anschlusskontakt“ insbesondere ein (elektrisch) unterbrechbarer, d.h. (elektrisch bzw. galvanisch) trennbarer Anschluss verstanden wird, wie beispielsweise bei einem Stecker oder Schalter.
Unter dem Begriff „Diagnose“ wird insbesondere allgemein das Bestimmen oder Ermitteln eines Zustands verstanden, insbesondere das Bestimmen wenigstens eines Zustands wenigstens einer Komponente der Schaltungsanordnung, beispielsweise das Bestimmen eines Zustands einer Anschlussleitung, beispielsweise ob diese frei von einem Leitungsbruch ist und sich somit in einem funktionsgemäßen Zustand befindet oder einen Leitungsbruch aufweist und damit in einem Fehlerzustand ist bzw. einen Defekt aufweist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist die Schaltungsanordnung ferner insbesondere dazu ausgebildet, den ermittelten Funktionszustand ausgegeben, insbesondere in einem weiteren Schritt, beispielsweise in Form eines entsprechenden Ausgabesignals oder dergleichen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ferner dazu ausgebildet, im Fall eines erkannten fehlerhaften Funktionszustands der Schaltungsanordnung, insbesondere in Abhängigkeit von einem den Fehlerzustand charakterisierenden Ausgabesignal, wenigstens eine entsprechende Maßnahme durchzuführen. Eine derartige Maßnahme kann beispielsweise das Eintragen einer Information in einen Fehlerspeicher sein und/oder das Überführen der Schaltungsanordnung und/oder eines entsprechenden, die Schaltungsanordnung verwendenden Systems in einen sicheren Zustand, beispielsweise durch Abschalten.
Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann beispielsweise für eine Verwendung in einem Bedienelement und/oder einer Bedieneinrichtung mit wenigstens einem Kontaktschalter ausgebildet und eingerichtet sein, beispielsweise für eine Verwendung in einer Bedieneingabevorrichtung wie sie in der eingangs bereits erwähnten DE 102020108704.7 beschrieben ist bzw. einer entsprechenden Sensorvorrichtung für eine solche Bedieneingabevorrichtung. Hierfür eignet sich eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besonders gut, da in der Regel keine oder nur wenige zusätzliche Bauteile zur Umsetzung der erfindungsgemäßen Diagnosefunktionalität der Schaltungsanordnung erforderlich sind.
Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Verwendung in einem Fahrzeug ausgebildet, insbesondere für eine Verwendung in einem Bedienelement und/oder eine Bedieneinrichtung für ein Fahrzeug. Vorzugsweise ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wie vorbeschrieben für eine Verwendung in einer Bedieneingabevorrichtung wie sie in der eingangs bereits erwähnten DE 102020108704.7 beschrieben ist bzw. einer entsprechenden Sensorvorrichtung für eine solche Bedieneingabevorrichtung ausgebildet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der elektrische Kontaktschalter insbesondere dazu ausgebildet, wenigstens zwei Schaltzustände einzunehmen, insbesondere einen ersten Schaltzustand und einen zweiten Schaltzustand, wobei der Kontaktschalter im ersten Schaltzustand vorzugsweise geöffnet ist und eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Kontaktelement und dem zweiten elektrischen Kontaktelement getrennt ist, und wobei in einem zweiten Schaltzustand des Kontaktschalters der Kontaktschalter vorzugsweise geschlossen ist und eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Kontaktelement und dem zweiten elektrischen Kontaktelement hergestellt ist.
Mit einem derartigen Kontaktschalter lässt sich auf besonders einfache Art und Weise eine einfache und vorteilhafte Schaltungsanordnung realisieren. Derartige Kontaktschalter sind aus dem Stand der Technik, auf welchen für nähere Details zur grundlegenden Funktionsweise solcher Kontaktschalter hiermit verwiesen wird, grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der eingangs bereits erwähnten EP 2 001 034 A2 oder der ebenfalls eingangs bereits erwähnten DE 102020108704.7 .
Der Kontaktschalter einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann grundsätzlich auch mehr als zwei Kontaktelemente aufweisen, insbesondere drei oder mehr Kontaktelemente. Der Kontaktschalter einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann nicht nur ein Umschalter sein, sondern auch ein Wechselschalter, Taster oder dergleichen. Insbesondere kann ein Kontaktschalter wie aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt ausgebildet sein. Insbesondere kann der Kontaktschalter dabei jede Art von Umschalter, Wechselschalter oder Taster sein und die hierfür jeweils erforderliche Anzahl von Kontaktelementen aufweisen.
Der Kontaktschalter kann dabei grundsätzlich sowohl als sogenannter NOC-Kontaktschalter ausgebildet sein, d.h. als sogenannter „Normally Open Contact“, also als „normalerweise“ bzw. insbesondere in einem unbetätigten Zustand und/oder in einem von der Spannungsversorgung getrennten Zustand der Schaltungsanordnung geöffneter Kontaktschalter, welcher bei Betätigung schließt und somit auch als „Schließer“ bezeichnet werden kann. Oder aber alternativ auch als sogenannter NCC-Kontaktschalter („Normally Closed Contact“), der „normalerweise“ bzw. insbesondere in einem unbetätigten Zustand des Kontaktschalters und/oder in einem von der Spannungsversorgung getrennten Zustand der Schaltungseinrichtung geschlossen ist und bei Betätigung öffnet und daher auch als „Öffner“ bezeichnet werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Sensorelektrode insbesondere derart ausgebildet und relativ zum Kontaktschalter angeordnet, insbesondere derart relativ zu wenigstens einem Kontaktelement des Kontaktschalters, dass durch eine Änderung des Abstands der beiden Kontaktelemente relativ zueinander eine Änderung der Sensorkapazität bewirkbar ist. Hierdurch lässt sich auf besonders einfache Art und Weise mithilfe einer elektrisch leitfähigen Sensorelektrode eine Ermittlung des Schaltzustands des Kontaktschalters realisieren.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Schaltungsanordnung, insbesondere die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung, dazu ausgebildet ist, kapazitiv einen Abstand zwischen den beiden Kontaktelementen zu erfassen und anhand des Abstands der Kontaktelemente zueinander einen Schaltzustand des Kontaktschalters (geöffnet oder geschlossen) zu bestimmen.
Ist der Kontaktschalter derart ausgebildet, dass eines der Kontaktelemente beweglich angeordnet ist, und eines ortsfest, bildet die Sensorelektrode dabei vorzugsweise die Sensorkapazität mit dem beweglichen Kontaktelement aus, wobei insbesondere die Änderungen dieser Sensorkapazität erfasst und für die Ermittlung des Schaltzustandes des Kontaktschalters ausgewertet werden können und der Schaltzustand des Kontaktelementes besonders bevorzugt in Abhängigkeit von dieser ausgewertet werden kann. Hierdurch lässt sich der Schaltzustand besonders einfach und vorteilhaft erkennen.
Die Sensorelektrode kann aber auch jeweils mit beiden Kontaktelementen eine Sensorkapazität ausbilden, wobei insbesondere die Änderungen beider Sensorkapazitäten erfasst und für die Ermittlung des Schaltzustandes ausgewertet und herangezogen werden können.
In einer möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Sensorelektrode separat zum ersten Kontaktelement sowie separat zum zweiten Kontaktelement ausgebildet, wobei die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung vorzugsweise ferner einen Sensorelektroden-Anschluss aufweist, über welchen die Sensorelektrode mittels einer Sensorelektroden-Anschlussleitung mit dem Sensorelektroden-Anschluss der Steuerungs-,Mess- und Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden oder verbindbar ist. Hierdurch lässt sich die Sensorelektrode besonders einfach in die Schaltungsanordnung integrieren. Insbesondere lässt sich auf diese Weise besonders einfach eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung basierend auf einer Schaltungsanordnung mit einem elektrischen Kontaktschalter aufbauen bzw. um die Sensorelektrode erweitern.
In einer alternativen, möglichen, aber ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die wenigstens eine Sensorelektrode nicht separat zu den Kontaktelementen des Kontaktschalters ausgebildet, sondern durch das erste Kontaktelement oder das zweite Kontaktelement gebildet.
Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass für die elektrische Anbindung der Sensorelektrode an die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung kein zusätzlicher Anschluss erforderlich ist. Insbesondere bei einer begrenzten Anzahl von verfügbaren Anschlüssen bzw. geeigneten Anschlüssen ist dies von Vorteil. Ferner erfordert eine derartige Schaltungsanordnung weniger Bauteile sowie weniger Lötverbindungen bzw. elektrische Kontaktierungen. Ebenfalls kann der Platz für die Sensorelektrode eingespart bzw. anderweitig genutzt werden. Somit lässt sich eine einfacher aufgebaute und kostengünstigere Schaltungsanordnung bereitstellen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer Weiterbildung der zuvor beschriebenen Ausgestaltung ist das andere Kontaktelement des Kontaktschalters ebenfalls als elektrisch leitfähige Sensorelektrode ausgebildet und bildet mit dem (ersten) als Sensorelektrode ausgebildeten Kontaktelement nicht nur die Kontaktelemente des Kontaktschalters, sondern außerdem auch ein kapazitives Sensorelement, insbesondere einen kapazitiven Sensor.
In einer bevorzugten Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Schaltungsanordnung daher ferner eine zweite elektrisch leitfähige Sensorelektrode auf, wobei die erste Sensorelektrode insbesondere durch das erste Kontaktelement gebildet ist und die zweite Sensorelektrode vorzugsweise durch das zweite Kontaktelement.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer Weiterbildung, weist die Schaltungsanordnung ferner insbesondere wenigstens einen elektrischen Widerstand auf, vorzugsweise wenigstens einen ohmschen Widerstand, wobei wenigstens ein elektrischer Widerstand vorzugsweise entlang einer Anschlussleitung angeordnet ist, d.h. insbesondere entlang der Anschlussleitung in Reihe geschaltet oder schaltbar ist. Dadurch kann eine besonders einfache und vorteilhafte Anordnung der einzelnen Komponenten der Schaltungsanordnung erreicht werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Schaltungsanordnung insbesondere wenigstens einen ersten elektrischen Widerstand und einen zweiten elektrischen Widerstand auf, die besonders bevorzugt jeweils als ohmsche Widerstände ausgebildet sind, wobei der erste elektrische Widerstand vorzugsweise entlang der ersten Anschlussleitung angeordnet ist, insbesondere derart, dass das erste Kontaktelement über die erste Anschlussleitung und den ersten (in Reihe geschalteten) elektrischen Widerstand mit dem ersten Anschluss der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und wobei der zweite elektrische Widerstand insbesondere entlang der zweiten Anschlussleitung angeordnet ist, vorzugsweise derart, dass das zweite Kontaktelement über die zweite Anschlussleitung und den zweiten (in Reihe geschalteten) elektrischen Widerstand mit dem zweiten Anschluss der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
Mittels eines derartigen, in Reihe geschalteten elektrischen Widerstandes zwischen dem Kontaktelement und dem Anschluss entlang der jeweils zugehörigen Anschlussleitung lässt sich auf einfache Art und Weise die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung schützen, insbesondere vor einem zu hohen Eingangsstrom bzw. einer zu hohen Eingangsspannung am zugehörigen Anschlusskontakt. Hierdurch können in vielen Fällen auf einfache Art und Weise bei einem Fehler in der Schaltungsanordnung bzw. bei einem Defekt der Schaltungsanordnung, unerwünschte, beim Betrieb der Schaltungsanordnung möglicherweise entstehende Zustände, wie beispielsweise ein zu hoher Stromfluss infolge eines Kurzschlusses oder dergleichen abgefangen werden, ohne dass die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung beschädigt wird. Dadurch kann Funktionssicherheit und das Ausfallrisiko der Schaltungsanordnung auf einfache Art und Weise erheblich verbessert werden.
Der erste elektrische Widerstand und der zweite elektrische Widerstand können dabei einen gleichen Nennwiderstand aufweisen oder jeweils unterschiedliche Nennwiderstände haben. Die Verwendung von elektrischen, insbesondere ohmschen Widerständen mit gleichen Nennwiderständen hat den Vorteil, dass weniger Bauteilvarianten zur Bereitstellung bzw. Herstellung einer vorteilhaften, erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erforderlich sind.
Die Verwendung von elektrischen, insbesondere ohmschen Widerständen mit unterschiedlichen Nennwiderständen hat hingegen den Vorteil, dass auf diese Weise die sich einstellenden, resultierenden Spannungen an den zugehörigen Anschlüssen jeweils gezielt unterschiedlich beeinflusst werden können, was gezielt zur Auswertung verwendet werden kann, wodurch sich weitere, insbesondere zusätzliche und vorteilhafte Diagnosemöglichkeiten ergeben.
In einer weiteren, insbesondere vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer Weiterbildung, ist insbesondere wenigstens einer der Anschlüsse, insbesondere wenigstens der erste Anschluss und/oder der zweite Anschlusskontakt, als schaltbarer Anschluss bzw. als schaltbarer Anschlusspin ausgebildet und eingerichtet, insbesondere als sogenannter Multifunktionspin oder sogenannter GPIO-Anschlusskontakt, welcher insbesondere und je nach Schaltzustand wahlweise als Eingangs- oder Ausgangs-Anschluss betreibbar ist und je nach Schaltzustand wahlweise mit verschiedenen Funktionen bzw. Signalen belegbar ist.
Um den (um)schaltbaren Anschluss jeweils wahlweise mit der gewünschten Funktion bzw. einem entsprechenden Signal zu belegen, ist die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung vorzugsweise entsprechend ausgebildet und eingerichtet, wobei die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung dazu ferner insbesondere wenigstens einen (um)schaltbaren Pin aufweist, der mit dem schaltbaren Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
Der wenigstens eine schaltbare Pin ist dabei insbesondere wenigstens zwischen einem Betrieb als Eingangs-Pin und einem Betrieb als Ausgangs-Pin umschaltbar und besonders bevorzugt dazu ausgebildet und eingerichtet, je nach Schaltzustand entweder eine Spannung auszugeben, insbesondere eine definierte Spannung, eine Spannung zu erfassen, den jeweiligen, zugehörigen Anschluss auf ein Potenzial zu legen, insbesondere auf ein definiertes Potenzial, oder den zugehörigen Anschluss hochohmig zu schalten.
Der wenigstens eine schaltbare Pin kann dabei insbesondere Teil eines (um)schaltbaren Ports sein, welcher mehrere Pins umfasst, insbesondere mehrere (um)schaltbare Pins. Insbesondere kann der wenigstens eine schaltbare Pin dabei Teil eines (um)schaltbaren Eingangs-Ports und/oder eines (um)schaltbaren Ausgangs-Ports und/oder besonders bevorzugt Teil einen GPIO-Ports sein.
Unter einem sogenannten „GPIO-Anschluss“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein sogenannter „General Purpose Input Output“-Anschluss verstanden, der wahlweise je nach Schaltzustand mit verschiedenen Funktionen bzw. Signalen belegbar ist, wobei die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung dazu vorzugsweise wenigstens einen Eingangs- und/oder Ausgangs-Pin aufweist, insbesondere einen schaltbaren Eingangs- und/oder Ausgangs-Pin, welchem der GPIO-Anschluss insbesondere entsprechend zugeordnet ist, wobei wenigstens ein Eingangs- und/oder Ausgangs-Pin vorzugsweise dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine, insbesondere definierte, Spannung auszugeben, eine Spannung zu erfassen, einen jeweiligen, zugehörigen Anschluss auf ein, insbesondere definiertes, Potenzial zu legen und/oder den jeweiligen Anschluss hochohmig oder niederohmig zu schalten.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind der erste Anschluss und der zweite Anschluss jeweils als schaltbarer Anschluss ausgebildet und eingerichtet, insbesondere als schaltbare Anschlusspins bzw. jeweils als Multifunktionspins, insbesondere jeweils als sogenannter GPIO-Anschluss, und vorzugsweise jeweils wahlweise und je nach Schaltzustand als Eingangs- oder Ausgangs-Anschluss betreibbar und je nach Schaltzustand wahlweise mit verschiedenen Funktionen bzw. Signalen belegbar.
Dazu kann die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung insbesondere wenigstens einen ersten umschaltbaren Port aufweisen, der mit dem ersten umschaltbaren Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und einen zweiten umschaltbaren Port, der insbesondere mit dem zweiten schaltbaren Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist, wobei der erste Port und der zweite Port dabei besonders bevorzugt jeweils zwischen einem Betrieb als Eingangs-Port und einem Betrieb als Ausgangs-Port umschaltbar sind und insbesondere dazu ausgebildet und eingerichtet sind, je nach Schaltzustand entweder eine Spannung auszugeben, insbesondere eine definierte Spannung, eine Spannung zu erfassen, den jeweiligen zugehörigen Anschluss auf ein Potenzial zulegen, insbesondere auf ein definiertes Potenzial, bzw. an den jeweiligen Anschluss ein Potenzial anzulegen, insbesondere ein definiertes Potenzial, oder den zugehörigen Anschluss hochohmig oder niederohmig zu schalten.
Eine derartige Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung ermöglicht eine umfangreiche Diagnosefunktionalität eines Kontaktschalters mit nur wenigen Anschlüssen bzw. Anschlusspins, insbesondere bei zwei Kontaktelementen mit nur zwei Anschlüssen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Schaltungsanordnung ferner wenigstens eine Referenzkapazität und wenigstens einen Pull-Widerstand auf, wobei die Referenzkapazität insbesondere zum einen zwischen einem Anschluss der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung und einem elektrischen Widerstand mit einer Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und zum anderen vorzugsweise mit einem Basispotenzial, insbesondere mit einem Massepotenzial (GND) elektrisch verbunden oder verbindbar ist. Der Pull-Widerstand ist vorzugsweise zum einen zwischen einem Kontaktelement und einem elektrischen Widerstand, insbesondere dem vorgenannten Widerstand, mit einer Anschlussleitung, insbesondere mit einer zugehörigen Anschlussleitung, elektrisch verbunden oder verbindbar ist und zum anderen mit einem ersten Referenzpotenzial oder einem Basispotenzial elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
Hierdurch lässt sich mit wenigen Bauteilen, vor allem über nur eine Anschlussleitung und/oder nur einen zugehörigen Anschlusskontakt, insbesondere in vielen Fällen mit den bereits vorhandenen Bauteilen, insbesondere wenn der Kontaktschalter mit wenigstens einer kapazitiven Sensorelektrode kombiniert wird oder Teil einer kapazitiven Sensorvorrichtung ist oder einen Teil eines kapazitiven Sensors bildet, auf einfache Art und Weise ein definiertes Potenzial an das jeweilige, zugehörige Kontaktelement und/oder die zugehörige Anschlussleitung anlegen.
Unter dem Begriff „Referenzkapazität“ wird im Sinne der Erfindung eine definiert aufladbare Kapazität bekannter Größe verstanden. Eine Referenzkapazität kann beispielsweise durch einen Kondensator bekannter Kapazität gebildet sein.
Ein „Pull-Widerstand“ im Sinne der Erfindung ist ein Widerstand, mittels dem eine Spannung bzw. ein Potenzial auf einen definierten Wert „gezogen“ werden kann. „Pull-Widerstände“, insbesondere sogenannte Pull-Up- und Pull-Down-Widerstände, sind aus dem Stand der Technik, auf welchen diesbezüglich für weitere Ausführungen hiermit verwiesen wird, grundsätzlich bekannt.
Unter dem Begriff „Referenzpotential“ wird im Sinne der Erfindung ein definiertes elektrisches Potential verstanden, welches insbesondere verwendet wird, um eine Referenzkapazität definiert aufzuladen, insbesondere bis auf das Referenzpotenzial bzw. eine zugehörige Referenzspannung. Das Referenzpotenzial kann beispielsweise dem Versorgungspotenzial der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung, insbesondere der Versorgungsspannung Vcc oder Vdd eines zugehörigen Mikrokontrollers entsprechen, beispielsweise +5V oder +3,3V, insbesondere je nach Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung bzw. je nach zugehörigem Mikrokontroller.
Unter dem Begriff „Basispotential“ wird im Sinne der Erfindung ein definiertes elektrisches Potential verstanden, welches insbesondere verwendet wird, um eine Referenzkapazität definiert zu entladen, insbesondere bis auf das Basispotenzial bzw. eine zugehörige Basisspannung herunter. Das Basispotenzial kann insbesondere ein Massepotential sein, beispielsweise ein Potenzial von +0V, d.h. GND.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer Weiterbildung, weist die Schaltungsanordnung insbesondere eine erste Referenzkapazität und einen ersten Pull-Widerstand auf. Die erste Referenzkapazität ist dabei vorzugsweise zum einen zwischen dem ersten Anschluss der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung und dem ersten elektrischen Widerstand mit der ersten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar und zum anderen mit einem Basispotenzial elektrisch verbunden oder verbindbar. Der erste Pull-Widerstand ist dabei vorzugsweise zum einen zwischen dem ersten Kontaktelement und dem ersten elektrischen Widerstand mit der ersten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar und zum anderen mit einem ersten Referenzpotenzial oder einem Basispotenzial elektrisch verbunden oder verbindbar.
In noch weiter bevorzugten vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer Weiterbildung, weist die Schaltungsanordnung besonders bevorzugt ferner eine zweite Referenzkapazität und einen zweiten Pull-Widerstand auf. Die zweite Referenzkapazität ist dabei vorzugsweise zum einen zwischen dem zweiten Anschluss der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung und dem zweiten elektrischen Widerstand mit der zweiten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar und zum anderen mit einem Basispotenzial elektrisch verbunden oder verbindbar. Der zweite Pull-Widerstand ist dabei vorzugsweise zum einen zwischen dem zweiten Kontaktelement und dem zweiten elektrischen Widerstand mit der zweiten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar und zum anderen mit einem zweiten Referenzpotenzial oder einem Basispotenzial elektrisch verbunden oder verbindbar.
In einer Weiterbildung, insbesondere in einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist vorzugsweise wenigstens ein Pull-Widerstand, insbesondere der erste Pull-Widerstand und/oder der zweite Pull-Widerstand, ein Pull-Down-Widerstand und insbesondere mit einem Basispotenzial, insbesondere einem Massepotenzial von ca. ±0V=GND, elektrisch verbunden oder verbindbar.
Hierdurch lässt sich mit wenigen Bauteilen auf einfache Art und Weise eine zugehörige Referenzkapazität zunächst entladen, insbesondere nahezu vollständig entladen, und anschließend durch definiertes Aufladen der Referenzkapazität ein definiertes Potenzial an das zugehörige Kontaktelement und/oder die zugehörige Anschlussleitung anlegen.
In einer alternativen, aber ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung kann wenigstens ein Pull-Widerstand, insbesondere der erste Pull-Widerstand, und/oder der zweite Pull-Widerstand, auch ein Pull-Up-Widerstand sein und insbesondere mit einem Referenzpotenzial elektrisch verbunden oder verbindbar sein, wobei das Referenzpotenzial insbesondere eine Versorgungsspannung der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung sein kann, insbesondere die Versorgungsspannung eines zugehörigen Mikrokontrollers (µC) der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung, beispielsweise eine Versorgungsspannung Vcc oder Vdd von +5V oder von +3,3V oder dergleichen, je nach verwendetem Mikrokontroller.
Hierdurch lässt sich mit wenigen Bauteilen auf einfache Art und Weise eine zugehörige Referenzkapazität zunächst auf ein definiertes Potenzial aufladen und anschließend mithilfe der definiert aufgeladenen Referenzkapazität ein definiertes Potenzial an das zugehörige Kontaktelement und/oder die zugehörige Anschlussleitung anlegen.
Alternativ oder zusätzlich kann eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer vorteilhaften Ausgestaltung auch derart ausgebildet sein, dass wenigstens ein Pull-Widerstand mithilfe eines entsprechenden Schalters wahlweise mit einem Referenzpotenzial, beispielsweise einer Versorgungsspannung eines zugehörigen Mikrokontrollers, oder mit einem Basispotenzial, beispielsweise einem Massepotenzial von ±0V (GND) elektrisch verbunden werden kann, beispielsweise in einem ersten Schaltzustand eines zugehörigen Schalters mit einem Referenzpotenzial, welches der Versorgungsspannung eines Mikrokontrollers der zugehörigen Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung entspricht, und in einem zweiten Schaltzustand des zugehörigen Schalters mit dem Basispotenzial des Mikrokontrollers, welches vorzugsweise ±0V (GND) ist.
Hierdurch kann der Pull-Widerstand auf einfache Art und Weise wahlweise entweder als Pull-Up-Widerstand oder als Pull-Down-Widerstand betrieben werden, wodurch die Flexibilität der Schaltungsanordnung, insbesondere die damit verbundenen bzw. daraus resultierenden Auswertungsmöglichkeiten im Rahmen der Diagnose, auf einfache Art und Weise vorteilhaft erweitert werden können.
In einer alternativen, aber ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer alternativen Ausgestaltung zu einer Schaltungsanordnung mit wenigstens einer Referenzkapazität sowie einem zugehörigen Pull-Widerstand, kann eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, insbesondere die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung, ferner auch wenigstens einen weiteren elektrischen Anschluss aufweisen, der insbesondere über eine weitere Anschlussleitung mit dem ersten Kontaktelement und/oder der ersten Anschlussleitung oder dem zweiten elektrischen Kontaktelement und/oder der zweiten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar ist. Besonders bevorzugt ist der weitere Anschluss und/oder die weitere Anschlussleitung dabei über einen entsprechenden Anschlussknoten am oder zwischen dem zugehörigen Kontaktelement und einem zugehörigen elektrischen Widerstand, besonders bevorzugt über einen zugehörigen weiteren elektrischen Widerstand, der entlang der zugehörigen weiteren Anschlussleitung in Reihe geschaltet ist, mit dem zugehörigen elektrischen Kontaktelement und/oder der zugehörigen Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar.
Mittels eines derartigen, weiteren Anschlusses, insbesondere in Verbindung mit einer weiteren Anschlussleitung, lässt sich das Anlegen des definierten Potenzials, das Erfassen der sich einstellenden resultierenden Spannung sowie das Auswerten der Spannung erheblich vereinfachen und damit auch die Durchführung einer Diagnose. Insbesondere ermöglicht eine wie vorbeschrieben ausgebildete und eingerichtete Schaltungsanordnung mit wenigstens einem weiteren Anschluss und/oder wenigstens einer weiteren Anschlussleitung insbesondere eine Diagnose, welche unabhängig vom Lade- bzw. Entladeverhalten einer Referenzkapazität über der Zeit ist bzw. unabhängig davon durchgeführt werden kann. Insbesondere ist es bei einer solchen Schaltungsanordnung auch für eine zuverlässige Auswertung nicht mehr zwingend erforderlich, die sich jeweils einstellenden, resultierenden Spannung über der Zeit zu erfassen, d.h. als Spannungsverlauf, wie es hingegen in der Regel erforderlich ist, wenn das jeweilige definierte Potenzial mithilfe einer Referenzkapazität durch definiertes Entladen oder definiertes Aufladen der Referenzkapazität angelegt wird und die sich jeweils während des Ladens bzw. Entladens einstellende (sich dabei über der Zeit verändernde) Spannung erfasst wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Schaltungsanordnung insbesondere einen dritten elektrischen Anschluss auf, der insbesondere über eine dritte Anschlussleitung mit dem ersten Kontaktelement und/oder der ersten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und besonders bevorzugt ferner einen vierten elektrischen Anschlusskontakt, der insbesondere über eine vierte Anschlussleitung mit dem zweiten Kontaktelement und/oder der zweiten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
Besonders bevorzugt ist der dritte Anschluss dabei insbesondere über einen Anschlussknoten am oder zwischen dem ersten Kontaktelement und dem ersten elektrischen Widerstand, besonders bevorzugt über einen dritten Widerstand, der entlang der dritten Anschlussleitung in Reihe geschaltet ist mit dem ersten Kontaktelement und/oder der ersten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar und der vierte Anschluss insbesondere über einen Anschlussknoten am oder zwischen dem zweiten Kontaktelement und dem zweiten elektrischen Widerstand, besonders bevorzugt über einen vierten Widerstand, der entlang der vierten Anschlussleitung in Reihe geschaltet ist.
Eine derartige Anordnung ermöglicht es, beispielsweise gleichzeitig, den ersten Anschluss und/oder den zweiten Anschluss als Eingang zu betreiben oder (dauerhaft) als Eingang auszubilden und den dritten Anschluss und/oder den vierten Anschluss gleichzeitig als Ausgang zu betreiben oder (dauerhaft) als Ausgang auszubilden, während hingegen bei nur insgesamt zwei vorhandenen Anschlüssen, d.h. wenn nur ein erster Anschluss und ein zweiter Anschluss vorhanden sind, für das Durchführen einer Diagnose zwischen einem Ausgangsbetrieb und einem Eingangsbetrieb an den jeweiligen Anschlüssen umgeschaltet werden muss.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer Weiterbildung einer Schaltungsanordnung mit wenigstens einem weiteren elektrischen Anschluss und einer weiteren Anschlussleitung weist die Schaltungsanordnung, insbesondere die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung, vorzugsweise wenigstens einen zumindest teilweise als Eingang betreibbaren oder (dauerhaft) als Eingang ausgebildeten und eingerichteten Eingangs-Pin auf, der mit dem ersten elektrischen Anschluss oder dem zweiten elektrischen Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist und wenigstens einen zumindest zeitweise als Ausgang betreibbaren oder (dauerhaft) als Ausgang ausgebildeten und eingerichteten ersten Ausgangs-Pin, der mit wenigstens einem weiteren elektrischen Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
Der wenigstens eine Eingang ist dabei insbesondere als analoger Eingang ausgebildet. Grundsätzlich ist auch ein digitaler Eingang möglich. Dies ist jedoch für das Erfassen einer Spannung über diesen Eingang nicht so vorteilhaft wie ein analoger Eingang, an welchen insbesondere ein Analog-Digital-Wandler-Kanal und/oder eine Analog-Digital-Wandler-Einheit angeschlossen sein kann, welche insbesondere wenigstens einen Analog-Digital-Wandler-Kanal umfassen kann.
Der wenigstens eine Ausgang ist hingegen vorzugsweise als digitaler Ausgang ausgebildet. Hiermit lässt sich sehr einfach das Anlegen eines definierten Potenzials realisieren.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Schaltungsanordnung, insbesondere die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung, besonders bevorzugt wenigstens einen zumindest zeitweise als Eingang betreibbaren oder (dauerhaft) als Eingang ausgebildeten und eingerichteten ersten Eingangs-Pin auf, der mit dem ersten elektrischen Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist, einen zumindest zeitweise als Eingang betreibbaren oder als Eingang ausgebildeten und eingerichteten zweiten Eingangs-Pin, der mit dem zweiten elektrischen Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist, sowie einen zumindest zeitweise als Ausgang betreibbaren oder als Ausgang ausgebildeten und eingerichteten ersten Ausgangs-Pin, der mit dem dritten elektrischen Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist, sowie einen zumindest zeitweise als Ausgang betreibbaren oder als Ausgang ausgebildeten und eingerichteten zweiten Ausgangs-Pin, der mit dem vierten elektrischen Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
Dies ermöglicht eine besonders einfach durchzuführende Diagnose. Insbesondere ein besonders einfaches Anlegen der definierten Potenziale, ein besonders einfaches Erfassen der sich einstellenden, resultierenden ersten und zweiten Spannung, ein besonderes einfaches Auswerten der erfassten Spannungen und ein besonderes einfaches Bestimmen eines Funktionszustands der Schaltungsanordnung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Schaltungsanordnung, insbesondere die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung, ferner außerdem einen fünften elektrischen Anschluss auf, der insbesondere über eine fünfte Anschlussleitung mit dem ersten Kontaktelement und/oder der ersten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und vorzugsweise ferner einen sechsten elektrischen Anschlusskontakt, der insbesondere über eine sechste Anschlussleitung mit dem zweiten Kontaktelement und/oder der zweiten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar ist. Besonders bevorzugt ist der fünfte Anschluss dabei über einen Anschlussknoten zwischen dem ersten Kontaktelement und dem ersten elektrischen Widerstand, besonders bevorzugt über einen fünften Widerstand, der entlang der fünften Anschlussleitung in Reihe geschaltet ist, mit dem ersten Kontaktelement und/oder der ersten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar. Der sechste Anschluss ist besonders bevorzugt über einen Anschlussknoten zwischen dem zweiten Kontaktelement und dem zweiten elektrischen Widerstand, besonders bevorzugt über einen sechsten Widerstand, der entlang der sechsten Anschlussleitung in Reihe geschaltet ist, mit dem zweiten Kontaktelement und/oder der zweiten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar. Hierdurch können die Diagnosemöglichkeiten auf einfache Art und Weise vorteilhaft erweitert werden.
In diesem Fall, d.h. insbesondere in einer Weiterbildung, weist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besonders bevorzugt ferner außerdem wenigstens einen weiteren zumindest zeitweise als Ausgang betreibbaren oder (dauerhaft) als Ausgang ausgebildeten und eingerichteten dritten Ausgangs-Pin auf, der insbesondere mit dem fünften elektrischen Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist, sowie bevorzugt ferner einen zumindest zeitweise als Ausgang betreibbaren oder (dauerhaft) als Ausgang ausgebildeten und eingerichteten vierten Ausgangs-Pin, der mit dem sechsten elektrischen Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist. Hierdurch können die Diagnosemöglichkeiten auf einfache Art und Weise besonders vorteilhaft erweitert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, weist die Schaltungsanordnung, insbesondere die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung, vorzugsweise einen mit dem ersten Anschluss und/oder dem ersten Eingangs-Pin elektrisch verbindbaren oder verbundenen ersten Analog-Digital-Wandler-Kanal und/oder eine erste mit dem ersten Anschluss und/oder dem ersten Eingangs-Pin elektrisch verbindbare oder verbundene Analog-Digital-Wandler-Einheit auf, insbesondere zum Erfassen einer sich an der am ersten Kontaktelement und/oder an der ersten Anschlussleitung und/oder am ersten Anschluss einstellenden, resultierenden Spannung, und besonders bevorzugt ferner außerdem einen mit dem zweiten Anschluss und/oder dem zweiten Eingangs-Pin elektrisch verbindbaren oder verbundenen zweiten Analog-Digital-Wandler-Kanal und/oder eine zweite mit dem zweiten Anschluss und/oder dem zweiten Eingangs-Pin elektrisch verbindbare oder verbundene Analog-Digital-Wandler-Einheit, der insbesondere zum Erfassen einer sich am zweiten Kontaktelement und/oder in der zweiten Anschlussleitung und/oder am zweiten Anschluss einstellenden, resultierenden zweiten Spannung ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich auf sehr einfache und vorteilhafte Weise eine sich jeweils einstellende, resultierende Spannung bzw. ein entsprechender, sich jeweils einstellender, resultierender Spannungsverlauf erfassen.
Statt einer Analog-Digital-Wandler-Einheit zum Erfassen der sich einstellenden, resultierenden Spannung an einem der Kontaktelemente bzw. der zugehörigen Anschlussleitung bzw. im/am zugehörigen Anschluss kann alternativ oder zusätzlich der Anschluss auch mit einem sogenannten Komparatoreingang elektrisch verbunden oder verbindbar sein, wobei unter einem Komparatoreingang im Sinne der vorliegenden Erfindung dabei ein Eingang verstanden wird, welcher insbesondere nach dem Vergleichsprinzip funktioniert. Dabei wird unterschieden, ob die anliegende Spannung an diesem Eingang oberhalb oder unterhalb einer definierten Spannungsschwelle bzw. oberhalb oder unterhalb eines definierten Spannungswertes liegt, wobei das Ergebnis des Vergleichs in der Regel als digitaler Wert (insbesondere 0 (unterhalb Schwelle) oder 1 (oberhalb Schwelle) ausgegeben wird. Der Komparatoreingang kann dabei insbesondere einen variabel anpassbaren Schwellwert ermöglichen, insbesondere einen durch die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung vorgebbaren Schwellwert, mit welchem die am jeweiligen Anschluss anliegende Spannung zu vergleichen ist, wobei der Schwellwert vorzugsweise intern, d.h. innerhalb der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung, insbesondere mithilfe von Software adaptierbar bzw. anpassbar ist. Hierdurch lässt sich insbesondere die Auswertung bzw. das Bestimmen des Funktionszustandes vereinfachen bzw. insbesondere vielmehr bereits durch den Komparatoreingang erledigen. Wird ein bedatbarer bzw. anpassbarer Komparatoreingang verwendet, d.h. ein Komparatoreingang mit anpassbarem bzw. applizierbarem Schwellwert, lässt sich eine besonders hohe Flexibilität und Adaptierbarkeit der Schaltungsanordnung an den jeweiligen Anwendungsfall erreichen.
Eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung für eine Bedieneingabevorrichtung weist eine Schaltungsanordnung mit einem kapazitiven Sensor mit wenigstens einer elektrisch leitfähigen Sensorelektrode und wenigstens einem Kontaktschalter auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung erfindungsgemäß ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich eine besonders vorteilhafte Sensorvorrichtung bereitstellen, insbesondere eine Sensorvorrichtung mit einer guten Diagnosefähigkeit. Infolgedessen wiederum kann eine hohe Funktionssicherheit der Sensorvorrichtung erreicht werden.
Eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung kann insbesondere für eine Bedieneingabevorrichtung ausgebildet sein, wie sie in der eingangs bereits mehrfach erwähnten DE 102020108704.7 beschrieben ist, und insbesondere beispielsweise einen Kontaktschalter aufweisen, der derart ausgebildet ist, dass in einem bedienkraftfreien Zustand eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Kontaktelement und dem zweiten elektrischen Kontaktelement getrennt ist und durch Aufbringen einer Bedienkraft in Betätigungsrichtung, die größer als eine definierte Kontaktschließkraft ist, eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Kontaktelement und dem zweiten elektrischen Kontaktelement hergestellt werden kann, wobei durch Aufbringen einer Bedienkraft insbesondere eine Änderung der Sensorkapazität bewirkbar ist, wobei die Sensorvorrichtung insbesondere dazu ausgebildet ist, eine Änderung der Sensorkapazität zu erfassen und in Abhängigkeit von dieser einen Schaltzustand des Kontaktschalters zu ermitteln, sowie besonders bevorzugt ferner eine auf die Bedieneingabe aufgebrachte Bedienkraft.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Diagnose einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und/oder Sensorvorrichtung ist gekennzeichnet durch die Schritte:

a) Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und/oder einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung,
b) Ermitteln eines Schaltzustands des Kontaktschalters der Schaltungsanordnung mithilfe der wenigstens einen elektrisch leitfähigen Sensorelektrode,
c) Anlegen eines ersten definierten Potenzials an das erste Kontaktelement und/oder die erste Anschlussleitung, insbesondere in Abhängigkeit vom ermittelten Schaltzustand des Kontaktschalters,

d) Anlegen eines zweiten definierten Potenzials an das zweite Kontaktelement und/oder die zweite Anschlussleitung, insbesondere in Abhängigkeit vom ermittelten Schaltzustand des Kontaktschalters,

e) Erfassen einer sich am ersten Kontaktelement und/oder einer sich in der ersten Anschlussleitung und/oder einer sich am ersten Anschluss einstellenden, resultierenden ersten Spannung und/oder einer sich am zweiten Kontaktelement und/oder einer sich in der zweiten Anschlussleitung und/oder einer sich am zweiten Anschluss einstellenden, resultierenden zweiten Spannung,
f) Auswerten wenigstens einer erfassten Spannung, und
g) Bestimmen eines Funktionszustands der Schaltungsanordnung, insbesondere eines Funktionszustands der Schaltungsanordnung und/oder des Kontaktschalters, in Abhängigkeit von dem mithilfe der Sensorelektrode erfassten Schaltzustand des Kontaktschalters und in Abhängigkeit von wenigstens einer erfassten und ausgewerteten Spannung.

Durch das Bestimmen des Funktionszustands der Schaltungsanordnung in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Kontaktschalters kann die Diagnosefähigkeit der Schaltungsanordnung erheblich verbessert werden. Insbesondere lassen sich auf diese Weise Fehlerzustände der Schaltungsanordnung eindeutig erkennen, die ohne Ermittlung des Schaltzustands des Kontaktschalters nicht eindeutig als Fehlerzustand erkennbar sind. Beispielsweise kann auf diese Weise ein Kurzschluss im Kontaktschalter von einem geschlossenen Kontaktschalter unterschieden werden. Hierdurch kann die funktionale Sicherheit der Schaltungsanordnung deutlich erhöht werden. Beispielsweise kann auf diese Weise bei einem geöffneten Kontaktschalter ein Kurzschluss innerhalb des Kontaktschalters erkannt werden, welcher sich ohne Kenntnis des Schaltzustands nicht eindeutig erkennen ließe.
Das Ermitteln des Schaltzustands des Kontaktschalters erfolgt dabei vorzugweise kapazitiv auf aus dem Stand der Technik bekannte, übliche Art und Weise, wobei dazu vorzugsweise eine Änderung der sich zwischen der wenigstens einen Sensorelektrode und wenigstens einem der Kontaktelemente ausbildenden Sensorkapazität erfasst und ausgewertet wird, insbesondere eine aus einer Änderung des Abstands der beiden Kontaktelemente des Kontaktschalters resultierende Änderung der Sensorkapazität.
Die Änderung der Sensorkapazität kann beispielsweise mithilfe eines der bekannten, sogenannten CVD-Verfahrens (Capacitive-Voltage-Divider-Verfahrens) erfasst werden, wie es beispielsweise in „AN1478 - mTouch™ Sensing Solution Acquisition Methods Capacitive Voltage Divider“ der Firma Microchip beschrieben ist, zum Anmeldezeitpunkt der vorliegenden Anmeldung abrufbar unter http://ww1.microchip.com/downloads/en/Appnotes/0 14 78B.pdf.
Eine besonders effiziente und vorteilhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich dabei, wenn der Schaltzustand des Kontaktschalters mithilfe der Sensorelektrode ermittelt wird, bevor das Anlegen eines Potenzials in einem der Schritte c) und/oder d) erfolgt. Dies ermöglicht es, das Potenzial gezielt abgestimmt auf den jeweils erkannten Schaltzustand des Kontaktschalters anzulegen bzw. gezielt nur diejenigen Diagnoseschritte bzw. -messungen durchzuführen, welche in dem jeweiligen aktuellen Schaltzustand des Kontaktschalters eine eindeutige Bestimmung des Funktionszustands ermöglichen.
Hierdurch kann die Diagnose sehr effizient und zielgerichtet durchgeführt werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn nur kurze Zeiträume, d.h. kurze Zeitslots, zur Durchführung einer Diagnose zur Verfügung stehen.
Grundsätzlich ist es aber auch möglich, den Schaltzustand des Kontaktschalters erst unmittelbar vor der Bestimmung des Funktionszustands zu bestimmen. Für eine zuverlässige Bestimmung des Funktionszustands sollte der Schaltzustand des Kontaktschalters jedoch insbesondere zeitlich während oder kurz vor oder nach dem Erfassen der Spannung(en) erfolgen, um eine korrekte Auswertung und Einordnung bzw. Zuordnung der gemessenen Spannung(en) zum Schaltzustand des Kontaktschalters zu ermöglichen.
Das Anlegen eines ersten definierten Potenzials an das erste Kontaktelement und/oder an die erste Anschlussleitung kann dabei beispielsweise erfolgen, insbesondere wenn die Schaltungsanordnung eine mit der ersten Anschlussleitung elektrisch verbundene Referenzkapazität und einen zugehörigen Pull-Widerstand aufweist, indem beispielsweise die Referenzkapazität zunächst definiert aufgeladen oder definiert entladen wird, und anschließend entladen bzw. aufgeladen wird. Wird die wenigstens eine zu erfassende Spannung dabei insbesondere während des Entladens bzw. Aufladens erfasst, insbesondere ein sich dabei ergebender, resultierender Spannungsverlauf, und anschließend mit dem erwarteten Soll-Spannungsverlauf für den jeweils zugrundeliegenden, definierten Lade- bzw. Entladezustand verglichen, kann auf einen Funktionszustand der Schaltungsanordnung geschlossen werden.
Entspricht der erfasste Spannungsverlauf nicht dem erwarteten Spannungsverlauf, beispielsweise weil sich die Referenzkapazität erheblich schneller als erwartet entlädt, lässt dies auf einen fehlerhaften Funktionszustand der Schaltungsanordnung schließen. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Kurzschluss mit einem Massepotenzial oder einem Versorgungspotenzial erkannt werden oder auch ein verändertes Widerstandsverhalten einer oder mehrerer Komponenten der Schaltungsanordnung.
Bei einer anderen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, beispielsweise wenn das erste Kontaktelement und/oder das zweite Kontaktelement zusätzlich jeweils über einen weiteren Anschluss und eine weitere Anschlussleitung mit der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden oder verbindbar sind, beispielsweise über eine dritte und/oder vierte Anschlussleitung und einen dritten und/oder vierten Anschluss, kann die jeweilige, dem ersten Kontaktelement oder dem zweiten Kontaktelement zugeordnete Anschlussleitung beispielsweise an ein entsprechendes Potenzial angelegt werden, indem beispielsweise an den zugehörigen weiteren Anschluss bzw. die zugehörige weitere Anschlussleitung das entsprechende Potenzial angelegt wird, beispielsweise ein Versorgungspotenzial Vcc oder Vdd der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung, insbesondere eines zugehörigen Mikrokontrollers, oder ein Massepotenzial, insbesondere ein Potenzial von ±0V, d.h. insbesondere ein Ground-Potenzial, d.h. GND. Dies kann besonders und vorteilhaft und einfach durchgeführt werden, indem der jeweilige, zugehörige weitere Anschluss als Ausgang ausgebildet oder für den Potenzialanlegungszeitraum als Ausgang geschaltet wird und insbesondere mit einem entsprechenden Pol einer jeweiligen Spannungsquelle verbunden wird.
Das Erfassen der wenigstens einen sich jeweils einstellenden, resultierenden ersten und/oder zweiten Spannung bzw. des sich jeweils einstellenden, resultierenden ersten und/oder zweiten Spannungsverlaufs erfolgt bei einer besonders bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere mittels oder mithilfe eines entsprechenden, dem jeweiligen Anschluss zugeordneten Analog-Digital-Wandlers oder dergleichen. Dieser ist dazu vorzugsweise, zumindest während des Erfassens, mit dem ersten Anschluss bzw. dem zweiten Anschluss elektrisch verbunden, wobei der erste Anschluss und/oder der zweite Anschluss dafür entweder (dauerhaft) als Eingang ausgebildet sind, d.h. insbesondere hochohmig, oder zumindest während des Erfassens jeweils als Eingang betrieben werden können, indem sie beispielsweise als GPIO-Anschlüsse ausgebildet sind und während des Erfassens bzw. zum Erfassen hochohmig geschaltet werden, insbesondere auf einen Spannungsmessbetrieb, in welchem sie beispielsweise mit dem Analog-Digital-Wandler elektrisch verbunden sind.
Das Erfassen der sich einstellenden resultierenden Spannung kann dabei grundsätzlich sowohl einmalig, d.h. durch einmaliges Abtasten, als auch mehrfach hintereinander erfolgen, d.h. durch eine kontinuierliche Messung oder mithilfe eines Analogeingangs kontinuierlich.
Insbesondere, wenn das Anlegen eines definierten Potenzials in Schritt c) und/oder d) durch ein definiertes Aufladen oder ein definiertes Entladen einer Referenzkapazität erfolgt, wird die sich einstellende resultierende Spannung besonders bevorzugt kontinuierlich erfasst, d.h. der zugehörige Spannungsverlauf wird erfasst, bzw. zumindest zeitabhängig, d.h. es wird zusätzlich die Zeit zwischen zwei Spannungsmesswerten miterfasst. Andernfalls ist aufgrund des nicht konstanten, anliegenden Potenzial keine zuverlässige Bestimmung des Funktionszustands der Schaltungsanordnung möglich ist.
Eine zumindest zeitabhängige, insbesondere kontinuierliche Spannungserfassung ist hingegen nicht erforderlich, wenn das definierte Potenzial über einen weiteren Anschluss und/oder eine weitere Anschlussleitung angelegt werden kann, da in diesem Fall auf einfache Art und Weise ein konstantes Potenzial angelegt werden kann und in einem fehlerfreien Zustand daraus eine ebenfalls konstante Spannung resultiert. Hier kann somit insbesondere bereits mit einem, insbesondere mit zwei Spannungsmesswerten, ein Funktionszustand der Schaltungsanordnung zuverlässig bestimmt werden.
Das Auswerten in Schritt f) kann insbesondere ein Vergleichen der erfassten Spannung oder des erfassten Spannungsverlaufs mit einem zugehörigen Sollwert oder einem zugehörigen Sollwertverlauf beinhalten und/oder eine Signalaufbereitung oder dergleichen umfassen und/oder eine Fehlerkorrektur und/oder eine Kompensation, beispielsweise, um ein Signalrauschen zu reduzieren und/oder entsprechende Bauteil-, Fehler- und/oder Umgebungseinflüsse oder -toleranzen oder Messtoleranzen oder dergleichen herauszurechnen und somit die Erkennungsgenauigkeit bzw. Qualität der Bestimmung eines Funktionszustandes der Schaltungsanordnung bzw. des Kontaktschalters zu verbessern. Dies kann beispielsweise mithilfe entsprechender Wertefenster, Schwellwerten, Signalfiltern, Mittelwertbildungen etc. erreicht werden.
Beispielsweise lassen sich hierdurch jeweils technisch bedingte, jeweils vorhandene Filter- bzw. Buffer-Kapazitäten einzelner Komponenten herausrechnen.
Das Bestimmen des Funktionszustandes der Schaltungsanordnung kann beispielsweise einen Vergleich der am ersten Anschluss erfassten, sich einstellenden resultierenden ersten Spannung mit der sich insbesondere gleichzeitig am zweiten Anschluss einstellenden, resultierenden zweiten Spannung sowie mit den jeweils am ersten Kontaktelement bzw. in der ersten Anschlussleitung und/oder am zweiten Kontaktelement und/oder in der zweiten Anschlussleitung angelegten Potenzialen beinhalten.
Auf diese Weise kann beispielsweise ein Fehlerzustand erkannt werden, wenn (bei einem geöffneten Kontaktschalter) über einen dritten Anschluss und eine dritte Anschlussleitung das erste Kontaktelement in Schritt c) mit einem ersten Referenzpotenzial von beispielsweise +5V beaufschlagt worden ist, aber am ersten Anschluss beim Erfassen der sich einstellenden, resultierenden ersten Spannung in der ersten Anschlussleitung bzw. am ersten Anschluss in Schritt e) lediglich eine Spannung von +3,5V erfasst worden ist, statt einer erwarteten Spannung von beispielsweise +4,8V welche sich unter Berücksichtigung eines elektrischen Widerstandes in der ersten Anschlussleitung sowie eines in Reihe geschalteten elektrischen Widerstandes in der dritten Anschlussleitung hätte einstellen sollen.
Ebenso kann beispielsweise auf einen Fehlerzustand geschlossen werden, wenn der Kontaktschalter sich in einem ersten geöffneten Schaltzustand befindet, am ersten Kontaktelement in Schritt c) beispielsweise ein erstes Potenzial von beispielsweise +5V angelegt wird, gleichzeitig am zweiten Kontaktelement in Schritt d) beispielsweise ein Potenzial von ±0V angelegt wird, d.h. insbesondere GND, aber am zweiten Anschluss in Schritt e) dennoch eine sich einstellende resultierende Spannung von ca. +4,8V statt ±0V erfasst wird. Dies lässt darauf schließen, dass beispielsweise ein Kurzschluss zwischen den Kontaktelementen vorliegt oder aber das zweite Kontaktelement oder die zweite Anschlussleitung oder der zweite Anschluss anderweitig kurzgeschlossen ist oder beispielsweise mit dem Versorgungspotenzial des Mikrokontrollers elektrisch verbunden ist.
Bevorzugt wird bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere bestimmt, ob eines der Kontaktelemente mit einem Potenzial kurzgeschlossen ist, beispielsweise mit einem Versorgungspotenzial oder einem Basispotenzial, insbesondere beispielsweise mit einem Versorgungspotenzial oder mit einem Massepotenzial eines zugehörigen Mikrokontrollers.
Alternativ oder zusätzlich wird bei einer besonders bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ferner ein Kontaktübergangswiderstand und/oder ein Isolationswiderstand zwischen den Kontaktelementen ermittelt bzw. bestimmt.
Dies ist mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bzw. einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung und insbesondere mit einem erfindungsgemäßen Verfahren besonders zuverlässig möglich, da der Isolationswiderstand beispielsweise nur bei geöffnetem Kontaktschalter bestimmt werden kann, während der Kontaktübergangswiderstand hingegen nur bei geschlossenem Kontaktschalter bestimmt werden kann und durch die erfindungsgemäße Erfassung jeweils plausibilisiert bzw. bestätigt werden kann, ob der Kontaktschalter tatsächlich geöffnet oder geschlossen ist.
Das Auswerten wenigstens einer erfassten Spannung und/oder das Bestimmen eines Funktionszustands der Schaltungsanordnung kann dabei insbesondere unmittelbar nach dem Erfassen der Spannung(en) erfolgen oder aber auch mit einem gewissen zeitlichen Abstand danach, insbesondere je nach Betriebszustand des Kontaktschalters.
Besonders bevorzugt erfolgt das Bestimmen des Funktionszustands der Schaltungsanordnung, insbesondere des Kontaktschalters bzw. der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung, jedoch erst, nachdem sowohl die sich am ersten Kontaktelement und/oder in der ersten Anschlussleitung und/oder am ersten Anschluss einstellende, resultierende erste Spannung als auch die sich am zweiten Kontaktelement und/oder in der zweiten Anschlussleitung und/oder am zweiten Anschluss einstellende, resultierende zweite Spannung erfasst worden sind.
Dies ermöglicht die Berücksichtigung beider Spannungen, d.h. der ersten Spannung und der zweiten Spannung, bei der Bestimmung des Funktionszustands der Schaltungsanordnung. Somit lässt sich der Funktionszustand besser bzw. genauer ermitteln. D. h., besonders bevorzugt werden zunächst sowohl die sich am ersten Kontaktelement und/oder in der ersten Anschlussleitung und/oder sich am ersten Anschluss einstellende, resultierende erste Spannung sowie die sich am zweiten Kontaktelement und/oder sich in der zweiten Anschlussleitung und/oder sich am zweiten Anschluss einstellende, resultierende zweite Spannung erfasst und ausgewertet, und dann der Funktionszustand der Schaltungsanordnung in Schritt f) insbesondere in Abhängigkeit von der ersten Spannung und in Abhängigkeit von der zweiten Spannung bestimmt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Funktionszustand ferner anschließend ausgegeben, insbesondere in einem weiteren Schritt, beispielsweise in Form eines entsprechenden Ausgabesignals oder dergleichen, wobei im Fall eines erkannten fehlerhaften Funktionszustands der Schaltungsanordnung besonders bevorzugt, und insbesondere in Abhängigkeit von einem den Fehlerzustand charakterisierenden Ausgabesignal, wenigstens eine entsprechende Maßnahme durchgeführt wird.
Eine derartige Maßnahme kann beispielsweise das Eintragen einer Information in einen Fehlerspeicher sein und/oder das Überführen der Schaltungsanordnung und/oder eines entsprechenden, die Schaltungsanordnung verwendenden Systems in einen sicheren Zustand, beispielsweise durch Abschalten.
Zur Verbesserung der Diagnosequalität können das Anlegen der Potenziale (Schritte c) und d)) und das Erfassen der Spannung (Schritt e)) mehrfach wiederholt werden. Ebenso das Auswerten (Schritt f)) und das Bestimmen des Funktionszustandes (Schritt g)). Auch kann es in einigen Fällen sinnvoll sein, in diesem Zusammenhang jeweils das Ermitteln des Schaltzustandes des Kontaktschalters (Schritt b)) jeweils mit zu wiederholen.
Die Qualität der Diagnose kann dabei besonders vorteilhaft verbessert werden, indem ein oder mehrere weitere Zyklen durchgeführt werden, welche jeweils einen oder mehrere Wiederholungsschritte umfassen. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn diese Zyklen dabei jeweils insbesondere mit veränderten Parametern durchgeführt werden, vorzugsweise jedoch derart, dass sich das Ergebnis eines vorherigen Zyklus plausibilisieren lässt. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem mehrere Diagnosezyklen, mit unterschiedlichen Potenzialwerten durchgeführt werden.
Soll die Schaltungsanordnung beispielsweise auf einen veränderten Kontaktübergangswiderstand geprüft werden, können dazu mehrere Messungen mit unterschiedlichen Potenzialen, die in den jeweiligen Zyklen jeweils an die Kontaktelemente angelegt werden, durchgeführt und ausgewertet werden, wobei zur Bestimmung des Funktionszustandes der Schaltungsanordnung insbesondere sämtliche Ergebnisse der einzelnen Zyklen berücksichtigt und insbesondere auch untereinander verglichen oder anderweitig miteinander verknüpft oder in Beziehung zueinander gesetzt werden können, um die Qualität der Bestimmung des Funktionszustandes, insbesondere die Genauigkeit, zu verbessern. Grundsätzlich sind dabei alle möglichen Variationen denkbar.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens werden in einem Zyklus zunächst die Schritte b) bis e) durchgeführt. Nach dem Durchführen dieses ersten Zyklus wird insbesondere zunächst ein zweiter Zyklus durchgeführt, in dem wenigstens die Schritte b) bis e) wiederholt werden, d. h. die Schritte des Ermitteln des Schaltzustands des Kontaktschalters (Schritt b)), des Anlegens eines ersten definierten Potenzials (Schritt c)) sowie eines zweiten definierten Potenzials (Schritt d)) und des Erfassens der sich jeweils einstellenden resultierenden ersten bzw. zweiten Spannungen (Schritt e)), bevor die erfassten Spannungen ausgewertet werden und (Schritt f)) und der Funktionszustand der Schaltungsanordnung in Schritt g) bestimmt wird.
Im zweiten Zyklus wird bei einer besonders bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Schritt c) das zweite definierte Potenzial aus dem ersten Zyklus an das erste Kontaktelement und/oder die erste Anschlussleitung angelegt, und gleichzeitig in Schritt d) das erste definierte Potenzial aus dem ersten Zyklus an das zweite Kontaktelement und/oder die zweite Anschlussleitung angelegt.
Beim anschließenden Auswerten in Schritt f), insbesondere beim Bestimmen des Funktionszustands in Schritt g), werden insbesondere wenigstens eine im ersten Zyklus erfasste Spannung, insbesondere eine im ersten Zyklus erfasste erste Spannung und eine im ersten Zyklus erfasste zweite Spannung, und wenigstens eine im zweiten Zyklus erfasste Spannung berücksichtigt, insbesondere eine im ersten Zyklus erfasste erste Spannung und eine im ersten Zyklus erfasste zweite Spannung.
D. h. mit anderen Worten, dass in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung bzw. Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, im zweiten Zyklus vorzugweise die Potenziale aus dem ersten Zyklus jeweils entgegengesetzt an das erste Kontaktelement bzw. das zweite Kontaktelement bzw. an die zugehörigen Anschlussleitungen angelegt werden, bevor die erfassten Spannungen ausgewertet werden und der Funktionszustand der Schaltungsanordnung bestimmt wird, wobei der Funktionszustand insbesondere in Abhängigkeit von den im ersten Zyklus und den im zweiten Zyklus erfassten und ausgewerteten Spannungen bestimmt wird.
Hierdurch lässt sich der Funktionszustand der Schaltungsanordnung noch besser bestimmen, insbesondere genauer und eindeutiger, und somit die Diagnose der Schaltungsanordnung verbessern. Insbesondere kann hierdurch eine erheblich höhere Diagnosegenauigkeit erreicht werden. Vor allem kann auf diese Weise die Rate der richtig erkennbaren Fehlerzustände erhöht werden. Ferner kann auf diese Weise ein eventuell vorhandener Fehler bzw. Defekt in der Schaltungsanordnung besser lokalisiert bzw. genauer bestimmt werden.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar, den zweiten Zyklus erst nach dem Auswerten der im ersten Zyklus erfassten Spannungen durchzuführen und/oder auch erst, nachdem auf Basis der im ersten Zyklus erfassten Spannung(en) bereits in Schritt g) ein Funktionszustand der Schaltungsanordnung bestimmt worden ist.
D.h. der zweite Zyklus kann grundsätzlich auch erst durchgeführt werden, nachdem die Schritte f) und g) zunächst einmal im Anschluss an den ersten Zyklus bzw. die Schritte a) bzw. b) bzw. c) bis e) durchgeführt worden sind.
Der zweite Zyklus kann dabei jeweils unmittelbar im Anschluss an den ersten Zyklus durchgeführt werden oder auch unmittelbar im Anschluss an Schritt f) oder g) oder aber mit einer definierten Pause dazwischen.
Der erste Zyklus und der zweite Zyklus können auch beliebig oft nacheinander wiederholt werden: alternierend oder mit wechselndem Rhythmus, wobei die Zeitintervalle zwischen der Durchführung der einzelnen Zyklen konstant sein können oder aber auch variabel sein können, je nach Bedarf, insbesondere je nach Diagnosebedarf bzw. verfügbarer Diagnosezeit.
In vielen Anwendungsfällen kann es vorteilhaft sein, wenn die Diagnose bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Diagnose der Schaltungsanordnung permanent durchgeführt wird, also kontinuierlich zyklisch wiederholt wird. D.h., die Diagnose bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Diagnose der Schaltungsanordnung kann insbesondere nach dem Aufstarten eines zugehörigen Steuergerätes durchgeführt werden und solange zyklisch wiederholt werden, bis das Steuergerät wieder herunterfährt bzw. -gefahren ist. Hierdurch kann eine besonders gute Überwachung des Kontaktschalters erreicht werden.
Alternativ kann die Diagnose aber auch nur bedarfsgerecht durchgeführt werden, beispielsweise nur unmittelbar nach dem Aufstarten der Schaltungsanordnung bzw. eines Systems mit einer solchen Schaltungsanordnung, beispielsweise eines Sensorsystems oder dergleichen und/oder nach bestimmten, insbesondere eine Diagnose auslösenden bzw. triggernden Ereignissen.
In einigen Fällen kann es insbesondere vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere die Schritte b) bis g) und/oder nur den ersten Zyklus und/oder den zweiten Zyklus, jeweils zu wiederholen, gegebenenfalls auch mehrfach, insbesondere mit weiteren, vom ersten und/oder zweiten definierten Potenzial verschiedenen Potenzialen, die jeweils angelegt werden, wodurch sich weitere Diagnosemöglichkeiten ergeben.
So kann es beispielsweise in einigen Fällen vorteilhaft sein, wenn nach einen zweiten Zyklus außerdem ein dritter Zyklus nach dem gleichen Prinzip durchgeführt wird, wobei in diesem dritten Zyklus beispielsweise ein drittes Potenzial, insbesondere ein vom ersten Potenzial und/oder vom zweiten Potenzial verschiedenes drittes Potenzial an das erste Kontaktelement und/oder die erste Anschlussleitung und/oder den ersten Anschluss und/oder das zweite Kontaktelement und/oder die zweite Anschlussleitung und/oder den zweiten Anschluss angelegt wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird, insbesondere nach dem Durchführen der Schritte b) oder c) bis e) in einem zweiten Zyklus, wenigstens ein dritter Zyklus durchgeführt, besonders bevorzugt ferner außerdem ein vierter Zyklus, wobei besonders bevorzugt jeweils im dritten Zyklus und/oder im vierten Zyklus wenigstens die Schritte b) oder c) bis e) wiederholt werden, insbesondere bevor die Schritte f) und g) durchgeführt werden. Dabei werden bevorzugt im ersten Zyklus und im zweiten Zyklus das erste Potenzial und das zweite Potenzial jeweils unterschiedlich voneinander gewählt und im dritten Zyklus wird vorzugsweise in den Schritten c) und d) das erste definierte Potenzial aus dem ersten bzw. zweiten Zyklus jeweils sowohl an das erste Kontaktelement und/oder die erste Anschlussleitung als auch an das zweite Kontaktelement und/oder die zweite Anschlussleitung angelegt. Im vierten Zyklus wird in den Schritten c) und d) insbesondere jeweils das zweite definierte Potenzial aus dem ersten bzw. zweiten Zyklus jeweils sowohl an das erste Kontaktelement und/oder die erste Anschlussleitung als auch an das zweite Kontaktelement und/oder die zweite Anschlussleitung angelegt und beim Auswerten in Schritt f) bzw. beim Bestimmen des Funktionszustands in Schritt g) wird besonders bevorzugt wenigstens eine im ersten Zyklus erfasste Spannung, wenigstens eine im zweiten Zyklus erfasste Spannung und wenigstens eine im dritten Zyklus und/oder eine im vierten Zyklus erfasste Spannung berücksichtigt bzw. der Funktionszustand in Abhängigkeit von wenigstens all diesen bestimmt, insbesondere in Abhängigkeit von jeweils allen jeweils in den einzelnen Zyklen erfassten Spannungen.
D. h. mit anderen Worten und vereinfacht ausgedrückt, dass besonders bevorzugt in wenigstens einem Zyklus, beispielsweise in einem ersten Zyklus, jeweils zwei unterschiedliche Potenziale an das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement bzw. die zugehörigen Anschlussleitungen bzw. Anschlussknoten angelegt werden und besonders bevorzugt ein entsprechender weiterer Zyklus, beispielsweise ein zweiter Zyklus, mit umgekehrt angelegten Potenzialen wiederholt wird, quasi als redundanter Zyklus, sowie ferner insbesondere wenigstens ein weiterer Zyklus durchgeführt wird, beispielsweise ein dritter Zyklus, indem besonders bevorzugt an beide Kontaktelemente bzw. Anschlussleitungen bzw. Anschlussknoten gleiche Potenziale angelegt werden, wobei ein solcher Zyklus bevorzugt ebenfalls redundant ausgeführt wird, vorzugsweise jedoch mit einem weiteren Potenzial.
Besonders bevorzugt wird dabei in einem solchen weiteren Zyklus, beispielsweise in einem dritten Zyklus, ein erstes weiteres Potenzial an beide Kontaktelemente bzw. die zugehörigen Anschlussleitungen angelegt und in einem weiteren, beispielsweise vierten Zyklus ein davon verschiedenes zweites weiteres Potenzial. Diese weiteren Potenziale können dabei die gleichen Potenziale sein, welche in einem anderen Zyklus als verschiedene Potenziale ausgewählt sind, also beispielsweise den ersten und zweiten Potenzialen aus den ersten und zweiten Zyklen entsprechen oder alternativ dritte oder vierte Potenziale mit dritten oder vierten Potenzialwerten sein.
Hierdurch kann die Diagnosefähigkeit, insbesondere die Zuverlässigkeit der Diagnose bzw. die Zuverlässigkeit der Bestimmung des Funktionszustandes erheblich verbessert werden. Insbesondere kann somit beispielsweise auch das Erfassen der einzelnen Spannungen überprüft werden, beispielsweise ob die dabei verwendeten Analog-Digital-Wandler einwandfrei funktionieren.
Die mit Bezug auf eine erfindungsgemäße, diagnosefähige Schaltungsanordnung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend auch für eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung sowie für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Diagnose einer solchen Schaltungsanordnung und umgekehrt, auch wenn dies jeweils, insbesondere um Wiederholungen zu vermeiden, in dieser Anmeldung an den entsprechenden Stellen nicht jeweils explizit nochmals beschrieben ist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der allgemeinen Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder beschriebenen und/oder in den Figuren dargestellten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen sowie auch in Alleinstellung verwendbar, sofern diese Kombination bzw. die jeweilige Ausgestaltung technisch ausführbar ist.
Die Erfindung wird nun anhand mehrerer, nicht einschränkender Ausführungsbeispiele sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei funktionsgleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:

1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
2 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
3 ein Flussdiagramm zu einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
5 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
6 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, und
7 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines sechsten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100, wobei diese Schaltungsanordnung 100 für eine Verwendung in einem Bedienelement und/oder einer Bedieneinrichtung ausgebildet ist, insbesondere für eine Verwendung in einer Bedieneingabevorrichtung in einem Fahrzeug, beispielsweise in einem Lenkrad oder dergleichen.
Die Schaltungsanordnung 100 weist erfindungsgemäß einen elektrischen Kontaktschalter 10 sowie eine Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20 auf. Der elektrische Kontaktschalter 10 weist ein erstes elektrisches Kontaktelement A und ein zweites elektrisches Kontaktelement B auf. Die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20, welche bei diesem Ausführungsbeispiel durch einen Mikrocontroller (µC) gebildet ist, weist einen ersten elektrischen Anschluss 3 sowie einen zweiten elektrischen Anschluss 4 auf.
Das erste elektrische Kontaktelement A ist dabei über eine erste Anschlussleitung 1 und einen ersten elektrischen Widerstand R1 elektrisch mit dem ersten Anschluss 3 der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20 elektrisch verbunden und das zweite Kontaktelement B über eine zweite Anschlussleitung 2 und einen zweiten elektrischen Widerstand R2 mit dem zweiten Anschluss 4.
Erfindungsgemäß weist die Schaltungsanordnung 100 ferner eine elektrisch leitfähige Sensorelektrode 30 auf, welche derart ausgebildet und relativ zu wenigstens den Kontaktelementen A und B des Kontaktschalters 10 angeordnet ist, dass sie mit diesen eine nicht näher bezeichnete Sensorkapazität ausbildet. Die Sensorelektrode 30 ist bei diesem Ausführungsbeispiel dabei separat ausgebildet und über eine Sensorelektroden-Anschlussleitung 31 mit einem weiteren Anschluss 32, insbesondere einem Sensorelektroden-Anschluss 32, mit der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20 elektrisch verbunden.
Die Sensorelektrode 30 ist dabei derart relativ zum Kontaktschalter 10 angeordnet, insbesondere zu dessen Kontaktelementen A und B, dass sich bei einer Änderung des Abstands der Kontaktelemente A und B zueinander, die Sensorkapazität ändert, was messtechnisch, insbesondere kapazitiv, erfasst werden kann. Dies kann genutzt werden, um einen Schaltzustand des Kontaktschalters 10 zu bestimmen, insbesondere ob der Kontaktschalter 10 geöffnet oder geschlossen ist. Insbesondere kann mittels eines kapazitiven Messverfahrens, beispielsweise mithilfe eines sogenannten CVD-Verfahrens (Capacitive-Voltage-Divider-Verfahren) eine Änderung der Sensorkapazität erfasst werden.
Erfindungsgemäß kann bei dieser Schaltungsanordnung 100 in wenigstens einem Zustand der Schaltungsanordnung 100 zur zumindest teilweisen Diagnose der Schaltungsanordnung 100 ferner mittels der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20 über den ersten Anschluss 3 zumindest zeitweise an die erste Anschlussleitung 1 und damit auch an das erste Kontaktelement A ein erstes definiertes Potenzial angelegt werden und gleichzeitig ein zweites definiertes Potenzial über den zweiten Anschluss 4 an die zweite Anschlussleitung 2 und damit auch an das zweite Kontaktelement B. Erfindungsgemäß ist die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20 ferner dazu ausgebildet, währenddessen, d.h. während das erste definierte Potenzial und das zweite definierte Potenzial anliegen, eine sich am ersten Anschluss 3 einstellende, resultierende erste Spannung zu erfassen und währenddessen eine sich am zweiten Anschluss 4 einstellende, resultierende zweite Spannung zu erfassen, und die erfassten Spannungen auszuwerten, sowie in Abhängigkeit von dem mithilfe der Sensorelektrode 30 ermittelten Schaltzustand des Kontaktschalters 10 und in Abhängigkeit von den erfassten und ausgewerteten Spannungen einen Funktionszustand der Schaltungsanordnung 100 zu bestimmen.
Um mit nur jeweils einer Anschlussleitung 1 bzw. 2 zwischen dem Kontaktelement A und dem zugehörigen Anschluss 3 an der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20 bzw. zwischen dem Kontaktelement B und dem zugehörigen Anschluss 4, wie bei diesem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100, das für eine Diagnose erfindungsgemäß erforderliche Anlegen eines definierten Potenzials und Erfassen der sich einstellenden, resultierenden Spannung realisieren zu können, sind bei diesem Ausführungsbeispiel der erste Anschluss 3 und der zweite Anschluss 4 der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20 jeweils durch sogenannte Multifunktionspins gebildet und als sogenannte GPIO-Anschlüsse 3 bzw. 4 ausgebildet, d. h. als sogenannte (um)schaltbare Anschlüsse 3 bzw. 4, welche jeweils zwischen verschiedenen Betriebs- bzw. Funktionszuständen umgeschaltet werden können, wobei die Umschaltung bei diesem Ausführungsbeispiel dabei elektronisch erfolgt, d.h. auf Halbleiterebene, welche innerhalb des µC 20, d.h. intern, durch Software bewirkt werden kann. Zur Realisierung dieser Umschaltfunktion sind die Anschlüsse 3 und 4 jeweils mit einem intern umschaltbaren Pin GPI01 bzw. GPIO2 des µC 20 elektrisch verbunden, wobei bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel die beiden Pins GPI01 und GPI02 jeweils zwischen einem Betriebszustand als Eingangs-Pin, hier symbolisiert durch E1, und zwischen zwei verschiedenen Betriebszuständen A1 und A2 als Ausgangs-Pin umschaltbar sind.
In einem ersten Schaltzustand können die Anschlüsse 3 und 4 dabei jeweils als Eingang E1 betrieben werden, insbesondere als Analogeingang E1, wobei dazu der zugehörige Anschluss 3 bzw. 4 auf hochohmig geschaltet wird und jeweils mit einer Analog-Digital-Wandler-Einheit ADC1 bzw. ADC2 elektrisch verbunden wird. Dadurch kann in diesem Zustand eine am zugehörigen Anschluss 3 bzw. 4 anliegende elektrische Spannung erfasst werden.
In einem zweiten Schaltzustand können die Anschlüsse 3 und 4 jeweils als Ausgang A1 oder A2 betrieben werden, insbesondere jeweils als digitaler Ausgang, und bei diesem Beispiel entweder wahlweise mit einem Referenzpotenzial (Ausgang A1 - hier Vcc) oder mit einem Basispotenzial (Ausgang A2 - hier GND) elektrisch verbunden werden können.
Bei diesem Beispiel ist das Referenzpotenzial dabei die positive Versorgungsspannung Vcc des Mikrokontrollers bzw. der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20, welche in diesem Fall +5V beträgt, und das Basispotenzial ist das Massepotenzial des Mikrokontrollers 20 bzw. der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20, d.h. in diesem Fall ein Potenzial von ±0V, d.h. „Ground“ bzw. GND.
Ferner ist, auch um mit nur jeweils einer Anschlussleitung 1 bzw. 2 bzw. nur jeweils einem zugehörigen Anschluss 3 bzw. 4 eine entsprechende Diagnose durchführen zu können, jeweils zwischen dem Kontakteelement A bzw. B jeweils ein elektrischer, als ohmscher Widerstand ausgebildeter Widerstand R1 bzw. R2 entlang der zugehörigen Anschlussleitung 1 bzw. 2 in Reihe geschaltet. Darüber hinaus lässt sich durch die Widerstände R1 und R2 auf einfache Art und Weise ein harter Kurzschluss zwischen den Anschlüssen 3 und 4 bzw. den Anschlussknoten K3 und K4 im Fall eines geschlossenen Kontaktschalters vermeiden und damit eine Überlastung der µC-Anschlüsse infolge einer aus dem Kurzschluss resultierenden unkontrollierten, schnellen Kondensatorumladung. Zusätzlich ist ferner jedes der Kontakteelemente A und B über die zugehörige Anschlussleitung 1 bzw. 2 zusätzlich mit einer zugehörigen Referenzkapazität C1 bzw. C2 sowie einem zugehörigen Pull-Down-Widerstand PD1 bzw. PD2 elektrisch verbunden.
Die zugehörige Referenzkapazität C1 bzw. C2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100 dabei zum einen jeweils mit dem Basispotenzial bzw. dem Massepotenzial GND elektrisch verbunden, d.h. mit ±0V, und zum anderen jeweils über einen Anschlussknoten K3 bzw. K4 mit der jeweils zugehörigen Anschlussleitung 1 bzw. 2, wobei sich der Anschlussknoten K3 bzw. K4 zwischen dem jeweils zugehörigen elektrischen Widerstand R1 bzw. R2 und dem zugehörigen Anschluss 3 bzw. 4 befindet.
Der Pull-Down-Widerstand PD1 ist ebenfalls jeweils mit dem Basispotenzial bzw. dem Massepotenzial GND elektrisch verbunden, d.h. mit ±0V, und zum anderen ebenfalls über einen Anschlussknoten K1 mit der zugehörigen Anschlussleitung 1. Allerdings befindet sich der Anschlussknoten K1 jeweils zwischen dem Kontaktelement A und dem elektrischen Widerstand R1 und nicht zwischen diesem und dem Anschluss 3 an der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20.
Der Pull-Down-Widerstand PD2 ist ebenfalls jeweils mit dem Basispotenzial bzw. dem Massepotenzial GND elektrisch verbunden, d.h. mit ±0V, und zum anderen ebenfalls über einen Anschlussknoten K3 mit der zugehörigen Anschlussleitung 2. Allerdings befindet sich der Anschlussknoten K3 jeweils zwischen dem zugehörigen Kontaktelement B und dem elektrischen Widerstand R2 und nicht zwischen diesem und dem zugehörigen Anschluss 4 an der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20.
Durch entsprechendes, geeignetes µC-internes (Um)Schalten der Pins GPI01 und GPI02 bzw. durch entsprechendes, geeignetes Umbelegen der Anschlüsse 3 und 4 lässt sich mit einer derartigen Schaltungsanordnung 100 in wenigstens einem Zustand der Schaltungsanordnung 100 eine Diagnose der Schaltungsanordnung 100 durchführen und ein Funktionszustand der Schaltungsanordnung 100 bestimmen, insbesondere durch ein erfindungsgemäßes Verfahren, welches im Folgenden noch näher erläutert wird.
3 zeigt zum besseren Verständnis ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Diagnose einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, beispielsweise zur Diagnose der Schaltungsanordnung 100, wobei nach einem Start S0 in einem ersten Schritt S1 zunächst eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bereitgestellt wird. D.h. die Schaltungsanordnung 100 muss vorhanden sein. In einem weiteren Schritt S2 wird dann zunächst mithilfe der Sensorelektrode 30 der Schaltzustand des Kontaktschalters 10 bestimmt, insbesondere, ob dieser geöffnet oder geschlossen ist. Anschließend wird in Schritt S3 ein erstes definiertes Potenzial an die erste Anschlussleitung 1 angelegt und gleichzeitig in Schritt S4 ein zweites definiertes Potenzial an die zweite Anschlussleitung 2. Zumindest zeitweise und während die Schritte S3 und S4 durchgeführt werden, wird in Schritt S5 eine sich am ersten Anschluss 3 einstellende, resultierende erste Spannung und/oder eine sich am zweiten Anschluss 4 einstellende, resultierende zweite Spannung erfasst, welche anschließend in Schritt S6 ausgewertet wird. In Schritt S7 wird in Abhängigkeit vom ermittelten Schaltzustand des Kontaktschalters 10 und in Abhängigkeit von der/den erfassten Spannung(en) ein Funktionszustand der Schaltungsanordnung 100 bestimmt, beispielsweise, ob die Schaltungsanordnung 100 einwandfrei funktioniert oder ein Fehler vorliegt, beispielsweise ein Kurzschluss.
Die Schritte S2 bis S7 können dabei jeweils nur einmal durchgeführt werden, bevor das Verfahren in Schritt S8 endet, oder aber jeweils einzeln oder gemeinsam mit anderen Schritten in Form eines oder mehrerer weiterer Zyklen wiederholt werden, bevor das Verfahren in Schritt S8 beendet wird, was durch die Rückführungs-Pfeile symbolisiert ist. Beim Wiederholen der einzelnen Schritte können grundsätzlich auch andere Potenziale als das erste bzw. zweite Potenzial verwendet werden und/oder das erste und zweite Potenzial vertauscht werden und/oder das erste Potenzial und das zweite Potenzial gleich gewählt werden.
Ebenfalls können weitere Schritte nach S7 durchgeführt werden. Beispielsweise kann der ermittelte Funktionszustand ausgegeben werden und/oder es können ein oder mehrere Maßnahmen eingeleitet und durchgeführt werden. Eine solche Maßnahme kann beispielsweise das Eintragen eines Fehlers in einem Fehlerspeicher, das Anzeigen einer Fehlermeldung und/oder das Überführen der Schaltungsanordnung und/oder eines die Schaltungsanordnung verwendenden Systems in einen sicheren Zustand sein, beispielsweise das Umschalten in einen Notbetrieb oder das Abschalten des Systems.
Eine Diagnose der Schaltungsanordnung 100 kann beispielsweise durchgeführt werden, insbesondere mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, indem beispielsweise zunächst mithilfe einer kapazitiven Messung eine aktuelle Sensorkapazität bzw. eine aktuelle kapazitive Kopplung zwischen der Sensorelektrode 30 und einem oder beiden Kontaktelementen A und B erfasst und ausgewertet wird und in Abhängigkeit von dem Ergebnis ein Schaltzustand des Kontaktschalters 10 bestimmt wird.
Anschließend kann beispielsweise der erste Anschluss 3 als Ausgang geschaltet werden und insbesondere auf den ersten Ausgang A1 geschaltet bzw. „gelegt“ werden, sodass das Referenzpotenzial Vcc, in diesem Fall +5V, an den ersten Anschluss 3 angelegt wird. Ferner kann beispielsweise gleichzeitig der zweite Anschluss 4 ebenfalls als Ausgang geschaltet werden, wobei dieser jedoch beispielsweise auf den zweiten Ausgang A2 geschaltet werden kann, sodass das Basispotenzial von ±0V am Anschluss 4 anliegt.
Durch Halten dieses Zustands wird die erste Referenzkapazität C1 aufgeladen. Dieser Zustand wird bevorzugt gehalten, bis die erste Referenzkapazität C1 definiert aufgeladen ist, insbesondere vollständig bis auf das Referenzpotenzial Vcc bzw. in diesem Fall auf +5V.
Wird anschließend der erste Anschluss 3 durch Umschalten des ersten Pins GPIO1 auf Eingangsbetrieb umgeschaltet, d.h. auf „high Impedance“ geschaltet, beginnt die erste Referenzkapazität C1 sich zu entladen. Wird der erste Anschluss 3 dabei auf den als analogen Eingang ausgebildeten Eingang E1 umgeschaltet, kann mit dem ersten Analog-Digital-Wandler ADC1 bzw. der Analog-Digital-Wandler-Einheit ADC1, die sich am ersten Anschluss 3 einstellende, resultierende Spannung erfasst werden, insbesondere der sich beim Entladen der ersten Referenzkapazität C1 über der Zeit einstellende Spannungsverlauf.
Weicht die erfasste Spannung, d. h. die gemessene Spannung bzw. der erfasste Spannungsverlauf, um mehr als ein als zulässig definiertes Maß von einer jeweiligen, jeweils erwarteten Soll-Spannung bzw. dem jeweils erwarteten Soll-Spannungsverlauf ab, lässt dies auf einen Fehler bzw. eine unerwünschte Veränderung innerhalb der Schaltungsanordnung 100 schließen, beispielsweise auf einen erhöhten Widerstand an einem der Kontaktelemente A, B, einen Leitungsbruch, einen Kurzschluss, einen reduzierten Isolationswiderstand zwischen den Kontaktelementen A und B und oder auf einen erhöhten Kontaktübergangswiderstand zwischen den Kontaktelementen A und B. Die erwartete Soll-Spannung bzw. der erwartete Soll-Spannungsverlauf ist dabei abhängig vom Schaltzustand des Kontaktschalters 10. Entlädt sich die erste Referenzkapazität C1 bei geöffnetem Kontaktschalter 10 beispielsweise schneller als erwartet, d.h. fällt die erfasste Spannung schneller ab als erwartet, deutet dies auf einen Kurzschluss hin.
Überschreitet eine erfasste Abweichung ein zulässiges Maß, wird als Funktionszustand ein Fehler-Funktionszustand bestimmt und insbesondere zur Weiterverarbeitung ausgegeben. Liegt die Abweichung unterhalb des zulässigen Wertes, insbesondere unterhalb einer definierten Schwelle, wird als Funktionszustand ein fehlerfreier Funktionszustand bestimmt und insbesondere zur Weiterverarbeitung ausgegeben.
In dem die erfasste Spannung, bzw. in diesem Fall besonders bevorzugt der erfasste Spannungsverlauf, ausgewertet wird und insbesondere dabei mit einem zugehörigen definierten Spannungs-Sollwert bzw. einem definierten Spannungs-Sollwertverlauf verglichen wird, erfindungsgemäß jeweils in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Kontaktschalters 10, der erfindungsgemäß mithilfe der Sensorelektrode 30 ermittelt wird, kann der Funktionszustand der Schaltungsanordnung 100 auf einfache Art und Weise zuverlässig bestimmt werden.
Für eine besonders zuverlässige Diagnose der Schaltungsanordnung 100 können analog zum ersten Zyklus zusätzlich ein oder mehrere weitere Zyklen durchgeführt werden, beispielweise wenigstens ein zweiter Zyklus, in welchem beispielsweise statt einer sich am ersten Anschluss 3 einstellenden Spannung eine sich am zweiten Anschluss 4 einstellende resultierende Spannung erfasst wird oder andere Potenziale an die erste Anschlussleitung bzw. die zweite Anschlussleitung angelegt werden.
Durch die Variation des Ausgangszustands bzw. der Schaltzustände der Schaltungsanordnung 100, insbesondere der GPIO-Pins können unterschiedliche Potenziale angelegt werden, für welche jeweils andere Soll-Spannungen erwartet werden. Durch Erfassen der sich jeweils für die vordefinierten Zustände einstellenden resultierenden Spannungen bzw. Spannungsverläufe und einen entsprechenden Vergleich dieser mit den erwarteten Sollwerten, können Fehler oder Veränderungen in der Schaltungsanordnung 100 detektiert werden.
Die Reihenfolge der einzelnen Test-Zustände bzw. Schaltkombinationen, um entsprechend unterschiedliche Potenziale und Potenzialkombinationen anzulegen, um möglichst viele Fehlerzustände bzw. unerwünschte Veränderungen oder Fehlfunktionen erkennen zu können, ist grundsätzlich beliebig und frei variierbar.
Beispielsweise kann in einem zweiten Zyklus zunächst der erste Anschluss 3 dauerhaft als Ausgang geschaltet werden und insbesondere auf den zweiten Ausgang A2 gelegt werden, sodass das Basispotenzial GND am zweiten Anschluss 3 und damit am Anschlusskontakt K2 angelegt wird, während gleichzeitig der zweite Anschluss 4 zunächst mit dem ersten Ausgang A1 elektrisch verbunden wird, sodass das Referenzpotenzial Vcc am Anschlusskontakt K4 angelegt wird. Dadurch wird nun die zweite Referenzkapazität C2 auf ein zweites definiertes Potenzial aufgeladen, welches auf dem ersten Potenzial basiert und insbesondere näherungsweise dem Referenzpotenzial Vcc mit +5V entspricht.
Ist die zweite Referenzkapazität C2 vollständig aufgeladen, wird nun analog zum ersten Zyklus statt des ersten Anschlusses 3 der zweite Anschluss 4 auf Eingangsbetrieb umgeschaltet und insbesondere auf den zugehörigen Eingang E1 des Anschlusses 4 gelegt, wobei der zweite Anschluss 4 dazu hochohmig geschaltet wird. In diesem Zustand kann mittels des zweiten Analog-Digital-Wandlers ADC2, welcher mit dem zweiten Anschluss 4 elektrisch verbunden ist, die sich am zweiten Anschluss 4 einstellende, resultierende Spannung bzw. der sich beim Entladen der zweiten Referenzkapazität C2 ergebende Spannungsverlauf erfasst werden.
Weicht hierbei die mittels des zweiten Analog-Digital-Wandlers ADC2 bzw. der zweiten Analog-Digital-Wandler-Einheit ADC2 erfasste Spannung bzw. der erfasste Spannungsverlauf um mehr als ein als zulässig definiertes Maß von der jeweiligen jeweils erwarteten Soll-Spannung bzw. dem jeweils erwarteten Soll-Spannungsverlauf ab, lässt dies ebenfalls auf einen Fehler bzw. eine unerwünschte Veränderung innerhalb der Schaltungsanordnung 100 schließen, beispielsweise auf einen erhöhten Widerstand an einem der Kontaktelemente A, B, einen Leitungsbruch, einen Kurzschluss, einen reduzierten Isolationswiderstand zwischen den Kontaktelementen A und B und oder auf einen erhöhten Kontaktübergangswiderstand zwischen den Kontaktelementen A und B.
Werden beim Bestimmen des Funktionszustands der Schaltungsanordnung 100 dabei sowohl die im ersten Zyklus mittels des ersten Analog-Digital-Wandlers ADC1 erfassten Spannungen bzw. der über der Zeiterfasste Spannungsverläufe sowie die im zweiten Zyklus mittels des zweiten Analog-Digital-Wandlers ADC2 erfassten Spannungen bzw. der zugehörige Spannungsverlauf bei der Bestimmung des Funktionszustands der Schaltungsanordnung berücksichtigt, lässt sich der Funktionszustand der Schaltungsanordnung 100 zuverlässiger ermitteln, als wenn beispielsweise nur der erste Zyklus durchgeführt wird bzw. nur die in diesem erfassten Spannungen berücksichtigt werden. Dies ermöglicht insbesondere eine Plausibilisierung und/oder die Erkennung zusätzlicher Fehlerzustände bzw. zusätzlicher unerwünschter Veränderungen der Schaltungsanordnung 100.
Um eine kontinuierliche Überwachung und Bestimmung des Funktionszustands der Schaltungsanordnung 100 zu erreichen, können die verschiedenen Zyklen regelmäßig wiederholt werden, insbesondere alternierend und mit oder ohne eine Pause dazwischen. Die Zeit zwischen zwei Zyklen, d.h. die Dauer einer Pause zwischen zwei Diagnosezyklen, kann dabei auch variiert werden oder jeweils konstant gewählt werden.
Zur weiteren Verbesserung der Diagnose, insbesondere um weitere Fehlerzustände zu erkennen bzw. anhand des ersten Zyklus und/oder des zweiten Zyklus erkennbare Fehlerzustände zu plausibilisieren, kann ferner insbesondere wenigstens ein weiterer Zyklus durchgeführt werden, beispielsweise ein dritter Zyklus sowie ein vierter Zyklus, insbesondere vor dem Bestimmen des Funktionszustands der Schaltungsanordnung 100.
Ist die erste Referenzkapazität C1 wieder vollständig entladen, wie beispielsweise am Ende des ersten und/oder zweiten Zyklus, kann in einem sich an den zweiten anschließenden dritten Zyklus beispielsweise der erste Anschluss 3 (dauerhaft) als Eingang geschaltet werden, d.h. auf E1 gelegt werden, und der zweite Anschluss 4 gleichzeitig auf den Ausgang A1 geschaltet werden, sodass das Referenzpotenzial Vcc von +5V an den zweiten Anschluss 4 und damit an die zweite Anschlussleitung 2 angelegt wird, und währenddessen die sich am ersten Anschluss 3 einstellende, resultierende Spannung mittels des ersten Analog-Digital-Wandlers ADC1 gemessen wird. Und anschließend ausgewertet wird.
Entsprechend kann beispielsweise in einem vierten Zyklus, wenn die zweite Referenzkapazität C2 vollständig entladen ist, der zweite Anschluss 4 auf den Analogeingang E1 geschaltet werden und gleichzeitig der erste Anschluss 3 an A1 angelegt werden, sodass am ersten Anschluss 3 und damit in der ersten Anschlussleitung 1 das Referenzpotenzial Vcc von +5V angelegt wird, wobei währenddessen mittels des zweiten Analog-Digital-Wandlers ADC2 die sich am zweiten Anschluss 4 einstellende, resultierende Spannung erfasst wird.
Insbesondere ist es auch möglich, die einzelnen Zyklen, die zur Diagnose der Schaltungsanordnung 100 durchgeführt werden können, beispielsweise abhängig vom ermittelten Schaltzustand des Kontaktschalters 10 auszuwählen. Hierdurch kann eine besonders effiziente Diagnose durchgeführt werden. Beispielsweise kann dadurch erreicht werden, dass eine Überprüfung eines Kontaktübergangswiderstands, insbesondere ein hierfür erforderlicher Diagnosezyklus beispielsweise nur durchgeführt wird, wenn der Kontaktschalter 10 geschlossen ist, während eine Messung bzw. ein Diagnosezyklus zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes bzw. zur Überprüfung, ob dieser sich über Laufzeit bzw. Lebenszeit der Schaltungsanordnung 100 verändert hat, besonders bevorzugt beispielsweise nur durchgeführt wird, wenn der Kontaktschalter 10 offen ist.
2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 200, wobei diese Schaltungsanordnung sich darin von der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung 100 unterscheidet, dass die Pull-Widerstände PU1 und PU2 aus 2 jeweils als Pull-Up-Widerstände ausgebildet sind statt als Pull-Down-Widerstände und statt mit dem Basispotenzial von ±0V, d.h. GND, bei der Schaltungsanordnung 200 jeweils mit einem Referenzpotenzial - hier Vcc, d.h. +5V - elektrisch verbunden sind.
Eine Diagnose dieser Schaltungsanordnung 200 kann beispielsweise durchgeführt werden, insbesondere mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, indem beispielsweise zunächst der erste Anschluss 3 als Ausgang geschaltet wird und insbesondere auf den zweiten Ausgang A2 geschaltet wird, wodurch das Basispotenzial, in diesem Fall das Massepotenzial von ±0V, d.h. GND, an den ersten Anschluss 3 angelegt wird, und indem gleichzeitig der zweite Anschluss 4 ebenfalls als Ausgang geschaltet wird, insbesondere jedoch auf den ersten Ausgang A1, sodass das Referenzpotenzial Vcc von +5V am Anschluss 4 anliegt.
Durch Halten dieses Zustands wird die erste Referenzkapazität C1 entladen. Dieser Zustand wird bevorzugt gehalten, bis die erste Referenzkapazität C1 definiert entladen ist, insbesondere vollständig bis auf das Basispotenzial herunter bzw. in diesem Fall auf +0V bzw. GND.
Wird anschließend der erste Anschluss 3 durch Umschalten des ersten Pins GPIO1 auf Eingangsbetrieb umgeschaltet, beginnt die erste Referenzkapazität C1 sich aufzuladen. Wird der erste Anschluss 3 dabei auf den als analogen Eingang ausgebildeten Eingang E1 umgeschaltet, kann mit dem dahinter geschalteten ersten Analog-Digital-Wandler ADC1 die sich am ersten Anschluss 3 einstellende, resultierende Spannung während des Aufladens der ersten Referenzkapazität C1 erfasst werden, insbesondere der sich beim Aufladen der ersten Referenzkapazität C1 einstellende Spannungsverlauf.
Entsprechend kann beispielsweise in einem vierten Zyklus, wenn die zweite Referenzkapazität C2 vollständig aufgeladen ist, der zweite Anschluss 4 auf den Analogeingang E1 geschaltet werden und gleichzeitig der erste Anschluss 3 an A2 angelegt werden, sodass am ersten Anschluss 3 und damit in der ersten Anschlussleitung 1 das Basispotenzial GND von ±0V anliegt, wobei währenddessen mittels des zweiten Analog-Digital-Wandlers ADC2 die sich am zweiten Anschluss 4 einstellende, resultierende Spannung erfasst wird.
Im dritten bzw. vierten Zyklus ist es dabei sowohl bei der Schaltungsanordnung 100 aus 1 als auch bei der Schaltungsanordnung 200 aus 2 nicht erforderlich, jeweils die Spannung zeitabhängig zu erfassen, da jeweils eine konstante Sollspannung erwartet wird.
Bei der Wahl des Abtastzeitpunkts, d. h. insbesondere bei der Wahl des Erfassungszeitpunkts der jeweiligen Spannung am jeweiligen Anschluss 3 bzw. 4, sollte jedoch die jeweils entstehende Verzögerung berücksichtigt werden und jeweils gewartet werden, bis die zu erfassende Spannung stabil ist. Dies ist erst der Fall, wenn sich die zugehörige Referenzkapazität (C1 oder C2) über das Netzwerk aus den Widerständen (R1, R2, PD1 und PD2) aufgeladen hat. Alternativ oder zusätzlich kann für eine Auswertung aber auch die Aufladekurve des zugehörigen Kondensators, d.h. der zeitliche Verlauf der Spannung während des Aufladens, erfasst und ausgewertet werden. ,
Alternativ zu den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100 bzw. 200 könnten die Kondensatoren C1 und C2 auch jeweils statt mit dem Basispotenzial bzw. hier GND verbunden zu sein, an Vcc anliegen. Es ergeben sich dann jeweils nur andere, insbesondere umgekehrte Spannungsverläufe. Aber eine Diagnose ist grundsätzlich nach demselben Prinzip möglich.
4 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 300, wobei diese Schaltungsanordnung 300 sich von den beiden zuvor beschriebenen Schaltungsanordnungen 100 und 200 insbesondere darin unterscheidet, dass die Kontaktelemente A und B des Kontaktschalters 10 über mehrere Anschlussleitungen 1, 5 und 9 bzw. 2, 7 und 12 sowie jeweils in Reihe entlang dieser Anschlussleitungen 1, 5 und 9 bzw. 2, 7 und 12 geschaltete, elektrische ohmsche Widerstände R1, R3 und R5 bzw. R2, R4 und R6 mit der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20 elektrisch verbunden sind, und darin, dass die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20 ferner neben einem ersten Anschluss 3 und einem zweiten Anschluss 4 weitere Anschlüsse 6 und 11 sowie 8 und 13 aufweist.
Darüber hinaus sind keine mit der ersten bzw. zweiten Anschlussleitung 1 bzw. 2 elektrisch verbundenen Pull-Widerstände oder Referenzkapazitäten C1 bzw. C2 vorgesehen.
Ferner sind bei diesem Ausführungsbeispiel der erste Anschluss 3 sowie der zweite Anschluss 4 jeweils nicht als GPIO-Anschlüsse ausgebildet, insbesondere nicht als (um)schaltbare Anschlusskontakte, sondern als dauerhafte Eingangs-Anschlüsse 3 bzw. 4 und jeweils permanent mit einem entsprechenden Analog-Digital-Wandler ADC 1 bzw. ADC 2 elektrisch verbunden. Somit kann über den ersten Anschluss 3 bzw. den zweiten Anschluss 4 jeweils nur eine am zugehörigen Anschluss 3 bzw. 4 bzw. in der zugehörigen Anschlussleitung 1 bzw. 2 bzw. am zugehörigen Kontaktelement A bzw. anliegende Spannung erfasst werden, aber über diesen Anschluss 3 bzw. 4 kein definiertes Potenzial an die zugehörige Anschlussleitung 1 bzw. 2 und/oder das zugehörige Kontaktelement A bzw. B angelegt werden.
Dies ist jedoch über die weiteren, zusätzlich vorhandenen Anschlüsse 6 und 11 sowie 8 und 13 möglich, die jeweils als (um)schaltbare Anschlüsse ausgebildet, sind. Allerdings sind die Anschlüsse 6 und 11 sowie 8 und 13 dabei jeweils nur als schaltbare Ausgangs-Anschlüsse ausgebildet. D.h. sie können nicht als Eingang betrieben werden.
Der dritte Anschluss 6 sowie der vierte Anschluss 8 sind jeweils als digitale, schaltbare Ausgänge ausgebildet, die wahlweise mit einem ersten definierten Potenzial, hier dem Referenzpotenzial Vcc (hier beispielhalber +5V), oder mit einem zweiten definierten Potenzial, hier dem Basispotenzial GND (hier beispielhalber ±0V), belegt werden können.
Es spricht aber auch nichts dagegen, in einer anderen Ausführung, die Anschlüsse 6 und 8 wie die Anschlüsse 11 und 13 auszuführen, also mit 3 Schaltpositionen bzw. möglichen Schaltzuständen.
Die weiteren Anschlüsse 11 und 13, d.h. die fünften und sechsten Anschlüsse 11 und 13, sind ebenfalls nur als schaltbare Ausgangs-Anschlüsse ausgebildet und können ebenfalls nur zwischen bestimmten Ausgangszuständen umgeschaltet werden.
Dabei sind die Anschlüsse 11 und 13 ebenfalls als digitale Ausgänge ausgebildet und jeweils ebenfalls dazu ausgebildet, wahlweise mit dem Referenzpotenzial Vcc belegt zu werden oder mit dem Basispotenzial GND. Zusätzlich können die Anschlüsse 11 und 13 darüber hinaus noch lediglich hochohmig geschaltet werden, d. h. auf „High Impedance“, was durch den einzelnen Kreis ohne weitere angeschlossene Leitung symbolisiert ist.
Die weiteren Anschlussleitungen 5 und 9, über welche die weiteren Anschlüsse 6 und 11 mit dem ersten Kontaktelement A verbunden sind, sind dabei jeweils nicht direkt mit dem zugehörigen Kontaktelement A elektrisch verbunden, sondern indirekt über den Anschlussknoten K1 und den, bezogen auf die Darstellung in 4, linken Teil der ersten Anschlussleitung 1, hier zusätzlich bezeichnet mit 1a.
Die weiteren Anschlussleitungen 7 und 12, über welche die weiteren Anschlüsse 8 und 13 mit dem zweiten Kontaktelement B verbunden sind, sind ebenfalls nicht direkt mit dem zweiten Kontaktelement B elektrisch verbunden, sondern ebenfalls über einen Anschlussknoten K2 und einen zugehörigen, bezogen auf die Darstellung in 4, linken Teil der zweiten Anschlussleitung 2, hier bezeichnet mit 2a.
Die Schaltungsanordnung 300 ist ebenfalls zur Durchführung einer Diagnose mit einem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet, wobei die Schaltungsanordnung 300 dazu insbesondere ähnlich betrieben werden kann, wie die zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen 100 und 200, die in den 1 und 2 dargestellt sind.
Eine Diagnose der Schaltungsanordnung 300 kann beispielsweise durchgeführt werden, insbesondere mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, indem zunächst der Anschluss 6 auf Vcc gelegt wird, d. h. beispielsweise auf +5V, und gleichzeitig der Anschluss 8 auf GND gelegt wird, und währenddessen jeweils die sich am ersten Anschluss 3 bzw. die sich am zweiten 4 jeweils einstellende, resultierende Spannung mittels des jeweiligen, zugehörigen Analog-Digital-Wandlers ADC 1 bzw. ADC 2 erfasst wird, und anschließend die erfassten Spannungen ausgewertet und ein Funktionszustand der Schaltungsanordnung 300 bestimmt wird.
Ist die Schaltungsanordnung 300 fehlerfrei und funktioniert ordnungsgemäß und weist beispielsweise keinen Kurzschluss oder unerwünscht veränderte interne Widerstände auf, und ist der Kontaktschalter 10 offen, sollte die am ersten Anschluss 3 mittels des ersten Analog-Digital-Wandlers ADC1 erfasste erste Spannung U1 =+5V betragen und die am zweiten Anschluss 4 mittels des zweiten Analog-Digital-Wandlers ADC2 erfasste zweite Spannung U2 = 0V betragen.
Ist hingegen der Kontaktschalter 10 geschlossen, aber die Schaltungsanordnung 300 weiterhin fehlerfrei, sollten sich die am ersten Anschluss 3 erfasste Spannung sowie die am zweiten Anschluss 4 erfasste Spannung jeweils gemäß der folgenden Gleichung $U 1 = U 2 = V c c \cdot (\frac{R 4}{R 3 + R 4}) = + 5 V \cdot (\frac{R 4}{R 3 + R 4})$
eingestellt haben.
Weicht mindestens eine der mittels des ersten Analog-Digital-Wandlers ADC1 oder mittels des zweiten Analog-Digital-Wandlers ADC2 gemessenen Spannungen bzw. wenigstens eine Kombination von den an den Anschlüssen 3 und 4 erfassten Spannungswerten von den zuvor beschriebenen Spannungswerten U1, U2 bzw. von den zuvor beschriebenen Kombinationen an Spannungswerten U1, U2, die jeweils im Fall eines offenen Kontaktschalters 10 bzw. eines geschlossenen Kontaktschalters anliegen sollten, um mehr als ein als zulässig definiertes Maß ab, deutet dies auf einen Fehlerzustand hin. In diesem Fall wird, wie bei den zuvor beschriebenen Schaltungsanordnungen 100 und 200, als Funktionszustand ebenfalls ein Fehler-Funktionszustand bestimmt und insbesondere zur Weiterverarbeitung ausgegeben.
Liegt die Abweichung unterhalb des zulässigen Wertes, insbesondere unterhalb einer definierten Schwelle, wird als Funktionszustand ein fehlerfreier Funktionszustand bestimmt und insbesondere zur Weiterverarbeitung ausgegeben.
Mithilfe der Information, welcher der erfassten Spannungswerte dabei abweicht, d. h. beispielsweise eine mittels des ersten Analog-Digital-Wandlers ADC1 am ersten Anschluss 3 erfasste Spannung oder beispielsweise eine mittels des zweiten Analog-Digital-Wandlers ADC2 am zweiten Anschluss 4 erfasste Spannung, kann auf die mögliche Fehlerursache bzw. den Ort des Fehlers geschlossen werden, was ebenfalls ausgewertet und bei der Bestimmung des Funktionszustandes berücksichtigt werden kann.
Zur Verbesserung der Diagnosequalität, insbesondere zur Verbesserung der Diagnosegenauigkeit bzw. zur Plausibilisierung der erfassten Spannungswerte bzw. zur Plausibilisierung des erkannten Fehlerzustands, können in einem zweiten, nachfolgenden Zyklus die weiteren Anschlüsse 6 und 8 mit einer anderen Potenzialkombination bzw. jeweils mit einem anderen Potenzial beaufschlagt werden bzw. jeweils ein anderes Potenzial an diese angelegt werden im Vergleich zum ersten Zyklus und währenddessen die sich jeweils an den Anschlüssen 3 und 4 einstellenden, resultierenden Spannungen erfasst werden , anschließend ausgewertet werden und in Abhängigkeit von diesen ein Funktionszustand der Schaltungsanordnung 300 bestimmt werden, insbesondere unter Berücksichtigung bzw. ebenfalls in Abhängigkeit von den im ersten Zyklus erfassten Spannungen.
Beispielsweise kann in einem zweiten Zyklus der dritte Anschluss 6 an das Basispotenzial GND angelegt werden und der vierte Anschluss 8 an das Referenzpotenzial Vcc.
Ist die Schaltungsanordnung 300 fehlerfrei und funktioniert ordnungsgemäß und weist beispielsweise keinen Kurzschluss oder unerwünscht veränderte interne Widerstände auf, und ist der Kontaktschalter 10 offen, sollte die am ersten Anschluss 3 mittels des ersten Analog-Digital-Wandlers ADC1 erfasste erste Spannung U1 = +0V betragen und die am zweiten Anschluss 4 mittels des zweiten Analog-Digital-Wandlers ADC2 erfasste zweite Spannung U2 = +5V betragen.
Ist hingegen der Kontaktschalter 10 geschlossen, aber die Schaltungsanordnung 300 weiterhin fehlerfrei, sollten sich die am ersten Anschluss 3 erfasste Spannung sowie die am zweiten Anschluss 4 erfasste Spannung jeweils gemäß der folgenden Gleichung $U 1 = U 2 = V c c \cdot (\frac{R 3}{R 3 + R 4}) = + 5 V \cdot (\frac{R 3}{R 3 + R 4})$
eingestellt haben.
Wie vorstehend beschrieben, können auch bei dieser Schaltungsanordnung 300 der erste Zyklus und der zweite Zyklus regelmäßig wiederholt werden, insbesondere alternierend, mit oder ohne entsprechende Pausen dazwischen, wobei die Pausen dazwischen eine zeitlich konstante oder veränderliche Länge aufweisen können. Durch weitere Zyklen und Variationen können weitere Fehlerzustände detektiert werden, beispielsweise indem über die weiteren Anschlüsse 11 und 13 sowie die Anschlussleitungen 9 und 12 entsprechende Potenziale angelegt werden und über die Anschlüsse 3 und 4 sowie die zugehörigen Analog-Digital-Wandler ADC1 und ADC2 die sich einstellenden Spannung erfasst und mit den jeweils erwarteten Spannungen verglichen werden.
5 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 400, wobei bei dieser Schaltungsanordnung 400 zum einen zwei elektrisch leitfähige Sensorelektroden 30A und 30B vorgesehen sind und diese jeweils nicht separat ausgebildet sind, sondern jeweils durch die Kontaktelemente A und B gebildet sind bzw. diese bilden. Diese Schaltungsanordnung ist wie die Schaltungsanordnung 300 aus 4 diagnosefähig, hat jedoch den Vorteil, dass keine Sensorelektroden-Anschlussleitung 31 sowie insbesondere kein zusätzlicher Sensorelektroden-Anschluss 32 erforderlich ist. Eine derartige Ausgestaltung eignet sich daher insbesondere, wenn die Anzahl der Anschlüsse nicht ausreicht.
6 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 500, welche noch weniger Bauteile bzw. Komponenten erfordert als die Schaltungsanordnung 400 aus 5, insbesondere erheblich weniger Anschlüsse an der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20. Statt mit diversen Anschlüssen an der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20 ist das zweite Kontaktelement B bzw. die zweite Sensorelektrode 30B hier lediglich über die zweite Anschlussleitung 2 mit dem Basispotenzial GND elektrisch verbunden.
Eine derartige Schaltungsanordnung weist zwar im Vergleich zu den zuvor beschriebenen Schaltungsanordnungen einen reduzierten Diagnoseumfang bzw. eine reduzierte Diagnosefähigkeit auf. In einigen Fällen kann diese aber immer noch ausreichend sein, insbesondere bei nicht allzu hohen Sicherheitsanforderungen an eine Schaltungsanordnung.
Dafür ist diese Schaltungsanordnung 500 jedoch sehr kompakt und kann kostengünstig realisiert werden. Ebenfalls benötigt sie nur sehr wenige Anschlüsse an einer Steuerungs, Mess- und Auswerteeinrichtung 20.
7 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines sechsten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 600, wobei diese Schaltungsanordnung 600 sich von der anhand von 5 beschriebenen Schaltungsanordnung 400 insbesondere darin unterscheidet, dass weiteren Anschlüsse 6 und 11 sowie 8 und 13 jeweils über eigene, separate Anschlussleitungen 5 und 9 bzw. 7 und 12 sowie jeweils einem entlang dieser in Reihe geschalteten ohmschen Widerstand R3 bzw. R5 bzw. R4 bzw. R6 direkt mit dem ersten Kontaktelement A bzw. dem zweiten Kontaktelement B elektrisch verbunden sind.
Hierdurch können sowohl sämtliche Anschlussleitungen 1, 2, 5, 9, 7 und 12 über ihre gesamte Länge auf mögliche Unterbrechungen bzw. Leitungsbrüche überwacht werden, als auch die Kontaktelemente A und B selbst. D.h. mit der Schaltungsanordnung 600 lassen sich auch bei geöffnetem Kontaktschalter 10 Unterbrechungen innerhalb der Kontaktelemente A und B erkennen, was beispielsweise mit der Schaltungsanordnung 400 aus 4 nicht möglich ist. Ebenfalls ermöglicht die Schaltungsanordnung 400 aus 5 bei geöffnetem Kontaktschalter 10 keine Erkennung von einer Unterbrechung im Abschnitt der ersten Anschlussleitung 1 bzw. der zweiten Anschlussleitung 2 zwischen dem zugehörigen Kontaktelement A bzw. B und dem Anschlussknoten K1 bzw. K2. Somit lässt sich mit einer Schaltungsanordnung 600 gemäß 7 eine noch bessere Diagnosefähigkeit erreichen.
Für weitere Ausführungen zu den einzelnen Diagnosemöglichkeiten bzw. Diagnosezyklen und den jeweils zu erwartenden Spannungen bzw. Spannungsverläufen der einzelnen, hierin beschriebenen Schaltungsanordnungen sei hiermit auf die DE 102021111734.8 verwiesen, welche umfangreiche Ausführungen diesbezüglich enthält.
Bezugszeichenliste

100, 200, 300, 400 500, 600: erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
1: erste Anschlussleitung
1a: linker Teil der ersten Anschlussleitung
2: zweite Anschlussleitung
2a: linker Teil der zweiten Anschlussleitung
3: erster Anschluss
4: zweiter Anschluss
5: dritte Anschlussleitung
6: dritter Anschluss
7: vierte Anschlussleitung
8: vierter Anschluss
9: fünfte Anschlussleitung
10: Kontaktschalter
11: fünfter Anschluss
12: sechste Anschlussleitung
13: sechster Anschluss
20: Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung / Mikrokontroller
30, 30A, 30B: elektrisch leitfähige Sensorelektrode
31: Sensorelektroden-Anschlussleitung
32: Sensorelektroden-Anschluss
A: erstes Kontaktelement
A1, A2: Ausgangs-Pin
ADC1: erste Analog-Digital-Wandler-Einheit
ADC2: zweite Analog-Digital-Wandler-Einheit
B: zweites Kontaktelement
C1: erste Referenzkapazität
C2: zweite Referenzkapazität
E1: Eingangs-Pin
GND: Basispotenzial / Massepotenzial
GPI01, GPI02: GPIO-Pin / Multifunktions-Pin
K1, .., K4: Anschlussknoten
PD1, PD2: Pull-Down-Widerstand
PU1, PU2: Pull-Up-Widerstand
R1: erster elektrischer Widerstand
R2: zweiter elektrischer Widerstand
R3: dritter elektrischer Widerstand
R4: vierter elektrischer Widerstand
R5: fünfter elektrischer Widerstand
R6: sechster elektrischer Widerstand
S0,.., S8: Verfahrensschritte
Vcc: positive Versorgungsspannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2001034 A2 [0004, 0038]
DE 102020108704 [0004, 0010, 0035, 0036, 0038, 0092]
DE 102021111734 [0216]

Claims

Diagnosefähige Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600), aufweisend - einen elektrischen Kontaktschalter (10), - wenigstens eine elektrisch leitfähige Sensorelektrode (30, 30A, 30B), und - eine Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20), wobei der elektrische Kontaktschalter (10) wenigstens ein erstes elektrisches Kontaktelement (A) und wenigstens ein zweites elektrisches Kontaktelement (B) aufweist, wobei die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) wenigstens einen ersten elektrischen Anschluss (3) und wenigstens einen zweiten elektrischen Anschluss (4) aufweist, wobei das erste elektrische Kontaktelement (A) über eine erste elektrische Anschlussleitung (1) mit dem ersten Anschluss (3) der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) elektrisch verbunden oder verbindbar ist und das zweite elektrische Kontaktelement (B) über eine zweite elektrische Anschlussleitung (2) mit einem Basispotenzial (GND) oder dem zweiten Anschluss (4) der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und wobei die wenigstens eine elektrisch leitfähige Sensorelektrode (30, 30A, 30B) derart ausgebildet und relativ zu wenigstens einem Kontaktelement (A, B) des Kontaktschalters (10) angeordnet ist, dass sie mit wenigstens einem Kontaktelement (A, B) des Kontaktschalters (10) eine Sensorkapazität ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) derart ausgebildet ist, dass in wenigstens einem Zustand der Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) zur zumindest teilweisen Diagnose der Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) mittels der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) zumindest zeitweise - an das erste Kontaktelement (A) und/oder die erste Anschlussleitung (1) ein erstes definiertes Potenzial (Vcc, GND) anlegbar ist, und - gleichzeitig ein zweites definiertes Potenzial (Vcc, GND) an das zweite Kontaktelement (B) und/oder die zweite Anschlussleitung (2) anlegbar ist, und die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, - währenddessen wenigstens eine sich am ersten Kontaktelement (A) und/oder eine sich in der ersten Anschlussleitung (1) und/oder eine sich am ersten Anschluss (3) einstellende, resultierende erste Spannung zu erfassen und/oder währenddessen wenigstens eine sich am zweiten Kontaktelement (B) und/oder eine sich in der zweiten Anschlussleitung (2) und/oder eine sich am zweiten Anschluss (4) einstellende, resultierende zweite Spannung zu erfassen, - mithilfe der wenigstens einen Sensorelektrode (30, 30A, 30B) einen Schaltzustand des Kontaktschalters (10) zu ermitteln, insbesondere, ob der Kontaktschalter (10) geöffnet oder geschlossen ist, - wenigstens eine erfasste Spannung auszuwerten, und - in Abhängigkeit von dem mithilfe der Sensorelektrode (30, 30A, 30B) ermittelten Schaltzustand des Kontaktschalters (10) und wenigstens in Abhängigkeit von einer erfassten und ausgewerteten Spannung einen Funktionszustand der Schaltungsanordnung(100, 200, 300, 400, 500, 600) zu bestimmen.
Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontaktschalter (10) dazu ausgebildet ist, wenigstens zwei Schaltzustände einzunehmen, wobei in einem ersten Schaltzustand des Kontaktschalters (10) eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Kontaktelement (A) und dem zweiten elektrischen Kontaktelement (B) getrennt ist, und wobei in einem zweiten Schaltzustand des Kontaktschalters (10) eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Kontaktelement (A) und dem zweiten elektrischen Kontaktelement (B) hergestellt ist.
Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektrode (30, 30A, 30B) derart ausgebildet und relativ zum Kontaktschalter (10) angeordnet ist, dass durch eine Änderung des Abstands der beiden Kontaktelemente (A, B) relativ zueinander eine Änderung der Sensorkapazität bewirkbar ist.
Schaltungsanordnung (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektrode (30) separat zum ersten Kontaktelement (A) sowie separat zum zweiten Kontaktelement (B) ausgebildet ist und die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) ferner einen Sensorelektroden-Anschluss (32) aufweist, wobei die Sensorelektrode (30) über eine Sensorelektroden-Anschlussleitung (31) und den Sensorelektroden-Anschluss (32) mit der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
Schaltungsanordnung (400, 500, 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektrode (30A, 30B) durch das erste Kontaktelement (A) oder das zweite Kontaktelement (B) gebildet ist.
Schaltungsanordnung (400, 500, 600) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) ferner eine zweite elektrisch leitfähige Sensorelektrode (30B) aufweist, wobei die erste Sensorelektrode (30A) durch das erste Kontaktelement (A) gebildet ist und die zweite Sensorelektrode (30B) durch das zweite Kontaktelement (B).
Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) ferner einen ersten elektrischen Widerstand (R1) und einen zweiten elektrischen Widerstand (R2) aufweist, wobei der erste elektrische Widerstand (R1) derart entlang der ersten Anschlussleitung (1) angeordnet ist, dass das erste Kontaktelement (A) über die erste Anschlussleitung (1) und den ersten elektrischen Widerstand (R1) mit dem ersten Anschluss (3) der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und wobei der zweite elektrische Widerstand (R2) derart entlang der zweiten Anschlussleitung (2) angeordnet ist, dass das zweite Kontaktelement (B) über die zweite Anschlussleitung (2) und den zweiten elektrischen Widerstand (R2) mit dem zweiten Anschluss (4) der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
Schaltungsanordnung (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Anschlüsse (3, 4) als schaltbarer Anschluss (3, 4) ausgebildet und eingerichtet ist, wobei die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) dazu ferner wenigstens einen umschaltbaren Pin (GPI01, GP102) aufweist, der mit dem schaltbaren Anschluss (3, 4) elektrisch verbunden oder verbindbar ist und der wenigstens zwischen einem Betrieb als Eingangs-Pin und einem Betrieb als Ausgangs-Pin umschaltbar ist und dazu ausgebildet und eingerichtet ist, je nach Schaltzustand entweder eine Spannung auszugeben, eine Spannung zu erfassen, den jeweiligen, zugehörigen Anschluss (3, 4) auf ein Potenzial (Vcc, GND) zu legen oder den zugehörigen Anschluss (3, 4) hochohmig oder niederohmig zu schalten.
Schaltungsanordnung (100, 200) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (100, 200) ferner wenigstens eine Referenzkapazität (C1, C2) und wenigstens einen Pull-Widerstand (PD1, PU1; PD2, PU2) aufweist, wobei die Referenzkapazität (C1, C2) zum einen zwischen einem Anschluss (3) der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) und einem elektrischen Widerstand (R1) mit einer Anschlussleitung (1) elektrisch verbunden oder verbindbar ist und zum anderen mit einem Basispotenzial (GND) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und wobei der Pull-Widerstand (PD1, PU1) zum einen zwischen einem Kontaktelement (A, B) und einem elektrischen Widerstand (R1) mit einer Anschlussleitung (1) elektrisch verbunden oder verbindbar ist und zum anderen mit einem ersten Referenzpotenzial (Vcc) oder einem Basispotenzial (GND) elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
Schaltungsanordnung (300, 400, 500, 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) ferner aufweist: - einen dritten elektrischen Anschluss (6), der über eine dritte Anschlussleitung (5) mit dem ersten Kontaktelement (A) und/oder der ersten Anschlussleitung (1) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und - einen vierten elektrischen Anschluss (8), der über eine vierte Anschlussleitung (7) mit dem zweiten Kontaktelement (B) und/oder der zweiten Anschlussleitung (2) elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
Schaltungsanordnung (300, 400, 500, 600) nach Anspruch 10, wobei die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) ferner aufweist: - einen zumindest zeitweise als Eingang betreibbaren oder als Eingang ausgebildeten und eingerichteten ersten Eingangs-Pin, der mit dem ersten elektrischen Anschluss (3) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, - einen zumindest zeitweise als Eingang betreibbaren oder als Eingang ausgebildeten und eingerichteten zweiten Eingangs-Pin, der mit dem zweiten elektrischen Anschluss (4) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, - einen zumindest zeitweise als Ausgang betreibbaren oder als Ausgang ausgebildeten und eingerichteten ersten Ausgangs-Pin, der mit dem dritten elektrischen Anschluss (6) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, - einen zumindest zeitweise als Ausgang betreibbaren oder als Ausgang ausgebildeten und eingerichteten zweiten Ausgangs-Pin, der mit dem vierten elektrischen Anschluss (8) elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
Schaltungsanordnung (300, 400, 500, 600) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung ferner aufweist: - einen fünften elektrischen Anschluss (11), der über eine fünfte Anschlussleitung (9) mit dem ersten Kontaktelement (A) und/oder der ersten Anschlussleitung (1) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, - einen zumindest zeitweise als Ausgang betreibbaren oder als Ausgang ausgebildeten und eingerichteten dritten Ausgangs-Pin, der mit dem fünften elektrischen Anschluss (11) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, - einen sechsten elektrischen Anschluss (13), der über eine sechste Anschlussleitung (12) mit dem zweiten Kontaktelement (B) und/oder der zweiten Anschlussleitung (2) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und - einen zumindest zeitweise als Ausgang betreibbaren oder als Ausgang ausgebildeten und eingerichteten vierten Ausgangs-Pin, der mit dem sechsten elektrischen Anschluss (13) elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) ferner aufweist: - einen mit dem ersten Anschluss (3) und/oder dem ersten Eingangs-Pin elektrisch verbindbaren oder verbundenen ersten Analog-Digital-Wandler-Kanal und/oder eine erste mit dem ersten Anschluss (3) und/oder dem ersten Eingangs-Pin elektrisch verbindbare oder verbundene Analog-Digital-Wandler-Einheit (ADC1), und - einen mit dem zweiten Anschluss (4) und/oder dem zweiten Eingangs-Pin elektrisch verbindbaren oder verbundenen zweiten Analog-Digital-Wandler-Kanal und/oder eine mit dem zweiten Anschluss (4) und/oder dem zweiten Eingangs-Pin elektrisch verbindbare oder verbundene zweite Analog-Digital-Wandler-Einheit (ADC2).
Sensorvorrichtung für eine Bedieneingabevorrichtung, wobei die Sensorvorrichtung eine Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) mit einem kapazitiven Sensor mit wenigstens einer elektrisch leitfähigen Sensorelektrode (30, 30A, 30B) und wenigstens einem Kontaktschalter (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist.
Verfahren zur Diagnose einer Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600), die nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist, oder zur Diagnose einer Sensorvorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die Schritte: a) Bereitstellen einer Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600), die nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist oder einer Sensorvorrichtung nach Anspruch 14, b) Ermitteln eines Schaltzustands des Kontaktschalters (10) der Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) mithilfe der wenigstens einen elektrisch leitfähigen Sensorelektrode (30, 30A, 30B), c) Anlegen eines ersten definierten Potenzials (Vcc, GND) an das erste Kontaktelement (A) und/oder die erste Anschlussleitung (1), und gleichzeitig d) Anlegen eines zweiten definierten Potenzials (Vcc, GND) an das zweite Kontaktelement (B) und/oder die zweite Anschlussleitung (2), und zumindest zeitweise, während die Schritte c) und d) durchgeführt werden: e) Erfassen einer sich am ersten Kontaktelement (A) und/oder einer sich in der ersten Anschlussleitung (1) und/oder einer sich am ersten Anschluss (3) einstellenden, resultierenden Spannung und/oder einer sich am zweiten Kontaktelement (B) und/oder einer sich in der zweiten Anschlussleitung (2) und/oder einer sich am zweiten Anschluss (4) einstellenden, resultierenden Spannung, f) Auswerten wenigstens einer erfassten Spannung, und g) Bestimmen eines Funktionszustands der Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) in Abhängigkeit von dem mithilfe der Sensorelektrode (30, 30A, 30B) ermittelten Schaltzustand des Kontaktschalters (10) und in Abhängigkeit von der wenigstens einen erfassten und ausgewerteten Spannung.