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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Getriebepositionsschalter mit einem Betätigungselement, das zumindest
in eine erste, zweite, dritte und vierte Schaltposition versetzbar
ist, und einem Matrixgeber, der an das Betätigungselement mechanisch gekoppelt
ist, zur Abgabe eines für
die jeweilige Schaltposition spezifischen, einer Matrixspalte entsprechenden,
mehrstelligen Codes, wobei zwischen jeder Schaltposition zumindest
eine Zwischenposition besteht, für
die ebenfalls jeweils ein mehrstelliger Code abgebbar ist. Darüber hinaus
betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren
zum Schalten eines Getriebes und insbesondere ein Verfahren zum
Diagnostizieren eines Getriebepositionsschalters.
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Zum Schalten von Automatikgetrieben
werden Positionsschalter verwendet. Diese verfügen über die Stellungen P für Parken,
R für Rückwärtsfahrt,
N für Leerlauf
und D für
Vorwärtsfahrt.
Darüber
hinaus sind je nach Autotyp weitere Schaltstellungen vorgesehen.
Beispielsweise die Position S für
sportliche Fahrweise und/oder 5, 4 und 3 als Begrenzungspositionen
für die
jeweilig höchste
Gangstufe.
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Die Stellung des Positionsschalters
wird in der Regel nicht mechanisch sonder elektrisch zum Getriebe übertragen.
Hierzu werden Codes verwendet, die die Stellung des Bedienhebels
beziehungsweise Positionsschalters eindeutig wiedergeben. Die Codes
werden mit Hilfe von matrixförmigen
Schaltern erzeugt, wobei eine Schaltposition durch eine Matrixspalte
codiert ist.
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Die elektronische Realisierung von
derartigen Codeschaltern erfolgt durch Schleifkontakte, die eine entsprechende
Schleifkontaktmatrix abgreifen. Damit lässt sich das Potential mehrerer
paralleler Leitungen codieren. Alternativ besitzt der Codeschalter
eine magnetisch codierte Platte, die magnetische und magnetisch neutrale
Bereiche aufweist und die mit Hall-Sensoren abgegriffen wird. Hierzu
wird diese magnetisch codierte Platte entlang der Hall-Sensoren durch ein
Bedienelement verschoben.
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Der durch die Schleifkontakte beziehungsweise
Hall-Sensoren abgegriffene Code wird an das Getriebesteuergerät weitergeleitet.
Das Getriebesteuergerät
erfasst die aktuelle Getriebeposition entsprechend dem Code.
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Das Schalten von einer Getriebeposition
in eine andere kann beim Schaltvorgang zu einem undefinierten Zustand
des Positionsschalters führen.
Daher sind aus Sicherheitsgründen
und zur Gewinnung eines Störabstands
Zwischenpositionen beziehungsweise -stellungen zwischen den Schaltstellungen
eingefügt.
Die Zwischenstellungen sind ebenfalls entsprechend codiert. Folglich
ist die Codelänge
durch die Anzahl der Schaltstellungen und unterschiedlichen Zwischenstellungen
vorgegeben. Da die Gesamtzahl der Schaltpositionen und Zwischenstellungen üblicherweise
zwischen 8 und 16 liegt, wird vorzugsweise eine Binärcodierung mit
einem vierstelligen Code verwendet.
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An die Codierung werden folgende
Anforderungen gestellt:
- 1. Die Getriebeposition
muss eindeutig erkannt werden können.
Dies bedeutet, dass jeder Position ein eindeutiges Codewort zugeordnet
ist und vorteilhafterweise jedem Codewort eine eindeutige Schalt-,
Zwischen- oder Fehlerposition
zugeordnet wird.
- 2. Zwischen den Stellungen P, R, N, D und 5 beziehungsweise
S gibt es je eine andere Zwischenstellung. Alle weiteren Zwischenstellungen
zwischen 5, 4, 3 usw. können
gegebenenfalls gleich sein. Der Grund hierfür liegt darin, dass zwischen
den Stellungen P, R, N, D und 5 beziehungsweise S ein ausreichend
hoher Störabstand
gegeben sein muss. Insbesondere ist aus Sicherheitsgründen zwischen
den kraftschlusslosen und kraftschlüssigen Zuständen, die sich beim Schalten
von P auf D mehrmals abwechseln, zu unterscheiden. Die Eindeutigkeit
eines Schaltvorgangs zwischen diesen kraftschlusslosen und kraftschlüssigen Zuständen kann
erhöht
werden, indem zwischen diesen kritischen Stellungen unterschiedliche
Zwischenstellungen eingefügt
und detektiert werden. Die Differenzierung der unterschiedlichen
Zwischenposition zwischen den Getriebepositionen D, 5, 4, 3 usw.
ist vom Sicherheitsaspekt her weniger kritisch, da es sich jeweils
um kraftschlüssige
Vorwärtsfahrpositionen
handelt. Daher können
die Zwischenstellungen zwischen den Positionen 5, 4, 3 usw. auch
gleich sein.
- 3. Bei Rückwärtsfahrt
(Position R) darf erst ein Doppelfehler zum Erkennen von Vorwärtsfahrt
führen.
Dies gilt selbstverständlich
auch umgekehrt. Folglich muss sich der Code beispielsweise zwischen
der Position R und der Position D in zwei Stellen unterscheiden.
Damit wird ebenfalls die Sicherheit beim Betreiben eines Kraftfahrzeugs
erhöht.
- 4. Zwischen zwei benachbarten Positionen darf sich zur Vermeidung
zweideutiger Übergangszustände jeweils
nur ein Bit ändern.
D. h. jede Schaltposition unterscheidet sich von einer angrenzenden
Zwischenposition um genau ein Bit.
- 5. Die Codierung für
die Positionen P und N ist vorgegeben und lautet für P 0010
und für
N 0100. Die Ursache hierfür
liegt an auf dem Markt bereits eingeführten elektronischen Bausteinen,
die entsprechend ihrer Hardware bei den Positionen P und N ein Startfreigabesignal
erzeugen. Eine Änderung
dieser Bausteine wäre
aus wirtschaftlichen Gründen
nicht vertretbar.
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Aufgrund dieser Anforderungen an
die Codierung werden bei vielen Kraftfahrzeugen die in den folgenden
Tabellen dargestellten Positionsschaltercodierungen eingesetzt.
Bei Getrieben, bei denen neben den geläufigen Schaltpositionen P,
R, N und D gegebenenfalls noch die Begrenzungspositionen 5, 4 und
3 vorgesehen sind, wird die Codierung gemäß Tabelle 1 verwendet:
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Tabelle
1: Positionsschaltercodierung gemäß dem Stand der Technik
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Hierbei bedeuten L1, L2, L3 und L4
die Codestellen für
jedes Codewort beziehungsweise die elektrischen Leitungen, an denen
die jeweiligen Potentiale übertragen
werden. Die Schaltpositionen sind mit P, R, N, D, 5, 4 und 3 gekennzeichnet,
während
die Zwischenpositionen mit Z1, Z2, Z3 und Z4 bezeichnet sind. Die einzelnen
Codewörter
für die
unterschiedlichen Schalt- und
Zwischenpositionen ergeben sich aus den Spalten der Tabelle.
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Nachdem nur elf verschiedene Codes
für die
Schalt- und Zwischenpositionen verwendet sind, können die restlichen fünf vierstelligen
Binärcodes
für die
Fehlerdiagnose verwendet werden. Dementsprechend sind im zweiten
Teil der Tabelle 1 fünf
Fehlercodes F1 bis F5 dargestellt. Diese Fehlercodes F1 bis F5 ergeben
sich unter Umständen,
wenn ein Bit der Codes der Schalt- oder Zwischenpositionen falsch gesetzt
ist. Um einen Defekt des Positionsschalters beziehungsweise eines
seiner Sensoren feststellen zu können,
ist es jedenfalls notwendig, dass ein Fehlercode auftritt und detektiert
wird.
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Falls einer der Sensoren für die vier
Code-Bits defekt ist oder unkorrekt versorgt wird, ergibt sich insgesamt
ein fehlerhaftes Codewort oder ein Codewort, das einer anderen Zwischen-
oder Schaltposition als der zu detektierenden entspricht. Es ist
daher notwendig entsprechende Fehler zielgerichtet erkennen zu können.
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Am Beispiel eines Hall-Sensors, der
die magnetischen und magnetisch neutralen Bereiche einer magnetisch
codierten Platte abgreift, sei die Fehlererkennung im Weiteren näher erläutert. Der
Hall-Sensor besitzt für
die Spannungsversorgung zwei Leitungen und darüber hinaus eine Signalleitung
zur Abgabe des Sensorsignals. Falls der Hall-Sensor defekt ist,
liefert er ein konstantes Signal. Das zu detektierende Bit bleibt
damit fälschlicherweise
immer konstant. Wenn eine der Versorgungsleitungen einen Kurzschluss
zur Fahrzeugkarosserie oder zum Pluspol der Kraftfahrzeugelektrik
aufweist und damit die Spannungsversorgung des Hall-Sensors unterbrochen
ist, können
mit dem Hall-Sensor ebenfalls keine magnetischen und magnetisch neutralen
Bereiche mehr unterschieden werden. Ferner besteht die Möglichkeit,
dass die Signalleitung des Hall-Sensors zu einer Versorgungsleitung
oder zu der Karosserie des Kraftfahrzeugs etc. einen Kurzschluss aufweist.
Auch in diesem Fall ist das Sensorsignal nicht mehr korrekt und
die entsprechenden Schalt- und Zwischenpositionen können nicht
mehr korrekt erkannt werden.
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Bei der elektronischen Umsetzung
der Codierung kann beispielsweise die NuII des Binärcodes bedeuten,
dass ein zur Auswertung verwendeter Transistor inaktiv ist beziehungsweise
sperrt und sich eine entsprechende Sig nalleitung auf dem Pegel "Hoch" befindet. Bei einer
binären
Eins dagegen ist der Transistor aktiv beziehungsweise leitend und
die Signalleitung befindet sich auf dem Pegel "Niedrig".
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Die auftretenden Fehler lassen sich
in zwei Kategorien einteilen. Zum einen ein Kurzschluss zu einer positiven
Versorgungsleitung beziehungsweise eine Unterbrechung, wodurch das
Bit 1 zum Bit 0 wird. Zum anderen werden Fehler dadurch verursacht,
dass ein Kurzschluss zur Masse vorliegt, wodurch ein Bit 0 zu einem
Bit 1 wird. Die Tabellen 2 und 3 zeigen diese Fehlervarianten und
die resultierenden Codes.
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Tabelle
2: Fehlererkennung bei Kurzschluss zum Pluspol
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Tabelle
3: Fehlererkennung bei Kurzschluss zur Masse
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Wenn nun beispielsweise der Sensor
für die
Linie beziehungsweise Leitung L3 einen Kurzschluss zur positiven
Versorgungsleitung aufweist, wird in der Parkstellung P gemäß Tabelle
1 das Bit 1 zu einem Bit 0, wodurch sich das Codewort 0000 ergibt.
Dieses Codewort entspricht gemäß dem zweiten
Teil von Tabelle 1 dem Fehlercode F1. Dementsprechend ist in Tabelle
2 in der Parkposition P an der Stelle L3 der Fehlercode F1 eingetragen.
Da die übrigen
Bits in der Position P 0 sind, ändern
sie sich nicht, auch wenn beim jeweiligen Sensor ein Kurzschluss
zur positiven Versorgungsleitung vorliegt. Dementsprechend sind
in Tabelle 2 an den Stellen L1, L2 und L4 in der Parkposition P
Striche eingezeichnet. Gleichermaßen könnten diese Striche mit P gefüllt werden,
da der Code immer der Position P entspricht, ob die Sensoren einen
Kurzschluss zur positiven Versorgungsleitung aufweisen oder nicht.
Sinngemäß ergeben
sich die weiteren Werte für
die Schalt- und Zwischenpositionen von Tabelle 2.
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Liegt demgegenüber ein Kurzschluss zur Masse
beziehungsweise zur Karosserie des Kraftfahrzeugs vor, so wird ein
Bit 0 als Bit 1 erkannt. Falls nun der Sensor für die Stelle L1 den Massekurzschluss
aufweist, ergibt sich das Codewort 1010. Dementsprechend ist in
Tabelle 3 der Position P an der Stelle L1 der Fehlercode F3 eingetragen.
Die weiteren Einträge
in Tabelle 3 ergeben sich wieder sinngemäß.
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Eine alternative Variante der Positionsschaltercodierung
ist in Tabelle 4 dargestellt. Dort sind die Schaltpositionen auf
die Stellungen P, R, N, D und S begrenzt. Dazwischen befinden sich
die Zwischenstellungen Z1 bis Z4.
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Tabelle
4: Alternative Positionsschaltercodierung gemäß dem Stand der Technik
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Bei dieser alternativen Positionsschaltercodierung
werden lediglich neun Codewörter
für die
verschiedenen Schalt- und Zwischenpositionen verwendet. Die übrigen sieben
Codewörter
werden für
die Fehlererkennung benutzt. Dementsprechend ergeben sich die Fehlercodes
F1 bis F7. Auch diese Codierung erfüllt sämtliche oben genannten fünf Bedingungen.
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Tabelle
5: Fehlererkennung bei Kurzschluss zum Pluspol
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Tabelle
6: Fehlererkennung bei Kurzschluss zur Masse
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Tabelle 5 zeigt wiederum den Fall
eines Kurzschlusses der Signalleitung zu einer positiven Versorgungsleitung
beziehungsweise deren Unterbrechung. Ebenso zeigt Tabelle 6 die
Codewörter,
die sich ergeben, wenn der jeweilige Sensor für die Leitungen beziehungsweise
Linien L1 bis L4 einen Kurzschluss zur Masse besitzt. Im Falle eines
Fehlers ergeben sich auch hier entweder einer der plausiblen Zustände P, R,
N, D, S, Z1, Z2, Z3 und Z4 oder aber einer der Fehlerzustände F1 bis
F7. Eine Störung
kann aber nur erkannt werden, wenn eine undefinierte Positionscodierung,
d.h. ein Fehlercode, erkannt wird.
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Aus den Tabellen 3 und 6 ergibt sich
jedoch, dass eine Fehlererkennung nicht möglich ist, wenn der Positionssensor
für L4
defekt ist. An keiner Schalterposition P bis 3 beziehungsweise P
bis S wird ein Fehlercode erzeugt, wenn ein Kurzschluss des Sensors
zur Masse vorliegt. Dieser Massekurzschluss sollte aber zumindest
erkannt werden zwischen den Stellungen P und D, die beim Betreiben
des Kraftfahrzeugs üblicherweise
am meisten verwendet werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht somit darin, einen Getriebepositionsschalter und ein entsprechendes
Verfahren zum Schalten eines Getriebes vorzuschlagen, mit denen
es möglich
ist, zwischen den Stellungen P und D sämtliche Sensoren auf Kurzschluss
zu dem Pluspol oder zu Masse der Kraftfahrzeugelektrik überprüfen zu können.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch
einen Getriebepositionsschalter mit einem Betätigungselement, das zumindest
in eine erste, zweite, dritte und vierte Schaltpositionen (P, R,
N, D) versetzbar ist, und einem Matrixgeber, der an das Betätigungselement
mechanisch gekoppelt ist, zur Ab gabe eines für die jeweilige Schaltposition
spezifischen, einer Matrixspalte entsprechenden, mehrstelligen Codes,
wobei zwischen jeder Schaltposition mindestens eine Zwischenposition
besteht, für
die ebenfalls jeweils ein mehrstelliger Code abgebbar ist, und wobei
von dem Matrixgeber ein keiner Schalt- oder Zwischenposition entsprechender
Code an mindestens einer Schalt- oder Zwischenposition zwischen
einschließlich
der ersten und einschließlich
der vierten Schaltposition ausgebbar ist, wenn eine beliebige Stelle
des Codes unveränderlich
ist, während
alle anderen Stellen des Codes entsprechend der Schalt- oder Zwischenposition
veränderlich
sind.
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Ferner wird die oben genannte Aufgabe
erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zur Steuerung eines Getriebes durch Bereitstellen
eines Betätigungselements,
das zumindest in eine erste, zweite, dritte und vierte Schaltposition
(P, R, N, D) versetzt wird, Bereitstellen eines Matrixgebers, der
an das Betätigungselement
mechanisch gekoppelt ist, und der einen für die jeweilige Schaltposition
spezifischen, einer Matrixspalte entsprechenden mehrstelligen Code
abgibt, wobei zwischen jeder Schaltposition mindestens eine Zwischenposition
besteht, für
die beim Überfahren
ebenfalls jeweils ein mehrstelliger Code abgegeben wird, und wobei ein
keiner Schalt- oder Zwischenposition entsprechender Code an mindestens
einer Schalt- oder Zwischenposition zwischen einschließlich der
ersten und einschließlich
der vierten Schaltposition abgegeben wird, wenn eine beliebige Stelle
des Codes beim Verfahren des Betätigungselements
unverändert
bleibt, während
alle anderen Stellen des Codes entsprechend der Schalt- oder Zwischenposition
verändert
werden.
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In vorteilhafter Weise wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein ungültiger
Code beziehungsweise Fehlercode von dem Positionsschalter erzeugt,
wenn einer der Sensoren defekt ist und deswegen sein Signal beim
Schalten von der ersten bis zur vierten Schaltposition gleich bleibt.
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Je nach Art des Getriebes können weitere
Schaltpositionen zu der ersten bis vierten Schaltposition hinzugefügt werden.
Beim Einsatz des Schalters müssen
aber nicht sämtliche
Positionen zum Schalten des Getriebes ausgenützt werden. Dies hat den Vorteil,
dass der Positionsschalter für
unterschiedliche Kraftfahrzeugtypen verwendet werden kann.
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In vorteilhafter Weise wird für den Code
ein Binärcode
verwendet. Dieser lässt
sich elektronisch sehr leicht und störsicher durch die Pegel "Hoch" und "Niedrig" realisieren.
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Die Verwendung eines vierstelligen
Binärcodes
genügt
in der Regel, um den fünf
in der Einleitung erwähnten
Bedingungen an die Codierung nachzukommen. Falls jedoch die Fehlercodes
für Diagnose-
und Reparaturzwecke ausgenützt
werden, kann es vorteilhaft sein, eine fünfstellige Codierung zu verwenden,
damit eine verbesserte Fehlerdifferenzierung möglich ist.
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In vorteilhafter Weise sind für jede Zwischenposition
unterschiedliche Codes vorgesehen. Aus Gründen der Sicherheit beziehungsweise
Codiereffizienz kann es jedoch ausreichend beziehungsweise von Vorteil sein,
lediglich die Zwischenpositionen zwischen der ersten bis vierten
Schaltposition spezifisch zu codieren.
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Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Getriebepositionsschalter
dazu verwendet, um für
eine elektronische Getriebesteuerung eine Schaltposition zu liefern,
damit das Getriebe entsprechend angesteuert werden kann. Im Falle
eines auftretenden Fehlercodes kann die Getriebesteuerung eine geeignete
Information an ein Kraftfahrzeugbediensystem weiterleiten.
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Ein besonders vorteilhafter Code
lautet:
worin L1, L2, L3 und L4
die Codestellen, P, R, N, D, 5, 4 und 3 die Schaltpositionen und
Z1, Z2, Z3, Z4 und Z5 die Zwischenpositionen bedeuten.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
des erfindungsgemäßen Getriebepositionsschalters
beziehungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schalten
eines Getriebes finden sich in den Unteransprüchen.
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Im Folgenden wird eine bevorzugte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung näher
erläutert.
Die Positionsschaltercodierung ist gemäß Tabelle 7 gewählt. Auch
hier sind die Schaltpositionen P, R, N, D, 5, 4 und 3 sowie die Zwischenpositionen
Z1 bis Z5 codiert. Die Codewörter
sind ebenfalls vierstellig und können mit
den Sensoren L1 bis L4 abgegriffen werden. Die nicht für die Schaltpositionen
verwendeten Codewörter werden
für die
Fehlercodes F1 bis F4 benötigt.
Der Zustand Null ist schaltungstechnisch so realisiert, dass er dem
elektrischen Pegel "Hoch" entspricht. Dabei
ist der verwendete Steuertransistor inaktiv und sperrt. Der Zustand
Eins hingegen entspricht schaltungstechnisch dem elektrischen Pegel "Niedrig" und wird durch einen aktiven
beziehungsweise leitenden Steuertransistor erreicht.
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Tabelle
7: Erfindungsgemäße Positionsschaltercodierung
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Die magnetisch codierte Platte des
Positionsschalters ist hinsichtlich ihrer Struktur vorzugsweise
entsprechend der Matrix von Tabelle 7 magnetisiert. Dabei entspricht
das Bit 0 beispielsweise einem magnetisierten Bereich und des Bit
1 einem magnetisch neutralen Bereich.
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Falls einer der Sensoren bzw. Leitungen
L1 bis L4 einen Kurzschluss zu einer positiven Versorgungsleitung
besitzt, gibt dieser Sensor stets den Binärwert 0 aus, so dass unter
Umständen
ein als 1 codiertes Bit als 0 ausgegeben wird. Damit ergeben sich
für die
jeweiligen Positionen falsche plausible oder Fehlercodes in Abhängigkeit
von dem Sensor, der kurzgeschlossen ist. Die resultierten Codes
sind in Tabelle 8 wiedergegeben.
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Tabelle
8: Erfindungsgemäße Fehlererkennung
bei Kurzschluss zum Pluspol
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Falls beispielsweise der Sensor L4
kurzgeschlossen ist und damit eine zu detektierende 1 als 0 ausgegeben
wird, wird die Parkposition P korrekt mit dem Code 0010 wiedergegeben.
Da die Position P unverändert
beziehungsweise korrekt wiedergegeben wird, befindet sich an dieser
Stelle in Tabelle 8 ein Strich. Bei der Zwischenposition Z1 zwischen
den Positionen P und R wird der korrekte Code 0011 als 0010 ausgegeben. Dieser
Code entspricht der Parkposition P. In der Rückfahrposition R wird der zu
detektierende Code 0111 als 0110 ausgegeben, was dem Fehlercode
F2 entspricht. Die weiteren Felder der Tabelle 8 ergeben sich sinngemäß.
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Schließlich ist in Tabelle 9 eine
Matrix der erfindungsgemäßen Fehlererkennung
bei Kurzschluss eines der Sensoren L1 bis L4 zur Masse wiedergegeben.
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Tabelle
9: Erfindungsgemäße Fehlererkennung
bei Kurzschluss zur Masse
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Beispielhaft sei hier ebenfalls angenommen,
dass der Sensor L4 den Kurzschluss zur Masse besitzt. In der Leerlaufposition
N wird daher der zu erwartende Code 0100 als 0101 ausgegeben, da
der Sensor L4 wegen des Kurzschlusses zur Masse stets den Wert 1
ausgibt. Dieser veränderte
Code entspricht der Zwischenposition Z2. Die Zwischenposition Z3
wird vom Positionsschalter nicht als 1100 sondern fälschlicherweise
als 1101 codiert. Dieser Code entspricht dem Fehlercode F4. Die
weiteren Felder der Tabelle 9 ergeben sich ebenfalls sinngemäß.
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Mit dem erfindungsgemäßen Code
ist nun auch sichergestellt, dass zwischen den Stellungen P und
D alle Sensoren auf Kurzschluss gegen positives Potential oder Masse
geprüft
werden können,
da bei allen Sensoren beim Schalten von der Position P zu der Position
D im Kurzschlussfall mindestens einer der Fehlercodes F1 bis F4
auftritt. Dies ist den Tabellen 8 und 9 zu entnehmen. Ist der Sensor
L1 defekt, so kommt es zum Fehlercode F1 in der Schaltposition D
beim Kurzschluss zum Pluspol. Beim Kurzschluss zur Masse kommt es zu
den Fehlercodes F3 und F4 in der Schaltposition R bzw. der Zwischenposition
Z2. In gleicher Weise ergeben sich für alle übrigen Sensoren L2 bis L4 jeweils
Fehlercodes in beiden Kurzschlussfällen beim Schalten von P nach
D oder umgekehrt.
