[0001] Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung zur sicheren drahtgebundenen Signalisierung
einer binären Information, enthaltend einen Signalspannungsanschluß und ein hiermit
verbundenes bewegliches Schalterelement. Ferner betrifft die Erfindung eine elektronische
Motorsteuerung für ein Kraftfahrzeug, welche für die Ferneingabe einer binären Information
eingerichtet ist.
[0002] Moderne Kraftfahrzeuge weisen eine elektronische Motorsteuerung auf, welche zentral
die Überwachung und Steuerung einer Vielzahl von Funktionen im Kraftfahrzeug ausführt.
Als Beispiele für solche Funktionen seien die Aktivierung und Deaktivierung eines
Beifahrerairbags sowie das Lösen beziehungsweise Anziehen einer elektrischen Handbremse
genannt. In Zusammenhang mit diesen Funktionen ist eine für den Fahrer zugängliche
Schaltvorrichtung vorgesehen, durch deren Betätigung eine binäre "An/Aus" Information
über entsprechende Verbindungsleitungen an die Motorsteuerung signalisiert werden
kann. Wie die genannten Beispiele zeigen, gibt es eine Reihe von Kraftfahrzeugfunktionen
mit hoher Sicherheitsrelevanz. Fehler im Übertragungsweg von der dem Fahrer zugeordneten
Schaltvorrichtung zur Motorsteuerung müssen daher mit hoher Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen
werden, damit nicht Eingaben des Fahrers von der Motorsteuerung falsch interpretiert
werden und zu unerwünschten Auswirkungen führen.
[0003] Die einfachste Art, der Motorsteuerung aus der Ferne drahtgebunden eine binäre Information
zu übermitteln, besteht in einem Schalter, welcher je nach Stellung die elektrische
Leitung zur Motorsteuerung unterbricht oder schließt. Wenn diese Leitung an einem
Ende mit einer Signalspannung wie zum Beispiel einem Massepotential verbunden wird,
kann der Eingang der Motorsteuerung je nach Schalterstellung auf die Signalspannung
gelegt werden oder nicht, wobei diese beiden Zustände dann die beiden logischen Werte
der zu übermittelnden binären Information repräsentieren. Eine derartige Schaltvorrichtung
ist jedoch äußerst unsicher, da eine störungsbedingte Unterbrechung der Leitung nicht
von einer absichtsvollen Schalteröffnung unterschieden werden kann. Ferner kann es
zum Beispiel durch Eindringen von Wasser in die Schaltvorrichtung zu einem Kurzschluß
kommen, welcher fälschlicherweise als Schließen des Schalters interpretiert würde.
[0004] Ein Teil der obigen Probleme wird durch eine Schaltvorrichtung vermieden, bei welcher
der Schalter von einem Widerstand überbrückt wird. Das Öffnen und Schließen des Schalters
ändert somit nur den Gesamtwiderstand zwischen dem Eingang der Motorsteuerung und
dem Signalspannungsanschluß der Schaltvorrichtung. Bei dieser Anordnung kann eine
Leitungsunterbrechung von einer Schalteröffnung unterschieden werden, da diese im
Gegensatz zur Schalteröffnung zu einem unendlich hohen Widerstand führt. Nach wie
vor bleibt jedoch das Problem der Detektion eines Kurzschlusses in der Schaltvorrichtung
bestehen.
[0005] Vor diesem Hintergrund bestand eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine
Schaltvorrichtung und eine mit dieser koppelbare elektronische Motorsteuerung bereitzustellen,
welche eine höhere Sicherheit bei der Ferneingabe einer binären Information bieten.
[0006] Diese Aufgabe wird durch eine Schaltvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1
sowie durch eine elektronische Motorsteuerung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
[0007] Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
[0008] Die Schaltvorrichtung zur sicheren drahtgebundenen Signalisierung einer binären "An/Aus"
Information enthält einen Signalspannungsanschluß, welcher mit einer Quelle für eine
vorgegebene Signalspannung verbunden werden kann, sowie ein mit dem Signalspannungsanschluß
elektrisch verbundenes, bewegliches Schalterelement. Die Schaltvorrichtung ist dadurch
gekennzeichnet, daß diese drei Signalausgänge aufweist, von denen je nach Position
des Schalterelementes jeweils einer über das Schalterelement mit dem Signalspannungsanschluß
elektrisch verbunden ist.
[0009] Die Schaltvorrichtung erlaubt es demnach, die einem Signalspannungsanschluß zugeführte
Signalspannung wahlweise auf genau einen von drei Signalausgängen zu legen. Dies ermöglicht
jederzeit eine eindeutige Interpretation der Schalterstellung, wobei das Vorliegen
der Signalspannung an einem ersten beziehungsweise zweiten Signalausgang für die beiden
logischen Werte ("wahr/falsch") der binären Information steht und wobei darüber hinaus
das Vorliegen der Signalspannung am dritten Signalausgang eine neutrale Position des
Schalterelementes anzeigen kann, bei welcher kein definierter Wert der binären Information
vorgegeben wird. Diese explizit wählbare und auswertbare Neutralstellung ermöglicht
es, das beabsichtigte Fehlen einer Auswahl von einem zufälligen beziehungsweise störungsbedingten
Fehlen zu unterscheiden, welches zum Beispiel dann vorliegt, wenn das Schalterelement
zu keinem der Signalausgänge Kontakt hat und/oder eine Unterbrechung der Leitungen
vorliegt. Ein weiterer Vorteil der Schaltvorrichtung besteht darin, daß es durch einen
Kurzschluß nicht zu einem Fehlverhalten kommen kann. Sollte nämlich zum Beispiel durch
einen Kurzschluß ein weiterer Signalausgang mit der Signalspannung verbunden werden,
so läge nicht mehr nur genau einer der drei Signalausgänge auf dem Niveau der Signalspannung,
wodurch der Fehler detektierbar würde. Weiterhin ist die Schaltvorrichtung gegenüber
einer Störung durch eine Leitungsunterbrechung geschützt, da eine derartige Leitungsunterbrechung
zu einem Fehlen der Signalspannung auf allen drei Signalausgängen führen würde, was
wiederum einen erkennbar fehlerhaften Zustand darstellen würde.
[0010] Gemäß einer Weiterbildung der Schaltvorrichtung ist das Schalterelement in einer
Achse schwenkbeweglich gelagert, und es weist einen Gleiter auf, welcher an mit den
Signalausgängen verbundenen Kontakten entlang gleitet. Bei dieser Ausführungsform
der Schaltvorrichtung kann durch Drehen beziehungsweise Schwenken des Schalterelementes
der Gleiter wahlweise mit jeweils einem der Kontakte in Kontakt gebracht werden und
hierdurch die am Schalterelement anliegende Signalspannung auf den betreffenden Signalausgang
legen. Eine derartige Schaltvorrichtung stellt bei einer verhältnismäßig einfachen
konstruktiven Ausgestaltung sicher, daß zu jedem Zeitpunkt nur genau einer der Signalausgänge
mit der Signalspannung verbunden sein kann.
[0011] Vorzugsweise sind bei der vorstehend genannten Ausgestaltung die mit den Signalausgängen
verbundenen Kontakte durch elektrische Isolationsflächen voneinander getrennt. Bei
seiner Bewegung kommt der Gleiter des Schalterelementes somit abwechselnd mit Kontakten
und mit Isolationsflächen in Berührung, so daß bei einer entsprechend großen Dimensionierung
der Isolationsflächen sichergestellt ist, daß zu keinem Zeitpunkt der Gleiter zwei
Kontakte gleichzeitig berührt. Dies gewährleistet, daß die Signalspannung zu jedem
Zeitpunkt maximal an einem Signalausgang anliegen kann.
[0012] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Schaltvorrichtung ist diese derart ausgestaltet,
daß sich das Schalterelement nur bei der Kontaktierung eines Signalausganges in einer
mechanisch stabilen Position befindet. Zwischenpositionen, in denen das Schalterelement
die Signalspannung mit keinem der Signalausgänge verbindet, sind daher mechanisch
instabil, so daß diese innerhalb kürzester Zeit von alleine wieder verlassen werden.
Dies sorgt dafür, daß undefinierte Zustände, in denen an keinem der Signalausgänge
die Signalspannung vorliegt, allenfalls transient angenommen werden.
[0013] Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektronische Motorsteuerung für ein Kraftfahrzeug,
welche für die Ferneingabe mindestens einer binären Information eingerichtet ist.
Die Motorsteuerung kann dabei insbesondere als Mikrocomputer ausgebildet sein. Die
Motorsteuerung ist dadurch gekennzeichnet, daß diese drei mit einer Auswerteelektronik
innerhalb der Motorsteuerung verbundene Signaleingänge enthält, wobei die Auswerteelektronik
derart eingerichtet ist, daß diese das Vorliegen einer Signalspannung an jeweils genau
einem der Signaleingänge als Eingabe des ersten oder des zweiten logischen Wertes
der Information oder als neutrale Eingabe interpretiert, und daß diese alle anderen
Spannungszustände der Signaleingänge als Fehler interpretiert.
[0014] Einer derartigen Motorsteuerung kann mit großer Störsicherheit eine binäre Information
mitgeteilt werden, da die beiden möglichen logischen Werte der Information ("wahr/
falsch", "an/aus" etc.) über jeweils einen separaten Signaleingang angezeigt werden.
Darüber hinaus kann über den dritten Signaleingang angezeigt werden, daß in einer
beabsichtigten Weise keine Auswahl vorgenommen wird, d.h., daß an den beiden anderen,
die logische Information repräsentierenden Signaleingängen keine Signalspannung vorliegt.
Dies ermöglicht eine Unterscheidung eines gezieltes Fehlens einer Informationseingabe
von einem störungsbedingten Fehlen, zum Beispiel durch eine Leitungsunterbrechung.
Weiterhin kann die Motorsteuerung auch solche Störfälle detektieren, bei denen an
mehr als genau einem Signaleingang eine Signalspannung anliegt. Solche Störzustände
können zum Beispiel durch Kurzschlüsse entstehen. Sie werden von der Auswerteelektronik
erkannt, so daß ein Fehlverhalten der Motorsteuerung verhindert werden kann.
[0015] Die vorstehend beschriebene Motorsteuerung kann insbesondere mit einer Schaltvorrichtung
der vorstehend erläuterten Art gekoppelt werden, da diese Schaltvorrichtung die zum
Auswerteverhalten der Motorsteuerung passende Belegung der Signalausgänge besitzt.
[0016] Gemäß einer Weiterbildung der elektronischen Motorsteuerung ist diese so eingerichtet,
daß diese das Fehlen einer Signalspannung an allen drei Signaleingängen erst dann
als Fehler interpretiert, wenn dieses Fehlen länger als eine vorgegebene Zeitdauer
anhält. Eine solche Wartezeit berücksichtigt, daß bei einem Wechsel der Signalbelegung
schaltungstechnisch bedingt häufig undefinierte Zwischenzustände auftreten können,
in denen zum Beispiel an keinem Signaleingang oder an mehreren Signaleingängen gleichzeitig
eine Signalspannung anliegen kann.
[0017] Die der Motorsteuerung mittels Ferneingabe übermittelte binäre Information kann insbesondere
den Befehl zum Öffnen beziehungsweise Schließen einer elektrischen Handbremse oder
die Deaktivierung eines Airbags signalisieren. Hierbei handelt es sich um sicherheitskritische
Funktionen, bei denen eine fehlerbehaftete Informationsübertragung mit möglichst hoher
Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden sollte. Letzteres ist mit der erfindungsgemäßen
Motorsteuerung möglich.
[0018] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figur beispielhaft näher erläutert. Die
einzige Abbildung zeigt schematisch die Kopplung einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung
mit einer erfindungsgemäßen Motorsteuerung.
[0019] Wie eingangs erläutert, besteht im Automobilbereich ein Bedarf für eine vom Fahrer
zu betätigende Schaltvorrichtung 9, über welche einer zentralen Motorsteuerung 7 eine
binäre Information mit großer Sicherheit übermittelt werden kann. Insbesondere sollte
der Schalter gegen alle einfachen Versagensmodi gemäß FMEA (Fehlermöglichkeiten-Einflußanalyse)
geschützt sein. Ferner sollte dieser eine sofortige Reaktion auf Betätigung, ein statisches
Schaltsignal sowie geringe Herstellungskosten im Hinblick auf eine Massenproduktion
aufweisen.
[0020] Diesen Anforderungen wird die in der Figur dargestellte Schaltvorrichtung 9 gerecht.
Die Schaltvorrichtung besteht aus einem um eine Achse 2 schwenkbaren Schalterelement
1, welches einen vom Fahrer betätigbaren isolierten Griff 1a sowie einen elektrisch
leitenden Abschnitt 1 b aufweist. Am Ende des elektrisch leitenden Abschnittes 1 b
ist ein Gleiter 3 angeordnet, welcher entlang einer kreisbogenförmigen Kontaktstrecke
gleiten kann, wenn das Schalterelement 1 um die Achse 2 geschwenkt wird. Der leitende
Abschnitt 1b ist ferner über eine Leitung mit einem Signalspannungseingang 8 verbunden,
welcher im beschalteten Zustand der Schaltvorrichtung 9 mit dem Massepotential verbunden
ist.
[0021] Entlang der gekrümmten Bewegungsbahn des Gleiters 3 sind in abwechselnder Reihenfolge
ein erster Kontakt 4a, ein erster Isolationsbereich 5a, ein zweiter Kontakt 4b, ein
zweiter Isolationsbereich 5b sowie ein dritter Kontakt 4c angeordnet. Die drei genannten
Kontakte 4a-c sind mit entsprechenden Signalausgängen 6a-c der Schaltvorrichtung 9
verbunden. Diese Signalausgänge sind im beschalteten Zustand eins zu eins mit entsprechenden
Signaleingängen an einer Motorsteuerung 7 verbunden.
[0022] Die als Mikrocomputer ausgebildete Motorsteuerung 7 enthält eine Auswerteelektronik
(nicht dargestellt), welche die an den drei Signaleingängen 6a-c vorherrschenden Zustände
wie folgt interpretiert (eine "1" steht darin für einen Zustand, bei welchem die Signalspannung
an dem betreffenden Signaleingang anliegt):
Signaleingang 6a |
Signaleingang 6b |
Signaleingang 6c |
Codierte Information: |
0 |
1 |
0 |
Neutrale Position (keine Aktion) |
1 |
0 |
0 |
Ausführen/Schließen/ Herunter |
0 |
0 |
1 |
Loslassen/Öffnen/Oben |
Alle anderen Kombinationen |
ungültig |
[0023] Der Vorteil des dargestellten Systems besteht darin, daß jeder Einzelfehler (Kurzschluß,
Leitungsunterbrechung) entweder gar keinen störenden Effekt hat oder zu einem Zustand
führt, welcher von der Motorsteuerung 7 als ungültig erkannt werden kann.
[0024] Während der Schwenkbewegung des Schalterelementes 1 verläßt der Gleiter 3 einen Kontakt
und bewegt sich über einen Isolationsbereich. Für diese Zeitdauer liegt an den Signaleingängen
6a-c ein fehlerhaftes Muster (0,0,0) an, welches die Motorsteuerung dazu veranlassen
könnte, einen Fehler zu diagnostizieren. Aus diesem Grunde wird vorzugsweise ein Federkraftmechanismus
in der Schaltvorrichtung 9 vorgesehen, durch welchen die Aufenthaltszeit des Gleiters
3 auf den Isolationsbereichen 5a, 5b unter einem bestimmten Maximalwert gehalten wird,
was es dem Fahrer nicht erlaubt, das Schalterelement 1 für eine längere Zeitdauer
in eine Zwischenposition zu bringen. Wenn die genannte Zeitdauer derart gewählt ist,
daß diese weit unterhalb der typischen Zeiten zwischen zwei Betätigungen der Schaltvorrichtung
9 liegt, kann die Motorsteuerung 7 in einfacher Weise zwischen einer kurzzeitigen,
transienten Unterbrechung während des normalen Schalterbetriebes und einem dauerhaften
Fehler (zum Beispiel Leitungsbruch) unterscheiden.
[0025] Eine typische Anwendung des beschriebenen Systems besteht in der Ferneingabe eines
"Loslassen/Anziehen" Befehls für eine elektrische Handbremse.
1. Schaltvorrichtung (9) zur sicheren drahtgebundenen Signalisierung einer binären Information,
enthaltend einen Signalspannungsanschluss (8) und ein hiermit verbundenes bewegliches
Schalterelement (1),
dadurch gekennzeichnet, daß
dieses drei Signalausgänge (6a, 6b, 6c) aufweist, von denen wahlweise jeweils einer
über das Schalterelement mit dem Signalspannungsanschluss (8) verbunden werden kann.
2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Schalterelement (1) in einer Achse (2) schwenkbeweglich gelagert ist und einen
Gleiter (3) aufweist, welcher an mit den Signalausgängen (6a, 6b, 6c) verbundenen
Kontakten (4a, 4b, 4c) entlang gleitet.
3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die mit den Signalausgängen (6a, 6b, 6c) verbundenen Kontakte (4a, 4b, 4c) durch elektrische
Isolationsflächen (5a, 5b, 5c) voneinander getrennt sind.
4. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Schalterelement (1) sich nur bei Kontaktierung eines Signalausganges (6a, 6b,
6c) in einer mechanisch stabilen Position befindet.
5. Elektronische Motorsteuerung (7) für ein Kraftfahrzeug, welche für die Ferneingabe
einer binären Information eingerichtet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
diese drei mit einer Auswerteelektronik verbundene Signaleingänge (6a, 6b, 6c) aufweist,
wobei die Auswerteelektronik derart eingerichtet ist, dass diese das Vorliegen einer
Signalspannung an jeweils genau einem der Signaleingänge als Eingabe des ersten oder
des zweiten logischen Wertes der Information oder als neutrale Eingabe interpretiert,
und dass sie alle anderen Spannungszustände der Signaleingänge als Fehler interpretiert.
6. Elektronische Motorsteuerung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
diese mit einer Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gekoppelt ist.
7. Elektronische Motorsteuerung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
diese derart eingerichtet ist, dass die anderen Spannungszustände erst dann als Fehler
interpretiert werden, wenn sie länger als eine vorgegebene Zeitdauer anhalten.
8. Elektronische Motorsteuerung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
die binäre Information das Öffnen/Schließen einer Handbremse oder die Aktivierung/Deaktivierung
eines Airbags signalisiert.