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DE10347979A1 - Diagnosable switch arrangement has potential divider and state of switch arrangement can be determined by measuring voltage between potential divider node and earth potential of potential divider - Google Patents

Diagnosable switch arrangement has potential divider and state of switch arrangement can be determined by measuring voltage between potential divider node and earth potential of potential divider Download PDF

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DE10347979A1
DE10347979A1 DE2003147979 DE10347979A DE10347979A1 DE 10347979 A1 DE10347979 A1 DE 10347979A1 DE 2003147979 DE2003147979 DE 2003147979 DE 10347979 A DE10347979 A DE 10347979A DE 10347979 A1 DE10347979 A1 DE 10347979A1
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DE
Germany
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switch
voltage
switch arrangement
voltage divider
diagnosable
Prior art date
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DE2003147979
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Inventor
Bernd Dietzel
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Voith Turbo GmbH and Co KG
Original Assignee
Voith Turbo GmbH and Co KG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/16—Indicators for switching condition, e.g. "on" or "off"
    • H01H9/167—Circuits for remote indication

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Abstract

The switch arrangement has a physical switch (10) with open and closed states, at least one first switch resistance in series with the physical switch, at least one second switch resistance in parallel with the first switch resistance and the physical switch, a first switch contact (12) connected to the node (5) of a potential divider circuit (15) and a second switch contact (13) connected to the earth potential (14) of the potential divider circuit. The state of the switch arrangement can be determined by measuring the voltage between the potential divider node and the earth potential.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteranordnung sowie deren Verwendung, wobei die Schaltzustände und die Funktionsfähigkeit der Schalteranordnung selbst diagnostizierbar sind.The The invention relates to a switch arrangement and its use, where the switching states and the functionality the switch assembly itself are diagnosable.

Nachfolgend beschriebene Schalteranordnungen umfassen einen physikalischen Schalter sowie eine dem physikalischen Schalter zugeordnete Ausleseeinheit. Dabei wird unter dem Begriff physikalischer Schalter, oder auch kurz Schalter, ein Mechanismus verstanden, mit dessen Hilfe eine elektrische Kontaktleitung auf kontrollierte Art und Weise geschlossen oder geöffnet werden kann. Im einfachsten Fall handelt es sich dabei um einen mechanischen Schalter, wie einen Kipp- oder Bügelschalter, bei dem durch das Bewegen eines Kontaktbügels ein elektirscher Kontakt zwischen Schaltereingang und Schalterausgang, im Weiteren als erster und zweiter Schaltkontakt bezeichnet, gelegt werden kann.following described switch assemblies comprise a physical switch and a readout unit associated with the physical switch. Here is the term physical switch, or also short switch, understood a mechanism by means of which a closed electrical contact line in a controlled manner or opened can be. In the simplest case, this is one mechanical switch, such as a tilt or strap switch, in which moving a contact bar an electrical contact between switch input and switch output, hereinafter referred to as the first and second switching contact, placed can be.

Verallgemeinert wird unter dem Begriff Schalter im Folgenden jedoch auch eine Anordnung von einem ersten und einem zweiten Schaltkontakt verstanden, bei der ein betreffender elektrischer Kontakt durch ein elektrisch leitendes Umgebungsmedium hergestellt werden kann. Ist der Schalter in hinreichender Weise mit dem elektrisch leitfähigen Umgebungsmedium gefüllt oder ist er in dieses eingetaucht, so tritt ein elektrischer Kontakt zwischen den beiden Elektroden des Schalterein- und Schalterausgangs auf und der Schalter befindet sich im geschlossenen Zustand. Entsprechend findet beim Wegfall des elektrisch leitfähigen Umgebungsmediums eine Unterbrechung des Schaltkontaktes statt.generalized However, the term switch is hereinafter also an arrangement of a first and a second switching contact understood in the a related electrical contact by an electrically conductive Environment medium can be produced. Is the switch in sufficient Way with the electrically conductive Filled ambient medium or is he immersed in this, so an electrical contact occurs between the two electrodes of the switch input and switch output on and the switch is in the closed state. Corresponding finds the discontinuation of the electrically conductive ambient medium of the switching contact instead.

Ferner wird der Schaltzustand des Schalters in einer gattungsgemäßen Schalteranordnung durch eine Messung mit elektrischen Signalen ermittelt. Nach dem Stand der Technik wird dies dadurch bewerkstelligt, dass der Schalter über einen Kontakt, beispielsweise dem ersten Schaltkontakt, mit dem Spannungsteilerknoten einer Spannungsteilerschaltung verbunden ist und mit seinem zweiten Schaltkontakt auf dem Erdungspotenzial der Spannungsteilerschaltung liegt. Wird am Spannungsteilerknoten der Spannerteilungsschaltung die dort anliegende Spannung gegen das Erdungspotenzial gemessen, so ist es mit diesem Spannungswert möglich, den Schaltzustand des Schalters auszulesen. Bei geöffnetem Schaltzustand wird der Spannungsteilerknoten nicht über den Schalter gegen die Masse kurzgeschlossen und die Spannung entspricht derjenigen, welche durch die Speisespannung und die Wahl des Widerstandsverhältnisses in der Spannungsteilerschaltung eingestellt wird. Ein geschlossener Schalter zieht dagegen das Potenzial des Spannungsteilerknotens auf dasjenige des Erdungspotenzials des Spannungsteilers, so dass bei einer entsprechenden Spannungsmessung gegen das Erdungspotenzial keine Spannung ermittelt wird.Further is the switching state of the switch in a generic switch assembly determined by a measurement with electrical signals. After this In the prior art, this is accomplished by the switch being switched on Contact, for example, the first switching contact, with the voltage divider node a voltage divider circuit is connected and with its second Switching contact on the ground potential of the voltage divider circuit lies. Will at the voltage divider node of the voltage divider circuit the voltage applied there is measured against the grounding potential, so is it possible with this voltage value, the switching state of Switch read out. When open Switching state, the voltage divider node is not on the Switch shorted to ground and voltage equal those caused by the supply voltage and the choice of the resistance ratio is set in the voltage divider circuit. A closed one In contrast, the switch pulls the potential of the voltage divider node on that of the ground potential of the voltage divider, so that none at a corresponding voltage measurement against ground potential Voltage is determined.

Der typische Einsatz einer solchen Schalteranordnung ist die Messung des Öldrucks in einem Kraftfahrzeug. Hierbei wird der Schalter durch den sich aufbauenden Öldruck beim Anlassen eines Motors betätigt und der Schaltzustand ist ein Indiz dafür, ob ein hinreichend hoher Öldruck im Ölkreislauf vorliegt. Ein weiteres Anwendungsbeispiel für eine derartige Schalteranordnung einschließlich der genannten elektrischen Ermittlung des Schaltzustandes ist die Messung von Flüssigkeitspegelständen. In einem Kraftfahrzeug kann dieses Prinzip etwa zur Bestimmung des Ölstandes eingesetzt werden. Es besteht eine Vielzahl weiterer Anwendungsmöglichkeiten für eine solche gattungsgemäße Schalteranordnung, die insbesondere dadurch gekennzeichnet sind, dass ein im Wesentlichen mechanisch betätigter physikalischer Schalter in einem System verwendet wird, in dem Systemzustände, wie ein Schalterstand, durch elektrische oder elektronische Signale verarbeitet werden. Insbesondere betrifft dies Systeme, bei denen die Orte, an denen der Schalter zum einen physikalisch betätigt wird und zum anderen der Schaltzustand ausgelesen wird, räumlich auseinander fallen.Of the Typical use of such a switch arrangement is the measurement the oil pressure in a motor vehicle. Here, the switch is through the building up oil pressure when starting a motor operated and the switching state is an indication of whether a sufficiently high oil pressure in the oil circuit is present. Another example of application for such a switch arrangement including the said electrical determination of the switching state is the Measurement of liquid levels. In a motor vehicle, this principle, for example, to determine the oil level be used. There are a variety of other applications for one such generic switch arrangement, which are characterized in particular by a substantially mechanically operated physical switch is used in a system in which system states, such as a switch stand, by electrical or electronic signals are processed. In particular, this relates to systems in which the places where the switch is physically activated and on the other hand, the switching state is read spatially apart fall.

Gattungsgemäße Schalter werden in Kraftfahrzeugen üblicherweise an eine Spannungsteilerschaltung angeschlossen, die mit einer 12 V oder in Nutzfahrzeugen mit einer 24 V Speisespannung betrieben wird. Im einfachsten Fall wird als Spannungsteiler ein symmetrisches Widerstandspaar verwendet, wobei dies beispielsweise durch die Reihenschaltung von zwei Widerständen mit einem Widerstandswert von 10 kΩ bewerkstelligt wird. Für diesen Fall wäre der Spannungswert des unbelasteten Spannungsteilerknotens gegenüber dem Erdungspotenzials des Spannungsteilers die Hälfte der Speisespannung und somit 12 V.Generic switch are common in motor vehicles connected to a voltage divider circuit connected to a 12 V or in commercial vehicles operated with a 24 V supply voltage becomes. In the simplest case, a voltage divider becomes a symmetrical one Resistor pair used, this for example by the series connection of two resistors with a resistance of 10 kΩ. In this case would be the Voltage value of the unloaded voltage divider node with respect to Ground potential of the voltage divider half the supply voltage and thus 12 V.

Wird nun an diesem Spannungsteilerknoten ein üblicher Schalter gegen Masse angeschlossen, so wird ein offener Schalter diesen Spannungswert nicht verändern, während ein geschlossener Schalter aufgrund der direkten Verbindung zum Erdungspotenzial des Spannungsteilers am Spannungsteilerknoten einen Spannungswert von 0 V erzeugen wird. Wobei hier näherungsweise von einem widerstandslosen Schalter und einer entsprechend widerstandslosen Zuleitung zum ersten Schaltkontakt ausgegangen wird.Becomes now at this voltage divider node a conventional switch against ground connected, an open switch does not become this voltage value change, while a closed switch due to the direct connection to the Ground potential of the voltage divider at the voltage divider node a Voltage value of 0 V will generate. Here approximately from a non-resistive switch and a correspondingly resistant one Supply line to the first switching contact is assumed.

Eine solche Schalteranordnung entspricht dem Stand der Technik und weist den Nachteil auf, dass eine Unterbrechung des Verbindungskontakts zwischen dem Schalter und dem Spannungsteilerknoten das gleiche Signal auslöst wie ein geöffneter Schalter und dass ferner beim Vorliegen eines Kurzschlusses nach Masse auf dieser Strecke keine Unterscheidungsmöglichkeit zum regulären Schließen des Schalters möglich ist.Such a switch arrangement corresponds to the prior art and has the disadvantage that an interruption of the connection contact between the switch and the voltage divider node triggers the same signal as an opened one Switch and further that in the presence of a short circuit to ground on this route no distinction to the regular closing of the switch is possible.

Demnach ergibt die Spannungsmessung am Spannungsteilerknoten des Spannungsteilers für einen solchen Schalter keinen Unterschied zwischen dem offenen und geschlossenen Schaltzustand zum einen und einer Fehlfunktion, wie einem Kurzschluss oder einer Kontaktunterbrechung, die insbesondere in Kraftfahrzeugen aufgrund der dynamischen Belastungen durchaus auftreten können, zum anderen. Dies ist vor allem dann nachteilig, wenn der Schaltzustand zur Detektion von essenziellen Funktionen dient oder von sicherheitstechnischer Relevanz ist.Therefore gives the voltage measurement at the voltage divider node of the voltage divider for one such switch no difference between the open and closed Switching state on the one hand and a malfunction, such as a short circuit or a break in contact, especially in motor vehicles due to the dynamic loads can occur, for others. This is especially disadvantageous when the switching state serves for the detection of essential functions or of safety-related Relevance is.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den oben genannten Nachteil des technischen Standes zu überwinden und eine Schalteranordnung der genannten Art anzugeben, welche diagnostizierbar ist, d.h. die elektrischen Signale, die regulären Schaltzuständen zugeordnet sind, sollen sich von denjenigen unterscheiden, die mit einer Fehlfunktion in der Schalteranordnung verbunden sind. Zur Lösung der Aufgabe sollte ferner eine diagnostizierbare Schalteranordnung angegeben werden, welche sich durch geringen konstruktiven Aufwand auszeichnet.Of the Invention is based on the object, the above-mentioned drawback to overcome the technical condition and to provide a switch arrangement of said type which is diagnosable, i.e. the electrical signals associated with the regular switching states should be different from those with a malfunction in the switch assembly are connected. To solve the task should also a diagnosable switch assembly can be specified which is characterized by low design complexity.

Zur Lösung dieser Aufgabe haben die Erfinder erkannt, dass die Einheit des Spannungsteilers und der zugeordneten Spannungsmessung am Spannungsteilerknoten für eine diagnostizierbare Schalteranordnung beibehalten werden kann, wenn der Schalter in einem Zweig einer Parallelanordnung von Widerständen untergebracht ist, welche den Spannungsteilerknoten des Spannungsteilers mit dessen Erdungspotenzial verbindet. Mit einer solchen Anordnung kann der Schalter diagnostiziert werden, ohne dass weitere Sensorelemente oder redundante Schalter verwendet werden, was zusätzliche Auswerteleitungen und Auswerteeinheiten nötig machen würde.to solution To this end, the inventors have recognized that the unity of the Voltage divider and the associated voltage measurement at the voltage divider node for one diagnosable switch assembly can be maintained when the Switch housed in a branch of a parallel arrangement of resistors which is the voltage divider node of the voltage divider with its Grounding potential connects. With such an arrangement, the Switches are diagnosed without any additional sensor elements or redundant switches are used, which adds extra Evaluation lines and evaluation units would be necessary.

Die erfindungsgemäße Funktionsweise des Schalters besteht darin, dass bei geschlossenem Schalter durch die Parallelschaltung der Widerstände am Spannungsteilerknoten ein gegenüber einem Kurzschluss höherer Spannungswert gegen das Erdungspotenzial gemessen wird. Da auch bei geöffnetem Schalter über den parallel geschalteten Widerstand die Spannung am Spannungsteilerknoten gegenüber dem Zustand reduziert wird, in welchem der Kontakt zwischen Schalter und Spannungsteilerknoten komplett unterbrochen wird, ist eine Unterscheidung zwischen dem Schaltzustand des geöffneten Schalters und dem vollständigen Fehlen eines Kontaktes zum Schalter möglich.The inventive operation of the switch is that with the switch closed by the parallel connection of the resistors at the voltage divider node one opposite a short circuit higher Voltage value is measured against the ground potential. There too when open Switch over the resistor connected in parallel, the voltage at the voltage divider node across from the state is reduced, in which the contact between switches and voltage divider node is completely interrupted, is a distinction between the switching state of the opened switch and the complete absence a contact to the switch possible.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird, anstatt definierter Spannungspegel für die Schaltzustände und die Fehlfunktionen, mit Spannungsbereichen gearbeitet, die jeweils dem geöffneten oder dem geschlossenen Schalter oder einer Fehlfunktion, wie einem Kurzschluss gegen Masse oder der Speisespannung oder einer Kontaktunterbrechung, zugeordnet werden. Dies hat den Vorteil, dass Fehlmessungen, wie sie durch Toleranzen in den Widerständen oder durch Veränderungen der Widerstandswerte, welche sowohl in der Parallelanordnung der Widerstände in der diagnostizierbaren Schalteranordnung, wie auch in der zugeordneten Spannungsteilerschaltung zur Auswertung auftreten können, verhindert werden. Diese Spannungsbereiche können sich überlappen, so dass aufgrund einer Hysterese in der Messung eine Detektion einer Fehlfunktion oder die Bestimmung eines Schaltungszustandes erst dann als solche wahrgenommen wird, wenn die Messung hinreichend gesichert ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn kurzzeitige Störungen die Diagnostizierbarkeit der Schalteranordnung beeinträchtigen können.In An advantageous embodiment of the invention is, instead defined Voltage level for the switching states and the malfunction, worked with voltage ranges, respectively the opened one or the closed switch or a malfunction, such as a Short circuit to earth or the supply voltage or a break in contact, be assigned. This has the advantage that incorrect measurements, such as they by tolerances in the resistors or by changes the resistance values, which in both the parallel arrangement of resistors in the diagnosable switch arrangement, as well as in the associated voltage divider circuit can occur for evaluation be prevented. These voltage ranges may overlap, so due to a hysteresis in the measurement a detection of a malfunction or the determination of a circuit state only as such is perceived when the measurement is sufficiently secured. This is particularly advantageous when short-term disturbances the Affect diagnosability of the switch assembly can.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren genauer erläutert.in the Below, the invention will be explained in more detail with reference to figures.

Es zeigen:It demonstrate:

1: eine dem Stand der Technik entsprechende Kombination aus physikalischem Schalter und Ausleseeinheit zur Bestimmung des Schaltzustands 1 a state of the art combination of physical switch and readout unit for determining the switching state

2: eine erfindungsgemäße diagnostizierbare Schalteranordnung 2 : a diagnosable switch arrangement according to the invention

3: ein Beispiel für zugeordnete Spannungsbereiche einer erfindungsgemäßen diagnostizierbaren Schalteranordnung 3 : an example of assigned voltage ranges of a diagnosable switch arrangement according to the invention

4: Parallelschaltung von diagnostizierbaren Schalteranordnungen 4 : Parallel connection of diagnosable switch arrangements

Ein dem Stand der Technik entsprechende Schalteranordnung besteht, wie in 1 dargestellt, aus einer Ausleseeinheit 2 und einem Schalter 10, mit einem ersten und einem zweiten Schaltkontakt 12, 13, die mittels eines Schaltkörpers zu überbrücken sind. Auch eine mechanische Betätigungen des Schalters, etwa durch Druck in einem Ölkreislauf, sind weitere typische Anwendungsfelder eines solchen physikalischen Schalters 10. Zum Auslesen des Schalters 10 ist ein Kontakt des Schalters 10 mit dem Spannungsteilerknoten 5 eines Spannungsteilers 15 verbunden, welcher beispielsweise für Fahrzeuge in einem vom Schalter 10 räumlich getrennten Steuergerät untergebracht sein kann.A prior art switch assembly is as shown in FIG 1 shown, from a readout unit 2 and a switch 10 , with a first and a second switching contact 12 . 13 , which are to be bridged by means of a switch body. Also, a mechanical operations of the switch, such as by pressure in an oil circuit, are other typical applications of such a physical switch 10 , For reading the switch 10 is a contact of the switch 10 with the voltage divider node 5 a voltage divider 15 connected, for example, for vehicles in one of the switch 10 spatially separated control unit can be accommodated.

In der schematischen Darstellung von 1 ist der Spannungsteiler 15 mit einer Speisespannung von UB = 24 V beaufschlagt. Gezeigt ist ferner die Anordnung von zwei Widerständen, die hier mit jeweils 10 kΩ gewählt sind, so dass am Spannungsteilerknoten 5 beim Wegfall des Schalters oder bei einem ideal geöffneten Schalter gerade die Hälfte der Speisespannung anliegt. Für die Funktionsweise der Schalteranordnung, d.h. zur Bestimmung des Schaltzustandes des Schalters 10, ist eine Messung der Spannung an diesen Spannungsteilerknoten 5 des Spannungsteilers 15 zu dessen Erdungspotenzial 14 notwendig. Ferner ist, falls der Schaltzustand nachfolgend digital weiter verarbeitet wird, eine Analog-Digital-Umwandlung dieses Spannungswertes, der im Folgenden UADC bezeichnet wird, nötig. Der genannte Spannungsteiler 15 und die Spannungsmessung sowie die Erzeugung und Weiterverarbeitung eines digitalen Signals können in einer Funktionseinheit gekapselt werden, die dann in einem Kraftfahrzeug typischerweise in einem Steuergerät untergebracht ist.In the schematic representation of 1 is the voltage divider 15 with a supply voltage of U B = 24 V applied. Shown further is the arrangement of two resistors, which are each selected here with 10 kΩ, so that at the voltage divider node 5 when the switch is removed or when the switch is ideally open, half of the supply voltage is applied. For the operation of the switch assembly, ie for determining the switching state of the switch 10 , is a measurement of the voltage at this voltage divider node 5 of the voltage divider 15 to its earthing potential 14 necessary. Furthermore, if the switching state is subsequently digitally processed further, an analog-to-digital conversion of this voltage value, which is referred to below as U ADC , is necessary. The named voltage divider 15 and the voltage measurement and the generation and further processing of a digital signal can be encapsulated in a functional unit, which is then typically housed in a control unit in a motor vehicle.

In 1 ist ferner dargestellt, dass eine Verbindung zwischen dem Spannungsteilerknoten 5 des Spannungsteilers 15 und dem ersten Schaltkontakt 12 des Schalters 10 besteht, dessen Schaltzustand bestimmt werden soll. Der zweite Schaltkontakt 13 des Schalters 10 ist mit dem Erdungspotenzial 14 des Spannungsteilers 15 verbunden.In 1 It is further shown that a connection between the voltage divider node 5 of the voltage divider 15 and the first switching contact 12 of the switch 10 exists whose switching state is to be determined. The second switching contact 13 of the switch 10 is with the grounding potential 14 of the voltage divider 15 connected.

Aus der schematischen Darstellung von 1 wird die Funktionsweise einer dem Stand der Technik entsprechenden Schalteranordnung deutlich: Der geöffnete Schalter 10 wird die Spannungsteilerschaltung 15 nicht zusätzlich belasten und daher wird der Spannungszustand von UADC = 12 V am Spannungsteilerknoten 5 aufrechterhalten bleiben. Beim geschlossenen Schalter wird sich im Wesentlichen ein Potenzial von UADC = 0 V einstellen, wobei hier einfachheitshalber der Widerstand der Zuleitungen als vemachlässigbar klein angenommen wird. Diese beiden regulären Schalterzustände sind in 1 mit den Bezugszeichen I oder II versehen.From the schematic representation of 1 the operation of a prior art switch assembly is clear: The open switch 10 becomes the voltage divider circuit 15 do not burden extra and therefore the voltage state of U ADC = 12 V at the voltage divider node 5 to be maintained. When the switch is closed, essentially a potential of U ADC = 0 V will be established, whereby for simplicity's sake the resistance of the supply lines is assumed to be negligibly small. These two regular switch states are in 1 provided with the reference I or II.

Tritt als Fehlfunktion eine Unterbrechung zwischen Schalter und dem Spannungsteilerknoten auf, wie schematisch in 1 an Position III gezeigt, wird eine Spannung UADC = 12 V am Spannungsteilerknoten zu detektieren sein, welche nicht vom geöffneten Schalterzustand I zu unterscheiden ist. Als weiterer möglicher Fehler ist in 1 an Position IV ein unerwünschter Massenkontakt in der Verbindungsleitung zwischen Schalter 10 und Spannungsteilerknoten 5 eingezeichnet. Als Resultat entsteht eine Spannung von UADC = 0 V, welche keine Unterscheidung zum Fall des geschlossenen Schalterzustands II zulässt. Somit erzeugt ein solcher Schalter 10 beim Auftreten von Fehlern Signale, welche den ordnungsgemäßen Schaltzuständen entsprechen. Die Folge ist, dass der Schalter 10 nicht diagnostizierbar ist.Occurs as a malfunction an interruption between the switch and the voltage divider node, as shown schematically in FIG 1 shown at position III, a voltage U ADC = 12 V to be detected at the voltage divider node, which is not to be distinguished from the opened switch state I. Another possible mistake is in 1 at position IV an unwanted mass contact in the connecting line between switches 10 and voltage divider node 5 located. As a result, a voltage of U ADC = 0 V arises, which allows no distinction to the case of the closed switch state II. Thus, such a switch generates 10 when errors occur signals corresponding to the proper switching states. The consequence is that the switch 10 is not diagnosable.

2 zeigt einen diagnostizierbaren Schalter 10. Hierbei entspricht die Auswerteeinheit 2, welche aus einem Spannungsteiler 15 und einer Spannungsmessung am Spannungsteilerknoten 5 besteht, derjenigen aus 1. Entsprechend werden übereinstimmende Bezugszeichen verwendet. Im Einzelnen sind ein erster Widerstand 3, ein zweiter Widerstand 4, ein Spannungsteilerknoten 5, ein Spannungsmesser 6 und ein Analog-Digital-Konverter 7 gezeigt. Die Auswerteeinheit 2 ist vorzugsweise als gekapselte Einheit und bei Kraftfahrzeugen üblicherweise in einem Steuergerät zusammengefasst. Die vom Spannungsteilerknoten ausgehende Kontaktleitung 8 stellt die Verbindung zum diagnostizierbaren Schalter 1 her, umfassend einen ersten Schalterwiderstand 9, der in Reihe mit dem physikalischen Schalter 10 liegt, und einen zweiten Schalterwiderstand 11, der sich in einem Parallelzweig zum ersten Schaltwiderstand 9 und zum physikalischen Schalter 10 befindet. 2 zeigt ferner den ersten Schaltkontakt 12 und den zweiten Schaltkontakt 13 des Schalters 10, welche für das Schließen des physikalischen Schalters 10 elektrisch zu überbrücken sind. 2 shows a diagnosable switch 10 , Here, the evaluation unit corresponds 2 which consists of a voltage divider 15 and a voltage measurement at the voltage divider node 5 exists, those out 1 , Accordingly, matching reference numerals are used. In detail, a first resistance 3 , a second resistance 4 , a voltage divider node 5 , a voltmeter 6 and an analog-to-digital converter 7 shown. The evaluation unit 2 is preferably summarized as an encapsulated unit and in motor vehicles usually in a control unit. The outgoing from the voltage divider node contact line 8th sets the connection to the diagnosable switch 1 , comprising a first switch resistor 9 in series with the physical switch 10 is located, and a second switch resistance 11 , which is in a parallel branch to the first switching resistance 9 and the physical switch 10 located. 2 further shows the first switching contact 12 and the second switching contact 13 of the switch 10 which is for closing the physical switch 10 are electrically bridged.

Wird beispielsweise eine Speisespannung von UB = 24 V, ein erster und ein zweiter Widerstand des Spannungsteilers mit jeweils 10 kΩ sowie ein erster Schaltwiderstand von 2 kΩ und ein zweiter Schaltwiderstand von 15 kΩ gewählt, so treten am Spannungsteilerknoten 5 für die Schaltzustände und die Fehlfunktionen des erfindungsgemäßen diagnostizierbaren Schalters nachfolgende Spannungswerte UADC auf. Die genauen Zahlenwerte sind hierbei gerundet und sollen nur das grundlegende erfindungsgemäße Prinzip zeigen. Demnach tritt bei einem geschlossenen Schalter (Zustand I) ein UADC von ungefähr 3,13 V auf. Bei einem geöffneten Schalter (Zustand II) ist der Spannungswert UADC ungefähr 9,0 V. Tritt am Schalter 10 eine Unterbrechung auf, (Zustand III) wird am Spannungsteilerknoten 5 eine Spannung UADC = 12 V messbar sein. Die Fehlfunktion eines Kurzschlusses in der Verbindungsleitung 8 ist demnach als ein Spannungswert UADC = 0 V diagnostizierbar. Hieraus ist ersichtlich, dass die Schaltzustände (Zustand I und II) Spannungssignale am Spannungsteilerknoten 5 liefern, welche von den Fehlfunktionssignalen (Zustand III, IV) unterscheidbar sind.If, for example, a supply voltage of U B = 24 V, a first and a second resistor of the voltage divider each having 10 kΩ and a first switching resistance of 2 kΩ and a second switching resistance of 15 kΩ are selected, then the voltage divider node appears 5 for the switching states and the malfunctions of the diagnosable switch according to the invention, subsequent voltage values U ADC . The exact numerical values are rounded and should show only the basic principle of the invention. Thus, with a closed switch (state I), a U ADC of about 3.13V occurs. With an open switch (state II), the voltage value U ADC is approximately 9.0 V. Occurs at the switch 10 an interruption on, (state III) is at the voltage divider node 5 a voltage U ADC = 12 V be measurable. The malfunction of a short circuit in the connection line 8th is therefore diagnosable as a voltage value U ADC = 0 V. It can be seen that the switching states (state I and II) voltage signals at the voltage divider node 5 which are distinguishable from the malfunction signals (state III, IV).

Ein Fachmann wird die einstellbaren Parameter der erfindungsgemäßen diagnostizierbaren Schalteranordnung, wie Speisespannung (UB), erster Widerstand 3 (R3), zweiter Widerstand (R4), erster Schalterwiderstand 9 (R9) in Reihe zum physikalischen Schalter 10 und zweiter Schalterwiderstand 9 (R9) parallel zum physikalischen Schalter 10, den anwendungsgemäßen Erfordernissen anpassen. Dabei wird das Verhältnis zwischen der Spannung am Spannungsteilerknoten UADC zur Speisespannung UB durch den nachfolgenden elementaren Zusammenhang gegeben:

Figure 00080001
mit R = R11 für den offenen Schalter (Zustand II) und
mit
Figure 00090001
für den geschlossenen Schalter (Zustand I).A person skilled in the art becomes the adjustable parameters of the diagnosable switch arrangement according to the invention, such as supply voltage (U B ), first resistance 3 (R 3 ), second resistor (R 4 ), first switch resistance 9 (R 9 ) in series with the physical switch 10 and second switch resistance 9 (R 9 ) parallel to the physical switch 10 , to adapt to the application requirements. The ratio between the voltage at Voltage divider node U ADC to the supply voltage U B given by the following elementary relationship:
Figure 00080001
with R = R 11 for the open switch (state II) and
With
Figure 00090001
for the closed switch (state I).

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Zuordnung von Spannungswerten zu Schaltzuständen und zu Fehlerfunktionen durch eine Zuordnung von entsprechenden Spannungsintervallen ersetzt. 3 zeigt hierfür ein Beispiel, welches zu den Widerstandswerten und der Speisespannung des voranstehenden beschriebenen Ausführungsbeispieles entsprechend zugeordnete Spannungsintervalle zeigt. Der Vorteil einer solchen Auffächerung in der Spannungszuordnung besteht darin, dass auf diese Art und Weise Toleranzen in den Spannungswerten, welche sowohl statisch, als Variation der Widerstandwerte, wie auch zeitlich variabel während des Betriebes in der Form von thermischer Trift auftreten können, kompensierbar sind. Im von 0 V ausgehenden Spannungsbereich für die Spannung am Spannungsteilerknoten wird die Fehlfunktion eines Kurzschlusses nach Masse (Zustand IV) zugeordnet. In Richtung höherer Spannungswerte schließt sich der Schaltzustand des geschlossenen Schalters (Zustand I) gefolgt vom geöffneten Schalter (Zustand II) und der Unterbrechung der Verbindungsleitung (Zustand III) an.In a preferred embodiment, the assignment of voltage values to switching states and to error functions is replaced by an assignment of corresponding voltage intervals. 3 shows an example of this, which shows correspondingly assigned voltage intervals to the resistance values and the supply voltage of the above described embodiment. The advantage of such a diversification in the voltage allocation is that in this way tolerances in the voltage values, which can occur both statically, as a variation of the resistance values, as well as temporally variable during operation in the form of thermal drift, can be compensated. In the 0 V voltage range for the voltage at the voltage divider node, the malfunction of a short circuit to ground (state IV) is assigned. In the direction of higher voltage values, the switching state of the closed switch (state I) followed by the opened switch (state II) and the interruption of the connecting line (state III) follows.

In 3 ist ferner schematisch dargestellt, dass die Ausdehnung dieser Spannungsbereiche soweit gezogen werden kann, dass diese sich überlappen. Das Problem einer eindeutigen Zuordnung eines Spannungswertes zu einem Spannungsintervall und entsprechend zu einem der genannten Zustände tritt trotz dieser Überlappung dann nicht auf, wenn der Übergang von einem Zustand in den nächsten Zustand eine gewisse Hysterese aufweisen kann. Dafür ist es jedoch nötig, den gegenwärtigen Zustandswert abzuspeichem und mit einem nachfolgenden Zustandswert zu vergleichen. In 3 sind als Illustration zwei Schaltschwellen von 5 V und 6 V eingezeichnet. Geht man zunächst von einem offenen Schalter aus und sinkt der Spannungswert UADC unterhalb die Schwelle von 5 V, wird der neue Istzustand demjenigen des geschlossenen Schalters entsprechen. Steigt danach der Spannungswert UADC an, wird ein Übergang zum geöffneten Schalterzustand erst bei einem Anstieg über 6 V hinaus als solcher detektiert werden.In 3 is also shown schematically that the extent of these voltage ranges can be drawn so far that they overlap. The problem of a clear assignment of a voltage value to a voltage interval and corresponding to one of said states does not occur in spite of this overlap if the transition from one state to the next state can have a certain hysteresis. For this, however, it is necessary to store the current state value and to compare it with a subsequent state value. In 3 Two switching thresholds of 5 V and 6 V are shown as an illustration. Assuming initially an open switch and the voltage value U ADC drops below the threshold of 5 V, the new actual state will correspond to that of the closed switch. Thereafter, when the voltage value U ADC increases , a transition to the opened switch state will not be detected as such until it exceeds 6V.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der physikalische Schalter 10 mit seinem ersten und zweiten Schalterkontakt 12 und 13 sowie der erste Schaltwiderstand 9 und der zweite Schaltwiderstand 11 in einer Einheit als diagnostizierbarer Schalter 1 gekapselt, welche mittels der Verbindungsleitung 8 an den Spannungsteilerknoten 5 einer dem Stand der Technik entsprechenden Ausleseeinheit 10 zugeführt wird. Somit ist ein einfaches Austauschen eines dem Stand der Technik entsprechenden standardmäßigen Schalters durch ein diagnostizierbares Schalterelement 1 in besonders einfacher Art und Weise möglich.In an advantageous embodiment of the invention are the physical switch 10 with its first and second switch contact 12 and 13 as well as the first switching resistance 9 and the second switching resistance 11 in one unit as a diagnosable switch 1 encapsulated, which by means of the connecting line 8th at the voltage divider node 5 a prior art readout unit 10 is supplied. Thus, a simple replacement of a standard switch according to the prior art by a diagnosable switch element 1 in a particularly simple manner possible.

Die veränderte Zuordnung der gemessenen Spannungswerte am Spannungsteilerknoten 5 ist einem typischen Steuergerät in einfacher Art und Weise durch eine Programmierung einstellbar, so dass auch ein nachträglicher Einbau eines diagnostizierbaren Schalters in eine bereits bestehende Auswerteeinheit oder ein Steuergerät möglich ist.The changed assignment of the measured voltage values at the voltage divider node 5 is a typical control device in a simple manner adjustable by programming, so that a subsequent installation of a diagnosable switch in an existing evaluation or control unit is possible.

Zusätzlich zu den genannten Fehlfunktionen eines Kurzschlusses oder eines Kontaktverlustes an der Verbindungsleitung 8 ist es auch möglich, einen Kurzschluss zur Speisespannung zu detektieren. Demnach würde sich in 3 noch oberhalb des Spannungsbereichs, der eine Unterbrechung signalisiert, ein weiterer Spannungswert anschließen, der sich bis zur Höhe der Speisespannung, im vorliegenden Fall UB = 24 V, erstrecken würde.In addition to the above malfunctions of a short circuit or a loss of contact on the connecting line 8th it is also possible to detect a short circuit to the supply voltage. Accordingly, would be in 3 still above the voltage range, which signals an interruption, connect another voltage value, which would extend up to the level of the supply voltage, in the present case U B = 24 V.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Idee der voranstehend dargestellten diagnostizierbaren Schalteranordnung können auch mehrere physikalische Schalter mit einem ersten Schalterwiderstand in Reihe und einem parallel geschalteten zweiten Schalterwiderstand mit der gleichen Auswerteeinheit 2 ausgelesen werden. Um diese unterschiedlichen Einheiten zu unterscheiden, sind zumindest die jeweiligen ersten Schalterwiderstände unterschiedlich zu wählen.Within the scope of the inventive idea of the above-described diagnosable switch arrangement, it is also possible to use a plurality of physical switches with a first switch resistor in series and a second switch resistor connected in parallel with the same evaluation unit 2 be read out. In order to distinguish these different units, at least the respective first switch resistors have to be selected differently.

Ein illustrierendes Beispiel hierzu ist in der 4 dargestellt, wobei beispielhaft zwei Einheiten 1.1, 1.2 mit dem gleichen Spannungsteilerknoten 5 des Spannungsteilers 15 der Auswerteeinheit 2 verbunden sind.An illustrative example of this is in the 4 represented, wherein by way of example two units 1.1 . 1.2 with the same voltage divider node 5 of the voltage divider 15 the evaluation unit 2 are connected.

Werden die zugeordneten Schalterwiderstände wie in 4 dargestellt, mit R11.1 = 30 kΩ, R9.1 = 2 kΩ, R11.2 = 30 kΩ und R9.2 = 4 kΩ, gewählt, ergeben sich für die unterschiedlichen Schaltzustände die nachfolgenden Spannungswerte UADC bei einer Speisespannung UB = 24 V: Für den Fall, dass ein Unterbrechungsfehler vorliegt, wird sich ein UADC = 12 V einstellen, für den Fehlerzustand eines Kurzschlusses zur Masse ergibt sich ein UADC = 0 V; sind beide Schalter 10.1 und 10.2 geöffnet, ergibt sich UADC = 9 V; ist nur Schalter 10.1 geschlossen, ergibt sich UADC = 3,13 V; ist nur Schalter 10.2 geschlossen, ergibt sich UADC = 4,65 V; für den Fall, dass beide Schalter 10.1 und 10.2 sich im geschlossenen Zustand befinden, wird der Spannungswert UADC = 2,36 V messbar sein. Somit lassen sich die unterschiedlichen Schaltzustände, die den jeweiligen Schaltern zugeordnet sind, neben den Fehlerzuständen diagnostizieren.Are the associated switch resistors as in 4 shown, with R 11.1 = 30 kΩ, R 9.1 = 2 kΩ, R 11.2 = 30 kΩ and R 9.2 = 4 kΩ, selected, the following voltage values U ADC result for the different switching states at a supply voltage U B = 24 V: In the event of an interrupt error, a U ADC = 12V set, for the fault state of a short circuit to ground results in a U ADC = 0 V; are both switches 10.1 and 10.2 opened, U ADC = 9 V; is only switch 10.1 closed, U ADC = 3.13 V; is only switch 10.2 closed, U ADC = 4.65 V; in the event that both switches 10.1 and 10.2 When in the closed state, the voltage value U ADC = 2.36V will be measurable. Thus, the different switching states associated with the respective switches can be diagnosed in addition to the fault conditions.

Die voranstehend genannten Zahlenwerte dieses Ausführungsbeispiels mit mehreren Schaltelementen beziehen sich idealisierend auf widerstandslose Zuleitungen und exakte Widerstände. Ein Fachmann wird daher, ausgehend von den auftretenden Toleranzen für die Widerstände, die Speisespannung und dem Fehler in der Spannungsmessung, den Schaltzuständen geeignete Spannungsbereiche zuordnen. Diese können sich auch wie voranstehend dargestellt bis zu einem gewissen Grad überschneiden, wobei dann eine Schalthysterese zwischen den Schalterzuständen zu berücksichtigen ist.The above numerical values of this embodiment with several Switching elements ideally relate to resistance-free Supply lines and exact resistances. A person skilled in the art will therefore, starting from the occurring tolerances for the resistors, the supply voltage and the error in the voltage measurement, the switching states suitable Assign voltage ranges. These can also be as shown above overlap to some extent, then a switching hysteresis between the switch states to consider is.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Idee können auch mehrere erste Schalterwiderstände in Reihe zum physikalischen Schalter 10 und mehrere zweite Schalterwiderstände parallel zum physikalischen Schalter 10 angeordnet sein. Dies ist dann vorteilhaft, wenn durch die Kombination unterschiedlicher Widerstände mit unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten, ein paralleler Gesamtwiderstand und ein Gesamtwiderstand in Reihe zum physikalischen Schalter 10 resultieren, welche jeweils über einen weiten Temperaturbereich hinreichend konstante Widerstandswerte aufweisen.Within the scope of the inventive concept, several first switch resistors can also be connected in series with the physical switch 10 and a plurality of second switch resistors in parallel with the physical switch 10 be arranged. This is advantageous if, by combining different resistors with different temperature coefficients, a total parallel resistance and a total resistance in series with the physical switch 10 result, each of which over a wide temperature range sufficiently constant resistance values.

Claims (12)

Diagnostizierbare Schalteranordnung (1) mit 1.1 einem physikalischem Schalter (10), welcher einen offenen Schaltzustand und einen geschlossenen Schaltzustand aufweist; 1.2 wenigstens einem ersten Schaltwiderstand (9), welcher sich in einer Reihenschaltung zum physikalischen Schalter (10) befindet; 1.3 wenigstens einem zweiten Schaltwiderstand (1.1), welcher sich in einer Parallelschaltung zum ersten Schaltwiderstand (9) und zum physikalischen Schalter (10) befindet; 1.4 ein erster Schalterkontakt (12), welcher mit dem Spannungsteilerknoten 5 einer Spannungsteilerschaltung (15) elektrisch verbunden ist; 1.5 einem zweiten Schalterkontakt (13), welcher mit dem Erdungspotenzial (14) der Spannungsteilerschaltung (15) elektrisch verbunden ist.Diagnostic switch arrangement ( 1 ) with 1.1 a physical switch ( 10 ) having an open switching state and a closed switching state; 1.2 at least one first switching resistance ( 9 ) which is connected in series with the physical switch ( 10 ) is located; 1.3 at least one second switching resistor ( 1.1 ) which is connected in parallel with the first switching resistor ( 9 ) and the physical switch ( 10 ) is located; 1.4 a first switch contact ( 12 ), which with the voltage divider node 5 a voltage divider circuit ( 15 ) is electrically connected; 1.5 a second switch contact ( 13 ), which with the grounding potential ( 14 ) of the voltage divider circuit ( 15 ) is electrically connected. Diagnostizierbare Schalteranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand des diagnostizierbaren Schalters (1) durch die Messung des Spannungswertes zwischen Spannungsteilerknoten (5) der Spannungsteilerschaltung (15) und dem Erdungspotenzial der Spannungsteilerschaltung (15) bestimmt wird.Diagnostic switch arrangement ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the state of the diagnosable switch ( 1 ) by measuring the voltage value between voltage divider nodes ( 5 ) of the voltage divider circuit ( 15 ) and the ground potential of the voltage divider circuit ( 15 ) is determined. Diagnostizierbare Schalteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass den Zuständen des diagnostizierbaren Schalters (1) Spannungswerte zugeordnet werden.Diagnostic switch arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the states of the diagnosable switch ( 1 ) Voltage values are assigned. Diagnostizierbare Schalteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass den Zuständen des diagnostizierbaren Schalters (1) Spannungsbereiche zugeordnet werden.Diagnostic switch arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the states of the diagnosable switch ( 1 ) Voltage ranges are assigned. Diagnostizierbare Schalteranordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spannungswerte, welche den Zuständen des diagnostizierbaren Schalters (1) zugeordnet sind, überlappen.Diagnostic switch arrangement ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the voltage values corresponding to the states of the diagnosable switch ( 1 ) are overlapped. Diagnostizierbare Schalteranordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge zwischen den zugeordneten Schaltungszuständen eine Hysterese aufweisen.Diagnostic switch arrangement ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the transitions between the associated circuit states have a hysteresis. Diagnostizierbare Schalteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere physikalische Schalter (10) mit demselben Spannungsteilerknoten einer Spannungsteilerschaltung elektrisch verbunden sind, wobei die physikalischen Schalter (10) jeweils wenigstens einen zugeordneten ersten Schalterwiderstand (9) in Reihe und wenigstens einen parallelen zweiten Schalterwiderstand (11) aufweisen.Diagnostic switch arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that a plurality of physical switches ( 10 ) are electrically connected to the same voltage divider node of a voltage divider circuit, the physical switches ( 10 ) each have at least one associated first switch resistor ( 9 ) in series and at least one parallel second switch resistor ( 11 ) exhibit. Diagnostizierbare Schalteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsteilerschaltung Teil eines Steuergerätes ist.Diagnostic switch arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the voltage divider circuit is part of a control unit. Diagnostizierbare Schalteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die diagnostizierbare Schalteranordnung (1) in einem Kraftfahrzeug verwendet wird.Diagnostic switch arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the diagnosable switch arrangement ( 1 ) is used in a motor vehicle. Diagnostizierbare Schalteranordnung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die diagnostizierbare Schalteranordnung (1) zur Öldruckkontrolle verwendet wird.Diagnostic switch arrangement ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the diagnosable switch arrangement ( 1 ) is used for oil pressure control. Diagnostizierbare Schalteranordnung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die diagnostizierbare Schalteranordnung (1) zur Kontrolle des Flüssigkeitsvolumens eines Schmiermittels verwendet wird.Diagnostic switch arrangement ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the diagnosable switch arrangement ( 1 ) is used to control the liquid volume of a lubricant. Diagnostizierbare Schalteranordnung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die diagnostizierbare Schalteranordnung (1) zur Kontrolle des Flüssigkeitsvolumens eines Kühlmittels verwendet wird.Diagnostic switch arrangement ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the diagnosable switch arrangement ( 1 ) is used to control the liquid volume of a coolant.
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