DE69837460T2

DE69837460T2 - Verfahren und Schaltkreis zur Integritätsüberwachung von Leitern in einer Anordnung von Schaltungselementen in einer Matrix

Info

Publication number: DE69837460T2
Application number: DE69837460T
Authority: DE
Inventors: Martin Thinnes
Original assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Current assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Priority date: 1997-07-30
Filing date: 1998-05-22
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2018-05-23
Also published as: EP0895091A2; EP0895091A3; EP0895091B1; DE69837460D1; LU90116B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Schaltkreis zur Unversehrtheitsüberwachung von Leitern in einer Anordnung von Schaltungselementen in Matrixschaltung.
Sie findet beispielsweise ihre Anwendung bei einem Belegungsdetektor eines Kraftfahrzeugsitzes, der eine Vielzahl von Einzelsensoren umfasst, die auf der Oberfläche des Sitzes verteilt sind. Um die Anzahl der Anschlüsse für einen solchen Satz von Sensoren zu verringern, ist es vorteilhaft, die Einzelsensoren in Form einer n × m-Matrix miteinander zu verschalten (wobei n und m beliebige ganze Zahlen repräsentieren). Die Sensoren werden an den Schnittpunkten der Leiter zwischen die Zeilenleiter und die Spaltenleiter geschaltet und man verbindet die Zeilenleiter und die Spaltenleiter mit einer elektronischen Auswertungsschnittstelle.
Auf diese Weise realisiert man einen Schaltkreis, mit dem sich die Einzelsensoren mithilfe von n + m Anschlussteilen individuell identifizieren lassen.
Realisierungen dieses Typs und die adäquaten elektronischen Schnittstellen sind seit langem bekannt (z. B. TECHNOTES von INTERLINK ELECTRONICS EUROPE, Revision 4/90; US-Patent 5,505,072).
Bei Sicherheitsanwendungen kommt es darauf an, die Unversehrtheit der Leiter, die die Sensoren verbinden, zu überwachen, um sicher zu sein, dass eine Nichterkennung nicht auf eine Leiterunterbrechung oder einen schlechten Kontakt zurückzuführen ist. Ein klassisches Verfahren besteht darin, jeden Leiter, von seinem zur elektronischen Schnittstelle fernsten Punkt aus, zurückzuführen, um seine Unversehrtheit durch einen Prüfstrom zu überprüfen. Aber mit diesem Verfahren erhöht sich die Anzahl der Leiter auf (2 × n) + (2 × m). Ein solcher Detektor erfordert folglich eine große Anzahl von Verbindungen mit der Außenseite.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und einen Schaltkreis zur Unversehrtheitsüberwachung von Leitern in einer Anordnung von Schaltungselementen in Matrixschaltung vorzuschlagen, die es gestattet, die Anzahl der Verbindungen mit der Außenseite zu verringern.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, das zur Unversehrtheitsüberwachung eines Zeilenleiters in einer Anordnung von Schaltungselementen, die in einer n × m-Matrix durch n Zeilenleiter und m Spaltenleiter miteinander verschaltet sind, wobei jeder Zeilenleiter ein freies Ende und ein Anschlussende umfasst, dient und die Schritte des Anschließens eines zusätzlichen Spaltenleiters an das freie Ende eines jeden der n Zeilenleiter mittels eines Widerstandselementes, wobei der zusätzliche Spaltenleiter ein freies Ende und ein Anschlussende umfasst, und des Messens des Widerstandes zwischen dem Anschlussende des zusätzlichen Spaltenleiters und dem Anschlussende des Zeilenleiters umfasst.
Auf analoge Weise umfasst ein Verfahren, das zur Unversehrtheitsüberwachung eines Spaltenleiters in einer Anordnung von Schaltungselementen, die in einer n × m-Matrix durch n Zeilenleiter und m Spaltenleiter miteinander verschaltet sind, wobei jeder Spaltenleiter ein freies Ende und ein Anschlussende umfasst, dient, die Schritte des Anschließens eines zusätzlichen Zeilenleiters an das freie Ende eines jeden der m Spaltenleiter mittels eines Widerstandselementes, wobei der zusätzliche Zeilenleiter ein freies Ende und ein Anschlussende aufweist, und des Messens des Widerstandes zwischen dem Anschlussende des zusätzlichen Zeilenleiters und dem Anschlussende des Spaltenleiters.
Indem der Schritt der Widerstandsmessung für jeden Zeilenleiter und für jeden Spaltenleiter wiederholt wird, lässt sich folglich der Zustand von allen Matrixleitern leicht überprüfen.
Ein Schaltkreis, der zur Unversehrtheitsüberwachung in einer Anordnung von Schaltungselementen, die in einer n × m-Matrix durch n Zeilenleiter und m Spaltenleiter miteinander verschaltet sind, wobei jeder Leiter ein freies Ende und ein Anschlussende umfasst, dient, umfasst folglich einen zusätzlichen Zeilenleiter, der mittels eines Festwiderstandselementes mit dem freien Ende eines jeden der m Spaltenleiter verbunden ist, und einen zusätzlichen Spaltenleiter, der mittels eines Festwiderstandselementes mit dem freien Ende eines jeden der n Zeilenleiter verbunden ist.
Es folgt daraus, dass eine Schaltungselementmatrix, die mit einem solchen Überwachungsschaltkreis versehen ist, nur n+m+2 Verbindungen mit der Außenseite erfordert, was eine beträchtliche Verringerung gegenüber dem oben beschriebenen Stand der Technik darstellt.
Bei einer vorteilhaften Ausführung des Schaltkreises sind der zusätzliche Zeilenleiter und der zusätzliche Spaltenleiter an ihrem freien Ende mittels eines Widerstandselementes verbunden. Dies gestattet außerdem, die Unversehrtheit der zwei zusätzlichen Anschlussteile zu kontrollieren.
Die Festwiderstandselemente können Dioden umfassen. Es ist deutlich zu machen, dass sich die zwei Varianten auch kombinieren lassen.
Sonstige Besonderheiten und Merkmale der Erfindung gehen aus der detaillierten Beschreibung von einigen vorteilhaften Ausführungsformen hervor, die nachstehend, zum Zwecke der Veranschaulichung, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vorgestellt werden. Diese zeigen Folgendes:
1 ein Matrixschaltbild für einen Satz von Schaltungselementen, ohne Unversehrtheitsüberwachungs-Schaltkreis;
2 den Schaltkreis der 1, der mit einer ersten Ausführungsform eines Unversehrtheitsüberwachungs-Schaltkreises vervollständigt ist;
3 den Schaltkreis der 1, der mit einer zweiten Ausführungsform eines Unversehrtheitsüberwachungs-Schaltkreises vervollständigt ist.
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen Kraftdetektor mit einer Seitenauflösung, der sich zum Erkennen der Belegung eines Kraftfahrzeugsitzes verwenden lässt. Der Detektor 2 umfasst eine Vielzahl von Einzelsensoren 4, die über die Oberfläche des Sitzes verteilt sind und die mit einer elektronischen Auswertungsschnittstelle (nicht dargestellt) verbunden sind.
Bei der in den Figuren dargestellten, vorteilhaften Ausführung wird der Detektor 2 mit Seitenauflösung mithilfe von Kraftsensoren realisiert, deren elektrischer Widerstand sich in Abhängigkeit von der aufgebrachten Kraft ändert. Diese Kraftsensoren sind unter dem Namen FSR (force sensing resistor) bekannt und ermöglichen es, den Wert der auf die aktive Oberfläche aufgebrachten Kraft direkt zu erkennen. Diese FSR-Sensoren sind in der Figur durch Stellwiderstände dargestellt.
Ein FSR-Sensor ist beispielsweise im US-Patent A-4,489,302 beschrieben und setzt sich aus zwei Schichten zusammen, von denen die erste aus einem Halbleiterelement gebildet wird und von denen die zweite zwei Zwischenfinger-Leiterkämme aufweist. Wenn die Kraft gleich null ist, sind die zwei Schichten des FSR-Sensors voneinander räumlich entfernt und der Widerstand zwischen den zwei Leitern ist sehr hoch. Unter der Wirkung einer Kraft werden die zwei Leiter durch die Halbleiterschicht geshunted und der Widerstand zwischen den zwei Leitern verringert sich in Abhängigkeit von der aufgebrachten Kraft. Bei einer anderen Ausführung der FSR-Sensoren sind zwei Leiter einer beliebigen Form durch eine eingefügte Halbleiterschicht getrennt. Unter der Wirkung einer Kraft werden die zwei Leiter und die Halbleiterschicht zusammengedrückt und der Widerstand zwischen den zwei Leitern verringert sich in Abhängigkeit von der aufgebrachten Kraft. Ein solcher FSR-Sensor ist im US-Patent A-4,315,238 beschrieben.
Zur Verringerung der Anzahl der Verbindungen eines Satzes von FSR-Sensoren, ist es vorteilhaft, die FSR-Sensoren in Form einer Matrix miteinander zu verschalten. Die 1 zeigt eine solche Matrix, die aus n Zeilen 21, 22, ... und m Spalten 31, 32, ... besteht. Die Stellwiderstände, die die FSR-Sensoren darstellen, sind an den Schnittpunkten zwischen die Spalten und die Zeilen geschaltet. Der Vorteil dieser Schaltung besteht folglich darin, den Anschluss von m × n Sensoren durch nur n + m Anschlussteile zu ermöglichen.
Die 2 zeigt eine erste Ausführung eines Unversehrtheitsüberwachungs-Schaltkreises für die Leiter. Das wirtschaftlichste Verfahren besteht darin, zu den Zeilen 21, 22, ... eine Spalte 39 hinzuzufügen, die durch die Festwiderstände 41, 42, ... mit den Enden der Zeilen verbunden wird, und zu den Enden der Spalten 31, 32, ... eine Zeile 29 hinzuzufügen, die durch die Festwiderstände 51, 52, ... mit den Spalten verbunden wird. Der Widerstand 99 ist optional, erfordert aber keine zusätzliche Operation, um von der elektronischen Schnittstelle ausgelesen zu werden. Dennoch erleichtert er das Auffinden einer Unterbrechung bei einem der Leiter, die für die Überwachung hinzugefügt wurden. Die Festwiderstände werden auf die gleiche Weise wie die FSR-Sensoren gemessen, leiten aber, außer im Falle der Zerstörung, im Gegensatz zu den durch eine Kraft nicht aktivierten FSR-Sensoren den Strom.
Beim Fertigungsprozess der Sensoren ist es problemlos möglich, Festwiderstände ohne Zusatzkosten zu fertigen und so eine Unversehrtheitsüberwachung für die Leiter mit nur zwei zusätzlichen Leitern (Kontakten) hinzuzufügen.
Ohne die Überwachungsfunktion zu verlieren, kann man die Widerstände 31, 32, ... und 41, 42, ... mit Erkennungsfunktionen ausstatten; unter der Bedingung, dass der Maximalwert des elektrischen Widerstandes begrenzt und bekannt ist. Zum Beispiel kann der Wert dieser Widerstände von der Temperatur abhängen. So ist es möglich, zusätzliche Informationen zu den Daten zu erhalten, die von den FSR-Sensoren geliefert werden, entweder für die Fehlerkompensation der FSR-Sensoren bezüglich der Temperatur oder bezüglich der zeitlichen Drift.
Eine Variante des Verfahrens der Unversehrtheitsüberwachung für die Leiter ist in der 3 dargestellt. Sie besteht darin, die Festwiderstände 31, 32, ... und 41, 42, ... durch Dioden 61, 62, ... und 71, 72, ... zu ersetzen. Diese bezüglich der Fertigung teuerere Variante gestattet aber, durch Umkehren der Polarität, eine adäquatere Messung des niedrigen Widerstandes der Leiter. Selbstverständlich lassen sich die zwei Varianten kombinieren.

Claims

Verfahren zur Unversehrtheitsüberwachung eines Zeilenleiters in einer Anordnung von Schaltungselementen (4), die in einer n × m-Matrix durch n Zeilenleiter (21, 22, 23) und m Spaltenleiter (31, 32, 33, 34) miteinander verschaltet sind, wobei jeder Zeilenleiter ein freies Ende und ein Anschlussende umfasst, gekennzeichnet durch die Schritte a) des Anschließens eines zusätzlichen Spaltenleiters (39) an das freie Ende eines jeden der n Zeilenleiter (21, 22, 23) mittels Widerstandselementen (41, 42, 43), wobei der zusätzliche Spaltenleiter (39) ein freies Ende und ein Anschlussende umfasst, und b) des Messens des Widerstandes zwischen dem Anschlussende des zusätzlichen Spaltenleiters (39) und dem Anschlussende des zu überwachenden Zeilenleiters.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b) für jeden der n Zeilenleiter (21, 22, 23) wiederholt wird.
Verfahren zur Unversehrtheitsüberwachung eines Spaltenleiters in einer Anordnung von Schaltungselementen (4), die in einer n × m-Matrix durch n Zeilenleiter (21, 22, 23) und m Spaltenleiter (31, 32, 33, 34) miteinander verschaltet sind, wobei jeder Spaltenleiter ein freies Ende und ein Anschlussende umfasst, gekennzeichnet durch die Schritte a) des Anschließens eines zusätzlichen Zeilenleiters (29) an das freie Ende eines jeden der m Spaltenleiter (31, 32, 33, 34) mittels Widerstandselementen (51, 52, 53, 54), wobei der zusätzliche Zeilenleiter (29) ein freies Ende und ein Anschlussende aufweist, und b) des Messens des Widerstandes zwischen dem Anschlussende des zusätzlichen Zeilenleiters (29) und dem Anschlussende des zu überwachenden Spaltenleiters.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b) für jeden der m Spaltenleiter (31, 32, 33, 34) wiederholt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Schritte des Anschließens eines zusätzlichen Zeilenleiters (29) an das freie Ende eines jeden der m Spaltenleiter (31, 32, 33, 34) mittels Widerstandselementen (51, 52, 53, 54), wobei der zusätzliche Zeilenleiter (29) ein freies Ende und ein Anschlussende aufweist, des Anschließens des zusätzlichen Zeilenleiters (29) und des zusätzlichen Spaltenleiters (39) an ihrem freien Ende mittels eines Widerstandselementes (99), und des Messens des Widerstandes zwischen den jeweiligen freien Enden des zusätzlichen Zeilenleiters (29) und des zusätzlichen Spaltenleiters (39).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandselemente (41, 42, 43, 51, 52, 53, 54) einen Festwiderstand umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandselemente eine Diode (61, 62, 63, 71, 72, 73, 74) umfassen.
Schaltkreis zur Unversehrtheitsüberwachung von Leitern in einer Anordnung von Schaltungselementen, die in einer n × m-Matrix durch n Zeilenleiter (21, 22, 23) und m Spaltenleiter (31, 32, 33, 34) miteinander verschaltet sind, wobei jeder Leiter ein freies Ende und ein Anschlussende umfasst, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Zeilenleiter (29), der mit dem freien Ende eines jeden der m Spaltenleiter (31, 32, 33, 34) mittels Festwiderstandselementen (51, 52, 53, 54) verbunden ist, einen zusätzlichen Spaltenleiter (39), der mit dem freien Ende eines jeden der n Zeilenleiter (21, 22, 23) mittels Festwiderstandselementen (41, 42, 43) verbunden ist, und ein Mittel zum Messen des Widerstandes zwischen dem zusätzlichen Zeilenleiter (29) und einem der Spaltenleiter (31, 32, 33, 34) und des Widerstandes zwischen dem zusätzlichen Spaltenleiter (39) und einem der Zeilenleiter (21, 22, 23).
Schaltkreis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Zeilenleiter (29) und der zusätzliche Spaltenleiter (39) an ihrem freien Ende mittels eines Festwiderstandselementes (99) verbunden sind.