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EP4335033A1 - Diagnosefähige schaltungsanordnung, sensorvorrichtung mit einer schaltungsanordnung und verfahren zur diagnose einer schaltungsanordnung und/oder sensorvorrichtung - Google Patents

Diagnosefähige schaltungsanordnung, sensorvorrichtung mit einer schaltungsanordnung und verfahren zur diagnose einer schaltungsanordnung und/oder sensorvorrichtung

Info

Publication number
EP4335033A1
EP4335033A1 EP22726739.0A EP22726739A EP4335033A1 EP 4335033 A1 EP4335033 A1 EP 4335033A1 EP 22726739 A EP22726739 A EP 22726739A EP 4335033 A1 EP4335033 A1 EP 4335033A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
connection
circuit arrangement
contact element
electrical
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22726739.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mohamed ELAMIN
Sascha Staude
Stefan Müller
Florian Eckardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Original Assignee
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Schalter und Sensoren GmbH filed Critical Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Publication of EP4335033A1 publication Critical patent/EP4335033A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/955—Proximity switches using a capacitive detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
    • G01R31/3277—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers of low voltage devices, e.g. domestic or industrial devices, such as motor protections, relays, rotation switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/0015—Means for testing or for inspecting contacts, e.g. wear indicator
    • G—PHYSICS
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/282—Testing of electronic circuits specially adapted for particular applications not provided for elsewhere
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    • G—PHYSICS
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
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    • G01R31/54—Testing for continuity
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/04—Means for indicating condition of the switching device
    • H01H2071/044—Monitoring, detection or measuring systems to establish the end of life of the switching device, can also contain other on-line monitoring systems, e.g. for detecting mechanical failures
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a diagnosable circuit arrangement which has an electrical contact switch, at least one electrically conductive sensor electrode and a control, measuring and evaluation device, the electrical contact switch having at least one first electrical contact element and at least one second electrical contact element, the control
  • the measuring and evaluation device has at least one first electrical connection and at least one second electrical connection, wherein the first electrical contact element is or can be electrically connected to the first connection of the control, measurement and evaluation device via a first electrical connection line and the second electrical contact element is electrically connected or connectable via a second electrical connection line with a base potential or with the second terminal of the control, measuring and evaluation device, and wherein the little At least one electrically conductive sensor electrode is designed and arranged relative to at least one contact element of the contact switch in such a way that it forms a sensor capacitance with at least one contact element of the contact switch.
  • the present invention relates to a sensor device for an operator input device, wherein the sensor device has a circuit arrangement with a capacitive sensor with at least one electrically conductive sensor electrode and at least one contact switch.
  • the present invention relates to a method for diagnosing such a circuit arrangement and/or a sensor device as described above.
  • Circuit arrangements with an electrical contact switch and a control, measuring and evaluation device are known in principle from the prior art, for example from EP 2 001 034 A2 or DE 102020108704.7.
  • circuit arrangements to be diagnosable ie in particular such that at least one component or at least one function of the circuit arrangement or circuit arrangement can be monitored or at least one malfunction or at least one error state can be detected.
  • the circuit arrangement or one or more components of the circuit arrangement are not working properly, for example because at least one component is defective or there is a short circuit or the condition of a component has changed in an undesired manner beyond a desired or permissible level.
  • Such an undesired change can be, for example, a changed contact transition resistance or the like, which can be attributed to corrosion of an associated contact element, for example.
  • a classic measure, with which the corresponding diagnostic requirements can often be met, is to provide the respective, safety-relevant components redundantly.
  • this is usually complex and expensive, since the relevant components have to be stored twice.
  • a corresponding space requirement or installation space requirement is also required for the redundant components, which is generally also not available at will.
  • Generic capacitive sensor devices with at least one electrically conductive sensor electrode and at least one contact switch are also known, for example also from DE 102020108704.7.
  • a further object of the present invention is to provide an alternative method for diagnosing a circuit arrangement and/or a sensor device, in particular an improved method with which a high functional safety of the circuit arrangement or sensor device can be achieved, in particular due to a good, in particular improved diagnostic capability can.
  • a diagnosable circuit device designed according to the present invention has an electrical contact switch, at least one electrically conductive sensor electrode, and a control, measuring and evaluation device, the electrical contact switch having at least one first electrical contact element and at least one second electrical contact element.
  • the control, measurement and evaluation device has at least one first electrical connection and at least one second electrical connection, the first electrical contact element of the contact switch being electrically connected or connectable to the first connection of the control, measurement and evaluation device via a first electrical connection line and the second electrical contact element of the contact switch is or can be electrically connected via a second electrical connection line to a base potential or the second connection of the control, measuring and evaluation device, and wherein the at least one electrically conductive sensor electrode is designed in this way and relative to at least one contact element of the contact switch is arranged such that it forms a sensor capacitance with at least one contact element of the contact switch.
  • the circuit arrangement is designed in such a way that in at least one state, in particular at least in an open state of the contact switch, the circuit arrangement for at least partial diagnosis of the circuit arrangement by means of the control, measuring and evaluation device is at least temporarily connected to the first contact element and/or the A first defined potential can be applied to the first connection line and at the same time a second defined potential can be applied to the second contact element and/or the second connection line.
  • the control, measuring and evaluation device is also designed to do this while, i.e.
  • a first defined potential is present at the first contact element and/or the first connecting line and at the same time a second defined potential is present at the second contact element and/or the second connecting line, to detect at least one resultant first voltage occurring on the first contact element and/or in the first connection line and/or in the first connection, and/or during this time at least one on the second contact element and/or in the second connection line and/or to detect a resulting second voltage occurring at the second connection
  • the at least one sensor electrode to determine a switching state of the contact switch, in particular whether the contact switch is open or closed, to evaluate at least one detected voltage, and depending on the using i.e he sensor electrode determined switching state of the contact switch and depending on at least one detected voltage, in particular depending on a detected first voltage and a detected second voltage to determine a functional state of the circuit arrangement, in particular a functional state of the contact switch.
  • a circuit arrangement for example, changes in technical parameters of the circuit arrangement, in particular of the contact switch, which have an influence on the evaluation of the contact switch can be detected in a simple manner.
  • This can be, for example, a changed contact resistance, a changed shunt resistance or other errors or malfunctions in other components, such as undesired circuits (e.g. short circuits or the like) or interruptions in an electrical connection in or on a component or between components.
  • interruptions and/or short circuits to supply and/or external voltage potentials can occur in a circuit arrangement, which can be detected particularly easily and reliably with a circuit arrangement using a corresponding, suitably designed method for diagnosing a circuit arrangement.
  • both variants i.e. changes over time, or invariant, i.e. changes that do not change over time, high-impedance changes (such as short circuits, electromigration) as well as variants or invariant low-impedance changes can be detected (assuming a corresponding implementation of a method according to the invention for diagnosing the circuit arrangement) .
  • determining the functional state of the circuit arrangement as a function of the switching state of the contact switch By determining the functional state of the circuit arrangement as a function of the switching state of the contact switch, a particularly good, in particular improved diagnostic capability can be achieved. In particular, a particularly high rate of correctly identified functional states. As a result, a particularly robust and functionally reliable circuit arrangement can be provided. In particular, error states of the circuit arrangement can be clearly identified in this way, which are not clearly recognizable as an error state without determining the switching state of the contact switch. For example, a short circuit in the contact switch can be distinguished from a closed contact switch in this way. In this way, the functional safety of the circuit arrangement can be significantly increased.
  • the capacitive detection of the switching state of the contact switch using an electrically conductive sensor electrode, which forms a sensor capacitance with at least one contact element of the contact switch has the advantage that a disruptive influence on the contact switch, for example by currents flowing away or disruptive parasitic capacitances, is kept very low, which means that the above-described “undesirable changes” in the circuit arrangement and thus "errors" can be detected particularly well and sensitively.
  • such a circuit arrangement can advantageously be used to detect interruptions in the circuit arrangement, for example in the contact element, in the connection lines, and a contact switch that closes incorrectly.
  • short circuits for example to the base potential, in particular to ground or +0V (GND) and/or to a reference potential, for example to the supply voltage of the control, measurement and evaluation device or a microcontroller (PC) can be detected.
  • a change in the contact resistance and/or a change in the insulation resistance can be detected in the contact switch.
  • control, measurement and evaluation device is understood to mean a combined control, measurement and evaluation device which is set up at least to control one or more components of the circuit arrangement in such a way that, in particular, a method for diagnosis according to the invention of the circuit arrangement can be carried out, in particular steps a) to g) of a method according to the invention.
  • the control, measurement and evaluation device can in particular be a microcontroller (PC), in which the components required for this are all integrated, be part of such a microcontroller or also a microcontroller and others that are arranged separately from the microcontroller or outside of it and have trained components that can be connected upstream and/or downstream of one or more microcontrollers.
  • a circuit arrangement according to the invention can also have more than one control, measurement and evaluation device.
  • the at least two contact elements can each be coupled to more than one control, measurement and evaluation device or be assigned to more than one control, measurement and evaluation device and be evaluated by several or different control, measurement and evaluation devices be assigned and each evaluated by different control, measurement and evaluation devices.
  • a contact element can be evaluated by two different control, measurement and evaluation devices, and two contact elements can each be evaluated by different control, measurement and evaluation devices.
  • a circuit arrangement according to the invention can also have more than one contact switch.
  • connection within the meaning of the present invention can be, for example, a connection pin of a corresponding plug contact or a connection of a printed circuit board.
  • a connection does not have to be a pin or the like, but can in principle be any electrical contact, for example any electrical connection on a printed circuit board, for example a soldering contact or the like. This means that a connection does not necessarily have to represent an input or output.
  • a connection can in particular be a connection contact, whereby a “connection contact” is understood to mean in particular an (electrically) interruptible, i.e. (electrically or galvanically) separable connection, such as in the case of a plug or switch.
  • diagnosis is understood in general to mean the determination or determination of a state, in particular the determination of at least one state of at least one component of the circuit arrangement, for example the determination of a state of a connecting line, for example whether it is free of a line break and is therefore in a is in a functional state or has a line break and is therefore in an error state or has a defect.
  • the circuit arrangement is also designed in particular to output the determined functional state, in particular in a further step, for example in the form of a corresponding output signal or the like.
  • a circuit arrangement according to the invention is also designed to carry out at least one appropriate measure in the event of a detected faulty functional state of the circuit arrangement, in particular as a function of an output signal characterizing the fault state.
  • a measure can be, for example, entering information into an error memory and/or transferring the circuit arrangement and/or a corresponding system using the circuit arrangement to a safe state, for example by switching it off.
  • a circuit arrangement according to the invention can be designed and set up, for example, for use in a control element and/or a control device with at least one contact switch, for example for use in a control input device as described in DE 102020108704.7, already mentioned at the outset, or a corresponding sensor device for a such operator input device.
  • a circuit arrangement according to the invention is particularly suitable for this purpose, since generally no or only a few additional components are required to implement the diagnostic functionality of the circuit arrangement according to the invention.
  • a circuit arrangement according to the invention is particularly preferably designed for use in a vehicle, in particular for use in an operating element and/or an operating device for a vehicle.
  • a circuit arrangement according to the invention is preferably designed as described above for use in an operator input device as described in DE 102020108704.7 already mentioned at the outset or in a corresponding sensor device for such an operator input device.
  • the electrical contact switch is designed in particular to assume at least two switching states, in particular a first switching state and a second switching state, with the contact switch preferably being open in the first switching state and an electrical connection between the first electrical contact element and the second electrical contact element is separated, and wherein the contact switch is preferably closed in a second switching state of the contact switch and an electrical connection is established between the first electrical contact element and the second electrical contact element.
  • a simple and advantageous circuit arrangement can be implemented in a particularly simple manner with such a contact switch.
  • Such contact switches are known in principle from the prior art, to which reference is hereby made for further details on the basic functioning of such contact switches, for example from EP 2 001 034 A2 already mentioned at the outset or DE 102020108704.7, also already mentioned at the outset.
  • the contact switch of a circuit arrangement according to the invention can also have more than two contact elements, in particular three or more contact elements.
  • the contact switch of a circuit arrangement according to the invention can not only be a changeover switch, but also a changeover switch, button or the like.
  • a contact switch can be designed as known in principle from the prior art.
  • the contact switch can be any type of changeover switch, changeover switch or button and have the number of contact elements required for this in each case.
  • the contact switch can in principle be designed as a so-called NOC contact switch, i.e. as a so-called “normally open contact”, i.e. as a contact switch that is open “normally” or in particular in a non-actuated state and/or in a state of the circuit arrangement that is disconnected from the power supply, which closes when actuated and can therefore also be referred to as a "closer”.
  • NOC contact switch i.e. as a so-called “normally open contact”
  • NCC contact switch Normally Closed Contact
  • the sensor electrode is in particular designed and arranged relative to the contact switch, in particular in such a way relative to at least one contact element of the contact switch, that a change in the sensor capacitance can be brought about by changing the distance between the two contact elements relative to one another .
  • the switching state of the contact switch can be determined in a particularly simple manner with the aid of an electrically conductive sensor electrode.
  • the circuit arrangement in particular the control,
  • Measuring and evaluation device is designed to capacitively detect a distance between the two contact elements and based on the distance between the contact elements to determine a switching state of the contact switch (open or closed).
  • the sensor electrode preferably forms the sensor capacitance with the movable contact element, in which case the changes in this sensor capacitance can be recorded and evaluated to determine the switching state of the contact switch and the switching state of the Contact element can be evaluated particularly preferably depending on this. As a result, the switching state can be recognized particularly simply and advantageously.
  • the sensor electrode can also form a sensor capacitance with both contact elements, in which case the changes in both sensor capacitances can be recorded and evaluated and used to determine the switching state.
  • the sensor electrode is formed separately from the first contact element and separately from the second contact element, with the control, measuring and evaluation device preferably also having a sensor electrode connection via which the sensor electrode is connected by means of a sensor electrode -
  • the connection line is electrically connected or can be connected to the sensor electrode connection of the control, measuring and evaluation device.
  • the at least one sensor electrode is not formed separately from the contact elements of the contact switch, but is formed by the first contact element or the second contact element.
  • Such a configuration has the advantage that no additional connection is required for the electrical connection of the sensor electrode to the control, measuring and evaluation device. This is advantageous in particular when there is a limited number of available connections or suitable connections. Furthermore, such a circuit arrangement requires fewer components and fewer soldered connections or electrical contacts. The space for the sensor electrode can also be saved or used for other purposes. A circuit arrangement that is simpler in design and less expensive can thus be provided.
  • the other contact element of the contact switch is also designed as an electrically conductive sensor electrode and forms with the (first) as Sensor electrode formed contact element not only the contact elements of the contact switch, but also a capacitive sensor element, in particular a capacitive sensor.
  • the circuit arrangement therefore also has a second electrically conductive sensor electrode, the first sensor electrode being formed in particular by the first contact element and the second sensor electrode preferably by the second contact element.
  • the circuit arrangement also has in particular at least one electrical resistor, preferably at least one ohmic resistor, with at least one electrical resistor preferably being arranged along a connecting line, i.e. in particular along the Connection line is connected in series or switchable.
  • the circuit arrangement has in particular at least a first electrical resistor and a second electrical resistor, which are particularly preferably each in the form of ohmic resistors, with the first electrical resistor preferably being arranged along the first connection line, in particular such that the first contact element is or can be electrically connected via the first connection line and the first electrical resistance (connected in series) to the first connection of the control, measuring and evaluation device, and wherein the second electrical resistance is in particular along the second connection line is arranged, preferably such that the second contact element via the second connection line and the second (connected in series) electrical resistance to the second terminal of the control, measurement and evaluation te dressed is electrically connected or connectable.
  • the control, measuring and evaluation device can be protected in a simple manner, in particular against an excessively high input current or an excessively high input voltage at the associated connection contact.
  • This allows in many cases in a simple way and In the event of an error in the circuit arrangement or a defect in the circuit arrangement, undesirable states that may arise during operation of the circuit arrangement, such as excessive current flow as a result of a short circuit or the like, can be intercepted without damaging the control, measuring and evaluation device becomes. As a result, functional reliability and the risk of failure of the circuit arrangement can be significantly improved in a simple manner.
  • the first electrical resistance and the second electrical resistance can have the same nominal resistance or each have different nominal resistances.
  • the use of electrical, in particular ohmic, resistors with the same nominal resistances has the advantage that fewer component variants are required to provide or establish an advantageous circuit arrangement according to the invention.
  • At least one of the connections in particular at least the first connection and/or the second connection contact, is designed and set up as a switchable connection or as a switchable connection pin.
  • a switchable connection in particular as a switchable connection pin.
  • GPIO connection contact which in particular and depending on the switching state can be operated as an input or output connection and can be optionally assigned different functions or signals depending on the switching state.
  • control, measurement and evaluation device is preferably designed and set up accordingly, with the control, measurement and evaluation device also having at least one (to) switchable pin which is electrically connected or connectable to the switchable terminal.
  • the at least one switchable pin can in particular be switched at least between operation as an input pin and operation as an output pin and is particularly preferably designed and set up, depending on the switching state, either to output a voltage, in particular a defined voltage, to detect a voltage, to put the respective associated connection on a potential, in particular on a defined potential, or to switch the associated connection to high impedance.
  • the at least one switchable pin can in particular be part of a switchable port which comprises a plurality of pins, in particular a plurality of switchable pins.
  • the at least one switchable pin can be part of a switchable input port and/or a switchable output port and/or particularly preferably part of a GPIO port.
  • a so-called "GPIO connection” is understood in the sense of the present invention as a so-called “general purpose input output” connection, which can be optionally assigned different functions or signals depending on the switching state
  • the control, measurement and evaluation device preferably has at least one input and/or output pin for this purpose, in particular a switchable input and/or output pin, to which the GPIO connection is correspondingly assigned in particular, with at least one input and/or output pin preferably being designed for this purpose and is set up to output a voltage, in particular a defined voltage, to detect a voltage, to apply a respective, associated connection to a, in particular, defined, potential and/or to switch the respective connection to high resistance or low resistance.
  • the first connection and the second connection are each designed and set up as a switchable connection, in particular as switchable connection pins or respectively as multifunction pins, in particular in each case as a so-called GPIO connection, and preferably in each case optionally and depending on the switching state can be operated as an input or output connection and, depending on the switching status, can be assigned with various functions or signals.
  • control, measurement and evaluation device can have in particular at least one first switchable port which is or can be electrically connected to the first switchable connection, and a second switchable port which is or can be electrically connected in particular to the second switchable connection, wherein the first port and the second port are particularly preferred can each be switched between operation as an input port and operation as an output port and are in particular designed and set up, depending on the switching state, either to output a voltage, in particular a defined voltage, to detect a voltage, to set the respective associated connection to a potential increase, in particular to a defined potential, or to apply a potential to the respective connection, in particular a defined potential, or to switch the associated connection to high resistance or low resistance.
  • Such an embodiment of a circuit arrangement enables a comprehensive diagnostic functionality of a contact switch with only a few connections or connection pins, in particular in the case of two contact elements with only two connections.
  • the circuit arrangement also has at least one reference capacitance and at least one pull resistor, the reference capacitance being in particular between a connection of the control, measurement and evaluation device and an electrical resistor with a connecting line is electrically connected or connectable, and on the other hand is preferably electrically connected or connectable to a base potential, in particular to a ground potential (GND).
  • the pull resistor is preferably, on the one hand, electrically connected or can be connected between a contact element and an electrical resistor, in particular the aforementioned resistor, with a connection line, in particular with an associated connection line, and on the other hand electrically connected or can be connected to a first reference potential or a base potential is.
  • reference capacity means a capacity of known size that can be charged in a defined manner.
  • a reference capacitance can be formed, for example, by a capacitor of known capacitance.
  • a "pull resistor” within the meaning of the invention is a resistor by means of which a voltage or a potential can be “pulled” to a defined value. “Pull resistors”, in particular what are known as pull-up and pull-down resistors, are known in principle from the prior art, to which reference is hereby made in this regard for further explanations.
  • reference potential is understood to mean a defined electrical potential which is used in particular to charge a reference capacitance in a defined manner, in particular up to the reference potential or an associated reference voltage.
  • the reference potential can, for example, correspond to the supply potential of the control, measurement and evaluation device, in particular the supply voltage Vcc or Vdd of an associated microcontroller, for example +5V or +3.3V, in particular depending on the control, measurement and evaluation device or depending on the associated one microcontroller.
  • the term “base potential” means a defined electrical potential which is used in particular to discharge a reference capacitance in a defined manner, in particular down to the base potential or an associated base voltage.
  • the base potential can be a ground potential, for example a potential of +0V, i.e. GND.
  • the circuit arrangement has in particular a first reference capacitance and a first pull resistor.
  • the first reference capacitance is preferably electrically connected or can be connected between the first connection of the control, measuring and evaluation device and the first electrical resistance to the first connection line and also electrically connected or can be connected to a base potential.
  • the first pull resistor is preferably electrically connected or connectable to the first connection line between the first contact element and the first electrical resistor and is electrically connected or connectable to a first reference potential or a base potential.
  • the circuit arrangement particularly preferably also has a second reference capacitance and a second pull resistor.
  • the second reference capacitance is preferred on the one hand electrically connected or connectable between the second connection of the control, measuring and evaluation device and the second electrical resistance with the second connection line and on the other hand electrically connected or connectable to a base potential.
  • the second pull resistor is preferably electrically connected or connectable to the second connection line between the second contact element and the second electrical resistor and is electrically connected or connectable to a second reference potential or a base potential.
  • an associated reference capacitance can first be discharged, in particular almost completely discharged, in a simple manner with few components, and then a defined potential can be applied to the associated contact element and/or the associated connection line by defined charging of the reference capacitance.
  • At least one pull resistor in particular the first pull resistor and/or the second pull resistor, can also be a pull-up resistor and in particular with a reference potential be electrically connected or connectable, with the reference potential being in particular a supply voltage of the control, measurement and evaluation device, in particular the supply voltage of an associated microcontroller (pC) of the control, measurement and evaluation device, for example a supply voltage Vcc or Vdd of +5V or from +3.3V or the like, depending on the microcontroller used.
  • pC microcontroller
  • an associated reference capacitance can first be charged to a defined potential in a simple manner using few components and then a defined potential can be applied to the associated contact element and/or the associated connection line using the reference capacitance that has been charged in a defined manner.
  • a circuit arrangement according to the invention can also be designed in an advantageous embodiment in such a way that at least one pull resistor can be optionally connected to a switch using a corresponding switch Reference potential, for example a supply voltage of an associated microcontroller, or can be electrically connected to a base potential, for example a ground potential of +0V (GND), for example in a first switching state of an associated switch with a reference potential which corresponds to the supply voltage of a microcontroller of the associated control, Measuring and evaluation device corresponds, and in a second switching state of the associated switch with the base potential of the microcontroller, which is preferably +0V (GND).
  • a switch Reference potential for example a supply voltage of an associated microcontroller
  • a base potential for example a ground potential of +0V (GND)
  • the pull resistor can be operated in a simple manner either as a pull-up resistor or as a pull-down resistor, which increases the flexibility of the circuit arrangement, in particular the associated or resulting evaluation options in the context of diagnosis simple way can be advantageously expanded.
  • a circuit arrangement according to the invention in particular the control, measuring and evaluation device, can also also have at least one further electrical connection which is or can be electrically connected in particular via a further connection line to the first contact element and/or the first connection line or the second electrical contact element and/or the second connection line.
  • the further connection and/or the further connecting line is particularly preferably via a corresponding connection node on or between the associated contact element and an associated electrical resistor, particularly preferably via an associated further electrical resistor which is connected in series along the associated further connecting line electrically connected or connectable to the associated electrical contact element and/or the associated connection line.
  • the circuit arrangement has in particular a third electrical connection which is or can be electrically connected in particular via a third connection line to the first contact element and/or the first connection line, and particularly preferably also a fourth electrical connection Connection contact which is or can be electrically connected, in particular via a fourth connection line, to the second contact element and/or the second connection line.
  • the third connection is particularly preferably electrically connected in particular via a connection node on or between the first contact element and the first electrical resistor, particularly preferably via a third resistor which is connected in series along the third connecting line with the first contact element and/or the first connecting line connected or connectable and the fourth connection in particular via a connection node on or between the second contact element and the second electrical resistor, particularly preferably via a fourth resistor which is connected in series along the fourth connection line.
  • Such an arrangement makes it possible, for example at the same time, to operate the first connection and/or the second connection as an input or (permanently) form it as an input and to operate the third connection and/or the fourth connection at the same time as an output or (permanently) as an output educate, while on the other hand only a total of two connections are present, ie if only a first connection and a second connection are available, for carrying out a diagnosis must be switched between an output mode and an input mode at the respective terminals.
  • the circuit arrangement in particular the control, measuring and evaluation device, preferably has at least one that can be operated at least partially as an input or (permanently) designed and set up as an input, which is electrically connected or can be connected to the first electrical connection or the second electrical connection and at least one first output pin that can be operated at least temporarily as an output or is (permanently) designed and set up as an output. Pin that is electrically connected or connectable to at least one other electrical connection.
  • the at least one input is designed in particular as an analog input.
  • a digital input is also possible.
  • this is not as advantageous for detecting a voltage via this input as an analog input, to which in particular an analog-to-digital converter channel and/or an analog-to-digital converter unit can be connected, which in particular has at least one analog -Can include digital converter channel.
  • the at least one output is preferably designed as a digital output. This makes it very easy to create a defined potential.
  • the circuit arrangement in particular the control, measuring and evaluation device, particularly preferably has at least one first input pin that can be operated at least temporarily as an input or is (permanently) designed and set up as an input is or can be electrically connected to the first electrical connection, a second input pin that can be operated at least temporarily as an input or is designed and configured as an input, which is or can be electrically connected to the second electrical connection, and a second input pin that can be operated at least temporarily as an output or is an output formed and set up first output pin, which is electrically connected or connectable to the third electrical connection, as well as a at least temporarily operable as an output or formed and set up as an output Output pin electrically connected or connectable to the fourth electrical connection.
  • the circuit arrangement in particular the control, measuring and evaluation device, also has a fifth electrical connection which is electrically connected to the first contact element and/or the first connection line in particular via a fifth connection line is connected or connectable, and preferably also a sixth electrical connection contact, which is electrically connected or connectable in particular via a sixth connection line with the second contact element and/or the second connection line.
  • the fifth connection is particularly preferably electrically connected to the first contact element and/or the first connection line via a connection node between the first contact element and the first electrical resistor, particularly preferably via a fifth resistor which is connected in series along the fifth connection line connectable.
  • the sixth connection is particularly preferably electrically connected or can be connected to the second contact element and/or the second connection line via a connection node between the second contact element and the second electrical resistor, particularly preferably via a sixth resistor which is connected in series along the sixth connection line .
  • a circuit arrangement according to the invention particularly preferably also has at least one further third output pin which can be operated at least temporarily as an output or is (permanently) designed and set up as an output and which is electrically connected in particular to the fifth electrical connection or can be connected, as well as preferably also a fourth output pin that can be operated at least temporarily as an output or is (permanently) designed and set up as an output, which is or can be electrically connected to the sixth electrical connection.
  • the circuit arrangement in particular the control, measuring and evaluation device, preferably has a first analog-to-digital converter that can be electrically connected or is connected to the first connection and/or the first input pin channel and/or a first analog-to-digital converter unit that can be electrically connected or is connected to the first connection and/or the first input pin, in particular for detecting an on the on the first contact element and/or on the first connecting line and /or resulting voltage set at the first connection, and particularly preferably also a second analog-to-digital converter channel that can be or is electrically connected to the second connection and/or the second input pin and/or a second channel to the second connection and /or analog digit electrically connectable or connected to the second input pin al converter unit, which is designed in particular to detect a resulting second voltage occurring at the second contact element and/or in the second connection line and/or at the second connection.
  • connection can alternatively or additionally be electrically connected or connectable to a so-called comparator input
  • a comparator input in the context of the present invention is understood to mean an input which functions in particular according to the comparison principle. A distinction is made as to whether the voltage present at this input is above or below a defined voltage threshold or above or below a defined voltage value, with the result of the comparison usually being a digital value (in particular 0 (below the threshold) or 1 (above the threshold). ).
  • Control, measurement and evaluation device is adaptable or adaptable in particular with the help of software.
  • the evaluation or the determination of the functional state can be simplified or, in particular, already done by the comparator input.
  • a dataable or adaptable comparator input ie a comparator input with a customizable or applicable threshold value, a particularly high level of flexibility and adaptability of the circuit arrangement to the respective application can be achieved.
  • a sensor device for an operator input device has a circuit arrangement with a capacitive sensor with at least one electrically conductive sensor electrode and at least one contact switch and is characterized in that the circuit arrangement is designed according to the invention.
  • a sensor device can be designed in particular for an operator input device, as described in DE 102020108704.7, which has already been mentioned several times, and in particular can have a contact switch, for example, which is designed in such a way that when there is no operator, an electrical connection between the first electrical contact element and the second electrical contact element is separated and by applying an operating force in the direction of actuation that is greater than a defined contact closing force, an electrical connection can be made between the first electrical contact element and the second electrical contact element, wherein by applying an operating force in particular a change in the sensor capacitance can be brought about, the sensor device being designed in particular to detect a change in the sensor capacitance and, depending on this, a switching state of the Ko tact switch to be determined, and also particularly preferably an operating force applied to the operator input.
  • a contact switch for example, which is designed in such a way that when there is no operator, an electrical connection between the first electrical contact element and the second electrical contact element is separated and by applying an operating force in the direction of actuation that is greater than
  • a method according to the invention for diagnosing a circuit arrangement and/or a sensor device according to the invention is characterized by the steps: a) providing a circuit arrangement according to the invention and/or a sensor device according to the invention, b) determining a switching state of the contact switch of the circuit arrangement using the at least one electrically conductive sensor electrode, c) Application of a first defined potential to the first contact element and/or the first connection line, in particular as a function of the determined switching state of the contact switch, and at the same time d) application of a second defined potential to the second contact element and/or the second connection line, in particular as a function from the determined switching state of the contact switch, and at least temporarily while steps c) and d) are being carried out: e) detecting a resulting first at the first contact element and/or at the first connection line and/or at the first connection voltage and/or a resulting second voltage occurring at the second contact element and/or in the second connecting line and/or occurring at the second connection, f) evaluating at
  • the ability to diagnose the circuit arrangement can be significantly improved.
  • error states of the circuit arrangement can be clearly identified in this way, which are not clearly recognizable as an error state without determining the switching state of the contact switch.
  • a short circuit in the contact switch can be distinguished from a closed contact switch.
  • the functional safety of the circuit arrangement can be significantly increased. For example, in this way, when a contact switch is open, a short circuit within the contact switch can be detected, which could not be clearly identified without knowledge of the switching state.
  • the switching state of the contact switch is preferably determined capacitively in a conventional manner known from the prior art, with preferred a change in the sensor capacitance formed between the at least one sensor electrode and at least one of the contact elements is detected and evaluated, in particular a change in the sensor capacitance resulting from a change in the distance between the two contact elements of the contact switch.
  • the change in the sensor capacitance can be detected, for example, using one of the known CVD methods (capacitive voltage divider method), as described, for example, in "AN1478 - mTouchTM Sensing Solution Acquisition Methods Capacitive Voltage Divider" from Microchip is described, available at the filing date of the present application at http://ww1.microchip.com/downloads/en/Appnotes/01478B.pdf.
  • a particularly efficient and advantageous embodiment of a method according to the invention results when the switching state of the contact switch is determined using the sensor electrode before a potential is applied in one of steps c) and/or d). This makes it possible to apply the potential in a targeted manner tailored to the respectively detected switching state of the contact switch or to carry out only those diagnostic steps or measurements that enable the functional state to be clearly determined in the respective current switching state of the contact switch.
  • the switching state of the contact switch In principle, however, it is also possible to determine the switching state of the contact switch only immediately before determining the functional state. In order to reliably determine the functional status, the switching status of the contact switch should be determined during or shortly before or after the voltages are recorded in order to ensure correct evaluation and classification or assignment of the measured voltage(s) to the switching status of the contact switch enable.
  • a first defined potential can be applied to the first contact element and/or to the first connection line, for example, in particular if the circuit arrangement has a reference capacitance electrically connected to the first connection line and an associated pull resistor, for example by first charging the reference capacitance in a defined manner or is discharged defined, and then discharged or charged. If the at least one voltage to be detected is detected in particular during discharging or charging, A functional state of the circuit arrangement can be inferred, in particular, from a resultant voltage curve that results and is then compared with the expected target voltage curve for the respectively underlying, defined charge or discharge state.
  • the recorded voltage curve does not correspond to the expected voltage curve, for example because the reference capacitance discharges much faster than expected, this indicates a faulty functional state of the circuit arrangement. In this way, for example, a short circuit with a ground potential or a supply potential can be detected, or else a changed resistance behavior of one or more components of the circuit arrangement.
  • the respective connection line assigned to the first contact element or the second contact element can be applied to a corresponding potential, for example, by applying the corresponding potential to the associated further connection or the associated further connection line is, for example a supply potential Vcc or Vdd of the control, measuring and evaluation device, in particular an associated microcontroller, or a ground potential, in particular a potential of +0V, i.e.
  • a Grou nd potential i.e. GND.
  • GND Grou nd potential
  • the at least one resultant first and/or second voltage or the resultant first and/or second voltage curve that occurs in each case is recorded in particular by means of or with the aid of a corresponding one assigned to the respective connection Analog-to-digital converter or the like.
  • first Connection and/or the second connection are either (permanently) designed as an input for this purpose, ie in particular high-impedance, or can be operated as an input at least during detection, for example by being designed as GPIO connections and during detection or for detection be switched to high resistance, in particular to a voltage measurement operation, in which they are electrically connected, for example, to the analog-to-digital converter.
  • the resulting voltage can be recorded either once, i.e. by sampling once, or several times in succession, i.e. by continuous measurement or continuously with the help of an analog input.
  • the resulting voltage that occurs is particularly preferably continuously recorded, i.e. the associated voltage profile is recorded, or at least time-dependent, i.e. the time between two measured voltage values is also recorded. Otherwise, due to the non-constant potential present, it is not possible to reliably determine the functional state of the circuit arrangement.
  • At least time-dependent, in particular continuous, voltage detection is not required if the defined potential can be applied via a further connection and/or a further connection line, since in this case a constant potential can be applied in a simple manner and in a fault-free state this also results in a constant voltage.
  • a functional state of the circuit arrangement can thus be reliably determined here in particular with just one, in particular with two, measured voltage values.
  • the evaluation in step f) can in particular include a comparison of the detected voltage or the detected voltage curve with an associated setpoint value or an associated setpoint curve and/or include signal processing or the like and/or error correction and/or compensation, for example to avoid signal noise to reduce and/or to calculate corresponding component, error and/or environmental influences or tolerances or measurement tolerances or the like and thus to improve the detection accuracy or quality of the determination of a functional state of the circuit arrangement or of the contact switch.
  • This can be achieved, for example, with the help of appropriate value windows, threshold values, signal filters, averaging, etc. For example, it is possible in this way to calculate the technically conditioned, respectively existing filter or buffer capacities of individual components.
  • the functional state of the circuit arrangement can be determined, for example, by comparing the resulting first voltage detected at the first connection with the resulting second voltage occurring in particular simultaneously at the second connection and with the respective voltage at the first contact element or in the first connection line and/or include potentials applied to the second contact element and/or in the second connection line.
  • an error condition can be detected, for example, if (with an open contact switch) the first contact element in step c) has been subjected to a first reference potential of, for example, +5V via a third connection and a third connection line, but at the first connection when detecting the resulting first voltage that occurs in the first connection line or at the first connection in step e) only a voltage of +3.5V has been detected instead of an expected voltage of, for example, +4.8V which, taking into account an electrical resistance in of the first connection line and an electrical resistance connected in series in the third connection line should have set.
  • a first reference potential for example, +5V via a third connection and a third connection line
  • an error state can be concluded if the contact switch is in a first open switching state, a first potential of, for example, +5V is applied to the first contact element in step c), at the same time a potential of, for example, is applied to the second contact element in step d).
  • ⁇ 0V is applied, i.e. GND in particular, but a resulting voltage of approx. +4.8V instead of ⁇ 0V is still detected at the second connection in step e).
  • a contact transition resistance and/or an insulation resistance between the contact elements is determined or determined.
  • the evaluation of at least one detected voltage and/or the determination of a functional state of the circuit arrangement can take place in particular immediately after the voltage(s) have been detected or also at a certain time interval thereafter, in particular depending on the operating state of the contact switch.
  • the functional state of the circuit arrangement in particular of the contact switch or the control, measuring and evaluation device, is particularly preferably determined, but only after the resulting first voltage and the resulting second voltage occurring at the second contact element and/or in the second connection line and/or at the second connection have been recorded.
  • the first voltage occurring at the first contact element and/or in the first connecting line and/or at the first connection and the resulting first voltage at the second contact element and/or in the second connecting line and/or are particularly preferred. or the resulting second voltage occurring at the second connection is detected and evaluated, and the functional state of the circuit arrangement is then determined in step f), in particular as a function of the first voltage and as a function of the second voltage.
  • the functional status is also subsequently output, in particular in a further one Step, for example in the form of a corresponding output signal or the like, wherein in the case of a detected faulty functional state of the circuit arrangement, at least one corresponding measure is particularly preferably carried out, and in particular as a function of an output signal characterizing the fault state.
  • Such a measure can be, for example, entering information into an error memory and/or transferring the circuit arrangement and/or a corresponding system using the circuit arrangement to a safe state, for example by switching it off.
  • step c) and d) can be repeated several times.
  • step f) the evaluation of the functional state
  • step g the determination of the switching state of the contact switch (step b)) in each case in this context.
  • the quality of the diagnosis can be improved in a particularly advantageous manner by carrying out one or more further cycles, each of which includes one or more repetition steps. It has proven to be particularly advantageous if these cycles are each carried out with changed parameters, but preferably in such a way that the result of a previous cycle can be checked for plausibility. This can be achieved, for example, by carrying out multiple diagnostic cycles with different potential values.
  • circuit arrangement is to be tested for a changed contact resistance, for example, several measurements with different potentials, which are applied to the contact elements in the respective cycles, can be carried out and evaluated, with all the results of the individual measurements being used to determine the functional state of the circuit arrangement Cycles can be taken into account and, in particular, compared with one another or otherwise linked to one another or related to one another in order to improve the quality of the determination of the functional state, in particular the accuracy.
  • all possible variations are conceivable.
  • steps b) to e) are first carried out in one cycle.
  • a second cycle is carried out in particular, in which at least steps b) to e) are repeated, ie the steps determining the switching state of the contact switch (step b)), applying a first defined potential (step c)) and a second defined potential (step d)) and detecting the resulting first or second voltages (step e) ) before the detected voltages are evaluated and (step f)) and the functional state of the circuit arrangement is determined in step g).
  • step c) the second defined potential from the first cycle is applied to the first contact element and/or the first connecting line, and at the same time in step d) the first defined potential from the first cycle is applied applied to the second contact element and / or the second connecting line.
  • step f in particular when determining the functional state in step g), in particular at least one voltage recorded in the first cycle, in particular a first voltage recorded in the first cycle and a second voltage recorded in the first cycle, and at least one in the second Cycle detected voltage is taken into account, in particular a first voltage detected in the first cycle and a second voltage detected in the first cycle.
  • the potentials from the first cycle are preferably applied in opposite directions to the first contact element or the second contact element or to the associated connection lines before the detected Voltages are evaluated and the functional state of the circuit arrangement is determined, the functional state being determined in particular as a function of the voltages recorded and evaluated in the first cycle and in the second cycle.
  • the functional state of the circuit arrangement can be determined even better, in particular more precisely and unambiguously, and the diagnosis of the circuit arrangement can thus be improved.
  • a significantly higher diagnostic accuracy can be achieved as a result.
  • the rate of correctly recognizable error states can be increased in this way.
  • any fault or defect that may be present in the circuit arrangement can be better localized or more precisely determined in this way.
  • step g it is also conceivable to carry out the second cycle only after the evaluation of the voltages recorded in the first cycle and/or also only after a functional state of the circuit arrangement has already been determined in step g) on the basis of the voltage(s) detected in the first cycle.
  • the second cycle can be carried out directly after the first cycle or immediately after step f) or g) or with a defined break in between.
  • the first cycle and the second cycle can also be repeated as often as you like: alternately or with a changing rhythm, whereby the time intervals between the execution of the individual cycles can be constant or can also be variable, depending on the need, in particular depending on the need for diagnosis or available diagnostic time.
  • diagnosis or the method according to the invention for diagnosing the circuit arrangement is carried out continuously, that is to say is repeated continuously and cyclically.
  • diagnosis or the method according to the invention for diagnosing the circuit arrangement can be carried out in particular after an associated control unit has been started up and can be repeated cyclically until the control unit shuts down or has shut down again.
  • control unit shuts down or has shut down again As a result, particularly good monitoring of the contact switch can be achieved.
  • the diagnosis can also only be carried out as required, for example only immediately after starting up the circuit arrangement or a system with such a circuit arrangement, for example a sensor system or the like and/or after certain events, in particular triggering or triggering a diagnosis.
  • steps b) to g) and/or only the first cycle and/or the second cycle if necessary several times, in particular with others, from the first and / or second defined potential different potentials that are applied, resulting in more diagnostic options.
  • a third cycle is also carried out according to the same principle, with In this third cycle, for example, a third potential, in particular a third potential different from the first potential and/or the second potential, is applied to the first contact element and/or the first connection line and/or the first connection and/or the second contact element and/or the second connection line and/or the second connection is created.
  • a third potential in particular a third potential different from the first potential and/or the second potential
  • a third cycle is carried out, particularly preferably also a fourth cycle, particularly preferably in the third cycle in each case and/or in the fourth cycle at least steps b) or c) to e) are repeated, in particular before steps f) and g) are carried out.
  • the first potential and the second potential are preferably chosen to be different from each other and in the third cycle, in steps c) and d), the first defined potential from the first or second cycle is preferably applied to both the applied to the first contact element and/or the first connection line as well as to the second contact element and/or the second connection line.
  • the second defined potential from the first or second cycle is applied both to the first contact element and/or the first connecting line and to the second contact element and/or the second connecting line and when evaluating in step f) or when determining the functional state in step g), particularly preferably at least one voltage recorded in the first cycle, at least one voltage recorded in the second cycle and at least one voltage recorded in the third cycle and/or one voltage recorded in the fourth cycle is taken into account or the functional state is determined as a function of at least all of these, in particular as a function of all of the voltages recorded in the individual cycles.
  • a first further potential is applied to both contact elements or the associated connection lines and in a further, for example fourth cycle, a second further potential that differs therefrom.
  • additional potentials can be the same potentials that are selected as different potentials in a different cycle, ie correspond to the first and second potentials from the first and second cycles, for example, or alternatively be third or fourth potentials with third or fourth potential values.
  • the ability to diagnose in particular the reliability of the diagnosis or the reliability of the determination of the functional state, can be significantly improved.
  • the detection of the individual voltages can also be checked, for example, whether the analog-to-digital converters used are functioning properly.
  • FIG. 2 shows a simplified block diagram of a second exemplary embodiment of a circuit arrangement according to the invention
  • FIG. 3 shows a flowchart for a first exemplary embodiment of a method according to the invention
  • FIG. 4 shows a simplified block diagram of a third exemplary embodiment of a circuit arrangement according to the invention
  • FIG. 5 shows a simplified block diagram of a fourth exemplary embodiment of a circuit arrangement according to the invention
  • FIG. 6 shows a simplified block diagram of a fifth exemplary embodiment of a circuit arrangement according to the invention.
  • FIG. 7 shows a simplified block diagram of a sixth exemplary embodiment of a circuit arrangement according to the invention.
  • Fig. 1 shows a simplified block diagram of a first exemplary embodiment of a circuit arrangement 100 according to the invention, this circuit arrangement 100 being designed for use in a control element and/or a control device, in particular for use in a control input device in a vehicle, for example in a steering wheel or the like .
  • the circuit arrangement 100 has an electrical contact switch 10 and a control, measuring and evaluation device 20 .
  • the electrical contact switch 10 has a first electrical contact element A and a second electrical contact element B.
  • the control, measurement and evaluation device 20 which is formed by a microcontroller (PC) in this exemplary embodiment, has a first electrical connection 3 and a second electrical connection 4 .
  • the first electrical contact element A is electrically connected to the first connection 3 of the control, measuring and evaluation device 20 via a first connecting line 1 and a first electrical resistor R1, and the second contact element B via a second connecting line 2 and a second electrical resistor R2 with the second connection 4.
  • the circuit arrangement 100 also has an electrically conductive sensor electrode 30, which is designed and arranged relative to at least the contact elements A and B of the contact switch 10 in such a way that it forms a sensor capacitance (not designated in more detail) with them.
  • the sensor electrode 30 is formed separately and is electrically connected to the control, measuring and evaluation device 20 via a sensor electrode connection line 31 with a further connection 32 , in particular a sensor electrode connection 32 .
  • the sensor electrode 30 is arranged relative to the contact switch 10, in particular to its contact elements A and B, that when the distance between the contact elements A and B changes, the sensor capacitance changes, which can be measured, in particular capacitively, detected. This can be used to determine a switching state of the contact switch 10, in particular whether the contact switch 10 is open or closed. In particular, a change in the sensor capacitance can be detected using a capacitive measuring method, for example using a so-called CVD method (capacitive voltage divider method).
  • the control, measuring and evaluation device 20 in at least one state of the circuit arrangement 100 for at least partial diagnosis of the circuit arrangement 100, can also be used at least temporarily to connect the first connection line 1 and thus also to the first contact element via the first connection 3 A a first defined potential can be applied and at the same time a second defined potential via the second connection 4 to the second connection line 2 and thus also to the second contact element B while the first defined potential and the second defined potential are present, to detect a resulting first voltage occurring at the first terminal 3 and meanwhile to detect a resulting second voltage occurring at the second terminal 4, and to output the detected voltages values, and to determine a functional state of the circuit arrangement 100 as a function of the switching state of the contact switch 10 determined using the sensor electrode 30 and as a function of the detected and evaluated voltages.
  • connection line 1 or 2 between the contact element A and the associated connection 3 on the control, measuring and evaluation device 20 or between the contact element B and the associated connection 4, as in this exemplary embodiment of a circuit arrangement 100 according to the invention
  • the first connection 3 and the second connection 4 of the control, measuring and evaluation device 20 are each connected by so-called Multifunction pins formed and designed as so-called GPIO connections 3 and 4, ie as so-called (re)switchable connections 3 and 4, which can be switched between different operating or functional states, the switching in this embodiment being done electronically , ie at the semiconductor level, w which can be brought about by software within the PC 20, ie internally.
  • terminals 3 and 4 are each electrically connected to an internally switchable pin GPI01 or GPI02 of PC 20, with the two pins GPI01 and GPI02 in the exemplary embodiment shown here each being switched between an operating state as an input pin, here symbolized by E1, and can be switched between two different operating states A1 and A2 as the output pin.
  • connections 3 and 4 can each be operated as an input E1, in particular as an analog input E1, with the associated connection 3 or 4 being switched to high resistance and connected to an analog-to-digital converter unit ADC1 or ADC2 is electrically connected.
  • an electrical voltage present at the associated connection 3 or 4 can be detected.
  • terminals 3 and 4 can each be operated as output A1 or A2, in particular as a digital output, and in this example either with a reference potential (output A1 - here Vcc) or with a base potential (output A2 - here GND) can be electrically connected.
  • the reference potential is the positive supply voltage Vcc of the microcontroller or the control, measuring and evaluation device 20, which is +5V in this case, and the base potential is the ground potential of the microcontroller 20 or the control, Measuring and evaluation device 20, ie in this case a potential of ⁇ 0V, ie "Ground” or GND.
  • an electrical resistor R1 designed as an ohmic resistor is in each case between the contact element A and B or R2 along the associated connecting line 1 or 2 in series.
  • each of the contact elements A and B is also electrically connected via the associated connection line 1 or 2 to an associated reference capacitance C1 or C2 and an associated pull-down resistor PD1 or PD2.
  • the associated reference capacitance C1 or C2 is electrically connected on the one hand to the base potential or the ground potential GND, i.e. to ⁇ 0V, and on the other hand via a connection node K3 or K4 to the respectively associated to connection line 1 or 2, wherein the connection node K3 or K4 between the depending Weil associated electrical resistor R1 or R2 and the associated terminal 3 or 4 is located.
  • the pull-down resistor PD1 is also electrically connected to the base potential or the ground potential GND, i.e. with ⁇ 0V, and on the other hand also via a connection node K1 to the associated connection line 1.
  • the connection node K1 is in each case between the contact element A and the electrical resistance R1 and not between this and the connection 3 on the control, measuring and evaluation device 20.
  • the pull-down resistor PD2 is also electrically connected to the base potential or the ground potential GND, i.e. with ⁇ 0V, and on the other hand also via a connection node K3 to the associated connection line 2.
  • the connection node K3 is in each case between the associated Contact element B and the electrical resistance R2 and not between this and the associated connection 4 on the control, measuring and evaluation device 20.
  • step S1 shows a flowchart of a first exemplary embodiment of a method according to the invention for diagnosing a circuit arrangement according to the invention, for example for diagnosing circuit arrangement 100, with a circuit arrangement according to the invention being provided after a start SO in a first step S1. I.e. the circuit arrangement 100 must be available.
  • step S2 the switching state of the contact switch 10 is then initially determined with the aid of the sensor electrode 30, in particular whether it is open or closed. Then, in step S3, a first defined potential is applied to the first connecting line 1 and, at the same time, in step S4, a second defined potential is applied to the second connecting line 2.
  • step S5 At least temporarily and while steps S3 and S4 are being carried out, in step S5 a first connection 3 and/or a resultant second voltage occurring at the second connection 4, which is then evaluated in step S6.
  • step S7 a functional state of the circuit arrangement 100 is determined as a function of the determined switching state of the contact switch 10 and as a function of the voltage(s) detected, for example whether the circuit arrangement 100 is functioning properly or there is an error, for example a short circuit .
  • Steps S2 to S7 can each be carried out only once before the method ends in step S8, or they can be repeated individually or together with other steps in the form of one or more further cycles before the method is ended in step S8, which is symbolized by the feedback arrows.
  • potentials other than the first or second potential can in principle also be used and/or the first and second potential can be interchanged and/or the first potential and the second potential can be chosen to be the same.
  • the determined functional state can be output and/or one or more measures can be initiated and carried out.
  • a measure can, for example, enter an error in an error memory, display an error message and/or the switching of the circuit arrangement and/or of a system using the circuit arrangement to a safe state, for example switching to emergency operation or switching off the system.
  • a diagnosis of circuit arrangement 100 can be carried out, for example, in particular using a method according to the invention, in that a current sensor capacitance or a current capacitive coupling between sensor electrode 30 and one or both contact elements A and B is first detected and evaluated using a capacitive measurement, for example, and in Depending on the result, a switching state of the contact switch 10 is determined.
  • the first connection 3 can be switched as an output and in particular switched or “connected” to the first output A1, so that the reference potential Vcc, in this case +5V, is applied to the first connection 3.
  • the second connection 4 can also be switched as an output at the same time, but this can be switched to the second output A2, for example, so that the base potential of +0V is present at the connection 4.
  • the first reference capacitance C1 is charged by flattening this state. This state is preferably maintained until the first reference capacitance C1 is charged in a defined manner, in particular completely up to the reference potential Vcc or in this case to +5V.
  • the first connection 3 is then switched to input mode by switching the first pin GPI01, i.e. switched to "high impedance", the first reference capacitance C1 begins to discharge. If the first connection 3 is switched over to the input E1 designed as an analog input, the resulting voltage occurring at the first connection 3 can be detected with the first analog-to-digital converter ADC1 or the analog-to-digital converter unit ADC1 , in particular the voltage profile that occurs over time when the first reference capacitance C1 is discharged.
  • the detected voltage ie the measured voltage or the detected voltage curve
  • this indicates an error or a undesired changes within the circuit arrangement 100 indicate, for example, an increased resistance at one of the contact elements A, B, a line break, a short circuit, a reduced insulation resistance between the contact elements A and B and/or an increased contact resistance between the contact elements A and B.
  • the expected target voltage or the expected target voltage curve is dependent on the switching state of the contact switch 10. If the first reference capacitance C1 discharges faster than expected when the contact switch 10 is open, ie the detected falls If the voltage drops faster than expected, this indicates a short circuit.
  • an error functional state is determined as the functional state and, in particular, is output for further processing. If the deviation is below the permissible value, in particular below a defined threshold, an error-free functional state is determined as the functional state and is output in particular for further processing.
  • the detected voltage or in this case particularly preferably the detected voltage curve
  • an associated defined voltage setpoint or a defined voltage setpoint curve according to the invention in each case depending on the switching state of the contact switch 10
  • the functional state of the circuit arrangement 100 can be reliably determined in a simple manner.
  • one or more further cycles can be carried out, for example at least one second cycle, in which, for example, instead of a voltage occurring at the first connection 3, a resulting voltage occurring at the second connection 4 is recorded or other potentials are applied to the first connection line or the second connection line.
  • the first connection 3 can be permanently switched as an output and in particular applied to the second output A2, so that the base potential GND is applied to the second connection 3 and thus to the connection contact K2, while at the same time the second connection 4 is initially connected is electrically connected to the first output A1, so that the reference potential Vcc is applied to the connection contact K4.
  • the second reference capacitance C2 is now charged to a second defined potential, which is based on the first potential and, in particular, approximately corresponds to the reference potential Vcc at +5V.
  • the second connection 4 is now switched to input operation and in particular connected to the associated input E1 of the connection 4, with the second connection 4 being switched to high resistance for this purpose.
  • the second analog-to-digital converter ADC2 which is electrically connected to the second connection 4, can be used to detect the resulting voltage occurring at the second connection 4 or the voltage profile resulting from the discharge of the second reference capacitance C2.
  • the voltage recorded by means of the second analog-to-digital converter ADC2 or the second analog-to-digital converter unit ADC2 or the recorded voltage profile deviates by more than a degree defined as permissible from the respectively expected setpoint voltage or the If the expected setpoint voltage profile decreases in each case, this also indicates a fault or an undesired change within the circuit arrangement 100, for example an increased resistance at one of the contact elements A, B, a line break, a short circuit, a reduced insulation resistance between the contact elements A and B and or to an increased contact resistance between the contact elements A and B.
  • the functional state of the circuit arrangement 100 can be determined more reliably than if, for example, only the first Cycle is carried out or only the voltages recorded in this are taken into account. In particular, this enables a plausibility check and/or the detection of additional error states or additional undesired changes in the circuit arrangement 100.
  • the various cycles can be repeated regularly, in particular alternately and with or without a pause in between.
  • the time between two cycles i.e. the duration of a pause between two diagnostic cycles, can also be varied or chosen to be constant.
  • At least one further cycle can be carried out, for example a third cycle and a fourth cycle, in particular before determining the functional state of the circuit arrangement 100.
  • the first connection 3 can be switched (permanently) as an input, i.e. it can be connected to E1, and the second connection 4 are simultaneously switched to the output A1, so that the reference potential Vcc of +5V is applied to the second connection 4 and thus to the second connection line 2, and meanwhile the resulting voltage occurring at the first connection 3 by means of the first Analog-to-digital converter ADC1 is measured. And then evaluated.
  • the second connection 4 can be connected to the analog input E1 and at the same time the first connection 3 can be connected to A1, so that the first connection 3 and thus the first connection line 1 the reference potential Vcc of +5V is applied, while the resulting voltage occurring at the second connection 4 is detected by means of the second analog-to-digital converter ADC2.
  • a particularly efficient diagnosis can be carried out as a result. For example, it can be achieved that a check of a contact transition resistance, in particular a diagnostic cycle required for this, is only carried out, for example, when the contact switch 10 is closed, while a measurement or a diagnostic cycle to determine an insulation resistance or to check whether this changes over the term or lifetime of the circuit arrangement 100 has changed, particularly preferably, for example, is only carried out when the contact switch 10 is open.
  • Fig. 2 shows a simplified block diagram of a second exemplary embodiment of a circuit arrangement 200 according to the invention, this circuit arrangement differing from the circuit arrangement 100 shown in Fig. 1 in that the pull resistors PU1 and PU2 from Fig. 2 are each pull-up resistors are designed instead of as pull-down resistors and instead of having the base potential of +0V, i.e.
  • GND in the circuit arrangement 200 are each electrically connected to a reference potential - here Vcc, i.e. +5V.
  • a diagnosis of this circuit arrangement 200 can be carried out, for example, in particular with a method according to the invention, in that, for example, first the first connection 3 is switched as an output and in particular is switched to the second output A2, as a result of which the base potential, in this case the ground potential of +0V, i.e. GND, is applied to the first connection 3, and the second connection 4 is also switched as an output at the same time, but in particular to the first output A1, so that the reference potential Vcc of +5V is present at the connection 4.
  • the base potential in this case the ground potential of +0V, i.e. GND
  • the first reference capacitance C1 is discharged. This state is preferably maintained until the first reference capacitance C1 is discharged in a defined manner, in particular completely down to the base potential or in this case to +0V or GND.
  • the first connection 3 is then switched over to input operation by switching over the first pin GPI01, the first reference capacitance C1 begins to charge. If the first connection 3 is switched over to the input E1 designed as an analog input, the resulting voltage occurring at the first connection 3 during the charging of the first reference capacitance C1 can be detected with the first analog-to-digital converter ADC1 connected downstream, in particular the voltage profile that occurs when charging the first reference capacitance C1.
  • the second connection 4 to the analog input E1 are switched and at the same time the first connection 3 is connected to A2, so that the base potential GND of +0V is present at the first connection 3 and thus in the first connection line 1, with the second analog-to-digital converter ADC2 meanwhile being used to Connection 4 adjusting, resulting voltage is detected.
  • the sampling time i. H.
  • the delay that occurs in each case should be taken into account and you should wait until the voltage to be detected is stable. This is only the case when the associated reference capacitance (C1 or C2) has charged via the network of resistors (R1, R2, PD1 and PD2).
  • the charging curve of the associated capacitor i.e. the time profile of the voltage during charging, can also be recorded and evaluated for an evaluation.
  • the capacitors C1 and C2 could also be connected to Vcc instead of being connected to the base potential or GND here. Only other, in particular reverse, voltage curves then result. But a diagnosis is basically possible according to the same principle.
  • Fig. 4 shows a simplified block diagram of a third exemplary embodiment of a circuit arrangement 300 according to the invention, this circuit arrangement 300 differing from the two circuit arrangements 100 and 200 described above in particular in that the contact elements A and B of the contact switch 10 have a plurality of connection lines 1, 5 and 9 or 2, 7 and 12 as well as electrical ohmic resistors R1, R3 and R5 or R2, R4 and R6 connected in series along these connection lines 1, 5 and 9 or 2, 7 and 12 with the control, measuring and evaluation device 20 are electrically connected, and in that the control, measurement and evaluation device 20 also has further connections 6 and 11 and 8 and 13 in addition to a first connection 3 and a second connection 4 . In addition, no pull resistors or reference capacitors C1 or C2 electrically connected to the first or second connecting line 1 or 2 are provided.
  • first connection 3 and the second connection 4 are not designed as GPIO connections, in particular not as (re)switchable connection contacts, but as permanent input connections 3 or
  • connection 3 or the second connection 4 only one voltage present at the associated connection 3 or 4 or in the associated connecting line 1 or 2 or at the associated contact element A or applied voltage can be detected, but via this connection 3 or 4 no defined potential can be applied to the associated connection line 1 or 2 and/or the associated contact element A or B.
  • connections 6 and 11 as well as 8 and 13 which are each designed as (reversible) switchable connections.
  • the connections 6 and 11 as well as 8 and 13 are only designed as switchable output connections. I.e. they cannot be operated as an input.
  • the third connection 6 and the fourth connection 8 are each designed as digital, switchable outputs that can be connected either to a first defined potential, here the reference potential Vcc (here for example +5V), or to a second defined potential, here the base potential GND (here for example +0V), can be assigned.
  • Vcc reference potential
  • GND base potential
  • connections 6 and 8 like connections 11 and 13, i.e. with 3 switching positions or possible switching states.
  • connections 11 and 13 i.e. the fifth and sixth connections 11 and 13, are also designed only as switchable output connections and can likewise only be switched over between specific output states.
  • connections 11 and 13 are also designed as digital outputs and are each also designed to be optionally assigned the reference potential Vcc or the base potential GND.
  • the connections 11 and 13 can only be switched to high impedance, ie to "high impedance", which is symbolized by the single circuit without any other connected line.
  • the other connection lines 5 and 9, via which the other connections 6 and 11 are connected to the first contact element A, are not electrically connected directly to the associated contact element A, but rather indirectly via the connection node K1 and the, based on the representation in Fig. 4, left part of the first connection line 1, here additionally denoted by 1a.
  • connection lines 7 and 12 via which the further connections 8 and 13 are connected to the second contact element B, are also not electrically connected directly to the second contact element B, but also via a connection node K2 and an associated, based on the representation in Fig. 4, left part of the second connection line 2, denoted here by 2a.
  • Circuit arrangement 300 is also designed to carry out a diagnosis using a method according to the invention, circuit arrangement 300 being able to be operated for this purpose in particular in a manner similar to inventive circuit arrangements 100 and 200 described above, which are illustrated in FIGS.
  • a diagnosis of the circuit arrangement 300 can be carried out, for example, in particular with a method according to the invention, by first connecting the connection 6 to Vcc, i. H. to +5V, for example, and at the same time connection 8 is connected to GND, and meanwhile the resulting voltage that occurs at the first connection 3 or at the second 4 is measured by means of the respective associated analog-to-digital converter ADC 1 or ADC 2 is detected, and then the detected voltages are evaluated and a functional state of the circuit arrangement 300 is determined.
  • the voltage detected at the first connection 3 and the voltage detected at the second connection 4 should each change according to the following equation have set. If at least one of the voltages measured by means of the first analog-to-digital converter ADC1 or by means of the second analog-to-digital converter ADC2 or at least one combination of the voltage values detected at the connections 3 and 4 deviates from the previously described voltage values U1, U2 or If the combinations of voltage values U1, U2 described above, which should be present in the case of an open contact switch 10 or a closed contact switch, deviate by more than a degree defined as permissible, this indicates a fault condition. In this case, as in the case of the circuit arrangements 100 and 200 described above, an error functional state is also determined as the functional state and, in particular, is output for further processing.
  • an error-free functional state is determined as the functional state and is output in particular for further processing.
  • the possible cause of the error or the location of the error can be inferred, which can also be evaluated and taken into account when determining the functional status.
  • the further connections 6 and 8 can be subjected to a different potential combination or each to a different potential in a second, subsequent cycle are applied or a different potential is applied to them compared to the first cycle and during which the resulting voltages that occur at the terminals 3 and 4 are recorded, then evaluated and a functional state of the circuit arrangement 300 is determined as a function of these, in particular taking into account or also depending on the voltages recorded in the first cycle.
  • the voltage detected at the first connection 3 and the voltage detected at the second connection 4 should each change according to the following equation have set.
  • the first cycle and the second cycle can also be repeated regularly in this circuit arrangement 300, in particular alternately, with or without corresponding pauses in between, it being possible for the pauses in between to have a time-constant or variable length.
  • Additional cycles and variations can be used to detect additional error states, for example by applying corresponding potentials via the additional connections 11 and 13 and the connection lines 9 and 12 and via the connections 3 and 4 and the associated analog-to-digital converters ADC1 and ADC2 adjusting voltage are recorded and compared with the respectively expected voltages.
  • Fig. 5 shows a simplified block diagram of a fourth exemplary embodiment of a circuit arrangement 400 according to the invention, with this circuit arrangement 400 having two electrically conductive sensor electrodes 30A and 30B on the one hand, and these are not formed separately, but are each formed by the contact elements A and B or .these form.
  • this circuit arrangement can be diagnosed, but has the advantage that no sensor electrode connection line 31 and in particular no additional sensor electrode connection 32 are required. Such a configuration is therefore particularly suitable when the number of connections is not sufficient.
  • FIG. 6 shows a simplified block diagram of a fifth exemplary embodiment of a circuit arrangement 500 according to the invention, which requires even fewer parts or components than the circuit arrangement 400 from FIG. 5, in particular considerably fewer connections on the control, measurement and evaluation device 20.
  • the second contact element B or the second sensor electrode 30B is here only connected to the base potential GND via the second connecting line 2 electrically connected.
  • a circuit arrangement of this type has a reduced scope of diagnostics or a reduced diagnostic capability compared to the circuit arrangements described above. In some cases, however, this can still be sufficient, in particular if the safety requirements for a circuit arrangement are not too high.
  • this circuit arrangement 500 is very compact and can be implemented inexpensively. It also requires very few connections to a control, measurement and evaluation device 20.
  • Fig. 7 shows a simplified block diagram of a sixth exemplary embodiment of a circuit arrangement 600 according to the invention, this circuit arrangement 600 differing from the circuit arrangement 400 described with reference to Fig. 5 in particular in that further connections 6 and 11 and 8 and 13 each have their own separate connection lines 5 and 9 or 7 and 12 and in each case an ohmic resistor R3 or R5 or R4 or R6 connected in series along these are electrically connected directly to the first contact element A or the second contact element B.
  • connection lines 1, 2, 5, 9, 7 and 12 can be monitored over their entire length for possible interruptions or line breaks, as well as the contact elements A and B themselves. I.e. with the circuit arrangement 600, even when the contact switch 10 Detect interruptions within the contact elements A and B, which is not possible with the circuit arrangement 400 from FIG. 4, for example.
  • the circuit arrangement 400 from FIG. 5 also does not allow detection of an interruption in the section of the first connection line 1 or the second connection line 2 between the associated contact element A or B and the connection node K1 or K2.
  • ADC1 first analog to digital converter unit
  • ADC2 second analog to digital converter unit

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Abstract

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

Description

Diagnosefähige Schaltungsanordnung, Sensorvorrichtung mit einer Schaltungsanordnung und Verfahren zur Diagnose einer Schaltungsanordnung und/oder Sensorvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine diagnosefähige Schaltungsanordnung, die einen elektrischen Kontaktschalter, wenigstens eine elektrisch leitfähige Sensorelektrode und eine Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung aufweist, wobei der elektrische Kontaktschalter wenigstens ein erstes elektrisches Kontaktelement und wenigstens ein zweites elektrisches Kontaktelement aufweist, wobei die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung wenigstens einen ersten elektrischen Anschluss und wenigstens einen zweiten elektrischen Anschluss aufweist, wobei das erste elektrische Kontaktelement über eine erste elektrische Anschlussleitung mit dem ersten Anschluss der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden oder verbindbar ist und das zweite elektrische Kontaktelement über eine zweite elektrische Anschlussleitung mit einem Basispotenzial oder mit dem zweiten Anschluss der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und wobei die wenigstens eine elektrisch leitfähige Sensorelektrode derart ausgebildet und relativ zu wenigstens einem Kontaktelement des Kontaktschalters angeordnet ist, dass sie mit wenigstens einem Kontaktelement des Kontaktschalters eine Sensorkapazität ausbildet.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Sensorvorrichtung für eine Bedieneingabevorrichtung, wobei die Sensorvorrichtung eine Schaltungsanordnung mit einem kapazitiven Sensor mit wenigstens einer elektrisch leitfähigen Sensorelektrode und wenigstens einem Kontaktschalter aufweist.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Diagnose einer solchen Schaltungsanordnung und/oder einer vorbeschriebenen Sensorvorrichtung.
Schaltungsanordnungen mit einem elektrischen Kontaktschalter und einer Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der EP 2 001 034 A2 oder der DE 102020108704.7.
Darüber hinaus ist es grundsätzlich bekannt, Schaltungsanordnungen diagnosefähig auszubilden, d. h. insbesondere derart, dass wenigstens eine Komponente bzw. wenigstens eine Funktion der Schaltungsanordnung oder der Schaltungsanordnung überwacht werden kann bzw. wenigstens eine Fehlfunktion bzw. wenigstens ein Fehlerzustand erkannt werden kann. Zu diesem Zweck ist es beispielsweise bekannt, definierte Test-Messungen durchzuführen und deren Messergebnisse anschließend zu Diagnosezwecken auszuwerten, wobei das Auswerten beispielsweise erfolgt, indem eine oder mehrere erfasste Messgrößen mit einer oder mehreren entsprechenden Sollgrößen verglichen werden. Weichen ein oder mehrere der erfassten Messgrößen dabei mehr als vorgesehen oder zulässig von einer vordefinierten, entsprechenden Sollgröße bzw. einem entsprechenden Sollwert ab, kann davon ausgegangen werden, dass die Schaltungsanordnung bzw. ein oder mehrere Komponenten der Schaltungsanordnung nicht einwandfrei funktionieren, beispielsweise weil mindestens eine Komponente defekt ist oder ein Kurzschluss vorliegt oder sich der Zustand einer Komponente mehr als über ein gewünschtes bzw. zulässiges Maß hinaus hin in unerwünschter weise verändert hat.
Eine solche unerwünschte Veränderung kann beispielsweise ein veränderter Kontaktübergangswiderstand oder dergleichen sein, der beispielsweise auf eine Korrosion eines zugehörigen Kontaktelementes zurückzuführen ist.
Je sicherheitsrelevanter dabei eine Anwendung ist, in welcher eine Schaltungsanordnung eingesetzt wird, umso mehr Diagnosemaßnahmen bzw.-möglichkeiten sind in der Regel zur Erreichung der erforderlichen Funktionssicherheit der Anwendung bzw. der Schaltungsanordnung erforderlich.
Eine klassische Maßnahme, mit welcher die entsprechenden Diagnoseanforderungen oftmals erfüllt werden können, besteht darin, die jeweiligen, sicherheitsrelevanten Komponenten jeweils redundant vorzusehen. Dies ist jedoch in der Regel aufwendig und teuer, da die relevanten Komponenten doppelt vorgehalten werden müssen. Darüber hinaus ist für die redundanten Komponenten ferner jeweils ein entsprechender Platzbedarf bzw. Bauraumbedarf erforderlich, welcher in der Regel auch nicht beliebig zur Verfügung steht.
Ebenso sind gattungsgemäße kapazitive Sensorvorrichtungen mit wenigstens einer elektrisch leitfähigen Sensorelektrode und wenigstens einem Kontaktschalter bekannt, beispielsweise ebenfalls aus der DE 102020108704.7.
Auch ist bekannt, während des Betriebs einer Schaltungsanordnung bzw. Sensorvorrichtung zwischendurch entsprechende Diagnosen zur Überprüfung eines Funktionszustands der Schaltungsanordnung bzw. der Sensorvorrichtung durchzuführen.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative, diagnosefähige Schaltungsanordnung bereitzustellen, insbesondere eine hinsichtlich ihrer Diagnosefunktionalität verbesserte Schaltungsanordnung, welche insbesondere mit wenigen Komponenten eine hohe Diagnosefähigkeit aufweist und eine hohe funktionale Sicherheit ermöglicht.
Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative, insbesondere hinsichtlich ihrer Diagnosefähigkeit verbesserte Sensorvorrichtung bereitzustellen, welche insbesondere mit wenigen Komponenten eine hohe Diagnosefähigkeit aufweist und eine hohe funktionale Sicherheit ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives Verfahren zur Diagnose einer Schaltungsanordnung und/oder einer Sensorvorrichtung bereitzustellen, insbesondere ein verbessertes Verfahren, mit welchem insbesondere aufgrund einer guten, insbesondere verbesserten Diagnosefähigkeit, eine hohe funktionale Sicherheit der Schaltungsanordnung bzw. Sensorvorrichtung erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine diagnosefähige Schaltungsanordnung, durch eine Sensorvorrichtung mit einer solchen Schaltungsanordnung sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Eine gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildete, diagnosefähige Schaltungseinrichtung weist einen elektrischen Kontaktschalter, wenigstens eine elektrisch leitfähige Sensorelektrode, und eine Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung auf, wobei der elektrische Kontaktschalter wenigstens ein erstes elektrisches Kontaktelement und wenigstens ein zweites elektrisches Kontaktelement aufweist. Die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung weist wenigstens einen ersten elektrischen Anschluss und wenigstens einen zweiten elektrischen Anschluss auf, wobei das erste elektrische Kontaktelement des Kontaktschalters über eine erste elektrische Anschlussleitung mit dem ersten Anschluss der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden oder verbindbar ist und das zweite elektrische Kontaktelement des Kontaktschalters über eine zweite elektrische Anschlussleitung mit einem Basispotenzial oder dem zweiten Anschluss der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und wobei die wenigstens eine elektrisch leitfähige Sensorelektrode derart ausgebildet und relativ zu wenigstens einem Kontaktelement des Kontaktschalters angeordnet ist, dass sie mit wenigstens einem Kontaktelement des Kontaktschalters eine Sensorkapazität ausbildet. Erfindungsgemäß ist die Schaltungsanordnung derart ausgebildet ist, dass in wenigstens einem Zustand, insbesondere wenigstens in einem geöffneten Zustand des Kontaktschalters, der Schaltungsanordnung zur zumindest teilweisen Diagnose der Schaltungsanordnung mittels der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung zumindest zeitweise an das erste Kontaktelement und/oder die erste Anschlussleitung ein erstes definiertes Potenzial angelegt werden kann und gleichzeitig ein zweites definiertes Potenzial an das zweite Kontaktelement und/oder die zweite Anschlussleitung angelegt werden kann. Die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung ist ferner dazu ausgebildet, währenddessen, d. h. während ein erstes definiertes Potenzial am ersten Kontaktelement und/oder an der ersten Anschlussleitung anliegt und gleichzeitig ein zweites definiertes Potenzial am zweiten Kontaktelement oder und/oder der zweiten Anschlussleitung anliegt, wenigstens eine sich am ersten Kontaktelement und/oder eine sich in der ersten Anschlussleitung und/oder eine sich am ersten Anschluss einstellende, resultierende erste Spannung zu erfassen, und/oder währenddessen wenigstens eine sich am zweiten Kontaktelement und/oder eine sich in der zweiten Anschlussleitung und/oder eine sich am zweiten Anschluss einstellende, resultierende zweite Spannung zu erfassen, mithilfe der wenigstens einen Sensorelektrode einen Schaltzustand des Kontaktschalters zu ermitteln, insbesondere, ob der Kontaktschalter geöffnet oder geschlossen ist, wenigstens eine erfasste Spannung auszuwerten, und in Abhängigkeit von dem mithilfe der Sensorelektrode ermittelten Schaltzustand des Kontaktschalters und in Abhängigkeit von wenigstens einer erfassten Spannung, insbesondere in Abhängigkeit von einer erfassten ersten Spannung und einer erfassten zweiten Spannung, einen Funktionszustand der Schaltungsanordnung zu bestimmen, insbesondere einen Funktionszustand des Kontaktschalters.
Mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung lassen sich auf einfache Art und Weise beispielsweise Veränderungen technischer Parameter der Schaltungsanordnung erfassen, insbesondere des Kontaktschalters, welche einen Einfluss auf die Auswertung des Kontaktschalters haben. Dies können beispielsweise ein veränderter Kontaktübergangswiderstand, ein veränderter Nebenschlusswiderstand oder andere Fehler oder Fehlfunktionen an anderen Komponenten sein, wie beispielsweise unerwünschte Schlüsse (beispielsweise Kurzschlüsse oder dergleichen) oder Unterbrechungen einer elektrischen Verbindung in oder an einem Bauteil oder zwischen Bauteilen. Beispielsweise können in einer Schaltungsanordnung jeweils Unterbrechungen und/oder Kurzschlüsse zu Versorgungs- und oder Fremdspannungspotenzialen entstehen, welche sich mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mithilfe eines entsprechenden, geeignet ausgestaltetem erfindungsgemäßen Verfahren zur Diagnose einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besonders einfach und zuverlässig detektieren lassen.
Mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können sowohl Variante, d.h. zeitlich veränderliche, oder invariante, d.h. zeitlich nichtveränderliche, hochohmige Veränderungen (wie beispielsweise Feinschlüsse, Elektromigration) als auch Variante oder invariante niederohmige Veränderungen erkannt werden (eine entsprechende Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Diagnose der Schaltungsanordnung vorausgesetzt).
Insbesondere lassen sich durch Alterung, mechanische, chemische oder elektrische Beschädigung, Verschmutzung oder dergleichen entstehende Änderungen erkennen, die zu einer unerwünschten, fehlerhaften Auswertung des Kontaktschalters führen können. Ebenso lassen sich aber auch grundsätzlich zeitlich veränderliche Einflüsse auf den Kontaktschalter ermitteln, wie beispielsweise ein Wackelkontakt, eine Betauung, eine elektromagnetische Einkopplung oder dergleichen.
Durch die Bestimmung des Funktionszustands der Schaltungsanordnung in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Kontaktschalters lässt sich eine besonders gute, insbesondere verbesserte Diagnosefähigkeit erreichen. Insbesondere eine besonders hohe Rate an richtig erkannten Funktionszuständen. Flierdurch kann eine besonders robuste und funktionssichere Schaltungsanordnung bereitgestellt werden. Insbesondere lassen sich auf diese Weise Fehlerzustände der Schaltungsanordnung eindeutig erkennen, die ohne Ermittlung des Schaltzustands des Kontaktschalters nicht eindeutig als Fehlerzustand erkennbar sind. Beispielsweise kann auf diese Weise ein Kurzschluss im Kontaktschalter von einem geschlossenen Kontaktschalter unterschieden werden. Flierdurch kann die funktionale Sicherheit der Schaltungsanordnung deutlich erhöht werden.
Die kapazitive Erfassung des Schaltzustands des Kontaktschalters mithilfe einer elektrisch leitfähigen Sensorelektrode, welche mit wenigstens einem Kontaktelement des Kontaktschalters eine Sensorkapazität ausbildet, hat den Vorteil, dass eine störende Be einflussung des Kontaktschalters, beispielsweise durch abfließende Ströme oder störende parasitäre Kapazitäten, sehr gering gehalten wird, wodurch sich vorbeschriebene, „uner wünschte Veränderungen“ in der Schaltungsanordnung und damit „Fehler“ besonders gut und sensitiv erkennen lassen.
Insbesondere lassen sich mit einer derartigen Schaltungsanordnung auf vorteilhafte Weise Unterbrechungen in der Schaltungsanordnung detektieren, beispielsweise im Kon taktelement, in den Anschlussleitungen sowie ein fehlerhaft schließender Kontaktschalter.
Ferner können Kurzschlüsse, zum Beispiel zum Basispotenzial, insbesondere nach Masse bzw. +0V (GND) und/oder mit einem Referenzpotenzial, beispielsweise mit der Versorgungsspannung der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung oder eines Mikrokontrollers (pC) erkennen.
Darüber hinaus kann mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eine Verände rung des Kontaktübergangswiderstands und/oder eine Veränderung des Isolationswider standes im Kontaktschalter erkannt werden.
Unter einer „Steuerungs-, Mess- und Auswerteinrichtung“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine kombinierte Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung verstanden, welche wenigstens dazu eingerichtet ist, ein oder mehrere Komponenten der Schaltungsanordnung so anzusteuern, dass insbesondere ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Diagnose der Schaltungsanordnung durchgeführt werden kann, insbesondere die Schritte a) bis g) eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung kann insbesondere ein Mikrokontroller (pC) sein, in den die hierfür erforderlichen Komponenten allesamt integriert sind, Teil eines solchen Mikrokontrollers sein oder aber auch einen Mikrokontroller und weitere, separat vom Mikrokontroller bzw. außerhalb von diesem angeordnete und ausgebildete Komponenten aufweisen, die einen oder mehreren Mikrokontrollern jeweils vor und/oder nachgeschaltet sein können. Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann auch mehr als eine Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung aufweisen. Dabei können die wenigstens zwei Kontaktelemente jeweils mit mehr als einer Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung gekoppelt sein bzw. jeweils mehr als einer Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung zugeordnet sein und jeweils mehreren ausgewertet werden oder jeweils unterschiedlichen Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtungen zugeordnet sein und jeweils von unterschiedlichen Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtungen ausgewertet werden. D.h. mit anderen Worten, dass beispielsweise ein Kontaktelement sowohl von zwei verschiedenen Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtungen ausgewertet werden kann als auch zwei Kontaktelemente jeweils von unterschiedlichen Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtungen ausgewertet werden können.
Ebenso kann eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch mehr als einen Kontaktschalter aufweisen.
Ein „Anschluss“ im Sinne der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise ein Anschlusspin eines entsprechenden Steckerkontakts oder ein Anschluss einer Leiterplatte sein. Ein Anschluss muss jedoch kein Pin oder dergleichen sein, sondern kann grundsätzlich ein beliebiger elektrischer Kontakt sein, beispielsweise ein beliebiger, elektrischer Anschluss auf einer Leiterplatte, beispielsweise ein Lötkontakt oder dergleichen. D.h. ein Anschluss muss nicht zwingend einen Ein- oder Ausgang darstellen. Ein Anschluss kann insbesondere ein Anschlusskontakt sein, wobei unter einem „Anschlusskontakt“ insbesondere ein (elektrisch) unterbrechbarer, d.h. (elektrisch bzw. galvanisch) trennbarer Anschluss verstanden wird, wie beispielsweise bei einem Stecker oder Schalter.
Unter dem Begriff „Diagnose“ wird insbesondere allgemein das Bestimmen oder Ermitteln eines Zustands verstanden, insbesondere das Bestimmen wenigstens eines Zustands wenigstens einer Komponente der Schaltungsanordnung, beispielsweise das Bestimmen eines Zustands einer Anschlussleitung, beispielsweise ob diese frei von einem Leitungsbruch ist und sich somit in einem funktionsgemäßen Zustand befindet oder einen Leitungsbruch aufweist und damit in einem Fehlerzustand ist bzw. einen Defekt aufweist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist die Schaltungsanordnung ferner insbesondere dazu ausgebildet, den ermittelten Funktionszustand ausgegeben, insbesondere in einem weiteren Schritt, beispielsweise in Form eines entsprechenden Ausgabesignals oder dergleichen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ferner dazu ausgebildet, im Fall eines erkannten fehlerhaften Funktionszustands der Schaltungsanordnung, insbesondere in Abhängigkeit von einem den Fehlerzustand charakterisierenden Ausgabesignal, wenigstens eine entsprechende Maßnahme durchzuführen. Eine derartige Maßnahme kann beispielsweise das Einträgen einer Information in einen Fehlerspeicher sein und/oder das Überführen der Schaltungsanordnung und/oder eines entsprechenden, die Schaltungsanordnung verwendenden Systems in einen sicheren Zustand, beispielsweise durch Abschalten. Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann beispielsweise für eine Verwendung in einem Bedienelement und/oder einer Bedieneinrichtung mit wenigstens einem Kontaktschalter ausgebildet und eingerichtet sein, beispielsweise für eine Verwendung in einer Bedieneingabevorrichtung wie sie in der eingangs bereits erwähnten DE 102020108704.7 beschrieben ist bzw. einer entsprechenden Sensorvorrichtung für eine solche Bedieneingabevorrichtung. Hierfür eignet sich eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besonders gut, da in der Regel keine oder nur wenige zusätzliche Bauteile zur Umsetzung der erfindungsgemäßen Diagnosefunktionalität der Schaltungsanordnung erforderlich sind.
Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Verwendung in einem Fahrzeug ausgebildet, insbesondere für eine Verwendung in einem Bedienelement und/oder eine Bedieneinrichtung für ein Fahrzeug. Vorzugsweise ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wie vorbeschrieben für eine Verwendung in einer Bedieneingabevorrichtung wie sie in der eingangs bereits erwähnten DE 102020108704.7 beschrieben ist bzw. einer entsprechenden Sensorvorrichtung für eine solche Bedieneingabevorrichtung ausgebildet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der elektrische Kontaktschalter insbesondere dazu ausgebildet, wenigstens zwei Schaltzustände einzunehmen, insbesondere einen ersten Schaltzustand und einen zweiten Schaltzustand, wobei der Kontaktschalter im ersten Schaltzustand vorzugsweise geöffnet ist und eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Kontaktelement und dem zweiten elektrischen Kontaktelement getrennt ist, und wobei in einem zweiten Schaltzustand des Kontaktschalters der Kontaktschalter vorzugsweise geschlossen ist und eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Kontaktelement und dem zweiten elektrischen Kontaktelement hergestellt ist.
Mit einem derartigen Kontaktschalter lässt sich auf besonders einfache Art und Weise eine einfache und vorteilhafte Schaltungsanordnung realisieren. Derartige Kontaktschalter sind aus dem Stand der Technik, auf welchen für nähere Details zur grundlegenden Funktionsweise solcher Kontaktschalter hiermit verwiesen wird, grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der eingangs bereits erwähnten EP 2 001 034 A2 oder der ebenfalls eingangs bereits erwähnten DE 102020108704.7.
Der Kontaktschalter einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann grundsätzlich auch mehr als zwei Kontaktelemente aufweisen, insbesondere drei oder mehr Kontaktelemente. Der Kontaktschalter einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann nicht nur ein Umschalter sein, sondern auch ein Wechselschalter, Taster oder dergleichen. Insbesondere kann ein Kontaktschalter wie aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt ausgebildet sein. Insbesondere kann der Kontaktschalter dabei jede Art von Umschalter, Wechselschalter oder Taster sein und die hierfür jeweils erforderliche Anzahl von Kontaktelementen aufweisen.
Der Kontaktschalter kann dabei grundsätzlich sowohl als sogenannter NOC- Kontaktschalter ausgebildet sein, d.h. als sogenannter „Normally Open Contact“, also als „normalerweise“ bzw. insbesondere in einem unbetätigten Zustand und/oder in einem von der Spannungsversorgung getrennten Zustand der Schaltungsanordnung geöffneter Kontaktschalter, welcher bei Betätigung schließt und somit auch als „Schließer“ bezeichnet werden kann. Oder aber alternativ auch als sogenannter NCC-Kontaktschalter („Normally Closed Contact“), der „normalerweise“ bzw. insbesondere in einem unbetätigten Zustand des Kontaktschalters und/oder in einem von der Spannungsversorgung getrennten Zustand der Schaltungseinrichtung geschlossen ist und bei Betätigung öffnet und daher auch als „Öffner“ bezeichnet werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Sensorelektrode insbesondere derart ausgebildet und relativ zum Kontaktschalter angeordnet, insbesondere derart relativ zu wenigstens einem Kontaktelement des Kontaktschalters, dass durch eine Änderung des Abstands der beiden Kontaktelemente relativ zueinander eine Änderung der Sensorkapazität bewirkbar ist. Hierdurch lässt sich auf besonders einfache Art und Weise mithilfe einer elektrisch leitfähigen Sensorelektrode eine Ermittlung des Schaltzustands des Kontaktschalters realisieren.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Schaltungsanordnung, insbesondere die Steuerungs-,
Mess- und Auswerteeinrichtung, dazu ausgebildet ist, kapazitiv einen Abstand zwischen den beiden Kontaktelementen zu erfassen und anhand des Abstands der Kontaktelemente zueinander einen Schaltzustand des Kontaktschalters (geöffnet oder geschlossen) zu bestimmen.
Ist der Kontaktschalter derart ausgebildet, dass eines der Kontaktelemente beweglich angeordnet ist, und eines ortsfest, bildet die Sensorelektrode dabei vorzugsweise die Sensorkapazität mit dem beweglichen Kontaktelement aus, wobei insbesondere die Änderungen dieser Sensorkapazität erfasst und für die Ermittlung des Schaltzustandes des Kontaktschalters ausgewertet werden können und der Schaltzustand des Kontaktelementes besonders bevorzugt in Abhängigkeit von dieser ausgewertet werden kann. Hierdurch lässt sich der Schaltzustand besonders einfach und vorteilhaft erkennen.
Die Sensorelektrode kann aber auch jeweils mit beiden Kontaktelementen eine Sensorkapazität ausbilden, wobei insbesondere die Änderungen beider Sensorkapazitäten erfasst und für die Ermittlung des Schaltzustandes ausgewertet und herangezogen werden können.
In einer möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Sensorelektrode separat zum ersten Kontaktelement sowie separat zum zweiten Kontaktelement ausgebildet, wobei die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung vorzugsweise ferner einen Sensorelektroden-Anschluss aufweist, über welchen die Sensorelektrode mittels einer Sensorelektroden- Anschlussleitung mit dem Sensorelektroden-Anschluss der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden oder verbindbar ist. Hierdurch lässt sich die Sensorelektrode besonders einfach in die Schaltungsanordnung integrieren. Insbesondere lässt sich auf diese Weise besonders einfach eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung basierend auf einer Schaltungsanordnung mit einem elektrischen Kontaktschalter aufbauen bzw. um die Sensorelektrode erweitern.
In einer alternativen, möglichen, aber ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die wenigstens eine Sensorelektrode nicht separat zu den Kontaktelementen des Kontaktschalters ausgebildet, sondern durch das erste Kontaktelement oder das zweite Kontaktelement gebildet.
Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass für die elektrische Anbindung der Sensorelektrode an die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung kein zusätzlicher Anschluss erforderlich ist. Insbesondere bei einer begrenzten Anzahl von verfügbaren Anschlüssen bzw. geeigneten Anschlüssen ist dies von Vorteil. Ferner erfordert eine derartige Schaltungsanordnung weniger Bauteile sowie weniger Lötverbindungen bzw. elektrische Kontaktierungen. Ebenfalls kann der Platz für die Sensorelektrode eingespart bzw. anderweitig genutzt werden. Somit lässt sich eine einfacher aufgebaute und kostengünstigere Schaltungsanordnung bereitstellen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer Weiterbildung der zuvor beschriebenen Ausgestaltung ist das andere Kontaktelement des Kontaktschalters ebenfalls als elektrisch leitfähige Sensorelektrode ausgebildet und bildet mit dem (ersten) als Sensorelektrode ausgebildeten Kontaktelement nicht nur die Kontaktelemente des Kontaktschalters, sondern außerdem auch ein kapazitives Sensorelement, insbesondere einen kapazitiven Sensor.
In einer bevorzugten Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Schaltungsanordnung daher ferner eine zweite elektrisch leitfähige Sensorelektrode auf, wobei die erste Sensorelektrode insbesondere durch das erste Kontaktelement gebildet ist und die zweite Sensorelektrode vorzugsweise durch das zweite Kontaktelement.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer Weiterbildung, weist die Schaltungsanordnung ferner insbesondere wenigstens einen elektrischen Widerstand auf, vorzugsweise wenigstens einen ohmschen Widerstand, wobei wenigstens ein elektrischer Widerstand vorzugsweise entlang einer Anschlussleitung angeordnet ist, d.h. insbesondere entlang der Anschlussleitung in Reihe geschaltet oder schaltbar ist.
Dadurch kann eine besonders einfache und vorteilhafte Anordnung der einzelnen Komponenten der Schaltungsanordnung erreicht werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Schaltungsanordnung insbesondere wenigstens einen ersten elektrischen Widerstand und einen zweiten elektrischen Widerstand auf, die besonders bevorzugt jeweils als ohmsche Widerstände ausgebildet sind, wobei der erste elektrische Widerstand vorzugsweise entlang der ersten Anschlussleitung angeordnet ist, insbesondere derart, dass das erste Kontaktelement über die erste Anschlussleitung und den ersten (in Reihe geschalteten) elektrischen Widerstand mit dem ersten Anschluss der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und wobei der zweite elektrische Widerstand insbesondere entlang der zweiten Anschlussleitung angeordnet ist, vorzugsweise derart, dass das zweite Kontaktelement über die zweite Anschlussleitung und den zweiten (in Reihe geschalteten) elektrischen Widerstand mit dem zweiten Anschluss der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
Mittels eines derartigen, in Reihe geschalteten elektrischen Widerstandes zwischen dem Kontaktelement und dem Anschluss entlang der jeweils zugehörigen Anschlussleitung lässt sich auf einfache Art und Weise die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung schützen, insbesondere vor einem zu hohen Eingangsstrom bzw. einer zu hohen Eingangsspannung am zugehörigen Anschlusskontakt. Hierdurch können in vielen Fällen auf einfache Art und Weise bei einem Fehler in der Schaltungsanordnung bzw. bei einem Defekt der Schaltungsanordnung, unerwünschte, beim Betrieb der Schaltungsanordnung möglicherweise entstehende Zustände, wie beispielsweise ein zu hoher Stromfluss infolge eines Kurzschlusses oder dergleichen abgefangen werden, ohne dass die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung beschädigt wird. Dadurch kann Funktionssicherheit und das Ausfallrisiko der Schaltungsanordnung auf einfache Art und Weise erheblich verbessert werden.
Der erste elektrische Widerstand und der zweite elektrische Widerstand können dabei einen gleichen Nennwiderstand aufweisen oder jeweils unterschiedliche Nennwiderstände haben. Die Verwendung von elektrischen, insbesondere ohmschen Widerständen mit gleichen Nennwiderständen hat den Vorteil, dass weniger Bauteilvarianten zur Bereitstellung bzw. Fierstellung einer vorteilhaften, erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erforderlich sind.
Die Verwendung von elektrischen, insbesondere ohmschen Widerständen mit unterschiedlichen Nennwiderständen hat hingegen den Vorteil, dass auf diese Weise die sich einstellenden, resultierenden Spannungen an den zugehörigen Anschlüssen jeweils gezielt unterschiedlich beeinflusst werden können, was gezielt zur Auswertung verwendet werden kann, wodurch sich weitere, insbesondere zusätzliche und vorteilhafte Diagnosemöglichkeiten ergeben.
In einer weiteren, insbesondere vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer Weiterbildung, ist insbesondere wenigstens einer der Anschlüsse, insbesondere wenigstens der erste Anschluss und/oder der zweite Anschlusskontakt, als schaltbarer Anschluss bzw. als schaltbarer Anschlusspin ausgebildet und eingerichtet, insbesondere als sogenannter Multifunktionspin oder sogenannter GPIO-Anschlusskontakt, welcher insbesondere und je nach Schaltzustand wahlweise als Eingangs- oder Ausgangs-Anschluss betreibbar ist und je nach Schaltzustand wahlweise mit verschiedenen Funktionen bzw. Signalen belegbar ist.
Um den (um)schaltbaren Anschluss jeweils wahlweise mit der gewünschten Funktion bzw. einem entsprechenden Signal zu belegen, ist die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung vorzugsweise entsprechend ausgebildet und eingerichtet, wobei die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung dazu ferner insbesondere wenigstens einen (um)schaltbaren Pin aufweist, der mit dem schaltbaren Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist. Der wenigstens eine schaltbare Pin ist dabei insbesondere wenigstens zwischen einem Betrieb als Eingangs-Pin und einem Betrieb als Ausgangs-Pin umschaltbar und besonders bevorzugt dazu ausgebildet und eingerichtet, je nach Schaltzustand entweder eine Spannung auszugeben, insbesondere eine definierte Spannung, eine Spannung zu erfassen, den jeweiligen, zugehörigen Anschluss auf ein Potenzial zu legen, insbesondere auf ein definiertes Potenzial, oder den zugehörigen Anschluss hochohmig zu schalten.
Der wenigstens eine schaltbare Pin kann dabei insbesondere Teil eines (um)schaltbaren Ports sein, welcher mehrere Pins umfasst, insbesondere mehrere (um)schaltbare Pins. Insbesondere kann der wenigstens eine schaltbare Pin dabei Teil eines (um)schaltbaren Eingangs-Ports und/oder eines (um)schaltbaren Ausgangs-Ports und/oder besonders bevorzugt Teil einen GPIO-Ports sein.
Unter einem sogenannten „GPIO-Anschluss“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein sogenannter „General Purpose Input Output“-Anschluss verstanden, der wahlweise je nach Schaltzustand mit verschiedenen Funktionen bzw. Signalen belegbar ist, wobei die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung dazu vorzugsweise wenigstens einen Eingangs- und/oder Ausgangs-Pin aufweist, insbesondere einen schaltbaren Eingangs- und/oder Ausgangs-Pin, welchem der GPIO-Anschluss insbesondere entsprechend zugeordnet ist, wobei wenigstens ein Eingangs- und/oder Ausgangs-Pin vorzugsweise dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine, insbesondere definierte, Spannung auszugeben, eine Spannung zu erfassen, einen jeweiligen, zugehörigen Anschluss auf ein, insbesondere definiertes, Potenzial zu legen und/oder den jeweiligen Anschluss hochohmig oder niederohmig zu schalten.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind der erste Anschluss und der zweite Anschluss jeweils als schaltbarer Anschluss ausgebildet und eingerichtet, insbesondere als schaltbare Anschlusspins bzw. jeweils als Multifunktionspins, insbesondere jeweils als sogenannter GPIO-Anschluss, und vorzugsweise jeweils wahlweise und je nach Schaltzustand als Eingangs- oder Ausgangs-Anschluss betreibbar und je nach Schaltzustand wahlweise mit verschiedenen Funktionen bzw. Signalen belegbar.
Dazu kann die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung insbesondere wenigstens einen ersten umschaltbaren Port aufweisen, der mit dem ersten umschaltbaren Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und einen zweiten umschaltbaren Port, der insbesondere mit dem zweiten schaltbaren Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist, wobei der erste Port und der zweite Port dabei besonders bevorzugt jeweils zwischen einem Betrieb als Eingangs-Port und einem Betrieb als Ausgangs-Port umschaltbar sind und insbesondere dazu ausgebildet und eingerichtet sind, je nach Schaltzustand entweder eine Spannung auszugeben, insbesondere eine definierte Spannung, eine Spannung zu erfassen, den jeweiligen zugehörigen Anschluss auf ein Potenzial zulegen, insbesondere auf ein definiertes Potenzial, bzw. an den jeweiligen Anschluss ein Potenzial anzulegen, insbesondere ein definiertes Potenzial, oder den zugehörigen Anschluss hochohmig oder niederohmig zu schalten.
Eine derartige Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung ermöglicht eine umfangreiche Diagnosefunktionalität eines Kontaktschalters mit nur wenigen Anschlüssen bzw. Anschlusspins, insbesondere bei zwei Kontaktelementen mit nur zwei Anschlüssen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Schaltungsanordnung ferner wenigstens eine Referenzkapazität und wenigstens einen Pull-Widerstand auf, wobei die Referenzkapazität insbesondere zum einen zwischen einem Anschluss der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung und einem elektrischen Widerstand mit einer Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und zum anderen vorzugsweise mit einem Basispotenzial, insbesondere mit einem Massepotenzial (GND) elektrisch verbunden oder verbindbar ist. Der Pull-Widerstand ist vorzugsweise zum einen zwischen einem Kontaktelement und einem elektrischen Widerstand, insbesondere dem vorgenannten Widerstand, mit einer Anschlussleitung, insbesondere mit einer zugehörigen Anschlussleitung, elektrisch verbunden oder verbindbar ist und zum anderen mit einem ersten Referenzpotenzial oder einem Basispotenzial elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
Hierdurch lässt sich mit wenigen Bauteilen, vor allem über nur eine Anschlussleitung und/oder nur einen zugehörigen Anschlusskontakt, insbesondere in vielen Fällen mit den bereits vorhandenen Bauteilen, insbesondere wenn der Kontaktschalter mit wenigstens einer kapazitiven Sensorelektrode kombiniert wird oder Teil einer kapazitiven Sensorvorrichtung ist oder einen Teil eines kapazitiven Sensors bildet, auf einfache Art und Weise ein definiertes Potenzial an das jeweilige, zugehörige Kontaktelement und/oder die zugehörige Anschlussleitung anlegen.
Unter dem Begriff „Referenzkapazität“ wird im Sinne der Erfindung eine definiert aufladbare Kapazität bekannter Größe verstanden. Eine Referenzkapazität kann beispielsweise durch einen Kondensator bekannter Kapazität gebildet sein. Ein „Pull-Widerstand“ im Sinne der Erfindung ist ein Widerstand, mittels dem eine Spannung bzw. ein Potenzial auf einen definierten Wert „gezogen“ werden kann. „Pull- Widerstände“, insbesondere sogenannte Pull-Up- und Pull-Down-Widerstände, sind aus dem Stand der Technik, auf welchen diesbezüglich für weitere Ausführungen hiermit verwiesen wird, grundsätzlich bekannt.
Unter dem Begriff „Referenzpotential“ wird im Sinne der Erfindung ein definiertes elektrisches Potential verstanden, welches insbesondere verwendet wird, um eine Referenzkapazität definiert aufzuladen, insbesondere bis auf das Referenzpotenzial bzw. eine zugehörige Referenzspannung. Das Referenzpotenzial kann beispielsweise dem Versorgungspotenzial der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung, insbesondere der Versorgungsspannung Vcc oder Vdd eines zugehörigen Mikrokontrollers entsprechen, beispielsweise +5V oder +3,3V, insbesondere je nach Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung bzw. je nach zugehörigem Mikrokontroller.
Unter dem Begriff „Basispotential“ wird im Sinne der Erfindung ein definiertes elektrisches Potential verstanden, welches insbesondere verwendet wird, um eine Referenzkapazität definiert zu entladen, insbesondere bis auf das Basispotenzial bzw. eine zugehörige Basisspannung herunter. Das Basispotenzial kann insbesondere ein Massepotential sein, beispielsweise ein Potenzial von +0V, d.h. GND.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer Weiterbildung, weist die Schaltungsanordnung insbesondere eine erste Referenzkapazität und einen ersten Pull- Widerstand auf. Die erste Referenzkapazität ist dabei vorzugsweise zum einen zwischen dem ersten Anschluss der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung und dem ersten elektrischen Widerstand mit der ersten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar und zum anderen mit einem Basispotenzial elektrisch verbunden oder verbindbar. Der erste Pull-Widerstand ist dabei vorzugsweise zum einen zwischen dem ersten Kontaktelement und dem ersten elektrischen Widerstand mit der ersten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar und zum anderen mit einem ersten Referenzpotenzial oder einem Basispotenzial elektrisch verbunden oder verbindbar.
In noch weiter bevorzugten vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer Weiterbildung, weist die Schaltungsanordnung besonders bevorzugt ferner eine zweite Referenzkapazität und einen zweiten Pull-Widerstand auf. Die zweite Referenzkapazität ist dabei vorzugsweise zum einen zwischen dem zweiten Anschluss der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung und dem zweiten elektrischen Widerstand mit der zweiten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar und zum anderen mit einem Basispotenzial elektrisch verbunden oder verbindbar. Der zweite Pull-Widerstand ist dabei vorzugsweise zum einen zwischen dem zweiten Kontaktelement und dem zweiten elektrischen Widerstand mit der zweiten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar und zum anderen mit einem zweiten Referenzpotenzial oder einem Basispotenzial elektrisch verbunden oder verbindbar.
In einer Weiterbildung, insbesondere in einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist vorzugsweise wenigstens ein Pull- Widerstand, insbesondere der erste Pull-Widerstand und/oder der zweite Pull-Widerstand, ein Pull-Down-Widerstand und insbesondere mit einem Basispotenzial, insbesondere einem Massepotenzial von ca. ±0V=GND, elektrisch verbunden oder verbindbar.
Hierdurch lässt sich mit wenigen Bauteilen auf einfache Art und Weise eine zugehörige Referenzkapazität zunächst entladen, insbesondere nahezu vollständig entladen, und anschließend durch definiertes Aufladen der Referenzkapazität ein definiertes Potenzial an das zugehörige Kontaktelement und/oder die zugehörige Anschlussleitung anlegen.
In einer alternativen, aber ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung kann wenigstens ein Pull- Widerstand, insbesondere der erste Pull-Widerstand, und/oder der zweite Pull- Widerstand, auch ein Pull-Up-Widerstand sein und insbesondere mit einem Referenzpotenzial elektrisch verbunden oder verbindbar sein, wobei das Referenzpotenzial insbesondere eine Versorgungsspannung der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung sein kann, insbesondere die Versorgungsspannung eines zugehörigen Mikrokontrollers (pC) der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung, beispielsweise eine Versorgungsspannung Vcc oder Vdd von +5V oder von +3,3V oder dergleichen, je nach verwendetem Mikrokontroller.
Hierdurch lässt sich mit wenigen Bauteilen auf einfache Art und Weise eine zugehörige Referenzkapazität zunächst auf ein definiertes Potenzial aufladen und anschließend mithilfe der definiert aufgeladenen Referenzkapazität ein definiertes Potenzial an das zugehörige Kontaktelement und/oder die zugehörige Anschlussleitung anlegen.
Alternativ oder zusätzlich kann eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer vorteilhaften Ausgestaltung auch derart ausgebildet sein, dass wenigstens ein Pull- Widerstand mithilfe eines entsprechenden Schalters wahlweise mit einem Referenzpotenzial, beispielsweise einer Versorgungsspannung eines zugehörigen Mikrokontrollers, oder mit einem Basispotenzial, beispielsweise einem Massepotenzial von +0V (GND) elektrisch verbunden werden kann, beispielsweise in einem ersten Schaltzustand eines zugehörigen Schalters mit einem Referenzpotenzial, welches der Versorgungsspannung eines Mikrokontrollers der zugehörigen Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung entspricht, und in einem zweiten Schaltzustand des zugehörigen Schalters mit dem Basispotenzial des Mikrokontrollers, welches vorzugsweise +0V (GND) ist.
Hierdurch kann der Pull-Widerstand auf einfache Art und Weise wahlweise entweder als Pull-Up-Widerstand oder als Pull-Down-Widerstand betrieben werden, wodurch die Flexibilität der Schaltungsanordnung, insbesondere die damit verbundenen bzw. daraus resultierenden Auswertungsmöglichkeiten im Rahmen der Diagnose, auf einfache Art und Weise vorteilhaft erweitert werden können.
In einer alternativen, aber ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer alternativen Ausgestaltung zu einer Schaltungsanordnung mit wenigstens einer Referenzkapazität sowie einem zugehörigen Pull-Widerstand, kann eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, insbesondere die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung, ferner auch wenigstens einen weiteren elektrischen Anschluss aufweisen, der insbesondere über eine weitere Anschlussleitung mit dem ersten Kontaktelement und/oder der ersten Anschlussleitung oder dem zweiten elektrischen Kontaktelement und/oder der zweiten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar ist. Besonders bevorzugt ist der weitere Anschluss und/oder die weitere Anschlussleitung dabei über einen entsprechenden Anschlussknoten am oder zwischen dem zugehörigen Kontaktelement und einem zugehörigen elektrischen Widerstand, besonders bevorzugt über einen zugehörigen weiteren elektrischen Widerstand, der entlang der zugehörigen weiteren Anschlussleitung in Reihe geschaltet ist, mit dem zugehörigen elektrischen Kontaktelement und/oder der zugehörigen Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar.
Mittels eines derartigen, weiteren Anschlusses, insbesondere in Verbindung mit einer weiteren Anschlussleitung, lässt sich das Anlegen des definierten Potenzials, das Erfassen der sich einstellenden resultierenden Spannung sowie das Auswerten der Spannung erheblich vereinfachen und damit auch die Durchführung einer Diagnose. Insbesondere ermöglicht eine wie vorbeschrieben ausgebildete und eingerichtete Schaltungsanordnung mit wenigstens einem weiteren Anschluss und/oder wenigstens einer weiteren Anschlussleitung insbesondere eine Diagnose, welche unabhängig vom Lade- bzw. Entladeverhalten einer Referenzkapazität über der Zeit ist bzw. unabhängig davon durchgeführt werden kann. Insbesondere ist es bei einer solchen Schaltungsanordnung auch für eine zuverlässige Auswertung nicht mehr zwingend erforderlich, die sich jeweils einstellenden, resultierenden Spannung über der Zeit zu erfassen, d.h. als Spannungsverlauf, wie es hingegen in der Regel erforderlich ist, wenn das jeweilige definierte Potenzial mithilfe einer Referenzkapazität durch definiertes Entladen oder definiertes Aufladen der Referenzkapazität angelegt wird und die sich jeweils während des Ladens bzw. Entladens einstellende (sich dabei über der Zeit verändernde) Spannung erfasst wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Schaltungsanordnung insbesondere einen dritten elektrischen Anschluss auf, der insbesondere über eine dritte Anschlussleitung mit dem ersten Kontaktelement und/oder der ersten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und besonders bevorzugt ferner einen vierten elektrischen Anschlusskontakt, der insbesondere über eine vierte Anschlussleitung mit dem zweiten Kontaktelement und/oder der zweiten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
Besonders bevorzugt ist der dritte Anschluss dabei insbesondere über einen Anschlussknoten am oder zwischen dem ersten Kontaktelement und dem ersten elektrischen Widerstand, besonders bevorzugt über einen dritten Widerstand, der entlang der dritten Anschlussleitung in Reihe geschaltet ist mit dem ersten Kontaktelement und/oder der ersten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar und der vierte Anschluss insbesondere über einen Anschlussknoten am oder zwischen dem zweiten Kontaktelement und dem zweiten elektrischen Widerstand, besonders bevorzugt über einen vierten Widerstand, der entlang der vierten Anschlussleitung in Reihe geschaltet ist.
Eine derartige Anordnung ermöglicht es, beispielsweise gleichzeitig, den ersten Anschluss und/oder den zweiten Anschluss als Eingang zu betreiben oder (dauerhaft) als Eingang auszubilden und den dritten Anschluss und/oder den vierten Anschluss gleichzeitig als Ausgang zu betreiben oder (dauerhaft) als Ausgang auszubilden, während hingegen bei nur insgesamt zwei vorhandenen Anschlüssen, d.h. wenn nur ein erster Anschluss und ein zweiter Anschluss vorhanden sind, für das Durchführen einer Diagnose zwischen einem Ausgangsbetrieb und einem Eingangsbetrieb an den jeweiligen Anschlüssen umgeschaltet werden muss.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer Weiterbildung einer Schaltungsanordnung mit wenigstens einem weiteren elektrischen Anschluss und einer weiteren Anschlussleitung weist die Schaltungsanordnung, insbesondere die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung, vorzugsweise wenigstens einen zumindest teilweise als Eingang betreibbaren oder (dauerhaft) als Eingang ausgebildeten und eingerichteten Eingangs-Pin auf, der mit dem ersten elektrischen Anschluss oder dem zweiten elektrischen Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist und wenigstens einen zumindest zeitweise als Ausgang betreibbaren oder (dauerhaft) als Ausgang ausgebildeten und eingerichteten ersten Ausgangs-Pin, der mit wenigstens einem weiteren elektrischen Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
Der wenigstens eine Eingang ist dabei insbesondere als analoger Eingang ausgebildet. Grundsätzlich ist auch ein digitaler Eingang möglich. Dies ist jedoch für das Erfassen einer Spannung über diesen Eingang nicht so vorteilhaft wie ein analoger Eingang, an welchen insbesondere ein Analog-Digital-Wandler-Kanal und/oder eine Analog-Digital- Wandler-Einheit angeschlossen sein kann, welche insbesondere wenigstens einen Analog-Digital-Wandler-Kanal umfassen kann.
Der wenigstens eine Ausgang ist hingegen vorzugsweise als digitaler Ausgang ausgebildet. Hiermit lässt sich sehr einfach das Anlegen eines definierten Potenzials realisieren.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Schaltungsanordnung, insbesondere die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung, besonders bevorzugt wenigstens einen zumindest zeitweise als Eingang betreibbaren oder (dauerhaft) als Eingang ausgebildeten und eingerichteten ersten Eingangs-Pin auf, der mit dem ersten elektrischen Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist, einen zumindest zeitweise als Eingang betreibbaren oder als Eingang ausgebildeten und eingerichteten zweiten Eingangs-Pin, der mit dem zweiten elektrischen Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist, sowie einen zumindest zeitweise als Ausgang betreibbaren oder als Ausgang ausgebildeten und eingerichteten ersten Ausgangs-Pin, der mit dem dritten elektrischen Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist, sowie einen zumindest zeitweise als Ausgang betreibbaren oder als Ausgang ausgebildeten und eingerichteten zweiten Ausgangs-Pin, der mit dem vierten elektrischen Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
Dies ermöglicht eine besonders einfach durchzuführende Diagnose. Insbesondere ein besonders einfaches Anlegen der definierten Potenziale, ein besonders einfaches Erfassen der sich einstellenden, resultierenden ersten und zweiten Spannung, ein besonderes einfaches Auswerten der erfassten Spannungen und ein besonderes einfaches Bestimmen eines Funktionszustands der Schaltungsanordnung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Schaltungsanordnung, insbesondere die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung, ferner außerdem einen fünften elektrischen Anschluss auf, der insbesondere über eine fünfte Anschlussleitung mit dem ersten Kontaktelement und/oder der ersten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und vorzugsweise ferner einen sechsten elektrischen Anschlusskontakt, der insbesondere über eine sechste Anschlussleitung mit dem zweiten Kontaktelement und/oder der zweiten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar ist. Besonders bevorzugt ist der fünfte Anschluss dabei über einen Anschlussknoten zwischen dem ersten Kontaktelement und dem ersten elektrischen Widerstand, besonders bevorzugt über einen fünften Widerstand, der entlang der fünften Anschlussleitung in Reihe geschaltet ist, mit dem ersten Kontaktelement und/oder der ersten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar. Der sechste Anschluss ist besonders bevorzugt über einen Anschlussknoten zwischen dem zweiten Kontaktelement und dem zweiten elektrischen Widerstand, besonders bevorzugt über einen sechsten Widerstand, der entlang der sechsten Anschlussleitung in Reihe geschaltet ist, mit dem zweiten Kontaktelement und/oder der zweiten Anschlussleitung elektrisch verbunden oder verbindbar. Hierdurch können die Diagnosemöglichkeiten auf einfache Art und Weise vorteilhaft erweitert werden.
In diesem Fall, d.h. insbesondere in einer Weiterbildung, weist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besonders bevorzugt ferner außerdem wenigstens einen weiteren zumindest zeitweise als Ausgang betreibbaren oder (dauerhaft) als Ausgang ausgebildeten und eingerichteten dritten Ausgangs-Pin auf, der insbesondere mit dem fünften elektrischen Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist, sowie bevorzugt ferner einen zumindest zeitweise als Ausgang betreibbaren oder (dauerhaft) als Ausgang ausgebildeten und eingerichteten vierten Ausgangs-Pin, der mit dem sechsten elektrischen Anschluss elektrisch verbunden oder verbindbar ist. Hierdurch können die Diagnosemöglichkeiten auf einfache Art und Weise besonders vorteilhaft erweitert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, weist die Schaltungsanordnung, insbesondere die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung, vorzugsweise einen mit dem ersten Anschluss und/oder dem ersten Eingangs-Pin elektrisch verbindbaren oder verbundenen ersten Analog- Digital-Wandler-Kanal und/oder eine erste mit dem ersten Anschluss und/oder dem ersten Eingangs-Pin elektrisch verbindbare oder verbundene Analog-Digital-Wandler-Einheit auf, insbesondere zum Erfassen einer sich an der am ersten Kontaktelement und/oder an der ersten Anschlussleitung und/oder am ersten Anschluss einstellenden, resultierenden Spannung, und besonders bevorzugt ferner außerdem einen mit dem zweiten Anschluss und/oder dem zweiten Eingangs-Pin elektrisch verbindbaren oder verbundenen zweiten Analog-Digital-Wandler-Kanal und/oder eine zweite mit dem zweiten Anschluss und/oder dem zweiten Eingangs-Pin elektrisch verbindbare oder verbundene Analog-Digital- Wandler-Einheit, der insbesondere zum Erfassen einer sich am zweiten Kontaktelement und/oder in der zweiten Anschlussleitung und/oder am zweiten Anschluss einstellenden, resultierenden zweiten Spannung ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich auf sehr einfache und vorteilhafte Weise eine sich jeweils einstellende, resultierende Spannung bzw. ein entsprechender, sich jeweils einstellender, resultierender Spannungsverlauf erfassen.
Statt einer Analog-Digital-Wandler-Einheit zum Erfassen der sich einstellenden, resultierenden Spannung an einem der Kontaktelemente bzw. der zugehörigen Anschlussleitung bzw. im/am zugehörigen Anschluss kann alternativ oder zusätzlich der Anschluss auch mit einem sogenannten Komparatoreingang elektrisch verbunden oder verbindbar sein, wobei unter einem Komparatoreingang im Sinne der vorliegenden Erfindung dabei ein Eingang verstanden wird, welcher insbesondere nach dem Vergleichsprinzip funktioniert. Dabei wird unterschieden, ob die anliegende Spannung an diesem Eingang oberhalb oder unterhalb einer definierten Spannungsschwelle bzw. oberhalb oder unterhalb eines definierten Spannungswertes liegt, wobei das Ergebnis des Vergleichs in der Regel als digitaler Wert (insbesondere 0 (unterhalb Schwelle) oder 1 (oberhalb Schwelle) ausgegeben wird. Der Komparatoreingang kann dabei insbesondere einen variabel anpassbaren Schwellwert ermöglichen, insbesondere einen durch die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung vorgebbaren Schwellwert, mit welchem die am jeweiligen Anschluss anliegende Spannung zu vergleichen ist, wobei der Schwellwert vorzugsweise intern, d.h. innerhalb der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung, insbesondere mithilfe von Software adaptierbar bzw. anpassbar ist. Hierdurch lässt sich insbesondere die Auswertung bzw. das Bestimmen des Funktionszustandes vereinfachen bzw. insbesondere vielmehr bereits durch den Komparatoreingang erledigen. Wird ein bedatbarer bzw. anpassbarer Komparatoreingang verwendet, d.h. ein Komparatoreingang mit anpassbarem bzw. applizierbarem Schwellwert, lässt sich eine besonders hohe Flexibilität und Adaptierbarkeit der Schaltungsanordnung an den jeweiligen Anwendungsfall erreichen.
Eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung für eine Bedieneingabevorrichtung weist eine Schaltungsanordnung mit einem kapazitiven Sensor mit wenigstens einer elektrisch leitfä higen Sensorelektrode und wenigstens einem Kontaktschalter auf und ist dadurch ge kennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung erfindungsgemäß ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich eine besonders vorteilhafte Sensorvorrichtung bereitstellen, insbesondere eine Sensorvorrichtung mit einer guten Diagnosefähigkeit. Infolgedessen wiederum kann eine hohe Funktionssicherheit der Sensorvorrichtung erreicht werden.
Eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung kann insbesondere für eine Bedieneingabe vorrichtung ausgebildet sein, wie sie in der eingangs bereits mehrfach erwähnten DE 102020108704.7 beschrieben ist, und insbesondere beispielsweise einen Kontaktschalter aufweisen, der derart ausgebildet ist, dass in einem bedienkraftfreien Zustand eine elektri sche Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Kontaktelement und dem zweiten elektrischen Kontaktelement getrennt ist und durch Aufbringen einer Bedienkraft in Betäti gungsrichtung, die größer als eine definierte Kontaktschließkraft ist, eine elektrische Ver bindung zwischen dem ersten elektrischen Kontaktelement und dem zweiten elektrischen Kontaktelement hergestellt werden kann, wobei durch Aufbringen einer Bedienkraft insbe sondere eine Änderung der Sensorkapazität bewirkbar ist, wobei die Sensorvorrichtung insbesondere dazu ausgebildet ist, eine Änderung der Sensorkapazität zu erfassen und in Abhängigkeit von dieser einen Schaltzustand des Kontaktschalters zu ermitteln, sowie be sonders bevorzugt ferner eine auf die Bedieneingabe aufgebrachte Bedienkraft.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Diagnose einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und/oder Sensorvorrichtung ist gekennzeichnet durch die Schritte: a) Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und/oder einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung, b) Ermitteln eines Schaltzustands des Kontaktschalters der Schaltungsanordnung mithilfe der wenigstens einen elektrisch leitfähigen Sensorelektrode, c) Anlegen eines ersten definierten Potenzials an das erste Kontaktelement und/oder die erste Anschlussleitung, insbesondere in Abhängigkeit vom ermittelten Schaltzustand des Kontaktschalters, und gleichzeitig d) Anlegen eines zweiten definierten Potenzials an das zweite Kontaktelement und/oder die zweite Anschlussleitung, insbesondere in Abhängigkeit vom ermittelten Schaltzustand des Kontaktschalters, und zumindest zeitweise, während die Schritte c) und d) durchgeführt werden: e) Erfassen einer sich am ersten Kontaktelement und/oder einer sich in der ersten Anschlussleitung und/oder einer sich am ersten Anschluss einstellenden, resultierenden ersten Spannung und/oder einer sich am zweiten Kontaktelement und/oder einer sich in der zweiten Anschlussleitung und/oder einer sich am zweiten Anschluss einstellenden, resultierenden zweiten Spannung, f) Auswerten wenigstens einer erfassten Spannung, und g) Bestimmen eines Funktionszustands der Schaltungsanordnung, insbesondere eines Funktionszustands der Schaltungsanordnung und/oder des Kontaktschalters, in Abhängigkeit von dem mithilfe der Sensorelektrode erfassten Schaltzustand des Kontaktschalters und in Abhängigkeit von wenigstens einer erfassten und ausgewerteten Spannung.
Durch das Bestimmen des Funktionszustands der Schaltungsanordnung in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Kontaktschalters kann die Diagnosefähigkeit der Schaltungsan ordnung erheblich verbessert werden. Insbesondere lassen sich auf diese Weise Fehler zustände der Schaltungsanordnung eindeutig erkennen, die ohne Ermittlung des Schalt zustands des Kontaktschalters nicht eindeutig als Fehlerzustand erkennbar sind. Bei spielsweise kann auf diese Weise ein Kurzschluss im Kontaktschalter von einem ge schlossenen Kontaktschalter unterschieden werden. Hierdurch kann die funktionale Si cherheit der Schaltungsanordnung deutlich erhöht werden. Beispielsweise kann auf diese Weise bei einem geöffneten Kontaktschalter ein Kurzschluss innerhalb des Kontaktschal ters erkannt werden, welcher sich ohne Kenntnis des Schaltzustands nicht eindeutig er kennen ließe.
Das Ermitteln des Schaltzustands des Kontaktschalters erfolgt dabei vorzugweise kapazi tiv auf aus dem Stand der Technik bekannte, übliche Art und Weise, wobei dazu Vorzugs- weise eine Änderung der sich zwischen der wenigstens einen Sensorelektrode und we nigstens einem der Kontaktelemente ausbildenden Sensorkapazität erfasst und ausge wertet wird, insbesondere eine aus einer Änderung des Abstands der beiden Kontaktele mente des Kontaktschalters resultierende Änderung der Sensorkapazität.
Die Änderung der Sensorkapazität kann beispielsweise mithilfe eines der bekannten, so genannten CVD-Verfahrens (Capacitive-Voltage-Divider-Verfahrens) erfasst werden, wie es beispielsweise in „AN1478 - mTouch™ Sensing Solution Acquisition Methods Capaci- tive Voltage Divider“ der Firma Microchip beschrieben ist, zum Anmeldezeitpunkt der vor liegenden Anmeldung abrufbar unter http://ww1.microchip.com/downloads/en/Appnotes/01478B.pdf.
Eine besonders effiziente und vorteilhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfah rens ergibt sich dabei, wenn der Schaltzustand des Kontaktschalters mithilfe der Sensor elektrode ermittelt wird, bevor das Anlegen eines Potenzials in einem der Schritte c) und/oder d) erfolgt. Dies ermöglicht es, das Potenzial gezielt abgestimmt auf den jeweils erkannten Schaltzustand des Kontaktschalters anzulegen bzw. gezielt nur diejenigen Di agnoseschritte bzw. -messungen durchzuführen, welche in dem jeweiligen aktuellen Schaltzustand des Kontaktschalters eine eindeutige Bestimmung des Funktionszustands ermöglichen.
Hierdurch kann die Diagnose sehr effizient und zielgerichtet durchgeführt werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn nur kurze Zeiträume, d.h. kurze Zeitslots, zur Durchfüh rung einer Diagnose zur Verfügung stehen.
Grundsätzlich ist es aber auch möglich, den Schaltzustand des Kontaktschalters erst un mittelbar vor der Bestimmung des Funktionszustands zu bestimmen. Für eine zuverläs sige Bestimmung des Funktionszustands sollte der Schaltzustand des Kontaktschalters jedoch insbesondere zeitlich während oder kurz vor oder nach dem Erfassen der Span nungen) erfolgen, um eine korrekte Auswertung und Einordnung bzw. Zuordnung der ge messenen Spannung(en) zum Schaltzustand des Kontaktschalters zu ermöglichen.
Das Anlegen eines ersten definierten Potenzials an das erste Kontaktelement und/oder an die erste Anschlussleitung kann dabei beispielsweise erfolgen, insbesondere wenn die Schaltungsanordnung eine mit der ersten Anschlussleitung elektrisch verbundene Referenzkapazität und einen zugehörigen Pull-Widerstand aufweist, indem beispielsweise die Referenzkapazität zunächst definiert aufgeladen oder definiert entladen wird, und anschließend entladen bzw. aufgeladen wird. Wird die wenigstens eine zu erfassende Spannung dabei insbesondere während des Entladens bzw. Aufladens erfasst, insbesondere ein sich dabei ergebender, resultierender Spannungsverlauf, und anschließend mit dem erwarteten Soll-Spannungsverlauf für den jeweils zugrundeliegenden, definierten Lade- bzw. Entladezustand verglichen, kann auf einen Funktionszustand der Schaltungsanordnung geschlossen werden.
Entspricht der erfasste Spannungsverlauf nicht dem erwarteten Spannungsverlauf, beispielsweise weil sich die Referenzkapazität erheblich schneller als erwartet entlädt, lässt dies auf einen fehlerhaften Funktionszustand der Schaltungsanordnung schließen. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Kurzschluss mit einem Massepotenzial oder einem Versorgungspotenzial erkannt werden oder auch ein verändertes Widerstandsverhalten einer oder mehrerer Komponenten der Schaltungsanordnung.
Bei einer anderen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, beispielsweise wenn das erste Kontaktelement und/oder das zweite Kontaktelement zusätzlich jeweils über einen weiteren Anschluss und eine weitere Anschlussleitung mit der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden oder verbindbar sind, beispielsweise über eine dritte und/oder vierte Anschlussleitung und einen dritten und/oder vierten Anschluss, kann die jeweilige, dem ersten Kontaktelement oder dem zweiten Kontaktelement zugeordnete Anschlussleitung beispielsweise an ein entsprechendes Potenzial angelegt werden, indem beispielsweise an den zugehörigen weiteren Anschluss bzw. die zugehörige weitere Anschlussleitung das entsprechende Potenzial angelegt wird, beispielsweise ein Versorgungspotenzial Vcc oder Vdd der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung, insbesondere eines zugehörigen Mikrokontrollers, oder ein Massepotenzial, insbesondere ein Potenzial von +0V, d.h. insbesondere ein Ground-Potenzial, d.h. GND. Dies kann besonders und vorteilhaft und einfach durchgeführt werden, indem der jeweilige, zugehörige weitere Anschluss als Ausgang ausgebildet oder für den Potenzialanlegungszeitraum als Ausgang geschaltet wird und insbesondere mit einem entsprechenden Pol einer jeweiligen Spannungsquelle verbunden wird.
Das Erfassen der wenigstens einen sich jeweils einstellenden, resultierenden ersten und/oder zweiten Spannung bzw. des sich jeweils einstellenden, resultierenden ersten und/oder zweiten Spannungsverlaufs erfolgt bei einer besonders bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere mittels oder mithilfe eines entsprechenden, dem jeweiligen Anschluss zugeordneten Analog-Digital-Wandlers oder dergleichen. Dieser ist dazu vorzugsweise, zumindest während des Erfassens, mit dem ersten Anschluss bzw. dem zweiten Anschluss elektrisch verbunden, wobei der erste Anschluss und/oder der zweite Anschluss dafür entweder (dauerhaft) als Eingang ausgebildet sind, d.h. insbesondere hochohmig, oder zumindest während des Erfassens jeweils als Eingang betrieben werden können, indem sie beispielsweise als GPIO- Anschlüsse ausgebildet sind und während des Erfassens bzw. zum Erfassen hochohmig geschaltet werden, insbesondere auf einen Spannungsmessbetrieb, in welchem sie beispielsweise mit dem Analog-Digital-Wandler elektrisch verbunden sind.
Das Erfassen der sich einstellenden resultierenden Spannung kann dabei grundsätzlich sowohl einmalig, d.h. durch einmaliges Abtasten, als auch mehrfach hintereinander erfolgen, d.h. durch eine kontinuierliche Messung oder mithilfe eines Analogeingangs kontinuierlich.
Insbesondere, wenn das Anlegen eines definierten Potenzials in Schritt c) und/oder d) durch ein definiertes Aufladen oder ein definiertes Entladen einer Referenzkapazität erfolgt, wird die sich einstellende resultierende Spannung besonders bevorzugt kontinuierlich erfasst, d.h. der zugehörige Spannungsverlauf wird erfasst, bzw. zumindest zeitabhängig, d.h. es wird zusätzlich die Zeit zwischen zwei Spannungsmesswerten miterfasst. Andernfalls ist aufgrund des nicht konstanten, anliegenden Potenzial keine zuverlässige Bestimmung des Funktionszustands der Schaltungsanordnung möglich ist.
Eine zumindest zeitabhängige, insbesondere kontinuierliche Spannungserfassung ist hingegen nicht erforderlich, wenn das definierte Potenzial über einen weiteren Anschluss und/oder eine weitere Anschlussleitung angelegt werden kann, da in diesem Fall auf einfache Art und Weise ein konstantes Potenzial angelegt werden kann und in einem fehlerfreien Zustand daraus eine ebenfalls konstante Spannung resultiert. Hier kann somit insbesondere bereits mit einem, insbesondere mit zwei Spannungsmesswerten, ein Funktionszustand der Schaltungsanordnung zuverlässig bestimmt werden.
Das Auswerten in Schritt f) kann insbesondere ein Vergleichen der erfassten Spannung oder des erfassten Spannungsverlaufs mit einem zugehörigen Sollwert oder einem zugehörigen Sollwertverlauf beinhalten und/oder eine Signalaufbereitung oder dergleichen umfassen und/oder eine Fehlerkorrektur und/oder eine Kompensation, beispielsweise, um ein Signalrauschen zu reduzieren und/oder entsprechende Bauteil-, Fehler- und/oder Umgebungseinflüsse oder -toleranzen oder Messtoleranzen oder dergleichen herauszurechnen und somit die Erkennungsgenauigkeit bzw. Qualität der Bestimmung eines Funktionszustandes der Schaltungsanordnung bzw. des Kontaktschalters zu verbessern. Dies kann beispielsweise mithilfe entsprechender Wertefenster, Schwellwerten, Signalfiltern, Mittelwertbildungen etc. erreicht werden. Beispielsweise lassen sich hierdurch jeweils technisch bedingte, jeweils vorhandene Filter- bzw. Buffer-Kapazitäten einzelner Komponenten herausrechnen.
Das Bestimmen des Funktionszustandes der Schaltungsanordnung kann beispielsweise einen Vergleich der am ersten Anschluss erfassten, sich einstellenden resultierenden ersten Spannung mit der sich insbesondere gleichzeitig am zweiten Anschluss einstellenden, resultierenden zweiten Spannung sowie mit den jeweils am ersten Kontaktelement bzw. in der ersten Anschlussleitung und/oder am zweiten Kontaktelement und/oder in der zweiten Anschlussleitung angelegten Potenzialen beinhalten.
Auf diese Weise kann beispielsweise ein Fehlerzustand erkannt werden, wenn (bei einem geöffneten Kontaktschalter) über einen dritten Anschluss und eine dritte Anschlussleitung das erste Kontaktelement in Schritt c) mit einem ersten Referenzpotenzial von beispielsweise +5V beaufschlagt worden ist, aber am ersten Anschluss beim Erfassen der sich einstellenden, resultierenden ersten Spannung in der ersten Anschlussleitung bzw. am ersten Anschluss in Schritt e) lediglich eine Spannung von +3,5V erfasst worden ist, statt einer erwarteten Spannung von beispielsweise +4,8V welche sich unter Berücksichtigung eines elektrischen Widerstandes in der ersten Anschlussleitung sowie eines in Reihe geschalteten elektrischen Widerstandes in der dritten Anschlussleitung hätte einstellen sollen.
Ebenso kann beispielsweise auf einen Fehlerzustand geschlossen werden, wenn der Kontaktschalter sich in einem ersten geöffneten Schaltzustand befindet, am ersten Kontaktelement in Schritt c) beispielsweise ein erstes Potenzial von beispielsweise +5V angelegt wird, gleichzeitig am zweiten Kontaktelement in Schritt d) beispielsweise ein Potenzial von ±0V angelegt wird, d.h. insbesondere GND, aber am zweiten Anschluss in Schritt e) dennoch eine sich einstellende resultierende Spannung von ca. +4,8V statt ±0V erfasst wird. Dies lässt darauf schließen, dass beispielsweise ein Kurzschluss zwischen den Kontaktelementen vorliegt oder aber das zweite Kontaktelement oder die zweite Anschlussleitung oder der zweite Anschluss anderweitig kurzgeschlossen ist oder beispielsweise mit dem Versorgungspotenzial des Mikrokontrollers elektrisch verbunden ist.
Bevorzugt wird bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere bestimmt, ob eines der Kontaktelemente mit einem Potenzial kurzgeschlossen ist, beispielsweise mit einem Versorgungspotenzial oder einem Basispotenzial, insbesondere beispielsweise mit einem Versorgungspotenzial oder mit einem Massepotenzial eines zugehörigen Mikrokontrollers. Alternativ oder zusätzlich wird bei einer besonders bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ferner ein Kontaktübergangswiderstand und/oder ein Isolationswiderstand zwischen den Kontaktelementen ermittelt bzw. bestimmt.
Dies ist mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bzw. einer erfindungsgemä ßen Sensorvorrichtung und insbesondere mit einem erfindungsgemäßen Verfahren be sonders zuverlässig möglich, da der Isolationswiderstand beispielsweise nur bei geöffne tem Kontaktschalter bestimmt werden kann, während der Kontaktübergangswiderstand hingegen nur bei geschlossenem Kontaktschalter bestimmt werden kann und durch die erfindungsgemäße Erfassung jeweils plausibilisiert bzw. bestätigt werden kann, ob der Kontaktschalter tatsächlich geöffnet oder geschlossen ist.
Das Auswerten wenigstens einer erfassten Spannung und/oder das Bestimmen eines Funktionszustands der Schaltungsanordnung kann dabei insbesondere unmittelbar nach dem Erfassen der Spannung(en) erfolgen oder aber auch mit einem gewissen zeitlichen Abstand danach, insbesondere je nach Betriebszustand des Kontaktschalters.
Besonders bevorzugt erfolgt das Bestimmen des Funktionszustands der Schaltungsanordnung, insbesondere des Kontaktschalters bzw. der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung, jedoch erst, nachdem sowohl die sich am ersten Kontaktelement und/oder in der ersten Anschlussleitung und/oder am ersten Anschluss einstellende, resultierende erste Spannung als auch die sich am zweiten Kontaktelement und/oder in der zweiten Anschlussleitung und/oder am zweiten Anschluss einstellende, resultierende zweite Spannung erfasst worden sind.
Dies ermöglicht die Berücksichtigung beider Spannungen, d.h. der ersten Spannung und der zweiten Spannung, bei der Bestimmung des Funktionszustands der Schaltungsanordnung. Somit lässt sich der Funktionszustand besser bzw. genauer ermitteln. D. h., besonders bevorzugt werden zunächst sowohl die sich am ersten Kontaktelement und/oder in der ersten Anschlussleitung und/oder sich am ersten Anschluss einstellende, resultierende erste Spannung sowie die sich am zweiten Kontaktelement und/oder sich in der zweiten Anschlussleitung und/oder sich am zweiten Anschluss einstellende, resultierende zweite Spannung erfasst und ausgewertet, und dann der Funktionszustand der Schaltungsanordnung in Schritt f) insbesondere in Abhängigkeit von der ersten Spannung und in Abhängigkeit von der zweiten Spannung bestimmt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Funktionszustand ferner anschließend ausgegeben, insbesondere in einem weiteren Schritt, beispielsweise in Form eines entsprechenden Ausgabesignals oder dergleichen, wobei im Fall eines erkannten fehlerhaften Funktionszustands der Schaltungsanordnung besonders bevorzugt, und insbesondere in Abhängigkeit von einem den Fehlerzustand charakterisierenden Ausgabesignal, wenigstens eine entsprechende Maßnahme durchgeführt wird.
Eine derartige Maßnahme kann beispielsweise das Einträgen einer Information in einen Fehlerspeicher sein und/oder das Überführen der Schaltungsanordnung und/oder eines entsprechenden, die Schaltungsanordnung verwendenden Systems in einen sicheren Zustand, beispielsweise durch Abschalten.
Zur Verbesserung der Diagnosequalität können das Anlegen der Potenziale (Schritte c) und d)) und das Erfassen der Spannung (Schritt e)) mehrfach wiederholt werden. Ebenso das Auswerten (Schritt f)) und das Bestimmen des Funktionszustandes (Schritt g)). Auch kann es in einigen Fällen sinnvoll sein, in diesem Zusammenhang jeweils das Ermitteln des Schaltzustandes des Kontaktschalters (Schritt b)) jeweils mit zu wiederholen.
Die Qualität der Diagnose kann dabei besonders vorteilhaft verbessert werden, indem ein oder mehrere weitere Zyklen durchgeführt werden, welche jeweils einen oder mehrere Wiederholungsschritte umfassen. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn diese Zyklen dabei jeweils insbesondere mit veränderten Parametern durchgeführt werden, vorzugsweise jedoch derart, dass sich das Ergebnis eines vorherigen Zyklus plausibilisieren lässt. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem mehrere Diagnose zyklen, mit unterschiedlichen Potenzialwerten durchgeführt werden.
Soll die Schaltungsanordnung beispielsweise auf einen veränderten Kontaktübergangswi derstand geprüft werden, können dazu mehrere Messungen mit unterschiedlichen Poten zialen, die in den jeweiligen Zyklen jeweils an die Kontaktelemente angelegt werden, durchgeführt und ausgewertet werden, wobei zur Bestimmung des Funktionszustandes der Schaltungsanordnung insbesondere sämtliche Ergebnisse der einzelnen Zyklen be rücksichtigt und insbesondere auch untereinander verglichen oder anderweitig miteinan der verknüpft oder in Beziehung zueinander gesetzt werden können, um die Qualität der Bestimmung des Funktionszustandes, insbesondere die Genauigkeit, zu verbessern. Grundsätzlich sind dabei alle möglichen Variationen denkbar.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens werden in einem Zyklus zunächst die Schritte b) bis e) durchgeführt. Nach dem Durchführen dieses ersten Zyklus wird insbesondere zunächst ein zweiter Zyklus durchgeführt, in dem wenigstens die Schritte b) bis e) wiederholt werden, d. h. die Schritte des Ermitteln des Schaltzustands des Kontaktschalters (Schritt b)), des Anlegens eines ersten definierten Potenzials (Schritt c)) sowie eines zweiten definierten Potenzials (Schritt d)) und des Erfassens der sich jeweils einstellenden resultierenden ersten bzw. zweiten Spannungen (Schritt e)), bevor die erfassten Spannungen ausgewertet werden und (Schritt f)) und der Funktionszustand der Schaltungsanordnung in Schritt g) bestimmt wird.
Im zweiten Zyklus wird bei einer besonders bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Schritt c) das zweite definierte Potenzial aus dem ersten Zyklus an das erste Kontaktelement und/oder die erste Anschlussleitung angelegt, und gleichzeitig in Schritt d) das erste definierte Potenzial aus dem ersten Zyklus an das zweite Kontaktelement und/oder die zweite Anschlussleitung angelegt.
Beim anschließenden Auswerten in Schritt f), insbesondere beim Bestimmen des Funktionszustands in Schritt g), werden insbesondere wenigstens eine im ersten Zyklus erfasste Spannung, insbesondere eine im ersten Zyklus erfasste erste Spannung und eine im ersten Zyklus erfasste zweite Spannung, und wenigstens eine im zweiten Zyklus erfasste Spannung berücksichtigt, insbesondere eine im ersten Zyklus erfasste erste Spannung und eine im ersten Zyklus erfasste zweite Spannung.
D. h. mit anderen Worten, dass in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung bzw. Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, im zweiten Zyklus vorzugweise die Potenziale aus dem ersten Zyklus jeweils entgegengesetzt an das erste Kontaktelement bzw. das zweite Kontaktelement bzw. an die zugehörigen Anschlussleitungen angelegt werden, bevor die erfassten Spannungen ausgewertet werden und der Funktionszustand der Schaltungsanordnung bestimmt wird, wobei der Funktionszustand insbesondere in Abhängigkeit von den im ersten Zyklus und den im zweiten Zyklus erfassten und ausgewerteten Spannungen bestimmt wird.
Hierdurch lässt sich der Funktionszustand der Schaltungsanordnung noch besser bestimmen, insbesondere genauer und eindeutiger, und somit die Diagnose der Schaltungsanordnung verbessern. Insbesondere kann hierdurch eine erheblich höhere Diagnosegenauigkeit erreicht werden. Vor allem kann auf diese Weise die Rate der richtig erkennbaren Fehlerzustände erhöht werden. Ferner kann auf diese Weise ein eventuell vorhandener Fehler bzw. Defekt in der Schaltungsanordnung besser lokalisiert bzw. genauer bestimmt werden.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar, den zweiten Zyklus erst nach dem Auswerten der im ersten Zyklus erfassten Spannungen durchzuführen und/oder auch erst, nachdem auf Basis der im ersten Zyklus erfassten Spannung(en) bereits in Schritt g) ein Funktionszustand der Schaltungsanordnung bestimmt worden ist.
D.h. der zweite Zyklus kann grundsätzlich auch erst durchgeführt werden, nachdem die Schritte f) und g) zunächst einmal im Anschluss an den ersten Zyklus bzw. die Schritte a) bzw. b) bzw. c) bis e) durchgeführt worden sind.
Der zweite Zyklus kann dabei jeweils unmittelbar im Anschluss an den ersten Zyklus durchgeführt werden oder auch unmittelbar im Anschluss an Schritt f) oder g) oder aber mit einer definierten Pause dazwischen.
Der erste Zyklus und der zweite Zyklus können auch beliebig oft nacheinander wiederholt werden: alternierend oder mit wechselndem Rhythmus, wobei die Zeitintervalle zwischen der Durchführung der einzelnen Zyklen konstant sein können oder aber auch variabel sein können, je nach Bedarf, insbesondere je nach Diagnosebedarf bzw. verfügbarer Diagnosezeit.
In vielen Anwendungsfällen kann es vorteilhaft sein, wenn die Diagnose bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Diagnose der Schaltungsanordnung permanent durchgeführt wird, also kontinuierlich zyklisch wiederholt wird. D.h., die Diagnose bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Diagnose der Schaltungsanordnung kann insbesondere nach dem Aufstarten eines zugehörigen Steuergerätes durchgeführt werden und solange zyklisch wiederholt werden, bis das Steuergerät wieder herunterfährt bzw. -gefahren ist. Hierdurch kann eine besonders gute Überwachung des Kontaktschalters erreicht werden.
Alternativ kann die Diagnose aber auch nur bedarfsgerecht durchgeführt werden, beispielsweise nur unmittelbar nach dem Aufstarten der Schaltungsanordnung bzw. eines Systems mit einer solchen Schaltungsanordnung, beispielsweise eines Sensorsystems oder dergleichen und/oder nach bestimmten, insbesondere eine Diagnose auslösenden bzw. triggernden Ereignissen.
In einigen Fällen kann es insbesondere vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere die Schritte b) bis g) und/oder nur den ersten Zyklus und/oder den zweiten Zyklus, jeweils zu wiederholen, gegebenenfalls auch mehrfach, insbesondere mit weiteren, vom ersten und/oder zweiten definierten Potenzial verschiedenen Potenzialen, die jeweils angelegt werden, wodurch sich weitere Diagnosemöglichkeiten ergeben.
So kann es beispielsweise in einigen Fällen vorteilhaft sein, wenn nach einen zweiten Zyklus außerdem ein dritter Zyklus nach dem gleichen Prinzip durchgeführt wird, wobei in diesem dritten Zyklus beispielsweise ein drittes Potenzial, insbesondere ein vom ersten Potenzial und/oder vom zweiten Potenzial verschiedenes drittes Potenzial an das erste Kontaktelement und/oder die erste Anschlussleitung und/oder den ersten Anschluss und/oder das zweite Kontaktelement und/oder die zweite Anschlussleitung und/oder den zweiten Anschluss angelegt wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird, insbesondere nach dem Durchführen der Schritte b) oder c) bis e) in einem zweiten Zyklus, wenigstens ein dritter Zyklus durchgeführt, besonders bevorzugt ferner außerdem ein vierter Zyklus, wobei besonders bevorzugt jeweils im dritten Zyklus und/oder im vierten Zyklus wenigstens die Schritte b) oder c) bis e) wiederholt werden, insbesondere bevor die Schritte f) und g) durchgeführt werden. Dabei werden bevorzugt im ersten Zyklus und im zweiten Zyklus das erste Potenzial und das zweite Potenzial jeweils unterschiedlich voneinander gewählt und im dritten Zyklus wird vorzugsweise in den Schritten c) und d) das erste definierte Potenzial aus dem ersten bzw. zweiten Zyklus jeweils sowohl an das erste Kontaktelement und/oder die erste Anschlussleitung als auch an das zweite Kontaktelement und/oder die zweite Anschlussleitung angelegt. Im vierten Zyklus wird in den Schritten c) und d) insbesondere jeweils das zweite definierte Potenzial aus dem ersten bzw. zweiten Zyklus jeweils sowohl an das erste Kontaktelement und/oder die erste Anschlussleitung als auch an das zweite Kontaktelement und/oder die zweite Anschlussleitung angelegt und beim Auswerten in Schritt f) bzw. beim Bestimmen des Funktionszustands in Schritt g) wird besonders bevorzugt wenigstens eine im ersten Zyklus erfasste Spannung, wenigstens eine im zweiten Zyklus erfasste Spannung und wenigstens eine im dritten Zyklus und/oder eine im vierten Zyklus erfasste Spannung berücksichtigt bzw. der Funktionszustand in Abhängigkeit von wenigstens all diesen bestimmt, insbesondere in Abhängigkeit von jeweils allen jeweils in den einzelnen Zyklen erfassten Spannungen.
D. h. mit anderen Worten und vereinfacht ausgedrückt, dass besonders bevorzugt in wenigstens einem Zyklus, beispielsweise in einem ersten Zyklus, jeweils zwei unterschiedliche Potenziale an das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement bzw. die zugehörigen Anschlussleitungen bzw. Anschlussknoten angelegt werden und besonders bevorzugt ein entsprechender weiterer Zyklus, beispielsweise ein zweiter Zyklus, mit umgekehrt angelegten Potenzialen wiederholt wird, quasi als redundanter Zyklus, sowie ferner insbesondere wenigstens ein weiterer Zyklus durchgeführt wird, beispielsweise ein dritter Zyklus, indem besonders bevorzugt an beide Kontaktelemente bzw. Anschlussleitungen bzw. Anschlussknoten gleiche Potenziale angelegt werden, wobei ein solcher Zyklus bevorzugt ebenfalls redundant ausgeführt wird, vorzugsweise jedoch mit einem weiteren Potenzial.
Besonders bevorzugt wird dabei in einem solchen weiteren Zyklus, beispielsweise in einem dritten Zyklus, ein erstes weiteres Potenzial an beide Kontaktelemente bzw. die zugehörigen Anschlussleitungen angelegt und in einem weiteren, beispielsweise vierten Zyklus ein davon verschiedenes zweites weiteres Potenzial. Diese weiteren Potenziale können dabei die gleichen Potenziale sein, welche in einem anderen Zyklus als verschiedene Potenziale ausgewählt sind, also beispielsweise den ersten und zweiten Potenzialen aus den ersten und zweiten Zyklen entsprechen oder alternativ dritte oder vierte Potenziale mit dritten oder vierten Potenzialwerten sein.
Hierdurch kann die Diagnosefähigkeit, insbesondere die Zuverlässigkeit der Diagnose bzw. die Zuverlässigkeit der Bestimmung des Funktionszustandes erheblich verbessert werden. Insbesondere kann somit beispielsweise auch das Erfassen der einzelnen Spannungen überprüft werden, beispielsweise ob die dabei verwendeten Analog-Digital- Wandler einwandfrei funktionieren.
Die mit Bezug auf eine erfindungsgemäße, diagnosefähige Schaltungsanordnung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend auch für eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung sowie für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Diagnose einer solchen Schaltungsanordnung und umgekehrt, auch wenn dies jeweils, insbesondere um Wiederholungen zu vermeiden, in dieser Anmeldung an den entsprechenden Stellen nicht jeweils explizit nochmals beschrieben ist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der allgemeinen Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder beschriebenen und/oder in den Figuren dargestellten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen sowie auch in Alleinstellung verwendbar, sofern diese Kombination bzw. die jeweilige Ausgestaltung technisch ausführbar ist.
Die Erfindung wird nun anhand mehrerer, nicht einschränkender Ausführungsbeispiele sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei funktionsgleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen: Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Fig. 3 ein Flussdiagramm zu einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 4 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Fig. 5 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Fig. 6 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, und
Fig. 7 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines sechsten Ausführungsbeispiels ei ner erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100, wobei diese Schaltungsanordnung 100 für eine Verwendung in einem Bedienelement und/oder einer Bedieneinrichtung ausgebildet ist, insbesondere für eine Verwendung in einer Bedieneingabevorrichtung in einem Fahrzeug, beispielsweise in einem Lenkrad oder dergleichen.
Die Schaltungsanordnung 100 weist erfindungsgemäß einen elektrischen Kontaktschalter 10 sowie eine Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20 auf. Der elektrische Kontaktschalter 10 weist ein erstes elektrisches Kontaktelement A und ein zweites elektrisches Kontaktelement B auf. Die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20, welche bei diesem Ausführungsbeispiel durch einen Mikrocontroller (pC) gebildet ist, weist einen ersten elektrischen Anschluss 3 sowie einen zweiten elektrischen Anschluss 4 auf.
Das erste elektrische Kontaktelement A ist dabei über eine erste Anschlussleitung 1 und einen ersten elektrischen Widerstand R1 elektrisch mit dem ersten Anschluss 3 der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20 elektrisch verbunden und das zweite Kontaktelement B über eine zweite Anschlussleitung 2 und einen zweiten elektrischen Widerstand R2 mit dem zweiten Anschluss 4. Erfindungsgemäß weist die Schaltungsanordnung 100 ferner eine elektrisch leitfähige Sensorelektrode 30 auf, welche derart ausgebildet und relativ zu wenigstens den Kontaktelementen A und B des Kontaktschalters 10 angeordnet ist, dass sie mit diesen eine nicht näher bezeichnete Sensorkapazität ausbildet. Die Sensorelektrode 30 ist bei diesem Ausführungsbeispiel dabei separat ausgebildet und über eine Sensorelektroden- Anschlussleitung 31 mit einem weiteren Anschluss 32, insbesondere einem Sensorelektroden-Anschluss 32, mit der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20 elektrisch verbunden.
Die Sensorelektrode 30 ist dabei derart relativ zum Kontaktschalter 10 angeordnet, insbesondere zu dessen Kontaktelementen A und B, dass sich bei einer Änderung des Abstands der Kontaktelemente A und B zueinander, die Sensorkapazität ändert, was messtechnisch, insbesondere kapazitiv, erfasst werden kann. Dies kann genutzt werden, um einen Schaltzustand des Kontaktschalters 10 zu bestimmen, insbesondere ob der Kontaktschalter 10 geöffnet oder geschlossen ist. Insbesondere kann mittels eines kapazitiven Messverfahrens, beispielsweise mithilfe eines sogenannten CVD-Verfahrens (Capacitive-Voltage-Divider-Verfahren) eine Änderung der Sensorkapazität erfasst werden.
Erfindungsgemäß kann bei dieser Schaltungsanordnung 100 in wenigstens einem Zustand der Schaltungsanordnung 100 zur zumindest teilweisen Diagnose der Schaltungsanordnung 100 ferner mittels der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20 über den ersten Anschluss 3 zumindest zeitweise an die erste Anschlussleitung 1 und damit auch an das erste Kontaktelement A ein erstes definiertes Potenzial angelegt werden und gleichzeitig ein zweites definiertes Potenzial über den zweiten Anschluss 4 an die zweite Anschlussleitung 2 und damit auch an das zweite Kontaktelement B. Erfindungsgemäß ist die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20 ferner dazu ausgebildet, währenddessen, d.h. während das erste definierte Potenzial und das zweite definierte Potenzial anliegen, eine sich am ersten Anschluss 3 einstellende, resultierende erste Spannung zu erfassen und währenddessen eine sich am zweiten Anschluss 4 einstellende, resultierende zweite Spannung zu erfassen, und die erfassten Spannungen auszuwerten, sowie in Abhängigkeit von dem mithilfe der Sensorelektrode 30 ermittelten Schaltzustand des Kontaktschalters 10 und in Abhängigkeit von den erfassten und ausgewerteten Spannungen einen Funktionszustand der Schaltungsanordnung 100 zu bestimmen. Um mit nur jeweils einer Anschlussleitung 1 bzw. 2 zwischen dem Kontaktelement A und dem zugehörigen Anschluss 3 an der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20 bzw. zwischen dem Kontaktelement B und dem zugehörigen Anschluss 4, wie bei diesem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100, das für eine Diagnose erfindungsgemäß erforderliche Anlegen eines definierten Potenzials und Erfas sen der sich einstellenden, resultierenden Spannung realisieren zu können, sind bei die sem Ausführungsbeispiel der erste Anschluss 3 und der zweite Anschluss 4 der Steue rungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20 jeweils durch sogenannte Multifunktionspins gebildet und als sogenannte GPIO-Anschlüsse 3 bzw. 4 ausgebildet, d. h. als sogenannte (um)schaltbare Anschlüsse 3 bzw. 4, welche jeweils zwischen verschiedenen Betriebs- bzw. Funktionszuständen umgeschaltet werden können, wobei die Umschaltung bei die sem Ausführungsbeispiel dabei elektronisch erfolgt, d.h. auf Halbleiterebene, welche in nerhalb des pC 20, d.h. intern, durch Software bewirkt werden kann. Zur Realisierung die ser Umschaltfunktion sind die Anschlüsse 3 und 4 jeweils mit einem intern umschaltbaren Pin GPI01 bzw. GPI02 des pC 20 elektrisch verbunden, wobei bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel die beiden Pins GPI01 und GPI02 jeweils zwischen einem Betriebs zustand als Eingangs-Pin, hier symbolisiert durch E1 , und zwischen zwei verschiedenen Betriebszuständen A1 und A2 als Ausgangs-Pin umschaltbar sind.
In einem ersten Schaltzustand können die Anschlüsse 3 und 4 dabei jeweils als Eingang E1 betrieben werden, insbesondere als Analogeingang E1 , wobei dazu der zugehörige Anschluss 3 bzw. 4 auf hochohmig geschaltet wird und jeweils mit einer Analog-Digital- Wandler-Einheit ADC1 bzw. ADC2 elektrisch verbunden wird. Dadurch kann in diesem Zustand eine am zugehörigen Anschluss 3 bzw. 4 anliegende elektrische Spannung er fasst werden.
In einem zweiten Schaltzustand können die Anschlüsse 3 und 4 jeweils als Ausgang A1 oder A2 betrieben werden, insbesondere jeweils als digitaler Ausgang, und bei diesem Beispiel entweder wahlweise mit einem Referenzpotenzial (Ausgang A1 - hier Vcc) oder mit einem Basispotenzial (Ausgang A2 - hier GND) elektrisch verbunden werden können.
Bei diesem Beispiel ist das Referenzpotenzial dabei die positive Versorgungsspannung Vcc des Mikrokontrollers bzw. der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20, wel che in diesem Fall +5V beträgt, und das Basispotenzial ist das Massepotenzial des Mikro kontrollers 20 bzw. der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20, d.h. in diesem Fall ein Potenzial von ±0V, d.h. „Ground“ bzw. GND. Ferner ist, auch um mit nur jeweils einer Anschlussleitung 1 bzw. 2 bzw. nur jeweils einem zugehörigen Anschluss 3 bzw. 4 eine entsprechende Diagnose durchführen zu können, jeweils zwischen dem Kontakteelement A bzw. B jeweils ein elektrischer, als ohmscher Widerstand ausgebildeter Widerstand R1 bzw. R2 entlang der zugehörigen Anschlusslei tung 1 bzw. 2 in Reihe geschaltet. Darüber hinaus lässt sich durch die Widerstände R1 und R2 auf einfache Art und Weise ein harter Kurzschluss zwischen den Anschlüssen 3 und 4 bzw. den Anschlussknoten K3 und K4 im Fall eines geschlossenen Kontaktschal ters vermeiden und damit eine Überlastung der pC-Anschlüsse infolge einer aus dem Kurzschluss resultierenden unkontrollierten, schnellen Kondensatorumladung. Zusätzlich ist ferner jedes der Kontakteelemente A und B über die zugehörige Anschlussleitung 1 bzw. 2 zusätzlich mit einer zugehörigen Referenzkapazität C1 bzw. C2 sowie einem zuge hörigen Pull-Down-Widerstand PD1 bzw. PD2 elektrisch verbunden.
Die zugehörige Referenzkapazität C1 bzw. C2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100 dabei zum einen jeweils mit dem Basispo tenzial bzw. dem Massepotenzial GND elektrisch verbunden, d.h. mit ±0V, und zum ande ren jeweils über einen Anschlussknoten K3 bzw. K4 mit der jeweils zugehörigen An schlussleitung 1 bzw. 2, wobei sich der Anschlussknoten K3 bzw. K4 zwischen dem je weils zugehörigen elektrischen Widerstand R1 bzw. R2 und dem zugehörigen Anschluss 3 bzw. 4 befindet.
Der Pull-Down-Widerstand PD1 ist ebenfalls jeweils mit dem Basispotenzial bzw. dem Massepotenzial GND elektrisch verbunden, d.h. mit ±0V, und zum anderen ebenfalls über einen Anschlussknoten K1 mit der zugehörigen Anschlussleitung 1. Allerdings befindet sich der Anschlussknoten K1 jeweils zwischen dem Kontaktelement A und dem elektri schen Widerstand R1 und nicht zwischen diesem und dem Anschluss 3 an der Steue- rungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20.
Der Pull-Down-Widerstand PD2 ist ebenfalls jeweils mit dem Basispotenzial bzw. dem Massepotenzial GND elektrisch verbunden, d.h. mit ±0V, und zum anderen ebenfalls über einen Anschlussknoten K3 mit der zugehörigen Anschlussleitung 2. Allerdings befindet sich der Anschlussknoten K3 jeweils zwischen dem zugehörigen Kontaktelement B und dem elektrischen Widerstand R2 und nicht zwischen diesem und dem zugehörigen An schluss 4 an der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20.
Durch entsprechendes, geeignetes pC-internes (Um)Schalten der Pins GPI01 und GPI02 bzw. durch entsprechendes, geeignetes Umbelegen der Anschlüsse 3 und 4 lässt sich mit einer derartigen Schaltungsanordnung 100 in wenigstens einem Zustand der Schaltungs anordnung 100 eine Diagnose der Schaltungsanordnung 100 durchführen und ein Funkti onszustand der Schaltungsanordnung 100 bestimmen, insbesondere durch ein erfin dungsgemäßes Verfahren, welches im Folgenden noch näher erläutert wird.
Fig. 3 zeigt zum besseren Verständnis ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbei spiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Diagnose einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, beispielsweise zur Diagnose der Schaltungsanordnung 100, wobei nach einem Start SO in einem ersten Schritt S1 zunächst eine erfindungsgemäße Schal tungsanordnung bereitgestellt wird. D.h. die Schaltungsanordnung 100 muss vorhanden sein. In einem weiteren Schritt S2 wird dann zunächst mithilfe der Sensorelektrode 30 der Schaltzustand des Kontaktschalters 10 bestimmt, insbesondere, ob dieser geöffnet oder geschlossen ist. Anschließend wird in Schritt S3 ein erstes definiertes Potenzial an die erste Anschlussleitung 1 angelegt und gleichzeitig in Schritt S4 ein zweites definiertes Po tenzial an die zweite Anschlussleitung 2. Zumindest zeitweise und während die Schritte S3 und S4 durchgeführt werden, wird in Schritt S5 eine sich am ersten Anschluss 3 ein stellende, resultierende erste Spannung und/oder eine sich am zweiten Anschluss 4 ein stellende, resultierende zweite Spannung erfasst, welche anschließend in Schritt S6 aus gewertet wird. In Schritt S7 wird in Abhängigkeit vom ermittelten Schaltzustand des Kon taktschalters 10 und in Abhängigkeit von der/den erfassten Spannung(en) ein Funktions zustand der Schaltungsanordnung 100 bestimmt, beispielsweise, ob die Schaltungsanord nung 100 einwandfrei funktioniert oder ein Fehler vorliegt, beispielsweise ein Kurzschluss.
Die Schritte S2 bis S7 können dabei jeweils nur einmal durchgeführt werden, bevor das Verfahren in Schritt S8 endet, oder aber jeweils einzeln oder gemeinsam mit anderen Schritten in Form eines oder mehrerer weiterer Zyklen wiederholt werden, bevor das Ver fahren in Schritt S8 beendet wird, was durch die Rückführungs-Pfeile symbolisiert ist.
Beim Wiederholen der einzelnen Schritte können grundsätzlich auch andere Potenziale als das erste bzw. zweite Potenzial verwendet werden und/oder das erste und zweite Po tenzial vertauscht werden und/oder das erste Potenzial und das zweite Potenzial gleich gewählt werden.
Ebenfalls können weitere Schritte nach S7 durchgeführt werden. Beispielsweise kann der ermittelte Funktionszustand ausgegeben werden und/oder es können ein oder mehrere Maßnahmen eingeleitet und durchgeführt werden. Eine solche Maßnahme kann beispiels weise das Einträgen eines Fehlers in einem Fehlerspeicher, das Anzeigen einer Fehler- meldung und/oder das Überführen der Schaltungsanordnung und/oder eines die Schal tungsanordnung verwendenden Systems in einen sicheren Zustand sein, beispielsweise das Umschalten in einen Notbetrieb oder das Abschalten des Systems.
Eine Diagnose der Schaltungsanordnung 100 kann beispielsweise durchgeführt werden, insbesondere mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, indem beispielsweise zunächst mithilfe einer kapazitiven Messung eine aktuelle Sensorkapazität bzw. eine aktuelle kapazitive Kopplung zwischen der Sensorelektrode 30 und einem oder beiden Kontaktelementen A und B erfasst und ausgewertet wird und in Abhängigkeit von dem Ergebnis ein Schaltzustand des Kontaktschalters 10 bestimmt wird.
Anschließend kann beispielsweise der erste Anschluss 3 als Ausgang geschaltet werden und insbesondere auf den ersten Ausgang A1 geschaltet bzw. „gelegt“ werden, sodass das Referenzpotenzial Vcc, in diesem Fall +5V, an den ersten Anschluss 3 angelegt wird. Ferner kann beispielsweise gleichzeitig der zweite Anschluss 4 ebenfalls als Ausgang geschaltet werden, wobei dieser jedoch beispielsweise auf den zweiten Ausgang A2 geschaltet werden kann, sodass das Basispotenzial von +0V am Anschluss 4 anliegt.
Durch Flalten dieses Zustands wird die erste Referenzkapazität C1 aufgeladen. Dieser Zustand wird bevorzugt gehalten, bis die erste Referenzkapazität C1 definiert aufgeladen ist, insbesondere vollständig bis auf das Referenzpotenzial Vcc bzw. in diesem Fall auf +5V.
Wird anschließend der erste Anschluss 3 durch Umschalten des ersten Pins GPI01 auf Eingangsbetrieb umgeschaltet, d.h. auf „high Impedance“ geschaltet, beginnt die erste Referenzkapazität C1 sich zu entladen. Wird der erste Anschluss 3 dabei auf den als analogen Eingang ausgebildeten Eingang E1 umgeschaltet, kann mit dem ersten Analog- Digital-Wandler ADC1 bzw. der Analog-Digital-Wandler-Einheit ADC1 , die sich am ersten Anschluss 3 einstellende, resultierende Spannung erfasst werden, insbesondere der sich beim Entladen der ersten Referenzkapazität C1 über der Zeit einstellende Spannungsverlauf.
Weicht die erfasste Spannung, d. h. die gemessene Spannung bzw. der erfasste Spannungsverlauf, um mehr als ein als zulässig definiertes Maß von einer jeweiligen, jeweils erwarteten Soll-Spannung bzw. dem jeweils erwarteten Soll-Spannungsverlauf ab, lässt dies auf einen Fehler bzw. eine unerwünschte Veränderung innerhalb der Schaltungsanordnung 100 schließen, beispielsweise auf einen erhöhten Widerstand an einem der Kontaktelemente A, B, einen Leitungsbruch, einen Kurzschluss, einen reduzierten Isolationswiderstand zwischen den Kontaktelementen A und B und oder auf einen erhöhten Kontaktübergangswiderstand zwischen den Kontaktelementen A und B. Die erwartete Soll-Spannung bzw. der erwartete Soll-Spannungsverlauf ist dabei abhängig vom Schaltzustand des Kontaktschalters 10. Entlädt sich die erste Referenzkapazität C1 bei geöffnetem Kontaktschalter 10 beispielsweise schneller als erwartet, d.h. fällt die erfasste Spannung schneller ab als erwartet, deutet dies auf einen Kurzschluss hin.
Überschreitet eine erfasste Abweichung ein zulässiges Maß, wird als Funktionszustand ein Fehler-Funktionszustand bestimmt und insbesondere zur Weiterverarbeitung ausgegeben. Liegt die Abweichung unterhalb des zulässigen Wertes, insbesondere unterhalb einer definierten Schwelle, wird als Funktionszustand ein fehlerfreier Funktionszustand bestimmt und insbesondere zur Weiterverarbeitung ausgegeben.
In dem die erfasste Spannung, bzw. in diesem Fall besonders bevorzugt der erfasste Spannungsverlauf, ausgewertet wird und insbesondere dabei mit einem zugehörigen definierten Spannungs-Sollwert bzw. einem definierten Spannungs-Sollwertverlauf verglichen wird, erfindungsgemäß jeweils in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Kontaktschalters 10, der erfindungsgemäß mithilfe der Sensorelektrode 30 ermittelt wird, kann der Funktionszustand der Schaltungsanordnung 100 auf einfache Art und Weise zuverlässig bestimmt werden.
Für eine besonders zuverlässige Diagnose der Schaltungsanordnung 100 können analog zum ersten Zyklus zusätzlich ein oder mehrere weitere Zyklen durchgeführt werden, beispielweise wenigstens ein zweiter Zyklus, in welchem beispielsweise statt einer sich am ersten Anschluss 3 einstellenden Spannung eine sich am zweiten Anschluss 4 einstellende resultierende Spannung erfasst wird oder andere Potenziale an die erste Anschlussleitung bzw. die zweite Anschlussleitung angelegt werden.
Durch die Variation des Ausgangszustands bzw. der Schaltzustände der Schaltungsanordnung 100, insbesondere der GPIO-Pins können unterschiedliche Potenziale angelegt werden, für welche jeweils andere Soll-Spannungen erwartet werden. Durch Erfassen der sich jeweils für die vordefinierten Zustände einstellenden resultierenden Spannungen bzw. Spannungsverläufe und einen entsprechenden Vergleich dieser mit den erwarteten Sollwerten, können Fehler oder Veränderungen in der Schaltungsanordnung 100 detektiert werden.
Die Reihenfolge der einzelnen Test-Zustände bzw. Schaltkombinationen, um entsprechend unterschiedliche Potenziale und Potenzialkombinationen anzulegen, um möglichst viele Fehlerzustände bzw. unerwünschte Veränderungen oder Fehlfunktionen erkennen zu können, ist grundsätzlich beliebig und frei variierbar.
Beispielsweise kann in einem zweiten Zyklus zunächst der erste Anschluss 3 dauerhaft als Ausgang geschaltet werden und insbesondere auf den zweiten Ausgang A2 gelegt werden, sodass das Basispotenzial GND am zweiten Anschluss 3 und damit am Anschlusskontakt K2 angelegt wird, während gleichzeitig der zweite Anschluss 4 zunächst mit dem ersten Ausgang A1 elektrisch verbunden wird, sodass das Referenzpotenzial Vcc am Anschlusskontakt K4 angelegt wird. Dadurch wird nun die zweite Referenzkapazität C2 auf ein zweites definiertes Potenzial aufgeladen, welches auf dem ersten Potenzial basiert und insbesondere näherungsweise dem Referenzpotenzial Vcc mit +5V entspricht.
Ist die zweite Referenzkapazität C2 vollständig aufgeladen, wird nun analog zum ersten Zyklus statt des ersten Anschlusses 3 der zweite Anschluss 4 auf Eingangsbetrieb umgeschaltet und insbesondere auf den zugehörigen Eingang E1 des Anschlusses 4 gelegt, wobei der zweite Anschluss 4 dazu hochohmig geschaltet wird. In diesem Zustand kann mittels des zweiten Analog-Digital-Wandlers ADC2, welcher mit dem zweiten Anschluss 4 elektrisch verbunden ist, die sich am zweiten Anschluss 4 einstellende, resultierende Spannung bzw. der sich beim Entladen der zweiten Referenzkapazität C2 ergebende Spannungsverlauf erfasst werden.
Weicht hierbei die mittels des zweiten Analog-Digital-Wandlers ADC2 bzw. der zweiten Analog-Digital-Wandler-Einheit ADC2 erfasste Spannung bzw. der erfasste Spannungsverlauf um mehr als ein als zulässig definiertes Maß von der jeweiligen jeweils erwarteten Soll-Spannung bzw. dem jeweils erwarteten Soll-Spannungsverlauf ab, lässt dies ebenfalls auf einen Fehler bzw. eine unerwünschte Veränderung innerhalb der Schaltungsanordnung 100 schließen, beispielsweise auf einen erhöhten Widerstand an einem der Kontaktelemente A, B, einen Leitungsbruch, einen Kurzschluss, einen reduzierten Isolationswiderstand zwischen den Kontaktelementen A und B und oder auf einen erhöhten Kontaktübergangswiderstand zwischen den Kontaktelementen A und B.
Werden beim Bestimmen des Funktionszustands der Schaltungsanordnung 100 dabei sowohl die im ersten Zyklus mittels des ersten Analog-Digital-Wandlers ADC1 erfassten Spannungen bzw. der über der Zeiterfasste Spannungsverläufe sowie die im zweiten Zyklus mittels des zweiten Analog-Digital-Wandlers ADC2 erfassten Spannungen bzw. der zugehörige Spannungsverlauf bei der Bestimmung des Funktionszustands der Schaltungsanordnung berücksichtigt, lässt sich der Funktionszustand der Schaltungsanordnung 100 zuverlässiger ermitteln, als wenn beispielsweise nur der erste Zyklus durchgeführt wird bzw. nur die in diesem erfassten Spannungen berücksichtigt werden. Dies ermöglicht insbesondere eine Plausibilisierung und/oder die Erkennung zusätzlicher Fehlerzustände bzw. zusätzlicher unerwünschter Veränderungen der Schaltungsanordnung 100.
Um eine kontinuierliche Überwachung und Bestimmung des Funktionszustands der Schaltungsanordnung 100 zu erreichen, können die verschiedenen Zyklen regelmäßig wiederholt werden, insbesondere alternierend und mit oder ohne eine Pause dazwischen. Die Zeit zwischen zwei Zyklen, d.h. die Dauer einer Pause zwischen zwei Diagnosezyklen, kann dabei auch variiert werden oder jeweils konstant gewählt werden.
Zur weiteren Verbesserung der Diagnose, insbesondere um weitere Fehlerzustände zu erkennen bzw. anhand des ersten Zyklus und/oder des zweiten Zyklus erkennbare Fehlerzustände zu plausibilisieren, kann ferner insbesondere wenigstens ein weiterer Zyklus durchgeführt werden, beispielsweise ein dritter Zyklus sowie ein vierter Zyklus, insbesondere vor dem Bestimmen des Funktionszustands der Schaltungsanordnung 100.
Ist die erste Referenzkapazität C1 wieder vollständig entladen, wie beispielsweise am Ende des ersten und/oder zweiten Zyklus, kann in einem sich an den zweiten anschließenden dritten Zyklus beispielsweise der erste Anschluss 3 (dauerhaft) als Eingang geschaltet werden, d.h. auf E1 gelegt werden, und der zweite Anschluss 4 gleichzeitig auf den Ausgang A1 geschaltet werden, sodass das Referenzpotenzial Vcc von +5V an den zweiten Anschluss 4 und damit an die zweite Anschlussleitung 2 angelegt wird, und währenddessen die sich am ersten Anschluss 3 einstellende, resultierende Spannung mittels des ersten Analog-Digital-Wandlers ADC1 gemessen wird. Und anschließend ausgewertet wird.
Entsprechend kann beispielsweise in einem vierten Zyklus, wenn die zweite Referenzkapazität C2 vollständig entladen ist, der zweite Anschluss 4 auf den Analogeingang E1 geschaltet werden und gleichzeitig der erste Anschluss 3 an A1 angelegt werden, sodass am ersten Anschluss 3 und damit in der ersten Anschlussleitung 1 das Referenzpotenzial Vcc von +5V angelegt wird, wobei währenddessen mittels des zweiten Analog-Digital-Wandlers ADC2 die sich am zweiten Anschluss 4 einstellende, resultierende Spannung erfasst wird.
Insbesondere ist es auch möglich, die einzelnen Zyklen, die zur Diagnose der Schaltungs anordnung 100 durchgeführt werden können, beispielsweise abhängig vom ermittelten Schaltzustand des Kontaktschalters 10 auszuwählen. Hierdurch kann eine besonders effi ziente Diagnose durchgeführt werden. Beispielsweise kann dadurch erreicht werden, dass eine Überprüfung eines Kontaktübergangswiderstands, insbesondere ein hierfür erforder licher Diagnosezyklus beispielsweise nur durchgeführt wird, wenn der Kontaktschalter 10 geschlossen ist, während eine Messung bzw. ein Diagnosezyklus zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes bzw. zur Überprüfung, ob dieser sich über Laufzeit bzw. Lebens zeit der Schaltungsanordnung 100 verändert hat, besonders bevorzugt beispielsweise nur durchgeführt wird, wenn der Kontaktschalter 10 offen ist.
Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 200, wobei diese Schaltungsanordnung sich darin von der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung 100 unterscheidet, dass die Pull-Widerstände PU1 und PU2 aus Fig. 2 jeweils als Pull-Up-Widerstände ausgebildet sind statt als Pull-Down-Widerstände und statt mit dem Basispotenzial von +0V, d.h.
GND, bei der Schaltungsanordnung 200 jeweils mit einem Referenzpotenzial - hier Vcc, d.h. +5V - elektrisch verbunden sind.
Eine Diagnose dieser Schaltungsanordnung 200 kann beispielsweise durchgeführt werden, insbesondere mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, indem beispielsweise zunächst der erste Anschluss 3 als Ausgang geschaltet wird und insbesondere auf den zweiten Ausgang A2 geschaltet wird, wodurch das Basispotenzial, in diesem Fall das Massepotenzial von +0V, d.h. GND, an den ersten Anschluss 3 angelegt wird, und indem gleichzeitig der zweite Anschluss 4 ebenfalls als Ausgang geschaltet wird, insbesondere jedoch auf den ersten Ausgang A1 , sodass das Referenzpotenzial Vcc von +5V am Anschluss 4 anliegt.
Durch Halten dieses Zustands wird die erste Referenzkapazität C1 entladen. Dieser Zustand wird bevorzugt gehalten, bis die erste Referenzkapazität C1 definiert entladen ist, insbesondere vollständig bis auf das Basispotenzial herunter bzw. in diesem Fall auf +0V bzw. GND.
Wird anschließend der erste Anschluss 3 durch Umschalten des ersten Pins GPI01 auf Eingangsbetrieb umgeschaltet, beginnt die erste Referenzkapazität C1 sich aufzuladen. Wird der erste Anschluss 3 dabei auf den als analogen Eingang ausgebildeten Eingang E1 umgeschaltet, kann mit dem dahinter geschalteten ersten Analog-Digital-Wandler ADC1 die sich am ersten Anschluss 3 einstellende, resultierende Spannung während des Aufladens der ersten Referenzkapazität C1 erfasst werden, insbesondere der sich beim Aufladen der ersten Referenzkapazität C1 einstellende Spannungsverlauf.
Entsprechend kann beispielsweise in einem vierten Zyklus, wenn die zweite Referenzkapazität C2 vollständig aufgeladen ist, der zweite Anschluss 4 auf den Analogeingang E1 geschaltet werden und gleichzeitig der erste Anschluss 3 an A2 angelegt werden, sodass am ersten Anschluss 3 und damit in der ersten Anschlussleitung 1 das Basispotenzial GND von +0V anliegt, wobei währenddessen mittels des zweiten Analog-Digital-Wandlers ADC2 die sich am zweiten Anschluss 4 einstellende, resultierende Spannung erfasst wird.
Im dritten bzw. vierten Zyklus ist es dabei sowohl bei der Schaltungsanordnung 100 aus Fig. 1 als auch bei der Schaltungsanordnung 200 aus Fig. 2 nicht erforderlich, jeweils die Spannung zeitabhängig zu erfassen, da jeweils eine konstante Sollspannung erwartet wird.
Bei der Wahl des Abtastzeitpunkts, d. h. insbesondere bei der Wahl des Erfassungszeitpunkts der jeweiligen Spannung am jeweiligen Anschluss 3 bzw. 4, sollte jedoch die jeweils entstehende Verzögerung berücksichtigt werden und jeweils gewartet werden, bis die zu erfassende Spannung stabil ist. Dies ist erst der Fall, wenn sich die zugehörige Referenzkapazität (C1 oder C2) über das Netzwerk aus den Widerständen (R1 , R2, PD1 und PD2) aufgeladen hat. Alternativ oder zusätzlich kann für eine Auswertung aber auch die Aufladekurve des zugehörigen Kondensators, d.h. der zeitliche Verlauf der Spannung während des Aufladens, erfasst und ausgewertet werden. ,
Alternativ zu den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100 bzw. 200 könnten die Kondensatoren C1 und C2 auch jeweils statt mit dem Basispotenzial bzw. hier GND verbunden zu sein, an Vcc anliegen. Es ergeben sich dann jeweils nur andere, insbesondere umgekehrte Spannungsverläufe. Aber eine Diagnose ist grundsätzlich nach demselben Prinzip möglich.
Fig. 4 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 300, wobei diese Schaltungsanordnung 300 sich von den beiden zuvor beschriebenen Schaltungsanordnungen 100 und 200 insbesondere darin unterscheidet, dass die Kontaktelemente A und B des Kontaktschalters 10 über mehrere Anschlussleitungen 1 , 5 und 9 bzw. 2, 7 und 12 sowie jeweils in Reihe entlang dieser Anschlussleitungen 1 , 5 und 9 bzw. 2, 7 und 12 geschaltete, elektrische ohmsche Widerstände R1 , R3 und R5 bzw. R2, R4 und R6 mit der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20 elektrisch verbunden sind, und darin, dass die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20 ferner neben einem ersten Anschluss 3 und einem zweiten Anschluss 4 weitere Anschlüsse 6 und 11 sowie 8 und 13 aufweist. Darüber hinaus sind keine mit der ersten bzw. zweiten Anschlussleitung 1 bzw. 2 elektrisch verbundenen Pull-Widerstände oder Referenzkapazitäten C1 bzw. C2 vorgesehen.
Ferner sind bei diesem Ausführungsbeispiel der erste Anschluss 3 sowie der zweite Anschluss 4 jeweils nicht als GPIO-Anschlüsse ausgebildet, insbesondere nicht als (um)schaltbare Anschlusskontakte, sondern als dauerhafte Eingangs-Anschlüsse 3 bzw.
4 und jeweils permanent mit einem entsprechenden Analog-Digital-Wandler ADC 1 bzw. ADC 2 elektrisch verbunden. Somit kann über den ersten Anschluss 3 bzw. den zweiten Anschluss 4 jeweils nur eine am zugehörigen Anschluss 3 bzw. 4 bzw. in der zugehörigen Anschlussleitung 1 bzw. 2 bzw. am zugehörigen Kontaktelement A bzw. anliegende Spannung erfasst werden, aber über diesen Anschluss 3 bzw. 4 kein definiertes Potenzial an die zugehörige Anschlussleitung 1 bzw. 2 und/oder das zugehörige Kontaktelement A bzw. B angelegt werden.
Dies ist jedoch über die weiteren, zusätzlich vorhandenen Anschlüsse 6 und 11 sowie 8 und 13 möglich, die jeweils als (um)schaltbare Anschlüsse ausgebildet, sind. Allerdings sind die Anschlüsse 6 und 11 sowie 8 und 13 dabei jeweils nur als schaltbare Ausgangs- Anschlüsse ausgebildet. D.h. sie können nicht als Eingang betrieben werden.
Der dritte Anschluss 6 sowie der vierte Anschluss 8 sind jeweils als digitale, schaltbare Ausgänge ausgebildet, die wahlweise mit einem ersten definierten Potenzial, hier dem Referenzpotenzial Vcc (hier beispielhalber +5V), oder mit einem zweiten definierten Potenzial, hier dem Basispotenzial GND (hier beispielhalber +0V), belegt werden können.
Es spricht aber auch nichts dagegen, in einer anderen Ausführung, die Anschlüsse 6 und 8 wie die Anschlüsse 11 und 13 auszuführen, also mit 3 Schaltpositionen bzw. möglichen Schaltzuständen.
Die weiteren Anschlüsse 11 und 13, d.h. die fünften und sechsten Anschlüsse 11 und 13, sind ebenfalls nur als schaltbare Ausgangs-Anschlüsse ausgebildet und können ebenfalls nur zwischen bestimmten Ausgangszuständen umgeschaltet werden.
Dabei sind die Anschlüsse 11 und 13 ebenfalls als digitale Ausgänge ausgebildet und jeweils ebenfalls dazu ausgebildet, wahlweise mit dem Referenzpotenzial Vcc belegt zu werden oder mit dem Basispotenzial GND. Zusätzlich können die Anschlüsse 11 und 13 darüber hinaus noch lediglich hochohmig geschaltet werden, d. h. auf „High Impedance“, was durch den einzelnen Kreis ohne weitere angeschlossene Leitung symbolisiert ist. Die weiteren Anschlussleitungen 5 und 9, über welche die weiteren Anschlüsse 6 und 11 mit dem ersten Kontaktelement A verbunden sind, sind dabei jeweils nicht direkt mit dem zugehörigen Kontaktelement A elektrisch verbunden, sondern indirekt über den Anschlussknoten K1 und den, bezogen auf die Darstellung in Fig. 4, linken Teil der ersten Anschlussleitung 1 , hier zusätzlich bezeichnet mit 1a.
Die weiteren Anschlussleitungen 7 und 12, über welche die weiteren Anschlüsse 8 und 13 mit dem zweiten Kontaktelement B verbunden sind, sind ebenfalls nicht direkt mit dem zweiten Kontaktelement B elektrisch verbunden, sondern ebenfalls über einen Anschlussknoten K2 und einen zugehörigen, bezogen auf die Darstellung in Fig. 4, linken Teil der zweiten Anschlussleitung 2, hier bezeichnet mit 2a.
Die Schaltungsanordnung 300 ist ebenfalls zur Durchführung einer Diagnose mit einem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet, wobei die Schaltungsanordnung 300 dazu insbesondere ähnlich betrieben werden kann, wie die zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen 100 und 200, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind.
Eine Diagnose der Schaltungsanordnung 300 kann beispielsweise durchgeführt werden, insbesondere mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, indem zunächst der Anschluss 6 auf Vcc gelegt wird, d. h. beispielsweise auf +5V, und gleichzeitig der Anschluss 8 auf GND gelegt wird, und währenddessen jeweils die sich am ersten Anschluss 3 bzw. die sich am zweiten 4 jeweils einstellende, resultierende Spannung mittels des jeweiligen, zugehörigen Analog-Digital-Wandlers ADC 1 bzw. ADC 2 erfasst wird, und anschließend die erfassten Spannungen ausgewertet und ein Funktionszustand der Schaltungsanordnung 300 bestimmt wird.
Ist die Schaltungsanordnung 300 fehlerfrei und funktioniert ordnungsgemäß und weist beispielsweise keinen Kurzschluss oder unerwünscht veränderte interne Widerstände auf, und ist der Kontaktschalter 10 offen, sollte die am ersten Anschluss 3 mittels des ersten Analog-Digital-Wandlers ADC1 erfasste erste Spannung U1 =+5V betragen und die am zweiten Anschluss 4 mittels des zweiten Analog-Digital-Wandlers ADC2 erfasste zweite Spannung U2 = 0V betragen.
Ist hingegen der Kontaktschalter 10 geschlossen, aber die Schaltungsanordnung 300 weiterhin fehlerfrei, sollten sich die am ersten Anschluss 3 erfasste Spannung sowie die am zweiten Anschluss 4 erfasste Spannung jeweils gemäß der folgenden Gleichung eingestellt haben. Weicht mindestens eine der mittels des ersten Analog-Digital-Wandlers ADC1 oder mittels des zweiten Analog-Digital-Wandlers ADC2 gemessenen Spannungen bzw. wenigstens eine Kombination von den an den Anschlüssen 3 und 4 erfassten Spannungswerten von den zuvor beschriebenen Spannungswerten U1 , U2 bzw. von den zuvor beschriebenen Kombinationen an Spannungswerten U1 , U2, die jeweils im Fall eines offenen Kontaktschalters 10 bzw. eines geschlossenen Kontaktschalters anliegen sollten, um mehr als ein als zulässig definiertes Maß ab, deutet dies auf einen Fehlerzustand hin. In diesem Fall wird, wie bei den zuvor beschriebenen Schaltungsanordnungen 100 und 200, als Funktionszustand ebenfalls ein Fehler-Funktionszustand bestimmt und insbesondere zur Weiterverarbeitung ausgegeben.
Liegt die Abweichung unterhalb des zulässigen Wertes, insbesondere unterhalb einer definierten Schwelle, wird als Funktionszustand ein fehlerfreier Funktionszustand bestimmt und insbesondere zur Weiterverarbeitung ausgegeben.
Mithilfe der Information, welcher der erfassten Spannungswerte dabei abweicht, d. h. beispielsweise eine mittels des ersten Analog-Digital-Wandlers ADC1 am ersten Anschluss 3 erfasste Spannung oder beispielsweise eine mittels des zweiten Analog- Digital-Wandlers ADC2 am zweiten Anschluss 4 erfasste Spannung, kann auf die mögliche Fehlerursache bzw. den Ort des Fehlers geschlossen werden, was ebenfalls ausgewertet und bei der Bestimmung des Funktionszustandes berücksichtigt werden kann.
Zur Verbesserung der Diagnosequalität, insbesondere zur Verbesserung der Diagnosegenauigkeit bzw. zur Plausibilisierung der erfassten Spannungswerte bzw. zur Plausibilisierung des erkannten Fehlerzustands, können in einem zweiten, nachfolgenden Zyklus die weiteren Anschlüsse 6 und 8 mit einer anderen Potenzialkombination bzw. jeweils mit einem anderen Potenzial beaufschlagt werden bzw. jeweils ein anderes Potenzial an diese angelegt werden im Vergleich zum ersten Zyklus und währenddessen die sich jeweils an den Anschlüssen 3 und 4 einstellenden, resultierenden Spannungen erfasst werden , anschließend ausgewertet werden und in Abhängigkeit von diesen ein Funktionszustand der Schaltungsanordnung 300 bestimmt werden, insbesondere unter Berücksichtigung bzw. ebenfalls in Abhängigkeit von den im ersten Zyklus erfassten Spannungen.
Beispielsweise kann in einem zweiten Zyklus der dritte Anschluss 6 an das Basispotenzial GND angelegt werden und der vierte Anschluss 8 an das Referenzpotenzial Vcc. Ist die Schaltungsanordnung 300 fehlerfrei und funktioniert ordnungsgemäß und weist beispielsweise keinen Kurzschluss oder unerwünscht veränderte interne Widerstände auf, und ist der Kontaktschalter 10 offen, sollte die am ersten Anschluss 3 mittels des ersten Analog-Digital-Wandlers ADC1 erfasste erste Spannung U1 =+0V betragen und die am zweiten Anschluss 4 mittels des zweiten Analog-Digital-Wandlers ADC2 erfasste zweite Spannung U2 = +5V betragen.
Ist hingegen der Kontaktschalter 10 geschlossen, aber die Schaltungsanordnung 300 weiterhin fehlerfrei, sollten sich die am ersten Anschluss 3 erfasste Spannung sowie die am zweiten Anschluss 4 erfasste Spannung jeweils gemäß der folgenden Gleichung eingestellt haben.
Wie vorstehend beschrieben, können auch bei dieser Schaltungsanordnung 300 der erste Zyklus und der zweite Zyklus regelmäßig wiederholt werden, insbesondere alternierend, mit oder ohne entsprechende Pausen dazwischen, wobei die Pausen dazwischen eine zeitlich konstante oder veränderliche Länge aufweisen können. Durch weitere Zyklen und Variationen können weitere Fehlerzustände detektiert werden, beispielsweise indem über die weiteren Anschlüsse 11 und 13 sowie die Anschlussleitungen 9 und 12 entsprechende Potenziale angelegt werden und über die Anschlüsse 3 und 4 sowie die zugehörigen Analog-Digital-Wandler ADC1 und ADC2 die sich einstellenden Spannung erfasst und mit den jeweils erwarteten Spannungen verglichen werden.
Fig. 5 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 400, wobei bei dieser Schaltungsanordnung 400 zum einen zwei elektrisch leitfähige Sensorelektroden 30A und 30B vorgesehen sind und diese jeweils nicht separat ausgebildet sind, sondern jeweils durch die Kontaktelemente A und B gebildet sind bzw. diese bilden. Diese Schaltungsanordnung ist wie die Schaltungsanordnung 300 aus Fig. 4 diagnosefähig, hat jedoch den Vorteil, dass keine Sensorelektroden-Anschlussleitung 31 sowie insbesondere kein zusätzlicher Sensorelektroden-Anschluss 32 erforderlich ist. Eine derartige Ausgestaltung eignet sich daher insbesondere, wenn die Anzahl der Anschlüsse nicht ausreicht.
Fig. 6 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 500, welche noch weniger Bauteile bzw. Komponenten erfordert als die Schaltungsanordnung 400 aus Fig. 5, insbesondere erheblich weniger Anschlüsse an der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20. Statt mit diversen Anschlüssen an der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung 20 ist das zweite Kontaktelement B bzw. die zweite Sensorelektrode 30B hier lediglich über die zweite Anschlussleitung 2 mit dem Basispotenzial GND elektrisch verbunden.
Eine derartige Schaltungsanordnung weist zwar im Vergleich zu den zuvor beschriebenen Schaltungsanordnungen einen reduzierten Diagnoseumfang bzw. eine reduzierte Diagnosefähigkeit auf. In einigen Fällen kann diese aber immer noch ausreichend sein, insbesondere bei nicht allzu hohen Sicherheitsanforderungen an eine Schaltungsanordnung.
Dafür ist diese Schaltungsanordnung 500 jedoch sehr kompakt und kann kostengünstig realisiert werden. Ebenfalls benötigt sie nur sehr wenige Anschlüsse an einer Steuerungs- , Mess- und Auswerteeinrichtung 20.
Fig. 7 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines sechsten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 600, wobei diese Schaltungsanordnung 600 sich von der anhand von Fig. 5 beschriebenen Schaltungsanordnung 400 insbesondere darin unterscheidet, dass weiteren Anschlüsse 6 und 11 sowie 8 und 13 jeweils über eigene, separate Anschlussleitungen 5 und 9 bzw. 7 und 12 sowie jeweils einem entlang dieser in Reihe geschalteten ohmschen Widerstand R3 bzw. R5 bzw. R4 bzw. R6 direkt mit dem ersten Kontaktelement A bzw. dem zweiten Kontaktelement B elektrisch verbunden sind.
Flierdurch können sowohl sämtliche Anschlussleitungen 1 , 2, 5, 9, 7 und 12 über ihre gesamte Länge auf mögliche Unterbrechungen bzw. Leitungsbrüche überwacht werden, als auch die Kontaktelemente A und B selbst. D.h. mit der Schaltungsanordnung 600 lassen sich auch bei geöffnetem Kontaktschalter 10 Unterbrechungen innerhalb der Kontaktelemente A und B erkennen, was beispielsweise mit der Schaltungsanordnung 400 aus Fig. 4 nicht möglich ist. Ebenfalls ermöglicht die Schaltungsanordnung 400 aus Fig. 5 bei geöffnetem Kontaktschalter 10 keine Erkennung von einer Unterbrechung im Abschnitt der ersten Anschlussleitung 1 bzw. der zweiten Anschlussleitung 2 zwischen dem zugehörigen Kontaktelement A bzw. B und dem Anschlussknoten K1 bzw. K2.
Somit lässt sich mit einer Schaltungsanordnung 600 gemäß Fig. 7 eine noch bessere Diagnosefähigkeit erreichen.
Für weitere Ausführungen zu den einzelnen Diagnosemöglichkeiten bzw. Diagnosezyklen und den jeweils zu erwartenden Spannungen bzw. Spannungsverläufen der einzelnen, hierin beschriebenen Schaltungsanordnungen sei hiermit auf die DE 102021111734.8 verwiesen, welche umfangreiche Ausführungen diesbezüglich enthält.
Bezuaszeichenliste:
100, 200, 300, 400 erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 500, 600 1 erste Anschlussleitung
1a linker Teil der ersten Anschlussleitung
2 zweite Anschlussleitung
2a linker Teil der zweiten Anschlussleitung
3 erster Anschluss
4 zweiter Anschluss
5 dritte Anschlussleitung
6 dritter Anschluss
7 vierte Anschlussleitung
8 vierter Anschluss
9 fünfte Anschlussleitung
10 Kontaktschalter 11 fünfter Anschluss 12 sechste Anschlussleitung 13 sechster Anschluss 20 Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung / Mikrokontroller
30, 30A, 30B elektrisch leitfähige Sensorelektrode
31 Sensorelektroden-Anschlussleitung
32 Sensorelektroden-Anschluss
A erstes Kontaktelement
A1 , A2 Ausgangs-Pin
ADC1 erste Analog-Digital-Wandler-Einheit
ADC2 zweite Analog-Digital-Wandler-Einheit
B zweites Kontaktelement
C1 erste Referenzkapazität
C2 zweite Referenzkapazität
E1 Eingangs-Pin
GND Basispotenzial / Massepotenzial
GPI01 , GPI02 GPIO-Pin / Multifunktions-Pin K1 , K4 Anschlussknoten PD1 , PD2 Pull-Down-Widerstand
PU1 , PU2 Pull-Up-Widerstand
R1 erster elektrischer Widerstand
R2 zweiter elektrischer Widerstand
R3 dritter elektrischer Widerstand
R4 vierter elektrischer Widerstand
R5 fünfter elektrischer Widerstand
R6 sechster elektrischer Widerstand
SO,.., S8 Verfahrensschritte Vcc positive Versorgungsspannung

Claims

Patentansprüche
1. Diagnosefähige Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600), aufweisend einen elektrischen Kontaktschalter (10), wenigstens eine elektrisch leitfähige Sensorelektrode (30, 30A, 30B), und eine Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20), wobei der elektrische Kontaktschalter (10) wenigstens ein erstes elektrisches Kontaktelement (A) und wenigstens ein zweites elektrisches Kontaktelement (B) aufweist, wobei die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) wenigstens einen ersten elektrischen Anschluss (3) und wenigstens einen zweiten elektrischen Anschluss (4) aufweist, wobei das erste elektrische Kontaktelement (A) über eine erste elektrische Anschlussleitung (1) mit dem ersten Anschluss (3) der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) elektrisch verbunden oder verbindbar ist und das zweite elektrische Kontaktelement (B) über eine zweite elektrische Anschlussleitung (2) mit einem Basispotenzial (GND) oder dem zweiten Anschluss (4) der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und wobei die wenigstens eine elektrisch leitfähige Sensorelektrode (30, 30A, 30B) derart ausgebildet und relativ zu wenigstens einem Kontaktelement (A, B) des Kontaktschalters (10) angeordnet ist, dass sie mit wenigstens einem Kontaktelement (A, B) des Kontaktschalters (10) eine Sensorkapazität ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) derart ausgebildet ist, dass in wenigstens einem Zustand der Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) zur zumindest teilweisen Diagnose der Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) mittels der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) zumindest zeitweise an das erste Kontaktelement (A) und/oder die erste Anschlussleitung (1) ein erstes definiertes Potenzial (Vcc, GND) anlegbar ist, und gleichzeitig ein zweites definiertes Potenzial (Vcc, GND) an das zweite Kontaktelement (B) und/oder die zweite Anschlussleitung (2) anlegbar ist, und die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, währenddessen wenigstens eine sich am ersten Kontaktelement (A) und/oder eine sich in der ersten Anschlussleitung (1) und/oder eine sich am ersten Anschluss (3) einstellende, resultierende erste Spannung zu erfassen und/oder währenddessen wenigstens eine sich am zweiten Kontaktelement (B) und/oder eine sich in der zweiten Anschlussleitung (2) und/oder eine sich am zweiten Anschluss (4) einstellende, resultierende zweite Spannung zu erfassen, mithilfe der wenigstens einen Sensorelektrode (30, 30A, 30B) einen Schaltzustand des Kontaktschalters (10) zu ermitteln, insbesondere, ob der Kontaktschalter (10) geöffnet oder geschlossen ist, wenigstens eine erfasste Spannung auszuwerten, und in Abhängigkeit von dem mithilfe der Sensorelektrode (30, 30A, 30B) ermittelten Schaltzustand des Kontaktschalters (10) und wenigstens in Abhängigkeit von einer erfassten und ausgewerteten Spannung einen Funktionszustand der Schaltungsanordnung(100, 200, 300, 400, 500, 600) zu bestimmen.
2. Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontaktschalter (10) dazu ausgebildet ist, wenigstens zwei Schaltzustände einzunehmen, wobei in einem ersten Schaltzustand des Kontaktschalters (10) eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Kontaktelement (A) und dem zweiten elektrischen Kontaktelement (B) getrennt ist, und wobei in einem zweiten Schaltzustand des Kontaktschalters (10) eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Kontaktelement (A) und dem zweiten elektrischen Kontaktelement (B) hergestellt ist.
3. Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektrode (30, 30A, 30B) derart ausgebildet und relativ zum Kontaktschalter (10) angeordnet ist, dass durch eine Änderung des Abstands der beiden Kontaktelemente (A, B) relativ zueinander eine Änderung der Sensorkapazität bewirkbar ist.
4. Schaltungsanordnung (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektrode (30) separat zum ersten Kontaktelement (A) sowie separat zum zweiten Kontaktelement (B) ausgebildet ist und die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) ferner einen Sensorelektroden- Anschluss (32) aufweist, wobei die Sensorelektrode (30) über eine Sensorelektroden-Anschlussleitung (31) und den Sensorelektroden-Anschluss (32) mit der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
5. Schaltungsanordnung (400, 500, 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektrode (30A, 30B) durch das erste Kontaktelement (A) oder das zweite Kontaktelement (B) gebildet ist.
6. Schaltungsanordnung (400, 500, 600) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) ferner eine zweite elektrisch leitfähige Sensorelektrode (30B) aufweist, wobei die erste Sensorelektrode (30A) durch das erste Kontaktelement (A) gebildet ist und die zweite Sensorelektrode (30B) durch das zweite Kontaktelement (B).
7. Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) ferner einen ersten elektrischen Widerstand (R1) und einen zweiten elektrischen Widerstand (R2) aufweist, wobei der erste elektrische Widerstand (R1) derart entlang der ersten Anschlussleitung (1) angeordnet ist, dass das erste Kontaktelement (A) über die erste Anschlussleitung (1) und den ersten elektrischen Widerstand (R1) mit dem ersten Anschluss (3) der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und wobei der zweite elektrische Widerstand (R2) derart entlang der zweiten Anschlussleitung (2) angeordnet ist, dass das zweite Kontaktelement (B) über die zweite Anschlussleitung (2) und den zweiten elektrischen Widerstand (R2) mit dem zweiten Anschluss (4) der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
8. Schaltungsanordnung (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Anschlüsse (3, 4) als schaltbarer Anschluss (3, 4) ausgebildet und eingerichtet ist, wobei die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) dazu ferner wenigstens einen umschaltbaren Pin (GPI01 , GPI02) aufweist, der mit dem schaltbaren Anschluss (3, 4) elektrisch verbunden oder verbindbar ist und der wenigstens zwischen einem Betrieb als Eingangs-Pin und einem Betrieb als Ausgangs-Pin umschaltbar ist und dazu ausgebildet und eingerichtet ist, je nach Schaltzustand entweder eine Spannung auszugeben, eine Spannung zu erfassen, den jeweiligen, zugehörigen Anschluss (3, 4) auf ein Potenzial (Vcc, GND) zu legen oder den zugehörigen Anschluss (3, 4) hochohmig oder niederohmig zu schalten.
9. Schaltungsanordnung (100, 200) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (100, 200) ferner wenigstens eine Referenzkapazität (C1 , C2) und wenigstens einen Pull-Widerstand (PD1 , PU1 ; PD2, PU2) aufweist, wobei die Referenzkapazität (C1 , C2) zum einen zwischen einem Anschluss (3) der Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) und einem elektrischen Widerstand (R1) mit einer Anschlussleitung (1) elektrisch verbunden oder verbindbar ist und zum anderen mit einem Basispotenzial (GND) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und wobei der Pull-Widerstand (PD1 , PU1) zum einen zwischen einem Kontaktelement (A, B) und einem elektrischen Widerstand (R1) mit einer Anschlussleitung (1) elektrisch verbunden oder verbindbar ist und zum anderen mit einem ersten Referenzpotenzial (Vcc) oder einem Basispotenzial (GND) elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
10. Schaltungsanordnung (300, 400, 500, 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) ferner aufweist: einen dritten elektrischen Anschluss (6), der über eine dritte Anschlussleitung (5) mit dem ersten Kontaktelement (A) und/oder der ersten Anschlussleitung (1) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und einen vierten elektrischen Anschluss (8), der über eine vierte Anschlussleitung (7) mit dem zweiten Kontaktelement (B) und/oder der zweiten Anschlussleitung (2) elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
11 . Schaltungsanordnung (300, 400, 500, 600) nach Anspruch 10, wobei die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) ferner aufweist: einen zumindest zeitweise als Eingang betreibbaren oder als Eingang ausgebildeten und eingerichteten ersten Eingangs-Pin, der mit dem ersten elektrischen Anschluss (3) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, einen zumindest zeitweise als Eingang betreibbaren oder als Eingang ausgebildeten und eingerichteten zweiten Eingangs-Pin, der mit dem zweiten elektrischen Anschluss (4) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, einen zumindest zeitweise als Ausgang betreibbaren oder als Ausgang ausgebildeten und eingerichteten ersten Ausgangs-Pin, der mit dem dritten elektrischen Anschluss (6) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, einen zumindest zeitweise als Ausgang betreibbaren oder als Ausgang ausgebildeten und eingerichteten zweiten Ausgangs-Pin, der mit dem vierten elektrischen Anschluss (8) elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
12. Schaltungsanordnung (300, 400, 500, 600) nach Anspruch 10 oder 11 , wobei die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung ferner aufweist: einen fünften elektrischen Anschluss (11 ), der über eine fünfte Anschlussleitung (9) mit dem ersten Kontaktelement (A) und/oder der ersten Anschlussleitung (1) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, einen zumindest zeitweise als Ausgang betreibbaren oder als Ausgang ausgebildeten und eingerichteten dritten Ausgangs-Pin, der mit dem fünften elektrischen Anschluss (11) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, einen sechsten elektrischen Anschluss (13), der über eine sechste Anschlussleitung (12) mit dem zweiten Kontaktelement (B) und/oder der zweiten Anschlussleitung (2) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und einen zumindest zeitweise als Ausgang betreibbaren oder als Ausgang ausgebildeten und eingerichteten vierten Ausgangs-Pin, der mit dem sechsten elektrischen Anschluss (13) elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
13. Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Steuerungs-, Mess- und Auswerteeinrichtung (20) ferner aufweist: einen mit dem ersten Anschluss (3) und/oder dem ersten Eingangs-Pin elektrisch verbindbaren oder verbundenen ersten Analog-Digital-Wandler-Kanal und/oder eine erste mit dem ersten Anschluss (3) und/oder dem ersten Eingangs-Pin elektrisch verbindbare oder verbundene Analog-Digital-Wandler- Einheit (ADC1), und einen mit dem zweiten Anschluss (4) und/oder dem zweiten Eingangs-Pin elektrisch verbindbaren oder verbundenen zweiten Analog-Digital-Wandler- Kanal und/oder eine mit dem zweiten Anschluss (4) und/oder dem zweiten Eingangs-Pin elektrisch verbindbare oder verbundene zweite Analog-Digital- Wandler-Einheit (ADC2).
14. Sensorvorrichtung für eine Bedieneingabevorrichtung, wobei die Sensorvorrichtung eine Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) mit einem kapazitiven Sensor mit wenigstens einer elektrisch leitfähigen Sensorelektrode (30, 30A, 30B) und wenigstens einem Kontaktschalter (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist.
15. Verfahren zur Diagnose einer Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600), die nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist, oder zur Diagnose einer Sensorvorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die Schritte: a) Bereitstellen einer Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600), die nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist oder einer Sensorvorrichtung nach Anspruch 14, b) Ermitteln eines Schaltzustands des Kontaktschalters (10) der Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) mithilfe der wenigstens einen elektrisch leitfähigen Sensorelektrode (30, 30A, 30B), c) Anlegen eines ersten definierten Potenzials (Vcc, GND) an das erste Kontaktelement (A) und/oder die erste Anschlussleitung (1), und gleichzeitig d) Anlegen eines zweiten definierten Potenzials (Vcc, GND) an das zweite Kontaktelement (B) und/oder die zweite Anschlussleitung (2), und zumindest zeitweise, während die Schritte c) und d) durchgeführt werden: e) Erfassen einer sich am ersten Kontaktelement (A) und/oder einer sich in der ersten Anschlussleitung (1) und/oder einer sich am ersten Anschluss (3) einstellenden, resultierenden Spannung und/oder einer sich am zweiten Kontaktelement (B) und/oder einer sich in der zweiten Anschlussleitung (2) und/oder einer sich am zweiten Anschluss (4) einstellenden, resultierenden Spannung, f) Auswerten wenigstens einer erfassten Spannung, und g) Bestimmen eines Funktionszustands der Schaltungsanordnung (100, 200, 300, 400, 500, 600) in Abhängigkeit von dem mithilfe der Sensorelektrode (30, 30A, 30B) ermittelten Schaltzustand des Kontaktschalters (10) und in Abhängigkeit von der wenigstens einen erfassten und ausgewerteten Spannung.
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