Anzeigeinstrument für ein Kraftfahrzeug mit Positionserkennung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Anzeigeinstrument zur Darstellung einer Betriebsgröße eines Kraftfahrzeuges mit einem vor einer Skala beweglichen Zeiger, dessen tatsächliche Position durch eine Sensorik feststellbar ist.

Stand der Technik

Für den Einsatz von Anzeigeinstrumenten bei Kraftfahrzeugen, bei denen hohe Anforderungen an die Genauigkeit gestellt werden, wie beispielsweise für die Anzeige der Geschwindigkeit, ist die Berücksichtigung von Fehlerquellen erforderlich, um die dadurch entstehenden Abweichungen bestmöglich korrigieren zu können. Insbesondere das Aufsummieren einer größeren Zahl kleiner, für sich genommen vernachlässigbar geringer Abweichungen, verursacht etwa durch Getriebespiel oder Impulsverlust bei der Ansteuerung eines Schrittmotor-Antriebs, kann eine erhebliche Abweichung zwischen mutmaßlicher und tatsächlicher Zeigerposition bedingen.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze bekannt, mit denen man versucht, dieses Problem zu beheben. Ein erster Ansatz sieht vor,

turnusmäßig oder anlaßgesteuert die Rücksetzung des Zeigers auf eine definierte Position zu vollziehen. In der Regel wird der Zeiger hier gegen einen mechanischen Endanschlag bewegt, wobei der Zeigerantrieb dabei während einer Zeitdauer angesteuert wird, die das Erreichen des Endan- schlags unabhängig von der Größe der Abweichung in jedem Fall sicherstellt.

Gemäß einem zweiten Ansatz wird die tatsächliche Position des Zeigers durch eine Sensorik ermittelt, wodurch eine nachgeordnete Elektronik die vermeintliche und tatsächliche Position miteinander abgleichen, also ggf. eine Kompensation der Abweichung über die Ansteuerung des Zeigerantriebs durchführen kann.

Aus der DE 43 10 060 A1 ist ein analoges Anzeigeinstrument bekannt, bei dem ein auf der Drehachse aufsitzender Zeigerkragen abwechselnd mit infrarotes Licht absorbierenden und reflektierenden Zonen ausgerüstet ist. Im Zusammenwirken mit einer benachbart angeordneten IR - Sende/ Empangseinheit ist damit eine Drehwinkelerfassung möglich, also eine Mehrzahl von Zeigerpositionen mit nur einer Sensoreinrichtung bestimmbar. Da diese Sensorik jedoch vollständig im Bereich der Drehachse angeordnet ist, kann die Genauigkeit der damit erzielbaren Positionserfassung nicht allen Anforderungen genügen.

Die DE 198 37 824 A1 beschreibt eine Sensoranordnung für ein Anzeigeinstrument, bei der dieses Problem vermieden wurde, indem eine beispiel- gemäß als Reflexionslichtschranke beschriebene Sensoreinrichtung in der Außenzone des Instruments platziert wurde und so eine Positionsbestimung durch Erfassung der Zeigerspitze ermöglicht. Um eine Mehrzahl von Zeigerpositionen erfassen zu können, wird vorgeschlagen, eine dementsprechende Mehrzahl von Sensoreinrichtungen entlang des Zeigerweges vorzusehen. Nachteilig in diesem Fall ist, daß mit deren Anzahl eine analoge Kostensteigerung bei einem solchen Anzeigeinstrument verbunden ist.

Aufgabe

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, einen Weg aufzuzeigen, eine Positionsbestimmung mit hoher Genauigkeit bei möglichst geringem Bauteileaufwand zu ermöglichen.

Lösung

Die Aufgabe wird gelöst durch ein gattungsgemäßes Anzeigeinstrument, bei dem der Zeiger zum Transport eines Meßsignals herangezogen wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird dabei das Meßsignal im Bereich der Zeigerspitze in diesen eingekoppelt und von dort längs des Zeigers in Richtung der Drehachse geführt, in deren Nähe ein einziger Detektor das Meßsignal aufnimmt. So kann durch Art und Stärke des Signals auf die Po- sition der Zeigerspitze rückgeschlossen werden, wenn längs des entlang der Skala verlaufenden, von der Zeigerspitze zurückgelegten Weges Signalquellen vorhanden sind, die zur Abgabe von Signalen geeignet sind, welche mit Vorzug ortsverschieden codiert sein können. Somit sind von den Orten der Signalquellen ausgehend ggf. unterschiedliche Meßsignale in die Zeigerspitze einkoppelbar. Alternativ können die Meßsignale sich gleichen, wodurch an mehreren Orten ein jeweils identisches Meßsignal in die Zeigerspitze einkoppelbar ist. In dieser alternativen Ausführungsform ist es bevorzugt, während der Zeigerbewegung einen Zählerstand mitzuführen, anhand dessen eine Signalquelle identifizierbar ist und somit die Ortsinformation abgeleitet werden kann.

Mit Vorteil wird Licht als Meßsignal verwendet, da heute übliche Zeiger bereits vielfach lichtleitend ausgeführt sind, um bei Dunkelheit gut sichtbar zu sein. Besonders vorteilhaft ist es, ohnehin vorhandene Lichtquellen als Signalquellen für das Meßsignal heranzuziehen, was bei als Gesamtheit durch eine gemeinsame Lichtquelle und mit dieser zusammenwirkenden

Lichtleiterstruktur hinterleuchteten oder durch mehrere einzelne Elemente (beispielsweise LED) jeweils separat lichterzeugend ausgeführten Skalenmarkierungen ohne Weiteres möglich ist. Aus ästhetischen Gründen ist es im Instrumentenbau üblich, die Skalenmarkierungen scharf gegen das Skalenumfeld abgegrenzt auszugestalten. Weil damit zugleich eine deutlich konturierte Blende geschaffen ist, welche eine gute örtliche Abgrenzung des Lichtaustritts erzeugt, leistet dies dem Ortsauflösevermögen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung Vorschub, da im Moment, in dem die Zeigerspitze die Grenzzone überstreicht, ein steilflankiger übergang, somit ein guter Kontrast bei Hell-Dunkel- (bzw. Dunkel-Hell-) übergang bewirkt ist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, für die Skalenbeleuchtung eine gesonderte, vom Normalbetrieb abweichende Betriebsart für Meßzwecke vorzusehen. Da es in Abhängigkeit von der Bauart des Anzeigeinstruments und der dadurch bedingten Fehlerquellen (hinsichtlich Art und Größe der möglichen Fehler) ausreichen kann, einen Abgleich zwischen mutmaßlicher und tatsächlicher Zeigerposition lediglich gelegentlich vorzunehmen, kann für diesen Fall die Gesamtheit der Signalquellen oder, sofern die Signalquellen einzeln an- steuerbar sind, sogar nur die jeweilige, der Position des Zeigers nächst- liegende Quelle in erhöhter Leuchtstärke betrieben werden, um so die Einkopplung des Meßsignals in die Zeigerspitze, nicht zuletzt hinsichtlich Tages- oder anderen Umgebungslichts als Störquellen, zu verbessern (S/N- Verhältnis). Je nach Art der Lichtquelle ist es sogar denkbar, diese kurzfristig, nur für die Dauer der Messung, gezielt zu überlasten, um die Lichtabgabe zu maximieren.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet für Meßzwecke Licht, welches sich von der Art des Lichtes, die für Beleuchtungszwecke eingesetzt wird, unterscheidet. Damit ist es ermöglicht, eine dem Normalbetrieb des Anzeigeinstruments überlagerte

Meßbetriebsart zeitgleich anzuwenden, was bis zu einer kontinuierlichen überlagerung beider Betriebsarten ausweitbar ist. Die Unterschiedlichkeit der beiden Lichtarten kann beispielsweise in ihrer Frequenz liegen, wobei es möglich ist, für den Meßbetrieb eine Frequenz im nicht sichtbaren Bereich zu verwenden. Die Unterschiedlichkeit kann darüber hinaus in der Zeitdomäne liegen, etwa durch gepulsten Betrieb der Lichtquellen. Bei entsprechend hoher, quellenverschiedener Pulsfolge ist eine Lichtwirkung erzielbar, die für das menschliche Auge den Eindruck kontinuierlicher Lichtabstrahlung ergibt, für die Auswerteelektronik aber die ortsauflösende Unterscheidbarkeit der Signal- bzw. Lichtquellen voneinander ermöglicht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Signalquelle ortsbeweglich ausgeführt. Dies ist besonders bevorzugt in Fällen, bei denen ein Anzeigeinstrument für die zeitgleiche Darstellung einer Mehrzahl von Werten ausgelegt ist. Ein Beispiel dafür sind Geschwindigkeitsanzeiger, die neben dem Ist-Wert auch einen Soll-Wert darstellen, wobei letzterer eine Vorgabe im Zusammenhang mit einer automatischen Geschwindigkeitsregelung sein kann. Der Fachmann erkennt, daß hier eine große Variationsbandbreite von Ausführungsarten der Erfindung eröffnet ist : die ortsbewegliche Signalquelle kann durch mechanisch bewegliche Teile, etwa einen Zeiger oder einen drehbaren Ring mit Zeigerspitze, fehlerbehaftet vorgesehen sein. In diesem Fall ist es möglich, den Abgleich invers durchzuführen, indem die Signalquellenposition auf eine bereits abgeglichene Position des Zeigers justiert und damit ein deckungsgleiches Erscheinungsbild wieder hergestellt wird. Ebenso kann die ortsbewegliche Signalquelle in nicht fehlerbehafteter Weise vorgesehen sein, etwa als Ansteuerung einer aus einer Vielzahl von bevorzugt lückenlos aneinandergereihten Lichtquellen, womit sich eine Alternative oder Ergänzung für den auf statischen Signalquellen mittels erleuchteten Skalenmarkierung basierenden Zeigerabgleich ergibt.

Figuren

Anhand der nachfolgenden Figuren werden einige Aspekte der Erfindung näher erläutert.

In der Figur 1 ist anhand eines Prinzip-Schaubilds eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Anzeigeinstruments verdeutlicht. Ein von einem Motor 10 drehbar angetriebener Zeiger 11 weist drehachsnah eine der Zeigerbeleuchtung dienende Lichtquelle 12 sowie einen Detektor 13 auf. Neben dem in üb- licher Weise entlang des Zeigers zu Beleuchtungsszwecken geführten Licht 14 ist in gegenläufiger Richtung zu Meßzwecken geführtes Licht 15 dargestellt, welches dem Detektor 13 zugeleitet wird. Dieses Licht entstammt einer Lichtquelle bzw. Signalquelle 16, von wo es sich durch eine im Zifferblatt 17 vorhandene Blende 18 ausbreitet und anteilig in die Zeigerspitze eingekoppelt wird. Dabei wird die Quelle gepulst betrieben, wie durch eine in die Ansteuerelektronik 19 integrierte Baugruppe 19a angedeutet. In gleicher weise steuert die Baugruppe 19a die Lichtquelle 12 an, jedoch mit einem von dem der Quelle 16 zugeleiteten verschiedenen - bevorzugt orthogonalen - Impulsmuster.

Die Figur 2 zeigt eine Zeigervariante für eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Angedeutet sind die unterseitige Bedruckung 21 , durch welche eine gleichmäßige Zeigerausleuchtung mit Lichtanteilen des Lichts 14 (siehe Figur 1) verursacht wird, sowie die abweichend ausgerüstete Zeigerspitze, an deren Unterseite die Oberfläche eine angerauten Bereich 22 aufweist, um dort die Einkopplung des Lichts zu Meßzwecken von der Signalquelle zu ermöglichen.

In der Figur 3 ist ein typischer, etwa durch Fremdlichteinwirkung störgrößenbehafteter Amplitudenverlauf des Meßsignals nach Aufnahme durch den Detektor 4 bzw. Vorverarbeitung durch den Demodulator 19b (siehe Figur 1 ) skizziert. Die Maxima 31 repräsentieren Zeigerpositionen unmittelbar über den

jeweiligen Signalquellen, welche in diesem Fall äquidistant angeordnet sind. Der Fachmann versteht, daß mit wachsender Zahl lokaler Maxima ein immer genauerer Abgleich erzielbar ist (gegebenenfalls durch Mittelwertbildung über den gesamten Bewegungsbereich des Zeigers), bei unverändertem Aufwand für die Bauteile der Sensorik.

Figur 4 ist eine Prinzipdarstellung für eine ortsveränderliche Signalquelle 41 , die in diesem Fall auf einem unterhalb der Instrumentenskala 17 und somit verdeckt geführten Dreharm 42 angeordnet ist, um etwa einen Lichtpunkt als Sollwertmarkierung zu erzeugen. Je nach Ausführung kann hier auf eine Blende 18 gemäß Figur 1 verzichtet werden, sofern etwa der Dreharm eine Strahlbündelungsvorrichtung mitführt.

In Figur 5 ist die ortsveränderliche Signalquelle durch die Zeigerspitze 52 eines im Querschnitt andeutungsweise gezeigten Ringzeigers 51 gebildet.

Bezugszeichen

10 Motor

11 Zeiger

12 Lichtquelle

13 Detektor

14 Licht zu Beleuchtungszwecken

15 Licht zu Meßzwecken

16 Signalquelle

17 Zifferblatt

18 Blende

19 Ansteuerelektronik

19a Baugruppe der Ansteuerelektronik

19b Demodulator

21 Zeigerbedruckung

22 Zeigerspitze

31 Wertemaximum

41 Ortsveränderliche Signalquelle

42 Dreharm

51 Ringzeiger (Querschnitt)

52 Ringzeigerspitze