POSLOWSKY, Georg (Bismarckstr. 30/3, Lauffen am Neckar, 74348, DE)
| Ansprüche 1. Manuell bedienbare Schaltvorrichtung und eine elektronische Auswerteeinrichtung (2) für die Schaltsignale, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung einen Schalthebel (1) aufweist, der mit einer taktilen Sensorik eine Vielzahl von manuellen Einflüssen auf den Schalthebel (1) auch bewegungslos erfasst, wobei insbesondere mechanische Kräfte und Berührungen am Schalthebel (1) auswertbar sind. 2. Manuell bedienbare Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im axialen Verlauf des Schalthebels (1) Dehnungsmessstreifen (3), Carbonpasten oder entsprechend funktionalen Kunststoffen zur Erfassung der auf den Schalthebel (1) wirkenden Kräfte vorhanden sind. 3. Manuell bedienbare Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im taktil beanspruchten Griffbereich des Schalthebels (1) Sensoren (4,5,6) zur Erfassung der Fingerposition oder sonstiger manueller Eingriffe vorhanden sind. 4. Manuell bedienbare Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (4,5,6) zur Erfassung der Fingerposition oder sonstiger manueller Eingriffe des Bedieners kapazitive oder induktive Sensoren sind. 5. Manuell bedienbare Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Auswerteeinrichtung (2) und die taktile Sensorik im Schalthebel (1) über ein elektronisches Bussystem (9) mit weiteren elektronischen Auswerteeinrichtungen verbunden ist. 6. Manuell bedienbare Schaltvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Auswerteeinrichtung (2) einen Mikrocontroller zur Auswertung von Bussignalen im Schalthebel (1), insbesondere Can-, LIN-, Flexray- oder sonstigen Bussignalen, aufweist. 7. Manuell bedienbare Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Auswerteeinrichtung (2) im Schalthebel (1) über eine Funkübertragungsstrecke mit weiteren elektronischen Auswerteeinheiten verbunden ist. 8. Manuell bedienbare Schaltvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bereitstellung der für die Funkübertragung erforderlichen Energie autark erzeugbar ist. 9. Manuell bedienbare Schaltvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Schalthebel (1) zur Bereitstellung der für die Funkübertragung erforderlichen Energie eine lokale Energiequelle, insbesondere Batterien, Solarpanels oder über die eingesetzte Hebelkraft gewonnene Pufferung eines Akkumulators, vorhanden ist. 10. Manuell bedienbare Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalthebel (1) hinsichtlich seiner Steifigkeit so ausgeführt ist, dass eine auslenkende Bewegung simulierbar ist. 11. Manuell bedienbare Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltfunktion akustisch oder optisch anzeigbar ist. 12. Manuell bedienbare Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltfunktionen durch Software festgelegt sind und zusätzliche Schalterfunktionen durch weitere Software oder Softwareupdates hinzufügbar sind. 13. Anwendung einer manuell bedienbaren Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalthebel (1) ein Lenkstockschalter bei einem Fahrzeug zur Bedienung von Fahrzeugfunktionen, insbesondere für Fahrtrichtungsanzeiger, Scheibenwischer, Beleuchtung oder dergleichen, ist. |
Manuell bedienbare Schaltvorrichtung und eine elektronische Auswerteeinrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine manuell bedienbare Schaltvorrichtung und eine elektronische Auswerteeinrichtung für die Schaltsignale, insbesondere einen Lenkstockschalter bei einem Kraftfahrzeug zur Betätigung von Fahrtrichtungsanzeiger, Scheibenwischer, Beleuchtung oder dergleichen, nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Bekannt sind solche Lenkstockschalter zum Beispiel aus der DE 20 2006 009 534 U1. Die Schaltpositionen bei solchen Lenkstockschaltern werden in der Regel über Schleiferflachen erfasst, von einem Mikrocontroller ausgewertet und dann wird ein entsprechendes Signal über ein Bussystem, zum Beispiel ein CAN-Bus, ein LIN-Bus, etc., im Fahrzeug zur weiteren Auswertung zur Verfügung gestellt.
Weiterhin sind auch berührungslose Auswertungen der Schaltpositionen über Magnetfeldsensoren aus der DE 10 20005 018 289 A1 bekannt. Hier können zum Beispiel Hall-Sensoren zur Detektion der Schaltposition angewendet werden.
Allen bisher bekannten Methoden ist gemeinsam, dass diese Schaltvorgänge einen Bewegungsvorgang voraussetzen, der in ein entsprechendes elektronisches Signal umgewandelt wird. In der Regel wird hierbei ein Modul, bestehend aus mehreren Lenkstockschaltern (z. B. Blinker, Wischer), so
BESTATIGUNGSKOPIE aufgebaut, dass die unterschiedlichen Schaltfunktionen hier gemeinsam ausgewertet werden können. Nachteilig ist bei diesen relativ komplexen Modulen, dass eine Montage oder Demontage relativ aufwendig ist und in der Regel das Lenkrad des Fahrzeugs dabei entfernt werden muss.
Die Haptik des Schalthebels ist dabei vom Anwender als notwendige Mensch- Maschine-Kopplung gewünscht und im Detail hinsichtlich des Winkels, der Kräfte und ggf. des Geräuschs auch oft vorgegeben und stellt darüber hinaus auch ein Wiedererkennungsmerkmal für den Fahrer des Fahrzeugs dar. Der Platzbedarf für solche Module steigt mit dem Funktionsumfang des Schalters, wobei das Platzangebot im Bereich des Lenkrades im Fahrzeug jedoch oft sehr begrenzt ist. Neue Funktionen, wie z. B. die Vernetzung von Sensoren und Aktoren bei elektronischen Lenksystemen (Steer-by-wire Konzepten) erfordern aber zusätzlichen Bauraum.
Zusätzlich muss beachtet werden, dass ein Verschleiß der Haptik des Schalthebels in der Regel nur über Fehlfunktion des Schalters erkannt werden kann. Ein Verschmutzen der Kontakte am Schalter kann daher bei analoger Auswertung der Schaltsignale zu Fehlinterpretation der Schalterstellung führen.
Die Auswertung der Schalterstellungen wird beim Stand der Technik meist durch eine separate Baugruppe, die auch die Signale eines Lenkwinkelsensor verarbeitete, vorgenommen. Die zuvor erwähnten Schleiferflachen mit entsprechenden Codierwiderständen werden dabei beim jeweiligen Drehpunkt des Schalthebels angeordnet. Wenn nun weitere Funktionen im Schalthebel gewünscht werden, z. B. Beleuchtung, Intervallstufen-Schalter, etc., besteht ein solches Modul meist in relativ aufwendiger Weise aus mehreren bestückten Leiterplatten, die über Steckverbinder und Kabel miteinander verbunden werden müssen. Darstellung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine manuell bedienbare Schaltvorrichtung und eine elektronische Auswerteeinrichtung für die Schaltsignale, bei der erfindungsgemäß die Schaltvorrichtung einen Schalthebel aufweist, der mit einer taktilen Sensorik eine Vielzahl von manuellen Einflüssen auf den
Schalthebel auch bewegungslos erfasst, wobei insbesondere Druckkräfte und Berührungen am Schalthebel auswertbar sind. Eine vorteilhafte Anwendung dieser manuell bedienbaren Schaltvorrichtung ergibt sich, wenn der Schalthebel ein Lenkstockschalter bei einem Fahrzeug zur Bedienung von Fahrzeug- funktionen, insbesondere für Fahrtrichtungsanzeiger, Scheibenwischer, Beleuchtung oder dergleichen, ist.
Die Erfindung sieht somit in vorteilhafter weise vor, dass die Haptik am Schalthebel und die Auswertung der Schalterstellungen voneinander getrennt wird. Hierzu werden die Kräfte, die auf den Schalthebel einwirken unabhängig von seiner Position oder Bewegung erfasst. Über die Erfassung der
Handposition des Bedieners am Schalthebel kann zudem der Bedienerwunsch auch noch auf einfache Weise plausibilisiert werden. Ein Verschmutzen von Schaltkontakten ist nicht mehr möglich. Außerdem wird die Montage vereinfacht, da sie bei einem Lenkstockschalter unabhängig vom Lenkradeinbau ist, sodass bei Funktionsausfall eines Schalters nicht mehr das ganze Schaltermodul ausgetauscht werden muss, sondern nur der entsprechende Schalter ersetzt werden muss.
Der erfindungsgemäße sogenannte „switch-by-wire Schalter" verzichtet somit in der Vollausbaustufe vollständig auf bewegliche Teile, wobei allerdings in Teilausbaustufen auch noch Taster oder Schleiferflachen im Schalthebelgriff möglich sind.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind zum Beispiel im axialen Verlauf des Schalthebels Dehnungsmessstreifen, Carbonpasten oder entsprechend funktionalen Kunststoffen zur Erfassung der auf den Schalthebel wirkenden Kräfte vorhanden. Die Messung der Kräfte erfolgt somit beispielsweise über die Dehnungsmesssteifen, die so angeordnet sind, dass sie - A -
die Kräfte in senkrechter oder kreisumfänglicher Richtung (für Auf- und Abdrücke) und in der Tiefe (axial im Verlauf des Schalthebels) für Vor- und Zurückkräfte erfassen. Durch die Verhältnisbildung der Ausgangssignale der Dehnungsmessstreifen ist die Kräfteverteilung im Schalthebel und damit die Schalterposition immer eindeutig.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind auch im taktil beanspruchten Griffbereich des Schalthebels Sensoren zur Erfassung der Fingerposition oder sonstiger manueller Eingriffe vorhanden, wobei dieses Sensoren beispielsweise kapazitive oder induktive Sensoren sind.
Vorteilhaft ist es außerdem gemäß einer ersten Ausführungsform, wenn die elektronische Auswerteeinrichtung und die taktile Sensorik im Schalthebel über ein elektronisches Bussystem mit weiteren elektronischen Einheiten im Fahrzeug verbunden sind. Hierbei kann ein entsprechender Mikrocontroller zur Auswertung von CAN-Bus- oder LIN-Bus-Signalen im Schalthebel angeordnet werden. Somit wertet ein Mikrokontroller die Signale der Sensorik bereits im Schalthebel aus und stellt eine entsprechende Botschaft über das Bussystem (CAN, LIN, etc.) im Fahrzeug zur Verfügung. Nahezu die gesamte Elektronik kann somit bei nur drei (LIN-Bus) oder vier (CAN-Bus) Anschlussleitungen vollständig im Schalthebel integriert werden.
Eine sogenannte Time-to-Digital Verarbeitung kann dabei den Stromverbrauch der Anordnung insgesamt vermindern und eliminiert den bei Dehnungsmessstreifen ansonsten üblichen Nullpunktabgleich. Damit ist es möglich, eine Schaltvorrichtung aufzubauen, die einen Stromverbrauch im μA- Bereich hat, wodurch die Schaltvorrichtung auch für einen Dauerbetrieb geeignet ist und darüber hinaus auch Weckfunktionen übernehmen könnte.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform kann die elektronische Auswerteeinrichtung über eine Funkübertragungsstrecke mit weiteren elektronischen Einheiten im Fahrzeug verbunden sein. Hierbei können in vorteilhafter Weise am Schalthebel zur Bereitstellung der für die Funkübertragung erforderlichen Energie eine lokale Energiequelle, insbesondere Batterien, Solarpanels oder über die eingesetzte Hebelkraft gewonnene Pufferung eines Akkumulators, vorhanden sein.
Somit kann anstelle einer Datenübertragung per Datenbus (LIN, CAN, Flexray, etc.) auch eine Funkstreckenübertraqunq, wie es beispielsweise beim Betätigen des Fahrzeugschlüssels oft der Fall ist, vorgenommen werden. Hierbei müssen lediglich die Übertragungseinheit, das Übertragungsprotokoll, die Übertragungsfrequenzen etc. entsprechend festgelegt werden.
Bei einem solchen erfindungsgemäß ausgeführten elektronischen Lenkstockschalter, der zum Beispiel auch bei einer Funkdatenübertragung eine relativ geringe Stromaufnahme im Betrieb hat, wäre es somit leicht zu realisieren, dass die Energiegewinnung für den Schalterbetrieb autark erfolgt. Damit erhält man zum Beispiel einen energieautarken Lenkstockschalter, der gänzlich ohne Kabel und Steckverbindern auskommt. Zu den Vorteilen zählen weiterhin eine große Designfreiheit, eine Kosteneinsparung durch Wegfall von Kabel und Verbindern und eine Qualitätsverbesserung durch Entfernen der herstellungsbedingten Schwachstellen, insbesondere eine einfachere Montage.
Der Schalthebel kann darüber hinaus aber auch hinsichtlich seiner Steifigkeit so ausgeführt werden, dass eine auslenkende Bewegung simulierbar ist, wobei eine Schaltfunktion akustisch oder optisch anzeigbar ist. Der Funktionsumfang wird dabei in vorteilhafter Weise durch Software festgelegt, sodass zusätzliche Schalterfunktionen auch durch weitere Software oder Softwareupdates hinzugefügt werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Lenkstockschalters als eine manuell bedienbare Schaltvorrichtung in einem Fahrzeug mit einer taktilen Sensorik und einer Auswerteeinrichtung im Schalthebel des Lenkstockschalters.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Lenkstockschalters als eine manuell bedienbare Schaltvorrichtung mit einer taktilen Sensorik in einem Schalthebel 1 des Lenkstockschalters. Im Schalthebel 1 , hier im Griffbereich, ist eine elektronische Auswerteeinrichtung 2 für die Schaltsignale einer taktilen Sensorik, die hier schematisch durch Dehnungsmessstreifen 3 und durch kapazitive Sensoren 4, 5 und 6 gebildet ist, vorhanden.
Mit dem Dehnungsmessstreifen 3 und den kapazitiven Sensoren 4, 5 und 6 können eine Vielzahl von manuellen Einflüssen auf den Schalthebel 1 bewegungslos erfasst werden, wobei insbesondere Druckkräfte durch den Dehnungsmessstreifen 3 (Kräfte in senkrechter oder kreisumfänglicher Richtung (für Auf- und Abdrücke gemäß Pfeil 7) und in der Tiefe (axial im Verlauf des Schalthebels) für Vor- und Zurückkräfte gemäß Pfeil 8) und Berührungen am Schalthebel durch die kapazitiven Sensoren 4, 5 und 6 auswertbar sind.
Zur Auswertung der Signale muss der Schalthebel 1also nicht in einem messbaren Umfang bewegt werden, was Bauraum spart. Die Rückmeldung an den Fahrzeuglenker kann in herkömmlicher Weise über die durch die Sensorik ausgeloste Reaktion, z. B. Blinken, Schaltergeräusch (z. B. über Lautsprecher abgegeben) erfolgen und vermitteln somit dem Fahrzeuglenker zusätzlich, dass geschaltet wurde. Bei entsprechender Auslegung des Schalthebels 1 hinsichtlich der Steifigkeit kann dieser bei einer Betätigungskraft durchaus nachgeben, wobei das zugehörige Schaltgeräusch jedoch über einen Lautsprecher abgegeben wird.
Es kann nach einer eingeschränkten Ausführungsform aber dennoch die ursprüngliche Haptik durch eine Bewegung des Schalthebels 1 beibehalten werden und die Auswertung auf den Kräfteverlauf am Schalthebel 1 angepasst werden. Damit kann zum Beispiel bei einer Ausführung mit herkömmlichen Schleifkontakten überprüft werden, ob die Schaltkräfte noch in der vorgegebenen Toleranz sind oder ob bereits ein Verschleiß eingetreten ist. Die Schaltgeräusche stammen dann aber von der herkömmlichen Haptik. Es ist weiterhin denkbar, dass auch zusätzliche Funktionen weiterhin mit Tastern oder auch Schleiferflächen erfasst werden, da die Elektronik mit der Auswertevorrichtung 2 bereits im Schalthebel 1 integriert ist.
Gemäß der Erfindung können über die kapazitive Erfassung der Fingerposition mit den kapazitiven Sensoren 4, 5 und 6 mit oder ohne gleichzeitiger Überwachung der auf den Schalthebel 1 ausgeübten Kräfte zusätzliche Schaltvorgänge bewegungslos erfasst werden.
Die elektronische Auswertevorrichtung 2 und die taktile Sensorik im Schalthebel 1 ist über ein elektronisches Bussystem 9 mit weiteren hier nicht dargestellten elektronischen Einheiten im Fahrzeug verbunden. Hierzu ist ein entsprechender MikroController als Bestandteil der elektronischen Auswerteeinrichtung 2 zur Auswertung von CAN-Bus- oder LIN-Bus-Signalen im Schalthebel 1 angeordnet. Somit wertet ein Mikrokontroller die Signale der Sensorik bereits aus und stellt eine entsprechende Botschaft über das Bussystem (CAN, LIN, etc.) im Fahrzeug zur Verfügung, wobei die Auswertung der Schaltpositionen des Schalthebels 1 über den MikroController vollständig im Schalthebel 1 integriert ist. Nahezu die gesamte Elektronik kann somit bei nur drei (LIN-Bus) oder vier (CAN-Bus) Anschlussleitungen des Bussystems 9 vollständig im Schalthebel 1 integriert werden.
Gemäß eines zweiten, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiels kann die elektronische Auswerteeinrichtung 2 aber auch über eine Funkübertragungsstrecke mit weiteren elektronischen Einheiten im Fahrzeug verbunden sein. Hierbei können in vorteilhafter Weise am Schalthebel zur Bereitstellung der für die Funkübertragung erforderlichen Energie eine lokale Energiequelle, insbesondere Batterien, Solarpanels oder über die eingesetzte Hebelkraft gewonnene Pufferung eines Akkumulators, vorhanden sein.