Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensor zum Erfassen einer Position in zwei Raumrichtungen, auf ein Verfahren zum Erfassen einer Position eines Betätigers eines Sensors in zwei Raumrichtungen, auf eine entsprechende Vorrichtung sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.

Eine Relativposition zweier zueinander beweglich angeordneter Bauteile kann berührungslos erfasst werden. Beispielsweise kann die Relativposition induktiv erfasst werden.

Die DE 10 2007 015 524 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines induktiven Bedämpfungselements und ein induktives Wirbelstrombetätigungselement.

Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung einen verbesserten Sensor zum Erfassen einer Position in zwei Raumrichtungen ein verbessertes Verfahren zum Erfassen einer Position eines Betätigers eines Sensors in zwei Raumrichtungen, eine entsprechend verbesserte Vorrichtung sowie ein entsprechend verbessertes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Sensorelemente in einer Reihe können eine Position eines Gegenstücks entlang der Reihe erfassen. Die Position kann durch einen Algorithmus auch an Positionen zwischen den Sensorelementen ermittelt werden. Bei zumindest zwei nebeneinanderliegenden Reihen der Sensorelemente kann die Position auch quer zu den Reihen aufgelöst werden.

Durch zumindest zwei Reihen von Sensorelementen kann ein Sensor die Position des Betätigers zweidimensional erfassen. Durch den erweiterten Erfassungsbereich können zwei Raumrichtungen auf einmal mit einem einzelnen Sensor erfasst werden. Ein Sensor zum Erfassen einer Position in zwei Raumrichtungen umfasst die folgenden Merkmale: ein Sensorfeld mit einer ersten Reihe und zumindest einer zweiten Reihe, wobei die Reihen in einer ersten Raumrichtung nebeneinander angeordnete Sensorelemente aufweisen und die Reihen in einer quer zu der ersten Raumrichtung ausgerichteten zweiten Raumrichtung nebeneinander angeordnet sind; und

einen Betätiger, der quer zu der ersten und zweiten Raumrichtung in einer dritten Raumrichtung beabstandet zu dem Sensorfeld angeordnet ist und in der ersten und zweiten Raumrichtung relativ zu dem Sensorfeld beweglich ausgeführt ist, wobei der Betätiger dazu ausgebildet ist, eine Messgröße der Sensorelemente zu beeinflussen, wobei ein Signal eines Sensorelements einen Grad einer Überdeckung des Sensorelements durch den Betätiger repräsentiert.

Unter einem Sensor kann ein berührungsloser Sensor verstanden werden. Beispielsweise kann der Sensor basierend auf Induktion, Magnetismus, Elektrostatik oder Fotoelektrik arbeiten. Ein Sensorelement kann eine Sensorfläche aufweisen, basierend auf der das Signal erzeugt wird. Ein Sensorelement kann einen passiven Rand aufweisen. Die Sensorelemente einer Reihe können unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sein. Die Sensorelemente einer Reihe können auch beabstandet voneinander angeordnet sein. Ein Betätiger kann eine Wirkfläche aufweisen, die im Wesentlichen parallel zu der Sensorfläche der Sensorelemente ausgerichtet ist. Ein Signal kann ein elektrisches Signal sein. Das Signal kann analog oder digital vorliegen. Eine Überdeckung kann ein Bedeckungsgrad eines Sensorelements durch den Betätiger sein.

Zwischen der ersten Reihe und der zweiten Reihe kann ein Zwischenraum angeordnet sein. Durch den Zwischenraum kann das Signal der Sensorelemente der ersten Reihe stärker von dem Signal der Sensorelemente der zweiten Reihe abweichen. Dadurch kann eine verbesserte Erkennung einer Bewegung in der zweiten Raumrichtung erfolgen.

Die zweite Reihe kann weniger Sensorelemente aufweisen, als die erste Reihe. Die zweite Reihe kann kürzer sein als die erste Reihe. Durch weniger Sensorelemente können ungenutzte Sensorelemente vermieden werden. Die Sensorelemente können gleich groß sein. Durch einen gleichartigen Aufbau der Sensorelemente können Fertigungskosten reduziert werden.

Der Betätiger kann auf einer ersten Bahn, zumindest einer zweiten Bahn und einer Verbindungsbahn beweglich sein, wobei die erste Bahn zumindest teilweise im Bereich der ersten Reihe verläuft, die zweite Bahn zumindest teilweise im Bereich der zweiten Reihe verläuft und die Verbindungsbahn die erste Bahn mit der zweiten Bahn verbindet. Durch eine Führung auf den Bahnen können Zwischenpositionen zwischen den Bahnen, außer auf der Verbindungsbahn, ausgeschlossen werden. Dadurch können Fehler an dem Sensor leicht entdeckt werden, da Positionen außerhalb der Bahnen nicht erlaubt sind. Auch eine Messgenauigkeit kann so erhöht werden, da die Bahnen linear in der ersten Raumrichtung verlaufen, und die Position in der zweiten Raumrichtung nur auf der Verbindungsbahn erfasst wird.

Die erste Bahn und/oder die zweite Bahn kann gekrümmt sein, wobei das Sensorfeld zumindest in einer Raumrichtung gekrümmt ist. Durch eine Krümmung kann der Abstand zwischen dem Betätiger und dem Sensorfeld innerhalb einer vorgegebenen Toleranz gehalten werden.

Der Betätiger kann ein elektrisch leitendes Material aufweisen und/oder die Sensorelemente können als Sensorspulen ausgebildet sein, wobei insbesondere der Betätiger durch einen Luftspalt von dem Sensorfeld getrennt sein kann und/oder dazu ausgebildet sein kann, durch die Überdeckung eine Induktivität der Sensorspulen zu reduzieren und die reduzierte Induktivität in dem Signal abgebildet ist. Durch die induktive Erfassung der Position kann der Betätiger ohne elektrischen Kontakt ausgeführt werden. Der Betätiger kann rein passiv sein. Dadurch kann eine Konstruktion des Sensors vereinfacht werden.

Der Betätiger kann eine erste Teilfläche und zumindest eine zweite Teilfläche aufweisen, wobei die erste Teilfläche und die zweite Teilfläche fix zueinander angeordnet sind und ein erster Flächenschwerpunkt der ersten Teilfläche beabstandet zu einem zweiten Flächenschwerpunkt der zweiten Teilfläche angeordnet ist. Die Teilflächen können funktionale Geometrien aufweisen. Die Geometrien können unter- schiedlich sein. Durch verschiedene Teilflächen können die Signale der Sensorelemente die Position des Betätigers genauer repräsentieren.

Das Sensorfeld kann in der zweiten Raumrichtung neben der zweiten Reihe zumindest eine weitere Reihe aus in der ersten Raumrichtung nebeneinander angeordneten Sensorelementen aufweisen. Die Reihen können eine Matrix ausbilden. Durch eine Matrix kann ein großer Erfassungsbereich erreicht werden.

Ein Verfahren zum Erfassen einer Position eines Betätigers eines Sensors in zwei Raumrichtungen, wobei der Sensor ein Sensorfeld und einen Betätiger aufweist, wobei das Sensorfeld eine erste Reihe und zumindest eine zweite Reihe aufweist, die in einer ersten Raumrichtung nebeneinander angeordnete flächige Sensorelemente aufweisen und in einer quer zu der ersten Raumrichtung ausgerichteten zweiten Raumrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei der Betätiger quer zu der ersten und zweiten Raumrichtung in einer dritten Raumrichtung beabstandet zu dem Sensorfeld angeordnet ist und in der ersten und zweiten Raumrichtung relativ zu dem Sensorfeld beweglich ausgeführt ist, wobei der Betätiger dazu ausgebildet ist, eine Messgröße der Sensorelemente zu beeinflussen, wobei das Signal eines Sensorelements einen Grad einer Überdeckung des Sensorelements durch den Betätiger repräsentiert, weist die folgenden Schritte auf:

Einlesen der Signale der Sensorelemente;

Auswerten der Signale unter Verwendung einer Verarbeitungsvorschrift, um die Position des Betätigers zu bestimmen; und

Bereitstellen der Position als ersten Koordinatenwert der ersten Raumrichtung und zweiten Koordinatenwert der zweiten Raumrichtung.

Im Schritt des Auswertens können pro Reihe die Signale der Sensorelemente interpoliert werden, um pro Reihe einen Wert und eine Koordinate eines Signalmaximums zu erhalten, und die Koordinate aus der Reihe mit dem größten Wert kann ausgewählt werden, um den ersten Koordinatenwert zu erhalten, und die Werte der Reihen können interpoliert werden, um den zweiten Koordinatenwert zu erhalten. Durch ein kreuzweises Auswerten kann schnell und einfach die Position des Betätigers gefunden werden. Im Schritt des Auswertens pro kann Reihe das Sensorelement ausgewählt werden, dessen Signal den größten Grad der Überdeckung in seiner Reihe anzeigt, und unter Verwendung der Signale der ausgewählten Sensorelemente kann die Reihe ausgewählt werden, in welcher der größte Grad der Überdeckung angezeigt wird, und eine erste Interpolation der Signale der Sensorelemente der ausgewählten Reihe kann durchgeführt werden, um den ersten Koordinatenwert zu erhalten, und im Bereich des ersten Koordinatenwerts kann eine zweite Interpolation der Signale der Sensorelemente, von in der zweiten Raumrichtung benachbarten Reihen durchgeführt werden, um den zweiten Koordinatenwert zu erhalten. Durch ein kreuzweises Auswerten kann schnell und einfach die Position des Betätigers gefunden werden.

Im Schritt des Auswertens können die Signale der Sensorelemente als Referenzen für eine Nachschlagetabelle verwendet werden, um die Position des Betätigers aus der Nachschlagetabelle zu erhalten. Durch ein Auswerten über eine Lookup-Tabelle kann mit wenig Rechenaufwand eine ausreichend hohe Genauigkeit der Position erreicht werden.

Im Schritt des Auswertens kann die Position unter Verwendung einer Approximation von in der Nachschlagetabelle hinterlegten Werten bestimmt werden. Durch eine Approximation kann die Genauigkeit der Positionsfindung erhöht werden.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zum Erfassen einer Position eines Betätigers eines Sensors in zwei Raumrichtungen, die dazu ausgebildet ist, die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.

Eine Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem MikroController neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens zum Erfassen einer Position eines Betätigers eines Sensors in zwei Raumrichtungen nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung eines Sensors zum Erfassen einer Position in zwei

Raumrichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Darstellung eines Sensors zum Erfassen einer Position in zwei

Raumrichtungen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine Darstellung einer Bahnkurve gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 Darstellungen von Optimierungsstufen eines Betätigers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 Darstellungen von Optimierungsstufen eines Betätigers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erfassen einer Position in zwei Raumrichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Erfassen einer Position in zwei Raumrichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Für Wählhebelmodule in Fahrzeugen mit Automatikgetriebe wird heutzutage nicht nur eine Bewegungsrichtung in Fahrtrichtung für die Automatik-Stufen (Hauptgasse) benötigt, sondern es ist zusätzlich eine Bewegung in seitlicher Richtung nötig, um z. B. in eine Manual-Gasse (Tippgasse) schalten zu können.

Hierzu ist eine Sensorik nötig, die Wege und/oder Winkel in zwei Dimensionen erkennen kann.

Ein induktives Wählhebelmodul kann eine Sensorik aufweisen, die sich aus zwei unabhängigen eindimensionalen Sensorfeldern zusammensetzt. Eine mechanische Lösung kann eine erste Bewegungsrichtung in das Erste und eine zweite Bewegungsrichtung in das zweite Sensorfeld umlenken. Beispielsweise ist die erste Bewegungsrichtung eine Kreisbahn für die Automatikgasse (Hauptgasse) die zweite Bewegungsrichtung ist eine lineare Bahn für die Tippgasse (Plus, Minus).

Der hier vorgestellte Ansatz benötigt anstatt zwei unabhängigen Betätigungselementen nur ein zweidimensional wirkendes Betätigungselement. Dadurch ergeben sich reduzierte Kosten, da ein Betätiger entfallen kann. Die beiden Bewegungsrichtungen müssen nicht mehr umständlich über eine Mechanik auf zwei eindimensionale Bewegungen umgelenkt werden. Weiterhin ergeben sich reduzierte Kosten durch den Entfall der aufwendigen Mechanik und durch den reduzierten Konstruktionsaufwand. Es ergibt sich eine reduzierte Ausfallwahrscheinlichkeit. Unbemerkte Fehler können verhindert werden, da das Betätigungselement für die Tippgasse entfällt und sich somit nicht mehr ausklipsen kann.

Es wird eine induktive Sensorik vorgestellt, die nur einen Betätiger verwendet, der sich in beide Dimensionen bewegen kann. Dazu wird ein zweidimensionales Sensorfeld verwendet.

Es werden in den Figuren 1 und 2 Ausführungsbeispiele von induktiven Sensoreinheiten mit 2-dimensionaler Wegerfassung vorgestellt. Dabei wird ein Betätiger verwendet, der sich in beide Richtungen bewegen kann. Weiterhin sind nicht mehr zwei eindimensionale Sensorfelder nötig, sondern ein zweidimensionales Sensorfeld. Es wird weiterhin in Fig. 6 ein erweitertes Auswerteverfahren vorgestellt, das aus den Sensorsignalen zwei Wegsignale in X- und Y-Richtung und aus diesen Wegsignalen abgeleitete Betätigerposition ermittelt.

Der Betätiger kann sich auch aus mehreren Betätigungselementen zusammensetzen, die sich auf einem gemeinsamen Träger befinden. Durch diese Anordnung kann der Abstand der Betätigungselemente konstruktiv variiert werden, um Sensorsignale optimieren zu können. Alternativ oder ergänzend können die Sensor-Spulen- Abstände variiert werden.

Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines Sensors 100 zum Erfassen einer Position in zwei Raumrichtungen x, y gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Sensor 100 weist ein Sensorfeld 102 und einen Betätiger 104 auf. Das Sensorfeld 102 weist eine erste Reihe 106 und eine zweite Reihe 108 auf. Die Reihen 106, 108 weisen in einer ersten Raumrichtung x nebeneinander angeordnete Sensorelemente 1 10 auf. Die zweite Reihe 108 weist weniger Sensorelemente 1 10 auf, als die erste Reihe 106. Die erste Reihe 106 weist sieben quadratische Sensorelemente 1 10 auf, die unmittelbar aneinandergereiht angeordnet sind. Die zweite Reihe 108 weist fünf der quadratischen Sensorelemente 1 10 auf. Die zweite Reihe 108 ist in der Darstellung mittig neben der ersten Reihe angeordnet. Die Reihen 106, 108 sind in einer quer zu der ersten Raumrichtung x ausgerichteten zweiten Raumrichtung y nebeneinander angeordnet. Der Betätiger 104 ist quer zu der ersten x und zweiten Raumrichtung y in einer dritten Raumrichtung z beabstandet zu dem Sensorfeld 102 angeordnet. Der Betätiger 104 ist in der ersten x und zweiten Raumrichtung y relativ zu dem Sensorfeld 102 beweglich ausgeführt. Dabei ist der Betätiger 104 dazu ausgebildet, eine Messgröße der Sensorelemente 1 10 zu beeinflussen, wobei ein Signal eines Sensorelements 1 10 einen Grad einer Überdeckung des Sensorelements 1 10 durch den Betätiger 104 repräsentiert. Zwischen der ersten Reihe 106 und der zweiten Reihe 108 ist ein Zwischenraum 1 12 angeordnet. Der Betätiger 104 weist ein elektrisch leitendes Material auf. Die Sensorelemente 1 10 sind als Sensorspulen 1 10 ausgebildet. Der Betätiger 104 ist durch einen Luftspalt in der dritten Raumrichtung z von dem Sensorfeld 102 getrennt. Der Betätiger 104 ist dazu ausgebildet, durch die Überdeckung eine Induktivität der Sensorspulen 1 10 zu reduzieren. Die reduzierte Induktivität ist in dem Signal abgebildet. Die Sensorspulen 1 10 sind hier als rechteckige spiralförmig angelegte Leiterbahnen ausgeführt. Die Sensorspulen 1 10 können beispielsweise durch Maskenätzen einer metallisierten Folie hergestellt worden sein. Die einzelnen Sensorspulen 1 10 des ganzen Sensors 100 können aus einem Stück Folie hergestellt werden. Der Betätiger 104 weist eine erste Teilfläche 1 14 und eine zweite Teilfläche 1 1 6 auf. Die erste Teilfläche 1 14 und die zweite Teilfläche 1 1 6 sind fix zueinander angeordnet. Beide Teilflächen 1 14, 1 1 6 sind rautenförmig. Die Seiten der Rauten sind leicht konkav ausgeführt. Die Teilflächen 1 14, 1 1 6 sind näherungsweise so lang, wie drei Sensorelemente 1 10. Die Teilflächen 1 14, 1 1 6 sind näherungsweise so breit, wie ein Sensorelement 1 10. Hier sind die Rauten 1 14, 1 1 6 etwas kürzer als drei Sensorelemente 1 10, wobei die Rauten 1 14, 1 1 6 etwas breiter als ein Sensorelement 1 1 0 sind. Beide Rauten 1 14, 1 1 6 sind in der zweiten Raumrichtung y nebeneinander angeordnet und überschneiden sich geringfügig. Ein erster Flächenschwerpunkt 1 18 der ersten Teilfläche 1 14 ist beabstandet zu einem zweiten Flächenschwerpunkt 120 der zweiten Teilfläche 1 16 angeordnet. In der dargestellten Position des Betätigers 104 ist der erste Flächenschwerpunkt 1 18 mittig über der ersten Reihe 106 angeordnet. Der zweite Flächenschwerpunkt 120 ist in der zweiten Raumrichtung y um die Hälfte des Abstands zwischen den Reihen 106, 108 verschoben. In der ersten Raumrichtung x weisen die Flächenschwerpunkte 1 18, 120 keine Verschiebung auf. Der zweite Flächenschwerpunkt 120 ist damit mittig in dem Zwischenraum 1 12 platziert. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Flächenschwerpunkte 1 18, 120 einen Versatz in der ersten Raumrichtung x auf.

In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Sensorelemente 1 10 der zweiten Reihe 108 gegenüber den Sensorelementen 1 10 der ersten Reihe 106 einen Versatz in der ersten Raumrichtung x auf.

Durch den Versatz in der ersten Raumrichtung x kann eine Messgenauigkeit des Sensors 100 verbessert werden, da die Signale der Sensorelemente 1 10 in der ersten Reihe 106 einen Phasenversatz zu den Signalen der Sensorelemente 1 10 der zweiten Reihe aufweisen.

In einem Ausführungsbeispiel weisen die Sensorelemente eine Kantenlänge von fünf Längeneinheiten, insbesondere Millimeter auf. Damit ist die erste Reihe 106 35 Längeneinheiten lang. Die zweite Reihe 108 ist 25 Längeneinheiten lang. Der Zwischenraum 1 12 ist fünf Längeneinheiten breit.

In einem Ausführungsbeispiel ist der Betätiger 104 aus mehreren Betätigungselementen 1 14, 1 1 6 zusammengesetzt, die sich auf einem gemeinsamen Träger befinden. Durch diese Anordnung kann der Abstand der Betätigungselemente 1 14, 1 1 6 konstruktiv variiert werden, um Sensorsignale optimieren zu können. Außerdem können die Sensor-Spulen-Abstände variiert werden.

Durch den hier vorgestellten Ansatz ergibt sich ein neues Sensordesign der Leiterplatte, ein neues Betätigungselement 104 und eine neue Mechanik zum Bewegen des Betätigers 104.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung eines Sensors 100 zum Erfassen einer Position in zwei Raumrichtungen x, y gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Sensor 100 entspricht weitestgehend des Sensors in Fig. 1 . Die erste Reihe 106 und die zweite Reihe 108 weisen je vier Sensorelemente 1 10 auf. Zusätzlich weist der hier dargestellte Sensor 100 eine dritte Reihe 200 und eine vierte Reihe 202 aus je vier in ersten Raumrichtung x nebeneinander angeordneten Sensor- elementen 1 10 auf. Die Sensorelemente 1 10 bilden eine Matrix 204 aus Reihen 106, 108, 200, 202 und Spalten 206, 208, 210, 212. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Sensorelemente 1 10 geradlinig nebeneinander und übereinander ausgerichtet. Zwischen den Sensorelementen 1 10 sind geringe Zwischenräume 1 12 angeordnet. Der Betätiger 104 ist in diesem Ausführungsbeispiel als punktsymmetrischer vier- strahliger Stern mit konkaven Flanken ausgebildet.

Der Betätiger 104 weist hier einen zentralen Flächenschwerpunkt 1 18 auf. Der Flächenschwerpunkt 1 18 befindet sich hier mittig über der zweiten Reihe 108 und über einem Zwischenraum 1 12 zwischen der zweiten Spalte 208 und der dritten Spalte 200.

In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich der Flächenschwerpunkt 1 18 des Betätigers 104 damit in der ersten Raumrichtung x auf einer Position von 7,5 Längeneinheiten und fünf Längeneinheiten in der zweiten Raumrichtung y. Die Matrix 204 weist eine Kantenlänge von 20 Längeneinheiten auf.

Das zweidimensionale Sensorfeld 102 setzt sich aus einer Matrix 204 von Reihen 106, 108, 200, 202 und Spalten 206, 208, 210, 212 zusammen. Es sind minimal zwei Reihen und zwei Spalten nötig. Die maximale Anzahl ist beliebig. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine Matrix 204 von 4 Reihen 106, 108, 200, 202 und 4 Spalten 206, 208, 210, 212 beschrieben.

Fig. 3 zeigt eine Darstellung einer Bahnkurve 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Bahnkurve 300 weist eine erste Bahn 302, eine zweite Bahn 304 und eine Verbindungsbahn 306 auf. Die erste Bahn 302 verläuft im Bereich der ersten Reihe, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Die zweite Bahn 304 verläuft im Bereich der zweiten Reihe, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Die Verbindungsbahn 306 verbindet die erste Bahn 302 mit der zweiten Bahn 304. Die Verbindungsbahn 306 ist quer zu der ersten Bahn 302 und der zweiten Bahn 304 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel sind die erste Bahn 302 und die zweite Bahn 304 mittig zueinander ausgerichtet. Die Bahnen 302, 304 sind um den Zwischenraum, wie er in Fig. 1 gezeigt ist voneinander beabstandet. Die Verbindungsbahn 306 verbindet in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Mitte der ersten Bahn 302 mit der Mitte der zweiten Bahn 304. Der Betätiger ist auf der ersten Bahn 302, der zweiten Bahn 304 und der Verbindungsbahn 306 beweglich. Auf der ersten Bahn 302 und der zweiten Bahn 304 sind Rastpunkte 308 angeordnet.

In einem Ausführungsbeispiel repräsentiert die Bahnkurve 300 mit den Rastpunkten 308 ein Schaltschema Wählhebels für ein elektronisch angesteuertes Getriebe für ein Fahrzeug. Dabei repräsentiert ein Rastpunkt je eine Schaltstellung des Wählhebels. Der Betätiger ist mit dem Wählhebel gekoppelt. Das Sensorfeld ist an einem Gehäuse des Wählhebels angeordnet. Dann repräsentiert die erste Bahn 302 eine Hauptgasse einer Schaltkulisse für den Wählhebel, während die zweite Bahn 304 eine Tippgasse der Schaltkulisse repräsentiert.

In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Bahn 302 und/oder die zweite Bahn 304 gekrümmt, wobei das Sensorfeld zumindest in einer Raumrichtung gekrümmt ist. Der Wählhebel führt eine rotatorische Bewegung aus. Durch die Drehbewegung beschreibt der Betätiger als Bahnkurve 300 einen Teilabschnitt einer Kreisbahn. Dann kann das Sensorfeld gekrümmt ausgeführt sein, um den Abstand zwischen dem Betätiger und dem Sensorfeld innerhalb eines Toleranzbereichs zu halten, um vergleichbare Signale von allen Sensorelementen zu erhalten.

Fig. 4 zeigt Darstellungen von Optimierungsstufen 400, 402, 404 eines Betätigers 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Betätiger 104 entspricht dabei im Wesentlichen dem Betätiger in Fig. 1 . In der ersten Optimierungsstufe 400 sind die erste Teilfläche 1 14 und die zweite Teilfläche 1 1 6 so zueinander ausgerichtet, dass sich die Rauten an den stumpfen Ecken berühren. Die Flanken der Rauten sind geradlinig ausgeführt. In der zweiten Optimierungsstufe 402 sind die Teilflächen 1 14, 1 1 6 so zueinander ausgerichtet, dass sie sich an den stumpfen Ecken geringfügig überlappen. Die Kanten sind geradlinig ausgeführt. In der dritten Optimierungsstufe 404 sind die Teilflächen 1 14, 1 1 6 wie in Fig. 1 an den stumpfen Ecken miteinander verschmolzen. Hier sind die Flanken wie in Fig. 1 leicht konkav ausgeführt. Fig. 5 zeigt Darstellungen von Optimierungsstufen 500, 502 eines Betätigers 104 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Betätiger 104 entspricht hier dem Betätiger in Fig. 2. In der ersten Optimierungsstufe 500 sind zwei rautenförmige Teilflächen 1 14, 1 1 6 im rechten Winkel zueinander angeordnet, wobei ihre Flächenschwerpunkte übereinstimmen. Die Teilflächen 1 14, 1 1 6 überschneiden sich in einem zentralen Bereich. Wie in Fig. 2 bilden die Teilflächen 1 14, 1 1 6 einen vierstrahligen Stern aus. Im Gegensatz zu dem Betätiger in Fig. 2 sind die Flanken in der ersten Optimierungsstufe 500 nicht konkav ausgeführt. In der zweiten Optimierungsstufe 502 sind die Teilflächen 1 14, 1 1 6 verschmolzen. Wie in Fig. 2 sind die resultierenden Flanken jetzt konkav, wobei hier der zentrale Bereich, in dem die Teilflächen 1 14, 1 1 6 überlappen, größer ist, als in der ersten Optimierungsstufe 500.

Die Figuren 4 und 5 zeigen Betätigerformen. Mit unterschiedlichen Betätigerformen können die Signalverläufe optimiert werden. Ein ideal lineares Wegsignal ergibt sich, wenn die drei Normiertwerte genau auf einer Parabel liegen. Das wird durch eine leichte Krümmung der Rautenform nach innen erreicht. Durch Variation der Abstände der beiden Rauten kann ein Mittenversatz ausgeglichen werden. Durch einen Mittenversatz kann eine Nichtlinearität erreicht werden.

Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 600 zum Erfassen einer Position in zwei Raumrichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 600 weist einen Schritt 602 des Einlesens, einen Schritt 604 des Auswertens und einen Schritt 606 des Bereitstellens auf. Das Verfahren 600 ist dazu geeignet, eine Position eines Betätigers eines Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in zwei Raumrichtungen zu erfassen. Dabei weist der Sensor, wie sie beispielsweise in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist, ein Sensorfeld und einen Betätiger auf. Das Sensorfeld weist eine erste Reihe und zumindest eine zweite Reihe auf. Die Reihen weisen in einer ersten Raumrichtung nebeneinander angeordnete flächige Sensorelemente auf. Die Reihen sind in einer quer zu der ersten Raumrichtung ausgerichteten zweiten Raumrichtung nebeneinander angeordnet. Der Betätiger ist quer zu der ersten und zweiten Raumrichtung in einer dritten Raumrichtung beabstandet zu dem Sensorfeld angeordnet. Der Betätiger ist in der ersten und zweiten Raumrichtung relativ zu dem Sensorfeld beweglich ausgeführt ist. Der Betätiger ist dazu ausgebildet, eine Messgröße der Sensorelemente zu beeinflussen, wobei das Signal eines Sensorelements einen Grad einer Überdeckung des Sensorelements durch den Betätiger repräsentiert. Im Schritt 602 des Einlesens werden die Signale der Sensorelemente eingelesen. Im Schritt 604 des Auswertens werden die Signale unter Verwendung einer Verarbeitungsvorschrift ausgewertet, um die Position des Betätigers zu bestimmen. Im Schritt 606 des Bereitstellens wird die Position als erster Koordinatenwert der ersten Raumrichtung und als zweiter Koordinatenwert der zweiten Raumrichtung bereitgestellt.

In einem Ausführungsbeispiel werden im Schritt 604 des Auswertens pro Reihe die Signale der Sensorelemente interpoliert, um pro Reihe einen Wert und eine Koordinate eines Signalmaximums zu erhalten. Die Koordinate aus der Reihe mit dem größten Wert wird ausgewählt, um den ersten Koordinatenwert zu erhalten. Die interpolierten Werte der Reihen werden interpoliert, um den zweiten Koordinatenwert zu erhalten.

In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 604 des Auswertens pro Reihe das Sensorelement ausgewählt, dessen Signal den größten Grad der Überdeckung in seiner Reihe anzeigt. Unter Verwendung der Signale der ausgewählten Sensorelemente wird die Reihe ausgewählt, in welcher der größte Grad der Überdeckung angezeigt wird. Eine erste Interpolation der Signale der Sensorelemente der ausgewählten Reihe wird durchgeführt, um den ersten Koordinatenwert zu erhalten. Im Bereich des ersten Koordinatenwerts wird eine zweite Interpolation der Signale der Sensorelemente, von in der zweiten Raumrichtung benachbarten Reihen durchgeführt, um den zweiten Koordinatenwert zu erhalten.

In einem Ausführungsbeispiel wird zum Interpolieren eine Glockenkurve verwendet. Damit kann die Position des Betätigers an Koordinaten zwischen den Sensorelementen bestimmt werden. In einem Ausführungsbeispiel werden im Schritt 604 des Auswertens die Signale der Sensorelemente als Referenzen für eine Nachschlagetabelle verwendet, um die Position des Betätigers aus der Nachschlagetabelle zu erhalten.

In einem Ausführungsbeispiel sind in der Nachschlagetabelle während einer Kalibrierung aufgezeichnete Signale der Sensorelemente hinterlegt. Dabei sind zu bestimmten Positionen des Betätigers bestimmte Muster der Signale hinterlegt. Die eingelesenen Signale weisen ähnliche Muster auf, wie die hinterlegten Muster. Durch einen Vergleich der Muster wird auf die Position des Betätigers geschlossen.

In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 604 des Auswertens die Position unter Verwendung einer Approximation von in der Nachschlagetabelle hinterlegten Werten bestimmt. Beispielsweise können die Werte linear oder polynom interpoliert werden. Das Approximieren ermöglicht zusätzlich zu den hinterlegten Werten Zwischenwerte zu erhalten, mit denen die Signale der Sensorelemente verglichen werden können.

In einem Ausführungsbeispiel erfolgt die Auswertung der Spulensignale in mehreren Schritten. Dabei werden folgende Abkürzungen verwendet.

R0, R1 , R2, R3 für Spulenreihe 0 bis Spulenreihe 3

SO, S1 , S2, S3 für Spulenspalte 0 bis Spulenspalte 3

R0S0 ... R3S3 für Spule [ReiheO, SpalteO] bis Spule [Reihe3. Spalte3]

NMRO ... NMR3 für Normiert-Maximum-ReiheO bis Normiert-Maximum-Reihe3

SR01 für Schwellwert zwischen Spulenreihe 0 und 1

SR12 für Schwellwert zwischen Spulenreihe 1 und 2

SR23 für Schwellwert zwischen Spulenreihe 2 und 3

Zuerst erfolgt hier eine Normierung. Dabei werden alle Sensoren normiert, wobei eine gemessene Induktivität der Sensorspulen in ein weiterverarbeitbares Signal gewandelt wird. Durch die Normierung ist das Signal einer unbeeinflussten Sensorspule null. Je stärker die Sensorspule durch den Betätiger beeinflusst wird, umso größer wird ein Signalwert der Sensorspule. Durch das Normieren wird eine Weiterverarbeitung der Signale vereinfacht. Anschließend erfolgt ein Ermitteln der Normiert-Maxima jeder Spulenreihe. Von jeder Spulenreihe wird die Spule ermittelt, die den maximalen Normiert-Wert hat. Die maximalen Normiert-Werte werden abgespeichert als NMRO. NMR 1 . NMR2 und NMR3.

Dann erfolgt eine Wegberechnung in Y-Richtung. Der Weg in Y-Richtung wird mithil- fe der Parabelinterpolation mit den Eingangswerten: NMRO ... NMR3 berechnet. Die Parabelinterpolation erfolgt unter Verwendung einer Interpolationsfunktion.

Anschließend erfolgt eine Reihenermittlung in Y-Richtung. Das geschieht durch einen Vergleich des Y-Weges mit Schwellwerten. Ergebnis ist die Nummer, in welcher Reihe sich der Betätiger befindet (oder welcher Reihe sich der Betätiger am nächsten befindet). Beispielsweise

SR01 = 2.5 mm

SR12 = 7,5 mm

SR23 = 12.5 mm

Bedingung 1 Bedingung 2 Ergebnis

Y-Weg < 2,5 mm Reihennummer

Y-Weg >= 2.5 mm Y-Weg < 7,5 mm Reihennummer

Y-Weg >= 7.5 mm Y-Weg < 12,5 mm Reihennummer

Y-Weg >=, 12,5 m Reihennummer

Dann erfolgt eine Wegberechnung in X-Richtung. Anhand der vorher ermittelten Reihennummer wird die Parabelinterpolation mit folgenden Werten aufgerufen.

Reihennummer Wert O Wert 1 Wert 2 Wert 3

R0 R0S0 R0S1 R0S2 R0S3

R1 R1 S0 R1 S1 R1 S2 R1 S3

R2 R2S0 R2S1 R2S2 R2S3

R3 R3S0 R3S1 R3S2 R3S3

Das Ergebnis wird als Weg in X-Richtung abgespeichert.

Abschließend erfolgt eine Positionsermittlung Y und X-Richtung. Durch Vergleichen der X- und Y-Wege mit Schaltschwellen können Schaltpositionen erzeugt werden. Die Berechnung wird anhand eines Zahlenbeispiels erläutert. Dabei entsprechen das Sensorfeld und die Betätigerposition der Darstellung in Fig. 2.

Eingelesen werden Sensorspannungen in mV.

SO S1 S2 S3

R3 3500 3500 3500 3500

R2 3500 3000 3000 3500

R1 3300 1500 1500 3300

R0 3500 3000 3000 3500

Daraus ergeben sich die Normiertwerte in mV.

SO S1 S2 S3

R3 0 0 0 0

R2 0 500 500 0

R1 200 2000 2000 200

R0 0 500 500 0

Die Normiert-Maxima der Spulenreihen in mV ergeben sich als

NMR3 0

NMR2 y3 500

NMR1 y2 2000

NMRO y1 500

Für die Wegberechnung in Y-Richtung in mm wird die folgende Formel verwendet, wobei d der Spulenabstand in mm (=5 mm),

x2 der NMR-Index des größten Wertes (=1 ) und

Xs der Y-Weg ist. Mit Zahlenwerten ergibt sich

Darauf basiert die Reihenermittlung in y-Richtung, wobei

Y-Weg Bedingung 1 Bedingung 2 Ergebnis

5 mm Y-Weg >= 2,5 mm Y-Weg < 7.5 mm Reihennummer

Anschließend erfolgt die Wegberechnung in X-Richtung in mm.

Normiertwerte der Spulenreihe 1 in mV

SO S1 S2 S3

R1 200 2000 2000 200

y1 y2 y3 d: Spulenabstand in mm (=5 mm)

x2: NMR-Index des größten Wertes (=1 )

Xs: X-Weg

(2000 - 200)

X _s = mrri 1 + = 7,5/77/77

2000 - 200 - 2000

Da die Interpolationsfunktionen drei Werte benötigen, wird bei nur zwei Werten der dritte fehlende Wert auf 0 gesetzt.

Wenn nur zwei Spulen betätigt sind, kann die Parabelinterpolation folgendermaßen ablaufen. Bei drei Spulen würde sich folgende Berechnung ergeben. d: Spulenabstand in mm Mit P1 (7/256); P2(8/768): P3 (9/256): d=25 mm

Wenn nun nur die Spule bei P1 nicht vorhanden ist ergeben sich folgende Werte: P1 (7/0); P2(8/768); P3 (9/256); d=25 mm

Durch die fehlende Spule weicht das Ergebnis nur geringfügig vom Sollwert ab.

Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 700 zum Erfassen einer Position in zwei Raumrichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 700 weist eine Einrichtung 702 zum Einlesen, eine Einrichtung 704 zum Auswerten und eine Einrichtung 706 zum Bereitstellen auf. Die Vorrichtung 700 ist dazu geeignet, eine Position eines Betätigers eines Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in zwei Raumrichtungen zu erfassen. Dabei weist der Sensor, wie sie beispielsweise in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist, ein Sensorfeld und einen Betätiger auf. Das Sensorfeld weist eine erste Reihe und zumindest eine zweite Reihe auf. Die Reihen weisen in einer ersten Raumrichtung nebeneinander angeordnete flächige Sensorelemente auf. Die Reihen sind in einer quer zu der ersten Raumrichtung ausgerichteten zweiten Raumrichtung nebeneinander angeordnet. Der Betätiger ist quer zu der ersten und zweiten Raumrichtung in einer dritten Raumrichtung beabstandet zu dem Sensorfeld angeordnet. Der Betä- tiger ist in der ersten und zweiten Raumrichtung relativ zu dem Sensorfeld beweglich ausgeführt ist. Der Betätiger ist dazu ausgebildet, eine Messgröße der Sensorelemente zu beeinflussen, wobei das Signal eines Sensorelements einen Grad einer Überdeckung des Sensorelements durch den Betätiger repräsentiert. Die Einrichtung 702 zum Einlesen ist dazu ausgebildet, die Signale der Sensorelemente einzulesen. Die Einrichtung 704 zum Auswerten ist dazu ausgebildet, die Signale unter Verwendung einer Verarbeitungsvorschrift auszuwerten, um die Position des Betätigers zu bestimmen. Die Einrichtung 706 zum Bereitstellen ist dazu ausgebildet, die Position als ersten Koordinatenwert der ersten Raumrichtung und zweiten Koordinatenwert der zweiten Raumrichtung bereitzustellen.

Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.

Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder" Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Bezuqszeichen

X erste Raumrichtung

Y zweite Raumrichtung

z dritte Raumrichtung

100 Sensor

102 Sensorfeld

104 Betätiger

106 erste Reihe

108 zweite Reihe

1 10 Sensorelement

1 12 Zwischenraum

1 14 erste Teilfläche

1 16 zweite Teilfläche

1 18 erster Flächenschwerpunkt

120 zweiter Flächenschwerpunkt

200 dritte Reihe

202 vierte Reihe

204 Matrix

206 erste Spalte

208 zweite Spalte

210 dritte Spalte

212 vierte Spalte

300 Bahnkurve

302 erste Bahn

304 zweite Bahn

306 Verbindungsbahn

308 Rastpunkt

400 erste Optimierungsstufe

402 zweite Optimierungsstufe

404 dritte Optimierungsstufe

500 erste Optimierungsstufe

502 zweite Optimierungsstufe 600 Verfahren zum Erfassen einer Position

602 Schritt des Einlesens

604 Schritt des Auswertens

606 Schritt des Bereitstellens

700 Vorrichtung zum Erfassen einer Position

702 Einrichtung zum Einlesen

704 Einrichtung zum Auswerten

706 Einrichtung zum Bereitstellen