CN103547888A - 电输入键 - Google Patents

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Abstract

一种电输入键，具有一操作面和多个分别设计为用于在触摸所述操作面时产生位移信号的位移传感器，以及一用于分析所述位移信号和用于输出所确定的开关状态的分析单元，其中所述输入键（1）包括至少一个模拟位移传感器（5）和至少一个数字位移传感器（6），以及一校准装置（11），所述校准装置用于根据所测得的所述数字位移传感器（6）的位移信号来校准所述模拟位移传感器（5），其中，分析单元（8）设计为用于根据被校准的和所测得的位移信号实施自诊断。

Description

电输入键
技术领域
本发明涉及一种电输入键，具有一操作面和多个分别设计为用于在触摸所述操作面时产生位移信号的位移传感器以及一用于分析所述位移信号和用于输出所确定的开关状态的分析单元。
背景技术
这样的输入键例如在机动车中用于在线控换挡切换操作时输入换挡期望。输入键的位移传感装置可以冗余地设计，其方法是采用多个数字传感器——例如微型开关。
由DE102008015910A1已知一种电输入键，在其操作时同时对多个开关进行切换/开关。可能的功能故障可以借助于诊断例行程序确定。为此产生测试信号，其被施加于一个或多个开关上并且由控制单元进行分析。
具有数字位移传感器的电输入键也是已知的，其中例如使用三个数字开关。通过所述三个数字开关中的两个的信号来探测确定的切换状态或状态转换，从而单个数字开关的功能故障未受影响地保持。这样的常规的、具有多重的冗余的数字位移传感器的电输入键然而也具有缺点。由于不可避免的机械公差，在输入键或换挡输入单元中使用的位移传感器具有不同的开关点。如果输入键或另一个输入元件仅仅被如此地操作，使得不是所有的位移传感器进行切换，那么还未切换的位移传感器被以错误的方式诊断为损坏。在整个使用寿命中可以由于机械构件的磨损而导致位移传感器的切换点的移动，其可以导致在各个传感器之间的开关点差异的增大。由此可以导致各个位移传感器的上述错误诊断的增加。
发明内容
因此本发明的目的在于，给出一种电输入键，其能通过冗余的位移传感装置诊断并且相对于机械公差和开关点的移动是尽可能不敏感的。
为了实现该目的，根据本发明在开始所述类型的电输入键中设定，该输入键包括至少一个模拟位移传感器和至少一个数字位移传感器，以及一校准装置，该校准装置用于根据所测得的数字位移传感器的位移信号来校准模拟位移传感器，其中，分析单元设计为用于根据被校准的和所测得的位移信号实施自诊断。另选地也可以根据所测得的另一模拟位移传感器的位移信号校准模拟位移传感器。这样的输入键具有至少两个模拟位移传感器。
本发明基于这样的认识：如果输入键包括至少一个模拟位移传感器和至少一个另外的位移传感器，那么可以获得一种特别可靠的冗余的电输入键。借助于校准装置基于所测得的另外的位移传感器的位移信号校准所述模拟位移传感器，其中可以涉及一数字位移传感器或另一个模拟位移传感器。所述分析单元设计为用于实施自诊断，其中将校准的位移信号与当前的所测得的位移信号相互比较，以便探测确定的开关状态。通过将校准的位移信号与所测得的位移信号进行比较可以确定偏差并且在必要时可以确定存在的功能故障。
在本发明的范围中可以设定，电输入键的一个数字位移传感器设计为微型开关或设计为数字霍尔传感器或设计为数字磁阻式传感器。以微型开关形式的数字位移传感器具有的优点在于，所述数字位移传感器是低成本的并且可以在开关时产生听觉上可感觉的信号。
在根据本发明的电输入键中，所述至少一个模拟位移传感器可以设计为电感式传感器或设计为电容式传感器或设计为模拟霍尔传感器或设计为模拟磁阻式传感器。模拟位移传感器具有的优点在于，所述模拟位移传感器对于沿其操作路径的每个点提供一个模拟位移信号。根据本发明的电输入键包括至少一个模拟位移传感器以及至少另一位移传感器，利用至少一个模拟位移传感器实施校准，而至少另一位移传感器可以设计为数字或模拟位移传感器。
所述位移信号优选可以是电压，然而另选地所述位移信号也可以是电流、电容或磁场强度。
本发明的一个改进方案设定，所述电输入键的校准装置设计为用于在第一次触摸所述操作面时和/或在确定数量的开关过程之后校准所述模拟位移传感器。优选地在第一次操作输入键时进行模拟位移传感器的校准或自校准。为此可以检测和分析第一次手动操作或确定数量的操作。根据模拟位移传感器的该所测得的测量值进行校准，从而可以监控数字位移传感器的位移信号。
在本发明的范围中也包括，对于模拟位移传感器的校准，确定位移信号——特别是电压——在接通和断开时的限值，在超过或低于该限值时能通过该分析单元输出故障信号。这些限值具有“校准界限（Kalibriergrenze）”的功能，从而能仅仅在模拟位移传感器的所确定的值域中确定校准值。一旦通过分析单元输出故障信号，那么可以将该故障信号通过数据输出端和/或诊断输出端传送给分析单元或传送到另一装置。
根据本发明的一个改进方案，校准装置可以设计为用于根据开关过程的统计分析来校准模拟位移传感器。这样的统计分析可以在运行期间实施，其中可以识别模拟位移传感器的开关点与另一个模拟位移传感器或数字位移传感器之间的差异。假如识别到开关点的漂移，则可以相应地调整模拟位移传感器的校准值。
在本发明的范围中也可以设定，模拟位移传感器的校准包括：根据数字位移传感器的被校准的位移信号来确定用于位移信号——特别是电压——在接通和断开时的值域。因此在校准时首先检测例如电压作为数字位移传感器的位移信号，在该基础上在接通和断开时确定用于模拟位移传感器的位移信号或电压的值域。如果在根据本发明的电输入键中，模拟位移传感器的电压在所述值域之外，那么可以通过分析单元输出故障信号。
此外本发明涉及一种机动车。根据本发明的机动车的特征在于，其具有至少一个所述类型的电输入键。
附图说明
根据实施例参照附图阐明本发明的有利的优点和细节。附图是示意性的图示并且示出：
图1示出根据本发明的电输入键的截面视图；以及
图2示出图表，其中标注了电压作为用于模拟位移传感器和数字位移传感器的位移信号。
具体实施方式
在图1中示意性地在截面视图中示出的电输入键1包括一操作面2，该操作面在基体3上被弹性地支承。在下压操作面2时压缩螺旋弹簧4，在螺旋弹簧4被释放之后，操作面2自动返回到其起始位置中。
此外输入键1包括模拟位移传感器5和数字位移传感器6。然而其它使用两个模拟位移传感器或两个以上的位移传感器的实施例也是可能的。原则上，输入键包括至少一个模拟位移传感器和至少一个另外的位移传感器（模拟的或数字的）。
在该示出的实施例中，模拟位移传感器5是一种电感式传感器，其与磁体7共同作用。在操作面2移动时，磁体7接近模拟位移传感器5，由此产生电压作为位移信号。该电压被提供给分析单元8。以相同的方式，数字位移传感器6在操作面2移动时产生电压作为位移信号，其同样被提供给分析单元8。分析单元8经由线路与用于校准的校准装置11连接。
分析单元8经由输出信号线路12与装置13连接，所述装置可以承担不同的任务。属于这些任务的有：故障数据的存储、将分析的位移信号转发到另一装置或分析单元8的重新编程装置，为此目的附加地设有诊断-和编程信号线路14，其连接分析单元8与装置13。然而线路14也可以被集成到输出信号线路12中。
电输入键1的模拟位移传感器5和数字位移传感器6这样设置在操作面2的下侧与基体3的支承面之间，使得其测量路径基本上与操作面2的操作同步地改变。分析单元8诊断两个由位移传感器5、6产生的电压信号并且经由输出信号线路12输出输入键1的确定的开关状态。在第一次操作电输入键1时首先实施模拟位移传感器5的校准。在第一次操作时确定模拟位移传感器5的相应于数字位移传感器6的开关点的测量值。
在图2的图表中，直线15表示数字位移传感器6的经校准的接通点。直线16表示数字位移传感器6的经校准的断开点。数字位移传感器6的接通点和断开点相应于确定的电压。模拟位移传感器5被相应于数字位移传感器6的接通点和断开点校准。对于模拟位移传感器5，围绕所述接通点形成一个允许的测量值域17。该值域——其通过一个下电压和一个上电压限定——相应于用于允许的开关过程的公差范围，其中接通输入键1。以类似的方式围绕经校准的断开点定义一个允许的测量值域18，其在断开电输入键1时定义允许的电压值。在值域17、18之间的电压范围中不允许发生开关过程。
假如模拟位移传感器5的电压超过了一个上边界19，那么将这解释为模拟传感器的故障。这同样按意义适用于低于下边界20的情况。
在开始时进行的校准之后，分析单元8在继续运行时比较模拟位移传感器和数字位移传感器的电压信号。在两个传感器系统的测量值相互间偏差太大或缺少一致性的情况下或在模拟位移传感器的测量值不可信的情况下输出故障消息。
这样设计在图1中示出的电输入键1，使得也在运行期间实施自校准。为此统计地分析模拟位移传感器5和数字位移传感器6的开关点之间的差异。假如在使用寿命中导致了开关点的漂移，那么进行新的校准，以便使得数字位移传感器6的开关点与模拟位移传感器5的开关点相一致。
由两个传感器提供的信号值的监控和诊断持续地进行，如果在诊断的范围中识别到故障，那么可以经由输出信号线路12或诊断-和编程线路14输出随后的数据：当前的校准值（亦即相应于接通点和断开点的电压）、数字传感器系统的经由模拟传感器系统确定的开关点、和数字传感器系统的开关点与模拟传感器系统的校准值的所求得的偏差。
电输入键包括诊断模式和/或校准模式，其中可以输出所有当前的测量值和校准值并且其中可以实施有目的的再校准。
输入键的重要的系统构件即操作面、模拟位移传感器和数字位移传感器以及分析单元和校准单元不必一定要分开地设计，可以将多个系统构件组合成组件。
本发明并不限于示出的实施例，特别是也可能的实施方案在于，在所述实施方案中设有两个模拟位移传感器。通过一个模拟位移传感器确定开关点，根据该开关点校准另一模拟传感器。

Claims (10)

1.一种电输入键，具有一操作面和多个分别设计为用于在触摸所述操作面时产生位移信号的位移传感器，以及一用于分析所述位移信号和用于输出所确定的开关状态的分析单元，其特征在于，所述输入键（1）包括至少一个模拟位移传感器（5）和至少一个数字位移传感器（6），以及一校准装置（11），所述校准装置用于根据所测得的数字位移传感器（6）的位移信号来校准所述模拟位移传感器（5），其中，分析单元（8）设计为用于根据被校准的和所测得的位移信号实施自诊断。
2.根据权利要求1所述的电输入键，其特征在于，其中一个数字位移传感器（6）设计为微型开关或设计为数字霍尔传感器或设计为数字磁阻式传感器。
3.根据权利要求1或2所述的电输入键，其特征在于，所述至少一个模拟位移传感器（5）设计为电感式传感器或设计为电容式传感器或设计为模拟霍尔传感器或设计为模拟磁阻式传感器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电输入键，其特征在于，所述校准装置（11）设计为用于在第一次触摸所述操作面（2）时和/或在确定数量的开关过程之后校准所述模拟位移传感器（5）。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电输入键，其特征在于，对于所述模拟位移传感器（5）的校准，确定所述位移信号在接通和断开时的限值，在超过或低于所述限值时能通过所述分析单元（8）输出故障信号。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电输入键，其特征在于，所述校准装置（11）设计为用于根据开关过程的统计分析来校准所述模拟位移传感器（5）。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电输入键，其特征在于，所述模拟位移传感器（5）的校准包括：根据所述数字位移传感器（6）的被校准的位移信号来确定所述位移信号在接通和断开时的值域。
8.根据权利要求7所述的电输入键，其特征在于，所述分析单元（8）设计为用于当所述模拟位移传感器（5）的位移信号在所述值域之外时输出故障信号。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电输入键，其特征在于，所述位移信号是电压、电流、电容或磁场强度。
10.一种机动车，其特征在于，所述机动车具有至少一个根据权利要求1至9中任一项所述的电输入键（1）。
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