CN109642809A - 用于机动车的旋转开关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的旋转开关(1)，该旋转开关包括旋转位置检测装置，其中，该旋转位置检测装置至少具有基于光的第一发射器/接收器对(5a)、基于光的第二发射器/接收器对(5b)和光阑元件(15)，其中，基于光的发射器/接收器对(5a、b)分别具有光发射器和与光发射器相对布置的光接收器，以便分别形成发射器与接收器之间的光传输路径(27)，其中，光阑元件(15)用于基于旋转开关(1)的旋转位置(D、N、R)来确定各自的光传输路径(15)的透射特性，其中，发射器/接收器对(5a、b)布置成使得在第一对(5a)的第一光传输路径(27a)的中心点与旋转开关(1)的旋转轴线(9)之间延伸的第一距离(d1)不同于在第二对(5b)的第二光传输路径(27b)的中心点与旋转轴线(9)之间延伸的第二距离(d2)。

Description

用于机动车的旋转开关
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的旋转开关，该旋转开关包括旋转位置检测装置，其中，该旋转位置检测装置至少具有基于光的第一发射器/接收器对、基于光的第二发射器/接收器对和光阑元件，其中，基于光的发射器/接收器对分别具有光发射器和与光发射器相对布置的光接收器，以便分别形成发射器与接收器之间的光传输路径，其中，光阑元件用于基于旋转开关的旋转位置来确定相应光传输路径的透射特性。
背景技术
德国专利DE102013224258A1中描述了这种类型的旋转开关。这种旋转开关具有光阑元件，该光阑元件作为圆形的壁围绕旋转开关的旋转轴线。这种壁具有凹口，这些凹口根据旋转开关的旋转位置使光栅的光信号透过或阻挡光栅的光信号。这样就能基于光栅所产生的电信号来测定旋转开关的旋转位置。
在这样的旋转开关中，通常将发射器/接收器对直接装配到电路板上，以免布线繁复和生产技术方面的其他复杂情况。因此，电路板必须反射或覆盖由光阑元件占据的面，从而能相应地放置发射器/接收器对，例如光栅。因此，电路板必须裁切成对于旋转开关功能所需的常规数量的电气部件和/或电子部件来说形状匹配或更大地制造。无论裁切还是加大电路板面都会带来经济损失。此外，这类电路板还需要更多的结构空间。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种旋转开关，这种旋转开关能更高效地使用电路板面，或者具有更紧凑的构型。
本发明达成上述目的的解决方案为根据权利要求1所述的旋转开关。有利的改进方案参阅从属权利要求的主题。
因此，上述目的的解决方案为一种用于机动车的旋转开关，该旋转开关包括旋转位置检测装置，其中，该旋转位置检测装置至少具有基于光的第一发射器/接收器对、基于光的第二发射器/接收器对和光阑元件，其中，基于光的发射器/接收器对分别具有光发射器和与光发射器相对布置的光接收器，从而分别形成发射器与接收器之间的光传输路径，其中，光阑元件用于基于旋转开关的旋转位置来确定各自的光传输路径的透射特性，其中，发射器/接收器对布置成使得在第一对的第一光传输路径的中心点与旋转开关的旋转轴线之间延伸的第一距离不同于在第二对的第二光传输路径的中心点与旋转轴线之间延伸的第二距离。
例如，旋转开关可以是指用于选定车辆变速器的传动级的旋转开关。基于光的传感器例如可以是发光二极管。基于光的接收器例如可以是光电晶体管。发射器/接收器对可以被设计为光栅。光传输路径可以因旋转开关的旋转位置改变而具有光学的改变。旋转位置检测装置用于检测旋转开关的位置。
因此，旋转开关可以被设计成使得电路板仅需覆盖或反射光阑元件的面的一小部分，因为发射器/接收器对可以错位或相继地安装或放置。这就能够实现用于旋转开关的电路板布局设计的灵活性和多样性。从而促进节约成本和生产技术简化。
光阑元件可以被设计成根据旋转开关的位置而在与旋转轴线分别有不同距离处阻挡或透过由各自的发射器沿各自的光传输路径传输的光信号或者说中断或释放光传输路径。换言之，在旋转开关的第一位置，光传输路径用于使光信号从发射器传输到接收器，而在旋转开关的第二位置，光阑元件用于阻挡光传输路径，以免光信号从发射器传输到接收器。
有利地，旋转开关被设计成使得光阑元件具有与旋转开关的旋转轴线同中心布置的第一阑壁，其中，该阑壁至少部分地环绕旋转轴线并用于根据旋转位置来确定基于光的第一发射器/接收器对的第一光传输路径的透射特性，其中，光阑元件具有与旋转开关的旋转轴线同中心布置的第二阑壁，其中，第二阑壁至少部分地环绕旋转轴线且与第一阑壁相比与旋转轴线距离不同地布置，并且第二阑壁用于根据旋转位置来确定基于光的第二发射器/接收器对的第二光传输路径的透射特性。
与旋转轴线同中心布置的阑壁可以具有确定透射的区域的不同图案，以便在特定的旋转位置，不同地确定各个光传输路径的透射特性。
在旋转开关的有利实施方案中，光阑元件布置成能相对于基于光的发射器/接收器对相对运动，其中，该相对运动是旋转运动。
在旋转开关的一种实施方案中，第一发射器/接收器对和第二发射器/接收器对沿着相对于旋转轴线不同的径向方向布置。因此，发射器/接收器对可以错开地布置，其中，例如从第一接收器到旋转轴线的径向距离对应于第二发射器到旋转轴线的径向距离。因此，发射器/接收器对可以错开地布置，其中，能够排除从第一发射器或第二发射器到达第二接收器或第一接收器的干扰信号。因此，旋转开关能紧凑地设计，并且能够相应高效地使用电路板面，而不会有损于安全工作。
在旋转开关的一个实施方案中，第一发射器/接收器对基本上在径向布置在第二发射器/接收器对与旋转轴线之间。因此，能很小地占用电路板面，因为仅须覆盖旋转开关的最小角度范围。
在旋转开关的一个实施方案中，至少一个阑壁区段式地具有不同的透射特性，特别是其中，至少一个阑壁具有交替透光的区段和不透光的区段，其中，这些区段用于根据不同的旋转位置来影响各自的光传输路径的透射特性。在此情形下，阑壁布置成使得在光阑元件绕旋转轴线的旋转运动期间，阑壁的具有不同透射特性的区段与光传输路径十字交叉。例如，透光的区段和不透光的区段交替地与光传输路径十字交叉。
在一种改进方案中，光阑元件被设计成确定各自的光传输路径的透射特性，其中，第一和第二阑壁基于旋转位置阻挡或释放光传输路径，从而能基于开通的或阻挡的光传输路径的唯一组合来识别每个旋转位置。
在旋转开关的第一旋转位置中，具有第一透射特性的第一区段可以布置在发射器与接收器之间。在旋转开关的第二旋转位置，具有第二透射特性的第二区段可以布置在发射器与接收器之间。通过不同的透射特性，例如，在第一旋转位置中，高强度的光落到接收器上，而在第二旋转位置中，低强度的光落到接收器上。由此，能够唯一地区分旋转位置。特别地，接收器的电信号可以具有能与每一个旋转位置唯一地配属的信号图案。例如，第一透射特性可以是透光的，而第二透射特性可以是不透光的。因此，第一区段具有类似窗口的工作模式，其中，在第一旋转位置中的光传输路径被设计成无障碍。
还可设想，设置具有与第一透射特性和第二透射特性不同的第三透射特性的第三区段。
在改进方案中，每个唯一组合能用比特序列表示，其中，各自的表示组合的比特序列之间的汉明距离的值至少是2。
通过行和列的矩阵形式，可以将多个旋转位置表示为矢量。表示组合的比特序列可以被存储在评估单元中。接收器的电信号可以借助模数转换器转换成数字值并且与存储在评估单元中的比特序列进行比较，以确定当前的旋转位置。
在一种有利的实施方案中，基于光的发射器被设计用于发射红外的光信号，并且基于光的接收器被设计用于接收红外的光信号。这样就能有利地以非接触的方式进行旋转位置的光学检测。
在本文提出的方法中，使用光，特别是红外光来识别出旋转开关的旋转位置。光可以在狭小空间内具有很大的强度波动，由此能够实现各个旋转位置之间的分明的界限。
在一种有利的实施方案中，旋转开关被集成在用于机动车中选定挡的装置中。
装置可以是处理电信号(例如接收器信号)并根据该电信号输出控制信号的电气装置。该装置可以具有一个或多个适当的接口，这些接口可以通过硬件和/或软件来构建。在通过硬件的构建方案中，接口例如可以是在其中实施该装置功能的集成电路的一部分。接口也可以是自身的集成电路或至少部分地由分立的构件组成。在通过软件的构建方案中，接口例如可以是微控制器上除了其他软件模块之外还存在的软件模块。
上述旋转开关的灵活性实现了旋转位置检测的高度安全性，特别是通过各个旋转位置的编码之间的汉明距离至少为2的设计来实现。这种旋转开关特别适合应用于选挡的装置，因为这要求符合安全标准组织定义的安全等级(安全完整性等级(Safety IntegrityLevel))。
附图说明
下面结合附图通过示例详细说明本发明，图中：
图1示出根据本发明的旋转开关的实施方案的立体图；
图2示出如图1所示实施方案的内部构造的立体图；
图3a、b、c示出旋转开关在第一旋转位置、第二旋转位置和第三旋转位置中的实施方案的俯视图以及基于各自的接收器信号所示出的各自的旋转位置选择的值表。
具体实施方式
图1示出根据本发明的旋转开关1的实施方案的立体图。旋转开关1具有旋钮3。旋钮3可以旋转，以进行选择。旋转开关1还具有壳体7。壳体7由两个部分7a、7b组成。这类旋转开关1用于汽车领域，例如，用来调节音量或选择挡P、R、N、D。
图2示出如图1所示的旋转开关1的内部构造的立体图，其中，壳体7a的第一部分被拆除。塑料部件11在旋转开关1的中心或沿旋转开关1的旋转轴线9突出，该塑料部件用于与旋钮3建立连接。绕该旋转轴线9同中心布置有多个环13a、b、c。这些环13a、b、c整体上形成光阑元件15。各自的环13a、b、c被设计为阑壁，其中，每个阑壁13具有凹口17。这些阑壁13或光阑元件15随同旋钮3旋转或被它带动。因而，阑壁13a、b、c的凹口17或不透光的区段19沿着从光控开关的旋转轴线9开始的特定的径向方向分别定位于第一阑壁13a、第二阑壁13b和第三阑壁13c中。凹口17透光，其中，阑壁13的材料本身不透光。此外，还示出用紧固销23紧固的电路板21。电路板21通过接触销25与旋转开关1的通信接口(未示出)电气连接。
此外，还示出三个发射器/接收器对5a、b、c。发射器/接收器对5a、b、c被紧固或布置在电路板21的下侧上。发射器/接收器对5a、b、c分别具有发射器和接收器，其中，发射器与接收器分别彼此相对布置，以便在发射器与接收器之间形成光传输路径27。发射器/接收器对被定位成使得光传输路径27分别跨越其中一个阑壁13a、b、c。这样，根据旋转位置，发射器/接收器对5的光传输路径27被阑壁13阻挡或释放。例如，当用户旋转旋钮3以使得凹口17定位于发射器与接收器之间时，光传输路径27保持释放，并且接收器接收来自发射器的光信号。然后，相应的电信号借助电路板21传递到评估单元。如果在特定的旋转位置中，阑壁13的不透光的区段19被定位于发射器与接收器之间，则相应地没有光信号到达接收器。
发射器/接收器对5或光阑元件15被设计成为每个特定的旋转位置产生接收器信号的唯一组合。结合图3来详细说明这一点。图3a、图3b和图3c分别示出旋转开关1的实施方案的不同旋转位置D、N、R。这里仅示出光阑元件15和各自的发射器/接收器对5。附加地，在图3a、图3b和图3c中还示出值表29。对于第一发射器/接收器对5a，值表29针对三个不同旋转位置D、N和R示出由接收器产生的各自的电信号。这里，当接收器接收到光信号时指示1，而当没有光信号到达时指示0。这样就能确定是阑壁13的凹口17还是阑壁13的不透光的区段19正好位于发射器与接收器之间。对于传感器/接收器对5b和5c，类似地指出相应的电信号值。
图3a中示出第一旋转位置D。在第一旋转位置D中，第一阑壁13a的凹口17布置在第一接收器/发射器对5a之间或第一发射器/接收器对的光传输路径27a中。第三发射器/接收器对5c相对于旋转轴线9径向布置在第一发射器/接收器对之后。这里，最外的阑壁13c如同最内的阑壁13a那样具有凹口17，使得来自第三发射器的光信号到达第三接收器。因此，在值表29中输入1。在这个第一旋转位置D中，中央阑壁13b的不透光的区段19被定位成中断第二发射器/接收器对5b的光传输路径27b。因此，此时在值表29中输入0。第二发射器/接收器对5b布置成相对于第一发射器/接收器对5a径向偏移。通过这种方式，发射器/接收器对5a、b、c被紧凑地分组到旋转开关1的一侧。因此，电路板21仅需覆盖旋转开关1的这一子区域。
在图3b中，第一发射器/接收器对5a被最内的阑壁13a阻挡。与之相对，第二发射器/接收器对5b被释放，使得来自第二发射器的光信号到达第二接收器。相应地，在值表中查找到1。就第三对5c而言，同样地，凹口19不位于光传输路径27c中，因此在第三发射器/接收器对5c中，在第二旋转位置N中也输入1。发射器/接收器对5以及光阑元件15被设计成针对每个旋转位置D、N、R，产生透射或阻挡的光传输路径27的唯一组合。
如图3a、b、c所示的值表29例如可以被存储在旋转开关1的评估单元中的数据存储器中。当检测旋转开关1的旋转位置D、N、R时，由发射器/接收器对5产生的信号就能与这些存储的值表形成比较。由此测定旋转位置D、N、R。在第三旋转位置R中，透过来自第一和第二发射器5a、b的信号，并且阻挡第三发射器/接收器对5c。由此，产生的接收信号组合可以被视为比特序列。因此，能够分析表示各自的旋转位置D、N、R的比特序列之间的汉明距离。在旋转开关1的该实施方案中，表示不同旋转位置的比特序列之间的汉明距离始终为2。可以设想，设置多个发射器/接收器对5，以便达成更大的汉明距离。还可设想的是，使用多个阑壁13或使用不仅具有透光的区段17或不透光的区段19而且例如仅透过特定的光频率的阑壁13，因此增加可能的组合数目且增加各个旋转位置D、N、R之间的汉明距离。这样就能增加旋转开关1的安全性，尤其是用作选挡开关时。
附图标记列表
1 旋转开关
3 旋转位置检测装置
5a、b、c 第一、第二、第三发射器/接收器对
7a、7b 第一、第二壳体部分
9 旋转轴线
11 塑料部件
13a、b、c 第一、第二、第三阑壁
15 光阑元件
17 凹口
19 不透光的区段
21 电路板
23 紧固销
25 接触销
27 光传输路径
29 值表
D、R、N 旋转位置

Claims (10)

1.一种用于机动车的旋转开关(1)，所述旋转开关包括旋转位置检测装置，其中，所述旋转位置检测装置至少具有基于光的第一发射器/接收器对(5a)、基于光的第二发射器/接收器对(5b)和光阑元件(15)，其中，基于光的发射器/接收器对(5a、b)分别具有光发射器和与所述光发射器相对布置的光接收器，从而分别形成发射器与接收器之间的光传输路径(27)，其中，所述光阑元件(15)用于基于所述旋转开关(1)的旋转位置(D、N、R)来确定各自的光传输路径(15)的透射特性，其特征在于，所述发射器/接收器对(5a、b)布置成使得在第一对(5a)的第一光传输路径(27a)的中心点与所述旋转开关(1)的旋转轴线(9)之间延伸的第一距离(d1)不同于在第二对(5b)的第二光传输路径(27b)的中心点与所述旋转轴线(9)之间延伸的第二距离(d2)。
2.根据权利要求1所述的旋转开关(1)，其中，所述光阑元件()被设计成能相对于基于光的发射器/接收器对相对运动，其中，所述相对运动为旋转运动。
3.根据权利要求1或2所述的旋转开关(1)，其中，所述第一发射器/接收器对(5a)和所述第二发射器/接收器对(5b)沿着相对于所述旋转轴线(9)不同的径向方向布置。
4.根据权利要求1或2所述的旋转开关(1)，其特征在于，所述第一发射器/接收器对(5a)基本上在径向布置在所述第二发射器/接收器对(5c)与所述旋转轴线(9)之间。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的旋转开关(1)，其中，所述光阑元件(15)具有与所述旋转开关(1)的旋转轴线(9)同中心布置的第一阑壁(13a)，其中，所述阑壁(13a)至少部分地环绕所述旋转轴线(9)并用于根据所述旋转位置(D、N、R)来确定基于光的第一发射器/接收器对(5a)的第一光传输路径(27a)的透射特性，其特征在于，所述光阑元件(15)具有与所述旋转开关(1)的旋转轴线(9)同中心布置的第二阑壁(13b)，其中，所述第二阑壁(13b)至少部分地环绕所述旋转轴线(9)且与所述第一阑壁(13a)相比与所述旋转轴线(9)相距不同地布置，并且所述第二阑壁(13b)用于根据所述旋转位置(D、N、R)来确定基于光的第二发射器/接收器对(5b)的第二光传输路径(27b)的透射特性。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的旋转开关(1)，其中，所述阑壁(13a、b、c)中的至少一个阑壁区段式地具有不同的透射特性，特别是其中，所述至少一个阑壁(13a、b、c)具有交替透光的区段(17)和不透光的区段(19)，其中，所述区段(17、19)用于根据不同的旋转位置(D、N、R)来影响各自的光传输路径(27a、b、c)的透射特性。
7.根据权利要求6所述的旋转开关(1)，其特征在于，所述光阑元件(15)被设计用于确定各自的光传输路径(27a、b、c)的透射特性，其中，第一和第二阑壁(13a、b、c)基于所述旋转位置(D、N、R)来阻挡或释放光传输路径(27a、b、c)，以便基于敞开或阻挡的光传输路径(27a、b、c)的唯一组合，能识别每个旋转位置(D、R、N)。
8.根据权利要求7所述的旋转开关(7)，其中，每个唯一组合能用比特序列表示，其特征在于，各自的表示组合的比特序列之间的汉明距离的值至少是2。
9.根据前述权利要求中至少一项所述的旋转开关(1)，其中，基于光的发射器被设计成用于发射红外的光信号，并且其中，基于光的接收器被设计成用于接收红外的光信号。
10.一种用于在机动车中选择挡的装置，其中，所述装置具有根据前述权利要求中至少一项所述的旋转开关(1)。
CN201780051573.9A 2016-08-23 2017-07-17 用于机动车的旋转开关 Active CN109642809B (zh)

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