DE102006030745A1

DE102006030745A1 - Hebelschalter für einen Lenkstock eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102006030745A1
Application number: DE200610030745
Authority: DE
Inventors: Christian Ruetz
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2006-06-22
Publication date: 2007-12-27

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hebelschalter (2) für einen Lenkstock eines Kraftfahrzeugs, mit einem relativ zu einer Lagerung (6) in mehrere Schaltstellungen um eine erste Schwenkachse (10) und um eine zweite Schwenkachse (12) beweglichen Hebel (4), wobei zur Erfassung der Schaltstellung des Hebels relativ zu der ersten Schwenkachse eine erste Magnetfeldsensoranordnung vorgesehen ist, wobei zur Erfassung der Schaltstellung des Hebels relativ zu der zweiten Schwenkachse eine zweite Magnetfeldsensoranordnung vorgesehen ist, wobei die Magnetfeldsensoranordnungen analoge Ausgangssignale erzeugen und wobei zur Erfassung der Schaltstellungen des Hebels relativ zu der ersten Schwenkachse und relativ zu der zweiten Schwenkachse eine gemeinsame Auswerteeinheit vorgesehen ist, die eine Schaltstellung des Hebels relativ zu zumindest einer der Schwenkachsen unter Berücksichtigung der Ausgangssignale beider Magnetfeldsensoranordnungen ermittelt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Erfassung der Schaltstellung eines Hebelschalters (2) für einen Lenkstock eines Kraftfahrzeugs.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hebelschalter für einen Lenkstock eines Kraftfahrzeugs, mit einem relativ zu einer Lagerung in mehrere Schaltstellungen um eine erste Schwenkachse und um eine zweite Schwenkachse beweglichen Hebel, wobei zur Erfassung der Schaltstellung des Hebels relativ zu der ersten Schwenkachse eine erste Magnetfeldsensoranordnung vorgesehen ist, wobei zur Erfassung der Schaltstellung des Hebels relativ zu der zweiten Schwenkachse eine zweite Magnetfeldsensoranordnung vorgesehen ist.
Ein solcher Hebelschalter umfasst Magnetfeldsensoranordnungen, die jeweils einen Magnetfeldsensor und einen relativ zu diesem beweglichen Magneten aufweisen. Eine Annäherung eines Magneten wird über einen digitalen Hall-Sensor erfasst. Hierbei muss für jede zu erfassende Schaltstellung eine eigene Magnetfeldsensoranordnung bereitgestellt werden. Da Lenkstock-Hebelschalter in üblicher Weise eine Vielzahl von Schaltstellungen aufweisen, beispielsweise um Blinkfunktionen und Lichtfunktionen zu realisieren, ist der Aufbau eines solchen Hebelschalters vergleichsweise aufwändig.
Aus dem Stand der Technik ist ferner bekannt, Schaltstellungen eines Hebelschalters über elektrische Schleifkontakte zu erfassen. Diese Art der Erfassung der Schaltstellung hat den Nachteil, dass sie aufgrund der Reibung zwischen den elektrischen Kontakten verschleißbehaftet ist. Dies kann auch zu einer Veränderung der Haptik, das heißt des Bewegungsgefühls, mit dem sich der Hebelschalter betätigen lässt, führen. Ferner können bei Hebelschaltern dieser Art unerwünschte Schleifgeräusche auftreten.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Hebelschalter für einen Lenkstock eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, der eine zuverlässige und preisgünstige Erfassung mehrerer Schaltstellungen erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Magnetfeldsensoranordnungen analoge Ausgangssignale erzeugen und dass zur Erfassung der Schaltstellungen des Hebels relativ zu der ersten Schwenkachse und relativ zu der zweiten Schwenkachse eine gemeinsame Auswerteeinheit vorgesehen ist, die eine Schaltstellung des Hebels relativ zu zumindest einer der Schwenkachsen unter Berücksichtigung der Ausgangssignale beider Magnetfeldsensoranordnungen ermittelt.
Der erfindungsgemäße Hebelschalter ermöglicht es, mit nur zwei Magnetfeldsensoranordnung alle Schaltstellungen erfassen zu können, die bei Führung des Hebelschalters entlang eines Kreisbogens um die erste Schwenkachse und bei Führung des Hebelschalters entlang eines Kreisbogens um die zweite Schwenkachse detektiert werden sollen. Wenn eine Stellung des Hebels relativ zu der ersten Schwenkachse ermittelt werden soll, können hierfür nicht nur die Ausgangssignale der ersten Magnetfeldsensoranordnung herangezogen werden, sondern auch die Ausgangssignale der zweiten Magnetfeldsensoranordnung. In entsprechender Weise können für die Ermittlung der Stellung des Hebels relativ zu der zweiten Schwenkachse nicht nur die Ausgangssignale der zweiten Magnetfeldsensoranordnung herangezogen werden, sondern auch die Ausgangssignale der ersten Magnetfeldsensoranordnung. Die Nutzung beider Ausgangssignale hat den Vorteil, dass sich für die Anordnung der Magnetfeldsensoranordnungen hohe konstruktive Freiheiten ergeben, so dass der Hebelschalter im Vergleich zu Hebelschalter mit Schleifkontakte sehr kompakt und einfach aufgebaut sein kann.
Der erfindungsgemäße Hebelschalter benötigt nur relativ wenig Bauteile und ist daher preisgünstig herzustellen. Zudem weist er gegenüber den Hebelschaltern mit elektrischen Schleifkontakten den Vorteil auf, dass er verschleißfrei arbeitet und dabei eine sehr hohe Winkelauflösung von bis zu 0,1° erreicht. Hierdurch können problemlos sehr viele Schaltstellungen, insbesondere auch sehr eng zueinander benachbarte Schaltstellungen detektiert werden.
Es ist bevorzugt, dass die Magnetfeldsensoranordnungen jeweils mindestens einen Magnetfeldsensor und mindestens einen relativ zu diesem verdrehbeweglichen Magneten aufweisen. Dies bedeutet, dass bei einer Betätigung des Hebels ein mit dem Hebel bewegungsgekoppelter Magnet verdreht werden kann, wobei diese Drehung mit Hilfe eines relativ zu dem Magneten ortsfesten Magnetfeldsensors erfasst werden kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass der Magnetfeldsensor mit der Bewegung des Hebels gekoppelt ist und der Magnetfeldsensor relativ zu einem ortsfesten Magneten bewegt wird. Für beide Alternativen ist es vorteilhaft, wenn der Magnetfeldsensor und der Magnet unabhängig von der jeweiligen Schaltstellung des Hebels zueinander einen konstanten Abstand aufweisen. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass eine vorgegebene Mindestsignalstärke in allen Schaltstellungen des Hebels eingehalten werden kann.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Lagerung, an der der Hebel gelagert ist, ein ortsfestes Gehäuse, das die erste Schwenkachse definiert. Auf diese Weise ist die Lagerung des Hebelschalters für einen Betrachter weitestgehend unsichtbar. Zudem kann das Gehäuse die Lagerung schützen und zur Aufnahme weiterer Bauteile des Hebelschalters dienen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Hebel an einem Zwischenstück gelagert ist, das um die erste Schwenkachse relativ zu dem Gehäuse verschwenkbar ist. Das Zwischenstück ermöglicht es, eine weitere Bewegungsebene des Hebels zu definieren, wenn der Hebel in dem Zwischenstück um die zweite Schwenkachse des Hebels verschwenkbar ist. Bei einem Verschwenken des Hebels um die zweite Schwenkachse kann beispielsweise eine Blinkfunktion des Kraftfahrzeugs angesteuert werden.
Die Magnete der Magnetfeldsensoranordnungen sind in bevorzugter Weise ortsfest verdrehbeweglich angeordnet. Dies bedeutet, dass die Position der Magnete relativ zu dem Hebelschalter fixiert ist, beispielsweise durch Lagerung der Magnete an dem Gehäuse des Hebelschalters. Dabei sind die Magnete aber drehbeweglich, so dass sich ihre Drehlage relativ zu dem Hebelschalter bzw. zu dessen Gehäuse ändern kann. Durch die Festlegung der Position der Magnete ist es besonders einfach, einen konstanten Luftspalt zu einem benachbarten Magnetfeldsensor zu schaffen, so dass unabhängig von den Schaltstellungen des Hebels und somit der Drehlage der Magneten genügend hohe Ausgangssignale zur weiteren Auswertung zur Verfügung stehen. Durch die ortsfeste Position der Magnete gestaltet sich auch die elektrische Kontaktierung der vorzugsweise ebenfalls ortsfesten Magnetfeldsensoren als besonders einfach.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Hebel ein Bewegungsübertragungselement auf, das bei einem Verschwenken des Hebels um die zweite Schwenkachse ein um eine dritte Schwenkachse verschwenkbares Verschwenkelement antreibt, wobei der dritten Schwenkachse die zweite Magnetfeldsensoranordnung zugeordnet ist. Auf diese Weise kann die Bewegung des Hebels um die zweite Schwenkachse umgelenkt werden, so dass die Lage der dritten Schwenkachse mit der zweiten Magnetfeldsensoranordnung unabhängig von der Lage der zweiten Schwenkachse ist. Auf diese Weise können für einen Hebelschalter, dessen Bewegungsebenen für den Hebel normalerweise aufgrund ergonomischer Anforderungen vorgegeben sind, konstruktive Freiheiten geschaffen werden. Durch eine geeignete Auslegung der Abmessungen des Bewegungsübertragungselements und des Schwenkelements kann zudem erreicht werden, dass die Schwenkbewegung des Hebels so übersetzt wird, dass ein vergleichsweise geringer Schwenkwinkel des Hebels mit einem vergleichsweise großen Schwenkwinkel des Verschwenkelements um die dritte Schwenkachse einhergeht, der von der Magnetfeldsensoranordnung erfasst wird. Auf diese Weise lassen sich mit hoher Genauigkeit auch zahlreiche eng zueinander benachbarte Schaltstellungen des Hebels gut detektieren.
In vorteilhafter Weise ist das genannte Schwenkelement an dem Gehäuse und/oder an dem Zwischenstück gelagert. Auf diese Weise kann das Schwenkelement in einfacher Weise in den Aufbau des Hebelschalters integriert werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Schwenkachse und die dritte Schwenkachse zueinander zumindest im Wesentlichen parallel sind. Dies ermöglicht es, die Magnete und die Magnetfeldsensoren der ersten und der zweiten Magnetfeldsensoranordnung zumindest in etwa parallel zueinander auszurichten, so dass die Magnetfeldsensoren auf einer flächigen Platine angeordnet und in einfacher Weise elektrisch kontaktiert werden können.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Magnet und der Magnetfeldsensor der ersten Magnetfeldsensoranordnung um die erste Schwenkachse des Hebels zueinander verdrehbeweglich sind. Auf diese Weise kann eine besonders platzsparende und dabei hochauflösende Erfassung der Schaltstellungen des Hebels gewährleistet werden. Beim Schwenken des Hebels um die erste Schwenkachse kann eine beliebige Funktion des Hebelschalters realisiert werden, beispielsweise eine Lichtfunktion. Ein Verschwenken des Hebelschalters um diese erste Schwenkachse kann beispielsweise den Schaltstellungen "Lichthupe", "Licht aus" oder "Fernlicht" zugeordnet sein.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind der Magnet und der Magnetfeldsensor der ersten Magnetfeldsensoranordnung um die erste Schwenkachse des Hebels zueinander verdrehbeweglich. Dies hat den Vorteil, dass die Stellung des Hebels relativ zu der ersten Schwenkachse direkt ermittelbar ist, ohne dass das Ausgangssignal der zweiten Magnetfeldsensoranordnung hierfür herangezogen werden müsste. Die Schaltstellung des Hebels relativ zu der ersten Schwenkachse kann somit in besonders einfacher Weise ermittelt werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Magnete der ersten und der zweiten Magnetfeldsensoranordnung konzentrisch zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine besonders kompakte Konstruktion geschaffen werden, die es zudem ermöglicht, die den Magneten zugeordneten Magnetfeldsensoren in direktem räumlichen Umfeld kontaktieren zu können. Wenn in diesem Bereich auch die gemeinsame Auswerteeinheit vorgesehen ist, wird insgesamt ein nun minimaler Bauraum benötigt.
Nach einer zusätzlichen Weiterbildung der Erfindung ist das Zwischenstück mit einem Getriebeglied bewegungsgekoppelt, das bei einer Verschwenkbewegung des Hebels um die erste Schwenkachse eine Verdrehbewegung des Magneten der ersten Magnetfeldsensoranordnung bewirkt. Mit Hilfe des Getriebeglieds können der Magnet der ersten Magnetfeldsensoranordnung und die erste Schwenkachse räumlich von einander entkoppelt werden, so dass ein zur Verfügung stehender Bauraum optimal ausgenutzt werden kann.
Eine besonders zuverlässige Bewegungskopplung ergibt sich dann, wenn das Getriebeglied über ein Drehgelenk mit dem Gehäuse verbunden ist, und wenn das Getriebeglied über ein Dreh-/Schubgelenk mit dem Zwischenstück verbunden ist. Durch das Drehgelenk ist die Lage des Getriebeglieds genau festgelegt. Durch das Dreh-/Schubgelenk können Freiheitsgrade ausgeglichen werden, die sich durch die Bewegung des Zwischenstücks um mehrere Schwenkachsen ergeben.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Magnet der ersten Magnetfeldsensoranordnung um die Achse des Drehgelenks verdrehbeweglich ist. In diesem Fall kann der Magnet der ersten Magnetfeldsensoranordnung fest mit dem Getriebeglied verbunden sein, so dass dieses als Lagerung für den Magneten dient. Wenn durch die Bewegung des Zwischenstücks über das Dreh-/Schubgelenk das Getriebeglied angetrieben wird, wird dieses um das Drehgelenk verschwenkt, so dass der Magnet um die Achse des Drehgelenks verschwenkt wird.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das Ausgangssignal der Magnetfeldsensoren der ersten Magnetfeldsensoranordnung und/oder der zweiten Magnetfeldsensoranordnung ein Sinussignal. Ein solches Signal kann beispielsweise erzeugt werden, indem ein diametral magnetisierter Scheibenmagnet relativ zu einem Magnetfeldsensor verdreht wird. Je nach Dimensionierung der Magnetfeldsensoranordnungen wird in einer bestimmten Verdrehstellung eine maximale magnetische Feldstärke und in einer um 180° verdrehten Stellung eine minimale Feldstärke erreicht.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Verschwenkbereich des Hebels um die erste Schwenkachse und/oder die zweite Schwenkachse ausgehend von einer Mittelstellung auf +/– 90°, vorzugsweise auf +/– 45°, weiter vorzugsweise auf +/– 30° begrenzt ist. Diese Verschwenkbereiche sind für die üblicherweise bei Lenkstock-Hebelschaltern verwendeten Hebelwege ausreichend, um eine Vielzahl von Schaltstellungen bereitstellen zu können. Bei einem diametral magnetisierten Magneten können zudem bei einer Begrenzung des Verschwenkbereiches Signale zwischen einer maximalen negativen Feldstärke und einer maximalen positiven Feldstärke erzeugt werden. In dem begrenzten Winkelbereich kann jedem Signal eine eigene Winkelstellung zugeordnet werden. Dies gilt besonders für einen um eine Mittelstellung auf +/– 30° begrenzten Verschwenkbereich, in dem sich bei einer Verdrehung des Magneten relativ zu dem Magnetfeldsensor die Feldstärke annähernd linear verändert. Dies erleichtert die Auswertung des solchermaßen erzeugten Ausgangssignals und die Zuordnung zu einer bestimmten Schaltstellung des Hebels.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die erste Magnetfeldsensoranordnung und/oder die zweite Magnetfeldsensoranordnung mindestens zwei zueinander winkelversetzte Magnetfeldsensoren. Dies ermöglicht es, die Auflösung, mit der Schaltstellungen des Hebels erfasst werden können, zu verbessern. Dies ist insbesondere für einen Hebelschalter, dessen Verschwenkbereich nicht begrenzt ist oder für einen Hebelschalter, der entlang eines Verschwenkbereichs eine vergleichsweise hohe Anzahl von Schaltstellungen aufweist, vorteilhaft. Mit Hilfe zueinander versetzter Magnetfeldsensoren kann zudem erreicht werden, dass die Detektion der Schaltstellungen weitestgehend unabhängig von Schwankungen bezüglich des zwischen einem Magneten und den Magnetfeldsensoren gebildeten Luftspalts sowie von Temperaturschwankungen ist.
Der Winkelversatz zwischen den Magnetfeldsensoren beträgt vorzugsweise 90°. Auf diese Weise können zwei um 90° zueinander versetzte Signale erzeugt werden, die sich einfach auswerten lassen (hierauf wird weiter unten noch eingegangen). Auch die Anordnung von drei zueinander um 120° zueinander versetzte Magnetfeldsensoren ist möglich. Hierdurch wird das Auflösungsvermögen der Sensoranordnung weiter erhöht.
Die mindestens zwei Magnetfeldsensoren einer Magnetfeldsensoranordnung können separat voneinander vorgesehen sein, also getrennte bauliche Einheiten bilden. Dies ermöglicht die Verwendung besonders einfacher Magnetfeldsensoren.
Die mindestens zwei Magnetfeldsensoren können auch in einem kompakten Mehrachsenhallsensor integriert sein. Solche Sensoren sind beispielsweise von der Firma Sentron bekannt (Typ 2SA-10) oder von der Firma Melexis (Typ MLX90316). Auch der Einsatz von MR-Sensoren ("magnetoresistiv"), von AMR-Sensoren ("anisotrop magnetoresistiv") oder von GMR-Sensoren ("Giant Magnet Resistance") ist möglich.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, anstelle einer Magnetfeldsensoranordnung eine induktive, kapazitive oder optische Sensoranordnung vorzusehen. Es können auch sämtliche Magnetfeldsensoranordnungen durch die genannten alternativen Sensoranordnungen ersetzt sein. Bei induktiven Sensoranordnungen werden Erreger- und eine Empfängerspulen verwendet, die anstelle des Magnetfeldsensors der Magnetfeldsensoranordnung verbaut und insbesondere als Leiterbahnen in eine Platine des Hebelschalters integriert werden können. Die Spulen wirken mit einem metallischen Rotor zusammen, der anstelle des Magneten der Magnetfeldsensoranordnung verbaut werden kann. Optische Sensoren können Reflexlichtschranken oder Durchlichtschranken verwenden. Die Ausführungen in diesem Absatz beziehen sich auch auf die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Hebelschalter.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Erfassung der Schaltstellung eines Hebelschalters für einen Lenkstock eines Kraftfahrzeugs, mit einem relativ zu einer Lagerung in mehrere Schaltstellungen um eine erste Schwenkachse und um eine zweite Schwenkachse beweglichen Hebel, wobei zur Erfassung der Schaltstellung des Hebels relativ zu der ersten Schwenkachse eine erste Magnetfeldsensoranordnung vorgesehen ist, wobei zur Erfassung der Schaltstellung des Hebels relativ zu der zweiten Schwenkachse eine zweite Magnetfeldsensoranordnung vorgesehen ist. Das Verfahren kennzeichnet sich dadurch, dass die Magnetfeldsensoranordnungen analoge Ausgangssignale erzeugen und dass die Schaltstellung des Hebels relativ zu zumindest einer der Schwenkachsen unter Berücksichtigung der Ausgangssignale beider Magnetfeldsensoranordnungen ermittelt wird.
Die Auswertung von zwei Magnetfeldsensoren einer Magnetfeldsensoranordnung kann darauf basieren, dass diese jeweils ein Sinussignal und ein Cosinussignal erzeugen. Aus einer Zuordnungstabelle kann dann für bestimmte Sinussignale und bestimmte Cosinussignale eine zugeordnete Schaltstellung zugeordnet werden. Es ist auch möglich, dass aus dem Sinussignal und dem Cosinussignal ein Arcus-Tangens-Signal bestimmt wird. Dies führt dazu, dass für zueinander um 90° versetzte Sinussignale und Cosinussignale für einen unbegrenzten Verschwenkbereich, der also von 0° bis 360° reicht, ein linear ansteigendes Signal von einem Minimalwert über einen Nulldurchgang zu einem Maximalwert ermittelt werden kann. Dies ermöglicht eine besonders einfache Auswertung der Ausgangssignale und eine entsprechende Zuordnung der Schaltstellungen des Hebels.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in der Zeichnung gezeigten sowie in den Ansprüchen sowie in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Hebelschalters gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine Explosionsdarstellung des Hebelschalters gemäß 1;
3 eine geschnittene, perspektivische Ansicht des Hebelschalters gemäß 1;
4 eine Darstellung des Signalverlaufs einer Magnetfeldsensoranordnung eines Hebelschalters;
5 eine der 4 entsprechende Darstellung für Magnetfeldsensoranordnungen mit zueinander winkelversetzten Magnetfeldsensoren;
6 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Hebelschalters gemäß einer zweiten Ausführungsform;
7 eine Explosionsdarstellung des Hebelschalters gemäß 4; und
8 eine geschnittene, perspektivische Ansicht des Hebelschalters gemäß 6.
In 1 ist ein Hebelschalter insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Dieser weist einen in mehrere Schaltstellungen beweglichen Hebel 4 auf, der an einer Lagerung 6 in einem Gehäuse 8 gelagert ist.
Der Hebel 4 ist relativ zu dem Gehäuse 8 um eine erste Schwenkachse 10 und um eine hierzu senkrechte zweite Schwenkachse 12 verschwenkbar. Beispielsweise können bei einer Bewegung des Hebels 4 um die erste Schwenkachse 10 die Funktionen "Blinker links", "Blinker aus" und "Blinker rechts" angesteuert werden, die jeweils einer Schaltstellung des Hebels 4 relativ zu der ersten Schwenkachse 10 entsprechen. Bei Bewegung des Hebels 4 um die zweite Schwenkachse 12 können beispielsweise die Funktionen "Lichthupe", "Licht aus" und "Fernlicht" angesteuert werden, die jeweils einer Schaltstellung des Hebels 4 relativ zu der zweiten Schwenkachse 12 entsprechen. Insgesamt kann der Hebel 4 also in neun mögliche Schaltstellungen gebracht werden. Es kann aber – je nach Bedarf – auch eine höhere Anzahl von Schaltstellungen detektiert werden.
Mit Bezug auf 2 weist der Hebel 4 an seinem dem Gehäuse 8 zugewandten Ende einen Lagerabschnitt 14 auf, der zum Eingriff in ein Zwischenstück 16 ausgebildet ist. Zwischen dem Lagerabschnitt 14 und einem in 2 rückwärtigen, innen liegenden Abschnitt (ohne Bezugszeichen) des Zwischenstücks 16 ist ein federbetätigtes Schaltstück 18 angeordnet. Dieses drückt mit einem Ende gegen den Lagerabschnitt 14 und mit seinem gegenüberliegenden Ende gegen eine an dem genannten Abschnitt des Zwischenstücks 16 ausgebildete Kulissenführung. Die Kulissenführung gibt Schaltstellungen des Hebels 4 innerhalb einer Betätigungsebene vor.
Zwischen dem Zwischenstück 16 und der Innenseite des Gehäuses 8 ist ein weiteres federbetätigtes Schaltstück 20 angeordnet. Dieses drückt mit einem Ende gegen das Zwischenstück 16 und mit seinem gegenüberliegenden Ende gegen eine innerhalb des Gehäuses 8 ausgebildete Schaltkulisse. Mit Hilfe dieser Schaltkulisse werden in bekannter Weise weitere Schaltstellungen des Hebels 4 definiert.
Mit Bezug auf 2 und 3 sind an dem Lagerabschnitt 16 zwei einander gegenüberliegende Lagerzapfen 22 vorgesehen, die in dem montierten Zustand des Hebelschalters 2 (vergleiche 3) in Aufnahmen 24 eingreifen, die in dem Zwischenstück 16 ausgebildet sind. Die Lagerzapfen 22 und die Aufnahmen 24 definieren die Lage der zweiten Schwenkachse 12.
Das Zwischenstück 16 weist ferner Lagerzapfen 26 auf, die in eine zugeordnete Aufnahmen 28 des Gehäuses 8 greifen. Die Lagerzapfen 26 und die Aufnahmen 28 definieren die Lage der ersten Schwenkachse 10.
An dem Lagerzapfen 26 des Zwischenstücks 16 ist eine Bohrung (ohne Bezugszeichen) vorgesehen. In diese Bohrung greift ein drehfest in der Bohrung fixierter Bolzen 30 eines insgesamt rotationssymmetrischen Magnetträgers 32, an dem ein diametral magnetisierter, scheibenförmiger Magnet 34 befestigt ist. Beabstandet zu dem Magneten 34 ist ein Magnetfeldsensor 36 vorgesehen, der mit einer Auswerteeinheit 38 verbunden ist. Die Auswerteeinheit 38 und der Magnetfeldsensor 36 sind an einer Platine 40 des Hebelschalters 2 angeordnet. Mit Hilfe eines Anschlusses 42 der Platine 40 kann die Auswerteeinheit 38 des Hebelschalters beispielsweise mit dem CAN-Bus eines Kraftfahrzeugs kommunizieren.
Der Magnet 34 und der Magnetfeldsensor 36 bilden eine erste Magnetfeldsensoranordnung 44. Diese ist der ersten Schwenkachse 10 zugeordnet. Eine weitere Magnetfeldsensoranordnung 46 umfasst einen ringförmigen, diametral magnetisierten Magneten 48 sowie zwei zueinander um 90° versetzte Magnetfeldsensoren 50 und 52, die ebenfalls mit der Auswerteeinheit 38 verbunden sind. Der Magnet 48 ist konzentrisch zu dem Magneten 34 angeordnet; beide Magnete 34 und 48 sind ortsfest, jedoch drehbeweglich.
Der Magnet 48 ist in einem ringförmigen Träger 54 aufgenommen, der an dem Lagerzapfen 26 des Zwischenstücks 16 drehbar gelagert ist. Der Träger 54 ist einstückig mit einem Schwenkelement 56 ausgebildet, das an seinem dem Träger 54 abgewandten Ende eine umfangsseitig geschlossene Führung 58 für einen darin aufgenommen Kugelkopf 60 aufweist. Der Kugelkopf 60 ist Teil eines Bewegungsübertragungselements 62, das einstückig mit dem Lagerabschnitt 14 des Hebels 4 ausgebildet ist.
Das Bewegungsübertragungselement 62 wird entlang eines Kreisbogens verschwenkt, wenn der Hebel 4 um die zweite Schwenkachse 12 verschwenkt wird. Um eine Kollision mit dem Zwischenstück 16 zu vermeiden weist das Zwischenstück eine Kulisse 64 für das Bewegungsübertragungselement 62 auf. In entsprechender Weise ist in dem Gehäuse 8 eine Kulisse 66 vorgesehen, die eine leichte Bogenform aufweist, so dass sich das Bewegungsübertragungselement 62 auch bei einer Verschwenkbewegung des Zwischenstücks 16 relativ zu dem Gehäuse 8 um die erste Schwenkachse 10 frei bewegen kann.
Die Schwenkbewegung des Bewegungsübertragungselements 62 um die zweite Schwenkachse 12 wird über den Kugelkopf 60 auf das Schwenkelement 58 übertragen, das die Schwenkbewegung über einen der Länge des Schwenkelements 58 entsprechenden Hebel in eine Schwenkbewegung des Magneten 48 um eine dritte Schwenkachse 68 umsetzt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Schwenkachsen 10 und 68 nicht nur zueinander parallel, sondern fluchten auch miteinander.
Die Magnetfeldsensoranordnungen 44 und 46 des Hebelschalters 2 können bei einem Verschwenken der zugeordneten Magneten (34 bzw. 48) ein in 4 dargestelltes sinusförmiges Signal erzeugen. Hierbei korrespondieren die in den einzelnen Winkellagen anliegenden Magnetfeldstärken mit an den Magnetfeldsensoren abgreifbaren Spannungswerten. Da der Verschwenkbereich eines Hebelschalters in einem Kraftfahrzeug üblicherweise auf einen Bereich von +/– 30° oder kleiner begrenzt ist, kann es ausreichen, lediglich einen Teil des theoretisch möglichen Signalbereichs zu nutzen, um Schaltstellungen zu detektieren. Bei entsprechender Ausrichtung des Magneten und des zugeordneten Magnetfeldsensors kann das sinusförmige Signal in einem Bereich abgegriffen werden, in dem dieses Signal in etwa linear ansteigt. In 4 sind beispielhaft drei Schaltstellungen mit I, II und III bezeichnet. Diese Schaltstellungen sind entsprechend analogen Ausgangssignalen beispielsweise des Magnetfeldsensors 36 zugeordnet. Diese Ausgangssignale sind in 4 normiert dargestellt, so dass ein minimaler magnetischer Feldstärkenwert dem Wert –1 und ein maximaler Feldstärkenwert dem Wert +1 entspricht. Beispielsweise entspricht ein normiertes Ausgangssignal von –0,45 der Schaltstellung I, von 0 der Schaltstellung II und von +0,45 der Schaltstellung III. Selbstverständlich können auch Zwischenstellungen oder über die Schaltstellungen I und III hinausgehende Schaltstellungen des Hebels 4 ermittelt werden.
Die Magnetfeldsensoranordnungen 44 und 46 können auch jeweils mindestens zwei Magnetfeldsensoren umfassen. Diese können, wie bei der zweiten Magnetfeldsensoranordnung 46 der Fall, separat voneinander vorgesehen sein (Magnetfeldsensoren 50 und 52). Diese voneinander separaten Sensoren sind vorzugsweise um einen Winkel von 90° zueinander versetzt. Die Magnetfeldsensoren können aber auch in jeweils einen Mehrachsenhallsensor integriert sein, wie dies bei dem Magnetfeldsensor 36 der ersten Magnetfeldsensoranordnung 44 der Fall ist.
Die räumlich voneinander getrennten Magnetfeldsensoren 50 und 52 beziehungsweise entsprechende Mehrachsenhallsensoren können in 5 dargestellte Ausgangssignale erzeugen. Durch den Winkelversatz von 90° zwischen den voneinander separaten Magnetfeldsensoren 50 und 52 beziehungsweise zwischen den entsprechenden Teilsensoren eines Mehrachsenhallsensors werden in einem Winkelbereich von 0 bis 360° zueinander versetzte Sinus- und Cosinussignale erzeugt. Der Winkelbereich von 0 bis 360° wird abgedeckt, wenn der Hebel 4 eines Hebelschalters 2 in einer Betätigungsebene vollständig um eine der Schwenkachsen 10 oder 12 verschwenkt wird. Mit Hilfe der solchermaßen erzeugten Sinussignale und Cosinussignale kann ein Arcus-Tangens-Signal bestimmt werden, das in einem Winkelbereich von 0° bis 360° von –1 bis +1 linear ansteigt.
Somit kann jedem Arcus-Tangens-Wert eine eigene Schaltstellung des Hebels 4 zugeordnet werden.
Die Schaltstellung des Hebels 4 relativ zu der ersten Schwenkachse 10 kann in der beschriebenen Weise direkt ermittelt werden, da der Magnet 34 und der Magnetfeldsensor 36 direkt um die erste Schwenkachse 10 zueinander verdrehbeweglich sind. Die Schaltstellung des Hebels 4 relativ zu der zweiten Schwenkachse 12 leitet sich aus der Verdrehstellung des Magneten 48 relativ zu den Magnetfeldsensoren 50 und 52 ab, wobei aber die Drehlage des Magneten 34 der ersten Magnetfeldsensoranordnung 44 mit berücksichtigt wird.
Im folgenden wird der Winkel der Drehlage des Magneten 34 mit α angegeben. Dieser Winkel entspricht dem Schwenkwinkel φ des Hebels 4 um die erste Schwenkachse 10. Der von den Magnetfeldsensoren 50 und 52 erfasste Drehwinkel des Magneten 48 ist β. Die Differenz ε dieser Drehwinkel entspricht dem Drehwinkel γ des Hebels 4 um die zweite Schwenkachse 12, sofern die Schwenkbewegung des Hebels 4 mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 in eine Drehbewegung des Magneten 48 umgesetzt ist.
Das Übersetzungsverhältnis bestimmt sich zum einen durch die Länge eines Hebels h₁, der durch den Abstand der Drehachse des Magneten 48 zu der Führung 58 des Schwenkelements 56 bestimmt ist. Das Übersetzungsverhältnis bestimmt sich außerdem durch die Länge eines Hebels h₂, der durch den Abstand des Kugelkopfs 60 des Bewegungsübertragungselements zu der zweiten Schwenkachse 12 bestimmt ist. Das Übersetzungsverhältnis kann dann mit dem Quotienten k = h₁/h₂ angegeben werden. Der Drehwinkel γ des Hebels 4 um die zweite Schwenkachse 12 entspricht dem oben genannten Winkel ε multipliziert mit dem Quotienten k.
Die genannten Berechnungen können von der Auswerteeinheit 38 durchgeführt werden. Es ist auch möglich, für alle möglichen Werte der Winkel α und β bei einem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis k entsprechende Winkel φ in einer Look-Up-Tabelle zu hinterlegen.
Der in den 6 bis 8 dargestellt Hebelschalter 2' weist einen zu dem bereits beschriebenen Hebelschalter 2 ähnlichen Aufbau auf. Für den Hebelschalter 2' wird in vollem Umfang auf die Beschreibung zu dem Hebelschalter 2 Bezug genommen. Im folgenden soll daher nur auf die Unterschiede zwischen den Hebelschalter 2 und 2' eingegangen werden.
Der Magnet 34 der ersten Magnetfeldsensoranordnung 44 ist in einem Magnetträger 32 gelagert, der einstückig mit einem Getriebeglied 70 ausgebildet ist. Dieses weist an seinem dem Magneten 34 abgewandten Ende einen sich in Richtung auf das Zwischenstück 16 erstreckenden Zapfen 72 auf. Dieser greift in ein in dem Zwischenstück 16 ausgebildetes Langloch 74, das in 7 dargestellt ist. Der Zapfen 72 ist ferner innerhalb des Gehäuses 8 in einer Kulisse 76 geführt. Die Kulisse 76 sowie das Langloch 74 und der Zapfen 72 bilden ein Drehschubgelenk für das Getriebeglied 70. Der Magnetträger 32 ist ortsfest an dem Gehäuse 8 gelagert, so dass dieser ein Drehgelenk für das Getriebeglied 70 bildet. Dieses kann somit zusammen mit dem Magneten 34 um eine zugeordnete Drehachse 78 drehen. Wenn der Hebel 4 um die erste Schwenkachse 10 verschwenkt wird, wird das Getriebeglied 70 über das Langloch 64, die Kulisse 76 und den Zapfen 72 in eine Schwenkbewegung versetzt, so dass sich der Magnet 34 relativ zu der Achse 78 dreht.
Ein weiterer Unterschied des Hebelschalters 2' zu dem Hebelschalter 2 ist, dass das Schwenkelement 56 des zweiten Hebelschalters 2' vergleichsweise kurz ist, so dass die Schwenkachse 68, um die herum der Magnet 48 der zweiten Magnetfeldsensoranordnung 46 verschwenkt wird, zu der ersten Schwenkachse 10 des Hebels 40 beabstandet ist.
Bei dem Hebelschalter 2' ist nicht nur der Magnetfeldsensor 36, sondern auch ein Magnetfeldsensor 80 der zweiten Magnetfeldsensoranordnung 46 als Mehrachsenhallsensor ausgebildet.
Die Erfassung der Drehwinkel der Magneten 34 und 48 kann in der mit Bezug auf die Magnetfeldsensoranordnung 44 des Hebelschalters 2 bereits beschriebenen Weise erfolgen. Die Schwenkwinkel des Hebels 4 um die Schwenkachsen 10 und 12 können wie folgt ermittelt werden:
Der Drehwinkel des Magneten 34 ist α. Dieser kann von dem Magnetfeldsensor 36 erfasst werden. Da die Drehachse 78 des Magneten 34 und die erste Schwenkachse 10 zueinander beabstandet sind, muss zur Ermittlung des Schwenkwinkels φ des Hebels 4 um die erste Schwenkachse 10 sowohl der Abstand d (76, 78) zwischen der Kulisse 76 und der Achse 78 als auch der Abstand d (10, 76) zwischen der Schwenkachse 10 und der Kulisse 76 berücksichtigt werden. Der Winkel φ kann angegeben werden mit
Die Winkellage des Hebels 4 relativ zu der zweiten Schwenkachse 12, also der Winkel γ, kann in folgender Weise ermittelt werden:
d (60, 68) = Abstand zwischen Kugelkopf 60 und Schwenkachse 68, ε = β – δ, wobei
β = Schwenkwinkel des Magneten 48 und
d(10, 60) = Abstand zwischen Schwenkachse 10 und Kugelkopf 60.

Claims

Hebelschalter (2, 2') für einen Lenkstock eines Kraftfahrzeugs, mit einem relativ zu einer Lagerung (6) in mehrere Schaltstellungen (I, II, III) um eine erste Schwenkachse (10) und um eine zweite Schwenkachse (12) beweglichen Hebel (4), wobei zur Erfassung der Schaltstellung (I, II, III) des Hebels (4) relativ zu der ersten Schwenkachse (10) eine erste Magnetfeldsensoranordnung (44) vorgesehen ist, wobei zur Erfassung der Schaltstellung des Hebels (4) relativ zu der zweiten Schwenkachse (12) eine zweite Magnetfeldsensoranordnung (46) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensoranordnungen (44, 46) analoge Ausgangssignale erzeugen und dass zur Erfassung der Schaltstellungen (I, II, III) des Hebels (4) relativ zu der ersten Schwenkachse (10) und relativ zu der zweiten Schwenkachse (12) eine gemeinsame Auswerteeinheit (38) vorgesehen ist, die eine Schaltstellung (I, II, III) des Hebels (4) relativ zu zumindest einer der Schwenkachsen (10, 12) unter Berücksichtigung der Ausgangssignale beider Magnetfeldsensoranordnungen (44, 46) ermittelt.
Hebelschalter (2, 2') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Magnetfeldsensoranordnungen (44, 46) jeweils mindestens einen Magnetfeldsensor (36, 50, 52, 80) und mindestens einen relativ zu diesem verdrehbeweglichen Magneten (34, 48) aufweisen.
Hebelschalter (2, 2') nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung (6) ein ortsfestes Gehäuse (8) umfasst, dass die erste Schwenkachse (10) definiert.
Hebelschalter (2, 2') nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (4) an einem Zwischenstück (16) gelagert ist, das um die erste Schwenkachse (10) relativ zu dem Gehäuse (8) verschwenkbar ist.
Hebelschalter (2, 2') nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (4) in dem Zwischenstück (16) um die zweite Schwenkachse (12) des Hebels (4) verschwenkbar ist.
Hebelschalter (2, 2') nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (34, 48) der Magnetfeldsensoranordnungen (44, 46) ortsfest verdrehbeweglich gelagert sind.
Hebelschalter (2, 2') nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (4) ein Bewegungsübertragungselement (62) aufweist, das bei einem Verschwenken des Hebels (4) um die zweite Schwenkachse (12) ein um eine dritte Schwenkachse (68) verschwenkbares Schwenkelement (56) antreibt, wobei der dritten Schwenkachse (68) die zweite Magnetfeldsensoranordnung (46) zugeordnet ist.
Hebelschalter (2, 2') nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkelement (56) an dem Gehäuse (8) und/oder an dem Zwischenstück (16) gelagert ist.
Hebelschalter (2, 2') nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schwenkachse (10) und die dritte Schwenkachse (68) zueinander zumindest im Wesentlichen parallel sind.
Hebelschalter (2, 2') nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schwenkachse (10) und die dritte Schwenkachse (68) miteinander fluchten.
Hebelschalter (2, 2') nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (34) und der Magnetfeldsensor (36) der ersten Magnetfeldsensoranordnung (44) um die erste Schwenkachse (10) des Hebels (4) zueinander verdrehbeweglich sind.
Hebelschalter (2, 2') nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (34, 48) der ersten und der zweiten Magnetfeldsensoranordnung (44, 46) konzentrisch zueinander angeordnet sind.
Hebelschalter (2, 2') nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (16) mit einem Getriebeglied (70) bewegungsgekoppelt ist, das bei einer Verschwenkbewegung des Hebels (4) um die erste Schwenkachse (10) eine Verdrehbewegung des Magneten (34) der ersten Magnetfeldsensoranordnung (44) bewirkt.
Hebelschalter (2, 2') nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeglied (70) über ein Drehgelenk mit dem Gehäuse (8) verbunden ist und dass das Getriebeglied (70) über ein Dreh-/Schubgelenk mit dem Zwischenstück (16) verbunden ist.
Hebelschalter (2, 2') nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (34) der ersten Magnetfeldsensoranordnung (44) um die Achse (78) des Drehgelenks verdrehbeweglich ist.
Hebelschalter (2, 2') nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal der Magnetfeldsensoren (50, 52) der ersten Magnetfeldsensoranordnung (44) und/oder der zweiten Magnetfeldsensoranordnung (46) ein Sinus-Signal ist.
Hebelschalter (2, 2') nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschwenkbereich des Hebels (4) um die erste Schwenkachse (10) und/oder die zweite Schwenkachse (12) ausgehend von einer Mittelstellung auf ± 90°, vorzugsweise auf ± 45°, weiter vorzugsweise auf ± 30° begrenzt ist.
Hebelschalter (2, 2') nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Magnetfeldsensoranordnung (44) und/oder die zweite Magnetfeldsensoranordnung (46) mindestens zwei zueinander winkelversetzte Magnetfeldsensoren (50, 52) umfasst.
Hebelschalter (2, 2') nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelversatz zwischen den Magnetfeldsensoren (50, 52) 90° beträgt.
Hebelschalter (2, 2') nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Magnetfeldsensoren (50, 52) separat voneinander vorgesehen sind.
Hebelschalter (2, 2') nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Magnetfeldsensoren in einem Mehrachsenhallsensor (36, 80) integriert sind.
Hebelschalter (2, 2') nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle einer Magnetfeldsensoranordnung (44, 46) eine induktive, kapazitive oder optische Sensoranordnung vorgesehen ist.
Verfahren zur Erfassung der Schaltstellung eines Hebelschalters (2, 2') für einen Lenkstock eines Kraftfahrzeugs, mit einem relativ zu einer Lagerung (6) in mehrere Schaltstellungen (I, II, III) um eine erste Schwenkachse (10) und um eine zweite Schwenkachse (12) beweglichen Hebel (4), wobei zur Erfassung der Schaltstellung (I, II, III) des Hebels (4) relativ zu der ersten Schwenkachse (10) eine erste Magnetfeldsensoranordnung (44) vorgesehen ist, wobei zur Erfassung der Schaltstellung (I, II, III) des Hebels (4) relativ zu der zweiten Schwenkachse (12) eine zweite Magnetfeldsensoranordnung (46) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensoranordnungen (44, 46) analoge Ausgangssignale erzeugen und dass die Schaltstellung (I, II, III) des Hebels (4) relativ zu zumindest einer der Schwenkachsen (10, 12) unter Berücksichtigung der Ausgangssignale beider Magnetfeldsensoranordnungen (44, 46) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Magnetfeldsensoren (50, 52) einer Magnetfeldsensoranordnung (44, 46) jeweils ein Sinus-Signal und ein Cosinus-Signal erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Sinus-Signal und dem Cosinus-Signal ein Arcus-Tangens-Signal bestimmt wird.