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Die Erfindung betrifft einen Fahrschalter für automatische oder automatisierte Getriebe, den Einsatz und die Nutzung des Fahrschalters in einem KFZ, sowie die Ausgestaltung solcher Fahrschalter.
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Es sind Fahrschalterkonzepte im Einsatz, die ein zweigeteiltes Bedienkonzept vorsehen: Ein erster Teil der Schalterfunktion ist für die grundsätzliche Betriebsartenwahl vorgesehen (Neutral, Drive vorwärts, Drive rückwärts, Rangieren vorwärts, Rangieren rückwärts); ein zweiter Teil der Schalterfunktion ermöglicht z. B. ein manuell ausgelöstes hoch- und rückschalten der Gangstufe, oder das Umschalten zwischen den Betriebsmodi „Automatik” und „Manuell”. Für den ersten Teil dieser Schalterfunktion können z. B. Drehschalter vorgesehen sein, für den zweiten Teil der Schalterfunktion können diese in Kombination mit z. B. Lenkstockschaltern eingesetzt werden.
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Mechanische Fahrschalterkonzepte für Fahrzeuge mit automatischen Getrieben, z. B. Konsolen-Fahrschalter, erfordern meist einen recht großen Aufwand für die Mechatronik (Schalter, Schaltkulisse, Sensoren, Elektronik, Software).
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Neben diesen mechanisch betätigbaren Fahrschaltern sind auch Bedienungsformen über Berührungsbildschirme (sogenannte Touchscreens) bekannt, die über eine Monitoroberfläche variable Funktionsbilddarstellungen erlauben. Diese haben den Vorteil, dass sie im gegebenen Funktionsumfang relativ kostengünstig sind, haben allerdings den Nachteil, dass sie nur eine visuelle Rückmeldung für den Fahrer bereitstellen. Das ist bei einem Wechsel zwischen den Betriebsarten (z. B. zwischen „Vorwärts” und „Rückwärts”) nachteilig, z. B. wenn der Fahrer in solchen Fällen notwendigerweise in den Rückspiegel schauen bzw. den Kopf aus der Seitentür nach hinten wenden muss; eine ausschließlich über eine solche Monitoroberfläche vorliegende visuelle Rückmeldung zum Betriebszustand erscheint in solchen Fällen hinderlich oder zumindest unzureichend.
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In diesem Umfeld besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein einfaches, nutzergerechtes Bedienkonzept mit der Möglichkeit einer zusätzlichen Signalgebung an den Fahrer bei einem möglichst geringen Aufwand zu realisieren.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Danach ist die Konstruktion des Fahrschalters dergestalt, dass der Fahrschalter die bei mechanisch betätigbaren Schaltern übliche, gegen die aktuelle Betätigungsrichtung gerichtete, federnde Gegenkraft aufweist und damit bei einer Betätigung eine haptische Rückkopplung für den Fahrer bietet, darüber hinaus aber eine, aktiv mittels Aktuatoren bewirkte und daher zusätzlich wahrnehmbare haptische Rückkopplung erzeugen kann, die zur Vermittlung von Informationen an den Fahrer genutzt werden kann. Die Reaktion des Fahrers auf diese Information wiederum kann von der Systemsteuerung interpretiert und somit als Information genutzt werden.
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Ein mit den Fingern bzw. der Hand spürbares und über diesen Weg wahrnehmbares Verhalten eines mechanischen Elements (also ein haptisches oder taktiles wahrnehmen des Verhaltens eines Bedienelements) stellt für den Nutzer im hier gegebenen Zusammenhang stets eine Information, die von der Systemsteuerung kommt dar und soll im Folgenden nur als haptische Rückkopplung bezeichnet werden.
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Im Spannungsfeld zwischen einer kostengünstigen Realisation und dem i. a. unumgänglich hohen Aufwand für die Mechatronik müssen Fahrschalter ein einfaches, dabei aber sicheres Funktionswahl- und Bedienkonzept haben. Das Bedienkonzept der Fahrschalter in der KFZ-Technik stellt dabei hohe Anforderungen. Die Bedienung muss für den Fahrer eindeutig und nachvollziehbar sein. Bei der Handhabung muss für den Fahrer eine Wahrnehmung der Wirkung der ausgelösten Schalt- und Steuervorgänge möglich sein, eine Wahrnehmung die er normalerweise nur durch die Reaktion des Fahrzeugs und das Fahrverhalten erfasst, d. h. durch seine eigene Wahrnehmung erhält.
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Unter diesen Gesichtspunkten ist das Design des Fahrschalters auszugestalten:
Die vorgesehenen Bedienmöglichkeiten bzw. die aufzurufenden Funktionen bestehen wie bereits beschrieben für den Fahrer aus einer Betriebsartenwahl und aus den Funktionen „manuell Hoch- und Rückschalten” sowie das „Umschalten zwischen Automatik und Manuell”.
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Eine bestimmte Betriebsart ist – wenn sie eingeschaltet worden ist – eindeutig und zeitlich i. a. von längerer Dauer. Für ein Umschalten der Betriebsarten gibt es allerdings, abhängig vom jeweiligen Fahrzustand des Fahrzeugs Einschränkungen. Zum Beispiel darf eine Umschaltung von „Fahrt vorwärts” auf „Fahrt rückwärts” nur bei einem Geschwindigkeitsgrenzwert nahe dem Stillstand durchgeführt werden und auch das Umschalten der Gänge bzw. die Wahl eines Anfahrgangs ist nicht beliebig, sondern unterliegt ebenfalls gewissen Einschränkungen.
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Weiter können Grenzsituationen auch entstehen, wenn der Fahrer von „D” (Drive) nach „RV” (Rangieren vorwärts) umschalten will. Die Rangieranfahrgänge sind meist begrenzt gegenüber den normalen Anfahrgängen. Hier kann eine Geschwindigkeitsschwelle wirksam werden, die für den Fahrer beim Schalten nicht unbedingt eindeutig nachvollziehbar ist.
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Es genügt aber nicht, lediglich die Reihenfolge der Schalterstellungen einfach mechanisch zu definieren, sondern es müssen zudem einige Übergänge auch explizit erlaubt sein und andere Übergänge dürfen nicht ausführbar oder nur „schwer ausführbar” ausgestaltet werden.
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Nun kann man zwar einen Schaltvorgang problemlos durch die im Gesamtkonzept eines Fahrzeugs eingebunden elektronische Regelungs- und Überwachungskonzepte realisieren und unerlaubte Schaltvorgänge sperren, indem z. B. eine Steuerelektronik diese einfach nicht ausführt. Aber ohne eine Informationsrückkopplung auf den (den Schalter bedienenden) Fahrer kann das Verhalten des Fahrzeugs dann u. U. irritierend sein.
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Es entstehen so Situationen, die erst zu einer langwierigen Interpretation des Fahrzeugverhaltens durch den Fahrer führen, wenn und weil dieser sich vergewissern muss, welcher Fahrzustand nun eigentlich vorliegt. Das wiederum führt zu einer Ablenkung des Fahrers vom Verkehrsgeschehen. Die bisherigen optischen und akustischen Rückmeldungen, beim Versuch des Aktivierens einer nicht erlaubten Funktion können (abhängig von den jeweiligen Umgebungsbedingungen, z. B. bei einem lauten Baustellenbetrieb) vom Fahrer u. U. nicht wahrgenommen werden.
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Das Umschalten von Betriebszustand zu Betriebszustand sollte daher bevorzugt so erfolgen, dass unerlaubte Übergänge auch mit einer Sperre des Übergangs am Fahrschalter einhergehen. Die vom Schalter vermittelte haptische (taktile) Rückkopplung soll die Wirkung seines Handelns informativ mit vermitteln und für den Fahrer durch ein sofort spürbares Verhalten des Schalters erkennbar sein.
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Prinzipiell sind im erfindungsgemäßen Konzept daher zunächst für unerlaubte oder gefährliche Übergänge zwischen den Betriebsarten auch spürbare Sperren im Schalter vorgesehen, um damit nicht nur die damit verbundene haptische Kontrolle zu realisieren, sondern auch, um gefährliche Situationen gar nicht erst aufkommen zu lassen.
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Ein reines Sperren von Schalterübergängen, kann aber nur ein Teil eines Rückkopplungskonzepts sein, weil andere Übergänge – mit unterschiedlichem Bedeutungsgrad – evtl. auch möglichst unterbleiben sollten, um z. B. unökonomische oder materialverschleißende Betriebszustände zu vermeiden. Dabei erscheint die normalerweise gegebene, einfache haptische Rückkopplung aber unzureichend.
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Wenn z. B. der Fahrer mit schwitzenden oder öligen Fingern einen Schalter bedient und deshalb über eine gesperrte Schalterposition mit den Fingern hinweg rutscht, nimmt er eine solche gesperrte Position unter Umständen gar nicht wahr. Eine nicht erkennbare, ausbleibende bzw. fehlende Rückmeldung kann den Fahrer irritieren, weil das Fahrverhalten des Fahrzeugs nicht mit den Erwartungen übereinstimmt.
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Daher sind im erfindungsgemäßen Konzept zusätzliche Rückkopplungskomponenten, auch nichthaptische Signale, vom Fahrschalter auf den Fahrer vorgesehen. Sinnvoll kann die einfache haptische Rückkopplung verstärkt werden, z. B. indem sich der Schalter gegen eine Betätigung gewissermaßen zusätzlich „spürbar wehrt”. Das ist z. B. realisierbar, indem eine – von der vom Fahrer aufgewendeten Dreh- oder Schiebekraft abhängige – Vibrationen am Schalter auftritt oder wenn der Grad der aufzubringenden Kraft selbst geeignet verändert werden kann, oder wenn beides möglich ist.
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Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Schalter soll daher die Eigenschaft haben, dass zunächst die Reihenfolge der Schalterposition des Betriebsartenwahlschalters konstruktiv in eine sinnvolle, die Betriebszustände bzw. die erlaubten Befriebszustandsübergange abbildende Reihenfolge gebracht wird.
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Dabei wird jede Schalterposition von der nächsten bzw. zur vorherigen Schalterposition federnd abgegrenzt. Von jeder Schalterposition aus kann der Schalter damit zwar in jede Richtung gegen diese federnde Gegenkraft bewegt werden, aber nur in einer, vom jeweiligen Betriebszustand abhängigen, erlaubten oder nicht verbotenen Richtung geschieht das letztendlich mit Erfolg.
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Zweckmäßigerweise geht der Fahrschalter im Ruhezustand (also ohne eine gerade ablaufende Betätigung durch den Fahrer) immer in eine funktionsneutrale Mittelstellung, die generell oder bevorzugt zu jeder Einstellposition definiert vorliegen kann. Das hat zunächst den Vorteil, dass der Fahrer nicht aus einer Fahrschalterposition auf die Getriebeposition schließen muss. Zu jeder Position existiert deshalb gewissermaßen eine Kugel-Mulden-Feder-Konstruktion, so dass das Erreichen der nächsten Schalterposition nur durch das Überwinden des Mulden-Widerstands durch die vom Fahrer aufgewendete Betätigungskraft möglich ist. Die reale Ausführung kann allerdings von beliebig anderer Art sein; auch soll z. B. eine aktive Steuerung dieses Widerstandes mittels entsprechender Aktuatoren möglich sein.
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Die beschriebene Konstruktion ist nur als Beispiel zu sehen, um die gewünschte Funktionsweise zu beschreiben.
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Ist eine Umschalt- bzw. Betätigungsrichtung erlaubt, dann wird der neue Schalterzustand (und damit die Initiierung des damit korrelierenden, neuen Betriebszustands) nach Überwindung der für den Nutzer deutlich spürbaren, aber letztendlich doch relativ leicht zu überwindenden Kraft eingenommen.
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Bewegt der Fahrer den Fahrschalter aber in eine unerlaubte bzw. gesperrte oder in einer für den Betrieb ungünstigen Richtung, dann ist das Verhalten des Schalters nur zu Beginn gleich (der Kraftaufwand zur Überwindung des Widerstands nimmt in Richtung der vom Fahrer angestrebten, nicht erlaubten Position zunächst genauso zu, wie in Richtung einer erlaubten). Dann allerdings wird der Widerstand (von der Aktuatorik gesteuert) schnell größer.
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Zusätzlich kann der Schalter in Vibrationen versetzt werden und zwar umso stärker, je kräftiger der Fahrer versucht, den Schalter in die unerlaubte Richtung gegen den so spürbaren Widerstand zu bewegen. Der Fahrer bekommt so gewissermaßen das Gefühl, dass sich der Schalter gegen eine Betätigung wehrt und zwar umso stärker, je kräftiger er versucht, die unerlaubte Schalterstellung zu erreichen.
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Unterstützen kann man dieses Geschehen natürlich noch zusätzlich, indem der Schalter oder eine andere Einrichtung im KFZ dem Fahrer zusätzlich ein Warnsignal übermittelt.
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Die generierten Geräusche und Töne der Warnsignale, die mit einer bestimmten Bewegung der Schalters und des Schaltgeschehens einhergehen, können dabei ”marktgerecht designed” werden: Ein erlaubtes Umschalten kann z. B. mit einem ”satten, aber angenehm weichen und nicht zu lauten Knackgeräusch” akustisch unterstützt werden. Dabei können die Geräusche u. U. so ausgelegt sein, dass nicht nur die Schalterfunktion ”akustisch kommentiert” wird, sondern auch der durch die Schalterstellung letztendlich ausgelöste Betriebszustandswechsel.
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Ausgestaltung, Aufbau und das Design einer unter diesem Aspekt entwickelten Geräuschkulisse wird sowohl technische Fragen aufwerfen, als auch unter psychologischen und physiologischen Gesichtspunkten zu bewerten sein. Die aus der Medizin bekannten Biofeedback-Techniken könnten hier evtl. wertvolle Hinweise beim Ausbau dieser Technik liefern.
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Zum Beispiel kann der Versuch des Fahrers, einen Schalter leicht in eine bestimmte Richtung zu bewegen, mit einem leichten Brummgeräusch (oder einer leichten Vibrationen) untermalt werden, wenn die Bewegung in eine sinnvolle und/oder erlaubte Richtung geht. Selbst eine noch gar nicht wirklich ausgeführte, nur leichte Betätigung des Schalters durch den Fahrer (in eine erlaubte oder unerlaubte Richtung) kann dann – im Sinne einer Statusabfrage oder eines Informationsabrufs – über die damit bewirkte akustische oder Vibrationsrückkopplung dem Fahrer Informationen zuführen.
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Ein solches Konzept, das bis hier gewissermaßen eindimensional dargestellt worden ist (die Drehung eines Drehschalters, das schieben eines Schiebeschalters aber auch die Zug- oder Druckverstellung eines Kolbenschalters stellt in diesem Sinne eine solche einzelne Dimension dar), kann problemlos auf 2- oder 3-dimensionale Konstruktionen angepasst bzw. umgesetzt werden. Beispielsweise kann eine Drehschaltbewegung mit einer Wipp- oder einer zusätzlichen Schiebebewegung verbunden werden und die als Rückkopplung verwendete Kulisse (haptisch, optisch, akustisch) unterschiedlich komplex ausgestaltet werden.
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An jeder Schalterposition kann – auch hier ist das Bild einer Mulden-Stift-Konstruktion nützlich – der jeweils nächste Zustand, der von der jeweiligen Position aus durch eine Schalterbetätigung eingenommen werden kann, z. B. zunächst aus einer Drehbewegung heraus aufgesucht und eingenommen werden oder aber dadurch, dass die Schaltebene insgesamt nach oben und/oder unten oder nach rechts und/oder nach links zusätzlich verschoben wird.
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In diesem Konzept kann man die Schalterfunktion analytisch in die Teilfunktionen ”Schaltbewegung”, (haptische, akustische, optische) „Rückkopplung an den Fahrer” und „Informationsermittlung und -Weitergabe” trennen.
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Zur Realisation brauchen dazu nicht einmal echte Schalterfunktionen (im Sinne elektrischer oder mechanischer Kontakte) vorzuliegen. Es genügt, die mechatronischen Funktionen der Bewegung und die Widerstands- bzw. Vibrationssteuerung der Schalterebene in allen vorgesehenen Dimensionen für den Fahrer nachvollziehbar vorzusehen und auszulegen. Entlang der jeweiligen Bewegungspfade sind durch Aktuatoren für den Fahrer wahrnehmbare Effekte und Reaktionen des Schalters auszubilden. Die vom Fahrer auf den Schalter ausgeübten Kräfte sind sensorisch zu erfassen und vom System als Information auszuwerten. Fahrschalter werden so in einem gewissen Sinne „universelle mechatronische Elemente mit einem bestimmten Führungsverhalten und einem Verhalten gegen die Bewegungs- bzw. Betätigungsversuche” und sind so, trotz der physikalisch realen Form, als virtuelle Instrumente mit variablen Eigenschaften zu sehen.
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Die Erfindung soll anhand der beigefügten Abbildungen erläutert werden, wobei bis Beispiele von verschiedenen Ausgestaltungsmöglichkeiten darstellen.
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Vorgeschlagen wird ein Fahrschalter, bei dem ein Bedienelement oder Komponenten eines Bedienelements in mehrere Richtungen kippbar, verschiebbar und/oder verdrehbar sind. An den jeweiligen Endpositionen, die sich aus einer solchen Bewegung ergeben, werden die damit verbundenen Funktionen des Fahrschalters ausgelöst. Dabei ist zweckmäßigerweise eine funktionsneutrale Mittelposition angefedert. Funktionswirksame Positionen werden von Sensoren oder durch Schaltkontakte erfasst.
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Der Fahrschalter kann an sich beliebig, sollte aber ergonomisch sinnvoll gestaltet sein. Eine zweckmäßige Ausführung ist z. B. eine Formgestaltung, bei der ein einfaches Verschieben von Schalterkomponenten mit einem einzelnen Finger, eine Drehbewegung mit zwei Fingern möglich ist.
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Fahrschalterpositionen und damit die zugehörigen Systemfunktionen, die auf Grund von temporär vorliegenden Fahrsituationen unzulässig sind, werden durch die in der Beschreibung dargestellten Techniken verhindert. Die letztendliche Aktivierung einer Systemfunktion durch eine Fahrschalterbedienung kann z. B. durch zusätzliche akustische Signale vermittelt werden.
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Es besteht die Möglichkeit, verschiedenste Varianten auszugestalten, indem z. B. die Fahrschalter mit einem Display ausgestattet werden oder die jeweiligen funktionellen Zuordnungen bzw. Schalterpositionen variabel gehalten sind, um z. B. mit anderen Schaltern, die sich an anderen Positionen befinden, kombiniert werden zu können.
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Bei einer Betätigung der Komponenten eines erfindungsgemäß ausgestalteten Fahrschalters unterscheidet sich das „Betätigungserlebnis” von der Betätigung eines Schalters auf dem Stand der Technik. Mittels einer Aktuatorik, die z. B. der jeweiligen Basiskomponente, aber auch jeder Komponente eines solchen Schalters einzeln zugeordnet sein kann, kann das dem Fahrer vermittelte „Erlebnis” des Schaltens modifiziert werden.
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zeigt eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Schalters: Eine Basiseinheit (1), die hier und im Folgenden als einfache Basisplatte (1) dargestellt ist, deren tatsächliche Ausgestaltung aber anders sein kann, trägt alle anderen Komponenten, die zum Fahrschalter gehören, hier eine nach rechts und links verschiebbare oder kippbare (9) erste Komponente (2) und eine nach rechts (6) und links (5) bzw. nach oben (7) und unten (8) verschiebbare oder kippbare (4) zweite Komponente (3). Rechts, links, oben und unten sind je nach Anordnung des Schalters vertauschbare Begriffe. Eine in die Komponente (3) eingelassene Mulde (10) dient hier den suchenden Fingern des Fahrers zur Orientierung und damit zur besseren Bedienbarkeit.
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Will der Fahrer während der Fahrt z. B. einen anderen Gang in das Getriebe einlegen, dann führt er seine Hand in Richtung des Fahrschalters und nimmt fühlbaren Kontakt mit dem Schalter auf, indem er seine Hand darauf legt. Das Gefühl, das der Fahrschalter (über die Hand) dem Fahrer vermittelt, ist eine erste haptische Kontrollfunktion; der Fahrer weiß einfach, ab jetzt auch ohne hinzuschauen, dass er den Schalter an der erwarteten Position aufgefunden hat. Er hat gelernt, wie er diesen jetzt für die jeweils vorgesehene Betätigung zu bedienen hat.
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Indem er den Schalter jetzt betätigt (z. B. eine Komponente nach vorn, nach hinten, seitlich nach rechts, seitlich nach links, usw. bewegt oder eine Drehbewegung mit dem Schalter ausführt, löst er die von ihm gewünschte Veränderung des Systemverhaltens aus. Dabei erfährt er wiederum über diese erste haptische Rückkopplung, warm sein Bemühen, den Schalter in der gewünschten Weise zu betätigen, Erfolg hat, indem er z. B. einfach die Bewegung selbst wahrnimmt und/oder ein „Einrasten” bzw. ein „Rasten” spürt, oder auch einen Signalton wahrnimmt. Das „Einrasten” kann z. B. jene bei einem normalen Schalter so typische Schwelllagenüberschreitung sein, mit der das Herstellen eines Kontaktes einfach wahrgenommen werden kann.
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Betätigt der Fahrer einen Schalter auf dem Stand der Technik in einer Richtung, die von einer Kontrollinstanz (z. B. der Systemsteuerung) als nicht sinnvoll oder gar unerlaubt eingestuft werden würde, dann würde sich die haptische Kontrolle für den Fahrer nicht unterscheiden. Dass eine Betätigung nicht sinnvoll oder gar unerlaubt ist, wird der Fahrer u. U. nur dadurch feststellen, dass das System auf seine Bedienung selbst nicht wie erwartet reagiert.
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Der erfindungsgemäß modifizierte Schalter geht einen Schritt darüber hinaus, weil er z. B. dem Fahrer signalisieren kann, dass er nichts gegen diese Entscheidung einzuwenden hat, z. B. indem er ”Zustimmung” durch ein spezifisches Signal signalisiert, das ein ”zufriedenes Brummen” oder ein „zufriedenes Vibrieren” (wie immer ein solches auch aussehen mag). Das Konstruieren eines diesen Zustand signalisierenden Signals wird eine eigene Kunst darstellen und wird wohl keinen universell gültigen Charakter haben, weil ein sportlicher Fahrertyp andere Signalwiedergaben als angenehm empfinden wird, als ein auf Sicherheit oder Ökonomie bedachter Fahrertyp. Abhängig von der jeweiligen Zielgruppe wird man daher spezifische Signalcharakteristiken aufbauen oder diese sogar individuell halten, um solch eine Kommunikation mit der Systemsteuerung mittels zusätzlicher haptischer Rückkopplung zu realisieren.
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Der Fahrer wird bei einem erfindungsgemäßen Schalter bei einer falschen oder nicht sinnvollen Betätigung z. B. einen plötzlich zusätzlich spürbaren Widerstand oder eine spürbare, starke Vibration des Schalters bzw. der Schalterkomponente, also durch eine erweiterte haptische Signalwahrnehmung, „spüren” und erfährt so, dass sein Vorhaben bei der Systemsteuerung auf keine Zustimmung trifft. Der Fahrer erfährt so auch – ohne hinzusehen – in welcher Richtung eine Schaltbewegung der Komponente (3) erlaubt oder verboten ist. Die Bewegung des Schalters in die richtige Richtung kann von der Systemsteuerung mittels der Aktuatorik z. B. mit einem leichten „zufriedenen Vibrieren” begleitet werden, so dass der Fahrer auch in diesem Fall – wieder ohne hinzusehen – eine Information darüber erhält.
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Die Betätigung einer Schalterkomponente (3) zum Ändern des Zustands eines Getriebes, das sich z. B. im Zustand „D2” in einem höheren Gang befindet, sofort nach „R” (6) ist i. a. verboten, weil für eine Umschaltung definierte Zusatzbedingungen einzuhalten sind, wie die, dass zum Zeitpunkt der Schaltausführung die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nahe bei Null liegen muss.
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Im Falle einer nur unökonomischen, aber noch nicht gefährlichen Schaltweise würde der Fahrer seinen Fehler auf dem Stand der Technik u. U. überhaupt nicht wahrnehmen. Hier kann mittels der erfindungsgemäßen Modifikationen der Fahrer zumindest Auskunft darüber erhalten.
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zeigt eine zweite und dritte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Fahrschalters. Wieder werden alle beweglichen Komponenten auf einer Basiskomponente (21) angeordnet, der auch hier wieder die benötigte Aktuatorik zugeordnet sein soll bzw. kann.
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Die bewegliche Komponente in der Anordnung links mit einer zentral liegenden Mulde (11) (20) kann hier durch Kipp-, Wipp- (12) (13) oder Schiebebewegungen (12) (13) (14) (15) betätigt werden. Jede Bewegung zwischen den verschiedenen Zuständen führt über „N” (neutral), so dass u. U. ein Druck (11) auf diese Komponente zur Funktionsauswahl modifizierend nötig sein kann. Auch hier ist die Mulde (11) eine Möglichkeit, dem Fahrer durch haptische Rückkopplung die Lage des Schalters – ohne dass der Fahrer hinsehen muss zu vermitteln.
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Die Basiseinheit in der Anordnung rechts ist nicht dargestellt. Eine erste bewegliche Komponente (17) mit einem zentral liegenden Kugelkopf (16) kann durch Kippbewegungen des Kugelkopfes betätigt werden. Die bei Bewegungen dieses Kugelkopfs (16) mitgeführte Platte (17) kann verglichen werden mit den zuvor dargestellten Bewegungen zur linken Anordnung, aber mit anderen Funktionszuordnungen. Jede Bewegung zwischen den verschiedenen Zuständen führt über die Mittenstellung, der im Notfall „N” (Neutral) durch eine schnelle Druckbetätigung auf den Kugelkopf zugeordnet sein kann. Normalerweise ist Neutral durch die Drehschalterfunktion dieser Anordnung festgelegt. Aus der Neutralstellung der Drehschalteranordnung werden durch Drehung nach rechts (19) die Vorwärtsfahrtmodi D1 und D2 oder nach links (18) die Rückwärtsfahrtmodi R1 und R2 eingeschaltet.
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Eine Aktuatorik zur Erzeugung der erfindungsgemäßen, zusätzlichen, haptischen Rückkopplung kann hier bevorzugt der Kugelkopfkomponente zugeordnet werden.
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Im Falle einer nur unökonomischen Schaltweise, z. B. bei einer Betätigung nach vorn (Gang + 1) oder nach hinten (Gang – 1), wenn das gar nicht sinnvoll ist, würde der Fahrer bei einem Schalter auf dem bisherigen Stand der Technik es u. U. zunächst überhaupt nicht wahrnehmen, dass sein Schaltwunsch unökonomisch ist. Mit dem erfindungsgemäßen Fahrschalter kann dagegen mittels der erfindungsgemäßen Modifikationen über eine zusätzliche haptische Rückkopplung eine diesbezügliche Information von der Systemsteuerung an den Fahrer gegeben werden.
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zeigt besonders einfach herstellbare, vierte und fünfte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Fahrschalters. Wieder werden alle beweglichen Komponenten auf einer Basiskomponente angeordnet, mit denen drehend, wippend oder schiebend die gewünschten Funktionskontakte angesteuert werden können. Die benötigte Aktuatorik kann wieder der Basiseinheit zugeordnet werden. Die Anordnung der links wird durch Wippbewegungen (24) (26) und/oder durch Druckbewegungen auf die Zentralmulde (22) oder auf die seitlich liegenden Fingermulden (28) (29) betätigt. Die Anordnung der rechts wird durch Drehbewegungen (25) (27) und/oder durch Druckbewegungen (30) betätigt.
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Die Bedienung eines Schalters durch das Ausüben von Druck z. B. auf die Zentralmulde (23) (30) oder auf die am Rand stehenden Mulden ist elementar und bekannt und braucht daher hier nicht weiter beschrieben zu werden.
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Die Funktionsausgestaltung eines erfindungsgemäßen Fahrschalters muss nicht starr feststehen, sondern kann von der Getriebesteuerung gezielt verändert oder neu definiert werden.
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Die Nutzung einer gegenüber den Betätigungsversuchen durch Aktuatoren „modulierten” Informationsrückkopplungen bzw. der variabel ausgelegten Widerstände, die der Fahrschalter dem Nutzer gegenüber signalisieren kann, kann auf eine jeweils veränderte Situation angepasst werden.
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Zum Beispiel bei der Bedienung von Nebenabtrieben kann dies sinnvoll genutzt werden: Nebenabtriebe dienen dazu, aus der mechanischen Kraft des Motors andere Funktionen, z. B. Zementmischer, Kräne, usw. zu betreiben bzw. zu versorgen. Dabei unterscheidet man Abtriebe, die nur stationär betrieben werden dürfen und solchen, die instationär betrieben werden.
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Bei einem stationären Nebenabtrieb darf kein Gang geschaltet sein und das Fahrzeug muss stehen (bzw. die Geschwindigkeit darf nur innerhalb sehr kleiner Grenzwerte liegen). Bei einem instationären Nebenabtrieb muss ein für den Nebenabtrieb zulässiger Gang (z. B. 1 bis 4) geschaltet sein; die Reaktionen bzw. die Signalisierung von gesperrten Funktionen und/oder anderen, nicht geeigneten Funktionen des Fahrschalters sind aus der gegebene Situation heraus jeweils anzupassen. Das Schalten bei Nebenabtriebsbetrieb kann auch völlig unzulässig sein; auch hier müssen die Rückmeldungen des Fahrschalters geeignet angepasst modifizierbar sein.
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Der Fahrschalter muss also sinnvollerweise in unterschiedlichen Fällen auch in sehr spezifischer Weise ein unterschiedliches Verhalten bei der Generierung von Funktionssperren bzw. bezüglich der Rückkopplungssignale aufweisen.
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Bei einer solchermaßen variablen Ausgestaltung eines in seinem Bedienungsverhalten bzw. in seiner Funktionszuordnung veränderlichen Fahrschalters ist eine unveränderliche Position im Fahrzeug nicht in allen Fällen immer sinnvoll. Hier kann vorgesehen werden, dass die gesamte Anordnung des Fahrschalters, zumindest in gewissen Grenzen, variabel gehalten wird, so dass auch die Gesamtposition des Fahrschalters relativ zum Fahrer an verschiedenen Positionen eingerichtet werden kann.
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Die solchermaßen variabel ausgestalteten Funktionen und Fahrschalterreaktionen können sehr viel umfangreicher, z. B. in Verbindung mit der benannten Nutzung von Nebenabtrieben – aber nicht nur hierbei – genutzt werden.
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Unter der Bezeichnung „Nebenabtrieb” sollen daher im hier gegebenen Zusammenhang nicht nur die vom Verbrennungsmotor und/oder vom Getriebe abgeleiteten Antriebe für andere Funktionen verstanden werden, sondern es können – sehr viel weiter gehend – alle Antriebe (auch z. B. rein elektrische) in den erfindungsgemäßen Zusammenhang einbezogen werden, die mit den vom Fahrschalter angesteuerten Funktionalitäten irgendeine Wechselwirkung besitzen.
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Unter diesen Bedingungen wird dann nicht nur der beschriebene Fahrschalter allein in seinen „Reaktionen variabel ausgestaltet werden”, sondern jedes zusätzlich im oder am KFZ vorhandene Bedienelement (z. B. ein Bedienelement für einen Nebenabtrieb und/oder für Anwendungen, deren Funktionalität in irgendeiner Wechselwirkung zu Fahrzuständen stehen) kann mit vergleichbar variabel ausgelegten Funktionen und Reaktionsmöglichkeiten ausgestattet werden.
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Die möglichen Funktionen und Reaktionen des Fahrschalters sind dann z. B. von einer aktuellen Nutzung der Nebenabtriebe abhängig und die Funktionen und Reaktionen des Bedienelements für den Nebenabtrieb vom Fahrzustand. Die Bedienelemente erhalten in diesem Sinne ein voneinander abhängiges, veränderliches Verhalten und stellen in der jeweiligen Kombination der Nutzung von Funktionalitäten ein eigenes Systemverhalten dar.
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Da das grundsätzliche Konzept des Fahrschalters dabei nicht einmal auf die grundsätzlichen Funktionen eines Getriebes beschränkt werden brauchen, kann eine Positionsveränderung und und/oder eine Funktionsumschaltung für definierte Bedienungsabläufe dieser Bedienungseinheit sinnvoll sein. Eine großräumige Positionsverlagerung ist z. B. möglich, wenn die Schnittstelle zwischen der Basiseinheit und dem System variabel gehalten wird. Das kann durch eine Bedienungseinheit geschehen, die diese Verbindung drahtlos (z. B. über Funk, Licht, Ultraschall, usw. oder über eine Feldkopplung durch elektrische, magnetische oder elektromagnetische Felder), über längere Kabel drahtgebunden oder auch über Steckverbindungen herstellt. Das Bedienungselement kann dann an jeder Position verwendet werden, an der eine Kopplung zwischen einer solchen Bedienungseinheit und dem System vorgesehen und gegeben ist. In solchen Fällen kann der Fahrschalter als eine Art Fernsteuerung genutzt werden.
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In diesen Fall erweitern sich die Möglichkeiten des Fahrschalters ganz enorm und damit sind auch Sicherheitsfragen genauer zu definieren und zu klären. Sicherheitskonzepte werden so u. U. wichtiger Bestandteil der Fahrschalterkonstruktion.
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Wird der Fahrschalter z. B. außerhalb des normalen Fahrerraums oder in einer Position eingesetzt, in der sich der Fahrer nicht bremsbereit hinter dem Lenkrad sitzend befindet, dann darf im jeweiligen Kontext keine Möglichkeit bestehen, mit diesem Fahrschalter das Getriebe so zu schalten, dass sich das Fahrzeug in Bewegung setzen kann.
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Beachtet man die notwendigen Sicherheitsanforderungen, dann bekommt der erfindungsgemäße Fahrschalter einen weitaus universelleren Charakter als das normalerweise in einem KFZ bei einem Fahrschalter der Fall ist. Die Nutzung dieses Fahrschalters als Bedienelement in anderen Zusammenhang ist jederzeit möglich.
