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Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung mit mindestens zwei Sensoreinrichtungen, ein Kraftfahrzeug mit der Schaltvorrichtung sowie ein Verfahren zum Erzeugen eines Schaltsignals unter Verwendung der Schaltvorrichtung. Die Erfindung dient der Ungültigkeitserkennung bei der Bedienung von sensorischen Bedienelementen.
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Kapazitive Schalter haben den Nachteil, dass diese z. B. durch Kontakt mit einem elektrisch leitfähigen Gegenstand, z. B. einem Metall oder einer Flüssigkeit unbeabsichtigt geschaltet werden können. Eine ähnliche Problematik ergibt sich auch bei anderen sensorischen Schaltern. So können beispielsweise resistive Schalter durch versehentliche Berührung mit einem Gegenstand geschaltet werden.
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Je nach dem, welche Funktion und/oder welche Vorrichtung durch einen sensorischen Schalter geschaltet wird, kann ein solches unbeabsichtigtes Ein-, Aus- oder Umschalten verhältnismäßig unkritisch sein, kann aber auch eine unerwünschte oder gar gefährliche Fehlfunktion auslösen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine technische Lösung zum Verhindern eines unbeabsichtigten Schaltens von sensorischen Schaltern bereit zu stellen.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch die Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, das Kraftfahrzeug nach Anspruch 6 und das Verfahren nach Anspruch 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung weist eine erste Sensoreinrichtung und eine mit der ersten Sensoreinrichtung verbundene Steuervorrichtung auf, wobei die erste Sensoreinrichtung eine erste physikalische Größe misst und die Steuervorrichtung ein Schaltsignal in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der ersten Sensoreinrichtung erzeugt. Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung wenigstens eine zweite mit der Steuervorrichtung verbundene Sensoreinrichtung aufweist, wobei die zweite Sensoreinrichtung eine zweite, von der ersten verschiedene physikalische Größe misst, und die Steuervorrichtung ein an einem Ausgang abgreifbares Schaltsignal nur erzeugt, wenn das Ausgangssignal sowohl von der ersten Sensoreinrichtung als auch von der zweiten Sensoreinrichtung jeweils einen vorbestimmten Wert aufweist, jeweils einen vorbestimmten Schwellenwert unter- oder überschreitet oder sich jeweils innerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs befindet.
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Durch die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung können somit beispielsweise verschiedene Materialien mit gleichen kapazitiven Eigenschaften, bzw. bezüglich der Sensorik gleichwertigen kapazitiven Eigenschaften mittels einer anderen Eigenschaft, z. B. Induktivität, optische Eigenschaften, Temperatur, voneinander unterschieden werden. Das heißt, ungültige Materialien oder Gegenstände werden durch geeignete ergänzende Sensorsysteme erkannt und die Sensorik wird entsprechend unterdrückt. Beispielsweise kann neben den kapazitiven Eigenschaften eines Materials auch deren Induktivität, deren Temperatur und/oder dessen optisches Reflektionsverhalten gemessen werden. Dadurch kann eine Fehlbedienung von sensorischen Bedienelementen vermieden werden.
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Bei der Schaltvorrichtung können in vorteilhafter Weise die erste Sensoreinrichtung und die zweite Sensoreinrichtung ausgewählt sein aus der Gruppe von Sensoreinrichtungen, die aus kapazitiver Sensoreinrichtung, induktiver Sensoreinrichtung, resistiver Sensoreinrichtung, optoelektronischer Sensoreinrichtung, piezoelektrischer Sensoreinrichtung und thermischer Sensoreinrichtung besteht. Weiter kann die Schaltvorrichtung einen Sensorbildschirm umfassen. Bei der Schaltvorrichtung können die erste und die zweite Sensoreinrichtung benachbart neben- oder hintereinander angeordnet sein. Weiter kann die Schaltvorrichtung so eingerichtet sein, dass die erste und die zweite Sensoreinrichtung gleichzeitig, nacheinander oder im zeitlichen Wechsel ihre jeweilige physikalische Größe messen.
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Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung.
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Weiter umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines Schaltsignals durch eine Schaltvorrichtung mit den Schritten a) Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung, b) Messen einer ersten physikalischen Größe durch eine erste in der Schaltvorrichtung vorgesehenen Sensoreinrichtung und Messen einer von der ersten physikalischen Größe verschiedenen zweiten physikalischen Größe durch eine zweite in der Schaltvorrichtung vorgesehenen Sensoreinrichtung, und c) Erzeugen eines Schaltsignals durch die Steuervorrichtung, sofern das Ausgangssignal der ersten Sensoreinrichtung und das Ausgangssignal der zweiten Sensoreinrichtung jeweils einen vorbestimmten Wert aufweist, jeweils einen vorbestimmten Schwellenwert unter- oder überschreitet oder sich jeweils innerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs befindet.
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt die Figur rein schematisch und nicht maßstabsgerecht eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung.
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Die Darstellungen in der Figur sind rein schematisch und nicht maßstabsgerecht.
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Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
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Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 1 weist eine erste Sensoreinrichtung 2 und eine mit der ersten Sensoreinrichtung 2 verbundenen Steuervorrichtung 4 auf, wobei die erste Sensoreinrichtung 2 eine erste physikalische Größe misst und die Steuervorrichtung 4 ein Schaltsignal in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der ersten Sensoreinrichtung 2 erzeugt. Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 1 weist weiter wenigstens eine zweite mit der Steuervorrichtung 4 verbundene Sensoreinrichtung 3 auf, wobei die zweite Sensoreinrichtung 3 eine zweite, von der ersten physikalischen Größe verschiedene physikalische Größe misst. Die Steuervorrichtung 4 erzeugt nur dann ein an einem Ausgang 5 abgreifbares Schaltsignal, wenn das Ausgangssignal sowohl von der ersten Sensoreinrichtung 2 als auch von der zweiten Sensoreinrichtung 3 jeweils einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet oder sich innerhalb eines vorgebbaren Wertebereichs befindet.
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Die verschiedenen physikalischen Größen, die von der ersten und zweiten Sensoreinrichtung 2 und 3 gemessen werden, müssen nicht im strengen Sinn verschiedene physikalische Eigenschaften betreffen (beispielsweise Temperatur, elektrische Leitfähigkeit, optisches Reflexionsvermögen) sondern können auch zwei verschiedene Messwertbereiche innerhalb ein und desselben physikalischen Messgröße umfassen (beispielsweise Messungen innerhalb von zwei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen des Lichts, wie Messung im Infrarotbereich und Messung im sichtbaren Bereich).
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Für die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 1 können alle Arten von geeigneten Sensoreinrichtungen 2, 3 verwendet werden. Beispielsweise können die erste Sensoreinrichtung 2 und die zweite Sensoreinrichtung 3 ausgewählt sein aus der Gruppe von Sensoreinrichtungen, die aus kapazitiver Sensoreinrichtung, induktiver Sensoreinrichtung, resistiver Sensoreinrichtung, optoelektronischer Sensoreinrichtung, piezoelektrischer Sensoreinrichtung und thermischer Sensoreinrichtung besteht.
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Der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise derartiger Sensoreinrichtungen sind den Fachleuten bekannt.
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So basieren kapazitive Sensoren bekanntermaßen auf dem Prinzip, dass zwei Platten einen elektrischen Kondensator bilden, dessen Kapazität beeinflusst werden kann. Beispielsweise ändert sich bei einem kapazitiven Näherungsschalter durch die Annäherung eines metallischen oder nicht metallischen Stoffes an die aktive Zone des Sensors die Kapazität zwischen einer aktiven Elektrode und dem elektrischen Erdpotential. Hierdurch wird die Schwingungsamplitude des RC-Oszillators beeinflusst, wodurch die dem RC-Oszillator nachgeschaltete Triggerstufe gekippt wird, was wiederum zur Folge hat, dass der Schaltverstärker im Sensor seinen Ausgangszustand ändert.
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Induktive Sensoren basieren auf dem Prinzip, dass ein von dem Sensor ausgesendetes elektromagnetisches Feld durch ein vorbeigeführtes, elektrisch leitendes Material Wirbelströme erzeugt. Der hierdurch erforderliche erhöhte Strombedarf wird detektiert und der Sensor geschaltet. Eine resistive Sensoreinrichtung, beispielsweise ein resisitiver berührungsempfindlicher Bildschirm, basiert auf dem Prinzip, dass zwei elektrisch leitfähige Schichten durch Druck stellenweise verbunden werden können. Die Schichten bilden einen Spannungsteiler, an dem der elektrische Widerstand gemessen wird, um die Position der Druckstelle zu ermitteln. Durch optoelektronische Sensoren, die beispielsweise auf der Ausnutzung des äußeren oder inneren photoelektrischen Effekts basieren, werden optische Informationen in elektrisch auswertbare Signale umgewandelt. Piezoelektrische Sensoreinrichtungen nutzen den piezoelektrischen Effekt, d. h. das Phänomen der Änderung der elektrischen Polarisation und somit das Auftreten einer elektrischen Spannung an Festkörpern, wenn diese elastisch verformt werden. Und thermische Sensoreinrichtungen dienen der Temperaturmessung. Eine Temperaturmessung kann beispielsweise entweder im Kontakt zum Objekt, wie bei einem Thermometer, oder aufgrund der Strahlungsemission des Objektes erfolgen.
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Wie oben bereits erwähnt, kann ein kapazitiver Schalter nicht nur durch die beabsichtigte Betätigung mit Hilfe eines Fingers geschaltet werden, sondern beispielsweise auch durch unbeabsichtigte Berührung mit einem Metall oder einer Flüssigkeit. Durch die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 1 kann nun beispielsweise ein Finger sicher von einem Stück Metall oder einer Flüssigkeit unterschieden werden. Beispielsweise ist bekannt, dass bei Betätigung eines kapazitiven Schalters durch einen Finger immer auch ein gewisser Druck ausgeübt wird. Wenn nun neben der kapazitiven Eigenschaft des einen kapazitiven Schalter berührenden Gegenstands auch der Druck detektiert wird, mit dem der Schalter berührt wird, und für den Druck zum Schalten des kapazitiven Schalters ein gewisser unterer Schwellenwert vorgegeben ist, kann beispielsweise das Schalten des kapazitiven Schalters durch auf ihn spritzende Flüssigkeit sicher vermieden werden. In ähnlicher Weise kann zwischen einem Finger und einem Stück Metall unterschieden werden, wenn neben den kapazitiven Eigenschaften auch noch die Induktivität (mittels einer induktiven Sensoreinrichtung), die optische Form oder das optische Reflektionsverhalten (mittels einer optoelektronischen Sensoreinrichtung) des den Schalter berührenden Gegenstands detektiert wird.
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In Bezug auf die Form und die Anordnung der Sensoreinrichtungen 2, 3 in der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 1 bestehen keine besonderen Anforderungen und es kann jede geeignete Form und Anordnung verwendet werden. Gleiches gilt auch in Bezug auf die Anordnung der Sensoreinrichtungen 2, 3 zueinander, d. h. es kann jede geeignete Anordnung verwendet werden.
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Die Schaltvorrichtung 1 kann beispielsweise die äußere Form von einem „klassischen” Schalter aufweisen, oder die äußere Form von mehreren „klassischen” Schaltern, die zu einer Schalteranordnung gruppiert sind. Die Schaltvorrichtung 1 kann aber beispielsweise auch einen Sensorbildschirm umfassen.
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Auf einem Sensorbildschirm können beispielsweise mehrere Schalter graphisch darstellbar sein. Innerhalb der Fläche, die für jeden Schalter auf dem Sensorbildschirm vorgesehen ist, kann beispielsweise nun zumindest eine der Sensoreinrichtungen 2, 3 vorgesehen sein. Die wenigstens eine zweite Sensoreinrichtung 3 kann ebenfalls im Bereich des Sensorbildschirms angeordnet sein, jedoch auch außerhalb davon. So ist es beispielsweise denkbar, dass eine zweite Sensoreinrichtung 3, beispielsweise eine Kamera, außerhalb des Sensorbildschirms angeordnet ist. Durch eine Kamera kann ein sich dem Sensorbildschirm näherndes Objekt erfasst und durch eine mit der Kamera verbundene Auswertungseinrichtung charakterisiert werden.
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In der Schaltvorrichtung 1 können die erste und die zweite Sensoreinrichtung 2, 3 beispielsweise auch benachbart neben- oder hintereinander angeordnet sein.
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Wenn die Schaltvorrichtung 1 beispielsweise die bereits erwähnt Form eines Sensorbildschirms aufweist, können die erste und die zweite Sensoreinrichtung 2, 3 jeweils dicht nebeneinander innerhalb der Fläche eines graphisch darstellbaren Schalters angeordnet sein. Hierbei können die beiden Sensoreinrichtungen 2, 3 die gesamte Fläche des „virtuellen” Schalters einnehmen oder nur einen Teil davon.
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Es ist jedoch auch möglich, dass die beiden Sensoreinrichtungen 2, 3 hintereinander angeordnet sind. Beispielsweise kann – hier wieder erläutert am Beispiel eines Sensorbildschirms – bei einem kapazitiven Touchscreen hinter der kapazitiven Sensoreinrichtung eine optoelektronische Sensoreinrichtung angeordnet sein. Da eine kapazitive Sensoreinrichtung lichtdurchlässig ausgebildet sein kann, kann dahinter eine optoelektronische Sensoreinrichtung angeordnet sein, die das durch die kapazitive Sensoreinrichtung hindurch tretende Licht zur Detektion verwendet.
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Auch können die verschiedenen Sensoreinrichtungen 2, 3 selbstverständlich eine unterschiedliche Größe aufweisen. Beispielsweise kann – hier wieder beispielhaft erläutert anhand eines Sensorbildschirms – eine erste Sensoreinrichtung 2 einen größeren Teil der Fläche des Bildschirms detektieren und die zweite Sensoreinrichtung 3 ein Feld an Einzelsensoreinrichtungen umfassen. Die Größe einer Einzelsensoreinrichtung kann beispielsweise der (Teil)Fläche eines auf dem Sensorbildschirm dargestellten „virtuellen” Schalters entsprechen.
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Solche oder vergleichbare Anordnungen von erster und zweiter Sensoreinrichtung 2, 3 sind selbstverständlich nicht auf das hier beschriebene Beispiel eines Sensorbildschirms beschränkt und können beispielsweise auch verwendet werden, wenn die Schaltvorrichtung 1 die äußere Form von einem oder mehreren klassischen Schaltern aufweist.
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In der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 1 können die erste und die zweite Sensoreinrichtung 2, 3 gleichzeitig, nacheinander oder im zeitlichen Wechsel ihre jeweilige physikalische Größe messen. Beispielsweise kann für eine kapazitive Sensoreinrichtung und eine induktive Sensoreinrichtung ein und dieselbe Antenne verwendet werden. Diese Antenne kann dann im zeitlichen Wechsel für die Detektierung durch die kapazitive und die induktive Sensoreinrichtung verwendet werden.
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In einem Kraftfahrzeug kann in vorteilhafter Weise eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 1 vorgesehen sein.
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Es ist bekannt, in einem Kraftfahrzeug sensorische (vor allem kapazitive) Schalter zu verwenden. Wie oben bereits erwähnt, weisen kapazitive Schalter das Problem auf, dass diese beispielsweise durch elektrisch leitfähige Gegenstände oder Flüssigkeiten unbeabsichtigt geschaltet werden können. Dies ist in Kraftfahrzeugen in bestimmten Lagen und bei manchen Funktionen unkritisch, kann jedoch auch unerwünschte Fehlfunktionen auslösen.
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Durch die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 1 können verschiedene Materialien mit beispielsweise gleichen kapazitiven Eigenschaften, bzw. bezüglich der Sensorik gleichwertigen kapazitiven Eigenschaften mittels einer anderen Eigenschaft, z. B. Induktivität, optische Eigenschaften, Temperatur, voneinander unterschieden werden. Das heißt, ungültige Materialien oder Gegenstände werden durch geeignete ergänzende Sensorsysteme erkannt und die Sensorik wird entsprechend unterdrückt. Beispielsweise kann neben den kapazitiven Eigenschaften eines Materials auch deren Induktivität, deren Temperatur und/oder dessen optisches Reflektionsverhalten gemessen werden. Dadurch kann eine Fehlbedienung von sensorischen Bedienelementen vermieden werden. Somit ist es möglich, eine sensorische Bedienung von kritischen Funktionen in einem Kraftfahrzeug zu realisieren. Darüber hinaus wird durch die vorliegende Erfindung sogar ermöglicht, eine sensorische Bediendung von kritischen Funktionen auch in Ablagebereichen, z. B. der Mittelkonsole, zu realisieren.
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Das Prinzip, auf dem die vorliegende Erfindung beruht, ist im weitesten Sinne vergleichbar mit der haptischen Unterscheidungsfähigkeit der Haut. Ein Mensch kann durch die Haut in deren Eigenschaft als Thermosensor Metall und Stein nicht differenzieren. Wenn jedoch eine weitere Oberflächeninformation, beispielsweise in Form von Schwingungsmustern beim Überstreichen der Oberfläche (d. h. Haut fungiert auch als Schwingungssensor), zur Verfügung steht, kann ein Mensch zwischen Metall und Stein unterscheiden.
