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Die Erfindung betrifft ein Bedienelement, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welches einen Träger, ein aus einer Ruhestellung in wenigstens eine Betätigungsstellung am Träger verschwenkbar gelagertes Betätigungsteil und mit dem Betätigungsteil zusammenwirkende Schaltmittel aufweist, um der Betätigungsstellung eine Schaltfunktion zuzuordnen.
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Bei der Entwicklung von Kraftfahrzeugen muss hinsichtlich der Sicherheit u. a. die Norm ISO 26262 beachtet werden, die abhängig u. a. von Folgenschwere und Eintretenswahrscheinlichkeit von Fehlfunktionen den Komponenten eine ASIL-Einstufung zuordnet. Aus dieser ASIL-Einstufung leitet sich dann ab, inwieweit besondere Gegenmaßnahmen zum Verhindern dieser Fehlfunktionen vorgesehen werden müssen. Bedienelemente für Geschwindigkeitsregelanlagen müssen bestimmten Sicherheitsanforderungen genügen, um in kritischen Situationen Fehlfunktionen, insbesondere einem ungewollten Betätigen, vorzubeugen oder um ein Ausschalten sicher zu gewährleisten. Denn ein ungewolltes Auslösen einer Geschwindigkeitsregelanlage oder das aufgrund eines technischen Ausfalls unmöglich gemachte Abstellen einer Geschwindigkeitsregelanlage kann zu sicherheitskritischen Fahrsituationen führen, die von einem Fahrer nicht mehr bewältigbar sind. Genannte Sicherheitsanforderungen sind beispielsweise durch die so genannten Sicherheits-Integritätslevel (SIL) oder im Automobilbereich durch Sicherheitsanforderungsstufen, die so genannten Automotive Safety Integry Level (ASIL), definiert.
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Ab Stufe B dieser Einstufung ist ein Schaltmittel mit doppeltem Schaltkontakt pro Betätigungsstellung für das Bedienelement gefordert. Gerade bei mehrstufigen Bedienelementen, bei welchen über das Betätigungsteil zum Steuern mehrerer Schaltfunktionen noch eine oder mehrere weitere Schaltkontakte geschlossen werden müssen, nimmt die geforderte Redundanz der Schaltkontakte ohnehin viel Bauraum in Anspruch und verursacht große Kosten, so dass zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen aufgrund dessen regelmäßig nicht zu realisieren sind.
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Vor diesem Hintergrund besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe nun darin, ein Bedienelement bereitzustellen, das hohen Sicherheitsanforderungen genügt und dabei kostengünstig und bauraumsparend realisiert werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein Bedienelement gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Eine gleichermaßen vorteilhafte Anordnung und Verwendung sind jeweils Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Die Erfindung betrifft ein Bedienelement, welches einen Träger und ein aus einer Ruhestellung in wenigstens eine Betätigungsstellung am Träger verschwenkbar gelagertes Betätigungsteil aufweist. Bevorzugt weist das Bedienelement ein in mehrere Betätigungsstellungen verschwenkbares Betätigungsteil auf, wobei pro Betätigungsstellung entsprechende Schaltmittel vorgesehen sind. Beispielsweise ist das Betätigungsteil aus einer mittleren Ruhestellung in zwei Richtungen in wenigstens eine Betätigungsstellung pro Richtung verschwenkbar. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind Mittel zur Rückstellung des Betätigungsteils und/oder Mittel zur Erzeugung einer Rasthaptik bei Erreichen der wenigstens einen Betätigungsstellung vorgesehen. Erfindungsgemäß sind ferner mit dem Betätigungsteil zusammenwirkende Schaltmittel, um der Betätigungsstellung eine Schaltfunktion zuzuordnen, vorgesehen.
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Der Begriff Schaltmittel ist weit auszulegen und es sollen jegliche berührungslos oder berührungsbehaftet mit dem Betätigungsteil zusammenwirkende Schaltmittel umfasst sein. Bevorzugt handelt es sich um elektromechanische Schaltmittel, bevorzugt um wenigstens einen Schaltkontakt. Letzterer weist beispielsweise einen Taster oder einen durch eine Schaltmatte definierten Kontaktdom auf.
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Erfindungsgemäß weist das Bedienelement einen Stellungsgeber sowie ein Getriebe, um den Stellungsgeber durch das Betätigungsteil anzutreiben, auf. Bevorzugt ist das Getriebe ausgelegt, den Stellungsgeber im Wesentlichen synchron mit der Bewegung des Betätigungsteils über dessen Schwenkbereich anzutreiben, wobei durch notwendiges Getriebespiel hervorgerufener Totgang nicht als im Widerspruch stehend zur im Wesentlichen synchronen Bewegung angesehen werden soll. Zur Gewährleistung einer hohen Detektionsauflösung ist das Getriebe in Antriebsrichtung vom Betätigungsteil zum Stellungsgeber als Übersetzungsgetriebe ausgelegt.
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Erfindungsgemäß ist ferner eine Lichtschranke vorgesehen. Diese weist einen Empfänger zur Bereitstellung eines Detektionslichtsignals, beispielsweise mit einem Spektralbereich der in dem des sichtbaren Lichtes liegt, bevorzugt mit einem Spektralbereich zwischen und einschließlich 1 mm und 780 nm (Infrarot), auf. Die Lichtschranke umfasst ferner wenigstens einen Empfänger zum Empfang des Detektionslichtsignals und zur Bereitstellung eines zur Intensität des empfangen Detektionslichtsignals proportionalen Ausgangssignals.
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Der Stellungsgeber ist erfindungsgemäß ausgelegt, mit dem Detektionslichtsignal zusammenzuwirken, um ein Verlassen der Ruhestellung des Betätigungsteils mittels des Detektionslichtsignals zu detektieren. Durch die optische Überwachung der Stellung des Betätigungsteils ist vergleichsweise einfach und verschleißarm eine Fehlfunktionsüberwachung ermöglicht.
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Bevorzugt ist folglich ferner eine Auswerteinheit vorgesehen, die mit den Schaltmitteln und der Lichtschanke elektrisch leitend verbunden und ausgelegt ist, der Betätigungsstellung ausschließlich dann die Schaltfunktion zuzuordnen, sofern das Verlassen der Ruhestellung des Betätigungsteils durch die Lichtschranke vorher oder gleichzeitig mit der Änderung eines Schaltzustands der Schaltmittel detektiert wurde.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Lichtschranke und der Stellungsgeber so angeordnet sind, dass ein vom Detektionslichtsignal bewirktes elektrisches Ausgangssignal des wenigstens einen Empfängers von einem der Ruhestellung zugeordneten Minimalwert zu einem Maximalwert, der einer außerhalb der Ruhestellung, zwischen einer Maximalstellung und der Ruhestellung des Betätigungsteils liegenden Stellung zugeordnet ist, stetig zunimmt. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass das vom Detektionslichtsignal bewirkte elektrische Ausgangssignal des wenigstens einen Empfängers von einem der Ruhestellung zugeordneten Maximalwert zu einem Minimalwert, der einer außerhalb der Ruhestellung und zwischen einer Maximalstellung und der Ruhestellung liegenden Stellung zugeordnet ist, stetig abnimmt, um eine genauere Überwachung der Ruhestellung realisieren zu können.
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Bevorzugt ist die dem Minimalwert zugeordnete Stellung zwischen der Ruhestellung und der wenigstens einen Betätigungsstellung bzw. allen Betätigungsstellungen vorgesehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Stellungsgeber verschwenkbar am Träger gelagert. Bevorzugt sind die Schwenkachse von dem Betätigungsteil und die des Stellungsgebers parallel zueinander angeordnet. Beispielsweise wird der Stellungsgeber in das durch den Sender der Lichtschranke erzeugte Detektionslichtsignal je nach Schwenkrichtung des Betätigungsteils herein- oder herausgeschwenkt.
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Bevorzugt ist der Stellungsgeber als Lichtleiter ausgebildet. Beispielsweise handelt es sich um einen Körper aus transparentem oder transluzentem Kunststoff. Beispielsweise ist der Lichtleiter so ausgebildet, dass er wenigstens in der Ruhestellung, bevorzugt im Bewegungsbereich zwischen Ruhestellung und der dem Minimalwert zugeordneten Stellung eine Lichtführung und Umlenkung des Detektionslichtsignals vom Sender zu dem wenigstens einen Empfänger bewirkt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Bedienelements ist der Stellungsgeber als eine Blende ausgebildet und wird beispielsweise in das durch den Sender der Lichtschranke erzeugte Detektionslichtsignal je nach Schwenkrichtung des Betätigungsteils herein- oder herausgeschwenkt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Lichtschranke wenigstens teilweise redundant ausgelegt. Beispielsweise weist die Lichtschranke wenigstens zwei Empfänger auf.
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Das erfindungsgemäß vorgesehen Getriebe zur Übertragung der Schwenkbewegung des Betätigungsteils auf den Stellungsgeber ist beispielsweise ein Zahnradgetriebe. Zur Einsparung von Bauraum und zur Verminderung der Herstellungskosten handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Getriebe um ein Hebelgetriebe.
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Zur Sicherstellung einer hohen Detektionsgenauigkeit beträgt das Übersetzungsverhältnis aus dem der Verschwenkung aus der Ruhestellung in die Betätigungsstellung entsprechenden Schwenkwinkel des Stellungsgebers zu dem der Verschwenkung aus der Ruhestellung in die Betätigungsstellung entsprechenden Schwenkwinkel des Betätigungsteils mehr als 1, bevorzugt wenigstens 2,0.
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Zur Vermeidung von Fehlfunktionen weisen gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Bedienelements die Schaltmittel pro Betätigungsstellung mehrere Schaltkontakte auf. Beispielsweise sind mehrere durch eine oder mehrere Kontaktmatten aus elastischem Material ausgebildete Schaltdome vorgesehen, die mit Kontaktflächen einer Leiterplatte zusammenwirken und die bei Verschwenken des Betätigungsteils in die Betätigungsstellung gleichzeitig ihren Schaltzustand ändern.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bedienelements ist ferner die eingangs beschriebene Auswerteinheit ausgelegt, der Betätigungsstellung nur dann die Schaltfunktion zuzuordnen, sofern das Verlassen der Ruhestellung des Betätigungsteils durch die Lichtschranke innerhalb eines vorgegebenen zeitlichen Vorlaufs vor dem Ändern des Schaltzustands der Schaltmittel oder gleichzeitig mit dem Ändern des Schaltzustandes der Schaltmittel detektiert wurde, wodurch Fehlbedienungen und/oder Fehlfunktionen vermieden werden.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Anordnung aus einem Lenkrad und dem Bedienelement in einer der zuvor beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen, wobei das Bedienelement am Lenkrad befestigt ist. Dadurch ergibt sich ein sogenanntes Multifunktionslenkrad. Beispielsweise ist das Bedienelement in einer, den Pralltopf mit dem Lenkradkranz verbindenden Speiche des Lenkrads integriert. Aufgrund seiner bauraumsparenden erfindungsgemäßen Auslegung ist das Bedienelement leicht in das Volumen einer üblichen Speiche zu integrieren.
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Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung des Bedienelements in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Bedienelement findet insbesondere vorteilhafte Verwendung für eine Geschwindigkeitsregelanlage. Eine Geschwindigkeitsregelanlage (GRA), auch Tempomat (Marke der Daimler AG), Tempostat (Porsche) oder Tempopilot genannt, ist eine Vorrichtung in Kraftfahrzeugen, welche die Drehzahl des Motors automatisch so regelt, dass das Fahrzeug eine vom Fahrer vorgegebene Geschwindigkeit nach Möglichkeit einhält.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ausschnittansicht der wesentlichen Bestandteile einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bedienelements 1;
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2 eine Schnittansicht der in 1 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bedienelements 1 in der Ruhestellung;
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3 eine Schnittansicht der in 1 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bedienelements 1 in einer der zwei Betätigungsstellungen;
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4 eine weitere Schnittansicht mit in einer zur 2 orthogonalen Schnittebene der in 1 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bedienelements 1.
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1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bedienelements 1 in perspektivischer Darstellung, wobei Teile des Trägers 7 zur besseren Erkennbarkeit wesentlicher Bauteile des erfindungsgemäßen Bedienelements 1 in der Darstellung der 1 weggelassen wurden. Der Träger 7 umfasst neben einer Platine auch ein nicht dargestelltes Widerlager, an dem ein Betätigungsteil 2 schwenkbar um die Schwenkachse 17 gelagert ist. Dabei ist das Betätigungsteil 2 aus einer in 1 gezeigten Ruhestellung in zwei entgegengesetzte Schwenkrichtungen in jeweils eine zugehörige Betätigungsstellung verschwenkbar. Auch wenn die in 2 gezeigte Ausführungsform zwei Betätigungsstellungen zeigt, die den jeweiligen Endstellungen des Betätigungsteils 2 entsprechen, so wäre es denkbar mehr als zwei Betätigungsstellungen durch konstruktives Hinzufügen von Zwischenstellungen und zugehörigen Schaltmitteln vorzusehen. Dabei wirkt das Betätigungsteil 2 über seitliche Ausleger auf Stößel 3, 4, die durch ihre dadurch bewirkte lineare Verschiebung auf zugehörige Schaltkontakte 5, 6 einwirken. Die pro Betätigungsstellung bewirkte Schaltzustandsänderung zweier Schaltkontakte 5, 6 wird durch eine Auswerteinheit 16 überwacht, um gegebenenfalls dem Erreichen der Betätigungsstellung des Betätigungsteils 2 eine Schaltfunktion zuordnen zu können. Diese Zuordnung wird bei der erfindungsgemäßen Auslegung des Bedienelements 1 von der Auswerteinheit 16 ferner davon abhängig gemacht, ob einerseits die Änderung des Schaltzustands an beiden Schaltkontakten 5 und 6 erfolgt ist und andererseits diese Änderungen innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls erfolgt, das durch ein Verlassen der Ruhestellung des Betätigungsteils 2 getriggert wurde und beispielsweise einige Dekaden ms beträgt.
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Die Detektion des Verlassens der Ruhestellung des Betätigungsteils 2 wird mittels eines schwenkbar gelagerten Stellungsgebers 8 detektiert, dessen Schwenkbewegung im Wesentlichen synchron und vom Betätigungsteil 2 angetrieben erfolgt. Dazu ist ein Getriebe in Form eines Hebelgetriebes 11, 12, 13, 14, 15 zwischen dem Stellungsgeber 8 und dem Betätigungsteil 2 vorgesehen. Ein Eingangshebel wird durch eine radiale Verlängerung 13 des Betätigungsteils 2 definiert. Dieser weist eine Ausnehmung 14 auf, in die ein Zapfen 12 eines starr mit dem Stellungsgeber 8 verbundenen Hebels 15 eingreift, der seinerseits um den Drehzapfen 11 verschwenkbar am Träger gelagert ist. Der Drehzapfen 11 definiert eine Schwenkachse 18 die parallel zur Schwenkachse 17 ist, wobei letztere, wie zuvor beschrieben, die Schwenkachse des Betätigungsteils 2 definiert.
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Der Stellungsgeber 8 hier in Form eines Lichtleiters erstreckt sich durch eine Ausnehmung des Hebels 15 und ist mit diesem stoffschlüssig verbunden, um zusammen mit diesem verschwenkt zu werden. In der Ruhestellung des Betätigungsteils 2 und damit in der Ruhestellung des Stellungsgebers 8 befindet sich nächstbenachbart des Stellungsgebers 8 eine Lichtschranke, die durch einen Sender 9 und zwei Empfänger 10 ausgebildet ist und an dem Träger 7 befestigt ist. Sender 9 und Empfänger sind in SMD-Bauweise ausgeführt und in ihrer Abstrahl- beziehungsweise Empfangsrichtung auf den Stellungsgeber 8 in dessen Ruhestellung gerichtet. Der Sender 9 erzeugt ein Detektionslichtsignal im Infrarotspektralbereich, welches durch die Empfänger 10 detektiert werden soll und deren elektrisches Ausgangssignal durch die Auswerteinheit 16 ausgewertet wird.
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Wie aus 2 deutlich wird, ist der Stellungsgeber 8 in der in 2 gezeigten Ruhestellung so ausgerichtet, dass in dieser Stellung die beste Lichtübertragung vom Sender 9 und parallel auf die beiden Empfänger 10 erfolgt, während mit zunehmender Verschwenkung des Betätigungsteils 2 der Stellungsgeber 8 aus dem Lichtkegel des vom Sender 9 erzeugten Detektionslichtsignal herausgeschwenkt wird und so das Ausgangssignal der Empfänger von einem Maximalwert auf einen Minimalwert mit zunehmender Verschwenkung aus der Ruhestellung stetig abnimmt, wie in 3 gezeigt ist.
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Aufgrund des Übersetzungsverhältnis der Hebelmechanik 11, 12, 13, 14, 15, welches durch das Verhältnis des Schwenkwinkels β (beta) des Stellungsgebers 8 zu dem Schwenkwinkel α (alpha) des Betätigungsteils 2 definiert ist und mehr als 1 bevorzugt wenigstens 2 beträgt, erfolgt die Abnahme auf den Minimalwert rapide in einem kleinen Winkelbereich um die Ruhestellung des Betätigungsteils 2 und das Verlassen der Ruhestellung des Betätigungsteils 2 kann vergleichsweise genau seitens der Auswerteinheit 16 durch Vergleich mit einem vorgegebenen Wert detektiert werden.
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Anhand 4 wird die Übertragung des durch die gestrichelten Linien angedeuteten Detektionslichtsignals 17a, 17b mittels des Lichtleiters 8 vom Sender 8 zu den Empfängern 10 erläutert. Das vom Sender 9 abgestrahlte Detektionslichtsignal 17a, 17b wird mittels einer lichtleiterseitigen Linse 8d kollimiert, um dann an der Fläche 8c in einer zur Achse 18 des Drehzapfens 11 parallelen Richtung um und in Richtung der Flächen 8a und 8b gelenkt zu werden, die für eine Aufteilung und Umlenkung in der zur Abstrahlung des Senders 9 entgegen gesetzten Richtung des Detektionslichtsignals sorgen. Nach dem Austritt aus dem Lichtleiter 8 wird in dessen Ruhestellung das Detektionslichtsignal 17a, 17b von den Empfängern 10 parallel empfangen und in ein zur empfangenen Lichtintensität proportionales, elektrisches Ausgangssignal umgewandelt, welches der Auswerteinheit 16 zugeführt wird, die anhand des zugeführten Ausgangssignals überprüft, ob eine in einem vorgegebenen Zeitintervall vorher oder gleichzeitig erfolgte und detektierte Schaltzustandsänderung der Schaltmittel 3, 4, 5, 6 durch eine Veränderung des Ausgangssignals, hier Verminderung gegenüber einem der Ruhestellung entsprechenden Maximalwert, verifiziert werden kann, wobei erst nach positiver Verifizierung der Änderung des Schaltzustandes der Schaltmittel 3, 4, 5, 6 durch die Auswerteinheit 16 dieser Änderung eine Schaltfunktion zugeordnet wird und damit ein Schaltvorgang ausgelöst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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