DE102018219547A1

DE102018219547A1 - Schalthebelsensorvorrichtung zum kapazitiven Erfassen einer Position eines Schalthebels eines Fahrzeugs, Schalthebel zum Auswählen einer Fahrstufe für ein Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Schalthebelsensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102018219547A1
Application number: DE102018219547.1A
Authority: DE
Inventors: Vitali Fribus
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2020-05-20
Also published as: WO2020099621A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schalthebelsensorvorrichtung (110) zum kapazitiven Erfassen einer Position eines Schalthebels (105) eines Fahrzeugs (100). Die Schalthebelsensorvorrichtung (110) umfasst ein Trägerelement (115) mit einem Bewegungspfad (120) und eine entlang des Bewegungspfads (120) bewegliche Schiebeelektrode (125). Die Schiebeelektrode (125) ist ausgebildet, ansprechend auf eine Schaltbewegung des Schalthebels (105) zum Auswählen einer Fahrstufe entlang des Bewegungspfads (120) in eine der Schaltbewegung entsprechende Position bewegt zu werden. Entlang des Bewegungspfads (120) ist eine Mehrzahl an Fixelektroden (130) benachbart zueinander angeordnet. Die Schiebeelektrode (125) ist ausgeformt, in jeder Position entlang des Bewegungspfads (120) zumindest drei der Fixelektroden (130) zumindest teilweise zu überdecken, wobei jede Überdeckungsposition der zumindest drei Fixelektroden (130) durch die Schiebeelektrode (125) eine erfassbare Position des Schalthebels (105) repräsentiert.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schalthebelsensorvorrichtung zum kapazitiven Erfassen einer Position eines Schalthebels eines Fahrzeugs, einen Schalthebel zum Auswählen einer Fahrstufe für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Schalthebelsensorvorrichtung.
Es ist möglich, eine Positionsschaltvorrichtung, beispielsweise einen Gangwahlschalter eines Fahrzeugs mit einem Automatik-Getriebe, mittels eines Hall-Sensors oder eines induktiven Sensors zu sensieren, um einen ausgewählten oder eingelegten Gang zu erfassen.
Die EP 153 76 64 B1 beschreibt eine solche Positionsschaltvorrichtung mit einer induktive Sensoreinheit für eine Gangschaltung eines Fahrzeugs.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte eine Schalthebelsensorvorrichtung zum kapazitiven Erfassen einer Position eines Schalthebels eines Fahrzeugs, einen verbesserten Schalthebel zum Auswählen einer Fahrstufe für ein Fahrzeug und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Schalthebelsensorvorrichtung gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Steuergerät sowie ein Computerprogramm.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es möglich ist, eine Auswahl einer Fahrstufe eines Fahrzeugs, beispielsweise die Fahrstufe eines Automatik-Getriebes des Fahrzeugs, mittels einer kapazitiven Sensorvorrichtung zu erfassen. Dabei kann eine Position eines Schalthebels, die die Auswahl der Fahrstufe repräsentiert, erfasst werden. Dazu kann die kapazitive Sensorvorrichtung ein elektrisch leitfähiges Schiebeelement, beispielsweise eine Schiebeelektrode, aufweisen, die eine Schaltbewegung des Schalthebels in eine sensierbare lineare Bewegung übersetzt. Die Schiebeelektrode kann beispielsweise entlang einer Mehrzahl von fixierten Elektroden bewegt werden, und dabei eine bestimmte Anzahl der fixierten Elektroden, beispielsweise drei der Elektroden, überdecken, um eine elektrisch messbare Kapazitätsänderung der fixierten Elektroden zu bewirken. Die Position der Schiebeelektrode kann dann sensiert werden, um die Position des Schalthebels zu erfassen. Das Überdecken von zumindest drei der fixierten Elektroden ist bei einem Auswerten der Position des Schalthebels vorteilhaft, um beispielsweise mittels Signale der drei zumindest teilweise von der Schieberelektrode überdeckten Elektroden eine Parabel bilden zu können, um die Position des Schalthebels zu ermitteln.
Es wird eine Schalthebelsensorvorrichtung zum kapazitiven Erfassen einer Position eines Schalthebels eines Fahrzeugs vorgestellt. Die Schalthebelsensorvorrichtung weist ein Trägerelement mit einem Bewegungspfad und eine entlang des Bewegungspfads bewegliche Schiebeelektrode auf. Die Schiebeelektrode ist ausgebildet, ansprechend auf eine Schaltbewegung des Schalthebels zum Auswählen einer Fahrstufe entlang des Bewegungspfads in eine der Schaltbewegung entsprechende Position bewegt zu werden. Entlang des Bewegungspfads ist eine Mehrzahl an Fixelektroden benachbart zueinander angeordnet. Die Schiebeelektrode ist dazu ausgeformt, in jeder Position entlang des Bewegungspfads zumindest drei Fixelektroden der Mehrzahl an Fixelektroden zumindest teilweise zu überdecken. Jede Überdeckungsposition der zumindest drei Fixelektroden durch die Schiebeelektrode repräsentiert dabei eine erfassbare Position des Schalthebels.
Bei der Schalthebelsensorvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine mit einer Schalteinrichtung des Fahrzeugs, beispielsweise einem Schalthebel zum Auswählen einer Fahrstufe des Fahrzeugs verbindbaren Sensoreinrichtung handeln. Das Fahrzeug kann beispielsweise als Kraftfahrzeug ausgeführt sein, auch als Kraftfahrzeug mit automatisiertem Fahrbetrieb, oder als Bus, Schienenfahrzeug oder Luftfahrzeug. Der Schalthebel kann beispielsweise zum Auswählen der Fahrstufe und zum Steuern eines Getriebes des Fahrzeugs ausgebildet sein, beispielsweise um eine Automatikfahrstufe eines elektronischen Getriebes auszuwählen und einzustellen. Das Trägerelement der Schalthebelsensorvorrichtung kann beispielsweise eine Leiterplatte sein. Die Mehrzahl an benachbart zueinander an dem Trägerelement angeordneten Fixelektroden können den Bewegungspfad ausbilden. Dazu können die Fixelektroden beispielsweise unbeweglich an dem Trägerelement fixiert sein. Zudem können die Fixelektroden gleichmäßig beabstandet angeordnet und gleich groß ausgeformt sein. Die Fixelektroden können auch als Sensorpads bezeichnet werden. Die Fixelektroden können die für die kapazitive Sensorik zu messende Oberfläche aufweisen. Die Schiebeelektrode kann auch als Sensorelement bezeichnet werden. Die Schiebeelektrode kann entlang des Bewegungspfads linear beweglich ausgeformt sein. Die Schiebeelektrode kann beispielsweise eine Länge von mehr als eine doppelte Breite und weniger als einer dreifachen Breite einer der Fixelektroden aufweisen, um die zumindest drei Fixelektroden zumindest teilweise zu überdecken. Dazu kann die Schiebeelektrode beispielsweise eine längliche Form aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Schiebeelektrode eine achsensymmetrische geometrische Form aufweisen. Insbesondere kann eine Symmetrieachse der Schiebeelektrode quer, insbesondere senkrecht, zum Bewegungspfad ausgerichtet sein. Dazu kann die Schiebeelektrode beispielsweise als Raute ausgeformt sein. Die achsensymmetrische geometrische Form erleichtert vorteilhafterweise ein Erfassen der Überdeckungsposition.
Die Schiebeelektrode kann gemäß einer Ausführungsform auch ausgeformt sein, eine Überdeckung zumindest einer der Fixelektroden bei einem Bewegen entlang des Bewegungspfads zu verändern. Dazu kann die Schieberelektrode beispielsweise auf zwei Seiten eine Verjüngung aufweisen, also beispielsweise auf zwei Seiten spitz zulaufend ausgeformt sein, um bei dem Bewegen entlang des Bewegungspfads einen sich ändernden Abschnitt der Fixierelektrode zu überdecken. Vorteilhafterweise kann dadurch in der Überdeckungsposition das Überdecken jeder der drei Fixierelektroden sensiert werden, um die Position der Schieberelektrode präzise zu erfassen.
Zudem kann die Schiebeelektrode gemäß einer Ausführungsform dazu ausgeformt sein, in jeder Position entlang des Bewegungspfads zumindest vier Fixelektroden zumindest teilweise zu überdecken. Dabei repräsentiert jede Überdeckungsposition der zumindest vier Fixelektroden durch die Schiebeelektrode eine erfassbare Position des Schalthebels. Dies ist vorteilhaft, um eine 3-aus-4 Auswertung zu realisieren, was die Auswertesicherheit erhöht. Bei einem Einfachfehler einer der vier Fixelektroden kann mittels Signale der restlichen drei Fixelektroden eine Parabel oder eine symmetrische Kurve einer resultierenden Kapazität über die Verschiebewegstrecke gebildet werden, wodurch sich die genaue Position der Schiebeelektrode und damit des Schalthebels ermitteln lässt.
Wenn die Schiebeelektrode dazu ausgeformt ist, in der Überdeckungsposition zumindest vier Fixelektroden zumindest teilweise zu überdecken, können entlang des Bewegungspfads acht Fixelektroden angeordnet sein. Jede Überdeckungsposition der zumindest vier Fixelektroden durch die Schiebeelektrode kann in diesem Fall eine von fünf erfassbaren Positionen des Schalthebels repräsentieren. Vorteilhafterweise können dadurch beispielsweise fünf Fahrstufen sicher sensiert werden, wobei durch die Überdeckung von zumindest vier Fixelektroden auch bei einem Einfachfehler in oder an einer der vier Fixelektroden die Erfassung der Position des Schalthebels in jeder der fünf Fahrstufen sicher möglich ist. Je nach Anzahl der Fahrstufen kann die Anzahl der entlang des Bewegungspfads angeordneten Fixelektroden verändert werden.
Ferner können die Schiebeelektrode und der Bewegungspfad gemäß einer Ausführungsform parallel zueinander beabstandet angeordnet oder ausgerichtet sein. Zudem kann ein Abstand zwischen der Schiebeelektrode und dem Bewegungspfad gering sein. Ein paralleler und zusätzlich geringer Abstand zwischen der Schiebeelektrode und dem Bewegungspfad ist vorteilhaft in Bezug auf den Signalhub, der sich andernfalls durch die geringe Permittivität der Luft verschlechtern kann.
Die Schalthebelsensorvorrichtung kann gemäß einer Ausführungsform auch eine Auswerteeinheit umfassen. Die Auswerteeinheit kann dazu ausgebildet sein, die Überdeckungsposition der zumindest drei Fixelektroden durch die Schiebeelektrode zu erfassen und der Überdeckungsposition die Position des Schalthebels zuzuordnen. Zusätzlich oder alternativ zu der Auswerteeinheit kann die Schalthebelsensorvorrichtung auch eine Schnittstelle zu einem Steuergerät aufweisen, das ausgebildet ist, eine entsprechende Auswertung durchzuführen.
Das Trägerelement der Schalthebelsensorvorrichtung kann gemäß einer Ausführungsform auch eine Masseelektrode umfassen. Die Masseelektrode kann zu jeder der Mehrzahl an Fixelektroden einen gleichen Abstand aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die Masseelektrode entlang des Bewegungspfads oder parallel zum Bewegungspfad durchgehend verlaufend angeordnet sein. Die Schiebeelektrode kann in diesem Fall einen Massefortsatz zum abschnittsweise Überdecken der Masseelektrode aufweisen. Dies ist vorteilhaft in Bezug auf eine kapazitive Auswertung der Überdeckung der zumindest drei Fixelektroden durch das Schiebeelement.
Auch kann die Schiebeelektrode gemäß einer Ausführungsform als elektrisch leitfähiges Material in einem Mantel eingebettet sein. Der Mantel kann beispielsweise als mechanische Aufnahme des elektrisch leitfähigen Materials ausgeführt sein und beispielsweise aus einem Kunststoff ausgeformt sein.
Mit diesem Ansatz wird zudem ein Schalthebel zum Auswählen einer Fahrstufe für ein Fahrzeug vorgestellt. Der Schalthebel umfasst ein Kontaktelement, das mechanisch mit einer Ausführungsform der vorstehend genannten Schalthebelsensorvorrichtung verbunden ist, um ansprechend auf die Schaltbewegung des Schalthebels die Schiebeelektrode entlang des Bewegungspfads in die der Schaltbewegung entsprechende Position zu bewegen. Der Schalthebel kann beispielsweise als Teil eines Schaltsystems des Fahrzeugs verwendet werden. Die kapazitive Sensorik der mit dem Schalthebel verbundenen Schalthebelsensorvorrichtung ermöglicht zudem eine Kopplung des Schalthebels mit weiteren Einrichtungen des Fahrzeugs, die eine kapazitive Sensorik aufweisen, wie auf kapazitiver Sensorik beruhender berührungssensitiver Bedienelement des Fahrzeugs, beispielsweise zum Auswerten der kapazitiven Sensorik in einem kombinierten Steuergerät.
Der Schalthebel kann gemäß einer Ausführungsform auch einen mit dem Kontaktelement verbundenen Bedienhebel, einen mit der Schalthebelsensorvorrichtung verbundenen Rastierpin und eine Rastierpinaufnahme aufweisen. Der Rastierpin kann ausgebildet sein, in einer mittels der Schaltbewegung ausgewählten Fahrstufe entsprechenden Position in der Rastierpinaufnahme zu arretieren. Diese Ausführungsform ermöglicht vorteilhafterweise eine komfortable Bedienung für einen Benutzer und eine einfache Integration des Schalthebels in handelsübliche Schaltsysteme eines Fahrzeuggetriebes.
Es wird zudem ein Verfahren zum Betreiben einer Ausführungsform der vorstehend genannten Schalthebelsensorvorrichtung vorgestellt. Das Verfahren weist zumindest einen Schritt des Auswertens einer Bewegung der der Schiebeelektrode auf. Im Schritt des Auswertens wird die die Bewegung der Schiebeelektrode entlang des Bewegungspfads in die der Schaltbewegung entsprechende Position ausgewertet, um eine zumindest teilweise Überdeckung von zumindest drei der Fixelektroden zumindest teilweise zu erkennen. Die Überdeckungsposition der zumindest drei der Fixelektroden durch die Schiebeelektrode kann dann sensiert und ausgewertet werden, um die Position des Schalthebels zu erfassen.
Es wird zudem ein Steuergerät vorgestellt, das eingerichtet ist, den zumindest einen Schritt des vorstehend genannten Verfahrens in zumindest einer entsprechenden Einheit auszuführt und zusätzlich oder alternativ anzusteuert. Das Steuergerät kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen des Steuer-geräts umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der hier beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Schalthebel mit einer Schalthebelsensorvorrichtung zum kapazitiven Erfassen einer Position des Schalthebels des Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung eines Schalthebels mit einer Schalthebelsensorvorrichtung zum kapazitiven Erfassen einer Position des Schalthebels gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Darstellung einer Schalthebelsensorvorrichtung zum kapazitiven Erfassen einer Position eines Schalthebels eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4 Kennlinien bezüglich einer Auswertung eines Verfahrens zum Betreiben einer Schalthebelsensorvorrichtung zum kapazitiven Erfassen einer Position eines Schalthebels eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 ein Blockschaltbild von Verbindungen eines Steuergeräts eines Fahrzeugs zu kapazitiven Einrichtungen und zu einem Schalthebel mit einer Schalthebelsensorvorrichtung zum kapazitiven Erfassen einer Position des Schalthebels gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Schalthebelsensorvorrichtung zum kapazitiven Erfassen einer Position eines Schalthebels eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Schalthebel 105 mit einer Schalthebelsensorvorrichtung 110 zum kapazitiven Erfassen einer Position des Schalthebels 105 des Fahrzeugs 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Schalthebel 105 ist beispielsweise als Teil eines Schaltsystems zum Ansteuern eines Fahrzeuggetriebes des Fahrzeugs 100 verwendbar. Die Schalthebelsensorvorrichtung 110 umfasst ein Trägerelement 115 mit einem Bewegungspfad 120 und eine entlang des Bewegungspfads 120 bewegliche Schiebeelektrode 125. Die Schiebeelektrode 125 ist ausgebildet, ansprechend auf eine Schaltbewegung des Schalthebels 105 zum Auswählen einer Fahrstufe entlang des Bewegungspfads 120 in eine der Schaltbewegung entsprechende Position bewegt zu werden. Entlang des Bewegungspfads 120 ist eine Mehrzahl an Fixelektroden 130 benachbart zueinander angeordnet. Die Schiebeelektrode 125 ist zudem dazu ausgeformt, in jeder Position entlang des Bewegungspfads 120 zumindest drei der Fixelektroden 130 zumindest teilweise zu überdecken. Jede Überdeckungsposition der zumindest drei Fixelektroden 130 durch die Schiebeelektrode 125 repräsentiert dabei eine erfassbare Position des Schalthebels 105.
Der Bewegungspfad 120 weist hier beispielhaft neun Fixelektroden 130 auf. Die Fixelektroden 130 sind benachbart zueinander angeordnet, hier beispielsweise linear nebeneinander und gleichmäßig beabstandet. Zudem weisen die Fixelektroden 130 je die gleiche Größe auf. Die Fixelektroden 130 können auch als Sensorpads bezeichnet werden.
Die Schiebeelektrode 125 ist beispielsweise ausgebildet, ansprechend auf eine mechanische Schaltbewegung des Schalthebels 105 mechanisch und linear entlang des Bewegungspfads 120 und damit entlang der Fixelektroden 130 bewegt zu werden. Eine Länge und Größe der Schiebeelektrode 125 ist beispielsweise dazu ausgeformt, je zumindest drei der gleichmäßig beabstandet angeordneten Fixelektroden 130 zumindest teilweise zu überdecken. Zum Einnehmen der Überdeckungsposition ist die Schiebeelektrode 125 beispielsweise ausgebildet, eine Rastposition einzunehmen, in der nur die zumindest drei Fixelektroden 130 zumindest teilweise überdeckt werden, in diesem Fall ist die Schiebeelektrode 125 ausgebildet, je nach Anzahl der Fixelektroden 130 eine bestimmte Anzahl von Rastpositionen einzunehmen, in der je drei andere der Mehrzahl an Fixelektroden 130 überdeckt werden, wobei jede der Rastpositionen einer Schaltposition des Schalthebels 105 und damit einer mittels der Schaltbewegung ausgewählten Fahrstufe entspricht.
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Schiebeelektrode 125 und der Bewegungspfad 120 parallel zueinander beabstandet angeordnet. Zusätzlich zu dem parallelen Abstand ist ein geringer Abstand zwischen der Schiebeelektrode 125 und dem Bewegungspfad 120 vorteilhaft, um den Signalhub durch die geringer Permittivität der Luft nicht zu beeinträchtigen.
Zum kapazitiven Erfassen der Position des Schalthebels 105 ist eine kapazitive Sensorik wie beispielsweise die „Mutual-Capacitance Methode“ oder die „Self-Capacitance Methode“ verwendbar. Die „Mutual-Capacitance Methode“ ist vorteilhafterweise vergleichsweise unempfindlich gegenüber von externen Einflüssen.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Schalthebels 105 mit einer Schalthebelsensorvorrichtung 110 zum kapazitiven Erfassen einer Position des Schalthebels 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der hier gezeigte Schalthebel 105 und hier gezeigte Schalthebelsensorvorrichtung 110 ähneln oder entsprechen dem anhand von 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Es ist ein Querschnitt des Schalthebels 105 mit der Schalthebelsensorvorrichtung 110 gezeigt. Der Schalthebel 105 umfasst ein Kontaktelement 205, das mechanisch mit der Schalthebelsensorvorrichtung 110 verbunden ist, um ansprechend auf eine Schaltbewegung 210 des Schalthebels 105 die Schiebeelektrode 125 entlang des Bewegungspfads 120 in die der Schaltbewegung 210 entsprechende Position zu bewegen.
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Schalthebel 105 zudem einen mit dem Kontaktelement 205 verbundenen Bedienhebel 215. Der Bedienhebel 215 ist beispielsweise manuell von einem Fahrer des Fahrzeugs bedienbar, um die Schaltbewegung 210 des Schalthebels 105 zu bewirken. Der Schalthebel 105 umfasst zudem einen mit der Schalthebelsensorvorrichtung 110 verbundenen Rastierpin 220 und eine Rastierpinaufnahme 225. Der Rastierpin 220 ist ausgebildet, in einer mittels der Schaltbewegung 210 ausgewählten Fahrstufe entsprechenden Position in der Rastierpinaufnahme 225 zu arretieren. Der hier gezeigte Schalthebel 105 ermöglicht beispielhaft die Auswahl von fünf Fahrstufen: einer ersten Fahrstufe 230, einer zweiten Fahrstufe 231, einer dritten Fahrstufe 232, einer vierten Fahrstufe 233 und einer fünften Fahrstufe 234. Jeder der fünf Fahrstufen 230, 231, 232, 233, 234 ist eine Überdeckungsposition der Schiebeelektrode 125 zugeordnet, was nachfolgend anhand von 3 detaillierter beschrieben ist.
Zum Bewegen der Schiebeelektrode 125 wird die Schaltbewegung 210, beispielsweise eine Drehbewegung des Schalthebels 105, mittels einer geeigneten Übersetzung in eine lineare Bewegung gewandelt. Dazu wird die Schiebeelektrode125 beispielsweise mittels des Kontaktelements 205 mechanisch bewegt, das mechanisch mit der Schalthebelsensorvorrichtung 110 verbunden ist, um die Schiebeelektrode 125 linear entlang des Bewegungspfads zu bewegen. Die Fixelektroden des Bewegungspfads sind hier beispielhaft auf einer Leiterplatte als Trägerelement 115 angeordnet.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Schalthebelsensorvorrichtung 110 zum kapazitiven Erfassen einer Position eines Schalthebels eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel. Es ist eine Aufsicht auf die anhand von 2 beschriebene Schalthebelsensorvorrichtung 110 gezeigt. Entsprechend sind beispielhaft fünf Überdeckungspositionen 300, 301, 302, 303, 304 der Schiebeelektrode 125 gezeigt, die je eine erfassbare Position des Schalthebels repräsentieren, und einer der fünf auswählbaren Fahrstufen 230, 231, 232, 233, 234 zugeordnet sind: eine erste Überdeckungsposition 300 repräsentiert eine erste erfassbare Position des Schalthebels, die der ersten Fahrstufe 230 zugeordnet ist, eine zweite Überdeckungsposition 301 repräsentiert eine zweite erfassbare Position des Schalthebels, die der zweiten Fahrstufe 231 zugeordnet ist, die hier beispielhaft gezeigte Position der Schiebeelektrode 125 entspricht einer dritten Überdeckungsposition 302, die eine dritte erfassbare Position des Schalthebels repräsentiert, die der dritten Fahrstufe 232 zugeordnet ist, eine vierte Überdeckungsposition 303 repräsentiert eine vierte erfassbare Position des Schalthebels, die der vierten Fahrstufe 233 zugeordnet ist, und eine fünfte Überdeckungsposition 304 repräsentiert eine fünfte erfassbare Position des Schalthebels, die der fünften Fahrstufe 233 zugeordnet ist.
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Schiebeelektrode 125 eine achsensymmetrische geometrische Form auf. Dabei ist eine Symmetrieachse der Schiebeelektrode 125 insbesondere quer zum Bewegungspfad 120 ausgerichtet. Dazu ist die Schiebeelektrode beispielsweise wie hier gezeigt als Raute ausgeformt. Die Symmetrieachse der Schiebeelektrode 125 entspricht dadurch jeweils einer Mittellinie 310, 311, 312, 313, 314 der Schiebeelektrode 125 in den Überdeckungspositionen 300, 301, 302, 303, 304, wobei die erste Mittellinie 310 die Mittellinie der Schiebeelektrode 125 in der ersten Überdeckungsposition 300, die zweite Mittellinie 311 die Mittellinie der Schiebeelektrode 125 in der zweiten Überdeckungsposition 301, die dritte Mittellinie 312 die Mittellinie der Schiebeelektrode 125 in der dritten Überdeckungsposition 302, die vierte Mittellinie 313 die Mittellinie der Schiebeelektrode 125 in der vierten Überdeckungsposition 303 und die fünfte Mittellinie 314 die Mittellinie der Schiebeelektrode 125 in der vierten Überdeckungsposition 304 markiert.
Zudem ist die Schiebeelektrode 125 gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel dazu ausgeformt, eine Überdeckung zumindest einer der Fixelektroden 130 bei einem Bewegen entlang des Bewegungspfads 120 zu verändern. Dies erfolgt durch die Ausformung der Schiebeelektrode als achsensymmetrische geometrische Form, sowie durch die Anordnung der Fixelektroden 130, und ist hier anhand der fünf Überdeckungspositionen 300, 301, 302, 303, 304 gezeigt.
Die Schiebeelektrode 125 ist gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zudem dazu ausgeformt, in jeder Position entlang des Bewegungspfads 120 zumindest vier Fixelektroden 130 zumindest teilweise zu überdecken, wobei jede Überdeckungsposition 300, 301, 302, 303, 304 der zumindest vier Fixelektroden 130 durch die Schiebeelektrode 125 eine erfassbare Position des Schalthebels repräsentiert. Dabei überdeckt die Schiebeelektrode 125, hier in Form der Raute, in allen stabilen oder monostabilen Rastpositionen des Schalthebels die vier Fixelektroden 130. Die Überdeckung von zumindest vier Fixelektroden 130 ist vorteilhaft, um eine drei aus vier Auswertung zu realisieren, mit der es möglich ist, bei einem Einfachfehler einer der vier überdeckten Fixelektroden 130 mittels der Signale der restlichen drei überdeckten Fixelektroden 130 eine Parabelform in einer Darstellung der Kapazität über eine Wegstrecke entlang des Bewegungspfads zu bilden, um die genaue Position der Schiebeelektrode 125 zu erfassen, was nachfolgend detaillierter anhand von 5 gezeigt ist.
Entlang des Bewegungspfads 120 sind gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel acht Fixelektroden 130 angeordnet. Dabei repräsentiert jede Überdeckungsposition 300, 301, 302, 303, 304 der zumindest vier Fixelektroden 130 durch die Schiebeelektrode 125 eine von fünf erfassbare Positionen des Schalthebels.
Die Schalthebelsensorvorrichtung 110 umfasst gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Auswerteeinheit, die dazu ausgebildet ist, die Überdeckungspositionen 300, 301, 302, 303, 304 der Fixelektroden 130 durch die Schiebeelektrode 125 zu erfassen und jeder der Überdeckungsposition 300, 301, 302, 303, 304 die Position des Schalthebels zuzuordnen. Alternativ erfolgt die Auswertung der Überdeckungspositionen 300, 301, 302, 303, 304 und die Zuordnung der Schaltpositionen und damit der mittels des Schalthebels ausgewählten Fahrstufen 230, 231, 232, 233, 234 mittels eines Steuergeräts des Fahrzeugs, das signalübertragungsfähig mit der Schalthebelsensorvorrichtung 110 verbunden ist.
Das Trägerelement 115 umfasst gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zudem eine Masseelektrode 320. Die Masseelektrode 320 weist zu jeder der Mehrzahl an Fixelektroden 130 einen gleichen Abstand auf. Zusätzlich ist die Masseelektrode 320 hier entlang des Bewegungspfads durchgehend verlaufend angeordnet. Die Schiebeelektrode 125 weist hier einen Massefortsatz zum abschnittsweise Überdecken der Masseelektrode 320 auf. Für die Funktion der kapazitiven Auswertung ist es vorteilhaft, wenn die Schiebeelektrode 125 und die Fixelektroden 130 elektrisch mit derselben Masse, der Masseelektrode 320, verbunden sind. Hier wird dies durch die längliche Form der Masseelektrode 320 und die Anordnung entlang des Bewegungspfads sowie durch die Form der Schiebeelektrode 125 erreicht. Dabei ist es erforderlich, dass die Form der Schiebeelektrode 125 homogen ist und die Fixelemente 130 in jeder beliebigen Stellung der Schiebeelektrode 125 die gleiche Überdeckung haben.
Ferner ist die Schiebeelektrode 125 gemäß einem Ausführungsbeispiel als elektrisch leitfähiges Material in einem Mantel eingebettet. Dazu ist die Schiebeelektrode 125 beispielsweise aus zwei Komponenten ausgeformt: dem Mantel, einer mechanischen Aufnahme, die beispielsweise aus Kunststoff ausgeformt ist. Der Mantel der Schiebeelektrode 125 weist zum Einbetten des elektrisch leitfähigen Materials eine Tasche oder einen Ausbruch auf. Die Form der Tasche beziehungsweise des leitfähigen Materials ist für eine sicherheitskritische Anwendung wie einer Verwendung der Schalthebelsensorvorrichtung 110 in Verbindung mit einem Gangwahlschalter eines Fahrzeugs entscheidend.
4 zeigt Kennlinien 400, 402, 402, 403, 404 bezüglich einer Auswertung eines Verfahrens zum Betreiben einer Schalthebelsensorvorrichtung zum kapazitiven Erfassen einer Position eines Schalthebels eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Kennlinien 400, 402, 402, 403, 404 sind in einem Koordinatensystem gezeigt, bei dem auf der Ordinate eine Kapazität in Prozent und auf der Abszisse eine Position der Schiebeelektrode aufgetragen ist. Die Markierungslinie 410 markiert dabei eine Kapazität von 100%. Die Kennlinien 400, 402, 402, 403, 404 stellen jeweils eine Kapazität bei einer der Überdeckungspositionen der Fixelektroden durch die Schiebeelektrode dar. Die Mittellinien 310, 311, 312, 313, 314 der Überdeckungspositionen markieren hier eine Symmetrieachse der parabelförmigen Kennlinien 400, 402, 402, 403, 404. Die Kennlinie 400 mit der Mittellinie 310 markiert entsprechend die Kapazität in der ersten Überdeckungsposition, die Kennlinie 401 mit der Mittellinie 311 markiert die Kapazität in der zweiten Überdeckungsposition, die Kennlinie 402 mit der Mittellinie 312 markiert die Kapazität in der dritten Überdeckungsposition, die Kennlinie 403 mit der Mittellinie 313 markiert die Kapazität in der vierten Überdeckungsposition, und die Kennlinie 404 mit der Mittellinie 314 markiert die Kapazität in der fünften Überdeckungsposition. Eine Auswertung der Überdeckungsposition durch die Schiebeelektrode und damit eine exakte Zuordnung der Position des Schalthebels ist wie hier gezeigt und obenstehend beschrieben auch dann noch möglich, wenn bei einer der gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zumindest vier Fixelektroden, die je Überdeckungsposition zumindest teilweise überdeckt sind, ein Einfachfehler auftritt, was vorteilhafterweise die Sicherheit erhöht.
5 zeigt ein Blockschaltbild von Verbindungen eines Steuergeräts 505 eines Fahrzeugs zu kapazitiven Einrichtungen 510, 515, 520 und zu einem Schalthebel 105 mit einer Schalthebelsensorvorrichtung zum kapazitiven Erfassen einer Position des Schalthebels gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Steuergerät 505 ist als Steuergerät für berührungssensitive Einrichtung, als „Touchcontroller“ ausgeführt, und über ein Bussystem 525, beispielsweise CAN oder LIN, mit dem Fahrzeug verbunden. Das Steuergerät 505 weist eine Verbindung zu dem Schalthebel 105 auf, für den als kapazitive Sensorik-Methode „Mutual-Capacitance“ verwendet wird. Zudem weist das Steuergerät 505 eine Verbindung zu einer auf kapazitiver Sensorik beruhenden Tasteneinrichtung 510 auf, für die als kapazitive Sensorik-Methode „Self-Capacitance“ verwendet wird. Ferner ist das Steuergerät 505 mit einer auf kapazitiver Sensorik beruhenden Bedienfeld-Einrichtung 515, auch „Slider“ genannt, verbunden, sowie mit einer auf kapazitiver Sensorik beruhenden berührungsempfindlichen Tastfeld-Eirichtung 520, auch „Touchpad“ genannt. Sowohl für die Bedienfeld-Einrichtung 515 als auch für die berührungsempfindliche Tastfeld-Eirichtung 520 wird als kapazitive Sensorik-Methode „Mutual-Capacitance“ verwendet.
Ein nahtloses Design, auch „Seamless Design“ genannt, wird in Inneneinrichtungen für Fahrzeuge eingesetzt. Mechanische Tasten werden dabei durch berührungsempfindliche Tasten, „Touchbuttons“, welche als kapazitive Schalter in einer geschlossenen Abdeckung aus verschiedensten Materialen wie Kunststoff, Holz, Glas integriert sind, ersetzt. Weiterhin werden diese Abdeckungen mit zusätzlichen in Form von Touchslidern 515 und Touchpads 520 bedienbaren Infotainmentfunktionen versehen. Vorteilhafterweise ist es in dem hier gezeigten auf kapazitiver Sensorik beruhenden Ausführungsbeispiel der genannten Einrichtungen nicht erforderlich, sicherheitskritische Tastenfunktionen wie Start Stopp oder eine Parktaste mittels einer redundanten Schaltmatte zu sensieren. Zudem ist es nicht erforderlich, für sicherheitskritische Funktionen einen seperaten Mikrocontroller oder ein separates Steuergerät zu verwenden. Stattdessen ist es möglich, das Steuergerät 505 wie in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zu verwenden.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 600 zum Betreiben einer Schalthebelsensorvorrichtung zum kapazitiven Erfassen einer Position eines Schalthebels eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 600 umfasst zumindest einen Schritt 605 des Auswertens. Im Schritt 605 des Auswertens wird eine Bewegung der Schiebeelektrode entlang des Bewegungspfads in die der Schaltbewegung entsprechende Position ausgewertet, um eine zumindest teilweise Überdeckung von zumindest drei der Fixelektroden zumindest teilweise zu erkennen.
Eine Auswertung der im Schritt 605 des Bewegens entstehenden Überdeckungsposition der zumindest drei Fixelektroden ermöglicht vorteilhafterweise ein Erfassen von Schalthebelpositionen mittels kapazitiver Sensorik, wie obenstehend beschrieben.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezugszeichenliste

100: Fahrzeug
105: Schalthebel
110: Schalthebelsensorvorrichtung
115: Trägerelement
120: Bewegungspfad
125: Schiebeelektrode
130: Fixelektroden
205: Kontaktelement
210: Schaltbewegung
215: Bedienhebel
220: Rastierpin
225: Rastierpinaufnahme
230: erste Fahrstufe
231: zweite Fahrstufe
232: dritte Fahrstufe
233: vierte Fahrstufe
234: fünfte Fahrstufe
300: erste Überdeckungsposition
301: zweite Überdeckungsposition
302: dritte Überdeckungsposition
303: vierte Überdeckungsposition
304: fünfte Überdeckungsposition
310: erste Mittellinie
311: zweite Mittellinie
312: dritte Mittellinie
313: vierte Mittellinie
314: fünfte Mittellinie
320: Masseelektrode
400: erste Kennlinie
401: zweite Kennlinie
402: dritte Kennlinie
403: vierte Kennlinie
404: fünfte Kennlinie
410: Markierungslinie
505: Steuergerät
510: Tasteneinrichtung
515: Bedienfeld-Einrichtung
520: berührungsempfindliche Tastfeld-Eirichtung
525: Bussystem
600: Verfahren
605: Schritt des Bewegens

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1537664 B1 [0003]

Claims

Schalthebelsensorvorrichtung (110) zum kapazitiven Erfassen einer Position eines Schalthebels (105) eines Fahrzeugs (100), dadurch gekennzeichnet, dass die Schalthebelsensorvorrichtung (110) ein Trägerelement (115) mit einem Bewegungspfad (120) und eine entlang des Bewegungspfads (120) bewegliche Schiebeelektrode (125) umfasst, wobei die Schiebeelektrode (125) ausgebildet ist, ansprechend auf eine Schaltbewegung (210) des Schalthebels (105) zum Auswählen einer Fahrstufe (230, 231, 232, 233, 234) entlang des Bewegungspfads (120) in eine der Schaltbewegung (210) entsprechende Position bewegt zu werden, wobei entlang des Bewegungspfads (120) eine Mehrzahl an Fixelektroden (130) benachbart zueinander angeordnet ist, wobei die Schiebeelektrode (125) ausgeformt ist, in jeder Position entlang des Bewegungspfads (120) zumindest drei der Fixelektroden (130) zumindest teilweise zu überdecken, wobei jede Überdeckungsposition (300, 301, 302, 303, 304) der zumindest drei Fixelektroden (130) durch die Schiebeelektrode (125) eine erfassbare Position des Schalthebels (105) repräsentiert.
Schalthebelsensorvorrichtung (110) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebeelektrode (125) eine achsensymmetrische geometrische Form aufweist, insbesondere wobei eine Symmetrieachse (310, 311, 312, 313, 314) der Schiebeelektrode (125) quer zum Bewegungspfad (120) ausgerichtet ist.
Schalthebelsensorvorrichtung (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebeelektrode (125) ausgeformt ist, eine Überdeckung zumindest einer der Fixelektroden (130) bei einem Bewegen entlang des Bewegungspfads (120) zu verändern.
Schalthebelsensorvorrichtung (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebeelektrode (125) ausgeformt ist, in jeder Position entlang des Bewegungspfads (120) zumindest vier Fixelektroden (130) zumindest teilweise zu überdecken, wobei jede Überdeckungsposition (300, 301, 302, 303, 304) der zumindest vier Fixelektroden (130) durch die Schiebeelektrode (125) eine erfassbare Position des Schalthebels (105) repräsentiert.
Schalthebelsensorvorrichtung (110) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des Bewegungspfads (120) acht Fixelektroden (130) angeordnet sind, wobei jede Überdeckungsposition (300, 301, 302, 303, 304) der zumindest vier Fixelektroden (130) durch die Schiebeelektrode (125) eine von fünf erfassbare Positionen des Schalthebels (105) repräsentiert.
Schalthebelsensorvorrichtung (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebeelektrode (125) und der Bewegungspfad (120) parallel zueinander beabstandet angeordnet oder ausgerichtet sind.
Schalthebelsensorvorrichtung (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit, die dazu ausgebildet ist, die Überdeckungsposition (300, 301, 302, 303, 304) der zumindest drei Fixelektroden (130) durch die Schiebeelektrode (125) zu erfassen und der Überdeckungsposition (300, 301, 302, 303, 304) die Position des Schalthebels (105) zuzuordnen.
Schalthebelsensorvorrichtung (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (115) eine Masseelektrode (320) umfasst, wobei die Masseelektrode (320) zu jeder der Mehrzahl an Fixelektroden (130) einen gleichen Abstand aufweist und/oder entlang des Bewegungspfads (120) oder parallel zum Bewegungspfad (120) durchgehend verlaufend angeordnet ist, und wobei die Schiebeelektrode (125) einen Massefortsatz zum abschnittsweise Überdecken der Masseelektrode (320) aufweist.
Schalthebelsensorvorrichtung (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebeelektrode (125) als elektrisch leitfähiges Material in einem Mantel eingebettet ist.
Schalthebel (105) zum Auswählen einer Fahrstufe (230, 231, 232, 233, 234) für ein Fahrzeug (100) mit einem Kontaktelement (205), dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (205) mit einer Schalthebelsensorvorrichtung (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche mechanisch verbunden ist, um ansprechend auf die Schaltbewegung (210) des Schalthebels (105) die Schiebeelektrode (125) entlang des Bewegungspfads (120) in die der Schaltbewegung (210) entsprechende Position zu bewegen.
Schalthebel (105) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalthebel (105) einen mit dem Kontaktelement (205) verbundenen Bedienhebel (215), einen mit der Schalthebelsensorvorrichtung (110) verbundenen Rastierpin (220) und eine Rastierpinaufnahme (225) aufweist, wobei der Rastierpin (220) ausgebildet ist, in einer mittels der Schaltbewegung (210) ausgewählten Fahrstufe (230, 231, 232, 233, 234) entsprechenden Position in der Rastierpinaufnahme (225) zu arretieren.
Verfahren (600) zum Betreiben einer Schalthebelsensorvorrichtung (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (600) folgenden Schritt aufweist: Auswerten (605) einer Bewegung der Schiebeelektrode (125) entlang des Bewegungspfads (120) in die der Schaltbewegung (210) entsprechende Position, um eine zumindest teilweise Überdeckung von zumindest drei der Fixelektroden (130) zu erkennen.
Steuergerät, das eingerichtet ist, um zumindest den Schritt des Verfahrens (600) gemäß Anspruch 12 in zumindest einer entsprechenden Einheit auszuführen und/oder anzusteuern.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, den Schritt des Verfahrens (600) gemäß Anspruch 12 auszuführen und/oder anzusteuern.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.