WO2019201673A1 - Eingabevorrichtung - Google Patents

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WO2019201673A1
WO2019201673A1 PCT/EP2019/058936 EP2019058936W WO2019201673A1 WO 2019201673 A1 WO2019201673 A1 WO 2019201673A1 EP 2019058936 W EP2019058936 W EP 2019058936W WO 2019201673 A1 WO2019201673 A1 WO 2019201673A1
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WO
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determined
sensor
light source
input device
light
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PCT/EP2019/058936
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Hoffmann
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ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H59/00Control inputs to control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion
    • F16H59/02Selector apparatus

Definitions

  • the present invention relates to an input device.
  • the invention relates to an input device for use on board a motor vehicle.
  • an input device On board a motor vehicle, an input device is mounted, which can control a safety-relevant component of the motor vehicle.
  • the input device may be provided for selecting or preselecting a gear in a Ge gear, which is located in a drive train of the motor vehicle.
  • a malfunction of the input device can the longitudinal control of the motor vehicle and thus the safety of an occupant or a person outside of the dangerous.
  • the input device usually has to comply with certain reliability requirements, for example ASIL-B according to ISO 26262.
  • Such an input device can have a redundant structure and comprise components which themselves are certified for their reliability.
  • a common design Bertspielswei se uses a movable permanent magnet, which acts on a magnetic field sensor.
  • a single sensor often includes two independent sensing elements in a package ("dual die": on two separate semiconductor crystals). Accordingly, such an input device can be costly and compliance with the specification can not be controlled by a manufacturer of the input device itself.
  • An object of the present invention is to provide an improved technique for fail-safe determination of a position of an input device.
  • the invention solves this problem by means of the objects of the independent claims.
  • Subclaims give preferred embodiments as the.
  • An input device for determining the position of a movable control element comprises a light source, two spatially separated sensors, a moderator and a processing device.
  • a first sensor is available for Mood of a first luminous flux, which flows from the light source to the first sensor, and a second sensor for determining a second luminous flux, which flows from the light source to the second sensor.
  • the moderator is connected to the control element and lies in both luminous fluxes so that the luminous fluxes are dependent on the position of the control element.
  • the processing device is configured to determine the position based on the determined luminous fluxes.
  • the input device can be designed improved fail-safe.
  • the optical components may be cheaper than components for example, a magnetic-based determination of the position. The determination is insensitive to an external magnetic field.
  • Non-contact optical positioning can be durable and robust. An error on the input device can be easily determined.
  • the functional reliability can be controlled without using specially specified components.
  • the moderator may be arranged to gradually reflect, shade or diffuse the luminous fluxes in dependence on the position of the control element relative to the sensors.
  • a combination of two or all three ge called properties can be done, for example, by no reflection for reflection, but a bright, diffusing surface is used, so that the strength of the incoming light at the sensor from the distance of the moderator of the light source or the sensor dependent can.
  • Other combinations are also possible.
  • a further light source wherein the sensors are each adapted to determine an incoming superposition of light fluxes from both light sources.
  • any number of light sources can be used to who, in order to further increase the reliability.
  • Each sensor can be configured to position itself with any combination of light sources so that it can function even when all but one light source fails. It can also be used more than two sensors, whereby the function or reliability can be further increased. Because of the usually man ing mutual influence of the luminous fluxes, a common mode rator can be used.
  • the light source may be configured to provide the luminous flux in a predetermined wavelength range, wherein the sensors are adapted to determine only a luminous flux of the corresponding wavelength range.
  • the wavelength range can be outside a visible spectrum, for example in the infrared range, in order to increase the noise immunity of the input device.
  • the wavelength range is outside the spectrum of daylight, so that the input device can not be disturbed by natural light and most common artificial light sources.
  • the light source may be configured to provide a modulated luminous flux, the sensors each being adapted to determine only a correspondingly modulated luminous flux.
  • modulated luminous flux For example, frequency modulation, amplitude modulation, pulse code modulation, pulse width modulation (PWM) or other modulation may be used. Also a combination of modulations is possible.
  • light sources are used, they can be modulated differently, so that they can arrive at one sensor at the same time and still be determined independently of each other.
  • a selector lever for controlling a transmission comprises a movable Moscowele element and an input device described herein.
  • the selector lever can be used in particular special for entering a driver's request for a mode of the transmission or a gear ratio change.
  • the mobility of the selector lever can be limited, for example by means of a backdrop to a predetermined trajectory. Detent points along the trajectory can be realized along the trajectory, for example by means of a spring-loaded cam on the operating element and corresponding locking mul.
  • a method of determining a position of a moveable operating element on an input device described herein includes steps of determining the first luminous flux; determining the second luminous flux; and determining the position of the control based on the determined luminous fluxes. The method can be performed by means of the input device.
  • the method can be present in the form of a computer program product with program code which can run on a processing device of the input device designed as a programmable microprocessor or microcomputer.
  • the computer program can also be stored on a computer-readable medium. Additional features or advantages of the method can be transferred to the input device or the selector lever or vice versa.
  • the position is determined on the basis of a combination of the determined luminous fluxes.
  • sensor signals of the sensors can be subtracted from one another and the resulting difference can be mapped to one position.
  • the mapping can be carried out in particular by means of a predetermined function, a table or a map who the.
  • the sensors may provide analog signals and the subtraction may be analog or digital after analog-to-digital conversion.
  • the sensors provide digital values, it being preferred that a resolution of a used measurement range is above a predetermined threshold. For an application as a switch, a resolution of one bit, corresponding to two positions, may be sufficient. For another application, a resolution, for example in the range of about 8 - 12 bits, be advantageous.
  • a first position is determined with respect to the first determined light current and with respect to the second determined luminous flux, a second position.
  • the position of the operating element can be determined on the basis of the first and the second position.
  • the image of a specific means of one of the sensors luminous flux on the position of the Qualcommele management or the moderator attached thereto can be done for example by means of a table, a predetermined function or a map.
  • the combination of Both positions relating to the position of the operating element can comprise a fusion or a comparison, which can take place, for example, algorithmically or by means of a further characteristic field. If the specific positions do not match each other sufficiently, an error can be determined.
  • the position may be determined with respect to a predetermined number of predetermined positions. A position lying between two adjacent predetermined positions may be rejected as being incorrect. In this case, an error can be determined. In this case, one of the two predetermined positions can be determined as the position of the operating element.
  • Figure 1 is a schematic representation of a selector lever with a Eingabeevor direction
  • FIG. 2 shows an exemplary selector lever with an input device
  • Figure 3 shows different variants of arrangements of a moderator in one
  • Figure 4 illustrates a flowchart of an exemplary method for determining the position of a control on an input device.
  • Figure 1 shows an exemplary selector lever 100, which is preferably set up for use on board a motor vehicle and can be used in particular for determining a driver's request.
  • the driver's request may further preferably comprise an operating mode or an action of a manual transmission which is part of a drive train of the motor vehicle.
  • the selector lever 100 comprises an operating element 105 and an input device 1 10.
  • the input device 110 includes a light source 15, a first sensor 120 and a second sensor 125.
  • the light source 15 and the sensors 120, 125 are purely exemplary mounted on a printed circuit board 130.
  • the operating element 105 is movably mounted; In the present case, a mobility along a predetermined straight line is assumed as an example. A position of the operating element 105 may be indicated along an exemplary direction x in the illustrated embodiment.
  • a first luminous flux 140 runs from the light source 115 to a moderator 135 and from there to the first sensor 120.
  • a second luminous flux 145 runs from the light source 115 to the moderator 135 and from there to the second sensor 125.
  • the moderator 135 is configured to influence the luminous fluxes 140, 145 as a function of the position of the operating element 105.
  • the moderator135 can reflect, shade or diffuse a luminous flux 140, 145.
  • a reflection ie a change in direction of the light fluxes 140, 145.
  • a diffusion ie an undirected scattering of the light fluxes 140, 145 occur, so that only a portion of the diffused light flux 140, 145 in the sensors 120, 125 falls.
  • the moderator 135 may be located in the light streams 140, 145 between the light source 15 and a sensor 120, 125. A reflection or diffusion does not have to take place.
  • the sensors 120, 125 may include light-dependent resistors, photodiodes, Fototran transistors, solar cells or other light-dependent elements.
  • the strength of the respective luminous flux 140, 145 is determined, that is, something which is perceptible to the eye as brightness.
  • two fictitious diagrams 150, 155 are shown, which are assigned to the sensors 120 and 125.
  • the intensity I of the respectively determined luminous flux 140, 145 is shown. Due to the illustrated symmetrical structure of the input device 1 10, the two curves of the diagrams 150, 155 are mirror images of each other; However, the arrangement of the light source 1 15, the moderator 135 and the sensors 120, 125 may also be different and there may be any curves, each of which depends on the indicate a certain intensity from a position of the control element 105.
  • the position of the operating element 105 is determined both with respect to the intensity determined at the first sensor 120 and with respect to the intensity determined at the second sensor 125.
  • the respective specific intensity can be mapped to a position, for example by means of the associated, illustrated curve of the diagrams 150, 155.
  • the associated intensities in the diagrams 150, 155 are marked by hatching te fields. If a certain intensity lies outside one of the fields, then the determination can be rejected as invalid.
  • a dark circle symbolizes an exemplary determined position with respect to the representation in the upper area of FIG. 1.
  • the determined positions in the diagrams 150, 155 substantially coincide with one another in the x-direction. For the determination, it can be assumed that the intensity of the light fluxes 140, 145 emitted by the light source 15 is known and no extraneous light from a surface other than the light source 15 arrives at the sensors 120, 125.
  • the position of the operating element 105 may be determined based on the determined intensities or positions.
  • the sensor values provided by the sensors 120, 125 are combined with one another and the position of the operating element 105 is determined with respect to the result.
  • the sensor values can be deducted from each other, for which minuend and subtrahend can be defined once.
  • the result can be converted into a position of the operating element 105 by means of a similar curve as in the diagrams 150, 155.
  • the curve is usually more linear than a single curve, but it can not always be determined whether or not the intensities determined by the sensors 120, 125 match each other.
  • the provisions of the two variants are preferably carried out by means of a processing device 160.
  • an analog sensor value determined by a sensor 120, 125 can be digitized by means of an analogue-to-digital converter.
  • the subtraction of the second variant described above can also be done before the conversion.
  • the particular position of the control 105 may be provided at an interface 170.
  • a particular error may also be provided via interface 170 or otherwise.
  • a relationship between an intensity and a position of the operating element 105 may be stored. The relationship may in particular be determined on the basis of a table, a graph, a characteristic field, a function or a physical model.
  • Figure 2 shows an exemplary selector lever 100 with an input device 1 10, of which not all elements are shown.
  • the control element 105 is connected to a particular reflective moderator 135.
  • the operating element 105 is movable only linearly in the vertical direction, wherein the ingestion of one of a set of predetermined positions X, A1, A2, B1 or B2 is to be determined.
  • the control element 105 may be adapted to lock at some of the aforementioned ge predetermined positions, so that a predetermined release force must be applied for further movement.
  • the predetermined positions for example, shift programs P, R, N, D, S be assigned to an automatic gear bes.
  • FIG. 3 shows different variants of arrangements of a moderator in a luminous flux 140. The representations are based on an example of an input device 110 in the manner of a probe. An elastic return element is not shown, and only the light source 15, a sensor 120 and the moderator 135 are shown in each case by the input device 110.
  • a first button 305 is shown in the upper area and a second button 310 in the lower area. In each case on the left is the button 305, 310 unconfirmed and shown in each case pressed to the right by a pressure from above.
  • the first button 305 may operate according to the reflective and / or diffusive principle, in which the position of the control element 105 influences the scattering of the first luminous flux 140 at the moderator 135 between the light source 15 and the first sensor 120.
  • the modera tor 135 interrupt the luminous flux 140 when the button 305 is actuated.
  • the two te button 310 operates mainly on the shading principle, in which the Mo derator 135 interrupts the luminous flux 140 in response to its position.
  • diffusion or reflection is usually undesirable, and the moderator 135 may be low-reflection.
  • FIG. 4 shows a flow chart of an exemplary method 400 for determining the position of an operating element 105 on an input device 110.
  • the method 400 can, in particular, run completely or partially on the processing device 160.
  • a first step 405 light is detected by a sensor 120, 125 and optionally discriminated in a step 410.
  • the steps 405, 410 can be carried out as often as one another as sensors 120, 125 are provided.
  • the discrimination may include filtering a predetermined type of light impinged on the sensor 120, 125. For example, a modulated or limited to egg nen predetermined frequency range light emitted by the light source 1 15, be subjected to an intensity measurement while other res light can be ignored.
  • a discrimination can also be made before the arrival of a luminous flux 140, 145 to a sensor 120, 125, example, by means of a diaphragm, a color filter or a lens.
  • a step 415 the intensities determined by means of the sensors 120, 125 can be quantified.
  • a step 420 a plurality of positions are determined in a variant based on a plurality of specific sensor values, on the basis of which the position of the operating element 105 is subsequently determined.
  • a plurality of sensor values are combined with one another in step 420, and the position of the operating element 105 is determined with respect to the combination result. The particular position of the operating element 105 may then be provided, for example by means of the interface 165.

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Abstract

Eine Eingabevorrichtung (110) zur Bestimmung der Position eines beweglichen Bedienelements (105) umfasst eine Lichtquelle (115), zwei räumlich voneinander getrennte Sensoren (120, 125), einen Moderator und eine Verarbeitungseinrichtung. Ein erster Sensor (120) ist zur Bestimmung eines ersten Lichtstroms (140) eingerichtet, der von der Lichtquelle (115) zum ersten Sensor (120) fließt, und ein zweiter Sensor (125) zur Bestimmung eines zweiten Lichtstroms (145), der von der Lichtquelle (115) zum zweiten Sensor (125) fließt. Der Moderator ist mit dem Bedienelement (105) verbunden und liegt in beiden Lichtströmen (140, 145), sodass die Lichtströme von der Position des Bedienelements (105) abhängig sind. Die Verarbeitungseinrichtung ist dazu eingerichtet, die Position auf der Basis der bestimmten Lichtströme zu bestimmen.

Description

Einqabevorrichtunq
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Eingabevorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Eingabevorrichtung zur Verwendung an Bord eines Kraftfahrzeugs.
An Bord eines Kraftfahrzeugs ist eine Eingabevorrichtung angebracht, die eine si cherheitsrelevante Komponente des Kraftfahrzeugs steuern kann. Beispielsweise kann die Eingabevorrichtung zur Wahl oder Vorwahl einer Gangstufe in einem Ge triebe vorgesehen sein, welches in einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs liegt. Eine Fehlfunktion der Eingabevorrichtung kann die Längssteuerung des Kraftfahr zeugs und somit die Sicherheit eines Insassen oder einer Person außerhalb gefähr den.
Die Eingabevorrichtung muss üblicherweise bestimmte Auflagen zur Ausfallsicherheit erfüllen, beispielsweise ASIL-B nach ISO 26262. Eine solche Eingabevorrichtung kann redundant aufgebaut sein und Bauelemente umfassen, die selbst bezüglich ihrer Ausfallsicherheit zertifiziert sind. Eine übliche Bauform verwendet beispielswei se einen beweglichen Permanentmagneten, der auf einen Magnetfeldsensor wirkt.
Ein einzelner Sensor umfasst häufig zwei voneinander unabhängige Abtastelemente in einem Gehäuse („dual die“: auf zwei getrennten Halbleiterkristallen). Dementspre chend kann eine solche Eingabevorrichtung kostenintensiv sein und die Erfüllung der Spezifikation kann von einem Hersteller der Eingabevorrichtung nicht selbst kontrol liert werden.
Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Angabe einer verbesserten Technik zur ausfallsicheren Bestimmung einer Position einer Ein gabevorrichtung. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der un abhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wie der.
Eine Eingabevorrichtung zur Bestimmung der Position eines beweglichen Bedien elements umfasst eine Lichtquelle, zwei räumlich voneinander getrennte Sensoren, einen Moderator und eine Verarbeitungseinrichtung. Ein erster Sensor ist zur Be- Stimmung eines ersten Lichtstroms eingerichtet, der von der Lichtquelle zum ersten Sensor fließt, und ein zweiter Sensor zur Bestimmung eines zweiten Lichtstroms, der von der Lichtquelle zum zweiten Sensor fließt. Der Moderator ist mit dem Bedienele ment verbunden und liegt in beiden Lichtströmen, sodass die Lichtströme von der Position des Bedienelements abhängig sind. Die Verarbeitungseinrichtung ist dazu eingerichtet, die Position auf der Basis der bestimmten Lichtströme zu bestimmen.
Durch die Verwendung zweier Sensoren kann die Eingabevorrichtung verbessert ausfallsicher gestaltet sein. Die optischen Bauelemente können kostengünstiger als Bauelemente für eine beispielsweise magnetbasierte Bestimmung der Position sein. Dabei ist die Bestimmung unempfindlich gegenüber einem externen Magnetfeld. Die berührungslose optische Positionsbestimmung kann langlebig und robust sein. Ein Fehler an der Eingabevorrichtung kann leicht bestimmt werden. Die Funktionssicher heit kann ohne Verwendung speziell spezifizierter Bauelemente kontrolliert werden.
Der Moderator kann eingerichtet sein, die Lichtströme in Abhängigkeit der Position des Bedienelements bezüglich der Sensoren graduell zu reflektieren, abzuschatten oder zu diffundieren. Insbesondere kann eine Kombination zweier oder aller drei ge nannten Eigenschaften erfolgen, beispielsweise indem zur Reflektion keine verspie gelte, sondern eine helle, diffundierende Oberfläche verwendet wird, sodass die Stärke des am Sensor eintreffenden Lichtstroms vom Abstand des Moderators von der Lichtquelle oder vom Sensor abhängig sein kann. Weitere Kombinationen sind ebenfalls möglich.
Optional ist eine weitere Lichtquelle vorgesehen, wobei die Sensoren jeweils dazu eingerichtet sind, eine eintreffende Überlagerung von Lichtströmen aus beiden Licht quellen zu bestimmen. Prinzipiell können beliebig viele Lichtquellen eingesetzt wer den, um die Ausfallsicherheit weiter zu erhöhen. Dabei kann jeder Sensor zur Positi onsbestimmung bezüglich einer beliebigen Kombination von Lichtquellen konfiguriert werden, sodass er auch dann funktionieren kann, wenn alle bis auf eine Lichtquelle ausfallen sollten. Es können auch mehr als zwei Sensoren eingesetzt werden, wodurch die Funktions oder Ausfallsicherheit weiter erhöht werden kann. Wegen der üblicherweise man gelnden gegenseitigen Beeinflussung der Lichtströme kann ein gemeinsamer Mode rator verwendet werden.
Die Lichtquelle kann dazu eingerichtet sein, den Lichtstrom in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich bereitzustellen, wobei die Sensoren dazu eingerichtet sind, nur einen Lichtstrom des entsprechenden Wellenlängenbereichs zu bestimmen. Der Wel lenlängenbereich kann außerhalb einem sichtbaren Spektrum liegen, beispielsweise im Infrarot-Bereich, um die Störsicherheit der Eingabevorrichtung zu erhöhen. Bevor zugt liegt der Wellenlängenbereich außerhalb des Spektrums von Tageslicht, sodass die Eingabevorrichtung durch natürliches Licht und die meisten üblichen künstlichen Lichtquellen nicht gestört werden zu können.
Die Lichtquelle kann zur Bereitstellung eines modulierten Lichtstroms eingerichtet sein, wobei die Sensoren jeweils dazu eingerichtet sind, nur einen entsprechend mo dulierten Lichtstrom zu bestimmen. Beispielsweise können eine Frequenzmodulation, eine Amplitudenmodulation, eine Puls-Code-Modulation, eine Pulsweitenmodulation (PWM) oder eine andere Modulation verwendet werden. Auch eine Kombination von Modulationen ist möglich.
Werden mehrere Lichtquellen verwendet, so können sie unterschiedlich moduliert werden, sodass sie gleichzeitig an einem Sensor eintreffen und trotzdem unabhängig voneinander bestimmt werden können.
Ein Wählhebel zur Steuerung eines Getriebes umfasst ein bewegliches Bedienele ment und eine hierin beschriebene Eingabevorrichtung. Der Wählhebel kann insbe sondere zur Eingabe eines Fahrerwunschs für eine Betriebsart des Getriebes oder einen Gangstufenwechsel verwendet werden. Die Beweglichkeit des Wählhebels kann beispielsweise mittels einer Kulisse auf eine vorbestimmte Trajektorie einge schränkt sein. Rastpunkte entlang der Trajektorie können beispielsweise mittels ei nes federbelasteten Nockens am Bedienelement und korrespondierenden Rastmul den entlang der Trajektorie realisiert werden. Ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines beweglichen Bedienelements an einer hierin beschriebenen Eingabevorrichtung umfasst Schritte des Bestimmens des ersten Lichtstroms; des Bestimmens des zweiten Lichtstroms; und des Bestimmens der Position des Bedienelements auf der Basis der bestimmten Lichtströme. Das Verfahren kann mittels der Eingabevorrichtung durchgeführt werden. Insbesondere kann das Verfahren in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcode mitteln vorliegen, das auf einer als programmierbarer Mikroprozessor oder Mikro computer ausgebildeten Verarbeitungseinrichtung der Eingabevorrichtung ablaufen kann. Das Computerprogramm kann auch auf einem computerlesbaren Medium ab gespeichert sein. Merkmale oder Vorteile des Verfahrens können auf die Eingabevor richtung oder den Wählhebel übertragen werden oder umgekehrt.
In einer ersten Variante des Verfahrens wird die Position auf der Basis einer Kombi nation der bestimmen Lichtströme bestimmt. Dazu können insbesondere Sensorsig nale der Sensoren voneinander subtrahiert werden und die entstehende Differenz kann auf eine Position abgebildet werden. Die Abbildung kann insbesondere mittels einer vorbestimmten Funktion, einer Tabelle oder eines Kennfelds durchgeführt wer den. Die Sensoren können Analogsignale bereitstellen und die Subtraktion kann ana log oder nach einer Analog-Digital-Wandlung auch digital erfolgen. Alternativ stellen die Sensoren digitale Werte bereit, wobei bevorzugt ist, dass eine Auflösung eines genutzten Messbereichs über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt. Für eine Anwendung als Schalter kann eine Auflösung von einem Bit, entsprechend zwei Po sitionen, ausreichend sein. Für eine andere Anwendung kann eine Auflösung, bei spielsweise im Bereich von ca. 8 - 12 Bit, vorteilhaft sein.
In einer zweiten Variante des Verfahrens wird bezüglich des ersten bestimmen Licht stroms eine erste Position und bezüglich des zweiten bestimmen Lichtstroms eine zweite Position bestimmt. Anschließend kann die Position des Bedienelements auf der Basis der ersten und der zweiten Position bestimmt werden. Die Abbildung eines mittels eines der Sensoren bestimmten Lichtstroms auf die Position des Bedienele ments bzw. des daran angebrachten Moderators kann etwa mittels einer Tabelle, einer vorbestimmten Funktion oder eines Kennfelds erfolgen. Die Kombination der beiden Positionen zur Position des Bedienelements kann eine Fusion oder einen Vergleich umfassen, der beispielsweise algorithmisch oder mittels eines weiteren Kennfelds erfolgen kann. Sollten die bestimmten Positionen nicht ausreichend genau zueinander passen, so kann ein Fehler bestimmt werden.
Die Position kann bezüglich einer vorbestimmten Anzahl vorbestimmter Positionen bestimmt werden. Eine Position, die zwischen zwei benachbarten, vorbestimmten Positionen liegt, kann als inkorrekt verworfen werden. In diesem Fall kann ein Fehler bestimmt werden. In diesem Fall kann eine der beiden vorbestimmten Positionen als Position des Bedienelements bestimmt werden.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Wählhebels mit einer Eingabevor richtung;
Figur 2 einen beispielhaften Wählhebel mit einer Eingabevorrichtung;
Figur 3 unterschiedliche Varianten von Anordnungen eines Moderators in einem
Lichtstrom; und
Figur 4 ein Ablaufdiagramm eines exemplarischen Verfahrens zur Bestimmung der Position eines Bedienelements an einer Eingabevorrichtung darstellt.
Figur 1 zeigt einen beispielhaften Wählhebel 100, der bevorzugt zum Einsatz an Bord eines Kraftfahrzeugs eingerichtet ist und insbesondere zur Bestimmung eines Fahrerwunschs verwendet werden kann. Der Fahrerwunsch kann weiter bevorzugt einen Betriebsmodus oder eine Aktion eines Schaltgetriebes umfassen, das Teil ei nes Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs ist. Der Wählhebel 100 umfasst ein Bedien element 105 und eine Eingabevorrichtung 1 10.
Die Eingabevorrichtung 1 10 umfasst eine Lichtquelle 1 15, einen ersten Sensor 120 und einen zweiten Sensor 125. Die Lichtquelle 1 15 und die Sensoren 120, 125 sind rein beispielhaft auf einer Leiterplatte 130 angebracht. Das Bedienelement 105 ist beweglich gelagert; vorliegend wird beispielhaft von einer Beweglichkeit entlang ei ner vorbestimmten Geraden ausgegangen. Eine Position des Bedienelements 105 kann in der dargestellten Ausführungsform entlang einer beispielhaften Richtung x angegeben werden. Ein erster Lichtstrom 140 verläuft von der Lichtquelle 115 zu ei nem Moderator 135 und von dort zum ersten Sensor 120. Ein zweiter Lichtstrom 145 verläuft von der Lichtquelle 115 zum Moderator 135 und von dort zum zweiten Sen sor 125.
Der Moderator 135 ist dazu eingerichtet, die Lichtströme 140, 145 in Abhängigkeit der Position des Bedienelements 105 zu beeinflussen. Dazu kann der Moderator135 einen Lichtstrom 140, 145 reflektieren, abschatten oder diffundieren. In der darge stellten Ausführungsform erfolgt eine Reflexion, also eine Richtungsänderung der Lichtströme 140, 145. Dabei kann gleichzeitig eine Diffusion, also eine ungerichtete Streuung der Lichtströme 140, 145 erfolgen, sodass nur ein Teil des diffundierten Lichtstroms 140, 145 in die Sensoren 120, 125 fällt. Zur gesteuerten Abschattung kann der Moderator 135 in den Lichtströmen 140, 145 zwischen der Lichtquelle 1 15 und einem Sensor 120, 125 liegen. Eine Reflexion oder Diffusion muss dabei nicht erfolgen.
Die Sensoren 120, 125 können lichtabhängige Widerstände, Fotodioden, Fototran sistoren, Solarzellen oder andere lichtabhängige Elemente umfassen. Bevorzugt wird die Stärke des jeweiligen Lichtstroms 140, 145 bestimmt, also etwas, das mit dem Auge als Helligkeit wahrnehmbar ist.
Im unteren Bereich von Figur 1 sind zwei fiktive Diagramme 150, 155 dargestellt, die den Sensoren 120 und 125 zugeordnet sind. In horizontaler Richtung ist jeweils eine Position des Bedienelements 105 (und damit des Moderators 135) und in vertikaler Richtung die Stärke I des jeweils bestimmten Lichtstroms 140, 145 dargestellt. Auf grund des dargestellten symmetrischen Aufbaus der Eingabevorrichtung 1 10 sind die beiden Kurven der Diagramme 150, 155 spiegelbildlich zueinander; die Anordnung der Lichtquelle 1 15, des Moderators 135 und der Sensoren 120, 125 kann jedoch auch anders sein und es können beliebige Kurven vorliegen, die jeweils die Abhän- gigkeit einer bestimmten Intensität von einer Position des Bedienelements 105 an- zeigen.
In einer ersten Variante wird die Position des Bedienelements 105 sowohl bezüglich der am ersten Sensor 120 bestimmten Intensität als auch bezüglich der am zweiten Sensor 125 bestimmten Intensität bestimmt. Zur Bestimmung kann die jeweilige be stimmte Intensität beispielsweise mittels der zugeordneten, dargestellten Kurve der Diagramme 150, 155 auf eine Position abgebildet werden. In der dargestellten Aus führungsform sind nur vorbestimmte Positionen des Bedienelements 105 vorgese hen, deren zugeordneten Intensitäten in den Diagrammen 150, 155 durch schraffier te Felder gekennzeichnet sind. Sollte eine bestimmte Intensität außerhalb eines der Felder liegen, so kann die Bestimmung als ungültig verworfen werden. Ein dunkler Kreis symbolisiert eine beispielhaft bestimmte Position bezüglich der Darstellung im oberen Bereich von Figur 1. Die bestimmten Positionen in den Diagrammen 150, 155 stimmen in x-Richtung im Wesentlichen miteinander überein. Für die Bestimmung kann davon ausgegangen werden, dass die Intensität des von der Lichtquelle 1 15 ausgesandten Lichtströme 140, 145 bekannt ist und kein Fremdlicht aus einer ande ren als der Lichtquelle 1 15 an den Sensoren 120, 125 eintrifft.
Sollten die mittels der Sensoren 120, 125 bestimmten Positionen nicht zusammen passen, kann ebenfalls ein Fehler bestimmt werden. Andernfalls kann die Position des Bedienelements 105 auf der Basis der bestimmten Intensitäten oder Positionen bestimmt werden.
In einer zweiten Variante werden die von den Sensoren 120, 125 bereitgestellten Sensorwerte miteinander kombiniert und die Position des Bedienelements 105 wird bezüglich des Ergebnisses bestimmt. Insbesondere können die Sensorwerte vonei nander abgezogen werden, wofür Minuend und Subtrahend einmalig festgelegt wer den können. Das Ergebnis kann mittels einer ähnlichen Kurve wie in den Diagram men 150, 155 in eine Position des Bedienelements 105 umgesetzt werden. Die Kur ve verläuft üblicherweise linearer als eine einzelne Kurve, dafür kann nicht immer bestimmt werden, ob die durch die Sensoren 120, 125 bestimmten Intensitäten zuei nander passen oder nicht. Die Bestimmungen der beiden Varianten werden bevorzugt mittels einer Verarbei tungseinrichtung 160 durchgeführt. Diese ist bevorzugt digital ausgeführt, wobei ein durch einen Sensor 120, 125 bestimmter analoger Sensorwert mittels eines Analog- Digital-Wandlers digitalisiert werden kann. Die Subtraktion der oben beschriebenen zweiten Variante kann auch vor dem Umwandeln erfolgen. Die bestimmte Position des Bedienelements 105 kann an einer Schnittstelle 170 bereitgestellt werden. Ein bestimmter Fehler kann ebenfalls über die Schnittstelle 170 oder auf andere Weise bereitgestellt werden. In der Verarbeitungseinrichtung 160 kann ein Zusammenhang zwischen einer Intensität und einer Position des Bedienelements 105 abgelegt sein. Der Zusammenhang kann insbesondere auf der Basis einer Tabelle, eines Graphen, eines Kennfelds, einer Funktion oder eines physikalischen Modells bestimmt sein.
Figur 2 zeigt einen beispielhaften Wählhebel 100 mit einer Eingabevorrichtung 1 10, von der nicht alle Elemente dargestellt sind. Das Bedienelement 105 ist mit einem insbesondere reflexiven Moderator 135 verbunden. Rein beispielhaft ist das Bedien element 105 nur linear in vertikaler Richtung beweglich, wobei das Einnehmen einer von einer Menge von vorbestimmten Positionen X, A1 , A2, B1 oder B2 bestimmt werden soll. Das Bedienelement 105 kann dazu eingerichtet sein, an einigen der ge nannten vorbestimmten Positionen einzurasten, sodass eine vorbestimmte Lösekraft zur weiteren Bewegung aufgebracht werden muss. Die vorbestimmten Positionen können beispielsweise Schaltprogrammen P, R, N, D, S eines automatischen Getrie bes zugeordnet sein. Nicht in Figur 2 dargestellt sind weitere beispielhafte Positionen Tipi und Tip2, die in bekannter Manier in einer parallelen Schaltgasse gegen einen elastischen Widerstand eingelegt werden und ein Herauf- oder Herunterschalten des Getriebes anfordern können. Das Einnehmen der Positionen Tipi und Tip2, sowie gegebenenfalls einer anderen oder weiteren vorbestimmte Position durch das Bedie nelement 105, können in der beschriebenen Weise mittels der Eingabevorrichtung 1 10 bestimmt werden. Optional kann dabei eine Abfolge bestimmter Positionen aus gewertet werden. Beispielsweise kann die Position Tipi direkt von der Position X aus anwählbar sein, nicht aber von der Position A2. Figur 3 zeigt unterschiedliche Varianten von Anordnungen eines Moderators in ei nem Lichtstrom 140. Den Darstellungen ist exemplarisch eine Eingabevorrichtung 1 10 nach Art eines Tasters zu Grunde gelegt. Ein elastisches Rückstellelement ist nicht dargestellt und von der Eingabevorrichtung 1 10 sind jeweils nur die Lichtquelle 1 15, ein Sensor 120 und der Moderator 135 eingezeichnet.
Im oberen Bereich ist ein erster Taster 305 und im unteren Bereich ein zweiter Taster 310 dargestellt. Jeweils links ist der Taster 305, 310 unbetätigt und jeweils rechts durch einen Druck von oben betätigt gezeigt. Der erste Taster 305 kann nach dem reflektiven und/oder diffusiven Prinzip arbeiten, bei dem die Position des Bedienele ments 105 die Streuung des ersten Lichtstroms 140 am Moderator 135 zwischen der Lichtquelle 1 15 und dem ersten Sensor 120 beeinflusst. Zusätzlich kann der Modera tor 135 den Lichtstrom 140 unterbrechen, wenn der Taster 305 betätigt ist. Der zwei te Taster 310 arbeitet vorwiegend nach dem Verschattungsprinzip, bei dem der Mo derator 135 den Lichtstrom 140 in Abhängigkeit seiner Position unterbricht. Hier sind eine Diffusion oder eine Reflexion üblicherweise unerwünscht und der Moderator 135 kann reflexionsarm ausgeführt sein.
Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines exemplarischen Verfahrens 400 zur Bestim mung der Position eines Bedienelements 105 an einer Eingabevorrichtung 110. Das Verfahren 400 kann insbesondere ganz oder teilweise auf der Verarbeitungseinrich tung 160 ablaufen.
In einem ersten Schritt 405 wird Licht von einem Sensor 120, 125 erfasst und in ei nem Schritt 410 optional diskriminiert. Die Schritte 405, 410 können so oft nebenläu fig zueinander durchgeführt werden wie Sensoren 120, 125 vorgesehen sind. Das Diskriminieren kann ein Filtern einer vorbestimmten Art von am Sensor 120, 125 ein getroffenem Licht umfassen. So können beispielsweise ein moduliertes oder auf ei nen vorbestimmten Frequenzbereich beschränktes Licht, welches von der Lichtquelle 1 15 ausgesandt wurde, einer Intensitätsmessung unterzogen werden während ande res Licht unbeachtet bleiben kann. Eine Diskriminierung kann auch schon vor dem Eintreffen eines Lichtstroms 140, 145 an einem Sensor 120, 125 erfolgen, beispiels weise mittels einer Blende, einem Farbfilter oder einer Linse. In einem Schritt 415 können die mittels der Sensoren 120, 125 bestimmten Intensitä ten quantifiziert werden. In einem Schritt 420 werden in einer Variante auf der Basis mehrerer bestimmter Sensorwerte mehrere Positionen bestimmt, auf deren Basis nachfolgende die Position des Bedienelements 105 bestimmt wird. In einer anderen Variante werden im Schritt 420 mehrere Sensorwerte miteinander kombiniert und die Position des Bedienelements 105 wird bezüglich des Kombinationsergebnisses be stimmt. Die bestimmte Position des Bedienelements 105 kann dann bereitgestellt werden, beispielsweise mittels der Schnittstelle 165.
Bezuqszeichen Wählhebel
Bedienelement
Eingabevorrichtung
Lichtquelle
erster Sensor
zweiter Sensor
Leiterplatte
Moderator
erster Lichtstrom
zweiter Lichtstrom
erstes Diagramm
zweites Diagramm
Verarbeitungseinrichtung
Schnittstelle erster Taster
zweiter Taster Verfahren
Erfassen Licht
Diskriminieren
differentielle Quantifizierung
Bestimmen Position

Claims

Patentansprüche
1. Eingabevorrichtung (1 10) zur Bestimmung der Position eines beweglichen Bedie nelements (105), umfassend:
eine Lichtquelle (1 15);
einen ersten Sensor (120) zur Bestimmung eines ersten Lichtstroms (140), der von der Lichtquelle (1 15) zum ersten Sensor (120) fließt;
einen zweiten Sensor (125) zur Bestimmung eines zweiten Lichtstroms (145), der von der Lichtquelle (1 15) zum zweiten Sensor (125) fließt;
wobei die Sensoren (120, 125) räumlich voneinander getrennt sind;
einen mit dem Bedienelement (105) verbundenen Moderator, der in beiden Lichtströmen (140, 145) liegt, sodass die Lichtströme (140, 145) von der Posi tion des Bedienelements (105) abhängig sind; und
eine Verarbeitungseinrichtung (160), die dazu eingerichtet ist, die Position auf der Basis der bestimmten Lichtströme (140, 145) zu bestimmen.
2. Eingabevorrichtung (1 10) nach Anspruch 1 , wobei der Moderator dazu eingerichtet ist, die Lichtströme (140, 145) in Abhängigkeit der Position des Bedienelements (105) bezüglich der Sensoren (120, 125) graduell zu reflektieren, abzuschatten oder zu diffundieren.
3. Eingabevorrichtung (1 10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine weitere Lichtquelle (115) vorgesehen ist und die Sensoren (120, 125) jeweils dazu eingerichtet sind, ei ne eintreffende Überlagerung von Lichtströmen (140, 145) aus beiden Lichtquellen (115) zu bestimmen.
4. Eingabevorrichtung (1 10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (115) dazu eingerichtet ist, den Lichtstrom (140, 145) in einem vorbe stimmten Wellenlängenbereich bereitzustellen und die Sensoren (120, 125) dazu eingerichtet sind, nur einen Lichtstrom (140, 145) des entsprechenden Wellenlän genbereichs zu bestimmen.
5. Eingabevorrichtung (1 10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (115) zur Bereitstellung eines modulierten Lichtstroms (140, 145) einge richtet ist und die Sensoren (120, 125) jeweils dazu eingerichtet sind, nur einen ent sprechend modulierten Lichtstrom (140, 145) zu bestimmen.
6. Wählhebel zur Steuerung eines Getriebes, wobei der Wählhebel ein bewegliches Bedienelement (105) und eine Eingabevorrichtung (1 10) nach einem der vorange henden Ansprüche umfasst.
7. Verfahren (400) zum Bestimmen einer Position eines beweglichen Bedienele ments (105), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Bestimmen (405) eines ersten Lichtstroms (140), der von einer Lichtquelle (1 15) zu einem ersten Sensor (120) fließt;
Bestimmen (405) eines zweiten Lichtstroms (145), der von der Lichtquelle (1 15) zu einem zweiten Sensor (125) fließt,
wobei die Sensoren (120, 125) räumlich voneinander getrennt sind, wobei in den Lichtströmen (140, 145) ein Moderator liegt, der mit dem Bedien element (105) verbunden ist, sodass die Lichtströme (140, 145) von der Posi tion des Bedienelements (105) abhängig sind; und
Bestimmen (420) der Position auf der Basis des ersten und des zweiten Licht stroms (145).
8. Verfahren (400) nach Anspruch 7, wobei die Position auf der Basis einer Kombina tion der bestimmen Lichtströme (140, 145) bestimmt (420) wird.
9. Verfahren (400) nach Anspruch 7, wobei bezüglich des ersten bestimmen Licht stroms (140) eine erste Position bestimmt wird; bezüglich des zweiten bestimmen Lichtstroms (145) eine zweite Position bestimmt wird; und die Position auf der Basis der ersten und der zweiten Position bestimmt (420) wird.
10. Verfahren (400) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Position bezüglich einer vorbestimmten Anzahl vorbestimmter Positionen (X, A1 , A2, B1 , B2) bestimmt (420) wird.
1 1 . Verfahren (400) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei ein Fehler bestimmt (420) wird, wenn die bestimmten Lichtströme (140, 145) an unterschiedlichen Senso ren (120, 125) nicht zu einer vorbestimmten Position korrespondieren.
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