DE19808665C1 - Automobile steering column switch - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Schalter für ein Kraftfahrzeug, der vorzugsweise am Lenkrad angeordnet ist und mit dem bei spielsweise Blinker oder Scheibenwischer gesteuert werden können.The invention relates to a switch for a motor vehicle, which is preferably arranged on the steering wheel and with the for example, indicators or wipers can be controlled can.
Ein bekannter Lenkstockschalter (DE 20 55 170 B2) kann in zwei senkrecht aufeinander stehenden Ebenen (horizontal und vertikal), bewegt, um die eigene Achse gedreht sowie axial verstellt werden. In jeder Schaltstellung werden dabei Schaltstellungen eingenommen, durch die dann Schalteinrich tungen im Kraftfahrzeug gesteuert werden. In die verschiede nen Schaltpositionen wird dabei eine elektrische Verbindung durch galvanischen Kontakt geschlossen, wodurch die Schalt funktion ausgeübt wird. Solche Schalter sind jedoch sehr an fällig gegen Abnutzen der Schaltkontakte, da die elektrische Verbindung mechanisch durch galvanischen Kontakt (Reibkon takt) hergestellt wird.A known steering column switch (DE 20 55 170 B2) can be found in two mutually perpendicular levels (horizontal and vertical), moved, rotated about its own axis and axially be adjusted. In every switching position Switch positions taken by the then switching device lines in the motor vehicle are controlled. In the different NEN switching positions is an electrical connection closed by galvanic contact, whereby the switching function is exercised. However, such switches are very on due against wear of the switch contacts, since the electrical Connection mechanically by galvanic contact (friction con clock) is produced.
Bekannte induktive Meßgeber (DE 196 34 281 A1 und DE 26 53 943 A1) weisen ein ferromagnetisches Geberelement auf, das mit Hilfe einer Primärspule und einer Sekundärspule Längen und Winkel mißt. Hierzu ist eine Erregereinheit vorhanden, durch die der Primärspule ein Wechselstrom aufgeprägt wird, infolgedessen in der Sekundärspule eine Spannung induziert wird, deren Höhe von dem Geberelement beeinflußt wird.Known inductive sensors (DE 196 34 281 A1 and DE 26 53 943 A1) have a ferromagnetic sensor element that with the help of a primary coil and a secondary coil lengths and measure angle. There is an excitation unit for this, through which an alternating current is impressed on the primary coil, consequently a voltage is induced in the secondary coil whose height is influenced by the transmitter element.
Ein bekannter kapazitiver Meßwertgeber (DE 27 37 110 A1) weist zwei Elektroden eines Kondensators auf, mit dessen Hil fe die Lage eines Objekts erfaßt wird.A known capacitive sensor (DE 27 37 110 A1) has two electrodes of a capacitor, with whose Hil fe the position of an object is detected.
Solche Meßwertgeber können jedoch nicht als Schalter verwen det werden.However, such sensors cannot be used as switches be det.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Schalter zu schaffen, dessen Schaltpositionen sicher eingenommen werden und der dabei weitgehend verschleißarm funktioniert.The invention is based on the problem of a switch create, the switching positions are safely taken and that works largely with little wear.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst. Dabei weist der Schalter eine Sen soreinheit auf, die im Bereich des Schalthebels angeordnet ist und eine Verstellung des Schalthebels berührungslos er faßt. Hierzu weist der Schalthebel zumindest an seinem Ende ein Geberelement auf, durch deren Bewegung ein elektrisches Signale in der Sensoreinheit hervorgerufen wird. Die erfaßten Signale werden einer Auswerteeinheit zugeführt, die dann ent sprechende Schalteinrichtungen im Kraftfahrzeug steuert.According to the invention, this problem is solved by the features of Claim 1 solved. The switch has a sen sensor unit arranged in the area of the shift lever is and an adjustment of the shift lever without contact sums up. For this purpose, the shift lever has at least at its end a sensor element, the movement of which causes an electrical Signals are caused in the sensor unit. The captured Signals are fed to an evaluation unit, which then ent controls switching devices in the motor vehicle.
Als Rastschalter verbleibt der Schalthebel in seiner Schalt position. Als Tastschalter geht der Schalthebel nur kurzzei tig in seine Schaltposition und kehrt dann in seine Ausgangs stellung zurück.The shift lever remains in its shift as a latching switch position. As a push button switch, the shift lever is only briefly tig to its switching position and then returns to its starting position position back.
Außerdem kann ein solcher Schalter nicht nur eine Schaltposi tion in einer Bewegungsrichtung einnehmen, sondern viele. Der Schalter bleibt dennoch in viele Richtungen verstellbar und ist trotzdem einfach aufgebaut.In addition, such a switch can not only be a switch position tion in one direction, but many. Of the Switch remains adjustable and in many directions is still simple.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen gekennzeichnet. So kann die Sensoreinheit ein fach durch eine Primärspule und eine Sekundärspule realisiert sein, wobei das von der Sekundärspule erzeugte Magnetfeld durch ein ferromagnetisches Geberelement an dem Schalthebel beeinflußt wird. Der Strom oder die Spannung in der Sekundär spule werden zu Positionsermittlung des Schalthebels gemes sen.Advantageous embodiments of the invention are in the Un marked claims. So the sensor unit can fold realized by a primary coil and a secondary coil be, the magnetic field generated by the secondary coil by a ferromagnetic transmitter element on the shift lever being affected. The current or voltage in the secondary Coil are measured to determine the position of the shift lever sen.
Statt der Spulen können auch Kondensatoren verwendet werden, deren elektrisches Feld ausgewertet wird. Hierzu ist das Ge berelement eine erste Elektrode eines Kondensators, während die zweite Elektrode in der Sensoreinheit angeordnet ist. Es können mehrere zweite Elektroden um das Ende des Schalthebels räumlich verteilt angeordnet sein. Wenn der Schalthebel ver stellt wird, so ändert sich auch das elektrische Feld zumin dest eines Kondensators. Die Änderung wird durch Messen der Spannungspotentials an der zweiten Elektrode festgestellt. Auf diese Weise wird die Bewegung des Schalthebels berüh rungslos, und zwar kapazitiv, erfaßt.Capacitors can also be used instead of the coils, whose electrical field is evaluated. The Ge a first electrode of a capacitor, while the second electrode is arranged in the sensor unit. It can have several second electrodes around the end of the shift lever be spatially distributed. If the shift lever ver is set, the electric field also changes least of a capacitor. The change is made by measuring the Voltage potential found on the second electrode. In this way, the movement of the shift lever is touched unscrupulous, capacitive.
Da die Spannung genau zu messen ist, kann die Position des Schalthebels exakt bestimmt werden. Somit ist es möglich, mehrere unterschiedliche Schaltzustände in einer Bewegungs richtung des Schalthebels einzunehmen.Since the voltage is to be measured precisely, the position of the Shift lever can be determined exactly. So it is possible several different switching states in one movement direction of the shift lever.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are described below the schematic drawings explained in more detail. Show it:
Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Lenkstock schalters, Fig. 1 is a view of a steering column switch according to the invention,
Fig. 2 eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Lenkstockschalters, Fig. 2 is a view of another embodiment of a steering column switch,
Fig. 3A bis 3C einen Lenkstockschalter mit induktivem Senso relement in verschiedenen Schaltstellungen und Figs. 3A to 3C, a steering column switch with inductive Senso Rdevice in different switching positions and
Fig. 4 einen Signalverlauf in der Sensoreinheit nach den Fig. 3A bis 3C. Fig. 4 shows a waveform in the sensor unit of Figs. 3A to 3C.
Ein erfindungsgemäßer Schalter wird hier am Beispiel eines Lenkstockschalters 1 (Fig. 1) näher erläutert. Der Lenk stockschalter 1 weist einen Schalthebel 2 auf, der an einem Ende (griffseitiges Ende) einen Schalthebelgriff 3 zum manu ellen Betätigen aufweist. Durch das Betätigen wird der Schalthebel 2 an seinem anderen Ende (schaltseitige Ende) in verschiedene, festgelegte Schaltpositionen verstellt. Um die jeweilige Schaltpositionen zu erfassen, ist an diesem Ende eine Sensoreinheit 4 mit einer Auswerteeinheit angeordnet. A switch according to the invention is explained in more detail here using the example of a steering column switch 1 ( FIG. 1). The steering column switch 1 has a shift lever 2 , which has a shift lever handle 3 at one end (handle-side end) for manual operation. By actuating the shift lever 2 is adjusted at its other end (switch-side end) in different, fixed switching positions. In order to detect the respective switching positions, a sensor unit 4 with an evaluation unit is arranged at this end.
Der Lenkstockschalter 1 kann in zwei senkrecht aufeinander stehenden Ebenen (z. B. vertikal und horizontal) hin- und her bewegt, axial z. B. nach links und rechts gedreht und in Achs richtung gedrückt werden. Somit hat der Lenkstockschalter 1 sieben Freiheitsgrade, in die der Schalthebel 2 verstellt werden kann und die durch entsprechende Pfeile in der Fig. 1 dargestellt sind.The steering column switch 1 can be moved back and forth in two mutually perpendicular planes (e.g. vertical and horizontal), axially z. B. turned to the left and right and pressed in the axis direction. The steering column switch 1 thus has seven degrees of freedom, into which the shift lever 2 can be adjusted and which are represented by corresponding arrows in FIG. 1.
In der Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Lenkstockschalters 1 gezeigt, der in jeder Bewegungsrichtung stufenweise verstellt werden kann (vgl. die unterbrochen dar gestellten Pfeile). Das griffseitige Ende des Schalthebels weist ein Geberelement (vgl. Bezugszeichen 6 in der Fig. 2 oder Bezugszeichen 11 in den Fig. 3A bis 3C) auf. Durch das manuelle Betätigen des Schalthebels 2 wird das schaltsei tige Ende mit dem Geberelement in seiner Lage verstellt.In Fig. 2, another embodiment of the steering column switch 1 is shown, which can be adjusted gradually in each direction of movement (see. The arrows shown interrupted). The handle-side end of the shift lever has a transmitter element (see reference number 6 in FIG. 2 or reference number 11 in FIGS. 3A to 3C). By manual actuation of the shift lever 2 , the switch-side end is adjusted in position with the transmitter element.
Die Lage oder Position, die zumindest kurzfristig von dem Ge berelement eingenommen wird, wird von der Sensoreinheit 4 er faßt. Die Lage oder die Position des Geberelements kann auch in der Sensoreinheit 4 erfaßbare Wirkung erzielen (hierauf wird später noch eingegangen).The location or position, which is taken at least briefly by the Ge berelement, is detected by the sensor unit 4 . The position or the position of the transmitter element can also have a detectable effect in the sensor unit 4 (this will be discussed later).
Entsprechend der betätigten Schaltstellung werden von dem Ge berelement Schaltpositionen eingenommen, die zugeordneten Schaltzuständen entsprechen. In der Sensoreinheit 4 werden elektrische Parameter gemessen und ausgewertet, die von dem Geberelement beeinflußt sind. Entsprechend dem Ergebnis wer den dann elektrische Schaltsignale erzeugt, durch die nicht dargestellte Schalteinrichtungen im Kraftfahrzeug, wie bei spielsweise Blinker, Scheibenwischer, Scheibenwischerwasser, Licht, Bordcomputer, Geschwindigkeitskontrolle (Tempomat), usw. gesteuert werden.According to the actuated switching position, switching positions are assumed by the Ge berelement, which correspond to the assigned switching states. Electrical parameters that are influenced by the transmitter element are measured and evaluated in the sensor unit 4 . According to the result, who then generates the electrical switching signals through which switching devices, not shown, in the motor vehicle, such as indicators, windshield wipers, windshield wiper water, lights, on-board computer, speed control (cruise control), etc. are controlled.
Im folgenden sei angenommen, daß das schaltseitige Ende des Schalthebels 2 eine erste Elektrode 6 (Fig. 2) eines Konden sators ist. Eine oder mehrere zweite Elektroden 7 liegen seitlich des Schalthebels 2 in einem Abstand d dazu. Falls der Schalthebel 2 verstellt wird, so ändert sich der Abstand d der Elektroden jeden Kondensators. Bekanntlich hängt die elektrische Spannung eines Kondensators vom Abstand d der Elektroden zueinander ab. Diese Spannung und die Spannungsän derung wird gemessen und mit Vergleichswerten verglichen. Auf diese Weise wird die Position des Schalthebels 2 erkannt und je nach Höhe der Spannung einem Schaltzustand zugeordnet.In the following it is assumed that the switching end of the shift lever 2 is a first electrode 6 ( Fig. 2) of a capacitor. One or more second electrodes 7 are located to the side of the shift lever 2 at a distance d from them. If the shift lever 2 is adjusted, the distance d between the electrodes of each capacitor changes. As is known, the electrical voltage of a capacitor depends on the distance d between the electrodes. This voltage and the voltage change is measured and compared with comparison values. In this way, the position of the shift lever 2 is recognized and assigned to a switching state depending on the level of the voltage.
Alternativ dazu kann auch der Schalthebel 2 ein Dielektrikum zwischen zwei feststehende Elektroden je nach Verstellung des Schalthebels 2 mehr oder weniger einführen. Dadurch ändert sich ebenfalls die Spannung am Kondensator.Alternatively, the shift lever 2 can insert a dielectric between two fixed electrodes, depending on the adjustment of the shift lever 2, more or less. This also changes the voltage across the capacitor.
Für das folgende Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß die Sensoreinheit 4 als induktive Sensoreinheit mit einer Primär spule 8 und einer Sekundärspule 9 (Fig. 3A bis 3C) ausge bildet ist. Die Primärspule 8 wird von einem nicht darge stellten Oszillator mit einer Wechselspannung zu einer Schwingung angeregt. Dadurch entsteht ein erstes Magnetfeld der Primärspule 8. Da die beiden Spulen transformatorisch oder magnetisch miteinander gekoppelt sind, wird in der Se kundärspule 9 eine Wechselspannung induziert, die ihrerseits ein Magnetfeld erzeugt.For the following embodiment it is assumed that the sensor unit 4 is formed as an inductive sensor unit with a primary coil 8 and a secondary coil 9 (FIGS . 3A to 3C). The primary coil 8 is excited by an oscillator, not shown, with an alternating voltage to oscillate. This creates a first magnetic field of the primary coil 8 . Since the two coils are coupled to one another in a transformer or magnetically manner, an alternating voltage is induced in the secondary coil 9 , which in turn generates a magnetic field.
Dieses Magnetfeld wird von dem Schalthebel 2 oder Geberele ment beeinflußt, falls dieses Geberelement aus einem parama gnetischen oder ferromagnetischen Material (im folgenden als Ferrit 11 bezeichnet) hergestellt ist. Der Ferrit 11 ist am schaltseitigen Ende des Schalthebels 2 angeordnet.This magnetic field is influenced by the switching lever 2 or Geberele element if this encoder element is made of a parametric or ferromagnetic material (hereinafter referred to as ferrite 11 ). The ferrite 11 is arranged on the switch-side end of the shift lever 2 .
In der Fig. 3A befindet sich der Schalthebel 2 in seiner Ausgangsstellung (Schaltzustand "0"). Der Ferrit 11 befindet sich am Rande des durch die Sekundärspule 9 erzeugten Magnet feldes. In Fig. 3A, the shift lever 2 is in its initial position (switching state "0"). The ferrite 11 is located on the edge of the magnetic field generated by the secondary coil 9 .
In der Fig. 3B wird eine erste Schaltstellung (Schaltzustand "1") infolge des Betätigens des Lenkstockschalters 1 einge nommen. Der Ferrit 11 befindet sich dabei mitten im Magnet feld. Wird der Lenkstockschalter 1 in die gleiche Richtung weiter verstellt, so wird gemäß Fig. 3C eine zweite Schalt stellung (Schaltzustand "2") eingenommen, bei der sich der Ferrit 11 dicht bei der Sekundärspule 9 befindet.In Fig. 3B, a first switch position (switching state "1") is taken as a result of operating the steering column switch 1 . The ferrite 11 is in the middle of the magnetic field. If the steering column switch 1 is further adjusted in the same direction, a second switching position (switching state "2") is assumed according to FIG. 3C, in which the ferrite 11 is located close to the secondary coil 9 .
Jede Schaltstellung wird durch die induktive Sensoreinheit 4 - wie später noch genauer erläutert - erfaßt und einem Schaltzustand zugeordnet, wodurch dann ein entsprechendes Schaltsignal ausgelöst wird.Each switching position is detected by the inductive sensor unit 4 - as will be explained in more detail later - and assigned to a switching state, which then triggers a corresponding switching signal.
Die Sekundärspule 9 ist bei diesem Ausführungsbeispiel im Be reich des Ferrits 11 auf einer Leiterplatte 12 angeordnet. Um jede Sekundärspule 9 herum ist jeweils eine oder mehrere Pri märspulen 8 als Erregereinheit angeordnet. Die Primärspulen 8 und die Sekundärspulen 9 sind dicht beieinander und derart angeordnet, daß der magnetische Fluß der Primärspule 8 durch die Sekundärspule 9 geht. Somit sind die beiden Spulen 8, 9 magnetisch miteinander gekoppelt.The secondary coil 9 is arranged in this embodiment in the loading area of the ferrite 11 on a circuit board 12 . Around each secondary coil 9 around one or more primary coils 8 is arranged as an excitation unit. The primary coils 8 and the secondary coils 9 are arranged close together and in such a way that the magnetic flux of the primary coil 8 passes through the secondary coil 9 . The two coils 8 , 9 are thus magnetically coupled to one another.
Die Primärspule 8 kann auch auf der anderen Seite der Leiter platte 12 angeordnet sein. Da die Leiterplatte 12 dünn ausge bildet ist, besteht dann noch immer eine ausreichende magne tische Kopplung zwischen der Primärspule 8 und der Sekundär spule 9.The primary coil 8 can also be arranged on the other side of the circuit board 12 . Since the circuit board 12 is thin out, there is still a sufficient magnetic coupling between the primary coil 8 and the secondary coil 9 .
Die durch das Magnetfeld der Primärspule 8 in der Sekundär spule 9 induzierte Spannung U2 ist unter anderem abhängig vom Abstand des Ferrits 11 zur Sekundärspule 9 und andererseits von den magnetischen Eigenschaften des Ferrits 11. Die Abhän gigkeit der induzierten Spannung vom Abstand des Ferrits 11 zu der Spule 9 ist in der Fig. 4 dargestellt. In der Fig. 4 ist der Ferrit 11 als auf der Sekundärspule 9 aufliegend dar gestellt. The voltage U 2 induced by the magnetic field of the primary coil 8 in the secondary coil 9 is dependent, inter alia, on the distance of the ferrite 11 from the secondary coil 9 and on the other hand on the magnetic properties of the ferrite 11 . The dependency of the induced voltage on the distance of the ferrite 11 to the coil 9 is shown in FIG. 4. In FIG. 4, the ferrite is provided as resting on the secondary coil 9 is. 11
Wenn der Ferrit 11 ganz auf der Spule 9 aufliegt (gemäß Fig. 3C), so ist die induzierte Spannung U2 am größten und liegt über einer Schaltschwelle US2. Falls die induzierte Spannung U2 größer ist als die Schaltschwelle US2, so wird dieser Span nung ein Schaltzustand "2" zugeordnet. Wird der Ferrit 11 von der Sekundärspule 9 wegbewegt (der Abstand wird größer), so wird die induzierte Spannung U2 kleiner. Unterschreitet die induzierte Spannung U2 die Schaltschwelle US2, so wird der Schaltzustand "1" eingenommen. Unterschreitet die induzierte Spannung U2 die Schaltschwelle US1, so wird der Schaltzustand "0" eingenommen (vgl. Fig. 3A). Die induzierte Spannung U2 hat ein Minimum bei der Spannung Uso.If the ferrite 11 lies completely on the coil 9 (according to FIG. 3C), the induced voltage U 2 is greatest and lies above a switching threshold U S2 . If the induced voltage U 2 is greater than the switching threshold U S2 , this voltage is assigned a switching state "2". If the ferrite 11 is moved away from the secondary coil 9 (the distance becomes larger), the induced voltage U 2 becomes smaller. If the induced voltage U 2 falls below the switching threshold U S2 , the switching state "1" is assumed. If the induced voltage U 2 falls below the switching threshold U S1 , the switching state "0" is assumed (cf. FIG. 3A). The induced voltage U 2 has a minimum at the voltage Uso.
Es können auch weit mehr Schaltzustände eingenommen werden, solange die zugehörigen Höhen oder Amplituden der induzierten Spannungen U2 deutlich voneinander zu unterscheiden sind. Dies gilt für jede Bewegungsrichtung des Schalthebels 2. So mit wird ein mehrstufiger, kontaktloser Schalter geschaffen.Far more switching states can also be assumed as long as the associated levels or amplitudes of the induced voltages U 2 can be clearly distinguished from one another. This applies to every direction of movement of the shift lever 2 . This creates a multi-stage, contactless switch.
Der elektrische Anschluß von jeder Sekundärspule 9 ist mit einer Auswerteeinheit verbunden. Die in der Sekundärspule 9 induzierte Spannung U2 wird in der Auswerteeinheit gemessen und mit den Schaltschwellen Usi verglichen. Hieraus läßt sich die tatsächlich eingenommene Schaltposition des Schalthebels 2 ermitteln und jeweils einem Schaltzustand zuordnen. Über eine Steuerleitung 13 wird das dann erzeugte Schaltsignal an Schalteinrichtungen oder weitere Geräte im Kraftfahrzeug wei tergeleitet, um dort entsprechend gewünschte Schaltvorgänge auszulösen.The electrical connection of each secondary coil 9 is connected to an evaluation unit. The voltage U 2 induced in the secondary coil 9 is measured in the evaluation unit and compared with the switching thresholds U si . From this, the shift position of the shift lever 2 actually assumed can be determined and each assigned to a shift state. Via a control line 13 , the switching signal then generated is forwarded to switching devices or other devices in the motor vehicle in order to trigger the desired switching operations there.
Die in einer Sekundärspule 9 induzierte Spannung U2 ist ab
hängig von der Windungszahl N der Sekundärspule 9 und den
durch die Primärspule 8 erzeugten magnetischen Fluß Φ:
The voltage U 2 induced in a secondary coil 9 is dependent on the number of turns N of the secondary coil 9 and the magnetic flux Φ generated by the primary coil 8 :
Der magnetische Fluß Φ ist abhängig von der magnetischen In
duktion B und der von dem magnetischen Fluß Φ durchsetzten
Fläche A:
The magnetic flux Φ depends on the magnetic induction B and the area A penetrated by the magnetic flux Φ:
Die magnetische Induktion B ist sowohl von der relativen und
absoluten Permeabilität µr bzw. µ0 des Raumes, der von dem
Fluß Φ durchsetzt ist, als auch von der magnetischen Feld
stärke H abhängig:
The magnetic induction B is dependent both on the relative and absolute permeability µ r or µ 0 of the space permeated by the flux Φ and on the magnetic field strength H:
B = µ0 . µr . H (3)B = µ 0 . µ r . H (3)
Somit ergibt sich - vereinfacht - für die in der Sekundärspu
le 9 induzierte Spannung U2:
In simple terms, this results for the voltage U 2 induced in the secondary coil 9 :
U2 = N . µ0µr . H . A (4)U 2 = N. µ 0 µ r . H . A (4)
Die in der Sekundärspule 9 induzierte Spannung U2 hängt unter anderem von der relativen Permeabilität µr des Stoffes (das heißt von seinem magnetischen Verhalten) ab, der sich im Be reich der zugeordneten Sekundärspule 9 innerhalb des Magnet felds befindet. Wenn sich der Schalthebel 2 mit seinem Ferrit 11 in dem Magnetfeld befindet, so hängt die Höhe der indu zierten Spannung U2 von den magnetischen Eigenschaften des Ferrits 11 ab.The voltage U 2 induced in the secondary coil 9 depends, among other things, on the relative permeability μ r of the substance (that is to say on its magnetic behavior) which is in the region of the associated secondary coil 9 within the magnetic field. If the shift lever 2 with its ferrite 11 is in the magnetic field, the level of the induced voltage U 2 depends on the magnetic properties of the ferrite 11 .
Statt eines Ferrits 11, der an dem Schalthebel 2 befestigt ist, kann auch der ganze Schalthebel 2 aus einem magnetischen Material hergestellt sein. Hierzu eignen sich paramagnetische und besonders ferromagnetische Stoffe, die bekanntlich als Ferrite bezeichnet werden. Für diese Stoffe gilt eine relati ve Permeabilität µr << 1, zum Beispiel µr = 1000 oder 10000. Dadurch wird eine deutliche Beeinflussung der induzierten Spannung U2 erreicht, wenn sich der Schalthebel 2 im Magnet feld befindet und sich der Sekundärspule 9 nähert. Je näher er an der Sekundärspule 9 ist, desto größer wird die indu zierte Spannung U2.Instead of a ferrite 11 which is fastened to the shift lever 2 , the entire shift lever 2 can also be made from a magnetic material. Paramagnetic and especially ferromagnetic materials, known as ferrites, are suitable for this. A relative permeability µ r << 1 applies to these substances, for example µ r = 1000 or 10000. This has a significant influence on the induced voltage U 2 when the shift lever 2 is in the magnetic field and approaches the secondary coil 9 . The closer it is to the secondary coil 9 , the greater the induced voltage U 2 .
Die Primärspulen 8 und die Sekundärspulen 9 können als elek trisch leitende Schichten der Leiterplatte 12 ausgebildet sein. Vorzugsweise sind sie als spiralförmige Leiterbahnen auf der Leiterplatte 12 ausgebildet.The primary coils 8 and the secondary coils 9 can be formed as electrically conductive layers of the circuit board 12 . They are preferably designed as spiral conductor tracks on the printed circuit board 12 .
Wenn die Sensoreinheit 4 eine kapazitive Sensoreinheit 4 ist, so sind die Elektroden als Kontaktflächen auf der Leiterplat te 12 ausgebildet.If the sensor unit 4 is a capacitive sensor unit 4 , the electrodes are formed as contact surfaces on the printed circuit board 12 .
Zum Erfassen der Schaltpositionen können Sekundärspulen 9 räumlich verteilt um das schaltseitige Ende des Schalthebels 2 in der Nähe des Ferrits 11 angeordnet sein. Die Sekundär spulen 9 können aber auch in einer einzigen Ebene auf der Leiterplatte 12 angeordnet sein, falls eine Umlenkeinheit 14 vorhanden ist, die die räumliche, dreidimensionale Bewegungen des Schalthebels 2 in eine zweidimensionale Bewegung umset zen. Da eine solche Umlenkeinheit 14 bekannt ist und relativ einfach aufzubauen ist, kann somit die einfache Sensoreinheit 4 mit kleinen Abmessungen geschaffen werden.To detect the switching positions, secondary coils 9 can be arranged spatially distributed around the switching-side end of the switching lever 2 in the vicinity of the ferrite 11 . The secondary coils 9 can also be arranged in a single plane on the printed circuit board 12 if a deflection unit 14 is present, which converts the spatial, three-dimensional movements of the shift lever 2 into a two-dimensional movement. Since such a deflection unit 14 is known and can be constructed relatively easily, the simple sensor unit 4 can thus be created with small dimensions.
Der Lenkstockschalter 1 kann als Tastschalter oder als Rast schalter ausgebildet sein. Als Rastschalter verbleibt er in derjenigen Schaltposition, in die er bewegt wird. Dies kann auch mehrstufig geschehen, wobei dann mehrere rastende Posi tionen in einer Richtung eingenommen werden.The steering column switch 1 can be designed as a push button switch or as a latching switch. As a latching switch, it remains in the switch position into which it is moved. This can also be done in several stages, in which case several latching positions are taken in one direction.
Als Tastschalter kehrt der Schalthebel 2 in seine Ausgangspo sition zurück. Falls er als mehrstufiger Tastschalter ausge bildet ist, so wird die Endstufe über eine rastende Zwischen stufe erreicht. Dies kann beispielsweise durch eine zweistu fige Feder 15 realisiert werden, die zwischenzeitlich in ei ner Zwischenposition einrastet, jedoch nicht in dieser Posi tion verbleibt. The switch lever 2 returns to its starting position as a pushbutton switch. If it is designed as a multi-stage button switch, the final stage is reached via a latching intermediate stage. This can be realized, for example, by a two-stage spring 15 , which in the meantime engages in an intermediate position, but does not remain in this position.
Je nach Kraftaufwand wird dann der Schalthebel 2 entweder nur in die erste oder über die erste in die zweite Position und danach gegebenenfalls in weitere Positionen bewegt. Bei Nach lassen der auf den Schalthebelgriff 3 einwirkenden manuellen Kraft, kehrt der Schalthebel 2 aufgrund der Federkraft in seine Ausgangsposition zurück. Da die Sensoreinheit 4 konti nuierlich arbeitet, wird jede Bewegung des schaltseitigen En des des Schalthebels 2 erfaßt, auch wenn sie nur von sehr kurzer Dauer ist und nicht die volle Bewegungslänge ausge nutzt wird. Infolgedessen werden kurzzeitige Spannungsimpulse von der Sensoreinheit 4 erfaßt, aus deren Amplitude der Schaltzustand ermittelbar ist.Depending on the effort required, the shift lever 2 is then either moved only into the first position or via the first into the second position and then, if appropriate, into further positions. After leaving the manual force acting on the shift lever handle 3 , the shift lever 2 returns to its original position due to the spring force. Since the sensor unit 4 works continuously, every movement of the switching side En of the shift lever 2 is detected, even if it is only of very short duration and the full movement length is not used. As a result, short-term voltage pulses are detected by the sensor unit 4 , from the amplitude of which the switching state can be determined.
Der Schalthebel 2 kann vollständig aus Ferritmaterial (sehr hohe Permeabilität µr) oder einem Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten εr hergestellt sein. Für die Erfin dung genügt es jedoch, wenn nur das schaltseitige Ende des Schalthebels 2 aus dem entsprechenden Material hergestellt ist. Ebenso können ein oder mehrere Geberelemente, wie Ferri te 11, an dem schaltseitigen Ende des Schalthebels 2 befe stigt sein.The shift lever 2 can be made entirely of ferrite material (very high permeability μ r ) or a material with a high dielectric constant ε r . For the inven tion, however, it is sufficient if only the switch-side end of the shift lever 2 is made of the appropriate material. Likewise, one or more transmitter elements, such as ferrite 11 , can be attached to the switch-side end of the shift lever 2 .
Das Geberelement kann auch ein nicht dargestellter optischer Sender, wie eine LED sein. Dann muß in der Sensoreinheit 4 mehrere optische Empfänger, wie Photodioden, angeordnet sein, durch die die Verstellung des Schalthebels 2 optisch erfaßt wird. Die Sensoreinheit 4 kann auch eine optische Sensorein heit sein, die die empfangene Lichtmenge mißt. Bei einer sol chen Sensoreinheit 4 können am Schalthebel 2 mehrere unter schiedliche Lichtdurchlaßöffnungen oder farblich unterschied liche Reflektoren angeordnet sein. Durch die Bewegung des Schalthebels 2 wird dann die Lichtmenge beeinflußt.The transmitter element can also be an optical transmitter, not shown, such as an LED. Then a plurality of optical receivers, such as photodiodes, must be arranged in the sensor unit 4 , by means of which the adjustment of the shift lever 2 is optically detected. The sensor unit 4 can also be an optical sensor unit that measures the amount of light received. In a sol chen sensor unit 4 , a plurality of different light transmission openings or different colored reflectors can be arranged on the shift lever 2 . The amount of light is then influenced by the movement of the shift lever 2 .
Für die Erfindung ist die Ausgestaltung des Schalthebels 2 unwesentlich. Wesentlich hingegen ist, daß der Schalthebel 2 einen Einfluß auf einen Parameter (z. B. Spannung) hat, der von der Sensoreinheit 4 einfach gemessen werden kann. Dieser Parameter ist abhängig von dem Abstand oder von der Position des schaltseitigen Endes des Schalthebels 2, wenn das Ge berelement an diesem Ende angeordnet ist.The design of the shift lever 2 is immaterial for the invention. On the other hand, it is essential that the shift lever 2 has an influence on a parameter (eg voltage) that can be easily measured by the sensor unit 4 . This parameter depends on the distance or on the position of the switching end of the shift lever 2 when the Ge berelement is arranged at this end.
Als Auswerteeinheit kann ein Mikroprozessor dienen, der die induzierte Spannung U2 mißt und mit den Schwellspannungen Usi (i = 1, 2, ...) vergleicht. Gegebenenfalls kann noch ein A/D- Wandler dem Eingang des Mikroprozessors vorgeschaltet sein, der die analoge Spannung U2 in einen digitalen Wert wandelt.A microprocessor can be used as the evaluation unit, which measures the induced voltage U 2 and compares it with the threshold voltages U si (i = 1, 2, ...). If necessary, an A / D converter can also be connected upstream of the input of the microprocessor, which converts the analog voltage U 2 into a digital value.
Bei dem erfindungsgemäßen Lenkstockschalter 1 werden mehrere Schaltpositionen sicher und berührungslos eingenommen und auch erkannt. Die zu schaltenden Einrichtungen im Kraftfahr zeug können somit individuell vom Benutzer multifunktional gesteuert werden. Solche Lenkstockschalter 1 werden vorzugs weise in Kraftfahrzeugen als Lichtschalter, Scheibenwischer schalter oder sonstige Schalter verwendet. Solche Schalter können per Hand mechanisch betätigt werden und befinden sich vorzugsweise am Lenkstock in der Nähe des Lenkrades und somit in Griffweite des Fahrers. Sie können auch an anderer Stelle im Kraftfahrzeug angeordnet sein.In the steering column switch 1 according to the invention, several switching positions are safely and contactlessly assumed and also recognized. The devices to be switched in the vehicle can thus be individually multifunctionally controlled by the user. Such steering column switch 1 are preferably used in motor vehicles as a light switch, wiper switch or other switch. Such switches can be operated mechanically by hand and are preferably located on the steering column near the steering wheel and thus within easy reach of the driver. They can also be arranged elsewhere in the motor vehicle.
Der Schalthebel 2 kann auch von einem Gehäuse umgeben sein und nur das griffseitige Ende, d. h. das Ende des Schalthebel griffs 3, kann aus dem Gehäuse herausragen. Somit wird nicht der gesamte Lenkstockschalter bewegt, sondern nur der Schalt hebel 2. Es können auch mehrere Schalthebel 2 in einem Gehäu se untergebracht sein, die dann alle unabhängig voneinander zum Schalten bewegt werden können. Auf diese Weise kann in einem Gehäuse je ein Schalthebel für unterschiedliche Schalt funktionen vorhanden sein. Bei allen Schalthebeln 2 wird nur ein Ende manuell betätigt.The shift lever 2 can also be surrounded by a housing and only the handle-side end, ie the end of the shift lever handle 3 , can protrude from the housing. Thus, not the entire steering column switch is moved, only the shift lever 2 . It can also be housed several shift levers 2 in a hous se, which can then be moved independently of each other for switching. In this way, a shift lever for different switching functions can be present in a housing. With all shift levers 2 , only one end is operated manually.
Claims (5)
- 1. einem Schalthebel (2), der horizontal, vertikal, axial und/oder radial verstellt werden kann, wodurch jeweils eine Schaltfunktion durchgeführt wird, und zumindest dessen Ende ein Geberelement (6, 6, 11) aufweist,
- 2. einer Sensoreinheit (4; 8, 9), die im Bereich des Geberele ments (6, 6, 11) angeordnet ist und eine Verstellung des Schalthebels (2) aufgrund der Bewegung des Geberelements (6, 11) berührungslos erfaßt, und mit
- 3. einer Auswerteeinheit, die Signale der Sensoreinheit (4; 8, 9) auswertet, um Schalteinrichtungen im Kraftfahrzeug ent sprechend der Verstellung des Schalthebels (2) zu steuern.
- 1. a shift lever ( 2 ) which can be adjusted horizontally, vertically, axially and / or radially, whereby a shift function is carried out in each case and at least the end of which has a transmitter element ( 6 , 6 , 11 ),
- 2. a sensor unit ( 4 ; 8 , 9 ), which is arranged in the area of the Geberele element ( 6 , 6 , 11 ) and detects an adjustment of the shift lever ( 2 ) due to the movement of the transmitter element ( 6 , 11 ) without contact, and with
- 3. an evaluation unit, the signals of the sensor unit ( 4 ; 8 , 9 ) evaluates to control switching devices in the motor vehicle accordingly the adjustment of the shift lever ( 2 ).
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