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