DE102013223297A1

DE102013223297A1 - Bedienhebel und Verfahren zum Betreiben eines Bedienhebels

Info

Publication number: DE102013223297A1
Application number: DE102013223297.7A
Authority: DE
Inventors: Ralf Pfeifer; Andreas Peukert
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG; Lemfoerder Electronic GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG; Lemfoerder Electronic GmbH
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2015-05-21
Also published as: EP3069052A1; US20160305539A1; US10563756B2; CN105723127B; CN105723127A; WO2015071041A1

Abstract

Die hier vorgestellte Erfindung betrifft einen Bedienhebel (100) zur Ausgabe eines Bedienhebelsignals (165), das eine Auswahl einer von mehreren möglichen Stellungen des Bedienhebels (100) repräsentiert. Dabei weist der Bedienhebel (100) eine Verbindungseinheit (110) mit einer Mehrzahl von Eingängen (115) und zumindest einem Ausgang (140) zur Ausgabe des Bediensignals aus dem Bedienhebel (100) auf, insbesondere wobei eine Anzahl von Eingängen (115a–f) eine Anzahl von Ausgängen (140) übersteigt, wobei die Verbindungseinheit (110) ausgebildet ist, um zu einem ersten Zeitpunkt einen ersten der Eingänge (115a) mit dem zumindest einen Ausgang (140) zu verbinden und zu einem dem ersten Zeitpunkt nachfolgenden zweiten Zeitpunkt einen zweiten der Eingänge (115b) mit dem zumindest einen Ausgang (140) zu verbinden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Bedienhebel und ein Verfahren zum Betreiben eines Bedienhebels und ein Verfahren zum Auswerten eines Bedienhebelsignals gemäß den Hauptansprüchen.
Bei rein manuellen Schaltgetrieben werden heute noch Seilzugschaltungen entwickelt und produziert. In den letzten Jahren geht der Trend zur elektronischen Übermittlung der Informationen zwischen Wählhebel und Getriebe.
Erste Zwischenstufen haben das Getriebe und den Wählhebel mit einem eigenen Kabelbaum verbunden. Der Kabelbaum war dabei nicht mehr als ein elektrisches Verlängerungskabel, um Funktionen räumlich trennen zu können. Der Nachteil war, dass die Anzahl der Leitungen im Kabelbaum von den Funktionen abhängig war und tendenziell der Kabelbaum mit den Anforderungen schwerer, länger und teurer wurde. Die dabei entstehende Menge zusätzlicher Leitungen wurde erst durch Einführung eins Bussystems im Fahrzeug (derzeit dominantes System ist CAN) reduziert werden. Gleichzeitig wurden die Leitungen nicht mehr einzeln für Signale, sondern für den Transport von Nachrichten benutzt. Dies bedeutet erhöhten Aufwand an den Endpunkten, da Nachrichten codiert, decodiert und die Korrektheit der Übertragung sichergestellt werden muss.
Einige der im Markt befindlichen Schaltungssysteme besitzen nur noch eine elektronische Anbindung an das Fahrzeug. Die Informationsübermittlung erfolgt dabei beispielsweise über das Tastverhältnis eines PWM-Signals oder über den CAN-Bus mit regulären CAN-Botschaften. Diese als „Shift-by-Wire” oder kurz SbW bezeichneten Schaltungen haben eine Reihe von Vorteilen gegenüber andere elektrischen wie mechanischen Schnittstellen, insbesondere:
Bei der Anbindung über den CAN-Bus reichen zwei Leitungen für den Bus plus Stromversorgung, um alle Informationen mit dem Getriebe und anderen Steuergeräten (z. B. Kombiinstrument) auszutauschen.
Der Wählhebel kann frei im Arbeitsbereich des Fahrers platziert werden.
Es kann eine Abkopplung von mechanischen Schwingungen (NVH) realisiert werden, da keine Löcher in der Fahrgastzelle für Leitungen, keine Biegeradien für Seilzüge oder starre Kinematiken zu beachten sind.
Es kann eine einfache Übernahme in andere Plattformen/Baureihen erfolgen, da Anpassung über Konfiguration möglich ist.
Eine schnelle Montage bei der Produktion ist sichergestellt, da keine Verlegungs- und Einstellarbeiten notwendig sind.
Eine freie Wahl bei der Art der Betätigung ist möglich, da Betätigungskräfte und -wege bzw. Betätigungssperren beliebig ausgestaltet werden können.
Zusatzfunktionen wie Force-Feedback, automatisches Ein- und Ausfahren des Wählhebels lassen sich leicht implementieren.
Als bekannte Nachteile im Stand der Technik lassen sich anführen:
Die Übertragung von Informationen in einem SbW-System erfordert auch entsprechenden Aufwand zur Aufbereitung, Codierung, Dekodierung und um die Integrität der Informationen wie auch der verarbeitenden Komponenten zu sichern. In der Regel erfordert dies eine komplette Logik, bestehend aus
zusätzlicher Hardware, insbesondere einen Microcontroller (μC, CPU),
Komponenten für die Kommunikation (Transceiver) und besonders komplexe Komponenten bei CAN-Bus-Anbindung,
Software für Funktionen, Diagnose
Redundanzen der genannten Komponenten zur Absicherung
Überwachung der gesamten Entwicklung mit Methoden der Funktionalen Sicherheit (insbesondere auf Basis von ISO 26262),
Bauraum für diese Komponenten, die besonders schlanke Wählhebel beschränken erhöhter Energieaufwand und damit auch
thermische Probleme in knapp bemessenem Bauraum
sowie höheres Gewicht.
Diese Anforderungen erhöhen vor allem die Entwicklungskosten durch mehr Spezialisten, mehr Tests, mehr Werkzeuge, die Stückkosten durch mehr Hardware, längere Taktzeiten und die Dauer der Entwicklung durch mehr Funktionen.
Aus Erfahrung und statistisch begründet lässt sich außerdem erwarten, dass mehr Mitarbeiter bei der Entwicklung eines komplexeren Produktes auch mehr Fehler übersehen und damit höhere Folgekosten bzw. Rückstellungen für Gewährleistung erforderlich sind.
Vor diesem Hintergrund schafft der hier vorgestellte Ansatz einen verbesserten Bedienhebel, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines solchen Bedienhebels sowie ein Verfahren zum Auswerten eines Bedienhebelsignals gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft einen Bedienhebel zur Ausgabe eines Bedienhebelsignals, das eine Auswahl einer von mehreren möglichen Stellungen des Bedienhebels repräsentiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Bedienhebel eine Verbindungseinheit mit einer Mehrzahl von Eingängen und zumindest einem Ausgang zur Ausgabe des Bediensignals aus dem Bedienhebel aufweist, insbesondere wobei eine Anzahl von Eingängen eine Anzahl von Ausgängen übersteigt, wobei die Verbindungseinheit ausgebildet ist, um zu einem ersten Zeitpunkt einen ersten der Eingänge mit dem zumindest einen Ausgang zu verbinden und zu einem dem ersten Zeitpunkt nachfolgenden zweiten Zeitpunkt einen zweiten der Eingänge mit dem zumindest einen Ausgang zu verbinden.
Unter einem Bedienhebel kann eine mechanische Einheit verstanden werden, über welche ein Benutzer über eine manuelle Einstellung eines Schalters in eine von mehreren Stellungen eine Auswahl von unterschiedlichen Funktionen vornehmen kann. Beispielsweise kann der Bedienhebel Teil eines Fahrzeugs, insbesondere eine Getriebeeinheit sein, wobei durch den Bedienhebel beispielsweise ein Fahrer des Fahrzeugs eine Gangwahl vornehmen kann. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise auch über den Bedienhebel eine Schaltung des Getriebes in eine Parkposition oder in einen Leerlauf erfolgen, insbesondere wenn das Getriebe ein Automatikgetriebe ist. Unter einer Verbindungseinheit kann ein mechanisches, elektrisches oder elektronisches Bauelement verstanden werden, welches einen Schalter oder eine Weiche repräsentiert, mittels dem/der ein Signal von einem Eingang aus mehreren Eingängen auf einen Ausgang umgeleitet werden kann. Dabei kann beispielsweise eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den betreffenden Eingang und dem Ausgang hergestellt werden. Analog kann beispielsweise auch auf diese Weise eine elektrisch leitfähige Verbindung von dem Ausgang zu dem betreffenden Eingang einer solchen Verbindungseinheit hergestellt werden. Insbesondere kann dabei Verbindungseinheit eine größere Anzahl von Eingängen als ausgeglichen aufweisen. Hierdurch wird die Übermittlung von einer größeren Anzahl von verfügbaren Signal oder Informationen über eine (geringere) Anzahl von zur Verfügung stehenden Signalleitungen möglich. Unter einem ersten Zeitpunkt kann ein Zeitpunkt oder ein Zeitintervall verstanden werden, welches zeitlich vor dem zweiten Zeitpunkt liegt.
Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass eine große Anzahl von unterschiedlichen Informationen oder Sensorsignalen unter Verwendung einer Verbindungseinheit sehr effizient über eine geringe Anzahl von Signalleitungen übertragen werden kann. Vorteilhaft ist dieser Ansatz insbesondere dadurch, dass nun keine oder lediglich eine sehr geringe Vorverarbeitung oder Kodierung der über die Signalleitung oder die Signalleitungen zu übertragenen Informationen erforderlich ist. Vielmehr kann durch die Übertragung der Informationen oder Signalen in unterschiedlichen Zeitschlitzen eine technisch sehr einfache und somit kostengünstige Implementierung einer Informationsübertragung eines Bedienhebels mittels des Bedienhebelsignals erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Verbindungseinheit ausgebildet sein, um zum ersten Zeitpunkt den zweiten Eingang vom zumindest einen Ausgang zu trennen und/oder zum zweiten Zeitpunkt den ersten Eingang vom zumindest einen Ausgang zu trennen. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, mit sehr wenigen Signalleitungen dennoch einen eindeutigen und einfach zu identifizierenden Informationswert übertragen zu können.
Technisch besonders einfach umsetzen lässt sich eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Verbindungseinheit einen Multiplexer und/oder einen Zähler aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann zumindest ein Sensor zur Erfassung der Stellung des Bedienhebels als Bedienhebelsignals vorgesehen sein. Dabei kann der Sensor mit zumindest einem der Eingänge der Verbindungseinheit verbunden sein. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, ein Sensorsignal sehr einfach als Bedienhebelsignal ausgeben zu können, qohne dass hierfür eine besondere Aufbereitung des Sensorsignals erforderlich wäre.
Günstig ist ferner eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Verbindungseinheit ausgebildet ist, um nach dem zweiten Zeitpunkt zumindest zu einem dritten Zeitpunkt den ersten der Eingänge mit dem zumindest einen Ausgang zu verbinden, insbesondere wobei die Verbindungseinheit ausgebildet ist, um eine Verbindung des ersten Eingangs mit dem zumindest einen Ausgang oder des zweiten Eingangs mit dem zumindest einen Ausgang zyklisch zu wiederholen. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, durch ein alternierendes Umschalten einer Verbindung des Ausgangs zwischen dem ersten und dem zweiten Eingang eine Veränderung eines Wertes am ersten Eingang bzw. zweiten Einganges einer innerhalb eines vordefinierten Zeitintervalls erfassen zu können. Durch die Auswahl des vordefinierten Zeitintervalls kann somit ein zusätzlicher Freiheitsgrad bei der Übertragung der unterschiedlichen Werte an den Eingängen der Verbindungseinheit erfolgen.
Sehr flexibel ansteuern lässt sich eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Verbindungseinheit ausgebildet ist, um eine Verbindung eines der Eingänge mit zumindest einem Ausgang ansprechend auf ein im Bedienhebel generiertes Taktsignal und/oder ansprechend auf ein dem Bedienhebel von extern zugeführten Steuer- oder Taktsignals auszuführen. Die Verwendung eines im Bedienhebel generierten Taktsignals bietet dabei den Vorteil, eine Signalleitung von einer externen Steuereinheit einsparen zu können. Eine Taktung der Verbindungseinheit auf der Basis eines von extern zugefügten Steuer- oder Taktsignals bietet dagegen den Vorteil einer synchronisieren und somit sehr zuverlässigen Auswertung des Bedienhebelsignals.
Um eine Stellung der Verbindungseinheit überwachen zu können, insbesondere um zu überprüfen, welche Eingang aktuell von der Verbindungseinheit mit dem Ausgang gekoppelt ist, kann gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine mit zumindest dem zweiten Eingang der Verbindungseinheit gekoppelte Referenzsignalbereitstellungseinheit vorgesehen sein. Dabei kann die Referenzsignalbereitstellungseinheit ausgebildet sein, um zumindest den zweiten Eingang der Verbindungseinheit mit einem vordefinierten Referenzsignal zu beaufschlagen. Unter einer Referenzsignalbereitstellungseinheit kann dabei eine Einheit verstanden werden, welche ein definiertes Referenzsignal bereitstellt, welches bei der Verknüpfung des zweiten Eingangs der Verbindungseinheit mit dem Ausgang dieses Referenzsignal als Bedienhebelsignal bereitstellt. Wird nun von einer Auswertungseinheit das Referenzsignal als Bedienhebelsignal erkannt, kann hieraus geschlossen werden, dass die Verbindungseinheit den Ausgang mit dem zweiten Eingang verbunden hat. Beispielsweise kann eine solche Referenzsignalbereitstellungeinheit technisch sehr einfach als Widerstandsnetzwerk ausgebildet sein, wobei als Referenzsignal ein bestimmtes Potenzial oder eine bestimmte Spannung am zweiten Eingang bereitgestellt wird.
Insbesondere bei einer größeren Anzahl von Eingängen der Verbindungseinheit ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorteilhaft, bei der die Referenzsignalbereitstellungseinheit mit einer Mehrzahl von Eingängen der Verbindungseinheit gekoppelt ist. Dabei kann die Referenzsignalbereitstellungseinheit ausgebildet sein, um jeden der mit der Referenzsignalbereitstellungseinheit gekoppelten Eingänge der Verbindungseinheit mit dem Referenzsignal oder mit sich je unterscheidenden Referenzsignalen zu beaufschlagen, insbesondere wobei zwischen mit der Referenzsignalbereitstellungseinheit gekoppelten Eingängen der Verbindungseinheit zumindest ein weiterer Eingang der Verbindungseinheit angeordnet ist. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass mit einer technisch sehr einfach zu realisierenden Referenzsignalbereitstellungseinheit eine schnelle und eindeutige Erfassung oder Überprüfung der Verknüpfung von Eingängen auf einen Ausgang der Verbindungseinheit möglich ist.
Besonders vorteilhaft ist ferner eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine mit der Verbindungseinheit gekoppelte zweite Verbindungseinheit mit einer Mehrzahl von Eingängen und zumindest einem Ausgang zur Ausgabe des Bediensignals aus dem Bedienhebel und/oder zur Bereitstellung eines Eingangssignals für einen Eingang der Verbindungseinheit vorgesehen ist. Dabei kann die zweite Verbindungseinheit ausgebildet sein, um dem ersten Zeitpunkt einen ersten der Eingänge der zweiten Verbindungseinheit mit dem zumindest einen Ausgang der zweiten Verbindungseinheit zu verbinden und zu einem dem ersten Zeitpunkt nachfolgenden zweiten Zeitpunkt einen zweiten der Eingänge der zweiten Verbindungseinheit mit dem zumindest einen Ausgang der zweiten Verbindungseinheit zu verbinden. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, durch eine Ansteuerung von zwei Verbindungseinheiten beispielsweise technisch einfachere und somit kostengünstigere Verbindungseinheiten verwenden zu können. Weiterhin kann eine verbesserte Überprüfung der korrekten Funktion des Bedienhebels oder zumindest einer der Verbindungseinheiten mit einer solchen Ausführungsform vorteilhaft umgesetzt werden.
Günstig ist ferner eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die zweite Verbindungseinheit ausgebildet ist, um eine Verbindung eines der Eingänge der zweiten Verbindungseinheit mit zumindest einem Ausgang der zweiten Verbindungseinheit ansprechend auf ein im Bedienhebel generiertes Taktsignal und/oder ansprechend auf ein dem Bedienhebel von extern zugeführten Steuer- oder Taktsignals auszuführen.
Um einen Fehler in einer Einheit des Bedienhebels oder einer der Verbindungseinheiten technisch sehr einfach erkennen zu können, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zumindest ein Eingang der zweiten Verbindungseinheit mit zumindest einem Eingang der Verbindungseinheit gekoppelt sein.
Denkbar ist ferner eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der zumindest ein Eingang der zweiten Verbindungseinheit mit zumindest einem Ausgang der Verbindungseinheit gekoppelt und/oder verbunden ist. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die gestaffelte Verschaltung der beiden Verbindungseinheiten beispielsweise Verbindungseinheiten verwendet werden können, die eine sehr geringe Anzahl von Eingängen aufweisen. Dies vereinfacht einerseits die Ansteuerung der einzelnen Verbindungseinheiten und ermöglicht zudem den Einsatz von kleineren und somit kostengünstigeren Verbindungseinheiten in Bedienhebel.
Vorteilhaft ist ferner eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Verfahren zum Betreiben eines Bedienhebels gemäß einer hier vorgestellten Variante, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Verbinden eines ersten der Eingänge mit dem zumindest einen Ausgang zu einem ersten Zeitpunkt; und
Koppeln eines zweiten der Eingänge mit dem zumindest einen Ausgang zu einem dem ersten Zeitpunkt nachfolgenden zweiten Zeitpunkt.
Auch mit einer solchen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung lassen sich die Vorteile des hier vorgestellten Ansatzes sehr vorteilhaft implementieren.
Denkbar ist ferner eines Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Verfahren zur Auswertung eines Bedienhebelsignals, das aus einem Bedienhebel gemäß einer Variante eines hier beschriebenen Bedienhebels ausgegeben wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Untersuchen von zeitlichen Abschnitten des Bedienhebelsignals auf einen vorbestimmten Referenzsignalpegel hin; und
Ausgeben einer Ausgabeinformation, die eine Signalinformation repräsentiert, die in einem zeitlichen Abschnitt des Bedienhebelsignals enthalten ist, welcher nicht den vorbestimmten Referenzsignalpegel aufweist.
Vorteilhaft ist auch eine Vorrichtung zur Ansteuerung der Schritte des vorstehend genannten Verfahrens zum Betreiben eines Bedienhebels gemäß einer hier vorgestellten Variante. Eine solche Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das Sensor- oder Datensignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Verschaltung einer Verbindungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Bedienhebel;
2A ein weiteres Blockschaltbild einer Verschaltung eine Verbindungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Bedienhebel;
2B ein weiteres Blockschaltbild einer Verschaltung eine Verbindungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Bedienhebel;
3 ein weiteres Blockschaltbild einer Verschaltung eine Verbindungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Bedienhebel;
4 ein weiteres Blockschaltbild einer Verschaltung eine Verbindungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Bedienhebel;
5 ein weiteres Blockschaltbild einer Verschaltung eine Verbindungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Bedienhebel;
6 ein weiteres Blockschaltbild einer Verschaltung eine Verbindungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Bedienhebel;
7 ein weiteres Blockschaltbild einer Verschaltung eine Verbindungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Bedienhebel;
8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Bedienhebels; und
9 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren zum Auswerten eines Bedienhebelsignals.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Für die folgende Beschreibung ist die Kenntnis einiger elektronischer Komponenten für einen Wähl- oder Bedienhebel erforderlich, die im Rahmen dieser Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung konkret angegeben wurden, aber grundsätzlich von anderen Bauteilen ähnlich bereitgestellt werden können.
Zunächst wird in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zumindest ein Multiplexer als Verbindungseinheit verwendet. Ein Multiplexer (auch mit der Abkürzung „Mux” bezeichnet) verfügt über eine große Zahl von Eingängen, eine kleine Zahl von Steuereingängen und einen Ausgang. Bei n Steuereingängen verfügt ein Mux über e = 2ⁿ Eingänge. Von den Eingängen wird genau einer auf den einzigen Ausgang durchgeschaltet. Welcher es ist, bestimmen die n Steuereingänge, die je eine logische 0 oder 1 erhalten. Die Werte an den Steuereingängen kann man als Binärzahl auffassen und schreiben. Diese Binärzahl gibt an, welcher Eingang gerade zum Ausgang verbunden wird. Eine gängige Größe für Multiplexer sind n = 4 Steuereingänge und e = 16 Eingänge.
Weiterhin wird in den hier vorgestellten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ein Synchronzähler verwendet. Ein Synchronzähler hat einen Eingang und n Ausgänge. Sobald am Eingang ein Flankenwechsel (z. B. logisch 1 auf logisch 0) stattfindet, zählt der Synchronzähler um den Wert 1 hoch. An seinen n Ausgängen steht dann die nächstgrößere Binärzahl an. Am Eingang kann beispielsweise ein Taktgeber das Hochzählen an den n Ausgängen bewirken. Der Takt kann aber auch von einer anderen Quelle sein uns muss nicht periodisch sein.
Auch wird in den hier vorgestellten Ausführungsbeispielen ein Taktgeber verwendet. Der Taktgeber hat nur einen Ausgang wechselt periodisch von 0 auf 1 und wieder zurück auf 0.
Um Signale oder Zustände anzuzeigen, wird in Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine Lampe verwendet. Eine Lampe dient der Ausgabe. In diesem Zusammenhang soll eine Lampe nach einem kurzen Stromimpuls für eine gewisse Zeit nachleuchten. Zum Zweck der Diagnose kann die Lampe einen weiteren Ausgang besitzen, um Strom oder Spannung zurückzulesen. Damit soll es möglich sein, die Funktion der Lampe im Betrieb zu überprüfen.
Als anderes Element, welches in Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ein Taster oder Schalter zu nennen. Taster erlauben es, aktives Drücken durch eine Person zu erkennen. Zum Zweck der Diagnose kann der Taster doppelt ausgeführt sein. Zur weiter optimierten Diagnose kann das Signal des zweiten Tasters invertiert sein. Als weiter verbesserte Diagnose kann der Taster über Pull-Up Widerstände zwischen Spannungspegeln schalten, die weder mit der Versorgungsspannung noch mit Masse identisch sind.
Schließlich werden in Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung für einen Wählhebel oder Bedienhebel noch Sensoren als elektronische Komponenten verwendet. Sensoren sind Elemente, die beispielsweise berührungslos die Position eines mechanischen Bauelements, insbesondere eines Wähl- oder Bedienhebels erkennen können. Sensoren können induktiv, kapazitiv oder optisch geschaltet werden oder aber durch den Hall-Effekt. Manche Sensortypen können auch analog eine Größe erfassen, z. B. Entfernung oder Winkel. Zum Zweck der Diagnose können Sensoren zur Erkennung einer bestimmten Position doppelt ausgeführt sein.
Ein Mikroprozessor mit geeigneter Peripherie kann die vorstehend genannten Bauteile durchaus emulieren. Allerdings sollen mit dem hier beschriebenen Ansatz vor allem kostengünstige Komponenten vorgeschlagen werden, die mit geringen Entwicklungsumfängen für die Funktionale Sicherheit nach ISO 26262 auskommen.
Das hier vorgestellte Konzept soll die Vorteile in der Funktion des μC-gesteuerten SbW-Systems mit einfachen elektrischen Systemen verbinden, und gleichzeitig die Komplexität und Kosten senken. Kernpunkt bei der Überlegung ist folgender: Der Wählhebel kommt in den üblichen Konzepten mit genau einer Schnittstelle zu anderen Komponenten des Fahrzeugs aus, nämlich der zum Getriebe. Die direkte Kommunikation mit anderen Komponenten ist nur in Ausnahmefällen erforderlich, kann durch das Getriebesteuergerät übernommen werden.
Eine SbW-Schaltung setzt beispielsweise elektronisch gesteuerte Getriebe voraus, in sofern kann der hier vorgestellte Ansatz zum Stand der Technik überall dort eingesetzt werden, wo bisher SbW möglich war. Das Getriebe verfügt bereits über alle notwendigen Logikkomponenten, seine Aufrüstung wird sich vor allem in der Software widerspiegeln und wird daher eher einfach und kostengünstig sein. Obwohl Getriebesteuergeräte zahlreiche Funktionen ausführen sollten und entsprechend ausgelegt sind, besteht eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass Performance oder der Speichergröße des μC für die hier vorgestellte Erfindung angepasst werden sollten. Statt der Übertragung von Botschaften/Informationen ist die Kabelverbindung zwischen Getriebe und Wählhebel nur eine technisch anspruchslose und direkte Leitungsverlängerung.
Um die Nachteile eines umfangreichen Kabelbaumes zu vermeiden, wird für den hier vorgestellten Ansatz ein sehr einfaches Prinzip der Übertragungstechnik von mehreren Signalen über wenige Leitungen verwendet: Eine einfache Vermittlungsstelle im Wählhebel verbindet die relevanten Komponenten in Getriebe und Wählhebel. Relevante Komponenten des Wählhebels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind in diesem Zusammenhang beispielsweise Sensoren, Sperren/Sperrmagnete, Leuchtmittel (beispielsweise LED) für Nachtbeleuchtung und Anzeige der Fahrstufe und/oder Schalter für Getriebefunktionen (P-Taste, manueller Modus) zur Steuerung der Fahrdynamik und (optional) des Allradantriebes. Eine vorteilhafte Fortbildung des hier prinzipiell vorgeschlagenen Ansatzes kann in einer zyklischen Schaltung der Verbindungen, insbesondere durch Multiplexer gesehen werden.
Im Folgenden soll der hier vorgestellte Ansatz am Beispiel der folgenden Komponenten anhand des Blockschaltbildes aus 1 detaillierter dargestellt werden.
In der 1 ist dabei ein Bedienhebel 100 dargestellt, der beispielsweise eine Baugruppe repräsentiert, die als Wählhebel zur Steuerung eines Getriebes eines in der 1 nicht dargestellten Fahrzeugs vorgesehen ist. Dieser Bedienhebel 100 umfasst eine Verbindungseinheit 110, die beispielsweise als n-Multiplexer (n-Mux) ausgebildet ist. Die Verbindungseinheit 110 weist sechs Eingänge 115a bis 115f auf, welche Signale der Verbindungseinheit 110 zuführen können, die unterschiedliche Funktionen 120 des Wähl- oder Bedienhebels 100 repräsentieren. Ein Beispiel für eine der Funktionen 120 des Bedienhebels 100 können beispielsweise sein, dass ein Schaltelement 130 in einer Stellung oder Position ist, die die Parkposition (P) des Getriebes repräsentiert. Andere Beispiele für Funktionen 120 des Bedienhebels 100 können beispielsweise sein, dass das Schaltelement 130 in einer Stellung oder Position ist, die einen Leerlauf (N) oder einen Rückwärtsgang (R) des Getriebes repräsentiert. Die jeweilige Stellung des Schaltelements 130 kann dabei durch einen oder mehrere Sensoren 135 erfasst werden, die ein entsprechendes Signal liefern, welches dann beispielsweise an einem der Eingänge 115 der Verbindungseinheit 110 anliegen oder dort angelegt werden. Aus der nachfolgenden Beschreibung wird ersichtlich, dass noch weitere Möglichkeiten für Signale oder Funktionen 120 des Bedienhebels 100 denkbar sind.
Um nun die einzelnen Eingänge 115a bis 115f auf den (hier einzigen) Ausgang 140 der Verbindungseinheit 110 schalten zu können, wird ein Synchronzähler 145 (SZ) verwendet, der mit einem Takt 150 eines Taktgenerators 155 (T) beaufschlagt wird. Dabei zählt der Synchronzähler 145, ansprechend auf bestimmte Taktflanken des Taktsignals 150 fort, wobei an Ausgängen 160 des Synchronzählers 145 ein binäres Datenwort entsprechend dem Zählerstand des Synchronzählers 145 ausgegeben wird. Die Ausgänge 160 des Synchronzählers 145 werden dabei als Steuereingänge der Verbindungseinheit 110 verwendet, so dass beispielsweise entsprechend dem Zählerstand an den Ausgängen 160 des Synchronzählers 145 einer der Eingänge 115a bis 115f elektrisch leitfähig mit dem Ausgang 140 der Verbindungseinheit 110 verbunden wird. Auf diese Weise lässt sich technisch sehr einfach ein Signal an einem der Eingänge 115a bis 115f als Bedienhebelsignal 165 am Ausgang 140 der Verbindungseinheit 110 ausgeben. Dieses Bedienhebelsignal 165 kann dann beispielsweise an eine Verarbeitungseinheit 170 wie einem Mikroprozessor oder einer entsprechenden Logik in einem Getriebesteuergerät 175 verarbeitet und ausgewertet werden, wobei dieses Getriebesteuergerät 175 nun beispielsweise in einem Getriebe angeordnet sein kann, das vom Bedienhebel 100 entfernt und im Kraftübertragungsstrang des Fahrzeugs angeordnet ist.
Die Verbindungseinheit 100 kann dabei wie in der 1 exemplarisch dargestellt ein oder mehrere n-Multiplexer (Mux, n-Mux) mit e = 2ⁿ Eingängen, n Steuereingängen und einen Ausgang, einen Synchronzähler 145 (SZ) mit n Ausgängen, die den n-Mux steuern und einem CJK-Eingang für einen Taktgeber 155 (T). Der Synchronzähler 145 und der Taktgeber können in einem anderen Ausführungsbeispiel auch als Untereinheiten der Verbindungseinheit 110 verstanden werden.
Der Aufbau der Verbindungseinheit 110 kann gemäß einem Ausführungsbeispiel aus folgenden Komponenten bestehen oder diese Komponenten umfassen:

1) mindestens einen (beispielsweise analogen) Multiplexer (Mux) im Wählhebel 100, gesteuert durch einen Taktgeber 155 (T), wodurch der Mux a) in gleichmäßigen Zeitschritten und in einer fest definierten Reihenfolge b) jeden Eingang seiner Eingänge zu seinem Ausgang verbindet, c) wobei jeder Eingang des Mux seinerseits mit einer Funktionseinheit (einzelne LED, einzelner Sensor, Tastenkontakt) verbunden ist, oder alternativ d) mit einem bekannten und festen Spannungspegel als Bezugsgröße, sodass am Ausgang ohne Kenntnis des Taktes erkennbar ist, welche Funktionseinheit als letzte/nächste ausgelesen wurde/wird, sodass für einen kurzen Augenblick abwechselnd je eine Funktionseinheit im Wählhebel 100 oder ein Spannungspegel über den Ausgang des Mux an das Getriebe verbunden wird; und
2) zumindest ein Widerstandsnetzwerk als Referenzsignalbereitstellungseinheit, welches verschiedene Spannungspegel liefert.

Auf der Getriebeseite sollte in einem Getriebesteuergerät 175 mindestens ein I/O-Port vorhanden sein, über den der Ausgang 140 des Mux mit einem Pin des μC 170 im Getriebe bzw. Getriebesteuergerät permanent verbunden wird.
Nach DIN 44300 ist ein Multiplexer (kurz: Mux) eine Funktionseinheit, die Nachrichten von Kanälen einer Anzahl n an Kanäle einer anderen Anzahl m übergibt.
Ganz allgemein kann dabei gesagt werden, dass ein Multiplexer oder noch allgemeiner eine Verbindungseinheit, in der Lage ist, zu einem ersten Zeitpunkt einen ersten der Eingänge der Verbindungseinheit mit dem Ausgang zu verbinden und zu einem zweiten Zeitpunkt einen zweiten der Eingänge der Verbindungseinheit mit dem Ausgang zu verwenden. Dabei kann der erste Zeitpunkt zeitlich dem zweiten Zeitpunkt nachgelagert sein.
Nachfolgend sollen einige besondere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, insbesondere einer hierzu verwendbaren Verbindungseinheit 110 näher erläutert werden.
Um in einer marktfähigen Konstruktion möglichst einfache Komponenten zu verwenden, zeigen die Teilfiguren 2A und 2B der 2 zwei Varianten einer Verbindungseinheit 110 zur Verwendung in einem Bedienhebel 100.
Hier benötigt der Mux für x Nutzsignale zusätzlich x feste Spannungspegel, damit beim Wechsel zu einem neuen Nutzsignal immer für eine bestimmte Zeit ein Spannungspegel anliegt, an dem das Getriebesteuergerät den Wechsel des Nutzsignals erkennen kann. Der Mux benötigt also e = 2·x Eingänge. Diese festen Spannungspegel können als Referenzspannung beispielsweise durch ein Widerstandsnetzwerk 200 bereitgestellt werden, welches dann als Referenzspannungsbereitstellungseinheit 200 wirkt. In der Teilfigur 2A der 2 ist ein Blockschaltbild einer Verschaltung der Verbindungseinheit 110 mit einer solchen Referenzspannungsbereitstellungseinheit 200 abgebildet. Dabei liegt an einem ersten Eingang 1 der Verbindungseinheit 110 das Signal eines Tasters T1 an. Ab weiten Eingang der Verbindungseinheit 110 liegt ein Potenzial an, welches von einer Spannungsquelle gegen Masse geliefert wird. An einem dritten Eingang der Verbindungseinheit 110 liegt ein Signal einer ersten Lampe L1 (die auch eine LED sein kann) an. An einem vierten Eingang der Verbindungseinheit 110 liegt ein Spannungssignal als Referenzsignal an das durch eine Verbindung über einen Widerstand R4 auf den zweiten Eingang erhalten wird. An dem fünften Eingang der Verbindungseinheit 110 lieg ein Signal an, welches einem Sensorwert eines Sensors S1 entspricht, welcher beispielsweise eine Stellung oder Position des Schalthebels 130 aus 1 repräsentiert. An dem sechsten Eingang liegt ein Spannungssignal als Referenzsignal an, welches durch eine Verbindung des sechsten Eingangs mit dem vierten Eingang über einen Widerstand R3 erhalten wird. An dem siebten Eingang der Verbindungseinheit 110 liegt ein Signal einer zweiten Lampe 12 (die ebenfalls eine LED sein kann) an. An einem achten Eingang der Verbindungseinheit 110 liegt ein Spannungspegel als Referenzsignal an, welches durch eine Verbindung des sechsten Eingangs über einen Widerstand R2 erhalten wird. Dabei ist der achte Eingang der Verbindungseinheit 110 ferner über einen Widerstand R1 mit einem Masseanschluss verbunden. An dem neunten Eingang der Verbindungseinheit 110 liegt ein Signal eines zweiten Tasters T2 an. Somit wird durch die Zwischenschaltung von entsprechenden Referenzspannungspegeln oder -signalen eine hohe Anzahl von 2e Eingängen der Verbindungseinheit 110 benötigt, um dann jedoch sehr eindeutig die Weiterschaltung eines Einganges der Verbindungseinheit 110 auf den Ausgang 140 der Verbindungseinheit 110 an einem in der 2A nicht dargestellten Getriebesteuergerät 175 erkennen zu können. Der Synchronzähler 145 sollte dabei das Taktsignal 150 in einem Verhältnis von 1 zu 2e teilen, um zyklisch die durch Schaltung der Eingänge 115 der Verbindungseinheit 110 auf den (einzigen) Ausgang 140 zu bewerkstelligen.
Dabei kann durch die Spannungsteilerschaltung als Widerstandsnetzwerk zum Beaufschlagen des zweiten, vierten, sechsten und achten Eingangs der Verbindungseinheit 110 eine Referenzspannungsbereitstellungseinheit 200 gebildet sein. An den einzelnen Eingängen kann dabei ein definierter Spannungspegel als Referenzspannung angelegt werden, der beim zyklischen Durchschalten der Eingänge auf den Ausgang eine eindeutige Unterscheidung oder Abgrenzung der Signalwerte von unterschiedlichen Sensoren, Lampen oder Tastern ermöglicht. Dabei kann an jedem der Eingänge der Verbindungseinheit 110 eine unterschiedliche Spannungspegel angelegt werden, so dass auch eindeutig durch die Auswertung und das erkennen des jeweiligen Spannungspegel die aktuelle Verbindungsschaltung der Verbindungseinheit 110 identifiziert werden kann. Wird der zweite Eingang nicht mit einem bestimmten Referenzpotenzial oder einem bestimmten Spannungspegel verbunden, lässt sich durch das Widerstandsnetzwerk auch der zweite, vierte, sechste und achte Eingang der Verbindungseinheit 110 auf einen einheitlichen, d. h. gleichen Potenzialpegel legen. Auf diese Weise kann dann zwar nicht mehr eindeutig unterschieden werden, in welcher Stellung die Verbindungseinheit 110 sich aktuell befindet, dennoch kann eine Trennung von zwei Werten, beispielsweise des Sensors und einer der Lampen, eindeutig identifiziert werden.
In Abwandlung von der Schaltungsstruktur aus 2A kann in dem Ausführungsbeispiel gemäß der 2B eine Verbindungseinheit 140 eingesetzt werden, die deutlich weniger Eingänge 115 erfordert. Daher liegen beispielsweise an den Eingängen 115 der Verbindungseinheit 140 lediglich die Signale des ersten Tasters T1, der ersten Lampe L1, des (ersten) Sensors S1, der zweiten Lampe 12, des zweiten Tasters T2 sowie eines Referenzsignals an, welches unter Verwendung eines Widerstands R1 gegen Massepotenzial erhalten wird. Der Ausgang 140 der Verbindungseinheit 110 ist mit einem ersten Eingang 220a einer zweiten Verbindungseinheit 230 verbunden. Der zweite Eingang 220p der zweiten Verbindungseinheit 230 ist über einen Widerstand R2 eine Massepotenzial verbunden. Auf diese Weise ist die zweite Verbindungseinheit 230 als 1-Multiplexer ausgestaltet, wogegen die (erste) Verbindungseinheit 110 als Multiplexer mit e + 1 Eingängen 115 ausgestaltet ist. Die zweite Verbindungseinheit 230 kann dann somit durch eine Taktverarbeitungseinheit 235 das Taktsignal 150 des Taktgenerators 155 erhöhen (oder erniedrigen) und die zweite Verbindungseinheit 230 damit ansteuern. Auf diese Weise kann auch auf einem Ausgang 240 der zweiten Verbindungseinheit 230 ein Bedienhebel Signal ausgegeben werden, welches nun durch ein Referenzsignal auf dem zweiten Eingang 220b des nun als Referenzsignalbereitstellungseinheit 200 dienenden Widerstands R2 geliefert wird.
Auf diese Weise benötigt der Mux der Verbindungseinheit 110 für e Nutzsignale nur e + 1 Eingänge, denn nur ein Wert wird als Spannungspegel direkt in den Mux gespeichert, beispielsweise um das Ende eines (Durchschaltungs-) Zyklus zu markieren. Alternativ braucht ein solches Ende eines Zyklus auch nicht durch einen Spannungspegel entsprechend dem Widerstand R1 gekennzeichnet werden, so dass dann der Multiplexer der Verbindungseinheit 110 lediglich x Eingänge benötigen würde. Der Ausgang 140 des Mux geht auf einen Eingang 220a eines Switches als zweiter Verbindungseinheit 230, der abwechselnd den Mux 110 und einen festen Spannungspegel zum Getriebe durchschaltet. Der Taktgeber 155 des Switches 230 bezieht seinen Takt aus einem Teiler 235, der den Takt des Taktgebers 155 in einem festen Verhältnis teilt.
Der Vorteil der in 2B gezeigten Variante liegt in folgenden Aspekten: Die Anzahl der Eingänge für den Mux kann von e = 2·x auf e = x + 1 (fast) halbiert werden, sodass ein günstigerer Mux 110 eingesetzt werden kann. Das Zeitverhältnis von Nutzsignal (aus dem Mux) zu Spannungspegel muss nicht mehr gleich lang (1:1) sein, sondern kann zu Gunsten des Nutzsignals verlängert werden (z. B. 3:1). Beispielsweise kann eine Zeitdauer, in der ein Referenzsignal bzw. Referenzpegel von einem der Eingänge der Verbindungseinheit 110 bzw. 230 auf den betreffenden Ausgang 140 bzw. 240 geschaltet wird, kleiner sein, als eine Zeitdauer, in der ein anderes Signal von einem der Eingänge der Verbindungseinheit 110 Bezug 130 auf den betreffenden Ausgang 140 bzw. 240 geschaltet wird. Damit kann beispielsweise eine LED als Lampe L1 oder L2 länger bestromt werden und neigt weniger zum Flackern.
Die vorstehend bereits beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich vorteilhaft modifizieren. Beispielsweise kann eine Funktion oder Informationen über eine Stellung des Schalthebel, die häufiger benötigt wird, auf mehr als einen Eingang 115 einer Verbindungseinheit 110 oder einer zweiten Verbindungseinheit 230 oder eines Mux gelegt werden.
Ferner lässt sich eine Verschaltungsstruktur entsprechend dem Schaltbild aus 2A oder dem Schaltbild aus 2B oder einer Kombination von beiden Schaltstrukturen mehrfach im Wählhebel einbauen. Jede Baugruppe aus 2A und/oder 2B erfordert dann je eine Signalleitung zum Getriebesteuergerät 175, dafür erhält das Gesamtsystem aus Wählhebel 100 und Getriebe einen weiteren Spielraum bei der Konstruktion, so können z. B. Funktionen über einen Mux abgewickelt werden, während andere unkritische Funktionen über einen anderen Mux geleitet werden. Insofern kann beispielsweise eine Trennung der Übertragung von Informationen und Signalen mit hoher Wichtigkeit über eine erste Verbindungseinheit erfolgen, während andere Informationen oder Signale mit einer niedrigeren Wichtigkeit über die zweite Verbindungseinheit übertragen werden. In diesem Fall kann beispielsweise für die erste Verbindungseinheit eine Komponente mit hoher Ausfallsicherheit verwendet werden, während für die zweite Verbindungseinheit eine preisgünstigere und einfachere Komponente verwendet werden kann.
Soweit sich Sicherheitsanforderungen trennen lassen, kann auch für jede Sicherheitsanforderung ein eigener Mux verwendet werden, sodass der Ausfall eines Mux höchstens eine sicherheitsrelevante Funktion blockiert.
Auch können Diagnosefunktionen über einen eigenen Mux angesprochen werden und Taktfrequenzen je nach Mux von eigenen, unterschiedlich schnellen Taktgebern erzeugt werden.
3 zeigt ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung zur Verschaltung einer Verbindungseinheit 110. Im Gegensatz zu den in den 1 und 2A bzw. 2B gezeigten Ausführungsbeispielen wird der Takt 150 nicht von einem Taktgeber 155 im Wählhebel 100, sondern über eine weitere Signalleitung 300. Dieses Taktsignal 150 kann dabei insbesondere vom Getriebesteuergerät generiert und an den Bedienhebel 100 ausgegeben werden, wie dies in der 3 dargestellt ist. Dabei ergibt sich die weitere Möglichkeit, den externen Takt noch einmal zu verändern und unterschiedlich an jeden Mux 110 bzw. 230 weiterzugeben, z. B. durch Taktverdoppelung oder Takthalbierung.
Ferner bietet sich eine Möglichkeit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Überprüfung der Verbindungsqualität (QoS) durch eine Rückführungsschleife (Loop-Back) zu ermöglichen, wie es in dem Blockschaltbild aus der 4 dargestellt ist. Wenn je ein Eingang beider Multiplexer Mux₁ und Mux₂ bzw. 110 und 230 durch eine Rückführungsschleife 400 (Loop-Back-Leitung) verbunden sind, kann das Getriebesteuergerät 175 den Durchgangswiderstand prüfen und gleichzeitig erkennen, an welcher Position beide Multiplexer bzw. Verbindungseinheiten 110 bzw. 230 seit der letzten QoS-Prüfung stehen. Ein Verbinden der beiden Loop-Back-Pins (Eingänge der betreffenden Verbindungseinheiten 110 und 230) über das Steuergerät 175 erfolgt beispielsweise bei gleichem Takt immer, wenn die Anzahl der e Pins von Mux₁ und Mux₂ unterschiedlich ist. Die Verbindung wird dann entsprechend dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen kgV(e_MUX1; e_MUX2) Takt hergestellt. Dabei kann dieser Takt auch durch einen Taktgeber (zusammen mit dem Synchronzähler 145) in dem Bedienhebel 100 generiert werden (wie dies in der 4 dargestellt ist) oder auch extern (beispielsweise entsprechend der 3) der/den Verbindungseinheiten 110 bzw. 230 zugeführt werden, beispielsweise ausgehend vom Getriebesteuergerät 175.
5 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Verschaltungsstruktur einer Verbindungseinheit 110 für einen Bedienhebel 100. Dabei ist in der 5 eine Ausführungsvariante dargestellt, die beispielsweise (aber nicht ausschließlich) dann vorteilhaft ist, wenn die Multiplexer 110 bzw. 230 eine Diodenfunktion haben. Der Takt 150 kommt hier vom Getriebesteuergerät 175, kann aber auch im Bedienhebel 100 selbst erzeugt werden. In diesem Falle werden Mux₁ und Mux₂ mit gleicher Anzahl von Eingängen 115 bzw. 220 gewählt und vom gleichen Synchronzähler 145 (SZ) getaktet. Im Beispiel aus 5 werden die Eingänge 1 bis 3 des Mux₂ genutzt, um die Sensoren für die Wählhebelstellung (P = Parkposition, N = Neutralstellung, Leerlauf, D = Drive = Fahrposition) auszulesen. Die Eingänge 1 bis 3 von Mux₁ sind in diesem Beispiel nicht belegt, können aber für andere Aufgaben, z. B. dem Auslesen von in der 5 nicht dargestellten Schaltern verwendet werden. Der Eingang 4 verbindet beide Multiplexer Mux₁ und Mux₂ mit einer aus dem Widerstandsnetzwerk bzw. der Referenzspannungsbereitstellungseinheit 200 mit den beiden Widerständen R1 und R2 bereitgestellten Referenzspannung U_Ref, damit das Getriebesteuergerät 175 über den aktuell auf den Ausgang 240 geschalteten Eingang 220 des zweiten Multiplexers 230 bzw. Mux₂ erkennen kann, wo es in der Abarbeitung der Eingänge steht. Hierzu kann beispielsweise von dem Getriebesteuereinheit 175 ein Signal 500 an einen Eingang des ersten Multiplexers Mux₁ bzw. 110 gegeben werden, der bei der Durchschaltung des ersten Multiplexers Mux₁ 110 auf den Eingang 8 über die Rückführungsschleife 400 und die Stellung des zweiten Multiplexers Mux₂ bzw. 230 auf den Eingang 8 wieder über die Ausgangsleitung 240 des zweiten Multiplexers Mux₂ vom Getriebesteuergerät 175 eingelesen werden kann.
Die Eingänge 5 bis 7 in Mux₁ schalten die Leuchten L1 bis L3 und über die Diagnose-Eingänge D1 bis D3 können die entsprechenden Ausgänge an Mux₁ über Mux₂ zurückgelesen werden. Die Leitung O ist eine Schleife (auch als Rückführungsschleife 400 oder Loop-Back bezeichnet), mit dem das Getriebesteuergerät 175 die Verbindungsqualität und die Funktion der beiden Multiplexer aus der 5 prüfen kann.
Werden beispielsweise in einem anderen Ausführungsbeispiel bei einer Verschaltung gemäß der Darstellung aus 5 16-kanalige Multiplexer als Mux₁ und Mux₂ verwendet, können die Eingänge der beiden Multiplexer beispielsweise entsprechend der folgenden Tabelle festgelegt werden:
Der hier vorgestellte Ansatz kann durch technisch sehr einfach ausgestaltete Verbindungseinheiten implementiert werden. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eine Verbindungseinheit 110, wie sie gemäß der 2A verschaltet ist. Dabei weist die Verbindungseinheit 110 einen mit dem Ausgang 140 verbundenen Zeiger 600 auf, der in der Mitte einer sternförmigen Anordnung der Eingänge 115 drehbar gelagert ist. Durch die Ansteuerung des Synchronzählers 145, der in der 6 wiedergegebenen Darstellung nicht abgebildet ist, wird der Zeiger 600 in Pfeilrichtung weiter geschaltet, sodass er in der Art eines Multiplexer zyklisch die Eingänge 115 der Verbindungseinheit 110 elektrisch leitfähig mit dem Ausgang 140 verbindet. Eine solche Ausführungsform der Verbindungseinheit 110 bietet die Möglichkeit, die Verbindungseinheit 110 ohne großes Bauraumerfordernis im Bedienhebel 100 anordnen zu können. Die 6 zeigt somit eine beispielhafte Beschaltung eines Multiplexers mit Schaltern (T1, T2), Sensoren, beispielsweise aus Reed-Kontakten (S1, S2), LEDs (L1, L2) und einem Widerstandsnetzwerk (R1, ..., R4).
7 zeigt eine beispielhafte für Schaltung, wie die Verbindungseinheiten 110 bzw. 230, beispielsweise entsprechend dem Schaltbild aus 5 mit einer Rückführungsschleife 400 verkoppelt werden können, um durch die Getriebesteuereinheit 175 beispielsweise eine Leitungsqualität einfach erkennen zu können. Dabei können beispielsweise die Verbindungseinheit 110 bzw. 230 gemäß dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ausgestaltet sein.
Der hier vorgestellte Ansatz bietet eine sehr elegante Möglichkeit zur Implementierung in unterschiedlichen Einsatzszenarien. Beispielsweise kann der hier vorgestellte Bedienhebel 100 als Wählhebel oder Gangwahlschalter zur Steuerung eines Getriebes in einem Fahrzeug eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich lässt sich der Bedienhebel auch als Lenkstockhebel beispielsweise zur Bedienung eines Scheibenwischers, eines Blinkers oder eines Fahrzeuglichtes oder ähnliches verwenden. Als Zielapplikation kommen mehrere Fahrzeugtypen in Betracht, wie beispielsweise kostengünstigere kleine Elektrofahrzeuge, bei denen derzeit keine manuellen Schaltgetriebe vorgesehen sind, so dass einem solchen Fahrzeugtypen eine hundertprozentige Ausstattung mit Wählhebel zu erwarten ist. Ferner sind auch kostensensible Fahrzeugtypen, insbesondere im Bereich der Kleinstwagen als mögliche Zielapplikation des hier vorgestellten Bedienhebels denkbar. Insbesondere dann, wenn bei Fahrzeugen bereits ein Steuergerät vorgesehen ist, kann dieses durch einfache Umprogrammierung und die Vereinfachung oder den Entfall von Kommunikationsleitungen zwischen den Bedienhebel und dem Getriebesteuergerät deutlich kostengünstiger und dennoch Störung sicher ausgestaltet werden.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Verfahren 800 zum Betreiben eines Bedienhebels gemäß einer hier vorgestellten Variante. Dabei kann das Verfahren einen Schritt 810 des Verbindens eines ersten der Eingänge mit dem zumindest einen Ausgang zu einem ersten Zeitpunkt. Ferner umfasst das Verfahren 800 einen Schritt 820 des Koppelns eines zweiten der Eingänge mit dem zumindest einen Ausgang zu einem dem ersten Zeitpunkt nachfolgenden zweiten Zeitpunkt.
Zusammenfassend ist anzumerken, dass sich der vorstehend vorgestellte Ansatz im Wesentlichen durch die folgenden Vorteile auszeichnet. Erstens kann ein einfacher und kostengünstiger Aufbau des Bedienhebels implementiert werden. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Vermarktungsmöglichkeit zusammen mit einem entsprechend angepassten Getriebe oder einer entsprechend angepassten Getriebesteuerung, weil hier die Systemkosten effektiv reduziert werden können. Auch kann ein Entwicklungsaufwand für funktionale Sicherheit im Wähl- bzw. Bedienhebel sehr gering und im Getriebe ebenfalls gering gehalten werden, da dem Getriebe (welches beispielsweise für ASIL D entwickelt wurde) nur eine ASIL A und eine ASIL-B-Funktion hinzugefügt werden bräuchte.
Denkbar ist auch ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Bedienhebel, insbesondere auch Wählhebel zur manuellen Auswahl einer Position mit mehreren Raststufen, bei dem einem Bediener des Bedienhebels verschiedene Positionen zur Auswahl angeboten werden. Der Bedienhebel kann mit elektrischen Komponenten zur Erfassung und Bereitstellung einer manuellen Betätigung ausgerüstet sein und zur Bereitstellung eines Signals für ein beliebiges externes Gerät ausgestaltet werden wobei das externe Gerät elektrisch mit den Bedienhebels verbunden werden kann. Auch kann hierdurch eine Möglichkeit eröffnet werden, auch weitere Elemente wie Taster und Lichtquellen mit dem Ausgang bzw. dem Getriebesteuerelement zu verbinden. Der Bedienhebel kann insbesondere mindestens eine Verbindungskomponente wie der Verbindungseinheit 110 im Bedienhebel aufweisen, die eine geschaltete elektrische Verbindung zwischen Komponenten des Bedienhebels 100 und einem externen Gerät (in der Regel dem Getriebe oder dem Getriebesteuerelement) herstellt. Eine solche Schaltung der Eingänge auf den oder die Ausgänge des Bedienhebels kann abwechselnd erfolgen. Günstig ist der hier vorgestellte Ansatz insbesondere dann, wenn die Anzahl der geschalteten Elemente (Lampen, Sensoren, Taster, ...) im Bedienhebel 100 größer (oder wenigstens gleich) der Anzahl der Verbindungsleitungen ist, die zum externen Gerät 175 abgehen. In einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel kann auch mindestens ein elektrisches Element im Bedienhebel 100 vorgesehen sein, welches zeitweise mit der Verbindungskomponente 110 zum externen Gerät 175 verbunden wird/sind, sodass über die Verbindungskomponente 110 das externe Gerät 175 für eine kurze Zeit eine Direktverbindung mit den elektrischen Schaltelementen oder allgemein Komponenten im Bedienhebel 100 erhält.
Besonders günstig ist es, wenn die elektronische Verbindung zwischen den Tastern, Sensoren oder Lampen in einer Verbindungseinheit 110 durch mindestens einen Multiplexer oder ein wirkungsgleiches Gerät im Bedienhebel 100 vorgenommen wird. Auch ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung denkbar, bei dem mindestens ein Multiplexer enthalten sein kann, der durch einen Taktgeber 155 so gesteuert wird, dass die Verbindung zwischen den elektrischen Schaltelementen und dem externen Gerät 175 periodisch zu Stande kommt. Auch kann mindestens ein Multiplexer im Bedienhebel enthalten sein, der statt einem internen Taktgeber 155 durch eine Leitung von einem externen Gerät, insbesondere dem Getriebesteuergerät 175, getaktet wird wie dies exemplarisch in der 3 bildlich dargestellt ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Bedienhebel wenigstens ein zusätzlich verbundenes elektrisches Element im Bedienhebel 100 auf, welches mindestens zu einem Zeitpunkt in einem Zyklus genau einen von einem oder mehreren definierten elektrischen Pegeln über die geschaltete Verbindung an das externe Gerät 175 liefert, damit das externe Gerät die zeitlich richtige Abfolge der Verbindungen, die Funktion des Wählhebels oder die Synchronisation der Taktung erkennen oder prüfen kann.
Hierzu kann ein Verfahren 900 zur Auswertung eines Bedienhebelsignals gemäß dem Ablaufdiagramm aus 9 vorgesehen sein wobei das Bedienhebelsignal aus Variante eines vorstehend beschriebenen Bedienhebels ausgegeben wird, wobei das Verfahren 900 einen Schritt 910 des Untersuchens von zeitlichen Abschnitten des Bedienhebelsignals auf einen vorbestimmten Referenzsignalpegel hin aufweist, und wobei das Verfahren 900 ferner einen Schritt des Ausgebens 920 einer Ausgabeinformation aufweist, die eine Signalinformation repräsentiert, die in einem zeitlichen Abschnitt des Bedienhebelsignals enthalten ist, welcher nicht den vorbestimmten Referenzsignalpegel aufweist.
Besonders gut überprüfen lässt sich eine Qualität der Leitungsverbindung zwischen dem Bedienhebel und dem Getriebesteuergerät, wenn der Bedienhebel eine schleifenartige Verbindung zwischen einer Verbindungskomponente wie der Verbindungseinheit 110 im Bedienhebel 100 und einer zusätzlichen Leitung 400 oder zwei Verbindungskomponenten 110 bzw. 230, wie dies exemplarisch in der 4 dargestellt ist.
Auch kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Kombination von Multiplexern verfolgen, bei denen einer das Schalten einer Komponente erlaubt und der andere zur Erfolgsüberwachung/Diagnose (insbesondere Rücklesen der erfolgreichen Schaltung) verwendet wird.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder” Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezugszeichenliste

100: Bedienhebel
110: Verbindungseinheit, Multiplexer
Mux: Verbindungseinheit, Multiplexer
115a–f: Eingänge der Verbindungseinheit
120: Funktionen des Bedien- oder Wählhebels, Stellung P, Stellung N, Stellung D, Stellung R, ...
130: Schaltelement
135: Sensor zur Erfassung der Stellung des Schaltelementes, S1
140: Ausgang der Verbindungseinheit
145: Synchronzähler SZ
150: Taktsignal
155: Taktgeber, Taktgenerator T
160: Ausgänge des Synchronzählers, Datenwort
165: Bedienhebelsignal
170: Mikroprozessor
175: Getriebesteuereinheit
200: Referenzspannungsbereitstellungseinheit, Widerstandsnetzwert mit den Widerständen R1, R2, R3, R4, ...
S1: Sensor
T1: erster Taster
T2: zweiter Taster
L1: erste Lampe
L2: zweite Lampe
220: Eingänge der zweiten Verbindungseinheit
230: zweite Verbindungseinheit
235: Taktverarbeitungseinheit
240: Ausgang der zweiten Verbindungseinheit
400: Rückführschleife
500: Steuereingang der ersten Verbindungseinheit von der Getriebesteuereinheit
600: Zeiger der Verbindungseinheit
800: Verfahren zum Betreiben eines Bedienhebels
810: Schritt des Verbindens
820: Schritt des Koppelns
900: Verfahren zur Auswertung eines Bedienhebelsignals
910: Schritt des Untersuchens
920: Schritt des Ausgebens

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 26262 [0006]
ISO 26262 [0048]
DIN 44300 [0058]

Claims

Bedienhebel (100) zur Ausgabe eines Bedienhebelsignals (165), das eine Auswahl einer von mehreren möglichen Stellungen des Bedienhebels (100) repräsentiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Bedienhebel (100) eine Verbindungseinheit (110) mit einer Mehrzahl von Eingängen (115a–f) und zumindest einem Ausgang (140) zur Ausgabe des Bediensignals aus dem Bedienhebel (100) aufweist, insbesondere wobei eine Anzahl von Eingängen (115a–f) eine Anzahl von Ausgängen (140) übersteigt, wobei die Verbindungseinheit (110) ausgebildet ist, um zu einem ersten Zeitpunkt einen ersten der Eingänge (115a) mit dem zumindest einen Ausgang (140) zu verbinden und zu einem dem ersten Zeitpunkt nachfolgenden zweiten Zeitpunkt einen zweiten der Eingänge (115b) mit dem zumindest einen Ausgang (140) zu verbinden.
Bedienhebel (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheit (110) ausgebildet ist, um zum ersten Zeitpunkt den zweiten Eingang (115b) vom zumindest einen Ausgang (140) zu trennen und/oder zum zweiten Zeitpunkt den ersten Eingang (115a) vom zumindest einen Ausgang (140) zu trennen.
Bedienhebel (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheit (110) einen Multiplexer (Mux) und/oder einen Zähler (145, SZ, T) aufweist.
Bedienhebel (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet, durch zumindest einen Sensor (S, 135) zur Erfassung der Stellung des Bedienhebels (100) als Bedienhebelsignals (165), wobei der Sensor mit zumindest einem der Eingänge (115) der Verbindungseinheit (110) verbunden ist.
Bedienhebel (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheit (110) ausgebildet ist, um nach dem zweiten Zeitpunkt zumindest zu einem dritten Zeitpunkt den ersten der Eingänge (115a) mit dem zumindest einen Ausgang (140) zu verbinden, insbesondere wobei die Verbindungseinheit (110) ausgebildet ist, um eine Verbindung des ersten Eingangs (115a) mit dem zumindest einen Ausgang (140) oder des zweiten Eingangs (115b) mit dem zumindest einen Ausgang (140) zyklisch zu wiederholen.
Bedienhebel (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheit (110) ausgebildet ist, um eine Verbindung eines der Eingänge (115) mit zumindest einem Ausgang (140) ansprechend auf ein im Bedienhebel (100) generiertes Taktsignal (150) und/oder ansprechend auf ein dem Bedienhebel (100) von extern zugeführten Steuer- oder Taktsignals auszuführen.
Bedienhebel (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet, durch eine mit zumindest dem zweiten Eingang (115b) der Verbindungseinheit (110) gekoppelte Referenzsignalbereitstellungseinheit (200), wobei die Referenzsignalbereitstellungseinheit (200) ausgebildet ist, um zumindest den zweiten Eingang (115b) der Verbindungseinheit (110) mit einem vordefinierten Referenzsignal (R4, U_Ref) zu beaufschlagen.
Bedienhebel (100) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzsignalbereitstellungseinheit (200) mit einer Mehrzahl von Eingängen (115a–f) der Verbindungseinheit (110) gekoppelt ist, insbesondere wobei die Referenzsignalbereitstellungseinheit (200) ausgebildet ist, um jeden der mit der Referenzsignalbereitstellungseinheit (200) gekoppelten Eingänge (115b, 115d, 115f, 115h) der Verbindungseinheit (110) mit dem Referenzsignal (U_Ref, R4, R3, R2, R1) oder mit sich je unterscheidenden Referenzsignalen zu beaufschlagen, insbesondere wobei zwischen mit der Referenzsignalbereitstellungseinheit (200) gekoppelten Eingängen (115b, 115d) der Verbindungseinheit (110) zumindest ein weiterer Eingang (115c) der Verbindungseinheit (110) angeordnet ist.
Bedienhebel (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet, durch eine mit der Verbindungseinheit (110) gekoppelte zweite Verbindungseinheit (230) mit einer Mehrzahl von Eingängen (220a–b) und zumindest einem Ausgang (240) zur Ausgabe des Bedienhebelsignals aus dem Bedienhebel (100), wobei die zweite Verbindungseinheit (110) ausgebildet ist, um zum ersten Zeitpunkt einen ersten der Eingänge der zweiten Verbindungseinheit (110) mit dem zumindest einen Ausgang (140) der zweiten Verbindungseinheit (110) zu verbinden und zu einem dem ersten Zeitpunkt nachfolgenden zweiten Zeitpunkt einen zweiten der Eingänge der zweiten Verbindungseinheit (110) mit dem zumindest einen Ausgang (140) der zweiten Verbindungseinheit (110) zu verbinden.
Bedienhebel (100) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verbindungseinheit (110) ausgebildet ist, um eine Verbindung eines der Eingänge der zweiten Verbindungseinheit (110) mit zumindest einem Ausgang (140) der zweiten Verbindungseinheit (110) ansprechend auf ein im Bedienhebel (100) generiertes Taktsignal und/oder ansprechend auf ein dem Bedienhebel (100) von extern zugeführten Steuer- oder Taktsignals auszuführen.
Bedienhebel (100) gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Eingang der zweiten Verbindungseinheit (110) mit zumindest einem Eingang der Verbindungseinheit (110) gekoppelt ist.
Bedienhebel (100) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Eingang der zweiten Verbindungseinheit (110) mit zumindest einem Ausgang (140) der Verbindungseinheit (110) gekoppelt und/oder verbunden ist.
Verfahren (800) zum Betreiben eines Bedienhebels (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren (800) die folgenden Schritte aufweist: Verbinden (810) eines ersten der Eingänge mit dem zumindest einen Ausgang (140) zu einem ersten Zeitpunkt; und Koppeln (820) eines zweiten der Eingänge mit dem zumindest einen Ausgang (140) zu einem dem ersten Zeitpunkt nachfolgenden zweiten Zeitpunkt.
Verfahren (900) zur Auswertung eines Bedienhebelsignals, das aus einem Bedienhebel (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgegeben wird, wobei das Verfahren (900) folgende Schritte aufweist: Untersuchen (910) von zeitlichen Abschnitten des Bedienhebelsignals auf einen vorbestimmten Referenzsignalpegel; und Ausgeben (920) einer Ausgabeinformation, die eine Signalinformation repräsentiert, die in einem zeitlichen Abschnitt des Bedienhebelsignals enthalten ist, welcher nicht den vorbestimmten Referenzsignalpegel aufweist.
Computerprogramm-Produkt zur Durchführung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens gemäß Anspruch 13 oder 14, wenn das Computerprogramm-Produkt auf einem Computer und/oder einem Steuergerät ausgeführt wird.