本發(fā)明涉及一種尤其用于汽車的操作單元，其包含支座、安裝在支座上并可以從靜止位置擺到至少一個操作位置的操作件、與操作件協(xié)同作用的開關(guān)裝置，以使開關(guān)功能與操作位置對應(yīng)起來。

背景技術(shù)：

汽車研發(fā)過程中在安全性等方面必須遵守標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262，該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)功能故障的后果嚴(yán)重程度以及發(fā)生概率將部件與ASIL等級對應(yīng)起來。根據(jù)ASIL分級可以得出，必須規(guī)定何等程度的具體應(yīng)對措施以防止出現(xiàn)上述功能故障。速度調(diào)節(jié)裝置的操作單元必須滿足規(guī)定的安全性要求，防止在緊急情況下出現(xiàn)功能故障、尤其是出現(xiàn)意外操作或者確保裝置可靠關(guān)閉。因為意外觸發(fā)速度調(diào)節(jié)裝置或者速度調(diào)節(jié)裝置由于技術(shù)故障而不能關(guān)閉，都可能導(dǎo)致駕駛員無法控制的、危及安全的行駛狀況。上述安全性要求(例如)通過所謂的安全完整性等級(SIL)或在汽車領(lǐng)域通過安全性要求等級、即所謂的汽車安全完整性等級(ASIL)做了規(guī)定。

從以上分級系統(tǒng)的b級起，要求為操作單元的每個操作位置設(shè)計具有雙重開關(guān)觸點的開關(guān)裝置。涉及多級操作單元時，為了控制多個開關(guān)功能必須通過操作件接通另外一個或者多個開關(guān)觸點，其中開關(guān)觸點所要求的冗余需要很大結(jié)構(gòu)空間并且成本高昂，導(dǎo)致附加安全措施不能按照規(guī)定實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在此背景下，作為本發(fā)明基本目的是，提供一種操作單元，該操作單元滿足安全性方面的高要求并能在降低成本和節(jié)省安裝空間的情況下實現(xiàn)。上述目的通過權(quán)利要求的操作單元實現(xiàn)。優(yōu)選實施方案是從屬權(quán)利要求的主題。同樣有利的配置結(jié)構(gòu)和應(yīng)用是并列權(quán)利要求的主題。需要指出的是：在各項權(quán)利要求中單獨列出的特征可以通過任意的、在技術(shù)上合理的方式進行組合，并從而產(chǎn)生本發(fā)明的其他實施方案。此外說明部分、尤其是結(jié)合附圖所做的說明描述了本發(fā)明的特征并對本發(fā)明做了詳細闡述。

本發(fā)明涉及一種操作單元，它包括支座和安裝在支座上并可以從靜止位置擺到至少一個操作位置的操作件。操作單元優(yōu)選具有可擺到多個操作位置的操作件，其中為每個操作位置設(shè)計有相應(yīng)開關(guān)裝置。例如操作件從中間靜止位置沿著兩個方向擺到每個方向上的至少一個操作位置。在另外一個實施方案中，設(shè)計有操作件回位裝置和/或用于在到達至少一個操作位置時產(chǎn)生卡接感的裝置。此外根據(jù)本發(fā)明，還需設(shè)計與操作件協(xié)同作用的開關(guān)裝置，以便將操作位置與開關(guān)功能對應(yīng)起來。

概念“開關(guān)裝置”應(yīng)從廣義上理解，包含以非接觸或者接觸方式與操作件協(xié)同作用的開關(guān)裝置。其中優(yōu)先選擇機電式開關(guān)裝置，優(yōu)選是至少一個開關(guān)觸點。后者例如具有按鍵或者通過開關(guān)墊限定的接觸頂。

根據(jù)本發(fā)明，操作單元具有位置傳感器和用于通過操作件來驅(qū)動位置傳感器的傳動裝置。傳動裝置優(yōu)選按照以下方式設(shè)計：位置傳感器與操作件在其擺范圍內(nèi)的運動基本同步，其中通過必要的傳動裝置間隙所導(dǎo)致空行程不應(yīng)被視為與基本同步運動存在沖突。為了確保實現(xiàn)高的探測分辨率，傳動裝置在從操作件到位置傳感器的驅(qū)動方向上被設(shè)計為變速傳動機構(gòu)。

此外根據(jù)本發(fā)明還需設(shè)計光電柵欄。光電柵欄具有用于提供探測光信號的接收器，光信號的光譜位于可見光范圍內(nèi)、優(yōu)選是位于1mm至780nm之間(包含1mm和780nm)(紅外線)。此外光電柵欄還包括至少一個接收器，用于接收探測光信號并提供與被接收探測光信號強度成正比的輸出信號。

根據(jù)本發(fā)明，位置傳感器與探測光信號相互配合，以便借助探測光信號探測到操作件離開靜止位置的情況。通過光學(xué)地監(jiān)控操作件的位置，可以通過較簡單和低磨損形式實現(xiàn)功能故障監(jiān)控。

此外還要設(shè)計分析單元，它與開關(guān)裝置和光電柵欄之間存在電連接，只有當(dāng)光電柵欄探測到操作件在開關(guān)裝置的開關(guān)狀態(tài)改變之前、或者與開關(guān)裝置的開關(guān)狀態(tài)改變的同時離開靜止位置時，分析單元才會使操作位置與開關(guān)功能對應(yīng)起來。

在一個實施方案中，光電柵欄和位置傳感器按照以下方式布置：由探測光信號導(dǎo)致的、至少一個接收器的電輸出信號從與靜止位置相對應(yīng)的最小值不斷增大至最大值，該最大值與靜止位置之外的、位于操作件最大位置和靜止位置之間的位置相對應(yīng)。不過采用以下設(shè)計更為有利：由探測光信號導(dǎo)致的、至少一個接收器的電輸出信號從與靜止位置相對應(yīng)的最大值不斷減小至最小值，該最小值與靜止位置之外的、位于最大位置和靜止位置之間的位置相對應(yīng)，以便能夠更準(zhǔn)確地監(jiān)控靜止位置。

優(yōu)選在靜止位置和至少一個操作位置或者所有操作位置之間設(shè)計與最小值相對應(yīng)的位置。

根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，位置傳感器可擺動地安裝在支座上。操作件的擺動軸和位置傳感器的擺動軸優(yōu)選相互平行。例如位置傳感器可以根據(jù)操作件擺方向擺至通過光電柵欄的發(fā)送器產(chǎn)生的探測光信號中或者從中擺出來。

位置傳感器優(yōu)選被設(shè)計為光導(dǎo)體，它可以例如是透明或者半透明塑料部件。光導(dǎo)體例如可以按照以下方式設(shè)計：它至少在靜止位置、優(yōu)選在靜止位置和對應(yīng)于最小值的位置之間的運動范圍內(nèi)傳導(dǎo)光，并使探測光信號從發(fā)送器偏轉(zhuǎn)至至少一個接收器。

根據(jù)操作單元的另外一種實施方案，位置傳感器被設(shè)計為一個擋板并例如根據(jù)操作件擺動方向擺至通過光電柵欄的發(fā)送器產(chǎn)生的探測光信號中或者從中擺出來。

根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，光電柵欄的至少一部分采用冗余設(shè)計。比如光電柵欄至少具有兩個接收器。

根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的、用于將操作件擺動運動傳遞至位置傳感器的傳動裝置可以是例如齒輪傳動機構(gòu)。為了節(jié)省結(jié)構(gòu)空間并降低生產(chǎn)成本，本發(fā)明所述傳動裝置是一種杠桿傳動機構(gòu)。

為了確保實現(xiàn)高精確度探測，位置傳感器從靜止位置擺至操作位置所對應(yīng)的擺角與操作件從靜止位置擺至操作位置所對應(yīng)的擺角之間存在大于1、優(yōu)選至少為2.0的傳動比。

為了避免功能故障，在一個操作單元的優(yōu)選實施方案中開關(guān)裝置在每個操作位置具有多個開關(guān)觸點。例如可以采用由一個或者多個彈性材料接觸墊設(shè)計的開關(guān)頂，開關(guān)頂與電路板接觸面協(xié)同作用，并在操作件擺至操作位置時同時改變其開關(guān)狀態(tài)。

此外根據(jù)本發(fā)明所述操作單元的另外一種設(shè)計結(jié)構(gòu)，設(shè)計了以上所述分析單元，只有在以下情況下分析單元才將操作位置與開關(guān)功能對應(yīng)起來：在規(guī)定的時間內(nèi)于開關(guān)裝置開關(guān)狀態(tài)改變之前或者在開關(guān)裝置開關(guān)狀態(tài)改變的同時通過光電柵欄探測到操作件離開靜止位置。采用這種設(shè)計可以避免誤操作和/或功能故障。

此外本發(fā)明的主題還包括由方向盤和上述優(yōu)選實施方案之一中的操作單元組成的結(jié)構(gòu)，其中操作單元被固定在方向盤上，從而產(chǎn)生一種所謂的多功能方向盤。例如操作單元可以集成到連接緩沖器和方向盤外環(huán)的方向盤輻條中。因為根據(jù)本發(fā)明采用了節(jié)省結(jié)構(gòu)空間的設(shè)計，所以。操作單元很容易集成到普通方向盤輻條的容積中。

本發(fā)明的另一個主題是將上述實施例之一所述的操作單元應(yīng)用在汽車中。本發(fā)明所述操作單元尤其可以用于速度調(diào)節(jié)裝置。速度調(diào)節(jié)裝置(GRA)又被稱為Tempomat(戴姆勒股份公司的汽車品牌)、Tempostat(保時捷)或者Tempopi lot，是汽車中采用的一種裝置，它能自動調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速，使汽車盡可能保持駕駛員所設(shè)定行駛速度。

附圖說明

下面根據(jù)附圖進一步闡述本發(fā)明。附圖只是示例，僅描述了一種結(jié)構(gòu)變型。其中：

圖1顯示了本發(fā)明所述操作單元1一種實施方案的主要部件透視圖；

圖2顯示了圖1所示根據(jù)本發(fā)明實施方案的操作單元1截面圖，其中操作單元1位于靜止位置；

圖3顯示了圖1所示根據(jù)本發(fā)明實施方案的操作單元1截面圖，其中操作單元1的位置為兩個操作位置之一；以及

圖4顯示了圖1所示根據(jù)本發(fā)明實施方案的操作單元1的另一個截面圖，該截面圖與圖2所示截面垂直。

具體實施方式

圖1通過一個透視圖顯示了本發(fā)明所述操作單元1的一個實施方案，其中為了更好地識別本發(fā)明所述操作單元1的關(guān)鍵部件，圖1中省略了支座7的一些部件。除了電路板之外，支座7還包含一個圖中未表述的支架，操作件2安裝在這個支架上并可以繞著擺動軸17擺動。操作件2可以從圖1所述的靜止位置、沿著兩個相反的擺動方向擺到所屬操作位置。圖2所示實施方案顯示了相當(dāng)于操作件2末端位置的兩個操作位置，當(dāng)然也可以通過補充中間位置和相應(yīng)開關(guān)裝置設(shè)計更多操作位置。操作件2通過側(cè)向懸臂作用于挺桿3、4，挺桿通過其產(chǎn)生的線性位移作用于所屬開關(guān)觸點5、6。在每個操作位置上引起的、兩個開關(guān)觸點5、6的開關(guān)狀態(tài)變化，通過一個分析單元16加以監(jiān)控，以便能夠在必要時將到達操作件2操作位置的情況與開關(guān)功能對應(yīng)起來。在本發(fā)明所述操作單元1設(shè)計中，這種對應(yīng)由分析單元16根據(jù)以下情況實現(xiàn)：一方面兩個開關(guān)觸點5和6上的開關(guān)狀態(tài)是否產(chǎn)生了變化，另一方面這種變化是否在規(guī)定時間內(nèi)完成，這個時間通過離開操作件2靜止位置觸發(fā)，可以是例如幾十毫秒。

操作件2離開靜止位置的情況借助可擺動位置傳感器8探測，其擺動運動基本同步進行并由操作件2驅(qū)動。為此在位置傳感器8和操作件2之間設(shè)計有杠桿傳動機構(gòu)11、12、13、14、15形式的傳動裝置。操作件2的徑向延長段13構(gòu)成了一根輸入杠桿。這根輸入杠桿具有一個凹槽14，一根與位置傳感器8存在剛性連接的杠桿15將插頭12嵌入這個槽內(nèi)，杠桿15安裝在支座上并可以圍繞轉(zhuǎn)軸11擺動。轉(zhuǎn)軸11定義了一根平行于擺動軸17的擺動軸18，如前所述，后者構(gòu)成了操作件2的擺動軸。

作為光導(dǎo)體的位置傳感器8延伸穿過杠桿15的凹口并與此杠桿存在材料配合連接，以便與其一起擺動。在操作件2靜止位置、即在位置傳感器8的靜止位置，位置傳感器8的旁邊存在一個通過一個發(fā)送器9和兩個接收器10構(gòu)成的光電柵欄，它固定在支座7上。發(fā)送器9和接收器采用SMD結(jié)構(gòu)形式，并且沿著發(fā)射或者接收方向指向處于靜止位置的位置傳感器8。發(fā)送器9產(chǎn)生一個位于紅外光譜范圍內(nèi)的探測光信號，該信號通過接收器10探測，接收器的電輸出信號由分析單元16進行分析。

從圖2可以看出：位置傳感器8在圖2所示靜止位置按照以下方式定向：在這一位置發(fā)送器9的光傳輸最佳，光線平行傳輸至兩個接收器10，而隨著操作件2的擺動角度增大，位置傳感器8從發(fā)送器9所產(chǎn)生探測光信號的光錐中擺出來，這樣隨著從靜止位置開始擺動角度的增大，接收器輸出信號從一個最大值不斷降低至最小值，如圖3所示。

杠桿機構(gòu)11、12、13、14、15的傳動比被定義為位置傳感器8擺角β(beta)與操作件2擺角a(alpha)之比，比值大于1，優(yōu)選不小于2，由于這個傳動比的存在，在圍繞操作件2靜止位置的較小角度范圍內(nèi)下降至最小值的過程很快完成，分析單元16可以通過與規(guī)定值的對比較為精確地探測到操作件2離開靜止位置的情況。

下面根據(jù)圖4闡述通過虛線15表示的探測光信號17a、17b借助光導(dǎo)體8從發(fā)送器8傳輸至接收器10的過程。由發(fā)送器9發(fā)射的探測光信號17a、17b借助光導(dǎo)體處的透鏡8d調(diào)準(zhǔn)，然后在平面8c處沿著與轉(zhuǎn)軸11的軸線18平行的方向偏轉(zhuǎn)，并被導(dǎo)向平面8a和8b，這兩個平面的作用是分配光線并使光線偏轉(zhuǎn)至與發(fā)送器9發(fā)射方向相反的探測光信號方向。離開光導(dǎo)體8之后，在光導(dǎo)體靜止位置，探測光信號17a、17b由接收器10平行接收并轉(zhuǎn)換成與接收到的光強度成正比的電輸出信號，這些信號被輸送至分析單元16，分析單元根據(jù)接收到的輸出信號檢查：是否能通過輸出信號變化(這里指相對于靜止位置所對應(yīng)最大值變小)、確認(rèn)在規(guī)定時間內(nèi)提前或者同時產(chǎn)生并探測到開關(guān)裝置3、4、5、6的開關(guān)狀態(tài)變化，只有當(dāng)分析單元16確認(rèn)開關(guān)裝置3、4、5、6的開關(guān)狀態(tài)出現(xiàn)變化時，這種變化才會與一個開關(guān)功能對應(yīng)起來并觸發(fā)一個開關(guān)過程。