用于运行机动车的操作设备的方法

用于运行机动车的操作设备的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于运行机动车的操作设备(10)的方法，其中，操作设备（10)包括旋转调节器和编码元件（12)，该旋转调节器以能够旋转的方式支承在保持元件上，该方法包括以下步骤:根据编码元件（12)在旋转调节器的当前旋转位置中的编码获取第一实际-传感器值（xist)，基于所获取的第一实际-传感器值（Xist、yist)确定旋转调节器和保持元件之间的当前的转角（a)，提供至少一个与在旋转调节器和保持元件之间的预定转角（《)相对应的理论-传感器值（XsQll、ys<)11)，把获取的第一实际-传感器值（xist)分配给至少一个理论-传感器值（xMll、ysoll)之一，将第一实际-传感器值（Xist)同与之对应的理论-传感器值Usoll、ysoU)进行匹配以确定当前的转角(a)o
【专利说明】用于运行机动车的操作设备的方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于运行机动车的操作设备的方法。本发明还涉及一种用于机动 车的操作设备。

【背景技术】
[0002] 为了操作机动车的功能装置设置有相应的操作设备。操作设备可以包括旋转调节 器或旋转编码器。如今的旋转调节器具有机械的卡锁位置，旋转调节器沿着其旋转方向卡 入到所述卡锁位置中。这些卡锁位置可由用户或操作人员通过触觉感知。几年以来，这种 手动的旋转调节器被数百万次地使用，并且例如被用作音量调节器，被应用在空调操作部 件或者机动车中的中央输入单元中。旋转调节器大多具有相应的编码元件，该编码元件能 够通过传感器被获取到。编码元件可以包括一个或多个磁体，该磁体通过霍尔-传感器被 获取。此外，编码元件可以通过电触头形成，该电触头通过滑动触头获取。编码元件也可以 通过相应的缺口形成，该缺口可以通过光学的传感器获取。
[0003] 关于这一点，DE 10 2005 055 307 A1记载了一种用于在机动车中使用的、具有增 量式的转角传感器的旋转调节器。在旋转调节器的轴上固定有具有周期性的凹口的编码元 件。通过使得旋转调节器旋转以及与旋转调节器连接的编码元件的旋转，凹口旋转经过光 栅的获取区域。这导致光控传感器的模拟的输出电压的调制。借助于评估电子器件，可以 为模拟的输出电压的曲线分配旋转调节器的增量式的转角。
[0004] 由DE 10 2006 060 808 A1已知一种用于获取部件的转角的角度传感器，具有环 状或圆盘状的磁体。在磁体的磁场范围内设置有一个霍尔-元件，由该霍尔-元件可产生 与磁体的旋转位置有关的数字信号。此外，磁阻式传感器元件的模拟信号与数字信号有关 地可对应于360°的角区域中的第一 180°的角区域或者跟随该第一角区域的180°的第 二角区域。
[0005] 此外，在US 2012/0056761 A1中描述了一种用于机动车的可旋转的输入装置。为 了获取输入装置的转角，可以使用光学传感器或磁传感器。
[0006] 此外，US 2010/0057273A1描述了一种用于机动车的控制系统。控制系统具有操 作元件，该操作元件可以设计为旋转调节器或按压式调节器。
[0007] 最后，DE 10 2009 051730 A1描述了一种机动车的多功能-操作设备，具有旋转 调节器。在该旋转调节器上设有至少一个磁体，该磁体与霍尔-传感器以无接触的方式共 同作用。此外，设置有旋转触感元件，通过该旋转触感元件预先规定用于旋转调节器的各个 卡锁级。


【发明内容】

[0008] 本发明所要解决的技术问题是，更简单并且更直观地设计操作设备的操作、尤其 是旋转调节器的操作。
[0009] 该技术问题通过具有权利要求1的特征的方法和通过具有权利要求9的特征的操 作设备解决。在从属权利要求中公开了本发明有利的改进方案。
[0010] 按本发明的方法用于运行机动车的操作设备，其中，操作设备包括旋转调节器和 编码元件，该旋转调节器以能够旋转的方式支承在保持元件上，该方法包括以下步骤：根据 编码元件在旋转调节器的当前旋转位置中的编码获取第一实际-传感器值，基于所获取的 第一实际-传感器值确定旋转调节器和保持元件之间的当前的转角，提供至少一个与在旋 转调节器和保持元件之间的预定转角相对应的理论-传感器值，把获取的第一实际-传感 器值分配给至少一个理论-传感器值之一，将第一实际-传感器值同与之对应的理论-传 感器值进行匹配以确定当前的转角。
[0011] 操作设备可以设置在仪表板或者设置在机动车的中控台中。机动车也可以包括多 个操作设备，通过该些操作设备可以控制功能装置，例如空调设备、导航系统、具有配属的 显示器的操作装置、娱乐系统等。操作设备包括旋转调节器，该旋转调节器也可以设计为旋 转调节器/按压调节器。操作设备包括编码元件，该编码元件例如可以设置在旋转调节器 上。编码元件例如可以沿着旋转调节器的周向或旋转调节器的轴设置。此外，操作设备包 括传感器装置，通过该传感器装置可以获取编码元件的编码。传感器装置例如可以位置固 定地设置在保持元件上或者设置在操作设备的壳体上。通过编码元件的编码在传感器装置 中产生至少一个实际-传感器值。该编码元件例如可以包括一个或多个磁体，并且传感器 装置可以包括霍尔-传感器。备选地，编码元件可以具有凹口或预定的几何形状，其可以通 过传感器装置的光学传感器被探测。同样可以考虑使用滑动触头。
[0012] 在操作设备的存储装置中可以存储旋转调节器相对于保持元件的四个预定转角 的理论传感器值。这些理论-传感器值可以在准备阶段通过用于预定的角度的精确旋转译 码器相应地获取到。该理论-传感器值也可以由制造商存储在存储装置中。现在，在操作 设备运行时，根据编码元件的编码获取实际-传感器值。将该实际-传感器值与存储在存 储器中的理论-传感器值进行比较。现在，实际-传感器值被分配给最接近的理论-传感 器值。现在，实际-传感器值被匹配于分配给它的理论-传感器值。因此，可以在操作设备 运行时连续进行实际-传感器值的相应校准。通过使实际-传感器值匹配于理论-传感器 值，可以更精确地确定当前的转角。
[0013] 优选地，沿着所述旋转调节器的旋转方向为旋转调节器预先规定多个卡锁级，把 第一实际-传感器值分配给两个卡锁级之间的至少一个理论-传感器值。操作设备可以具 有卡锁装置，通过该卡锁装置可以沿着其旋转方向为旋转调节器预先确定多个卡锁级或卡 锁位置。这些卡锁位置可以通过卡锁曲线部机械地产生或者通过相应的磁体产生。在使旋 转调节器旋转时，该旋转调节器卡锁到卡锁位置中。现在，通过将根据编码元件的编码确 定的实际-传感器值分配给理论-传感器值，还可以特别精确地获取在各个卡锁级之间的 转角。在操作设备中存在有分散的卡锁位置，其通过用户的触觉反馈导致高质量的操作感 觉。此外，在卡入到下一个卡锁位置之前可以通过传感器装置识别出旋转调节器的轻微的 偏转。因此可以以简单的方式除了卡锁位置之外也以高分辨率获取并相应继续处理卡锁级 之间的中间位置。
[0014] 在一种实施方式中，所述第一实际-传感器值为了匹配被乘以一个系数和/或所 述第一实际-传感器值被加上一个偏移量。为了使实际-传感器值在操作设备运行时能够 逐步地匹配于相应的理论-传感器值，相应的实际-传感器值可以被乘以一个系数。备选 地或附加地，可以确定用于实际-传感器值的偏移量。因此，实际-传感器值可以特别简单 地匹配于理论-传感器值。
[0015] 在一种实施方式中，根据所述编码元件的编码确定用于预先规定的旋转位置的第 一实际-传感器值和第二实际-传感器值，为预定的转角提供第一理论-传感器值和第二 理论-传感器值。操作设备可以具有两个传感器装置，这两个传感器装置沿着旋转调节器 的旋转方向相互错开布置。因此，根据编码元件的编码通过第一传感器装置提供第一实 际-传感器值，以及通过第二传感器装置提供第二实际-传感器值。在操作设备的存储装 置中，为旋转调节器相对于保持元件的每个预定的转角预先规定第一理论-传感器值和第 二理论-传感器值。通过获取两个实际-传感器值可以更精确地获取旋转调节器和保持元 件之间的转角。
[0016] 在一种设计方案中，把所述第一实际-传感器值分配给第一理论-传感器值和/ 或把所述第二实际-传感器值分配给第二理论-传感器值。为此，可以在图表中为每个预 先规定的转角记录第一理论-传感器值的所属的值相对于所属的第二理论-传感器值的关 系。因此，第一实际-传感器值和第二实际-传感器值的测量值对可以被简单地分配给第 一理论 -传感器值和第二理论-传感器值的相应对。
[0017] 优选地，根据第一实际-传感器值与第一理论-传感器值的差对所述第一实 际-传感器值进行匹配，和/或根据第二实际-传感器值与第二理论-传感器值的差对所 述第二实际-传感器值进行匹配。实际-传感器值的对被与理论-传感器值的相应对进行 比较。为此，确定实际-传感器值的对与理论-传感器值的相应对之间的差距。该差距由 第一实际-传感器值减去第一理论-传感器值的绝对值与第二实际-传感器值减去第二理 论-传感器值的绝对值的和计算得出。为了确定差距，也可以采用其它方法，如二分法查 找。差距的平方的和同样是合适的，如其它用于量化差距的常见方法。在足够经常的信号 评估时，然后获得了实际-传感器值对和理论-传感器值的所属对之间的最小差距。在此， 可以一直通过匹配的实际-传感器值进行差距确定。因此，可以特别精确地确定旋转调节 器的当前转角。此外，可以补偿制造公差、温度影响、传感器装置的漂移等。通过在此描述 的校正，实际-传感器值总是非常靠近理论-传感器值，因此通过差距方法使误差最小化。
[0018] 在另一种实施方式中，在第一实际-传感器值和第二实际-传感器值处于预先规 定的值域中的、旋转调节器的旋转位置中，对第一实际-传感器值和/或第二实际-传感器 值进行匹配。首先，进行操作设备的粗校准。在粗校准时，传感器尤其可以这样设置，使得 第一实际-传感器值和第二实际-传感器值具有基本上相等的值。这种类型的粗校准例如 可以在系统启动时进行，以便确定为匹配实际-传感器值和理论-传感器值的总放大。如 果第一实际-传感器值和第二实际-传感器值具有基本上相等的值并且存在用于匹配实 际-传感器值的较小偏移量时，粗校准是特别有效的。在此，在使用旋转调节器之前进行粗 校准。在校准之前必须完成差距迭代。
[0019] 在另一种实施方式中，在操作设备运行时，在第一实际-传感器值或第二实际-传 感器值具有最大值的、旋转调节器的位置中确定系数。在粗校准之后紧接着可以进行相应 的精校准。在精校准时，首先确定用于匹配实际-传感器值和理论-传感器值的系数。可 以在操作设备的操作过程中通过用户进行系数的确定。在第一实际-传感器值的最大值 附近，很大程度上通过第二实际-传感器值确定转角。在该区域中，可以确定用于第一实 际-传感器值的系数。可以以类似的方式确定用于第二实际-传感器值的系数。
[0020] 在另一种设计方案中，在操作设备运行时，在第一实际-传感器值或第二实际-传 感器值具有最小值的、旋转调节器的位置中确定偏移量。在操作设备的操作过程中通过用 户确定或校准偏移量。在第一实际-传感器值具有最小值的区域中，很大程度上通过第二 实际-传感器值确定转角。在该区域中，可以确定用于第一实际-传感器值的偏移量。然 后，可以以类似的方式确定用于第二实际-传感器值的偏移量。
[0021] 按本发明的、用于机动车的操作设备包括以能够旋转的方式支承在保持元件上的 旋转调节器、编码元件、用于根据编码元件在旋转调节器的当前旋转位置中的编码获取第 一实际-传感器值的至少一个传感器装置和用于基于获取的第一实际-传感器值确定旋转 调节器和保持元件之间的当前的转角的计算装置，其中，所述操作设备具有一存储装置，提 供至少一个与在旋转调节器和保持元件之间的预定转角相对应的理论-传感器值，以及所 述计算装置设计用于，把获取的第一实际-传感器值分配给所述至少一个理论-传感器值 之一，将第一实际-传感器值同与之对应的理论-传感器值进行匹配以确定当前的转角。
[0022] 以上结合按本发明的方法描述的优点和改进方案可以以相同的方式转用于按本 发明的操作设备。

【专利附图】

【附图说明】
[0023] 现在参照附图详细说明本发明。在附图中示出：
[0024] 图1在示意图中示出了用于机动车的操作设备；
[0025] 图2示出了用于机动车的操作设备的另一实施方式；
[0026] 图3示出了第一实际-传感器值和第二实际-传感器值的与时间有关的信号；
[0027] 图4示出了一个图表，其中描绘了第一实际-传感器值与第二实际-传感器值之 间的关系；
[0028] 图5示出了第一理论-传感器值与第二理论传感器值之间的关系；以及
[0029] 图6示出了另一实施方式中的按图5的图表。

【具体实施方式】
[0030] 以下详细描述的实施例是本发明的优选实施方式。
[0031] 图1在俯视图中示出了用于机动车的操作设备10的示意图。操作设备10用于操 作机动车的功能装置。这种功能装置可以是空调设备、导航系统、具有配属的显示器的操作 装置、娱乐系统等。操作设备10包括旋转调节器，该旋转调节器以能够旋转的方式支承在 保持元件上（在此未示出）。操作设备10具有卡锁装置，通过卡锁装置为旋转调节器沿着 旋转方向r预先规定多个卡锁级。
[0032] 此外，操作设备10包括编码元件12。编码元件12可以设置在旋转调节器上。当 前，编码元件12通过四个永磁体14形成，这些永磁体沿着操作设备10的周向布置。此外， 操作设备10包括第一传感器装置16和第二传感器装置18,所述第一传感器装置和第二传 感器装置在当前的实施例中设计为霍尔-传感器。两个传感器装置16、18之间的间距相当 于永磁体14沿着周向的空间尺寸的一半。如果旋转调节器通过操作人员旋转，则编码元件 12也与旋转调节器一起被旋转。在两个传感器装置16、18中根据旋转调节器的旋转位置产 生传感器信号。传感器信号具有基本上类似的曲线，因为永磁体14的北极N和南极S的磁 化的过渡是流畅的。传感器信号可以被输送到模数转换器，因此通过第一传感器装置16提 供第一实际-传感器值xist并且通过第二传感器装置18提供第二实际-传感器值y ist。
[0033] 图2示出了另一种实施方式的操作设备10。在此，编码元件12通过四个区段20 形成，这些区段沿着操作设备10的周向布置。在通过区段20形成的内腔中设置有发光元 件22。发光元件22与两个传感器装置16、18 -起形成各一个光栅，该光栅在编码元件12 旋转经过区段20时被中断，所述传感器装置在当前的例子中设计为光控传感器。在此，也 通过第一传感器装置16提供第一实际-传感器值x ist，并且通过第二传感器装置18提供第 二实际-传感器值yist。
[0034] 图3在第一图表24中示出了第一实际-传感器值xist随时间变化的曲线。第二 图表26示出了第二实际-传感器值y ist随时间变化的曲线。第一实际-传感器值xist随时 间变化的曲线和第二实际-传感器值y ist随时间变化的曲线具有基本上正弦状的曲线。在 此，第二实际-传感器值yist随时间变化的曲线与第一实际-传感器值X ist的曲线错开。
[0035] 图4示出了图表28,其中描述了对于旋转调节器相对于保持元件的预定的转角α 的第二实际-传感器值yist与第一实际-传感器值Xist的关系。在此描述了对于旋转调节 器的两个卡锁级之间的预定的转角α的实际-传感器值1&和7&。如果旋转调节器运动 到特定的旋转位置，则由第一传感器装置16提供第一实际-传感器值x ist，由第二传感器装 置18提供第二实际-传感器值yist。这在图4中通过点30表示出。
[0036] 图5示出了图表32,其中描述了对于旋转调节器相对于保持元件的预定的转角α 的第二理论-传感器值yS()11与第一理论-传感器值xS()11的关系。理论-传感器值x S()11和 yS()11例如根据通过转角传感器进行的测量确定。可以为旋转调节器的两个卡锁级之间的预 定的转角α确定理论-传感器值X S()11和yS()11。在图表32中也示出了点30,该点表示旋转 调节器的当前旋转位置中的当前的实际-传感器值x ist和yist。
[0037] 现在，两个实际-传感器值xist和yist被分配给一对理论-传感器值x S()11和yS()11。 为此，实际-传感器值对xist和y ist与当前最接近的理论-传感器值对xS()11和yS()11之间的 差距被确定。在此也可以规定，确定实际-传感器值x ist和yist与两对理论-传感器值xS()11 和73()11之间的差距，所述两对理论-传感器值沿着转角α在当前最接近的理论-传感器值 对xS()11和y S()11之前和之后。差距可以按照以下公式计算：
[0038] 差距=|Xist-xs〇n I y^ist ys〇ii I °
[0039] 现在，将实际-传感器值对xist和yist分配给理论-传感器值对x S()11和yS()11，使 得具有与实际-传感器值xist和y ist之间的最小的差距。为了匹配实际-传感器值xist和 yist，实际传感器值Xist和yist可以被乘以一个系数。备选地或附加地，可以为实际-传感器 值x ist和yist加上一个偏移量。
[0040] 在图6中示出了实际-传感器值xist和yist的匹配。首先进行粗校准。作为初始 值为偏移量规定值零并且为系数规定值一。在操作元件的静止位置中进行粗校准。优选当 旋转调节器位于在其中实际-传感器值X ist和yist基本上相当的旋转位置中时，进行粗校 准。这通过区域34表示出。在旋转调节器的该位置中，按以下公式确定用于匹配实际-传 感器值x ist和yist的系数：
[0041]系数=(xS()11+yS()11V(xist+y ist)。
[0042] 接着进行实际-传感器值xist和yist的系数校准。在操作设备10运行时进行系数 的校准。首先校准用于第一实际-传感器值x ist的系数。这在旋转调节器的一旋转位置中 进行，在该旋转位置中，第一实际-传感器值xist具有最大值。这在图6中通过区域36表 示出。在该区域中，转角α首先通过第一实际-传感器值y ist确定。如下地计算系数：
[0043] 系数=xSQll/xist。
[0044] 接着校准用于第二实际-传感器值yist的系数。这在旋转调节器的一旋转位置中 进行，在该旋转位置中，第二实际-传感器值y ist具有最大值。这通过区域38表示出。在 该区域中，转角α首先通过第一实际-传感器值Xist确定。
[0045] 此外，还在操作设备10运行时对用于实际-传感器值xist和yist的偏移量进行校 准。首先校准用于第一实际-传感器值x ist的偏移量。这在旋转调节器的一旋转位置中进 行，在该旋转位置中，第一实际-传感器值xist具有最小值。这通过区域40表示出。在该 区域中，转角α首先通过第二实际-传感器值y ist确定。按照以下公式计算偏移量：
[0046] 偏移量=xs()11-xist。
[0047] 接着校准用于第二实际-传感器值yist的偏移量。这在旋转调节器的一旋转位置 中进行，在该旋转位置中，第一实际-传感器值x ist具有最小值。这通过区域42表示出。在 该区域中，转角α首先通过第二实际-传感器值yist确定。
【权利要求】
1. 一种用于运行机动车的操作设备（10)的方法，其中，操作设备（10)包括旋转调节器 和编码元件（12)，该旋转调节器以能够旋转的方式支承在保持元件上，该方法包括以下步 骤： -根据编码元件（12)在旋转调节器的当前旋转位置中的编码获取第一实际-传感器值 (Xist)， -基于所获取的第一实际-传感器值（Xist)确定旋转调节器和保持元件之间的当前的 转角U)， 其特征在于， -提供至少一个与在旋转调节器和保持元件之间的预定转角（α )相对应的理论-传感 器值（xs〇ii、ys〇ii)， -把获取的第一实际-传感器值（xist)分配给至少一个理论-传感器值（xS()11、y S()11)之 一，和 -将第一实际-传感器值（xist)同与之对应的理论-传感器值（xS()11、yS()11)进行匹配以 确定当前的转角（ct)。
2. 根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 沿着所述旋转调节器的旋转方向（r)为旋转调节器预先规定多个卡锁级，把第一实 际-传感器值（xist)分配给两个卡锁级之间的至少一个理论-传感器值
3. 根据权利要求1或2所述的方法， 其特征在于， 所述第一实际-传感器值（xist)为了匹配被乘以一个系数和/或所述第一实际-传感 器值（xist)被加上一个偏移量。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其特征在于， 根据所述编码元件（12)的编码确定用于预先规定的旋转位置的第一实际-传感器值 (xist)和第二实际-传感器值（yist)，为预定的转角（α)提供第一理论-传感器值（x S()11)和 第二理论-传感器值（yS()11)。
5. 根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 把所述第一实际-传感器值（xist)分配给第一理论-传感器值（xS()11)，和/或把所述 第二实际-传感器值（yist)分配给第二理论-传感器值（yS()11)。
6. 根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 根据第一实际-传感器值（xist)与第一理论-传感器值（xS()11)的差对所述第一实 际-传感器值（xist)进行匹配，和/或根据第二实际-传感器值（yist)与第二理论-传感器 值（y S()11)的差对所述第二实际-传感器值（yist)进行匹配。
7. 根据权利要求4至7中任一项所述的方法， 其特征在于， 在第一实际-传感器值（xist)和第二实际-传感器值（yist)处于预先规定的值域中的、 旋转调节器的旋转位置中，对第一实际-传感器值（Xist)和/或第二实际-传感器值（yist) 进行匹配。
8. 根据权利要求4至7中任一项所述的方法， 其特征在于， 在操作设备运行时，在第一实际-传感器值（xist)或第二实际-传感器值（yist)具有最 大值的、旋转调节器的位置中确定系数。
9. 根据权利要求4至8中任一项所述的方法， 其特征在于， 在操作设备运行时，在第一实际-传感器值（xist)或第二实际-传感器值（yist)具有最 小值的、旋转调节器的位置中确定偏移量。
10. -种用于机动车的操作设备（10)，具有： -旋转调节器，该旋转调节器以能够旋转的方式支承在保持元件上， _编码兀件（12)， -至少一个传感器装置（16、18)，用于根据编码元件（12)在旋转调节器的当前旋转位 置中的编码获取第一实际-传感器值（xist)，和 -计算装置，用于基于获取的第一实际-传感器值（xist)确定旋转调节器和保持元件之 间的当前的转角（α)， 其特征在于， -所述操作设备具有一存储装置，提供至少一个与在旋转调节器和保持元件之间的预 定转角（α )相对应的理论-传感器值Ow、yS()11)，以及 -所述计算装置设计用于，把获取的第一实际-传感器值（xist)分配给所述至少一个理 论-传感器值之一，将第一实际-传感器值（xist)同与之对应的理论-传感器 值进行匹配以确定当前的转角（ α)。
【文档编号】G01D5/245GK104220845SQ201380019545
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年6月12日 优先权日:2012年10月12日
【发明者】S·迈瓦尔德, J·克鲁格 申请人:奥迪股份公司