具有磁性元件和磁场传感器的输入元件制造技术

一种输入元件包括：承载元件(140)；操作元件(145)，所述操作元件可相对于承载元件移位；锁定装置，以便将操作元件相对于承载元件保持在多个预定的位置中的一个位置中；磁性元件(165)，所述磁性元件机械地与操作元件耦联；磁场传感器(170)，用于确定磁场，所述磁场传感器安置在承载元件上；和评估装置，所述评估装置用于基于借助于磁场传感器确定的磁场来确定操作元件相对于承载元件的位置。

Input element with magnetic element and magnetic field sensor

An input element includes a bearing element (140); an operating element (145), which can be shifted relative to the bearing element; a locking device to keep the operating element relative to the bearing element in one of several predetermined positions; a magnetic element (165), which is mechanically coupled to the operating element; and a magnetic field sensor (170), which is used to determine the magnetic field. The magnetic field sensor is mounted on the load-bearing element, and the evaluation device is used to determine the position of the operating element relative to the load-bearing element based on the magnetic field determined by the magnetic field sensor.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有磁性元件和磁场传感器的输入元件
本专利技术涉及一种输入元件和一种输入系统，尤其用于在轨道车辆、如机车上使用。
技术介绍
在机车上设有控制台，所述控制台例如能够安置在驾驶台上，安置在机器间中或安置在机车的外部区域中。控制台包括多个输入元件，所述输入元件分别与机车的预定的功能相关联。每个输入元件包括操作元件，所述操作元件能够由操作人员平移地或旋转地移动。在此，操作元件的预定数量的位置是预定的，并且每个所述位置能够与一个速动开关相关联。如果操作元件具有多于两个的位置，那么所述操作元件也包括相应多个速动开关。控制台因此可以包括大量速动开关，所述速动开关会需要相对大的安装空间，和通常也造成相对高的重量。由于其机械复杂性，具有速动开关、尤其具有多个速动开关的输入元件会有提高的易错性。这些速动开关会易受腐蚀、沾污、胶着或液态或固态形式的异物进入的影响。速动开关的功能由此会受到限制。每个速动开关与一个或多个分立的线路相关联，所述线路必须在控制台的范围中连接。控制台于是会构造复杂，难于维护和对以后的改变不灵活。
技术实现思路
本专利技术基于如下目的，提供一种改进的输入元件和一种改进的输入系统，所述输入元件和输入系统解决上述缺点中的至少一个。本专利技术借助于独立权利要求的主题来实现所述目的。从属权利要求描绘优选的实施方式。输入元件包括：承载元件；操作元件，所述操作元件可相对于承载元件移位；和锁定装置，以便将操作元件相对于承载元件保持在多个预定的位置中的一个位置中。此外，输入元件包括磁性元件，所述磁性元件磁性地与操作元件耦联；和磁场传感器，所述磁场传感器安置在承载元件上，用于确定磁场。此外，包括一个评估装置，所述评估装置配置为，基于借助于磁场传感器确定的磁场来确定操作元件相对于承载元件的位置。通过使用磁场传感器，输入元件能够机械上复杂程度更小地构造。输入元件对腐蚀、污物或异物的敏感性能够减小。磁场传感器能够无接触地确定操作元件的位置，使得所述区域中的磨损同样能够减小。尤其优选的是，评估装置配置为，操作元件的位置仅一般性地确定并且尚不映射到操作元件的预定的位置中的一个位置上。对此，评估装置能够配置为，模拟地确定操作元件的位置或提供模拟值，所述模拟值指示操作元件的位置。在另一实施方式中，使用数字值，其中以比操作元件的预定位置的数量更高的分辨率分辨位置。例如，操作元件的位置能够借助8位的分辨率来分辨，所述8位的分辨率对应于256个不同的位置，而操作元件经由锁定装置限制于大约2个至16个位置。由此，能够实现用于连接在下游的处理设备的改进的信息基础。例如，能够改进地跟踪从一个机械位置到另一机械位置的过渡。所确定的位置与操作元件的机械限定的位置中的一个位置的相关性能够根据外部可用的系统知识改进地执行。特别优选的是，操作元件可分成第一子单元和第二子单元，其中第一子单元包括锁定装置和磁性元件，并且第二子单元包括磁场传感器和评估装置。由此可能的是，设有通用性的第二子装置，所述第二子装置能够与不同的第一子装置组合。在具体的应用情况下，也能够用第一子单元更换第二子单元，例如当在输入元件上需要提高数量的机械限定的位置时或者当输入元件的目的已经改变时如此。在另一实施方式中设有隔离元件，以便将磁场传感器与磁性元件分离。隔离元件优选由磁中性材料如塑料制造，使得其不影响输入元件的功能。通过隔离元件能够阻止：尤其能够从操作元件的方向进入到输入元件中的污物，到达磁场传感器并且损害其功能。因此，能够可靠地使例如操作人员忙碌中带起的灰尘、液体或食物残余物保持远离磁场传感器。如果输入元件例如装入到操作面板或类似的结构中，那么隔离元件能够安置在操作面板上，使得在输入元件的具有操作元件的操作侧与输入元件的具有磁场传感器的评估侧之间的隔离能够密封地构成。锁定元件优选设置在输入侧上。在一个特别优选的实施方式中，输入元件配置为冗余地确定操作元件的位置。对此，输入元件还能够包括用于确定磁场的另一磁场传感器和用于基于借助于另一磁场传感器确定的磁场来确定操作元件的位置的另一评估装置。优选地，两个磁场传感器的测量方向彼此围成在0°和180°之间的角度。如果例如输入元件的操作元件从一个预定的机械位置到另一机械位置的移动引起磁性元件沿着轨迹的平移移动，那么其中一个磁场传感器能够安置在该轨迹旁，而另一磁场传感器能够安置在轨迹端部中的一个端部处。磁场传感器在此能够确定受磁性元件影响的相应的局部磁场的不同方面。为了尽可能好的隔离优选的是，测量方向彼此围成大约90°的角度。优选地，每个磁场传感器与一个评估装置相关联。尤其地，第一磁场传感器能够与第一评估装置相关联，并且第二磁场传感器能够与第二评估装置相关联。因此能够改进地避免临界元件的存在，所述临界元件的失效会妨碍借助于两个磁场传感器确定位置。通过不同的测量路径的严格隔离，能够决定性地提高输入元件的故障安全性和冗余。在一个实施方式中，输入元件配置为，在如下环境中使用，在所述环境中需要提高的安全要求等级(例如SIL2)。评估装置能够具有至通信总线的接口。如果使用两个评估装置，那么每个评估装置能够与一个通信总线相关联。通信总线尤其能够基于I2C、SPI或CAN构建。尤其优选的是，通信总线串行地构成，以便减小通向输入元件的线路的数量。此外优选地，通信总线允许各个终端设备的寻址，使得尤其能够依次查询不同的输入元件。因此，例如能够周期性地查询多个输入元件或特定的输入元件能够比其他输入元件更频繁地被查询。输入系统包括多个所描述的输入元件，优选地在具有多个磁场传感器的实施方式中，和处理装置，所述处理装置借助于通信总线与输入元件连接。在此，处理装置包括用于提供对输入元件的位置的指示的接口。接口能够包括另一通信总线，尤其串行的通信总线，如IC2、SPI或CAN。优选地，能够在接口上提供消息，所述消息包括对多个输入元件的位置的指示。输入系统能够简单地构造并且可灵活地改变。生产和安装成本能够降低。输入系统能够相对轻地且节约空间地构成。在实施方式之一中，每个输入元件能够冗余地被扫描，使得能够提高输入系统的确定安全性。输入系统由此能够改进地用于控制安全相关的系统，如机车。处理装置优选配置为，基于磁场传感器的经由通信总线传输的测量值，为输入元件分别确定：操作元件的位置在预定的位置中的一个位置中。换言之，处理装置优选地负责于，将磁场传感器的测量值映射到相关联的操作元件的多个机械位置中的一个位置。在此，尤其当输入元件具有多于一个的磁场传感器时，能够执行冗余校验或可信度检验。如果例如确定：输入元件的两个磁场传感器的位置比预定更差地彼此匹配或所确定的位置中的一个位置不匹配于相关的操作元件的预定的机械位置，那么所确定的位置能够被标记成无效的，或者置于如下数值，所述数值与无效的确定相关联。在另一实施方式中，处理装置配置为，经由接口提供如下信息，所述信息指示输入元件的操作元件的位置的确定质量。所述信息能够包括对上述无效的确定的指示。在一个优选的实施方式中，也能够管理用于确定质量的更高分辨率的数值。此外优选的是，输入系统包括用于输入元件和处理装置的中央能量供应装置。在每输入元件有多个磁场传感器的实施方式中，也能够设有两个中央能量供应装置，所述中央能量供应装置分别与一个磁场传感器相关联。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输入元件(105)，所述输入元件包括：‑承载元件(140)；‑操作元件(145)，所述操作元件能够相对于所述承载元件(140)移位；‑锁定装置，以便将所述操作元件(145)相对于所述承载元件(140)保持在多个预定的位置(160)中；‑磁性元件(165)，所述磁性元件机械地与所述操作元件(145)耦联；‑磁场传感器(170)，所述磁场传感器安置在所述承载元件(140)上，用于确定磁场；和‑评估装置(175)，所述评估装置用于基于借助于所述磁场传感器(170)确定的磁场来确定所述操作元件(145)相对于所述承载元件(140)的位置(160)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.12 DE 102016202147.81.一种输入元件(105)，所述输入元件包括：-承载元件(140)；-操作元件(145)，所述操作元件能够相对于所述承载元件(140)移位；-锁定装置，以便将所述操作元件(145)相对于所述承载元件(140)保持在多个预定的位置(160)中；-磁性元件(165)，所述磁性元件机械地与所述操作元件(145)耦联；-磁场传感器(170)，所述磁场传感器安置在所述承载元件(140)上，用于确定磁场；和-评估装置(175)，所述评估装置用于基于借助于所述磁场传感器(170)确定的磁场来确定所述操作元件(145)相对于所述承载元件(140)的位置(160)。2.根据权利要求1所述的输入元件(105)，其中所述评估装置(175)配置为，以比预定的位置(160)的数量更高的分辨率分辨所述位置(160)。3.根据权利要求1或2所述的输入元件(105)，其中所述操作元件(145)能够分成两个子单元，使得一个子单元包括所述锁定装置和所述磁性元件(165)，并且另一子单元包括所述磁场传感器(170)和所述评估装置(175)。4.根据上述权利要求中任一项所述的输入元件(105)，其中设有隔离元件(135)，以便将所述磁场传感器(170)与所述磁性元件(165)分离。5.根据上述权利要求中任一项所述的输入元件(105)，所述输入元件还包括：-另一磁场传感器(170’)，用于确定磁场；和-另一评估装置(175’)，用于基于借助于所述另一磁场传感器(170’)确定的磁场来确定所述操作元件(145)的位置(160)，-其中两个磁场传感器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：马蒂亚斯·亚历山大·韦伯，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE