DE102015008763A1

DE102015008763A1 - Kraftfahrzeug-Bedienvorrichtung mit nulllagenjustiertem Bedienteil

Info

Publication number: DE102015008763A1
Application number: DE102015008763.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Wachinger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2017-01-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung (3) für ein Kraftfahrzeug (1), aufweisend ein bewegbar gelagertes Bedienteil (9), eine Aktoreinrichtung (15) zum Bewegen des Bedienteils (9) aus einer Nulllage (S1) und eine Justiereinrichtung (33) zum Justieren des Bedienteils (9) in der Nulllage (S1), wobei die Justiereinrichtung (33) einen ersten Dauermagneten (36) und einen zweiten Dauermagneten (37) aufweist. Die Justierung soll präzise sein. Die Erfindung sieht hierzu vor, dass an jedem Dauermagneten (36, 37) jeweils ein magnetisches Flussleitelement (41, 42) anliegt, wobei jedes der Flussleitelemente (41, 42) jeweils eine Anlagefläche (43, 44), mit der es an dem jeweiligen Dauermagneten (36, 37) anliegt, und eine Flussdurchtrittsfläche (46, 47) aufweist und wobei die Anlagefläche (43, 44) größer als die Flussdurchtrittsfläche (46, 47) ist und wobei in der Nulllage (S1) ein Abstand (48) der Flussdurchtrittsflächen (46, 47) zueinander minimiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Bedienvorrichtung weist ein Bedienteil auf, das beispielsweise als Taste oder Tastenleiste ausgestaltet sein kann, und bewegbar bezüglich eines Gehäuses der Bedienvorrichtung gelagert ist. Für ein haptisches Feedback an dem Bedienteil ist eine Aktoreinrichtung zum Bewegen des Bedienteils bereitgestellt. Bei inaktiver Aktoreinrichtung ist das Bedienteil durch Magneten in einer Nulllage gehalten.
Ein Bedienteil der beschriebenen Art ist beispielsweise aus der US 2002/0093328 A1 bekannt. Darin ist ein Laptop-Computer beschrieben, der für eine Maussteuerung einen Knauf aufweist, der in einer Ebene verschiebbar gelagert ist. In dem Knauf und an einer dem Knauf gegenüberliegenden Gehäusewand ist jeweils ein Dauermagnet angeordnet. Die beiden Dauermagneten ziehen sich an, wodurch der Knauf im unbetätigten Zustand in einer Ruhelage gehalten ist.
In der DE 10 2007 002 189 A1 ist ein Drehsteller beschrieben, an dessen Drehwelle ein Dauermagnet angeordnet ist. Gegenüber dem Dauermagnet ist an einem Gehäuseboden ein weiterer Dauermagnet angeordnet. Durch die zwischen den Dauermagneten wirkenden Anziehungskräfte wird der Drehsteller im unbedienten Zustand in eine Ruhelage gedreht.
Aus der US 2014/0015596 A1 ist ein Drucktaster beschrieben, dessen Betätigung mittels eines Hall-Sensors detektiert wird. In einer Taste des Drucktasters und einem Gehäuseboden des Drucktasters ist jeweils ein Dauermagnet angeordnet, wobei sich die Magnetfelder der Dauermagneten im Bereich des Hall-Sensors gegenseitig aufheben. Durch Drücken der Taste werden die Magnetfelder gegeneinander verschoben, so dass hierdurch im Hall-Sensor ein Magnetfeld sensiert wird.
Um in einem Kraftfahrzeug ein bewegbar gelagertes Bedienteil zuverlässig in einer Nulllage zu justieren oder zu fixieren, sind verhältnismäßig starke Magneten nötig, da während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs Vibrationen die Bedienvorrichtung erschüttern oder bewegen. Werden aber nun zwei verhältnismäßig große Dauermagneten aneinander gegenüber angeordnet, damit ihre gegenseitige Anziehungskraft das Bedienteil in der Nulllage hält, ergeben sich durch die verhältnismäßig großen Flächen der Dauermagneten entsprechend weiche oder nur graduelle Übergänge der auf das Bedienteil wirkenden Magnetkraft beim Auslenken. Mit anderen Worten hat der Benutzer den Eindruck, dass die Lagerung des Bedienteils schwammig oder weich oder unpräzise ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Bedienvorrichtung eines Kraftfahrzeugs ein bewegbar gelagertes Bedienteil in einer Nulllage zu fixieren.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche gegeben.
Durch die Erfindung ist eine Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Die Bedienvorrichtung weist ein Bedienteil auf, das bewegbar bezüglich eines Gehäuses der Bedienvorrichtung gelagert ist und eine Berühroberfläche zum Betätigen des Bedienteils aufweist. Das Bedienteil kann beispielsweise eine Taste oder eine Tastenleiste mit mehreren Tasten oder ein Touchpad sein. Eine bezüglich des Gehäuses fest gelagerte Aktoreinrichtung ist zum Bewegen des Bedienteils aus einer Nulllage in Abhängigkeit von einem Anregungssignal ausgestaltet. Durch die Bewegung wird an der Berühroberfläche eine Feedback-Bewegung oder Rückmeldebewegung für den Benutzer erzeugt, die dieser dann an der Berühroberfläche spüren kann. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Aktoreinrichtung um eine haptische Feedback-Einrichtung. Bei der Bewegung für die haptische Rückmeldung handelt es sich insbesondere um eine Vibration (insbesondere mit einer Frequenz größer als 1 Hertz) und/oder um eine einmalige Auslenkung des Bedienteils aus der Ruhelage. Die Auslenkung ist hierbei insbesondere kürzer als 1 Sekunde, insbesondere kürzer als 500 Millisekunden. Mit anderen Worten führt das Bedienteil einen Stoß oder einen Ruck aus.
Bei der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung ist verhindert, dass die Bedienoberfläche, also insgesamt das Bedienteil, beispielsweise mit dem Finger ausgelenkt und verschoben werden kann, während die Aktoreinrichtung inaktiv oder unbestromt ist. Hierzu ist eine Justiereinrichtung zum Justieren des Bedienteils in der Nulllage bei inaktiver Aktoreinrichtung bereitgestellt. Die Justiereinrichtung weist einen an dem Bedienteil angeordneten ersten Dauermagneten und einen bezüglich des Gehäuses fest angeordneten zweiten Dauermagneten auf. Die Dauermagneten ziehen sich in der beschriebenen Weise an und justieren oder positionieren oder führen hierdurch das Bedienteil in die Nulllage, während die Aktoreinrichtung inaktiv ist.
Um nun einen Betrag der in die Nulllage führenden Rückstellkraft schon bei kleinen Auslenkungswegen verhältnismäßig groß einstellen zu können, also eine präzise oder prägnante Justierung in der Nulllage zu erreichen, sind folgende weiterbildenden Merkmale vorgesehen. An dem ersten Dauermagneten liegt ein erstes magnetisches Flussleitelement an und an dem zweiten Dauermagneten liegt ein zweites magnetisches Flussleitelement an. Ein Flussleitelement ist im Zusammenhang mit der Erfindung insbesondere ein weichmagnetisches Element, beispielsweise ein Körper aus Eisen. Durch die beschriebene Anordnung sind also ein Flussleitelement bezüglich des Bedienteils und ein zweites Flussleitelement bezüglich des Gehäuses fest angeordnet. Jedes der Flussleitelemente liegt jeweils mit einer Anlagefläche an dem jeweiligen Dauermagneten an. Das heißt das erste Flussleitelement liegt am ersten Dauermagneten mit einer ersten Anlagefläche und das zweite Flussleitelement liegt am zweiten Dauermagneten mit einer zweiten Anlagefläche an. Des Weiteren weist jedes Flussleitelement eine Flussdurchtrittsfläche auf, die durch ein Material des Flussleitelements mit der Anlagefläche magnetisch gekoppelt ist. Mit anderen Worten endet jedes Flussleitelement in der Luft, wobei eine Grenze oder Oberfläche des Flussleitelements durch eine Flussdurchtrittsfläche definiert oder begrenzt ist. Ein magnetischer Fluss, der an der Anlagefläche in den jeweiligen Dauermagneten eintritt oder aus dem jeweiligen Dauermagneten austritt, wird zwischen der Anlagefläche und der Flussdurchtrittsfläche durch das Material des Flussleitelements geführt. Hierzu ist das Flussleitelement in der beschriebenen Weise insbesondere weichmagnetisch ausgestaltet. Besonderheit hierbei ist nun, dass bei jedem der Flussleitelemente die Anlagefläche größer als die Flussdurchtrittsfläche ist. Hierdurch wird in dem Flussleitelement der magnetische Fluss gebündelt oder konzentriert, so dass eine Felddichte oder Flussdichte in der Flussdurchtrittsfläche größer ist als in der Anlagefläche.
Des Weiteren ist in der Nulllage des Bedienteils ein Abstand der Flussdurchtrittsfläche des ersten Flussleitelements zu der Flussdurchtrittsfläche des zweiten Flussleitelements minimiert. Mit anderen Worten sind sich die beiden Flussdurchtrittsflächen am nächsten, wenn sich das Bedienteil in der Nulllage oder Ruhelage befindet. Hierdurch ist insbesondere ein Energiezustand des Bedienteils in Bezug auf die relative Lage der beiden Flussleitelemente zueinander minimiert. Insbesondere tritt das Magnetfeld der beiden Dauermagneten zwischen den beiden Flussleitelementen an den Flussdurchtrittsflächen über. Mit anderen Worten tritt das Magnetfeld aus einem der Flussleitelemente durch dessen Flussdurchtrittsfläche aus und tritt durch die Flussdurchtrittsfläche des anderen Flussleitelements in dieses ein. Indem hierbei der Abstand in der Nulllage verkürzt ist, sind die Flusslinien des magnetischen Flusses, die zwischen den Flussdurchtrittsflächen durch die Luft hindurch geführt sind oder verlaufen, am kürzesten, wenn sich das Bedienteil in der Nulllage befindet.
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass der magnetische Fluss mittels der Flussleitelemente gebündelt oder konzentriert oder verdichtet wird und mittels des verdichteten magnetischen Flusses dann die Nulllage über die Ausrichtung oder Anordnung der Flussdurchtrittsflächen eingestellt ist. Hierdurch erfordert das Auslenken des Bedienteils aus der Nulllage eine größere Kraft als in dem Fall, dass lediglich die Flächen der Dauermagneten einander gegenüber angeordnet werden. Damit ergibt sich eine spürbar prägnantere Ausrichtung oder Fixierung des Bedienteils in der Nulllage für den Benutzer.
Zu der Erfindung gehören auch optionale Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche Vorteile ergeben.
Gemäß einer Weiterbildung weisen die Flussleitelemente zueinander einen Abstand größer als Null auf. Mit anderen Worten sind die Flussleitelemente auch in der Nulllage voneinander getrennt angeordnet. Mit anderen Worten sind die Flussleitelemente kontaktlos angeordnet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Flussleitelemente auch in der Nulllage nicht aneinander haften. Hierdurch ist vermieden, dass eine unnötig große Auslenkkraft aus der Ruhelage durch die Aktoreinrichtung aufgewendet werden müsste, um das Bedienteil in Bewegung zu setzen. Zudem sind Schleifeneffekte vermieden.
Gemäß einer Weiterbildung weist das erste Flusselement und/oder das zweite Flussleitelement jeweils ein Blech auf. Hierbei liegt jeweils eine Blechbreitseite des jeweiligen Bleches an dem jeweiligen Dauermagneten an und die Flussdurchtrittsfläche ist durch eine Blechschmalseite des Blechs gebildet. Als Blech kann beispielsweise ein Transformatorblech genutzt sein. Mit anderen Worten wird als weichmagnetisches Material das Eisen eines Transformatorblechs bereitgestellt oder genutzt. Durch Nutzen eines Bleches ergibt sich der Vorteil, dass die Bündelung des magnetischen Flusses innerhalb jedes Flussleitelements schon durch die Geometrie eines Bleches mit einer Blechbreitseite und einer im Verhältnis dazu geringerflächigen Blechschmalseite gebildet ist. Dies macht die Herstellung der Bedienvorrichtung besonders günstig. Jedes Flussleitelement ist hierbei als Abreißblech angeordnet, das heißt der Fluss wird innerhalb des Bleches geführt und die Führung reißt dann an der Blechschmalseite ab. An der Blechschmalseite tritt dann der magnetische Fluss in konzentrierter Form durch die Flussdurchtrittsfläche ein oder aus.
Gemäß einer Weiterbildung sind die beiden Dauermagneten jeweils als Ringmagnet ausgestaltet. Die beiden Flussleitelemente sind dann jeweils als ein Ring ausgestaltet, der jeweils in den Ringmagneten eingesteckt ist und/oder den Ringmagneten umgibt. Durch Vorsehen einer ringförmigen Struktur, das heißt Ringmagnet und Flussleitelement in Form eines Ringes, ergibt sich der Vorteil, dass das Bedienteil in einer Ebene in jede Richtung mittels dieser Anordnung justiert wird. Mit anderen Worten kann sowohl in der x-Richtung als auch y-Richtung der Ebene eine zur Nulllage hin wirkende Rückstellkraft mittels der Flussleitelemente auf das Bedienteil ausgeübt werden. Auch bei diagonaler Auslenkung ergibt sich dabei dieselbe Rückstellkraft, so dass in der Ebene eine gleichmäßige Rückstellkraft aus allen Richtungen der Ebene zur Nulllage hin ausgeübt wird.
Gemäß einer Weiterbildung erfolgt die durch die Aktoreinrichtung bewirkte Bewegung des Bedienteils in dieser Ebene. Die beiden Flussdurchtrittsflächen sind dabei parallel zu der Ebene angeordnet. Mit anderen Worten führen die beiden Flussdurchtrittsflächen gegeneinander eine Scherbewegung aus, während das Bedienteil durch die Aktoreinrichtung bewegt wird. Hierdurch sind die Rückstellkräfte, die bei Auslenken des Bedienteils in zwei entgegengesetzte Richtungen wirken, gleich. Somit ergibt sich eine gleichmäßige Rückstellkraft beispielsweise bei einer Vibration des Bedienteils.
Gemäß einer Weiterbildung weist das Material der Flussleitelemente eine Permeabilitätszahl größer als 250, insbesondere größer als 500 auf. Hierdurch ist sichergestellt, dass der magnetische Fluss zwischen der jeweiligen Anlagefläche und der jeweiligen Flussdurchtrittsfläche zuverlässig geführt wird. Mit anderen Worten ist ein Streufluss der Flussleitelemente, der an einer anderen Stelle als den beiden genannten Flächen durch eine Oberfläche des Flussleitelements tritt, ausreichend gering. Zusätzlich oder alternativ zur genannten Permeabilitätszahl weist das Flussleitelement eine Koerzitivfeldstärke kleiner als 1000 Ampere pro Meter auf. Hierdurch ergibt sich eine ausreichend weichmagnetische Eigenschaft, so dass sich die Flussführung der Flussleitelemente selbständig an die Geometrie der Bedienvorrichtung beim Montieren der Bedienvorrichtung anpasst. Mit anderen Worten ist keine aufwändige Anpassung der Magnetisierung der Flussleitelemente nötig. Ein Flussleitelement mit den genannten Eigenschaften kann beispielsweise durch eine geeignete Wahl eines Eisens als Material für das Flussleitelement erreicht werden.
Gemäß einer Weiterbildung ist das Bedienteil über eine Stützeinrichtung an dem Gehäuse gehalten. Die Stützeinrichtung weist hierbei zumindest ein Stützelement auf, das als Blattfeder oder Schenkelfeder ausgestaltet ist. Mit anderen Worten ist als Stützelement in Form einer Blattfeder ein Stab oder eine Platte bereitgestellt, die jeweils quer zu ihrer Längserstreckung biegsam ausgestaltet oder elastisch ist. In Längserstreckung ist dagegen das Stützelement starr. Als Schenkelfeder weist das Stützelement in Form eines Schenkels ein starres, das Bedienteil tragendes Element auf, das aber quer zur Längserstreckung des Schenkels federnd ausgelenkt werden kann. Somit ist also bei dieser Weiterbildung vorgesehen, dass eine Längserstreckungsrichtung des zumindest einen Stützelements jeweils senkrecht zu der durch die Aktoreinrichtung bewirkten Bewegung des Bedienteils ausgerichtet ist. Mit anderen Worten ist die Längserstreckungsrichtung, also die Richtung der geringsten Elastizität oder Verformbarkeit des Stützelements, senkrecht zur Berühroberfläche des Bedienteils ausgerichtet. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass ein Benutzer eine Bedienkraft auf die Bedienoberfläche ausüben kann und die Aktoreinrichtung unabhängig von einem Betrag der Bedienkraft mit geringem Leistungsaufwand oder Energieaufwand das Bedienteil quer oder senkrecht zur Wirkungsrichtung der Bedienkraft auslenken oder bewegen kann.
Zum Bewegen des Bedienteils weist die Aktoreinrichtung gemäß einer Weiterbildung einen Elektromagneten mit einer elektrischen Spule auf, in welcher ein ferromagnetisches Ankerelement bewegbar angeordnet ist. Das Ankerelement kann beispielsweise als ein Dauermagnet oder als ein weichmagnetischer Stab ausgestaltet sein. In Abhängigkeit von einem magnetischen Feld der Spule führt das Ankerelement eine Schubbewegung aus, wird also in die Spule hineingezogen und/oder aus der Spule herausgeschoben. Diese Schubbewegung wird dann beispielsweise mittels eines Hebelelements auf das Bedienteil übertragen, welches dann die beschriebene Bewegung für die haptische Rückmeldung ausführt. Das beschriebene Anregungssignal kann beispielsweise in Form eines elektrischen Stromes bereitgestellt sein, der durch die Spule geführt wird. Als Alternative zu dem beschriebenen Elektromagneten kann die Aktoreinrichtung auch beispielsweise einen Piezo-Aktor oder einen Elektromotor mit einem Rotor, der eine Unwucht aufweist, aufweisen.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Bedienung eines Geräts des Kraftfahrzeugs mittels der Bedienvorrichtung dadurch ermöglicht, dass eine Sensoreinrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals in Abhängigkeit von einer benutzerseitigen Berührung der Berühroberfläche und/oder einer benutzerseitigen Annäherung an die Berühroberfläche bereitgestellt ist. Des Weiteren ist eine Steuereinrichtung bereitgestellt, wobei die Steuereinrichtung derart eingerichtet ist, dass sie in Abhängigkeit von dem Sensorsignal ein Steuersignal für zumindest ein Gerät des Kraftfahrzeugs und mit dem Steuersignal das Anregungssignal für die Aktoreinrichtung erzeugt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Bedienteil die haptische Rückmeldung in Form der Bewegung des Bedienteils immer dann ausführt, wenn durch die Steuereinrichtung erfolgreich eine Berührung oder Annäherung anhand des Sensorsignals erkannt wurde und erfolgreich ein Steuersignal für das zumindest eine Gerät des Kraftfahrzeugs ausgegeben worden ist. Somit erfährt der Benutzer über die haptische Rückmeldung, dass seine Bedienhandlung oder seine Betätigungshandlung erfolgreich war. Zum Erzeugen des Steuersignals kann aber auch ein anderer, an sich aus dem Stand der Technik bekannter Mechanismus vorgesehen sein. Die erfindungsgemäß bereitgestellte Steuereinrichtung kann beispielsweise auf der Grundlage eines Mikrocontrollers oder Mikroprozessors realisiert sein. Zum Erzeugen des Anregungssignals in Form eines Stromes für eine elektrische Spule kann die Steuereinrichtung des Weiteren zumindest einen Transistor zum Schalten des Stromes aufweisen.
Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist zumindest ein Gerät auf, bei dem es sich jeweils beispielsweise um ein Infotainmentsystem (Informations-Unterhaltungssystem), eine Telefonanlage, eine Klimaanlage oder eine Fahrwerkssteuerung handeln kann. Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist des Weiteren eine Bedienvorrichtung bereitgestellt, die in der beschriebenen Weise die Steuereinrichtung zum Erzeugen des Steuersignals für das zumindest eine Gerät erzeugt. Die Bedienvorrichtung ist mit dem zumindest einen Gerät gekoppelt und dazu ausgelegt, ihr Steuersignal an das zumindest eine Gerät auszusenden. Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug erhält der Benutzer somit eine Bedienvorrichtung, die ein Bedienteil aufweist, das in der Nulllage magnetisch fixiert ist und bei Betätigung des Bedienteils durch den Benutzer dann ein Steuersignal für das zumindest eine Gerät erzeugt und hierbei der Benutzer an dem Bedienteil eine Bewegung des Bedienteils erfährt, die ihm eine haptische Rückmeldung betreffend das erzeugte Steuersignal darbietet oder ausgibt.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgestaltet.
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung,
2 eine schematische Darstellung eines Teils der Bedienvorrichtung von 1 und
3 ein Diagramm betreffend eine Rückstellkraft, die durch eine Justiereinrichtung der Bedienvorrichtung gemäß 1 erzeugt werden kann.
Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, bei dem es sich beispielsweise um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, handeln kann. Dargestellt sind ein Gerät 2 und eine Bedienvorrichtung 3 für das Gerät 2. Die Bedienvorrichtung 3 ist mit dem Gerät 2 gekoppelt, beispielsweise über einen CAN-Bus (CAN – Controller Area Network). Das Gerät 2 kann beispielsweise ein Infotainmentsystem, eine Klimaanlage, eine Telefonanlage oder eine Fahrwerksteuerung sein. Die Bedienvorrichtung 3 kann auch mit mehreren Geräten gekoppelt sein. Die Bedienvorrichtung 3 erzeugt zum Steuern des Geräts 2 ein Steuersignal 4 in Abhängigkeit von einer Betätigung der Bedienvorrichtung 3 durch einen Benutzer 5. Von dem Benutzer ist in der Figur nur eine Hand 6 mit einem Finger 7 dargestellt.
Im Folgenden ist die Bedienvorrichtung 3 anhand von 1, 2 und 3 näher erläutert. 2 zeigt dabei einen Ausschnitt 8 aus 1.
Zum Betätigen der Bedienvorrichtung 3 weist diese ein Bedienteil 9 auf, das gegenüber einem Gehäuse 10 bewegbar gelagert ist. Das Bedienteil 9 ist hierbei in dem Beispiel durch eine Stützeinrichtung 11 mit Stützelementen 12 an dem Gehäuse 10 gelagert. Die Stützelemente 12 können beispielsweise jeweils durch eine Blattfeder bereitgestellt sein, welche das Bedienteil 9 entlang einer Längsrichtung 13 des Stützelements 12 stützt und hierbei aber federnd oder elastisch in eine Querrichtung 14 senkrecht zur Längsrichtung 13 elastisch oder federnd auslenkbar ist.
Die Bedienvorrichtung 3 weist des Weiteren eine Aktoreinrichtung 15 auf, die beispielsweise durch einen Elektromagneten 16 mit einer elektrischen Spule 17 und optional mit einem Eisenkern 18 bereitgestellt sein kann. In der Spule 17 kann beweglich ein Ankerelement 19 angeordnet sein, welches mittels eines durch die Spule 17 erzeugten Magnetfelds bezüglich der Spule bewegt werden kann. Das Ankerelement 19 kann beispielsweise über ein Stempelelement 20 auf ein Hebelelement 21 die Bewegung übertragen. Das Hebelelement 21 kann beispielsweise als Stab ausgestaltet sein, welcher fest mit dem Bedienteil 9 verbunden ist. Das Stempelelement 20 kann beispielsweise als Platte oder Scheibe ausgestaltet sein. Durch Aufladen der Spule 17 mit einem Strom I wird somit das Ankerelement 19 bewegt und über das Stempelelement 20 und das Hebelelement 21 das Bedienteil 9 in eine Bewegung 22 versetzt. Die Bewegung 22 erfolgt parallel zu einer Ebene einer Bedienoberfläche 23 des Bedienelements 9. An der Bedienoberfläche 23 können beispielsweise Tasten 24 einer Tastenleiste 25 ausgestaltet sein. Die Tasten 24 müssen dabei nicht einzeln bewegbar sein. Sie können aber auch einzeln unabhängig voneinander bewegbar ausgestaltet sein. Eine Sensoreinrichtung 26 kann durch ein Sensorsignal 27 signalisieren, welche der Tasten 24 der Benutzer 5 mit dem Finger 7 berührt. Hierzu kann die Sensoreinrichtung 27 beispielsweise Sensoren 29 aufweisen, von denen jeweils einer in einer der Tasten 24 angeordnet sein kann. Bei den Sensoren kann es sich beispielsweise um kapazitive Näherungssensoren handeln.
Die Bedienvorrichtung 3 kann eine Steuereinrichtung 30 aufweisen, die beispielsweise auf der Grundlage einer Leiterplatte 31 mit einer elektrischen Schaltung realisiert sein kann. Die Leiterplatte 31 kann auch beispielsweise einen Mikrocontroller oder Mikroprozessor aufweisen. Die Steuereinrichtung 30 empfängt das Sensorsignal 27 und erzeugt in Abhängigkeit von dem Sensorsignal 27 das Steuersignal 4 für das Gerät 2. Hierbei kann beispielsweise in Abhängigkeit von der betätigten Taste 24 eine Funktion in dem Gerät 2 aktiviert oder deaktiviert werden. Mit dem Erzeugen des Steuersignals 4 kann die Steuereinrichtung 30 auch ein Anregungssignal 32 für die Aktoreinrichtung 15 erzeugen. In dem gezeigten Beispiel entspricht das Anregungssignal 32 dem Strom I durch die Spule 17. Bei dem Anregungssignal 32 kann es sich beispielsweise um einen Wechselstrom handeln oder einen Strom mit einem sägezahnförmigen Verlauf oder einem Stromimpuls, der kürzer als 1 Sekunde, insbesondere kürzer als 500 Millisekunden, ist.
Somit wird bei der Bedienvorrichtung 3 in Abhängigkeit von einer Betätigung einer der Tasten 24 durch den Benutzer 5 sowohl das Steuersignal 4 erzeugt als auch die Bewegung 22 des Bedienteils 9 bewirkt. Der Benutzer spürt somit am Finger 7, falls er erfolgreich eine der Tasten 24 betätigt hat, das heißt erfolgreich das Auslösen des Steuersignals 4 bewirkt.
Die Bewegung 22 erfolgt parallel zur Bedienoberfläche 23, wobei die Bedienoberfläche 23 dadurch definiert ist, dass es sich um den vom Benutzer 5 zu berührenden Bereich des Bedienteils 9 handelt, an welchem durch die Sensoreinrichtung 26 eine Betätigung der Bedienvorrichtung 3 erfasst oder sensiert wird.
Wenn die Aktoreinrichtung 25 inaktiv ist, das heißt kein Strom I durch die Spule 17 fließt, wird das Bedienteil 9 durch eine Justiereinrichtung 33 in einer Ruhelage oder Nulllage S1 gehalten. Mit anderen Worten wirkt bei Auslenken des Bedienteils 9 aus der Nulllage S1 eine Rückstellkraft, welche das Bedienteil 9 in die Nulllage S1 zurückführt. Mit anderen Worten ist die Rückstellkraft in Richtung der Nulllage S1 gerichtet, sobald das Bedienteil 9 aus der Nulllage S1 ausgelenkt wird.
Die Justiereinrichtung 33 weist einen gehäuseseitigen Teil 34 und einen bedienteilseitigen Teil 35 auf.
Sowohl im gehäuseseitigen Teil 34 als auch im bedienteilseitigen Teil 35 ist jeweils ein Dauermagnet 36, 37 bereitgestellt, der in 1 und 2 im Schnitt dargestellt ist. Bei dem Dauermagnet 36, 37 kann es sich jeweils um einen Ringmagneten handeln. Eine Ausrichtung einer Magnetisierung 38 der Dauermagneten 36, 37 ist jeweils durch einen Richtungspfeil veranschaulicht. Des Weiteren sind die sich durch die Magnetisierung 38 ergebenden Nordpole N und Südpole S markiert. Die Dauermagneten 36, 37 weisen in der Nulllage S1 des Bedienteils 9 einen Abstand 39 auf. Zwischen den Dauermagneten 36, 37 verläuft zwischen zwei Polen jeweils ein magnetischer Fluss 40 oder ein magnetisches Feld durch den aufgrund des Abstands 39 vorhandenen Zwischenraum.
Eine genaue Position der Nulllage S1 ist bei der Justiereinrichtung 33 durch Flussleitelemente 41 eingestellt. In dem veranschaulichten Beispiel sind die Flussleitelemente 41 jeweils als Ringe ausgestaltet, von denen jedes jeweils einen der Dauermagnete 36, 37 umgibt. Die Flussleitelemente 41, 42 berühren jeweils einen der Dauermagneten 36, 37. Dabei liegt das Flussleitelement 41 mit einer Anlagefläche 43 an einem Pol des Dauermagneten 36 an. Das Flussleitelement 42 liegt mit einer Anlagefläche 44 an einem Pol des Dauermagneten 37 an. Ein Material 45 der Flussleitelemente 41, 42 weist ein Permeabilitätsteil auf, die größer als 250, insbesondere größer als 500 ist. Des Weiteren beträgt eine Koerzitivfeldstärke des Materials 45 weniger als 1000 Ampere pro Meter. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Material 45 um ein weichmagnetisches Material. Beispielsweise kann das Material 45 Eisen sein. In den Flussleitelementen 41, 42 wird der magnetische Fluss der Dauermagneten 36, 37 zwischen der Anlagefläche 43, 44 zu einer jeweiligen Flussdurchtrittsfläche 46, 47 des jeweiligen Flussleitelements 41, 42 geführt oder geleitet. An den Flussdurchtrittsflächen 46, 47 tritt der magnetische Fluss zwischen den Flussleitelementen 41, 42 über. Mit anderen Worten tauschen die Flussleitelemente 41, 42 den magnetischen Fluss über ihre Flussdurchtrittsflächen 46, 47 aus. Mit Austausch ist hierbei gemeint, dass mindestens 70 Prozent des magnetischen Flusses, den die Flussleitelemente 41, 42 austauschen, über ihre Flussdurchtrittsflächen 46, 47 ausgetauscht wird. Ein Abstand 48 der Flussdurchtrittsflächen 46, 47 ist kleiner als der Abstand 39 der Dauermagneten 36, 37. Der Abstand 48 ist dabei aber größer als Null. In der Ruhelage S1 ist der Abstand 48 der Flussdurchtrittsflächen 46, 47 minimal. Durch die Bewegung 22 ergibt sich eine Scherbewegung der Flussdurchtrittsflächen 46, 47, durch welche der Abstand vergrößert wird. Der Abstand wird insbesondere jeweils durch zwei Punkte definiert, die sich aus den beiden Flussdurchtrittsflächen ergeben, indem auf einer Flussdurchtrittsflächen eine Normale oder Senkrechte zur Flussdurchtrittsfläche konstruiert wird, die dann sowohl die Flussdurchtrittsfläche selbst als auch die andere Flussdurchtrittsfläche schneidet. Die beiden Schnittpunkte bilden dann die Referenz für die Bestimmung des Abstands.
Des Weiteren sind die Flächen der Flussdurchtrittsflächen 46, 47 parallel zur Bedienoberfläche 23 angeordnet. Mit anderen Worten sind die Flussdurchtrittsflächen 46, 47 parallel zu der Bewegung 22 des Bedienteils 9 angeordnet.
Bei dem Flussleitelement 41 ist die Flussdurchtrittsfläche 46 flächenmäßig kleiner als die Anlagefläche 43. Bei dem Flussleitelement 42 ist die Flussdurchtrittsfläche 47 flächenmäßig kleiner als die Anlagefläche 44. Hierdurch ist eine Flussdichte des zwischen den Flussdurchtrittsflächen 46, 47 angeordneten magnetischen Flusses 49 größer als die Flussdichte des magnetischen Flusses 40 zwischen den Dauermagneten 36, 37 selbst.
Die Flussleitelemente 41, 42 weisen in dem veranschaulichten Beispiel ein L-Profil auf. Hierbei ist zwischen den jeweiligen Polen N, S jedes Dauermagneten 36, 37 und den Flussleitelementen 41, 42 jeweils ein Zwischenraum 50 vorgesehen, der beispielsweise mit Luft gefüllt sein kann. Hierdurch ist ein magnetischer Kurzschluss des jeweiligen Dauermagneten 36, 37 durch sein Flussleitelement 41, 42 verhindert.
In 3 ist veranschaulicht, welcher Betrag einer Rückstellkraft F sich durch die Justiereinrichtung 33 ergibt, wenn das Bedienteil 9 die Bewegung 22 ausführt, durch welche sich eine Auslenkung X entlang einer x-Achse 51 ergibt. In 3 ist hierbei die Auslenkung X bezüglich der Ruhelage S1 aufgetragen. Ein Verlauf 52 veranschaulicht, dass sich um die Ruhelage S1 herum ein Minimum 53 ergibt, so dass die Nulllage S1 selbst stabil ist. Ein alternativer Verlauf 54 veranschaulicht, wie sich die Rückstellkraft S1 ergeben würde, falls nicht die Flussleitelemente 41, 42 bei der Justiereinrichtung 33 bereitgestellt werden. Zu erkennen ist, dass im Bereich des Minimums 43 der alternative Verlauf 54 flacher verläuft oder weniger steil als der Verlauf 52. Mit anderen Worten wirkt keine derart große Rückstellkraft zur Nulllage S1 hin, falls die Flussleitelemente 41, 42 nicht bereitgestellt sind. Des Weiteren ist durch Maxima 55 veranschaulicht, dass bei einer Auslenkung X größer als ein vorbestimmbarer Betrag die Flussdurchtrittsflächen 46, 47 derart weit auseinander liegen, dass die Magnetkraft wieder nachlässt. Hier kann aber beispielsweise durch die Stützelemente 12 sichergestellt werden, dass das Bedienteil 9 stets wieder in den Bereich um die Nulllage S1 zurückgeführt wird, so dass wieder die Flussdurchtrittsflächen 46, 47 die Rückstellkraft F ausbilden.
Bei der Bedienvorrichtung ist somit eine Nulllagenfixierung der der Bedienoberfläche 23 durch zwei Permanentmagnete oder Dauermagnete 36, 37 kombiniert mit Abreißblechen, die Flussleitelemente 41, 42 bilden und das Magnetfeld der Dauermagneten bündeln. Indem die Flussdurchtrittsflächen 46, 47 den Abstand 48 größer als Null aufweisen, ergibt sich eine kontaktlose Nulllagenzentrierung. Somit ist keine Reibung oder eine sonstige unerwünschte Begleiterscheinung vorhanden.
An dem beweglichen Bedienteil und am Gehäuse der Bedienvorrichtung ist also jeweils ein Permanentmagnet angebracht. Dieser Permanentmagnet ist zur Bündelung des Magnetfelds mit Abreißblechen versehen, die jeweils ein Flussleitelement bilden. Diese Anordnung erzeugt eine stabile Nulllage des Bedienteils. Wird nun die Aktoreinrichtung angesteuert, wird die Haltekraft der Magnete überwunden und die Bedienoberfläche kann ausgelenkt/beschleunigt werden. Die Permanentmagnete können hierbei in den unterschiedlichsten Ausführungsformen dargestellt werden. Beispielsweise kann jeweils ein Ringmagnet vorgesehen sein. Es kann auch ein Stabmagnet vorgesehen sein, dessen Magnetisierung beispielsweise parallel zur Bedienoberfläche 23 und/oder der Bewegungsrichtung 22 ausgerichtet ist.
Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine Nulllagenfixierung durch Permanentmagnete bei einem Bedienteil mit aktiver Haptik bereitgestellt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2002/0093328 A1 [0002]
DE 102007002189 A1 [0003]
US 2014/0015596 A1 [0004]

Claims

Bedienvorrichtung (3) für ein Kraftfahrzeug (1), aufweisend: – ein Bedienteil (9), das bewegbar bezüglich eines Gehäuses (10) der Bedienvorrichtung (3) gelagert ist und eine Berühroberfläche (23) zum Betätigen des Bedienteils (9) aufweist, – eine an dem Gehäuse (10) fest gelagerte Aktoreinrichtung (15) zum Bewegen des Bedienteils (9) aus einer Nulllage (S1) in Abhängigkeit von einem Anregungssignal (32), – eine Justiereinrichtung (33) zum Justieren des Bedienteils (9) in der Nulllage (S1) bei inaktiver Aktoreinrichtung (15), wobei die Justiereinrichtung (33) einen an dem Bedienteil (9) angeordneten ersten Dauermagneten (36) und einen bezüglich des Gehäuses (10) fest angeordneten zweiten Dauermagneten (37) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Dauermagneten (36) ein erstes magnetisches Flussleitelement (41) und an dem zweiten Dauermagneten (37) ein zweitens magnetisches Flussleitelement (42) anliegt, wobei jedes der Flussleitelemente (41, 42) jeweils eine Anlagefläche (43, 44), mit der es an dem jeweiligen Dauermagneten (36, 37) anliegt, und eine Flussdurchtrittsfläche (46, 47), die durch ein Material (45) des Flussleitelements (41, 42) mit der Anlagefläche (43, 44) magnetisch gekoppelt ist, aufweist und wobei jeweils die Anlagefläche (43, 44) größer als die Flussdurchtrittsfläche (46, 47) ist und wobei in der Nulllage (S1) ein Abstand (48) der Flussdurchtrittsfläche (46) des ersten Flussleitelements (41) und der Flussdurchtrittsfläche (47) des zweiten Flussleitelements (42) minimiert ist.
Bedienvorrichtung (3) nach Anspruch 1, wobei die Flussleitelemente (41, 42) zueinander einen Abstand (48) größer als Null aufweisen.
Bedienvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Flussleitelement (41) und/oder das zweite Flussleitelement (42) jeweils ein Blech aufweist, wobei jeweils eine Blechbreitseite an jeweiligen Dauermagneten (36, 37) anliegt und die Flussdurchtrittsfläche (46, 47) durch eine Blechschmalseite gebildet ist.
Bedienvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Dauermagneten (36, 37) jeweils als Ringmagnet und die beiden Flussleitelemente (41, 42) jeweils als ein Ring ausgestaltet sind.
Bedienvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die durch die Aktoreinrichtung (15) bewirkte Bewegung (22) des Bedienteils (9) in einer vorbestimmten Ebene erfolgt und die beiden Flussdurchtrittsflächen (46, 47) parallel zu der Ebene angeordnet sind.
Bedienvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material (45) der Flussleitelemente (41, 42) eine Permeabilitätszahl größer als 250, insbesondere größer als 500, und/oder eine Koerzitivfeldstärke kleiner als 1000 Ampere pro Meter aufweist.
Bedienvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bedienteil (9) über eine Stützeinrichtung (11) an dem Gehäuse (10) gehalten ist und die Stützeinrichtung (11) zumindest ein Stützelement (12) aufweist, das als Blattfeder oder Schenkelfeder ausgestaltet ist, und eine Längserstreckungsrichtung (13) des zumindest einen Stützelements (12) jeweils senkrecht zu der durch die Aktoreinrichtung (15) bewirkten Bewegung (22) des Bedienteils (9) ausgerichtet ist.
Bedienvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aktoreinrichtung (15) einen Elektromagneten (16) mit einer elektrischen Spule (17) aufweist, in welcher ein ferromagnetisches Ankerelement (19) bewegbar angeordnet ist und in Abhängigkeit von einem magnetischen Feld der Spule (17) eine Schubbewegung ausführt.
Bedienvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Sensoreinrichtung (26) zum Erzeugen eines Sensorsignals (27) in Abhängigkeit von einer benutzerseitigen Berührung der Berühroberfläche (23) und/oder einer benutzerseitigen Annäherung an die Berühroberfläche (23) und eine Steuereinrichtung (30) bereitgestellt ist, wobei die Steuereinrichtung (30) derart eingerichtet ist, dass sie in Abhängigkeit von dem Sensorsignal (27) ein Steuersignal (4) für zumindest ein Gerät (2) des Kraftfahrzeugs (1) und mit dem Steuersignal (4) das Anregungssignal (32) für die Aktoreinrichtung (15) erzeugt.
Kraftfahrzeug (1) mit zumindest einem Gerät (2) und mit einer Bedienvorrichtung (3) nach Anspruch 9, wobei die Bedienvorrichtung (3) mit dem zumindest einen Gerät (2) gekoppelt ist und dazu ausgelegt ist, ihr Steuersignal (4) an das zumindest eine Gerät (2) auszusenden.