DE102015009942A1

DE102015009942A1 - Kraftfahrzeug-Bedienvorrichtung mit Betätigungssensor und Haptikaktuator

Info

Publication number: DE102015009942A1
Application number: DE102015009942.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Wachinger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2017-02-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung (3) für ein Kraftfahrzeug (1), aufweisend ein bewegbar gelagertes Bedienteil (8), das eine Berühroberfläche (10) aufweist, eine Rückstelleinrichtung (13), die das Bedienteil (8) mit einer Rückstellkraft (15) in eine Ruhelage (S1) drückt oder zieht, eine Aktoreinrichtung (19), die einen Elektromagneten (20) und einen Dauermagneten (21) aufweist, und eine Schalteinrichtung (24), die in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Auslösesignal (28) eine elektrische Spule (22) des Elektromagneten (20) mit einem elektrischen Strom (25) beaufschlagt, durch welchen der Elektromagnet (20) den Dauermagneten (21) mit einer Magnetkraft (27) beaufschlagt, welche das Bedienteil (8) bewegt. Eine auf die Bedienoberfläche (10) wirkende Bedienkraft (11) soll erfasst werden. Die Erfindung sieht vor, dass eine Auswerteeinrichtung (29) ein in dem Elektromagneten (20) induziertes elektrisches Induktionssignal (33) erfasst, das durch eine aufgrund der Bedienkraft (11) eines Benutzers (5) bewirkte Auslenkbewegung (31) des Bedienteils (8) induziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Bedienvorrichtung weist ein Bedienteil auf, das beispielsweise als Taste oder Tastenleiste mit mehreren Tasten ausgestaltet sein kann. Zum Erzeugen einer haptischen Rückmeldung oder eines haptischen Feedbacks ist eine Aktoreinrichtung bereitgestellt, die mittels eines Elektromagneten und eines Dauermagneten das Bedienteil bewegen kann, sodass ein Benutzer an einer Bedienoberfläche des Bedienteils eine Vibration oder einen Impuls spürt.
Um zuvor eine Betätigung des Bedienteils erkennen oder sensieren zu können, ist im Stand der Technik in der Regel ein Sensor vorgesehen, der beispielsweise eine auf die Bedienoberfläche wirkende Betätigungskraft oder Bedienkraft misst oder der eine Annäherung oder Berührung der Bedienoberfläche erkennt. Das Vorsehen eines solchen Sensors bedeutet, dass ein zusätzliches Bauteil in der Bedienvorrichtung bereitgestellt werden muss, was wiederum die Herstellungskosten und den Verdrahtungsaufwand bei dem Bedienteil erhöht.
Aus der DE 195 05 219 A1 ist eine sensorlose Lageerkennung einer elektromagnetischen Stelleinrichtung bekannt. Bei der Stelleinrichtung ist ein magnetischer Kreis bereitgestellt, der seine Induktivität in Abhängigkeit von einer Position eines Ankers des Magnetkreises ändert. Zum Bestimmen der aktuellen Auslenkung des Ankers aus seiner Ruhelage wird eine elektrische Spule mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt. Ein durch die Spule fließender Strom ändert sich hierbei nicht schlagartig, sondern steigt exponentiell in Abhängigkeit von der Induktivität des Magnetkreises an. Da die Induktivität von der aktuellen Position des Ankers abhängt, wird durch integrieren eines von der Stromstärke abhängigen Spannungssignals ermittelt, wie schnell die Stromstärke steigt. Hieraus kann dann auf die Induktivität und damit auf die Position des Ankers rückgeschlossen werden.
Diese Lösung erfordert eine aktive elektrische Schaltung, welche ein Spannungssignal auf die Spule aufprägt, damit ein Teststrom fließt, an dessen Steigung auf die Induktivität des Magnetkreises rückgeschlossen werden kann. Dies ist schaltungstechnisch eine sehr aufwendige Lösung.
Aus der EP 2 607 866 A1 ist eine Waage bekannt, die zum Messen eines Gewichts einer Ware anstelle eines Gegengewichts eine Spule aufweist, die bestromt und hierdurch von einem Dauermagneten angezogen wird. Mittels eines optischen Sensors wird eine Auslenkung der Waage aus dem Gleichgewicht gemessen und der Spulenstrom durch die elektrische Spule derart eingestellt, dass die Waage wieder ins Gleichgewicht kommt. Die eingestellte Stromstärke ist dann ein Maß für das Gewicht der Ware.
Aus der DE 10 2013 007 962 A1 ist ein Betätigungselement bekannt, das ein haptisches Feedback (haptische Rückmeldung) an einer Bedienoberfläche erzeugen kann. Hierzu wird ein Aktuator mit einem Steuerstrom oder einer Steuerspannung beaufschlagt. Um die hierdurch ausgelöste Vibration schnell wieder abdämpfen zu können, wird nach einer vorbestimmten Zeitdauer ein mechanischer Gegenpuls in dem Bedienelement erzeugt. Dies bewirkt eine gegenphasige Dämpfung der Bewegung des Betätigungselements. Für eine genauere Einstellung der Gegenphasigkeit wird eine aktuelle Lage des vibrierenden Bedienelements erfasst. Hierzu kann als Sensor ein piezoelektrisches Teil genutzt werden, mittels welchem das Betätigungselement auch in Schwingung versetzt wird. Bei Verwendung eines elektromagnetischen Aktuators zum Erzeugen der Vibration kann die aktuelle Schwingungsphase des Betätigungselements auch anhand einer Induktionsspannung oder eines Spulenstroms erfasst werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Bedienvorrichtung eines Kraftfahrzeug ein Betätigung eines bewegbar gelagerten Bedienteils zu erfassen.
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 das eine Berühroberfläche zum Betätigen des Bedienteils aufweist. Das Bedienteil kann beispielsweise als Taste oder als Tastenleiste mit mehreren Tasten ausgestaltet sein. Die Berühroberfläche ist dann jeweils durch die Tastenoberflächen gebildet. Das Bedienteil ist im unbetätigten Zustand, wenn der Benutzer die Bedienoberfläche nicht mit einer Bedienkraft beaufschlagt, in einer Ruhelage gehalten. Hierzu ist eine elastisch verformbar ausgestaltete Rückstelleinrichtung bereitgestellt, die das Bedienteil mit einer Rückstellkraft in die Ruhelage drückt oder zieht. An der Berühroberfläche kann für den Benutzer auch eine haptische Feedback-Bewegung oder Rückmelde-Bewegung erzeugt werden, die der Benutzer beispielsweise mit der Fingerkuppe spüren kann. Hierzu ist eine Aktoreinrichtung bereitgestellt, die einen Elektromagneten als erstes Magnetelement und einen Dauermagneten als zweites Magnetelement aufweist. Eines der beiden Magnetelemente ist bezüglich des Bedienteils und das andere der beiden Magnetelemente ist bezüglich des Gehäuses fest gelagert. Eine Schalteinrichtung ist dazu eingerichtet, dass sie in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Auslösesignal eine elektrische Spule des Elektromagneten mit einem elektrischen Strom beaufschlagt, durch welchen der Elektromagnet den Dauermagneten mit einer Magnetkraft beaufschlagt, welche das Bedienteil bewegt. Die Schalteinrichtung kann hierzu beispielsweise einen Transistor oder mehrere Transistoren aufweisen.
Um bei der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung nun zu sensieren oder zu erkennen, dass der Benutzer das Bedienteil bedient oder bewegt, also die Bedienoberfläche mit einer Bedienkraft beaufschlagt, ist eine Auswerteeinrichtung derart eingerichtet, dass sie ein induziertes elektrisches Induktionssignal erfasst, das durch eine aufgrund einer auf die Bedienoberfläche wirkenden Bedienkraft eines Benutzers bewirkte Auslenkbewegung des Bedienteils aus der Ruhelage induziert wird. Indem also der Benutzer die Bedienoberfläche mit einer Bedienkraft beaufschlagt, wird das Bedienteil aus der Ruhelage ausgelenkt. Diese Auslenkung wiederum bewirkt eine Relativbewegung zwischen dem Dauermagneten und dem Elektromagneten, was wiederum ein elektrisches Induktionssignal in dem Elektromagneten hervorruft, insbesondere in dessen elektrischer Spule. Die Auswerteeinrichtung erfasst das elektrische Induktionssignal. Hieran erkennt die Auswerteeinrichtung, dass die Bedienoberfläche mit einer Bedienkraft beaufschlagt wurde, also jemand das Bedienteil drückt oder auslenkt. Die Auswerteeinrichtung kann beispielsweise auf der Grundlage eines Mikrocontrollers oder Mikroprozessors bereitgestellt sein.
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass mit den Mitteln der Aktoreinrichtung, nämlich dem Elektromagneten und dem Dauermagneten, zugleich auch eine Betätigung des Bedienteils durch die Auswerteeinrichtung erfasst wird. Hierdurch ist es dann nicht mehr nötig, einen zusätzlichen Sensor zum Sensieren der Betätigung des Bedienteils bereitzustellen. Dies macht die Bedienvorrichtung kostengünstiger in der Herstellung, da die Aktoreinrichtung zusätzlich auch als Sensor für die Betätigung genutzt wird. Des Weiteren ergibt sich ein einfacherer Aufbau, da kein Sensorelement nötig ist, was auch eine vorteilhafte Reduzierung der Fehlermöglichkeiten nach sich zieht, da weniger Bauteile vorhanden sind.
Zu der Erfindung gehören auch optionale Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche Vorteile ergeben.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Auswerteeinrichtung derart eingerichtet, dass sie überprüft, ob das Induktionssignal ein vorbestimmtes Auslösekriterium erfüllt und bei erfülltem Auslösekriterium das Auslösesignal erzeugt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass nach Betätigen des Bedienteils die Aktoreinrichtung aktiviert wird, das heißt die Spule mit dem elektrischen Strom beaufschlagt wird, und hierdurch in Reaktion auf die Betätigung das Bedienteil durch die Aktoreinrichtung bewegt wird. Beispielsweise spürt der Benutzer somit ein Klicken oder eine Vibration an der Bedienoberfläche. Das Auslösekriterium kann z. B. umfassen, dass das Induktionssignal eine vorbestimmte Mindestzeitdauer andauert. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine kurze, versehentliche Berührung keine Auslösung verursacht. Das Auslösekriterium kann umfassen, dass das Induktionssignal eine Amplitude aufweist, die betragsmäßig größer als ein vorbestimmter Mindestwert ist. Hierdurch ergibt sich eine Auslösung erst ab einer vorbestimmten Mindestbewegungsgeschwindigkeit des Bedienteils, so dass nur eine deutliche Betätigung des Bedienteils tatsächlich eine Auslösung verursacht.
Die Rückstelleinrichtung kann zum Erzeugen oder Bereitstellen der Rückstellkraft beispielsweise ein Federelement, beispielsweise eine Spiralfeder oder Blattfeder, aufweisen. In diesem Zusammenhang nutzt eine Weiterbildung der Erfindung, dass ein Betrag der Rückstellkraft eine Funktion des Abstands des Bedienteils von der Ruhelage ist. Mit anderen Worten wird die Rückstellkraft umso größer, je weiter das Bedienteil aus der Ruhelage ausgelenkt ist. Bei der Weiterbildung ist die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet, dass sie aus dem Induktionssignal den Abstand des Bedienteils von der Ruhelage ermittelt. Das Auslösekriterium umfasst in diesem Fall, dass der ermittelte Abstand größer als ein vorbestimmter Mindestabstand ist. Da der Abstand ein Maß für den Betrag der Rückstellkraft ist, wird also der Abstand umso größer, je größer auch die Betätigungskraft ist, mit welcher ein Benutzer auf die Bedienoberfläche drückt. Somit ist durch diese Weiterbildung auf der Grundlage der Aktoreinrichtung ein Kraftsensor realisiert. Ab einer bestimmten Bedienkraft wird der beschriebene Schaltimpuls, das heißt das Auslösesignal, erzeugt, sodass hierdurch die Schalteinrichtung die Spule des Elektromagneten mit dem elektrischen Strom beaufschlagt, das heißt den Elektromagneten einschaltet.
Um auf der Grundlage des Induktionssignals den Abstand zu ermitteln, sieht eine Weiterbildung vor, dass die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet ist, dass sie zum Ermitteln des Abstands aus dem Induktionssignal ein Integrationssignal erzeugt. Mit anderen Worten wird das Integrationssignal mathematisch integriert oder es werden Abtastwerte des Induktionssignals aufsummiert. Hierbei kann auch eine Quadrierung der Amplitudenwerte des Induktionssignals und/oder eine Skalierung vorgesehen sein. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass der Abstand zuverlässig unabhängig davon ermittelt wird, wie schnell der Benutzer das Bedienteil bewegt. Eine schnelle Bewegung erzeugt ein Induktionssignal mit großer Amplitude, aber nur für eine kurze Zeit. Dagegen bewirkt eine langsame Bewegung des Bedienteils durch den Benutzer ein Induktionssignal mit verhältnismäßig geringerer Amplitude, das aber länger andauert.
Das Induktionssignal umfasst gemäß einer Weiterbildung eine Induktionsspannung und/oder einen Induktionsstrom einer Spule des Elektromagneten.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst der Strom für den Elektromagneten einen Wechselstromanteil und/oder einen Stromimpuls. Durch einen Wechselstromanteil kann an der Bedienoberfläche eine Vibration erzeugt werden. Der Stromimpuls erzeugt eine einmalige Auslenkung des Bedienteils aus einer Ausgangslage. Eine Zeitdauer des Stromimpulses ist insbesondere kürzer als eine Sekunde, insbesondere 500 Millisekunden. Durch den Wechselstromanteil wird somit an der Oberfläche eine Vibration erzeugt. Durch den Stromimpuls wird eine Erschütterung des Bedienteils erzeugt. Insgesamt ergibt sich hierdurch eine Haptik an der Bedienoberfläche, das heißt ein haptisch wahrnehmbares Signal, das der Benutzer beim Betätigen des Bedienteils spürt. Der Wechselstromanteil kann eine wechselnde Polarität aufweisen. Der Wechselstromanteil kann alternativ beispielsweise als Sägezahnfunktion oder Rechteck-Impulsfolge realisiert sein, die jeweils ihre Polarität beibehalten, also nur positive oder nur negative Spannungswerte aufweisen.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Spule des Elektromagneten als Flachspule aus Leiterbahnen gebildet, die auf einer Leiterplatte angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Elektromagnet beim Herstellen der Leiterplatte oder Leiterplatine in einem automatisierten Prozess hergestellt werden kann. Es ist somit kein separates Bauteil in Form eines Elektromagneten auf die Leiterplatte aufzulöten.
Gemäß einer Weiterbildung ist das Bedienteil als Touchpad ausgestaltet. Eine alternative Ausführungsform dazu sieht vor, dass das Bedienteil als Tastenleiste mit mehreren Tasten ausgestaltet ist. Bei den beiden Ausführungsformen ist eine Sensoreinrichtung bereitgestellt, die durch ein Sensorsignal eine Berührstelle, an welcher der Benutzer die Bedienoberfläche berührt, signalisiert. Es kann somit zwischen unterschiedlichen Betätigungsvorgängen an der Bedienoberfläche unterschieden werden, indem das Sensorsignal beispielsweise eine Koordinate einer Berührstelle angibt oder angibt, welche der Tasten der Tastenleiste berührt worden ist. Dennoch ist nur eine einzige Aktoreinrichtung und eine einzige Auswerteeinrichtung nötig, um in der beschriebenen Weise die Bedienkraft an der Bedienoberfläche zu erfassen.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Auswerteeinrichtung derart eingerichtet, dass sie bei erfülltem Auslösekriterium ein Steuersignal für zumindest ein Gerät des Kraftfahrzeugs erzeugt. Somit wird also bei Betätigen des Bedienteils ein Gerät des Kraftfahrzeugs angesteuert, beispielsweise eine Funktion des Geräts aktiviert.
In diesem Zusammenhang sieht die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug vor, das zumindest ein Gerät aufweist. Bei dem Gerät kann es sich beispielsweise jeweils um ein Infotainmentsystem (Informations-Unterhaltungssystem), eine Klimaanlage, eine Telefonanlage oder eine Fahrwerksteuerung handeln. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist des Weiteren eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung auf, die in der beschriebenen Weise dazu ausgelegt ist, ein Steuersignal für das zumindest eine Gerät zu erzeugen. Die Bedienvorrichtung ist mit dem zumindest einen Gerät gekoppelt und dazu ausgelegt, ihr Steuersignal an das zumindest eine Gerät auszusenden. Somit erhält der Fahrer ein Kraftfahrzeug mit einer Bedienvorrichtung, die bei erfolgreichem Aussenden des Steuersignals ein haptisches Feedback an der Bedienoberfläche des Bedienteils erzeugt.
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt die einzige Figur (Fig.) eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
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.
Die Figur 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.
Zum Betätigen der Bedienvorrichtung 3 weist diese ein Bedienteil 8 auf, das bewegbar oder beweglich bezüglich eines Gehäuses 9 der Bedienvorrichtung 3 angeordnet ist. Zum Bedienen beaufschlagt der Benutzer 5 mit dem Finger 7 eine Bedienoberfläche 10 des Bedienteils 8 mit einer Bedienkraft 11. Das Bedienteil 8 ist bezüglich des Gehäuses 9 entlang einer Auslenkrichtung 12 bewegbar gelagert, insbesondere senkrecht zu der Bedienoberfläche 10 ausgerichtet. Insbesondere ist es nur entlang der Auslenkrichtung 12 bewegbar gelagert. Im unbetätigten Zustand, wenn der Benutzer 5 keine Bedienkraft 11 auf das Bedienteil 8 ausübt, ist das Bedienteil 8 in einer Ruhestellung oder Ruhelage S1 gehalten. Hierzu ist eine Rückstelleinrichtung 13 bereitgestellt, die beispielsweise Federelemente 14 aufweisen kann. Durch die Rückstelleinrichtung 13 wird das Bedienteil 8 mit einer Rückstellkraft 15 beaufschlagt, welche in Richtung zur Ruhelage S1 hin wirkt. Durch Anschlagselemente 16 kann die Ruhelage S1 definiert sein. Hierbei liegen dann Anlageflächen 17 des Bedienteils 8 an den Anschlagelementen 16 an.
Indem der Benutzer die Bedienkraft 11 auf die Bedienoberfläche 10 ausübt, wird das Bedienteil 8 aus der Ruhelage S1 entlang der Auslenkrichtung 12 gegen die Rückstellkraft 15 ausgelenkt. Ein Auslenkweg oder Auslenkhub 18 ist dabei abhängig vom Verhältnis der Bedienkraft 11 zur Rückstellkraft 15. Der Auslenkweg 18 stellt eine Auslenkung des Bedienteils 8 dar. Der Auslenkweg 18 kann beispielsweise als die translatorische Verschiebung des Bedienteils 8 entlang der Bewegungsrichtung 12 definiert sein. Eine Länge 18' des Auslenkwegs 18 stellt einen Abstand des Bedienteils 8 von der Ruhelage S1 dar. Der Abstand von der Ruhelage S1 kann auch beispielsweise als Verformungsweg der Federelemente 14 der Rückstelleinrichtung 13 definiert sein.
Falls die Bedienkraft 11 einen vorbestimmten Betrag überschreitet, also größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, spürt der Benutzer an der Bedienoberfläche 10 eine haptische Rückmeldung. Mit anderen Worten führt das Bedienteil 8 eine Feedback-Bewegung aus, bei der es sich beispielsweise um eine Vibration oder einen Ruck oder einen Stoß handeln kann. Zum Erzeugen der Feedback-Bewegung weist die Bedienvorrichtung 3 eine Aktoreinrichtung 19 auf, die einen Elektromagneten 20 und einen Dauermagneten 21 aufweist. In dem gezeigten Beispiel ist der Dauermagnet 21 bezüglich des Bedienteils 8 fest angeordnet. Der Elektromagnet 20 ist bezüglich des Gehäuses 9 fest angeordnet. Die Positionen des Dauermagneten 21 und des Elektromagneten 20 können auch vertauscht sein.
Der Elektromagnet 20 kann eine elektrische Spule 22 und optional einen Eisenkern 23 aufweisen. Eine Schalteinrichtung 24 kann einen Strom 25 durch die Spule 22 schalten. Falls die Spule 22 von dem Strom 25 durchflossen wird, also mit dem Strom 25 beaufschlagt wird, erzeugt der Elektromagnet 20 ein Magnetfeld 26, durch welches in Abhängigkeit von der Flussrichtung des Stromes 25 der Dauermagnet 21 abgestoßen oder angezogen wird. Der Dauermagnet 21 wird somit mit einer Magnetkraft 27 beaufschlagt. Ein Amplitudenverlauf der Amplitude des Stromes 25 legt hierbei einen Kraftverlauf der Magnetkraft 27 fest. Hierdurch kann eine Auslenkbewegung des Bedienteils 8 gesteuert werden.
Die Schalteinrichtung 24 aktiviert den Elektromagneten 20, das heißt beaufschlagt den die Spule 22 mit dem Strom 25 in Abhängigkeit von einem Auslösesignal 28. Das Auslösesignal 28 kann durch eine Auswerteeinrichtung 29 erzeugt werden. Die Schalteinrichtung 24 und die Auswerteeinrichtung 29 können beispielsweise als elektrische und/oder elektronische Schaltung einer Leiterplatte 30 bereitgestellt sein, an welcher auch der Elektromagnet 20 angeschlossen sein kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass die elektrische Spule 22 als (nicht dargestellte) Flachspule durch Leiterbahnen der Leiterplatte 30 gebildet ist.
Die Auswerteeinrichtung 20 erzeugt das Aktivierungssignal oder Auslösesignal 28, falls die Bedienkraft 11 die beschriebene vorbestimmte Mindestkraft übersteigt. Hierzu erfasst die Auswerteeinrichtung 25 die Bedienkraft 11. Dazu nutzt die Auswerteeinrichtung keinen separaten, dedizierten Kraftsensor, sondern es wird die Aktoreinrichtung 19 genutzt.
Im unbetätigten Zustand, wenn sich das Bedienteil 8 in der Ruhelage S1 befindet und kein Strom durch die elektrische Spule 22 fließt, führt das Bedienteil 8 bei Beaufschlagung mit der Bedienkraft 11 entlang des Auslenkweges 18 eine Auslenkbewegung 31 aus, durch welche auch der Dauermagnet 21 bewegt wird. Ein Magnetfeld 32 des Dauermagneten 21 durchdringt die elektrische Spule 22, wobei eine magnetische Durchflutung oder eine Magnetfelddichte des Magnetfelds 22 abhängig ist von einer Relativlage des Dauermagneten 21 zur elektrischen Spule 22. Durch die Ausweichbewegung 31 ändert sich die Relativlage des Dauermagneten 21 zur elektrischen Spule 22. Hierdurch wird eine Induktionsspannung 33 zwischen Spulenanschlüssen 34 oder Wicklungsenden der Spule 22 induziert. Die induzierte Induktionsspannung 33 wird durch die Auswerteeinrichtung 29 erfasst. Ein Verlauf eines Spannungssignals der Induktionsspannung 23 ist dabei abhängig von einer Bewegungsgeschwindigkeit des Bedienteils 8 und von einer Länge des Auslenkwegs 18. Hieraus kann durch die Auswerteeinrichtung 29 der Auslenkweg 18 ermittelt werden. Der Auslenkweg 18 ist in der beschriebenen Weise abhängig von einem Betrag der Bedienkraft 11, der die Rückstellkraft 15 entgegenwirkt. Somit ist in Abhängigkeit von dem Auslenkweg 18 ein Rückschluss auf den Betrag der Bedienkraft 11 möglich, die entlang des Auslenkweges 18 beziehungsweise der Auslenkrichtung 12 wirkt.
Bei der Bedienvorrichtung 3 ist des Weiteren vorgesehen, dass für den Fall, dass die Bedienkraft 11 die vorbestimmte Mindestkraft überschreitet, auch das beschriebene Steuersignal 4 für das Gerät 2 erzeugt wird. Es sind also der Zeitpunkt der Auslösung des Steuersignals 4 und der Zeitpunkt der Aktivierung des Elektromagneten 20 durch das Aktivierungssignal 28 korreliert. Damit spürt der Benutzer immer dann an der Bedienoberfläche 10 eine Feedback-Bewegung des Bedienteils 8, falls das Steuersignal 4 erzeugt worden ist. Somit spürt der Benutzer an der Bedienoberfläche 10, dass er erfolgreich die Bedienvorrichtung 3 betätigt hat.
Das Bedienteil 8 kann beispielsweise eine Tastenleiste 35 mit mehreren Tasten 36 aufweisen. Um zu erkennen, welche der Tasten 36 der Benutzer 5 mit dem Finger 7 berührt hat, kann die Bedienvorrichtung 3 eine Sensoreinrichtung 38 aufweisen. Die Sensoreinrichtung 38 kann beispielsweise Sensoren 39 umfassen, von denen jeder in einer der Tasten 36 angeordnet sein kann. Bei den Sensoren 39 kann es sich jeweils beispielsweise um einen kapazitiven Näherungssensor handeln. Der Übersichtlichkeit halber sind in der Fig. nur einige der Sensoren mit einem Bezugszeichen versehen. Durch ein Sensorsignal 40 kann die Sensoreinrichtung 38 signalisieren, welche der Tasten 36 der Benutzer 5 berührt. Die Auswerteeinrichtung 29 kann das Steuersignal 4 in Abhängigkeit von dem Sensorsignal 40 erzeugen, sodass der Benutzer durch Betätigen unterschiedlicher Tasten entsprechend unterschiedliche Funktionen in dem Gerät 2 aktivieren kann.
Allgemein wird durch das Sensorsignal 14 eine Berührstelle 41 des Benutzers 5 an der Bedienoberfläche 10 signalisiert. Falls das Bedienteil 18 als Touchpad ausgestaltet ist, handelt es sich bei der Berührstelle 41 beispielsweise um die Koordinaten, an welchen der Benutzer 5 die Bedienoberfläche 10 berührt.
Somit bietet der in der Fig. dargestellte Aufbau eine Bedienvorrichtung 3 mit einem Bedienteil 8 mit aktiver Haptik auf der Grundlage zweier Magnete, nämlich dem Elektromagneten und dem Permanentmagneten oder Dauermagneten. Beim Bestromen des Elektromagneten 20 (Aktor) wird durch den Aufbau die Haptik an der Bedienoberfläche 10 erzeugt. Wird nun die Bedienoberfläche 10 durch einen Benutzer 5 betätigt und dadurch eine Bedienkraft 11 ausgeübt, bewegt sich der an der Unterseite des Bedienteils 8 verbundene Permanentmagnet 21 zum Elektromagneten 20 hin. Durch diese Auslenkbewegung 31 wird in der Spule 25 des Elektromagneten 20 eine elektrische Spannung induziert. Diese induzierte Spannung kann von einer Auswerteeinrichtung 29 auf der Leiterplatte 30 ausgewertet werden und als Maß für die Betätigungskraft oder Bedienkraft 11 gesetzt werden. Bei einer bestimmten Bedienkraft oder Minimalkraft kann dann der Schaltimpuls ausgelöst werden, das heißt das Steuersignal 4 und/oder das Auslösesignal 28. Hierbei wird das Aktivierungssignal 28 ausgegeben und der Aktor als haptisches Betätigungselement ausgelöst, das heißt bestromt. In einer weiteren Ausführung kann die Spule 25 der Aktoreinrichtung 19 auch direkt in oder auf der Leiterplatte 30 ausgeführt werden, indem Windungen der Spule 25 durch Leiterbahnen realisiert sind.
Somit umfasst die Idee die Möglichkeit, bei einem Bedienteil mit aktiver Haptik das Magnetpaar aus Permanentmagnet und Elektromagnet sowohl als Sensor als auch als Aktor zu nutzen.
Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein Magnetpaar bei einem Bedienelement mit aktiver Haptik als Sensor genutzt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19505219 A1 [0003]
EP 2607866 A1 [0005]
DE 102013007962 A1 [0006]

Claims

Bedienvorrichtung (3) für ein Kraftfahrzeug (1), aufweisend: – ein Bedienteil (8), das bewegbar bezüglich eines Gehäuses (9) der Bedienvorrichtung (3) gelagert ist und eine Berühroberfläche (10) zum Betätigen des Bedienteils (8) aufweist, – eine elastisch verformbar ausgestaltete Rückstelleinrichtung (13), die das Bedienteil (8) mit einer Rückstellkraft (15) in eine Ruhelage (S1) drückt oder zieht, – eine Aktoreinrichtung (19), die einen Elektromagneten (20) als erstes Magnetelement und einen Dauermagneten (21) als zweites Magnetelement aufweist, wobei eines der beiden Magnetelemente bezüglich des Bedienteils (8) und das andere der beiden Magnetelemente bezüglich des Gehäuses (9) fest gelagert ist, und – eine Schalteinrichtung (24), die derart eingerichtet ist, dass sie in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Auslösesignal (28) eine elektrische Spule (22) des Elektromagneten (20) mit einem elektrischen Strom (25) beaufschlagt, durch welchen der Elektromagnet (20) den Dauermagneten (21) mit einer Magnetkraft (27) beaufschlagt, welche das Bedienteil (8) bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinrichtung (29) derart eingerichtet ist, dass sie ein in der Spule (22) induziertes elektrisches Induktionssignal (33), das durch eine aufgrund einer auf die Bedienoberfläche (10) wirkenden Bedienkraft (11) eines Benutzers (5) bewirkte Auslenkbewegung (31) des Bedienteils (8) aus der Ruhelage (S1) induziert wird, erfasst.
Bedienvorrichtung (3) nach Anspruch 1, wobei die Auswerteeinrichtung (29) derart eingerichtet ist, dass sie überprüft, ob das Induktionssignal (33) ein vorbestimmtes Auslösekriterium erfüllt, und bei erfülltem Auslösekriterium das Auslösesignal (28) erzeugt.
Bedienvorrichtung (3) nach Anspruch 2, wobei ein Betrag der Rückstellkraft (15) eine Funktion eines Abstands (18') des Bedienteils (8) von der Ruhelage (S1) ist und die Auswerteeinrichtung (29) dazu eingereichtet ist, dass sie aus dem Induktionssignal (33) den Abstand (18') ermittelt und das Auslösekriterium umfasst, dass der ermittelte Abstand (18') größer als ein vorbestimmter Mindestabstand ist.
Bedienvorrichtung (3) nach Anspruch 3, wobei die die Auswerteeinrichtung (29) dazu eingereichtet ist, dass sie zum Ermitteln des Abstands (18') aus dem Induktionssignal (33) ein Integrationssignal erzeugt.
Bedienvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Auswerteeinrichtung (29) derart eingerichtet ist, dass sie bei erfülltem Auslösekriterium ein Steuersignal (4) für zumindest ein Gerät (2) des Kraftfahrzeugs (1) erzeugt.
Bedienvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Induktionssignal (33) eine Induktionsspannung (33) und/oder ein Induktionsstrom der Spule (22) des Elektromagneten (20) umfasst.
Bedienvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strom (25) einen Wechselstromanteil und/oder einen Stromimpuls umfasst und hierdurch an der Bedienoberfläche (10) eine Vibration und/oder eine Erschütterung des Bedienteils (8) erzeugt wird.
Bedienvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spule (22) als Flachspule aus Leiterbahnen gebildet ist, die flach auf einer Leiterplatte (30) angeordnet sind.
Bedienvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bedienteil (8) als Touchpad oder als Tastenleiste (35) mit mehreren Tasten (36) ausgestaltet ist und eine Sensoreinrichtung (38) bereitgestellt ist, die durch ein Sensorsignal (40) eine Berührstelle (41), an welcher der Benutzer (5) die Bedienoberfläche (10) berührt, signalisiert.
Kraftfahrzeug (1) mit zumindest einem Gerät (2) und mit einer Bedienvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bedienvorrichtung (3) mit dem zumindest einen Gerät (2) gekoppelt ist und dazu ausgelegt ist, ein Steuersignal (4) an das zumindest eine Gerät (2) auszusenden.