DE102016005875A1 - Motor vehicle operating device with haptic actuator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung (11) für ein Kraftfahrzeug (10), aufweisend ein Betätigungselement (12) und eine ausschließlich an dem Betätigungselement (12) gehaltene Aktuatoreinheit (17) zum Erzeugen eines haptischen Effekts (18). Die Erfindung sieht vor, dass die Aktuatoreinheit (17) ein bewegbar gelagertes Gewichtselement (19) aufweist, das über eine Federanordnung (20) mit dem Betätigungselement (12) gekoppelt ist, wobei eine steuerbare Halteeinrichtung (21) dazu eingerichtet ist, in einem Haltezustand das Gewichtselement (19) derart in einer Bereitschaftsstellung (P0) zu halten, dass die Federanordnung (20) komprimiert ist, so dass in der Federanordnung (20) eine Aktuatorenergie gespeichert ist, und wobei eine Steuereinrichtung (16) dazu eingerichtet ist, die Halteeinrichtung (21) in einen Freigabezustand zu überführen, und die Federanordnung (20) dazu eingerichtet ist, bei freigebender Halteeinrichtung (21) das Gewichtselement (19) mittels der Aktuatorenergie in eine vorbestimmte Richtung (25) zu beschleunigen und hierbei einen Rückstoß (30) in eine Gegenrichtung (31) auf das Betätigungselement (12) auszuüben.The invention relates to an operating device (11) for a motor vehicle (10), comprising an actuating element (12) and an actuator unit (17) held exclusively on the actuating element (12) for producing a haptic effect (18). The invention provides that the actuator unit (17) has a movably mounted weight element (19) which is coupled to the actuating element (12) via a spring arrangement (20), wherein a controllable holding device (21) is arranged in a holding state to maintain the weight member (19) in a standby position (P0) such that the spring assembly (20) is compressed such that an actuator energy is stored in the spring assembly (20) and a control means (16) is adapted to hold the retaining means (21) to be transferred to a release state, and the spring assembly (20) is adapted to accelerate when releasing holding means (21) the weight member (19) by means of the actuator energy in a predetermined direction (25) and thereby a recoil (30) an opposite direction (31) on the actuating element (12) exercise.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Bei der Bedienvorrichtung ist an oder in einem Gehäuse ein Betätigungselement angeordnet, beispielsweise ein Touchscreen oder ein Touchpad. An diesem Betätigungselement ist eine Aktuatoreinheit gehalten, die zum Erzeugen eines haptischen Signals oder Effekts an einer Berührfläche des Betätigungselements ausgelegt ist. Zu der Erfindung gehören auch ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer. Bedienvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, um den besagten haptischen Effekt zu erzeugen.The invention relates to an operating device for a motor vehicle. In the operating device, an actuating element is arranged on or in a housing, for example a touchscreen or a touchpad. On this actuating element, an actuator unit is held, which is designed to generate a haptic signal or effect on a contact surface of the actuating element. The invention also includes a motor vehicle with the operating device according to the invention and a method for operating a. Operating device of a motor vehicle to produce said haptic effect.

Eine Bedienvorrichtung der genannten Art ist beispielsweise aus der US 2015/0169061 A1 bekannt. Danach ist an einem Touchpad als Aktuatoreinheit ein elektromagnetisches Doppelspulensystem angeordnet, mittels welchem durch abwechselndes Bestromen der elektrischen Spulen ein Ankerelement hin- und her geworfen werden kann, um hierdurch Impulse auf das Touchpad auszuüben. Nachteilig bei einem solchen System ist, dass sich der fühlbare haptische Effekt durch das Aufschlagen des Ankers auf einem Anschlagselement ergibt, was unerwünschte Geräusche in einem Gehäuse der Bedienvorrichtung erzeugen kann.An operating device of the type mentioned is for example from the US 2015/0169061 A1 known. Thereafter, an electromagnetic double coil system is arranged on a touchpad as the actuator unit, by means of which an armature element can be thrown back and forth by alternately energizing the electric coils, thereby exerting impulses on the touchpad. A disadvantage of such a system is that the tactile haptic effect results from the impact of the anchor on a stop element, which can produce unwanted noise in a housing of the operating device.

Aus der US 2006/0267448 A1 ist eine Aktuatoreinheit bekannt, die an einem Betätigungselement angeordnet werden kann und zum Erzeugen einer Vibration eine rotierbare Scheibe mit Permanentmagneten aufweist. Auch bei dieser Aktuatoreinheit muss zum Erzeugen eines haptischen Effekts mit einem Impuls ein zusätzliches Ankerelement beschleunigt werden, das dann ebenfalls gegen einen Anschlag prallt.From the US 2006/0267448 A1 An actuator unit is known which can be arranged on an actuating element and has a rotatable disc with permanent magnets for generating a vibration. In this actuator unit, too, an additional anchor element must be accelerated with an impulse to produce a haptic effect, which then likewise impacts against a stop.

Aus der DE 10 2012 018 743 A1 ist bekannt, einen Elektromagneten zum Erzeugen eines haptischen Effekts an einer Bedienfläche mit unterschiedlichen elektrischen Signalen zu beaufschlagen, um hierdurch unterschiedliche haptische Effekte zu erzeugen.From the DE 10 2012 018 743 A1 It is known to apply an electromagnet for generating a haptic effect on a control surface with different electrical signals, thereby generating different haptic effects.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen haptischen Effekt an einem Betätigungselement einer Kraftfahrzeug-Bedienvorrichtung geräuschlos oder zumindest geräuscharm zu erzeugen.The invention has for its object to produce a haptic effect on an actuator of a motor vehicle operating device noiselessly or at least quietly.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren.The object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous developments of the invention will become apparent from the features of the dependent claims, the following description and the figures.

Durch die Erfindung ist eine Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Die Bedienvorrichtung weist ein Gehäuse zum Befestigen der Bedienvorrichtung in dem Kraftfahrzeug auf. An oder in dem Gehäuse angeordnet ist ein Betätigungselement, das eine Berührfläche zum Empfangen einer benutzerseitigen Berührung aufweist. Das Betätigungselement kann beispielsweise ein Touchpad (berührungssensitive Eingabefeld) oder ein Touchscreen (Berührungsbildschirm) sein. Des Weiteren ist eine Aktuatoreinheit zum Erzeugen eines haptischen Effekts an der Berührfläche bereitgestellt, die ausschließlich an dem Betätigungselement gehalten ist. Beispielsweise kann die Aktuatoreinheit an einer der Berührfläche abgewandten oder gegenüberliegenden Seite des Betätigungselements angeordnet sein.The invention provides an operating device for a motor vehicle. The operating device has a housing for fastening the operating device in the motor vehicle. Arranged on or in the housing is an actuating element which has a contact surface for receiving a user-side contact. The actuating element can be, for example, a touchpad (touch-sensitive input field) or a touchscreen (touchscreen). Furthermore, an actuator unit for producing a haptic effect is provided on the contact surface, which is held exclusively on the actuating element. For example, the actuator unit may be arranged on a side of the actuating element facing away from the contact surface or opposite.

Um den haptischen Effekt zu erzeugen, insbesondere einen haptischen Impuls, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Aktuatoreinheit ein ballistisches Gewichtselement aufweist, das über eine Federanordnung mit dem Betätigungselement gekoppelt ist. Das Gewichtselement ist bewegbar gelagert, das heißt es kann durch die Federanordnung beschleunigt werden und somit wie ein ballistisches Geschoss in eine Richtung geschleudert oder gestoßen werden. Eine steuerbare Halteeinrichtung ist dazu eingerichtet, in einem Haltezustand das Gewichtselement derart in einer Bereitschaftsstellung zu halten, dass die Federanordnung komprimiert oder gespannt ist, sodass in der Federanordnung eine Aktuatorenergie gespeichert ist. Die Federanordnung ist also gedrückt oder gezogen, sodass sie dauerhaft eine Kraft auf das Gewichtselement und/oder die Halteeinrichtung ausübt. Hierdurch ist die Aktuatorenergie in der Federanordnung bereitgestellt oder gespeichert oder gehalten. Eine Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von einem Auslösesignal die Halteeinrichtung in einen Freigabezustand zu überführen. Das Auslösesignal kann beispielsweise durch eine Sensoreinrichtung erzeugt werden, welche eine Berührung und/oder eine Überschreitung einer Mindestdruckkraft an der Berührfläche sensiert oder detektiert. Das Erzeugen des Auslösesignal kann in der aus dem Stand der Technik bekannten Weise erfolgen. Die Federanordnung ist dazu eingerichtet, bei freigegebener Halteeinrichtung (Halteeinrichtung im Freigabezustand) das Gewichtselement mittels der Aktuatorenergie in eine vorbestimmte Richtung zu beschleunigen. Insbesondere wird ausschließlich die Aktuatorenergie dazu verwendet. Mit anderen Worten wird das Gewichtselement stromfrei beschleunigt. Die Federanordnung ist des Weiteren dazu ausgelegt, beim Beschleunigen des Gewichtselements einen Rückstoß in eine Gegenrichtung auf das Betätigungselement auszuüben. Mit anderen Worten stützt sich die Federanordnung beim Beschleunigen des Gewichtselements direkt oder indirekt an dem Betätigungselement ab. Der Rückstoß wird hierdurch in das Betätigungselement übertragen und an der Berührfläche als haptischer Effekt spürbar.In order to produce the haptic effect, in particular a haptic pulse, it is provided according to the invention that the actuator unit has a ballistic weight element which is coupled to the actuating element via a spring arrangement. The weight element is movably mounted, that is, it can be accelerated by the spring arrangement and thus thrown or pushed like a ballistic projectile in one direction. A controllable holding device is configured to hold the weight element in a standby position in a holding state such that the spring arrangement is compressed or tensioned, so that an actuator energy is stored in the spring arrangement. The spring assembly is thus pressed or pulled so that it permanently exerts a force on the weight element and / or the holding device. As a result, the actuator energy is provided or stored or held in the spring arrangement. A control device is set up to transfer the holding device into a release state as a function of a trigger signal. The triggering signal can be generated, for example, by a sensor device which senses or detects a contact and / or exceeding of a minimum pressure force on the contact surface. The generation of the trigger signal can be carried out in the manner known from the prior art. The spring arrangement is set up to accelerate the weight element by means of the actuator energy in a predetermined direction when the holding device is released (holding device in the release state). In particular, only the actuator energy is used for this purpose. In other words, the weight element is accelerated without power. The spring arrangement is furthermore designed to exert a recoil in an opposite direction to the actuating element during acceleration of the weight element. In other words, when accelerating the weight element, the spring arrangement is supported directly or indirectly on the actuating element. The recoil is thereby transmitted into the actuator and felt at the contact surface as a haptic effect.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass ein haptischer Effekt, insbesondere ein Impuls, nicht durch das Aufschlagen eines beschleunigten Elements, sondern als Rückstoß beim Beschleunigen des Gewichtselements erzeugt wird, was vollkommen lautlos erfolgen kann. The invention provides the advantage that a haptic effect, in particular a pulse, is not generated by the impact of an accelerated element, but as a recoil when accelerating the weight element, which can be done completely silent.

Im Betrieb der Bedienvorrichtung ergibt sich das folgende erfindungsgemäße Verfahren. Das Verfahren geht davon aus, dass an dem Betätigungselement mit der Berührfläche zum Empfangen einer benutzerseitigen Berührung ein Gewichtselement bereitgestellt wird, das über die beschriebene Federanordnung mit dem Betätigungselement gekoppelt ist. Die steuerbare Halteeinrichtung hält im Haltezustand das Gewichtselement derart in der Bereitschaftsstellung, dass die Federanordnung komprimiert oder gespannt ist, so dass in der Federanordnung die Aktuatorenergie gespeichert ist. Die Steuereinrichtung überführt in Abhängigkeit von dem Auslösesignal die Halteeinrichtung in den Freigabezustand, wodurch die Federanordnung das Gewichtselement bevorzugt stromfrei und bevorzugt ausschließlich mittels der Aktuatorenergie ballistisch in eine vorbestimmte Richtung beschleunigt und hierbei den Rückstoß in die Gegenrichtung auf das Betätigungselement ausübt: Die Gegenrichtung ist der Richtung, in welche das Gewichtselement beschleunigt wird, entgegengesetzt. Der Rückstoß ist an der Berührfläche als Ruck oder Impuls spürbar.During operation of the operating device, the following method according to the invention results. The method assumes that a weight element which is coupled to the actuating element via the described spring arrangement is provided on the actuating element with the contact surface for receiving a user-side contact. The controllable holding device holds in the holding state, the weight element in the standby position such that the spring assembly is compressed or tensioned, so that in the spring assembly, the actuator energy is stored. The control device transferred in response to the trigger signal, the holding device in the release state, whereby the spring assembly preferably accelerates the weight element energized and preferably exclusively by means of the actuator energy ballistically in a predetermined direction and thereby exerts the recoil in the opposite direction to the actuator: The opposite direction is the direction in which the weight element is accelerated, opposed. The recoil is felt at the contact surface as a jerk or pulse.

Zu der Erfindung gehören auch vorteilhafte Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also includes advantageous developments, the characteristics of which provide additional advantages.

In Bezug auf die Halteeinrichtung ist bevorzugt vorgesehen, dass diese einen Magnetkreis mit zumindest einem Permanentmagneten zum Erzeugen eines Haltefeldes umfasst. Der Magnetkreis kann optional zum Führen des Haltefeldes auch weichmagnetische Führungselemente aufweisen. Durch den zumindest einem Permanentmagneten kann das Gewichtselement stromlos in der Bereitschaftsstellung gehalten werden. Die Halteeinrichtung ist dazu eingerichtet, ein Kompensationsfeld für das Halteelement zu erzeugen. Die Halteeinrichtung weist hierzu einen Elektromagneten auf. Das Kompensationsfeld kann dem Haltefeld überlagert werden, sodass sich ein Summenfeld ergibt, dass derart gering ist, dass die Federanordnung das Gewichtselement beschleunigt. Dies entspricht dem Überführen der Halteeinrichtung von dem Haltezustand in den Freigabezustand. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, zum Einstellen des Freigabezustands den Elektromagneten zu bestromen. Mit anderen Worten wird der Elektromagnet mit einem Strom beaufschlagt. Hierdurch erzeugt der Elektromagnet das Kompensationsfeld. Der Magnetkreis kann beispielsweise als ein weichmagnetisches Führungselement einen Stößel aufweisen, der in einer Tauchspule gelagert ist, welche den Elektromagneten darstellt. Unter weichmagnetisch ist im Zusammenhang mit der Erfindung insbesondere ein Material zu verstehen, dass eine Koerzitivfeldstärke aufweist, die kleiner als 1000 A/m ist. Die beschriebene Halteeinrichtung weist den Vorteil auf, dass sie im Haltezustand stromlos betrieben werden kann und somit in insbesondere besonders energiesparend betrieben wird.With respect to the holding device is preferably provided that this comprises a magnetic circuit with at least one permanent magnet for generating a holding field. The magnetic circuit can optionally also have soft magnetic guide elements for guiding the holding field. By means of the at least one permanent magnet, the weight element can be kept de-energized in the ready position. The holding device is configured to generate a compensation field for the holding element. The holding device has for this purpose an electromagnet. The compensation field can be superimposed on the holding field, so that a sum field results that is so small that the spring arrangement accelerates the weight element. This corresponds to the transfer of the holding device from the holding state to the release state. The control device is configured to energize the electromagnet to set the release state. In other words, the electromagnet is supplied with a current. As a result, the electromagnet generates the compensation field. The magnetic circuit can have, for example as a soft-magnetic guide element, a plunger which is mounted in a plunger coil which represents the electromagnet. In the context of the invention, soft magnetic is to be understood in particular as meaning a material which has a coercive force which is less than 1000 A / m. The holding device described has the advantage that it can be operated in the hold state without current and thus operated in particular particularly energy-saving.

Bei dem Magnetkreis ist insbesondere vorgesehen, dass dieser einen Luftspalt aufweist. Der Luftspalt ist im Haltezustand der Halteeinrichtung bevorzugt minimiert. Hierdurch kann ein Remanenzeffekt eines weichmagnetischen Materials des Magnetkreises zum leistungslosen Halten des Gewichtselements in der Bereitschaftsstellung genutzt werden. Hierdurch wird das Gewichtselement besonders zuverlässig gehalten, selbst wenn das Kraftfahrzeug zum Beispiel bei einer Fahrt über eine unebene Fahrbahnoberfläche erschüttert wird.In the magnetic circuit is provided in particular that this has an air gap. The air gap is preferably minimized in the holding state of the holding device. In this way, a remanence effect of a soft magnetic material of the magnetic circuit can be used for the powerless holding of the weight element in the standby position. As a result, the weight element is held particularly reliable, even if the motor vehicle is shaken, for example, when driving over an uneven road surface.

Entsprechend ist vorgesehen, dass der Elektromagnet im Haltezustand der Halteeinrichtung stromlos ist.Accordingly, it is provided that the electromagnet is de-energized in the holding state of the holding device.

Um den Remanenzeffekt gezielt zu überwinden, also eine passende Stromstärke im Elektromagneten einzustellen, um mittels des Kompensationsfeld das Haltefeld zu neutralisieren oder ausreichend zu schwächen, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, zum Wechseln von dem Haltezustand in den Freigabezustand einen Versorgungsstrom und/oder eine Versorgungsspannung für den Elektromagneten gemäß einer Rampenfunktion einzuschalten. Hierdurch ist sichergestellt, dass der notwendige Versorgungsstrom und/oder die notwendige Versorgungsspannung zum Beenden des Haltezustands und Wechseln in den Freigabezustand im Verlauf der Rampenfunktion erreicht oder eingestellt wird.In order to deliberately overcome the remanence effect, ie to set a suitable current intensity in the electromagnet in order to neutralize or sufficiently weaken the holding field by means of the compensation field, it is preferably provided that the control device is set up to change from the holding state to the release state to a supply current and / or to turn on a supply voltage for the electromagnet according to a ramp function. This ensures that the necessary supply current and / or the necessary supply voltage for terminating the hold state and changing to the release state in the course of the ramp function is achieved or set.

Im Freigabezustand wird das Gewichtselement durch die Federanordnung beschleunigt, sodass die gespeicherte Aktuatorenergie in Bewegungsenergie des Gewichtselements übergeht. Anschließend wird das Gewichtselement durch die Federanordnung wieder abgebremst, sodass die Aktuatorenergie wieder in der Federanordnung gespeichert wird. Bevorzugt bleibt hierbei das Gewichtselement anschlagsfrei, das heißt es schwingt frei an der Federanordnung, sodass sich ein Masse-Feder-System ergibt. Das Gewichtselement wird dann wieder in eine Gegenrichtung beschleunigt und bewegt sich somit zurück in seine Bereitschaftsstellung. Falls das Masse-Feder-System verlustlos ist, erreicht das Gewichtselement die Bereitschaftsstellung wieder. Um Reibverluste auszugleichen, ist die Steuereinrichtung bevorzugt dazu eingerichtet, im Freigabezustand durch Einstellen einer Stromstärke in dem Elektromagneten das Kompensationsfeld derart mit dem Haltefeld abzustimmen, dass ein resultierendes Summenfeld das Gewichtselement zurück in die Bereitschaftsstellung zieht. Hierdurch können Reibverluste ausgeglichen werden. Es kann auch vorgesehen sein, für den Fall, dass sich das Gewichtselement aus der Bereitschaftsstellung löst, weil die Bedienvorrichtung zum Beispiel erschüttert worden ist, sodass das Haltefeld überwunden wird, mittels des Elektromagneten das Gewichtselement zurück in die Bereitschaftsstellung zu ziehen. Dies kann auch durch ein Aufschwingen einer Pendelbewegung des Gewichtselements erfolgen.In the release state, the weight element is accelerated by the spring arrangement, so that the stored actuator energy passes into kinetic energy of the weight element. Subsequently, the weight element is decelerated again by the spring arrangement, so that the actuator energy is stored again in the spring arrangement. Preferably, in this case, the weight element remains attack-free, that is, it oscillates freely on the spring assembly, so that there is a mass-spring system. The weight element is then accelerated again in an opposite direction and thus moves back to its standby position. If the mass-spring system is lossless, the weight element reaches the standby position again. In order to compensate for frictional losses, the control device is preferably adapted to in the release state by adjusting a current in the electromagnet, the compensation field with so to tune the holding field so that a resulting sum field pulls the weight element back into the ready position. As a result, friction losses can be compensated. It can also be provided, in the event that the weight element is released from the ready position, because the operating device has been shaken, for example, so that the holding field is overcome, by means of the electromagnet to pull the weight element back into the ready position. This can also be done by swinging up a pendulum motion of the weight element.

Die Steuereinrichtung kann auch dazu eingerichtet sein, aus zumindest einer elektrischen Größe des Elektromagneten, beispielsweise dem Versorgungsstrom und/oder der Versorgungsspannung, einen Induktivitätswert des magnetischen Kreises zu ermitteln und hieraus ein mit einer aktuellen Position des Gewichtselements korreliertes oder von dieser abhängiges Positionssignal zu erzeugen und den Elektromagneten in Abhängigkeit von dem Positionssignal zu steuern. Hierdurch kann beispielsweise der Abschaltpunkt für den Elektromagneten bestimmt werden, wenn sich das Gewichtselement wieder in seiner Bereitschaftsstellung befindet und der haptische Effekt abgeschaltet oder deaktiviert werden soll. Beim Abschalten des Elektromagneten induziert dieser eine elektrische Spannung in seiner Steuerschaltung. Dies kann dazu genutzt werden, einen Energiespeicher aufzuladen und hierdurch die im Elektromagneten gespeicherte elektrische Energie zu rekuperieren oder für einen weiteren Gebrauch zurückzugewinnen.The control device can also be set up to determine an inductance value of the magnetic circuit from at least one electrical variable of the electromagnet, for example the supply current and / or the supply voltage, and to generate therefrom a position signal correlated or dependent on a current position of the weight element, and to control the electromagnet in response to the position signal. As a result, for example, the switch-off point for the electromagnet can be determined when the weight element is again in its standby position and the haptic effect is to be switched off or deactivated. When switching off the electromagnet, this induces an electrical voltage in its control circuit. This can be used to charge an energy storage and thereby recuperate the electric energy stored in the electromagnet or recover it for further use.

Um zu verhindern, dass der Beschleunigungsimpuls oder Rückstoß auf das Gehäuse der Bedienvorrichtung übertragen wird und hierdurch beispielsweise auf ein Armaturenbrett weitergeleitet wird, dass dann einen Schall abstrahlen könnte, ist bevorzugt vorgesehen, dass das Betätigungselement bezüglich des Gehäuses zumindest entlang der beschriebenen Gegenrichtung bewegbar gelagert ist. Damit bilden das Betätigungselement, die Federanordnung und das Gewichtselement zusammen ein Masse-Feder-Schwingungssystem, das entlang der Richtung und der Gegenrichtung frei schwingen oder pendeln kann, ohne dass (bis auf Reibungsverluste) eine Stützkraft auf das Gehäuse übertragen werden muss. Die beschriebene, in der Federanordnung gespeicherte Aktuatorenergie wird dann abwechselnd in kinetische Energie und Federenergie gewandelt oder gewechselt. Dies erfolgt durch abwechselnd Spannen und/oder Komprimieren der Federanordnung.In order to prevent that the acceleration pulse or recoil is transmitted to the housing of the operating device and thereby for example forwarded to a dashboard that could radiate a sound, it is preferably provided that the actuating element is mounted movable relative to the housing at least along the opposite direction described , Thus, the actuator, the spring assembly and the weight member together form a mass-spring vibration system that can swing freely or oscillate along the direction and the opposite direction without (except for friction losses) a supporting force has to be transmitted to the housing. The described, stored in the spring assembly actuator energy is then alternately converted into kinetic energy and spring energy or changed. This is done by alternately clamping and / or compressing the spring assembly.

Ein Masseverhältnis einer Masse des Betätigungselements einerseits und einer Masse des Gewichtselements andererseits kann in einem Wertebereich von 1 bis 10 liegen. Wie bereits ausgeführt, ist der Umkehrpunkt des Gewichtselements bei der Schwingbewegung oder Taumelbewegung bevorzugt anschlagsfrei. Mit anderen Worten schwingt das Gewichtselement frei. Wie bereits im Zusammenhang mit der Ausführungsform betreffend den Elektromagneten beschrieben, ist die Steuereinrichtung insbesondere dazu eingerichtet, die Halteeinrichtung nach dem Wechsel in den Freigabezustand wieder in den Haltezustand zu überführen, falls das Gewichtselement wieder in die Bereitschaftsstellung zurückgeschwungen ist. Die Bereitschaftsstellung stellt dabei insbesondere einen Umkehrpunkt der Pendelbewegung des Gewichtselements dar. Mit anderen Worten wird selbst bei dem beschriebenen Abstimmen des Kompensationsfelds mit dem Haltefeld zum Zurückziehen des Gewichtselements in die Bereitschaftsstellung verhindert, dass das Gewichtselement über die Bereitschaftsstellung hinaus pendelt und gegen eine Komponente der Bedienvorrichtung prallt oder schlägt. Der Übergang zurück in die Bereitschaftsstellung erfolgt somit kollisionsfrei. Das Gewichtselement wird insbesondere nach einer einzelnen Sinusschwingung wieder in der Bereitschaftsstellung gehalten, wodurch sich ein bevorzugt vorgesehener haptischer Impuls ergibt. Die Bereitschaftsstellung kann gehalten werden, indem beispielsweise der Elektromagnet stromlos geschaltet wird.A mass ratio of a mass of the actuating element on the one hand and a mass of the weight element on the other hand can be in a value range of 1 to 10. As already stated, the point of reversal of the weight element during the oscillatory movement or tumbling motion is preferably stop-free. In other words, the weight element vibrates freely. As already described in connection with the embodiment relating to the electromagnet, the control device is in particular configured to transfer the holding device after the change to the release state again in the holding state, if the weight element is swung back into the ready position. In this case, even with the described tuning of the compensation field with the holding field for retracting the weight element into the standby position, the weight element prevents the weight element from swinging beyond the ready position and against a component of the operating device bounces or hits. The transition back to the ready position is thus collision-free. The weight element is held back in the ready position, in particular after a single sinusoidal oscillation, resulting in a preferably provided haptic pulse. The standby position can be held by, for example, the electromagnet is de-energized.

Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgestaltet.The invention also includes a motor vehicle with an embodiment of the operating device according to the invention. The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the method according to the invention, which have features as they have already been described in connection with the developments of the operating device according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.

Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:In the following an embodiment of the invention is described. This shows:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, wobei eine Darstellung eines Längsschnitt einer Bedienvorrichtung des Kraftfahrzeugs gezeigt ist, und; 1 a schematic representation of an embodiment of the motor vehicle according to the invention, wherein a representation of a longitudinal section of an operating device of the motor vehicle is shown, and;

2 ein Wegdiagramm zum Veranschaulichen einer Bewegung eines Betätigungselements und eines Gewichtselements während der Erzeugung eines haptischen Effekts gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durch die Bedienvorrichtung von 1. 2 a path diagram for illustrating a movement of an actuating element and a weight element during the generation of a haptic effect according to an embodiment of the method according to the invention by the operating device of 1 ,

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. The exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention. In the exemplary embodiment, the described components of the embodiment each represent individual features of the invention, which are to be considered independently of one another, and which each further develop the invention independently of one another and thus also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention. Furthermore, the described embodiment can also be supplemented by further features of the invention already described.

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, functionally identical elements are each provided with the same reference numerals.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich beispielsweise um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, handeln kann. Das Kraftfahrzeug 10 kann eine Bedienvorrichtung 11 `aufweisen, die beispielsweise Bestandteil eines Information-Unterhaltungssystem (Infotainmentsystem) sein kann. Die Bedienvorrichtung 11 kann ein Betätigungselement 12 aufweisen, bei dem es sich beispielsweise um einen Touchscreen oder ein Touchpad handeln kann. Ein Benutzer kann eine Berührfläche 13 zum Beispiel mit einem Finger oder einem Betätigungsobjekt berühren. Eine Sensoreinrichtung 14 kann in Abhängigkeit von einer Berührung und/oder Annäherung und/oder einer Anpresskraft des Fingers oder des Betätigungsobjekts an der Berührfläche 13 zum Signalisieren einer Betätigung ein Sensorsignal 15 erzeugen, das von einer Steuereinrichtung der Bedienvorrichtung 11 empfangen werden kann. Die Steuervorrichtung 16 kann in Reaktion auf die Betätigung des Betätigungselements 12 eine Aktuatoreinrichtung 17 aktivieren, durch welche an der Berührfläche 13 ein haptischer Effekt 18, beispielsweise ein Klick-Impuls, erzeugt werden kann. 1 shows a motor vehicle 10 which may be, for example, a motor vehicle, in particular a passenger car. The car 10 can be an operating device 11 `, which may be part of an information entertainment system (infotainment system), for example. The operating device 11 can be an actuator 12 may be, for example, a touch screen or a touchpad. A user can have a touchpad 13 For example, touch with a finger or an actuating object. A sensor device 14 can in response to a touch and / or approach and / or a contact force of the finger or the actuating object to the contact surface 13 for signaling an actuation, a sensor signal 15 generate, that of a control device of the operating device 11 can be received. The control device 16 can in response to the actuation of the actuator 12 an actuator device 17 activate, through which at the contact surface 13 a haptic effect 18 , For example, a click pulse can be generated.

Die Aktuatoreinrichtung 17 kann hierzu ein Gewichtselement 19, eine Federanordnung 20 und einer Halteeinrichtung 21 aufweisen. Das Gewichtselement 19 kann beispielsweise durch einen Metallkörper und/oder durch eine Leiterplatte der Steuervorrichtung 16 gebildet sein. Die Federanordnung 20 kann beispielsweise eine oder mehrere Federn, beispielsweise Spiralfedern, aufweisen. Die Halteeinrichtung 21 kann einen Magnetkreis 22 aufweisen, der einen oder mehrere Permanentmagneten 23 und zum Beispiel einen Stator 24 aus einem weichmagnetischen Material aufweisen kann. Der Magnetkreis 22 kann durch einen entlang einer Bewegungsrichtung 25 beweglich bezüglich des Stators 24 gelagerten Stößel 26 aufweisen, der ebenfalls aus einem weichmagnetischen Material gebildet sein kann. Das weichmagnetische Material kann beispielsweise Eisen aufweisen oder umfassen. Das Gewichtselement 19 kann an dem Stößel 26 befestigt sein. Das Gewichtselement 19 ist hierdurch entlang der Bewegungsrichtung 25 bewegbar gelagert. Insbesondere ist es ausschließlich entlang der Bewegungsrichtung 25 bewegbar gelagert. Der Magnetkreis 24 kann des Weiteren einen Luftspalt 27 aufweisen, dessen Spaltbreite 28 von einer aktuellen Position des Gewichtselements 19 abhängig sein kann. Durch die Permanentmagneten 23 kann aufgrund eines Remanenzeffektes das Gewichtselement 19 in einer Bereitschaftsstellung P0 gehalten werden, in welcher die Federanordnung 20 gespannt oder komprimiert ist, sodass in der Federanordnung 20 eine Aktuatorenergie gespeichert ist. Der Luftspalt 27 kann hierbei minimiert sein. In der Bereitschaftsstellung P0 kann das Gewichtselement 19 ohne Aufwendung von beispielsweise elektrischer Energie oder Leistung gehalten werden. Die Halteeinrichtung 21 kann des Weiteren einen Elektromagneten 29 aufweisen, d. h. eine elektrische Spule zum Erzeugen eines Kompensationsfeldes zum Reduzieren oder Ausgleichen oder Neutralisieren des Haltefelds der Permanentmagneten 23. Die Steuervorrichtung 16 kann in Abhängigkeit von dem Sensorsignal 15 den Elektromagneten 29 aktivieren. Hierdurch wird die Halteeinrichtung 21 von dem beschriebenen Haltezustand in einen Freigabezustand überführt, in welchem die Federanordnung 20 das Gewichtselement 19 in die Bewegungsrichtung 25 beschleunigen kann. Hierbei stützt sich die Halteeinrichtung 21 an dem Betätigungselement 12 ab.The actuator device 17 this can be a weight element 19 , a spring arrangement 20 and a holding device 21 exhibit. The weight element 19 For example, by a metal body and / or by a circuit board of the control device 16 be formed. The spring arrangement 20 For example, one or more springs, such as coil springs, have. The holding device 21 can a magnetic circuit 22 comprising one or more permanent magnets 23 and for example a stator 24 may be made of a soft magnetic material. The magnetic circuit 22 can through one along a direction of movement 25 movable with respect to the stator 24 stored ram 26 have, which may also be formed of a soft magnetic material. The soft magnetic material may include or include iron, for example. The weight element 19 can on the pestle 26 be attached. The weight element 19 is thereby along the direction of movement 25 movably mounted. In particular, it is exclusively along the direction of movement 25 movably mounted. The magnetic circuit 24 can also have an air gap 27 have, the gap width 28 from a current position of the weight element 19 can be dependent. Through the permanent magnets 23 may be the weight element due to a remanence effect 19 be kept in a standby position P0, in which the spring assembly 20 tensioned or compressed, so in the spring assembly 20 an actuator energy is stored. The air gap 27 can be minimized here. In the ready position P0, the weight element 19 be kept without expenditure of, for example, electrical energy or power. The holding device 21 may further include an electromagnet 29 ie, an electric coil for generating a compensation field for reducing or equalizing or neutralizing the holding field of the permanent magnets 23 , The control device 16 may depend on the sensor signal 15 the electromagnet 29 activate. As a result, the holding device 21 transferred from the described holding state in a release state, in which the spring assembly 20 the weight element 19 in the direction of movement 25 can accelerate. Here, the holding device is supported 21 on the actuating element 12 from.

Die Halteeinrichtung 21 ist insbesondere ausschließlich an dem Betätigungselement 12 befestigt oder gehalten.The holding device 21 is especially exclusively on the actuator 12 attached or held.

Beim Beschleunigen des Gewichtselements 19 erzeugt die Federanordnung 20 einen Rückstoß 30 in eine Gegenrichtung 31 zur Bewegungsrichtung 25. Dieser Rückstoß ist als der haptische Effekt 18 wahrnehmbar oder spürbar.When accelerating the weight element 19 generates the spring arrangement 20 a recoil 30 in a reverse direction 31 to the direction of movement 25 , This recoil is considered the haptic effect 18 perceptible or perceptible.

Eine Halterung oder Lagerung 32 des Betätigungselements 12 an einem Gehäuse 33 der Bedienvorrichtung 11 kann vorsehen, dass das Betätigungselement 12 entlang der Bewegungsrichtung 25, das heißt in die Bewegung 25 und in die Gegenrichtung 31, bewegbar gelagert ist. Hierdurch ist vermieden, dass der Rückstoß 30 auf das Gehäuse 33 übertragen wird.A holder or storage 32 of the actuating element 12 on a housing 33 the operating device 11 may provide that the actuating element 12 along the direction of movement 25 that is, in the movement 25 and in the opposite direction 31 , is movably mounted. This avoids the recoil 30 on the case 33 is transmitted.

Die durch die Federanordnung 20 verursachte Bewegung des Gewichtselements 19 und des Betätigungselements 12 entlang der Bewegungsrichtung 25 ist anhand von 2 beschrieben. 2 veranschaulicht die Bewegung 34 des Gewichtselements 19 entlang einer Bewegungsachse X und die Bewegung 35 des Betätigungselements 12. Die Steuervorrichtung 16 kann den Elektromagneten 29 nach einer vollständigen Schwingung des Gewichtselements 19 wieder deaktivieren, so dass das Gewichtselement 19 wieder durch die Permanentmagnete 23 in der Bereitschaftsstellung P0 gehalten wird.The by the spring arrangement 20 caused movement of the weight element 19 and the actuating element 12 along the direction of movement 25 is based on 2 described. 2 illustrates the movement 34 of the weight element 19 along a movement axis X and the movement 35 of the actuating element 12 , The control device 16 can the electromagnet 29 after a complete oscillation of the weight element 19 disable it again, so that weight element 19 again through the permanent magnets 23 is held in the ready position P0.

Die Bewegung ist über den Phasenwinkel ωt aufgetragen.The movement is plotted over the phase angle ωt.

Die beschriebene Reluktanzkraft zum Halten des Gewichtselements 19 in der Bereitschaftsstellung P0 entsteht physikalisch durch die Verkleinerung des Luftspalts 27.The described reluctance force for holding the weight element 19 in the ready position P0 arises physically by the reduction of the air gap 27 ,

Der Aktuator ist somit so gestaltet, dass bei voller Kontraktion der Federanordnung 20 der Magnetkreis geschlossen ist. Der Luftspalt 27 ist in dieser Position bevorzugt minimiert. Der Magnetkreis hat durch einen Anteil permanentmagnetischen Materials ohne Bestromung einen permanenten Magnetfluss, nämlich das Haltefeld, wodurch eine permanente Haltekraft erreicht wird.The actuator is thus designed so that at full contraction of the spring assembly 20 the magnetic circuit is closed. The air gap 27 is preferably minimized in this position. The magnetic circuit has a portion of permanent magnetic material without energization permanent magnetic flux, namely the holding field, whereby a permanent holding force is achieved.

Der Stator 24 ist mit der Berührfläche 13 des Betätigungselements 12 verbunden und der Stößel 26 mit dem in die Bewegungsrichtung 25 frei beweglichen ballistischen Gewichtselements 19. Die Anordnung kann auch andersherum erfolgen, sodass der Stator 24 an den Gewichtselement 19 und der Stößel 26 an dem Betätigungselement 12 angeordnet ist.The stator 24 is with the touch area 13 of the actuating element 12 connected and the plunger 26 with the in the direction of movement 25 freely movable ballistic weight element 19 , The arrangement can also be reversed, so that the stator 24 to the weight element 19 and the pestle 26 on the actuating element 12 is arranged.

Die besagten Elemente können sich bevorzugt frei im Gehäuse 33 entlang der Bewegungsrichtung 25 bewegen, sodass nur geringe Relativkräfte zum Gehäuse 33 auftreten, wie sie durch Reibung der Lagerung verursacht sein können.The said elements may preferably be free in the housing 33 along the direction of movement 25 move, so that only low relative forces to the housing 33 occur as they may be caused by friction of storage.

Die Massen m1 und m2 beinhalten jeweils alle beweglichen Massen (m1: Betätigungselement 12, m2 Gewichtselement 19). Eine Masse m1 des Betätigungselements 12 kann in einem Bereich von 300 Gramm bis ein Kilogramm liegen. Die Masse des Gewichtselements 19 ist bevorzugt kleiner als die Masse m1 des Betätigungselements 12. Ein Verhältnis der Massen m1/m2 kann in einem Bereich von 1 bis 10 liegen.The masses m1 and m2 each contain all moving masses (m1: actuator 12 , m2 weight element 19 ). A mass m1 of the actuating element 12 can range from 300 grams to one kilogram. The mass of the weight element 19 is preferably smaller than the mass m1 of the actuating element 12 , A ratio of the masses m1 / m2 may be in a range of 1 to 10.

Durch die beschriebene ballistische Erzeugung des haptischen Effekts sind zwei Gewichte beweglich und stützen sich gegeneinander ab. Die Federanordnung 20 ist im Haltezustand als Zugfeder oder Druckfeder vorgespannt. Die Federn haben eine lineare Federkonstante D = F/X und eine Vorspannungskraft F0. Die Vorspannungskraft ist deutlich geringer, als die Permanentmagnete magnetische Haltekraft erzeugen, sodass die Permanentmagnete 23 die geschlossene Position mit der Bereitschaftsstellung P0 des Gewichtselements 19 sicher halten.Due to the described ballistic generation of the haptic effect, two weights are movable and supported against each other. The spring arrangement 20 is biased in the holding state as a tension spring or compression spring. The springs have a linear spring constant D = F / X and a preload force F0. The biasing force is significantly lower than the permanent magnets generate magnetic holding force, so that the permanent magnets 23 the closed position with the ready position P0 of the weight element 19 hold securely.

Aus der Federanordnung 20 und den Massen m1, m2 ergibt sich physikalisch ein gekoppelt der Feder-Masse-Schwinger.From the spring arrangement 20 and the masses m1, m2 physically results in a coupled spring-mass oscillator.

Da entlang Bewegungsrichtung 25 und der Gegenrichtung 31 nur relative Kräfte zwischen m1 und m2 durch die Federanordnung 20 auftreten, ergibt sich eine relative sinusförmige Gegenbewegung von m1 und m2 mit gleicher Frequenz (siehe 2).Because along the direction of movement 25 and the opposite direction 31 only relative forces between m1 and m2 by the spring arrangement 20 occur, results in a relative sinusoidal countermovement of m1 and m2 with the same frequency (see 2 ).

Zur Auslösung einer Bewegung wird über die Spule des Elektromagneten 29 ein entsprechender Stromfluss zum Erzeugen eines Gegenmagnetfelds oder Kompensationsfeldes zum permanenten Magnetfeld oder Haltefeld erzeugt, sodass der magnetische Fluss zu 0 wird.To trigger a movement is via the coil of the electromagnet 29 generates a corresponding current flow for generating a counter magnetic field or compensation field to the permanent magnetic field or holding field, so that the magnetic flux becomes 0.

Aufgrund des fehlenden magnetischen Flusses in diesem Zustandswechsel vom Haltezustand in den Freigabezustand treten keine magnetischen Kräfte, Wirbelströme oder andere Verluste auf. Bei entsprechend geringen Reibungsverlusten ergibt sich eine ungedämpfte Sinusschwingung. Die Energie der Schwingung entspricht der Feder-Vorspannung-Energie oder Aktuatorenergie und wird zwischen Federenergie und kinetische Energie hin- und her-gewandelt. Somit muss die Aktuatorenergie nicht elektrisch aufgebracht werden sondern ist mechanisch durch die vorgespannte Federanordnung bereitgestellt.Due to the lack of magnetic flux in this state change from the holding state to the release state, no magnetic forces, eddy currents or other losses occur. With correspondingly low friction losses results in an undamped sine wave. The energy of the vibration corresponds to the spring bias energy or actuator energy and is converted back and forth between spring energy and kinetic energy. Thus, the actuator energy does not have to be applied electrically but is mechanically provided by the preloaded spring assembly.

Nach einer vollständigen Sinusperiode sind die Massen m1, m2 idealerweise mit einer Relativgeschwindigkeit v = 0 wieder an ihrem Ausgangsort, das heißt das Gewichtselement 19 in der Bereitschaftsstellung P0. Die gesamte Energie ist wieder in der Federanordnung 20 und der Luftspalte 27 minimiert.After a complete sine period, the masses m1, m2 are ideally at a relative speed v = 0 again at their starting point, that is to say the weight element 19 in the ready position P0. All the energy is back in the spring arrangement 20 and the air column 27 minimized.

Um die Haptikbewegung zu stoppen, wird der Strom in der Spule des Elektromagneten 29 in diesem Moment abgeschaltet, sodass der zumindest eine Permanentmagnet 23 diese Position wieder hält.To stop the haptic movement, the current in the coil of the electromagnet 29 switched off at this moment, so that the at least one permanent magnet 23 holds this position again.

Die Bestromung der Spule und Abschaltung des Stromes benötigt bei geeigneter elektronischer Umschaltung sehr wenig Energiezufuhr, da die Energie E = ½L1² elektrisch zurückgewonnen, das heißt rekuperiert werden kann.The energization of the coil and switching off the current required with a suitable electronic switching very little energy, since the energy E = ½L1 ² recovered electrically, that is, can be recuperated.

In der Realität treten aber sowohl mechanische als auch elektrische Verluste auf. Diese Verluste werden bevorzugt dadurch ausgeglichen, dass nach einer halben Sinusperiode, wenn sich die Massen m1, m2 wieder aufeinander zu bewegen, der Stromfluss verringert wird, abgeschaltet wird oder umgepolt wird. Dadurch entstehen ein Magnetfeld und Magnetkräfte in Richtung zur Bereitschaftsposition oder Bereitschaftsstellung P0. Dadurch wird die Bewegung beschleunigt und weniger Energie aus der Spule zurückgewonnen oder zusätzliche elektrische Energie in die Spule gebracht. Idealerweise wird diese Energie so dosiert, dass die Verluste genau ausgeglichen werden. Damit weist das Gewichtselement 19 in der Bereitschaftsstellung P0 wieder die Geschwindigkeit 0 auf. Die elektrische Energieaufnahme entspricht somit den Verlust und ist geringer als die mechanische Pulsenergie des haptischen Effekts 18.In reality, however, both mechanical and electrical losses occur. These losses are preferably compensated by the fact that after half a sine period, when the masses m1, m2 again move towards each other, the current flow is reduced, is switched off or reversed. This creates a magnetic field and magnetic forces toward the ready position or ready position P0. This accelerates the movement and recovers less energy from the coil or adds additional electrical energy to the coil. Ideally, this energy is dosed so that the losses are exactly balanced. This indicates the weight element 19 in the ready position P0 again the Speed 0 up. The electrical energy consumption thus corresponds to the loss and is lower than the mechanical pulse energy of the haptic effect 18 ,

Durch elektrische Messung der Induktivität des Magnetkreises 22 kann die Position des Gewichtselements 19 bestimmt werden, da die Induktivität sich mit dem Abstand oder der Spaltbreite 28 verringert.By electrical measurement of the inductance of the magnetic circuit 22 can change the position of the weight element 19 be determined because the inductance varies with the distance or the gap width 28 reduced.

Wenn ein Zustand eingetreten ist, in welchem bei unbestromtem Elektromagneten 29 das Gewichtselement 19 aus seiner Bereitschaftsstellung P0 gebracht ist, kann mittels einer aufgeschaukelten Schwingung die Ausgangslage oder Bereitschaftsstellung P0 wiederhergestellt werden. Hierzu werden zyklische Bestromungen des Elektromagneten 29 zur Verstärkung der Bewegung in die jeweilige Bewegungsrichtung des Gewichtselements 19 durchgeführt.When a condition has occurred, in which when energized electromagnet 29 the weight element 19 is brought from its standby position P0, the starting position or ready position P0 can be restored by means of a rocking oscillation. For this purpose, cyclic current flows of the electromagnet 29 for amplifying the movement in the respective direction of movement of the weight element 19 carried out.

Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein Haptikaktuator nach dem ballistischen Prinzip bereitgestellt werden kann.Overall, the example shows how the invention can provide a haptic actuator according to the ballistic principle.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• US 2015/0169061 A1 [0002] US 2015/0169061 A1 [0002]
• US 2006/0267448 A1 [0003] US 2006/0267448 A1 [0003]
• DE 102012018743 A1 [0004] DE 102012018743 A1 [0004]

Claims (10)

Bedienvorrichtung (11) für ein Kraftfahrzeug (10), aufweisend: – ein Gehäuse (33) zum Befestigen der Bedienvorrichtung (11) in dem Kraftfahrzeug (10), – ein an oder in dem Gehäuse (33) angeordnetes Betätigungselement (12), das eine Berührfläche (13) zum Empfangen einer benutzerseitigen Berührung aufweist, und – eine ausschließlich an dem Betätigungselement (12) gehaltene Aktuatoreinheit (17) zum Erzeugen eines haptischen Effekts (18) an der Berührfläche (13), dadurch gekennzeichnet, dass – die Aktuatoreinheit (17) ein bewegbar gelagertes Gewichtselement (19) aufweist, das über eine Federanordnung (20) mit dem Betätigungselement (12) gekoppelt ist, wobei – eine steuerbare Halteeinrichtung (21) dazu eingerichtet ist, in einem Haltezustand das Gewichtselement (19) derart in einer Bereitschaftsstellung (P0) zu halten, dass die Federanordnung (20) komprimiert oder gespannt ist, so dass in der Federanordnung (20) eine Aktuatorenergie gespeichert ist, und wobei – eine Steuereinrichtung (16) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem Auslösesignal (15) die Halteeinrichtung (21) in einen Freigabezustand zu überführen, und die Federanordnung (20) dazu eingerichtet ist, bei freigebender Halteeinrichtung (21) das Gewichtselement (19) mittels der Aktuatorenergie in eine vorbestimmte Richtung (25) zu beschleunigen und hierbei einen Rückstoß (30) in eine Gegenrichtung (31) auf das Betätigungselement (12) auszuüben.Operating device ( 11 ) for a motor vehicle ( 10 ), comprising: - a housing ( 33 ) for attaching the operating device ( 11 ) in the motor vehicle ( 10 ), - on or in the housing ( 33 ) arranged actuating element ( 12 ), which has a contact surface ( 13 ) for receiving a user-side contact, and - one exclusively on the actuating element ( 12 ) held actuator unit ( 17 ) for creating a haptic effect ( 18 ) at the contact surface ( 13 ), characterized in that - the actuator unit ( 17 ) a movably mounted weight element ( 19 ), which via a spring arrangement ( 20 ) with the actuating element ( 12 ), wherein - a controllable holding device ( 21 ) is adapted, in a holding state, the weight element ( 19 ) in a standby position (P0) such that the spring arrangement ( 20 ) is compressed or tensioned so that in the spring arrangement ( 20 ) an actuator energy is stored, and wherein - a control device ( 16 ) is set up in response to a trigger signal ( 15 ) the holding device ( 21 ) in a release state, and the spring assembly ( 20 ) is arranged, with releasing holding device ( 21 ) the weight element ( 19 ) by means of the actuator energy in a predetermined direction ( 25 ) and thereby a recoil ( 30 ) in a reverse direction ( 31 ) on the actuator ( 12 ) exercise. Bedienvorrichtung (11) nach Anspruch 1, wobei die Halteeinrichtung (21) einen Magnetkreis (22) mit zumindest einem Permanentmagneten (23) zum Erzeugen eines Haltefeldes umfasst, um das Gewichtselement (19) in der Bereitschaftsstellung (P0) zu halten, und wobei die Halteeinrichtung (21) zum Erzeugen eines Kompensationsfeldes für das Haltefeld einen Elektromagneten (29) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (16) dazu eingerichtet ist, zum Einstellen des Freigabezustands den Elektromagneten (29) zu bestromen.Operating device ( 11 ) according to claim 1, wherein the holding device ( 21 ) a magnetic circuit ( 22 ) with at least one permanent magnet ( 23 ) for generating a holding field to the weight element ( 19 ) in the standby position (P0), and wherein the holding device ( 21 ) for generating a compensation field for the holding field an electromagnet ( 29 ), wherein the control device ( 16 ) is adapted to set the release state of the electromagnet ( 29 ) to energize. Bedienvorrichtung (11) nach Anspruch 2, wobei der Elektromagnet (29) im Haltezustand der Halteeinrichtung (21) stromlos ist.Operating device ( 11 ) according to claim 2, wherein the electromagnet ( 29 ) in the holding state of the holding device ( 21 ) is de-energized. Bedienvorrichtung (11) nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein Luftspalt (27) des Magentkreises (22) im Haltezustand der Halteeinrichtung (21) minimiert ist.Operating device ( 11 ) according to claim 2 or 3, wherein an air gap ( 27 ) of the magentic circle ( 22 ) in the holding state of the holding device ( 21 ) is minimized. Bedienvorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Steuervorrichtung (16) dazu eingerichtet ist, zum Wechseln von dem Haltezustand in den Freigabezustand einen Versorgungsstrom und/oder eine Versorgungsspannung für den Elektromagneten (29) gemäß einer Rampenfunktion einzuschalten.Operating device ( 11 ) according to one of claims 2 to 4, wherein the control device ( 16 ) is arranged to change from the holding state to the release state, a supply current and / or a supply voltage for the electromagnet ( 29 ) according to a ramp function. Bedienvorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Steuereinrichtung (16) dazu eingerichtet ist, im Freigabezustand durch Einstellen einer Stromstärke in dem Elektromagneten (29) das Kompensationsfeld derart mit dem Haltefeld abzustimmen, dass ein resultierendes Summenfeld das Gewichtselement (19) zurück in die Bereitschaftsstellung (P0) zieht.Operating device ( 11 ) according to one of claims 2 to 5, wherein the control device ( 16 ) is adapted, in the release state by adjusting a current in the electromagnet ( 29 ) to match the compensation field with the holding field in such a way that a resulting sum field is the weight element ( 19 ) returns to the ready position (P0). Bedienvorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Steuereinrichtung (16) dazu eingerichtet ist, aus zumindest einer elektrischen Größe des Elektromagneten (29) einen Induktivitätswert des Magnetkreises (22) zu ermitteln und hieraus ein mit einer aktuellen Position des Gewichtselements (19) korreliertes Positionssignal zu erzeugen und den Elektromagneten (29) in Abhängigkeit von dem Positionssignal zu steuern.Operating device ( 11 ) according to one of claims 2 to 6, wherein the control device ( 16 ) is adapted to at least one electrical size of the electromagnet ( 29 ) an inductance value of the magnetic circuit ( 22 ) and from this one with a current position of the weight element ( 19 ) generate a correlated position signal and the electromagnet ( 29 ) in response to the position signal. Bedienvorrichtung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Betätigungselement (12) bezüglich des Gehäuses (33) zumindest entlang der Gegenrichtung (31) bewegbar gelagert ist.Operating device ( 11 ) according to one of the preceding claims, wherein the actuating element ( 12 ) with respect to the housing ( 33 ) at least along the opposite direction ( 31 ) is movably mounted. Bedienvorrichtung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (16) dazu eingerichtet ist, die Halteeinrichtung (21) nach dem Wechsel in den Freigabezustand wieder in den Haltezustand zu überführen, falls das Gewichtselement (19) wieder in die Bereitschaftsstellung (P0) zurückgeschwungen ist.Operating device ( 11 ) according to one of the preceding claims, wherein the control device ( 16 ) is adapted to the holding device ( 21 ) after the change to the release state again to transfer to the holding state, if the weight element ( 19 ) has swung back into the ready position (P0). Verfahren zum Betreiben einer Bedienvorrichtung (11) für ein Kraftfahrzeug (10), wobei die Bedienvorrichtung (11) ein Betätigungselement (12) mit einer Berührfläche (13) zum Empfangen einer benutzerseitigen Berührung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gewichtselement (19) bereitgestellt wird, das über eine Federanordnung (20) mit dem Betätigungselement (12) gekoppelt ist und eine steuerbare Halteeinrichtung (21) in einem Haltezustand das Gewichtselement (19) derart in einer Bereitschaftsstellung (P0) hält, dass die Federanordnung (20) komprimiert oder gespannt ist, so dass in der Federanordnung (20) eine Aktuatorenergie gespeichert ist, und eine Steuereinrichtung in Abhängigkeit von einem Auslösesignal (15) die Halteeinrichtung (21) in einen Freigabezustand überführt, wodurch die Federanordnung (20) das Gewichtselement (19) mittels der Aktuatorenergie ballistisch in eine vorbestimmte Richtung (25) beschleunigt und hierbei einen Rückstoß (30) in eine Gegenrichtung (31) auf das Betätigungselement (12) ausübt.Method for operating an operating device ( 11 ) for a motor vehicle ( 10 ), wherein the operating device ( 11 ) an actuating element ( 12 ) with a contact surface ( 13 ) for receiving a user-side contact, characterized in that a weight element ( 19 ) provided by a spring arrangement ( 20 ) with the actuating element ( 12 ) and a controllable holding device ( 21 ) in a holding state the weight element ( 19 ) holds in a ready position (P0) such that the spring arrangement ( 20 ) is compressed or tensioned so that in the spring arrangement ( 20 ) an actuator energy is stored, and a control device in response to a trigger signal ( 15 ) the holding device ( 21 ) in a release state, whereby the spring arrangement ( 20 ) the weight element ( 19 ) by means of the actuator energy ballistically in a predetermined direction ( 25 ) and thereby recoil ( 30 ) in a reverse direction ( 31 ) on the actuator ( 12 ) exercises.

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