DE102017111897B3

DE102017111897B3 - Bedienvorrichtung für eine Fahrzeugkomponente sowie Verfahren zum Erzeugen einer Rückmeldung

Info

Publication number: DE102017111897B3
Application number: DE102017111897.7A
Authority: DE
Inventors: Volker Stegemann; Vladimir Mener; Norbert Staudt; Heinz-Joerg Lefringhausen; Klaus Weigand; Hans-Juergen Bossler
Original assignee: BCS Automotive Interface Solutions GmbH
Current assignee: BCS Automotive Interface Solutions GmbH
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2018-09-06
Anticipated expiration: 2037-06-01
Also published as: US11505066B2; WO2018220064A1; KR20200012944A; CN110710110A; US20200231039A1

Abstract

Eine Bedienvorrichtung für eine Fahrzeugkomponente umfasst ein Bedienfeld (12) sowie einen mechanisch damit gekoppelten Elektromotor (34) mit einer Unwuchtmasse. Ein Detektor (20) kann den Kontakt des Bedienfelds (12) durch einen Benutzer erfassen. Um exakt die Anzahl der Umdrehungen des Elektromotors auf den Kontakt des Bedienfelds durch einen Benutzer einzustellen, ist ein Sensor (46) vorgesehen. Über diesen wird die Anzahl der Umdrehungen des Rotors bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung für eine Fahrzeugkomponente sowie ein Verfahren zum Erzeugen einer haptischen Rückmeldung beim Betätigen einer Bedienvorrichtung einer Fahrzeugkomponente.
Moderne Bediensysteme werden in Fahrzeugen immer seltener als elektromechanische Schaltermodule mit spürbar beweglichen Tasten ausgeführt, sondern als berührungsempfindliche Systeme, die eine Fahrzeugfunktion auf eine Berührung hin aktivieren. Der berührte Bereich des Bedienfelds bewegt sich bei Kontakt mit dem Finger des Bedieners nicht mehr, weshalb keine haptische Rückmeldung für eine erfolgreiche Bedienung erfolgt. Diese Bedienvorrichtungen ähneln denen von Touchpanels in Mobiltelefonen oder Tablet-Computern. Ein solches Bedienfeld ist üblicherweise mit mehreren Abschnitten (Schalterflächen) vorgesehen, die zur Bedienung unterschiedlicher Funktionen auf einem Bedienfeld zusammengefasst sind und den mehreren bislang bekannten elektromechanischen Schaltern funktional entsprechen. Die Außenseite des Bedienfelds wird durch ein plattenartiges Teil definiert, das in den verschiedenen Bereichen üblicherweise Symbole integriert hat.
Um eine haptische Rückmeldung bei erfolgter, erfolgreicher Bedienung geben zu können, haben sich sogenannte Unwuchtmotoren durchgesetzt. Diese Unwuchtmotoren umfassen einen Elektromotor mit einer Unwuchtmasse, d. h. entweder einem Rotor, der eine Unwucht aufweist, oder einer separaten, mit dem Rotor gekoppelten Unwuchtmasse. Der Elektromotor ist mechanisch mit dem Bedienfeld gekoppelt und sorgt für eine Vibration des Bedienfelds, genauer gesagt der Platte, sobald von einem Detektor der Kontakt des Bedienfelds durch einen Benutzer erfasst wird. Solche Detektoren können beispielsweise Kraftsensoren, resistive oder kapazitive Sensoren oder dergleichen sein. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Art von Detektor eingeschränkt.
Nach einer bestimmten Zeitdauer wird der Elektromotor wieder ausgeschaltet, sodass die Vibration des plattenartigen Teils aufhört.
Aus der US 2014/0139450 A1 ist ein System zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung einer Bedienoberfläche bekannt, bei dem Piezoaktuatoren Impulse erzeugen.
Die DE10 2014 018 355 A1 zeigt ein Touchpad in einem Fahrzeug, das unter der Glasscheibe Sensoren zur Detektion von haptischen Impulsen des Bedieners aufweist.
Einen elektrischen Schalter, insbesondere Piezoschalter, der dem Bediener eine haptische Rückmeldung geben kann, offenbart die US 2004/0075360 A1 , die hierzu einen Umwuchtmotor einsetzt.
Die US 2014/0104209 A1 beschreibt ein Touchpad mit haptischer Rückmeldung, bei der ein Nocken einen mechanischen Übertragungsmechanismus in Richtung Oberfläche des Touchpad bewegt und zu Vibrationen anregt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gegenüber dem Stand der Technik hochwertigere Bedienvorrichtung und zudem ein verbessertes Verfahren zum Erzeugen einer haptischen Rückmeldung zu schaffen.
Die Aufgabe wird einerseits durch eine Bedienvorrichtung für eine Fahrzeugkomponente gelöst, mit einem Bedienfeld, einem mit dem Bedienfeld mechanisch gekoppelten Elektromotor mit einer Unwuchtmasse, einem Detektor zur Bestimmung eines Kontakts des Bedienfelds durch einen Benutzer, einem Sensor zur Bestimmung der Drehung des Rotors des Elektromotors und einer Steuereinheit, die mit dem Elektromotor, dem Detektor und dem Sensor verbunden ist, wobei die Steuereinheit derart eingerichtet ist, dass sie den Elektromotor bei Detektion des Kontakts des Bedienfelds ansteuert und eine Rotordrehung initiiert, um eine haptische Rückmeldung am Bedienfeld zu erzeugen, und wobei die Steuereinheit ferner derart eingerichtet ist, dass sie den Elektromotor nach Detektion einer vorgegebenen Anzahl von Umdrehungen anhält.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird bei der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung über einen Sensor die Anzahl der Drehungen des Rotors bestimmt und bei Erreichen einer vorgegebenen Anzahl der Drehungen der Rotor angehalten. Somit kann auf einfache Weise die Anzahl der gewünschten Umdrehungen exakt eingestellt werden, vor allem können relativ wenige Umdrehungen realisiert werden. Umgebungsbedingungen oder altersbedingte Schwankungen beim Anlaufen des Elektromotors führen nicht mehr zu einer höheren oder geringeren Anzahl von Umdrehungen während einer vorgegebenen Einschaltzeit. Der Elektromotor läuft exakt so oft um, wie dies zuvor eingestellt worden ist.
Der Sensor ist insbesondere ein Näherungssensor, der so zu einem vom Detektor in Drehung versetzten Teil ausgerichtet ist, dass er dessen Drehung detektiert. Dieses vom Sensor erfasste Teil kann der Rotor selbst sein oder eine mit dem Rotor gekoppelte, separate Unwuchtmasse.
Im Falle der Zuordnung des Näherungssensors zur Unwuchtmasse ist der Näherungssensor ortsfest gegenüber einer radialen Außenseite der Unwuchtmasse gemäß der bevorzugten Ausführungsform angeordnet.
Vorzugsweise hat die Unwuchtmasse einen Außenumfang, der unterschiedlich weit von der Rotorachse entfernte Abschnitte aufweist. Der am weitesten von der Rotorachse, gemeint ist hier die fiktive Rotormittelachse, entfernte Abschnitt wird dann vom Sensor beim Umlaufen erfasst.
Der Sensor sollte so ausgeführt sein, dass er eine vollständige Umdrehung des Rotors detektieren kann. Es ist nicht zwingend erforderlich, dass der Sensor in Art eines Drehwinkelsensors ausgeführt ist, der die augenblickliche Position des Rotors erfassen kann.
Die Steuereinheit des Elektromotors ist so ausgebildet, dass sie den Elektromotor derart ansteuert, dass bei Detektion eines Kontakts des Bedienfelds der Rotor wenigstens zwei vollständige Umdrehungen ausführt. Diese Anzahl der Umdrehungen ist relativ gering, sie reicht jedoch aus, um eine sichere Rückmeldung zu geben. Darüber hinaus werden zu viele Umdrehungen und ein zu langes damit einhergehendes Surrgeräusch vom Bediener oft als störend empfunden. Vorzugsweise sollten weniger als zehn, insbesondere weniger als fünf Umdrehungen ausführt werden, woraufhin der Elektromotor angehalten wird.
Die Aufgabe wird darüber hinaus durch ein Verfahren zum Erzeugen einer haptischen Rückmeldung beim Betätigen einer Bedienvorrichtung einer Fahrzeugkomponente, insbesondere einer erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung, durch folgende Schritte gelöst:

a) Detektion eines Kontakts des Bedienfelds,
b) Bestromen eines mit dem Bedienfeld mechanisch gekoppelten Elektromotors, sodass der Rotor und eine Unwuchtmasse rotieren, um eine haptische Rückmeldung auf dem Bedienfeld zu erzeugen,
c) Bestimmen der Anzahl der vollständigen Umdrehungen des Rotors, und
d) Verändern der Bestromung des Elektromotors in Abhängigkeit von der Anzahl der vollständigen Umdrehungen, die der Rotor des Elektromotors bereits ausgeführt hat.

Wie zuvor erwähnt, kann der Rotor selbst bereits einen Abschnitt aufweisen, der als Unwuchtmasse wirkt, oder auf dem Rotor kann eine Unwuchtmasse befestigt sein. Die Bestromung des Elektromotors führt zum Stoppen des Rotors.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass der Elektromotor vorzugsweise so bestromt wird, dass der Rotor wenigstens zwei vollständige Umdrehungen ausführt, insbesondere maximal zehn, weiter insbesondere maximal fünf vollständige Umdrehungen ausführt.
Im Schritt d) kann der Elektromotor durch Bestromen in Gegenrichtung angehalten werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 eine Draufsicht auf ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung,
- 2 eine schematische Querschnittsansicht durch die Bedienvorrichtung nach der Erfindung, und
- 3 eine schematische Ansicht einer bei der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung eingesetzten Einheit aus Elektromotor und Sensorik.

In 1 ist eine Bedienvorrichtung 10 dargestellt, die in einem Kraftfahrzeug verbaut ist, hier im Bereich des Lenkrads. Zu betonen ist jedoch, dass der Aufbau dieser Bedienvorrichtung, welcher im Folgenden erläutert wird, natürlich auch bei einer anderen Bedienvorrichtung verwirklicht werden kann, die im Bereich der Armaturentafel, der Mittelkonsole oder an anderen Stellen im Fahrzeuginnenraum verbaut ist.
In 1 ist das Bedienfeld 12 zu sehen, welches außenseitig durch ein dünnes plattenartiges Teil 14 definiert ist. Auf dem Bedienfeld 12 sind mehrere Schaltsymbole 16 vorgesehen. Diese Schaltsymbole 16 können auf das plattenartige Teil 14 aufgedruckt sein, sie sind in jedem Fall hinterleuchtet. Dazu ist das plattenartige Teil 14 abschnittsweise transparent oder transluzent.
Die Oberfläche des Bedienfelds ist durchgehend und glatt, kein Spalt ist zwischen den Schaltsymbolen 16 vorhanden. Vielmehr ist das plattenartige Teil ein durchgehender, einstückiger, im Wesentlichen starrer Körper, insbesondere aus Kunststoff. Um die Schaltsymbole 16 sind Schalterflächen ausgebildet, die klassische Schalter ersetzen.
In 2 ist ein schematischer Schnitt durch die Bedienvorrichtung nach 1 dargestellt. Zu sehen ist, dass das plattenartige Teil 14 in Form eines Deckels ausgeführt ist, unter welchem ein Detektor 20 in Form einer beispielsweise kapazitiven Sensorfolie vorhanden ist, die für jedes Schaltsymbol 16 und die in diesem Bereich gebildete Schalterfläche bestimmen kann, ob ein Benutzer die Schalterfläche berührt oder nicht.
Transparente oder transluzente Abschnitte 22 im plattenartigen Teil 12 zur Ausbildung der Schaltsymbole 16 sind ebenfalls in 2 dargestellt. Auf der Unterseite des plattenartigen Teils 12 können ferner Lichtquellen 24 vorhanden sein.
Die Einheit aus plattenartigem Teil 12 und Detektor 20 sitzt auf einem Rahmen 26, welcher innen hohl ist und durch den Deckel geschlossen wird. Im so erzeugten Hohlraum und auf dem Rahmen 26 sitzt ein Elektromotor 30, der einen Rotor 34 aufweist. Es handelt sich um einen sogenannten Unwuchtmotor. Der Elektromotor 30 ist ebenso wie der Detektor 20 mit einer Steuerung 36 gekoppelt, die beispielsweise eine Leiterplatte ist.
3 zeigt die Elektromotoreinheit mit dem Elektromotor 30 sowie dessen Rotor 34 im schematischen Detail. Auf dem Rotor 34 sitzt eine Unwuchtmasse 38, die einen Außenumfang 40 aufweist, der zumindest einen Abschnitt 42 hat, welcher weniger weit entfernt von der Rotorachse A liegt als ein radial weiter außen entfernter Abschnitt 44.
Ein Sensor 46, der ebenfalls mit der Steuerung 36 gekoppelt ist, liegt so nahe an der Unwuchtmasse 38, dass er beim Rotieren dann anspricht, wenn der Abschnitt 44 ihm gegenüberliegt, wie es beispielsweise in 3 dargestellt ist.
Über den Sensor 46 wird die Anzahl der Drehungen des Rotors 34 detektiert.
Sobald eine Berührung eines Bedienfeldes im Bereich einer Schalterfläche detektiert wird, sorgt die Steuerung 36 dafür, dass der Elektromotor 30 bestromt wird und Rotor 34 und Unwuchtmasse 38 rotieren. Dadurch, dass der Elektromotor 30 mechanisch über den Rahmen 26 mit dem plattenartigen Teil 14 verbunden ist, wird dieses in Vibration versetzt, um eine haptische Rückmeldung auf dem Bedienfeld 12 für den Bediener zu geben.
Sobald mehr als zwei vollständige Umdrehungen detektiert sind, vorzugsweise weniger als zehn, insbesondere sogar weniger als fünf vollständige Umdrehungen, stoppt die Steuerung 36 die Bestromung des Elektromotors in einer entsprechenden Richtung und bestromt ihn in Gegenrichtung, um ihn anzuhalten.
Zu betonen ist, dass die Anzahl der vollständigen Umdrehungen in der Steuerung 36 vorher abgelegt ist, sodass die Anzahl der Vibrationen exakt festgelegt und auch eingehalten wird.

Claims

Bedienvorrichtung für eine Fahrzeugkomponente, mit einem Bedienfeld (12), einem mit dem Bedienfeld (12) mechanisch gekoppelten Elektromotor (30) mit einer Unwuchtmasse (38), einem Detektor (20) zur Bestimmung eines Kontakts des Bedienfelds (12) durch einen Benutzer, einem Sensor (46) zur Bestimmung der Drehung des Rotors (34) des Elektromotors (30) und einer Steuereinheit (36), die mit dem Elektromotor (30), dem Detektor (20) und dem Sensor (46) verbunden ist, wobei die Steuereinheit (36) derart eingerichtet ist, dass sie den Elektromotor (30) bei Detektion des Kontakts des Bedienfelds (12) ansteuert und eine Rotordrehung initiiert, um eine haptische Rückmeldung am Bedienfeld (12) zu erzeugen, und wobei die Steuereinheit (36) ferner derart eingerichtet ist, dass sie den Elektromotor (30) nach Detektion einer vorgegebenen Anzahl von Umdrehungen anhält.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (46) ein Näherungssensor ist, der so zu einem vom Elektromotor (30) in Drehung versetzten Teil hin ausgerichtet ist, dass er dessen Drehung detektiert.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Näherungssensor ortsfest gegenüber einer radialen Außenseite der Unwuchtmasse (38) angeordnet ist.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtmasse (38) als separates Teil ausgebildet und am Rotor (34) befestigt ist.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtmasse (38) einen Außenumfang besitzt, der unterschiedlich weit von der Rotorachse entfernte Abschnitte (42, 44) aufweist.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (46) derart ausgebildet ist, dass er eine vollständige Umdrehung des Rotors (34) detektieren kann.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (36) den Elektromotor (30) derart ansteuert, dass bei Detektion eines Kontakts des Bedienfelds (12) der Rotor (34) wenigstens zwei vollständige Umdrehungen ausführt, insbesondere weniger als zehn, insbesondere weniger als fünf Umdrehungen ausführt.
Verfahren zum Erzeugen einer haptischen Rückmeldung beim Betätigen einer Bedienvorrichtung einer Fahrzeugkomponente, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Detektion eines Kontakts des Bedienfelds (12), b) Bestromen eines mit dem Bedienfeld (12) mechanisch gekoppelten Elektromotors (30), sodass der Rotor (34) und eine Unwuchtmasse (38) rotieren, um eine haptische Rückmeldung auf dem Bedienfeld (12) zu erzeugen, c) Bestimmen der Anzahl der vollständigen Umdrehungen des Rotors (34), und d) Verändern der Bestromung des Elektromotors (30) in Abhängigkeit von der Anzahl der vollständigen Umdrehungen, die der Rotor (34) des Elektromotors (30) bereits ausgeführt hat.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (30) so bestromt wird, dass der Rotor (34) wenigstens zwei vollständige Umdrehungen ausführt, insbesondere maximal zehn, weiter insbesondere maximal fünf vollständige Umdrehungen ausführt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (30) im Schritt d) durch Bestromen in Gegenrichtung angehalten wird.