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Die Erfindung betrifft ein multifunktionales Bedienelement für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Lenkradeinheit, welche ein Gehäuse mit einem Trägerelement umfasst, auf welchem ein Eingabeteil mit einer mindestens ein Bedienfeld aufweisenden berührungssensitive Bedienoberfläche, insbesondere ein Touchpad oder ein Touchdisplay angeordnet ist, wobei das Trägerelement über mindestens ein Rückstellelement gegenüber dem Gehäuse bewegbar gelagert ist, wobei dem Eingabeteil, insbesondere der berührungssensitiven Bedienoberfläche mindestens ein erster Berührungssensor zugeordnet ist, der dazu ausgerichtet ist, bei einer Berührung und/oder Annäherung in Betätigungsrichtung des Eingabeteils durch einen Benutzer und/oder eines Gegenstandes ein erstes Berührungssignal zu erzeugen, wobei mindestens der erste Berührungssensor jeweils im und/oder am Gehäuse angeordnet ist, und/oder dem Eingabeteil, insbesondere der berührungssensitiven Bedienoberfläche mindestens ein erster Kraftsensor zugeordnet ist, der dazu ausgerichtet ist, in Abhängigkeit von einer in Betätigungsrichtung des Eingabeteils wirkenden Kraft ein Kraftsignal zu erzeugen, wobei mindestens der erste Kraftsensor jeweils im und/oder am Gehäuse angeordnet ist, wobei das multifunktionale Bedienelement mindestens einen mechanischen Drehsteller zur Auswahl von Funktionen am Kraftfahrzeug umfasst.
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Die
DE 10 2009 050 052 AI offenbart ein multifunktionales Bedienelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik ist ein multifunktionales Bedienelement für ein Multifunktionslenkrad eines Kraftfahrzeugs bekannt, welches ein Gehäuse und ein Trägerelement umfasst. Das in dem Gehäuse auf dem Trägerelement angeordnete Bedienelement weist mindestens ein Eingabeteil mit einer berührungssensitiven Oberfläche auf, wie beispielsweise ein Touchpad oder einen Touchscreen. Des Weiteren umfasst das Bedienelement einen Drehsteller, welcher von der berührungssensitiven Bedienoberfläche umgeben ist. Bei einer Druckbetätigung des Drehstellers wird dieser relativ zur berührungssensitiven Oberfläche in das Gehäuse hineinbewegt, um einen im Gehäuse angeordneten Kraftsensor zu aktivieren, der nach seiner Aktivierung ein Kraftsignal erzeugt, welches dann beispielsweise eine Funktion im Kraftfahrzeug auslöst. Für die Realisierung eines solchen multifunktionalen Bedienelements muss ein vergrößerter Bauraum am Multifunktionslenkrad bereitgestellt werden, um die Bewegung des Drehstellers relativ zur berührungssensitiven Bedienoberfläche zu gewährleisten.
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Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein multifunktionales Bedienelement bereitzustellen, welches einen kompakten und einfachen konstruktiven Aufbau aufweist und die Bedienung des multifunktionalen Bedienelements zuverlässig erfasst.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Patentanspruch 1, insbesondere durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Dabei ist vorgesehen, dass ein Kraftübertragungshebel innerhalb des Gehäuses vorgesehen ist, welcher mit dem Drehsteller verbunden ist, wobei zur Erfassung der Druckbetätigung des Drehstellers der Kraftübertragungshebel einen zweiten Kraftsensor aktiviert, welcher bei der Druckbetätigung des Drehstellers ein zweites Kraftsignal erzeugt.
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Durch diese Maßnahme gelingt es, ein multifunktionales Bedienelement aufweisend einen kompakten und einfachen konstruktiven Aufbau bereitzustellen, welches im Vergleich zum Stand der Technik einen geringeren Bauraum, beispielsweise an der Lenkradeinheit benötigt. Da der Kraftübertragungshebel mit dem Drehsteller verbunden ist und eine Baueinheit bilden kann, kann folglich ein Drehsteller bereitgestellt werden, welcher selbst einen kompakten und einfachen konstruktiven Aufbau aufweist. Da die dem Drehsteller zugeordneten Kraftsensoren innerhalb des Gehäuses, vorzugsweise seitlich neben dem Drehsteller angeordnet sind, um einen kompakten und einfachen konstruktiven Aufbau des multifunktionalen Bedienelements sicherzustellen, wird der Kraftübertragungshebel verwendet, welcher derart mit dem Drehsteller verbunden bzw. gekoppelt ist, dass bei einer Drückbetätigung des Drehstellers nahezu gleichzeitig auch der zweite Kraftsensor aktiviert wird, indem beispielsweise ein Kontakt zwischen dem Kraftübertragungshebel und/oder eine Annäherung des Kraftübertragungshebels an den mindestens zweiten Kraftsensor detektiert wird, um ein das zweite Kraftsignal zu erzeugen. Erfindungsgemäß ist ein berührempfindliches Eingabeteil vorgesehen. Der Begriff „berührempfindliches Eingabeteil“ ist weit auszulegen. Dabei handelt es sich im Allgemeinen um ein Teil des Eingabegeräts, das eine dem Bediener zugewandte Eingabefläche definiert, auf der eine Berührung durch ein Eingabeorgan oder einen Finger eines Bedieners durch eine Sensorik detektiert wird, bevorzugt ortsauflösend detektiert wird. Bevorzugt handelt es sich bei dem berührempfindlichen Eingabeteil um ein Touchpad, d.h. ein anzeigeloses Eingabeteil mit ortsauflösender Detektion einer Berührung auf einer zum Eingabeteil gehörigen Eingabefläche oder ein Touchscreen, d.h. ein Eingabeteil mit ortsauflösender Detektion einer Berührung auf einer zum Eingabeteil gehörigen Eingabefläche, wobei im letzteren Fall der Eingabefläche ferner eine elektronische Anzeige, insbesondere eine elektronische Pixelmatrixanzeige zugeordnet ist.
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Beispielsweise sind der Eingabefläche ein oder mehrere Sensoren zur Detektion einer Berührung und/oder einer Druckkraft auf der Eingabefläche zugeordnet. Beispielsweise handelt es sich um mehrere in einer Matrix angeordnete Elektroden und eine zugehörige Auswerteinheit zur ortsauflösenden Berührungsdetektion und/oder einen oder mehrere Kraftsensoren zur Detektion der durch die Betätigung bewirkten Druckkraft, wie einen oder mehrere kapazitive Kraftsensoren.
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Nach einer bevorzugten Ausführung des multifunktionalen Bedienelements kann vorgesehen sein, dass mindestens ein zweiter Berührungssensor für den Drehsteller vorgesehen ist, der dazu ausgerichtet ist, bei einer Berührung und/oder Annäherung durch einen Benutzer und/oder eines Gegenstandes ein zweites Berührungssignal zu erzeugen, wobei der zweite Berührungssensor im und/oder am Gehäuse und/oder am Drehsteller und/oder am Trägerelement angeordnet ist. Der zweite Berührungssensor kann als redundanter Sensor für den zweiten Kraftsensor dienen, wenn der zweite Kraftsensor aus technischen Gründen ausfällt. Es ist aber auch denkbar, dass der zweite Berührungssensor und der zweite Kraftsensor als ein Aktivierungspaar zur Auslösung einer Kraftfahrzeugfunktion vorgesehen sind. Somit kann eine Betätigung des Drehstellers eindeutig erkannt werden, wenn ein zweites Kraftsignal durch den zweiten Kraftsensor und ein zweites Berührungssignal durch den zweiten Berührungssensor erzeugt wird. Nur wenn beide Signale erzeugt werden, wird auch die entsprechende Kraftfahrzeugfunktion ausgelöst.
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Im Allgemeinen können durch den Drehsteller Kraftfahrzeugfunktionen ausgelöst werden, wie beispielsweise die Bedienung eines Navigationssystems und/oder eines Radiosystems und/oder einer Klimaanlage und/oder eines Tempomats. Der konstruktive Aufbau des multifunktionalen Bedienelements kann weiter vereinfacht werden, wenn der mechanische Drehsteller mit einer Achse verbunden ist, die am Gehäuse gelagert ist, wobei die Achse als Kraftübertragungshebel ausgebildet ist. Wird eine Kraft, insbesondere eine Druckkraft auf den Drehsteller ausgeübt, so kann die Achse mindestens den zweiten Kraftsensor aktivieren, der dann ein zweites Kraftsignal erzeugt. Dazu kann die Achse an den Kraftsensor angenähert werden, oder es kann auch ein Kontakt zwischen der Achse und dem zweiten Kraftsensor hergestellt werden. Eine zuverlässige Aktivierung und ein einfacher konstruktiver Aufbau des multifunktionalen Bedienelements wird erfindungsgemäß dadurch bereitgestellt, dass der Kraftübertragungshebel des Drehstellers als Kipphebel ausgebildet ist und mit dem Drehsteller verbunden ist. Dabei kann der Kipphebel mit dem Drehsteller verbunden sein. Wird eine Kraft auf den Drehsteller ausgeübt, so findet eine Kraftübertragung auf den Kipphebel statt, der beispielsweise um eine Kipphebelachse verschwenkbar ausgebildet sein kann. Der Kipphebel nähert sich dem zweiten Kraftsensor an und/oder berührt diesen, so dass anschließend ein zweites Kraftsignal erzeugt wird. Danach bewegt sich der Kipphebel, der vorzugsweise als Wippe ausgebildet sein kann, wieder zurück in seine Ruhelage. Der Kipphebel kann dabei mit einem Federelement verbunden sein, welches den Kipphebel wieder zurück in seine Ruhelage bewegt.
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Die auf das Eingabeteil und/oder den Drehsteller ausgeübte Kraft kann zuverlässig erfasst werden, wenn mindestens einer der Kraftsensoren des Eingabeteils und/oder des Drehstellers als optischer Sensor, insbesondere als Lichtsensor oder als kapazitiver Sensor, insbesondere als kapazitive Kraftsensorfolie oder als induktiver Sensor oder als MEMS oder als Dehnungsmessstreifen ausgebildet ist. Diese Kraftsensoren lassen sich einfach in dem Gehäuse verbauen und beanspruchen nur wenig Bauraum, so dass ein kompakter konstruktiver Aufbau des multifunktionalen Bedienelements sichergestellt werden kann. Dies gilt auch für den Berührungssensor der dem Eingabeteil und/oder dem Drehsteller zugeordnet ist, wenn mindestens einer der Berührungssensoren des Eingabeteils und/oder des Drehstellers als optischer Sensor, insbesondere als Lichtsensor oder als kapazitiver Sensor oder als induktiver Sensor ausgebildet ist. Dabei können die Kraftsensoren im Kraftfluss der Betätigungskraft liegen, wenn diese als kapazitive Kraftsensoren, MEMS oder Dehnungsmessstreifen ausgebildet sind.
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Falls die Kraftsensoren außerhalb des Kraftflusses der Betätigungskraft liegen, kann es sich anbieten, optische oder induktive Kraftsensoren, insbesondere Abstandssensoren zu verwenden, weil diese weniger toleranzanfällig sind, wenn diese im Gehäuse verbaut werden.
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Um so wenig Bauraum wie möglich bereitstellen zu müssen, kann vorgesehen sein, dass der Drehsteller aus Kunststoff ausgebildet ist und die Achse aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet ist, wobei die Achse eine Elektrode des kapazitiven Sensors, insbesondere eines kapazitiven Berührungssensors bildet. Der kapazitive Berührungssensor kann dabei als zweiter Berührungssensor ausgebildet sein, welcher dem Drehsteller zugeordnet ist. Da der Drehsteller selbst aus Kunststoff ausgebildet ist, bleibt das durch die aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildete Achse erzeugte elektrische Feld des kapazitiven Sensors unbeeinflusst durch den Drehsteller, so dass eine Berührung und/oder Annäherung eines Gegenstandes und/oder eines Körpergliedes eines Benutzers zuverlässig detektiert werden kann. Bevorzugt ist daher der zweite Berührungssensor als der kapazitive Berührungssensor ausgebildet.
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Eine Berührung und/oder Annäherung eines Gegenstandes und/oder eines Körpergliedes eines Benutzer kann ebenfalls zuverlässig detektiert werden, wenn der Drehsteller aus Kunststoff oder aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff ausgebildet ist und mindestens eine Elektrode, vorzugsweise zwei Elektroden des kapazitiven Sensors, insbesondere des kapazitiven Berührungssensors vorgesehen ist, welche linksseitig und/oder rechtsseitig neben dem Drehsteller und/oder unter dem Drehsteller im und/oder am Gehäuse und/oder am Trägerelement und/oder an einer Folie, vorzugsweise an der kapazitiven Folie angeordnet ist und den kapazitiven Sensor, insbesondere den kapazitiven Berührungssensor bildet. Bevorzugt ist daher der zweite Berührungssensor als der kapazitive Berührungssensor ausgebildet.
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Ferner ist es denkbar, dass der Drehsteller aus einem leitfähigen Kunststoff ausgebildet ist oder der Drehsteller metallisiert ausgebildet ist und eine Elektrode den kapazitiven Sensor, insbesondere den kapazitiven Berührungssensor bildet. Bevorzugt ist daher der zweite Berührungssensor als der kapazitive Berührungssensor ausgebildet, so dass eine Berührung und/oder Annäherung eines Gegenstandes und/oder eines Körpergliedes eines Benutzers zuverlässig detektiert werden kann.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung des multifunktionalen Bedienelements kann vorgesehen sein, dass jedem Eingabeteil jeweils ein Kraftsensor und/oder jeweils ein Berührungssensor zugeordnet ist. Dadurch kann eine Bedienung des Drehstellers und/oder des Eingabeteils auch mittels eines Handschuhs oder einer Prothese durchgeführt werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung des multifunktionalen Bedienelements kann vorgesehen sein, dass dem Eingabeteil und/oder dem Drehsteller eine vorzugsweise elektromagnetische Aktuatoreinheit zugeordnet ist, welche innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und die dazu ausgerichtet ist, in Abhängigkeit eines Aktuatorsignals eine Rückmeldung an das Eingabeteil und/oder an den Drehsteller zu geben. Vorzugsweise befindet sich im multifunktionalen Bedienelement eine Aktuatoreinheit mit Aktivhaptik, wobei diese die komplette berührsensitive Bedienoberfläche anregen kann, um ein haptisches Feedback zu erzeugen. Dabei kann der Drehsteller mit der Bedienoberfläche gekoppelt gelagert sein, so dass dieser mit angeregt werden kann.
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Erfindungsgemäß kann daher die Aktuatoreinheit einen Aktuator umfassen, um das Eingabeteil und/oder den Drehsteller zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks bewegend anzutreiben. Bevorzugt wird das Eingabeteil und/oder der Drehsteller linear angetrieben. Bevorzugt ist der Aktuator ein elektromotorischer oder elektromagnetischer Aktuator. Beispielsweise weist die Aktuatoreinheit eine Spule auf, dessen durch die Spule erzeugtes, elektromagnetisches Feld zur Zusammenwirkung mit einem Anker ausgebildet und angeordnet ist. Erfindungsgemäß weist dieser Aktuator eine die effektive Wirkrichtung beschreibende Wirkachse auf, um eine Bewegung des Eingabeteils, beispielsweise der berührempfindlichen Anzeige und/oder des Drehstellers zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung in Auslenkrichtung zu bewirken.
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Die Haptik des multifunktionalen Bedienelements kann weiter verbessert werden, wenn der mechanische Drehsteller als Rändelrad oder als Drehteller ausgebildet ist. Dabei kann dem Rändelrad und/oder dem Drehteller eine Lichtschranke, insbesondere ein Lichtsensor und/oder ein Hallsensor zugeordnet werden, welcher im Gehäuse des multifunktionalen Bedienelements verbaut ist, um die Position und/oder die Drehung des Rändelrads bzw. des Drehtellers zu erfassen.
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Die Höhe des multifunktionalen Bedienelements kann verringert werden, wenn zumindest der erste Berührungssensor und vorzugsweise der zweite Berührungssensor des Eingabeteils als Folie, insbesondere als eine kapazitive Kraftsensorfolie oder als eine kapazitive Folie ausgebildet ist. Die Folie wird dabei vorzugsweise über der gesamten Oberfläche des Eingabeteils angeordnet und zwar bis zum Drehsteller. Da die Folie eine Wandstärke von weniger als 1mm aufweist, weist somit das multifunktionale Bedienelement einen kompakten konstruktiven Aufbau auf, der kostengünstig zu realisieren ist. Eine Folie, insbesondere eine kapazitive Kraftsensorfolie weist die größte Sensorauflösung bei sehr hoher Steifigkeit in Betätigungsrichtung auf.
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Die Optik des multifunktionalen Bedienelements kann verbessert werden, wenn die Folie derart am Gehäuse angeordnet ist, dass diese den Drehsteller vollständig umschließt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung des multifunktionalen Bedienelements kann vorgesehen sein, dass der auf der Folie angeordnete zweite Berührungssensor im Bereich des Drehstellers derart angeordnet ist, dass bei einer Annäherung und/oder Berührung des Drehstellers der zweite Berührungssensor ein Berührungssignal erzeugt. Somit kann bereits vor dem oder mit dem Betätigen des Drehstellers die Annäherung und/oder Berührung eines Gegenstandes und/oder eines Körpergliedes eines Benutzers zuverlässig detektiert werden. Wenn ein zweites Berührungssignal erzeugt wird, wird der zweite Kraftsensor in einen Online-Modus überführt, insbesondere eingeschaltet. Wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeit der zweite Kraftsensor von dem Kraftübertragungshebel, insbesondere von dem Kipphebel aktiviert wird, wird das zweite Kraftsignal erzeugt.
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Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Drehsteller derart mit der berührungssensitiven Bedienoberfläche verbunden ist, dass sich der Drehsteller bei einer Druckbetätigung synchron mit der berührungssensitiven Bedienoberfläche mitbewegt. Bei einer Druckbetätigung des Drehstellers wird sowohl die gesamte berührungssensitive Oberfläche des Eingabeteils, als auch der Drehsteller gemeinsam in eine Richtung bewegt. Dadurch kann in vorteilhafterweise auf zusätzliche Rückstellelement für den Drehsteller verzichtet werden, weil die Rückstellelemente des Eingabeteils die Rückstellung des Drehstellers nach seiner Betätigung übernehmen. Somit werden die Kosten für die Herstellung des multifunktionalen Bedienelements verringert und gleichzeitig weist das multifunktionale Bedienelement einen einfachen und kompakten konstruktiven Aufbau auf.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigen:
- 1a ein passives multifunktionales Bedienelement mit einem als Drehteller ausgebildeten Drehsteller gemäß einer ersten Ausführungsform in einer schematisch dargestellten Ansicht von vorne,
- 1b ein aktives multifunktionales Bedienelement mit einem als Drehteller ausgebildeten Drehsteller gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer schematisch dargestellten Ansicht von vorne,
- 2a ein passives multifunktionales Bedienelement mit einem als Rändelrad ausgebildeten Drehsteller gemäß einer dritten Ausführungsform in einer schematisch dargestellten Ansicht von vorne,
- 2b ein aktives multifunktionales Bedienelement mit einem als Rändelrad ausgebildeten Drehsteller gemäß einer vierten Ausführungsform in einer schematisch dargestellten Ansicht von vorne,
- 3 das multifunktionale Bedienelement mit dem als Rändelrad ausgebildeten Drehsteller gemäß der vierten Ausführungsform in einer Ansicht von oben,
- 4a das multifunktionale Bedienelement mit dem als Rändelrad ausgebildeten Drehsteller gemäß der vierten Ausführungsform in einer Ansicht von oben mit einer Berührungssensoranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 4b das Rändelrad für die Berührungssensoranordnung gemäß der ersten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht,
- 5a das multifunktionale Bedienelement mit dem als Rändelrad ausgebildeten Drehsteller gemäß der vierten Ausführungsform in einer Ansicht von oben mit einer Berührungssensoranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- 5b das Rändelrad für die Berührungssensoranordnung gemäß der zweiten Ausführungsform in einer Ansicht von vorne,
- 5c das Rändelrad für die Berührungssensoranordnung gemäß der zweiten Ausführungsform in einer Ansicht von der Seite,
- 6a das multifunktionale Bedienelement mit dem als Rändelrad ausgebildeten Drehsteller gemäß der vierten Ausführungsform in einer Ansicht von oben mit einer Berührungssensoranordnung gemäß einer dritten Ausführungsform,
- 6b das Rändelrad für die Berührungssensoranordnung gemäß der dritten Ausführungsform in einer Ansicht von vorne, und
- 6c das Rändelrad für die Berührungssensoranordnung gemäß der dritten Ausführungsform in einer Ansicht von der Seite.
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In den 1a, 1b, 2a, 2b wird der grundsätzliche konstruktive Aufbau von verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen multifunktionalen Bedienelements 1 gezeigt. In den nachfolgenden 3-6c werden weitere Details näher dargestellt und beschrieben, welche in allen vier Ausführungsformen einzeln oder in Ihrer Gesamtheit angeordnet bzw. verwendet werden können.
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In der 1a ist ein passives multifunktionales Bedienelement 1 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Lenkradeinheit oder eine Mittelkonsole des Kraftfahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform schematisch dargestellt. Bei dieser Variante umfasst das multifunktionale Bedienelement 1 ein Gehäuse 2 mit einem Trägerelement 3, welches zur Anordnung eines nicht näher gezeigten Eingabeteils mit einer berührungssensitiven Bedienoberfläche 4 dient, welche beispielsweise als Touchpad oder ein Touchdisplay ausgebildet ist. Die berührungssensitive Bedienoberfläche 4 umfasst vorzugsweise fünf Bedienfelder, welche von einem Benutzer betätigt werden können. Das Trägerelement 3 ist gegenüber dem Gehäuse 2 über mindestens zwei als Federelemente ausgestaltete Rückstellelemente 5, 6 bewegbar gelagert. Das multifunktionale Bedienelement 1 umfasst einen als Drehteller 7 ausgebildeten mechanischen Drehsteller 8 zur Auswahl von Funktionen am Kraftfahrzeug, welcher zumindest teilweise über der berührungssensitiven Bedienoberfläche 4 angeordnet ist.
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In der 1b ist ein aktives multifunktionales Bedienelement 1 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Lenkradeinheit oder eine Mittelkonsole des Kraftfahrzeugs gemäß einer zweiten Ausführungsform schematisch dargestellt. Bei dieser Variante umfasst das multifunktionale Bedienelement 1 ein Gehäuse 2 mit einem Trägerelement 3, welches zur Anordnung eines nicht näher gezeigten Eingabeteils mit einer berührungssensitiven Bedienoberfläche 4 dient, welche beispielsweise als Touchpad oder ein Touchdisplay ausgebildet ist. Die berührungssensitive Bedienoberfläche 4 umfasst vorzugsweise fünf Bedienfelder, welche von einem Benutzer betätigt werden können. Das Trägerelement 3 ist gegenüber dem Gehäuse 2 über mindestens zwei, vorzugsweise als Z-Federelemente ausgestaltete Rückstellelemente 5, 6 bewegbar gelagert. Das multifunktionale Bedienelement 1 umfasst einen als Drehteller 7 ausgebildeten mechanischen Drehsteller 8 zur Auswahl von Funktionen am Kraftfahrzeug, welcher zumindest teilweise über der berührungssensitiven Bedienoberfläche 4 angeordnet ist. Des Weiteren weist das aktive multifunktionale Bedienelement 1 eine vorzugsweise elektromagnetische Aktuatoreinheit 9 auf, welche dem Eingabeteil und/oder dem Drehsteller 8 zugeordnet ist. Die Aktuatoreinheit 9 ist innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet und dazu ausgerichtet, in Abhängigkeit eines Aktuatorsignals eine haptische Rückmeldung an das Eingabeteil und/oder an den Drehsteller 8 zu geben, wenn der Drehsteller 8 und/oder das Eingabeteil, insbesondere die Bedienfelder betätigt wird.
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In der 2a ist ein passives multifunktionales Bedienelement 1 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Lenkradeinheit oder eine Mittelkonsole des Kraftfahrzeugs gemäß einer dritten Ausführungsform schematisch dargestellt. Der Aufbau der dritten Ausführungsform weist im Wesentlichen denselben konstruktiven Aufbau auf wie der der ersten Ausführungsform, welche in der 1a visualisiert ist mit dem Unterschied, dass der Drehsteller 8 hier als Rändelrad 10 ausgebildet ist.
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In der 2b ist ein aktives multifunktionales Bedienelement 1 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Lenkradeinheit oder eine Mittelkonsole des Kraftfahrzeugs gemäß einer vierten Ausführungsform schematisch dargestellt. Der Aufbau der vierten Ausführungsform weist im Wesentlichen denselben konstruktiven Aufbau auf wie der der zweiten Ausführungsform, welche in der 1b visualisiert ist mit dem Unterschied, dass der Drehsteller 8 hier als Rändelrad 10 ausgebildet ist.
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In der 3 ist das multifunktionale Bedienelement 1 mit dem als Rändelrad 10 ausgebildeten Drehsteller 8 gemäß der vierten Ausführungsform in einer Ansicht von oben visualisiert. Wie bereits oben beschrieben, kann das multifunktionale Bedienelement 1 beispielsweise an oder in einer nicht näher gezeigten Lenkradeinheit eines Kraftfahrzeugs angeordnet werden. Das in der 3 dargestellte multifunktionale Bedienelement 1 umfasst ein Gehäuse 2 mit einem Trägerelement 3, welches zur Anordnung eines Eingabeteils mit einer berührungssensitiven Bedienoberfläche 4 dient, welche beispielsweise als Touchpad oder als Touchdisplay ausgebildet sein kann. Die berührungssensitive Bedienoberfläche 4 umfasst vorzugsweise fünf Bedienfelder 11-15, welche von einem Benutzer betätigt werden können. Jedes Bedienfeld 11-15 kann aufgrund seiner Betätigung durch den Benutzer unterschiedliche Funktionen beim Kraftfahrzeug auslösen, so dass beispielsweise mit dem Bedienfeld 11 ein Radiosystem, mit dem Bedienfeld 12 ein Navigationssystem, mit dem Bedienfeld 13 eine Klimaanlage, mit dem Bedienfeld 14 ein Sprachsystem und mit dem Bedienfeld 15 ein Tempomat des Kraftfahrzeugs bedient werden kann. Das Trägerelement 3 ist gegenüber dem Gehäuse 2 über mindestens zwei als Z-Federelemente ausgestaltete Rückstellelemente 5, 6 bewegbar gelagert. Das multifunktionale Bedienelement 1 umfasst hier den als Rändelrad 10 ausgebildeten mechanischen Drehsteller 8 zur Auswahl von Funktionen am Kraftfahrzeug, welcher zumindest teilweise über der berührungssensitiven Bedienoberfläche 4 angeordnet ist. Dem Eingabeteil, insbesondere jedem Bedienfeld 11-15 kann mindestens ein nicht näher dargestellter Berührungssensor zugeordnet werden, der dazu ausgerichtet ist, bei einer Berührung und/oder Annäherung in Betätigungsrichtung des Eingabeteils durch einen Benutzer und/oder eines Gegenstandes ein erstes Berührungssignal zu erzeugen, wobei die jeweiligen Berührungssensoren jeweils im und/oder am Gehäuse und/oder am Trägerelement 3 angeordnet sind. Die Berührungssensoren können jeweils als optischer Sensor, insbesondere als Lichtsensor oder als kapazitiver Sensor oder als induktiver Sensor ausgebildet ein. Die jeweiligen Berührungssensoren der Bedienfelder 11-15 sind im vorliegenden Fall als Folie 30, insbesondere als kapazitive Folie 30 ausgebildet oder alternativ als kapazitive Kraftsensorfolie-Folie ausgebildet. Die Folie 30 ist im vorliegenden Fall derart am Gehäuse 2 angeordnet, dass diese 30 den Drehsteller 8 vollständig umschließt, wobei die Folie 30 beabstandet zu dem Drehsteller 8 angeordnet ist.
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Zusätzlich oder alternativ kann dem Eingabeteil, insbesondere der berührungssensitiven Bedienoberfläche 4 und vorzugsweise jedem Bedienfeld 11-15 mindestens ein erster Kraftsensor zugeordnet werden, der dazu ausgerichtet ist, in Abhängigkeit von einer in Betätigungsrichtung des Eingabeteils wirkenden Kraft ein Kraftsignal zu erzeugen, wobei der mindestens eine Kraftsensor jeweils im und/oder am Gehäuse angeordnet ist. Der mindestens eine Kraftsensor kann dabei als optischer Sensor, insbesondere als Lichtsensor oder als kapazitiver Sensor, insbesondere als kapazitive Kraftsensorfolie oder als induktiver Sensor oder als MEMS oder als Dehnungsmessstreifen ausgebildet sein. Dem Eingabeteil, insbesondere jedem Bedienfeld 11-15 kann jeweils ein Kraftsensor und/oder jeweils ein Berührungssensor zugeordnet werden.
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Des Weiteren weist das aktive multifunktionale Bedienelement 1, dargestellt in der 3, die vorzugsweise elektromagnetische Aktuatoreinheit 9 auf, welche dem Eingabeteil, insbesondere den Bedienfeldern 11-15 und/oder dem Drehsteller 8 zugeordnet ist. Die Aktuatoreinheit 9 ist innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet und dazu ausgerichtet, in Abhängigkeit eines Aktuatorsignals eine haptische Rückmeldung an das Eingabeteil, insbesondere an die Bedienfelder 11-15 und/oder an den Drehsteller 8 zu geben, wenn der Drehsteller 8 und/oder die Bedienfelder 11-15 durch den Benutzer betätigt werden. Dem Drehsteller 8 und dem Eingabeteil könnte jeweils auch eine eigene Aktuatoreinheit 9 zugeordnet sein.
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Ferner weist das multifunktionale Bedienelement 1 mindestens den mechanischen Drehsteller 8 zur Auswahl von Funktionen am Kraftfahrzeug auf, welcher zumindest teilweise über der berührungssensitiven Bedienoberfläche 4 und innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet ist. Die berührungssensitive Bedienoberfläche 4 ist als geschlossene, insbesondere durchgehende und vorzugsweise ebene Oberfläche ausgebildet, wobei die geschlossene Oberfläche eine Ausnehmung oder Öffnung 19 zur Anordnung des Drehstellers 8 umfasst.
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Der Drehsteller 8 umfasst einen Kraftübertragungshebel 16, welcher mit dem Drehsteller 8 verbunden ist, wobei der Drehsteller 8 derart mit der berührungssensitiven Bedienoberfläche 4 verbunden ist, dass sich der Drehsteller 8 bei einer Druckbetätigung synchron mit der berührungssensitiven Bedienoberfläche 4 mitbewegt, wobei zur Erfassung der Druckbetätigung des Drehstellers 8 der Kraftübertragungshebel 16 einen weiteren Kraftsensor 17 aktiviert, welcher bei einer Druckbetätigung des Drehstellers 8 ein zweites Kraftsignal erzeugt. Der dem Drehsteller 8 zugeordnete Kraftsensor 17 kann als optischer Sensor, insbesondere als Lichtsensor oder als kapazitiver Sensor, insbesondere als kapazitive Kraftsensorfolie oder als induktiver Sensor oder als MEMS oder als Dehnungsmessstreifen ausgebildet sein. Im vorliegenden Fall ist der Kraftsensor 17 als kapazitiver Sensor, insbesondere als kapazitive Kraftsensorfolie ausgebildet.
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Der Kraftübertragungshebel 16 des Drehstellers 8 ist hier als Kipphebel 18 ausgebildet und mit dem Drehsteller 8 unmittelbar verbunden. Wird eine Kraft auf den Drehsteller 8 ausgeübt, so findet eine Kraftübertragung auf den Kipphebel 18 statt, der beispielsweise um eine nicht näher gezeigte Kipphebelachse verschwenkbar ausgebildet sein kann. Der Kipphebel 18 nähert sich dem kapazitiven Kraftsensor 17 an und/oder berührt diesen, so dass anschließend ein weiteres Kraftsignal hinsichtlich der Betätigung des Drehstellers 8 erzeugt wird. Danach bewegt sich der Kipphebel 18, der vorzugsweise als Wippe ausgebildet sein kann, wieder zurück in seine Ruhelage. Der Kipphebel 18 kann dabei mit einem Federelement verbunden sein, welches den Kipphebel 18 wieder zurück in seine Ruhelage bewegt.
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Der mechanische Drehsteller 8 kann mit einer Achse verbunden sein, die am Gehäuse 2 gelagert ist, wobei die Achse als Kraftübertragungshebel 16 ausgebildet sein kann.
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Des Weiteren ist dem Drehsteller 8, insbesondere dem Drehsteller 8 des vierten Ausführungsbeispiels mindestens ein Berührungssensor zugeordnet. Der Berührungssensor kann als redundanter Sensor für den Kraftsensor 17 dienen, wenn der Kraftsensor 17 aus technischen Gründen ausfällt. Es ist aber auch denkbar, dass der Berührungssensor und der Kraftsensor 17 als ein Aktivierungspaar zur Auslösung einer Kraftfahrzeugfunktion vorgesehen sind. Somit kann eine Betätigung des Drehstellers 8 eindeutig erkannt werden, wenn ein Kraftsignal durch den Kraftsensor 17 und ein Berührungssignal durch den Berührungssensor erzeugt wird. Nur wenn beide Signale erzeugt werden, wird auch die entsprechende Kraftfahrzeugfunktion ausgelöst.
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In den nachfolgenden 4a-4b, 5a-5c und 6a-6c sind unterschiedliche Ausführungsformen dargestellt, wie der mindestens eine Berührungssensor auf und/oder in dem multifunktionalen Bedienelement 1 gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, insbesondere der vierten Ausführungsform des multifunktionalen Bedienelements 1 angeordnet werden kann. Der mindestens eine Berührungssensor kann dabei als optischer Sensor, insbesondere als Lichtsensor oder als kapazitiver Sensor oder als induktiver Sensor ausgebildet sein. In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen ist der Berührungssensor als kapazitiver Sensor ausgebildet.
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In der 4a ist das multifunktionale Bedienelement 1 gemäß der vierten Ausführungsform mit einem Berührungssensor 20 dargestellt, der für den Drehsteller 8 vorgesehen ist, wobei der Berührungssensor 20 dazu ausgerichtet ist, bei einer Berührung und/oder Annäherung durch einen Gegenstand, insbesondere des Kraftübertragungshebels 16 ein weiteres Berührungssignal zu erzeugen, wobei der Berührungssensor 20 im oder am Gehäuse 2 angeordnet ist und/oder als integraler Bestandteil der Folie 30 ausgebildet ist. Der Drehsteller 8 ist hier aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff ausgebildet. Ferner ist eine in der 4b näher dargestellte Elektrode 21 des kapazitiven Sensors, insbesondere des kapazitiven Berührungssensors 20 vorgesehen, welche linksseitig und/oder alternativ rechtsseitig neben dem Drehsteller 8 am Gehäuse 2, insbesondere an der Folie 30 angeordnet ist. Alternativ kann eine besonders gute Erfassung der Annäherung und/oder Berührung des Drehstellers 8 durch den Benutzer erfasst werden, wenn der Berührungssensor 20 auf beiden Seiten des Drehstellers 8 angeordnet ist, da ein Bediener sich von beiden Seiten und auch von oben oder unten nähern. Daher kann es sich auch anbieten, wenn der Drehsteller 8 vollständig von einem oder mehreren kapazitiven Berührungssensoren 20 umschlossen ist. Die Elektrode 21 bildet mit dem Drehsteller 8 den kapazitiven Berührungssensor 20, wobei die Elektrode 21 integraler Bestandteil der kapazitiven Folie 30 sein kann. Die Elektrode 21 und der Drehsteller 8 bilden ein elektrisches Feld des kapazitiven Berührungssensors 20. Wenn eine Hand 40 in das elektrische Feld eintritt, wird das elektrische Feld verändert und eine Annäherung und/oder Berührung des Drehstellers 8 erfasst.
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In der 5a ist das multifunktionale Bedienelement 1 gemäß der vierten Ausführungsform mit einem Berührungssensor 20 dargestellt, der für den Drehsteller 8 vorgesehen ist, wobei der Berührungssensor 20 dazu ausgerichtet ist, bei einer Berührung und/oder Annäherung durch einen Gegenstand, insbesondere des Kraftübertragungshebels 16 ein weiteres Berührungssignal zu erzeugen, wobei der Berührungssensor 20 im oder am Gehäuse 2 angeordnet ist und/oder als integraler Bestandteil der Folie 30 ausgebildet ist. Der Drehsteller 8 ist hier aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Kunststoff ausgebildet. Ferner sind zwei in der 4b bzw. 4c näher dargestellte Elektroden 23, 24 des kapazitiven Sensors, insbesondere des kapazitiven Berührungssensors 20 vorgesehen, welche jeweils linksseitig und rechtsseitig neben dem Drehsteller 8 am Gehäuse, insbesondere an der Folie 30 angeordnet sind. Die Elektroden 23, 24 bilden den kapazitiven Berührungssensor 20 und können integraler Bestandteil der kapazitiven Folie 30 sein. Die Elektrode 23, 24 bilden ein elektrisches Feld des kapazitiven Berührungssensors 20. Wenn eine Hand 40 in das elektrische Feld eintritt, wird das elektrische Feld verändert und eine Annäherung und/oder Berührung des Drehstellers 8 erfasst.
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In der 6a ist das multifunktionale Bedienelement 1 gemäß der vierten Ausführungsform mit einem Berührungssensor 20 dargestellt, der für den Drehsteller 8 vorgesehen ist, wobei der Berührungssensor 20 dazu ausgerichtet ist, bei einer Berührung und/oder Annäherung durch einen Gegenstand, insbesondere des Kraftübertragungshebels 16 ein weiteres Berührungssignal zu erzeugen, wobei der Berührungssensor 20 im oder am Gehäuse 2 angeordnet ist und/oder als integraler Bestandteil der Folie 30 ausgebildet sein kann. Eine Elektrode 26 des kapazitiven Berührungssensors 20 kann als integraler Bestandteil der Folie 30 ausgebildet sein und kann unterhalb des Drehstellers 8 angeordnet sein. Der Drehsteller 8 ist hier aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Kunststoff ausgebildet. Eine Achse 50, gezeigt in der 6b bzw. 6c, ist aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet, wobei die Achse 50 eine Elektrode 25 des kapazitiven Sensors, insbesondere des kapazitiven Berührungssensors 20 bildet. Die Elektroden 25, 26 bilden den kapazitiven Berührungssensor 20, wobei die Elektrode 26 integraler Bestandteil der kapazitiven Folie 30 sein kann. Die Elektrode 25, 26 bilden ein elektrisches Feld des kapazitiven Berührungssensors 20. Wenn eine Hand 40 in das elektrische Feld eintritt, wird das elektrische Feld verändert und eine Annäherung und/oder Berührung des Drehstellers 8 erfasst.
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Für alle Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass der auf der Folie 30 zumindest teilweise angeordnete Berührungssensor 20 im Bereich des Drehstellers 8 derart angeordnet ist, dass bei einer Annäherung und/oder Berührung des Drehstellers 8 der Berührungssensor 20 ein Berührungssignal erzeugt. Des Weiteren kann für alle Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, dass der Drehsteller 8 zumindest teilweise unterhalb der berührungssensitiven Bedienoberfläche 4 angeordnet sein kann oder in der Ebene der berührungssensitiven Bedienoberfläche 4 angeordnet sein kann.
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Ferner kann alternativ für alle Ausführungsbeispiele vorgesehen sein, dass sich der Drehsteller 8 bei einer Druckbetätigung in die berührsensitiven Bedienoberfläche 4 hineinbewegt.
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Die Berührerkennung am Drehsteller 8 wird vorzugsweise dazu benötigt, um eine multifunktionale Bedienung zu ermöglichen. Über den mindestens einen Berührungssensor 20 werden dazu diverse Funktionen am Drehsteller 8 aktiviert, die dann über die Drückbetätigung desselben, insbesondere Pushfunktion desselben aktiviert werden können.
