DE102004022846A1

DE102004022846A1 - Bedienelement mit programmierbarer Haptik

Info

Publication number: DE102004022846A1
Application number: DE102004022846A
Authority: DE
Inventors: Anton Rüttiger
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2004-05-08
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2024-05-09
Also published as: DE102004022846B4; JP2007511886A; JP4713493B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bedienelement insbesondere in der Kfz-Elektronik mit einer programmierbaren Haptik. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, die Kraft- oder in einer speziellen Variante die Reibmomente am Bedienelement (1) durch dynamische Anpassung der Arbeitsströme elektromagnetischer Anordnungen (2) in Abhängigkeit des Verstellwegs zu bilden. Das Kraft/Weg-Verhalten (taktile Rückmeldung) des Bedienelements (1) kann während der Betätigung beliebig verändert werden, so dass die Betätigungskräfte für verschiedene Betriebsfunktionen variiert werden können. Die taktile Rückmeldung der Kraftmomente am Bedienelement (1) erfolgt über eine Rast (5, 5.1, 5.2), die beispielsweise aus wenigstens einer Rastscheibe (3) und einer Feder (4) bestehen kann, welche über eine elektromagnetische Anordnung (2) aktiv oder inaktiv geschaltet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bedienelement insbesondere in der Kfz-Elektronik mit einer programmierbaren Haptik.

Bekannt sind Bedienelemente mit kombinierten unterschiedlichen Bewegungen. So sind Druck-/Drehschalter, Joysticks (Drücken, Schieben und Drehen) etc. bekannt. Bei bekannten MMI-Bedienelementen (Mensch – Maschine – Interface) ist der Kraft/Weg-Verlauf der Auslenkbewegungen oftmals mechanisch fest durch Federelemente eingestellt. Über diesen erfolgt auch die haptische Rückinformation an einen Bediener ( DE 41 21 571 C2 ).

Aus der DE 36 05 088 C2 ist aus einem technisch entfernten Gebiet eine Bedieneinrichtung für ein Video-Magnetbandgerät bekannt. Diese weist Spulen zum Simulieren von Rastpunkten unabhängig von der Drehlage des Drehknopfes auf. Damit sollen mechanische Funktionen elektrisch nachgebildet werden.

Aus „Mensch – Maschine – Interface", Proseminar Software für Automobilsteuergeräte, Referent Gary Weissenbacher, Seiten 7 bis 10 ist bekannt, dass je nach Position eines Corsors in einem Display durch einen Elektromotor unterschiedliche Haptiken erzeugt werden, damit ein Fahrer die Eingabesituation erkennen kann, ohne den Blick von der Straße und dem Verkehr zu wenden.

Bekannt sind auch elektronisch gesteuerte Flüssigkeitsdrehknöpfe als haptisches Bedienelement ( DE 100 29 191 A1 ). Ein zwischen Drehknopf und Magnetkreis befindlicher Spalt ist dabei mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllt. Eine Spule ist dazu vorgesehen, eine variable Bremswirkung am Drehknopf hervorzurufen.

Hier greift die Erfindung die Aufgabe auf, ein weiteres Bedienelement aufzuzeigen, welches eine gute Bedienbarkeit aufweist.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Kraft- oder in einer speziellen Variante die Reib- oder Angriffmomente am Bedienelement durch dynamische Anpassung der Arbeitsströme elektromagnetischer Anordnungen in Abhängigkeit des Verstellwegs zu bilden, d.h., der bisher bekannte mechanisch fest eingestellte Kraft/Weg-Verlauf der Auslenkbewegung wird durch elektrisch beliebig programmierbare Verläufe ersetzt, wobei vorzugsweise auf die mechanische Rückmeldung durch eine mechanische Rast oder dergleichen nicht verzichtet wird. Das Kraft/Weg-Verhalten (taktile Rückmeldung) des Bedienelements kann während der Betätigung beliebig verändert werden, so dass die Betätigungskräfte für verschiedenen Betriebsfunktionen variiert werden können.

In einer Weiterführung können vorgegebene Verläufe durch eine Bedienperson frei gewählt und je nach der dahinter liegenden Funktion für sich eingestellt werden.

Auch kann die taktile Rückmeldung beispielsweise erst nach Befehlsausführung erfolgen.

Die taktile Rückmeldung der Kraftmomente am Bedienelement erfolgt vorrangig über eine Art Rast, die aus wenigstens einer Rastscheibe und einer Feder bestehen kann, welche über eine elektromagnetische Anordnung aktiv oder inaktiv geschaltet werden. Es können variable Federstärken (Andruckkraft an die Rastscheibe) durch ein PWM-Signal für die elektromagnetische Anordnung eingestellt werden. In einer weiteren Ausführung wird als Rast eine glatte Scheibe mit fixem Reibwert und ein Reibhebel verwendet, dessen Andruckkraft an die Scheibe durch die magnetische Anordnung variiert werden kann. Über die modulierte Magnetkraft wird beim Drehen ein Reibmoment nachgebildet.

Kerngedanke ist, die mechanische Haptik nicht unbedingt vollständig durch eine elektrische zu ersetzen, sondern Teile der mechanische Haptik mit einer elektrischen Form zu ergänzen, zu variieren und damit einer neuen Bedienerphilosophie anzupassen.

Mittels Lichtschranken zusätzlich als Drehwinkelaufnehmer kann in Abhängigkeit der Drehwinkelgeschwindigkeit ein Signal für die Ansteuerung der elektromagnetischen Anordnung erzeugt werden, so dass in Abhängigkeit der Drehwinkelgeschwindigkeit der Kraft/Weg Verlauf verändert wird.

Anhand eines Ausführungsbeispieles mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Dabei zeigt
1 eine skizzenhafte Darstellung des Prinzips,
2 eine skizzenhafte Darstellung einer Variante zur 1,
3 die Einbindung des Prinzips aus 1 in ein Bedienelement,
4. eine Einbindung des Prinzips aus 2 in das Bedienelement.
In 1 ist verallgemeinert und skizzenhaft ein Bedienelement 1 mit einer beispielsweise umfangsseitig angebrachten Rast 5 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist diese Rast eine Rastscheibe 3, auf die eine Feder 4 einwirkt. Über eine elektromagnetische Anordnung 2, hier ein Spulenkern 2.1, welcher mit einer Spule 2.2 funktional zusammenwirkt, wird die Feder 4 je nach magnetischer Kraft der Spule 2.2 und dem Anzug des Spulenkerns 2.1., an die oder von der Rastscheibe 3 gedrückt, d.h., die elektromagnetische Anordnung 2 schaltet die Rastscheibe 3 und damit eine Haptik aktiv oder inaktiv.
In Weiterführung ist die Federstärke der elektromagnetischen Anordnung 2 durch ein PWM-Signal, welches dann die Spule 2.2 ansteuert, in bekannter Art und Weise variierbar. Durch die unterschiedlichen Magnetfelder erfolgt somit eine Variation der Andruckkraft der Feder 4 an die Rastscheibe 3.
Beim Ausführungsbeispiel nach 1 ist die Anordnung der elektromagnetische Anordnung 2 unterhalb des Bedienelements 1 vorgesehen. Es versteht sich, dass diese Anordnung variabel sein kann. Wesentlich ist, dass die elektromagnetische eine Anordnung 2 die Feder 4 gegen die Rastscheibe 3 verstellen kann.
Eine ebenfalls elegante Lösung zeigt sich in einer anderen Rast 5.1, wenn anstelle der Rastscheibe 3 umfangsseitig bzw. unterhalb des Bedienelements 1 eine glatte Scheibe 3.1 mit fixem Reibwert und anstelle von Federn 4 ein nicht näher dargestellter Reibhebel als Rast 5 verwendet werden. Der Reibhebel kann dabei seitlich als auch von unten oder oben auf die Scheibe 3.1 einwirken. Ähnlich wie in 2 aufgezeigt. Über die elektromagnetische Anordnung 2 wird beim Drehen ein Reibmoment nachgebildet, welches als taktile Rückinformation genutzt wird.
In 2 wirkt eine Scheibe 10 mit einer stehenden elektromagnetischen Anordnung 11 ähnlich der Anordnung in 1 als sogenannte Rast 5.2. Dabei wirkt ähnlich der Feder in 1 bzw. dem Reibhebel ein beispielsweise gummiartiges Mittel 12 auf die Scheibe 10, hier jedoch vorzugsweise von unten, ein und erzeugt ein Bremsmoment, das auf das Bedienelement 1 einwirkt und dem Benutzer dadurch taktil übermittelt wird.
Eine im Bedienelement 1 vorhandene oder zusätzlich angebrachte Lichtschranke 6 oder dergleichen (z.B. Codescheibe) dient als Drehwinkelaufnehmer, so dass zusätzlich in Abhängigkeit der Drehwinkelgeschwindigkeit ein Signal für die elektromagnetische Anordnung 2 erzeugt werden kann, welches dann Einfluss auf das Reibmoment oder Bremsmoment und damit auf die gefühlte Haptik haben kann.
In Variation des erfindungsgemäßen Gedankens ist auch die Einbindung von zwei Rastscheiben und wenigstens zweier Federn möglich. Die Rastscheiben können sich dann in unterschiedlichen Ebenen am Bedienelement befinden. Die Federn sollten dann vorzugsweise unterschiedliche Federlängen aufweisen, so dass immer eine der Federn mit einer der zwei Rastscheibe zusammenwirken kann. Je nach Polung der hier noch einen elektromagnetischen Anordnung kann dann eine der beiden Federn (rechts-links) betätigt und an die jeweilige Rastscheibe gedrückt werden. Es können aber auch mehrere elektromagnetische Anordnungen, mehrere Rastscheiben und entsprechende Federn verwendet werden. Begrenzt wird dies nur durch die bauliche Ausführung eines Bedienelements 20 selbst.
In 3 ist eine möglich Umsetzung des Prinzips in ein Bedienelement 20 dargestellt. Die wesentlichen Komponenten nennend ist im Knopf 21 des Bedienelements 20 umfangsseitig eine Rast 22 eingebunden. Diese wirkt mit einem Magneten 23 wie beschrieben als Rast 5 zusammen. Eine Feder kann hierbei entfallen, wenn die Rast 22 die Charakteristika einer Feder aufweist.
Die Einbindung einer Scheibe 24 in das Bedienelement 20 als Rast 5 zeigt die 4 auf.

Claims

Bedienelement (1, 20), aufweisend eine Form der mechanischen Rast (5, 5.1, 5.2) für eine Nachstellung eines Kraft/Weg-Verlaufs am Bedienelement (1), welche mit wenigstens eine elektromagnetischen Anordnung (2, 11) derart kombiniert wird, dass die Anordnung (2, 11) Teile (4, 12) der Rast (5, 5.1, 5.2) derart beeinflusst, dass diese auf den Kraft/Weg-Verlauf einwirken und variabel gestalten.
Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rast (5) aus wenigsten einer Rastscheibe (3) und wenigstens einer Feder (4) besteht.
Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rast (5.1) aus einer Scheibe mit fixem Reibwert und einem Reibhebel besteht, welcher auf die Scheibe in variablen Kräften einwirkt.
Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rast (5.2) aus einer Scheibe (10) besteht, auf die ein Bremsmittel (12) einwirkt.
Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft/Weg-Verlauf durch eine dynamische Anpassung der Arbeitsströme der elektromagnetischen Anordnung (2) in Abhängigkeit des Verstellwegs gebildet wird.
Bedienelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellweg durch eine Drehwinkelgeschwindigkeit ermittelt wird.
Bedienelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehwinkelgeschwindigkeit über eine Lichtschranke (6) ermittelt wird.