DE102009037184A1 - Control element for actuator, has servomotor for generating predetermined surface feel with manual actuation, and has sensor for recording actuation of control element - Google Patents

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Abstract

The control element (10) has a servomotor for generating a predetermined surface feel with manual actuation, and has a sensor (18) for recording the actuation of the control element. A control unit (20) of the servomotor is actuated for generating a force or a turning moment. An independent claim is also included for a method for controlling a servomotor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bedienelement für ein Stellorgan mit einem Stellmotor zur Erzeugung einer vorgegebenen Haptik bei dessen manueller Betätigung, einem Sensor zur Erfassung der Betätigung des Bedienelementes und einer Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung des Stellmotors in Abhängigkeit von der mittels des Sensors erfassten Betätigung des Bedienelements. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Ansteuerung eines mit einem Bedienelement für ein Stellorgan wirkverbundenen Stellmotors zur Erzeugung einer vorgegebenen Haptik bei dessen manueller Betätigung, wobei die Betätigung des Bedienelements erfasst und einer Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung des Stellmotors zugeführt wird.The The invention relates to a control element for an actuator with a servomotor to produce a given haptic its manual operation, a sensor for detection the operation of the control element and a control device for controlling the servomotor in dependence on the detected by the sensor actuation of the control element. The invention further relates to a method for controlling a operatively connected to a control element for an actuator Actuator for generating a given haptic in the manual Actuation, wherein the operation of the operating element detected and a control device for controlling the servomotor is supplied.

Aus der WO 2006/128731 A1 ist ein Drehbedienelement mit einer programmierbaren Haptik bekannt, bei der ein Elektromagnet auf einen Zahnring einwirkt, um in Verbindung mit einem bewegbaren Rastelement eine beim Drehen bemerkbare Mittenrast zu erzeugen.From the WO 2006/128731 A1 is a rotary control element with a programmable haptic known in which an electromagnet acts on a toothed ring to produce in conjunction with a movable locking element noticeable during rotation center detent.

Aus der DE 102 05 041 der Anmelderin ist ein Bedienelement bekannt, bei der mittels eines Elektromotors eine variable Gegenkraft erzeugt wird, um dem Benutzer ein fühlbares ”Feedback” über irgendwelche Betriebszustände zu geben.From the DE 102 05 041 The applicant is aware of a control element in which a variable counterforce is generated by means of an electric motor in order to give the user a tangible "feedback" about any operating conditions.

Aus der DE 10 2006 052 653 A1 ist ein gattungsgemäßer Drehsteller bekannt, bei dem elektromotorisch ein Drehmoment erzeugt wird, um den Drehsteller zwischen verschiedenen Raststellungen zu bewegen. Es wird also zunächst ein der Bewegungsrichtung entgegengesetztes Drehmoment erzeugt, das der Benutzer überwinden muss, um den Drehsteller aus einer Raststelle zu bewegen. Ab einem bestimmten Punkt wird ein in Bewegungsrichtung wirkendes Drehmoment erzeugt, um den Drehsteller in die nächste Raststellung zu drängen.From the DE 10 2006 052 653 A1 a generic turntable is known in which an electric motor torque is generated to move the turntable between different locking positions. Thus, a torque opposite to the direction of movement is initially generated which the user has to overcome in order to move the turntable out of a rest position. From a certain point, a torque acting in the direction of movement is generated to urge the turntable in the next detent position.

Bei bestimmten Anwendungen für Bedienelemente wäre es wünschenswert, wenn dem Benutzer bei der Betätigung des Bedienelementes eine Zusatzinformation vermittelbar wäre, beispielsweise über die Position innerhalb eines Einstellbereiches, die Größe des Einstellbereiches oder die Länge einer Liste.at specific applications for controls would be it is desirable if the user when operating the control element additional information would be mediated, for example, about the position within a setting range, the Size of the adjustment range or the length a list.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Bedienelement bzw. Verfahren anzugeben, das dem Benutzer bei der Betätigung des Bedienelements eine Zusatzinformation vermittelt und neue Interaktionsmöglichkeiten eröffnet.outgoing The invention is based on the object of the prior art a generic control element or method indicate to the user when operating the control provides additional information and new interaction options opened.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.According to the invention this task by the in the independent claims specified characteristics solved. Advantageous developments The invention will become apparent from the dependent claims.

Die Erfindung bewirkt, dass durch die Kraft- bzw. Drehmomenterzeugung entgegengesetzt zur manuell bewirkten Beschleunigung des Bedienelements eine virtuelle träge Masse im Bedienelement simuliert wird. Vorzugsweise wird die Kraft F (bei linearer Bewegung) bzw. das Drehmoment M (bei einer Drehbewegung) proportional entgegengesetzt zur (Winkel-)Beschleunigung a/α'' erzeugt gemäß der Beziehung m = F/a bei translatorischer bzw. J = M/α'' bei rotatorischer Bewegung, wobei F und M die vom Stellmotor erzeugte Kraft bzw. das Drehmoment und a bzw. die α'' erfasste Beschleunigung bzw. Winkelbeschleunigung sind. Mit anderen Worten, die Beschleunigung bzw. Winkelbeschleunigung wird erfasst und abhängig davon wird vom Stellmotor eine Kraft bzw. ein Drehmoment erzeugt, um eine virtuelle Masse bzw. ein virtuelles Trägheitsmoment zu simulieren. Dabei ist die motorisch erzeugte Kraft bzw. das erzeugte Drehmoment gegen die Beschleunigungsrichtung gerichtet, um eine virtuelle Masse zu simulieren. Ein Benutzer, der das Bedienelement betätigt, spürt also einen gewissen Widerstand, der sich so „anfühlt”, als hätte das Bedienelement eine merkliche Masse. Wie erwähnt, besteht vorzugsweise Proportionalität zwischen Kraft/Moment und Beschleunigung, damit das Empfinden der virtuellen Masse demjenigen einer echten Masse entspricht. Es ist im Rahmen der Erfindung jedoch auch möglich, nicht-proportionale Relationen, insbesondere progressive oder degressive Beziehungen zwischen Kraft/Moment und Beschleunigung vorzusehen (F = f(a) bzw. M = f(α'').The Invention causes by the force or torque generation opposite to the manually induced acceleration of the operating element a virtual inertial mass is simulated in the control element. Preferably, the force F (linear motion) or the torque M (in a rotary motion) proportionally opposite to the (angular) acceleration a / α '' is generated according to the relationship m = F / a at translational or J = M / α "at rotatory Movement, where F and M, the force generated by the actuator or the Torque and a or the α '' detected acceleration or Angular acceleration are. In other words, the acceleration or angular acceleration is detected and depending on it is generated by the servomotor, a force or torque to a virtual mass or a virtual moment of inertia simulate. Here is the motor-generated force or generated Torque directed against the direction of acceleration to a to simulate virtual mass. A user of the control pressed, therefore feels a certain resistance, who "feels" as if he had the control a noticeable mass. As mentioned, exists preferably proportionality between force / moment and Acceleration, so that the sense of virtual mass to that corresponds to a real mass. It is within the scope of the invention, however also possible, non-proportional relations, in particular progressive or degressive relations between force / moment and Provide acceleration (F = f (a) and M = f (α '')).

Wenn der Benutzer das sich in Bewegung befindliche Bedienelement abbremsen will, so erzeugt das erfindungsgemäße System eine entsprechend große Kraft bzw. ein Drehmoment in Bewegungs- und entgegen der (negativen) Beschleunigungsrichtung, die das Bedienelement entgegen der manuellen Bremswirkung weiterbewegen will. Der Benutzer merkt also die virtuelle Masse bzw. das virtuelle Trägheitsmoment bei einem Stoppvorgang in gleicher Weise wie beim Andrehen.If the user decelerates the operating element in motion wants, so the system of the invention generates a correspondingly large force or torque in motion and against the (negative) direction of acceleration, which is the operating element wants to move against the manual braking effect. The user So you notice the virtual mass or the virtual moment of inertia at a stop in the same way as when turning.

Unter Stellmotor wird vorzugsweise ein Elektromotor, elektrischer Linearmotor oder ein linear zu betätigendes Bedienelement mit mechanischer Übersetzung auf einen rotierenden Motor verstanden. Grundsätzlich können auch nicht-elektrische Stellmotoren zur Anwendung gelangen.Under Actuator is preferably an electric motor, electric linear motor or a linearly operated control element with mechanical translation understood on a rotating motor. Basically you can non-electric servomotors are also used.

Translatorische Bedienelemente sind hauptsächlich Schieberegler oder Kippschalter oder Hebel. Rotatorisch wirkende Bedienelemente sind hauptsächlich Drehregler.translatory Controls are mainly sliders or toggle switches or lever. Rotatory controls are mainly Dial.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird bei der Bestimmung der Kraft bzw. des Drehmoments ein Dämpfungsverhalten berücksichtigt. Die Bewegungsgleichung für ein translatorisches System ist dann F = m·a + k·v; wobei k die Summe aus realer und virtueller Dämpfung des Stellgliedes ist und v die Bewegungsgeschwindigkeit des Stellgliedes. Bei rotatorischer Bewegung ist die Funktion M = J·α'' + k·α' (mit α' als Winkelgeschwindigkeit).According to an advantageous embodiment of Invention is taken into account in the determination of the force or the torque damping behavior. The equation of motion for a translatory system is then F = m * a + k * v; where k is the sum of real and virtual damping of the actuator and v is the speed of movement of the actuator. In the case of rotational motion, the function M = J · α "+ k · α '(with α' as angular velocity).

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird bei der Bestimmung der Kraft bzw. des Drehmoments ein Reibungsverhalten berücksichtigt. Die Bewegungsgleichung für ein translatorisches System ist dann F = m·a + Fr; wobei Fr eine Reibungskraft darstellt, die aus einer realen und einer virtuellen Komponente besteht. Bei einem rotatorischen System ist die Funktion M = J·α'' + Mr (Mr = Reibungsmoment, das sich aus einem tatsächlichen und einem virtuellen Reibungsmoment zusammensetzt).According to a further advantageous embodiment of the invention, a friction behavior is taken into account in the determination of the force or the torque. The equation of motion for a translatory system is then F = m · a + F r ; where F r represents a frictional force consisting of a real and a virtual component. In a rotary system, the function M = J · α "+ M r (M r = friction torque composed of an actual and a virtual friction torque).

Eine bevorzugte Kombination der beiden vorgenannten Weiterbildungen sieht vor, dass ein Gesamtsystem simuliert wird, das neben einer virtuellen Masse das Dämpfungs- und Reibungsverhalten berücksichtigt. Es lässt sich somit durch die Erfindung unabhängig von den realen Größen (reale Masse, Dämpfung und Reibung) des Stellgliedes ein beliebig anderes Reaktionsverhalten eines Stellgliedes mit einer vorgegebenen virtuellen Masse, Dämpfung und Reibung simulieren.A preferred combination of the two aforementioned developments sees that an entire system is simulated, in addition to a virtual Mass considered the damping and friction behavior. It can thus be independent of the invention from the real sizes (real mass, damping and friction) of the actuator any other reaction behavior an actuator with a given virtual mass, damping and Simulate friction.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird bei der Bestimmung der Kraft bzw. des Drehmoments ein Rastverhalten berücksichtigt. Das bedeutet, dass in Abhängigkeit von der Position des Stellgliedes eine Kraft bzw. ein Moment erzeugt wird, um das Stellglied in Richtung einer Raststellung zu bewegen. Beispielsweise bei einem Drehsteller mit 10 Raststellungen (360°/10 = 36° beabstandet) wird im Winkelbereich +/–18° um eine Raststellung eine Kraft bzw. ein Moment erzeugt, welches den Drehregler in Richtung dieser Raststellung drückt, außerhalb dieses Bereiches wird eine Kraft bzw. ein Moment erzeugt, welches den Drehregler in die vorherige bzw. nächste Raststellung drückt. Die Bewegungsgleichung unter Berücksichtigung des Rastverhaltens ist F = m·a + FRast(s) bzw. M = J·α'' + MRast(α) (s = Weg; α = Winkelstellung). According to a further advantageous embodiment of the invention, a detent behavior is taken into account in the determination of the force or the torque. This means that in dependence on the position of the actuator, a force or a moment is generated to move the actuator in the direction of a detent position. For example, in a turntable with 10 locking positions (360 ° / 10 = 36 ° spaced) a force or moment is generated in the angular range +/- 18 ° to a detent position, which presses the knob in the direction of this detent position, outside of this range is a Force or generates a moment which presses the knob in the previous or next detent position. The equation of motion taking into account the latching behavior is F = m · a + F latching (s) or M = J · α "+ M latching (α) (s = path, α = angular position).

Unter Berücksichtigung von virtueller Masse, Reibung, Dämpfung und Rastverhalten ergibt sich eine bevorzugte Bewegungsgleichung: F = m·a + k·v + Fr + FRast(s) M = J·α'' + k·α' + Mr + MRast(α) Taking into account virtual mass, friction, damping and latching behavior, a preferred equation of motion results: F = m · a + k · v + F r + F stop (s) M = J · α "+ k · α + M r + M snap (α)

Durch die Erfindung lassen sich viele Einstellungen ”gefühlsmäßiger” als mit modernen leichtgängigen Bedienelementen durchführen, weil massebehaftete Regelvorgänge bei den meisten Menschen aufgrund praktischer Erfahrung im Alltagsleben intuitiv erfasst bzw. interpretiert werden. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass die Größe der virtuellen Masse, gegebenenfalls in Verbindung mit Dämpfung und Reibung zur Informationsübertragung benutzt wird. Es kann also beispielsweise bei einer Auswahl aus einer Liste (z. B. der Ortsnamen in einem Navigationsgerät) die virtuelle Masse in Abhängigkeit von der Länge der Liste gewählt werden, so dass der Benutzer bei der anfänglichen Betätigung schon eine Rückmeldung über die Größe der Liste bekommt. Oder es kann bei Betätigung eines Schalters diesem ein größerer Widerstand gegen Betätigung vermittelt werden, beispielsweise wenn ein Regelsystem ermittelt, dass die manuelle Betätigung des Schalters gegenwärtig nicht sinnvoll oder sogar gefährlich ist.By The invention can be many settings "emotional" than perform with modern smooth-running controls, because mass-based control processes in most people due Practical experience in everyday life intuitively recorded or interpreted become. A significant advantage of the invention is that the size the virtual mass, possibly in conjunction with damping and Friction is used for information transmission. So it can for example, a selection from a list (eg, the place name in a navigation device) the virtual mass in dependence be chosen from the length of the list, so that the user already at the initial operation a feedback about the size gets the list. Or it can when you press a switch this a greater resistance to activity mediated, for example, when a rule system is detected, that the manual operation of the switch is present not meaningful or even dangerous.

Es ist insbesondere möglich, die Größe der virtuellen Masse proportional oder indirekt proportional zu einer Bezugsgröße (wie der Länge einer Liste) zu machen. Es ist ferner möglich, die virtuelle Masse zeitlich veränderlich zu machen, also beispielsweise in einer Anfangsphase einer Betätigung einen Wert vorzugeben, der sich danach ändert. Die Größe der virtuellen Masse kann auch abhängig von einer Position gewählt werden, also wenn sich die Reglerstellung in der Nähe des Anfang eines Regelbereiches befindet könnte ein größerer oder kleiner Wert für die virtuelle Masse eingestellt werden als in der Nähe des Endbereiches. In jedem Fall wird dem Benutzer durch die Größe der virtuellen Masse eine zusätzliche haptisch vermittelte Information geliefert und das ohne akustische oder optische Reize zu erzeugen. Es ist auch möglich, die Erzeugung der virtuellen Masse in bestimmten Situationen abzuschalten oder generell abzuschalten und nur in bestimmten Situationen zuzuschalten.It is possible in particular, the size of the virtual Mass proportional or indirectly proportional to a reference (like the length of a list). It is also possible make the virtual mass temporally changeable, so for example, in an initial phase of an operation Specify value that changes afterwards. The size The virtual mass can also be dependent on a position be selected, so if the controller position in the Near the beginning of a control area could be located a greater or lesser value for the virtual Mass be set as near the end area. In any case, the user is determined by the size the virtual mass an additional haptic mediated Information delivered without acoustic or optical stimuli to create. It is also possible to generate the virtual mass switch off in certain situations or generally switch off and only in certain situations.

Dies verbessert die Bedienfreundlichkeit des Bedienelements, was insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen vorteilhaft ist, wo häufig Bedienelemente ”nebenbei” – das heißt mit Hauptkonzentration auf die Verkehrssituation – betätigt werden müssen. Bei diesem Einsatzbereich sollte eine optische Überladung oder Ablenkung des Fahrers vermieden werden und akustische Signale werden bei Lärmbedinungen (Fahren mit offenem Fenster) oder schwerhörigen Personen leicht überhört.This improves the user-friendliness of the control element, which in particular when used in motor vehicles is advantageous, where frequent Controls "by the way" - that is with main concentration on the traffic situation - operated Need to become. In this application area should be an optical overload or distraction of the driver are avoided and audible signals be used in noise conditions (driving with the windows open) or hearing-impaired persons easily overheard.

Auch ist subjektiv eine erhöhte ”Wertigkeit” des Bedienelements gegeben.Also is subjectively an increased "valence" of the Given control.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Sensor ein Positionssensor. Ein solcher Sensor ist einfach und kostengünstig zu fertigen. Es kann ein inkrementaler Positionssensor verwendet werden, der nur relative Positionsänderungen erfasst oder ein Positionssensor, der absolute Positionswerte liefert. Für die Erfindung ist der inkrementale Positionssensor ausreichend, weil dessen Signal zweimal differenziert werden muss, um daraus den Beschleunigungswert zu gewinnen. Alternativ ist es auch möglich, einen Geschwindigkeitssensor und/oder Beschleunigungssensor oder Kombinationen davon zu verwenden.According to an advantageous development of the invention, the sensor is a position sensor. Such a sensor is easy and inexpensive to manufacture. It can be an incremental position sensor ver which detects only relative position changes or a position sensor that provides absolute position values. For the invention, the incremental position sensor is sufficient because its signal must be differentiated twice in order to gain the acceleration value. Alternatively, it is also possible to use a speed sensor and / or acceleration sensor or combinations thereof.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Bedienelement ein Drehregler. Drehregler werden bevorzugt für die manuelle Bedienung von elektrischen Geräten bzw. in Kraftfahrzeugen benutzt, weil diese übersichtlich auf einem Gerät anzuordnen sind. Bei einem Drehregler, der nicht nur ein Drehbereich von weniger als einer Umdrehung aufweist, eignet sich die Erfindung besonders, weil damit der Drehregler über einen größeren Winkelbereich, beispielsweise mehrere Umdrehungen in Bewegung gesetzt werden kann. Die Erfindung kann genauso für Taster, Schalter oder Schieberegler verwendet werden, die bestimmte Reaktionsverhalten zeigen sollen.According to one advantageous development of the invention is the operating element a knob. Knobs are preferred for manual Operation of electrical devices or in motor vehicles used, because these clearly arranged on a device are. With a rotary control, not just a turning range of less As a revolution, the invention is particularly suitable because with it the knob over a larger one Angle range, for example set several revolutions in motion can be. The invention can just as well for buttons, switches or sliders that show specific responsiveness should.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Stellorgan funktionslos, stellt also nichts ein. Dieses kann Bestandteil eines Spielzeugs sein, in dem beispielsweise der Zweck darin besteht, durch geeignetes manuelles In-Schwung-Setzen eine gewisse Endstellung zu erreichen, ähnlich dem sog. „Glücksrad” aus einer früheren Fernsehsendung.According to one advantageous development of the invention, the actuator is inoperative, So do not stop. This can be part of a toy, in which the purpose is, for example, by suitable manual in-put setting to achieve a certain end position, similar the so-called "wheel of fortune" from an earlier one Television show.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben sind. Dabei zeigt:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the description below, with reference to the drawings an embodiment are described in detail. Showing:

1: eine schematische Darstellung eines Bedienelements gemäß der Erfindung, 1 : a schematic representation of a control element according to the invention,

2 eine Darstellung des Geschwindigkeits-Weg-Verlaufes bei einem Stellvorgang; 2 a representation of the speed-distance curve in a setting operation;

3 eine Darstellung eines Kraft-Weg-Verlaufes bei dem Geschwindigkeits-Weg-Verlauf gemäß 2 bei einem Drehregler mit Rastverhalten. 3 a representation of a force-displacement curve in the speed-distance curve according to 2 with a rotary control with latching behavior.

Ein in 1 als Drehregler ausgebildetes Bedienelement 10 umfasst einen manuell zu betätigenden Drehknopf 12, der mittels einer Drehachse 14 mit einem Elektromotor 16 verbunden ist. Weiter auf der Drehachse 14 sitzt ein Sensor 18, der die Position der Drehachse 14 bzw. des Drehknopfes 12 ermittelt und einer Regeleinheit 20 zuleitet. Die Regeleinheit 20 differenziert das Signal des Sensors 18 zweifach, um aus dem Positionssignal die Winkelgeschwindigkeit zu errechnen. Von der Regeleinheit 20 wird der Elektromotor 16 derart angesteuert, dass dieser ein Drehmoment erzeugt, das gemäß eines programmierten Reaktionsverhaltens entgegengesetzt zur errechneten Winkelgeschwindigkeit wirkt. Die Regeleinheit 20 umfasst ferner einen Signaleingang 22, über den Informationen über den Proportionalitätsfaktor zwischen Winkelgeschwindigkeit und Drehmoment, also die Größe des virtuellen Trägheitsmoments vorgegeben werden können. Die Regeleinheit 20 umfasst natürlich geeignete Filter und eine geeignete Zykluszeit, um eine ausreichend genaue Erzeugung des Drehmoments zu ermöglichen.An in 1 designed as a knob control 10 includes a manually operated knob 12 that by means of a rotation axis 14 with an electric motor 16 connected is. Next on the rotation axis 14 there is a sensor 18 , which is the position of the axis of rotation 14 or the rotary knob 12 determined and a control unit 20 feeds. The control unit 20 differentiates the signal of the sensor 18 twice to calculate the angular velocity from the position signal. From the control unit 20 becomes the electric motor 16 controlled such that this generates a torque which acts in accordance with a programmed reaction behavior opposite to the calculated angular velocity. The control unit 20 further includes a signal input 22 , via which information on the proportionality factor between angular velocity and torque, so the size of the virtual moment of inertia can be specified. The control unit 20 of course includes suitable filters and a suitable cycle time to allow for a sufficiently accurate generation of the torque.

Der Ausgang des Sensors 18 umfasst ferner eine Ausgangsleitung 24, über die das Positionssignal des Bedienelements 10 der eigentlichen Einheit zugeführt wird, die damit geregelt werden soll.The output of the sensor 18 further comprises an output line 24 , via which the position signal of the operating element 10 the actual unit is supplied, which is to be regulated.

Wird von einem Benutzer der Drehknopf 12 in Bewegung gesetzt, so wird dies über die Drehachse 14 und den Positionssensor 18 erfasst und die Drehung der Regeleinheit 20 gemeldet. Diese differenziert das Signal des Positionssensors 18 um daraus den Beschleunigungswert der manuellen Betätigung zu bestimmen. Dieser Wert wird multipliziert mit dem am Signaleingang 22 anliegenden Proportionalitätsfaktor und gegebenenfalls weiterer mathematischer Operationen zur Simulation von Reibung, Dämpfung und/oder Rastverhalten unterzogen. Mit dem berechneten Endwert wird der Elektromotor 16 entgegengesetzt zur Beschleunigungsrichtung angesteuert, wodurch dem Drehknopf 12 ein der manuellen Betätigung entgegengesetztes Moment vermittelt wird und der Benutzer einen Widerstand verspürt, der demjenigen einer bestimmten Masse entspricht. Da dieser Vorgang zyklisch wiederholt wird, kann das Reaktionsverhalten des Bedienelements 10 demjenigen einer bestimmten Masse (bzw. eines Trägheitsmoments) simuliert werden.Used by a user's knob 12 set in motion, so this is about the axis of rotation 14 and the position sensor 18 recorded and the rotation of the control unit 20 reported. This differentiates the signal of the position sensor 18 to determine the acceleration value of the manual operation. This value is multiplied by that at the signal input 22 adjacent proportionality factor and optionally further mathematical operations for the simulation of friction, damping and / or latching behavior subjected. The calculated final value becomes the electric motor 16 driven in the opposite direction to the direction of acceleration, whereby the knob 12 a moment of manual actuation is imparted and the user senses a resistance corresponding to that of a particular mass. Since this process is repeated cyclically, the reaction behavior of the operating element 10 that of a given mass (or moment of inertia).

In 2 ist ein Geschwindigkeits-Weg-Verlauf dargestellt, der einen vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf über einem in fünf Abschnitte aufgeteilten Weg zeigt. In den Abschnitten 0–2 erfolgt eine Beschleunigung, im Abschnitt 2–3 eine Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit und in den Abschnitten 3–5 eine Abbremsung bis auf Null. In 3 ist für den gleichen (normierten) Wegbereich 0–5 der Kraftverlauf dargestellt, der bei einer Vorgabe mit virtueller Masse und Rastverhalten aber ohne Reibung und Dämpfung erforderlich wäre. Dabei ist mit punktierter Linie die Kraftkomponente aufgrund „virtueller Masse” und mittels unterbrochener Linie die Kraftkomponente aufgrund eines Rastverhaltens dargestellt, wobei die Punkte 0–5 Rastpunkte sind. Die durchgezogene Linie ist die Summe der beiden Komponenten. Dabei ist ersichtlich, wie im Bereich 0–1 zunächst eine zunehmende Kraftkomponente und im Bereich 1–2 eine abnehmende Kraftkomponente aufgrund virtueller Masse erzeugt wird. Im Bereich 2–3, in dem eine Drehbewegung mit konstanter Geschwindigkeit erfolgen soll ist keine Kraftkomponente für virtuelle Masse erforderlich, das heißt, die erzeugte Kraft entspricht der Kraft, die dem Rastverhalten entgegenwirkt. In den Bereichen 2–5 erfolgt eine Abbremsung aufgrund virtueller Masse, also zunächst nimmt diese Kraftkomponente zu und wieder ab.In 2 a speed-path graph is shown showing a given speed course over a path divided into five sections. In sections 0-2 an acceleration takes place, in section 2-3 a movement with constant speed and in sections 3-5 a deceleration down to zero. In 3 is shown for the same (normalized) path range 0-5 of the force curve, which would be required for a specification with virtual mass and locking behavior but without friction and damping. In this case, the force component is represented by a dotted line on the basis of "virtual mass" and by means of a broken line the force component due to a latching behavior, wherein the points 0-5 are detent points. The solid line is the sum of the two components. It can be seen how an increasing force component is generated in the range 0-1 and a decreasing force component due to virtual mass is generated in the range 1-2. In the area 2-3, in the a rotational movement is to take place at a constant speed no force component for virtual mass is required, that is, the force generated corresponds to the force that counteracts the latching behavior. In areas 2-5, deceleration occurs due to virtual mass, so initially this force component increases and decreases.

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  • - WO 2006/128731 A1 [0002] WO 2006/128731 A1 [0002]
  • - DE 10205041 [0003] - DE 10205041 [0003]
  • - DE 102006052653 A1 [0004] DE 102006052653 A1 [0004]

Claims (13)

Bedienelement (10) für ein Stellorgan mit einem Stellmotor (16) zur Erzeugung einer vorgegebenen Haptik bei dessen manueller Betätigung, einem Sensor (18) zur Erfassung der Betätigung des Bedienelementes (10) und einer Steuerungseinrichtung (20) zur Ansteuerung des Stellmotors (16) in Abhängigkeit von der mittels des Sensors (18) erfassten manuellen Betätigung des Bedienelements (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (20) den Stellmotor (16) zur Erzeugung einer Kraft bzw. eines Drehmoments ansteuert, die/das entgegengesetzt ist zur Beschleunigung der Betätigung.Control element ( 10 ) for an actuator with a servomotor ( 16 ) for generating a predetermined haptic during its manual actuation, a sensor ( 18 ) for detecting the operation of the operating element ( 10 ) and a control device ( 20 ) for controlling the servomotor ( 16 ) depending on the means of the sensor ( 18 ) detected manual operation of the operating element ( 10 ), characterized in that the control device ( 20 ) the servomotor ( 16 ) for generating a force or a torque which is opposite to the acceleration of the actuation. Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte Kraft bzw. das erzeugte Drehmoment entgegengesetzt proportional zur Beschleunigung ist.Operating element according to Claim 1, characterized that the generated force or the generated torque opposite proportional to the acceleration. Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte Kraft bzw. das erzeugte Drehmoment ein Dämpfungsverhalten berücksichtigt.Operating element according to Claim 1, characterized that the force generated or the torque generated a damping behavior considered. Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte Kraft bzw. das erzeugte Drehmoment ein Reibungsverhalten berücksichtigt.Operating element according to Claim 1, characterized that the force generated or the torque generated friction behavior considered. Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte Kraft bzw. das erzeugte Drehmoment ein Rastverhalten berücksichtigt.Operating element according to Claim 1, characterized that the force generated or the torque generated a latching behavior considered. Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (18) ein Positionssensor und/oder ein Geschwindiigkeitssensor und/oder ein Beschleunigungssensor ist.Operating element according to claim 1, characterized in that the sensor ( 18 ) is a position sensor and / or a Geschwindiigkeitssensor and / or an acceleration sensor. Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Drehsteller (10) ist.Operating element according to claim 1, characterized in that this a turntable ( 10 ). Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellorgan funktionslos ist.Operating element according to Claim 1, characterized that the actuator is inoperative. Verfahren zur Ansteuerung eines mit einem Bedienelement (10) für ein Stellorgan wirkverbundenen Stellmotor (16) zur Erzeugung einer vorgegebenen Haptik bei dessen manueller Betätigung, wobei die Betätigung des Bedienelements (10) erfasst und einer Steuerungseinrichtung (20) zur Ansteuerung des Stellmotors (16) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmotor (16) mit einer Kraft bzw. einem Drehmoment angesteuert wird, die/das entgegengesetzt ist zur Beschleunigung der manuellen Betätigung.Method for controlling one with a control element ( 10 ) Actuator operatively connected to an actuator ( 16 ) for generating a predetermined haptic in its manual operation, wherein the actuation of the operating element ( 10 ) and a control device ( 20 ) for controlling the servomotor ( 16 ), characterized in that the servomotor ( 16 ) is driven with a force or a torque which is opposite to the acceleration of the manual operation. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft bzw. das Drehmoment entgegengesetzt proportional zur Beschleunigung eingestellt wird.Method according to claim 9, characterized in that that the force or the torque is opposite proportional is set for acceleration. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Proportionalitätsfaktors zwischen Beschleunigung und Kraft (virtuelle Masse) verändert wird.Method according to claim 10, characterized in that that the size of the proportionality factor between acceleration and force (virtual mass) changed becomes. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Proportionalitätsfaktors abhängig von Einstellparametern festgelegt wird.Method according to claim 10, characterized in that that the size of the proportionality factor is determined depending on setting parameters. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Bedienelements (10) zur Bestimmung der Beschleunigung zweimal differenziert wird.Method according to claim 8, characterized in that the position of the operating element ( 10 ) is differentiated twice to determine the acceleration.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012004652A1 (en) * 2012-03-07 2013-09-12 Audi Ag turntable
AT520247A1 (en) * 2017-08-01 2019-02-15 Keba Ag Control device for industrial machines

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1180736A1 (en) * 2000-08-18 2002-02-20 Alps Electric Co., Ltd. Vehicle-mounted input unit for centralized operation of various vehicle-mounted electronic devices with single manual manipulator with force feedback
DE10205041A1 (en) 2002-02-07 2003-08-21 Bayerische Motoren Werke Ag Control element for an actuator with a device for force feedback
DE102004017148A1 (en) * 2003-04-10 2005-01-05 Caterpillar Inc., Peoria Operator input device with feedback
WO2006128731A1 (en) 2005-06-02 2006-12-07 Preh Gmbh Rotary actuator having programmable haptics
DE102006052653A1 (en) 2006-11-08 2008-05-15 Audi Ag Active rotary disk for use in e.g. air conditioning system of motor vehicle, has active unit specifying locking positions of rotary knob, such that positions cause torque dependent on angle position of rotary knob

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1180736A1 (en) * 2000-08-18 2002-02-20 Alps Electric Co., Ltd. Vehicle-mounted input unit for centralized operation of various vehicle-mounted electronic devices with single manual manipulator with force feedback
DE10205041A1 (en) 2002-02-07 2003-08-21 Bayerische Motoren Werke Ag Control element for an actuator with a device for force feedback
DE102004017148A1 (en) * 2003-04-10 2005-01-05 Caterpillar Inc., Peoria Operator input device with feedback
WO2006128731A1 (en) 2005-06-02 2006-12-07 Preh Gmbh Rotary actuator having programmable haptics
DE102006052653A1 (en) 2006-11-08 2008-05-15 Audi Ag Active rotary disk for use in e.g. air conditioning system of motor vehicle, has active unit specifying locking positions of rotary knob, such that positions cause torque dependent on angle position of rotary knob

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012004652A1 (en) * 2012-03-07 2013-09-12 Audi Ag turntable
WO2013131630A1 (en) * 2012-03-07 2013-09-12 Audi Ag Rotary actuator
US9164530B2 (en) 2012-03-07 2015-10-20 Audi Ag Rotary actuator
AT520247A1 (en) * 2017-08-01 2019-02-15 Keba Ag Control device for industrial machines
AT520247B1 (en) * 2017-08-01 2019-04-15 Keba Ag Control device for industrial machines

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