DE102013225463A1

DE102013225463A1 - Bedienvorrichtung für ein elektrisches Gerät oder eine Anlage, insbesondere für eine Fahrzeugkomponente

Info

Publication number: DE102013225463A1
Application number: DE102013225463.6A
Authority: DE
Inventors: Winfried Fust; Rüdiger Schmidt; Thi-Kim-Dung Tran
Original assignee: Behr Hella Thermocontrol GmbH
Current assignee: Behr Hella Thermocontrol GmbH
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2015-06-11
Also published as: WO2015086589A1

Abstract

Die Bedienvorrichtung (10) für ein elektrisches Gerät oder eine Anlage, insbesondere für eine Fahrzeugkomponente, ist versehen mit einer Bedienoberfläche (12) mit mindestens einem elastischen und/oder elastisch gelagerten Bedienelement (14) und einem Betätigungssensor (24) zur Erfassung einer Bewegung des mindestens einen Bedienelements (14) bei dessen Betätigung. Der Betätigungssensor (24) weist einen Strahlungsemitter (26) und Strahlungsempfänger (28) auf, und das mindestens eine Bedienelement (14) ist mit einer Strahlung reflektierenden Referenzfläche (30) zur Reflektion von Strahlung des Strahlungsemitters (26) in Richtung auf den Strahlungsempfänger (28) versehen. Mit zumindest dem Strahlungsempfänger (28) ist eine Auswerteeinheit (40) verbunden, wobei eine bei Betätigung des mindestens einen Bedienelements (14) erfolgende Bewegung desselben anhand einer Veränderung der Intensität der von der Referenzfläche (30) zum Strahlungsempfänger (28) reflektierten Strahlung des Strahlungsemitters (26) detektierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung für ein elektrisches Gerät oder eine Anlage, wobei es sich bei diesem Gerät bzw. dieser Anlage insbesondere um eine Fahrzeugkomponente handelt.
Hinsichtlich der Bedienung elektrischer Geräte, zu denen im Rahmen der Erfindung insbesondere Fahrzeugkomponenten wie beispielsweise Fahrzeugklimaanlagen gezählt werden, haben sich in den letzten Jahren mehr und mehr Touch-Bedienfelder durchgesetzt. Dabei wird in zunehmendem Maße verlangt, dass die Touch-Bedienelemente lediglich einen minimalen Hub aufweisen, was bedeutet, dass derartige minimale Verschiebungen eines Bedienelements zur Detektion einer ordnungsgemäßen Betätigung des Bedienelements erkannt werden müssen. Eine Forderung ist dabei, dass die Haptik des Bedienelements durch die Betätigungssensorik nicht beeinträchtigt werden sollte.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bedienvorrichtung für ein elektrisches Gerät oder eine Anlage, insbesondere für eine Fahrzeugkomponente zu schaffen, bei der die für eine ordnungsgemäße Betätigung eines Bedienelements aufzubringende Betätigungskraft durch die Betätigungssensorik nicht beeinflusst wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Bedienvorrichtung für ein elektrisches Gerät oder eine Anlage, insbesondere für eine Fahrzeugkomponente vorgeschlagen, wobei die Bedienvorrichtung versehen ist mit

– einer Bedienoberfläche mit mindestens einem elastischen und/oder elastisch gelagerten Bedienelement und
– einem Betätigungssensor zur Erfassung einer Bewegung des mindestens einen Bedienelements bei dessen Betätigung.

Bei dieser Bedienvorrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen,

– dass der Betätigungssensor einen Strahlungsemitter und einen Strahlungsempfänger aufweist,
– dass das mindestens eine Bedienelement mit einer Strahlung reflektierenden Referenzfläche zur Reflektion von Strahlung des Strahlungsemitters in Richtung auf den Strahlungsempfänger versehen ist und
– dass mit zumindest dem Strahlungsempfänger eine Auswerteeinheit verbunden ist,
– wobei eine bei Betätigung des mindestens einen Bedienelements erfolgende Bewegung desselben anhand einer Veränderung der Intensität der von der Referenzfläche zum Strahlungsempfänger reflektierten Strahlung des Strahlungsemitters detektierbar ist.

Nach der Erfindung ist sinngemäß vorgesehen, für den Betätigungssensor ein optisches System einzusetzen, mit dem sich eine Abstandsmessung realisieren lässt. Zu diesem Zweck weist das mindestens eine elastische und/oder elastisch gelagerte Bedienelement eine Referenzfläche auf, die elektromagnetische Strahlung reflektiert. Diese Referenzfläche nimmt in der Ruheposition des Bedienelements, wenn dieses nicht betätigt und damit nicht einer Betätigungskraft ausgesetzt ist, eine Referenzposition ein, die sich von derjenigen Position unterscheidet, die die Referenzfläche bei Betätigung des Bedienelements einnimmt. Diese Positionsverschiebung wird nun mit Hilfe des optischen Systems des Betätigungssensors erfasst, wozu der Betätigungssensor mindestens einen Strahlungsemitter und mindestens einen Strahlungsempfänger aufweist, wobei der Strahlungsemitter seine Strahlung in Richtung auf die reflektierende Referenzfläche richtet und der mindestens eine Strahlungsempfänger zumindest einen Teil dieser Strahlung als Reflektionsstrahlung empfängt. Der mindestens eine Strahlungsempfänger ist mit einer Auswerteeinheit verbunden, in der anhand der vom Strahlungsempfänger empfangenen Intensität der Strahlung (d.h. der "empfangenen Strahlung") eine Verschiebung des Bedienelements und insbesondere die Einnahme derjenigen Position der Referenzfläche des Bedienelements erkannt wird, die diese bei ordnungsgemäßer Betätigung des Bedienelements einnimmt.
Durch das erfindungsgemäß vorgesehene optische System des Betätigungssensors kann also der Abstand zwischen dem Betätigungssensor und der Referenzfläche des Bedienelements exakt erfasst werden. Der Einsatz des optischen Systems hat dabei den Vorteil, dass die Betätigungskraft, die auf das Bedienelement bei dessen Betätigung wirkt, durch die berührungslose Messung nicht beeinflusst wird. Da erfindungsgemäß keine mechanische Anbindung an die zu messende Referenzfläche vorhanden sein muss, ergeben sich weitaus größere Freiheitsgrade bei der mechanischen Integration der Betätigungsermittlung, d.h. der Erfassung der Betätigungskraft, die auf das Bedienelement bei dessen Betätigung wirkt.
Der optisch arbeitende Betätigungssensor arbeitet dergestalt, dass sich die Strahlungsintensität, die der Strahlungsempfänger misst, in Abhängigkeit von der Relativposition des Bedienelements zum Betätigungssensor verändert. In den beiden Positionen "Nicht-Betätigung" und "Betätigung" des Bedienelements stellen sich also am Strahlungsempfänger unterschiedliche Messwerte ein.
Zur Unterdrückung von Umgebungsstörungen kann die erfindungsgemäße Bedienvorrichtung eine Umgebungsstrahlungsunterdrückungseinheit für den Betätigungssensor aufweisen, wobei die Umgebungsstrahlungsunterdrückungseinheit mindestens ein optisches Filter und/oder mindestens eine insbesondere mechanische Blende zum Abschotten zumindest des Strahlungsempfängers gegen Umgebungsstrahlung aufweist.
Sofern sich das Bedienelement bei seiner Betätigung ausschließlich translatorisch bewegt, kann anhand des optisch ermittelten Bewegungshubes und der bekannten Steifigkeit der elastischen Aufhängung des Bedienelements erkannt werden, welche Betätigungskraft auf das Bedienelement wirkt, so dass auf eine ordnungsgemäße Betätigung des Bedienelements erkannt werden kann. Insoweit reicht bei ausschließlich translatorisch bewegbaren Bedienelementen ein einziger Strahlungsempfänger aus. Sollte allerdings das Bedienelement keine translatorische Führung aufweisen, also beispielsweise auch kippen können, so bedarf es zur Detektion auf eine ordnungsgemäße Betätigung des Bedienelements einer Berührungssensorik oder einer zweiten Abstandsmessposition. Über die Berührungssensorik kann dann ermittelt werden, an welcher Position sich beispielsweise der Finger einer Hand auf einem Bedienfeld des Bedienelements befindet. Aus dieser Information und der gemessenen Weginformation sowie der bekannten elastischen Aufhängung des Bedienelements kann dann auf die Betätigungskraft geschlossen werden, der das Bedienelement bei dessen Betätigung ausgesetzt ist. Ohne Berührungssensorik kann die gleiche Aufgabe dadurch gelöst werden, dass an zwei verschiedenen Positionen des Bedienelements dessen Abstandsveränderung zum Betätigungssensor ermittelt wird.
Das zuletzt genannte Konzept kann auch dann eingesetzt werden, um anhand der beiden Abstandsmessungen auf den Berührungsort zu schließen, an dem sich bei einer Betätigung des Bedienelements beispielsweise der Finger einer Hand befindet.
In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Betätigung des Bedienelements optisch, akustisch und/oder haptisch rückgemeldet wird.
Das distanzmessende, optische System weist einen Strahlungsemitter und einen Strahlungsempfänger auf und ist derart relativ zu der Referenzfläche des Bedienelements angeordnet, dass die emittierte Strahlung zumindest zum Empfänger zurück reflektiert wird. Die Referenzfläche ist dabei so gestaltet, dass sie mindestens einen Teil der emittierten Strahlung zum Empfänger reflektiert. Die empfangene Strahlung ist ein Maß für die Position der Referenzfläche relativ zum Betätigungssensor. Bei bekannter Steifigkeit des Bedienelements bzw. genauer gesagt der Referenzfläche kann so direkt die Krafteinwirkung auf das Bedienelement ermittelt werden.
Optional kann störende Umgebungsstrahlung durch optische Filter im Strahlungsempfänger unterdrückt werden. Alternativ kann optional das optische Emitter-/Empfänger-System durch mechanische Blenden vor störender Umgebungsstrahlung geschützt werden.
Ist das bewegte Bedienelement elastisch aufgehangen, d.h. elastisch bewegbar gelagert, so kann, wenn die Federrate dieser Aufhängung bekannt ist, durch die Messung des Betätigungsweges = Federweg auf die entsprechende Betätigungskraft auf das Bedienelement zurückgeschlossen werden.
Wird dieses System noch mit einer zusätzlichen Touch-Sensorik zur Erkennung der Berührung bzw. des Berührungsortes ausgestattet, können mehrere Tasten zu einem System zusammengefasst werden. Ist der Kraft-/Weg-Zusammenhang für jede Taste/Position auf dem Bedienelement bekannt, können die Tasten bei Betätigung sicher zugeordnet werden und ist eine Kraftbestimmung über die Wegmessung möglich.
Des Weiteren ermöglichen die zusätzlichen Informationen über die Berührung des Bedienelements ein Kalibrieren der Abstandsmessung, solange eine Berührung und somit eine Verschiebung des Systems sicher ausgeschlossen werden kann.
Durch die Kombination von Berührungs-Ortserkennung und Wegmessung kann die Betätigungskraft mit einem (einzigen) Abstandssensor ermittelt werden, wodurch Kosten eingespart werden können. Ohne die Ortsinformation könnte über zwei Abstandsmessungen ebenfalls auf die Betätigungskraft zurückgerechnet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:
1 schematisch und im Schnitt eine Bedienvorrichtung mit elastisch angebundenem Bedienelement bei zentrisch auf dieses einwirkender Betätigungskraft zur translatorischen Verschiebung des Bedienelements,
2 und 3 Einzelansichten zur Verdeutlichung der Wirkungsweise des optischen Systems zur berührungslosen Erkennung einer Verschiebung des Bedienelements und
4 schematisch und ebenfalls in Schnittansicht die Situation, bei der auf das Bedienelement die Betätigungskraft exzentrisch ausgeübt wird, so dass das Bedienelement sich nicht ausschließlich translatorisch sondern ggf. als Überlagerung einer translatorischen mit einer Kipp-Bewegung bewegt.
In den 1 und 4 ist jeweils schematisch und im Schnitt eine Bedienvorrichtung 10 mit einer Bedienoberfläche 12 und mindestens einem an der Bedienoberfläche 12 angeordneten Bedienelement 14 gezeigt. Das Bedienelement 14 weist eine Bedienfläche 16 auf, die vorzugsweise in Höhe der Bedienoberfläche 12 angeordnet ist. Unterhalb der Bedienoberfläche 12 bzw. des Bedienelements 14 befindet sich eine Trägerplatte 18, die im Regelfall als Leiterkarte ausgebildet ist.
Das Bedienelement 14 ist beispielsweise an der Bedienoberfläche 12 oder aber auch an der Trägerplatte 18 elastisch bewegbar gelagert, was in den 1 und 4 durch die Federn 20 symbolisiert ist.
Unterhalb des Bedienfeldes 16 des Bedienelements 14 befindet sich eine Berührungssensorik 22, die beispielsweise kapazitiv arbeitet und mit der erkannt werden kann, an welcher Position des Bedienfeldes 16 sich beispielsweise der Finger einer Hand befindet, wenn das Bedienelement 14 betätigt wird.
Auf der Trägerplatte 18 angeordnet ist ein Betätigungssensor 24, der berührungslos arbeitet und eine Verschiebung bzw. Bewegung des Betätigungselements 14 bei dessen Betätigung erkennt. Der Betätigungssensor 14 weist, wie in den 2 und 3 im Einzelnen gezeigt, einen Strahlungsemitter 26 sowie einen Strahlungsempfänger 28 auf, die in Zusammenwirkung mit einer Referenzfläche 30 des Bedienelements 14 arbeiten. In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich die Referenzfläche 30 an der Unterseite 32 des Bedienelements 14 (z. B. an der Außenseite eines die Berührungssensorik 22 zur Unterseite des Bedienelements 14 hin überdeckenden Gehäuses 31) und damit der Oberseite 34 der Trägerplatte 18 gegenüberliegend. Die Referenzfläche 30 ist als Reflektionsfläche ausgebildet, so dass zumindest ein Teil der Strahlung 36, die von dem Strahlungsemitter 26 ausgesendet wird, an der Referenzfläche 30 als Reflektionsstrahlung 38 in Richtung auf den Strahlungsempfänger 28 reflektiert wird. In Abhängigkeit von der Verschiebungsposition des Betätigungselements 14 erfasst der Strahlungsempfänger 28 unterschiedliche Strahlungsintensitäten, wodurch auf die Position des Bedienelements 14 geschlossen werden kann (siehe hierzu die schematischen Darstellungen in den 2 und 3).
In 1 ist der Fall dargestellt, dass sich das Bedienelement 14 unter Beibehaltung seiner Ausrichtung ausschließlich translatorisch bewegt (z. B. in Folge einer entsprechenden Parallelführung), wenn das Bedienelement 14 der Betätigungskraft Fm ausgesetzt ist. Das Bedienelement 14 bewegt sich also unter Beibehaltung der im Wesentlichen parallelen Ausrichtung des Bedienfeldes 16 zur Trägerplatte 18. Der durch den Sensor 24 ermittelte Verschiebungsweg entspricht also über die bekannte Steifigkeit der elastischen Aufhängung des Bedienelements 14 der auf dieses wirkenden Betätigungskraft. Diese kann beispielsweise in einer Auswerteeinheit 40 ermittelt werden.
In 4 ist der Fall dargestellt, dass die Betätigungskraft Fm außermittig auf das Bedienfeld 16 des Bedienelements 14, das in diesem Ausführungsbeispiel nicht parallel geführt ist, einwirkt, womit sich das Bedienelement nicht mehr ausschließlich translatorisch bewegt sondern sich die Bewegung des Bedienelements 14 als Überlagerung einer translatorischen und einer Kippbewegung darstellt. Die über den Berührungssensor 24 messtechnisch ermittelbare Verschiebung des Bedienelements 14 ist nun nicht mehr eindeutig einer Betätigungskraft zuzuordnen. Dies gelingt allerdings letztendlich dadurch, dass über die Berührungssensorik 22 (ebenfalls in der Auswerteeinheit 40) ermittelbar ist, an welcher Position auf dem Bedienelement 14 die Betätigungskrafteinwirkung erfolgt. Nun kann wieder auf die einwirkende Betätigungskraft rückgeschlossen werden und damit eine ordnungsgemäße Betätigung des Bedienelements 14 erkannt werden.
In den zuvor beschriebenen Fällen wird also auf die aktuell einwirkende Betätigungskraft rückgeschlossen. Wird insoweit ein Vorgabewert erreicht und/oder überschritten, kann eine ordnungsgemäße Betätigung des Bedienelements 14 erkannt werden, womit dann entsprechende Aktionen wie beispielsweise die Betätigung eines Aktuators und/oder die Veränderung einer Anzeige und/oder eines Sollwerts eingeleitet werden können. Schließlich ist es auch möglich, die ordnungsgemäße Betätigung des Bedienelements für eine optische, akustische und/oder haptische Rückmeldung der Bedienelement-Betätigung zu nutzen.
Bezugszeichenliste

10: Bedienvorrichtung
12: Bedienoberfläche
14: Bedienelement
16: Bedienfläche
18: Trägerplatte
20: Feder
22: Berührungssensorik
24: Betätigungssensor
26: Strahlungsemitter
28: Strahlungsempfänger
30: Referenzfläche
31: Gehäuse mit Referenzfläche
32: Unterseite des Bedienelements
34: Oberseite der Trägerplatte
36: Strahlung
38: Reflektionsstrahlung
40: Auswerteeinheit

Claims

Bedienvorrichtung für ein elektrisches Gerät oder eine Anlage, insbesondere für eine Fahrzeugkomponente, mit – einer Bedienoberfläche (12) mit mindestens einem elastischen und/oder elastisch gelagerten Bedienelement (14) und – einem Betätigungssensor (24) zur Erfassung einer Bewegung des mindestens einen Bedienelements (14) bei dessen Betätigung, dadurch gekennzeichnet, – dass der Betätigungssensor (24) einen Strahlungsemitter (26) und einen Strahlungsempfänger (28) aufweist, – dass das mindestens eine Bedienelement (14) mit einer Strahlung reflektierenden Referenzfläche (30) zur Reflektion von Strahlung des Strahlungsemitters (26) in Richtung auf den Strahlungsempfänger (28) versehen ist und – dass mit zumindest dem Strahlungsempfänger (28) eine Auswerteeinheit (40) verbunden ist, – wobei eine bei Betätigung des mindestens einen Bedienelements (14) erfolgende Bewegung desselben anhand einer Veränderung der Intensität der von der Referenzfläche (30) zum Strahlungsempfänger (28) reflektierten Strahlung des Strahlungsemitters (26) detektierbar ist.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Umgebungsstrahlungsunterdrückungseinheit für den Betätigungssensor (24), wobei die Umgebungsstrahlungsunterdrückungseinheit mindestens ein optisches Filter und/oder mindestens eine insbesondere mechanische Blende zum Abschotten zumindest des Strahlungsempfängers (28) gegen Umgebungsstrahlung aufweist.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bedienelement (14) ein Bedienfeld (16) mit einer Berührungssensorik (22) zur Ermittlung der Position einer Berührung des Bedienfeldes (16) bei Betätigung des Bedienelements (14) aufweist und dass eine Betätigung des mindestens einen Bedienelements (14) anhand der ermittelten Berührungsposition und der ermittelten Strahlungsintensitätsveränderung detektierbar ist.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungssensor (24) zwei voneinander beabstandet angeordnete Strahlungsempfänger (28) aufweist und dass anhand der von den beiden Strahlungsempfängern (28) empfangenen Strahlungsintensitäten die Position einer Berührung auf dem mindestens einen Bedienelement (14) bei dessen Betätigung ermittelbar ist.
Bedienvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Betätigung des Bedienelements (14) optisch und/oder akustisch und/oder haptisch signalisierbar ist.