DE102016120638A1

DE102016120638A1 - Eingabegerät mit Betätigungsteil und magnetischem Messfeld zur Ermittlung eines Positionsparameters des Betätigungsteils

Info

Publication number: DE102016120638A1
Application number: DE102016120638.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Eckert
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2018-05-03
Anticipated expiration: 2036-10-29
Also published as: CN109845109A; US20210001725A1; CN109845109B; WO2018077545A1; US11040621B2; DE102016120638B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät (1) einer Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle mit einem Gehäuse (3), mit einer dem Gehäuse (3) zugeordneten Detektionseinrichtung (4), mit einer mit der Detektionseinrichtung (4) elektrisch leitend verbundenen Auswerteinheit (9) und mit einem an dem Gehäuse (3) beweglich gelagerten Betätigungsteil (2), wobei das Betätigungsteil (2) mit der Detektionseinrichtung (4) über ein magnetisches Messfeld, beispielsweise ein statisches Magnetfeld oder ein magnetisches Wechselfeld, zusammenwirkt, um wenigstens einen Positionsparameter betreffend eine Position und/oder eine Positionsänderung (7, 10) des Betätigungsteils (2) relativ zum Gehäuse (3) an die Auswerteinheit (9) zu übermitteln, wobei die Auswerteinheit (9) ausgelegt ist, in Abhängigkeit des Positionsparameters eine Schalt- oder Steuerfunktion einer Fahrzeugkomponente durchzuführen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät mit einer Detektionseinrichtung und einem Betätigungsteil, welches beweglich gelagert ist, wobei die Detektionseinrichtung ausgelegt ist, eine Position oder eine Positionsänderung zu detektieren, um dieser wenigstens einen Positionsparameter zuzuordnen, der einer zum Eingabegerät gehörenden Auswerteinheit übermittelt wird, so dass letztere diesem Parameter eine Schalt- oder Steuerfunktion einer Fahrzeugkomponente zuordnen kann.
Vorbekannte Eingabegeräte weisen Betätigungsteile auf, die beweglich an einem Gehäuse gelagert sind und deren Position und/oder Positionsänderung berührungslos detektiert wird. Es ist ferner bekannt, ein Betätigungsteil an einer berührsensitiven Eingabefläche beweglich zu lagern, um die der berührsensitiven Eingabefläche zugeordnete Detektionseinrichtung nicht nur zur Berührdetektion auf der Eingabefläche sondern auch zur Positionsdetektion des Betätigungsteils verwenden zu können. Gleichzeitig steigert die Verwendung eines beweglich gelagerten Betätigungsteils anstelle einer Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle mit ausschließlich über eine berührsensitiven Eingabefläche möglichen Eingabe, d.h ein „reines“ Touchpad oder ein „reiner“ Touchscreen, die Bediensicherheit und den Bedienkomfort, da der Bediener immer noch an herkömmliche Eingabegeräte mit beweglich gelagerten Betätigungsteilen gewöhnt ist und andererseits eine Bedienung auch ohne visuelle Kontrolle und damit ohne Ablenkung vom Verkehrsgeschehen durch Ergreifen des Betätigungsteils und damit erfolgendem haptischem Feedback durchführbar ist. Bisherige Ansätze dieses letzten Prinzips machten sich bisher die kapazitive Berührdetektion zu Nutze, indem das auf einem kapazitiven Touchscreen oder kapazitiven Touchpad angeordnete Betätigungsteil mit der jeweiligen Messkapazität wechselwirkte. Es hat sich aber gezeigt, dass diese Technologie störanfällig gegenüber Fremdkörpern, wie Flüssigkeiten, ist und darüber hinaus den Nachteil aufweist, dass die Stellungsdetektion nicht zuverlässig genug durchgeführt werden kann, insbesondere wenn es darum geht kleine Positionsänderungen, wie Schwenkstellungsänderungen, des Betätigungsteils zu detektieren und ferner viele Kalibrierungsschritte im Betrieb notwendig waren, um eine zuverlässige Funktion zu garantieren. Im Auto hat sich die kapazitive Detektion aufgrund von Störfeldern oder aufgrund einer statischen Aufladung des Bedieners als störanfällig erwiesen. Darüber hinaus ist bei einer kapazitiven Detektion eine Bedienung mittels eines behandschuhten Fingers nicht möglich.
Vor diesem Hintergrund bestand Bedarf nach einer Lösung für ein Eingabegerät mit im Vergleich zuverlässigerer, berührungslos arbeitender Positionsdetektion, welche insbesondere kostengünstig hergestellt werden kann und deren Funktionssicherheit verbessert dauerhaft sichergestellt werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein Eingabegerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine gleichermaßen vorteilhafte Verwendung ist Gegenstand des nebengeordneten Verwendungsanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät einer Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle. Die Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle im Sinne der Erfindung meint eine Einrichtung zur Vornahme von Steuerungseingaben betreffend das Fahrzeug oder Fahrzeugkomponenten. Als Benutzer, auch Bediener genannt, wird unter anderem der Fahrer des Fahrzeugs verstanden. Neben dem erfindungsgemäßen Eingabegerät, weist die Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle in der Regel weitere Komponenten, beispielsweise eine elektronische Pixelmatrixanzeige oder weitere zur Vornahme von manuellen Eingaben geeignete Eingabegeräte auf.
Das Eingabegerät weist erfindungsgemäß ein Gehäuse und eine dem Gehäuse zugeordnete Detektionseinrichtung auf. Das Eingabegerät weist ferner eine mit der Detektionseinheit elektrisch leitend verbundene Auswerteinheit auf. Das Eingabegerät weist ferner ein an dem Gehäuse beweglich gelagertes Betätigungsteil auf. Das Betätigungsteil wirkt mit der Detektionseinrichtung über ein magnetisches Messfeld, beispielsweise ein statisches Magnetfeld oder ein magnetisches Wechselfeld, zusammen, um wenigstens einen Positionsparameter betreffend eine Position und/oder eine Positionsänderung des Betätigungsteils relativ zum Gehäuse an die Auswerteinheit zu übermitteln. Erfindungsgemäß ist die Auswerteinheit ausgelegt, in Abhängigkeit des Positionsparameters eine Schalt- oder Steuerfunktion einer Fahrzeugkomponente zu veranlassen oder durchzuführen. Beispielweise wird in Abhängigkeit der Position des Betätigungsteils eine Temperaturvorwahl der Klimasteuerung des Fahrzeugs vorgenommen. Durch Verwendung eines magnetischen Messfeldes kann die Bedieneingabe störunanfälliger, beispielsweise im Vergleich zu einer auf kapazitiven Detektionsmitteln basierenden Bedieneingabe durchgeführt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Betätigungsteil drehbeweglich an dem Gehäuse gelagert. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Betätigungsteil schwenkbeweglich an dem Gehäuse gelagert. Meist bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der eine Kombination aus schwenkbeweglicher und drehbeweglicher Lagerung des Betätigungsteils gegenüber dem Gehäuse vorgesehen ist. Beispielswiese ist eine kardanische Lagerung oder eine Kugel-Pfannen-Lagerung zwischen Gehäuse und Betätigungsteil vorgesehen. Ferner ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung eine mit der Drehbeweglichkeit und/oder Schwenkbeweglichkeit kombinierbare Push-Beweglichkeit realisiert, bei der das Betätigungsteil so gelagert ist, dass es aus einer Ruhestellung entgegen einer Rückstellkraft aus einer Ruhestellung in eine gedrückte Stellung bewegbar ist, um dieser Betätigung eine zusätzliche Schaltfunktion zuzuordnen. Dabei können optional Mittel zur Detektion der Betätigungskraft vorgesehen sein.
Bevorzugt weist die Detektionseinrichtung ein Array aus das magnetische Messfeld erzeugenden Mitteln, beispielsweise eine Sendeantennenstruktur, auf. Beispielsweise ist die Sendeantennenstruktur in einer ebenen Fläche benachbart zu einer Oberfläche des Gehäuses angeordnet. Durch die Anordnung einer aus mehreren Sendeantennen bestehender Struktur lässt sich verbessert eine ortsauflösende Detektion der Stellung des Betätigungsteils realisieren. Beispielsweise ist der Abstand zwischen benachbarten, das magnetische Messfeld erzeugenden Mitteln kleiner als die geringste Abmessung des Betätigungsteils.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die das Magnetfeld erzeugenden Mittel synchron mit dem Betätigungsteil bewegt werden, d.h. dass das Betätigungsteil ausgerüstet ist, das magnetische Messfeld zu erzeugen, welches durch die Detektionseinrichtung detektiert wird. Bevorzugt ist das magnetische Messfeld ein statisches Magnetfeld. Meist bevorzugt ist an dem Betätigungsteil ein Permanentmagnet zur Erzeugung des statischen magnetischen Messfeldes befestigt.
Bei der vorgenannten Ausgestaltung weist die Detektionseinrichtungen bevorzugt wenigstens einen Hallsensor auf, beispielsweise einen in 3 orthogonalen Raumachsen detektierenden Hallsensor auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist dem Betätigungsteil wenigstens ein Leiter, insbesondere eine Leiterspule, zugeordnet, die beispielsweise im Innern des Betätigungsteils angeordnet ist.
Bevorzugt weist das Betätigungsteil einen Schwingkreis aus wenigstens einer Leiterspule und wenigstens einem Kondensator auf und die Detektionseinrichtung ist ausgelegt, ein Resonanzfeld eines durch das magnetische Messfeld im Schwingkreis induzierten Stromes zu detektieren. Damit lässt sich eine genaue Detektion der Position und/oder der Positionsänderung des Betätigungsteils detektieren. Beispielsweise wird das elektromagnetische Resonanzfeld durch mehrere der Detektionseinrichtung zugeordneten Empfangsantennen detektiert. Beispielsweise wird das Resonanzfeld nach Abschalten des magnetischen Messfeldes detektiert aufgrund des im Schwingkreis induzierten, das Messfeld überdauernden Resonanzstroms detektiert. Bevorzugt ist ein alternierendes bevorzugt periodisches, An- und Abschaltphasen umfassendes Erzeugen des Messfeldes vorgesehen, wobei in der Abschaltphase das elektromagnetische Resonanzfeld gemessen wird, welches durch den aufgrund des Messfeldes induzierten Resonanzstrom bewirkt wird. Um eine genaue Positionsbestimmung, d.h. Ortsauflösung bei der Positionsdetektion zu erreichen, wird grundsätzlich ein hoher Takt, d.h. eine geringe zeitliche Periode angestrebt, beispielsweise beträgt die Dauer der An- bzw. der Abschaltphase jeweils weniger als 20 µs.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Eingabegeräts in einer seiner zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigen:

1 eine vertikale Schnittansicht durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts;
2 eine horizontale Schnittansicht durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts;

1 zeigte eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts 1. Dieses weist ein Gehäuse 3 auf, welches eine ebene, dem Bediener zugewandte Oberfläche 6 definiert. Auf der Oberfläche 6 ist ein Betätigungsteil 2 beweglich an dem Gehäuse 3 mittels der Lagerungsmittel 8 gelagert. Diese sind als Kugel-Pfannen-Lagerung ausgebildet und gestatten eine Schwenkbeweglichkeit 7, wie in 1 dargestellt, und eine Drehbeweglichkeit 10, wie in 2 dargestellt, des Betätigungsteils 2 gegenüber dem Gehäuse 3. Benachbart zur Oberfläche 6 des Gehäuses 3 ist eine Detektionseinrichtung 4 vorgesehen. Die Detektionseinrichtung 4 weist ein Array aus selektiv durch die Auswerteinheit ansteuerbare Sendeantennen 4b auf, die in einer Gitterstruktur angeordnet sind. Die Detektionseinrichtung 4 erzeugt mittels dem Array aus Sendeantennen 4b in einer Anschaltphase über eine Dauer von weniger als 20µs ein magnetisches Wechselfeld, welches das Betätigungsteil 2 und insbesondere eine Spule 5a eines in dem Betätigungsteil 2 integrierten elektrischen, aus der Spule 5a und einem Kondensator 5b bestehenden Schwingkreises 4 erfasst. Dadurch wird in dem Schwingkreis 5 ein das Abschalten des magnetischen Wechselfeldes überdauernder Resonanzstrom erzeugt, der seinerseits ein elektromagnetisches Wechselfeld, auch Resonanzfeld genannt, erzeugt, welches von der Detektionseinrichtung 4 in einer sich an die Anschaltphase anschließenden Abschaltphase mit einer Dauer von weniger als 20µs, bei der kein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird, durch die Empfangsantennen 4a empfangen wird. Da der Resonanzstrom von der Lage der Spule 5a und damit von der Position des Betätigungsteils 2 abhängig ist, ist das von der Detektionseinrichtung 4 an die Auswerteinheit 9 abgegebene Detektionssignal von der Position des Betätigungsteils 2 relativ zum Gehäuse 3 abhängig. Die Auswerteinheit 9 ist daher in der Lage, bei vorgegebener Positionsänderung, beispielsweise durch händisches Verschwenken 7 entlang einer zur Oberfläche 6 parallelen Achse oder händisches Verdrehen 10 entlang einer zur Oberfläche 6 senkrechten Achse des Betätigungsteils 2 dieser Positionsänderung eine Schalt- oder Steuerfunktion einer Fahrzeugkomponente zuzuordnen.

Claims

Eingabegerät (1) einer Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle mit einem Gehäuse (3), mit einer dem Gehäuse (3) zugeordneten Detektionseinrichtung (4), mit einer mit der Detektionseinrichtung (4) elektrisch leitend verbundenen Auswerteinheit (9) und mit einem an dem Gehäuse (3) beweglich gelagerten Betätigungsteil (2), wobei das Betätigungsteil (2) mit der Detektionseinrichtung (4) über ein magnetisches Messfeld, beispielsweise ein statisches Magnetfeld oder ein magnetisches Wechselfeld, zusammenwirkt, um wenigstens einen Positionsparameter betreffend eine Position und/oder eine Positionsänderung (7, 10) des Betätigungsteils (2) relativ zum Gehäuse (3) an die Auswerteinheit (9) zu übermitteln, wobei die Auswerteinheit (9) ausgelegt ist, in Abhängigkeit des Positionsparameters eine Schalt- oder Steuerfunktion einer Fahrzeugkomponente durchzuführen.
Eingabegerät (1) gemäß Anspruch 1, wobei das Betätigungsteil (2) drehbeweglich an dem Gehäuse (3) gelagert ist.
Eingabegerät (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Betätigungsteil (2) schwenkbeweglich an dem Gehäuse (3) gelagert ist.
Eingabegerät (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektionseinrichtung (4) ein Array aus das magnetische Messfeld erzeugenden Mitteln, beispielsweise aus Sendeantennen (4b), aufweist.
Eingabegerät (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die das magnetische Messfeld erzeugenden Mittel synchron mit dem Betätigungsteil bewegt werden.
Eingabegerät (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei dem Betätigungsteil ein Permanentmagnet zugeordnet ist.
Eingabegerät (1) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektionseinrichtung wenigstens einen Hallsensor aufweist.
Eingabegerät (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Betätigungsteil (2) ein Leiter, insbesondere eine Leiterspule (5a) zugeordnet ist.
Eingabegerät (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Betätigungsteil (2) ein Schwingkreis (5) aus wenigstens einer Spule (5a) und wenigstens einem Kondensator (5b) zugeordnet ist und die Detektionseinrichtung (4) ausgelegt ist, ein elektromagnetisches Resonanzfeld eines durch das magnetische Messfeld im Schwingkreis (5) induzierten Resonanzstromes zu detektieren.
Verwendung des Eingabegeräts (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Kraftfahrzeug.