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Die Erfindung betrifft eine Bedieneinheit für ein Fahrzeug, bei der es sich insbesondere um ein Mensch-Maschine-Interface (MMI oder Human-Machine-Interface HMI) für ein Fahrzeug handelt.
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Derartige Bedieneinheiten sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Dabei können die Bedieneinheiten insbesondere Drehsteller, Tasten und/oder Joysticks aufweisen.
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Bei Bedienelementen mit Joysticks ist es wichtig, die Kipplage des Joysticks zu erkennen. Dabei kann der Joystick im Allgemeinen zwischen einer Ausgangsposition, die auch als Zentrierposition bezeichnet werden kann, und einer oder in mehreren Richtungen liegenden Maximalauslenkpositionen gekippt werden. Den einzelnen Kipplagen des Joysticks können Befehle für die Steuerung einer oder mehrerer Fahrzeugkomponenten zugeordnet werden.
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Derartige Bedieneinheiten mit Joysticks weisen in der Regel einen Kippwinkelsensor zur Erfassung der Kipplage des Joysticks auf. Darüber hinaus verfügen die genannten Bedieneinheiten mit Joysticks über ein zusätzliches Rückholelement, das den Joystick nach einer Verkippung aus der Zentrierposition heraus wieder zurück in die Zentrierposition bewegt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Komplexität der Bedieneinheit für ein Fahrzeug zu reduzieren, indem die Anzahl der Komponenten der Bedieneinheit verringert wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Bedieneinheit für ein Fahrzeug, bei der es sich insbesondere um ein Mensch-Maschine-Interface (MMI oder Human-Machine-Interface HMI) handelt, vorgeschlagen, wobei die Bedieneinheit versehen ist mit
- - einem Gehäuse,
- - einem in und/oder an dem Gehäuse angeordneten Joystick mit einem Anfassende und einem dem Anfassende gegenüberliegenden Zentrierende, zwischen denen der Joystick kippbar gelagert ist,
- - mindestens einem in dem Gehäuse angeordneten elastischen Rückholelement, das in Wirkverbindung mit dem Zentrierende des Joysticks steht sowie von dem Zentrierende beim Verkippen des Joysticks mitbewegbar ist und das den Joystick nach einer Verkippung wieder in seine Zentrierposition zurückbewegt,
- - mindestens einem Kippwinkelsensor zur Erfassung einer Kipplage des Joysticks,
- - wobei der mindestens eine Kippwinkelsensor ein erstes, an dem Rückholelement angeordnetes und/oder ausgebildetes Kippwinkelsensorelement und ein zweites, ortsfest im Gehäuse angeordnetes Kippwinkelsensorelement aufweist, und
- - einer Auswerteeinheit, die von dem mindestens einen Kippwinkelsensor zur Detektion der Kippposition des Joysticks Signale empfängt.
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Bei der erfindungsgemäßen Bedieneinheit kann das Rückholelement die Funktion der Zentrierung des Joysticks und auch zugleich die Funktion als Kippwinkelsensor vollständig oder zumindest teilweise übernehmen. Eine teilweise Übernahme der Kippwinkelsensorfunktion kann bedeuten, dass das Rückholelement zur Erfüllung der Kippsensorfunktion mit weiteren Sensorelementen interagiert. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Rückholelement ein erstes Kippwinkelsensorelement aufweist und mit einem zweiten Kippwinkelsensorelement, das ortsfest im Gehäuse angeordnet ist, interagiert. Durch die doppelte Funktionalität des Rückholelements wird die Komplexität der Bedieneinheit reduziert, indem die Anzahl der Komponenten verringert wird. Auf diese Weise kann zum einen eine Kostenersparnis erreicht werden. Andererseits vereinfacht sich die Montage durch die reduzierte Anzahl an Komponenten und die Herstellung wird erleichtert. Schließlich weist die erfindungsgemäße Bedieneinheit eine geringere Fehleranfälligkeit aufgrund der reduzierten Komponentenanzahl auf. Zudem ermöglicht die Integration des Kippwinkelsensors in das Rückholelement eine Erhöhung des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Joystick und dem bewegbaren ersten Kippwinkelsensorelement, wie nachfolgend noch erläutert wird.
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In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Rückholelement die Zentrierfunktion selbstständig oder mit Hilfe eines zusätzlichen Zentrierelements bzw. einer Zentriereinheit übernimmt. Sofern das Rückholelement die Zentrierfunktion selbstständig übernimmt, kann es beispielsweise als ein einseitig eingespannter Biegebalken ausgeführt sein. Der eingespannte Biegebalken wird bei Auslenkung des Joystick-Zentrierendes ebenfalls ausgelenkt und übt eine Rückstellkraft auf das Joystick-Zentrierende aus, durch die das Zentrierende zurück in die Ausgangsposition bewegt wird. Alternativ kann das Rückholelement ein federelastisches Element aufweisen, das auf einen beispielsweise drehbar oder schwenkbar gelagerten Hebel einwirkt, der am Zentrierende des Joysticks anliegt. Das federelastische Element kann beispielsweise als Schraubenfeder ausgebildet sein. Durch die Schraubenfeder wird eine Rückstellkraft erzeugt, die über den Hebel das Zentrierende des Joysticks nach dessen Verkippung wieder in die Ausgangsposition zurückbewegt. Zusätzlich zum mindestens einen Rückholelement, an dem erfindungsgemäß das Kippwinkelsensorelement angeordnet ist, oder zusätzlich zum Hebel, an dem das Kippwinkelsensorelement alternativ angeordnet sein kann, kann eine Zentriereinheit vorgesehen sein, die beispielsweise eine Zentrierkulisse und ein federnd gelagertes Joystick-Zentrierende aufweist. Die Zentrierkulisse kann dabei konkav ausgeformt sein und bei Kippung des Joysticks das federnd gelagerte Joystick-Zentrierende in Richtung des Joystick-Anfassendes drücken, sodass der Joystick gestaucht wird. Bei der Stauchung des Joysticks wird eine in oder an dem Joystick angeordnete Zentrierfeder gestaucht, deren Rückstellkraft das Joystick-Zentrierende ausrückt, wobei die Kraft auf die Kulisse über diese „umgelenkt“ wird, um den Joystick in die Ausgangsposition zu drücken. Auch kann die Zentriereinheit magnetisch ausgeführt sein. Bei der magnetischen Zentriereinheit können beispielsweise Permanentmagnete im Gehäuse und im Joystick vorgesehen sein, sodass im gekippten Zustand des Joysticks magnetische Kräfte auf den Joystick wirken und diesen in die Ausgangsposition zurückführen.
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Das Anfassende und das Zentrierende des Joysticks können miteinander starr verbunden sein. Insbesondere kann das Anfassende als ein Griff oder ein Dreh-/Drücksteller ausgebildet sein. Alternativ ist es auch möglich, dass das Anfassende und das Zentrierende nicht miteinander starr verbunden sind, sondern das Anfassende um seine Längsachse relativ zum Zentrierende drehbar ist, um weitere Steuerungsmöglichkeiten zu bieten. In beiden Fällen wird, sobald das Anfassende gekippt wird, auch das gegenüberliegende Zentrierende gekippt.
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Bei dem elastischen Rückholelement kann es sich insbesondere um ein federndes Element handeln. Das Rückholelement steht entweder in direkter Verbindung mit dem Zentrierende des Joysticks oder aber in mittelbarer Verbindung mit dem Zentrierende. Sobald der Joystick verkippt wird, übt das Rückholelement eine Kraft auf das Zentrierende des Joysticks auf, die das Zentrierende in die Ausgangsposition bewegt. Dadurch wird der gesamte Joystick wieder zurück in seine ursprüngliche Zentrierposition bewegt.
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Der Kippwinkelsensor zur Erfassung der Kipplage des Joysticks kann insbesondere die Position des Joystick-Zentrierendes bzw. den damit verbundenen Zustand des Rückholelements erfassen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kippwinkelsensor berührungslos, insbesondere kapazitiv, optisch oder induktiv arbeitet.
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Durch den berührungslosen Kippwinkelsensor wird ein möglicher Verschleiß der Bedieneinheit deutlich reduziert. Beim kapazitiven Kippwinkelsensor kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Erfassung der Joystick-Kipplage durch relative Bewegung zweier Elektroden zueinander erfolgt. Bei dem optischen Kippwinkelsensor kann die Kipplagenerfassung beispielsweise durch ein Lichtschrankensystem oder durch Laufzeitmessung erfolgen. Beim induktiven Kippwinkelsensor kann die Erfassung der Joystick-Kipplage durch einen Tauchanker oder einen Differentialtransformator erfolgen. Alternativ kann die Erfassung der Joystick-Kipplage auch durch einen oder mehrere Hallsensoren erfolgen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kippwinkelsensor ein winkelaufgelöstes Kippwinkelsensorsignal erzeugt, welches die Kipplage des Joysticks zwischen seiner Zentrierposition und einer Maximalauslenkposition erfasst. Auf diese Weise wird nicht nur zwischen zwei Zuständen unterschieden (Zentrierposition und Maximalauslenkposition), sondern es werden einzelne inkrementelle Zustände erfasst. Dies hat den Vorteil, dass auch den inkrementellen Zuständen des Joysticks verschiedene Steuerbefehle zugeordnet werden können. Somit kann beispielsweise eine leichtes Kippen des Joysticks in eine Richtung einer langsamen Veränderung eines Parameters zugeordnet werden, während ein stärkeres Kippen des Joysticks einer schnelleren Parameteränderung zugeordnet werden kann.
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Beispielsweise kann dabei vorgesehen sein, dass ein leichtes Kippen des Joysticks nach unten eine langsame Reduzierung der Musiklautstärke bewirkt, während ein stärkeres Kippen des Joysticks nach unten eine schnellere Reduzierung der Musiklautstärke zur Folge hat. Auch kann vorgesehen sein, dass ein Kippen des Joysticks nach unten bis auf seine Maximalauslenkposition eine Stummschaltung der Musikanlage bewirkt. Auf diese Weise kann dem Joystick eine Vielzahl an Steuerbefehlen zugeordnet werden.
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Die Bedieneinheit mit winkelauflösendem Kippwinkelsensor kann auch unabhängig von den vorstehenden Ausführungen und insbesondere unabhängig von dem vorstehend erläuterten Rückholelement ausgeführt sein. Es wird somiteine Bedieneinheit für ein Fahrzeug, bei der es sich insbesondere um ein Mensch-Maschine-Interface (MMI oder Human-Machine-Interface HMI) handelt, vorgeschlagen, wobei die Bedieneinheit versehen ist mit
- - einem Gehäuse,
- - einem in und/oder an dem Gehäuse angeordneten Joystick mit einem Anfassende und einem dem Anfassende gegenüberliegenden Zentrierende, zwischen denen der Joystick kippbar gelagert ist,
- - mindestens einem Kippwinkelsensor zur winkelaufgelösten Erfassung einer Kipplage des Joysticks, und
- - einer Auswerteeinheit, die von dem mindestens einen Kippwinkelsensor zur Detektion der Kippposition des Joysticks Signale empfängt.
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Dabei kann bei der Bedieneinheit mit winkelauflösendem Kippwinkelsensor optional ein Zentrierelement oder eine Zentriereinheit zum Zentrieren bzw. zum Zurückholen des Joysticks von einem ausgelenkten Zustand in die Ausgangslage vorgesehen sein. Weiterhin kann die Bedieneinheit mit winkelauflösendem Kippwinkelsensor jedes der vorstehend genannten oder der nachfolgenden Merkmale aufweisen und mit jedem der vorstehend genannten oder der nachfolgenden Ausführungsformen kombiniert werden, insbesondere wie in den Ansprüchen definiert.
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Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kippwinkelsensor eine erste Elektrode, die an dem Rückholelement angeordnet und/oder an diesem ausgebildet ist, und mehrere in bei einer Verkippung des Joysticks gegebener Bewegungsrichtung des Rückholelements aufeinanderfolgend angeordnete zweite Gegenelektroden aufweist, über die die erste Elektrode hinweg bewegbar ist. Beispielsweise kann dabei vorgesehen sein, dass fünf Gegenelektroden auf einer Trägerplatte bzw. Leiterplatte (auch bezeichnet als Printed Circuit Board - PCB) angeordnet sind. Dadurch wird die erste Elektrode bei der Verkippung des Joysticks und der damit verbundenen Bewegung des Rückholelements über die zweiten Gegenelektroden hinwegbewegt. Durch eine kapazitive Messung an den zweiten Elektroden kann somit auf die Position der ersten Elektrode und somit auch auf den Zustand des Rückholelements sowie die Kipplage des Joysticks geschlossen werden. Entsprechende Konstruktionen lassen sich mit einem lichtaussendenden Element an dem Rückholelement und mehreren Lichtempfangselementen auf der Trägerplatte oder beispielsweise induktiv ausgeführt realisieren.
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Zur weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bedieneinheit kann vorgesehen sein, dass der Kippwinkelsensor als mechanischer oder berührungslos, insbesondere kapazitiv, optisch oder induktiv arbeitender Endschalter ausgeführt ist und das Erreichen einer Maximalauslenkposition des Joysticks angibt. Auf diese Weise werden pro Kippwinkelsensor lediglich zwei Kippzustände des Joysticks (Zentrierposition und Maximalauslenkposition) erfasst. Diese Ausführungsform kann beispielsweise eingesetzt werden, wenn der Joystick zum Ein- und Ausschalten einer Fahrzeugkomponente dient.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bedieneinheit kann vorgesehen sein, dass das Rückholelement als ein Federbalken ausgebildet ist. Dabei kann der Federbalken beispielsweise einen rechteckigen oder runden Querschnitt aufweisen. Auch ist im Sinne der Erfindung eine Schenkelfeder und auch eine Schraubenfeder als Federbalken zu verstehen. Wesentlich bei der genannten Ausführungsform ist, dass das Rückholelement eine elastische Komponente aufweist, die das Zentrierende des Joysticks nach einer Kippung des Joysticks wieder zurück in die Ausgangsposition bewegt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das erste Kippwinkelsensorelement in einem Endbereich des Federbalkens angeordnet oder ausgebildet ist. Durch die Anordnung oder Ausbildung des ersten Kippwinkelsensorelements in einem Endbereich des Federbalkens wird bewirkt, dass das erste Kippwinkelsensorelement bereits bei geringen Bewegungen bzw. Auslenkungen des Federbalkens eine relativ starke Bewegung erfährt. Je weiter das erste Kippwinkelsensorelement von dem Lagerpunkt des Federbalkens entfernt ist, desto stärker ist seine Auslenkung bei der Kippung des Joysticks. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Endbereich des Federbalkens den vom Lagerpunkt des Federbalkens aus betrachtet distalen Endbereich des Federbalkens bezeichnet, der ein Drittel, ein Fünftel oder ein Zehntel der Gesamtlänge des Federbalkens umfasst.
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Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Zentrierende des Joysticks an einer Stelle auf den Federbalken wirkt, die eine geringe Entfernung zum Federbalken-Lagerpunkt aufweist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Zentrierende des Joysticks an einer Stelle des Federbalkens wirkt, deren Abstand zum Lagerpunkt einem Zehntel der Federbalkengesamtlänge entspricht. Ist das erste Kippwinkelsensorelement zudem am äußeren Ende des Federbalkens angeordnet, so stellt sich für die Bewegung des ersten Kippwinkelsensorelements und der Bewegung des Joystickzentrierendes ein Übersetzungsverhältnis von 10:1 ein. Somit stellt sich an dem ersten Kippwinkelsensorelement, dessen Bewegung erfasst wird, ein deutlich größerer Hub ein, als beim Zentrierende des Joysticks. Auf diese Weise wird es ermöglicht, bereits geringe Auslenkungen des Zentrierendes präzise zu erfassen (hohe Wegauflösung).
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Weiterhin kann bei der erfindungsgemäßen Bedieneinheit vorgesehen sein, dass zwischen dem Zentrierende und dem mindestens einen Rückholelement ein Koppelelement zur Wirkverbindung mit dem Zentrierende des Joysticks angeordnet ist oder dass das mindestens eine Rückholelement an dem Zentrierende des Joysticks direkt anliegt. Das direkte Anliegen des Rückholelements an dem Zentrierende hat den Vorteil, dass ein Koppelelement als Zusatzkomponente entfällt. Dagegen kann die Verwendung eines Koppelelements beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn ansonsten die Wirkverbindung zwischen dem Zentrierende und dem Rückholelement nur schwer herstellbar ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bedieneinheit kann vorgesehen sein, dass der Joystick aus seiner Zentrierposition in mindestens einer Richtung, vorzugsweise in zwei zueinander entgegengesetzten Richtungen verkippbar ist und dass
- - entweder das Rückholelement direkt oder indirekt mit dem Zentrierende zur Mitnahme in beiden Kipprichtungen gekoppelt ist
- - oder dass zwei Rückholelemente an voneinander abgewandten Seiten des Zentrierendes des Joysticks auf dieses einwirken.
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Auf diese Weise kann das Zentrierende das Rückholelement sowohl wegdrücken als auch in Bewegrichtung ziehen. Dies kann beispielsweise durch eine feste Verbindung zwischen der Rückholfeder und dem Zentrierende des Joysticks erreicht werden. Das Rückholelement kann somit das Zentrierelement des Joysticks in dessen Ausgangsposition zurückdrücken oder aber auch zurückziehen. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Joystick nach oben und nach unten verkippbar ist oder aber dass er nach links und nach rechts verkippbar ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Joystick um zwei in einer gemeinsamen, zur Erstreckung des Joysticks orthogonal verlaufenden Ebene liegende Kippachsen in mindestens jeweils einer Richtung, vorzugsweise in jeweils zwei zueinander entgegengesetzten Richtungen verkippbar ist und dass
- - entweder mindestens zwei Rückholelemente vorgesehen sind, die jeweils mit dem Zentrierende an um 90° zueinander versetzt angeordneten Seiten zur Mitnahme in jeweils beiden Richtungen direkt oder indirekt gekoppelt sind,
- - oder zwei Paare von jeweils an voneinander abgewandten Seiten des Zentrierendes des Joysticks auf dieses einwirkende Rückholelemente vorgesehen sind, wobei beide Paare von Rückholelementen um 90° versetzt auf das Zentrierende des Joysticks einwirken.
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Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Joystick insgesamt in vier Richtungen kippbar ist, von denen jeweils zwei zueinander entgegengesetzt verlaufen. Der Joystick kann zum Beispiel nach oben, nach unten, nach links und nach rechts kippbar sein. Bei dem in vier Richtungen kippbaren Joystick können beispielsweise vier Rückholelemente sowie insgesamt vier Kippwinkelsensoren vorgesehen sein, wobei jeweils ein Rückholelement und ein Kippwinkelsensor das Kippen des Joysticks in eine Richtung erfassen. Alternativ können auch lediglich zwei Rückholelemente sowie zwei Kippwinkelsensoren vorgesehen sein, die jeweils das Kippen in zwei entgegengesetzten Richtungen erfassen. Beispielsweise können ein Rückholelement und ein Kippwinkelsensor dazu dienen, die Kippung des Joysticks nach oben und nach unten zu erfassen, während ein zweites Rückholelement und ein zweiter Kippwinkelsensor die Funktion haben, die Kippung des Joysticks nach links und nach rechts zu erfassen. In diesem Fall sind die Rückholelemente an zwei Seiten des Zentrierendes angeordnet, die zueinander um 90° versetzt sind. Beispielsweise kann ein Rückholelement auf der linken Seite des Zentrierendes angeordnet sein, während ein weiteres Rückholelement an der unteren Seite des Zentrierendes angebracht ist.
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Weiterhin kann bei der erfindungsgemäßen Bedieneinheit vorgesehen sein, dass der Joystick über ein in oder an dem Gehäuse angeordneten Kugelgelenk kippbar gelagert ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Joystick in sämtliche Richtungen kippbar. Dabei kann vorgesehen sein, dass wie im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel zwei oder vier Rückholelemente sowie zwei oder vier Kippwinkelsensoren vorgesehen sind, die an verschiedenen, um 90° zueinander versetzten Seiten des Zentrierendes angeordnet sind. Insgesamt sind zwei Rückholelemente sowie zwei Kippwinkelsensoren ausreichend, um das Kippen des Joysticks eindeutig zu erfassen. Ist beispielsweise ein erstes Rückholelement und ein erster Kippwinkelsensor auf der linken Seite des Zentrierendes angeordnet und ein zweites Rückholelement sowie ein zweiter Kippwinkelsensor auf der unteren Seite des Zentrierendes angeordnet, kann aus den durch die beiden Kippwinkelsensoren ermittelten Auslenkungen des Zentrierendes auf die Kipplage des Joysticks geschlossen werden. Erkennt beispielsweise der linke Kippwinkelsensor eine Auslenkung des Zentrierendes um einen Zentimeter nach links und detektiert der untere Kippwinkelsensor eine Auslenkung des Zentrierendes um einen Zentimeter nach unten, so ist daraus zu schließen, dass das Zentrierende diagonal nach links unten bewegt wurde. Daraus ist wiederum abzuleiten, dass das Anfassende des Joysticks nach rechts oben bewegt wurde. Auf diese Weise kann ermittelt werden, in welchem Ausmaß und in welche Richtung bzw. in welchem Winkel der Joystick gekippt ist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bedienelements kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Kugelgelenk und dem Anfassende des Joysticks oder zwischen dem Kugelgelenk und dem Zentrierende des Joysticks ein Führungselement angeordnet ist, wobei das Führungselement zwei, vier, sechs oder acht Führungsnuten zur Führung der Joystick-Kippbewegung entlang vordefinierter Richtungen aufweist. Auf diese Weise wird der Bewegungsspielraum des Joysticks auf vordefinierte Kippbewegungen eingeschränkt. Je nach Anwendung kann der Joystick somit nur in zwei, vier, sechs oder acht Richtungen bewegt werden. Vorzugsweise sind die Bewegungsrichtungen paarweise gegenüber einander angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit zur Auswertung der Kippgeschwindigkeit und/oder der Kippbeschleunigung ausgelegt ist. Die Kippgeschwindigkeit sowie die Kippbeschleunigung können beispielsweise durch die Daten zur Erfassung der Kipplage errechnet werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass nicht nur einer Kipplage ein Befehl zugeordnet wird, sondern dass vielmehr auch einer Kippgeschwindigkeit und/oder einer Kippbeschleunigung bestimmte Steuerfunktionen zugeordnet werden. Analog zum vorstehend genannten Beispiel kann etwa vorgesehen sein, dass der Joystick nur nach unten bewegbar ist und in Abhängigkeit der Kippgeschwindigkeit die Musiklautstärke einstellbar ist. So kann etwa eine langsame Kippbewegung des Joysticks nach unten eine langsame Reduzierung der Musiklautstärke bewirken, während eine schnelle oder ruckartige Kippbewegung des Joysticks nach unten die Musikanlage direkt stumm schaltet. Auf ähnliche Weise kann die Steuerfunktion des Joysticks in Abhängigkeit der Kippbeschleunigung variieren.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:
- 1 eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bedieneinheit,
- 2 eine weitere Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Bedieneinheit,
- 3 eine weitere Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Bedieneinheit, wobei der Joystick aus der Ruhelage ausgelenkt ist,
- 4 eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bedieneinheit,
- 5 eine weitere Schnittdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bedieneinheit, wobei der Joystick gekippt ist,
- 6 eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels,
- 7 eine Schnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bedieneinheit,
- 8 eine Schnittdarstellung des vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bedieneinheit,
- 9 eine weitere Schnittdarstellung des vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bedieneinheit, wobei der Joystick ausgelenkt ist und
- 10 eine Schnittdarstellung des vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bedieneinheit, wobei der Joystick ausgelenkt ist.
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In der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bedieneinheit 10 dargestellt. Die Bedieneinheit 10 weist ein Gehäuse 12 und einen im Gehäuse 12 angeordneten Joystick 14 auf. Der Joystick 14 hat ein Anfassende 16 und ein dem Anfassende 16 gegenüberliegendes Zentrierende 18. Der Joystick 14 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel über ein Kugelgelenk 20 kippbar gelagert. Dabei kann der Joystick 14 im vorliegenden Ausführungsbeispiel um die Kippachse 22 gekippt werden. Bei der Kippung des Joysticks 14 wird das Zentrierende 18 gegen das Rückholelement 24 gedrückt. Das Rückholelement 24 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Schenkelfeder 26 ausgeführt. Die Schenkelfeder 26 ist als ein um einen Zylinder 27 gewickelter Federdraht ausgebildet. Zusätzlich zu dem als Schenkelfeder 26 ausgebildeten Rückholelement 24 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine an sich bekannte Zentriereinheit 52 vorgesehen, die der Zentrierung des Joysticks 14 dient. Die Zentriereinheit 52 weist eine Zentrierkulisse 54, ein federnd gelagertes Zentrierelement 56 und eine Zentrierfeder 58 auf. Wird der Joystick 14 gekippt, so wird das federnd gelagerte Zentrierelement durch die Zentrierkulisse 54 in den Joystick 14 hineingedrückt. Dabei wird die Zentrierfeder 58 gestaucht. Die Rückstellkraft der gestauchten Zentrierfeder 58 drückt das federnd gelagerte Zentrierelement aus dem Zentrierende 18 des Joysticks 14 heraus und bewirkt eine Zurückstellung des Joysticks 14 in dessen Ausgangsposition.
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Im dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Schenkelfeder 26 einen ersten Federschenkel 28 und einen zweiten Federschenkel 29 auf. Im Endbereich 30 des ersten Federschenkels 28 ist ein erstes Kippwinkelsensorelement 32 ausgebildet. Unterhalb des ersten Kippwinkelsensorelements 32 sind mehrere zweite Kippwinkelsensorelemente 34 angeordnet. Das erste Kippwinkelsensorelement 32 und die zweiten Kippwinkelsensorelemente 34 bilden gemeinsam einen Kippwinkelsensor 35. Sobald der Joystick 14 gekippt wird, wird zeitgleich das Zentrierende 18 gegen den ersten Federschenkel 28 gedrückt, so dass der erste Federschenkel 28 aus seiner Ausgangsposition ausgelenkt wird und auch das mit dem Federschenkel 28 verbundene erste Kippwinkelsensorelement 32 bewegt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind das erste Kippwinkelsensorelement 32 und das zweite Kippwinkelsensorelement 34 als eine erste Elektrode und eine zweite Gegenelektrode ausgebildet. Durch die Bewegung des Federschenkels 28 wird somit die kapazitive Kopplung zwischen dem ersten Kippwinkelsensorelement 32 und dem zweiten Kippwinkelsensorelement 34 beeinträchtigt. Die somit verursachte Kapazitätsänderung kann über eine Auswerteeinheit 36 erfasst werden. Auch wenn in der 1 nur eine kapazitive Ausführung eines Kippwinkelsensors 35 dargestellt ist, kann der Kippwinkelsensor 35 alternativ auch induktiv oder optisch ausgestaltet sein. Bei einem induktiven Kippwinkelsensor 35 kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Sendespule am ersten Federschenkel 28 angeordnet ist und eine oder mehrere Empfangsspulen auf einer Leiterplatte angebracht sind. Auch kann der induktive Kippwinkelsensor 35 in Form eines Tauchankers ausgeführt sein. Bei der alternativen Ausführungsform des Kippwinkelsensors 35 als optischer Kippwinkelsensor 35 kann vorgesehen sein, dass Lichtschranken zur Detektion der Joystick-Kipplage eingesetzt werden. Weitere Ausführungsformen des Kippwinkelsensors 35 in Form von weiteren bekannten Kippwinkelsensoren 35 sind ebenfalls möglich.
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Bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Bedieneinheit 10 ist das Anfassende 16 als Dreh-/Drücksteller 60 ausgebildet. Der Dreh-/Drücksteller 60 weist ein Drehelement 62 beispielsweise in Form eines Drehknopfes und ein innenliegendes Führungselement 64 auf. Am Führungselement 64 ist der Dreh-/Drücksteller 60 am Joystick 14 axial niederdrückbar, linear geführt. Eine Schraubenfeder 66 bringt den Dreh-/Drücksteller 60 nach einem Drücken wieder in seine Ausgangsposition. Zwischen dem Führungselement und dem Drehelement 62 befindet sich ein Drehlager 68. Durch die Axialführung des Führungselements 64 am Joystick 14 dreht sich das Führungselement 64 bei einer Verdrehung des Drehelements 62 nicht mit. In 1 ist die Sensorik zur Erkennung der Drehstellung bzw. zur Erkennung der Drückfunktion des Dreh-/Drückstellers 60 nicht dargestellt. Eine derartige Sensorik ist aber vorhanden, genauso wie eine mechanische Rastung beim Verdrehen und Drücken des Dreh-/Drückstellers 60 (mechanische Haptik).
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In der 2 ist eine Schnittdarstellung der Bedieneinheit 10 abgebildet. Dabei ist zu erkennen, dass das Zentrierende 18 des Joysticks 14 an drei Seiten durch jeweils ein Festlager 38 umgeben ist. Dadurch kann das Zentrierende 18 nur in eine Richtung bewegt werden. In der dargestellten Ansicht kann das Zentrierende 18 lediglich nach unten bewegt werden. An der unteren Seite des Zentrierendes 18 ist das Rückholelement 24 angeordnet. Sobald der Joystick 14 gekippt wird, wird zeitgleich das Zentrierende 18 nach unten bewegt, so dass die Schenkelfeder 26 ausgelenkt wird. Dabei verhindert der gegen das Lagerelement 39 gelagerte zweite Federschenkel 29 ein Verdrehen der Schenkelfeder 26. Bei der Auslenkung der Schenkelfeder 26 wird gleichzeitig das erste Kippwinkelsensorelement 32 über die einzelnen zweiten Kippwinkelsensorelemente 34 bewegt. Die Bewegung des ersten Kippwinkelsensorelements 32 entlang der zweiten Kippwinkelsensorelemente 34 wird anschließend über die Auswerteeinheit 36 erfasst. Wie in der 2 zu erkennen ist, sind die zweiten Kippwinkelsensorelemente 34 sowie die Auswerteeinheit 36 auf einer Leiterplatte 37 ortsfest angeordnet. Die zweiten Kippwinkelsensorelemente 34 sind über elektrische Leitungen 40 mit der Auswerteeinheit 36 verbunden. Weiterhin ist in der 2 zu erkennen, dass eine ungewollte Drehung der Schenkelfeder 26 durch ein Lagerelement 39 unterbunden wird. Der in der 2 dargestellt Joystick 14 befindet sich in seinem Ausgangszustand, so dass sich das Zentrierende 18 in seiner Zentrierposition befindet.
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In der 3 ist eine weitere Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Bedieneinheit 10 abgebildet. Dabei befindet sich das Zentrierende 18 nicht mehr in der Zentrierposition, sondern in einem ausgelenkten Zustand. Durch die Auslenkung des Zentrierendes 18 ist auch der erste Federschenkel 28 der Schenkelfeder 26 aus ihrer Ruhelage heraus ausgelenkt. Somit ist auch das erste Kippwinkelsensorelement 32 nicht mehr in seiner Ausgangsposition. Die Bewegung des ersten Kippwinkelsensorelements 32 kann über die Auswerteeinheit 36 erfasst werden. Über diese Erfassung kann auf die aktuelle Kipplage des Joysticks 14 geschlossen werden.
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In der 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt. Anders als im ersten Ausführungsbeispiel kann das Zentrierende 18 des Joysticks 14 in verschiedene Richtungen bewegt werden. Zur Erfassung der Kipplage des Joysticks 14 sind daher im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Rückholelemente 24 vorgesehen, die jeweils an einer Seite des Zentrierendes 18 angeordnet sind. Jedes der Rückholelemente 24 weist einen Kippwinkelsensor 35 mit einem ersten Kippwinkelsensorelement 32 und zweiten Kippwinkelsensorelementen 34 auf. Auf diese Weise wird die Auslenkung des Zentrierendes 18 nach links, nach rechts, nach oben und nach unten erfasst. Durch die Erfassung der Auslenkungen des Zentrierendes 18 in verschiedene Richtungen wird es ermöglicht, beispielsweise auch diagonale Bewegungen des Zentrierendes 18 zu erfassen.
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In der 5 ist eine weitere Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bedieneinheit 10 abgebildet. Wie in der 5 zu erkennen ist, ist das Zentrierende 18 nach oben rechts ausgelenkt. Daher sind sowohl der erste Federschenkel 28 des oberen Rückholelements 24 als auch der erste Federschenkel 28 des rechten Rückholelements 24 ausgelenkt. Sowohl der zum oberen Rückholelement 24 gehörende Kippwinkelsensor 35 als auch der zum rechten Rückholelement 24 gehörende Kippwinkelsensor 35 erfassen eine Bewegung des Zentrierendes 18 des Joysticks 14. Sind die erfassten Auslenkungen nach oben und nach rechts jeweils gleich groß, so kann daraus geschlossen werden, dass das Zentrierende 18 diagonal nach oben rechts ausgelenkt ist.
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In der 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bedieneinheit 10 dargestellt. Dabei wirkt das Zentrierende 18 des Joysticks 14 nicht wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen direkt auf die einzelnen ersten Federschenkel 28, sondern indirekt über zusätzliche Koppelelemente 42. In diesem Ausführungsbeispiel sind vier Koppelelemente 42 vorgesehen. Die Verwendung derartiger Koppelelemente 42 kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn eine direkte Verbindung zwischen Zentrierende 18 und den ersten Federschenkeln 28 nicht oder zumindest nicht einfach realisierbar ist.
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In der 7 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bedieneinheit 10 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Erfassung der Joystickkippung über elektrische Endschalter. Wie in der 7 zu erkennen ist, ist der zweite Federschenkel 29 der Schenkelfeder 26 mit einer vorgegebenen Signalspannung VSig beaufschlagt. Die Schenkelfeder 26, die vorliegend aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt ist, weist einen ersten Schalterkontakt 46 auf. Der Schalterkontakt 46 befindet sich am äußeren Ende des ersten Federschenkels 28 und ragt in ein Langloch 50 hinein. Sobald der erste Federschenkel 28 weit genug ausgelenkt ist, erfolgt eine Kontaktierung des ersten Schalterkontakts 46 mit dem zweiten Schalterkontakt 48, der mit einem von VSig verschiedenen Potential beaufschlagt ist. Sobald die beiden Schalterkontakte zusammengeführt sind, schließt sich der Endschalter und es fließt ein elektrischer Strom aufgrund der Potentialdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Schalterkontakt 46, 48.
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In der 8 ist eine weitere Schnittdarstellung des vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bedieneinheit 10 dargestellt. Wie in dieser Figur zu erkennen ist, ist die Spitze des ersten Federschenkels 28 nach unten hin abgeknickt und ragt in das Langloch 50 hinein. Die Spitze des Federschenkels 28 bildet dabei den ersten Schalterkontakt 46, der bei Auslenkung des ersten Federschenkels 28 in Richtung des zweiten Schalterkontakts 48 bewegt wird. Der zweite Schalterkontakt 48 kann beispielsweise durch eine elektrisch leitfähige Beschichtung der Leiterplatte 37 realisiert werden.
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In der 9 ist eine weitere Darstellung des vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bedieneinheit 10 abgebildet. Dabei ist das Zentrierende 18 des Joysticks 14 nach oben ausgelenkt. Dadurch ist auch der erste Federschenkel 28 derart ausgelenkt, dass der erste Schalterkontakt 46 den zweiten Schalterkontakt 48 berührt. Die Auswerteeinheit 36 erkennt die Schließung des Schalters und kann dementsprechend ein Steuersignal generieren.
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In der 10 ist eine Seitenansicht der in der 9 dargestellten Situation abgebildet. Dabei ist zu erkennen, dass der erste Schalterkontakt 46 und der zweite Schalterkontakt 48 einander berühren. Damit ist der Endschalter geschlossen und es kann ein Detektionssignal generiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bedieneinheit
- 12
- Gehäuse
- 14
- Joystick
- 16
- Anfassende
- 18
- Zentrierende
- 20
- Kugelgelenk
- 22
- Kippachse
- 24
- Rückholelement
- 26
- Schenkelfeder
- 27
- Zylinder
- 28
- erster Federschenkel
- 29
- zweiter Federschenkel
- 30
- Endbereich
- 32
- erstes Kippwinkelsensorelement
- 34
- zweites Kippwinkelsensorelement
- 35
- Kippwinkelsensor
- 36
- Auswerteeinheit
- 37
- Leiterplatte
- 38
- Festlager
- 39
- Lagerelement
- 40
- elektrische Leitung
- 42
- Koppelelement
- 46
- erster Schalterkontakt
- 48
- zweiter Schalterkontakt
- 50
- Langloch
- 52
- Zentriereinheit
- 54
- Zentrierkulisse
- 56
- federnd gelagertes Zentrierelement
- 58
- Zentrierfeder
- 60
- Dreh-/Drücksteller
- 62
- Drehelement des Dreh-/Drückstellers
- 64
- Führungselement des Dreh-/Drückstellers
- 66
- Schraubenfeder
- 68
- Drehlager des Dreh-/Drückstellers
