DE102016223021A1

DE102016223021A1 - Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016223021A1
Application number: DE102016223021.2A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Müller; Armin Mittasch
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2018-05-24
Also published as: WO2018095777A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug. Die Bedienvorrichtung (10) umfasst ein Oberflächenelement (12) mit einer Bedienoberfläche (24) und einer der Bedienoberfläche (24) gegenüberliegenden Rückseite (25). Ferner weist die Bedienvorrichtung (10) ein Tragelement (14) auf, wobei das Oberflächenelement (12) über eine erste Lagereinrichtung (18) mit dem Tragelement (14) gekoppelt ist. Dabei ist die erste Lagereinrichtung (18) dazu ausgebildet, das Oberflächenelement (12) beweglich zu lagern. Des Weiteren umfasst die Bedienvorrichtung (10) eine Bewegungseinrichtung (16), welche zwischen der Rückseite (25) des Oberflächenelements (12) und dem Tragelement (14) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem Zustandssignal der Bedienvorrichtung (10) das Oberflächenelement (12) relativ zu dem Tragelement (14) zu bewegen. Schließlich weist die Bedienvorrichtung (10) eine zweite Lagereinrichtung (20) auf, welche dazu eingerichtet ist, die Bewegungseinrichtung (16) zu lagern und bei einer Bewegung des Oberflächenelements (12) zumindest einen vorgebbaren Anteil eine auf die Bewegungseinrichtung (16) einwirkende Kraft aufzunehmen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Bedienelemente, wie beispielsweise Drehknöpfe zur Lautstärkeregelung oder Touchpads, bekannt, welche einen Nutzer des Bedienelements bei der Bedienung des Bedienelements durch eine haptische Rückmeldung unterstützen. Damit diese haptische Rückmeldung erzeugt wird, setzen derartige Bedienelemente Aktoren ein.
So beschreibt beispielsweise die WO 2006/124873 A1 eine Vorrichtung zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung für eine Bedienvorrichtung. Die Bedienvorrichtung umfasst ein Touchpad, einen Bildschirm und einen Aktor. Der Aktor weist ein erstes Strukturelement und ein zweites Strukturelement, eine Federlagerung und zwei magnetische Einrichtungen auf. Die erste magnetische Einrichtung ist dazu eingerichtet, durch das erste Strukturelement und die zweite magnetische Einrichtung ist dazu eingerichtet, durch das zweite Strukturelement getragen zu werden. Das erste Strukturelement ist mit dem Touchpad und das zweite Strukturelement ist mit dem Bildschirm gekoppelt. Die Federlagerung ist dazu eingerichtet, das erste und das zweite Strukturelement miteinander zu koppeln und eine Bewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Strukturelement zu vereinfachen.
In der DE 11 2011 101 553 T5 ist eine berührungsempfindliche Anzeige mit einem Vibrationsmechanismus beschrieben. Die berührungsempfindliche Anzeige umfasst ein Benutzerschnittstellenmodul, einen Vibrationsmechanismus, der dafür konfiguriert ist, das Benutzerschnittstellenmodul zu bewegen, um über das Benutzerschnittstellenmodul einen fühlbaren Effekt bereitzustellen, und ein Ausgleichselement, das dafür konfiguriert ist, einen Ausgleichseffekt für Bewegungen des Benutzerschnittstellenmoduls bereitzustellen.
Aus der EP 1 560 102 A2 geht eine Eingabevorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Touchscreen zur Eingabe von Befehlen durch Berühren einer Bedienfläche oder durch Drücken auf die Bedienfläche hervor. Die Eingabevorrichtung umfasst ferner einen Aktor zum Bewegen des Touchscreens in zumindest eine Richtung gegenüber einem Referenzkörper und einer im wesentlichen U-förmigen Feder zum mechanischen Verbinden des Touchscreens mit dem Referenzkörper.
Bei derartigen Bedienvorrichtungen ist der Aktor fest gelagert. Beispielsweise ist der Aktor, wenn die Bedienvorrichtung im Kraftfahrzeug montiert ist, fahrzeugseitig gelagert. Bei der haptischen Rückmeldung entsteht eine Bewegung des Bildschirms. Ist der Aktor beispielsweise am Fahrzeug befestigt, so stößt sich der Aktor am Fahrzeug ab, um den Bildschirm zu bewegen. Damit wird einerseits der gewünschte Impuls am Bildschirm für die haptische Rückmeldung erzeugt, andererseits wird aber auch ein unerwünschter Impuls in die Fahrzeugstruktur eingeleitet. Dieser unerwünschte Impuls führt zu einem Körperschalleintrag und einer fahrzeugseitigen Schwingung. Diese Schwingung kann zum Beispiel im Gangwahlhebel, einer Armauflage und einem Lenkrad des Kraftfahrzeugs wahrgenommen werden und kann den Fahrer oder Insassen des Kraftfahrzeugs stören oder sogar fehlleiten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Bedienvorrichtung bereitzustellen, bei welcher auf besonders einfache und zuverlässige Art und Weise bei der Erzeugung einer haptischen Rückmeldung unerwünschte Schwingungsanregungen unterbunden werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüche angegeben.
Die Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Oberflächenelement mit einer Bedienoberfläche und einer der Bedienoberfläche gegenüberliegenden Rückseite. Bei dem Oberflächenelement kann es sich beispielsweise um einen Bildschirm der Bedienvorrichtung handeln. Beispielsweise ist die Bedienvorrichtung als Touchscreen oder Touchpad ausgebildet. Ferner weist die Bedienvorrichtung ein Tragelement auf, wobei das Oberflächenelement über eine erste Lagereinrichtung mit dem Tragelement gekoppelt ist. Unter einem „Tragelement“ ist im Sinne der Erfindung bevorzugt ein Rahmenelement oder ein Teil einer Fahrzeugkarosserie des Kraftfahrzeugs zu verstehen, an welcher das Oberflächenelement gehalten ist oder auf welchem das Oberflächenelement gestützt ist. Die erste Lagereinrichtung ist ferner dazu eingerichtet, das Oberflächenelement beweglich zu lagern. Des Weiteren umfasst die Bedienvorrichtung eine Bewegungseinrichtung, welche zwischen der Rückseite des Oberflächenelements und dem Tragelement angeordnet ist. Die Bewegungseinrichtung ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von einem Zustandssignal der Bedienvorrichtung das Oberflächenelement relativ zu dem Tragelement zu bewegen. Bei einer relativen Bewegung des Oberflächenelements zu dem Tragelement wird das Oberflächenelement bevorzugt parallel zu dem Tragelement verlagert oder verschoben. Bevorzugt ist die Bewegungseinrichtung dazu eingerichtet, das Oberflächenelement singulär, insbesondere durch einmaliges Ausüben einer Kraft auf das Oberflächenelement, oder periodisch, insbesondere durch mehrfaches Ausüben einer Kraft auf das Oberflächenelement, zu bewegen. Mit anderen Worten kann die Bewegungseinrichtung dazu eingerichtet sein, einen Bewegungshub oder einzelne Bewegungshübe auszuführen oder das Oberflächenelement in Vibration zu versetzen.
Schließlich weist die Bedienvorrichtung eine zweite Lagereinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, die Bewegungseinrichtung oder einen Teil der Bewegungseinrichtung zu lagern. Zudem ist die zweite Lagereinrichtung dazu eingerichtet, bei einer Bewegung des Oberflächenelements zumindest einen vorgebbaren Anteil einer auf die Bewegungseinrichtung einwirkende Kraft aufzunehmen. Mit anderen Worten ist die zweite Lagereinrichtung dazu eingerichtet, bei einer Bewegung des Oberflächenelements eine auf die Bewegungseinrichtung einwirkende Kraft auf das Tragelement, insbesondere weitestgehend, zu unterbinden. Insbesondere durch die Lagerung der Bewegungseinrichtung wird die Bewegungseinrichtung von dem Tragelement entkoppelt.
Durch die Lagerung der Bewegungseinrichtung kann bei einer Bewegung des Oberflächenelements ein Impulseintrag oder eine Krafteinwirkung auf das Tragelement, hervorgerufen durch die Bewegung des Oberflächenelements, reduziert oder sogar verhindert werden. Dadurch können die unerwünschten Schwingungen im Fahrzeug, welche zu Störgeräuschen oder Störimpulsen führen können, reduziert oder verhindert werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Bewegungseinrichtung einen ersten Aktor und ein Bewegungselement umfasst. Bevorzugt ist die zweite Lagereinrichtung dazu eingerichtet, den ersten Aktor der Bewegungseinrichtung zu lagern. Dabei ist das Bewegungselement an der Rückseite des Oberflächenelements angeordnet. Mit anderen Worten ist das Bewegungselement an der Rückseite des Oberflächenelements befestigt. Das Bewegungselement ist beispielsweise als Stange oder Stab ausgebildet. Zum Bewegen des Oberflächenelements übt der erste Aktor eine Kraft auf das Bewegungselement aus. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass auf besonders einfache und zuverlässige Art und Weise das Oberflächenelement bewegt werden kann.
In vorteilhafter Weise ist der erste Aktor als ein elektromagnetischer Aktor oder als ein piezoelektrischer Aktor oder als ein elektrostatischer Aktor oder als ein elektropolymerer Aktor ausgebildet. Ist der erste Aktor beispielsweise als ein elektromagnetischer Aktor ausgebildet, so kann der elektromagnetische Aktor einen Elektromagneten aufweisen, beispielsweise in Form eines Magneten mit einer Spule. Ist der erste Aktor als elektromagnetischer Aktor ausgebildet, so ist das Bewegungselement bevorzugt aus Eisen oder Ferrit gebildet. Wird die Spule bestromt, so bildet sich ein Magnetfeld aus. Die Magnetfeldlinien verlaufen dabei durch das Bewegungselement. Ist der Elektromagnet aktiv, so wird das Bewegungselement aufgrund einer Reluktanzkraft durch den Elektromagneten angezogen. Der Elektromagnet übt insbesondere eine Anziehungskraft auf das Bewegungselement aus. Bei der Anziehung des Bewegungselements wird insbesondere eine zur der auf das Bewegungselement entgegengesetzte Kraft auf das Tragelement ausgeübt. Ist der erste Aktor beispielsweise als ein piezoelektrischer Aktor ausgebildet, so umfasst der piezoelektrische Aktor ein Piezoelement. Mit Piezoelement ist ein Piezoaktor gemeint, welcher nach dem Prinzip des inversen piezoelektrischen Effekts arbeitet. Ist der erste Aktor beispielsweise als ein elektrostatischer Aktor ausgebildet, so arbeitet der erste Aktor nach dem Prinzip der Elektrostatik. Dabei erfolgt eine elektrostatische Anziehung des Bewegungselement durch den ersten Aktor. Ist der erste Aktor beispielsweise als ein elektropolymerer Aktor ausgebildet, so umfasst der elektropolymere Aktor beispielsweise ein elektroaktives Polymer. Elektroaktive Polymere sind Polymere, die durch das Anlegen einer elektrischen Spannung ihre Form ändern.
Ist der erste Aktor beispielsweise als piezoelektrischen Aktor oder als elektropolymerer Aktor ausgebildet, so ist der erste Aktor in Kontakt mit dem Bewegungselement. Ist der erste Aktor beispielsweise als elektromagnetischer Aktor oder als elektrostatischer Aktor ausgebildet, so arbeitet der erste Aktor berührungslos. Mit anderen Worten kontaktiert der erste Aktor, wenn er beispielsweise als elektromagnetischer Aktor oder als elektrostatischer Aktor ausgebildet ist, das Bewegungselement nicht. Durch die Ausführungsformen derartiger Aktoren als erster Aktor ergibt sich der Vorteil, dass auf besonders einfache und kostengünstige Art und Weise eine Bewegungseinrichtung bereitgestellt werden kann.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die erste Lagereinrichtung ein erstes elastisches Element und ein zweites elastisches Element umfasst, wobei das erste elastische Element an einem ersten Rand des Oberflächenelements an der Rückseite des Oberflächenelements und das zweite elastische Element an einem dem ersten Rand gegenüberliegenden zweiten Rand des Oberflächenelements an der Rückseite des Oberflächenelements angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass die erste Lagereinrichtung drei oder mehr elastische Elemente, besonders bevorzugt vier elastische Elemente, aufweist. Weist die erste Lagereinrichtung beispielsweise vier elastische Elemente auf, so kann es vorgesehen sein, dass zwei der vier elastischen Elemente, also ein Paar an elastischen Elementen oder Elementenpaar, an dem ersten Rand des Oberflächenelements an der Rückseite des Oberflächenelements und die anderen beiden elastischen Elemente, also das andere Paar an elastischen Elementen oder andere Elementenpaar, an dem dem ersten Rand gegenüberliegenden zweiten Rand des Oberflächenelements an der Rückseite des Oberflächenelements angeordnet ist. Weist das Oberflächenelement beispielsweise eine rechteckige Form auf, so kann im Bereich jeder Ecke des Oberflächenelements ein elastisches Element angeordnet sein. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Oberflächenelement besonders sicher gehalten ist und dadurch die Bedienvorrichtung besonders stabil ausgestaltet ist.
In vorteilhafter Weise sind das erste elastische Element und das zweite elastische Element als Feder ausgebildet. Insbesondere ist die erste Lagereinrichtung als Federlagerung ausgebildet. Mit anderen Worten ist das Oberflächenelement bevorzugt federgelagert. Mit anderen Worten sind das Oberflächenelement und die erste Lagereinrichtung insbesondere als Feder-Masse-Schwinger ausgebildet. Vorzugsweise ist die Federlagerung auf die Anregungsfrequenz der Bewegungseinrichtung abgestimmt. Bei einer Feder handelt es sich bevorzugt um ein Bauteil, welches insbesondere aus Metall gebildet und/oder elastische verformbar ausgebildet ist. Die Federlagerung gewährleistet eine besonders zuverlässige und dennoch eine bewegliche Lagerung des Oberflächenelements.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die zweite Lagereinrichtung zumindest ein drittes elastisches Element auf, welches als Feder ausgebildet ist. Insbesondere ist die zweite Lagereinrichtung als Federlagerung ausgebildet. Mit anderen Worten ist die Bewegungseinrichtung federgelagert. Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass die zweite Lagereinrichtung zwei oder mehr elastische Elemente aufweist. Alternativ kann die zweite Lagereinrichtung eine Feder und ein Loslager aufweisen. Dabei kann das Loslager, welches eine Bewegung des ersten Aktors parallel zu dem Tragelement ermöglicht oder zulässt, zwischen dem ersten Aktor und dem Tragelement angeordnet sein. Zusätzlich kann die Feder die Position des ersten Aktors fixieren und sich parallel zu dem Tragelement erstrecken. Dadurch kann sich bei einer Kraftbeaufschlagung des ersten Aktors der erste Aktor parallel zum Tragelement bewegen. Dabei wird insbesondere die Feder zusammengedrückt. Damit der erste Aktor wieder in die ursprüngliche Position zurückkehren kann, dehnt sich die Feder nach der Kraftbeaufschlagung wieder aus. Die Federlagerung gewährleistet eine besonders zuverlässige und dennoch Kräfte kompensierende Lagerung der Bewegungseinrichtung oder des ersten Aktors.
Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass wenn das das erste elastische Element und das zweite elastische Element und das dritte elastische Element als Feder ausgeführt sind, das erste elastische Element und das zweite elastische Element eine geringere Federsteifigkeit oder Federkonstante aufweisen als das dritte elastische Element. Die Federsteifigkeit verbindet die Auslenkung einer Feder mit der daraus resultierenden Kraft.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Bedienvorrichtung ein erstes Dämpfungselement umfasst, wobei das erste Dämpfungselement zwischen der Rückseite des Oberflächenelements und dem Tragelement angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, die Bewegung des Oberflächenelements zu dämpfen. Bevorzugt ist das erste Dämpfungselement mit der Rückseite des Oberflächenelements und dem Tragelement, insbesondere direkt, gekoppelt. Das erste Dämpfungselement ist bevorzugt aus einem elastischen Material, insbesondere einem Elastomer, gebildet. Beispielsweise kann es sich bei dem Elastomer um Gummi handeln. Besonders bevorzugt ist das erste Dämpfungselement zwischen dem ersten elastischen Element und dem zweiten elastischen Element der ersten Lagereinrichtung, insbesondere parallel zu dem ersten elastischen Element und dem zweiten elastischen Element, angeordnet. Beispielsweise ist das erste Dämpfungselement als Schwingungsdämpfer ausgebildet. Ein Schwingungsdämpfer ist zur Dämpfung von mechanischen Schwingungen eingerichtet. Durch das erste Dämpfungselement kann die Stabilität der Bedienvorrichtung erhöht werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Bedienvorrichtung ein zweites Dämpfungselement umfasst, wobei das zweite Dämpfungselement zwischen dem Tragelement und der Bewegungseinrichtung, insbesondere dem ersten Aktor, angeordnet ist, wobei das zweite Dämpfungselement dazu eingerichtet ist, eine Bewegung der Bewegungseinrichtung relativ zu dem Tragelement zu dämpfen. Bevorzugt ist das zweite Dämpfungselement mit der Bewegungseinrichtung, insbesondere dem ersten Aktor, und dem Tragelement, insbesondere direkt, gekoppelt. Beispielsweise ist das zweite Dämpfungselement als Schwingungsdämpfer ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das zweite Dämpfungselement aus einem elastischen Material, insbesondere aus einem Elastomer, gebildet. Beispielsweise kann es sich bei dem Elastomer um Gummi handeln. Das zweite Dämpfungselement dient zum einen der Lagerung der Bewegungseinrichtung und reguliert die durch die Bewegung des Oberflächenelements hervorgerufene Schwingung der Bewegungseinrichtung, insbesondere des ersten Aktors.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Bedienvorrichtung ein zweites Bewegungselement umfasst, welches zwischen der Rückseite des Oberflächenelements und dem Tragelement über eine dritte Lagereinrichtung mit dem Tragelement gekoppelt und derart angeordnet ist, dass der erste Aktor zwischen dem Bewegungselement und dem zweiten Bewegungselement angeordnet ist und der erste Aktor eine auf das zweite Bewegungselement zu dem Bewegungselement wirkende entgegengesetzte Kraft ausübt. Bevorzugt ist das zweite Bewegungselement aus Ferrit oder Eisen gebildet. In vorteilhafter Weise weist die dritte Lagereinrichtung zumindest ein viertes elastisches Element auf. Bevorzugt ist das vierte elastische Element als Feder ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann die dritte Lagereinrichtung auch mehr als ein elastisches Element, beispielsweise zwei oder vier elastische Elemente aufweisen. Insbesondere ist die dritte Lagereinrichtung als Federlagerung ausgebildet. Mit anderen Worten ist das zweite Bewegungselement bevorzugt federgelagert. Mit anderen Worten sind das zweite Bewegungselement und die dritte Lagereinrichtung insbesondere als Feder-Masse-Schwinger ausgebildet. Vorzugsweise ist die Federlagerung auf die Anregungsfrequenz der Bewegungseinrichtung abgestimmt.
Der erste Aktor ist dazu eingerichtet, auf das Bewegungselement und das zweite Bewegungselement eine Kraft auszuüben. Beispielsweise ist der erste Aktor dazu eingerichtet, eine Anziehungskraft oder Reluktanzkraft auf das Bewegungselement und das zweite Bewegungselement auszuüben. Durch die Anordnung des ersten Aktors zwischen den beiden Bewegungselementen - dem Bewegungselement und dem zweiten Bewegungselement - bewegen sich die beiden Bewegungselemente durch die Anziehungskraft des Aktors aufeinander zu.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Bewegungseinrichtung einen ersten Aktor und einen zweiten Aktor aufweist. Dabei kann dem ersten Aktor das Bewegungselement und dem zweiten Aktor das zweite Bewegungselement zugeordnet sein. Der erste Aktor und der zweite Aktor sind dabei bevorzugt zwischen der Rückseite des Oberflächenelements und dem Tragelement angeordnet. Dabei können der erste Aktor und der zweite Aktor derart zwischen der Rückseite des Oberflächenelements und dem Tragelement angeordnet sein, dass der erste Aktor und der zweite Aktor zwischen dem Bewegungselement und dem zweiten Bewegungselement angeordnet sind. Der erste Aktor ist dazu eingerichtet, eine Kraft auf das Bewegungselement auszuüben. Der zweite Aktor ist bevorzugt dazu eingerichtet, eine zu der auf das Bewegungselement ausgeübte Kraft entgegengesetzte Kraft auf das zweite Bewegungselement auszuüben. Der zweite Aktor und das zweite Bewegungselement sind dazu eingerichtet ist, gleichzeitig eine durch den ersten Aktor und dem ersten Bewegungselement ausgeübte entgegengesetzte Kraft, insbesondere auf das Tragelement, auszuüben. Bei der Anziehung des zweiten Bewegungselements wird insbesondere eine zur der auf das zweite Bewegungselement entgegengesetzte Kraft auf das Tragelement ausgeübt.
In vorteilhafter Weise umfasst die Bewegungseinrichtung einen zweiten Aktor, wobei der zweite Aktor zwischen der Rückseite des Oberflächenelements und dem Tragelement derart angeordnet ist, dass das Bewegungselement zwischen dem ersten Aktor und dem zweiten Aktor angeordnet ist, wobei der zweite Aktor dazu eingerichtet ist, eine durch den ersten Aktor ausgeübte entgegengesetzte Kraft auf das Bewegungselement auszuüben. Bevorzugt ist der zweite Aktor analog zum ersten Aktor ausgebildet. Beispielsweise können beide Aktoren jeweils als elektromagnetischer Aktor ausgebildet sein. Durch die zwei Aktoren ergibt sich der Vorteil, dass die Bewegung des Oberflächenelements durch die zwei Aktoren besonders zuverlässig gesteuert werden kann. Durch die zwei Wirkrichtungen, welche durch die Kräfte der beiden Aktoren ausgeübt werden, ist eine gezielte Dämpfung und Regelung der Bewegung des Oberflächenelements möglich.
Zu der Erfindung gehört ferner ein Kraftfahrzeug mit einer Bedienvorrichtung. Die Bedienvorrichtung ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung. Das Kraftfahrzeug kann bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgestaltet sein.
Die für die erfindungsgemäße Bedienvorrichtung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Bedienvorrichtung mit einem Oberflächenelement, einem Tragelement, einer ersten Lagereinrichtung, einer zweiten Lagereinrichtung und einer Bewegungseinrichtung in einer Querschnittsansicht;
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Bedienvorrichtung mit dem Oberflächenelement, dem Tragelement, der ersten Lagereinrichtung, der zweiten Lagereinrichtung und der Bewegungseinrichtung in einer Querschnittsansicht; und
3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Bedienvorrichtung mit dem Oberflächenelement, dem Tragelement, der ersten Lagereinrichtung, der zweiten Lagereinrichtung und der Bewegungseinrichtung in einer Querschnittsansicht.

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer Querschnittsansicht eine Bedienvorrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug. Die Bedienvorrichtung 10 umfasst ein Oberflächenelement 12, ein Tragelement 14, eine Bewegungseinrichtung 16, eine erste Lagereinrichtung 18 und eine zweite Lagereinrichtung 20.
Bei dem Oberflächenelement 12 kann es sich beispielsweise um einen Bildschirm oder einen Touchscreen der Bedienvorrichtung 10 handeln. Führt ein Nutzer 22 der Bedienvorrichtung 10 beispielsweise eine Bedienhandlung an einer Bedienoberfläche 24 des Oberflächenelement 12 aus, so erhält der Nutzer 22 eine haptische Rückmeldung. Bei der haptischen Rückmeldung bewegt sich das Oberflächenelement 12 in Richtung der Pfeile 26 in einer Ebene der Bedienoberfläche 24 des Oberflächenelements 12 hin und her.
Das Oberflächenelement 12 ist über die erste Lagereinrichtung 18 mit dem Tragelement 14 gekoppelt. Das Tragelement 14 ist dazu eingerichtet, das Oberflächenelement 12 über die erste Lagereinrichtung 18 abzustützen. Die erste Lagereinrichtung 18 ist dazu eingerichtet, das Oberflächenelement 12 beweglich zu lagern. Die erste Lagereinrichtung 18 ist dabei zwischen einer Rückseite 25 des Oberflächenelements 12 und dem Tragelement 14 angeordnet.
Die erste Lagereinrichtung 18 umfasst ein erstes elastisches Element 28 und ein zweites elastisches Element 30. Bevorzugt kann die erste Lagereinrichtung 18 auch mehr als zwei elastische Elemente, beispielsweise drei oder vier elastische Elemente, umfassen. Das erste elastische Element 28 ist an der Rückseite 25 des Oberflächenelements 12 an einem ersten Rand 32 angeordnet. Das zweite elastische Element 30 ist an einem dem ersten Rand 32 gegenüberliegenden zweiten Rand 34 an der Rückseite 25 zwischen dem Oberflächenelement 12 und dem Tragelement 14 angeordnet. Mit anderen Worten ist das erste elastische Element 28 an der Rückseite 25 an einem ersten Randbereich des Oberflächenelement 12 und das zweite elastische Element an der Rückseite 25 des Oberflächenelements 12 an einem zweiten Randbereich des Oberflächenelement 12 angeordnet. Das erste elastische Element 28 und das zweite elastische Element 30 können beispielsweise als Feder, welche insbesondere aus einem metallischen Material gebildet ist, ausgebildet sein. Insbesondere ist die erste Lagereinrichtung 18 als Federlager ausgebildet.
Damit das Oberflächenelement 12 nur begrenzt bei der Bewegung hin und her schwingt, ist zwischen der Rückseite 25 des Oberflächenelements 12 und dem Tragelement 14 ein erstes Dämpfungselement 36 angeordnet. Bevorzugt sind das Oberflächenelement 12 und das Tragelement 14 über das erste Dämpfungselement 36 miteinander gekoppelt. Das erste Dämpfungselement 36 ist dazu eingerichtet, die Bewegung des Oberflächenelements 12 zu dämpfen. Beispielsweise ist das erste Dämpfungselement 36 dabei als Schwingungsdämpfer ausgebildet. Bevorzugt ist das erste Dämpfungselement 36 aus einem elastischen Material, insbesondere Gummi, gebildet. Wie 1 zu entnehmen ist, ist das erste Dämpfungselement 36 parallel zu und zwischen dem ersten elastischen Element 28 und dem zweiten elastischen Element 30 angeordnet.
Damit die Bedienvorrichtung 10 bei der Bedienung durch den Nutzer 22 eine haptische Rückmeldung an den Nutzer 22 ausgeben kann, weist die Bedienvorrichtung 10 die Bewegungseinrichtung 16 auf. Die Bewegungseinrichtung 16 ist zwischen der Rückseite 25 des Oberflächenelements 12 und dem Tragelement 14 angeordnet. In Abhängigkeit von einem Zustandssignal der Bedienvorrichtung 10 bewegt die Bewegungseinrichtung 16 das Oberflächenelements 12 relativ zu dem Tragelement 14. Dabei verlagert oder verschiebt die Bewegungseinrichtung 16 in der Ebene der Bedienoberfläche 24 das Oberflächenelement 12 parallel zu dem Tragelement 14.
Die Bewegungseinrichtung 16 weist einen ersten Aktor 38 und ein Bewegungselement 40 auf. Das Bewegungselement 40 ist bevorzugt an der Rückseite 25 des Oberflächenelements 12 angebracht oder gehalten. Besonders bevorzugt ist das Bewegungselement 40 mittig zwischen dem ersten elastischen Element 28 und dem zweiten elastischen Element 30 oder mittig an der Rückseite 25 des Oberflächenelements 12 angeordnet. In einem vorbestimmten Abstand zu dem Bewegungselement 40 ist der erste Aktor 38 an dem Tragelement 14 angeordnet. Der erste Aktor 38 ist dazu eingerichtet, zum Bewegen des Oberflächenelements 12 eine Kraft auf das Bewegungselement 40, welches mit dem Oberflächenelement 12 direkt gekoppelt ist, auszuüben. Beispielsweise ist der erste Aktor 38 als elektromagnetischer Aktor ausgebildet. Dazu kann der elektromagnetischer Aktor einen Magneten 42 mit einer Spule 44 aufweisen. Damit der elektromagnetische Aktor eine Kraft auf das Bewegungselement 40 ausüben kann, ist das Bewegungselement 40 aus Eisen oder einem ferrimagnetischen Material gebildet. Im Betrieb des elektromagnetischen Aktors wird die Spule 44 bestromt, wodurch ein magnetisches Feld erzeugt wird. Dieses magnetische Feld durchläuft den Magneten 42 und das Bewegungselement 40, wodurch das Bewegungselement 40 durch den Magneten 42 angezogen wird. Dadurch bewegt sich das Oberflächenelement 12 in Richtung des erste Aktors 38. Wird die Spule 44 nicht weiter bestromt, bewegt sich das Oberflächenelement 12 in die entgegengesetzte Richtung, also von dem ersten Aktor 38 weg. Die Bewegungseinrichtung 16 oder der erste Aktor wird bevorzugt durch eine Steuereinrichtung (in Figuren nicht gezeigt) der Bedienvorrichtung 10, welche das Zustandssignal ausgibt, angesteuert. Wird also der erste Aktor 38 mittels des Zustandssignals angesteuert, so wird die Spule des Magneten beispielsweise bestromt und das Bewegungselement 40 angezogen.
Bei der Anziehung des Bewegungselements 40 kommt es zu einem Impulseintrag über den ersten Aktor 38 auf das Tragelement 14. Um diesen Impulseintrag zu reduzieren, ist der ersten Aktor 38 mittels der zweiten Lagereinrichtung 20 an dem Tragelement 14 gelagert. Weiterhin dient das Gewicht des ersten Aktors 38 als Tilger des Impulses. Das Gewicht oder die Masse des ersten Aktors 38 kann weiter durch eine zusätzliches Element 57, welches eine vorbestimmte Masse oder ein vorbestimmtes Gewicht aufweist, erhöht werden. Dabei kann der erste Aktor 38 auf dem zusätzlichen Element angeordnet sein. Die zweite Lagereinrichtung 20 weist zwei weitere elastische Elemente - drittes elastisches Element 46 und viertes elastisches Element 48 - auf. Die zweite Lagereinrichtung 20 ist dazu eingerichtet, die Bewegungseinrichtung 16 beziehungsweise den ersten Aktor 38 bei einer Bewegung des Oberflächenelements 12 zumindest einen vorgebbaren Anteil einer auf die Bewegungseinrichtung tun 16 einwirkenden Kraft aufzunehmen. Mit anderen Worten wird bei einer Bewegung des Oberflächenelements 12 eine auf die Bewegungseinrichtung 16 oder auf den ersten Aktor 38 einwirkende Kraft auf das Tragelement, insbesondere weitestgehend, unterbunden. Bevorzugt ist die zweite Lagereinrichtung 20 als Federlagerung ausgebildet. Dazu können das dritte elastische Element 46 das vierte elastische Element 48 als Feder, insbesondere als metallische Feder, ausgebildet sein.
Damit der erste Aktor 38 beziehungsweise die Bewegungseinrichtung 16 nur begrenzt einer Bewegung hin und her schwingt, ist zwischen dem ersten Aktor 38 und dem Tragelement 14 ein zweites Dämpfungselement 50 angeordnet. Bevorzugt sind der erste Aktor 38 und das Tragelement 14 über das zweite Dämpfungselement 50 miteinander gekoppelt. Das zweite Dämpfungselement 50 ist dazu eingerichtet, die Bewegung des ersten Aktor 38 zu dämpfen. Beispielsweise ist das zweite Dämpfungselement 50 dabei als Schwingungsdämpfer ausgebildet. Bevorzugt ist das zweite Dämpfungselement 50 aus einem elastischen Material, insbesondere Gummi, gebildet. Wie 1 zu entnehmen ist, ist das zweite Dämpfungselement 50 parallel zwischen dem dritten elastischen Element 46 und dem vierten elastischen Element 48 angeordnet.
In 2 ist eine weitere Ausführungsform der Bedienvorrichtung 10 in einer Querschnittsansicht gezeigt. Im Gegensatz zu der in 1 gezeigt Ausführungsform weist die Bewegungseinrichtung 16 einen zweiten Aktor 39 auf. Der zweite Aktor 39 ist zwischen der Rückseite 25 des Oberflächenelements 12 und dem Tragelement 14 derart angeordnet, dass das Bewegungselement 40 zwischen dem ersten Aktor 38 und dem zweiten Aktor 39, welche insbesondere in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, angeordnet ist. Der zweite Aktor 39 ist dazu eingerichtet, eine durch den ersten Aktor 38 ausgeübte entgegengesetzte Kraft auf das Bewegungselement 40 auszuüben. Der erste Aktor 38 und der zweite Aktor 39 sind dabei über ein Verbindungselement 52 miteinander gekoppelt. Das Verbindungselement 52 kann beispielsweise als Platte ausgebildet sein, auf welcher der erste Aktor 38 und der zweite Aktor 39 angeordnet sind. Bevorzugt ist der zweite Aktor 39 analog zum ersten Aktor 38 ausgebildet. Beispielsweise können beide Aktoren 38, 39 als elektromagnetischer Aktor ausgebildet sein. Die zweite Lagereinrichtung 20 ist dazu eingerichtet, den ersten Aktor 38 und den zweiten Aktor 39 zu lagern. Dabei ist die zweite Lagereinrichtung 20 zwischen dem Verbindungselement 52 und dem Tragelement 14 angeordnet.
Weiterhin dient auch hier das Gewicht des ersten Aktors 38 und des zweiten Aktors 39 als Tilger des Impulses. Das Gewicht oder die Masse des ersten Aktors 38 und des zweiten Aktors 39 kann weiter das zusätzliche Element 57, welches eine vorbestimmte Masse oder ein vorbestimmtes Gewicht aufweist, erhöht werden. Dabei kann das zusätzliche Element 57 an dem Verbindungselement 52, insbesondere an einer dem Tragelement 14 zugeordneten Seite des Verbindungselements 52, angeordnet sein.
In 3 ist eine weitere Ausführungsform der Bedienvorrichtung 10 in einer Querschnittansicht gezeigt. Im Gegensatz zu der in 2 gezeigt Ausführungsform der Bedienvorrichtung 10 ist das Bewegungselement 40 nicht zwischen dem ersten Aktor 38 und dem zweiten Aktor 39 angeordnet. Das Bewegungselement 40 ist zwischen dem ersten elastischen Element 28 der ersten Lagereinrichtung 18 und dem ersten Aktor 38 angeordnet. Auch hier sind der erste Aktor 38 und der zweite Aktor 39 an dem Verbindungselement 52 angeordnet. Mit anderen Worten stützt das Verbindungselement 52 den ersten Aktor 38 und den zweiten Aktor 39 ab. Im Gegensatz zu der in 2 gezeigten Ausführungsform der Bedienvorrichtung 10 weist die Bedienvorrichtung 10 in 3 ein zweites Bewegungselement 54 auf, welches über eine dritte Lagereinrichtung 56 mit dem Tragelement 14 gekoppelt ist. Dabei ist das erste. Bewegungselement dem ersten Aktor 38 zugeordnet und das zweite Bewegungselement 54 dem zweiten Aktor 39 zugeordnet.
Der erste Aktor 38 ist dazu eingerichtet, eine Kraft auf das erste Bewegungselement 40 auszuüben. Der zweite Aktor 39 ist dazu eingerichtet, eine zu der auf das erste Bewegungselement 40 ausgeübte Kraft entgegengesetzte Kraft auf das zweite Bewegungselement 54 auszuüben. Der zweite Aktor 39 und das zweite Bewegungselement 54 sind dazu eingerichtet ist, gleichzeitig eine durch den ersten Aktor 38 und dem ersten Bewegungselement 40 ausgeübte entgegengesetzte Kraft, insbesondere auf das Tragelement 14, auszuüben.
Die beiden Aktoren 38,39 sind dazu eingerichtet, auf das erste Bewegungselement 40 und das zweite Bewegungselement 54 eine Kraft auszuüben. Beispielsweise ist der erste Aktor 38, insbesondere als elektromagnetischer Aktor, dazu eingerichtet, eine Anziehungskraft oder Reluktanzkraft auf das erste Bewegungselement 40 und der zweite Aktor 39, insbesondere als elektromagnetischer Aktor, eine Anziehungskraft oder Reluktanzkraft das zweite Bewegungselement 54 auszuüben. Durch die Anordnung der beiden Aktoren 38,39 zwischen den beiden Bewegungselementen - dem ersten Bewegungselement 40 und dem zweiten Bewegungselement 54 - bewegen sich die beiden Bewegungselemente 40,54 durch die Anziehungskraft der beiden Aktoren 38,39 aufeinander zu.
Insgesamt ist durch die Erfindung ein federgelagerter Aktor für eine Bedienvorrichtung, insbesondere ein Force Feedback System, beschrieben.
Zur Unterstützung der Bedienung von Bedienvorrichtungen, wie beispielsweise Touchscreens oder Touchpads, wird häufig ein Force Feedback eingesetzt. D.h., der Nutzer bekommt eine haptische Rückmeldung bei der Bedienung. Bei der Berührung bzw. bei der Betätigung wird der Bildschirm oder das Oberflächenelement mechanisch leicht beschleunigt. Mit anderen Worten wird der Bildschirm zur Vibration angeregt, um eine haptische Rückmeldung zu erzielen. Bei der Beschleunigung des Bildschirms entsteht ein mechanischer Impuls. Dieser mechanischer Impuls wird von einem Aktor erzeugt. Der Aktor kann zum Beispiel ein Elektromagnet sein. In der Regel ist der Aktor fahrzeugseitig befestigt und wirkt auf den Bildschirm.
Der Aktor, insbesondere der erste Aktor, ist fahrzeugseitig befestigt und zieht den Bildschirm oder das Oberflächenelement an. Dadurch entsteht eine Bewegung des Bildschirms oder des Oberflächenelements. Der Aktor stößt sich also am Fahrzeug ab, um das den Bildschirm oder das Oberflächenelement zu bewegen. Damit wird erstens der gewünschte Impuls im Bildschirm oder im Oberflächenelement erzeugt aber zweitens auch ein unerwünschter Impuls in das Fahrzeug eingeleitet. Dieser Impuls führt zu einem Körperschall eintragen einer unangenehmen Schwingung im Fahrzeug. Diese Vibration kann zum Beispiel im Gangwahlhebel, der Armauflage dem Lenkrad negativ wahrgenommen werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Aktor auf einem Federsystem gelagert. Weiterhin ist eine Dämpfung, insbesondere mittels des zweiten Dämpfungselements, vorteilhaft. Diese Dämpfung kann Bestandteil der Federung sein oder elektrisch und/oder magnetisch erfolgen. Der Impuls der im Aktor entsteht wird über die Federn des Federsystems zum Fahrzeug hin isoliert bzw. gedämpft. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine Auslegung mit einem Aktor mit zwei Wirkrichtungen von Vorteil, um eine gezielte Dämpfung und Regelung vornehmen zu können.
Der Aktor ist gefedert gegenüber dem Fahrzeug aufgehangen. Dieses kann über Federn oder Elastomere als zweite Lagereinrichtung, erfolgen. Die Federn sind in geeigneter Form so auszulegen, dass im Zusammenspiel mit den Federn, d.h. die erste Lagereinrichtung, des Bildschirms oder des Oberflächenelements eine größtmögliche Tilgung des Impulses auftritt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2006/124873 A1 [0003]
DE 112011101553 T5 [0004]
EP 1560102 A2 [0005]

Claims

Bedienvorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug umfassend: -ein Oberflächenelement (12) mit einer Bedienoberfläche (24) und einer der Bedienoberfläche (24) gegenüberliegenden Rückseite (25); -ein Tragelement (14), wobei das Oberflächenelement (12) über eine erste Lagereinrichtung (18) mit dem Tragelement (14) gekoppelt ist, wobei - die erste Lagereinrichtung (18), ferner dazu eingerichtet ist, das Oberflächenelement (12) beweglich zu lagern; und -eine Bewegungseinrichtung (16), wobei die Bewegungseinrichtung (16) zwischen der Rückseite (25) des Oberflächenelements (12) und dem Tragelement (14) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem Zustandssignal der Bedienvorrichtung (10) das Oberflächenelement (12) relativ zu dem Tragelement (14) zu bewegen; dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienvorrichtung (10) eine zweite Lagereinrichtung (20) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, die Bewegungseinrichtung (16) zu lagern und bei einer Bewegung des Oberflächenelements (12) zumindest einen vorgebbaren Anteil einer auf die Bewegungseinrichtung (16) einwirkenden Kraft aufzunehmen.
Bedienvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungseinrichtung (16) einen ersten Aktor (38) und ein Bewegungselement (40) umfasst, welches an der Rückseite (25) des Oberflächenelements (12) angeordnet ist, wobei zur Bewegung des Oberflächenelements (12), der erste Aktor (38) eine Kraft auf das Bewegungselement (16) ausübt.
Bedienvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aktor (38) als ein elektromagnetischer Aktor oder als ein piezoelektrischer Aktor oder als ein elektrostatischer Aktor oder als ein elektropolymerer Aktor ausgebildet.
Bedienvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lagereinrichtung (20) ein erstes elastisches Element (28) und ein zweites elastisches Element (30) umfasst, wobei das erste elastische Element (28) an einem ersten Rand (32) des Oberflächenelements (12) an der Rückseite (25) des Oberflächenelements (12) und das zweite elastische Element (30) an einem dem ersten Rand (32) gegenüberliegenden zweiten Rand (34) des Oberflächenelements (12) an der Rückseite (25) des Oberflächenelements (12) angeordnet ist.
Bedienvorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elastische Element (28) und das zweite elastische Element (30) als Feder ausgebildet sind.
Bedienvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lagereinrichtung (20) zumindest ein drittes elastisches Element (46) umfasst, welches als Feder ausgebildet ist.
Bedienvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienvorrichtung (10) ein erstes Dämpfungselement (36) umfasst, wobei das erste Dämpfungselement (36) zwischen der Rückseite (25) des Oberflächenelements (12) und dem Tragelement (14) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, die Bewegung des Oberflächenelements (12) zu dämpfen.
Bedienvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienvorrichtung (10) ein zweites Dämpfungselement (50) umfasst, wobei das zweite Dämpfungselement (50) zwischen dem Tragelement (14) und der Bewegungseinrichtung (16) angeordnet ist, wobei das zweite Dämpfungselement (50) dazu eingerichtet ist, eine Bewegung der Bewegungseinrichtung (16) relativ zu dem Tragelement (14) zu dämpfen.
Bedienvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungseinrichtung (16) einen zweiten Aktor (39) umfasst, wobei der zweite Aktor (39) zwischen der Rückseite (25) des Oberflächenelements (12) und dem Tragelement (14) derart angeordnet ist, dass das Bewegungselement (16) zwischen dem ersten Aktor (38) und dem zweiten Aktor (39) angeordnet ist, wobei der zweite Aktor (39) dazu eingerichtet ist, eine durch den ersten Aktor (38) ausgeübte entgegengesetzte Kraft auf das Bewegungselement (16) auszuüben.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienvorrichtung (10) ein zweites Bewegungselement (54) umfasst, welches zwischen der Rückseite (25) des Oberflächenelements (12) und dem Tragelement (14) über eine dritte Lagereinrichtung (56) der Bedienvorrichtung (10) mit dem Tragelement (14) gekoppelt und derart angeordnet ist, dass der erste Aktor (38) zwischen dem Bewegungselement (40) und dem zweiten Bewegungselement (54) angeordnet ist und der erste Aktor (38) eine auf das zweite Bewegungselement (54) zu dem Bewegungselement (40) wirkende entgegengesetzte Kraft ausübt.
Kraftfahrzeug mit einer Bedienvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.