DE102017004148A1

DE102017004148A1 - Bedienvorrichtung, insbesondere in der Art eines Touchpads

Info

Publication number: DE102017004148A1
Application number: DE102017004148.2A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Hartmann; Benjamin Schäfer; Vinko Schoßau; Jörg Reisinger; Jochen Sendler
Original assignee: Marquardt GmbH
Current assignee: Marquardt GmbH
Priority date: 2016-05-06
Filing date: 2017-05-02
Publication date: 2017-11-09
Also published as: WO2017191299A1; KR20190004331A; JP2019516194A; US20190138097A1; JP6966477B2; EP3453113A1; CN109075784A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Bedienfläche (2) zur manuellen Einwirkung mittels eines Elements (5), wobei es sich insbesondere bei dem Element (5) um den Finger einer menschlichen Hand (6) handelt. Ein Sensor wirkt mit der Bedienfläche (2) derart zusammen, dass der Sensor bei Annäherung des Elements (5) an die Bedienfläche (2) und/oder bei Berührung der Bedienfläche (2) mittels des Elements (5) und/oder bei Druckeinwirkung mittels des Elements (5) auf die Bedienfläche (2) ein Signal erzeugt. Das Signal dient zum Schalten und/oder Auslösen einer Funktion in der Art eines Schaltsignals. Weiter steht ein Aktor mit der Bedienfläche (2) in Wirkverbindung, derart dass durch Ansteuerung des Aktors eine Haptik für die Bedienfläche (2) erzeugbar ist. Der Aktor ist elektrisch angetrieben und mittels eines PWM(Pulsweitenmodulations)-Ansteuersignals betreibbar, derart dass die Bedienfläche (2) in vorwählbarer Weise, insbesondere innerhalb eines vorwählbaren Weges und/oder einer vorwählbaren Zeit, bewegbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Bedienvorrichtung lässt sich beispielsweise als Touchpad, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, einsetzen. So kann eine solche Bedienvorrichtung zum Beispiel in der Mittelkonsole eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein und zur Steuerung eines Bildschirms im Kraftfahrzeug verwendet werden. Eine derartige Bedienvorrichtung kann auch als Teil eines Bildschirms in der Art eines Touchscreens Verwendung finden.
Eine solche Bedienvorrichtung weist eine Bedienfläche zur manuellen Einwirkung mittels eines Elements auf. Bei dem Element kann es sich um den Finger einer menschlichen Hand handeln, um so durch entsprechende Einwirkung mittels des Fingers des Benutzers auf der Bedienfläche beispielsweise einen Cursor auf dem Bildschirm zu steuern. Bei dem Element kann es sich jedoch auch um einen Stift handeln. Ein Sensor wirkt mit der Bedienfläche derart zusammen, dass der Sensor bei Annäherung des Elements an die Bedienfläche und/oder bei Berührung der Bedienfläche mittels des Elements und/oder bei Druckeinwirkung mittels des Elements auf die Bedienfläche ein Signal erzeugt. Das Signal dient dann zum Schalten und/oder Auslösen einer Funktion in der Art eines Schaltsignals. Weiterhin steht ein Aktor mit der Bedienfläche in Wirkverbindung, derart dass die Bedienfläche durch Betrieb des Aktors zur Erzeugung einer Haptik für die Bedienfläche bewegbar ist. Mit anderen Worten ist mittels Ansteuerung des Aktors eine taktile Haptik für die Bedienfläche erzeugbar, um dadurch dem Benutzer eine fühlbare Rückmeldung bei dessen Einwirkung auf die Bedienfläche zu bieten.
Allerdings handelt es sich dabei um eine einfache Bewegung der Bedienfläche, so dass die bisherige fühlbare Rückmeldung vom Benutzer oft als nicht genügend bemängelt wird. Außerdem wird der Aktor beispielsweise mit einem Rechtecksignal beziehungsweise mit einem Sprungsignal in der Art eines Ein-Aus-Schaltvorgangs nur zum Anregen einer Schwingung für die Bedienfläche angesteuert, die nach Beenden der Ansteuerung gemäß ihres festen Feder-Masse-Dämpfer-Systems frei ausschwingt und abklingt. Falls gewünscht können dann zusätzlich diskrete mechanische, hydraulische o. dgl. Schwingungsdämpfer zur Dämpfung des Abklingverhaltens der Schwingung eingesetzt werden, was zum Einen wenig flexibel ist und zum Anderen erhöhte Kosten bedingt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bedienvorrichtung derart weiterzuentwickeln, dass die Vielfalt für die Haptik gesteigert und/oder die Funktionalität für die Haptik verbessert ist.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Bedienvorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung ist der Aktor elektrisch angetrieben. Der Aktor ist mittels eines PWM(Pulsweitenmodulations)-Ansteuersignals betreibbar, derart dass die Bedienfläche in vorwählbarer Weise bewegbar ist. Insbesondere ist dadurch die Bedienfläche innerhalb eines vorwählbaren Weges und/oder einer vorwählbaren Zeit und/oder einer vorwählbaren Form bewegbar. In vorteilhafter Weise ist mittels entsprechend gewählter Form und/oder Art des PWM-Ansteuersignals die vom Benutzer jeweils gewünschte taktile Haptik für die Bedienfläche in einfacher Art und Weise erzeugbar. Aufgrund der Vielzahl von erzeugbaren unterschiedlichen Haptiken kann dem Benutzer eine spezifische Rückmeldung entsprechend der jeweiligen Bedienung der Bedienvorrichtung gegeben werden. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einfacher Ausgestaltung kann es sich bei dem elektrisch angetriebenen Aktor um einen Elektromagneten, um einen Elektromotor, um ein Piezo-Element o. dgl. handeln. Wird ein Elektromagnet als Aktor verwendet, so kann es sich anbieten, hierfür einen Hubmagneten zu verwenden, wodurch eine besonders kompakte Ausgestaltung der Bedienvorrichtung erzielbar ist.
Der Aktor dient, wie bereits erwähnt, zur entsprechenden Bewegung der Bedienfläche. Falls gewünscht, kann der Aktor alternativ und/oder zusätzlich zur Verzögerung der Bewegung der Bedienfläche eingesetzt werden. In diesem Fall ist der Aktor mittels des PWM-Ansteuersignals zur vorwählbaren Dämpfung der Bewegung der Bedienfläche betreibbar. Beispielsweise lässt sich dadurch in einfacher Art und Weise ein unerwünschtes Nachschwingen der Bedienfläche am Abschluss der Haptikausgabe verhindern.
Für eine vom Benutzer besonders ergonomisch empfundene taktile Haptik kann die Signalform des PWM-Ansteuersignals eine Frequenzmodulation mit abklingender Signalstärke umfassen. Zur Erzeugung der vorgewählten Bewegung für die Bedienfläche in einfacher Art und Weise können die Parameter des PWM-Ansteuersignals, insbesondere dessen Startfrequenz, Endfrequenz, Intensitätsverlauf, Modulationssignalform o. dgl., variierbar sein. Um eine besonders markante Haptik zu erzeugen, können wenigstens zwei PWM-Ansteuersignale, insbesondere in der Form von frequenzmodulierten Ansteuersignalen, einander überlagert sein. Dadurch können Teile der Bewegung der Bedienfläche, wie deren Anfangsimpuls, Schwingungsdauer, Schwingungsdämpfung o. dgl., verstärkt und/oder abgeschwächt sein.
In einer einfachen sowie kostengünstigen Ausgestaltung kann der Aktor mittels eines Schalt-Transistors mit einer Spannungsquelle zum Betrieb des Aktors elektrisch verbunden sein. Des Weiteren kann eine Steuerschaltung in der Art eines Controllers zur Ansteuerung des Schalt-Transistors mittels des PWM-Ansteuersignals vorgesehen sein. Dadurch ist in vorteilhafter Weise eine elektrisch einfache, funktionssichere sowie kostengünstige PWM-Ansteuerung für den Aktor und/oder den Schalt-Transistor geschaffen.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer, insbesondere für ein Kraftfahrzeug geeigneten, Bedienvorrichtung bereit. Die Bedienvorrichtung weist eine Bedienfläche zur manuellen Einwirkung mittels eines Elements, wobei es sich insbesondere bei dem Element um den Finger einer menschlichen Hand handelt, sowie einen mit der Bedienfläche zusammenwirkenden Sensor auf, derart dass der Sensor bei Annäherung des Elements an die Bedienfläche und/oder bei Berührung der Bedienfläche mittels des Elements und/oder bei Druckeinwirkung mittels des Elements auf die Bedienfläche ein zum Schalten und/oder Auslösen einer Funktion, insbesondere in der Art eines Schaltsignals, dienendes Signal erzeugt. Ein elektrisch angetriebener Aktor steht mit der Bedienfläche in Wirkverbindung, derart dass durch Betrieb des Aktors die Bedienfläche zur Erzeugung einer Haptik für die Bedienfläche bewegt wird. Mit anderen Worten wird durch Ansteuerung des Aktors eine taktile Haptik für die Bedienfläche erzeugt. Der Aktor wird erfindungsgemäß mittels eines von einem Sprungsignal in der Art eines Ein- und/oder Aus-Schaltvorgangs unterschiedlichen Ansteuersignals betrieben. In bevorzugter Weise handelt es sich bei diesem von einem Sprungsignal verschiedenen Ansteuersignal um ein PWM(Pulsweitenmodulations)-Signal, so dass der Aktor mittels eines PWM(Pulsweitenmodulations)-Ansteuersignals betrieben wird. Und zwar derart, dass sich die Bedienfläche in vorwählbarer Weise, insbesondere innerhalb eines vorwählbaren Weges und/oder einer vorwählbaren Zeit und/oder einer vorwählbaren Form, bewegt.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens zum Betreiben der Bedienvorrichtung kann der Aktor mittels des PWM-Ansteuersignals derart betrieben werden, dass die Bedienfläche vorwählbar gedämpft bewegt wird. Ein unerwünschtes Nachschwingen der Bedienfläche nach deren taktilen Rückmeldung kann so wirksam verhindert werden. Des Weiteren können die Parameter für das PWM-Ansteuersignal, insbesondere dessen Startfrequenz, Endfrequenz, Intensitätsverlauf, Modulationssignalform o. dgl., so eingestellt werden, dass die vorgewählte Bewegung der Bedienfläche erzeugt wird. Schließlich können wenigstens zwei PWM-Ansteuersignale, insbesondere in der Form von frequenzmodulierten Ansteuersignalen, einander überlagert werden. Dadurch können in einfacher Art und Weise Teile der Bewegung der Bedienfläche, wie deren Anfangsimpuls, Schwingungsdauer, Schwingungsdämpfung o. dgl., verstärkt und/oder abgeschwächt werden.
Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung ist nachfolgendes festzustellen.
Die beispielsweise der Funktion eines Computer-Mousepads entsprechende Bedienfläche einer Bedienbaugruppe ist mit einer aktiven Haptik zu versehen, um dem Bediener verschiedenartige haptische Ereignisse vermitteln zu können. Das System mit aktiver haptischer Rückmeldung soll eine möglichst impulstreue Wiedergabe der haptischen Rückmeldung, welche beispielsweise einem mechanischen Schalter nahe kommen soll, bieten. Die aktive Haptik wird durch einen elektrisch angetriebenen Aktor, dessen Auslenkung elektrisch steuerbar ist, beispielsweise im konkreten Fall einem Hubmagnet, erzeugt. Es wird somit die Ansteuerung eines elektrisch angetriebenen Aktors zur Erzeugung von haptischen Effekten bereitgestellt.
Die verschiedenartigen haptischen Ereignisse haben unter anderem das Ziel, dem Bediener eine taktile Rückmeldung zu geben. Beispielsweise kann bei dieser Rückmeldung dem Benutzer der Eindruck vermittelt werden, er würde mechanische Bedienelemente betätigen, wie beispielsweise eine klassische Kurzhubtaste betätigen oder ein Computer-Mausrad mit Raststufen drehen.
Je nach gewünschtem Effekt muss dazu die Bedienfläche in ganz bestimmter Weise, innerhalb einer bestimmter Zeit und/oder eines bestimmten Wegs bewegt werden. Die Herausforderung dabei ist, die Bedienfläche als mechanisch konstruktiv vorgegebene Baugruppe mit ihrer spezifischen Eigenschaft als Feder-Masse-Dämpfer-System in sehr kurzer Zeit stark zu beschleunigen und wieder zur Ruhe zu bringen. Dabei sollen Variationen möglich sein, um verschiedene Bewegungsformen darzustellen.
Um die im selben Gerät zu generierenden unterschiedlichen geforderten Bewegungsformen optimal zu erzeugen, würden einfache elektrische Ansteuerungssignale mit einem mechanischen und/oder einem sonstigen diskreten Dämpfer zur Schwingungsdämpfung nicht genügen. Für die optimale Erzeugung der jeweiligen Bewegungsform der Bedienfläche kann daher die Ansteuerung des Aktors auch zur Erzeugung der Dämpfung mitgenutzt werden. Insbesondere können mittels entsprechenden Ansteuersignalformen zur gegenphasigen Ansteuerung des Aktors die mechanischen Schwingungen wirksam bedämpft werden. So kann für jede Bewegungsform die jeweils optimale Dämpfung erzeugt werden.
Der Aktor wird mit verschiedenen PWM-Signalen angesteuert. In einer Erweiterung besteht die erfindungsgemäße Lösung in der besonderen Gestaltung der PWM-Signale, insbesondere indem die Signalform des Aktor-Ansteuersignals einer Frequenzmodulation mit abklingender Signalstärke entspricht. Durch die Anregung mit einer auf die Eigenfrequenzschwingung abgestimmten frequenzmodulierten und/oder bedämpften harmonischen Schwingung kann erreicht werden, dass die Masse des haptischen Systems stark beschleunigt und/oder anschließend stark bedämpft wird. Sämtliche Parameter des Ansteuersignals, insbesondere die Startfrequenz, die Endfrequenz, der Intensitätsverlauf, die Modulationssignalform o. dgl., können zur Darstellung der gewünschten Bewegungsform der Bedienfläche geändert bzw. variiert werden. Zur optimalen und/oder wunschgetreuen Auslegung des haptischen Effekts stehen somit insbesondere die folgenden Optimierungsparameter für das Ansteuersignal zur Verfügung:

– Intensität,
– Dämpfung,
– Ausgangsfrequenz,
– Zielfrequenz,
– Frequenzverlauf.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in Folgendem:

– Es ist keine mechanische Dämpfung für die Bedienfläche erforderlich.
– Mit Hilfe von wenigen Parametern sind vielfältige haptische Effekte einstellbar.
– Es ist eine gute Kontrollmöglichkeit für die haptischen Effekte gegeben.
– Es kann eine elektrisch einfache sowie einen hohen Wirkungsgrad aufweisende PWM-Ansteuerung über einen Schalt-Transistor verwendet werden.
– Das erfindungsgemäße frequenzmodulierte Aktor-Ansteuersignal kann aufgrund seiner frequenzmodulierten Ansteuersignalform direkt als einstellbarer aktiver Schwingungsdämpfer wirken.
– Durch das erfindungsgemäße Ansteuersignal gibt es neue Möglichkeiten zur Gestaltung der Bewegungsform der Bedienfläche, die bisher nicht möglich waren.
– Verschiedene haptische Effekte, beispielsweise zur Simulation eines sogenannten „Force Feedback”, wie sie bereits aus Spielkonsolen bekannt sind, können in einer einzigen Bedienvorrichtung allein über die Ansteuersignalform weitaus differenzierter erzeugt werden, als dies mit bisherigen Ansteuersignalen möglich ist.
– Die erfindungsgemäße Lösung ist kostengünstig, insbesondere weil diese mittels einer rein elektronischen Software-Lösung realisierbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 eine Bedienvorrichtung, die eine Bedienfläche und einen Aktor umfasst, in perspektivischer Ansicht,
2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in 1,
3 schematisch ein Schaltbild für die Ansteuerung des Aktors,
4a eine herkömmliche Ansteuerung für den Aktor (Stand der Technik),
4b ein Zeit-Weg-Diagramm für die Bedienfläche bei Ansteuerung des Aktors gemäß 4a,
5a ein durch ein PWM-Ansteuersignal für den Aktor bewirktes Steuersignal,
5b ein Zeit-Weg-Diagramm für die Bedienfläche bei Betrieb des Aktors mit dem Steuersignal gemäß 5a,
6 bis 8 Steuersignale für den Aktor, bei denen unterschiedliche Parameter gewählt sind,
9 ein PWM-Ansteuersignal mit einem konstanten Gleichanteil und
10 ein PWM-Ansteuersignal mit einem Gleichanteil in Form einer Kosinus-Funktion.
In 1 ist eine Bedienvorrichtung 1 in der Art eines Touchpads zu sehen, die insbesondere für ein Kraftfahrzeug Verwendung findet. Die Bedienvorrichtung 1 weist ein Gehäuse 13 auf, an dessen einen manuell zugänglichen Oberfläche 14 eine Bedienfläche 2 befindlich ist. Der Benutzer kann durch manuelle Einwirkung mittels eines Elements 5 an der Bedienfläche 2 die Bedienvorrichtung 1 bestimmungsgemäß bedienen. Bei dem Element 5 kann es sich um den Finger 5 einer menschlichen Hand 6 handeln, so dass mittels entsprechender Bewegung des Fingers 5 die bestimmungsgemäße Bedienung ermöglicht ist. Beispielsweise kann die Bedienvorrichtung 1 in der Mittelkonsole des Kraftfahrzeugs angeordnet sein und für die Bedienung eines Navigationssystems, eines Bildschirms o. dgl. im Kraftfahrzeug vorgesehen sein. Die Bedienvorrichtung 1 ist mittels eines Steckeranschlusses 15 beispielsweise an ein Bussystem im Kraftfahrzeug anschließbar.
Die Bedienvorrichtung 1 ist mit einem mit der Bedienfläche 2 zusammenwirkenden Sensor 7 versehen, wie in 2 zu sehen ist. Bei dem in 2 beispielhaft und lediglich schematisch eingezeichneten Sensor 7 handelt es sich um einen kapazitiv arbeitenden Sensor. Selbstverständlich kann der Sensor 7 auch mittels Infrarot-Strahlung, mittels des Halleffekts oder mittels sonstigen Sensorprinzipien arbeiten. Der Sensor 7 erzeugt bei Annäherung des Elements 5, hier beispielsweise des Fingers 5 der Hand 6 des Benutzers, an die Bedienfläche 2 und/oder bei Berührung der Bedienfläche 2 mittels des Elements 5 und/oder bei Druckeinwirkung mittels des Elements 5 auf die Bedienfläche 2 ein Signal 4, das über den Steckeranschluss 15 an ein Steuergerät im Kraftfahrzeug weitergeleitet wird. Das Signal 4 dient dann zum Schalten und/oder Auslösen und/oder Anwählen einer Funktion im Kraftfahrzeug, beispielsweise in der Art eines Schaltsignals.
Die Bedienfläche 2 der Bedienvorrichtung 1 ist in Richtung 3 bewegbar im Gehäuse 13 gelagert. Hierfür ist gemäß 1 die Bedienfläche 2 mit einem geringfügigen Spalt 8' zum umlaufenden Randbereich 8 des Gehäuses 13 ausgestaltet. Wie weiter in 2 zu sehen ist, steht ein elektrisch angetriebener Aktor 9 mit der Bedienfläche 2 in Wirkverbindung, derart dass die Bedienfläche 2 mittels des Aktors 9 gemäß dem Richtungspfeil 3 bewegbar ist.
Durch entsprechende Ansteuerung des Aktors 9 ist dann eine taktile Haptik für die Bedienfläche 2 erzeugbar, indem durch Betrieb des Aktors 9 die Bedienfläche 2 dementsprechend bewegt wird. Vorliegend handelt es sich bei dem elektrisch angetriebenen Aktor 9 um einen Elektromagneten, und zwar um einen Hubmagneten, der einen mit einer Rückstellfeder 11 versehenen, auf die Bedienfläche 2 einwirkenden Anker 10 aufweist. Anstelle eines Elektromagneten 9 kann auch ein Elektromotor, ein Piezo-Element o. dgl. als Aktor verwendet werden.
Der Aktor 9 ist mittels eines von einem Sprungsignal unterschiedlichen bzw. verschiedenen Ansteuersignals betreibbar, wobei es sich bei dem Ansteuersignal in vorteilhafter sowie auch bevorzugter Weise um ein elektrisches PWM(Pulsweitenmodulations)-Ansteuersignal 18 (siehe beispielsweise 10) handelt. Hierzu ist der Aktor 9 mittels eines Schalt-Transistors 16 mit einer für den Betrieb des Aktors 9 vorgesehenen elektrischen Spannungsquelle 12 elektrisch verbunden, wie in 3 zu sehen ist. Weiterhin ist eine Steuerschaltung 17 in der Art eines Controllers zur Ansteuerung des Schalt-Transistors 16 mittels des PWM-Ansteuersignals 18 vorgesehen, so dass am Aktor 9 bzw. an der Spule des Elektromagneten 9 ein zum PWM-Ansteuersignal 18 korrespondierendes Steuersignal 18' (siehe beispielsweise 5a) wirkt. Dadurch bewegen sich wiederum der Anker 10 und mit diesem die Bedienfläche 2 korrespondierend zum PWM-Ansteuersignal 18 bzw. zu dem von dem PWM-Ansteuersignal 18 bewirkten Steuersignal 18' (siehe beispielsweise 5b, wo die resultierende Beschleunigung der Bedienfläche 2 dargestellt ist). Und zwar ist die Bedienfläche 2 mittels des entsprechend gewählten PWM-Ansteuersignals 18 in vorwählbarer Weise, insbesondere innerhalb eines vorwählbaren Weges und/oder einer vorwählbaren Zeit und/oder einer vorwählbaren Form in der Art einer Bewegungsform, bewegbar. Des Weiteren kann der Aktor 9 mittels des PWM-Ansteuersignals 18 auch derart betrieben werden, dass eine entsprechend vorwählbare Dämpfung der Bewegung der Bedienfläche 2 erzielbar ist.
In 5a ist beispielhaft ein Steuersignal 18' dargestellt, dessen Signalform eine Frequenzmodulation mit abklingender Signalstärke umfasst. Und zwar zeigt beispielsweise das Steuersignal 18' eine FM(Frequenzmodulation)-Ansteuerung mit einem Abfall von 100 Hz auf 90 Hz, also eine lineare Modulation von einer Ausgangsfrequenz zu einer Zielfrequenz. Wie weiter in 5b zu sehen ist, in der die resultierende Beschleunigung der Bedienfläche 2 dargestellt ist, bewegt sich dabei die Bedienfläche 2 entsprechend zwei Bewegungspulsen 19a, 19b. Dabei tritt anschließend kein Nachschwingen der Bedienfläche 2 auf, wie anhand des weiteren Bewegungsverlaufs 21 erkennbar ist.
Demgegenüber zeigt die bisherige Ansteuerung des Aktors 9 durch einfaches Ein- und Ausschalten von dessen elektrischer Versorgungsspannung bzw. des Spulenstroms für den Elektromagneten 9, also entsprechend einem Sprungsignal 23 bzw. einem Rechtecksignal 23 gemäß 4a, wobei die maximal mögliche Energie in den Aktor 9 eingespeist wird, ein auf die beiden Bewegungspulse 19a, 19b folgendes langes Nachschwingen 20, wie in 4b zu sehen ist. Als nachteilig ist hier festzustellen, dass ein breites unkontrolliertes Frequenzspektrum sowie unkontrolliertes Eigenschwingverhalten (Frequenz und Dämpfung) des haptischen Systems, umfassend die Bedienfläche 2 sowie den Aktor 9, angeregt wird. Dieses haptische System schwingt unkontrolliert aus, was unerwünscht ist und im ungünstigsten Falle zu Vibrationen und Nebengeräuschen führt. Die Dämpfung dieses herkömmlichen haptischen Systems basiert daher rein auf dessen mechanischer Auslegung.
Zur Erzeugung der jeweiligen vorgewählten Bewegung für die Bedienfläche 2 können die Parameter des Steuersignals 18' bzw. des PWM-Ansteuersignals 18 entsprechend variiert werden. Bei diesen Parameter handelt es sich insbesondere um die Startfrequenz, die Endfrequenz, den Intensitätsverlauf, die Modulationssignalform o. dgl. des Steuersignals 18' bzw. des PWM-Ansteuersignals 18. Beispiele für derartige Steuersignale 18' sind in den 6 bis 8 zu sehen. So zeigt die 6 ein Steuersignal 18' mit Frequenzmodulation, und zwar mit einer linearen Modulation von einer Ausgangsfrequenz zu einer Zielfrequenz. In 7 ist ein Steuersignal 18' in der Art einer bedämpften Schwingung mit einer nicht frequenzmodulierten Ansteuerung sowie einer exponentiellen Dämpfung dargestellt. Dabei ist eine höhere Ausgangsfrequenz als diejenige gemäß 6 gewählt. In 8 ist ein Steuersignal 18' in der Art einer bedämpften Frequenzmodulation zu sehen, wobei das Ssteuersignal 18' aus der Kombination einer frequenzmodulierten Ansteuerung mit exponentieller Dämpfung besteht. Ausgangs- und Ziel-Frequenz entsprechen hierbei den Parameter aus 6.
Bei entsprechend kombinierten sowie optimierten Parameter kann erreicht werden, dass die Masse des haptischen Systems, umfassend die Bedienfläche 2 sowie den Aktor 9, optimal beschleunigt und anschließend wieder schnell zur Ruhe gebracht werden kann, wobei eine Unterdrückung von Vibrationen und Nachschwingungen erfolgt. Beispielsweise kann ein solches Steuersignal 18' aus einer bedämpften und frequenzmodulierten Ansteuerung bestehen. Schließlich können auch zwei und/oder mehrere Steuersignale 18' bzw. PWM-Ansteuersignale 18, und zwar insbesondere frequenzmodulierte Ansteuersignale, einander überlagert werden. Dadurch lassen sich Teile der Bewegung der Bedienfläche 2, wie deren Anfangsimpuls, Schwingungsdauer, Schwingungsdämpfung o. dgl., gezielt verstärken und/oder abschwächen.
Das PWM-Ansteuersignal 18 zur Erzeugung des Steuersignals 18' bewirkt eine intensitätsvariable Ansteuerung für die Spule des Elektromagneten 9, wobei die Intensität durch das Tastverhältnis des PWM-Signals 18 gesteuert wird. Die Spule des Elektromagneten 9 bildet einen Tiefpass, der das PWM-Signal 18 glättet, so dass ein entsprechender Gleichanteil 22 entsteht, wobei der Gleichanteil 22 wiederum als Steuersignal 18' zum Betrieb des Elektromagneten 9 dient. Ein Beispiel für solch ein PWM-Signal 18 mit einem Gleichanteil 22 nach der Tiefpassfilterung ist in 9 gezeigt. Es handelt sich hier um ein PWM-Signal 18 mit einem Tastverhältnis von 16,6%, womit ein zeitlich konstanter Gleichanteil 22 mit einer Intensität von 16,6% für die Ansteuerung des Aktors 9 entsteht. In 10 ist als weiteres Beispiel ein PWM-Signal 18 mit einer Tastverhältnisverteilung in Form einer Kosinus-Funktion zu sehen. Dadurch wird ein Gleichanteil 22 als Steuersignal 18' zur Ansteuerung des Aktors 9 mit einer Intensität erzeugt, die zeitlich die Form einer Kosinus-Funktion besitzt. Der zeitliche Bewegungsablauf der mit dem Aktor 9 gekoppelten Bedienfläche 2 korrespondiert wiederum zum Intensitätsverlauf des Gleichanteils 22 und/oder zur Frequenzmodulation.
Zusammenfassend ist somit zu festzustellen, dass die Bedienvorrichtung 1 wie folgt betrieben wird. Der mit der Bedienfläche 2 in Wirkverbindung stehende Aktor 9 wird elektrisch angetrieben. Des Weiteren wird der Aktor 9 mittels eines von einem Sprung- bzw. Rechtecksignal 23 unterschiedlichen Ansteuersignals, insbesondere mittels eines PWM(Pulsweitenmodulations)-Ansteuersignals 18, betrieben, derart dass sich die Bedienfläche 2 in vorwählbarer Weise, insbesondere innerhalb eines vorwählbaren Weges und/oder einer vorwählbaren Zeit und/oder einer vorwählbaren Bewegungsform, zur Erzeugung einer taktilen Haptik für die Bedienfläche 2 bewegt.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann die erfindungsgemäße Bedienvorrichtung 1 nicht nur als Touchpad für Kraftfahrzeuge sondern auch als Pad und/oder Screen in Computer sowie in Hausgeräten, Audiogeräten, Videogeräten, Telekommunikationsgeräten, Spielekonsolen o. dgl. eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Bedienvorrichtung
2: Bedienfläche
3: Richtung/Richtungspfeil
4: Signal
5: Element/Finger
6: Hand
7: Sensor
8: Randbereich
8': Spalt
9: Aktor/Elektromagnet
10: Anker (von Elektromagnet)
11: Rückstellfeder (von Elektromagnet)
12: Spannungsquelle
13: Gehäuse (von Bedienvorrichtung)
14: Oberfläche (von Gehäuse)
15: Steckeranschluss (am Gehäuse)
16: Schalt-Transistor
17: Steuerschaltung
18: PWM-Ansteuersignal/PWM-Signal
18': Steuersignal
19a, b: Bewegungspuls
20: Nachschwingen (Stand der Technik)
21: Bewegungsverlauf
22: Gleichanteil (von PWM-Signal)
23: Sprungsignal/Rechtecksignal (Stand der Technik)

Claims

Bedienvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Bedienfläche (2) zur manuellen Einwirkung mittels eines Elements (5), wobei es sich insbesondere bei dem Element (5) um den Finger einer menschlichen Hand (6) handelt, mit einem mit der Bedienfläche (2) derart zusammenwirkenden Sensor (7), dass der Sensor (7) bei Annäherung des Elements (5) an die Bedienfläche (2) und/oder bei Berührung der Bedienfläche (2) mittels des Elements (5) und/oder bei Druckeinwirkung mittels des Elements (5) auf die Bedienfläche (2) ein Signal (4) erzeugt, wobei das Signal (4) zum Schalten und/oder Auslösen einer Funktion, insbesondere in der Art eines Schaltsignals, dient, und wobei ein Aktor (9) mit der Bedienfläche (2) in Wirkverbindung steht, derart dass durch Betrieb des Aktors (9) die Bedienfläche (2) zur Erzeugung einer Haptik für die Bedienfläche (2) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (9) elektrisch angetrieben ist, und dass der Aktor (9) mittels eines PWM(Pulsweitenmodulations)-Ansteuersignals (18) betreibbar ist, derart dass die Bedienfläche (2) in vorwählbarer Weise, insbesondere innerhalb eines vorwählbaren Weges und/oder einer vorwählbaren Zeit und/oder einer vorwählbaren Form, bewegbar ist.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem elektrisch angetriebenen Aktor (9) um einen Elektromagneten, insbesondere um einen Hubmagneten, um einen Elektromotor, um ein Piezo-Element o. dgl. handelt.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (9) mittels des PWM-Ansteuersignals (18) zur vorwählbaren Dämpfung der Bewegung der Bedienfläche (2) betreibbar ist.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalform des PWM-Ansteuersignals (18) eine Frequenzmodulation mit abklingender Signalstärke umfasst.
Bedienvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter des PWM-Ansteuersignals (18), insbesondere dessen Startfrequenz, Endfrequenz, Intensitätsverlauf, Modulationssignalform o. dgl., zur Erzeugung der vorgewählten Bewegung der Bedienfläche (2) variierbar sind.
Bedienvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei PWM-Ansteuersignale (18), insbesondere in der Form von frequenzmodulierten Ansteuersignalen, einander überlagert sind, derart dass Teile der Bewegung der Bedienfläche (2), wie deren Anfangsimpuls, Schwingungsdauer, Schwingungsdämpfung o. dgl., verstärkt und/oder abgeschwächt sind.
Bedienvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (9) mittels eines Schalt-Transistors (16) mit einer Spannungsquelle (12) zum Betrieb des Aktors (9) elektrisch verbunden ist, und dass vorzugsweise eine Steuerschaltung (17) in der Art eines Controllers zur Ansteuerung des Schalt-Transistors (16) mittels des PWM-Ansteuersignals (18) vorgesehen ist.
Verfahren zum Betreiben einer Bedienvorrichtung (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Bedienfläche (2) zur manuellen Einwirkung mittels eines Elements (5), wobei es sich insbesondere bei dem Element (5) um den Finger einer menschlichen Hand (6) handelt, mit einem mit der Bedienfläche (2) derart zusammenwirkenden Sensor (7), dass der Sensor (7) bei Annäherung des Elements (5) an die Bedienfläche (2) und/oder bei Berührung der Bedienfläche (2) mittels des Elements (5) und/oder bei Druckeinwirkung mittels des Elements (5) auf die Bedienfläche (2) ein Signal (4) erzeugt, wobei das Signal (4) zum Schalten und/oder Auslösen einer Funktion, insbesondere in der Art eines Schaltsignals, dient, und wobei ein Aktor (9) mit der Bedienfläche (2) in Wirkverbindung steht, derart dass durch Betrieb des Aktors (9) die Bedienfläche (2) zur Erzeugung einer Haptik für die Bedienfläche (2) bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (9) elektrisch angetrieben wird, und dass der Aktor (9) mittels eines von einem Sprungsignal (23) unterschiedlichen Ansteuersignals, insbesondere mittels eines PWM(Pulsweitenmodulations)-Ansteuersignals (18), betrieben wird, derart dass sich die Bedienfläche (2) in vorwählbarer Weise, insbesondere innerhalb eines vorwählbaren Weges und/oder einer vorwählbaren Zeit und/oder einer vorwählbaren Form, bewegt.
Verfahren zum Betreiben einer Bedienvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (9) mittels des PWM-Ansteuersignals (18) derart betrieben wird, dass die Bedienfläche (2) vorwählbar gedämpft bewegt wird.
Verfahren zum Betreiben einer Bedienvorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter für das PWM-Ansteuersignal (18), insbesondere dessen Startfrequenz, Endfrequenz, Intensitätsverlauf, Modulationssignalform o. dgl., derart eingestellt werden, dass die vorgewählte Bewegung der Bedienfläche (2) erzeugt wird, und dass vorzugsweise wenigstens zwei PWM-Ansteuersignale (18), insbesondere in der Form von frequenzmodulierten Ansteuersignalen, einander überlagert werden, derart dass Teile der Bewegung der Bedienfläche (2), wie deren Anfangsimpuls, Schwingungsdauer, Schwingungsdämpfung o. dgl., verstärkt und/oder abgeschwächt werden.