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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Multifunktionsbedieneinrichtung. Gattungsgemäße Bedieneinrichtungen dienen der händischen Auslösung und/oder Steuerung unterschiedlicher Funktionen eines oder mehrerer Aggregate, insbesondere von Aggregaten eines Kraftfahrzeugs, wobei zur Einsparung von Bauvolumen und Komponenten eine hohe Integrationsdichte dadurch angestrebt wird und erreicht wird, dass mehrere diverse Schalt- und Steuerfunktionen einer Bedieneinrichtung zugeordnet werden. Es sind Multifunktionsbedieneinrichtungen bekannt, bei denen mehrere Taster zu einer Bedieneinrichtung vereint sind, wobei jede Taste eine Bedienfläche definiert, so dass sich bei vergleichsweise geringem konstruktiven Aufwand ein Array von Bedienflächen ergibt. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass um eine separate Betätigung der einzelnen Taster zu ermöglichen im Allgemeinen die Bedienflächen separiert voneinander sind. Eine Abdichtung des zwischen den Bedienflächen verbleibenden Spaltes gestaltet sich schwierig. Zwar ist eine die verschiedenen Taster überziehende elastische Eingabeschicht, beispielsweise in Form einer Folientastatur denkbar, diese weist aber in der Regel eine als wenig vorteilhaft empfundene Bedienhaptik auf. Ferner sind Touchpads oder Touchscreens bekannt, bei denen die berührempfindliche Eingabefläche in unterschiedliche, virtuelle Bedienflächen unterteilt ist und somit die Berührflächen unter einer gemeinsamen, somit als vorteilhaft angesehenen, weil durchgängigen, Eingabefläche vereint sind. Lösungen, bei denen diesen Touchpads oder Touchscreen mit gegebenenfalls vorhandener aktiver Berühr- und Auffindehaptik eine zusätzliche Schalthaptik zugeordnet wird, sind vergleichsweise kompliziert im Aufbau.
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Die Erfinder haben sich daher die Aufgabe gestellt, eine konstruktiv vereinfachte Konstruktion für eine Multifunktionsbedieneinrichtung bereitzustellen, die in sich einige der Vorteile der vorgenannten Konstruktionslösung in sich vereint.
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Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine bauraum- und gewichtssparende, gegenüber Vandalismus resistente und insgesamt zuverlässige Multifunktionsbedieneinrichtung insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Multifunktionseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine gleichermaßen vorteilhafte Verwendung ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Die Erfindung betrifft eine Multifunktionsbedieneinrichtung, nachfolgend auch kurz Bedieneinrichtung genannt wird. Diese weist einen Träger auf. Die Bedieneinrichtung weist ferner ein Eingabeteil auf, welches ein Array von Bedienflächen, beispielsweise mehrere nebeneinander angeordnete Bedienflächen, umfassende Eingabefläche aufweist. Das Eingabeteil ist relativ zum Träger bewegbar gelagert. Der Begriff „Träger“ ist weit auszulegen und er grundsätzlich ist konstruktiv ausgelegt, eine Bewegung des Eingabeteils relativ zum Träger bei gleichzeitiger Halterung des Eingabeteils zu gewährleisten. Der Träger dient beispielsweise ferner der Befestigung der Bedieneinrichtung an weiteren Komponenten, wie Blenden oder Gehäusen, beispielsweise Innenraumverkleidungen eines Kraftfahrzeugs.
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Die erfindungsgemäße Multifunktionsbedieneinrichtung weist ferner eine Berührsensorik auf, die ausgelegt ist, eine auf die unterschiedlichen Bedienflächen ortsaufgelöste Berührung der Eingabefläche durch ein Bedienorgan, wie einen Finger, eines Bedieners zu detektieren. Beispielsweise ist eine kapazitiv, induktiv oder resistiv detektierende Berührsensorik vorgesehen. Als kapazitive Berührsensorik wird beispielsweise ein solche Sensorik verstanden, die mittels eines Elektrodenarrays ein Array von den Eingabeflächen zugeordneten Messkapazitäten erzeugt und die in der Lage ist, deren Beeinflussung durch ein Bedienorgan eines Bedieners zu detektieren, um so die Berührung wenigstens einer der Bedienflächen aus der Vielzahl von Bedienflächen durch eine Steuereinheit identifizieren d.h. zuordnen zu können.
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Erfindungsgemäß ist folglich eine mit der Berührsensorik elektrisch verbundene Steuereinheit vorgesehen. Erfindungsgemäß ist ferner ein mit der Steuereinheit elektrisch verbundener Aktor vorgesehen. Der Aktor weist eine Wirkrichtung derart auf, dass das Eingabeteil zur Erzeugung einer Aktivhaptik relativ zum Träger bewegend angetrieben wird. Die Steuereinheit ist ausgelegt, nach Detektion einer Berührung einer der Bedienflächen durch die Berührsensorik die Aktivhaptik, beispielsweise durch ein dem Aktor zugeführtes elektrisches Steuersignal auszulösen, um damit dem Bediener das Auffinden und Berühren der betreffenden Berührfläche über dessen haptische Wahrnehmung zu signalisieren. Die Aktivhaptik kann durch Variation des Ansteuersignals sich von einer der Bedienflächen zu einer anderen Bedienfläche oder sogar sich von Bedienfläche zu Bedienfläche unterscheiden. Der Aktor ist beispielsweise ein piezoelektrischer Aktor. Bevorzugt handelt es sich um einen elektromagnetischen Aktor. Beispielsweise umfasst der elektromagnetische Aktor eine trägerseitig angeordnete Spule und einen eingabeteilseitig angeordneten Anker, bevorzugt einen Flachanker.
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Erfindungsgemäß ist ein, bevorzugt genau ein, zwischen Eingabeteil und Träger angeordnetes elektromechanisches Schaltelement vorgesehen, um eine ein Mindestmaß einer Betätigungskraft aufbringende Betätigung einer der Bedienflächen mittels des Bedienorgans durch Auslösen eines Schaltvorgangs zu detektieren und um optional eine zugehörige mechanische Schalthaptik zu erzeugen. Das elektromechanische Schaltelement ist mit der Steuereinheit elektrisch leitend verbunden, so dass diese bei Detektion einer Betätigung in Abhängigkeit des zeitlich vorhergehenden oder zeitgleichen Berührdetektionsergebnisses, also letztlich in Abhängigkeit des hinsichtlich der Bedienflächen ortsaufgelösten Berührortes, einen Schaltzustand eines Aggregats ändert oder eine Steuerfunktion des Aggregats durchführt.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird somit eine Multifunktionsbedieneinrichtung geschaffen, die vergleichsweise kompakt und robust ausfällt, gleichzeitig aber eine hohe Integrationsdichte aufweist. Dabei gestattet die Variationsmöglichkeit der Aktivhaptik, beispielsweise durch Variation des dem Aktor bereitgestellten Ansteuersignals eine vergleichsweise zuverlässige haptische Auffindbarkeit einzelner Bedienflächen, die so weit gehen kann, dass jeder einzelnen Bedienfläche eine individualisierte Auffindehaptik zur Bestätigung ihrer Berührung in einer Ausgestaltung der Erfindung zugeordnet wird.
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In einer Ausgestaltung wird bei Detektion der Betätigung durch den Schaltvorgang des elektromechanischen Schaltelements eine weitere die Betätigung quittierende Aktivhaptik durch den Aktor erzeugt. Bevorzugt wird in diesem Fall auf eine Ansteuerung des Aktors verzichtet, sondern eine mechanische Schalthaptik durch das Schaltelement, auch Passivhaptik genannt, bereitgestellt. Beispielsweise ist ein solches eine mechanische Schalthaptik erzeugendes Schaltelement ein Schnappscheibentaster oder ein Schaltdom aus Elastomermaterial.
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Zur vorteilhaften Entkoppelung der für die Aktivhaptik vorgesehen und der durch den Aktor bewirkten Bewegungsanregung, beispielsweise Schwingungsanregung, von der durch die Betätigung bewirkten Verlagerung weist in einer bevorzugten Ausgestaltung die Multifunktionsbedieneinrichtung einen Zwischenträger auf, demgegenüber das Eingabeteil im Wesentlichen parallel zur Eingabefläche des Eingabeteils und parallel zur Wirkrichtung des Aktors mittels erster Lagerungsmittel beweglich, bevorzugt rückstellend beweglich, gelagert ist. Beispielsweise umfassen die ersten Lagerungsmittel ein oder mehrere Blattfedern. Gleichzeitig ist bei dieser Ausführungsform der Zwischenträger gegenüber dem Träger in einer zur Eingabefläche senkrechten Betätigungsrichtung mittels zweiter Lagerungsmittel bei Betätigung des Eingabeteils verlagerbar gelagert, wobei bei Verlagerung des Eingabeteils der Zwischenträger mit dem elektromechanischen Schaltelement in zuvor beschriebener Weise zusammenwirkt.
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Bevorzugt weisen die zweiten Lagerungsmittel einen oder mehrere Bügel auf, um das Eingabeteil, bzw. den Zwischenträger, am Träger zu lagern, aber auch um die Ausrichtung des Eingabeteils bei der Betätigung zu stabilisieren. Erfindungsgemäß weisen die Lagerungsmittel einen oder mehrere Bügel, beispielsweise aus Draht, auf, die mit einem mittleren Abschnitt um eine erste Achse schwenkbeweglich am Eingabeteil und mit den freien Enden um eine zweite, zur ersten parallel versetzte Achse schwenkbeweglich am Zwischenträger gelagert sind. Der so ausgebildete Bügel hat die Aufgabe, ähnlich dem eines Bügels im konstruktiven Aufbau der „Leertaste“ einer Tastatur, bei bezogen auf die Eingabefläche nicht zentrischem Angriffspunkt der Betätigungskraft ein Verkanten des Eingabeteils zu verhindern, indem beim Niederdrücken der durch die exzentrische Betätigung primär betätigten Seite des Eingabeteils die gegenüberliegende Seite des Eingabeteils mittels der mechanischen Kopplung durch den Bügel mitgenommen wird. Es wird somit einem Verkippen bzw. Verkanten des Eingabeteils während der niederdrückenden Betätigungsbewegung also während dessen Verlagerung entgegengewirkt.
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Zur verbesserten Führung des Eingabeteils bei der Verlagerung sind in einer bevorzugten Ausgestaltung Führungsmittel vorgesehen, die mehrere Paare aus jeweils einer Führungsnut und jeweils einer mit der Führungsnut in Eingriff stehenden Führungsrippe aufweisen. Noch bevorzugter sind die Führungsnut und/oder die Führungsrippe in Betätigungsrichtung verjüngend beziehungsweise konisch zulaufend ausgebildet, um mit zunehmender Verlagerung des Zwischenträgers bei Betätigung des Eingabeteils spielfreistellend zwischen Träger und Zwischenträger zu wirken und ein zuverlässiges Zusammenwirken des Zwischenträgers mit dem elektromechanischen Schaltelement zu gewährleisten.
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Bevorzugt ist der Zwischenträger durch einen Rahmen oder eine Platte aus Kunststoff ausgebildet, in den zur Austarierung des schwingenden Systems ein oder mehrere Gewichte aus einem Metall oder einer metallischen Legierung eingelassen sind. Zur verschleißfreien Lagerung der ersten und/oder zweiten Lagerungsmittels handelt es sich bei dem Kunststoff besonders bevorzugt um Polyoxymethylen (kurz: POM).
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In einer Ausgestaltung sind neben dem elektromechanischen Schaltelement mehrere Rückstellmittel zwischen dem Eingabeteil und dem Träger, genauer dem Zwischenträger und dem Träger angeordnet. Bevorzugt ist das elektromechanische Schaltelement als Rückstellmittel zur Rückstellung des Eingabeteils in eine Ruhestellung ausgebildet. Noch bevorzugter wirkt ausschließlich das elektromechanische Schaltelement rückstellend auf das Eingabeteil beziehungsweise den Zwischenträger.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Multifunktionsbedieneinrichtung ist die Eingabefläche als geschlossene Fläche ausgebildet, d.h. die Bedienflächen grenzen beispielsweise spaltfrei aneinander oder gehen ineinander über.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug mit einer Multifunktionsbedieneinrichtung in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Beispielsweise ist die Multifunktionsbedieneinrichtung in eine den Lenkradkranz mit dem Lenkradtopf verbindende Speiche des Lenkrads integriert.
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Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der Multifunktionsbedieneinrichtung gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Lenkrad.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich bevorzugte Ausführungsvarianten dar. Es zeigen:
- 1 eine Aufsicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Multifunktionsbedieneinrichtung 1;
- 2 eine Schnittansicht der Multifunktionsbedieneinrichtung 1 aus 1;
- 3 eine Detailschnittansicht der Multifunktionsbedieneinrichtung 1 aus 1;
- 4 eine perspektivische Detailrückansicht der Multifunktionsbedieneinrichtung 1 aus 1;
- 5 eine Detailansicht der Multifunktionsbedieneinrichtung 1 aus 1, unter anderem der Führungsmittel 3b, 6b;
- 6 eine weitere Detailansicht der Multifunktionsbedieneinrichtung 1 aus 1, unter anderem der Lagerungsmittel 7;
- 7 noch eine weitere Schnittansicht der Führungsmittel 3b, 6b der Multifunktionsbedieneinrichtung aus 1.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Multifunktionsbedieneinrichtung 1 in Aufsicht, welche zur Anordnung in einer nicht dargestellten Speiche eines Lenkrads ausgebildet und bestimmt ist. Die Multifunktionsbedieneinrichtung 1 weist einen Träger 3 aus einem Kunststoff, wie Thermoplast, oder ZAMAK auf. An dem Träger 3 ist über einen in 1 nicht dargestellten Zwischenträger ein mehrteiliges Eingabeteil 2 beweglich gelagert. Das Eingabeteil 2 ist von einem aus optischen Gründen vorgesehenen Rahmen 11 umgeben.
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Zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks, auch Aktivhaptik genannt, ist ein Aktor 4 vorgesehen, um das Eingabeteil 2 relativ zum Träger 3 bewegend anzutreiben, beispielsweise schwingend anzutreiben. Das Eingabeteil 2 weist eine dem nicht dargestellten Bediener zugewandte Oberfläche auf, welche die Eingabefläche 8 des Eingabeteils 2 definiert. Die als geschlossene Oberfläche ausgebildete Eingabefläche 8 beinhaltet mehrere Bedienflächen 8a bis 8h die in einem Array angeordnet sind und denen unterschiedliche Schalt- beziehungsweise Steuerfunktionen eines Kraftfahrzeugaggregats zugeordnet sind.
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Wie 2 zeigt, weist das Eingabeteil 2 eine obere, die Eingabefläche 8 definierende Haube 2a und einen Boden 2b auf. Zwischen der Haube 2a und dem Boden 2b ist ein Folienschichtaufbau angeordnet, der die kapazitive Berührsensorik 5 beinhaltet. Die Berührsensorik 5 wird durch ein Array von Elektroden gebildet, die ein Array aus mehreren die Eingabefläche 8 durchsetzenden Messkapazitäten ausbilden. Die Berührsensorik 5 gestattet ein bezüglich der Bedienflächen 8a bis 8h ortsaufgelöste Berührdetektion.
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Das Eingabeteil 2 ist mittels mehrerer Blattfedern 15 in einer zur Eingabefläche 8 parallelen Richtung schwingend beweglich gegenüber einem Zwischenträger 6 und damit gegenüber dem Träger 3 gelagert. Wie aus 3 zu erkennen, schafft der Schwingungsfreiheitsgrad des Eingabeteils 2 bei motorischer Anregung durch den elektromagnetischen Aktor 4 mit entsprechend Wirkrichtung W die Möglichkeit, eine Auslenkung oder Schwingung des Eingabeteils 2 zu erzeugen, die von dem Bediener über den auf der Eingabefläche 8 ruhenden Finger haptisch wahrnehmbar ist und als Auffindehaptik für die Bedienflächen 8a bis 8h oder eine spezifische der Bedienflächen 8a bis 8h dient.
In Abhängigkeit des Berührdetektionsergebnis der Berührsensorik, ob beispielsweise eine der Bedienflächen 8a bis 8h berührt wurde oder gar in Abhängigkeit der vom Finger ausgewählten und berührten, spezifischen Bedienfläche 8a bis 8h, wird eine Aktivhaptik oder gar eine in Abhängigkeit des Berührortes variierende Aktivhaptik erzeugt, um das Auffinden der Bedienflächen 8a bis 8h oder gar einer spezifischen einzelnen der Bedienflächen 8a bis 8h erleichtert.
Der elektromagnetische Aktor 4 weist zur Erzeugung der Aktivhaptik eine am Träger 3 festgelegte Magnetspule 4a und einen mit dem Magnetfeld der Magnetspule 4a zusammenwirkenden Flachanker 4b auf, der seinerseits am Eingabeteil 2 festgelegt ist. Wie 2 zeigt ist das Eingabeteil 2 in einer zur Eingabefläche 8 orthogonalen Betätigungsrichtung R unter Einwirkung einer Betätigungskraft gegenüber dem Träger 3 niederdrückbar und damit verlagerbar.
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Dies ergibt sich durch Lagerungsmittel 7 in Form von Drahtbügeln, mit denen der Zwischenträger 6 an dem Träger 3 gelagert ist. Wie 4 und 6 zeigen, sind diese Bügel 7 mit ihren Enden in Ausnehmungen 6c des Zwischenträgers 6 schwenkbeweglich um eine zweite Achse gelagert, während wie 6 zeigt, sich die Bügel 7 jeweils über ihren mittleren Abschnitt jeweils an einem Lagerbock 3c des Trägers 3 um eine erste Achse schwenkbeweglich abstützen, wobei die erste und zweite Achse pro betreffendem Bügel 7 jeweils parallel versetzt zueinander verlaufen. Die Bügel 7 dienen der Halterung und stabilisierten Führung des Zwischenträgers 6 und damit des Eingabeteils 2 entlang der Betätigungsrichtung R. Bei dieser Verlagerung wirkt der Zwischenträger 6 über seinen Stößel 6a auf ein elektromechanisches Schaltelement 9 in Form eines von einer Schaltmatte 12 ausgebildeten Schaltdoms ein, der seinerseits mittels einer nicht dargestellten Kontaktlinse einen auf einer Leiterplatte 13 vorgesehenen elektrischen Kontakt schließt. Das Schaltelement 9 stellt nicht nur die bei der Betätigung zu überwindende und für die Rückstellung des Eingabeteils 2 in die unbetätigte Stellung, d.h. Ruhestellung, notwendige Rückstellungskraft bereit, sondern sorgt auch bei seinem „Kollabieren“ für die Erzeugung einer haptisch wahrnehmbaren, mechanischen Schalthaptik. Das Schaltelement 9 sorgt durch Schließen des auf der Leiterplatte 13 angeordneten Kontakts bei Überschreiten einer auf das Eingabeteil wirkenden und vorgegebenen Betätigungskraft für einen Schaltvorgang, welcher von einer mit dem Schaltelement 9 elektrisch verbundenen Steuereinheit 10 detektierbar ist, die ihrerseits mit der Berührsensorik 5 verbunden ist. In Abhängigkeit des Berührdetektionsergebnisses der Berührsensorik 5 und ausgelöst durch die Detektion des Schaltvorgangs des Schaltelements 9 ordnet die Steuereinheit 10 der Betätigung eine der Bedienfläche 8a bis 8h entsprechende Schalt- oder Steuerfunktion eines nicht dargestellten Fahrzeugaggregats, beispielsweise eines Multimediageräts oder eines Tempomats zu.
Zur Hinterleuchtung der den Bedienflächen 8a bis 8h zugeordneten, jeweils ein Symbol ausbildenden Leuchtflächen sind auf der Leiterplatte 13 ein oder mehrere Leuchtmittel 16 angeordnet, deren Licht über mehrere säulenförmige, den Zwischenträger 6 durchgreifende Lichtleiter 14 der jeweiligen Leuchtfläche zugeführt wird.
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Wie die 5 bis 7 zeigen, sind ferner Führungsmittel 3b, 6b vorgesehen, die einer mechanischen Führung des Eingabeteils 2 bzw. des Zwischenträgers 6 relativ zum Träger 3 dienen. Die Führungsmittel 3b, 6b weisen mehrere Paare von jeweils einer vom Träger 3 ausgebildeten Führungsnut 3b und einer in die Führungsnut 3b eingreifenden, vom Zwischenträger 6 ausgebildeten Führungsrippe 6b gebildet werden. Wie 7 zeigt, ist dabei die Führungsnut 3b so gestaltet, dass die von ihr definierte Spaltbreite B von oben nach unten, d.h. in Betätigungsrichtung R, kontinuierlich und stetig abnimmt. Die Führungsrippe 6b verjüngt sich ebenfalls in Betätigungsrichtung R. Somit wirkt das der Betätigung des Eingabeteils 2 folgende Verlagern des Zwischenträgers 6 für eine Spielfreistellung zwischen dem Zwischenträger 6 und dem Träger 3.
