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Die Erfindung bezieht sich auf ein Bedienfeld für ein Fahrzeug, wobei das Bedienfeld eine Benutzerschnittstellenfläche und mindestens eine Drucktaste mit einer nach außen weisenden Tastfläche, die in der Benutzerschnittstellenfläche enthalten ist, umfasst, wobei das Bedienfeld ferner einen Hebelmechanismus und eine Leiterplatte umfasst, wobei die Drucktaste dahingehend ausgeführt ist, mit dem Hebelmechanismus mechanisch zusammenzuwirken, und wobei der Hebelmechanismus dahingehend ausgeführt ist, einen auf der Leiterplatte angeordneten mechanischen Schalter zu aktivieren.
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Ein Schalter, der sich zur Integration in ein derartiges Bedienfeld eignet, wird in der deutschen Patentschrift
DE102007054347B3 offenbart. Hier wird ein Hebelmechanismus aktiviert, wenn der Schalter betätigt wird, so dass die auf die Außenfläche des Schalters einwirkende Kraft auf ein piezoelektrisches Element übertragen wird, wobei sich das Element in einem Winkel von neunzig Grad zur Richtung der an den Schalter angelegten Kraft befindet.
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Bedienfelder werden in Fahrzeugen beispielsweise zur Steuerung verschiedener Funktionen des Fahrzeugs, wie z. B. von Klimatisierungsfunktionen oder Medienanwendungen, verwendet. Herkömmlicherweise sind Bedienfelder in Fahrzeugen aus einer Reihe individueller Schalter oder Tasten zur Steuerung verschiedener Funktionen zusammengesetzt. Wenn diese Schalter von einem Fahrzeugbediener betätigt werden, erhält der Bediener ein haptisches Feedback, das eine erfolgreiche Betätigung anzeigt. Das haptische Feedback kann durch die Kraftverschiebungseigenschaften des jeweiligen Schalters gekennzeichnet sein. Es gibt einen allgemeinen Trend zu Bedienfeldern mit glatten geschlossenen Flächen und integrierter Touch-Funktionalität. Individuelle mechanische Schalter, die in derartige Bedienfelder integriert werden können, sind wünschenswert. Jedoch kann das Versehen eines derartigen Schalters mit einem herkömmlichen haptischen Feedback durch Kraftverschiebung für den Bediener des Fahrzeugs aufgrund von eingeschränktem Platz und aufgrund dessen, dass die Bewegung derartiger Schalter im Vergleich zu herkömmlichen Schaltern stark reduziert werden muss, eine Herausforderung darstellen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht somit in der Einführung eines verbesserten Bedienfelds, das eine geschlossene Fläche aufweist und individuelle Schalter, die haptisches Feedback bereitstellen, umfasst.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Bedienfeld, das durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs definiert wird, gelöst. Die abhängigen Ansprüche und die Beschreibung definieren vorteilhafte Ausführungsformen des Systems.
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Die Aufgabe wird somit durch ein Bedienfeld für ein Fahrzeug gelöst, wobei das Bedienfeld eine Benutzerschnittstellenfläche und mindestens eine Drucktaste mit einer nach außen weisenden Tastfläche, die in der Benutzerschnittstellenfläche enthalten ist, umfasst, wobei das Bedienfeld ferner einen Hebelmechanismus und eine Leiterplatte umfasst, wobei die Drucktaste dahingehend ausgeführt ist, mit dem Hebelmechanismus mechanisch zusammenzuwirken, und wobei der Hebelmechanismus dahingehend ausgeführt ist, einen auf der Leiterplatte angeordneten mechanischen Schalter zu aktivieren, wobei der mechanische Schalter auf einer nach innen weisenden Fläche der Leiterplatte angeordnet ist. Die Tastfläche kann beispielsweise dahingehend ausgeführt sein, mit einer Stützstruktur in Kontakt zu sein, die wiederum dahingehend ausgeführt ist, in mechanischem Kontakt mit dem Hebelmechanismus zu sein und eine auf die Tastfläche einwirkende Kraft auf den Hebelmechanismus zu übertragen.
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Die Kraftverschiebungseigenschaften des mechanischen Schalters werden dadurch über den Hebelmechanismus auf die Tastfläche übertragen, wodurch die haptischen Feedbackeigenschaften eines herkömmlichen mechanischen Schalters beibehalten werden. Zugleich kann der Hebelmechanismus nach Bedarf dahingehend konstruiert sein, den Gesamtverschiebungsweg zur Tastfläche zu reduzieren, wodurch die Integration der Tastfläche in die Fläche des Bedienfelds gestattet wird.
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Eine nach außen verlaufende Richtung wird als eine Richtung definiert, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Ebene, die von der Außenfläche des Bedienfelds gebildet wird, ist. Ein zu der nach außen weisenden Tastfläche normaler Vektor ist somit im Wesentlichen parallel zur nach außen verlaufenden Richtung. Eine Leiterplatte des Bedienfelds kann derart in dem Bedienfeld angeordnet sein, dass eine Fläche der Platte im Wesentlichen parallel zur Außenfläche des Felds und/oder der Tastfläche ist. Ein Normalenvektor einer nach innen weisenden Fläche der Leiterplatte ist im Wesentlichen der nach außen verlaufenden Richtung entgegengesetzt ausgerichtet. Ein Normalenvektor einer nach außen weisenden Fläche der Leiterplatte zeigt im Wesentlichen in dieselbe Richtung wie die nach außen verlaufende Richtung. Da der mechanische Schalter auf der nach innen weisenden Fläche der Leiterplatte angeordnet ist, ist die Leiterplatte somit zwischen der Außenfläche des Bedienfelds und dem mechanischen Schalter positioniert.
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Der mechanische Schalter kann beispielsweise ein Mikroschalter oder eine Schaltmatte sein. Der Hebelmechanismus kann beispielsweise aus einem synthetischen Material gebildet sein und kann beispielsweise fest mit dem mechanischen Schalter verbunden sein.
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Bei einer Ausführungsform des Bedienfelds werden die Kraftverschiebungseigenschaften des mechanischen Schalters über den Hebelmechanismus mit einer vorbestimmten Hebelübersetzung auf die Tastfläche übertragen.
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Bei einer Ausführungsform des Bedienfelds entspricht der Kraftverschiebungsweg der Tastfläche im Wesentlichen linear dem Kraftverschiebungsweg des mechanischen Schalters.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Bedienfeld ferner einen Touchscreen, wobei elektronische Komponenten des Touchscreens auf einer nach außen weisenden Fläche der Leiterplatte angeordnet sind. Vorteilhafterweise ist lediglich eine Leiterplatte für den mechanischen Schalter und den Touchscreen, die beide in das Bedienfeld mit einer geschlossenen Fläche integriert sind, erforderlich. Die nach außen weisende Fläche, die für eine Touch-Anwendung erforderliche Komponenten umfasst, entspricht der gegenüberliegenden Seite einer nach innen weisenden Fläche der Leiterplatte, die den mechanischen Schalter umfasst. Die nach außen weisende Fläche weist im Wesentlichen in dieselbe Richtung wie die Außenfläche des Bedienfelds.
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Der Einsatz einer einzigen Leiterplatte wird durch Anordnen des mechanischen Schalters auf der Unterseite der Platte, d. h. der nach innen weisenden Fläche, ermöglicht. Diese Anordnung gestattet eine Reduzierung der Herstellungskosten und ermöglicht ein kompaktes Design für das Bedienfeld.
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Bei einer Ausführungsform des Bedienfelds beträgt der Verschiebungsweg der Tastfläche weniger als 0,2 mm und der entsprechende Verschiebungsweg des mechanischen Schalters beträgt mindestens 0,4 mm. Über den Hebelmechanismus ist es vorteilhafterweise möglich, Eigenschaften eines längeren Verschiebungswegs des mechanischen Schalters auf den kürzeren Verschiebungsweg der Tastfläche zu übertragen, während ein Gesamtverschiebungsweg der Tastfläche bei weniger als 0,2 mm gehalten wird, selbst wenn der mechanische Schalter einen Verschiebungsweg von mehr als dem Doppelten dieser Strecke, d. h. 0,4 mm, erfordert.
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Bei weiteren Ausführungsformen entspricht das Bedienfeld des Kraftverschiebungswegs der Tastfläche dem Kraftverschiebungsweg des mechanischen Schalters, so dass die Verschiebung der Tastfläche weniger als die Hälfte der Verschiebung des mechanischen Schalters, vorzugsweise weniger als ein Drittel, stark bevorzugt weniger als ein Viertel, beträgt.
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Bei einer Ausführungsform ist das Bedienfeld der Tastfläche als ein Abschnitt der Außenfläche des Bedienfelds ausgeführt, wobei insbesondere die Außenfläche eine geschlossene Fläche ist. Eine geschlossene Fläche ist im Zusammenhang der Erfindung eine Fläche, die hermetisch undurchlässig ist. Es besteht somit keine Gefahr des Eindringens von Gas oder Fluid. Insbesondere kann sie eine flache Fläche sein. Die Fläche kann komplett aus einem synthetischen Material gebildet sein.
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Bei einer Ausführungsform des Bedienfelds ist der Abschnitt der geschlossenen Fläche, der die Tastfläche bildet, dahingehend ausgeführt, elastischer als ein anderer Abschnitt der Fläche zu sein. Der Abschnitt der Fläche, der die Tastfläche bildet, kann somit leichter als der Rest der Fläche eingedrückt, d. h. bewegt, werden, so dass die Kraftverschiebungseigenschaften des mechanischen Schalters so wenig wie möglich gedämpft werden.
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Bei einer Ausführungsform des Bedienfelds ist der Abschnitt, der die Tastfläche bildet, aus demselben Material wie der andere Abschnitt gebildet, ist jedoch dünner als der andere Abschnitt. Eine Materialverdünnung gestattet, dass der Abschnitt der geschlossenen Fläche, der die Tastfläche des Tastenfelds ist, flexibler ist, wodurch die Bewegung und die Übertragung der Betätigungskraft auf den Hebelmechanismus gestattet wird. Anders ausgedrückt kann die Dicke der Fläche dahingehend variieren, zu gestatten, dass der Abschnitt elastischer ist, während weiterhin eine geschlossene Fläche, die aus einem Materialstück gefertigt ist, beibehalten wird.
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Bei einer Ausführungsform des Bedienfelds umfasst der Hebelmechanismus einen Drehpunkt und einen Hebelbereich, wobei der Hebelbereich gekrümmt ist. Ein gekrümmter Hebelbereich gestattet das optimale Anlegen von Kraft an den mechanischen Schalter über den Hebelmechanismus. Weiterhin können dadurch gewisse Toleranzen bei der Fertigung und relativen Platzierung der Komponententeile des Bedienfelds ausgeglichen werden.
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Als Nächstes werden Ausführungsformen des Bedienfelds auf Basis der folgenden Figuren genauer beschrieben. Diese zeigen:
- 1 eine Draufsicht einer Ausführungsform eines Bedienfelds;
- 2 eine beispielhafte Kraftverschiebungskurve für einen herkömmlichen mechanischen Schalter,
- 3 eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Bedienfelds;
- 4 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Bedienfelds;
- 5 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Bedienfelds;
- 6 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Bedienfelds; und
- 7 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Bedienfelds.
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1 zeigt eine Draufsicht eines Bedienfelds 1, das in die Mittelkonsole oder das Armaturenbrett eines Fahrzeugs integriert werden kann. Das Bedienfeld 1 umfasst ein Touch-Display 3a, das an einer mittigen Position positioniert ist. Entlang den Rändern des Bedienfelds 1 ist ein Bereich 3b vorgesehen, in den Drucktasten 5 integriert sein können. Eine derartige Drucktaste 5 kann vorzugsweise für ein haptisches Feedback für einen Benutzer oder Bediener eines Fahrzeugs sorgen, wenn die Taste 5 betätigt wird.
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2 zeigt eine beispielhafte Kraftverschiebungskurve F(S) für einen herkömmlichen mechanischen Schalter 5. Wenn ein Bediener eine Betätigungskraft an den Schalter 5 oder die Taste 5 anlegt, bewegt sich der Schalter 5 oder die Taste 5 entlang einem ersten Abschnitt eines Verschiebungswegs S. Entlang diesem ersten Abschnitt (0 bis S1) des Verschiebungswegs S nimmt die Kraft F, die zur Betätigung des Schalters 5 oder der Taste 5 erforderlich ist, zu, bis sie eine vorbestimmte Höhe F1 erreicht. Bei dieser Krafthöhe F1 und der Position S1 entlang dem Verschiebungsweg wird ein lokaler Höchstwert der Kraft F1 erreicht und die Mechanik der Taste 5 sorgt für einen Abfall der erforderlichen Betätigungskraft F auf eine viel kleinere Kraft F2, so dass sich der Schalter 5 oder die Taste 5 im Allgemeinen schnell zu einer zweiten Position S2 entlang einem zweiten Abschnitt (S1 bis S2) des Verschiebungswegs S bewegt.
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An dieser zweiten Position S2 wird die Betätigung des Schalters 5 beispielsweise über ein mechanisches Schließen eines in dem Schalter 5 enthaltenen Stromkreises detektiert. Nach der Detektion des Schalters 5 kann sich der Schalter entlang dem Verschiebungsweg S zu einer Endanschlagsposition S3 bewegen. Die Kraft F des Entgegenwirkens einer weiteren Bewegung des Schalters 5 steigt entlang diesem letzten Abschnitt (S2 bis S3) des Verschiebungswegs S schnell auf eine absolute Höchstkraft F3 an. Der letzte Abschnitt (S2 bis S3) des Verschiebungswegs S kann so kurz sein, dass die Endanschlagsposition S3 im Wesentlichen der zweiten Position S2 entspricht.
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Eine Drucktaste 5, die in einem Bedienfeld 1 mit einer geschlossenen Fläche 3 enthalten ist, enthält vorzugsweise einen Kraftverschiebungsweg S wie diesen. Es ist jedoch schwierig, einen mechanischen Schalter 5 mit einem derartigen Kraftverschiebungsweg S, der sich für die Integration in die Fläche 3 eines derartigen Bedienfelds eignet, zu konstruieren und zu implementieren. 3 zeigt den Querschnitt einer Ausführungsform einer Drucktaste 5 oder eines mechanischen Schalters 5, die bzw. der auf herkömmliche Art und Weise in einem Bedienfeld 1 integriert ist. Hier wird eine Betätigungskraft F, die auf eine Taste 5 einwirkt, direkt auf einen Mikroschalter 7 oder eine Schaltmatte 9, der bzw. die auf der Fläche einer Leiterplatte 11 angeordnet ist, mechanisch übertragen. Bei einer derartigen Ausführungsform ist der Kraftverschiebungsweg S der Drucktaste 5 zu jenem des Mikroschalters 7 oder der Schaltmatte 9, der bzw. die verwendet werden, identisch. Wie oben angemerkt wird, kann der Verschiebungsweg S eines derartigen Mikroschalters 7 oder einer derartigen Schaltmatte 9 allgemein eine Länge aufweisen, die deren Integration in ein Bedienfeld 1 mit einer geschlossenen Fläche 3 verhindert.
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4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Bedienfelds 1 mit einer geschlossenen Fläche 3, in die eine Drucktaste 5 und/oder ein mechanischer Schalter 5 integriert wurde. Eine Struktur 13 ist dahingehend vorgesehen, einen Verbindungsteil 15 der Drucktaste 5 entlang einem Verschiebungsweg S zu führen. Die Taste 5 umfasst eine Tastfläche 19, die über den Verbindungsteil 15 mit einem Hebelmechanismus 17 mechanisch verbunden ist. Der Hebelmechanismus 17 ist wiederum derart angeordnet, dass bei Betätigung der Tastfläche, d. h. der Benutzerschnittstellenfläche, 19 der Taste 5 der Hebelmechanismus 17 die an die Taste 5 angelegte Kraft F auf einen auf der Unterseite einer Leiterplatte 11 positionierten mechanischen Schalter 7, 9 überträgt, so dass eine kompakte Konstruktion möglich ist. Der mechanische Schalter 7, 9 ist als ein herkömmlicher Mikroschalter 7 oder eine herkömmliche Schaltmatte 9, der bzw. die der Tastfläche 19 die gewünschten Kraftverschiebungs-F(S)-Eigenschaften verleihen, ausgeführt. Der Hebelmechanismus 17 ist derart ausgeführt, dass der von dem Schalter 7, 9 erforderliche Verschiebungsweg S auf die Tastfläche 19 in komprimierter oder kompakter Form übertragen wird. Ein Benutzer oder Bediener des Fahrzeugs erhält somit herkömmliches haptisches Feedback bei Betätigung der Taste 5.
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5 zeigt eine weitere Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Bedienfelds 1. Hier umfasst der Hebelmechanismus 17 einen Drehpunkt 21 und einen Hebelbereich 23, wobei der Hebelbereich 23 gekrümmt ist. Der gekrümmte Hebelbereich 23 ist derart angeordnet, dass die an die Drucktaste 5 angelegte Kraft F zu dem Mikroschalter 7 oder der Schaltmatte 9 geleitet wird, während eine geringere Schwankung des Verschiebungswegs S aufgrund der Elastizität des Hebelbereich 23 selbst gestattet wird.
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6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Bedienfelds 1, wobei Sensoren 25 für eine Touch-Schnittstelle 3a direkt unterhalb der Benutzerschnittstellenfläche 3a auf der oberen Fläche 3 der Leiterplatte angeordnet sind. Auf der Unterseite der Leiterplatte 11 sind ein Mikroschalter 7 und eine Schaltmatte 9 angeordnet. Neben einem Abschnitt der Benutzerschnittstellenfläche 3a des Bedienfelds 1 sind Drucktasten 5 in das Bedienfeld 1 integriert. Die Drucktasten 5 umfassen eine Tastfläche 19, die mit einem Hebelmechanismus 17 mechanisch verbunden ist. Dieser Hebelmechanismus 17 dient der Übertragung einer von einem Bediener oder dem Bedienfeld 1 angelegten Kraft F, wobei die Kraft F auf die Tasten 5 einwirkt, auf den Mikroschalter 7 und/oder die Schaltmatte 9.
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Die in 6 gezeigte Ausführungsform sowie die in 7 gezeigte Ausführungsform, wobei zusätzlich ein Display 27 zwischen dem Touch-Sensorsystem 25 und der Leiterplatte 11 in die Konstruktion integriert worden ist, sind besonders kompakt konstruiert und können so verbaut werden. Bei beiden Ausführungsformen wird ein herkömmlicher Mikroschalter 7 oder eine herkömmliche Schaltmatte 9 als Basis zur Bereitstellung eines herkömmlichen haptischen Feedbacks für einen Bediener eines Bedienfelds 1 in einem Fahrzeug bei Betätigung einer in die Fläche 3 des Bedienfelds 1 integrierten Drucktaste 5 verwendet. Das Anlegen einer Kraft F von dem Bediener an die Tastfläche 19 der Drucktaste 5 wird über den Hebelmechanismus 17 auf den mechanischen Schalter 7 oder die Schaltmatte 9 übertragen. Herkömmlicherweise wäre eine separate Leiterplatte für die Drucktaste 5 auf Basis von mechanischen Schaltern 7, 9 und das für ein Touch-Display 3a nötige Touch-Sensorsystem 25 erforderlich. Mit den hier dargestellten Ausführungsformen können alle der Sensorikkomponenten 25, 7, 9, die zur Überwachung des durch einen Bediener initiierten Anlegens einer Kraft F an ein Bedienfeld 1 erforderlich sind, auf einer einzigen Leiterplatte 11 angeordnet sein. Darüber hinaus kann der Hebelmechanismus 17, der zur Übertragung der Kraft F auf die Unterseite der Leiterplatte 11 dient, mit einer Form versehen werden, die so weit wie möglich gewisse Toleranzen, die sich bei der Produktion und relativen Platzierung der Komponententeile des Bedienfelds 1 ergeben, eliminiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bedienfeld
- 3
- Fläche des Bedienfelds
- 3a
- Touch-Display
- 3b
- Bereich der Fläche für Drucktasten
- 5
- Drucktasten
- 7
- Mikroschalter
- 9
- Schaltmatte
- 11
- Leiterplatte
- 13
- Führungsstruktur
- 15
- Verbindungsteil
- 17
- Hebelmechanismus
- 19
- Tastfläche
- 21
- Drehpunkt
- 23
- Hebelbereich
- 25
- Touch-Sensorsystem
- 27
- Display
- F
- Vom Bediener angelegte Kraft
- S
- Verschiebungsweg der Taste
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007054347 B3 [0002]
