DE102019108425B3 - Method for generating adaptive haptic feedback in the case of a touch-sensitive input arrangement that generates haptic feedback - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines angepassten haptischen Feedbacks mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Eingabeanordnung (1), aufweisend einen Träger (9), ein entlang wenigstens einer Bewegungsrichtung (B) mittels einer schwingbeweglichen Lagerung am Träger (9) gelagertes Eingabeteil (2) mit einer zur Berührung durch einen Bediener (12) bestimmten Eingabefläche (3) und mit einer Berührdetektionseinrichtung (5) zur Detektion einer Berührung der Eingabefläche (3) durch den Bediener (12), einen Aktuator (4) zur Anregung einer Bewegung des Eingabeteils (2) entlang der Bewegungsrichtung (B) mittels eines elektrischen Ansteuersignals, um bei Berührung durch den Bediener ein haptisches Feedback bei dem Bediener (12) zu erzeugen, eine Detektionseinrichtung (8) zur Erfassung und Bereitstellung wenigstens einer aus der Bewegung des Eingabeteils (2) sich ergebenden Bewegungsgröße (a(t)), eine Sensoreinheit (11) zur Erfassung und Bereitstellung einer aus der Umgebung der Eingabeanordnung ermittelten Umgebungsgröße (T), sowie eine Auswerteinheit (7) zur Auswertung der Bewegungsgröße (a(t)) und der Umgebungsgröße (T); Erstes Anregen einer Bewegung des Eingabeteils (2) durch die Beaufschlagung des Aktuators (4) mit dem elektrischen Ansteuersignal; Erfassen und Bereitstellen der Bewegungsgröße (a(t)); Erfassen und Bereitstellen der Umgebungsgröße (T); Auswerten, wobei die Auswerteinheit (7) wenigstens die Umgebungsgröße (T) und die Bewegungsgröße (a(t)) als Eingangsdaten verwendet und einen anhand von Trainingsdaten mittels maschinellen Lernens trainierten Algorithmus ausführt, um ein erlerntes, elektrisches Ansteuersignal zu erhalten; und zweites, nachfolgendes Anregen, wobei das Eingabeteil (2) zumindest zeitweise gemäß wenigstens des durch den Algorithmus in Abhängigkeit der Eingangsdaten ermittelten, erlernten, elektrischen Ansteuersignals in Bewegung versetzt wird, um ein haptisches Feedback zu erzeugen.The invention relates to a method for generating an adapted haptic feedback with the following steps: providing an input arrangement (1) having a carrier (9), an input part ( 2) with an input surface (3) intended to be touched by an operator (12) and with a touch detection device (5) for detecting contact with the input surface (3) by the operator (12), an actuator (4) for stimulating a movement of the Input part (2) along the direction of movement (B) by means of an electrical control signal in order to generate haptic feedback for the operator (12) when touched by the operator, a detection device (8) for detecting and providing at least one of the movement of the input part ( 2) resulting movement quantity (a (t)), a sensor unit (11) for detecting and providing one from the surroundings exercise of the input arrangement determined environmental variable (T), as well as an evaluation unit (7) for evaluating the movement variable (a (t)) and the environmental variable (T); First excitation of a movement of the input part (2) by applying the electrical control signal to the actuator (4); Detecting and providing the movement variable (a (t)); Detecting and providing the environment variable (T); Evaluation, the evaluation unit (7) using at least the environmental variable (T) and the movement variable (a (t)) as input data and executing an algorithm trained on the basis of training data by means of machine learning in order to obtain a learned electrical control signal; and second, subsequent excitation, the input part (2) being set in motion at least temporarily according to at least the learned electrical control signal determined by the algorithm as a function of the input data, in order to generate haptic feedback.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Erzeugung eines adaptiven haptischen Feedbacks bei einer berührempfindlichen und ein haptisches Feedback erzeugenden Eingabeanordnung. Gattungsgemäße Eingabeanordnungen weisen einen Träger sowie ein entlang wenigstens einer Bewegungsrichtung mittels einer schwingbeweglichen Lagerung am Träger gelagertes Eingabeteil auf. Das Eingabeteil weist dabei eine zur Berührung durch einen Bediener bestimmte Eingabefläche sowie eine Berührdetektionseinrichtung zur Detektion einer Berührung der Eingabefläche durch den Bediener auf. Ferner ist ein Aktuator zur Anregung einer Bewegung des Eingabeteils entlang der Bewegungsrichtung mittels eines elektrischen Ansteuersignals, um ein haptisches Feedback bei dem Bediener zu erzeugen, vorgesehen. Typischerweise ist das haptische Feedback, d.h. die Beaufschlagung des Aktuators mit dem elektrischen Ansteuersignal durch die Berührung der Eingabefläche getriggert. Schon aufgrund von Toleranzen in der Fertigung streut die aus der aus der elektrischen Ansteuerung resultierende Bewegung des Eingabeteils. Sie unterliegt aber auch aufgrund von Einflüssen der Umgebungsbedingungen und Alterung auf die Lagerung und den Aktuator Veränderungen. Erwünscht ist aber ein dauerhaft gleichbleibendes haptisches Feedback, da einerseits eine ausreichend haptische Wahrnehmbarkeit erwünscht ist und andererseits das Maß der Maximalauslenkung beschränkt und ein mechanisches Anschlagen des Eingabeteils vermieden werden soll.The invention relates generally to a method for generating adaptive haptic feedback in a touch-sensitive input arrangement that generates haptic feedback. Input arrangements of the generic type have a carrier and an input part mounted on the carrier along at least one direction of movement by means of an oscillating mounting. The input part has an input surface intended to be touched by an operator and a touch detection device for detecting contact with the input surface by the operator. Furthermore, an actuator is provided for stimulating a movement of the input part along the direction of movement by means of an electrical control signal in order to generate haptic feedback for the operator. Typically the haptic feedback, i.e. the application of the electrical control signal to the actuator is triggered by touching the input surface. The movement of the input part resulting from the electrical control is already scattered due to tolerances in production. However, it is also subject to changes due to the influences of the ambient conditions and aging on the bearing and the actuator. What is desirable, however, is a permanently constant haptic feedback, since, on the one hand, sufficient haptic perceptibility is desired and, on the other hand, the amount of maximum deflection is to be limited and mechanical impact of the input part is to be avoided.

Das aus der DE 10 2016 005 642 A1 bekannte Verfahren sieht das Erfassen einer Beschleunigung des Eingabeteils als Eingangsgröße eines Regelkreises vor, um die Auslenkung des Eingabeteils zu regeln. Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist, dass für die zeitnah, annähernd in Echtzeit, nachgeführte Regelung die Rechenleistung hoch und die Erfassung vergleichsweise schnell zu erfolgen hat und keine vorausschauende Ansteuerung ermöglicht ist.That from the DE 10 2016 005 642 A1 Known method provides for the detection of an acceleration of the input part as an input variable of a control loop in order to regulate the deflection of the input part. The disadvantage of this procedure is that for the prompt, approximately real-time, tracking, the computing power has to be high, the detection has to take place comparatively quickly and no predictive control is possible.

Die DE 10 2017 007 896 A1 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung eines angepassten haptischen Feedbacks, bei dem eine Eingabeanordnung, eine Detektionseinrichtung zur Erfassung und Bereitstellung wenigstens einer aus der Bewegung des Eingabeteils sich ergebenden Bewegungsgröße sowie eine Auswerteeinheit zur Auswertung der Bewegungsgröße bereitgestellt werden. Ferner ist ein erstes Anregen einer Bewegung des Eingabeteils durch die Beaufschlagung eines Aktuators mit einem Ansteuersignal und Erfassen und Bereitstellen der Bewegungsgröße vorgesehen. Ebenso ist ein Auswerten offenbart, bei dem Auswerteinheit wenigstens die Bewegungsgröße als Eingangsdaten verwendet und einen Algorithmus ausführt, um ein erlerntes elektrisches Ansteuersignal zu erhalten. Das Verfahren sieht ein zweites, nachfolgendes Anregen vor, bei dem das Eingabeteil zumindest zeitweise gemäß wenigstens des durch den Algorithmus in Abhängigkeit der Eingangsdaten ermittelten, erlernten, elektrischen Ansteuersignals in Bewegung versetzt wird, um ein haptisches Feedback zu erzeugen.The DE 10 2017 007 896 A1 discloses a method for generating an adapted haptic feedback, in which an input arrangement, a detection device for detecting and providing at least one movement variable resulting from the movement of the input part and an evaluation unit for evaluating the movement variable are provided. Furthermore, a first stimulation of a movement of the input part is provided by applying a control signal to an actuator and detecting and providing the movement variable. An evaluation is also disclosed in which the evaluation unit uses at least the movement variable as input data and executes an algorithm in order to obtain a learned electrical control signal. The method provides a second, subsequent excitation in which the input part is set in motion at least temporarily according to at least the learned electrical control signal determined by the algorithm as a function of the input data, in order to generate haptic feedback.

Die Erfinder haben sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Erzeugung eines angepassten haptischen Feedbacks bei einer berührempfindlichen und ein haptisches Feedback erzeugenden Eingabeanordnung zu entwickeln, bei dem eine zuverlässige Anpassung des haptischen Feedbacks an alterungsbedingte- und umgebungsbedingte Schwankungen, insbesondere betreffend den Aktuator und/oder die Lagerung des Eingabeteils der Eingabeanordnung, mit reduziertem Rechenaufwand oder zumindest bei zeitlich versetztem Rechenaufwand ermöglicht ist. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The inventors have therefore set themselves the task of developing a method for generating adapted haptic feedback in a touch-sensitive input arrangement that generates haptic feedback, in which a reliable adaptation of the haptic feedback to age-related and environmental-related fluctuations, in particular with regard to the actuator and / or the storage of the input part of the input arrangement is made possible with a reduced computational effort or at least with a temporally offset computing effort. This object is achieved by a method according to claim 1. Advantageous refinements are the subject matter of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines angepassten haptischen Feedbacks weist einen Bereitstellungsschritt auf, in dem eine berührempfindliche und ein haptisches Feedback erzeugende Eingabeanordnung, auch als berührempfindliche Eingabeanordnung mit aktivem haptischem Feedback bezeichnet, bereitgestellt wird. Die bereitgestellte Eingabeanordnung weist einen Träger auf. Dieser dient beispielsweise der Festlegung der Eingabeanordnung an einer Verkleidung oder einer Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.The method according to the invention for generating an adapted haptic feedback has a provision step in which a touch-sensitive input arrangement and a haptic feedback-generating input arrangement, also referred to as a touch-sensitive input arrangement with active haptic feedback, are provided. The input arrangement provided has a carrier. This is used, for example, to define the input arrangement on a panel or a vehicle body of a vehicle, in particular a motor vehicle.

Die erfindungsgemäß bereitgestellte Eingabeanordnung weist ferner ein entlang wenigstens einer Bewegungsrichtung schwingbeweglich am Träger gelagertes Eingabeteil auf. Das Eingabeteil weist eine zur Berührung durch einen Bediener bestimmte Eingabefläche und eine Berührdetektionseinrichtung zur Detektion einer Berührung der Eingabefläche durch den Bediener auf. Der Begriff Eingabeteil ist weit auszulegen und soll beispielsweise ein solches Eingabeteil beinhalten, bei dem lediglich die Berührung an sich, also nicht ortsaufgelöst, detektiert wird, wie ein Taster mit Berührdetektion. Es sollen aber ortsauflösend detektierende Eingabeteile, wie ein Touchpad oder ein Touchscreen, erfindungsgemäß umfasst sein, bei denen zusätzlich zum Berührdetektionsergebnis eine Information betreffend den Berührort ausgegeben wird. Derartige Eingabeteile weisen beispielsweise einen Elektrodenstruktur zur Erzeugung eines Arrays von Messkapazitäten auf, deren Beeinflussung durch die Berührung mit einem Finger detektiert wird.The input arrangement provided according to the invention furthermore has an input part mounted on the carrier such that it can oscillate along at least one direction of movement. The input part has an input surface intended to be touched by an operator and a touch detection device for detecting contact with the input surface by the operator. The term input part is to be interpreted broadly and should, for example, include such an input part in which only the touch itself, that is, not spatially resolved, is detected, like a button with touch detection. According to the invention, however, input parts that detect in a spatially resolving manner, such as a touchpad or a touchscreen, should be included in which, in addition to the touch detection result, information relating to the touch location is output. Such input parts have, for example, an electrode structure for generating an array of measurement capacitances, the influence of which is detected by touching a finger.

Unter einer schwingbeweglichen Lagerung wird eine Lagerung des Eingabeteils am Träger verstanden, bei der das Eingabeteil entgegen jeweils einer Rückstellkraft, die auf das Eingabeteil in eine Ruhestellung rückstellend wirkt, aus einer Ruhestellung parallel zur Bewegungsrichtung verlagerbar ist. D.h. aufgrund vorgesehener Rückstellmittel, wie Federn, wird eine Bewegung aus und zurück in eine Ruhestellung des Eingabeteils bewirkt. Beispielsweise ist das Eingabeteil mittels mehrerer, beispielsweise 3 oder 4, Blattfedern gelagert. Beispielsweise ist die Bewegungsrichtung orthogonal zur Eingabefläche, bevorzugt ist die Bewegungsrichtung parallel zur Eingabefläche, ausgerichtet.An oscillating mounting is a mounting of the input part on the carrier understood, in which the input part can be displaced from a rest position parallel to the direction of movement against a restoring force that acts in a restoring manner on the input part in a rest position. In other words, due to the provision of return means, such as springs, a movement out and back into a rest position of the input part is brought about. For example, the input part is mounted by means of several, for example 3 or 4, leaf springs. For example, the direction of movement is orthogonal to the input surface, preferably the direction of movement is parallel to the input surface.

Erfindungsgemäß ist ferner ein Aktuator zur Anregung einer Bewegung des Eingabeteils entlang der Bewegungsrichtung mittels eines elektrischen Ansteuersignals vorgesehen, um bei Berührung durch den Bediener ein haptisches Feedback bei dem Bediener zu erzeugen, indem dieser die Bewegung des Eingabeteils haptisch wahrnimmt. Die Wirkrichtung des Aktuators entspricht dabei im Wesentlichen der Bewegungsrichtung. Beispielsweise handelt es sich um einen piezoelektrischen Wandler. Bevorzugt weist der Aktuator einen Elektromagneten und einen mit dem Feld des Elektromagneten zusammenwirkenden Anker aus.According to the invention, an actuator is also provided for stimulating a movement of the input part along the direction of movement by means of an electrical control signal in order to generate haptic feedback for the operator when the operator touches it by haptically perceiving the movement of the input part. The direction of action of the actuator essentially corresponds to the direction of movement. For example, it is a piezoelectric transducer. The actuator preferably has an electromagnet and an armature interacting with the field of the electromagnet.

Erfindungsgemäß sind ferner eine Detektionseinrichtung zur Erfassung und Bereitstellung wenigstens einer aus der Bewegung des Eingabeteils sich ergebenden Bewegungsgröße sowie eine Sensoreinheit zur Erfassung und Bereitstellung einer aus der Umgebung der Eingabeanordnung ermittelten Umgebungsgröße vorgesehen. Als Umgebungsgröße wird eine Größe verstanden, die nicht unmittelbar oder gar nicht durch die Bedienanordnung oder genauer die Bewegung des Eingabeteils bestimmt ist, wie die Temperatur, beispielsweise die Temperatur in der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs oder die Bordspannung des Kraftfahrzeugs. Wohingegen als Bewegungsgröße eine aus der Bewegung sich unmittelbar ergebende Größe oder eine daraus abgeleitete Größe verstanden wird. Beispielsweise handelt es sich um einen Betrag, einen aufsummierten oder integrierten Betrag eines von der Detektionseinrichtung gemessenen Messwerts. Bevorzugt handelt es sich um einen in einem Zeitintervall detektierten zeitlichen Verlauf des Messwertes. Bei der Bewegungsgröße handelt es sich beispielsweise um den zeitlichen Verlauf der Auslenkung des Eingabeteils, den zeitlichen Verlauf der Geschwindigkeit des Eingabeteils. Bevorzugt ist die Bewegungsgröße eine durch einen am Eingabeteil angeordneten Beschleunigungssensor gemessene Beschleunigung des Eingabeteils.According to the invention, a detection device for detecting and providing at least one movement variable resulting from the movement of the input part and a sensor unit for detecting and providing an environmental variable determined from the surroundings of the input arrangement are also provided. An environmental variable is understood to be a variable that is not determined directly or not at all by the operating arrangement or, more precisely, the movement of the input part, such as the temperature, for example the temperature in the passenger compartment of the motor vehicle or the on-board voltage of the motor vehicle. Whereas a movement variable is understood to be a variable resulting directly from the movement or a variable derived therefrom. For example, it is an amount, a summed or integrated amount of a measured value measured by the detection device. It is preferably a time profile of the measured value detected in a time interval. The movement variable is, for example, the time profile of the deflection of the input part, the time profile of the speed of the input part. The movement variable is preferably an acceleration of the input part measured by an acceleration sensor arranged on the input part.

Es ist ferner eine Auswerteinheit, bevorzugt eine wenigstens eine Speichereinheit und wenigstens eine Prozessoreinheit umfassende Auswerteinheit, vorgesehen. Bevorzugt umfasst die Auswerteinheit einen nicht-flüchtigen Speicher. Die Auswerteinheit ist zur Auswertung der Bewegungsgröße und der Umgebungsgröße ausgebildet.An evaluation unit, preferably an evaluation unit comprising at least one memory unit and at least one processor unit, is also provided. The evaluation unit preferably comprises a non-volatile memory. The evaluation unit is designed to evaluate the quantity of movement and the quantity of the surroundings.

In einem ersten Anregungsschritt erfolgt ein erstes Anregen einer Bewegung des Eingabeteils durch die Beaufschlagung des Aktuators mit einem elektrischen Ansteuersignal, welches beispielsweise mittels der Auswerteinheit erzeugt wird.In a first excitation step, a movement of the input part is first excited by applying an electrical control signal to the actuator, which is generated, for example, by means of the evaluation unit.

In einem Erfassungsschritt und Bereitstellungsschritt werden die wenigstens eine Bewegungsgröße und die wenigstens eine Umgebungsgröße mittels der Detektionseinrichtung bzw. der Sensoreinheit gemessen und der Auswerteinheit bereitgestellt. Das Erfassen erfolgt in einem zum ersten Anregen zeitgleichen oder nachfolgenden Schritt. Bevorzugt erfolgt das Erfassen der Umgebungsgröße zeitlich unabhängig von dem ersten Anregen und/oder der aus der ersten Anregung resultierenden Bewegung, noch bevorzugter erfolgt das Erfassen der Umgebungsgröße zeitlich versetzt zum ersten Anregen und zu der daraus bewirkten Bewegung des Eingabeteils.In a detection step and a provision step, the at least one movement variable and the at least one environmental variable are measured by means of the detection device or the sensor unit and made available to the evaluation unit. The acquisition takes place in a step that is simultaneous or subsequent to the first stimulation. Preferably, the detection of the surrounding variable is temporally independent of the first excitation and / or the movement resulting from the first stimulation; even more preferably, the detection of the surrounding variable is offset in time to the first excitation and the movement of the input part caused therefrom.

Nachfolgend erfolgt ein Auswerten, wobei die Auswerteinheit wenigstens die Umgebungsgröße und die Bewegungsgröße als Eingangsdaten verwendet und einen, beispielsweise anhand von Trainingsdaten, mittels maschinellen Lernens trainierten Algorithmus ausführt, um ein erlerntes, elektrisches Ansteuersignal zu erhalten. Anhand der vorliegenden Umgebungsgröße und der Bewegungsgröße und deren gegebenenfalls vorliegenden Historie in Form abgespeicherter Werte ist die Auswerteinheit in der Lage, durch Modellbildung und Analyse automatisiert ein erlerntes, elektrisches Ansteuersignal zu modellieren. Das maschinelle Lernen des Auswertens weist bevorzugt mittels künstlicher neuronaler Netze durchgeführte Optimierungsschritte, wie Deep Learning oder Reinforcement Learning, auf. Das erlernte elektrische Ansteuersignal wird beispielsweise mittels sogenannter Kompensationsparameter in Kombination mit einem vorgespeicherten Ansteuersignal beschrieben.This is followed by an evaluation, the evaluation unit using at least the ambient variable and the movement variable as input data and executing an algorithm trained by means of machine learning, for example using training data, in order to obtain a learned electrical control signal. On the basis of the existing environmental variables and the movement variables and their possibly existing history in the form of stored values, the evaluation unit is able to automatically model a learned electrical control signal through modeling and analysis. The machine learning of the evaluation preferably has optimization steps carried out by means of artificial neural networks, such as deep learning or reinforcement learning. The learned electrical control signal is described, for example, by means of so-called compensation parameters in combination with a pre-stored control signal.

Erfindungsgemäß ist ein zweites, der Auswertung zeitlich nachfolgendes Anregen vorgesehen, wobei das Eingabeteil zumindest zeitweise gemäß wenigstens des durch den Algorithmus in Abhängigkeit der Eingangsdaten ermittelten, erlernten, elektrischen Ansteuersignals in Bewegung versetzt wird, um ein haptisches Feedback zu erzeugen. Somit ist eine zuverlässige Anpassung des haptischen Feedbacks an Schwankungen, wie alterungsbedingte und/oder sich aus Änderungen der Umgebungsbedingungen ergebende Änderungen in der Lagerung und in der Wirkung des Aktuators, gewährleistet. Gegenüber einer Regelung in „Echtzeit“ kann der Rechenaufwand minimiert werden und die Auswertung prinzipiell in Zeiträume verlegt werden, in denen die Eingabeanordnung bzw. deren Komponenten weitgehend inaktiv sind.According to the invention, a second excitation following the evaluation in time is provided, the input part being set in motion at least temporarily according to at least the learned electrical control signal determined by the algorithm as a function of the input data in order to generate haptic feedback. A reliable adaptation of the haptic feedback to fluctuations, such as age-related changes and / or changes in the bearing and in the action of the actuator resulting from changes in the ambient conditions, is thus ensured. Compared to a control in "real time", the computing effort can be minimized and the evaluation can in principle be relocated to periods in which the Input arrangement or its components are largely inactive.

Bevorzugt erfolgt das Auswerten in einer Pause des Ansteuerns, d.h. zeitlich außerhalb des ersten und zweiten Ansteuerns, des Erfassens und Bereitstellens, d.h. zeitlich außerhalb des ersten und zweiten Ansteuerns sowie zeitlich außerhalb des Erfassens der Bewegungsgröße und des Erfassens der Umgebungsgröße als auch außerhalb deren Bereitstellung.The evaluation is preferably carried out in a pause in the control, i.e. temporally outside of the first and second control, detection and provision, i.e. temporally outside of the first and second actuation and temporally outside of the detection of the movement size and the detection of the environmental size as well as outside their provision.

Zur Minimierung des Rechenaufwandes wird das erlernte, elektrische Ansteuersignal bzw. der oder die das erlernte elektrische Ansteuersignal beschreibenden Kompensationsparameter gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gespeichert und für mehrmaliges zweites Ansteuern verwendet. Bevorzugt wird dazu das erlernte, elektrische Ansteuersignal bzw. der oder die Kompensationsparameter in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt.In order to minimize the computational effort, the learned electrical control signal or the compensation parameter (s) describing the learned electrical control signal is stored in accordance with a preferred embodiment of the method according to the invention and used for repeated second controls. For this purpose, the learned electrical control signal or the compensation parameter or parameters are preferably stored in a non-volatile memory.

Bevorzugt wird zumindest die Bewegungsgröße, bevorzugter alle Bewegungsgrößen, lediglich dann bereitgestellt, sofern eine Berührung durch die Berührdetektionseinrichtung während der Erfassung der Bewegungsgröße bzw. Bewegungsgrößen detektiert wurde.At least the movement variable, more preferably all movement variables, is preferably only provided if a touch was detected by the touch detection device during the detection of the movement variable or movement variables.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Bewegungsgröße mit einer Abtastfrequenz erfasst, die mehrfach größer ist, bevorzugter mindestens um eine Größenordnung größer ist, als eine mechanische Eigenfrequenz der schwingbeweglichen Lagerung des Eingabeteils am Träger. Beispielsweise liegt die Abtastfrequenz im Bereich von 0,5 kHz bis 1,5 kHz, bevorzugt im Bereich 0,8 kHz bis 1,2 kHz, meist bevorzugt im Bereich 0,9 kHz bis 1,1 kHz.According to a preferred embodiment, the movement variable is detected with a sampling frequency that is several times greater, more preferably at least one order of magnitude greater than a mechanical natural frequency of the vibratory mounting of the input part on the carrier. For example, the sampling frequency is in the range from 0.5 kHz to 1.5 kHz, preferably in the range from 0.8 kHz to 1.2 kHz, most preferably in the range from 0.9 kHz to 1.1 kHz.

Bevorzugt weist das erlernte, elektrische Ansteuersignal, mit dem der Aktuator beaufschlagt wird, einen Puls oder eine Pulsfolge auf. Beispielsweise sind die Pulse jeweils durch Pulsweitenmodulation erzeugt. Beispielsweise wird die Bewegung des Eingabeteils durch einen Beschleunigungspuls initiiert, während ferner ein Bremsimpuls vorgesehen ist, um das Durchschwingen des Eingabeteils nach der ersten Auslenkung zu verhindern oder zumindest zu minimieren.The learned electrical control signal with which the actuator is applied preferably has a pulse or a pulse sequence. For example, the pulses are each generated by pulse width modulation. For example, the movement of the input part is initiated by an acceleration pulse, while a braking pulse is also provided in order to prevent or at least minimize the swinging of the input part after the first deflection.

Bevorzugt leitet die Auswerteinheit aus der gemessenen Bewegungsgröße eine oder mehrere abgeleitete Größen ab, wobei diese abgeleitete Größe die maximale Beschleunigung des Eingabeteils oder die Anzahl der Schwingungsperioden oder die maximale Amplitude der Bewegung des Eingabeteils ist und bestimmt deren Abweichung von einem jeweiligen Vorgabeparameter.Preferably, the evaluation unit derives one or more derived variables from the measured movement variable, this derived variable being the maximum acceleration of the input part or the number of oscillation periods or the maximum amplitude of the movement of the input part and determines their deviation from a respective default parameter.

Die Auswerteinheit ist beispielsweise ausgelegt, aus der Bewegungsgröße und der Umgebungsgröße und/oder den vorgenannten abgeleiteten Größen den oder die mehreren Kompensationsparameter zu ermitteln, die die Auswirkung der jeweiligen Umgebungsgröße auf die Abweichung der Bewegungsgröße oder der abgeleiteten Größe von einem vorgegebenen Wert beschreiben und die bei Verwendung in Kombination mit dem vorgespeicherten elektrischen Ansteuersignal der zumindest teilweisen Kompensation dieser Auswirkung dienen.The evaluation unit is designed, for example, to determine the compensation parameter (s) from the movement variable and the surrounding variable and / or the aforementioned derived variables, which describe the effect of the respective surrounding variable on the deviation of the movement variable or the derived variable from a predetermined value and which are Use in combination with the pre-stored electrical control signal to at least partially compensate for this effect.

Beispielsweise ist die Auswerteinheit in der Lage, aus der gemessenen Bewegungsgröße, dem Vergleich mit den Vorgaben und/oder bereits gelernter Zwischenwerte einen neuen Satz von Kompensationsparametern zu ermitteln und diese genauso wie modifizierte Zwischenwerte, beispielsweise in Form eines neuronalen Knotens, abzuspeichern. Durch Interpolation, Extrapolation oder Dergleichen können auch weitere Kompensationsparameter bestimmt werden. For example, the evaluation unit is able to determine a new set of compensation parameters from the measured movement quantity, the comparison with the specifications and / or already learned intermediate values and to save these as well as modified intermediate values, for example in the form of a neural node. Further compensation parameters can also be determined by interpolation, extrapolation or the like.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Verfahrens in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug.The invention also relates to the use of the method in one of the embodiments described above in a motor vehicle.

Die nachfolgenden Figuren erläutern die Erfindung zusätzlich. Die in den Figuren gezeigte Ausführungsform ist dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellt lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung einer der Durchführung des Verfahrens zugrundeliegenden Eingabeanordnung 1;
  • 2 eine Veranschaulichung des Aufbaus der bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Auswerteinheit 7 und der damit verbundenen Komponenten;
  • 3 ein schematisches Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
The following figures explain the invention additionally. The embodiment shown in the figures is only to be understood as an example and represents only a preferred embodiment variant. It shows:
  • 1 a schematic representation of an input arrangement on which the implementation of the method is based 1 ;
  • 2 an illustration of the structure of the evaluation unit used when carrying out the method according to the invention 7th and related components;
  • 3 a schematic flow chart to illustrate the method according to the invention.

1 zeigt schematisch eine mögliche Ausführungsform einer dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrundeliegenden und bereitgestellten Eingabeanordnung 1. Diese weist einen Träger 9 auf, an dem ein Eingabeteil 2 beweglich und in eine Ruhestellung elastisch rückstellend mittels Blattfedern 6 entlang einer Bewegungsrichtung B gelagert ist. Das Eingabeteil 2 weist eine zur Berührung durch einen Bediener 12 bestimmte Eingabefläche 3 auf. Es handelt sich bei dem Eingabeteil 2 um einen Touchscreen oder einen Touchpad, womit eine ortsauflösende Berührdetektion aufgrund einer aus einer Elektrodenstruktur gebildeten Messkapazitätsstruktur als Berührdetektionseinrichtung 5 ermöglicht ist. Die Eingabeanordnung weist ferner einen Aktuator 4 aus einem Elektromagneten 4a und einem mit dem magnetischen Feld des Elektromagneten 4a zusammenwirkenden, bevorzugt ferromagnetischen, Anker 4b auf. Bei Beaufschlagung des Aktuators 4 mit einem von einer Auswerteinheit 7 der Eingabeanordnung 1 bereitgestellten elektrischen Ansteuersignal kommt es zur Auslenkung und Bewegung des Eingabeteils 2, was vom Bediener 12 als haptisches Feedback und als Bestätigung der vorgenommenen durch Berührung und/oder Betätigung vorgenommenen Bedienung der Eingabeanordnung 1 wahrgenommen wird. Es ist ferner ein mit der Auswerteinheit 7 elektrisch leitend verbundener Beschleunigungssensor 8 zur Messung der Beschleunigung, die das Eingabeteil 2 während seiner Bewegung erfährt, vorgesehen. Mittels dieses Beschleunigungssensors 8 wird eine der Bewegungsgrößen, hier a(t), ermittelt, welche im nachfolgend beschriebenen Verfahren verwendet wird. Es ist ferner ein weiterer Sensor 10, hier ein kapazitiver Kraftsensor, zur Messung der auf das Eingabeteil 2 wirkenden Betätigungskraft F vorgesehen. Zur Erfassung einer Umgebungsgröße, hier der Temperatur T, ist ein Temperatursensor als Sensoreinheit 11 vorgesehen. Es kann ein weiterer Sensor zur Messung der Bordspannung U des Kraftfahrzeugs als weitere Umgebungsgröße vorgesehen sein, welcher in 1 aber nicht näher dargestellt ist. 1 shows schematically a possible embodiment of an input arrangement on which the method according to the invention is based and provided 1 . This has a carrier 9 on which an input part 2 movable and elastically restoring to a rest position by means of leaf springs 6 is mounted along a direction of movement B. The input part 2 has one for touch by an operator 12th certain input area 3 on. It is the input part 2 a touchscreen or a touchpad, with which a spatially resolving touch detection based on a measuring capacitance structure formed from an electrode structure as a touch detection device 5 is made possible. The input arrangement also has an actuator 4th from an electromagnet 4a and one with the magnetic field of the electromagnet 4a cooperating, preferably ferromagnetic, anchor 4b on. When the actuator is applied 4th with one of an evaluation unit 7th the input arrangement 1 provided electrical control signal, there is a deflection and movement of the input part 2 what from the operator 12th as haptic feedback and as confirmation of the operation of the input arrangement carried out by touching and / or actuation 1 is perceived. It is also one with the evaluation unit 7th Electrically connected acceleration sensor 8th to measure the acceleration that the input part 2 learns during its movement, provided. Using this accelerometer 8th one of the movement variables, here a (t), is determined, which is used in the method described below. It is also another sensor 10 , here a capacitive force sensor, for measuring the on the input part 2 acting actuating force F provided. A temperature sensor is used as a sensor unit to detect an environmental variable, here the temperature T 11 intended. A further sensor for measuring the on-board voltage U of the motor vehicle can be provided as a further environmental variable, which is shown in 1 but is not shown in detail.

2 zeigt den prinzipiellen Aufbau der beim Verfahren verwendeten Auswerteinheit 7. Diese weist einen nicht flüchtigen Speicher 7a (EEPROM) zur Speicherung des vorgespeicherten Ansteuersignals A(t) und der Kompensationsparameter C auf, die der Modellierung des Ansteuersignals dienen. Diese werden von dem Prozessor (CPU) 7b ausgelesen und dem Speicher (RAM) 7c übergeben. Vom Prozessor 7b wird ferner die Bewegungsgröße a(t) des Beschleunigungssensors 8, welche die Bewegung des Eingabeteils 2 einer zeitlich früheren Ansteuerung detektiert hat, sowie die Umgebungsdaten in Form der Umgebungstemperatur T, welche durch den Sensor 11 bestimmt wird und in Form der Bordspannung U, welche durch den Sensor 12 bestimmt wird, als Eingangsdaten verwendet, um gegebenenfalls durch maschinelles Lernen, bevorzugt in einer Phase, in der die CPU 7b nicht mit der Erfassung und Ansteuerung beschäftigt ist, neue Kompensationsparameter C' zu ermitteln, die im nichtflüchtigen Speicher 7a gespeichert werden. Getriggert durch eine durch die Berührdetektionseinrichtung 5 detektierte Berührung erfolgt eine Übergabe des jeweiligen modifizierten Ansteuersignals A'(t) über einen Speicherdirektzugriff (DMA) 7d an die nicht dargestellte Ansteuerelektronik des Aktuators 4, welche durch Pulsweitenmodulation die Ansteuerung des Aktors 4 übernimmt und die Bewegung des Eingabeteils 2 bewirkt, um ein haptisches Feedback zu erzeugen. 2 shows the basic structure of the evaluation unit used in the process 7th . This has a non-volatile memory 7a (EEPROM) for storing the pre-stored control signal A (t) and the compensation parameters C, which are used to model the control signal. These are made by the processor (CPU) 7b read out and the memory (RAM) 7c to hand over. From the processor 7b is also the movement quantity a (t) of the acceleration sensor 8th showing the movement of the input part 2 a temporally earlier activation, as well as the environmental data in the form of the ambient temperature T, which is generated by the sensor 11 is determined and in the form of the on-board voltage U, which is determined by the sensor 12th is determined, used as input data, if necessary by machine learning, preferably in a phase in which the CPU 7b is not busy with the acquisition and control, to determine new compensation parameters C ', which are in the non-volatile memory 7a get saved. Triggered by a through the touch detection device 5 detected contact, the respective modified control signal A '(t) is transferred via direct memory access (DMA) 7d to the control electronics, not shown, of the actuator 4th , which control the actuator through pulse width modulation 4th takes over and the movement of the input part 2 causes to generate a haptic feedback.

Anhand 3 wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nachfolgend beschrieben. Grundlage des Verfahrens ist die Bereitstellung einer Eingabeanordnung 1, wie sie zuvor beispielhaft an der in 1 gezeigten Ausführungsfirm beschrieben wurde, womit das Verfahren unter „Start“ beginnt. In einem ersten Schritt S1 wird ein vorgespeichertes elektrisches Anregungssignal A(t) und, sofern vorhanden, eine oder mehrere Kompensationsgrößen C aus dem nichtflüchtigen Speicher 7a (2) ausgelesen. Im Schritt S2 wird das vorgespeicherte, elektrische Signal A(t) mittels der Kompensationsgrößen C, sofern diese vorhanden waren, durch die Auswerteinheit 7 (2) modifiziert, um ein elektrisches Anregungssignal A'(t) zu erhalten. Im Schritt S3 erfolgt eine Ausgabe mittels DMA 7d (2), sobald eine Berührung durch die Berührdetektionseinrichtung 5 (1) detektiert wird, was im Schritt S4 eine Übernahme des modifizierten elektrischen Ansteuersignals A'(t) aus dem RAM 7c (2) und eine Ansteuerung in Schritt S7 des Aktuators 4 (2) zur Folge hat. Dabei wird im Schritt SS sofern gleichzeitig eine Berührung durch die Berührdetektionseinrichtung 5 (1) detektiert wird, sowohl eine Bewegungsgröße, hier a(t) durch den Beschleunigungssensor 8 (2) als auch die Temperatur T durch den Temperatursensor 11 (2) und die Bordspannung U des Kraftfahrzeugs durch den Sensor 12 (2) jeweils als Umgebungsgrößen erfasst und bereitgestellt. Diese dienen der Auswerteinheit 7 (2) als Eingangsgrößen, um im Schritt S6 anhand von Trainingsdaten und Modellierung durch maschinelles Lernen ein erlerntes elektrisches Ansteuersignal zur ermitteln, welches mittels (gegebenenfalls neuer) Kompensationsparameter C' in Kombination mit dem vorgespeicherten Ansteuersignal A(t) beschrieben wird. Die so erlernten Kompensationsparameter C' werden im Schritt S8 gespeichert und überschreiben die zuvor gespeicherten Kompensationsparameter C, sofern vorhanden. Die neuen Kompensationsparameter C' liegen somit der Erzeugung der nachfolgend erzeugten elektrischen Ansteuersignale A'(t) zugrunde.Based 3 an embodiment of the method according to the invention is described below. The basis of the method is the provision of an input arrangement 1 as previously exemplified at the in 1 The execution company shown has been described, with which the procedure begins under “Start”. In a first step S1 a pre-stored electrical excitation signal A (t) and, if available, one or more compensation variables C from the non-volatile memory 7a ( 2 ) read out. In step S2 the pre-stored electrical signal A (t) by means of the compensation variables C, if they existed, by the evaluation unit 7th ( 2 ) modified to obtain an electrical excitation signal A '(t). In step S3 an output takes place via DMA 7d ( 2 ) as soon as there is contact by the contact detection device 5 ( 1 ) what is detected in step S4 a takeover of the modified electrical control signal A '(t) from the RAM 7c ( 2 ) and a control in step S7 of the actuator 4th ( 2 ). In this case, in step SS, there is simultaneous contact by the contact detection device 5 ( 1 ) is detected, both a movement variable, here a (t) by the acceleration sensor 8th ( 2 ) as well as the temperature T by the temperature sensor 11 ( 2 ) and the on-board voltage U of the motor vehicle through the sensor 12th ( 2 ) each recorded and provided as environmental variables. These serve the evaluation unit 7th ( 2 ) as input variables to in step S6 to determine a learned electrical control signal based on training data and modeling by machine learning, which is described by means of (possibly new) compensation parameters C 'in combination with the pre-stored control signal A (t). The compensation parameters C 'learned in this way are in step S8 saved and overwrite the previously saved compensation parameters C, if any. The new compensation parameters C 'are therefore based on the generation of the subsequently generated electrical control signals A' (t).

Claims (12)

Verfahren zur Erzeugung eines angepassten haptischen Feedbacks mit den Schritten: Bereitstellen einer Eingabeanordnung (1), aufweisend einen Träger (9), ein entlang wenigstens einer Bewegungsrichtung (B) mittels einer schwingbeweglichen Lagerung am Träger (9) gelagertes Eingabeteil (2) mit einer zur Berührung durch einen Bediener (12) bestimmten Eingabefläche (3) und mit einer Berührdetektionseinrichtung (5) zur Detektion einer Berührung der Eingabefläche (3) durch den Bediener (12), einen Aktuator (4) zur Anregung einer Bewegung des Eingabeteils (2) entlang der Bewegungsrichtung (B) mittels eines elektrischen Ansteuersignals, um bei Berührung durch den Bediener ein haptisches Feedback bei dem Bediener (12) zu erzeugen, eine Detektionseinrichtung (8) zur Erfassung und Bereitstellung wenigstens einer aus der Bewegung des Eingabeteils (2) sich ergebenden Bewegungsgröße (a(t)), eine Sensoreinheit (11) zur Erfassung und Bereitstellung einer aus der Umgebung der Eingabeanordnung ermittelten Umgebungsgröße (T), sowie eine Auswerteinheit (7) zur Auswertung der Bewegungsgröße (a(t)) und der Umgebungsgröße (T); Erstes Anregen einer Bewegung des Eingabeteils (2) durch die Beaufschlagung des Aktuators (4) mit dem elektrischen Ansteuersignal; Erfassen und Bereitstellen der Bewegungsgröße (a(t)); Erfassen und Bereitstellen der Umgebungsgröße (T); Auswerten, wobei die Auswerteinheit (7) wenigstens die Umgebungsgröße (T) und die Bewegungsgröße (a(t)) als Eingangsdaten verwendet und einen mittels maschinellen Lernens trainierten Algorithmus ausführt, um ein erlerntes, elektrisches Ansteuersignal zu erhalten; und zweites, nachfolgendes Anregen, wobei das Eingabeteil (2) zumindest zeitweise gemäß wenigstens des durch den Algorithmus in Abhängigkeit der Eingangsdaten ermittelten, erlernten, elektrischen Ansteuersignals in Bewegung versetzt wird, um ein haptisches Feedback zu erzeugen.A method for generating an adapted haptic feedback with the following steps: providing an input arrangement (1) having a carrier (9), an input part (2) mounted on the carrier (9) along at least one direction of movement by means of an oscillating mounting on the carrier (9) with a for Touching the input surface (3) determined by an operator (12) and with a touch detection device (5) for detecting a touch of the input surface (3) by the operator (12), an actuator (4) to stimulate a movement of the input part (2) along the direction of movement (B) by means of an electrical control signal in order to generate haptic feedback for the operator (12) when touched by the operator, a detection device (8) for detecting and providing at least one of the movement of the Input part (2) resulting movement variable (a (t)), a sensor unit (11) for detecting and providing an environmental variable (T) determined from the surroundings of the input arrangement, and an evaluation unit (7) for evaluating the movement variable (a (t) ) and the environment size (T); First excitation of a movement of the input part (2) by applying the electrical control signal to the actuator (4); Detecting and providing the movement variable (a (t)); Detecting and providing the environment variable (T); Evaluation, the evaluation unit (7) using at least the environmental variable (T) and the movement variable (a (t)) as input data and executing an algorithm trained by means of machine learning in order to obtain a learned electrical control signal; and second, subsequent excitation, the input part (2) being set in motion at least temporarily in accordance with at least the learned electrical control signal determined by the algorithm as a function of the input data, in order to generate haptic feedback. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Auswerten in einer Pause des Ansteuerns, Erfassens und Bereitstellens erfolgt.Procedure according to Claim 1 , whereby the evaluation takes place in a pause of the control, acquisition and provision. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erlernte, elektrische Ansteuersignal durch Modifikation eines vorgespeicherten elektrischen Ansteuersignals mittels eines oder mehrerer Kompensationsparameter beschrieben wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the learned electrical control signal is described by modifying a pre-stored electrical control signal by means of one or more compensation parameters. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erlernte, elektrische Ansteuersignal oder der oder die zugehörigen Kompensationsparameter gespeichert werden und jeweils für mehrmaliges zweites Ansteuern verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the learned electrical control signal or the associated compensation parameter (s) are stored and are each used for repeated second control. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bewegungsgröße (a(t)) eine durch einen am Eingabeteil (2) angeordneten Beschleunigungssensor (8) gemessene Beschleunigung ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the movement variable (a (t)) is an acceleration measured by an acceleration sensor (8) arranged on the input part (2). Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest die Bewegungsgröße (a(t)), bevorzugt alle Bewegungsgrößen, lediglich bereitgestellt werden, sofern eine Berührung durch die Berührdetektionseinrichtung (5) während der Erfassung der Bewegungsgröße (a(t)) detektiert wurde.Method according to one of the preceding claims, wherein at least the movement variable (a (t)), preferably all movement variables, are only provided if a touch was detected by the touch detection device (5) during the detection of the movement variable (a (t)). Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Abtastfrequenz mittels der die Bewegungsgröße (a(t)) erfasst wird, mehrfach größer, bevorzugt mindestens um eine Größenordnung größer, ist als eine mechanische Eigenfrequenz der schwingbeweglichen Lagerung.Method according to one of the preceding claims, wherein a sampling frequency by means of which the movement variable (a (t)) is detected is several times greater, preferably at least one order of magnitude greater, than a mechanical natural frequency of the oscillating bearing. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erlernte, elektrische Ansteuersignal, mit dem der Aktuator (4) beaufschlagt wird, einen Puls oder eine Pulsfolge aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the learned electrical control signal with which the actuator (4) is acted upon has a pulse or a pulse sequence. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteinheit (7) aus der Bewegungsgröße (a(t)) eine oder mehrere abgeleitete Größen ableitet, die jeweils aus der Gruppe ausgewählt ist, welche besteht aus: maximale Beschleunigung des Eingabeteils, Anzahl der Schwingungsperioden, maximale Amplitude der Bewegung des Eingabeteils.Method according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit (7) derives one or more derived variables from the movement variable (a (t)), each of which is selected from the group consisting of: maximum acceleration of the input part, number of oscillation periods, maximum amplitude of the movement of the input part. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das maschinelle Lernen des Auswertens mittels künstlicher neuronaler Netze durchgeführte Optimierungsschritte, wie Deep Learning oder Reinforcement Learning, aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the machine learning of the evaluation has optimization steps carried out by means of artificial neural networks, such as deep learning or reinforcement learning. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erlernte, elektrische Ansteuersignal in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the learned electrical control signal is stored in a non-volatile memory. Verwendung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Kraftfahrzeug.Use of the method according to one of the preceding claims in a motor vehicle.
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