DE102020104810A1

DE102020104810A1 - Eingabegerät und Eingabesystem sowie Verfahren zum Betreiben eines Eingabegeräts

Info

Publication number: DE102020104810A1
Application number: DE102020104810.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Battlog
Original assignee: Inventus Engineering GmbH
Current assignee: Inventus Engineering GmbH
Priority date: 2019-08-05
Filing date: 2020-02-24
Publication date: 2021-02-11
Also published as: US11940833B2; US20220283602A1; WO2021023794A1; EP4010775A1; CN114502861B; CN114502861A

Abstract

Eingabegerät (700), insbesondere Joystick (711), mit einer Bedieneinrichtung (701) und mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung (702) und mit einer Steuereinrichtung (703) zur Ansteuerung der Bremseinrichtung (703). Die Bedieneinrichtung (701) umfasst eine Trageinrichtung (704) und einen Bedienhebel (705) umfasst, welcher um wenigstens eine Schwenkachse (706) schwenkbar an der Trageinrichtung (704) aufgenommen ist. Ein Sensormittel (734) ist zur Erfassung eines Schwenkwinkels des Bedienhebels (705) vorgesehen. Dabei ist die Bremseinrichtung (702) mit der Schwenkachse (706) gekoppelt, um eine Schwenkbewegung des Bedienhebels (705) durch die Steuereinrichtung (703) gesteuert zu dämpfen. Die Steuereinrichtung (703) ist dazu geeignet und ausgebildet ist, die Bremseinrichtung (702) in Abhängigkeit eines Steuerbefehls anzusteuern und den Steuerbefehl in ein an dem Bedienhebel (705) wahrnehmbares haptisches Signal, vorzugsweise eine definierte Abfolge (713) von Verzögerungsmomenten, umzusetzen, sodass der Benutzer als Folge einer vorgenommenen Eingabe eine haptische Rückmeldung (sog. Force Feedback) erhalten kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Eingabegerät, insbesondere einen Joystick, mit wenigstens einer Bedieneinrichtung und mit wenigstens einer magnetorheologischen Bremseinrichtung und mit wenigstens einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Bremseinrichtung. Die Bedieneinrichtung umfasst wenigstens eine Trageinrichtung und wenigstens einen Bedienhebel, welcher um wenigstens eine Schwenkachse schwenkbar an der Trageinrichtung aufgenommen ist. Insbesondere ist wenigstens ein Sensormittel zur Erfassung eines Schwenkwinkels des Bedienhebels umfasst.
Im Stand der Technik weisen Joysticks oft eine mechanische Kulisse bzw. mechanische Feder- oder Rastsysteme für die Darstellung verschiedener Funktionen auf. Besonders Joysticks von Nutzfahrzeugen bzw. OFF-Highwayfahrzeugen wie Baumaschinen und dergleichen weisen meist mechanische Lösungen mit Kulissen und Rückstellfedern und Reibbremsen für die entsprechenden Rastpositionen und zur Rückführung in die Neutralstellung auf. Zur Bewegungsübertragung sind meist ein komplexes Getriebe und/oder eine Kardanwelle oder dergleichen vorgesehen. Potentiometer, Halleffektsensoren oder Encoder werden zur Signalerzeugung bzw. Positionserkennung verwendet. Bei Desktopanwendungen sind Tischjoysticks für Anwendungen im Innenbereich bekannt geworden, z. B. im Labor zur Steuerung von Laborgeräten, medizinischen Geräten, Maschinen oder Roboter in der Industrie etc.
Für die Verwendung beim Gaming (Computerspielen) und auch in anderen Anwendungsbereichen sind Joysticks mit Force-Feedback bekannt geworden. Mit solchen Force-Feedback-Joysticks werden Situationen wie z. B. holprige Bodenbeläge erfasst und als mechanische Rückkopplung in Form von Ruckeln oder leicht-/schwergängigem Joystick an den Spieler zurückgegeben (Feedback). Dabei kommen beim Stand der Technik meist Vibrationsmotoren zum Einsatz, die keine Momenten- oder Krafterhöhungen am Bedienelement erzeugen können. Elektromotoren oder Hydraulik- oder Pneumatikzylinder, die bei professionellen Joysticks/Simulatoren über 100 N (Newton) Betätigungskraft an der Bedienfläche erzeugen können, um das Gefühl so realistisch wie möglich zu gestalten, sind teuer, groß und aufwendig. Bei einem Hebelabstand (Abstand vom Joystickdrehpunkt zur Benutzerhand) von 10 bis 15 cm entspricht dies einem Drehmoment von 10 bis 15 Nm. Damit ein solch hohes Drehmoment mit hoher Qualität (wenig Wechselspiel, geräuscharm, schnellem Ansprechen, stufenlos steuerbar) erzeugt werden kann, benötigt es besonders große und meist sehr teure Aktoren, welche zudem viel Bauraum benötigen. Der Bauraum ist bei vielen Anwendungen sehr knapp.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Bedienqualität und den Funktionsumfang eines solchen Eingabegeräts zu verbessern (nutzerorientierte Gestaltung des haptischen Feedbacks). Vorzugsweise soll das Eingabegerät auch besonders flexibel für verschiedene Einsatzbereiche verwendbar sein. Zugleich soll das Eingabegerät kompakt aufgebaut sein bzw. wenig Bauraum benötigen und unaufwendig bzw. kostengünstig herstellbar sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Eingabegerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Eingabesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 26 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 27. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
Das erfindungsgemäße Eingabegerät ist insbesondere als ein Joystick ausgebildet. Das Eingabegerät umfasst wenigstens eine Bedieneinrichtung und wenigstens eine magnetorheologische Bremseinrichtung und wenigstens eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Bremseinrichtung. Die Bedieneinrichtung umfasst wenigstens eine Trageinrichtung und wenigstens einen Bedienhebel. Der Bedienhebel ist insbesondere als ein Joystickhebel ausgebildet. Der Bedienhebel ist um wenigstens eine Schwenkachse schwenkbar an der Trageinrichtung aufgenommen. Insbesondere ist wenigstens ein Sensormittel zur Erfassung eines Schwenkwinkels des Bedienhebels umfasst. Die Bremseinrichtung ist mit der wenigstens einen Schwenkachse gekoppelt, um wenigstens eine Schwenkbewegung des Bedienhebels durch die Steuereinrichtung gesteuert zu dämpfen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Bremseinrichtung wenigstens in Abhängigkeit wenigstens eines Steuerbefehls anzusteuern. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, den Steuerbefehl in wenigstens ein an dem Bedienhebel wahrnehmbares haptisches Signal, vorzugsweise eine definierte Abfolge von Verzögerungsmomenten, umzusetzen. Insbesondere kann dadurch ein Benutzer wenigstens als Folge einer vorgenommenen Eingabe und/oder während einer Eingabe eine haptische Rückmeldung (sog. Force Feedback) erhalten.
Das erfindungsgemäße Eingabegerät bietet viele Vorteile. Einen erheblichen Vorteil bietet die gezielt gesteuerte Dämpfung des Bedienhebels. Besonders vorteilhaft ist auch die haptische Rückmeldung (sog. Force Feedback). Dadurch werden die Bedienqualität und zugleich auch die Sicherheit bei den Bedienvorgängen erheblich verbessert. Zugleich wird eine besonders kompakte und Bauraum sparende sowie unaufwendig umsetzbare Dämpfung ermöglicht.
Insbesondere wird die Schwenkbewegung des Bedienhebels wenigstens in Abhängigkeit von dem sensorisch erfassten Schwenkwinkel des Bedienhebels gedämpft. Insbesondere ist die Schwenkbewegung des Bedienhebels mit der Bremseinrichtung dämpfbar. Insbesondere stehen die Bremseinrichtung und die Steuereinrichtung dazu miteinander in Wirkverbindung. Insbesondere ist die Bremseinrichtung durch die Steuereinrichtung ansteuerbar. Insbesondere ist die Schwenkbewegung des Bedienhebels mittels der Bremseinrichtung und mittels der Steuereinrichtung gesteuert dämpfbar. Insbesondere ist die Bremseinrichtung derart durch die Steuereinrichtung ansteuerbar, dass die Schwenkbewegung des Bedienhebels gezielt und vorzugsweise (dynamisch) anpassbar gedämpft wird. Insbesondere ermittelt die Steuereinrichtung in Abhängigkeit wenigstens eines der nachfolgend beschriebenen Parameter ein Soll-Verzögerungsmoment und steuert die Bremseinrichtung dann derart an, dass die Bremseinrichtung ein Soll-Verzögerungsmoment zur Dämpfung der Schwenkbewegung des Bedienhebels aufbringt.
Vorzugsweise ist der Bedienhebel nach einer erfolgten Betätigung automatisch in eine bestimmungsgemäße Neutralstellung mittels wenigstens einer Rückstelleinheit zurückschwenkbar. Dabei ist die Steuereinrichtung vorzugsweise dazu geeignet und ausgebildet, wenigstens eine von der Rückstelleinheit ausgeführte Rückstellbewegung mittels der Bremseinrichtung gezielt zu dämpfen. Vorzugsweise kann das Dämpfen der Rückstellbewegung für alle vorgesehenen Schwenkachsen separat vorgenommen werden. Insbesondere erfolgt die Dämpfung der Rückstellbewegung durch Anpassung eines Verzögerungsmoments der Bremseinrichtung.
Durch das Dämpfen der Rückstellbewegung wird ein unerwünschtes Überschwingen des Bedienhebels um die Neutralstellung wirkungsvoll verhindert. So wird gewährleistet, dass der Bedienhebel aufgrund der Federrückstellkraft nach dem Loslassen präzise zur Neutralposition hin gebremst und zurückgezogen wird. Bei herkömmlichen Joysticks schwingt der Hebel nach dem Loslassen aus einer federvorgespannten Position (z.B. Endstellung) meist über die Neutralstellung hinaus und von dort wieder zurück, sodass sich der Hebel erst mit der Zeit einpendelt. Das ist bei der Bedienung von Fahrzeugen und Maschinen sehr problematisch und beim Gaming sehr unerwünscht, da diese Ausschwingbewegung auch Eingaben bzw. vom Eingabegerät ausgehende Steuerbefehle verursacht, d.h. das mit dem Joystick bediente Werkzeug vollführt die gleiche Ausschwingbewegung. Mit der Erfindung bzw. einer ihrer Ausgestaltungen wird diese Problematik gelöst und zugleich der Bedienungskomfort und auch die Bedienungssicherheit erheblich verbessert.
Das Eingabegerät kann z. B. zur Steuerung bei Fahrzeugen und/oder Flugzeugen und insbesondere zur Steuerung bei Nutzfahrzeugen und vorzugsweise bei der Steuerung von OFF-Highway Fahrzeugen (solche Maschinen können auch als selbstfahrende Arbeitsmaschinen bezeichnet werden) wie Pistenraupen, Traktoren, Baggern, Kränen etc. besonders vorteilhaft eingesetzt werden. Dabei kann das Eingabegerät zur Steuerung eines Fahrbetriebs und/oder anderer Funktionen und z. B. Arbeitsfunktionen einsetzbar sein.
Besonders vorteilhaft kann das Eingabegerät auch bei Computerspielen bzw. Gaming eingesetzt werden. Diese bzw. eine bei diesen mittels einer Software simulierte Situation können beispielhaft sein:

Eine Treppe in einem Gamingspiel, über welche der virtuelle Spieler gehen muss, kann am Joystick als rippelartiges Feedback wiedergegeben werden. Steht der virtuelle Spieler, bewegt durch den Joystick, vor einer Tür oder Wand, so erhöht sich die Betätigungskraft bis hin zum Endstop (hohe Betätigungskraft bzw. hohes Schwenkmoment am Betätigungshebel). Besitzt der Spieler in einem Fußballspiel (z.B. FIFA) den Ball, lässt sich der Joystick schwerer betätigen.

In Ziel- und Schießspielen: Je nach Schwere oder Feuerkraft der Waffe anderes Feedback bei der Auswahl. Der Momentenverlauf des Abzugshebels am Game-Controller (Joystick in Y-Richtung) für die Betätigung von Schlusswaffen im Spiel ändert sich entsprechend der gewählten Waffe. Ladehemmung: Blockiert. Munition geht zu Ende: Geht schwerer oder Rippel.
Simulationsspiele (Autorennfahren...) : Im Autorennfahrspiel oder Landwirtschaftssimulator: Steuerung der Betätigungskraft (z.B. das Fahren des Fahrzeuges) abhängig vom Untergrund wie Asphalt, Sand, Erde etc. Peak Valley - Bei Einstellungen, oder bei Beschleunigung, also Widerstand. Fullstop - Bei Unfall in einem Racingspiel, sodass man die Kollision spürt. Fine Ripple - Beim Scrollen, oder auf Asphalt. Medium Ripple - Bei Fahren auf weicherem Untergrund. Hard Ripple - Fahren auf Wiese, Hügel etc.
Hilfestellung (Lernmodus): Bevorzugte Joystickbewegungen (z.B. soll sich der Spieler nur in Y-Richtung bewegen) gehen leichter wie Joystickbewegungen/-befehle, welche für den positiven Spielverlauf nachteilig sind.
Vernetztes Spielen: Die Haptik (Forcefeedback) verändert sich abhängig von den anderen Spielern bzw. deren Input/Mitwirken. Eine schnellere und präzisere Steuerung ist damit möglich.
Das Eingabegerät kann auch bei anderen Anwendungen eingesetzt werden. Beispielsweise ist das Eingabegerät für das Bedienen von Fluggeräten (z.B. Drohnen), elektronischen Geräten / Smart Devicen, Fernsehern (z.B. als Joystick auf der Fernbedienung, zum Navigieren durch die Apps oder Sender und (aus)wählen dieser), Maschinen wie insbesondere Werkzeugmaschinen und Fertigungsmaschinen sowie Geräten und vorzugsweise Medizintechnikgeräten oder Industrierobotern einsetzbar.
Das Navigieren eines Cursors in einem Display /Anzeigegerät ist dadurch auch vorteilhaft möglich. Wird z.B. ein wichtiger Ort oder ein wichtiges Eingabeziel z.B. in einer Navigationsapplikation mittels dem vom Joystick bewegten Cursor virtuell überfahren, so kann der Joystick kurzzeitig ein höheres Drehmoment bzw. eine höhere Bedienkraft ausgeben (Force-Feedback), wodurch der Benutzer dieses schneller erkennt und leichter (aus)wählen kann. (Aus)wählen = Bestätigen durch Drücken eines Knopfes am Joystick oder Verfahren des Joysticks in Z-Richtung (Push). Die haptische Rückmeldung (Force-Feedback) kann sich je nach Wichtigkeit und auch situationsabhängig anpassen. Benötigt das Fahrzeug elektrische Energie oder Kraftstoff und es wird z.B. vom Fahrzeugbenutzer mit dem Cursor eine Tankstelle in der Navigationsapp virtuelle überfahren, die bei der berechneten Ankunftszeit geschlossen hat, wird diese Information haptisch durch keine oder eine leichte Rückmeldung (kein oder ein leichter Rippel) an die Benutzerhand weitergeleitet. Bevorzugte Tankstellen werden haptisch intensiver dargestellt. Bei Elektrofahrzeugen wird hierbei die mögliche Reichweite in Echtzeit einkalkuliert und je nach Reichweite gewichtet (sicher zu erreichende Ziele: Festhalten/Stopp (hohes Drehmoment am Joystick), aufgrund der Batteriereichweite kritische Ziele: gar kein Feedback oder (gefolgt) von starkem Vibrieren als Warnung...) . Dies gilt auch wenn an einer Werkzeugmaschine Werkzeuge (aus)gewählt werden, bei einem CAD System eine wichtige Zeichnungslinie oder ein Bemassungsstartpunkt oder bei einem Fotoapparat der Scharfstellungspunkt „gefangen“ werden muss, bei einer Drohne oder in einem Spiel (Gaming) Ziele angeflogen werden.
Zur gezielten Dämpfung der Rückstellbewegung ist insbesondere vorgesehen, dass ein Verzögerungsmoment an einen Verlauf einer Kennlinie der Rückstelleinheit angepasst wird. Insbesondere beschreibt die Kennlinie ein Rückstellmoment als Funktion des Schwenkwinkels des Bedienhebels. Insbesondere wird das Verzögerungsmoment in Abhängigkeit des Schwenkwinkels des Bedienhebels eingestellt, sodass das Verzögerungsmoment am jeweiligen Schwenkwinkel gleich oder höher ist als das Rückstellmoment am gleichen Schwenkwinkel. Insbesondere ist das Verzögerungsmoment an eine Federkennlinie einer Rückstellfeder angepasst. Insbesondere wird dazu der Schwenkwinkel des Bedienhebels mittels des Sensormittels erfasst.
Das Sensormittel umfasst insbesondere wenigstens einen Sensor (z. B. Encoder, Drehgeber, Hallgeber...) . Der Sensor ist z. B. ein Winkelsensor und insbesondere Drehwinkelsensor. Es kann eine absolute Stellung (z. B. Absolutwertgeber) oder eine relative Stellung erfassbar sein. Das Sensormittel kann unmittelbar oder auch indirekt über eine Stellung eines anderen Bauteils und insbesondere der Bremseinrichtung den Schwenkwinkel des Bedienhebels erfassen. Beispielsweise wird dazu eine Winkelstellung und/oder ein Drehwinkel der Bremseinrichtung erfasst. Der erfasste Schwenkwinkel wird vorzugsweise der Steuereinrichtung für die Ansteuerung der Bremseinrichtung bereitgestellt.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, den Bedienhebel nach einer erfolgten Betätigung automatisch in der aktuellen Betätigungsstellung zu fixieren. Dazu ist die Steuereinrichtung vorzugsweise dazu geeignet und ausgebildet, mittels der Bremseinrichtung gezielt wenigstens ein Verzögerungsmoment einzustellen, welches einem Rückstellmoment der Rückstelleinheit an der aktuellen Betätigungsstellung entspricht oder höher als ein solches ist. Das hat den Vorteil, dass der Bedienhebel nach dem Loslassen an einer beliebigen Stellung in der jeweiligen Stellung verbleibt und nicht in die Neutralstellung zurückgeht. Eine solche Funktion, auch als smart stop bezeichnet, ist für zahlreiche Bedienungsszenarien von großem Vorteil.
Dabei kann das Halte-/Verzögerungsmoment so hoch eingestellt werden, dass mit einem erhöhten Kraftaufwand ein Weiterbewegen des Bedienhebels möglich ist (Überdrücken). Das Verzögerungsmoment kann aber auch so hoch eingestellt werden, dass der Bedienhebel bei den betriebsgemäßen Handkräften blockiert ist. Das Weiterbewegen des Bedienhebels mit erhöhtem Kraftaufwand und/oder das Blockieren des Bedienhebels können dabei in wenigstens eine oder auch in mehrere Schwenkrichtungen erfolgen.
In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass der Bedienhebel um wenigstens zwei Schwenkachsen schwenkbar an der Trageinrichtung aufgenommen ist. Der Bedienhebel kann auch um wenigstens drei oder vier oder mehr Schwenkachsen schwenkbar der Trageinrichtung aufgenommen sein. Insbesondere umfasst die Bedieneinrichtung wenigstens zwei oder drei oder mehr Schwenkachsen. Insbesondere ist der Bedienhebel wenigstens zweiachsig und vorzugsweise mehrachsig verschwenkbar an der Trageinrichtung aufgenommen.
Vorzugsweise ist jeweils wenigstens eine Bremseinrichtung mit jeweils wenigstens einer Schwenkachse gekoppelt. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, bei einer Schwenkbewegung des Bedienhebels wenigstens einen Teil der vorgesehenen Schwenkachsen und vorzugsweise alle vorgesehenen Schwenkachsen jeweils separat und insbesondere auch unabhängig voneinander zu dämpfen. Insbesondere sind alle Schwenkbewegungen des Bedienhebels separat und vorzugsweise auch unabhängig voneinander dämpfbar. Es können auch zwei oder mehr Schwenkachsen mit einer gemeinsamen Bremseinrichtung ausgerüstet sein. Dann ist insbesondere eine Getriebeeinrichtung zur Kopplung der Schwenkachsen mit der gemeinsamen Bremseinrichtung vorgesehen.
Es ist vorteilhaft und bevorzugt, dass die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet ist, die Bremseinrichtung in Abhängigkeit von einem sensorisch erfassten Schwenkwinkel des Bedienhebels anzusteuern und vorzugsweise anzupassen und insbesondere zu verändern und/oder gezielt beizubehalten. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Dämpfung der Schwenkbewegung des Bedienhebels wenigstens in Abhängigkeit von einem mittels des Sensormittels erfassten Schwenkwinkel des Bedienhebels anzupassen. Das Eingabegerät umfasst insbesondere wenigstens ein Sensormittel zur Erfassung des Schwenkwinkels des Bedienhebels (insbesondere das zuvor beschriebene Sensormittel). Insbesondere ist der Schwenkwinkel des Bedienhebels für jede vorgesehene Schwenkachse separat erfassbar. Beispielsweise ist für jede Schwenkachse wenigstens ein Winkelsensor oder dergleichen vorgesehen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, mittels der Bremseinrichtung ein Verzögerungsmoment für den Bedienhebel in Abhängigkeit des Schwenkwinkels und/oder der Zeit einzustellen. Insbesondere passt die Steuereinrichtung das Verzögerungsmoment unter Berücksichtigung des Schwenkwinkels und/oder der Zeit an und vorzugsweise dynamisch an. Insbesondere sind Dämpfungskurven einstellbar und dynamisch veränderbar, welche das Verzögerungsmoment als Funktion des Schwenkwinkels und/oder der Zeit beschreiben.
Es ist ebenfalls vorteilhaft und bevorzugt, dass die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet ist, die Bremseinrichtung in Abhängigkeit wenigstens eines Steuerbefehls eines Eingabeempfangsgeräts anzusteuern. Insbesondere ist das Eingabeempfangsgerät mit dem Eingabegerät koppelbar bzw. gekoppelt, sodass eine Wirkverbindung besteht. Das erfindungsgemäße Eingabegerät kann wenigstens ein Eingabeempfangsgerät umfassen. Möglich ist auch, dass das Eingabeempfangsgerät und das Eingabegerät von einem Eingabesystem bereitgestellt werden. Ein solcher Steuerbefehl kann unabhängig von einer Eingabe und/oder als Rückmeldung (Feedback) auf eine mit dem Eingabegerät vorgenommene Eingabe in das Eingabeempfangsgerät erfolgen. Insbesondere wird in Abhängigkeit des Steuerbefehls das Verzögerungsmoment angepasst. Der Steuerbefehl kann wenigstens eine reale Betriebssituation (insbesondere eine Betriebssituation des Eingabeempfangsgeräts und/der des Eingabegeräts) und/oder wenigstens eine mittels einer Software simulierte Situation betreffen.
Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, den Steuerbefehl zu empfangen und dann wenigstens unter Berücksichtigung des Steuerbefehls das Verzögerungsmoment anzupassen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die zuvor und/oder nachfolgend beschriebenen Ansteuerungen der Bremseinrichtung auch wenigstens teilweise in Abhängigkeit des Steuerbefehls vorzunehmen. Dadurch kann die Dämpfung des Bedienhebels an die jeweiligen Anforderungen eines Eingabeempfangsgeräts angepasst werden, sodass stets eine optimale und besonders sichere Bedienung erfolgen kann.
Bevorzugt und vorteilhaft ist auch, dass der wenigstens eine Steuerbefehl von dem Eingabegerät selbst bereitgestellt wird. Ein vom Eingabegerät selbst bereitgestellter Steuerbefehl ist z. B. der sensorisch erfasste Schwenkwinkel und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit des Bedienhebels und/oder eine Zeit und/oder ein Betriebsmodus des Eingabegeräts und/oder eine im Eingabegerät hinterlegte Benutzereingabe (z. B. ausgewähltes Benutzerprofil, Tastenbetätigung etc.) und/oder wenigstens ein (anderer) sensorisch erfasster Parameter (z. B. Beschleunigung oder Lage des Eingabegeräts). Der Steuerbefehl kann in der Steuereinrichtung hinterlegt sein und/oder von dieser mittels hinterlegten Algorithmen generiert werden. Der Steuerbefehl kann durch wenigstens eine Benutzereingabe erzeugt und/oder angepasst werden. Es kann auch wenigstens ein Steuerbefehl einer anderen Quelle vorgesehen sein. Insbesondere kann die Steuereinrichtung mehrere verschiedene Steuerbefehle empfangen und verabreiten.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, den Steuerbefehl in wenigstens ein an dem Bedienhebel wahrnehmbares haptisches Signal (Kraft-/Momentenänderung) umzusetzen, insbesondere sodass der Benutzer als Folge einer vorgenommenen Eingabe eine haptische Rückmeldung (z.B. erhöhte Kraft an der Mensch-Maschinenschnittstelle) erhalten kann. Insbesondere kann das Eingabeempfangsgerät die Bewegbarkeit bzw. Dämpfung des Bedienhebels gezielt beeinflussen. Dadurch sind haptische Rückmeldungen (wie z. B. Force-Feedback) besonders vorteilhaft umsetzbar. Das haptische Signal umfasst vorzugsweise wenigstens die im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschriebene definierte Abfolge von Verzögerungsmomenten. Das haptische Signal umfasst besonders bevorzugt wenigstens die im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschriebene definierte Abfolge von sich (schnell) ändernden Verzögerungsmomenten bzw. Kräften an der Mensch-/Maschinenschnittstelle (auch Rippel/Ticks/Raster genannt). Beispielsweise kann darüber ein Zustand des Fahrzeugs bzw. der Maschine mitgeteilt werden.
Die Steuereinrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, wenigstens eine Schwenkbewegung des Bedienhebels in wenigstens eine Schwenkrichtung zu blockieren und in wenigstens eine entgegengesetzte Schwenkrichtung freizugeben. Dadurch kann der Bedienhebel bei Bedarf in nur eine Richtung entlang der Schwenkachse bewegt werden. Eine solche unidirektionale Bewegbarkeit des Bedienhebels ist für viele Situationen von Vorteil und kann mit der Erfindung beliebig aktiviert und deaktiviert werden. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Schwenkbewegung aus der Neutralstellung und/oder einer aktuellen Betätigungsstellung heraus unidirektional und/oder bidirektional und/oder multidirektional zu blockieren. Die Schwenkbewegung des Bedienhebels kann auch richtungsabhängig dämpfbar sein.
Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, diejenige Richtung, in welche der Bedienhebel blockiert ist und diejenige Richtung, in welche der Bedienhebel freigegeben ist, zu verändern. Insbesondere wird die Richtung wenigstens in Abhängigkeit einer Situation und/oder des Schwenkwinkels und/oder der Zeit und/oder des Steuerbefehls verändert. Die Steuereinrichtung kann vorzugsweise auch beide Richtungen blockieren und/oder beide Richtungen freigegeben und/oder beide Richtungen mit einem stetigen und/oder veränderlichen Verzögerungsmoment beaufschlagen.
Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise dazu geeignet und ausgebildet, bei Erreichen wenigstens eines definierten Schwenkwinkels das Verzögerungsmoment mittels der Bremseinrichtung über wenigstens einen bestimmten Schwenkwinkelbereich zu erhöhen und insbesondere den Bedienhebel nach einer erfolgten Überwindung des Schwenkwinkelbereichs in wenigstens einer Zielstellung außerhalb der Neutralstellung zu fixieren. Dazu kann die Steuereinrichtung gezielt wenigstens ein Verzögerungsmoment einstellen, welches einem Rückstellmoment der Rückstelleinheit an der Zielstellung entspricht oder höher als ein solches ist.
So verbleibt der Bedienhebel nach Überwinden der Drehmomentspitze automatisch in seiner Stellung, wenn er losgelassen wird (kick and hold). Die Zielstellung ist insbesondere durch einen Schwenkwinkel des Bedienhebels entlang wenigstens einer Schwenkachse definiert.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, unterhalb des definierten Schwenkwinkels den Bedienhebel wieder in die Neutralstellung zu überführen.
Dabei ist die Steuereinrichtung vorzugsweise dazu geeignet und ausgebildet, den definierten Schwenkwinkel und/oder das Verzögerungsmoment und/oder den Schwenkwinkelbereich und/oder die Zielstellung dynamisch festzulegen. Die Festlegung kann in Abhängigkeit des Schwenkwinkels des Bedienhebels und/oder der Zeit und/oder des Steuerbefehls erfolgen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, den Schwenkwinkelbereich und/oder die Zielstellung an einer beliebigen Position im betriebsgemäßen Schwenkbereich des Bedienhebels einzustellen und/oder aufzuheben und insbesondere dynamisch festzulegen.
Bevorzugt ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, das erhöhte Verzögerungsmoment für die Überwindung des Schwenkwinkelbereichs in nur eine Schwenkrichtung vorzusehen, sodass der Bedienhebel nach einer erfolgten Überwindung des Schwenkwinkelbereichs ohne ein solches erhöhtes Verzögerungsmoment wieder zurückbewegt werden kann. Beispielsweise wird ein kurzer Widerstand in eine Richtung erzeugt, während die Rückbewegung zur Neutralstellung ohne zusätzlichen Widerstand erfolgt (kick down). Insbesondere passt die Steuereinrichtung das erhöhte Verzögerungsmoment und/oder die Richtung für das erhöhte Verzögerungsmoment in Abhängigkeit des Schwenkwinkels und/oder der Zeit und/oder des Steuerbefehls an und insbesondere dynamisch an.
In einer bevorzugten und vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, den Bedienhebel an wenigstens einer einstellbaren Rastposition und vorzugsweise an einer Mehrzahl dynamisch bestimmbaren Rastpositionen zu fixieren. Dabei ist die Steuereinrichtung vorzugsweise dazu geeignet und ausgebildet, mittels der Bremseinrichtung ein vorliegendes Verzögerungsmoment gezielt zu erhöhen (um einen definierten Faktor anzuheben), sodass ohne zusätzlichen Kraftaufwand und/oder ohne eine zusätzliche Benutzeraktion weder ein Weiterbewegen noch ein Rückstellen (per Hand und/oder mittels der Rückstelleinheit) erfolgen kann. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Rastposition dynamisch festzulegen und vorzugsweise in Abhängigkeit des Schwenkwinkels und/oder der Zeit und/oder des Steuerbefehls zu bestimmen.
Eine solche Ausgestaltung bietet viele Vorteile und ermöglicht beispielsweise die Simulation eines Wahlhebels einer Automatikschaltung für Kraftfahrzeuge (P R N D). Zudem kann das Eingabegerät für eine sehr große Zahl unterschiedlicher Geräte und Maschinen bzw. Fahrzeuge eingesetzt werden, ohne dass konstruktive Veränderungen notwendig wären. Der Benutzer erhält ein individuelles und angepasstes Feedback, entsprechend dem Verwendungszweck. Dies erhöht den Bedienkomfort und reduziert Fehlbedienungen. Über die Rastpositionen können die Eingaben besonders intuitiv und präzise erfolgen.
Insbesondere ist eine beliebige Anzahl von mit der Bremseinrichtung umsetzbaren Rastpositionen an beliebigen Positionen im betriebsgemäßen Schwenkbereich des Schwenkhebels einstellbar. Insbesondere sind die Rastpositionen in Abhängigkeit des Schwenkwinkels und/oder der Zeit und/oder des Steuerbefehls einstellbar. Insbesondere sind die Rastpositionen wenigstens durch einen Schwenkwinkel und ein Verzögerungsmoment definiert. Die Benutzeraktion umfasst insbesondere wenigstens eine Betätigung wenigstens eines Schaltelements. Beispielsweise ist das Drücken einer Taste am Bedienhebel vorgesehen.
Die Steuereinrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, das Verzögerungsmoment bereits ab einem definierten Schwenkwinkel vor Erreichen einer Rastposition zu erhöhen und/oder ab einem definierten Schwenkwinkel nach Verlassen der Rastposition zu verringern. Das Erhöhen und/oder Verringern kann stetig oder veränderlich erfolgen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, den Bedienhebel bei Erreichen wenigstens eines bestimmten Schwenkwinkels und/oder in der Neutralstellung und/oder in einer aktuellen Stellung derart zu blockieren, dass mit einer betriebsgemäß aufzubringenden Handkraft kein Weiterbewegen in wenigstens eine Schwenkrichtung und/oder in alle betriebsgemäßen Schwenkrichtungen erfolgen kann. Für eine solche Blockierung hebt die Steuereinrichtung insbesondere ein vorliegendes Verzögerungsmoment um einen definierten Faktor an. So kann mechanischer Anschlag besonders gut simuliert werden. Ein Vorteil gegenüber konventionellen mechanischen Dämpfungen ist, dass hierbei kein Stick Slip Effekt (Haftgleiteffekt) auftritt und zu Beginn keine Haftreibung überwunden werden muss. Eine solche Blockierung kann auch in wenigstens einer der zuvor beschriebenen Rastpositionen vorgesehen sein.
Es ist möglich, dass vor Erreichen des definierten Schwenkwinkels ein freies und/oder geringer gedämpftes Bewegen des Bedienhebels vorgesehen ist, um von dort ein automatisches Rückkehren in die Nullstellung zu ermöglichen.
Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung die Schwenkbewegung des Bedienhebels für alle Schwenkachsen und für alle Schwenkrichtungen derart blockiert, dass mit der betriebsgemäß aufzubringenden Handkraft kein Weiterbewegen erfolgen kann. Ein solcher Betriebsmodus (axis locked) ermöglicht eine zuverlässige und sichere Sperrung des Eingabegeräts bei Bedarf bzw. je nach Situation (situationsabhängiges Feedback). Möglich ist auch eine Blockierung in nur eine Schwenkrichtung und/oder nur für gezielte Schwenkachsen. Die Auswahl der Schwenkrichtung und/oder der Schwenkachse erfolgt beispielsweise aufgrund eines Steuerbefehls oder einer Benutzeraktion oder der Nahfelderkennung. Wird z.B. ein Container in einer Containergasse eines Containerhafens (links und rechts der Containergasse stehen weitere Container) vor - oder zurück (X-Achse) mittels des Joysticks bewegt, so kann die seitliche Bewegungsachse (Y) gesperrt oder schwergängig gemacht werden, was eine Kollision verhindert oder verunmöglicht. Nahfelderkennungssysteme (Bewegungssensoren, Kamerasysteme, GPS, Radarsysteme...) erfassen die Situation, eine Recheneinheit analysiert die Daten und lässt diese in Echtzeit in mögliche bzw. sinnvolle Bewegungsmuster vom Joystick einfließen.
Bevorzugt kann die Steuereinrichtung das Verzögerungsmoment unter Berücksichtigung einer Bewegungsgeschwindigkeit des Bedienhebels, insbesondere einer Winkelgeschwindigkeit einer Getriebestufe und/oder der Bremseinrichtung, anzupassen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, ein konstruktiv bedingtes geschwindigkeitsabhängiges Verzögerungsmoment der Bremseinrichtung wenigstens näherungsweise auszugleichen, um ein gleichmäßiges Verzögerungsmoment über verschiedene Geschwindigkeiten zu ermöglichen.
Es ist bevorzugt, dass die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet ist, durch eine Kombination einer Mehrzahl von Raststellungen und wenigstens einer Nullstellung und/oder wenigstens einer Zielstellung und/oder einer Mehrzahl von vom Schwenkwinkel abhängigen Blockierungen des Bedienhebels wenigstens eine Kulissenmechanik zu simulieren. Beispielsweise ist eine Kulissenmechanik eines mechanischen Schaltgetriebes eines Kraftfahrzeugs und beispielsweise eine H-Schaltung simulierbar. Insbesondere umfasst das Eingabegerät dazu wenigstens zwei Schwenkachsen (X- und Y- Achse). Insbesondere sind mehrere Bremseinrichtungen mit einer jeweiligen Schwenkachse gekoppelt sind, um eine kulissenartige Bewegung des Bedienhebels durch die Steuereinrichtung gesteuert zu erzeugen.
Insbesondere ist in der Steuereinrichtung wenigstens ein Steueralgorithmus zur Simulation wenigstens einer Kulissenmechanik hinterlegt. Insbesondere wählt die Steuereinrichtung eine bestimmte Kulissenmechanik abhängig von einer Benutzereingabe und/oder dem Steuerbefehl des Eingabeempfangsgeräts aus und simuliert diese. Wenn das Eingabegerät in einem Nutzfahrzeug installiert ist, kann beispielsweise für ein Schaltgetriebe eine andere Kulissenmechanik als für die Bedienung einer Arbeitsfunktion simuliert werden. So kann ein Joystick mehrere Funktionen übernehmen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Schwenkbewegung des Bedienhebels mittels der Bremseinrichtung in einer gezielten Abfolge zu verzögern und freizugeben. Zur Umsetzung einer solchen Abfolge ist die Steuereinrichtung insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, unterschiedlich hohe Verzögerungsmomente für die Verzögerung und die Freigabe einzustellen. Eine solche Abfolge bietet ein zuverlässig wahrnehmbares haptisches Feedback auch unter schwierigen Betriebsbedingungen und ist mit der Erfindung besonders gut umsetzbar.
Die Abfolge ist insbesondere aus einer Abfolge relativer Maxima mit höherem Verzögerungsmoment und relativer Minima mit geringerem Verzögerungsmoment zusammengesetzt. Insbesondere ist ein Winkelabstand einer Periode benachbarter relativer Maxima einstellbar und wird eingestellt. Insbesondere wird der Verlauf des Verzögerungsmomentes über einer Periode in Abhängigkeit von einem eingestellten Betriebsmodus eingestellt. Eine solche Abfolge mit besonders kurzen Intervallen kann auch als Rippel/Ticks bezeichnet werden. Insbesondere wird eine solche Abfolge aus einer definierten Kombination von Verzögerungsmomenten als Funktion der Zeit und/oder des Winkels gebildet. Vorzugsweise werden die Verzögerungsmomente für die Verzögerung und/oder die Freigabe als Funktion der Zeit und/oder als Funktion des Schwenkwinkels und/oder in Abhängigkeit eines Steuerbefehls eingestellt. Insbesondere kann eine solche Abfolge in Abhängigkeit der Schwenkrichtung eingestellt werden und zum Beispiel nur in eine Schwenkrichtung oder auch in beide Schwenkrichtungen erfolgen.
Eine solche Abfolge kann auch für die Dämpfung der Rückstellbewegung vorgesehen sein. Dann wird die Rückstellbewegung nach einem Loslassen des Betätigungshebels beispielsweise so gedämpft, dass der Bedienhebel mit einem Rippel in die Neutralstellung zurückgeführt wird.
Die Verzögerungsmomente der Abfolge werden insbesondere winkelabhängig und/oder zeitabhängig gestartet und/oder gehalten und/oder beendet. Vorzugsweise kann auch ein Wechsel solcher Abhängigkeiten innerhalb einer Abfolge vorgesehen sein. Beispielsweise erfolgt der Start der Abfolge winkelabhängig oder zeitabhängig und die Länge der Abfolge wird dann zeitabhängig bzw. winkelabhängig eingestellt.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Verzögerungsmomente der Folge winkelabhängig zu starten und zeitabhängig aufrechtzuerhalten. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, eine Einstellung eines in der Abfolge vorgesehenen Verzögerungsmoments auszulassen, wenn eine für den Start vorgesehene Winkelposition (bestimmter Schwenkwinkel des Bedienhebels) während der Aufrechterhaltung eines Verzögerungsmoments überschwenkt wird.
Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die unterschiedlichen Verzögerungsmomente der Abfolge mit einer gezielten Frequenz einzustellen und vorzugsweise mit einer solchen Frequenz einzustellen, dass die Schwenkbewegung des Bedienhebels mit einem gezielten Vibrieren gedämpft wird. Insbesondere beträgt die Frequenz wenigstens 20 Hz und vorzugsweise wenigstens 50 Hz.
Die Steuereinrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, die unterschiedlichen Verzögerungsmomente der Abfolge über die Zeit und/oder den Schwenkwinkel und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit) des Bedienhebels und/oder die Anzahl bereits erfolgter Einstellungen von Verzögerungsmomenten dynamisch anzupassen. Solche Parameter können auch durch den Steuerbefehl bereitgestellt werden. Beispielsweise ist dadurch eine Annäherung an eine Endstellung oder Rastposition haptisch signalisierbar. Dadurch kann der Benutzer z. B. gewarnt werden, wenn er den Bedienhebel so verschwenkt, dass sich das Fahrzeug in einen Betriebszustand begibt, welcher besondere Aufmerksamkeit erfordert (Bewegung des Werkzeuges oder der Ladung in räumlich eingeschränkten Bereichen; Kollisionsgefahr...) .
Die Steuereinrichtung kann die unterschiedlichen Verzögerungsmomente der Abfolge auch in Abhängigkeit des Steuerbefehls des Eingabeempfangsgeräts und/oder des Eingabegeräts dynamisch anpassen. Beispielsweise kann über den Steuerbefehl das Erreichen einer maximalen Geschwindigkeit oder einer Überlastung eines Kranauslegers an das Eingabegerät übermittelt werden, sodass der Benutzer darauf hin ein Vibrieren des Bedienhebels wahrnimmt.
Zum Beispiel hängt die maximale Traglast eines Kranauslegers von der Verfahrposition ab. Weiter außen am Ausleger dürfen geringere Lasten wie in der Nähe von dem Kranzentrum bewegt werden. Mess-Nahfelderkennungssysteme können die Situationen erfassen und analysieren und dem Bediener so haptisch über Kraftänderungen im Bedienelement mitteilen, wenn er im „grünen“ Bereich (zulässigen, unkritischen), „orangen“ Bereich (es könnte kritisch werden) oder roten Bereich (Überlast - die Last ist zu weit außen am Ausleger) bewegt. Der Bediener kann dann aufgrund vom haptischen Feedback im Bedienelement entscheiden, wie er weiter vorgeht. Dieses wichtige Feedback erhält er ohne seine Augen von dem Vorgang wegbewegen zu müssen, er muss hierfür also keine Anzeige am Bedienpult beobachten, was ein großer Vorteil ist.
Die Steuereinrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, eine Abfolge mit sich gezielt verändernden Verzögerungsmomenten einzustellen. Insbesondere ist dazu ein sinusförmiger oder kosinusförmiger Verlauf vorgesehen. Insbesondere weist der Verlauf dazu einen (leichten) Offset im Negativen auf. Der Offset beträgt insbesondere weniger als 30 % und insbesondere weniger als 20 % und vorzugsweise weniger als 10 %. Insbesondere sind wenigstens zwei Nulldurchgänge pro Periode für den Verlauf vorgesehen. Insbesondere wird die Bremseinrichtung mit einem Sinus- bzw. Kosinussignal insbesondere mit einem vorbestimmten und insbesondere einstellbaren (leichten) Offset vom Nullpunkt gesteuert. Besonders bevorzugt weist eine solche Abfolge einen Verlauf auf, welcher einer Federkennlinie einer mechanischen Feder entspricht. Das ermöglicht eine sonders realistische Simulation eines mechanischen Joysticks.
Es ist möglich und bevorzugt, dass die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet ist, bei einer Betätigung des Bedienhebels nach einer definierten Zeit ohne eine Betätigung des Bedienhebels wenigstens ein haptisches Warnsignal auszugeben und dazu vorzugsweise eine definierte Abfolge von Verzögerungsmomenten einzustellen. Die Abfolge ist insbesondere wie zuvor beschrieben ausgebildet. Möglich und bevorzugt ist auch, dass nach einer definierten Zeit ohne eine Betätigung des Bedienhebels der Bedienhebel wie zuvor beschrieben in wenigstens eine Schwenkrichtung und/oder in Bezug auf wenigstens eine Schwenkachse verstärkt gedämpft und/oder blockiert wird. So kann einer unbeabsichtigten Betätigung wirkungsvoll entgegengewirkt werden.
Bevorzugt ist, dass die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet ist, die Bremseinrichtung mit einer Regelfrequenz von wenigstens 5 kHz und vorzugsweise wenigstens 10 kHz und besonders bevorzugt wenigstens 50 kHz anzusteuern. Insbesondere ist die Bremseinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, eine solche Regelfrequenz umzusetzen.
Insbesondere die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Bremseinrichtung in Echtzeit zu dämpfen. Insbesondere ist die Bremseinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, das Verzögerungsmoment in Echtzeit umzusetzen. Insbesondere ist die Dämpfung mittels der Steuereinrichtung der Bremseinrichtung in Echtzeit in Abhängigkeit an den Schwenkwinkel und/oder die Zeit und/oder an einen Steuerbefehl und/oder an eine Bewegungsgeschwindigkeit bzw. Winkelgeschwindigkeit des Bedienhebels anpassbar. Insbesondere ist die Bremseinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, das Verzögerungsmoment innerhalb weniger als 100 Millisekunden um wenigstens 30% zu verändern. Insbesondere ist das Verzögerungsmoment innerhalb weniger als 10 Millisekunden um wenigstens 10%, vorzugsweise um wenigstens 30% und besonders bevorzugt um wenigstens 50%, veränderbar. Das Verzögerungsmoment kann auch innerhalb weniger als 100 Millisekunden um wenigstens 100% oder 500% oder um das Zehnfache oder Tausendfache variierbar sein.
Die magnetorheologische Bremseinrichtung ist vorzugsweise dazu geeignet und ausgebildet, insbesondere mittels eines Sensors, Drehgebers bzw. Inkrementengebers, wenigstens 30.000 Inkremente, insbesondere 30.000 Inkremente/Umdrehung, für eine Schwenkachse des Bedienhebels bereitzustellen. Inkrementalgeber beispielsweise liefern eine bestimmte Anzahl an Impulsen pro Umdrehung oder auch einen sogenannten Nullimpuls pro Umdrehung. Dies können Inkrementengeber mit UVW Signalen oder Absolutgeber sein). So können haptische Signale besonders wirkungsvoll umgesetzt werden. Insbesondere sind die Inkremente dazu einsetzbar, die zuvor beschriebenen Rastpositionen und/oder die Abfolgen bereitzustellen. Insbesondere sind pro Umdrehung der Bremseinrichtung und/oder der Getriebestufe wenigstens 30.000 Inkremente bereitstellbar. Insbesondere kann das Sensormittel wenigstens 30.000 Inkremente pro Umdrehung der Bremseinrichtung umfassen.
Die Bremseinrichtung ist vorzugsweise über wenigstens eine Getriebestufe mit der wenigstens einen Schwenkachse gekoppelt. Die Getriebestufe weist vorzugsweise wenigstens ein Übersetzungsverhältnis zwischen 2:1 und 5:1 auf. Möglich sind auch andere Übersetzungsverhältnisse.
Insbesondere umfasst die Getriebestufe wenigstens einen Riementrieb. Insbesondere koppelt der Riementrieb die Schwenkachse mit einer Drehachse der Bremseinrichtung. Insbesondere umfasst der Riementrieb wenigstens zwei Riemenräder und wenigstens einen Riemen. Möglich sind auch andere Arten von Getriebestufen. Bei beispielsweise kann die Getriebestufe ein Zahnradgetriebe und/oder Hebelgetriebe oder dergleichen aufweisen. Insbesondere sind die Schwenkachsen mit jeweils einer Drehachse der Bremseinrichtung gekoppelt.
Es ist bevorzugt und vorteilhaft, dass die Bremseinrichtung als ein Drehdämpfer ausgebildet ist oder wenigstens einen solchen umfasst. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Drehdämpfer zwei Komponenten umfasst, wobei eine Komponente eine Innenkomponente und die andere Komponente eine Außenkomponente umfasst und wobei die Außenkomponente die Innenkomponente wenigstens abschnittsweise radial umgibt, wobei zwischen den Komponenten ein radial nach innen von der Innenkomponente und radial nach außen von der Außenkomponente begrenzter und wenigstens teilweise mit einem magnetorheologischen Medium gefüllter ringförmiger und umlaufender Dämpfungsspalt angeordnet ist, wobei der Dämpfungsspalt einem Magnetfeld aussetzbar ist, um eine Schwenkbewegung zwischen den beiden gegeneinander verschwenkbaren Komponenten um eine Achse zu dämpfen und wobei eine Mehrzahl an wenigstens teilweise radial verlaufenden Armen an wenigstens einer der Komponenten vorgesehen ist und wobei wenigstens ein Teil der Arme mit einer elektrischen Spule mit wenigstens einer Wicklung ausgerüstet ist, wobei sich die Wicklung jeweils neben der Achse und beabstandet von der Achse erstreckt. Insbesondere ist die elektrische Spule des Drehdämpfers zur Erzeugung des Magnetfelds vorgesehen und ist von der Steuereinrichtung ansteuerbar, um das Verzögerungsmoment gezielt einzustellen und anzupassen.
Ein für die Verwendung bei der Bremseinrichtung der Erfindung besonders vorteilhaft geeigneter Drehdämpfer wird zum Beispiel in der Patentanmeldung WO 2016/156544 beschrieben. Die gesamte Offenbarung der WO 2016/156544 wird hiermit vorzugsweise Teil des Offenbarungsgehalts der vorliegenden Anmeldung.
Es ist auch bevorzugt und vorteilhaft, dass die Bremseinrichtung als eine magnetorheologische Übertragungseinrichtung ausgebildet ist oder wenigstens eine solche umfasst. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die magnetorheologische Übertragungsvorrichtung mit wenigstens zwei koppelbaren Komponenten ausgestattet ist, deren Kopplungsintensität beeinflussbar ist, wobei zur Beeinflussung der Kopplungsintensität wenigstens ein Kanal vorgesehen ist, wobei der Kanal ein durch ein Magnetfeld beeinflussbares magnetorheologisches Medium mit magnetisch polarisierbaren Partikeln enthält, und wobei wenigstens eine Magnetfelderzeugungseinrichtung zur Erzeugung wenigstens eines Magnetfeldes in dem Kanal vorgesehen ist, um mit dem Magnetfeld das magnetorheologische Medium in dem Kanal zu beeinflussen, wobei die eine Komponente als äußere Komponente die andere Komponente als innere Komponente umgibt und wobei wenigstens eine der beiden Komponenten über wenigstens ein separates Lager gelagert ist und wobei ein Abstand zwischen der äußeren Komponente und der inneren Komponente wenigstens zehnmal so groß ist wie ein typischer mittlerer Durchmesser der magnetisch polarisierbaren Partikel in dem magnetorheologischen Medium und der Kanal wenigstens teilweise mit dem Magnetfeld der Magnetfelderzeugungseinrichtung beaufschlagbar ist, um die Partikel wahlweise zu verketten oder freizugeben. Insbesondere ist die Magnetfelderzeugungseinrichtung der Übertragungseinrichtung von der Steuereinrichtung ansteuerbar, um das Verzögerungsmoment gezielt einzustellen und anzupassen.
Eine für die Verwendung bei der Bremseinrichtung der Erfindung besonders vorteilhaft geeignete magnetorheologische Übertragungseinrichtung wird zum Beispiel in der Patentanmeldung DE 10 2010 055 833 A1 und in der Patentanmeldung WO 2012/034697 A1 beschrieben. Die gesamte Offenbarung der DE 10 2010 055 833 A1 und/oder der WO 2012/034697 A1 wird hiermit vorzugsweise Teil des Offenbarungsgehalts der vorliegenden Anmeldung.
Die zuvor beschriebenen Bremseinrichtungen können bei dem erfindungsgemäßen Eingabegerät besonders vorteilhaft eingesetzt werden. Sie können die erforderlichen Verzögerungsmomente aufbringen und auch zügig und falls nötig in Echtzeit einstellen und sind zugleich besonders kompakt und zudem sehr robust.
Das erfindungsgemäße Eingabesystem umfasst wenigstens ein erfindungsgemäßes Eingabegerät und wenigstens ein mit dem Eingabegerät in Wirkverbindung stehendes Eingabeempfangsgerät. Das Eingabeempfangsgerät ist vorzugsweise als ein Nutzfahrzeug ausgebildet, sodass die Funktionen des Nutzfahrzeugs wenigstens teilweise durch das Eingabegerät bedienbar sind. Bevorzugt ist auch, dass das Eingabeempfangsgerät als ein Computer ausgebildet ist und dass der Computer insbesondere mit einem Simulationsprogramm und/oder einem Spieleprogramm ausgestattet ist. Unter einem Computer werden beispielsweise verstanden: Recheneinheit, Steuergerät, Rechner, welcher mittels programmierbarer Rechenvorschriften Daten verarbeitet etc. Insbesondere sind die Funktionen des Simulationsprogramms und/oder des Spieleprogramms wenigstens teilweise durch das Eingabegerät bedienbar.
Das Nutzfahrzeug ist vorzugsweise als ein Off-Highway-Vehicle ausgebildet. Ein solches Nutzfahrzeug kann auch als eine selbstfahrende Arbeitsmaschine bezeichnet werden. Insbesondere ist das Nutzfahrzeug ein landwirtschaftliches oder forstwirtschaftliches Nutzfahrzeug. Möglich sind auch andere Arten von Nutzfahrzeugen. Beispielsweise ist das Nutzfahrzeug als Traktor, Erntemaschine, Bagger, Kran oder dergleichen ausgebildet. Das Nutzfahrzeug kann auch als eine Drohne oder ein sonstiges Fluggerät ausgebildet sein.
Auch das erfindungsgemäße Eingabesystem bietet eine besonders vorteilhafte Lösung der zuvor vorgestellten Aufgabe. Dabei sind das Eingabegerät und das Eingabeempfangsgerät vorzugsweise wie zuvor für das erfindungsgemäße Eingabesystem beschrieben ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben eines Eingabegeräts und insbesondere eines Joysticks. Wenigstens ein Bedienhebel des Eingabegeräts wird zur Durchführung einer Eingabe in ein mit dem Eingabegerät in Wirkverbindung stehendes Eingabeempfangsgerät wenigstens teilweise manuell um wenigstens eine Schwenkachse verschwenkt. Wenigstens eine Schwenkbewegung des Bedienhebels kann mittels wenigstens einer mit der Schwenkachse gekoppelten magnetorheologischen Bremseinrichtung gezielt gedämpft (und freigegeben) werden. Die Bremseinrichtung wird mittels wenigstens einer Steuereinrichtung wenigstens in Abhängigkeit eines (insbesondere mittels wenigstens eines Sensormittels erfassten) Schwenkwinkels und/oder einer Bewegungsgeschwindigkeit des Bedienhebels und/oder der Zeit und/oder wenigstens eines Betriebszustands des Eingabeempfangsgeräts angesteuert, um die Dämpfung gezielt anzupassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet ebenfalls viele Vorteile. Vorzugsweise ist das Verfahren so ausgebildet, dass das zuvor beschriebene Eingabegerät und/oder das Eingabesystem danach betrieben werden können. Insbesondere sind das erfindungsgemäße Eingabegerät und/oder das Eingabesystem dazu geeignet und ausgebildet, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben zu werden.
Der Betriebszustand des Eingabeempfangsgeräts betrifft vorzugsweise wenigstens einen der folgenden Parameter: Leistungszustand, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Lage im Raum, Umfeld, überfahrener Untergrund, ausgeführte Arbeit, ausgewähltes Benutzerprofil, ausgewählter Betriebsmodus, Aktivität eines Assistenzsystems und insbesondere Fahrassistenzsystems, mittels einer Software simulierte Situation, Eingabebedingung bei der Bedienung eines Programms (Menüpunkte, Auswahlmöglichkeiten, Felder etc.).
Die Schwenkbarkeit des Bedienhebels wird vorzugsweise gezielt verstärkt gedämpft oder blockiert, wenn ein Betriebszustand mit einer über einem Schwellenwert liegenden Unruhe (beispielsweise durch schlechten Untergrund oder arbeitsbedingte Vibrationen) und/oder Gefährdung (beispielsweise hohe Geschwindigkeit) vorliegt und/oder wenn ein Assistenzsystem aktiv in die Benutzung des Eingabeempfangsgeräts eingreift. Zur Erfassung solcher Betriebszustände weist das Eingabeempfangsgerät vorzugsweise wenigstens ein geeignetes Sensormittel und beispielsweise einen Beschleunigungssensor oder dergleichen auf.
Insbesondere ist wenigstens ein Betätigungselement an dem Bedienhebel ausgebildet. Insbesondere ist das Betätigungselement als sich automatisch rückstellender Bedienknopf oder Bedientaster ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ kann ein wenigstens ein Bedienschalter vorgesehen sein. Darüber kann eine Benutzereingabe erfolgen, welche sich auf die Dämpfung der Schwenkbewegung des Bedienhebels auswirkt. Beispielsweise kann darüber eine gezielte Blockierung der Schwenkbewegung aufgehoben heben.
Ein Betriebszustand mit einem über einem Schwellenwert liegenden Parameter und/oder mit einer über einem Schwellenwert liegenden Gefährdung und/oder mit einem Eingriff eines Assistenzsystems wird vorzugsweise mittels einer gezielten Abfolge unterschiedlicher Verzögerungsmomente während einer Schwenkbewegung des Bedienhebels haptisch signalisiert. Eine solche Abfolge ist vorzugsweise wie zuvor für das erfindungsgemäße Eingabegerät beschrieben ausgebildet. Dadurch kann einer Fehlbedienung des Eingabeempfangsgeräts wirkungsvoll und sicher entgegengewirkt werden. Möglich ist auch, dass die Schwenkbewegung des Bedienhebels geringer gedämpft oder freigegeben wird, wenn der Parameter und/oder die Gefährdung wieder unter den Schwellenwert sinken.
Es ist vorteilhaft und besonders bevorzugt, dass die Schwenkbarkeit (Schwenkbewegung) des Bedienhebels in Abhängigkeit wenigstens einer Situation variabel, aber gezielt, verstärkt gedämpft und/oder blockiert wird. Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schwenkbewegung des Bedienhebels in Abhängigkeit wenigstens einer realen Betriebssituation (insbesondere einer Betriebssituation des Eingabeempfangsgeräts und/der des Eingabegeräts) und/oder wenigstens einer mittels einer Software simulierten Situation variabel angepasst wird, sodass eine gezielt verstärkte bzw. verringerte Dämpfung oder sogar eine Blockierung erfolgt.
Für Ausführungen mit einer Dämpfung in Abhängigkeit des Schwenkwinkels und/oder der Bewegungsgeschwindigkeit des Bedienhebels werden insbesondere der Schwenkwinkel bzw. die Bewegungsgeschwindigkeit des Bedienhebels mittels wenigstens eines Sensormittels erfasst.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die beschriebenen Ausführungen für das gezielte Dämpfen der Schwenkbewegung vorzugsweise für alle oder wenigstens einen Teil der vorgesehenen Schwenkachsen und/oder Schwenkrichtungen separat vorgenommen werden. Insbesondere ist eine Schwenkbewegung des Bedienhebels um eine Schwenkachse unabhängig von einer Schwenkbewegung des Bedienhebels um wenigstens eine andere Schwenkachse dämpfbar. Insbesondere sind die Richtungen der Schwenkbewegungen des Bedienhebels separat und vorzugsweise auch unabhängig voneinander dämpfbar. Insbesondere ist eine Vorwärtsbewegung separat und vorzugsweise unabhängig von einer Rückwärtsbewegung dämpfbar.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die Begriffe Dämpfen und Verzögern vorzugsweise synonym verwendet werden. Dabei ist die Steuereinrichtung insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, die wenigstens eine Schwenkbewegung und die Rückstellbewegung gezielt zu verzögern und freizugeben und bei den betriebsgemäß zu erwartenden Handkräften am Bedienhebel zu blockieren. Die Schwenkbewegung kann auch eine Drehbewegung umfassen oder als eine solche ausgebildet sein. Insbesondere können an dem Bedienhebel Handkräfte von wenigstens 100 N erzeugt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können alle geeigneten Verzögerungsmomente bevorzugt auch als Haltemomente für das Halten des Bedienhebels eingesetzt und erfindungsgemäß angepasst werden.
Insbesondere erfolgt die Dämpfung der Schwenkbewegung durch Anpassung eines Verzögerungsmoments der Bremseinrichtung. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, ein Verzögerungsmoment der Bremseinrichtung anzupassen, um die Schwenkbewegung gezielt zu dämpfen. Insbesondere die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, das Verzögerungsmoment dynamisch einzustellen.
Vorzugsweise kann die Steuereinrichtung ein beliebiges mit der Bremseinrichtung erzeugbares Verzögerungsmoment für einen beliebigen mit dem Bedienhebel erreichbaren Schwenkwinkel für und/oder für eine einstellbare Dauer einstellen. Insbesondere umfasst die Steuereinrichtung eine Mehrzahl von einstellbaren Betriebsmodi und ist vorzugsweise dazu geeignet und ausgebildet, in Abhängigkeit des Betriebsmodus eine Zuordnung von Verzögerungsmoment und Schwenkwinkel und/oder Dauer vorzunehmen.
Die Steuereinrichtung ist insbesondere eine elektronische Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung umfasst insbesondere wenigstens einen Steueralgorithmus. Insbesondere erfolgt die Einstellung eines Verzögerungsmoments durch Ansteuerung einer elektrischen Spuleneinrichtung der Bremseinrichtung mit einem bestimmten Strom und/oder einer bestimmten Spannung oder einem geeigneten Signal.
Insbesondere wird das Verzögerungsmoment als Funktion des Schwenkwinkels und/oder der Zeit und/oder der Bewegungsgeschwindigkeit (insbesondere Winkelgeschwindigkeit) des Bedienhebels und/oder des Steuerbefehls des Eingabeempfangsgeräts angepasst. Insbesondere ist die Schwenkbewegung winkelabhängig und/oder zeitabhängig und/oder dynamisch gedämpft. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Schwenkbewegung mit einem über die Zeit und/oder den Schwenkwinkel stetigen oder veränderlichen und insbesondere dynamisch angepassten Verzögerungsmoment zu dämpfen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Freigabe der Schwenkbewegung insbesondere verstanden, dass nur ein betriebsgemäßes Grundmoment der Bremseinrichtung vorliegt, ohne dass eine zusätzlich aufgeschaltete magnetorheologische Verzögerung, beispielsweise durch Bestromung einer Spuleneinrichtung der Bremseinrichtung, vorliegt. Wenn die Schwenkbewegung freigegeben ist, ist die magnetorheologische Bremseinrichtung insbesondere inaktiv, sodass kein Feld zur aktiven Beeinflussung eines magnetorheologischen Mediums der Bremseinrichtung erzeugt wird.
Insbesondere können die im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschriebenen Ausführungen zur Dämpfung der Schwenkbewegung in analoger Weise auch zur Dämpfung der Rückstellbewegung eingesetzt werden. In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass die Neutralstellung von der Steuereinrichtung einstellbar ist. Die Neutralstellung kann auch fest vorgegeben sein.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
In den Figuren zeigen:

1 eine rein schematische Darstellung eines Eingabesystems mit einem erfindungsgemäßen Eingabegerät in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht;
2 eine Detaildarstellung des Eingabegeräts der 1 in einer perspektivischen Ansicht;
3-13 rein schematische Skizzierungen von Verläufen von Verzögerungsmomenten über den Schwenkwinkel bzw. über die Zeit;
14 eine rein schematische Darstellung einer mit dem erfindungsgemäßen Eingabegerät simulierten Kulissenmechanik; und
15 eine Skizze zur Signalverarbeitung bei dem erfindungsgemäßen Eingabegerät.

Die 1 zeigt ein als Joystick 711 ausgebildetes erfindungsgemäßes Eingabegerät 700, welches hier Teil eines Eingabesystems 720 ist und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird. Das Eingabesystem 720 umfasst zudem ein mit dem Eingabegerät 700 gekoppeltes Eingabeempfangsgerät 710, welches beispielsweise als Nutzfahrzeug oder auch als Computer ausgebildet ist. Mit dem Eingabegerät 700 können Eingaben in das Eingabeempfangsgerät 710 vorgenommen werden. Der Bedienhebel 705 ist hier mit einem Schalter 721 ausgestattet.
Das Eingabeempfangsgerät 710 muss nicht direkt verkabelt mit dem Eingabegerät 700 verbunden sein, es kann auch über ein Funk- oder Signalsystem oder Netzwerk verbunden sein. Auch kann das Eingabeempfangsgerät 710 räumlich vom Eingabegerät 700 entfernt sein, z.B. wenn damit ein unbemanntes Fluggerät (z.B. Drohne) gesteuert wird.
Das Eingabegerät 700 umfasst eine Bedieneinrichtung 701 mit einem Bedienhebel 705. Der Bedienhebel 705 ist hier um zwei oder mehr Schwenkachsen 706, 716 schwenkbar an einer Trageinrichtung 704 aufgenommen ist. Zur besseren Übersichtlichkeit ist hier nur eine Schwenkachse 706 näher dargestellt. Der Bedienhebel 705 ist zudem mittels einer Anbindung 714 an der Trageinrichtung 704 befestigt. Nach einer Betätigung kann der Bedienhebel 705 durch eine Rückstelleinheit 707 in eine Neutralstellung 717 zurückgestellt.
Die Schwenkbewegung des Bedienhebels 705 wird mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung 702 (auch als MRF-Bremse bezeichnet) gezielt gedämpft. Dazu ist die Bremseinrichtung 702 hier über eine oder mehrere Getriebestufen 708 mit den Schwenkachsen 706, 716 gekoppelt. Die Getriebestufe 708 ist hier als Riementrieb 718 ausgebildet.
Die Bremseinrichtung 702 ist hier zum Beispiel als ein Drehdämpfer 1 oder als eine magnetorheologische Übertragungseinrichtung 2 ausgebildet.
Die Schwenkbewegung des Bedienhebels 705 wird hier auf eine Rotationsachse 728 des Riementriebs 718 übertragen und über den Riemen auf die Bremseinrichtung 702. So wird die Bremseinrichtung 702 beim Schwenken des Bedienhebels 705 in eine Drehbewegung versetzt.
Die Getriebestufe 708 und die Trageinrichtung 704 sowie die Bremseinrichtung 702 sind in der 2 näher dargestellt. Hier ist die Kraftübertragung von dem Bedienhebel 705 zu dem hier länglichen und zylindrischen Scherdämpfer der Bremseinrichtung 702 unten vorne rechts in der Abbildung gezeigt. Am Rad 738 oben links wird der Bedienhebel 705 angeflanscht, sodass er beim Verschwenken das Getriebe 708 und den Scherdämpfer über den Zahnriemen in Rotation versetzt.
Die Bremseinrichtung 702 wird hier von einer Steuereinrichtung 703 angesteuert, sodass das Verzögerungsmoment der jeweiligen Bediensituation angepasst werden kann. Dazu wird hier der Schwenkwinkel des Bedienhebels 705 mittels eines Sensormittels 734 erfasst. Das Sensormittel 734 umfasst z. B. einen Encoder, Drehgeber, Hallgeber oder einen anderen geeigneten Sensor. Mit dem Sensor wird z. B. eine absolute oder eine relative Stellung erfasst. Der Schwenkwinkel des Bedienhebels 705 wird z. B. über die Winkelstellung bzw. den Drehwinkel der Bremseinrichtung 702 oder der Getriebestufe 708 erfasst.
Dadurch kann ein an dem Bedienhebel 705 wahrnehmbares haptisches Signal und z. B. eine definierte Abfolge 713 von Verzögerungsmomenten erzeugt werden. So erhält ein Benutzer als Folge einer vorgenommenen Eingabe und/oder während einer Eingabe eine haptische Rückmeldung (sog. Force Feedback). Das haptische Signal wird hier durch die Steuereinrichtung 703 als Folge eines Steuerbefehls erzeugt. Der Steuerbefehl ist zum Beispiel in der Steuereinrichtung 703 hinterlegt, z. B. als winkelabhängige Funktion, oder wird von dieser aufgrund von hinterlegten Algorithmen generiert. Den Steuerbefehl kann die Steuereinrichtung 703 zum Beispiel auch vom Eingabeempfangsgerät 710 erhalten.
Zudem kann der Bedienhebel 705 nach einer erfolgten Betätigung z. B. automatisch wieder in die Neutralstellung 717 gebracht werden. Die Rückstellbewegung wird hier durch die Bremseinrichtung 702 gezielt gedämpft.
Die Erfindung stellt ein Eingabegerät 700 und insbesondere einen vorteilhaften Joystick 711 zur Verfügung, bei dem die Rastpositionen mechanisch nicht fest vorgegeben sind und/oder bei dem das Verhalten des Joysticks 711 beim Bewegen mechanisch nicht fest vorgegeben ist, der zudem über ein Force-Feedback verfügen kann, der insbesondere wenig Bauraum benötigt und der zudem kostengünstig hergestellt werden kann. Je nach Einsatzort sind der geringe Stromverbrauch und das niedere Gewicht zudem von Vorteil.
Damit dies erreicht wird, kann ein Scherdämpfer oder Keildämpfer mit magnetorheologischer Flüssigkeit als steuerbare Bremseinrichtung 702 die Bewegung des Joysticks 711 dämpfen bzw. die hierfür notwendigen Drehmomente am Schwenkpunkt bzw. Kräfte am Hebel 705 erzeugen.
Eine Linear(schwenk)bewegung X-Y (des Joysticks) wird dabei insbesondere zuerst in eine Rotationsbewegung umgewandelt und dann gedämpft. Damit ein genügend hoher Widerstand (Kraft am Hebelelement bzw. Drehmoment am Joystickdrehpunkt) bereitgestellt werden kann, kann eine Übersetzung eingebaut werden. Das Übersetzungsverhältnis kann 2:1 oder 3:1 oder 4:1 oder mehr betragen. In einer konkreten Variante liegt es etwa bei 3:1. Hohe Übersetzungsverhältnisse haben den Nachteil von (Wechsel)spiel und benötigen mehr Bauraum. Darüber kann aber das Bremsmoment eines Scherdämpfers entsprechend erhöht werden. In einer konkreten Ausgestaltung ist es kleiner als oder etwa gleich 4Nm, sodass bei einer Übersetzung von 3:1 ein steuerbares Bremsmoment am Joystick von 12 Nm bereitgestellt werden kann. Die Übertragung kann über ein Getriebe mit entsprechenden Zahnrädern z. B. Stirnrad-, Schneckengetriebe oder mit einem Zahnriemen, Keilriemen, einer Kette oder mit Harmonic-Drive-Getrieben erfolgen.
Das Prinzip des Scherdämpfers ist in der WO 2016/156544 A1 der Anmelderin beschrieben und kann an einem Joystick eingesetzt werden. Die Offenbarung der WO 2016/156544 A1 wird von Seite 1 bis 41 inklusive zugehöriger Figuren auf Seiten 1/6 bis 6/6 und es wird der Offenbarungsgehalt der Ansprüche 1 bis 26 in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung mit einbezogen. Im konkreten Fall hat ein Scherdämpfer mit magnetorheologischer Flüssigkeit und 4 Nm Bremsmoment die Abmessungen von 32 mm (Durchmesser) x 80 mm Länge, also ein Bauvolumen von ca. 65000 mm³. Ein Elektromotor mit ca. 4 Nm Drehmoment (Schrittmotor, Servomotor) hat hingegen etwa die Abmessungen von 100 x 100 x 200 mm, also ein Bauvolumen von ca. 2500000 mm³. Dies ist in etwa das 38fache Bauvolumen des Scherdämpfers.
Alternativ kann als Bremseinrichtung (Bremse/Dämpfer) auch das magnetorheologische Keilprinzip verwendet werden, wie es in der WO 2012/034697 A1 der Anmelderin beschrieben ist. Die Offenbarung der WO 2012/034697 A1 von Seite 1 bis 59 inklusive zugehöriger Figuren auf Seiten 1/10 bis 10/10 und der Offenbarungsgehalt der Ansprüche 1 bis 22 werden in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung mit einbezogen. Der magnetorheologische Keildämpfer baut nochmals kleiner als der magnetorheologische Scherdämpfer, er hat ca. die Abmessungen von 40 mm (Durchmesser) x 20mm, also ein Bauvolumen von ca. 26000 mm³, was fast 100x weniger als beim Elektromotor ist.
Daraus ergibt sich ein erheblicher Bauraumvorteil beim Einsatz einer Bremseinrichtung auf Basis eines Scherdämpfers oder eines magnetorheologischen Keildämpfers. Das Bauteilgewicht hängt in etwa direkt mit dem Bauvolumen zusammen, ist also bei der Erfindung auch wesentlich geringer. Bauraum und Gewicht ist bei vielen Einsatzmöglichkeiten ein entscheidendes Kriterium.
Hydraulik- oder Pneumatiksysteme benötigen weniger Platz wie Elektromotoren, dafür sind aber Leitungen und Zusatzsysteme notwendig (Druckspeicher, Pumpen...). Die Ansteuerbarkeit und Geräuschentwicklung ist zudem sehr nachteilig. Im Computerspiele- bzw. Gamingbereich sind beide nicht einsetzbar bzw. werden von Nutzern nicht akzeptiert.
Elektromotoren haben zudem den Nachteil, dass diese konzeptbedingt stark erhitzen und überhitzen, wenn im Stillstand über eine längere Zeit hohe Drehmomente (Haltemomente) gefordert sind (die Spulenwicklung wird warm, wodurch der Widerstand im Spulendraht steigt, wodurch die Erhitzung noch stärker zunimmt usw.). Der Strombedarf und die Erhitzung steigen dadurch dann überproportional stark an. Magnetorheologische Bremseinrichtungen haben diesen Nachteil nicht.
Das Verhalten des Joysticks während der Bewegung, d.h. die dadurch erzeugte Betätigungskraft bzw. Rückmeldung (meist mit/an der Betätigungshand) ist bei der Erfindung situationsabhängig variabel steuerbar. Dies wird dadurch erreicht, dass bei der Steuerung der Elektronik die Regelung des Magnetfelds in der magnetorheologischen Bremseinrichtung (z. B. im Scherdämpfer) und somit die Stärke der Dämpfung schnell geregelt bzw. variiert wird. Die Steuerung reagiert vorzugsweise schnell auf den gerade anliegenden Betriebsmodus bzw. Usecase und daraus resultierend auf die Geschwindigkeit und/oder auf Geschwindigkeitsänderungen und/oder auf Richtungsänderungen am Joystick. Usecases sind situationsabhängige Anwendungsfälle. Ein Anwendungsfall bündelt eine Anzahl von Szenarien oder sogar alle möglichen Szenarien, die eintreten können, wenn ein Benutzer versucht, mithilfe des beschriebenen Systems ein bestimmtes Ziel zu erreichen. Ein Usecase kann auch als Anwendungssituation bezeichnet werden.
Eine Barriere (Erhöhung des Drehmoments z. B. auf Maximalwert) in eine Drehrichtung sollte in die andere Drehrichtung nicht auch sperren (Freilauffunktion). Bewegt man den Joystick in Richtung der Barriere, sollte das Drehmoment sofort wieder aufgehoben werden, wenn keine Kraft mehr in Richtung Barriere aufgebracht wird. Der Benutzer fühlt sonst ein Anhaften des Joysticks an der Barriere. Der Hebel bleibt praktisch „kleben“, was die dadurch verursachte Reaktion (den Wunsch des Nutzers) am Fahrzeug verschlechtert. Bewegt man den Joystick hingegen wieder in Richtung der Barriere, sollte das Drehmoment sofort wieder angehoben werden, damit der Benutzer die Barriere sofort wieder merkt.
Bei einem Aufbau mit einem Scherdämpfer kann die Linear- bzw. Schwenkbewegung des Joysticks in eine Rotationsbewegung an einem Rad umgesetzt werden.
Über eine Getriebestufe 708 kann die Bewegung auf eine höhere Rotationsgeschwindigkeit gebracht werden, damit der Scherdämpfer mehr Bremsmoment auf den Joystick übertragen kann. Ein konkret ausgeführter Scherdämpfer kann in dem zur Verfügung stehenden Bauraum nicht mehr als 4 Nm Bremsmoment aufbringen. Durch die Übersetzung (z. B. Verhältnis 3:1) kann am Joystick hier ein dreifach größeres Moment erreicht werden. Das Getriebe kann dabei nur aus Zahnrädern bestehen oder auch mit Zahnriemen, Kette(n), Reibräder(n) und dergleichen mehr ausgerüstet sein. Zahnräder haben den gewissen Nachteil, dass die Geometrie von der Größe der Zahnräder vorgegeben wird. Demgegenüber ist die Verwendung eines Zahnriemens flexibler in der Konstruktion und auch leise. Es können auch zueinander/gegeneinander verspannte Zahnräder verwendet werden, wodurch diese spielfrei werden.
Die magnetorheologische Bremseinrichtung 702 bzw. der Scherdämpfer bzw. das MRF Bremselement können auch baulich größer ausgeführt werden, wodurch höhere Dämpf-/Bremsmomente erzeugt werden können. In den meisten Fällen ist aber die Kombination aus einer kleineren Dämpf-/Bremseinheit mit einem Getriebe hinsichtlich des Bauraums, des Gewichts und der Kosten eine bessere Lösung.
Statt des Scherdämpfers kann im Prinzip jede MRF-Bremseinrichtung verwendet werden (Keillager, Schwenkflügel etc.). Das Getriebe zur Übersetzung ist zusätzlich zu den auch zuvor genannten Vorteilen vorteilhaft, um Platz zu sparen, da die Bremse nicht direkt angeflanscht werden muss, und so beliebig positioniert werden kann.
Durch die schnell reagierende MRF-Bremse (im Bereich von wenigen Millisekunden) kann eine Vielzahl von haptischen Rückmeldungen erzeugt werden. Die Vorteile von MRF-Bremsen wie die schnelle Reaktion und eine beliebig einstellbare Kraft/Drehmoment während des Betriebs werden dabei ausgenutzt.
Eine beispielhafte Signalverarbeitung wird im Diagramm der 15 grundsätzlich dargestellt.
Beispielhafte Ansteuerungen bzw. Bedienungsfälle (Usecases) der Erfindung werden nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen die 3 bis 13 Verläufe des Verzögerungsmoments über den Drehwinkel bzw. die Zeit.
Federvorgespannte und nicht adaptive Joysticks pendeln/schwingen um die Mittelstellung (Neutralstellung), wenn man diese aus der Extremstellung los und sich frei bewegen lässt. Dies kann zu unerwünschten Bewegungen der mit dem Joystick in Verbindung stehenden Mechanik (z.B. Schneeschaufel bei einer Pistenwalze; Containerladung bei einem Hafenkran) führen.
Die Erfindung verhindert in einem Standard-Modus dieses Zurückschwingen. Es werden keine Barrieren oder Rippel erzeugt. Es wird hierbei die maximale Geschwindigkeit der Joystickbewegung geregelt (V-Regelung). Die Maximalgeschwindigkeit ist dabei von der Position (d. h. dem Winkel) des Joysticks abhängig. Je näher er sich der Nullstellung (Mittelstellung) annähert, desto mehr wird die Bewegung gebremst, desto langsamer ist die mögliche Bewegung. Dadurch wird ein Überschwingen des Joysticks um die Neutralstellung verhindert. Wird der Joystick beim Vordrücken einfach losgelassen, wird er von der Rückstellfeder zur Neutralposition zurückgezogen und genau zu 0° hin gebremst. Ohne aktives Bremsen würde er, besonders wenn er zuvor aus den Endverfahrpositionen losgelassen wird, über die Mittelposition hinaus schwingen und dann wieder zurückschwingen und sich mit der Zeit einpendeln. Dies ist von Nutzern meist nicht gewünscht und bedienungstechnisch nachteilig. Die (Aus-) Schwingbewegungen bei nicht nach dieser Erfindung gesteuerten Joysticks können auch zu nachteiligen Lastspitzen am Werkzeug/Ladung führen.
3 zeigt die maximale Winkelgeschwindigkeit des Scherdämpfers im Joystick, abhängig von der Winkel-Position des Joysticks.
In dem Betriebsmodus „Unidirektional“ ist eine Bewegung nur in eine Richtung möglich.
Die Bewegungsachse des Joysticks wird von der 0°-Position in eine Richtung gesperrt, es wird vom Scherdämpfer eine Drehmomentbarriere in diese Richtung erzeugt. Ein Bewegen ist nur in die andere Richtung möglich.
Bei 4 wirkt die Barriere (nur) in eine Richtung. Es wird eine Drehmomentbarriere in eine Drehrichtung erzeugt. Der Joystick kann nur in die entgegengesetzte Richtung gedrückt werden.
Im Betriebsmodus „Smart Stop“ kann der Joystick an jeder Stelle stehen bleiben. Das Drehmoment der magnetorheologischen Bremseinrichtung und hier des Scherdämpfers wird dem Verlauf der Federkennlinie der Rückstellfeder angepasst, d.h. der Dämpfer stellt dieselbe Bremskraft zur Verfügung, wie die Rückstellfeder in die andere Richtung anlegt. Drückt ein Benutzer den Joystick in eine Position und lässt ihn los, verbleibt der Joystick in genau dieser Position.
5 zeigt den Verlauf des Drehmoments in Abhängigkeit der Kennlinie der Rückstellfeder. Das Drehmoment ist immer so hoch, dass beim Loslassen der Joystick in der jeweiligen Position verbleibt.
Bei dem Betriebsmodus „Ripple“ wird das Drehmoment am Bedienhebel und damit die Kraft an der Mensch-/Maschinenschnittstelle (z.B. Hand) zwischen einem niedrigen und einen hohen Wert alterniert/verstellt. Der Benutzer spürt so ein Raster von abwechselnd Bewegung und Abbremsung. Die Abstände und Länge der einzelnen Drehmomentpositionen können entweder zeitlich oder winkelabhängig oder als Kombinationen dieser gesteuert werden. Im winkelgesteuerten Rippel werden die Barrieren bei bestimmten Winkelpositionen gestartet und bis zu einem bestimmten Winkel gehalten (Winkel getriggert).
In 6 ist dieser Modus gezeigt. Der Rippel beginnt bei 10° und ändert den Widerstand in 1°Schritten. Der Rippel wird in diesem Fall nur in eine Richtung erzeugt (beim Zurückbewegen zur 0-Position nicht mehr).
6 zeigt einen über den Winkel getriggerten und gesteuerten Rippel. Das Bremsmoment (Y-Achse) wird abwechselnd zwischen einem hohen und einem niederen (z.B. Grunddrehmoment) Drehmoment angelegt bzw. die Kraft(Y-Achse)zwischen Bedienhand und Joystick am Hebel variiert
Im zeitlich gesteuerten und zeitlich getriggerten Modus werden die Länge 743 der Barrieren und auch der Abstand 753 zwischen den Barrieren zeitlich vorgegeben (7).
Die 7 zeigt den zeitlich getriggerten und gesteuerten Rippel. Die X-Achse zeigt die Zeit, die Y-Achse die Kraft am Bedienhebel bzw. das Drehmoment (Verzögerungsmoment) am Schwenkpunkt. Der Abstand und die Länge werden zeitlich gesteuert.
Die beiden Modi können kombiniert werden, indem die Triggerung getauscht werden. Z.B. können die Startpunkte der Barrieren über den Winkel festgelegt werden, die Länge aber immer über die gleiche Zeit, wie in gezeigt. Beim Start des Rippels bei einem bestimmten Winkel wird die Barriere über eine bestimmte Zeit gehalten und dann frei gegeben, egal bei welchem Winkel man sich befindet. Wird eine Winkelposition (Startposition) in der Dauer eines Rippels überfahren, kann dieser Rippelpunkt ausgelassen oder direkt angehängt werden.
Mit diesem Modus kann z.B. die Bewegungsgeschwindigkeit gesteuert oder mit schnell einstellbarer Periodendauer ein Hochpassfilter für Vibrationen oder Zittern realisiert werden. Vibration oder Zittern bedeutet, dass sich das dadurch erzeugte Feedback an der Benutzerhand wie ein Vibrieren oder Zittern anfühlt.
8 zeigt den zeitgesteuerten und Winkel getriggerten Rippel. Die Länge wird zeitlich vorgegeben, die Startpunkte werden durch den Winkel vorgegeben.
Ein Rippelmodus kann natürlich auch über die Zeit oder die Winkelposition verändert werden, z.B. kann sich der Modus nach einer gewissen Zahl an Rippelpunkten ändern (feiner werden). So spürt der Benutzer das Erreichen eines gewissen Bereichs, z.B. Annähern an die Endstellung, Maximalgeschwindigkeit etc. in Form einer Änderung der Rippelschrittweite (= dynamische Anpassung).
Der Betriebsmodus Feder-Rippel ist eine abgeänderte Form des Rippel-Modus. Die Rippel-Barrieren werden nicht durch einen Sprung (Nieder-Hoch; wenig-viel) des Aktorenstroms und daraus resultierend vom Magnetfeld erzeugt, sondern ändern sich stetig. Dadurch spürt man wie sich die Barrieren aufbauen und wieder abnehmen. Das Steuersignal kann dabei ein Sinus- bzw. Kosinussignal sein, mit einem leichten Offset vom Nullpunkt. Der Strom ändert sich konstant ohne Sprünge und wird kurz leicht negativ, das Metall im Dämpfer bzw. der magnetorheologischen Bremseinrichtung wird so entmagnetisiert und wieder kurz magnetisiert, bevor der Strom wieder positiv wird und so wieder entmagnetisiert und neu magnetisiert wird. Der Benutzer empfindet diesen Wechsel von Magnetisieren und Entmagnetisieren und die kontinuierliche Änderung der Dämpfung/Bremsung ähnlich wie die die Bremsung durch eine Rastfeder in einer Kulisse (Berg-/Talkulisse).
9 zeigt den Aktorenstrom im Feder-Rippel-Modus. Der Strom ändert sich kontinuierlich mit zwei Nulldurchgängen pro Periode.
Zusätzlich kann der Strom an eine bzw. die Winkelgeschwindigkeit angepasst werden. Das Drehmoment vom Dämpfer ist geschwindigkeitsabhängig und wird geringer mit höheren Geschwindigkeiten. Um ein gleiches Drehmoment über verschiedene Geschwindigkeiten zu erhalten, muss der Strom erhöht werden.
In dem in 10 gezeigten Betriebsmodus „FNR“ (Front, neutral, Rear) kann der Joystick zwischen verschiedenen Rastpositionen gestellt werden (z.B. bei Automatikschaltung: Front, Neutral, Rear). Zwischen den vorgegebenen Rastpositionen ist das Drehmoment minimal und wird bei Erreichen der Position auf einen Wert angehoben, in dem der Joystick verbleibt (stehen bleibt), da die Rückstellkraft der Feder nicht ausreicht, um die Bremskraft zu überwinden. Will der Benutzer den Joystick in eine andere Position bringen, muss der Widerstand überdrückt werden und kann bis zur nächsten Position bewegt werden. Die Rastpositionen sind z. B. bei -8°, 0° und 8°. Bei z. B. -10° und 10° wird ein Endstop in Form von maximalem Drehmoment erzeugt.
Der Vorteil der adaptiven MRF-Technik in diesem Fall, gegenüber konventioneller Reib-/Kulissenbremsen, ist, dass kein Stick-Slip-Effekt (Hafteffekt) auftritt. Bei konventionellen Systemen muss zunächst eine Haftreibung überwunden werden. Da die Gleitreibung viel geringer ist, rutscht die Bremse dann durch und wenn sie wieder stehen bleibt, haftet sie wieder stärker; dadurch kommt es zu ruckartigen Bewegungen am Joystick und an den mit dem Joystick in Wirkverbindung stehenden zu bedienenden Werkzeugen oder Gegenständen. Ruckartige Bewegungen können zu hohen Lastspitzen und Überlast führen (erhöhter Maschinenverschleiß. Das ist bei der erfinderischen Lösung nicht der Fall und ein großer Vorteil bei der Benutzung.
Bei dem Betriebsmodus „Axis Locked“ wird eine Barriere mit maximalem Drehmoment in alle Richtungen erzeugt (von Nullposition aus). Der Joystick ist so in seiner Bewegung gesperrt.
Wenn sich der Joystick in der Nullposition befindet, lässt er sich nicht bewegen. Ist er zu Beginn ausgelenkt, kann er zurück in die 0-Position gebracht werden und wird dann gesperrt. Befindet sich der Joystick in positiver Position ausgelenkt und wird in positive Richtung beschleunigt (so wie bei negativer Position mit negativer Beschleunigung) wird der Joystick gesperrt. Andernfalls kann er sich frei bewegen, damit er zurück in 0-Position (Grundposition) gebracht werden kann.
Die 11 zeigt die Sperrung der Bewegung in beide Richtungen.
Bei dem Betriebsmodus „Kick and hold“ wird bei einem bestimmten Winkel der Widerstand über einen kurzen Winkelbereich erhöht. Der Widerstand bleibt auch bei der Zurückbewegung des Joysticks durch die Rückstellfeder oder die Nutzerhand erhalten und ist also in beide Bewegungsrichtungen aktiv. Er kann aber auch nur in eine Bewegungsrichtung aktiv sein. Der Joystick wird dann in der Position gehalten. In der Abbildung beginnt die Drehmomentspitze bei 15° und endet bei 18°. Das heißt, wenn der Joystick über diesen Bereich (hier größer 18°) gedrückt und losgelassen wird, fährt er federbelastet bis zu 18° zurück und verbleibt danach bei 18°. Wenn er unter 18° ist, geht er federvorbelastet in die Nullstellung zurück.
Die 12 zeigt „Kick&hold“ in Vorwärtsrichtung. Die Drehmomentspitze ist hier in beide Schwenkrichtungen vorgesehen (d.h. von der Neutralstellung aus vor und zurück).
In dem Betriebsmodus „Kick down“ wird ein kurzer Widerstand in eine Richtung erzeugt, die Zurückbewegung erfolgt ohne Widerstand bis zur 0-Position. Im Beispiel der 13 muss die Drehmomentspitze im Bereich 15-20° überdrückt werden und kann sich danach ohne Bremsung zurückbewegen. Wie in 13 gezeigt, wird ein kurzer Widerstand in eine Richtung erzeugt, die Zurückbewegung erfolgt ohne Widerstand.
Bei dem Betriebsmodus frei wählbare „Kulisse“ wird mit dem adaptiven Joystick laut dieser Erfindung z.B. die klassische Kulisse einer mechanischen Gangschaltung (z.B. H-Schaltung/Kulisse) nachgebildet. Eine solche Kulissenmechanik 733 ist in der 14 gezeigt.
Dabei werden die MRF Dämpfer-/Bremsen laut dieser Erfindung abwechselnd so angesteuert, dass sich der Joystick nur nach z.B. einem H-Schema bewegen lässt. Will der Bediener/Benutzer hierbei z.B. den Joystick bzw. in diesem Fall den Schalthebel von z.B. einem Kraftfahrzeug (Auto) diagonal von der Schaltstellung 2 zur Schaltstellung 3 bewegen, wird diese durch Bestromung des X-Achsen und Y-Achsen MRF Dämpfer (magnetorheologische Bremseinrichtung) verhindert. Zulässig ist zuerst nur eine Bewegung des Y-Achsen-Dämpfers, der X-Achsen-Dämpfer wird gesperrt. Ab der Y-Verfahrmitte ist nur eine Bewegung des X-Achsen-Dämpfers zulässig, der Y-Achsen-Dämpfer wird gesperrt. Dann nach einer gewissen X-Wegstrecke wiederum nur eine Bewegung des Y-Achsendämpfers ermöglicht, bis die Stellung 3 erreicht ist. Der Benutzer hat so das Gefühl, er schaltet die Gänge manuell in einer Kulisse, wie er es von seinem Auto mit manuellem Getriebe gewohnt ist. Der Gangwechsel geschieht aber tatsächlich automatisch über die Elektronik (Shift By Wire) und durch Vortäuschung einer Kulisse durch intelligente Ansteuerung der X-und Y MRF Achsen.
Wichtig hierbei ist, dass dies schnell und harmonisch geschieht. Es können so auch verschiedene Anzahl an Gängen, Automatik-Schalthebel in einer, zwei oder drei Ebenen, sequentielle Schaltschemen und verschiedene Bauformen virtuell erzeugt werden. Auch können verschiedene Schaltkräfte, Verfahrwege und auch Oldtimerschaltungen nachgebildet werden. So kann zum Beispiel bei einem Leihwagen oder Mietkraftfahrzeug immer die bevorzugte Schaltmethode des Benutzers (Kunden) angewendet/voreingestellt werden, was den Bedienkomfort und die Fehlbedienung reduziert.
Bei dem Betriebsmodus „Ansteigender Widerstand“ steigt der Widerstand insbesondere linear oder über ein Polynom an und zeigt so dem Benutzer über den Widerstand an, in welchem Bereich er sich befindet. Z.B. wird der Widerstand höher je schneller man eine Maschine betreibt oder die Last bewegt wird und beugt so Unfällen durch zu hohe Geschwindigkeiten vor.
Es ist auch eine Kombination der Modi möglich. So können beliebige Modi kombiniert werden. Zum Beispiel kann man einen „Rippel“ und den „Smart Stop“ kombinieren, sodass der Joystick beim Bewegen einen Rippel erzeugt und beim Loslassen an der Stelle stehen bleibt. Durch die Sensorik kann auch schnell zwischen den Modi gewechselt werden, wenn die Richtung geändert wird.
Eine Ausweitung von einer Bewegungsachse auf zwei Bewegungsachsen oder auch drei Bewegungsachsen ist möglich.
Die nachfolgenden Ausführungen der verschiedenen Betriebsmoden sind jeweils für eine Bewegungsachse erklärt (Vor und Zurück; x-Achse). Sie sind jedoch analog auf eine zweite oder dritte Achse erweiterbar (links, rechts; y-Achse, z-Achse).
Für den Einsatz im Gaming werden Ansprüche an den Gaming-Joystick gestellt, wie ein guter Stand auch bei schnellen Bewegungen (stabiles Material, ausreichendes Gewicht). Der Joystick soll ergonomisch geformt, eine gute Nachbildung von realen Steuerjoysticks sein und eventuell ausreichend Tasten für Spezialbelegungen aufweisen.
Vorzugsweise ändert sich der Widerstand von dem Joystick je nach Spielsituation. So kann eine Anpassung an reale Systeme erfolgen (z. B. Flugsimulatorspiel Joystick einer Boeing 747 verhält sich anders als der einer Cessna) und/oder eine zusätzliche Antwort/Rückmeldung des Systems durch Vibrationen ist möglich.
Der Widerstand im Nullpunkt ist ein wichtiges Kriterium besonders für Gamer (Flugsimulatoren): Reale Cockpit-Joysticks haben nur sehr geringen Widerstand um den Nullpunkt, gute Joysticks sollten die echten Cockpit-Joysticks möglichst gut nachahmen. Eine MRF Bremseinrichtung mit sehr geringem Grundmoment kann den Widerstand um den Nullpunkt sehr gering halten.
Vibration kann durch MRF-Bremse „passiv“ simuliert werden, indem ein Rippel mit sehr kurzen Abständen erzeugt wird, wodurch der Nutzer beim Bewegen eine Vibration spürt.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist die Adaptivität. Es kann ein Serienteil entwickelt werden, welches beliebig an jeweilige Kundenwünsche anzupassen ist. Kleinserien können so viel schneller erzeugt und Produktionskosten eingespart werden.
Es können gleichzeitig eine Reihe von Dummy-Knöpfen vorgesehen werden, die individuell belegbar sind. Es kann kundenspezifisch eine Personalisierung erfolgen. Die Gestaltung ist für Rechts- und Linkshänder möglich. Es kann ein personalisiertes und/oder intelligentes Feedback erfolgen. Die Konstruktion ist flexibel anpassbar. Es entstehen geringe Kosten durch wenige Teile.
Die Kraft der Feder bzw. Rückstellfeder kann aufgehoben werden. Die Kraft der verwendeten Rückstellfeder kann insbesondere „eingestellt“ werden, indem die Rückstellkraft gedämpft wird. So kann man die gleiche Federstärke für verschiedene Joysticks verwenden, bei denen eine unterschiedlich starke Rückstellkraft gewünscht ist (in dem Fall müsste eine aktive Unterstützung bei Bewegung gegen die Feder bereitgestellt werden). Die Anpassbarkeit gilt auch für verschiedene Temperaturen, Verschmutzung, Alterung und Verschleiß. Der Benutzer erhält unabhängig von diesen sich veränderten Parametern das gleiche (gewohnte) haptische Feedback und Verhalten.
Es ist auch möglich, eine Einstellung des Druckpunktes und der Kräfte vorzunehmen. Je nach Kunde bzw. Kundenbedürfnis kann die Verstellkraft (Druckpunkt) usw. angepasst werden. Dies auch abhängig vom äußeren Zustand, d.h. bei glattem Untergrund in einem Fahrzeug: kleinere Momente/Kräfte. Dies reduziert die Bedienkraft und Ermüdung vom Nutzer. Bei rauen Straßen oder unebenem Gelände: Höhere Kräfte/Drehmomente. Dies reduziert Fehlschaltungen bzw. lässt präziseres Bewegen zu.
Ein weiterer erheblicher Vorteil ist, dass kein Stick-Slip Effekt auftritt. Die Bremsung/Dämpfung erfolgt nicht über klassische reibungsbasierte Bremsen. Die MRF-Dämpfer dämpfen in Abhängigkeit des Stroms/Magnetfeldes. Bei Abschalten des Magnetfeldes ist die Bremswirkung sofort aufgehoben, egal wie schnell die Bewegung ist. Die Bremskraft ist nicht oder nur gering geschwindigkeitsabhängig, es kann so nicht zu den ruckartigen Bewegungen des Stick-Slip Effekts kommen.
Es ist auch ein Mehrachsenmodus möglich (Multiaxes- und Singleaxes-Modus). Jede einzelne Drehbewegung um eine jeweils separate Achse kann über separate magnetorheologische Bremseinrichtungen separat angesteuert werden. Gegebenenfalls reicht auch eine einzige magnetorheologische Bremseinrichtung zur Bremsung von Drehbewegung um verschiedene Achsen.
Mit demselben Serienteil können entweder Joysticks mit nur einer Bewegungsrichtung (z.B. vor) oder bis zu 4-Richtungen (vor, zurück, links, rechts) erzeugt werden.
Es kann eine haptische Anzeige der Leistung erfolgen. Die Leistung, die eine Maschine/Fahrzeug bringt, kann z. B. durch erhöhten Widerstand angezeigt werden.
Durch haptisches Feedback kann die Sicherheit beim Bedienen von Maschinen erheblich erhöht werden, da der Benutzer seinen Blick nicht auf Anzeigen richten muss, um Probleme zu erkennen.
Auch medizinische Anwendungen sind mit der Erfindung vorteilhaft umsetzbar. So ist eine Steuerung von Robotern bei einer Operation, um z.B. falsche Schnitte mit Skalpell zu vermeiden oder unterschiedliche Schnittkräfte wieder zu geben, möglich. Im Labor können Laborgeräte gesteuert werden. So kann z. B. ein automatisches Verschieben eines Probenhalters in der Mikroskopie vorgenommen werden, um Zusammenstöße zu verhindern.
Ein versehentliches Betätigen kann verhindert werden. Eine Anpassung an äußere Umstände ist möglich. Ein unabsichtliches Betätigen kann verhindert werden, wenn z.B. standardmäßig ein kurzer Ripple nach längerem Nichtverwenden erzeugt wird. So spürt ein Benutzer sofort, wenn er ungewollt den Joystick bewegt. Auch ein von außen kommender Schlag (z.B. ein Schlagloch wird durchfahren) kann zu einem nicht gewünschten Verstellen führen. Durch Erhöhung der Kraft/Drehmomentes, wenn ein solches Ereignis eintritt und vom Gesamtsystem erfasst, analysiert und an die Joysticksteuergerät weitergegeben wird, kann dies verhindert werden. Z.B.: Merkt ein Fahrzeugbeschleunigungssensor verstärkte Aufbaubewegungen, dann wird die notwendige Joystick-Betätigungskraft/-moment automatisch angepasst, sodass Fehlbedienungen reduziert werden.
Der Joystick kann via Bluetooth, WLAN, ZigBee, NFC, Wi-Fi, LiFi, 3G, Smartphone, Smartwatch, Chip, Schlüssel usw. erkennen, welcher Benutzer den Joystick benutzen will und sich so vorkonfiguriert oder automatisch an dessen Bedürfnisse/Vorlieben anpassen. Der Joystick bzw. die damit zusammenhängende Steuerelektronik kann auch lernfähig sein (Fuzzy Logic. Künstliche Intelligenz. Maschinenlernen) und so den Bedienkomfort fortlaufend optimieren und Bedienfehler reduzieren.
Nahfelderkennungssysteme (Radar, Ultraschall, kamerabasierend, Lidar...) liefern wichtige Informationen an die Steuerelektronik des Joysticks und beeinflussen dadurch das haptische Feedback.
Mehrere Systeme sind miteinander vernetzt, es können auch externe Signale zugeführt werden (z.B. via Bluetooth, WLAN, ZigBee, NFC, Wi-Fi, LiFi, 3G, 5G...), alle Daten werden analysiert und resultieren in einem entsprechenden Realtime Feedback am Joystick. Dadurch können komplexe Situationen mit dem Joystick aufgrund vom situationsabhängigen Feedback einfacher und sicherer bedient werden.
Der Winkelsensor verfügt vorzugsweise über mehr als 30.000 Inkremente pro Umdrehung und die Regelfrequenz der Steuerung über mehr als 5kHz.
Das Gesamtsystem kann auch redundant aufgebaut werden, wenn es der Einsatzzweck erfordert (z.B. doppelte Positionssensoren und Drehdämpfer...) .
Erkennt die Steuerelektronik frühzeitig den nahenden Ausfall eines relevanten Sensors oder Dämpfers, kann dies dem Benutzer in Form von einem haptischen Feedback (z.B. anhaltendes starkes Vibrieren) klar signalisiert werden. Dies gilt auch, wenn z.B. der Sensor der Y-Achse ausfällt und der Nutzer die X-Achse aber noch betätigen will/muss. Der adaptive Joystick kann sich auch an solche Sonder- oder Notsituationen anpassen und dem Nutzer bestmöglich bei den verbleibenden Bedienmöglichkeiten (mit Feedback) unterstützen.
Bezugszeichenliste

1: Drehdämpfer
2: Übertragungseinrichtung
700: Eingabegerät
701: Bedieneinrichtung
702: Bremseinrichtung
703: Steuereinrichtung
704: Trageinrichtung
705: Bedienhebel
706: Schwenkachse
707: Rückstelleinheit
708: Getriebestufe
710: Eingabeempfangsgerät
711: Joystick
713: Abfolge
714: Anbindung
716: Schwenkachse
717: Neutralstellung
718: Riementrieb
720: Eingabesystem
721: Schalter
723: Rippel
728: Rotationsachse
733: Kulissenmechanik
734: Sensormittel
743: Länge
753: Abstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2016/156544 [0064]
DE 102010055833 A1 [0066]
WO 2012/034697 A1 [0066, 0103]
WO 2016/156544 A1 [0102]

Claims

Eingabegerät (700), insbesondere Joystick (711), mit wenigstens einer Bedieneinrichtung (701) und mit wenigstens einer magnetorheologischen Bremseinrichtung (702) und mit wenigstens einer Steuereinrichtung (703) zur Ansteuerung der Bremseinrichtung (703), wobei die Bedieneinrichtung (701) wenigstens eine Trageinrichtung (704) und wenigstens einen Bedienhebel (705) umfasst, wobei der Bedienhebel (705) um wenigstens eine Schwenkachse (706) schwenkbar an der Trageinrichtung (704) aufgenommen ist und wobei wenigstens ein Sensormittel (734) zur Erfassung eines Schwenkwinkels des Bedienhebels (705) umfasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (702) mit der Schwenkachse (706) gekoppelt ist, um eine Schwenkbewegung des Bedienhebels (705) durch die Steuereinrichtung (703) gesteuert zu dämpfen und dass die Steuereinrichtung (703) dazu geeignet und ausgebildet ist, die Bremseinrichtung (702) wenigstens in Abhängigkeit wenigstens eines Steuerbefehls anzusteuern und den Steuerbefehl in wenigstens ein an dem Bedienhebel (705) wahrnehmbares haptisches Signal, vorzugsweise eine definierte Abfolge (713) von Verzögerungsmomenten, umzusetzen, sodass ein Benutzer wenigstens als Folge einer vorgenommenen Eingabe und/oder während einer Eingabe eine haptische Rückmeldung (sog. Force Feedback) erhalten kann.
Eingabegerät (700) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Bedienhebel (705) nach einer erfolgten Betätigung automatisch in eine bestimmungsgemäße Neutralstellung (717) mittels wenigstens einer Rückstelleinheit (707) zurückschwenkbar ist und wobei die Steuereinrichtung (703) dazu geeignet und ausgebildet ist, eine von der Rückstelleinheit (707) ausgeführte Rückstellbewegung mittels der Bremseinrichtung (702) gezielt zu dämpfen.
Eingabegerät (700) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinrichtung (703) dazu geeignet und ausgebildet ist, den Bedienhebel (705) nach einer erfolgten Betätigung automatisch in der aktuellen Betätigungsstellung zu fixieren und dazu mittels der Bremseinrichtung (702) gezielt ein Verzögerungsmoment einzustellen, welches einem Rückstellmoment der Rückstelleinheit (707) an der aktuellen Betätigungsstellung entspricht oder höher als ein solches ist.
Eingabegerät (700) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bedienhebel (705) um wenigstens zwei Schwenkachsen schwenkbar an der Trageinrichtung (704) aufgenommen ist und wobei jeweils wenigstens eine Bremseinrichtung (702) mit wenigstens einer Schwenkachse gekoppelt ist und wobei die Steuereinrichtung (703) dazu geeignet und ausgebildet ist, bei einer Schwenkbewegung des Bedienhebels (705) die Schwenkachsen jeweils separat zu dämpfen.
Eingabegerät (700) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (703) dazu geeignet und ausgebildet ist, die Dämpfung der Schwenkbewegung des Bedienhebels (705) wenigstens in Abhängigkeit von einem mittels des Sensormittels (734) erfassten Schwenkwinkel des Bedienhebels (705) anzupassen.
Eingabegerät (700) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Steuerbefehl von wenigstens einem mit dem Eingabegerät (700) koppelbaren Eingabeempfangsgerät (710) und/oder vom Eingabegerät selbst bereitgestellt wird.
Eingabegerät (700) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (703) dazu geeignet und ausgebildet ist, eine Schwenkbewegung des Bedienhebels (705) in wenigstens eine Richtung zu blockieren und in eine entgegengesetzte Richtung freizugeben.
Eingabegerät (700) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (703) dazu geeignet und ausgebildet ist, bei Erreichen wenigstens eines definierten Schwenkwinkels ein Verzögerungsmoment mittels der Bremseinrichtung (702) über wenigstens einen bestimmten Schwenkwinkelbereich zu erhöhen und den Bedienhebel (705) nach einer erfolgten Überwindung des Schwenkwinkelbereichs in wenigstens einer Zielstellung außerhalb der Neutralstellung (717) zu fixieren und dazu mittels der Bremseinrichtung (702) gezielt ein Verzögerungsmoment einzustellen, welches einem Rückstellmoment der Rückstelleinheit (707) an der Zielstellung entspricht oder höher als ein solches ist.
Eingabegerät (700) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinrichtung (703) dazu geeignet und ausgebildet ist, das erhöhte Verzögerungsmoment für die Überwindung des Schwenkwinkelbereichs in nur eine Richtung vorzusehen, sodass der Bedienhebel (705) nach einer erfolgten Überwindung des Schwenkwinkelbereichs ohne ein solches erhöhtes Verzögerungsmoment zurückbewegt werden kann.
Eingabegerät (700) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (703) dazu geeignet und ausgebildet ist, den Bedienhebel (705) an bestimmten Rastpositionen zu fixieren und dazu mittels der Bremseinrichtung (702) ein vorliegendes Verzögerungsmoment gezielt zu erhöhen, sodass ohne zusätzlichen Kraftaufwand und/oder ohne eine zusätzliche Benutzeraktion weder ein Weiterbewegen noch ein Rückstellen erfolgen kann.
Eingabegerät (700) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinrichtung (703) dazu geeignet und ausgebildet ist, das Verzögerungsmoment bereits ab einem definierten Schwenkwinkel vor Erreichen einer Rastposition zu erhöhen und/oder ab einem definierten Schwenkwinkel nach Verlassen der Rastposition zu verringern.
Eingabegerät (700) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (703) dazu geeignet und ausgebildet ist, den Bedienhebel (705) bei Erreichen wenigstens eines bestimmten Schwenkwinkels und/oder in der Neutralstellung (717) und/oder in der aktuellen Stellung derart zu blockieren, dass mit einer betriebsgemäß aufzubringenden Handkraft kein Weiterbewegen in wenigstens eine Schwenkrichtung und/oder in alle betriebsgemäßen Schwenkrichtungen erfolgen kann.
Eingabegerät (700) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (703) dazu geeignet und ausgebildet ist, durch eine Kombination einer Mehrzahl von Raststellungen und wenigstens einer Neutralstellung (717) und einer Mehrzahl von Schwenkwinkel abhängigen Blockierungen des Bedienhebels (705) wenigstens eine Kulissenmechanik (733) zu simulieren.
Eingabegerät (700) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei in der Steuereinrichtung (703) mehrere simulierbare Kulissenmechaniken (733) hinterlegt sind und wobei die Steuereinrichtung (703) dazu geeignet und ausgebildet ist, eine Kulissenmechanik (733) abhängig von einer Benutzereingabe und/oder einem Steuerbefehl eines Eingabeempfangsgeräts (710) auszuwählen und zu simulieren.
Eingabegerät (700) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (703) dazu geeignet und ausgebildet ist, die Schwenkbewegung des Bedienhebels (705) mittels der Bremseinrichtung (702) in einer gezielten Abfolge (713) zu verzögern und freizugeben und zur Umsetzung einer solchen Abfolge (713) unterschiedlich hohe Verzögerungsmomente für die Verzögerung und die Freigabe einzustellen und die Verzögerungsmomente für die Verzögerung und/oder die Freigabe als Funktion der Zeit und/oder als Funktion des Schwenkwinkels einzustellen.
Eingabegerät (700) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinrichtung (703) dazu geeignet und ausgebildet ist, die Verzögerungsmomente der Abfolge (713) winkelabhängig zu starten und zeitabhängig aufrecht zu erhalten und insbesondere eine Einstellung eines in der Abfolge (713) vorgesehenen Verzögerungsmoments auszulassen, wenn eine für den Start vorgesehene Winkelposition während der Aufrechterhaltung eines Verzögerungsmoments überschwenkt wird.
Eingabegerät (700) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (703) dazu geeignet und ausgebildet ist, die unterschiedlichen Verzögerungsmomente der Abfolge (713) mit einer solchen Frequenz einzustellen, dass die Schwenkbewegung des Bedienhebels (705) mit einem gezielten Vibrieren gedämpft wird und wobei die Frequenz vorzugsweise wenigstens 50 Hz beträgt.
Eingabegerät (700) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (703) dazu geeignet und ausgebildet ist, die unterschiedlichen Verzögerungsmomente der Abfolge (713) über die Zeit und/oder den Schwenkwinkel des Bedienhebels (706) und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit des Bedienhebels (706) und/oder die Anzahl erfolgter Einstellungen von Verzögerungsmomenten dynamisch anzupassen.
Eingabegerät (700) nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (703) dazu geeignet und ausgebildet ist, eine Abfolge (713) mit sich stetig verändernden Verzögerungsmomenten einzustellen und wobei dazu insbesondere ein sinusförmiger oder kosinusförmiger Verlauf vorgesehen ist.
Eingabegerät (700) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (703) dazu geeignet und ausgebildet ist, bei einer Betätigung des Bedienhebels (705) nach einer definierten Zeit ohne eine Betätigung des Bedienhebels (705) wenigstens ein haptisches Warnsignal auszugeben und dazu vorzugsweise eine definierte Abfolge (713) von Verzögerungsmomenten einzustellen.
Eingabegerät (700) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die magnetorheologische Bremseinrichtung (702) dazu geeignet und ausgebildet ist, wenigstens 30.000 Inkremente/Umdrehung für eine Schwenkachse des Bedienhebels (705) bereitzustellen.
Eingabegerät (700) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bremseinrichtung (702) über wenigstens eine Getriebestufe (708) mit der wenigstens einen Schwenkachse gekoppelt ist und wobei die Getriebestufe (708) vorzugsweise ein Übersetzungsverhältnis zwischen 2:1 und 5:1 aufweist.
Eingabegerät (700) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Getriebestufe (708) wenigstens einen Riementrieb (718) umfasst, welcher die Schwenkachse (706) mit einer Drehachse der Bremseinrichtung (702) koppelt.
Eingabegerät (700) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bremseinrichtung (702) durch wenigstens einen Drehdämpfer (1) bereitgestellt wird und wobei der Drehdämpfer (1) zwei Komponenten umfasst, wobei eine Komponente eine Innenkomponente und die andere Komponente eine Außenkomponente umfasst und wobei die Außenkomponente die Innenkomponente wenigstens abschnittsweise radial umgibt, wobei zwischen den Komponenten ein radial nach innen von der Innenkomponente und radial nach außen von der Außenkomponente begrenzter und wenigstens teilweise mit einem magnetorheologischen Medium gefüllter ringförmiger und umlaufender Dämpfungsspalt angeordnet ist, wobei der Dämpfungsspalt einem Magnetfeld aussetzbar ist, um eine Schwenkbewegung zwischen den beiden gegeneinander verschwenkbaren Komponenten um eine Achse zu dämpfen und wobei eine Mehrzahl an wenigstens teilweise radial verlaufenden Armen an wenigstens einer der Komponenten vorgesehen ist und wobei wenigstens ein Teil der Arme mit einer elektrischen Spule mit wenigstens einer Wicklung ausgerüstet ist, wobei sich die Wicklung jeweils neben der Achse und beabstandet von der Achse erstreckt.
Eingabegerät (700) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bremseinrichtung (702) durch wenigstens eine magnetorheologische Übertragungsvorrichtung (2) bereitgestellt wird und wobei die magnetorheologische Übertragungsvorrichtung (2) mit wenigstens zwei koppelbaren Komponenten ausgestattet ist, deren Kopplungsintensität beeinflussbar ist, wobei zur Beeinflussung der Kopplungsintensität wenigstens ein Kanal vorgesehen ist, wobei der Kanal ein durch ein Magnetfeld beeinflussbares magnetorheologisches Medium mit magnetisch polarisierbaren Partikeln enthält, und wobei wenigstens eine Magnetfelderzeugungseinrichtung zur Erzeugung wenigstens eines Magnetfeldes in dem Kanal vorgesehen ist, um mit dem Magnetfeld das magnetorheologische Medium in dem Kanal zu beeinflussen, wobei die eine Komponente als äußere Komponente die andere Komponente als innere Komponente umgibt und wobei wenigstens eine der beiden Komponenten über wenigstens ein separates Lager gelagert ist und wobei ein Abstand zwischen der äußeren Komponente und der inneren Komponente wenigstens zehnmal so groß ist wie ein typischer mittlerer Durchmesser der magnetisch polarisierbaren Partikel in dem magnetorheologischen Medium und der Kanal wenigstens teilweise mit dem Magnetfeld der Magnetfelderzeugungseinrichtung beaufschlagbar ist, um die Partikel wahlweise zu verketten oder freizugeben.
Eingabesystem (720), umfassend ein Eingabegerät (700) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und ein mit dem Eingabegerät (700) in Wirkverbindung stehendes Eingabeempfangsgerät (710), wobei das Eingabeempfangsgerät (710) als ein Nutzfahrzeug ausgebildet ist, sodass die Funktionen des Nutzfahrzeugs wenigstens teilweise durch das Eingabegerät (700) bedienbar sind und/oder wobei das Eingabeempfangsgerät (710) als ein Computer, insbesondere mit einem Simulationsprogramm und/oder einem Spieleprogramm, ausgebildet ist, sodass mit dem Eingabegerät (700) Eingaben in den Computer ausführbar sind.
Verfahren zum Betreiben eines Eingabegeräts (700), insbesondere eines Joysticks (711), wobei wenigstens ein Bedienhebel (705) des Eingabegeräts (700) zur Durchführung einer Eingabe in ein mit dem Eingabegerät (700) in Wirkverbindung stehendes Eingabeempfangsgerät (710) wenigstens teilweise manuell um wenigstens eine Schwenkachse (706) verschwenkt wird und wobei wenigstens eine Schwenkbewegung des Bedienhebels (705) mittels wenigstens einer mit der Schwenkachse (706) gekoppelten magnetorheologischen Bremseinrichtung (702) gezielt gedämpft und freigegeben werden kann und wobei die Bremseinrichtung (702) mittels wenigstens einer Steuereinrichtung (703) wenigstens in Abhängigkeit eines mittels wenigstens eines Sensormittels (734) erfassten Schwenkwinkels des Bedienhebels (705) und/oder der Zeit und/oder wenigstens eines Betriebszustands des Eingabeempfangsgeräts (710) angesteuert wird, um die Dämpfung gezielt anzupassen.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Betriebszustand des Eingabeempfangsgeräts (710) wenigstens einen der folgenden Parameter betrifft: Leistungszustand, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Lage im Raum, Umfeld, überfahrener Untergrund, ausgeführte Arbeit, ausgewähltes Benutzerprofil, ausgewählter Betriebsmodus, Aktivität eines Assistenzsystems und insbesondere Fahrassistenzsystems, mittels einer Software simulierte Situation, Eingabebedingung bei der Bedienung eines Programms.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schwenkbarkeit des Bedienhebels (705) gezielt verstärkt gedämpft oder blockiert wird, wenn ein Betriebszustand mit einer über einem Schwellenwert liegenden Unruhe und/oder Gefährdung vorliegt und/oder wenn ein Assistenzsystem aktiv in die Benutzung des Eingabeempfangsgeräts (710) eingreift.
Verfahren nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Betriebszustand mit einem über einem Schwellenwert liegenden Parameter und/oder mit einer über einem Schwellenwert liegenden Gefährdung und/oder mit einem Eingriff eines Assistenzsystems mittels einer gezielten Abfolge unterschiedlicher Verzögerungsmomente während einer Schwenkbewegung des Bedienhebels (705) haptisch signalisiert wird.
Verfahren nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schwenkbarkeit (Schwenkbewegung) des Bedienhebels (705) in Abhängigkeit einer realen Betriebssituation und/oder einer mittels einer Software simulierten Situation variabel, aber gezielt, verstärkt gedämpft oder blockiert wird.