EP4143047A1 - Control element and vehicle with control element - Google Patents

Control element and vehicle with control element

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Publication number
EP4143047A1
EP4143047A1 EP21719075.0A EP21719075A EP4143047A1 EP 4143047 A1 EP4143047 A1 EP 4143047A1 EP 21719075 A EP21719075 A EP 21719075A EP 4143047 A1 EP4143047 A1 EP 4143047A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piezoelectric
piezoelectric component
control element
interaction
tubular section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21719075.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bernhard STANJE
Andreas PENTSCHER-STANI
Johannes Burger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Electronics AG
Original Assignee
TDK Electronics AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Electronics AG filed Critical TDK Electronics AG
Publication of EP4143047A1 publication Critical patent/EP4143047A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • B60W50/08Interaction between the driver and the control system
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    • B60W50/16Tactile feedback to the driver, e.g. vibration or force feedback to the driver on the steering wheel or the accelerator pedal
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    • B60W2300/36Cycles; Motorcycles; Scooters

Definitions

  • An operating element and a vehicle with an operating element are specified.
  • the steering wheel of which is equipped with a vibration device for generating haptic feedback.
  • the vibration device can, for example, be coupled to a lane departure warning system and set up so that the steering wheel can give feedback to the vehicle driver when the vehicle leaves the lane, for example by means of a click or a vibration, so that the driver can react accordingly.
  • LRA Linear Resonant Actuator
  • ECM Electronic Rotating Mass
  • At least one object of certain embodiments is to specify an operating element. At least one further object of specific embodiments is to specify a vehicle with an operating element.
  • an operating element has at least one piezoelectric component.
  • the operating element can in particular be an element operated by a user, by means of which haptic feedback and / or an input functionality can be made possible.
  • the control element can also be referred to as a so-called human-machine interface (HMI: "Human-Machine Interface”).
  • a vehicle has an operating element with a piezoelectric component.
  • Embodiments apply equally to the control element and the vehicle.
  • the operating element has at least one tubular section with a cavity at least partially surrounded by a wall.
  • the piezoelectric component is arranged in the cavity.
  • the piezoelectric component can in particular be provided and configured to generate a haptic signal on at least a partial area of the operating element. This can mean, in particular, that a haptic signal for a user of the operating element who, for example, touches it with one hand, or at least touches it with one hand, by means of a suitable electrical control of the piezoelectric component partially encloses, can be generated.
  • the piezoelectric component can be provided and set up to detect the effect of pressure on at least part of the piezoelectric component. This can mean in particular that a pressure effect on the piezoelectric component, which is exerted, for example, by the user of the operating element, can be converted into an electrical signal.
  • the operating element can be, for example, an operating element for a vehicle.
  • the operating element can particularly preferably be a steering element for a vehicle, in particular a steering element of a vehicle.
  • the operating element can be a braking element, for example a brake lever, and / or a gear selection element, for example a gear lever or a gear shift lever.
  • the operating element can be an input device, for example a pen-like input device, which can still be used, for example, in connection with a display device, for example in a vehicle.
  • the piezoelectric component can be connected to a control device for generating an electrical control signal for operating the piezoelectric component and / or for detecting an electrical signal generated by the piezoelectric component.
  • the control device for example in the form of a control device of the vehicle or at least a part thereof in the case of an operating element for a vehicle, can be fully or partially integrated in the operating element.
  • the control device can also be wholly or partially outside of the control element and be connected, for example, via electrical lines to the piezoelectric component, which extend into the control element and run in it.
  • the operating element is designed as a steering element for a vehicle and has a handlebar or is a handlebar that has the tubular section.
  • the vehicle can preferably be a conventionally or electrically operated motorcycle such as a motorcycle, a so-called trike or a so-called quad.
  • the vehicle can be a bicycle, for example a so-called e-bike or a conventional bicycle.
  • the handlebar which can also be referred to as a handlebar, can preferably be designed at least in the area of the tubular section and particularly preferably essentially as a whole as a tube.
  • the handlebar can be straight, slightly curved or designed with curved or kinked sections.
  • the tubular section can be a grip area of the operating element, that is to say the area that is enclosed or at least touched by the user's hand during normal use.
  • the grip area can thus be the area which, during normal use, is enclosed or at least touched by a hand of the user, that is to say in particular of the vehicle driver.
  • the grip area can also be rotatable.
  • the handlebar can have two grip areas.
  • the handlebar can also have at least two tubular sections, each with one of one Have wall at least partially surrounded cavity.
  • a piezoelectric component is preferably arranged in at least one or both of the cavities.
  • at least one tubular section with at least one piezoelectric component can also be present outside of the grip areas.
  • the operating element can be designed as a steering element for a vehicle and can have or be a steering wheel which has the tubular section.
  • the vehicle can preferably be a conventionally operated and / or electrically operated motor vehicle such as a passenger car or a truck or another vehicle with a steering wheel.
  • the steering wheel can preferably be designed at least in the area of the tubular section and particularly preferably essentially as a whole as a curved tube.
  • the steering wheel can be essentially circular or at least approximate to a circular shape.
  • the steering wheel can have one and preferably at least two grip areas, which are enclosed or at least touched by one hand of the user, in particular the vehicle driver, during normal use.
  • the steering wheel can also have at least two tubular sections, each with a cavity at least partially surrounded by a wall.
  • a piezoelectric component is preferably arranged in at least one or both of the cavities.
  • at least one tubular section with at least one piezoelectric component can also be present outside of the grip areas.
  • the operating element can, as described above by way of example for an operating element designed as a steering element, also have more than one tubular section with a cavity with at least one piezoelectric component, wherein each of the tubular sections with the respective at least one piezoelectric component can have one or more of the features described below .
  • the tubular sections with the respective at least one piezoelectric component can be designed identically or differently and thus have the same or different functionalities.
  • the piezoelectric component particularly preferably has a piezoelectric actuator which is based on a piezoelectric material, in particular a piezoelectric ceramic material or a piezoelectric polymer material.
  • the piezoelectric actuator can be constructed, for example, in a multilayer construction with a plurality of piezoelectric layers and internal electrodes arranged on top of one another along a stacking direction.
  • the piezoelectric actuator can have a longitudinal direction which can correspond to the direction with the greatest extent. The longitudinal direction can in particular be perpendicular to the stacking direction.
  • the piezoelectric actuator can perform a change in expansion in at least one direction, this change being part of the haptic signal that is direct or can be passed on to a user indirectly via further components of the piezoelectric component and / or of the operating element.
  • a periodic change and thus a vibration can be generated.
  • the change in the expansion of the piezoelectric actuator can be caused at least by the d31 effect and correspond to at least a change in length of the piezoelectric actuator along the longitudinal direction.
  • a piezoelectric actuator to generate a haptic signal offers significant advantages.
  • a piezoelectric actuator has a short response and decay time. Accordingly, the point in time and the period in which the haptic signal is generated can be defined and set very precisely.
  • the control signal applied to the piezoelectric actuator for example with respect to the frequency, the electrical voltage, the pulse sequence and the signal type, it can be determined with which amplitude, which frequency and which duration the piezoelectric component is controlled. Different control signals can make it possible to generate different haptic signals.
  • Piezoelectric actuators have a small volume compared to other components for generating a vibration, for example unbalance motors or linear resonators.
  • a piezoelectric actuator in the piezoelectric component it is thus possible to construct a component which has a comparatively small footprint.
  • the piezoelectric component can furthermore have at least one mechanical reinforcement element which is attached to the piezoelectric actuator in such a way that the change in length of the piezoelectric actuator moves a region of the mechanical reinforcement element in a direction perpendicular to the longitudinal direction along its longitudinal direction.
  • the reinforcing element can comprise metal or be made of metal and particularly preferably be a metal bracket, which is attached, for example, with two end regions to end regions along the longitudinal direction of the piezoelectric actuator and has a central region spaced from the piezoelectric actuator between the end regions.
  • the mechanical reinforcement element can be attached to the piezoelectric actuator, for example by means of an adhesive connection.
  • the metal of the reinforcement element can be titanium, for example. Titanium can have the advantage that its coefficient of thermal expansion is very similar to the coefficient of thermal expansion of the piezoelectric actuator, so that there is little or no mechanical stress in the event of temperature changes.
  • the change in length of the piezoelectric actuator caused by the d31 effect can be converted into a lifting movement perpendicular to the change in length, the direction of the lifting movement being able to correspond to the stacking direction.
  • the stroke movement can have a significantly greater amplitude than the change in length.
  • the amplitude of the stroke movement can be 5 to 40 times the amplitude of the change in length.
  • the mechanical reinforcement element can be free of notches and have a constant wall thickness. By dispensing with notches in the reinforcing element, simple production of the reinforcing element can be made possible.
  • the reinforcement element can have at least one notch which reduces a mechanical resistance to deformation of the mechanical reinforcement element. In particular in the case of reinforcement elements with a thickness in which deformations of the reinforcement element require a lot of force, the use of notches in the reinforcement element can be useful, since the notches can facilitate the deformation of the reinforcement element.
  • the piezoelectric component can in particular be arranged in the tubular section in such a way that it has a force effect in the radial direction in relation to the pipe cross section, that is to say perpendicular to a pipe axis of the tubular section.
  • the piezoelectric component can be arranged such that the stroke direction runs along a radial direction of the tubular section.
  • the piezoelectric component is arranged in the tubular section in such a way that the longitudinal direction of the piezoelectric actuator runs along a tube axis of the tubular section.
  • "running along the tube axis" can mean, for example, a tangential approach to the tube axis or to a longitudinal direction of the tubular section.
  • a piezoelectric component can be used be, which has a linear expansion that can be far greater than a diameter of the tubular portion.
  • the piezoelectric component is arranged in the tubular section in such a way that the longitudinal direction of the piezoelectric actuator runs transversely to the tube axis of the tubular section.
  • the longitudinal extent of the piezoelectric component is limited by the diameter of the tubular section.
  • this allows several piezoelectric components to be placed close to one another along the pipe axis.
  • a plurality of piezoelectric components is arranged in the tubular section, it being possible for the piezoelectric components to be identical or different.
  • the plurality of piezoelectric components can be arranged next to one another to form an array.
  • Each of the piezoelectric components can, for example, be read out and / or controlled separately from the remaining piezoelectric components.
  • different piezoelectric components can fulfill different functions.
  • several piezoelectric components can also be read out or controlled together, so that the functionality can be compared can be multiplied into a single piezoelectric component.
  • the operating element has at least one interaction element by means of which a user can exert pressure on the piezoelectric component and / or to which the piezoelectric component can transmit the haptic signal for forwarding to the user.
  • the piezoelectric component can act on the interaction element through the stroke movement described above.
  • the interaction element can transmit a pressure exerted by a user on the interaction element to the piezoelectric component, so that the effect of pressure from the piezoelectric component can be detected by generating an electrical signal in the piezoelectric component.
  • the interaction element can form a button which can be actuated by the user and which can be used to trigger a specific function.
  • the interaction element can be designed, for example, in the form of a button or a stamp.
  • the interaction element can be arranged or attached to the reinforcement element.
  • the interaction element can be arranged at least partially in an opening in the wall of the tubular section and extend into the cavity. Due to the lifting movement of the piezoelectric component, the interaction element, which in the rest position before the lifting movement can be sunk into the opening or protruding out of the opening, can be pushed out a little (further) out of the opening and thus a noticeable haptic for a user Cause a signal. Conversely, the interaction element can protrude from the opening in a rest position and can be pressed by a user in the direction of the piezoelectric component.
  • the wall can have an interaction area which forms the interaction element or on which a previously described interaction element is arranged within the cavity of the tubular section.
  • the wall does not have an opening and the haptic signal or the effect of pressure is passed on at least partially via the interaction area of the wall.
  • the piezoelectric component can exert a force on the interaction area of the wall in the tubular section when generating the haptic signal, either directly or via an interaction element.
  • the wall in the interaction area has greater mechanical deformability than in other areas, so that the interaction area can have sufficient flexibility, for example for forwarding a haptic signal to a user.
  • the wall in the interaction area can be thinner than in other areas and / or be surrounded by a notch around the interaction area.
  • the piezoelectric component is between the interaction element and one seen from the piezoelectric component
  • a support element can be arranged in the cavity of the tubular section between the piezoelectric component and the rear side area of the wall.
  • the support element can, for example, be a support surface for the piezoelectric component and, on a surface opposite the support surface, have a support surface which clings to the rear side area.
  • the lifting movement of the piezoelectric component can be directed completely in the direction of the interaction element by the support element.
  • the piezoelectric component can be arranged between two interaction elements.
  • the interaction elements can in particular be arranged radially opposite one another in relation to the pipe cross section.
  • the operating element has a grip element which surrounds the tubular section with the piezoelectric component and which has a plastic that is softer than the wall of the tubular section.
  • the tubular section of the operating element can have a metal.
  • the grip element can comprise or be made of a plastic, for example a rubber, and / or also a metal.
  • the described invention enables the integration of haptic feedback and / or the integration of functional keys in a control element.
  • the integration can take place in the grip area of a handlebar or a steering wheel and serve to notify or alert the driver, for example, in a dangerous situation, when parameters are exceeded or other messages are received, specifically via a tactile or perceptible signal can.
  • active control commands can also be triggered by targeted pressure in the grip area.
  • the movement of the piezoelectric actuator in the longitudinal or transverse direction in relation to the tube axis of the tubular section is preferably used to implement haptic feedback, in particular in the grip area.
  • the reinforcement element of the piezoelectric component can convert it into an increased movement in a radial direction, that is, perpendicular to the longitudinal and transverse directions.
  • This mechanical translation presses or spreads the tubular section or at least the interaction element apart and is responsible for noticeable haptic feedback.
  • the movement can preferably act on an interaction element, for example a stamp, as a result of which the movement can be passed on to the user. It can thereby be achieved that the haptic feedback can have an essentially local or preferably only local effect in a very defined area of a contact surface with the user.
  • the use of the piezoelectric component makes it possible to use different control signals in the form of one or more of the following changeable parameters: electrical voltage, frequency, signal type, pulse sequence.
  • the variation of the control signal results in a modified perception by the user, which enables different signals to be used for different functions.
  • the haptic feedback can also only be available locally in a defined area on the contact surface with the user while conventional solutions can only generate global feedback.
  • the use of the piezoelectric component also offers the advantage that the piezoelectric component can also be used as a push button in a dual function.
  • the user can generate an electrical signal that can be used to trigger a defined function, for example switching displays and / or accepting or rejecting calls and other functions.
  • FIGS. 1A and 1B are schematic representations of FIG.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a vehicle with an operating element according to a further exemplary embodiment
  • FIGS. 3A and 3B show schematic representations of a piezoelectric component in accordance with a further exemplary embodiment
  • Figures 4A to 4C are schematic representations of a
  • FIGS. 5 to 7 are schematic representations of
  • FIGS. 8A to 8C are schematic representations of a
  • FIGS. 1A and 1B exemplary embodiments for an operating element 100 and a vehicle 1000 with an operating element 100 are shown. The following description applies equally to FIGS. 1A and 1B.
  • the vehicle 1000 is a motorcycle. In particular, as shown, it can be a conventionally or electrically operated motorcycle such as a motorcycle. Alternatively, the vehicle can also be a trike, a quad or a bicycle, for example.
  • vehicle types usually have a handlebar 101, also referred to as a handlebar, as a steering element for steering the vehicle.
  • the steering element is designed as an operating element 100, purely by way of example.
  • the handlebar 101 has grip areas 111 which are grasped or at least touched with their hands by a user, that is to say a vehicle driver, during normal use for driving.
  • the operating element 100 has at least one piezoelectric component 1 in one tubular section 2.
  • the operating element 100 that is to say in the exemplary embodiment shown the handlebar 101 indicated in FIG.
  • the piezoelectric component 1, which is arranged in the cavity 4 is provided and set up to generate a haptic signal on at least a partial area of the operating element 100 and / or to detect the effect of pressure on at least a part of the piezoelectric component 1.
  • the handlebar 101 can preferably be designed at least in the area of the tubular section 2 and particularly preferably essentially as a whole as a tube.
  • the handlebar rod can be straight or, as indicated in FIG. 1B, slightly curved or configured with curved or kinked sections.
  • the tubular section 2 can be the grip area 111 of the handlebar 101.
  • the grip area can also be rotatable and thus form a rotatable part of the operating element 100.
  • the operating element 100 can also have at least two tubular sections 2, each with a cavity 4 at least partially surrounded by a wall 3.
  • At least one piezoelectric component 1 is preferably arranged in at least one or in both of the cavities.
  • at least one tubular section 2 with at least one piezoelectric component 1 can also be present outside the grip areas 111.
  • the operating element 100 has a gripping element 5 in each of the gripping areas 111 which surrounds the tubular section 2 with the piezoelectric component 1 and which preferably comprises a plastic that is softer than the wall 3 of the tubular section 2.
  • the tubular section 2 of the operating element 100 can comprise a metal.
  • the handlebar 101 can comprise a metal.
  • the grip element 5 can comprise or be made of a plastic, for example a rubber, and / or a metal and be a conventional grip element for a motorcycle or bicycle that is pulled directly onto the handlebar 101.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment for a vehicle 1000 which, compared to the previous exemplary embodiment, is a conventionally and / or electrically operated motor vehicle. As indicated in Figure 2, it can be a passenger car. Alternatively, a truck or another vehicle is also possible which, as shown in FIG. 2, has a steering wheel 102 as operating element 100.
  • the steering wheel 102 has at least one tubular section which can be designed as explained in connection with FIG. 1A and which has a cavity with at least one piezoelectric component.
  • the steering wheel can be designed, for example, at least in the area of the tubular section and particularly preferably essentially as a whole as a curved tube.
  • the steering wheel can be essentially circular or at least approximate to a circular shape.
  • the steering wheel 102 can, for example, have at least two grip areas 111 which, during normal use, of each hand of the user, so in particular the vehicle driver, are enclosed or at least touched.
  • the steering wheel can also have at least two tubular sections, each with a cavity at least partially surrounded by a wall.
  • a piezoelectric component is preferably arranged in at least one or both of the cavities.
  • at least one tubular section with at least one piezoelectric component can also be present outside the grip areas 111.
  • the piezoelectric component integrated in the operating element 100 enables a driver of a vehicle 1000, for example, to be notified or alerted in a targeted manner via a tactile or perceptible signal in a dangerous situation, when parameters are exceeded or when other messages are received. Furthermore, due to the dual functionality of the piezoelectric component, active control commands can also be triggered by targeted pressure.
  • haptic feedback in particular in the grip area 111 of the operating elements 100 shown in FIGS Part of the tubular section a pressure can be exerted.
  • the tubular section can, for example, be at least partially spread, which a user can preferably also perceive through the grip element.
  • the piezoelectric component can achieve that the haptic feedback can only act locally in a very defined area of a contact surface with the user.
  • the use of the piezoelectric component makes it possible to use different control signals in the form of one or more changeable parameters, for example voltage, frequency, signal type and / or pulse sequence, which enables different signals to be used for different functions.
  • the user By exerting pressure on the piezoelectric component, the user can generate an electrical signal that can be used to trigger a defined function, for example switching displays and / or accepting or rejecting calls and other functions.
  • a defined function for example switching displays and / or accepting or rejecting calls and other functions.
  • the control element 100 can also be designed as another element, in particular, for example, as another control element for a vehicle.
  • the operating element can be a braking element, for example a brake lever, and / or a gear selection element, for example a gear lever or a gear shift lever.
  • the operating element can also be, for example, an input device, for example a pen-like input device, which can still be used, for example, in connection with a display device, for example in a vehicle.
  • preferred modifications and developments of the operating element 100 are described, which, for example, as shown can be a control element for a vehicle. Elements and features that are not described or shown can be designed as described in the previous exemplary embodiments.
  • FIGS. 3A and 3B a preferred exemplary embodiment for a piezoelectric component 1 that can be used in an operating element is shown in a perspective view and a sectional illustration.
  • the piezoelectric component 1 has a piezoelectric actuator 11 and two mechanical reinforcement elements 13a, 13b.
  • the piezoelectric actuator 11 has a stack of internal electrodes 21 and piezoelectric layers 22 alternately stacked in a stacking direction S.
  • the piezoelectric actuator 11 has a first outer electrode 23, which is arranged on a first end face 24, and a second outer electrode 23, which is arranged on a second end face.
  • the internal electrodes 21 are alternately contacted in the stacking direction S with one of the first external electrodes 23.
  • the piezoelectric layers 22 can be, for example, lead-zirconate-titanate ceramics (PZT ceramics).
  • the PZT ceramic can also contain Nd and Ni.
  • the PZT ceramic can also additionally contain Nd, K and possibly Cu.
  • the piezoelectric layers 22 can have a composition containing Pb (Zr x Tii- x) O3 + y Pb (Mni / 3Nb2 / 3) O3.
  • a piezoelectric polymer can also be used, for example will.
  • the internal electrodes 21 preferably have copper or particularly preferably consist of copper.
  • the piezoelectric actuator 11 is preferably cuboid, as shown.
  • a surface whose normal to the surface points in the stacking direction S is referred to as the base surface.
  • the base is rectangular.
  • the longer side of the base defines the length L of the piezoelectric actuator 11 and the shorter side of the base defines the width B of the piezoelectric actuator 11.
  • the piezoelectric actuator 11 has a length L between 5 mm and 100 mm and a width B between 2 mm and 8 mm. In a particularly preferred exemplary embodiment, the piezoelectric actuator 11 has, for example, a length L of 60 mm and a width B of 5 mm.
  • the extension of the piezoelectric actuator 11 in the stacking direction S defines the height H of the piezoelectric actuator 11.
  • the height H of the piezoelectric actuator 11 can be between 200 ⁇ m and 3 mm. In a particularly preferred embodiment, the height H is 1.8 mm.
  • the actuator 11 has two insulation areas 12.
  • the respective insulation area 12 is formed in an end area of the actuator 11.
  • the respective insulation area 12 is formed in the area of an end face 24 of the actuator 11.
  • the insulation area 12 only internal electrodes 21 of one polarity extend to the end face 24 of the actuator 11.
  • the insulation area 12 can be used to make contact with the actuator 11.
  • the respective Insulation area 12 can be provided with the external electrodes 23 for electrical contacting.
  • the actuator 11 is designed such that when an electrical voltage is applied, the actuator 11 is deformed, in particular a change in length in the longitudinal direction RI indicated in FIG. 3B.
  • the piezoelectric layers 22 are polarized in such a way that the application of an electrical voltage between the internal electrodes 21 leads to a contraction of the actuator 11 in which the length L of the actuator 11 changes perpendicular to the stacking direction S.
  • the actuator expands transversely to the direction of polarization and to the electric field, which is also referred to as the d31 effect.
  • the device has two reinforcing elements 13a, 13b. If a voltage is applied to the actuator 11, the reinforcement elements 13a, 13b deform at least partially as a result of the change in the expansion of the actuator 11. In particular, the two reinforcement elements 13a,
  • the actuator 11 is preferably arranged between the reinforcement elements 13a, 13b.
  • the Reinforcing elements 13a, 13b lie at least partially on the top 25 or the bottom 26 of the actuator 11.
  • Each of the reinforcement elements 13a, 13b is preferably designed in one piece and strip-shaped and has a rectangular basic shape. Furthermore, each of the reinforcement elements 13a, 13b is curved or bent and is bow-shaped. For example, the reinforcing elements 13a, 13b each have a sheet metal strip or are made from it, in particular with or made of titanium.
  • Each of the reinforcement elements 13a, 13b is subdivided into several areas or sections.
  • Each reinforcement element 13a, 13b has a central area 17a, 17b.
  • the middle areas 17a, 17b are connected to respective end areas 18a, 18b via connecting areas 20a, 20b.
  • the two end regions 18a, 18b of each of the reinforcement elements 13a, 13b lie directly on a surface of the actuator 11.
  • the first and the second end regions 18a of the first reinforcement element 13a rest on a partial region of the top 25 of the actuator 11.
  • the first and second end regions 18b of the second reinforcing element 13b rest on a partial region of the underside 26 of the actuator 11.
  • the end regions 18a, 18b are preferably permanently connected to the surface of the actuator 11.
  • the end regions 18a, 18b are connected to the surface of the actuator 11 by an adhesive connection 15.
  • the respective central area 17a, 17b is spaced apart from the surface of the actuator 11.
  • a is located between the respective central area 17a, 17b and the bottom 26 or the top 25 of the actuator 11 Free area 16.
  • the free area 16 has a height h.
  • a free height h between the actuator 11 and the respective central area 17a, 17b is preferably between 0.2 mm and 5.0 mm and in a particularly preferred embodiment is approximately 3 mm, the free height h being the maximum distance between the respective central area 17a, 17b and the piezoelectric actuator 11 indicates when no voltage is applied to the actuator 11 and no external force acts on the reinforcement element 13a, 13b.
  • the central regions 17a, 17b are preferably designed in such a way that they run parallel to the surface of the actuator 11.
  • the connection areas 20a, 20b run obliquely to the surface of the actuator 11.
  • the respective connection area 20a, 20b forms an angle with the upper side 25 and the lower side 26 of the actuator 11.
  • the angle is preferably less than or equal to 45 °.
  • the height h of the free area 16 is thus reduced in the direction from the central area 17a, 17b towards the end area 18a, 18b of the respective reinforcing element 13a, 13b.
  • a total height of the piezoelectric component 1 with the actuator 11 and the two reinforcement elements 13a, 13b can be approximately 9 mm in a preferred exemplary embodiment.
  • the subregions 17a, 17b of the respective reinforcement element 13a, 13b move relative to the actuator 11 in the stroke direction R2.
  • the central areas 17a, 17b move in the stroke direction R2.
  • the reinforcement elements 13a, 13b bend at transitions between the central areas 17a, 17b and the connecting areas 20a, 20b and between the connecting areas 20a, 20b and the end regions 18a, 18b.
  • the reinforcement elements 13a, 13b can have at least one thinning, preferably several thinnings, between the respective areas, which enable better deformability of the reinforcement elements 13a, 13b and an easier execution of the lifting movement.
  • the reinforcement elements 13a, 13b can have, for example, stamped structures to increase the strength of individual areas.
  • a movement of the end regions 18a, 18b in the stroke direction R2 is prevented by the adhesive connection 15 with the actuator 11. Rather, the end regions 18a, 18b move with the actuator 11 in the longitudinal direction RI. There is thus a relative movement between the end regions 18a, 18b and the central regions 17a, 17b.
  • an electrical voltage of up to 120 V is applied, a total stroke movement of approximately 200 pm can be achieved.
  • the reinforcement elements 13a, 13b are deformed in such a way that, in particular, the end regions 18a, 18b are moved away from one another in the longitudinal direction RI.
  • the piezoelectric actuator 11 By attaching the reinforcement elements 13a, 13b to the piezoelectric actuator 11, the latter is also deformed in the longitudinal direction.
  • an electrical voltage is generated in the piezoelectric actuator 11.
  • the piezoelectric actuator 11 can be connected to a control element, for example a microcontroller or a control device of the vehicle, which evaluates the electrical voltages generated at the piezoelectric actuator 11.
  • a control element for example a microcontroller or a control device of the vehicle
  • the piezoelectric component 1 can also be used to generate a haptic signal. If an electrical voltage is applied to the actuator 11, the piezoelectric actuator 11 is deformed in the longitudinal direction RI and the reinforcing elements 13a, 13b accordingly execute the stroke movement described. By applying an alternating voltage, a vibration can be generated which is transmitted to the tubular section of the operating element and can be perceived by a user.
  • FIGS. 4A to 4C show an exemplary embodiment for an operating element 100 in which the piezoelectric component 1 described above is used.
  • the operating element 100 can be, for example, an operating element for a vehicle as described above.
  • FIGS. 4A to 4C show a perspective view and two sectional views of part of the operating element 100.
  • the tubular section 2 is shown, in which the piezoelectric component 1 is arranged.
  • the tube axis of the tubular section 2 runs in the direction 91 indicated in FIGS. 4A to 4C, the tube cross section lies in the plane spanned by the directions 92 and 93.
  • a possible grip element pulled onto the tubular section 2 as shown for example in FIG. 1A, is not shown in FIGS.
  • the piezoelectric component 1 is arranged in the tubular section 2 in such a way that the longitudinal direction of the piezoelectric actuator runs along the tube axis of the tubular section. In such a longitudinal arrangement, a piezoelectric component 1 can be used, as shown, which has a length which is far greater than a diameter of the tubular section 2.
  • the operating element 100 has at least one interaction element 6 by means of which a user can exert pressure on the piezoelectric component 1 and / or to which the piezoelectric component 1 can transmit the haptic signal for forwarding to the user.
  • the piezoelectric component 1 can act on the interaction element 6 through the stroke movement described above.
  • the interaction element can transmit a pressure exerted by a user on the interaction element 6 to the piezoelectric component 1, so that the effect of pressure from the piezoelectric component 1 can be detected by generating an electrical signal in the piezoelectric component 1.
  • the interaction element 6 can form a button which can be actuated by the user and which can be used to trigger a specific function.
  • the interaction element 6 is shown in FIG.
  • Embodiment designed in the form of a button or a stamp and arranged or attached to a reinforcing element of the piezoelectric component 1.
  • the interaction element is partially arranged in an opening 62 in the wall 3 of the tubular section 2 and extends into the cavity 4.
  • the lifting movement of the Piezoelectric component 1, the interaction element 6, which can be sunk into the opening in the rest position before the lifting movement or also protruding from the opening, can be pushed a little (further) out of the opening 62 and thus cause a perceptible haptic signal for a user .
  • the interaction element 6 can protrude from the opening 62 in a rest position and can be pressed by a user in the direction of the piezoelectric component 1.
  • the operating element 100 also has a support element 7 on a side of the piezoelectric component 1 facing away from the interaction element 6.
  • the piezoelectric component 1 is thus arranged between the interaction element 6 and a rear side region 63 of the wall 3, which is opposite the interaction element 6 as seen from the piezoelectric component 1.
  • the support element 7 is thus arranged in the cavity 4 of the tubular section 2 between the piezoelectric component 1 and the rear side region 63 of the wall 3.
  • the support element 7 has a bearing surface 71 for the piezoelectric component 1, with which the piezoelectric component 1 can be supported against the support element 7.
  • the support element 7 On a side opposite the support surface 71, the support element 7 has a support surface 72 which clings to the rear side area 63. The lifting movement of the piezoelectric component 1 can be directed completely in the direction of the interaction element 6 by the support element 7.
  • the tubular section 2 of the operating element 100 can have a round, in particular a circular, tubular cross section.
  • other cross-sectional shapes are also possible, since in particular the shapes of the support element 7 and of the interaction element 6 can easily be adapted to other pipe cross-sections.
  • FIGS. 4A to 4C thus show a concept of the piezoelectric component 1 which can be moved on one side within the operating element 100 and which enables the actuator movement to be used on one side.
  • only the interaction element 6 moves against the tubular section 2, while the opposite side is completely blocked in the rear side area 63. This means that the deflection of the interaction element can be maximized.
  • the interaction element 6 and / or the support element 7 can each be with or made of a plastic, preferably a hard plastic, or with or made of a metal, in order to be able to transmit the forces of the piezoelectric component 1 to a user or vice versa as effectively as possible.
  • the wall 3 can have an interaction area 31 which forms the interaction element or on which, as shown, a previously described interaction element 6 is arranged within the cavity 4 of the tubular section.
  • the wall 3 has no opening and the haptic signal or the action of pressure is passed on at least partially via the interaction area 31 of the wall.
  • the piezoelectric component can act on the interaction area 31 of the wall in the tubular section when generating the haptic signal directly or, as shown, via the Interaction element 6 exert a force.
  • the wall 3 in the interaction area 31 has a greater mechanical deformability than in other areas, so that the interaction area 31 can have sufficient flexibility, for example for forwarding a haptic signal to a user.
  • the wall can be thinner than in other areas and / or be surrounded by a notch around the interaction area.
  • a plurality of piezoelectric components 1 can also be arranged in the tubular section 2, wherein the piezoelectric components 1 can be identical or different with regard to their technical design and / or functionality.
  • the plurality of piezoelectric components 1 can be arranged next to one another to form an array, as shown.
  • Each of the piezoelectric components 1 can, for example, be read out and / or controlled separately from the remaining piezoelectric components.
  • different piezoelectric components 1 can fulfill different functions.
  • several piezoelectric components 1 can also be read out or controlled together, so that the functionality can be multiplied in comparison to a single piezoelectric component 1.
  • the piezoelectric components 1 can be arranged, for example, in a partial area of the grip area or also distributed over the grip area. This means that interactions with a user can be possible at different positions. As indicated in FIG. 6, the piezoelectric components 1 can be placed in a longitudinal arrangement in the tubular section. As shown in FIG. 7, the piezoelectric components 1 can also be arranged in the tubular section 2 in such a way that the longitudinal direction of the piezoelectric actuators runs transversely to the tube axis of the tubular section 2. In this arrangement, referred to as a transverse arrangement, several piezoelectric components 1 can be placed close to one another along the pipe axis, so that the piezoelectric components can, for example, simulate the function of a slide control together.
  • FIGS. 8A to 8C A further exemplary embodiment for an operating element 100 is shown in FIGS. 8A to 8C, the views corresponding to those of FIGS. 4A to 4C.
  • the piezoelectric component 1 is between two
  • Interaction elements 6 arranged.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a control element (100), for example for a vehicle (1000), which control element has at least one tubular section (2) with a chamber (4) at least partially enclosed by a wall (3) and a piezoelectric component (1) which is located in the chamber and is provided and designed to generate a haptic signal on at least one portion of the control element and/or to detect a pressure acting on at least one part of the piezoelectric component. The invention further relates to a vehicle (1000) with the control element (100).

Description

Beschreibung description
Bedienelement und Fahrzeug mit Bedienelement Control element and vehicle with control element
Es werden ein Bedienelement und ein Fahrzeug mit einem Bedienelement angegeben. An operating element and a vehicle with an operating element are specified.
Um einem Fahrzeugführer eine Rückmeldung in bestimmten Fahrsituationen zu geben, gibt es Fahrzeuge wie beispielsweise Kraftwagen, deren Lenkrad mit einer Vibrationsvorrichtung zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks ausgestattet ist. Die Vibrationsvorrichtung kann beispielsweise mit einem Spurhalteassistenten gekoppelt und so eingerichtet sein, dass das Lenkrad bei einem Verlassen der Fahrspur durch das Fahrzeug beispielsweise mittels eines Klicks oder einer Vibration eine Rückmeldung an den Fahrzeugführer geben kann, so dass dieser entsprechend darauf reagieren kann. In order to provide a vehicle driver with feedback in certain driving situations, there are vehicles such as, for example, motor vehicles, the steering wheel of which is equipped with a vibration device for generating haptic feedback. The vibration device can, for example, be coupled to a lane departure warning system and set up so that the steering wheel can give feedback to the vehicle driver when the vehicle leaves the lane, for example by means of a click or a vibration, so that the driver can react accordingly.
Für die Erzeugung eines solchen haptischen Feedbacks werden bisher sogenannte Linearresonator- oder Unwuchtmotor- Lösungen, auch als „Linear Resonant Actuator" (LRA) beziehungsweise „Eccentric Rotating Mass" (ERM) bezeichnet, eingesetzt, die ausschließlich eine vordefinierte Vibration erzeugen können. So-called linear resonator or unbalance motor solutions, also referred to as "Linear Resonant Actuator" (LRA) or "Eccentric Rotating Mass" (ERM), which can only generate a predefined vibration, have so far been used to generate such haptic feedback.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Bedienelement anzugeben. Zumindest eine weitere Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Fahrzeug mit einem Bedienelement anzugeben. At least one object of certain embodiments is to specify an operating element. At least one further object of specific embodiments is to specify a vehicle with an operating element.
Diese Aufgaben werden durch Gegenstände gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor. These objects are achieved by subject matter according to the independent patent claims. Beneficial Embodiments and further developments of the objects are characterized in the dependent claims and are furthermore apparent from the following description and the drawings.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Bedienelement mindestens ein piezoelektrisches Bauelement auf. Das Bedienelement kann insbesondere ein von einem Benutzer bedientes Element sein, mittels dem ein haptisches Feedback und/oder eine Eingabefunktionalität ermöglicht werden kann. Das Bedienelement kann auch als sogenannte Mensch-Maschine- Schnittstelle (HMI: „Human-Machine Interface") bezeichnet werden. According to at least one embodiment, an operating element has at least one piezoelectric component. The operating element can in particular be an element operated by a user, by means of which haptic feedback and / or an input functionality can be made possible. The control element can also be referred to as a so-called human-machine interface (HMI: "Human-Machine Interface").
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist ein Fahrzeug ein Bedienelement mit einem piezoelektrischen Bauelement auf. According to at least one further embodiment, a vehicle has an operating element with a piezoelectric component.
Die vorab und nachfolgend beschriebenen Merkmale und The features described above and below and
Ausführungsformen gelten gleichermaßen für das Bedienelement und das Fahrzeug. Embodiments apply equally to the control element and the vehicle.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Bedienelement zumindest einen rohrförmigen Abschnitt mit einem von einer Wandung zumindest teilweise umgebenen Hohlraum auf. Im Hohlraum ist das piezoelektrische Bauelement angeordnet. Das piezoelektrische Bauelement kann insbesondere dazu vorgesehen und eingerichtet sein, an zumindest einem Teilbereich des Bedienelements ein haptisches Signal zu erzeugen. Das kann insbesondere bedeuten, dass durch eine geeignete elektrische Ansteuerung des piezoelektrischen Bauelements ein haptisches Signal für einen Benutzer des Bedienelements, der dieses beispielsweise mit einer Hand berührt oder zumindest teilweise umschließt, erzeugt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann das piezoelektrische Bauelement dazu vorgesehen und eingerichtet sein, eine Druckeinwirkung auf zumindest einen Teil des piezoelektrischen Bauelements zu detektieren. Das kann insbesondere bedeuten, dass eine Druckeinwirkung auf das piezoelektrische Bauelement, die beispielsweise durch den Benutzer des Bedienelements ausgeübt wird, in ein elektrisches Signal umgewandelt werden kann. According to a further embodiment, the operating element has at least one tubular section with a cavity at least partially surrounded by a wall. The piezoelectric component is arranged in the cavity. The piezoelectric component can in particular be provided and configured to generate a haptic signal on at least a partial area of the operating element. This can mean, in particular, that a haptic signal for a user of the operating element who, for example, touches it with one hand, or at least touches it with one hand, by means of a suitable electrical control of the piezoelectric component partially encloses, can be generated. Alternatively or additionally, the piezoelectric component can be provided and set up to detect the effect of pressure on at least part of the piezoelectric component. This can mean in particular that a pressure effect on the piezoelectric component, which is exerted, for example, by the user of the operating element, can be converted into an electrical signal.
Das Bedienelement kann beispielsweise ein Bedienelement für ein Fahrzeug sein. Besonders bevorzugt kann es sich bei dem Bedienelement um ein Lenkelement für ein Fahrzeug, insbesondere um ein Lenkelement eines Fahrzeugs, handeln. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei dem Bedienelement um ein Bremselement, beispielsweise einen Bremshebel, und/oder ein Gangwählelement, beispielsweise einen Ganghebel oder einen Gangschaltungshebel, handeln. Darüber hinaus kann es sich bei dem Bedienelement um ein Eingabegerät handeln, beispielsweise um ein stiftartiges Eingabegerät, das weiterhin beispielsweise in Zusammenhang mit einer Anzeigevorrichtung, beispielsweise in einem Fahrzeug, genutzt werden kann. The operating element can be, for example, an operating element for a vehicle. The operating element can particularly preferably be a steering element for a vehicle, in particular a steering element of a vehicle. Alternatively or additionally, the operating element can be a braking element, for example a brake lever, and / or a gear selection element, for example a gear lever or a gear shift lever. In addition, the operating element can be an input device, for example a pen-like input device, which can still be used, for example, in connection with a display device, for example in a vehicle.
Das piezoelektrische Bauelement kann an eine Ansteuervorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Ansteuersignals zum Betrieb des piezoelektrischen Bauelements und/oder zur Detektion eines vom piezoelektrischen Bauelement erzeugten elektrischen Signals angeschlossen sein. Die Ansteuervorrichtung, beispielsweise in Form eines Steuergeräts des Fahrzeugs oder zumindest eines Teils davon im Fall eines Bedienelements für ein Fahrzeug, kann ganz oder teilweise im Bedienelement integriert sein. Weiterhin kann die Ansteuervorrichtung auch ganz oder teilweise außerhalb des Bedienelements angeordnet sein und beispielsweise über elektrische Leitungen mit dem piezoelektrischen Bauelement verbunden sein, die in das Bedienelement hineinreichen und in diesem verlaufen. The piezoelectric component can be connected to a control device for generating an electrical control signal for operating the piezoelectric component and / or for detecting an electrical signal generated by the piezoelectric component. The control device, for example in the form of a control device of the vehicle or at least a part thereof in the case of an operating element for a vehicle, can be fully or partially integrated in the operating element. Furthermore, the control device can also be wholly or partially outside of the control element and be connected, for example, via electrical lines to the piezoelectric component, which extend into the control element and run in it.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Bedienelement als Lenkelement für ein Fahrzeug ausgebildet und weist eine Lenkerstange auf oder ist eine Lenkerstange, die den rohrförmigen Abschnitt aufweist. Das Fahrzeug kann in diesem Fall bevorzugt ein konventionell oder elektrisch betriebenes Kraftrad wie beispielsweise ein Motorrad, ein sogenanntes Trike oder ein sogenanntes Quad sein. Weiterhin kann das Fahrzeug ein Fahrrad, beispielsweise ein sogenanntes E-Bike oder auch ein konventionelles Fahrrad, sein. Die Lenkerstange, die auch als Lenkerbügel bezeichnet werden kann, kann bevorzugt zumindest im Bereich des rohrförmigen Abschnitts und besonders bevorzugt im Wesentlichen als Ganzes als Rohr ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang kann die Lenkerstange gerade, leicht gebogen oder mit gebogenen oder geknickten Abschnitten ausgebildet sein. According to a further embodiment, the operating element is designed as a steering element for a vehicle and has a handlebar or is a handlebar that has the tubular section. In this case, the vehicle can preferably be a conventionally or electrically operated motorcycle such as a motorcycle, a so-called trike or a so-called quad. Furthermore, the vehicle can be a bicycle, for example a so-called e-bike or a conventional bicycle. The handlebar, which can also be referred to as a handlebar, can preferably be designed at least in the area of the tubular section and particularly preferably essentially as a whole as a tube. In this context, the handlebar can be straight, slightly curved or designed with curved or kinked sections.
Besonders bevorzugt kann es sich beim rohrförmigen Abschnitt um einen Griffbereich des Bedienelements handeln, also um den Bereich, der bei normalem Gebrauch von einer Hand des Benutzers umschlossen oder zumindest berührt wird. Bei einem als Lenkstange ausgebildeten Bedienelement kann es sich beim Griffbereich somit um den Bereich handeln, der bei normalem Gebrauch von einer Hand des Benutzers, also insbesondere des Fahrzeugführers, umschlossen oder zumindest berührt wird. Im Fall eines Kraftradlenkers kann der Griffbereich auch drehbar sein. Insbesondere kann die Lenkerstange zwei Griffbereiche aufweisen. Entsprechend kann die Lenkerstange auch zumindest zwei rohrförmige Abschnitte mit jeweils einem von einer Wandung zumindest teilweise umgebenen Hohlraum aufweisen. In wenigstens einem oder beiden der Hohlräume ist bevorzugt jeweils ein piezoelektrisches Bauelement angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein rohrförmiger Abschnitt mit zumindest einem piezoelektrischen Bauelement auch außerhalb der Griffbereiche vorhanden sein. Particularly preferably, the tubular section can be a grip area of the operating element, that is to say the area that is enclosed or at least touched by the user's hand during normal use. In the case of an operating element designed as a handlebar, the grip area can thus be the area which, during normal use, is enclosed or at least touched by a hand of the user, that is to say in particular of the vehicle driver. In the case of a motorcycle handlebar, the grip area can also be rotatable. In particular, the handlebar can have two grip areas. Accordingly, the handlebar can also have at least two tubular sections, each with one of one Have wall at least partially surrounded cavity. A piezoelectric component is preferably arranged in at least one or both of the cavities. Alternatively or additionally, at least one tubular section with at least one piezoelectric component can also be present outside of the grip areas.
Alternativ dazu kann das Bedienelement als Lenkelement für ein Fahrzeug ausgebildet sein und ein Lenkrad aufweisen oder sein, das den rohrförmigen Abschnitt aufweist. Das Fahrzeug kann in diesem Fall bevorzugt ein konventionell betriebener und/oder elektrisch betriebener Kraftwagen wie beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein anderes Fahrzeug mit einem Lenkrad sein. Das Lenkrad kann bevorzugt zumindest im Bereich des rohrförmigen Abschnitts und besonders bevorzugt im Wesentlichen als Ganzes als gebogenes Rohr ausgebildet sein. Insbesondere kann das Lenkrad im Wesentlichen kreisförmig oder an eine Kreisform zumindest angenähert sein. Wie schon für das Bedienelement allgemein und für die Lenkerstange beschrieben kann das Lenkrad einen und bevorzugt zumindest zwei Griffbereiche aufweisen, die bei normalem Gebrauch von jeweils einer Hand des Benutzers, also insbesondere des Fahrzeugführers, umschlossen oder zumindest berührt werden. Entsprechend kann das Lenkrad auch zumindest zwei rohrförmige Abschnitte mit jeweils einem von einer Wandung zumindest teilweise umgebenen Hohlraum aufweisen. In wenigstens einem oder beiden der Hohlräume ist bevorzugt jeweils ein piezoelektrisches Bauelement angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein rohrförmiger Abschnitt mit zumindest einem piezoelektrischen Bauelement auch außerhalb der Griffbereiche vorhanden sein. Im Folgenden wird auf einen rohrförmigen Abschnitt des Bedienelements mit einem Hohlraum mit zumindest einem piezoelektrischen Bauelement Bezug genommen. Das Bedienelement kann wie vorab beispielhaft für ein als Lenkelement ausgebildetes Bedienelement beschrieben auch mehr als einen rohrförmigen Abschnitt mit einem Hohlraum mit zumindest einem piezoelektrischen Bauelement aufweisen, wobei jeder der rohrförmigen Abschnitte mit dem jeweiligen zumindest einen piezoelektrischen Bauelement eines oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale aufweisen kann. Die rohrförmigen Abschnitte mit dem jeweiligen zumindest einen piezoelektrischen Bauelement können gleich oder verschieden ausgebildet sein und somit gleiche oder auch unterschiedliche Funktionalitäten aufweisen. As an alternative to this, the operating element can be designed as a steering element for a vehicle and can have or be a steering wheel which has the tubular section. In this case, the vehicle can preferably be a conventionally operated and / or electrically operated motor vehicle such as a passenger car or a truck or another vehicle with a steering wheel. The steering wheel can preferably be designed at least in the area of the tubular section and particularly preferably essentially as a whole as a curved tube. In particular, the steering wheel can be essentially circular or at least approximate to a circular shape. As already described for the control element in general and for the handlebar, the steering wheel can have one and preferably at least two grip areas, which are enclosed or at least touched by one hand of the user, in particular the vehicle driver, during normal use. Correspondingly, the steering wheel can also have at least two tubular sections, each with a cavity at least partially surrounded by a wall. A piezoelectric component is preferably arranged in at least one or both of the cavities. Alternatively or additionally, at least one tubular section with at least one piezoelectric component can also be present outside of the grip areas. In the following, reference is made to a tubular section of the operating element with a cavity with at least one piezoelectric component. The operating element can, as described above by way of example for an operating element designed as a steering element, also have more than one tubular section with a cavity with at least one piezoelectric component, wherein each of the tubular sections with the respective at least one piezoelectric component can have one or more of the features described below . The tubular sections with the respective at least one piezoelectric component can be designed identically or differently and thus have the same or different functionalities.
Das piezoelektrische Bauelement weist besonders bevorzugt einen piezoelektrischen Aktuator auf, der auf einem piezoelektrischen Material, insbesondere einem piezoelektrischen Keramikmaterial oder einem piezoelektrischen Polymermaterial, basiert. Der piezoelektrische Aktuator kann beispielsweise in Vielschichtbauweise mit einer Mehrzahl von entlang einer Stapelrichtung aufeinander angeordneten piezoelektrischen Schichten und Innenelektroden aufgebaut sein. Weiterhin kann der piezoelektrische Aktuator eine Längsrichtung aufweisen, die der Richtung mit der größten Ausdehnung entsprechen kann. Die Längsrichtung kann insbesondere senkrecht zur Stapelrichtung sein. The piezoelectric component particularly preferably has a piezoelectric actuator which is based on a piezoelectric material, in particular a piezoelectric ceramic material or a piezoelectric polymer material. The piezoelectric actuator can be constructed, for example, in a multilayer construction with a plurality of piezoelectric layers and internal electrodes arranged on top of one another along a stacking direction. Furthermore, the piezoelectric actuator can have a longitudinal direction which can correspond to the direction with the greatest extent. The longitudinal direction can in particular be perpendicular to the stacking direction.
Durch Anlegen eines geeigneten elektrischen Signals kann der piezoelektrische Aktuator eine Änderung einer Ausdehnung in zumindest einer Richtung vollziehen, wobei diese Änderung Teil des haptischen Signals sein kann, die direkt oder indirekt über weitere Komponenten des piezoelektrischen Bauelements und/oder des Bedienelements an einen Benutzer weitergegeben werden kann. Bei Anlegen einer Wechselspannung kann eine periodische Änderung und somit eine Vibration erzeugt werden. Insbesondere kann die Änderung der Ausdehnung des piezoelektrischen Aktuators zumindest durch den d31- Effekt hervorgerufen werden und zumindest einer Längenänderung des piezoelektrischen Aktuators entlang der Längsrichtung entsprechen. By applying a suitable electrical signal, the piezoelectric actuator can perform a change in expansion in at least one direction, this change being part of the haptic signal that is direct or can be passed on to a user indirectly via further components of the piezoelectric component and / or of the operating element. When an alternating voltage is applied, a periodic change and thus a vibration can be generated. In particular, the change in the expansion of the piezoelectric actuator can be caused at least by the d31 effect and correspond to at least a change in length of the piezoelectric actuator along the longitudinal direction.
Die Verwendung eines piezoelektrischen Aktuators zur Erzeugung eines haptischen Signals bietet wesentliche Vorteile. Ein piezoelektrischer Aktuator weist eine kurze Ansprech- und Abklingzeit auf. Dementsprechend können der Zeitpunkt und der Zeitraum, in dem das haptische Signal erzeugt wird, sehr genau definiert und eingestellt werden. Ferner kann durch eine Variation des am piezoelektrischen Aktuator angelegten Ansteuersignals, beispielsweise in Bezug auf die Frequenz, die elektrische Spannung, die Pulsfolge und die Signalart, bestimmt werden, mit welcher Amplitude, welcher Frequenz und welcher Zeitdauer das piezoelektrische Bauelement angesteuert wird. Durch unterschiedliche Ansteuersignale kann es ermöglicht werden, unterschiedliche haptische Signale zu erzeugen. The use of a piezoelectric actuator to generate a haptic signal offers significant advantages. A piezoelectric actuator has a short response and decay time. Accordingly, the point in time and the period in which the haptic signal is generated can be defined and set very precisely. Furthermore, by varying the control signal applied to the piezoelectric actuator, for example with respect to the frequency, the electrical voltage, the pulse sequence and the signal type, it can be determined with which amplitude, which frequency and which duration the piezoelectric component is controlled. Different control signals can make it possible to generate different haptic signals.
Piezoelektrische Aktuatoren weisen im Vergleich zu anderen Bauteilen zur Erzeugung einer Vibration, beispielsweise Unwuchtmotoren oder Linearresonatoren, ein kleines Volumen aus. Durch die Verwendung eines piezoelektrischen Aktuators im piezoelektrischen Bauelement kann somit ein Bauelement konstruiert werden, das einen vergleichsweise geringen Platzbedarf aufweist. Das piezoelektrische Bauelement kann weiterhin zumindest ein mechanisches Verstärkungselement aufweisen, das an dem piezoelektrischen Aktuator derart befestigt ist, dass durch die Längenänderung des piezoelektrischen Aktuators entlang seiner Längsrichtung ein Bereich des mechanischen Verstärkungselements in eine zur Längsrichtung senkrechte Richtung bewegt wird. Piezoelectric actuators have a small volume compared to other components for generating a vibration, for example unbalance motors or linear resonators. By using a piezoelectric actuator in the piezoelectric component, it is thus possible to construct a component which has a comparatively small footprint. The piezoelectric component can furthermore have at least one mechanical reinforcement element which is attached to the piezoelectric actuator in such a way that the change in length of the piezoelectric actuator moves a region of the mechanical reinforcement element in a direction perpendicular to the longitudinal direction along its longitudinal direction.
Das Verstärkungselement kann Metall aufweisen oder aus Metall sein und besonders bevorzugt ein Metallbügel sein, der beispielsweise mit zwei Endbereichen an Endbereichen entlang der Längsrichtung des piezoelektrischen Aktuators befestigt ist und zwischen den Endbereichen einen vom piezoelektrischen Aktuator beabstandeten Mittenbereich aufweist. Das mechanische Verstärkungselement kann am piezoelektrischen Aktuator beispielsweise durch eine Klebeverbindung befestigt sein. Bei dem Metall des Verstärkungselements kann es sich beispielsweise um Titan handeln. Titan kann den Vorteil aufweisen, dass sein thermischer Ausdehnungskoeffizient sehr ähnlich zum thermischen Ausdehnungskoeffizienten des piezoelektrischen Aktuators ist, so dass es bei Temperaturänderungen nur zu geringen oder keinen mechanischen Spannungen kommt. The reinforcing element can comprise metal or be made of metal and particularly preferably be a metal bracket, which is attached, for example, with two end regions to end regions along the longitudinal direction of the piezoelectric actuator and has a central region spaced from the piezoelectric actuator between the end regions. The mechanical reinforcement element can be attached to the piezoelectric actuator, for example by means of an adhesive connection. The metal of the reinforcement element can be titanium, for example. Titanium can have the advantage that its coefficient of thermal expansion is very similar to the coefficient of thermal expansion of the piezoelectric actuator, so that there is little or no mechanical stress in the event of temperature changes.
Durch das mechanische Verstärkungselement kann die durch den d31-Effekt hervorgerufene Längenänderung des piezoelektrischen Aktuators in eine zu der Längenänderung senkrechte Hubbewegung umgewandelt werden, wobei die Richtung der Hubbewegung der Stapelrichtung entsprechen kann. Die Hubbewegung kann eine wesentlich größere Amplitude als die Längenänderung haben. Beispielsweise kann die Amplitude der Hubbewegung das 5- bis 40-fache der Amplitude der Längenänderung betragen. Durch die Kombination des piezoelektrischen Aktuators mit dem Verstärkungselement können somit beispielsweise deutlich stärkere Bewegungen bewirkt werden. By means of the mechanical reinforcement element, the change in length of the piezoelectric actuator caused by the d31 effect can be converted into a lifting movement perpendicular to the change in length, the direction of the lifting movement being able to correspond to the stacking direction. The stroke movement can have a significantly greater amplitude than the change in length. For example, the amplitude of the stroke movement can be 5 to 40 times the amplitude of the change in length. By combining the Piezoelectric actuator with the reinforcement element can thus be effected, for example, significantly stronger movements.
Das mechanische Verstärkungselement kann frei von Einkerbungen sein und eine konstante Wandstärke aufweisen. Durch den Verzicht auf Einkerbungen in dem Verstärkungselement kann eine einfache Herstellung des Verstärkungselements ermöglicht werden. In alternativen Ausführungsformen kann das Verstärkungselement zumindest eine Einkerbung aufweisen, die einen mechanischen Widerstand gegen eine Verformung des mechanischen Verstärkungselementes reduziert. Insbesondere bei Verstärkungselementen mit einer Dicke, bei der Verformungen des Verstärkungselements viel Kraft erfordern, kann der Einsatz von Einkerbungen in dem Verstärkungselement sinnvoll sein, da die Einkerbungen die Verformung des Verstärkungselementes erleichtern können. The mechanical reinforcement element can be free of notches and have a constant wall thickness. By dispensing with notches in the reinforcing element, simple production of the reinforcing element can be made possible. In alternative embodiments, the reinforcement element can have at least one notch which reduces a mechanical resistance to deformation of the mechanical reinforcement element. In particular in the case of reinforcement elements with a thickness in which deformations of the reinforcement element require a lot of force, the use of notches in the reinforcement element can be useful, since the notches can facilitate the deformation of the reinforcement element.
Das piezoelektrische Bauelement kann im rohrförmigen Abschnitt insbesondere so angeordnet sein, dass es eine Kraftwirkung in radialer Richtung bezogen auf den Rohrquerschnitt, also senkrecht zu einer Rohrachse des rohrförmigen Abschnitts, hat. Mit anderen Worten kann das piezoelektrische Bauelement beispielsweise im Falle einer Ausgestaltung mit zumindest einem vorab beschriebenen Verstärkungselement so angeordnet sein, dass die Hubrichtung entlang einer radialen Richtung des rohrförmigen Abschnitts verläuft . The piezoelectric component can in particular be arranged in the tubular section in such a way that it has a force effect in the radial direction in relation to the pipe cross section, that is to say perpendicular to a pipe axis of the tubular section. In other words, in the case of an embodiment with at least one reinforcement element described above, the piezoelectric component can be arranged such that the stroke direction runs along a radial direction of the tubular section.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das piezoelektrische Bauelement so im rohrförmigen Abschnitt angeordnet ist, dass die Längsrichtung des piezoelektrischen Aktuators entlang einer Rohrachse des rohrförmigen Abschnitts verläuft. Weist der rohrförmige Abschnitt einen gebogenen Verlauf auf, so kann „entlang der Rohrachse verlaufen" beispielsweise eine tangentiale Annährung an die Rohrachse oder an eine Längsrichtung des rohrförmigen Abschnitts bedeuten. In einer solchen Anordnung, die auch als Längsanordnung bezeichnet werden kann, kann ein piezoelektrisches Bauelement verwendet werden, das eine Längenausdehnung aufweist, die weit größer als ein Durchmesser des rohrförmigen Abschnitts sein kann. According to a further embodiment, the piezoelectric component is arranged in the tubular section in such a way that the longitudinal direction of the piezoelectric actuator runs along a tube axis of the tubular section. Knows If the tubular section has a curved course, "running along the tube axis" can mean, for example, a tangential approach to the tube axis or to a longitudinal direction of the tubular section. In such an arrangement, which can also be referred to as a longitudinal arrangement, a piezoelectric component can be used be, which has a linear expansion that can be far greater than a diameter of the tubular portion.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das piezoelektrische Bauelement so im rohrförmigen Abschnitt angeordnet, dass die Längsrichtung des piezoelektrischen Aktuators quer zur Rohrachse des rohrförmigen Abschnitts verläuft. Bei einer solchen auch als Queranordnung bezeichneten Anordnung ist zwar die Längsausdehnung des piezoelektrischen Bauelements durch den Durchmesser des rohrförmigen Abschnitts beschränkt. Jedoch lassen sich hierdurch mehrere piezoelektrische Bauelemente eng nebeneinander entlang der Rohrachse platzieren . According to a further embodiment, the piezoelectric component is arranged in the tubular section in such a way that the longitudinal direction of the piezoelectric actuator runs transversely to the tube axis of the tubular section. In such an arrangement, also referred to as a transverse arrangement, the longitudinal extent of the piezoelectric component is limited by the diameter of the tubular section. However, this allows several piezoelectric components to be placed close to one another along the pipe axis.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Mehrzahl von piezoelektrischen Bauelementen im rohrförmigen Abschnitt angeordnet, wobei die piezoelektrischen Bauelemente gleich oder verschieden sein können. Beispielsweise kann die Mehrzahl der piezoelektrischen Bauelemente nebeneinander zu einem Array angeordnet sein. Jedes der piezoelektrischen Bauelemente kann zum Beispiel separat von den übrigen piezoelektrischen Bauelementen ausgelesen und/oder angesteuert werden. Dadurch können unterschiedliche piezoelektrische Bauelemente unterschiedliche Funktionen erfüllen. Alternativ hierzu können auch mehrere piezoelektrische Bauelemente zusammen ausgelesen oder angesteuert werden, so dass die Funktionalität im Vergleich zu einem einzelnen piezoelektrischen Bauelement vervielfacht werden kann. According to a further embodiment, a plurality of piezoelectric components is arranged in the tubular section, it being possible for the piezoelectric components to be identical or different. For example, the plurality of piezoelectric components can be arranged next to one another to form an array. Each of the piezoelectric components can, for example, be read out and / or controlled separately from the remaining piezoelectric components. As a result, different piezoelectric components can fulfill different functions. As an alternative to this, several piezoelectric components can also be read out or controlled together, so that the functionality can be compared can be multiplied into a single piezoelectric component.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Bedienelement zumindest ein Interaktionselement auf, durch das ein Benutzer eine Druckeinwirkung auf das piezoelektrische Bauelement hervorrufen kann und/oder auf das das piezoelektrische Bauelement das haptische Signal zur Weiterleitung an den Benutzer übertragen kann. Insbesondere kann das piezoelektrische Bauelement auf das Interaktionselement durch die vorab beschriebene Hubbewegung einwirken. Weiterhin kann das Interaktionselement einen von einem Benutzer auf das Interaktionselement bewirkten Druck an das piezoelektrische Bauelement weiterleiten, so dass durch eine Erzeugung eines elektrischen Signals im piezoelektrischen Bauelement die Druckeinwirkung vom piezoelektrischen Bauelement detektiert werden kann. Das Interaktionselement kann in diesem Fall eine vom Benutzer betätigbare Taste bilden, mittels derer eine bestimmte Funktion ausgelöst werden kann. According to a further embodiment, the operating element has at least one interaction element by means of which a user can exert pressure on the piezoelectric component and / or to which the piezoelectric component can transmit the haptic signal for forwarding to the user. In particular, the piezoelectric component can act on the interaction element through the stroke movement described above. Furthermore, the interaction element can transmit a pressure exerted by a user on the interaction element to the piezoelectric component, so that the effect of pressure from the piezoelectric component can be detected by generating an electrical signal in the piezoelectric component. In this case, the interaction element can form a button which can be actuated by the user and which can be used to trigger a specific function.
Das Interaktionselement kann beispielsweise in Form eines Knopfes oder eines Stempels ausgebildet sein. Im Falle eines piezoelektrischen Bauelements mit einem vorab beschriebenen Verstärkungselement kann das Interaktionselement am Verstärkungselement angeordnet oder befestigt sein. Das Interaktionselement kann zumindest teilweise in einer Öffnung in der Wandung des rohrförmigen Abschnitts angeordnet sein und in den Hohlraum hineinreichen. Durch die Hubbewegung des piezoelektrischen Bauelements kann das Interaktionselement, das in der Ruheposition vor der Hubbewegung in der Öffnung versenkt oder auch aus der Öffnung herausragend angeordnet sein kann, ein Stück aus der Öffnung (weiter) herausgedrückt werden und so für einen Benutzer ein spürbares haptisches Signal bewirken. Umgekehrt kann das Interaktionselement in einer Ruheposition aus der Öffnung herausragen und von einem Benutzer in Richtung des piezoelektrischen Bauelements drückbar sein. The interaction element can be designed, for example, in the form of a button or a stamp. In the case of a piezoelectric component with a reinforcement element described above, the interaction element can be arranged or attached to the reinforcement element. The interaction element can be arranged at least partially in an opening in the wall of the tubular section and extend into the cavity. Due to the lifting movement of the piezoelectric component, the interaction element, which in the rest position before the lifting movement can be sunk into the opening or protruding out of the opening, can be pushed out a little (further) out of the opening and thus a noticeable haptic for a user Cause a signal. Conversely, the interaction element can protrude from the opening in a rest position and can be pressed by a user in the direction of the piezoelectric component.
Weiterhin kann die Wandung einen Interaktionsbereich aufweisen, der das Interaktionselement bildet oder an dem ein vorab beschriebenes Interaktionselement innerhalb des Hohlraums des rohrförmigen Abschnitts angeordnet ist. In diesem Fall weist die Wandung keine Öffnung auf und die Weiterleitung des haptischen Signals oder der Druckeinwirkung erfolgt zumindest teilweise über den Interaktionsbereich der Wandung. Somit kann das piezoelektrische Bauelement auf den Interaktionsbereich der Wandung im rohrförmigen Abschnitt bei der Erzeugung des haptischen Signals direkt oder über ein Interaktionselement eine Kraft ausüben. Es kann dabei vorteilhaft sein, wenn die Wandung im Interaktionsbereich eine größere mechanische Verformbarkeit als in anderen Bereichen aufweist, so dass der Interaktionsbereich eine ausreichende Flexibilität beispielsweise zur Weiterleitung eines haptischen Signals an einen Benutzer aufweisen kann. Beispielsweise kann die Wandung im Interaktionsbereich dünner als in anderen Bereichen sein und/oder um den Interaktionsbereich herum von einer Einkerbung umgeben sein. Furthermore, the wall can have an interaction area which forms the interaction element or on which a previously described interaction element is arranged within the cavity of the tubular section. In this case, the wall does not have an opening and the haptic signal or the effect of pressure is passed on at least partially via the interaction area of the wall. Thus, the piezoelectric component can exert a force on the interaction area of the wall in the tubular section when generating the haptic signal, either directly or via an interaction element. It can be advantageous if the wall in the interaction area has greater mechanical deformability than in other areas, so that the interaction area can have sufficient flexibility, for example for forwarding a haptic signal to a user. For example, the wall in the interaction area can be thinner than in other areas and / or be surrounded by a notch around the interaction area.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das piezoelektrische Bauelement zwischen dem Interaktionselement und einem vom piezoelektrischen Bauelement aus gesehen demAccording to a further embodiment, the piezoelectric component is between the interaction element and one seen from the piezoelectric component
Interaktionselement gegenüberliegenden Rückseitenbereich der Wandung angeordnet. Zwischen dem piezoelektrischen Bauelement und dem Rückseitenbereich der Wandung kann im Hohlraum des rohrförmigen Abschnitts ein Abstützelement angeordnet sein. Das Abstützelement kann beispielsweise eine Auflagefläche für das piezoelektrische Bauelement und auf einer der Auflagefläche gegenüberliegenden Fläche eine Abstützfläche aufweisen, die sich an den Rückseitenbereich anschmiegt. Interaction element arranged opposite rear side area of the wall. A support element can be arranged in the cavity of the tubular section between the piezoelectric component and the rear side area of the wall. The support element can, for example, be a support surface for the piezoelectric component and, on a surface opposite the support surface, have a support surface which clings to the rear side area.
Durch das Abstützelement kann die Hubbewegung des piezoelektrischen Bauelements vollständig in Richtung des Interaktionselements gerichtet werden. The lifting movement of the piezoelectric component can be directed completely in the direction of the interaction element by the support element.
Alternativ hierzu kann es auch möglich sein, dass das piezoelektrische Bauelement zwischen zwei Interaktionselementen angeordnet ist. Die Interaktionselemente können insbesondere bezogen auf den Rohrquerschnitt radial zueinander gegenüberliegend angeordnet sein. As an alternative to this, it can also be possible for the piezoelectric component to be arranged between two interaction elements. The interaction elements can in particular be arranged radially opposite one another in relation to the pipe cross section.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Bedienelement ein Griffelement auf, das den rohrförmigen Abschnitt mit dem piezoelektrischen Bauelement umgibt und das einen Kunststoff aufweist, der weicher als die Wandung des rohrförmigen Abschnitts ist. Beispielsweise kann zumindest der rohrförmige Abschnitt des Bedienelements ein Metall aufweisen. Das Griffelement kann einen Kunststoff, beispielsweise einen Gummi, und/oder auch ein Metall aufweisen oder daraus sein. According to a further embodiment, the operating element has a grip element which surrounds the tubular section with the piezoelectric component and which has a plastic that is softer than the wall of the tubular section. For example, at least the tubular section of the operating element can have a metal. The grip element can comprise or be made of a plastic, for example a rubber, and / or also a metal.
Die beschriebene Erfindung ermöglicht die Integration von haptischem Feedback und/oder die Integration von funktionellen Tasten in ein Bedienelement. Beispielsweise kann die Integration im Fall eines als Lenkelement ausgebildeten Bedienelements im Griffbereich einer Lenkerstange oder eines Lenkrads erfolgen und dazu dienen, dass der Fahrer beispielsweise in einer Gefahrensituation, bei Überschreiten von Parametern oder bei anderen Meldungen gezielt über ein tastbares oder spürbares Signal benachrichtigt oder alarmiert werden kann. Weiterhin können durch die duale Funktionalität des piezoelektrischen Bauelements auch aktiv Steuerbefehle durch einen gezielten Druck im Griffbereich ausgelöst werden. The described invention enables the integration of haptic feedback and / or the integration of functional keys in a control element. For example, in the case of a control element designed as a steering element, the integration can take place in the grip area of a handlebar or a steering wheel and serve to notify or alert the driver, for example, in a dangerous situation, when parameters are exceeded or other messages are received, specifically via a tactile or perceptible signal can. Furthermore you can Due to the dual functionality of the piezoelectric component, active control commands can also be triggered by targeted pressure in the grip area.
Für die Realisierung eines haptischen Feedbacks insbesondere im Griffbereich wird bevorzugt wie oben beschrieben die Bewegung des piezoelektrischen Aktuators in Längs- oder Querrichtung bezogen auf die Rohrachse des rohrförmigen Abschnitts genutzt. Durch das Verstärkungselement des piezoelektrischen Bauelements kann diese in eine verstärkte Bewegung in eine radiale Richtung, also senkrecht zur Längs und Querrichtung, umgewandelt werden. Diese mechanische Übersetzung drückt bzw. spreizt den rohrförmigen Abschnitt oder zumindest das Interaktionselement auseinander und ist verantwortlich für spürbares haptisches Feedback. Die Bewegung kann bevorzugt auf ein Interaktionselement, beispielsweise einen Stempel, wirken, wodurch die Bewegung an den Benutzer weitgeleitet werden kann. Dadurch kann erreicht werden, dass das haptische Feedback im Wesentlichen lokal oder bevorzugt nur lokal in einem sehr definierten Bereich einer Kontaktfläche zum Benutzer wirken kann. As described above, the movement of the piezoelectric actuator in the longitudinal or transverse direction in relation to the tube axis of the tubular section is preferably used to implement haptic feedback, in particular in the grip area. The reinforcement element of the piezoelectric component can convert it into an increased movement in a radial direction, that is, perpendicular to the longitudinal and transverse directions. This mechanical translation presses or spreads the tubular section or at least the interaction element apart and is responsible for noticeable haptic feedback. The movement can preferably act on an interaction element, for example a stamp, as a result of which the movement can be passed on to the user. It can thereby be achieved that the haptic feedback can have an essentially local or preferably only local effect in a very defined area of a contact surface with the user.
Im Gegensatz zu ERM- und LRA-Lösungen kann durch die Verwendung des piezoelektrischen Bauelements eine Nutzung von unterschiedlichen Ansteuersignalen in Form eines oder mehrerer der folgenden veränderbaren Parameter möglich sein: elektrische Spannung, Frequenz, Signalart, Pulsfolge. Die Variierung des Ansteuerungssignals resultiert in einer abgeänderten Wahrnehmung durch den Benutzer, was die Nutzung unterschiedlicher Signale für unterschiedliche Funktionen ermöglicht. Das haptische Feedback kann auch nur lokal in einem definierten Bereich an der Kontaktfläche zum Benutzer erfolgen, während herkömmliche Lösungen nur ein globales Feedback erzeugen können. In contrast to ERM and LRA solutions, the use of the piezoelectric component makes it possible to use different control signals in the form of one or more of the following changeable parameters: electrical voltage, frequency, signal type, pulse sequence. The variation of the control signal results in a modified perception by the user, which enables different signals to be used for different functions. The haptic feedback can also only be available locally in a defined area on the contact surface with the user while conventional solutions can only generate global feedback.
Wie vorab beschreiben bietet die Verwendung des piezoelektrischen Bauelements weiterhin den Vorteil, dass das piezoelektrische Bauelement in einer Doppelfunktion auch als Druckknopf eingesetzt werden kann. Der Anwender kann durch Druckauswirkung auf das piezoelektrische Bauelement ein elektrisches Signal erzeugen, das dazu genutzt werden kann, eine definierte Funktion auszulösen, beispielsweise ein Umschalten von Anzeigen und/oder ein Annehmen oder Ablehnen von Anrufen sowie weitere Funktionen. As described above, the use of the piezoelectric component also offers the advantage that the piezoelectric component can also be used as a push button in a dual function. By applying pressure to the piezoelectric component, the user can generate an electrical signal that can be used to trigger a defined function, for example switching displays and / or accepting or rejecting calls and other functions.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen . Further advantages, advantageous embodiments and developments emerge from the exemplary embodiments described below in connection with the figures.
Es zeigen: Show it:
Figuren 1A und 1B schematische Darstellungen vonFIGS. 1A and 1B are schematic representations of FIG
Ausführungsbeispielen eines Bedienelements und eines Fahrzeugs mit einem Bedienelement, Embodiments of an operating element and a vehicle with an operating element,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Bedienelement gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, FIG. 2 shows a schematic representation of a vehicle with an operating element according to a further exemplary embodiment,
Figuren 3A und 3B schematische Darstellungen eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, FIGS. 3A and 3B show schematic representations of a piezoelectric component in accordance with a further exemplary embodiment,
Figuren 4A bis 4C schematische Darstellungen einesFigures 4A to 4C are schematic representations of a
Bedienelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, Figuren 5 bis 7 schematische Darstellungen vonOperating element according to a further exemplary embodiment, FIGS. 5 to 7 are schematic representations of
Bedienelementen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen und Figuren 8A bis 8C schematische Darstellungen einesControl elements according to further exemplary embodiments and FIGS. 8A to 8C are schematic representations of a
Bedienelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Operating element according to a further embodiment.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. In the exemplary embodiments and figures, elements that are the same, of the same type or have the same effect can each be provided with the same reference symbols. The elements shown and their proportions to one another are not to be regarded as true to scale; rather, individual elements such as layers, components, components and areas can be shown exaggeratedly large for better illustration and / or for better understanding.
In den Figuren 1A und 1B sind Ausführungsbeispiele für ein Bedienelement 100 und ein Fahrzeug 1000 mit einem Bedienelement 100 gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die Figuren 1A und 1B. In FIGS. 1A and 1B, exemplary embodiments for an operating element 100 and a vehicle 1000 with an operating element 100 are shown. The following description applies equally to FIGS. 1A and 1B.
Das Fahrzeug 1000 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Kraftrad. Insbesondere kann es sich wie gezeigt um ein konventionell oder elektrisch betriebenes Kraftrad wie beispielsweise ein Motorrad handeln. Alternativ kann das Fahrzeug beispielsweise auch ein Trike, ein Quad oder ein Fahrrad sein. Diese Fahrzeugtypen weisen zur Lenkung des Fahrzeugs als Lenkelement üblicherweise eine Lenkerstange 101, auch als Lenkerbügel bezeichenbar, auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist rein beispielhaft das Lenkelement als Bedienelement 100 ausgebildet. Die Lenkstange 101 weist Griffbereiche 111 auf, die von einem Benutzer, also einem Fahrzeugführer, während eines normalen Gebrauchs zur Fahrt mit den Händen umfasst oder zumindest berührt werden. In the exemplary embodiment shown, the vehicle 1000 is a motorcycle. In particular, as shown, it can be a conventionally or electrically operated motorcycle such as a motorcycle. Alternatively, the vehicle can also be a trike, a quad or a bicycle, for example. These vehicle types usually have a handlebar 101, also referred to as a handlebar, as a steering element for steering the vehicle. In the exemplary embodiment shown, the steering element is designed as an operating element 100, purely by way of example. The handlebar 101 has grip areas 111 which are grasped or at least touched with their hands by a user, that is to say a vehicle driver, during normal use for driving.
Das Bedienelement 100 weist, wie in Figur 1A gezeigt ist, zumindest ein piezoelektrisches Bauelement 1 in einem rohrförmigen Abschnitt 2 auf. Hierzu weist das Bedienelement 100, also im gezeigten Ausführungsbeispiel die in Figur 1B angedeutete Lenkerstange 101, im zumindest einen rohrförmigen Abschnitt 2 einen von einer Wandung 3 zumindest teilweise umgebenen Hohlraum 4 auf. Das piezoelektrische Bauelement 1, das im Hohlraum 4 angeordnet ist, ist dazu vorgesehen und eingerichtet, an zumindest einem Teilbereich des Bedienelements 100 ein haptisches Signal zu erzeugen und/oder eine Druckeinwirkung auf zumindest einen Teil des piezoelektrischen Bauelements 1 zu detektieren. As shown in FIG. 1A, the operating element 100 has at least one piezoelectric component 1 in one tubular section 2. For this purpose, the operating element 100, that is to say in the exemplary embodiment shown the handlebar 101 indicated in FIG. The piezoelectric component 1, which is arranged in the cavity 4, is provided and set up to generate a haptic signal on at least a partial area of the operating element 100 and / or to detect the effect of pressure on at least a part of the piezoelectric component 1.
Die Lenkerstange 101 kann bevorzugt zumindest im Bereich des rohrförmigen Abschnitts 2 und besonders bevorzugt im Wesentlichen als Ganzes als Rohr ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang kann die Lenkerstange gerade oder wie in Figur 1B angedeutet leicht gebogen oder mit gebogenen oder geknickten Abschnitten ausgebildet sein. Besonders bevorzugt kann es sich beim rohrförmigen Abschnitt 2 um den Griffbereich 111 der Lenkerstange 101 handeln. Im Fall des gezeigten Kraftradlenkers kann der Griffbereich auch drehbar sein und damit einen drehbaren Teil des Bedienelements 100 bilden. Entsprechend der zwei Griffbereiche 111 kann das Bedienelement 100 auch zumindest zwei rohrförmige Abschnitte 2 mit jeweils einem von einer Wandung 3 zumindest teilweise umgebenen Hohlraum 4 aufweisen. In wenigstens einem oder in beiden der Hohlräume ist bevorzugt jeweils zumindest ein piezoelektrisches Bauelement 1 angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein rohrförmiger Abschnitt 2 mit zumindest einem piezoelektrischen Bauelement 1 auch außerhalb der Griffbereiche 111 vorhanden sein. The handlebar 101 can preferably be designed at least in the area of the tubular section 2 and particularly preferably essentially as a whole as a tube. In this context, the handlebar rod can be straight or, as indicated in FIG. 1B, slightly curved or configured with curved or kinked sections. Particularly preferably, the tubular section 2 can be the grip area 111 of the handlebar 101. In the case of the motorcycle handlebar shown, the grip area can also be rotatable and thus form a rotatable part of the operating element 100. Corresponding to the two grip areas 111, the operating element 100 can also have at least two tubular sections 2, each with a cavity 4 at least partially surrounded by a wall 3. At least one piezoelectric component 1 is preferably arranged in at least one or in both of the cavities. As an alternative or in addition, at least one tubular section 2 with at least one piezoelectric component 1 can also be present outside the grip areas 111.
Das Bedienelement 100 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel in jedem der Griffbereiche 111 jeweils ein Griffelement 5 auf, das den rohrförmigen Abschnitt 2 mit dem piezoelektrischen Bauelement 1 umgibt und das bevorzugt einen Kunststoff aufweist, der weicher als die Wandung 3 des rohrförmigen Abschnitts 2 ist. Beispielsweise kann zumindest der rohrförmige Abschnitt 2 des Bedienelements 100 ein Metall aufweisen. Insbesondere kann die Lenkerstange 101 ein Metall aufweisen. Das Griffelement 5 kann einen Kunststoff, beispielsweise einen Gummi, und/oder ein Metall aufweisen oder daraus sein und ein herkömmliches Griffelement für ein Kraftrad oder Fahrrad sein, das unmittelbar auf der Lenkerstange 101 aufgezogen ist. In the exemplary embodiment shown, the operating element 100 has a gripping element 5 in each of the gripping areas 111 which surrounds the tubular section 2 with the piezoelectric component 1 and which preferably comprises a plastic that is softer than the wall 3 of the tubular section 2. For example, at least the tubular section 2 of the operating element 100 can comprise a metal. In particular, the handlebar 101 can comprise a metal. The grip element 5 can comprise or be made of a plastic, for example a rubber, and / or a metal and be a conventional grip element for a motorcycle or bicycle that is pulled directly onto the handlebar 101.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Fahrzeug 1000 gezeigt, bei dem es sich im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel um ein konventionell und/oder elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug handelt. Wie in Figur 2 angedeutet ist, kann es sich um einen Personenkraftwagen handeln. Alternativ sind auch ein Lastkraftwagen oder ein anderes Fahrzeug möglich, das, wie in Figur 2 gezeigt ist, als Bedienelement 100 ein Lenkrad 102 aufweist. FIG. 2 shows a further exemplary embodiment for a vehicle 1000 which, compared to the previous exemplary embodiment, is a conventionally and / or electrically operated motor vehicle. As indicated in Figure 2, it can be a passenger car. Alternatively, a truck or another vehicle is also possible which, as shown in FIG. 2, has a steering wheel 102 as operating element 100.
Das Lenkrad 102 weist zumindest einen rohrförmigen Abschnitt auf, der wie in Verbindung mit der Figur 1A erläutert ausgebildet sein kann und der einen Hohlraum mit zumindest einem piezoelektrischen Bauelement aufweist. Das Lenkrad kann beispielsweise zumindest im Bereich des rohrförmigen Abschnitts und besonders bevorzugt im Wesentlichen als Ganzes als gebogenes Rohr ausgebildet sein. Insbesondere kann das Lenkrad im Wesentlichen kreisförmig sein oder an eine Kreisform zumindest angenähert sein. Wie schon für die Lenkerstange des vorhergien Ausführungsbeispiels beschrieben kann das Lenkrad 102 beispielsweise zumindest zwei Griffbereiche 111 aufweisen, die bei normalem Gebrauch von jeweils einer Hand des Benutzers, also insbesondere des Fahrzeugführers, umschlossen oder zumindest berührt werden. Entsprechend kann das Lenkrad auch zumindest zwei rohrförmige Abschnitte mit jeweils einem von einer Wandung zumindest teilweise umgebenen Hohlraum aufweisen. In wenigstens einem oder beiden der Hohlräume ist bevorzugt jeweils ein piezoelektrisches Bauelement angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein rohrförmiger Abschnitt mit zumindest einem piezoelektrischen Bauelement auch außerhalb der Griffbereiche 111 vorhanden sein. The steering wheel 102 has at least one tubular section which can be designed as explained in connection with FIG. 1A and which has a cavity with at least one piezoelectric component. The steering wheel can be designed, for example, at least in the area of the tubular section and particularly preferably essentially as a whole as a curved tube. In particular, the steering wheel can be essentially circular or at least approximate to a circular shape. As already described for the handlebar of the previous exemplary embodiment, the steering wheel 102 can, for example, have at least two grip areas 111 which, during normal use, of each hand of the user, so in particular the vehicle driver, are enclosed or at least touched. Correspondingly, the steering wheel can also have at least two tubular sections, each with a cavity at least partially surrounded by a wall. A piezoelectric component is preferably arranged in at least one or both of the cavities. As an alternative or in addition, at least one tubular section with at least one piezoelectric component can also be present outside the grip areas 111.
Durch das in das Bedienelement 100 integrierte piezoelektrische Bauelement kann ein Fahrer eines Fahrzeugs 1000 beispielsweise in einer Gefahrensituation, bei Überschreiten von Parametern oder bei anderen Meldungen gezielt über ein tastbares oder spürbares Signal benachrichtigt oder alarmiert werden kann. Weiterhin können durch die duale Funktionalität des piezoelektrischen Bauelements auch aktiv Steuerbefehle durch einen gezielten Druck ausgelöst werden. The piezoelectric component integrated in the operating element 100 enables a driver of a vehicle 1000, for example, to be notified or alerted in a targeted manner via a tactile or perceptible signal in a dangerous situation, when parameters are exceeded or when other messages are received. Furthermore, due to the dual functionality of the piezoelectric component, active control commands can also be triggered by targeted pressure.
Für die Realisierung eines haptischen Feedbacks insbesondere im Griffbereich 111 der in den Figuren 1A bis 2 gezeigten Bedienelemente 100 kann das piezoelektrische Bauelement mit einem geeigneten Ansteuersignal betrieben werden, durch das das piezoelektrische Bauelement 100 wie im allgemeinen Teil beschrieben eine Ausdehnungsänderung vollzieht, wodurch zumindest auf einen Teil des rohrförmigen Abschnitts ein Druck ausgeübt werden kann. Dadurch kann der rohrförmige Abschnitt beispielsweise zumindest teilweise gespreizt werden, was von einem Benutzer bevorzugt auch durch das Griffelement wahrgenommen werden kann. Durch das piezoelektrische Bauelement kann erreicht werden, dass das haptische Feedback nur lokal in einem sehr definierten Bereich einer Kontaktfläche zum Benutzer wirken kann. For the implementation of haptic feedback, in particular in the grip area 111 of the operating elements 100 shown in FIGS Part of the tubular section a pressure can be exerted. As a result, the tubular section can, for example, be at least partially spread, which a user can preferably also perceive through the grip element. The piezoelectric component can achieve that the haptic feedback can only act locally in a very defined area of a contact surface with the user.
Durch die Verwendung des piezoelektrischen Bauelements ist eine Nutzung von unterschiedlichen Ansteuersignalen in Form eines oder mehrerer veränderbarer Parameter, beispielsweise Spannung, Frequenz, Signalart und/oder Pulsfolge, möglich, was die Nutzung unterschiedlicher Signale für unterschiedliche Funktionen ermöglicht. The use of the piezoelectric component makes it possible to use different control signals in the form of one or more changeable parameters, for example voltage, frequency, signal type and / or pulse sequence, which enables different signals to be used for different functions.
Durch eine Druckauswirkung auf das piezoelektrische Bauelement kann der Benutzer ein elektrisches Signal erzeugen, das dazu genutzt werden kann, eine definierte Funktion auszulösen, beispielsweise ein Umschalten von Anzeigen und/oder ein Annehmen oder Ablehnen von Anrufen sowie weitere Funktionen. By exerting pressure on the piezoelectric component, the user can generate an electrical signal that can be used to trigger a defined function, for example switching displays and / or accepting or rejecting calls and other functions.
Alternativ zu dem in den vorherigen Ausführungsbeispielen beschriebenen Bedienelement für ein Fahrzeug in Form eines Lenkelements kann das Bedienelement 100 auch als ein anderes Element, insbesondere beispielsweise als ein anderes Bedienelement für ein Fahrzeug ausgebildet sein. Beispielsweise kann es sich bei dem Bedienelement um ein Bremselement, beispielsweise einen Bremshebel, und/oder ein Gangwählelement, beispielsweise einen Ganghebel oder einen Gangschaltungshebel, handeln. Darüber hinaus kann es sich bei dem Bedienelement beispielsweise auch um ein Eingabegerät handeln, beispielsweise um ein stiftartiges Eingabegerät, das weiterhin beispielsweise in Zusammenhang mit einer Anzeigevorrichtung, beispielsweise in einem Fahrzeug, genutzt werden kann. In Verbindung mit den nachfolgend beschriebenen Figuren werden bevorzugte Modifikationen und Weiterbildungen des Bedienelements 100 beschrieben, das beispielsweise wie gezeigt ein Bedienelement für ein Fahrzeug sein kann. Nicht beschriebene oder gezeigte Elemente und Merkmale können dabei wie bei vorausgegangenen Ausführungsbeispielen beschrieben ausgebildet sein. As an alternative to the control element for a vehicle described in the previous exemplary embodiments in the form of a steering element, the control element 100 can also be designed as another element, in particular, for example, as another control element for a vehicle. For example, the operating element can be a braking element, for example a brake lever, and / or a gear selection element, for example a gear lever or a gear shift lever. In addition, the operating element can also be, for example, an input device, for example a pen-like input device, which can still be used, for example, in connection with a display device, for example in a vehicle. In connection with the figures described below, preferred modifications and developments of the operating element 100 are described, which, for example, as shown can be a control element for a vehicle. Elements and features that are not described or shown can be designed as described in the previous exemplary embodiments.
In den Figuren 3A und 3B ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein in einem Bedienelement verwendbares piezoelektrisches Bauelement 1 in einer perspektivischen Ansicht und einer Schnittdarstellung gezeigt . In FIGS. 3A and 3B, a preferred exemplary embodiment for a piezoelectric component 1 that can be used in an operating element is shown in a perspective view and a sectional illustration.
Das piezoelektrische Bauelement 1 weist einen piezoelektrischen Aktuator 11 und zwei mechanische Verstärkungselemente 13a, 13b auf. Der piezoelektrische Aktuator 11 weist einen Stapel aus in einer Stapelrichtung S abwechselnd übereinandergestapelten Innenelektroden 21 und piezoelektrischen Schichten 22 auf. Der piezoelektrische Aktuator 11 weist eine erste Außenelektrode 23, die auf einer ersten Stirnfläche 24 angeordnet ist, und eine zweite Außenelektrode 23, die auf einer zweiten Stirnfläche angeordnet ist, auf. Die Innenelektroden 21 sind in Stapelrichtung S abwechselnd mit einer der ersten Außenelektroden 23 kontaktiert. The piezoelectric component 1 has a piezoelectric actuator 11 and two mechanical reinforcement elements 13a, 13b. The piezoelectric actuator 11 has a stack of internal electrodes 21 and piezoelectric layers 22 alternately stacked in a stacking direction S. The piezoelectric actuator 11 has a first outer electrode 23, which is arranged on a first end face 24, and a second outer electrode 23, which is arranged on a second end face. The internal electrodes 21 are alternately contacted in the stacking direction S with one of the first external electrodes 23.
Bei den piezoelektrischen Schichten 22 kann es sich beispielsweise um Blei-Zirkonat-Titanat-Keramiken (PZT- Keramiken) handeln. Die PZT-Keramik kann ferner zusätzlich Nd und Ni enthalten. Alternativ kann die PZT-Keramik weiterhin zusätzlich Nd, K und gegebenenfalls Cu aufweisen. Alternativ können die piezoelektrischen Schichten 22 eine Pb (ZrxTii-x) O3 + y Pb (Mni/3Nb2/3)O3 enthaltende Zusammensetzung aufweisen. Alternativ zu einem piezoelektrischen Keramikmaterial kann beispielsweise auch ein piezoelektrisches Polymer verwendet werden. Die Innenelektroden 21 weisen bevorzugt Kupfer auf oder bestehen besonders bevorzugt aus Kupfer. The piezoelectric layers 22 can be, for example, lead-zirconate-titanate ceramics (PZT ceramics). The PZT ceramic can also contain Nd and Ni. Alternatively, the PZT ceramic can also additionally contain Nd, K and possibly Cu. Alternatively, the piezoelectric layers 22 can have a composition containing Pb (Zr x Tii- x) O3 + y Pb (Mni / 3Nb2 / 3) O3. As an alternative to a piezoelectric ceramic material, a piezoelectric polymer can also be used, for example will. The internal electrodes 21 preferably have copper or particularly preferably consist of copper.
Der piezoelektrische Aktuator 11 ist wie gezeigt vorzugsweise quaderförmig. Als Grundfläche wird dabei eine Fläche bezeichnet, deren Flächennormale in die Stapelrichtung S weist. Die Grundfläche ist rechteckig. Die längere Seite der Grundfläche definiert die Länge L des piezoelektrischen Aktuators 11 und die kürzere Seite der Grundfläche definiert die Breite B des piezoelektrischen Aktuators 11. The piezoelectric actuator 11 is preferably cuboid, as shown. A surface whose normal to the surface points in the stacking direction S is referred to as the base surface. The base is rectangular. The longer side of the base defines the length L of the piezoelectric actuator 11 and the shorter side of the base defines the width B of the piezoelectric actuator 11.
Der piezoelektrische Aktuator 11 weist eine Länge L zwischen 5 mm und 100 mm sowie eine Breite B zwischen 2 mm und 8 mm auf. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der piezoelektrische Aktuator 11 beispielsweise eine Länge L von 60 mm und eine Breite B von 5 mm auf. The piezoelectric actuator 11 has a length L between 5 mm and 100 mm and a width B between 2 mm and 8 mm. In a particularly preferred exemplary embodiment, the piezoelectric actuator 11 has, for example, a length L of 60 mm and a width B of 5 mm.
Die Ausdehnung des piezoelektrischen Aktuators 11 in Stapelrichtung S definiert die Höhe H des piezoelektrischen Aktuators 11. Die Höhe H des piezoelektrischen Aktuators 11 kann zwischen 200 pm und 3 mm liegen. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Höhe H 1,8 mm. The extension of the piezoelectric actuator 11 in the stacking direction S defines the height H of the piezoelectric actuator 11. The height H of the piezoelectric actuator 11 can be between 200 μm and 3 mm. In a particularly preferred embodiment, the height H is 1.8 mm.
Der Aktuator 11 weist zwei Isolationsbereiche 12 auf. Der jeweilige Isolationsbereich 12 ist in einem Endbereich des Aktuators 11 ausgebildet. Insbesondere ist der jeweilige Isolationsbereich 12 im Bereich einer Stirnfläche 24 des Aktuators 11 ausgebildet. The actuator 11 has two insulation areas 12. The respective insulation area 12 is formed in an end area of the actuator 11. In particular, the respective insulation area 12 is formed in the area of an end face 24 of the actuator 11.
Im Isolationsbereich 12 reichen nur Innenelektroden 21 einer Polarität bis an die Stirnfläche 24 des Aktuators 11. Der Isolationsbereich 12 kann zur Kontaktierung des Aktuators 11 verwendet werden. Beispielsweise kann der jeweilige Isolationsbereich 12 mit den Außenelektroden 23 zur elektrischen Kontaktierung versehen werden. In the insulation area 12, only internal electrodes 21 of one polarity extend to the end face 24 of the actuator 11. The insulation area 12 can be used to make contact with the actuator 11. For example, the respective Insulation area 12 can be provided with the external electrodes 23 for electrical contacting.
Der Aktuator 11 ist so ausgestaltet, dass beim Anlegen einer elektrischen Spannung eine Verformung des Aktuators 11 stattfindet, insbesondere eine Längenänderung in die in Figur 3B angedeutete Längsrichtung RI. Insbesondere sind die piezoelektrischen Schichten 22 also derart polarisiert, dass das Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Innenelektroden 21 zu einer Kontraktion des Aktuators 11 führt, bei der sich die Länge L des Aktuators 11 senkrecht zur Stapelrichtung S verändert. Folglich erfolgt eine Ausdehnung des Aktuators quer zur Polarisationsrichtung und zum elektrischen Feld, was auch als d31-Effekt bezeichnet wird. The actuator 11 is designed such that when an electrical voltage is applied, the actuator 11 is deformed, in particular a change in length in the longitudinal direction RI indicated in FIG. 3B. In particular, the piezoelectric layers 22 are polarized in such a way that the application of an electrical voltage between the internal electrodes 21 leads to a contraction of the actuator 11 in which the length L of the actuator 11 changes perpendicular to the stacking direction S. As a result, the actuator expands transversely to the direction of polarization and to the electric field, which is also referred to as the d31 effect.
Um den Effekt der Längenänderung in die Stapelrichtung S umzuleiten, weist die Vorrichtung zwei Verstärkungselemente 13a, 13b auf. Wird an den Aktuator 11 eine Spannung angelegt, so verformen sich die Verstärkungselemente 13a, 13b zumindest teilweise in Folge der Änderung der Ausdehnung des Aktuators 11. Insbesondere sind die beiden Verstärkungselemente 13a,In order to divert the effect of the change in length in the stacking direction S, the device has two reinforcing elements 13a, 13b. If a voltage is applied to the actuator 11, the reinforcement elements 13a, 13b deform at least partially as a result of the change in the expansion of the actuator 11. In particular, the two reinforcement elements 13a,
13b derart dimensioniert und mit dem Aktuator 11 verbunden, dass je ein Mittenbereich 17a, 17b der Verstärkungselemente 13a, 13b in Folge einer Änderung der Länge L des Aktuators 11 eine Hubbewegung in die der Stapelrichtung S entsprechende in Figur 3B angedeutete Hubrichtung R2 ausführt, wobei die Amplitude der Hubbewegung größer als die Amplitude der Änderung der Länge L des Aktuators 11 ist. 13b dimensioned and connected to the actuator 11 in such a way that a central area 17a, 17b of the reinforcement elements 13a, 13b each executes a lifting movement in the lifting direction R2 indicated in FIG The amplitude of the stroke movement is greater than the amplitude of the change in the length L of the actuator 11.
Der Aktuator 11 ist wie gezeigt bevorzugt zwischen den Verstärkungselementen 13a, 13b angeordnet. Die Verstärkungselemente 13a, 13b liegen zumindest teilweise auf der Oberseite 25 bzw. der Unterseite 26 des Aktuators 11 auf. As shown, the actuator 11 is preferably arranged between the reinforcement elements 13a, 13b. the Reinforcing elements 13a, 13b lie at least partially on the top 25 or the bottom 26 of the actuator 11.
Jedes der Verstärkungselemente 13a, 13b ist bevorzugt einstückig und streifenförmig ausgebildet und weist eine rechteckige Grundform auf. Weiterhin ist jedes der Verstärkungselemente 13a, 13b gekrümmt bzw. gebogen ausgebildet und ist bügelförmig. Beispielsweise weisen die Verstärkungselemente 13a, 13b jeweils einen Blechstreifen auf oder sind daraus, insbesondere mit oder aus Titan. Each of the reinforcement elements 13a, 13b is preferably designed in one piece and strip-shaped and has a rectangular basic shape. Furthermore, each of the reinforcement elements 13a, 13b is curved or bent and is bow-shaped. For example, the reinforcing elements 13a, 13b each have a sheet metal strip or are made from it, in particular with or made of titanium.
Jedes der Verstärkungselemente 13a, 13b ist in mehrere Bereiche oder Abschnitte untergliedert. So weist jedes Verstärkungselement 13a, 13b einen Mittenbereich 17a, 17b auf. Die Mittenbereiche 17a, 17b sind mit jeweiligen Endbereichen 18a, 18b über Verbindungsbereiche 20a, 20b verbunden. Die beiden Endbereiche 18a, 18b jedes der Verstärkungselemente 13a, 13b liegen unmittelbar auf einer Oberfläche des Aktuators 11 auf. Mit anderen Worten liegen der erste und der zweite Endbereich 18a des ersten Verstärkungselements 13a auf einem Teilbereich der Oberseite 25 des Aktuators 11 auf. Weiterhin liegen der erste und der zweite Endbereich 18b des zweiten Verstärkungselements 13b auf einem Teilbereich der der Unterseite 26 des Aktuators 11 auf. Die Endbereiche 18a, 18b sind vorzugsweise unlösbar mit der Oberfläche des Aktuators 11 verbunden. Insbesondere sind die Endbereiche 18a, 18b mit der Oberfläche des Aktuators 11 durch eine Klebeverbindung 15 verbunden. Each of the reinforcement elements 13a, 13b is subdivided into several areas or sections. Each reinforcement element 13a, 13b has a central area 17a, 17b. The middle areas 17a, 17b are connected to respective end areas 18a, 18b via connecting areas 20a, 20b. The two end regions 18a, 18b of each of the reinforcement elements 13a, 13b lie directly on a surface of the actuator 11. In other words, the first and the second end regions 18a of the first reinforcement element 13a rest on a partial region of the top 25 of the actuator 11. Furthermore, the first and second end regions 18b of the second reinforcing element 13b rest on a partial region of the underside 26 of the actuator 11. The end regions 18a, 18b are preferably permanently connected to the surface of the actuator 11. In particular, the end regions 18a, 18b are connected to the surface of the actuator 11 by an adhesive connection 15.
Der jeweilige Mittenbereich 17a, 17b ist von der Oberfläche des Aktuators 11 beabstandet. Insbesondere befindet sich zwischen dem jeweiligen Mittenbereich 17a, 17b und der Unterseite 26 bzw. der Oberseite 25 des Aktuators 11 ein Freibereich 16. Der Freibereich 16 weist eine Höhe h auf.The respective central area 17a, 17b is spaced apart from the surface of the actuator 11. In particular, a is located between the respective central area 17a, 17b and the bottom 26 or the top 25 of the actuator 11 Free area 16. The free area 16 has a height h.
Eine freie Höhe h zwischen dem Aktuator 11 und dem jeweiligen Mittenbereich 17a, 17b liegt bevorzugt zwischen 0,2 mm und 5,0 mm und beträgt in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel etwa 3 mm, wobei die freie Höhe h den maximalen Abstand zwischen dem jeweiligen Mittenbereich 17a, 17b und dem piezoelektrischen Aktuator 11 angibt, wenn keine Spannung am Aktuator 11 anliegt und keine äußere Kraft auf das Verstärkungselement 13a, 13b wirkt. A free height h between the actuator 11 and the respective central area 17a, 17b is preferably between 0.2 mm and 5.0 mm and in a particularly preferred embodiment is approximately 3 mm, the free height h being the maximum distance between the respective central area 17a, 17b and the piezoelectric actuator 11 indicates when no voltage is applied to the actuator 11 and no external force acts on the reinforcement element 13a, 13b.
Bevorzugt ist sind die Mittenbereiche 17a, 17b so ausgebildet, dass sie parallel zur Oberfläche des Aktuators 11 verlaufen. Die Verbindungsbereiche 20a, 20b verlaufen schräg zur Oberfläche des Aktuators 11. Mit anderen Worten schließt der jeweilige Verbindungsbereich 20a, 20b einen Winkel mit der Oberseite 25 bzw. der Unterseite 26 des Aktuators 11 ein. Der Winkel ist vorzugsweise kleiner oder gleich 45°. Damit verkleinert sich die Höhe h des Freibereichs 16 in Richtung vom Mittenbereich 17a, 17b hin zum Endbereich 18a, 18b des jeweiligen Verstärkungselements 13a, 13b. Eine Gesamthöhe des piezoelektrischen Bauelements 1 mit dem Aktuator 11 und den beiden Verstärkungselementen 13a, 13b kann in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel etwa 9 mm betragen . The central regions 17a, 17b are preferably designed in such a way that they run parallel to the surface of the actuator 11. The connection areas 20a, 20b run obliquely to the surface of the actuator 11. In other words, the respective connection area 20a, 20b forms an angle with the upper side 25 and the lower side 26 of the actuator 11. The angle is preferably less than or equal to 45 °. The height h of the free area 16 is thus reduced in the direction from the central area 17a, 17b towards the end area 18a, 18b of the respective reinforcing element 13a, 13b. A total height of the piezoelectric component 1 with the actuator 11 and the two reinforcement elements 13a, 13b can be approximately 9 mm in a preferred exemplary embodiment.
Wird nun an den Aktuator 11 eine elektrische Spannung angelegt, so bewegen sich die Teilbereiche 17a, 17b des jeweiligen Verstärkungselements 13a, 13b relativ zum Aktuator 11 in die Hubrichtung R2. Insbesondere bewegen sich die Mittenbereiche 17a, 17b in die Hubrichtung R2. Dabei biegen sich die Verstärkungselemente 13a, 13b an Übergängen zwischen den Mittenbereichen 17a, 17b und den Verbindungsbereichen 20a, 20b sowie zwischen den Verbindungsbereichen 20a, 20b und den Endbereichen 18a, 18b. Die Verstärkungselemente 13a, 13b können wenigstes eine Ausdünnung, vorzugsweise mehrere Ausdünnungen, zwischen den jeweiligen Bereichen aufweisen, die eine bessere Verformbarkeit der Verstärkungselemente 13a, 13b und eine erleichterte Ausführung der Hubbewegung ermöglichen. Weiterhin können die Verstärkungselemente 13a, 13b beispielsweise eingestanzte Strukturen zur Erhöhung der Festigkeit einzelner Bereiche aufweisen. If an electrical voltage is now applied to the actuator 11, the subregions 17a, 17b of the respective reinforcement element 13a, 13b move relative to the actuator 11 in the stroke direction R2. In particular, the central areas 17a, 17b move in the stroke direction R2. The reinforcement elements 13a, 13b bend at transitions between the central areas 17a, 17b and the connecting areas 20a, 20b and between the connecting areas 20a, 20b and the end regions 18a, 18b. The reinforcement elements 13a, 13b can have at least one thinning, preferably several thinnings, between the respective areas, which enable better deformability of the reinforcement elements 13a, 13b and an easier execution of the lifting movement. Furthermore, the reinforcement elements 13a, 13b can have, for example, stamped structures to increase the strength of individual areas.
Eine Bewegung der Endbereiche 18a, 18b in die Hubrichtung R2 wird durch die Klebeverbindung 15 mit dem Aktuator 11 verhindert. Vielmehr bewegen sich die Endbereiche 18a, 18b mit dem Aktuator 11 in die Längsrichtung RI. Es findet damit eine Relativbewegung zwischen den Endbereichen 18a, 18b und den Mittenbereichen 17a, 17b statt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann bei einer Anlegung einer elektrischen Spannung von bis zu 120 V eine Gesamthubbewegung von etwa 200 pm erreicht werden. A movement of the end regions 18a, 18b in the stroke direction R2 is prevented by the adhesive connection 15 with the actuator 11. Rather, the end regions 18a, 18b move with the actuator 11 in the longitudinal direction RI. There is thus a relative movement between the end regions 18a, 18b and the central regions 17a, 17b. In a preferred exemplary embodiment, when an electrical voltage of up to 120 V is applied, a total stroke movement of approximately 200 pm can be achieved.
Wird eine Kraft auf das piezoelektrische Bauelement 1 entlang der Hubbewegung R2 ausgeübt, werden die Verstärkungselemente 13a, 13b derart verformt, dass insbesondere die Endbereiche 18a, 18b in der Längsrichtung RI voneinander wegbewegt werden. Durch die Befestigung der Verstärkungselemente 13a, 13b am piezoelektrischen Aktuator 11 wird auch dieser in Längsrichtung verformt. Dadurch wird im piezoelektrischen Aktuator 11 eine elektrische Spannung erzeugt. Diese Spannung kann detektiert werden und auf diese Weise kann auf eine Krafteinwirkung rückgeschlossen werden. Dazu kann der piezoelektrische Aktuator 11 mit einem Ansteuerelement, beispielsweise einem Mikrocontroller oder einem Steuergerät des Fahrzeugs, verbunden sein, der die am piezoelektrischen Aktuator 11 erzeugten elektrischen Spannungen auswertet. Der piezoelektrische Aktuator 11 kann somit als Sensor eingesetzt werden, der eine durch einen Benutzer ausgeübte Krafteinwirkung erkennen kann. If a force is exerted on the piezoelectric component 1 along the stroke movement R2, the reinforcement elements 13a, 13b are deformed in such a way that, in particular, the end regions 18a, 18b are moved away from one another in the longitudinal direction RI. By attaching the reinforcement elements 13a, 13b to the piezoelectric actuator 11, the latter is also deformed in the longitudinal direction. As a result, an electrical voltage is generated in the piezoelectric actuator 11. This voltage can be detected and in this way conclusions can be drawn about the effect of a force. For this purpose, the piezoelectric actuator 11 can be connected to a control element, for example a microcontroller or a control device of the vehicle, which evaluates the electrical voltages generated at the piezoelectric actuator 11. Of the Piezoelectric actuator 11 can thus be used as a sensor which can recognize a force exerted by a user.
Darüber hinaus kann das piezoelektrische Bauelement 1 wie vorab beschrieben auch zur Erzeugung eines haptischen Signals eingesetzt werden. Wird eine elektrische Spannung an den Aktuator 11 angelegt, so verformt sich der piezoelektrische Aktuator 11 in Längsrichtung RI und die Verstärkungselemente 13a, 13b führen dementsprechend die beschriebene Hubbewegung aus. Durch Anlegen einer Wechselspannung kann entsprechend eine Vibration erzeugt werden, die auf den rohrförmigen Abschnitt des Bedienelements übertragen und von einem Benutzer wahrgenommen werden kann. In addition, as described above, the piezoelectric component 1 can also be used to generate a haptic signal. If an electrical voltage is applied to the actuator 11, the piezoelectric actuator 11 is deformed in the longitudinal direction RI and the reinforcing elements 13a, 13b accordingly execute the stroke movement described. By applying an alternating voltage, a vibration can be generated which is transmitted to the tubular section of the operating element and can be perceived by a user.
In den Figuren 4A bis 4C ist ein Ausführungsbeispiel für ein Bedienelement 100 gezeigt, in dem das vorab beschriebene piezoelektrische Bauelement 1 verwendet wird. Bei dem Bedienelement 100 kann es sich beispielsweise um ein Bedienelement für ein Fahrzeug wie weiter oben beschrieben handeln. Die Figuren 4A bis 4C zeigen eine Perspektivansicht sowie zwei Schnittdarstellungen eines Teils des Bedienelements 100. Insbesondere ist der rohrförmige Abschnitt 2 gezeigt, in dem das piezoelektrische Bauelement 1 angeordnet ist. Die Rohrachse des rohrförmigen Abschnitts 2 verläuft in die in den Figuren 4A bis 4C angedeutete Richtung 91, der Rohrquerschnitt liegt in der durch die Richtungen 92 und 93 aufgespannten Ebene. Ein mögliches auf den rohrförmigen Abschnitt 2 aufgezogenes Griffelement, wie beispielsweise in Figur 1A gezeigt ist, ist in den Figuren 4A bis 4C sowie in den nachfolgenden Figuren der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt. Das piezoelektrische Bauelement 1 ist so im rohrförmigen Abschnitt 2 angeordnet, dass die Längsrichtung des piezoelektrischen Aktuators entlang der Rohrachse des rohrförmigen Abschnitts verläuft. In einer solchen Längsanordnung kann wie gezeigt ein piezoelektrisches Bauelement 1 verwendet werden, das eine Längenausdehnung aufweist, die weit größer als ein Durchmesser des rohrförmigen Abschnitts 2 ist. FIGS. 4A to 4C show an exemplary embodiment for an operating element 100 in which the piezoelectric component 1 described above is used. The operating element 100 can be, for example, an operating element for a vehicle as described above. FIGS. 4A to 4C show a perspective view and two sectional views of part of the operating element 100. In particular, the tubular section 2 is shown, in which the piezoelectric component 1 is arranged. The tube axis of the tubular section 2 runs in the direction 91 indicated in FIGS. 4A to 4C, the tube cross section lies in the plane spanned by the directions 92 and 93. A possible grip element pulled onto the tubular section 2, as shown for example in FIG. 1A, is not shown in FIGS. 4A to 4C and in the following figures for the sake of clarity. The piezoelectric component 1 is arranged in the tubular section 2 in such a way that the longitudinal direction of the piezoelectric actuator runs along the tube axis of the tubular section. In such a longitudinal arrangement, a piezoelectric component 1 can be used, as shown, which has a length which is far greater than a diameter of the tubular section 2.
Weiterhin weist das Bedienelement 100 zumindest ein Interaktionselement 6 auf, durch das ein Benutzer eine Druckeinwirkung auf das piezoelektrische Bauelement 1 hervorrufen kann und/oder auf das das piezoelektrische Bauelement 1 das haptische Signal zur Weiterleitung an den Benutzer übertragen kann. Insbesondere kann das piezoelektrische Bauelement 1 auf das Interaktionselement 6 durch die vorab beschriebene Hubbewegung einwirken. Weiterhin kann das Interaktionselement einen von einem Benutzer auf das Interaktionselement 6 bewirkten Druck an das piezoelektrische Bauelement 1 weiterleiten, so dass durch eine Erzeugung eines elektrischen Signals im piezoelektrischen Bauelement 1 die Druckeinwirkung vom piezoelektrischen Bauelement 1 detektiert werden kann. Das Interaktionselement 6 kann in diesem Fall eine vom Benutzer betätigbare Taste bilden, mittels derer eine bestimmte Funktion ausgelöst werden kann. Furthermore, the operating element 100 has at least one interaction element 6 by means of which a user can exert pressure on the piezoelectric component 1 and / or to which the piezoelectric component 1 can transmit the haptic signal for forwarding to the user. In particular, the piezoelectric component 1 can act on the interaction element 6 through the stroke movement described above. Furthermore, the interaction element can transmit a pressure exerted by a user on the interaction element 6 to the piezoelectric component 1, so that the effect of pressure from the piezoelectric component 1 can be detected by generating an electrical signal in the piezoelectric component 1. In this case, the interaction element 6 can form a button which can be actuated by the user and which can be used to trigger a specific function.
Das Interaktionselement 6 ist im gezeigtenThe interaction element 6 is shown in FIG
Ausführungsbeispiel in Form eines Knopfes oder eines Stempels ausgebildet und an einem Verstärkungselement des piezoelektrischen Bauelements 1 angeordnet oder befestigt.Embodiment designed in the form of a button or a stamp and arranged or attached to a reinforcing element of the piezoelectric component 1.
Das Interaktionselement ist teilweise in einer Öffnung 62 in der Wandung 3 des rohrförmigen Abschnitts 2 angeordnet und reicht in den Hohlraum 4 hinein. Durch die Hubbewegung des piezoelektrischen Bauelements 1 kann das Interaktionselement 6 , das in der Ruheposition vor der Hubbewegung in der Öffnung versenkt oder auch aus der Öffnung herausragend angeordnet sein kann, ein Stück (weiter) aus der Öffnung 62 herausgedrückt werden und so für einen Benutzer ein spürbares haptisches Signal bewirken. Umgekehrt kann das Interaktionselement 6 in einer Ruheposition aus der Öffnung 62 herausragen und von einem Benutzer in Richtung des piezoelektrischen Bauelements 1 drückbar sein. The interaction element is partially arranged in an opening 62 in the wall 3 of the tubular section 2 and extends into the cavity 4. The lifting movement of the Piezoelectric component 1, the interaction element 6, which can be sunk into the opening in the rest position before the lifting movement or also protruding from the opening, can be pushed a little (further) out of the opening 62 and thus cause a perceptible haptic signal for a user . Conversely, the interaction element 6 can protrude from the opening 62 in a rest position and can be pressed by a user in the direction of the piezoelectric component 1.
Das Bedienelement 100 weist weiterhin ein Abstützelement 7 auf einer dem Interaktionselement 6 abgewandten Seite des piezoelektrischen Bauelements 1 auf. Damit ist das piezoelektrische Bauelement 1 zwischen dem Interaktionselement 6 und einem vom piezoelektrischen Bauelement 1 aus gesehen dem Interaktionselement 6 gegenüberliegenden Rückseitenbereich 63 der Wandung 3 angeordnet. Zwischen dem piezoelektrischen Bauelement 1 und dem Rückseitenbereich 63 der Wandung 3 ist somit im Hohlraum 4 des rohrförmigen Abschnitts 2 das Abstützelement 7 angeordnet. Wie gezeigt weist das Abstützelement 7 eine Auflagefläche 71 für das piezoelektrische Bauelement 1 auf, mit der sich das piezoelektrische Bauelement 1 gegen das Abstützelement 7 abstützen kann. Auf einer der Auflagefläche 71 gegenüberliegenden Seite weist das Abstützelement 7 eine Abstützfläche 72 auf, die sich an den Rückseitenbereich 63 anschmiegt. Durch das Abstützelement 7 kann die Hubbewegung des piezoelektrischen Bauelements 1 vollständig in Richtung des Interaktionselements 6 gerichtet werden. The operating element 100 also has a support element 7 on a side of the piezoelectric component 1 facing away from the interaction element 6. The piezoelectric component 1 is thus arranged between the interaction element 6 and a rear side region 63 of the wall 3, which is opposite the interaction element 6 as seen from the piezoelectric component 1. The support element 7 is thus arranged in the cavity 4 of the tubular section 2 between the piezoelectric component 1 and the rear side region 63 of the wall 3. As shown, the support element 7 has a bearing surface 71 for the piezoelectric component 1, with which the piezoelectric component 1 can be supported against the support element 7. On a side opposite the support surface 71, the support element 7 has a support surface 72 which clings to the rear side area 63. The lifting movement of the piezoelectric component 1 can be directed completely in the direction of the interaction element 6 by the support element 7.
Wie gezeigt kann der rohrförmige Abschnitt 2 des Bedienelements 100 einen runden, insbesondere einen kreisrunden Rohrquerschnitt aufweisen. Darüber hinaus sind aber auch andere Querschnittsformen möglich, da insbesondere die Formen des Abstützelements 7 und des Interaktionselements 6 leicht auf andere Rohrquerschnitte anpassbar sind. As shown, the tubular section 2 of the operating element 100 can have a round, in particular a circular, tubular cross section. In addition, are however, other cross-sectional shapes are also possible, since in particular the shapes of the support element 7 and of the interaction element 6 can easily be adapted to other pipe cross-sections.
Die Figuren 4A bis 4C zeigen somit ein einseitig bewegbares Konzept des piezoelektrischen Bauelements 1 innerhalb des Bedienelements 100, das eine einseitige Nutzung der Aktuator- Bewegung ermöglicht. Insbesondere bewegt sich nur das Interaktionselement 6 gegen den rohrförmigen Abschnitt 2, während die gegenüberliegende Seite im Rückseitenbereich 63 komplett blockiert ist. Dies für dazu, dass die Auslenkung des Interaktionselements maximiert werden kann. Das Interaktionselement 6 und/oder das Abstützelement 7 können jeweils mit oder aus einem Kunststoff, vorzugsweise einem Hartplastik, oder mit oder aus einem Metall sein, um die Kräfte des piezoelektrischen Bauelements 1 an einen Benutzer oder umgekehrt möglichst effektiv weiterleiten zu können. FIGS. 4A to 4C thus show a concept of the piezoelectric component 1 which can be moved on one side within the operating element 100 and which enables the actuator movement to be used on one side. In particular, only the interaction element 6 moves against the tubular section 2, while the opposite side is completely blocked in the rear side area 63. This means that the deflection of the interaction element can be maximized. The interaction element 6 and / or the support element 7 can each be with or made of a plastic, preferably a hard plastic, or with or made of a metal, in order to be able to transmit the forces of the piezoelectric component 1 to a user or vice versa as effectively as possible.
In den nachfolgenden Figuren sind die Richtungen 91, 92, 93 der Übersichtlichkeit halber ebenfalls gezeigt. In the following figures, the directions 91, 92, 93 are also shown for the sake of clarity.
Wie in Figur 5 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel erkennbar ist, kann die Wandung 3 einen Interaktionsbereich 31 aufweisen, der das Interaktionselement bildet oder an dem wie gezeigt ein vorab beschriebenes Interaktionselement 6 innerhalb des Hohlraums 4 des rohrförmigen Abschnitts angeordnet ist. In diesem Fall weist die Wandung 3 keine Öffnung auf und die Weiterleitung des haptischen Signals oder der Druckeinwirkung erfolgt zumindest teilweise über den Interaktionsbereich 31 der Wandung. Somit kann das piezoelektrische Bauelement auf den Interaktionsbereich 31 der Wandung im rohrförmigen Abschnitt bei der Erzeugung des haptischen Signals direkt oder wie gezeigt über das Interaktionselement 6 eine Kraft ausüben. Es kann dabei vorteilhaft sein, wenn die Wandung 3 im Interaktionsbereich 31 eine größere mechanische Verformbarkeit als in anderen Bereichen aufweist, so dass der Interaktionsbereich 31 eine ausreichende Flexibilität beispielsweise zur Weiterleitung eines haptischen Signals an einen Benutzer aufweisen kann. Beispielsweise kann die Wandung wie angedeutet im Interaktionsbereich 31 dünner als in anderen Bereichen sein und/oder um den Interaktionsbereich herum von einer Einkerbung umgeben sein. As can be seen in FIG. 5 according to a further exemplary embodiment, the wall 3 can have an interaction area 31 which forms the interaction element or on which, as shown, a previously described interaction element 6 is arranged within the cavity 4 of the tubular section. In this case, the wall 3 has no opening and the haptic signal or the action of pressure is passed on at least partially via the interaction area 31 of the wall. Thus, the piezoelectric component can act on the interaction area 31 of the wall in the tubular section when generating the haptic signal directly or, as shown, via the Interaction element 6 exert a force. It can be advantageous if the wall 3 in the interaction area 31 has a greater mechanical deformability than in other areas, so that the interaction area 31 can have sufficient flexibility, for example for forwarding a haptic signal to a user. For example, as indicated in the interaction area 31, the wall can be thinner than in other areas and / or be surrounded by a notch around the interaction area.
Wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt ist, kann auch eine Mehrzahl von piezoelektrischen Bauelementen 1 im rohrförmigen Abschnitt 2 angeordnet sein, wobei die piezoelektrischen Bauelemente 1 gleich oder verschieden hinsichtlich ihrer technischen Auslegung und/oder Funktionalität sein können. Beispielsweise kann die Mehrzahl der piezoelektrischen Bauelemente 1 wie gezeigt nebeneinander zu einem Array angeordnet sein. Jedes der piezoelektrischen Bauelemente 1 kann zum Beispiel separat von den übrigen piezoelektrischen Bauelementen ausgelesen und/oder angesteuert werden. Dadurch können unterschiedliche piezoelektrische Bauelemente 1 unterschiedliche Funktionen erfüllen. Alternativ hierzu können auch mehrere piezoelektrische Bauelemente 1 zusammen ausgelesen oder angesteuert werden, so dass die Funktionalität im Vergleich zu einem einzelnen piezoelektrischen Bauelement 1 vervielfacht werden kann. Die piezoelektrischen Bauelemente 1 könne beispielsweise in einem Teilbereich des Griffbereichs oder auch über den Griffbereich verteilt angeordnet sein. Dadurch können an verschiedenen Positionen Interaktionen mit einem Benutzer möglich sein. Wie in Figur 6 angedeutet ist, können die piezoelektrischen Bauelemente 1 in einer Längsanordnung im rohrförmigen Abschnitt platziert sein. Wie in Figur 7 gezeigt ist, können die piezoelektrischen Bauelemente 1 auch so im rohrförmigen Abschnitt 2 angeordnet ist, dass die Längsrichtung der piezoelektrischen Aktuatoren quer zur Rohrachse des rohrförmigen Abschnitts 2 verläuft. Bei dieser Queranordnung bezeichneten Anordnung ist lassen sich mehrere piezoelektrische Bauelemente 1 eng nebeneinander entlang der Rohrachse platzieren, so dass die piezoelektrischen Bauelemente beispielsweise zusammen die Funktion eines Schiebereglers simulieren können. As shown in FIGS. 6 and 7, a plurality of piezoelectric components 1 can also be arranged in the tubular section 2, wherein the piezoelectric components 1 can be identical or different with regard to their technical design and / or functionality. For example, the plurality of piezoelectric components 1 can be arranged next to one another to form an array, as shown. Each of the piezoelectric components 1 can, for example, be read out and / or controlled separately from the remaining piezoelectric components. As a result, different piezoelectric components 1 can fulfill different functions. As an alternative to this, several piezoelectric components 1 can also be read out or controlled together, so that the functionality can be multiplied in comparison to a single piezoelectric component 1. The piezoelectric components 1 can be arranged, for example, in a partial area of the grip area or also distributed over the grip area. This means that interactions with a user can be possible at different positions. As indicated in FIG. 6, the piezoelectric components 1 can be placed in a longitudinal arrangement in the tubular section. As shown in FIG. 7, the piezoelectric components 1 can also be arranged in the tubular section 2 in such a way that the longitudinal direction of the piezoelectric actuators runs transversely to the tube axis of the tubular section 2. In this arrangement, referred to as a transverse arrangement, several piezoelectric components 1 can be placed close to one another along the pipe axis, so that the piezoelectric components can, for example, simulate the function of a slide control together.
In den Figuren 8A bis 8C ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Bedienelement 100 gezeigt, wobei die Ansichten denen der Figuren 4A bis 4C entsprechen. Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der Figuren 4A bis 4C ist das piezoelektrische Bauelement 1 zwischen zweiA further exemplary embodiment for an operating element 100 is shown in FIGS. 8A to 8C, the views corresponding to those of FIGS. 4A to 4C. In comparison to the exemplary embodiment in FIGS. 4A to 4C, the piezoelectric component 1 is between two
Interaktionselementen 6 angeordnet. Die Interaktionselemente 6, die jeweils wie gezeigt als Knopf oder Stempel in einer jeweiligen Öffnung 62 der Wandung 3 angeordnet sind, können insbesondere bezogen auf den Rohrquerschnitt radial zueinander gegenüberliegend angeordnet sein. Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der Figuren 4A bis 4C erlaubt dieses Konzept Auslenkungen in sich gegenüberliegende Richtungen und somit eine Interaktion in beiden Richtungen mit einem Benutzer . Interaction elements 6 arranged. The interaction elements 6, which are each arranged as a button or stamp in a respective opening 62 of the wall 3, as shown, can in particular be arranged radially opposite one another in relation to the pipe cross-section. In comparison to the exemplary embodiment in FIGS. 4A to 4C, this concept allows deflections in opposite directions and thus an interaction in both directions with a user.
Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen . Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in denThe features and exemplary embodiments described in connection with the figures can be combined with one another according to further exemplary embodiments, even if not all combinations are explicitly described. Furthermore, in connection with the figures described exemplary embodiments alternatively or additionally have further features according to the description in the general part. The description on the basis of the exemplary embodiments is not restricted to the invention. Rather, the invention encompasses every new feature and every combination of features, which in particular includes every combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly included in the claims
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Claims or exemplary embodiments is specified.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
1 piezoelektrisches Bauelement1 piezoelectric component
2 rohrförmiger Abschnitt 2 tubular section
3 Wandung 3 wall
4 Hohlraum 4 cavity
5 Griffelement 5 handle element
6 Interaktionselement 7 Abstützelement 6 interaction element 7 support element
11 Piezoelektrischen Aktuator11 Piezoelectric actuator
12 Isolationsbereich 12 Isolation area
13a Verstärkungselement 13a reinforcement element
13b Verstärkungselement 13b reinforcement element
15 KlebeVerbindung 15 Adhesive connection
16 Freibereich 17a, 17b Mittenbereich 18a, 18b Endbereich 20a, 20b Verbindungsbereich 21 Innenelektrode 22 piezoelektrische Schicht 23 Außenelektrode 62 Öffnung 63 Rückseitenbereich 16 free area 17a, 17b middle area 18a, 18b end area 20a, 20b connecting area 21 inner electrode 22 piezoelectric layer 23 outer electrode 62 opening 63 rear side area
71 Auflägefläche 71 contact area
72 Abstützfläche 91, 92, 93 Richtung 100 Bedienelement 101 Lenkerstange 102 Lenkrad 111 Griffbereich 1000 Fahrzeug B Breite h Höhe H Höhe 72 Support surface 91, 92, 93 Direction 100 Control element 101 Handlebar 102 Steering wheel 111 Grip area 1000 Vehicle B Width h Height H height
L Länge L length
RI LängsrichtungRI longitudinal direction
R2 Hubrichtung S Stapelrichtung R2 stroke direction S stack direction

Claims

Patentansprüche Claims
1. Bedienelement (100), aufweisend 1. Control element (100), having
- zumindest einen rohrförmigen Abschnitt (2) mit einem von einer Wandung (3) zumindest teilweise umgebenen Hohlraum (4) und - At least one tubular section (2) with a cavity (4) and at least partially surrounded by a wall (3)
- ein piezoelektrisches Bauelement (1), das im Hohlraum angeordnet ist und das dazu vorgesehen und eingerichtet ist, an zumindest einem Teilbereich des Bedienelements ein haptisches Signal zu erzeugen und/oder eine Druckeinwirkung auf zumindest einen Teil des piezoelektrischen Bauelements zu detektieren. - A piezoelectric component (1) which is arranged in the cavity and which is provided and set up to generate a haptic signal on at least a partial area of the operating element and / or to detect the effect of pressure on at least a part of the piezoelectric component.
2. Bedienelement nach Anspruch 1, wobei das Bedienelement eine Lenkerstange oder ein Lenkrad für ein Fahrzeug (1000) aufweist, die bzw. das den rohrförmigen Abschnitt aufweist. 2. Control element according to claim 1, wherein the control element has a handlebar or a steering wheel for a vehicle (1000) which has the tubular portion.
3. Bedienelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bedienelement zumindest ein Interaktionselement (6) aufweist, durch das ein Benutzer eine Druckeinwirkung auf das piezoelektrische Bauelement hervorrufen kann und/oder auf das das piezoelektrische Bauelement das haptische Signal abgeben kann. 3. Control element according to one of the preceding claims, wherein the control element has at least one interaction element (6) by means of which a user can exert pressure on the piezoelectric component and / or to which the piezoelectric component can emit the haptic signal.
4. Bedienelement nach Anspruch 3, wobei das Interaktionselement zumindest teilweise in einer Öffnung (62) in der Wandung angeordnet ist. 4. Control element according to claim 3, wherein the interaction element is at least partially arranged in an opening (62) in the wall.
5. Bedienelement nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Wandung einen Interaktionsbereich (31) aufweist, der das Interaktionselement bildet oder an dem das Interaktionselement angeordnet ist, und die Wandung im Interaktionsbereich eine größere mechanische Verformbarkeit als in anderen Bereichen aufweist. 5. Control element according to claim 3 or 4, wherein the wall has an interaction area (31) which forms the interaction element or on which the interaction element is arranged, and the wall in the Interaction area has a greater mechanical deformability than in other areas.
6. Bedienelement nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das piezoelektrische Bauelement zwischen dem Interaktionselement und einem vom piezoelektrischen Bauelement aus gesehen dem Interaktionselement gegenüberliegenden Rückseitenbereich (63) der Wandung angeordnet ist und zwischen dem piezoelektrischen Bauelement und dem Rückseitenbereich der Wandung im Hohlraum ein Abstützelement (7) angeordnet ist. 6. Control element according to one of claims 3 to 5, wherein the piezoelectric component is arranged between the interaction element and a rear side area (63) of the wall, seen from the piezoelectric component, opposite the interaction element, and a support element is arranged between the piezoelectric component and the rear side area of the wall in the cavity (7) is arranged.
7. Bedienelement nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das piezoelektrische Bauelement zwischen zwei Interaktionselementen angeordnet ist. 7. Control element according to one of claims 3 to 5, wherein the piezoelectric component is arranged between two interaction elements.
8. Bedienelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest der rohrförmige Abschnitt des Bedienelements ein Metall aufweist. 8. Control element according to one of the preceding claims, wherein at least the tubular portion of the control element comprises a metal.
9. Bedienelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bedienelement ein Griffelement (5) aufweist, das den rohrförmigen Abschnitt mit dem piezoelektrischen Bauelement umgibt und das einen Kunststoff aufweist, der weicher als die Wandung des rohrförmigen Abschnitts ist. 9. Control element according to one of the preceding claims, wherein the control element has a grip element (5) which surrounds the tubular section with the piezoelectric component and which has a plastic that is softer than the wall of the tubular section.
10. Bedienelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das piezoelektrische Bauelement einen piezoelektrischen Aktuator (11) mit einer Längsrichtung und zumindest ein mechanisches Verstärkungselement (13a, 13b) aufweist, das am piezoelektrischen Aktuator derart befestigt ist, dass durch eine Längenänderung des piezoelektrischen Aktuators entlang seiner Längsrichtung ein Bereich des mechanischen Verstärkungselements in eine zur Längsrichtung senkrechten Richtung bewegt wird. 10. Control element according to one of the preceding claims, wherein the piezoelectric component has a piezoelectric actuator (11) with a longitudinal direction and at least one mechanical reinforcing element (13a, 13b) which is attached to the piezoelectric actuator in such a way that by a change in length of the piezoelectric actuator along its longitudinal direction a region of the mechanical reinforcing element is moved in a direction perpendicular to the longitudinal direction.
11. Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das piezoelektrische Bauelement so im rohrförmigen11. Control element according to one of claims 1 to 10, wherein the piezoelectric component so in the tubular
Abschnitt angeordnet ist, dass die Längsrichtung des piezoelektrischen Aktuators entlang einer Rohrachse des rohrförmigen Abschnitts verläuft. Section is arranged that the longitudinal direction of the piezoelectric actuator runs along a pipe axis of the tubular portion.
12. Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das piezoelektrische Bauelement so im rohrförmigen Abschnitt angeordnet ist, dass die Längsrichtung des piezoelektrischen Aktuators quer zu einer Rohrachse des rohrförmigen Abschnitts verläuft. 12. Operating element according to one of claims 1 to 10, wherein the piezoelectric component is arranged in the tubular section that the longitudinal direction of the piezoelectric actuator runs transversely to a tube axis of the tubular section.
13. Bedienelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von piezoelektrischen Bauelementen im rohrförmigen Abschnitt angeordnet ist. 13. Operating element according to one of the preceding claims, wherein a plurality of piezoelectric components is arranged in the tubular section.
14. Fahrzeug (1000) mit einem Bedienelement (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche. 14. Vehicle (1000) with an operating element (100) according to one of the preceding claims.
15. Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei das Fahrzeug ein Motorrad ist. 15. The vehicle of claim 14, wherein the vehicle is a motorcycle.
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