KR20180059819A - 차량용 조작 유닛 - Google Patents
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Abstract
차량용 조작 유닛(10)은 전방 면을 갖는 하우징(26); 및 상기 하우징(26)의 전방 면 상에 배열되고, 무게 중심(40) 및 조작 표면(14)을 갖는 조작 요소(12)를 포함한다. 상기 조작 요소(12)는 상기 조작 표면(14)과 본질적으로 직교하게 연장되는 수직 움직임 축(18)을 따라 및 상기 조작 표면에 대해 본질적으로 횡방향으로 연장되는 측방향 움직임 축(20)을 따라 스프링-탄성적으로 상기 하우징(26) 상에 및/또는 상기 하우징 내에 장착된다. 상기 수직 움직임 축(18)의 방향으로 상기 조작 요소(12)의 작동 움직임을 검출하기 위해 적어도 하나의 센서(28)가 제공된다. 또한, 상기 조작 유닛(10)은, 상기 하우징(26) 내에 및/또는 상기 하우징 상에 배열되고, 상기 조작 요소(12)의 작동 움직임이 검출된 경우 적어도 또한 상기 측방향 움직임 축(20)으로 상기 조작 요소(12)에 피드백 움직임을 제공하기 위한 액추에이터(32)를 포함하고, 상기 액추에이터(32)는 움직임 축(38)을 따라 전후로 이동될 수 있는 상기 조작 요소(12)에 기계적으로 결합된 전자기적으로 제어 가능한 구동 요소(34)를 포함한다. 상기 조작 요소(12)의 상기 무게 중심(40)은 상기 액추에이터(32)의 상기 구동 요소(34)의 상기 움직임 축(38) 상에 놓여 있다.
Description
본 발명은 예를 들어 다양한 차량 구성 요소를 조작하기 위한 인포테인먼트 시스템(infotainment system)일 수 있는 차량용 조작 유닛에 관한 것이다.
예를 들어, 차량 구성 요소에 대한 기능을 선택할 수 있는 다양한 메뉴-구동식 기호 필드(symbol field)들이 상부에 표현되도록 구성된 디스플레이 조립체를 갖는 조작 유닛이 점점 더 대중화되고 있다. 조작자는 예를 들어, 작동 후 조작 요소(operating element)가 추가적으로 능동적으로 움직이는 형태로 기능이 선택되었다는 것을 촉감적으로 확인받는다. 이러한 햅틱 피드백은 조작 요소의 전체 조작 표면에 걸쳐 가능한 한 균일하도록 설계된다.
DE-A-10 2008 035 907에는 수직 방향으로 스프링-탄성적으로 장착된 조작 요소들을 갖는 터치 감응형 입력 장치가 알려져 있다. DE-A-10 2009 007 243에는 입력 장치의 조작 요소가 측방향으로 스프링-탄성적으로 장착된 것이 알려져 있다. 나아가, DE-A-100 43 805에는 내연 엔진의 밸브를 조작하기 위한 전기 기계식 액추에이터(actuator)가 개시되어 있으며, 이 액추에이터에는 측정 코일이 제공된다.
본 발명의 목적은, 조작 표면을 갖는 적어도 하나의 조작 요소를 포함하고 상기 조작 표면을 터치하고 작동시키는 위치와 독립적으로 본질적으로 동일한 햅틱 감각을 제공하는 능동 햅틱 피드백이 구현된 차량용 조작 유닛을 제공하는 것이다.
본 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 차량용 조작 유닛으로서, 상기 조작 유닛은,
- 전방 면을 갖는 하우징;
- 상기 하우징의 상기 전방 면 상에 배열되고 무게 중심(center of gravity)과 조작 표면을 포함하는 조작 요소로서, 상기 조작 요소는 상기 조작 표면에 본질적으로 직교하게 연장되는 수직 움직임 축을 따라 및 상기 조작 표면에 대해 본질적으로 횡방향으로 연장되는 측방향 움직임 축을 따라 상기 하우징에 및/또는 상기 하우징 내에 스프링-탄성적으로 장착된, 상기 조작 요소;
- 상기 수직 움직임 축의 방향으로 상기 조작 요소의 작동 움직임을 검출하기 위한 적어도 하나의 센서;
- 상기 하우징 내에 및/또는 상기 하우징에 장착되고, 상기 조작 요소의 작동 움직임이 인식된 경우에 적어도 또한 상기 측방향 움직임 축을 따라 상기 조작 요소에 피드백 움직임을 제공하기 위한 액추에이터로서, 유효 움직임 축을 따라 전방향 및 역방향으로 이동되도록 구성된 상기 조작 요소와 기계적으로 결합되고 제어되도록 구성된 (예를 들어, 전자기 또는 압전) 구동 요소를 포함하는, 상기 액추에이터; 및
- 상기 센서 및 상기 액추에이터에 연결된 분석 및 제어 유닛을 포함하고,
- 상기 조작 요소의 상기 무게 중심은 상기 액추에이터의 상기 구동 요소의 유효 움직임 축 상에 놓여 있는, 상기 차량용 조작 유닛을 제안한다.
본 발명에 따르면, 상기 조작 요소의 작동에 대한 능동 햅틱 피드백은 상기 조작 요소의 상기 조작 표면에 대해 예각으로 강제로 이동하는 움직임, 즉 그 결과 상기 조작 표면과 수직으로 연장되는 수직 성분과 측방향 성분을 포함하는 움직임에 의해 실현된다. 작동을 위해 상기 조작 요소는 상기 조작 표면과 본질적으로 직교하게 연장되는 수직 움직임 축을 따라 이동된다. 이러한 작동 움직임이 센서에 의해 검출되면, 상기 조작 요소의 (예를 들어, 좌측 또는 우측으로, 상향 또는 하향으로) 측방향 움직임 성분을 포함하는 능동 움직임이 수행된다. 상기 조작 요소는 기울어지지 않도록 주의해야 하지만, 이러한 기울어지지 않는 것은, 통상적인 경우와 같이 상기 액추에이터가 상기 조작 요소의 무게 중심에서 상기 조작 요소에 연결되지 않은 때에는 임의의 특별한 조치가 없다면, 거의 불가능하다. 상기 조작 요소는 상당한 전체 설치 깊이를 가질 수 있도록 대응하는 디스플레이 디자인 및 기술(예를 들어, LCD 디스플레이) 및 백라이트 조명을 갖는 디스플레이를 본질적으로 포함한다. 이상적인 경우에 상기 액추에이터는 기껏해야 이 조작 요소 바로 아래에 배열될 수 있기 때문에, 그 구동 요소는 능동 햅틱 피드백 움직임을 수행하기 위해 상기 조작 요소의 무게 중심 밖에서 상기 측방향 움직임 방향으로 상기 조작 요소와 맞물린다. 아무런 대응 조치를 취하지 않으면, 이것은 필연적으로 상기 조작 요소가 기울어지게 하므로 바람직하지 않다. 알려진 해결책은 상기 조작 요소를 상기 조작 유닛의 상기 하우징에 장착하는 스프링 시스템을 이에 대응하여 설계하는 것을 통해 강제로 안내하는 것을 목표로 한다. 이것은 많은 기계적 노력을 수반한다.
그리하여, 본 발명은 상기 조작 요소의 무게 중심이 상기 구동 요소의 유효 움직임 축 상에 놓이는 방식으로 상기 조작 요소와 상기 액추에이터가 서로 정렬되도록 상기 조작 요소와 상기 액추에이터가 기계적으로 배열된 것을 제공한다. 따라서, 상기 구동 요소의 유효 움직임 축의 연장선 상에 상기 조작 요소의 무게 중심이 놓여 있다. 따라서, 상기 구동 요소의 유효 움직임 축은 능동 햅틱 피드백을 위해 의도된 측방향 움직임 방향에 대해 예각으로 연장된다. 상기 조작 요소는 상기 구동 요소의 유효 움직임 축을 따라 이동되기 때문에, 상기 조작 요소의 피드백 움직임은 상기 측방향 움직임 성분 이외의 수직 움직임 성분을 포함하지만, 이것이 교란 효과를 갖지는 않는다. 오히려, 상기 조작 요소의 상기 조작 표면이 능동 햅틱 피드백을 위해 공간 내에서 그 정렬을 유지하는 것이 중요하며, 즉 횡방향으로 평행한 변위를 겪는 것이 중요하다.
따라서 일반적으로 햅틱 피드백을 위해 상기 조작 요소가 여기(excitation)되는 것으로 인해, 결과적으로 상기 조작 요소의 움직임은 측방향으로의 주요 움직임 및 상기 조작 표면에 수직인 2차적인 움직임의 형태로 수행된다고 말할 수 있다. 상기 여기의 앙각(attack angle)에 따라 상기 수직 움직임 성분의 크기는 변할 수 있다. 따라서 대체로, 순수 측방향 움직임은 일어나지 않는다.
본 발명에 따른 조치는, 상기 구동 요소의 유효 방향이 상기 조작 요소의 무게 중심을 통과한다는 점에서, 능동 햅틱 피드백 움직임이 순수 병진 운동 방식으로 수행될 수 있게 한다.
상기 조작 요소의 햅틱 피드백에서 회전 움직임 성분들은 상기 조작 요소의 무게 중심과 공통 평면에 놓여 있는 복귀 스프링 요소(return spring element)들에 의해 더 감소되는데, 이 복귀 스프링 요소에 의해 상기 조작 요소가 능동 햅틱 피드백 후에 초기 위치로 복귀된다. 여기서, 유효 스프링 축들은 상기 액추에이터의 상기 구동 요소의 유효 움직임 축과 일치한다. 만약 일치하지 않는다면, 상기 조작 요소가 능동 햅틱 피드백으로 움직이는 패턴은 회전 성분을 포함할 것이다. 설치 공간 상의 이유로, 상기 스프링의 유효 축들은 통상적으로 이 유효 움직임 축의 양측에서 상기 액추에이터의 상기 구동 요소의 유효 움직임 축과 평행하게 연장되어, 이에 의해 초기 위치로의 복귀 움직임 동안 상기 조작 요소에 작용할 수 있는 원치 않는 모멘트가 크게 중화된다.
또한, 전방향 및 복귀 경로에서 햅틱을 능동적으로 제어하거나 또는 조절하는 것이 유리하다. 이를 위해, 상기 조작 요소의 움직임은, 가능한 경우, 순수 병진 운동인 것이 또한 중요한데, 이는 본 발명에 따른 접근법으로 실현될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 접근법은 본질적으로 햅틱 감각이 상기 조작 표면 상의 상기 작동 위치와 독립적으로 항상 동일한 것을 보장한다. 본 발명에 따르면, 상기 조작 요소가 순수 병진 움직임을 수행하도록 상기 조작 요소에 스프링을 장착하기 위한 복잡한 구성 솔루션이 더 이상 필요치 않다.
상기 조작 요소의 측방향 움직임 축과 상기 액추에이터의 상기 구동 요소의 유효 움직임 축이 상기 조작 표면과 본질적으로 직교하게 연장되는 공통 수직 평면에 걸쳐 있는(span) 경우 적절하다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 하우징은 상기 조작 요소 아래에 설치 공간을 포함하고, 상기 액추에이터의 상기 구동 요소의 유효 움직임 축과 상기 조작 요소의 측방향 움직임 축 사이에 가능한 최소 각도를 달성하기 위해 상기 액추에이터는 설치 공간이 허용하는 대로 상기 조작 요소 아래에 가능한 가깝게 배열되거나 및/또는 설치 공간이 허용하는 대로 상기 조작 요소의 무게 중심으로부터 가능한 멀리 배열되는 것으로 제공될 수 있다. 상기 액추에이터의 유효 움직임 축과 상기 조작 요소의 측방향 움직임 축 사이의 각도가 작아질수록, 피드백 움직임의 측방향 움직임 성분에 대해 상기 조작 요소의 측방향 움직임 성분이 커진다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 조작 유닛은 상기 조작 요소의 양측에 배열된 유효 스프링 축들을 갖는 상기 조작 요소용 복귀 스프링 요소들을 포함하고, 상기 복귀 스프링 요소들은, 상기 측방향 움직임 축 상에 놓여 있거나, 또는 상기 액추에이터의 상기 구동 요소의 유효 움직임 축과 상기 조작 요소의 측방향 움직임 축이 걸쳐 있는 평면과 본질적으로 직교하게 연장되는 평면에 놓여 있고, 상기 측방향 움직임 축에 대칭적으로 배열된다.
또한, 상기 액추에이터는 제1 여자 코일(excitation coil)을 포함하는 제1 고정자, 및 구동 요소로서 전기자를 구비하는 전기자형 전자석으로서 구성되고, 상기 전기자에는, 상기 제1 여자 코일에 의해 발생된 자속이 상기 전기자를 통해 흐를 때 측정 전압이 인가되는 측정 코일이 제공되고, 상기 제1 여자 코일 및 상기 측정 코일은 상기 분석 및 제어 유닛에 연결되고, 상기 분석 및 제어 유닛에 의해 힘이 제어 및/또는 조절됨으로써, 이에 의해 상기 액추에이터의 상기 구동 요소가 상기 제1 고정자를 향해 이동되도록 및/또는 상기 구동 요소가 휴지 위치로부터 벗어나는 편향 움직임뿐만 아니라 상기 구동 요소가 휴지 위치로 향하는 복귀 움직임이 제어 및/또는 조절되도록 구성되는 것이 제공될 수 있다.
본 발명의 이 양태에 따라, 조작 요소들의 햅틱 피드백을 위해 전자석으로 구성된 액추에이터에서 비교적 정확하고 저렴하게 힘 측정이 제공된다. 이를 위해 상기 전자석은 단일 전기자 또는 이중 전기자로 구성될 수 있다.
설치 공간 및 비용 상의 이유로 영구 자석들이 없는 전자석(전기자형 자석)이 햅틱 피드백을 제공하기 위한 액추에이터로 자주 사용된다. 따라서, 이러한 전기자형 자석의 고정자는 전자기적으로 조작되어야 한다. 조작 요소의 조작 표면의 움직임을 원하는 방식으로 조절하기 위해, 액추에이터에서 시간적인 힘의 진행이 정확히 조절 가능해야 한다. 또한, 조작 요소를 전방향 및 역방향으로 이동시키는 힘이 각각 능동적으로 형성되는 것이 요구될 수 있다. 이것은 2개의 전자기 고정자 사이에 공통 전기자를 갖는 이중 전기자형 자석에 의해 실현될 수 있다.
자기장이 천천히 변하는 경우, 전자석의 힘은 본질적으로 전기자와 고정자 사이의 에어 갭(air gap) 및 전기자의 전류에 의존한다. 그러나 햅틱 피드백의 경우 힘의 진행은 매우 역동적이며 1 kHz를 초과하는 주파수 성분들을 포함한다. 여기서 자속을 안내하기 위해 보통 사용되는 기계 가공용 강(machining steel)들 또는 전기 강판(electrical sheet)들의 경우 전류와 힘 사이의 연관은 간단치 않으며, 매우 복잡한 모델링에 의해서만 설명될 수 있다. 또한, 에어 갭은 조작 표면의 기계적 공차 및 움직임으로 인해 정확히 알려지지 않아서, 전기자형 자석의 힘 작용은 대략적으로만 추정될 수 있다.
본 명세서에 설명된 접근법에 따르면, 측정 코일에 의해 상기 전기자를 통해 흐르는 자속을 측정하고 상기 측정 코일에서 유도된 전압 강하를 측정하기 위해 상기 전기자의 움직임 및 힘이 제어 및/또는 조절될 수 있다. 또한, 상기 전기자의 전방향 및 역방향 움직임이 각 단부 위치에서 오버슈트(overshoot)하는 것이 회피될 수 있도록, 상기 전기자의 움직임이 의도적으로 감쇠(dampen)될 수 있다.
이미 전술된 바와 같이, 상기 전기자는 두 개의 전자기적으로 조작되는 고정자들 사이에 배열될 때 더욱 유리하다. 본 발명의 이 실시예에서, 상기 전기자는 이에 따라 제2 여자 코일을 갖는 제2 고정자를 포함하고, 상기 2개의 고정자는 상기 전기자의 양측 상에 배열되고, 상기 제2 여자 코일은 또한 상기 분석 및 제어 유닛에 연결되고, 상기 분석 및 제어 유닛에 의해 각 힘이 제어 및/또는 조절됨으로써, 상기 구동 요소가 상기 제1 고정자 및/또는 제2 고정자를 향해 각 방향으로 이동되도록 및/또는 상기 구동 요소가 휴지 위치로부터 벗어나는 편향 움직임뿐만 아니라, 상기 구동 요소가 휴지 위치로 향하는 역방향 움직임이 제어되거나 및/또는 조절되도록 구성된다.
이하, 도면을 참조하여 예시적인 실시예에 기초하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 디스플레이 요소로 구성되고 스프링-탄성적으로 장착된 조작 요소 및 이 조작 요소를 작동시킨 것에 대해 능동 햅틱 피드백을 제공하는 차량 구성 요소용 조작 유닛의 측면도를 개략적으로 도시하며,
도 2는 전자석의 전자기적으로 관련 특성들을 기본적으로 설명하기 위해 고정자와 전기자를 갖는 전기자형 자석으로 구성된 전자석의 도면을 도시하며,
도 3은 능동 햅틱 피드백을 위한 이중 전자석으로 구성된 액추에이터의 사시도이고,
도 4는 도 3에 따른 전자석의 가능한 회로 구성을 도시한다.
도 1은 디스플레이 요소로 구성되고 스프링-탄성적으로 장착된 조작 요소 및 이 조작 요소를 작동시킨 것에 대해 능동 햅틱 피드백을 제공하는 차량 구성 요소용 조작 유닛의 측면도를 개략적으로 도시하며,
도 2는 전자석의 전자기적으로 관련 특성들을 기본적으로 설명하기 위해 고정자와 전기자를 갖는 전기자형 자석으로 구성된 전자석의 도면을 도시하며,
도 3은 능동 햅틱 피드백을 위한 이중 전자석으로 구성된 액추에이터의 사시도이고,
도 4는 도 3에 따른 전자석의 가능한 회로 구성을 도시한다.
도 1에는 조작 요소(12)를 포함하는 조작 유닛(10)의 개략적인 측면도가 도시되어 있다. 이 예시적인 실시예에서, 조작 요소(12)는 조작 표면(14)을 갖는 디스플레이 조립체로서 구성되며, 조작 표면에는 복수의 기호 필드(16)가 표현되도록 마련되어 있다. 대체로, 조작 요소(12)는 백라이트로 조명된다.
수직 움직임 방향(양방향 화살표(18) 참조)으로 작동 움직임을 실행하기 위해서 뿐만 아니라 측방향(도 1에서 양방향 화살표(20) 참조)으로 이 작동 움직임을 확인하기 위해, 조작 요소(12)는 제1 스프링(22)들뿐만 아니라 제2 스프링(24)들을 통해 하우징(26)에 탄성적으로 장착된다. 센서(28)는 조작 요소가 수직 움직임 축(18)을 따라 이동했는지를 결정할 수 있다. 이것은 분석 및 제어 유닛(30)에서 결정되고, 이 분석 및 제어 유닛(30)은 구동 요소(34)를 포함하는, 전자석으로 구성된 액추에이터(32)를 제어한다. 액추에이터(32)의 고정된 고정자 부분(36)은 하우징(26) 상에 지지되는 반면, 액추에이터(32)의 구동 요소(34)는 조작 요소(12)와 기계적으로 결합된다. 구동 요소(34)의 유효 움직임 축은 양방향 화살표(38)로 도시된다.
조작 요소(12)의 디자인이 크고 복잡할수록, 조작 요소(12)는 무겁고 더 많은 설치 공간을 차지한다. 햅틱 피드백이 전체 조작 표면(14)에 걸쳐 동일한 것이 요구되는 경우, 조작 요소(12)는 햅틱 피드백을 위해 병진 움직임만을 수행해야 한다. 이론적으로, 이것은 액추에이터(32)의 구동 요소(34)가 조작 요소(12)의 무게 중심(40)에 결합되는 것으로 매우 단순한 방식으로 실현될 수 있다. 그러나, 주어진 설치 공간은 이것을 허용하지 않는다.
조작 요소(12)가 햅틱 피드백을 위해 병진 이동만을 수행하고자 하는 경우, 비교적 간단한 설계 해결책은 조작 요소(12)의 무게 중심(40)이 액추에이터(32)의 구동 요소(34)의 유효 움직임 축(38) 상에 놓이도록 액추에이터(32)를 배열하는 것이다. 이러한 내용은 도 1에 도시되어 있으며, 여기서 도 1은, 작동 움직임이 인식되고 조작 요소(12)의 작동이 햅틱 피드백에 의해 확인될 때, 조작 요소(12)가 능동적으로 이동하는 방식을 더 보여주고 있다. 여기서, 주목할 점은, 이상적으로는 제2 스프링 요소(24) 및/또는 그 유효 스프링 축(42)이, 무게 중심(40)이 놓여 있으면서도 액추에이터(32)의 유효 움직임 축(38)이 놓여 있는 평면에 놓여 있다는 것이며, 여기서 제2 스프링(24) 및 액추에이터(32)의 유효 축들은 공통 선 상에 놓여 있다.
조작 요소(12)의 측방향 움직임 축(20)과 액추에이터(32)의 구동 요소(34)의 유효 움직임 축(38)이 걸쳐 있는 평면은 평면(44)과 실질적으로 직교하게 연장된다. 도 1에서, 이 평면은 도면의 평면이다.
따라서 햅틱 피드백을 위해 조작 요소(12)의 순수 병진 움직임은 측방향 성분 및 수직 성분을 모두 포함한다. 햅틱 감각이 조작 요소(12)의 전체 조작 표면(14)에 걸쳐 동일해야 하는 것과 관련해 이 피드백 움직임이 순수 측방향 움직임이 아니라는 것은 중요하지 않다. 조작 요소(12)는 햅틱 피드백을 위해 회전 움직임을 전혀 수행하지 않는다는 것, 즉 공간 내에서 조작 요소(12)가 평행하게 변위된다는 것이 중요하다.
이미 전술된 바와 같이, 특히 설치 공간 및 비용 상의 이유로, 전자석은 종종 조작 요소들에 햅틱 피드백을 제공하기 위한 액추에이터로서 사용된다. 이 전자석에 의해 가해지는 힘은 더 노력해야만 추정할 수 있고, 본질적으로 전자석의 전류 및 에어 갭에 의존한다. 이하에서는 전자석의 경우에 적용 가능한 조건을 도 2에 기초하여 설명한다.
도 2에는 전자석이 도시되고 이 전자석의 고정자 및 전기자는 고 투자율 재료(일반적으로 기계 가공용 강 또는 전기 강판)들로 만들어지고 통전된 여자 코일에 의해 자기장이 형성된다.
이러한 전자석의 힘은 일반적으로 여자 전류 및 에어 갭의 크기로부터 계산된다. 그러나 햅틱 피드백의 경우 힘의 진행은 1 kHz를 초과하는 주파수 성분을 가져서 매우 역동적이다. 여기서, 자속을 안내하기 위해 보통 사용되는 기계 가공용 강 또는 전기 강판의 경우 전류와 힘 사이의 연관은 간단치 않으며 매우 복잡한 모델링에 의해서만 설명될 수 있다. 또한 에어 갭은 기계적 공차 및 조작 표면의 움직임으로 인해 정확하게 알려지지 않아서 액추에이터의 힘의 작용은 대략적으로만 추정될 수 있다. 에어 갭에서의 자속 밀도를 결정하기 위해 측정 코일 및 "맥스웰 인장 강도 식"을 사용함으로써 이 문제를 회피할 수 있는데, 여기서 대체로 전압을 측정하는 것이 전류를 측정하는 것보다 더 저렴하다:
(F - 액추에이터 힘, 
- 공기의 투자율, AL - 에어 갭 표면, BL - 에어 갭에서의 자속 밀도)
실제 적용시 에어 갭에서의 자속 밀도의 불균일성이 비교적 낮은 것은 보정 계수(correction factor)에 의해 설명될 수 있으며, 이 보정 계수는 측정 코일에 의해 힘을 측정하는 것에 의해 간단히 실현된다:
(t - 시간, C - 에어 갭 보정 계수, NMS - 측정 코일의 권선 수, u(t) - 측정 코일에서 유도된 전압)
유도된 전압을 적분하는 것은 보통 시스템에 존재하는 마이크로제어기에 의해 디지털 방식으로 수행될 수 있다. 따라서 힘은 제어 과정 동안 언제든지 알려지게 된다.
도 3은 액추에이터(32)의 사시도를 도시한다. 이 액추에이터(32)는, 제1 고정자(48)와 제2 고정자(50) 사이에 배열된 전기자(46)로서 구현되는 구동 요소(34)가 유효 움직임 축(38)을 따라 2개의 반대 방향으로 힘을 형성할 수 있는, 이중 전자석으로 구성된다.
제1 및 제2 고정자(48, 50)는 하우징(26)에 고정된 반면, 전기자(46)는 조작 요소(12)에 고정적으로 연결된다. 제1 고정자(48)는 제1 여자 코일(52)을 포함하는 반면, 제2 고정자(50)에는 제2 여자 코일(54)이 제공된다. 전기자(46)는 측정 코일(56)에 의해 둘러싸인다. 전기자(46)의 양측에는 제1 및 제2 에어 갭(58, 60)이 각각 위치된다. 전기자(46)에 작용하는 힘은 각각 일 방향으로 향하여야 하기 때문에, 여자 코일(52, 54)은 동시에 통전되지 않고 번갈아 통전된다. 전기자(46)에 측정 코일(56)을 배열하면 유효 움직임 축(38)을 따라 두 유효 방향으로 정확하고 저렴하게 힘을 측정할 수 있다.
일례로서, 측정 코일(56)에 유도된 전압을 제어하고 분석하는 것은 분석 및 제어 유닛(30)의 일부를 형성할 수 있는 마이크로제어기(62)에 의해 수행될 수 있다. 마이크로제어기(62)를 포함하는 회로 구성의 일례는 도 4에 도시된다. 측정 코일(56)에 유도된 전압은 2개의 여자 코일(52, 54)을 교대로 제어하기 위해 측정된 신호로부터 PWM 클록(보통 20 kHz보다 더 큰 주파수)을 제거하기 위해 간단히 저역 통과(64)시키는 것에 의해 먼저 평활화(smooth)된다. 이후, 마이크로제어기(62)는 유도된 전압을 검출하고 이 검출된 유도된 전압을 디지털 방식으로 적분한다. 저역 통과(64)의 제한 주파수는, 힘의 진행의 최고 주파수 성분들보다 충분히 더 높아야 한다.
10: 조작 유닛
12: 조작 요소
14: 조작 요소의 조작 표면
16: 기호 필드들
18: 조작 요소의 수직 움직임 축
20: 조작 요소의 측방향 움직임 축
22: 스프링 요소들
24: 스프링 요소들
26: 하우징
28: 센서
30: 제어 유닛
32: 액추에이터
34: 액추에이터의 구동 요소
36: 액추에이터의 고정자 부분
38: 액추에이터의 유효 움직임 축
40: 조작 요소의 무게 중심
42: 유효 스프링 축
44: 평면
46: 전기자
48: 고정자
50: 고정자
52: 여자 코일
54: 여자 코일
56: 측정 코일
58: 에어 갭
60: 에어 갭
62: 마이크로제어기
64: 저역 통과
12: 조작 요소
14: 조작 요소의 조작 표면
16: 기호 필드들
18: 조작 요소의 수직 움직임 축
20: 조작 요소의 측방향 움직임 축
22: 스프링 요소들
24: 스프링 요소들
26: 하우징
28: 센서
30: 제어 유닛
32: 액추에이터
34: 액추에이터의 구동 요소
36: 액추에이터의 고정자 부분
38: 액추에이터의 유효 움직임 축
40: 조작 요소의 무게 중심
42: 유효 스프링 축
44: 평면
46: 전기자
48: 고정자
50: 고정자
52: 여자 코일
54: 여자 코일
56: 측정 코일
58: 에어 갭
60: 에어 갭
62: 마이크로제어기
64: 저역 통과
Claims (6)
- 차량용 조작 유닛으로서, 특히 다양한 차량 구성 요소를 조작하기 위한 인포테인먼트(infotainment) 시스템인 조작 유닛에 있어서,
- 전방 면을 갖는 하우징(26);
- 상기 하우징(26)의 상기 전방 면 상에 배열되고, 무게 중심(40) 및 조작 표면(14)을 포함하는 조작 요소(12)로서, 상기 조작 요소(12)는 상기 조작 표면(14)과 본질적으로 직교하게 연장되는 수직 움직임 축(18)을 따라 및 상기 조작 표면에 대해 본질적으로 횡방향으로 연장되는 측방향 움직임 축(20)을 따라 상기 하우징(26)에 및/또는 상기 하우징 내에 스프링-탄성적으로 장착된, 상기 조작 요소(12);
- 상기 수직 움직임 축(18)의 방향으로 상기 조작 요소(12)의 작동 움직임을 검출하기 위한 적어도 하나의 센서(28);
- 상기 조작 요소(12)의 작동 움직임이 인식된 경우 적어도 상기 측방향 움직임 축(20)으로도 상기 조작 요소(12)의 피드백 움직임을 위해 상기 하우징(26)에 및/또는 상기 하우징 내에 장착된 액추에이터(32)로서, 유효 움직임 축(38)을 따라 전방향 및 역방향으로 이동되는 상기 조작 요소(12)에 기계적으로 결합되고 제어되도록 구성된 구동 요소(34)를 포함하는, 액추에이터(32); 및
- 상기 센서(28) 및 상기 액추에이터(32)에 연결된 분석 및 제어 유닛(30);을 포함하고,
- 상기 조작 요소(12)의 무게 중심(40)은 상기 액추에이터(32)의 구동 요소(34)의 유효 움직임 축(38) 상에 놓여 있는 것을 특징으로 하는 차량용 조작 유닛. - 제1항에 있어서,
상기 조작 요소(12)의 측방향 움직임 축(20) 및 상기 액추에이터(32)의 구동 요소(34)의 유효 움직임 축(38)은, 상기 조작 표면(14)과 본질적으로 직교하게 연장되는 공통 수직 평면에 걸쳐 있는 것을 특징으로 하는 차량용 조작 유닛. - 제2항에 있어서,
상기 하우징(26)은 상기 조작 요소(12) 아래에 설치 공간을 포함하고, 상기 액추에이터(32)의 구동 요소(34)의 유효 움직임 축(38)과 상기 조작 요소(12)의 측방향 움직임 축(20) 사이에 가능한 최소 각도를 달성하기 위해, 상기 액추에이터(32)는 상기 설치 공간이 허용하는 대로 상기 조작 요소(12) 아래에 가능한 가깝게 배열되거나 및/또는 상기 설치 공간이 허용하는 대로 상기 조작 요소(12)의 무게 중심(40)으로부터 가능한 멀리 배열된 것을 특징으로 하는 차량용 조작 유닛. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조작 요소(12)의 양측에 배열된 유효 스프링 축(42)들을 갖는 상기 조작 요소(12)용 복귀 스프링 요소(24)들을 포함하고, 상기 복귀 스프링 요소들은, 상기 측방향 움직임 축(20) 상에 놓여 있거나, 또는 상기 액추에이터(32)의 구동 요소(34)의 유효 움직임 축(38) 상에 또는 상기 유효 움직임 축과 평행하게 놓여 있거나, 또는 상기 액추에이터(32)의 구동 요소(34)의 유효 움직임 축(38)과 상기 조작 요소(12)의 상기 측방향 움직임 축(20)이 걸쳐 있는 평면과 본질적으로 직교하는 평면(44)에 놓여 있고, 상기 측방향 움직임 축(20)에 대칭적으로 배열된 것을 특징으로 하는 차량용 조작 유닛. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액추에이터(32)는, 제1 여자 코일(excitation coil)(52)을 포함하는 제1 고정자(48), 및 구동 요소(34)로서의 전기자(46)를 구비하는 전기자형 전자석으로 구성되고; 상기 전기자(46)에는, 상기 제1 여자 코일(52)에 의해 발생된 자속이 상기 전기자(46)를 통해 흐를 때 측정 전압이 인가되는 측정 코일(56)이 제공되고; 상기 제1 여자 코일(52) 및 상기 측정 코일(56)은 상기 분석 및 제어 유닛(30)에 연결되고,
상기 전기자(46)가 상기 제1 고정자(48)를 향해 이동되도록, 및/또는 상기 전기자(46)가 휴지 위치로부터 벗어나는 편향 움직임뿐만 아니라 상기 전기자(46)가 휴지 위치로 향하는 복귀 움직임이 제어 및/또는 조절되도록, 상기 분석 및 제어 유닛(30)에 의해 힘이 제어 및/또는 조절되도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 조작 유닛. - 제5항에 있어서,
상기 전기자형 전자석은 제2 여자 코일(54)을 갖는 제2 고정자(50)를 포함하고, 상기 2개의 고정자(48, 50)는 상기 전기자(46)의 양측 상에 배열되고, 상기 제2 여자 코일(54)은 또한 상기 분석 및 제어 유닛(30)에 연결되고,
상기 전기자(46)가 상기 제1 고정자(48) 및/또는 제2 고정자(50)를 향해 각 방향으로 이동되도록, 및/또는 상기 전기자(46)가 휴지 위치로부터 벗어나는 편향 움직임뿐만 아니라 상기 전기자(46)가 휴지 위치로 향하는 복귀 움직임이 제어되도록, 상기 분석 및 제어 유닛(30)에 의해 각 힘이 제어 및/또는 조절되도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 조작 유닛.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |