WO2016165887A1 - Bedienvorrichtung in einem kraftfahrzeug zum bestimmen einer berührposition auf einer berührfläche - Google Patents

Bedienvorrichtung in einem kraftfahrzeug zum bestimmen einer berührposition auf einer berührfläche Download PDF

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WO2016165887A1
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induction
actuators
contact
measurement signals
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Mark Peter Czelnik
Michael Klaas
Carsten Rieger
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Volkswagen AG
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    • G06F3/046—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by electromagnetic means

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for determining a contact position of an actuating element on a contact surface, in particular on a contact surface in a motor vehicle.
  • Touch-sensitive position detection device and not independently physically trained controls, depending on the operating context changing and assigned different functions.
  • the assigned function is then activated by touching a
  • Touch surface of the multifunction display controls triggered when a
  • the contact position is usually determined by means of a capacitive sensor, wherein the capacitive sensor is arranged in front of the contact surface and has a grid of sensor fields, via which the contact position of an actuating element,
  • a finger can be determined.
  • an operator receives a haptic feedback via an actuator connected directly or indirectly to the contact surface.
  • an operating element for detecting an actuation by an actuating element by means of a sensor element is known.
  • an actuator operatively connected to the sensor element in the form of a voice coil serves to emit a mechanical feedback, wherein the mechanical feedback can be perceived haptically via the actuating element.
  • the voice coil should also be used for detecting a pressing force caused by the actuation of the sensor element or a path traveled by the sensor element from a rest position.
  • One embodiment provides a plurality of juxtaposed controls, for example, to form a keyboard.
  • Each control element comprises its own sensor element and its own vibration coil.
  • a disadvantage of the aforementioned devices and methods is that the position is always determined by means of a capacitive sensor. Since a continuous cyclic interrogation of the capacitive sensor must take place in order to detect a contact and then to determine a contact position, the operation of such a capacitive sensor is associated with a high power consumption.
  • the invention is therefore based on the problem to provide a device and a method in which the power consumption is reduced during the detection of a touch on the contact surface and the position determination.
  • the invention is based on the idea, at least three inductively operating actuators connected to the contact surface, which for transmitting a haptic
  • Feedback to the touch surface serve to use Induklasmesssignaie generated by a touching operation of the contact surface with an actuator for detecting the touch and for determining a touch position.
  • the at least three actuators are arranged at different positions of the contact surface. Since the total force exerted on the contact surface by the actuating element is distributed differently depending on the contact position to the at least three actuators, a comparison of the induction measuring signal with the contact position can be concluded. To operate the at least three actuators as sensors, no power is necessary, so that no or only a very low power consumption takes place when there is no contact.
  • An actuator is a physical object that undergoes physical interaction with a touch surface. Preferably, it has small dimensions on the side in contact with the contact surface. Such an actuator may be, for example, the fingertip of an operator.
  • An actuating element can also be another object, for example a pin.
  • a touch position on a touch surface is the position at which an actuator physically contacts the touch surface.
  • An actuator is an inductively operating element for outputting a mechanical
  • Feedback which can be experienced via an actuating element as a haptic feedback.
  • An induction measurement signal is a signal generated by means of an inductively operating actuator, wherein a movement of the movable part of the actuator is the cause of the generation of the signal.
  • An induction measurement signal may be, for example, a raw measurement signal, an integrated or otherwise processed raw measurement signal, an induction voltage, an induction current, or a signal caused by a change in inductance or permeability of the coil.
  • An inductively operating actuator may already include processing electronics which converts and provides a raw measurement signal to an induction measurement signal.
  • an operating device in particular in a motor vehicle, comprising: a contact surface, at least one directly or indirectly with the
  • Touchpad coupled actuator means for generating a hapti see feedback at the contact surface and a controller
  • the actuator device comprises at least three inductively operating actuators arranged at different positions with respect to the contact surface and the controller comprises a position determination device which is designed to determine a contact position on the contact surface from induction measurement signals which are obtained by touching the contact surface to the at least one contact position three actuators are generated.
  • a method for determining a contact position on a contact surface, in particular in a motor vehicle comprising the following steps: detecting induction measurement signals produced by touching actuation at at least three inductively operating actuators, wherein the at least three are inductive
  • operating actuators are arranged with respect to the contact surface at different positions and connected thereto and further adapted to be able to produce a haptic feedback on the contact surface, determining the contact position on the contact surface based on the ratios of the induction measurement signals to each other, outputting a
  • Touch position signal in which the specific touch position is coded.
  • the actuators Power consumption at the at least three actuators comes as long as no contact takes place. If a contact takes place, the actuators deliver the induction measurement signals themselves, without the need for a bias voltage as is the case with capacitive sensors. In addition, can be completely dispensed with an additional sensor for determining the touch position.
  • the inductively operating actuators which for outputting a haptic
  • a particularly advantageous embodiment therefore provides that the controller is designed to determine from the induction measurement signals of the at least three actuators aPolandruckkraft on the contact surface and to generate a Rescueandruckkraft corresponding Automatandruckkraftsignal and
  • the Automatanffykraft is the sum of all acting on the at least three actuators partial forces.
  • Theylonandruckkraft can therefore, for example, by a
  • the controller comprises at least one charge integrator device and the at least one charge integrator device is formed, in each case one through which at least three inductively operating actuators
  • Induction shifted electrical charge to integrate and derive the induction measurement signals from the integration results and supply the position detecting device.
  • the at least one charge integrator device can comprise, for example, operational amplifiers connected as integrators. These then integrate the electrical charges shifted to the actuators by induction and give the integration values
  • Determining the touch position can be used.
  • a preferred embodiment of the invention therefore provides that the controller comprises a comparator device and the comparator device is designed to generate a switch-on signal which is provided for activating further devices from a rest state and / or power-saving state or for triggering a function, wherein the turn-on signal is generated when one of the induction measurement signals has exceeded a predetermined threshold value for the induction measurement signals or the determined Automatan horrkraft has exceeded a predetermined total pressure force threshold or the determined contact position coincides with at least one predetermined position or lies in a predetermined area.
  • the operating device positioned.
  • the operating device undertakes, for example, a coarse determination of a contact position, while the capacitive sensor then enables a finer resolved determination of the contact position.
  • the capacitive sensor has a resting state and an active state. If the contact surface is not touched, then the capacitive sensor is in the idle state, determines no contact position and also absorbs no power.
  • Switch-on signal which puts the capacitive sensor in the active state, so that this then can make a finer determination of the touch position, for example. If the contact ends, the capacitive sensor is put back into the idle state after a certain time, for example by the controller determining a duration and sending an off signal to the capacitive sensor after the end of the duration after the end of the previous contact. In this way, the power consumption can be minimized by a finer-resolution capacitive sensor.
  • keys can only be actuated via the operating device according to the invention, whereas a virtual slider for fine resolution is actuated by a capacitive sensor.
  • the capacitive sensor is activated, for example, by the turn-on signal from an idle state, and then makes a finer determination of the touch position.
  • the switch-on signal is generated when it is determined on the basis of the induction measurement signals that the touch position lies in the region of the virtual slider.
  • the contact surface may be formed by means of different materials, which differ in terms of their rigidity.
  • the distribution of Intelandruckkraft on the contact surface may be different depending on the material used.
  • the partial forces acting on the inductively operating actuators will also differ with regard to the contact position, depending on the material selected.
  • the control comprises a calibration device and the calibration device is designed to use a calibration curve in the calculation of the contact position and / or the total pressure force, wherein the calibration curve is stored in a memory device.
  • corrections that have become necessary due to the material used for the contact surface are made when determining the contact position and / or a Bayan horriges.
  • the characteristics of the inductively operating actuators can be taken into account, that is, for example, the force-distance dependencies or the dependence of the generated induction measurement signal on the pressure force or the distance covered.
  • Such a calibration curve can be created, for example, by the manufacturer by determining the raw or induction measurement signals when using certain standard forces or standard operations at predetermined positions on the contact surface, from which calibration values are derived. In this way, the linearity of an actuator can be checked and, if necessary, corrected. For this example, the pressure force on the
  • pre-determined positions are gradually increased in equal steps and the
  • Induction measuring signals detected. From the detected values, a calibration curve can then be derived, which can be used to correct the detected induction measurement signals and thus, for example, existing non-linearities.
  • End customers can then be loaded the calibration values or the calibration curve for later retrieval in the storage device.
  • the calibration device is designed to detect calibration values for a calibration curve by a standard actuation at predefined positions of the contact surface and to store the acquired calibration values or the calibration curve in the memory device. This allows a later recalibration, for example, to take into account certain preferences of the operator.
  • a freely programmable display device is arranged behind the touch surface, on the context-dependent graphical representations of virtual
  • Control elements are displayed, which trigger areas are assigned.
  • Trigger Beriech includes at least one touch position.
  • the at least one virtual operating element is assigned at least one function which can be triggered by the operating device according to the invention.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of the operating device
  • Fig. 2 is a schematic representation of the front view of an embodiment of
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an actuator arrangement behind the contact surface of an embodiment of the operating device; 4 shows a schematic representation of a part of the operating device for explaining the structure of the actuators;
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the structure of an inductively operating actuator
  • FIG. 6 is a schematic time profile of an induction measurement signal during a
  • FIG. 7 is a schematic representation of induction measurement signals of four actuators at different positions of the contact surface for explaining a determination of a contact position: FIG.
  • Fig. 8 is a schematic diagram for explaining a processing of a
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a processing of a
  • FIG. 1 an embodiment of the operating device 1 is shown schematically.
  • Control device 1 is in the immediate vicinity of the driver of a motor vehicle 60, preferably in the center console of the motor vehicle 60, respectively.
  • the operating device 1 comprises a contact surface 2 and an actuator device 3, which comprises four actuators 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 positioned on the contact surface 2.
  • the operating device 1 comprises a controller 5, which includes a position determining device 6, optionally an
  • Comparator 7 and also optionally a calibration device 8 includes.
  • Calibration device 8 can access data stored in a memory device 9.
  • the controller 5 comprises a charge integrator device 10 and a
  • Interface 1 which is connected, for example, to the usual in motor vehicles Controller Area Network (CAN) -Bus 18.
  • CAN Controller Area Network
  • Actuation on the contact surface 2 triggers the individual actuators 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 of the
  • Actuator 3 in each case an induction measurement signal 12, which is detected by the controller 5.
  • an induction measurement signal 12 may be a raw measurement signal or, if the actuator device already comprises processing electronics, an induced current, an induced voltage or another signal.
  • the induction measurement signals 12 are then evaluated in the controller 5 by a position detection device 6. In this
  • Induction measuring signals 12 with each other and performs a center of gravity determination. If the four actuators 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 are arranged symmetrically on the contact surface 12, as indicated in FIG. 1, then the four induction measurement signals 12 should be equal when touching the center point 13 of the contact surface 2, since the total pressure force is uniform distributed to all actuators 4.1, 4.2, 4.3, 4.4. On the other hand, if the touch position is at a different location on the contact surface 2, then the signal strengths of the individual are shifted
  • a coordinate system 45 is defined which, for example, defines a y-direction 53 in a direction to the right of the center 13 and a y-direction 53 in an upward direction from the center 13, wherein the center 13 also simultaneously forms the origin 54 of the coordinate system 45 ,
  • the sum of the induction measurement signals 12 of the two right-hand actuators 4.2, 4.4 is subtracted from the sum of the induction measurement signals 12 of the two left-hand actuators 4.1, 4.3 and then subtracted by the sum of the induction measurement signals 12 of all actuators 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 divided.
  • a center of gravity is obtained in the x direction 52, which corresponds to an estimate of the contact position in the x direction 52.
  • Actuators 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 shared.
  • the result is the center of gravity in y-direction 53, which represents an estimate for the contact position in y-direction 53.
  • the contact position determined by the position determining device 6 in this way is then referred to as Touch position signal 14 outputted and can be used by the controller 5, for example, to trigger a function or to effect a change of state.
  • the touch position signal 14 can also be output at the interface 1 1.
  • the controller may optionally output a haptic feedback to the actuators 4.1, 4.2, 4.3, 4.4.
  • it comprises a haptic control device 57 which, for example, evaluates the induction measurement signals 12. If one of the induction measurement signals exceeds a predetermined threshold value or a sum of the induction measurement signals
  • the control 5 shown in FIG. 1 optionally additionally comprises a calibration device 8, which uses values of a calibration curve 70 stored in a memory device 9 to transform the induction measurement signals 12 using the values of the calibration curve 70 and to transform the position determination device 6
  • Calibration curve 70 may be provided to the calibration device 8, for example via the interface 1 1, wherein the calibration device 8 then deposits the provided calibration curve 70 in the memory device 9.
  • the calibration device 8 is designed to detect in a calibration method inductive measurement signals 12 for predetermined positions on the contact surface 2 for normalized pressure forces, to determine a calibration curve 70 therefrom and then to use the determined calibration curve 70 for transformation.
  • the linearity of the actuators 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 can be checked and, if necessary, corrected by a calibration curve.
  • at predetermined positions on the contact surface 2 for example directly at the positions where the actuators 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 are connected to the contact surface 2, normal forces are applied to the contact surface and incrementally increased in equal increments. After each increase, the induction measurement signal 12 is detected at the corresponding actuator 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 and from this calibration values of a
  • Calibration curve 70 determines, for example, by a possible linear force induction measurement signal relationship is sought. However, a calibration method can also be carried out in other ways.
  • the controller 5 comprises a
  • the individual induction measurement signals 12 or later the sum value are multiplied by a pressure force induction measurement signal ratio beforehand, so that a pressure force can be derived from the induction measurement signals 12.
  • the sum value is then provided as Monandruckkraftsignal 56.
  • the controller 5 comprises a comparator device 7, which is configured upon reaching a predetermined value for at least one of the induction measurement signals 12 or a predetermined value of the total pressure force signal 56 or when the contact position coincides with a predefined position on the contact surface 2
  • Turning signal 16 to generate which is output, for example, at the interface 1 1 and there can be tapped to trigger a function or to trigger a change of state. For example, so further functions can be triggered in the motor vehicle 60.
  • the turn-on signal 16 may serve to activate another device from a sleep state. This may for example be an optional capacitive sensor 17, which is positioned in front of the contact surface 2 and through the
  • On signal 16 is activated, to then determine a finely resolved contact position.
  • Such an embodiment is advantageous, for example, if there are triggering regions of a plurality of virtual operating elements on the contact surface 2, which are designed as simple keys.
  • a virtual control element which is designed as a slider. An actuation of the keys can then via a simple match of the determined by the operating device 1 touch position with the
  • Tripping areas are realized, while for operating the slider a finer resolution of the contact position is necessary. If an actuation in the trigger region of the slide controller is detected, the comparator device 7 generates a switch-on signal 16 for the capacitive sensor 17, which then determines a finely resolved contact position for actuating the slide controller.
  • the induction measurement signal 12 can be detected by a charge integrator device 10.
  • the induced by the touching operation of the contact surface 2 induction on the actuators 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 causes an induction current, which a
  • Charge shift represents.
  • This charge shift can, for example, with as Integrator operated operational amplifiers, integrated and a
  • Induction measuring signals 12 are provided.
  • controller 5 can also by means of a software or as a
  • the functionalities of the controller 5 can be implemented in the interaction of a software with a microcontroller.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a front view of an embodiment of
  • the operating device 1 comprises a touch screen 20 with a Berzierfikiee 24, behind which a freely programmable display device 21 is arranged.
  • the operating device 1 comprises a plurality of physical operating elements 22 and two swivel thrusters 23.
  • such an operating device 1 is installed in the center console of a motor vehicle and comprises a correspondingly adapted to the vehicle interior front panel 25th
  • FIG. 3 shows a schematic perspective front view of a part of the operating device 1, wherein the contact surface and the freely programmable display device are not shown for better illustration. You can see a positioned behind the front panel
  • a touch surface would be attached to the four actuators 4 so that an operator by means of an actuating element 29 by touching operation 30 the
  • Raw measurement signals are generated, which are then provided as induction measurement signals.
  • the actuators 4 are further configured to give a haptic feedback 75 over the contact surface, which can be sensed by the actuating element 29.
  • Fig. 4 shows a schematic structure of the actuators and their attachment in the
  • the actuators each comprise a coil 34 and a
  • Pot magnets 32 are here attached to the corners of a rectangular printed circuit board (PCB) 31, on which the controller 5 is located.
  • the pot magnets 32 are attached to the corners of a stiffener 33. This view is below the
  • Stiffening 33 a freely programmable display device 21 and below (with respect to an actuating direction before) the contact surface 2, and optionally a capacitive sensor for Detecting a finer touch position on the contact surface 2.
  • the circuit board 31 is connected to the stiffener 33 so that the coils 34 hang almost freely in the pot magnet 32.
  • the printed circuit board 31 and the stiffener 33 are fastened to one another via a leaf spring (not shown) such that the printed circuit board 31 and the stiffener 33 can move freely relative to one another and be returned to a rest position after being deflected by the leaf spring.
  • Fig. 5 shows schematically the structure of an actuator 4 and its attachment within the operating device.
  • the actuator 4 comprises a coil 34 and a pot magnet 32.
  • the coil 34 is connected to a printed circuit board 31, on which the controller 5 is located.
  • the printed circuit board 31 is on the other, opposite side, with a fixed
  • the pot magnet 32 is connected via a stiffener 33 with the
  • the coil 34 is freely movably mounted in the pot magnet 32, so that the fixed support frame 28 relative to the stiffener 33 and the contact surface 2 is freely movable within a certain distance, wherein a leaf spring 37 ensures that after a deflection caused by actuation in the deflection direction 36 the
  • the induction measurement signal may be, for example, a raw measurement signal, a
  • the actuator 4 is also used for emitting a haptic feedback, for example, an alternating current is applied to the coil 34 of the actuator 4, so that the pot magnet 32 is deflected relative to the coil 34 periodically.
  • a pulse-like, preferably unique, deflection is preferred.
  • Fig. 6 are schematically acting on the contact surface pressure force 39 and a
  • the induction measurement signal 38 may be, for example, a raw measurement signal, an induction voltage, an induction current, a charge amount, or another signal.
  • the induction measurement signal 38 is an induction voltage.
  • the induction measurement signal 38 In a rest position 40, the induction measurement signal 38 is equal to zero. If the contact surface is now deflected out of its rest position 40 by actuation, the induction measurement signal 38 on the coil becomes non-zero due to induction.
  • the induction measurement signal 38 is detected by the controller.
  • the signal strength of the induction measuring signal 38 is dependent on the speed with which the coil is moved relative to the pot magnet, so that at maximum
  • FIG. 7 shows schematically a determination of a contact position on a contact surface 2, at the corners of which four actuators 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 are arranged and are operatively connected thereto. If a pressing force is generated at a contact position 44 by actuation, then the
  • a coordinate system 45 which has its origin 54 in a center 13 of the contact surface 2.
  • An x direction 52 points to the right from the origin 54, a y direction 53 points upward from the origin 54.
  • the position determination is now carried out as follows: For each actuator 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, the raw measurement signals 81.1, 81.2, 81.3, 81.4 are detected by the controller and the individual
  • Actuators 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 assigned.
  • the detected and integrated raw measurement signals 81.1, 81.2, 81.3, 81.4 produce the induction measurement signals 38.1, 38.2, 38.3, 38.4 and are then designated Si, s 2 , s 3 and s 4 .
  • the induction measurement signals 38 (Si, s 2 , s 3 and s 4 ) obtained by integration the sum is formed in the position detecting means
  • the position determination device determines the x-coordinate on the contact surface 2 by a difference between the sum of the two induction measurement signals s 2 , s 4 of the right actuators 4.2, 4.4 and the sum of the two induction measurement signals Si, s 3 of the left actuators 4.1, 4.3 is formed and divided by the total signal s geS amt:
  • the x-coordinate and the y-coordinate can each be in a value range of
  • a touch position signal is then generated and provided.
  • a touch such as at the touch position 44, although this is close to the right edge 82 of the contact surface 2, still, albeit weak, inductive raw signals 81 .1, 81 .3 at the left edge 83rd located actuators 4.1 and 4.3 occur.
  • Range of values [-1, 1] on the corresponding axis where -1 is linked to the left edge 83 and +1 to the right edge.
  • a lower edge 84 is associated with -1 and an upper edge 85 with +1. 0 is associated with the center 13 of the contact surface 2 respectively.
  • the contact position can also be determined in other ways.
  • calibration values of a calibration curve can be taken into account by additional use of a calibration device in the calculation.
  • Fig. 8 shows schematically a processing of an induction measuring signal 38, as they
  • An induction measurement signal 38 for example an induction measurement voltage, generated at an actuator is first amplified by an amplifier 46 and then fed to an analog-to-digital (A / D) converter 47 which digitizes the induction measurement voltage at a sampling rate and resolution such that per time interval each one digital sample is available.
  • a / D analog-to-digital
  • Samples are then summed up by a numerically executed accumulator 48 for a given time interval and output as a single sum value. If the relationship between the pressure force on the actuator and the generated induction measurement voltage is known, then a pressure force can be determined from the sum value. If the time intervals are selected short enough, a progression of the pressure force on an actuator can be tracked and evaluated over time.
  • an overall pressure force 71 can be determined on the contact surface and can be provided as a total pressure force signal 72.
  • Touch position of the sum values of the individual actuators are determined by being compared with each other, for example, in a Relator 50 according to the already described for the Fig. 7 method, and be provided as Berhakpositionssignal 14.
  • the individual induction measurement signals 38 for example the individual induction measurement voltages, are first summed in a summer 49 and then the voltage sum in one
  • Amplifier 46 amplified.
  • the amplified voltage sum is then digitized in an A / D converter 47 and then integrated in a rechargeable battery 48 for a specific time interval. From this, the total pressure force 71 is calculated for the specific time interval and provided as a corresponding total pressure force signal 72.
  • the summer 49 and the amplifier 46 can be embodied together, for example, in an operational amplifier 51 connected as an adder or summing amplifier.
  • 10 shows a schematic flowchart of the method.
  • induction measurement signals caused by touching actuation of the contact surface are detected by at least three inductively operating actuators by a controller 101.
  • Control subsequently determines 102 in a position determining device
  • the particular touch position is encoded by the controller in a touch position signal and output for reuse 103 and provided, for example, at an external interface.
  • a touch position signal encoded by the controller in a touch position signal and output for reuse 103 and provided, for example, at an external interface.
  • the induction measurement signals may be compared to a particular value 105, and upon reaching the determined value, a power up signal may be generated and provided, for example, to activate components or other devices from a sleep state.
  • the total pushing force or the touch position may be compared with certain values or ranges 106, 107 and used as a criterion for generating and providing the turn-on signal 108.
  • a function can also be triggered 109.

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Abstract

Bedienvorrichtung (1), insbesondere in einem Kraftfahrzeug (60), umfassend: eine Berührfläche (2, 24), mindestens eine direkt oder indirekt mit der Berührfläche (2, 24) gekoppelte Aktoreinrichtung (3) zum Erzeugen einer haptischen Rückkopplung an der Berührfläche (2, 44); und eine Steuerung (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinrichtung (3) mindestens drei bezüglich der Berührfläche (2, 24) an unterschiedlichen Positionen angeordnete induktiv arbeitende Aktoren (4) umfasst und die Steuerung (5) eine Positionsermittlungseinrichtung (6) umfasst, welche ausgebildet ist, eine Berührposition (44) auf der Berührfläche (2, 24) aus Induktionsmesssignalen (12, 38) zu bestimmen, welche durch berührende Betätigung (30) der Berührfläche (2, 24) an den mindestens drei Aktoren (4) erzeugt werden. Ferner betrifft die Erfindung das zugehörige Verfahren.

Description

Beschreibung
Bedienvorrichtung in einem Kraftfahrzeug zum Bestimmen einer Berührposition auf einer
Berührfläche
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen einer Berührposition eines Betätigungselements auf einer Berührfläche, insbesondere auf einer Berührfläche in einem Kraftfahrzeug.
In modernen Kraftfahrzeugen erfolgt die Bedienung von Fahrzeugsystemen, Hilfssystemen und Multimediasystemen zunehmend über interaktiv zu bedienende Multifunktions-Anzeige- Bedienvorrichtungen. Hier werden virtuellen Bedienelementen, also mit Hilfe einer
berührungsempfindlichen Positionsermittlungseinrichtung und nicht eigenständig körperlich ausgebildeten Bedienelementen, je nach Bedienkontext wechselnde und unterschiedliche Funktionen zugeordnet. Die zugeordnete Funktion wird dann über ein Berühren einer
Berührfläche der Multifunktions-Anzeige-Bedienvorrichtungen ausgelöst, wenn eine
Berührposition eines Betätigungselements innerhalb eines Auslösebereichs des virtuellen Bedienelements liegt. Die Berührposition wird üblicherweise mittels eines kapazitiven Sensors bestimmt, wobei der kapazitive Sensor vor der Berührfläche angeordnet ist und über ein Raster aus Sensorfeldern verfügt, über das die Berührposition eines Betätigungselements,
beispielsweise eines Fingers, bestimmt werden kann.
Bei einer Weiterbildung erhält ein Bediener nach Auslösen einer Funktion eine haptische Rückkopplung über einen mit der Berührfläche direkt oder indirekt verbundenen Aktor.
Aus DE 10 2008 046 102 A1 ist ein Bedienelement zum Erfassen einer Betätigung durch ein Betätigungselement mittels eines Sensorelements bekannt. Nach Auslösen einer Funktion durch die Betätigung dient ein mit dem Sensorelement wirkverbundener Aktor in Form einer Schwingspule zum Aussenden einer mechanischen Rückmeldung, wobei die mechanische Rückmeldung haptisch über das Betätigungselement wahrnehmbar ist. Die Schwingspule soll darüber hinaus auch zum Detektieren einer durch die Betätigung auf das Sensorelement hervorgerufenen Andruckkraft oder eines vom Sensorelement aus einer Ruheposition zurückgelegten Weges dienen. Eine Ausführungsform sieht mehrere nebeneinander angeordnete Bedienelemente vor, um beispielsweise eine Tastatur zu bilden. Dabei umfasst jedes Bedienelement ein eigenes Sensorelement und eine eigene Schwingsspule.
Ein Nachteil der vorgenannten Vorrichtungen und Verfahren ist, dass die Positionsbestimmung immer mittels eines kapazitiven Sensors erfolgt. Da zum Detektieren einer Berührung und einem anschließenden Bestimmen einer Berührposition eine fortdauernde zyklische Abfrage des kapazitiven Sensors erfolgen muss, ist der Betrieb eines solchen kapazitiven Sensors mit einer hohen Leistungsaufnahme verbunden.
Es ist somit wünschenswert, eine Vorrichtung zur Verfügung zu haben, bei der das Detektieren einer Berührung und das Bestimmen der Berührposition mit einer geringeren
Leistungsaufnahme verbunden sind.
Der Erfindung liegt somit das Problem zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, bei der die Leistungsaufnahme während des Detektierens einer Berührung auf der Berührfläche und der Positionsbestimmung verringert ist.
Die technische Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, an mindestens drei mit der Berührfläche verbundenen induktiv arbeitenden Aktoren, welche zum Aussenden einer haptischen
Rückkopplung an die Berührfläche dienen, durch eine berührende Betätigung der Berührfläche mit einem Betätigungselement erzeugte Induktionsmesssignaie zum Detektieren der Berührung und zum Bestimmen einer Berührposition zu verwenden. Die mindestens drei Aktoren werden dazu an unterschiedlichen Positionen der Berührfläche angeordnet. Da sich die auf die Berührfläche durch das Betätigungselement ausgeübte Gesamtkraft in Abhängigkeit der Berührposition unterschiedlich auf die mindestens drei Aktoren verteilt, kann über ein Vergleich der Induktionsmesssignaie auf die Berührposition zurückgeschlossen werden. Zum Betrieb der mindestens drei Aktoren als Sensoren ist keinerlei Leistung notwendig, so dass keine oder nur eine sehr geringe Leistungsaufnahme stattfindet, wenn keine Berührung vorliegt.
Definitionen
Ein Betätigungselement ist ein physisches Objekt mit dem eine physische Interaktion mit einer Berührfläche stattfindet. Vorzugsweise weist es an der mit der Berührfläche in Kontakt tretenden Seite kleine Abmessungen auf. Ein solches Betätigungselement kann beispielsweise die Fingerkuppe eines Bedieners sein. Ein Betätigungselement kann aber auch ein anderes Objekt sein, beispielsweise ein Stift.
Eine Berührposition auf einer Berührfläche ist die Position, an dem ein Betätigungselement in physischen Kontakt mit der Berührfläche tritt.
Ein Aktor ist ein induktiv arbeitendes Element zum Ausgeben einer mechanischen
Rückkopplung, welche über ein Betätigungselement als haptische Rückkopplung erfahrbar ist.
Ein Induktionsmesssignal ist ein mittels eines induktiv arbeitenden Aktors erzeugtes Signal, wobei ein Bewegen des beweglichen Teils des Aktors ursächlich für das Erzeugen des Signals ist. Ein Induktionsmesssignal kann beispielsweise ein Rohmesssignal, ein integriertes oder auf andere Weise bearbeitetes Rohmesssignal, eine Induktionsspannung, ein Induktionsstrom oder ein durch Änderung der Induktion bzw. der Permeabilität der Spule hervorgerufenes Signal sein. Ein induktiv arbeitender Aktor kann bereits eine verarbeitende Elektronik umfassen, welche ein Rohmesssignal in ein Induktionsmesssignal umwandelt und bereitstellt.
Bevorzugte Ausführungsformen
Insbesondere wird somit eine Bedienvorrichtung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, geschaffen, umfassend: eine Berührfläche, mindestens eine direkt oder indirekt mit der
Berührfläche gekoppelte Aktoreinrichtung zum Erzeugen einer hapti sehen Rückkopplung an der Berührfläche; und eine Steuerung, wobei die Aktoreinrichtung mindestens drei bezüglich der Berührfläche an unterschiedlichen Positionen angeordnete induktiv arbeitende Aktoren umfasst und die Steuerung eine Positionsermittlungseinrichtung umfasst, welche ausgebildet ist, eine Berührposition auf der Berührfläche aus Induktionsmesssignalen zu bestimmen, welche durch berührende Betätigung der Berührfläche an den mindestens drei Aktoren erzeugt werden. Ferner wird vorteilhafterweise ein Verfahren zum Bestimmen einer Berührposition auf einer Berührfläche, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, geschaffen, welches folgende Schritte umfasst: Erfassen von durch berührende Betätigung hervorgerufenen Induktionsmesssignalen an mindestens drei induktiv arbeitenden Aktoren, wobei die mindestens drei induktiv
arbeitenden Aktoren bezüglich der Berührfläche an unterschiedlichen Positionen angeordnet und mit dieser verbunden sind und ferner ausgebildet sind, eine haptische Rückkopplung an der Berührfläche erzeugen zu können, Bestimmen der Berührposition auf der Berührfläche auf Grundlage der Verhältnisse der Induktionsmesssignale zueinander, Ausgeben eines
Berührpositionssignals, in welchem die bestimmte Berührposition codiert ist.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass es zu keinerlei oder nur einer sehr geringen
Leistungsaufnahme an den mindestens drei Aktoren kommt, solange keine Berührung stattfindet. Findet eine Berührung statt, so liefern die Aktoren die Induktionsmesssignale selbst, ohne dass eine Vorspannung wie bei kapazitiv arbeitenden Sensoren notwendig ist. Darüber hinaus kann auf einen zusätzlichen Sensor zum Ermitteln der Berührposition komplett verzichtet werden. Die induktiv arbeitenden Aktoren, welche zum Ausgeben einer haptischen
Rückkopplung geeignet sind, reichen dafür aus. Somit können Komponenten eingespart werden, wodurch sich die Kosten und der Aufwand für die Herstellung der Bedienvorrichtung reduzieren.
Für Anwendungen, bei denen eine Funktionsauslösung oder eine Zustandsänderung durch ein Überschreiten einer bestimmten Andruckkraft erfolgen soll, ist das Ermitteln einer
Gesamtandruckkraft wünschenswert. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht deshalb vor, dass die Steuerung ausgebildet ist, aus den Induktionsmesssignalen der mindestens drei Aktoren eine Gesamtandruckkraft auf die Berührfläche zu ermitteln und ein der Gesamtandruckkraft entsprechendes Gesamtandruckkraftsignal zu erzeugen und
bereitzustellen. Die Gesamtandruckkraft ist die Summe aller auf die mindestens drei Aktoren wirkenden Teilkräfte. Die Gesamtandruckkraft kann deshalb beispielsweise durch ein
Aufsummieren aller Teilkräfte geschehen, beispielsweise indem die Induktionsmesssignale durch eine Gesamtandruckkraftermittlungseinrichtung entsprechend aufsummiert werden.
Bei einer Bewegung der Aktoren durch eine berührende Betätigung der Berührfläche werden durch Induktion Ströme induziert, welche allerdings sehr klein sein können. Die Höhe der Induktionsströme ist dabei unter anderem abhängig von der Wegänderung pro Zeiteinheit. Um eine hohe Auflösung bei der Detektion einer Berührung, beim Ermitteln der Berührposition und beim Ermitteln der Gesamtandruckkraft zu erreichen, ist es notwendig, auch sehr kleine Ströme bzw. die Verschiebung von sehr wenigen elektrischen Ladungen detektieren zu können. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht deshalb vor, dass die Steuerung mindestens eine Ladungsintegratoreinrichtung umfasst und die mindestens eine Ladungsintegratoreinrichtung ausgebildet ist, jeweils eine an den mindestens drei induktiv arbeitenden Aktoren durch
Induktion verschobene elektrische Ladung zu integrieren und aus den Integrationsergebnissen die Induktionsmesssignale abzuleiten und der Positionsermittlungseinrichtung zuzuführen.
Die mindestens eine Ladungsintegratoreinrichtung kann beispielsweise als Integrierer verschaltete Operationsverstärker umfassen. Diese integrieren dann die an den Aktoren durch Induktion verschobenen elektrischen Ladungen und geben den Integrationswerten
proportionale Spannungen, Ströme oder sonstige proportionale Signale aus, welche
anschließend von der Positionsermittlungseinrichtung als Induktionsmesssignale zum
Bestimmen der Berührposition verwendet werden.
Je nach Bedienkontext, kann es wünschenswert sein, dass in Abhängigkeit der Berührposition oder der Gesamtandruckkraft eine Funktion ausgelöst oder eine Zustandsänderung
hervorgerufen wird. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht deshalb vor, dass die Steuerung eine Vergleichereinrichtung umfasst und die Vergleichereinrichtung ausgebildet ist, ein Einschaltsignal zu erzeugen, welches für ein Aktivieren weiterer Vorrichtungen aus einem Ruhezustand und/oder Stromsparzustand oder zum Auslösen einer Funktion vorgesehen ist, wobei das Einschaltsignal erzeugt wird, wenn eines der Induktionsmesssignale einen vorfestgelegten Schwellenwert für die Induktionsmesssignale überschritten hat oder die ermittelte Gesamtandruckkraft einen vorfestgelegten Gesamtandruckkraftschwellenwert überschritten hat oder die ermittelte Berührposition mit mindestens einer vorfestgelegten Position übereinstimmt oder in einem vorfestgelegten Gebiet liegt.
Beispielsweise kann auf diese Weise eine Kombination aus einem bezüglich einer
Berührposition fein auflösenden kapazitiven Sensor und der Bedienvorrichtung realisiert werden. Dafür wird der kapazitive Sensor vor die Berührfläche der erfindungsgemäßen
Bedienvorrichtung positioniert. Die erfindungsgemäße Bedienvorrichtung übernimmt dann beispielsweise ein grobes Ermitteln einer Berührposition, während der kapazitive Sensor anschließend ein feiner aufgelöstes Ermitteln der Berührposition ermöglicht. Um die
Leistungsaufnahme durch den kapazitiven Sensor zu minimieren, weist der kapazitive Sensor einen Ruhezustand und einen Aktivzustand auf. Wird die Berührfläche nicht berührt, so befindet sich der kapazitive Sensor in dem Ruhezustand, ermittelt keine Berührposition und nimmt auch keine Leistung auf. Ein
Überschreiten einer bestimmten Andruckkraft oder eine Berührung an einer bestimmten Berührposition wird durch die Vergleichereinrichtung erkannt. Diese erzeugt dann ein
Einschaltsignal, welches den kapazitiven Sensor in den Aktivzustand versetzt, so dass dieser dann beispielsweise eine feinere Bestimmung der Berührposition vornehmen kann. Endet die Berührung, so wird der kapazitive Sensor nach einer gewissen Zeit wieder in den Ruhezustand versetzt, beispielsweise indem die Steuerung eine Dauer bestimmt und nach Ablauf der Dauer nach dem Ende der vorherigen Berührung ein Ausschaltsignal an den kapazitiven Sensor schickt. Auf diese Weise kann die Leistungsaufnahme durch einen feiner auflösenden kapazitiven Sensor minimiert werden.
Auf diese Weise lassen sich unterschiedliche virtuelle Bedienelemente realisieren. So können beispielsweise Tasten lediglich über die erfindungsgemäße Bedienvorrichtung betätigt werden, wohingegen ein virtueller Schieberegler zur Feinauflösung durch einen kapazitiven Sensor betätigt wird. Der kapazitive Sensor wird beispielsweise durch das Einschaltsignal aus einem Ruhezustand aktiviert und nimmt dann ein feineres Bestimmen der Berührposition vor. Das Einschaltsignal wird erzeugt, wenn anhand der Induktionsmesssignale ermittelt ist, dass die Berührposition im Bereich des virtuellen Schiebereglers liegt.
Die Berührfiäche kann mit Hilfe unterschiedlicher Materialien ausgebildet sein, welche sich hinsichtlich ihrer Steifigkeit unterscheiden. Die Verteilung der Gesamtandruckkraft auf die Berührfläche kann dabei je nach verwendetem Material unterschiedlich sein. Die an den induktiv arbeitenden Aktoren wirkenden Teilkräfte werden sich unter Umständen auch in Bezug auf die Berührposition je nach gewählten Material unterscheiden. Idealerweise wird deshalb einer Ausführungsform realisiert, bei der die Steuerung eine Kalibriereinrichtung umfasst und die Kalibriereinrichtung ausgebildet ist, bei der Berechnung der Berührposition und/oder der Gesamtandruckkraft eine Kalibrierkurve zu verwenden, wobei die Kalibrierkurve in einer Speichereinrichtung abgelegt ist. Durch die Verwendung einer Kalibrierkurve können
Korrekturen, welche durch das für die Berührfläche verwendete Material notwendig geworden sind, beim Ermitteln der Berührposition und/oder einer Gesamtandruckkraft vorgenommen werden. Ebenfalls können bei der Korrektur durch die Kalibrierkurve die Kennlinien der induktiv arbeitenden Aktoren berücksichtigt werden, also beispielsweise die Kraft-Weg- Abhängigkeiten oder die Abhängigkeit des erzeugten Induktionsmesssignals von der Andruckkraft oder dem zurückgelegten Weg. Eine solche Kalibrierkurve kann beispielsweise beim Hersteller durch Ermitteln der Roh- oder Induktionsmesssignale bei Verwendung bestimmter Normkräfte oder Normbetätigungen an vorfestgelegten Positionen auf der Berührfläche erstellt werden, woraus dann Kalibrierwerte abgeleitet werden. Auf diese Weise kann die Linearität eines Aktors nachgeprüft werden und, wenn nötig, korrigiert werden. Dazu werden beispielsweise die Andruckkraft an den
vorfestgelegten Positionen schrittweise in gleich großen Schritten gesteigert und die
Induktionsmesssignale erfasst. Aus den erfassten Werten lässt sich dann eine Kalibrierkurve ableiten, welche zur Korrektur der erfassten Induktionsmesssignale und somit beispielsweise bestehender Nichtlinearitäten verwendet werden kann. Vor einer Auslieferung an einen
Endkunden können die Kalibrierwerte bzw. die Kalibrierkurve dann für einen späteren Abruf in die Speichereinrichtung geladen werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kalibriereinrichtung ausgebildet ist, Kalibrierwerte für eine Kalibrierkurve durch eine Normbetätigung an vorfestgelegten Positionen der Berührfläche zu erfassen und die erfassten Kalibrierwerte bzw. die Kalibrierkurve in der Speichereinrichtung abzulegen. Dadurch wird ein späteres Nachkalibrieren ermöglicht, beispielsweise um bestimmte Vorlieben des Bedieners zu berücksichtigen.
In einer Weiterbildung ist hinter der Berührfläche eine frei programmierbare Anzeigeeinrichtung angeordnet, auf der kontextabhängig graphische Repräsentationen von virtuellen
Bedienelementen dargestellt werden, denen Auslösebereiche zugeordnet werden. Ein
Auslöseberiech umfasst dabei mindestens eine Berührposition. Vorzugsweise wird dem mindestens einen virtuellen Bedienelement mindestens eine Funktion zugeordnet, welche durch die erfindungsgemäße Bedienvorrichtung ausgelöst werden kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Bedienvorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Frontansicht einer Ausführungsform der
Bedienvorrichtung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Aktoranordnung hinter der Berührfläche einer Ausführungsform der Bedienvorrichtung; Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Teils der Bedienvorrichtung zur Erläuterung des Aufbaus der Aktoren;
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines induktiv arbeitenden Aktors;
Fig. 6 ein schematischer zeitlicher Verlauf eines Induktionsmesssignal während einer
Betätigung:
Fig. 7 eine schematische Darstellung von Induktionsmesssignalen von vier Aktoren an unterschiedlichen Positionen der Berührfläche zur Erläuterung eines Bestimmens einer Berührposition:
Fig. 8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Verarbeitung eines
Induktionsmesssignals;
Fig. 9 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Verarbeitung eines
Induktionsmesssignals:
Fig. 10 ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens.
In Fig. 1 ist schematisch eine Ausführungsform der Bedienvorrichtung 1 gezeigt. Die
Bedienvorrichtung 1 ist dabei in unmittelbarer Nähe zum Fahrer eines Kraftfahrzeugs 60, vorzugsweise in der Mittelkonsole des Kraftfahrzeugs 60, angeordnet. Die Bedienvorrichtung 1 umfasst eine Berührfläche 2 und eine Aktoreinrichtung 3, welche vier an der Berührfläche 2 positionierte Aktoren 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 umfasst. Ferner umfasst die Bedienvorrichtung 1 eine Steuerung 5, welche eine Positionsermittlungseinrichtung 6, optional eine
Gesamtandruckkraftermittlungseinerichtung 55, eine Haptiksteuereinrichtung 57, eine
Vergleichereinrichtung 7 und ebenfalls optional eine Kalibriereinrichtung 8 umfasst. Die
Kalibriereinrichtung 8 kann auf Daten zugreifen, welche in einer Speichereinrichtung 9 abgelegt sind. Optional umfasst die Steuerung 5 eine Ladungsintegratoreinrichtung 10 und eine
Schnittstelle 1 1 , welche beispielsweise an den in Kraftfahrzeugen üblichen Controller Area Network(CAN)-Bus 18 angeschlossen ist. Das Bestimmen einer Berührposition wird nun wie folgt durchgeführt: Eine berührende
Betätigung auf der Berührfläche 2 löst an den einzelnen Aktoren 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 der
Aktoreinrichtung 3 jeweils ein Induktionsmesssignal 12 aus, welches von der Steuerung 5 erfasst wird. Ein solches Induktionsmesssignal 12 kann ein Rohmesssignal oder, wenn die Aktoreinrichtung bereits eine verarbeitende Elektronik umfasst, ein induzierter Strom, eine induzierte Spannung oder ein anderes Signal sein. Die Induktionsmesssignale 12 werden dann in der Steuerung 5 durch eine Positionsermittlungseinrichtung 6 ausgewertet. In diesem
Beispiel liegen vier Induktionsmesssignale 12 vor, jeweils eins für jeden der
Aktoren 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4. Die Positionsermittlungseinrichtung 6 vergleicht nun die
Induktionsmesssignale 12 miteinander und führt eine Schwerpunktsbestimmung durch. Sind die vier Aktoren 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 beispielsweise symmetrisch an der Berührfläche 12, wie in Fig. 1 angedeutet, angeordnet, so sollten bei einer Berührung des Mittelpunkts 13 der Berührfläche 2 die vier Induktionsmesssignale 12 gleich sein, da sich die Gesamtandruckkraft gleichmäßig auf alle Aktoren 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 verteilt. Liegt die Berührposition hingegen an einer anderen Stelle auf der Berührfläche 2, so verschieben sich die Signalstärken der einzelnen
Induktionsmesssignale 12 entsprechend, da sich die Gesamtandruckkraft dann nicht mehr gleichmäßig auf die Aktoren 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 verteilt, sondern unterschiedliche Teilkräfte auf die einzelnen Aktoren 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 wirken und sich auch unterschiedliche
Induktionsmesssignale 12 ausbilden. Der Schwerpunkt und damit die Berührposition lassen sich dann beispielsweise aus den Differenzen der einzelnen Induktionsmesssignale 12 bilden. Dazu wird ein Koordinatensystem 45 definiert, welches beispielsweise in eine Richtung rechts vom Mittelpunkt 13 eine x-Richtung 52 und in eine Richtung nach oben vom Mittelpunkt 13 eine y-Richtung 53 definiert, wobei der Mittelpunkt 13 auch gleichzeitig den Ursprung 54 des Koordinatensystems 45 bildet.
Um den Schwerpunkt zu bestimmen, wird die Summe der Induktionsmesssignale 12 der beiden rechten Aktoren 4.2, 4.4 von der Summe der Induktionsmesssignale 12 der beiden linken Aktoren 4.1 , 4.3 abgezogen und anschließend durch die Summe der Induktionsmesssignale 12 aller Aktoren 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 geteilt. Man erhält als Ergebnis einen Schwerpunkt in x- Richtung 52, welcher einer Schätzung der Berührposition in x-Richtung 52 entspricht.
Entsprechend wird die Summe der Induktionsmesssignale 12 der beiden oberen
Aktoren 4.1 , 4.2 von der Summe der Induktionsmesssignale 12 der beiden unteren
Aktoren 4.3, 4.4 abgezogen und durch die Summe der Induktionsmesssignale 12 aller
Aktoren 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 geteilt. Man erhält dann als Ergebnis den Schwerpunkt in y- Richtung 53, welcher eine Schätzung für die Berührposition in y-Richtung 53 darstellt. Die von der Positionsermittlungseinrichtung 6 auf diese Weise ermittelte Berührposition wird dann als Berührpositionssignal 14 ausgegeben und kann von der Steuerung 5 weiterverwendet werden, beispielsweise zum Auslösen einer Funktion oder um eine Zustandsänderung zu bewirken. Darüber hinaus kann das Berührpositionssignal 14 auch an der Schnittstelle 1 1 ausgegeben werden.
Die Steuerung kann optional eine haptische Rückkopplung an den Aktoren 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 ausgeben. Dazu umfasst sie eine Haptiksteuereinrichtung 57, welche beispielsweise die Induktionsmesssignale 12 auswertet. Überschreitet eines der Induktionsmesssignale einen vorbestimmten Schellenwert oder eine Summe der Induktionsmesssignale einen
Summenschwellenwertwird ein Rückkopplungssignal 58 an die Aktoren 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 ausgeben, welche dann eine haptische Rückkopplung an der Berührfläche 2 erzeugen.
Die in Fig. 1 gezeigte Steuerung 5 umfasst optional zusätzlich eine Kalibriereinrichtung 8, welche in einer Speichereinrichtung 9 abgelegte Werte einer Kalibrierkurve 70 dazu verwendet, mit Hilfe der Werte der Kalibrierkurve 70 eine Transformation der Induktionsmesssignale 12 durchzuführen und der Positionsermittlungseinrichtung 6 die transformierten
Induktionsmesssignale 15 zum Bestimmen der Berührposition bereitzustellen. Die
Kalibrierkurve 70 kann der Kalibriereinrichtung 8 beispielsweise über die Schnittstelle 1 1 bereitgestellt werden, wobei die Kalibriereinrichtung 8 die bereitgestellte Kalibrierkurve 70 dann in der Speichereinrichtung 9 ablegt.
In einer Ausführungsform ist die Kalibriereinrichtung 8 ausgebildet, in einem Kalibrierverfahren Induktionsmesssignale 12 für vorfestgelegte Positionen auf der Berührfläche 2 für normierte Andruckkräfte zu erfassen, eine Kalibrierkurve 70 daraus zu bestimmen und die bestimmte Kalibrierkurve 70 anschließend zur Transformation zu verwenden. Auf diese Weise kann beispielweise die Linearität der Aktoren 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 nachgeprüft werden und, wenn nötig, durch eine Kalibrierkurve korrigiert werden. Dazu werden an vorfestgelegten Positionen auf der Berührfläche 2, beispielsweise direkt an den Positionen, wo die Aktoren 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 mit der Berührfläche 2 verbunden sind, Normkräfte auf die Berührfläche angesetzt und schrittweise in gleich großen Schritten erhöht. Nach jeder Erhöhung wird das Induktionsmesssignal 12 an dem entsprechenden Aktor 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 erfasst und daraus Kalibrierwerte einer
Kalibrierkurve 70 bestimmt, beispielweise indem eine möglichst lineare Kraft- Induktionsmesssignal-Beziehung angestrebt wird. Ein Kalibrierverfahren kann aber auch auf andere Weise durchgeführt werden. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Steuerung 5 eine
Gesamtandruckkraftermittlungseinrichtung 55, welche durch Summieren der
Induktionsmesssignale 12 oder der transformierten Induktionsmesssignale 15 eine
Gesamtandruckkraft bestimmt. Dazu werden vorher die einzelnen Induktionsmesssignale 12 oder später der Summenwert mit einem Andruckkraft-Induktionsmesssignal-Verhältnis multipliziert, so dass sich aus den Induktionsmesssignalen 12 eine Andruckkraft ableiten lässt. Der Summenwert wird anschließend als Gesamtandruckkraftsignal 56 bereitgestellt.
Optional umfasst die Steuerung 5 eine Vergleichereinrichtung 7, welche ausgebildet ist, bei Erreichen eines vorfestgelegten Wertes für mindestens eines der Induktionsmesssignale 12 oder eines vorfestgelegten Wertes des Gesamtandruckkraftsignais 56 oder bei Übereinstimmen der Berührposition mit einer vorfestgelegten Position auf der Berührfläche 2 ein
Einschaltsignal 16 zu erzeugen, welches beispielsweise an der Schnittstelle 1 1 ausgegeben wird und dort zum Auslösen einer Funktion oder zum Auslösen einer Zustandsänderung abgegriffen werden kann. Beispielsweise können so weitere Funktionen im Kraftfahrzeug 60 ausgelöst werden. Das Einschaltsignal 16 kann beispielsweise dazu dienen, eine andere Vorrichtung aus einem Ruhezustand zu aktivieren. Dies kann beispielsweise eine optionaler kapazitiver Sensor 17 sein, der vor die Berührfläche 2 positioniert ist und durch das
Einschaltsignal 16 aktiviert wird, um anschließend eine feiner aufgelöste Berührposition zu bestimmen.
Eine solche Ausführungsform ist beispielsweise vorteilhaft, wenn es auf der Berührfläche 2 Auslösebereiche mehrerer virtueller Bedienelemente gibt, welche als einfache Tasten ausgebildet sind. Daneben gibt es beispielsweise ein virtuelles Bedienelement, welches als Schieberegler ausgebildet ist. Eine Betätigung der Tasten kann dann über ein einfaches Übereinstimmen der von der Bedienvorrichtung 1 bestimmten Berührposition mit den
Auslösebereichen realisiert werden, während zum Betätigen des Schiebereglers eine feinere Auflösung der Berührposition notwendig ist. Wird nun eine Betätigung im Auslösebereich des Schiebereglers erfasst, so wird von der Vergleichereinrichtung 7 ein Einschaltsignal 16 für den kapazitiven Sensor 17 erzeugt, welcher anschließend eine feiner aufgelöste Berührposition zur Betätigung des Schiebereglers bestimmt.
Optional kann das Induktionsmesssignal 12 von einer Ladungsintegratoreinrichtung 10 erfasst werden. Die durch die berührende Betätigung der Berührfläche 2 hervorgerufene Induktion an den Aktoren 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 bewirkt einen Induktionsstrom, welcher eine
Ladungsverschiebung darstellt. Diese Ladungsverschiebung kann, beispielsweise mit als Integrator betriebenen Operationsverstärkern, aufintegriert werden und ein den
Integrationswerten entsprechendes Signal der Positionserfassungseinrichtung 6 als
Induktionsmesssignale 12 bereitgestellt werden.
Funktionalitäten der Bedienvorrichtung 1 oder von Teilen der Bedienvorrichtung 1 ,
insbesondere von der Steuerung 5, können auch mittels einer Software oder als eine
Kombination von Hardware und Software ausgeführt sein. Beispielsweise lassen sich die Funktionalitäten der Steuerung 5 im Zusammenwirken einer Software mit einem Mikrocontroller implementieren.
In Fig. 2 ist schematisch eine Darstellung einer Frontansicht einer Ausführungsform der
Bedienvorrichtung 1 abgebildet. Die Bedienvorrichtung 1 umfasst einen Touchscreen 20 mit einer Berührfiäche 24, hinter der eine frei programmierbare Anzeigeeinrichtung 21 angeordnet ist. Zusätzlich umfasst die Bedienvorrichtung 1 mehrere physische Bedienelemente 22 und zwei Drehdrückgeber 23. Typischerweise wird eine solche Bedienvorrichtung 1 in der Mittelkonsole eines Kraftfahrzeugs verbaut und umfasst eine entsprechend an den Fahrzeuginnenraum angepasste Frontblende 25.
In Fig. 3 ist eine schematische perspektivische Frontansicht eines Teils der Bedienvorrichtung 1 gezeigt, wobei die Berührfläche und die frei programmierbare Anzeigeeinrichtung zur besseren Darstellung nicht gezeigt sind. Zu sehen sind ein hinter der Frontblende positioniertes
Gehäuseteil 26 und vier an einem festen Halterahmen 28 aufgehängte Aktoren 4, welche induktiv arbeiten. Eine Berührfläche würde an den vier Aktoren 4 so befestigt werden, dass ein Bediener mittels eines Betätigungselements 29 durch berührende Betätigung 30 die
Berührfläche und dadurch die Aktoren 4 auslenken kann, wodurch in den Aktoren 4
Rohmesssignale erzeugt werden, welche anschließend als Induktionsmesssignale bereitgestellt werden. Die Aktoren 4 sind ferner ausgebildet, eine haptische Rückkopplung 75 über die Berührfläche zu geben, welche über das Betätigungselement 29 sensorisch erfahrbar ist.
Fig. 4 zeigt einen schematischen Aufbau der Aktoren und deren Befestigung in der
Bedienvorrichtung. Die Aktoren umfassen dabei jeweils eine Spule 34 und einen
Topfmagneten 32. Die Spulen 34 sind hier an den Ecken eines rechteckigen Leiterplatte (PCB) 31 befestigt, auf der sich auch die Steuerung 5 befindet. Die Topfmagneten 32 sind an den Ecken einer Versteifung 33 befestigt. In dieser Ansicht befindet sich unterhalb der
Versteifung 33 eine frei programmierbare Anzeigeeinrichtung 21 und darunter (bezogen auf eine Betätigungsrichtung davor) die Berührfläche 2, sowie optional ein kapazitiver Sensor zum Erfassen einer feineren Berührposition auf der Berührfläche 2. Eine durch berührende
Betätigung auf der Berührfläche 2 hervorgerufene Andruckkraft pflanzt sich über die
Berührfläche 2 und die frei programmierbare Anzeigeeinrichtung 21 bis zur Versteifung 33 fort. Ebenfalls gezeigt sind elektrische Zuleitungen 35 für die frei programmierbare
Anzeigeeinrichtung 21. Im zusammengesetzten Zustand wird die Leiterplatte 31 so mit der Versteifung 33 verbunden, dass die Spulen 34 nahezu frei in den Topfmagneten 32 hängen. Die Leiterplatte 31 und die Versteifung 33 sind über eine Blattfeder (nicht gezeigt) so aneinander befestigt, dass die Leiterplatte 31 und die Versteifung 33 sich frei gegeneinander bewegen können und nach einer Auslenkung durch die Blattfeder wieder in eine Ruhelage gebracht werden.
Fig. 5 zeigt schematisch den Aufbau eines Aktors 4 und dessen Befestigung innerhalb der Bedienvorrichtung. Der Aktor 4 umfasst eine Spule 34 und einen Topfmagneten 32. Die Spule 34 ist mit einer Leiterplatte 31 , auf dem sich auch die Steuerung 5 befindet, verbunden. Die Leiterplatte 31 ist auf der anderen, gegenüberliegenden Seite, mit einem festen
Halterahmen 28 verbunden. Der Topfmagnet 32 ist über eine Versteifung 33 mit der
Berührfläche 2 verbunden. Die Spule 34 ist frei bewegbar in dem Topfmagneten 32 gelagert, so dass der feste Halterahmen 28 gegenüber der Versteifung 33 und der Berührfläche 2 innerhalb einer bestimmten Strecke frei bewegbar ist, wobei eine Blattfeder 37 dafür sorgt, dass nach einer durch Betätigung hervorgerufenen Auslenkung in Auslenkungsrichtung 36 die
Berührfläche 2 und der Topfmagnet 32 wieder in eine Ruhelage zurückkehren. Über die Wahl der Federkonstante der Blattfeder 37 kann die zum Auslenken des Aktors 4 notwendige Andruckkraft festgelegt werden. An dem Aktor 4 wird dann durch Auslenkung erfindungsgemäß in der Spule 34 ein Induktionsmesssignal erzeugt, welches von der Steuerung 5 ausgewertet wird. Das Induktionsmesssignal kann beispielsweise ein Rohmesssignal, eine
Induktionsspannung, ein Induktionsstrom, eine Ladungsmenge oder ein anderes Signal sein. Der Aktor 4 wird ebenfalls zum Aussenden einer haptischen Rückkopplung verwendet, wobei dafür beispielsweise ein Wechselstrom an die Spule 34 des Aktors 4 angelegt wird, so dass der Topfmagnet 32 gegenüber der Spule 34 periodisch ausgelenkt wird. Bevorzugt wird eine impulsartige, vorzugsweise einmalige, Auslenkung.
In Fig. 6 sind schematisch eine auf die Berührfläche wirkende Andruckkraft 39 und ein
Induktionsmesssignal 38 gezeigt, wobei das Induktionsmesssignal 38 bei berührender Betätigung 30 an einem Aktor 4 erzeugt wird. Das Induktionsmesssignal 38 kann beispielsweise ein Rohmesssignal, eine Induktionsspannung, ein Induktionsstrom, eine Ladungsmenge oder ein anderes Signal sein. In dem gezeigten Beispiel ist das Induktionsmesssignal 38 eine Induktionsspannung. In einer Ruhelage 40 ist das Induktionsmesssignal 38 gleich Null. Wird die Berührfläche nun durch Betätigung aus seiner Ruhelage 40 ausgelenkt, so wird das Induktionsmesssignal 38 an der Spule durch Induktion ungleich Null. Das Induktionsmesssignal 38 wird von der Steuerung erfasst. Die Signalstärke des Induktionsmesssignals 38 ist abhängig von der Geschwindigkeit, mit der die Spule gegenüber dem Topfmagneten bewegt wird, so dass bei maximaler
Geschwindigkeit ein Maximum 41 des Induktionsmesssignals 38 vorliegt. Ist die Berührfläche maximal 42 ausgelenkt, so geht die Geschwindigkeit am Umkehrpunkt 43 gegen Null, wodurch auch das Induktionsmesssignal 38 auf Null abfällt. Nach Erreichen des Maximums 42, wird die Andruckkraft auf die Berührfläche wieder verringert, so dass die Berührfläche durch die in der Blattfeder gespeicherte potentielle Energie wieder in die Ruhelage 40' zurückkehrt. Da die Bewegungsrichtung der Spule gegenüber dem Topfmagneten nun entgegengesetzt ist, kehrt sich auch das Induktionsmesssignal 38 um und geht nach Ende der Betätigung wieder gegen Null.
Fig. 7 zeigt schematisch ein Bestimmen einer Berührposition auf einer Berührfläche 2, an deren Ecken vier Aktoren 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 angeordnet und mit dieser wirkverbunden sind. Wird an einer Berührposition 44 durch Betätigung eine Andruckkraft erzeugt, so werden an den
Aktoren 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 Rohmesssignale 81 .1 , 81.2, 81 .3, 81.4 erzeugt. Diese unterscheiden sich je nach Berührposition 44 voneinander. Da die Berührposition 44 in diesem Beispiel bezüglich einer y-Richtung symmetrisch und bezüglich einer x-Richtung auf der rechten Seite der Berührfläche 2 positioniert ist, sind die Induktionsmesssignale 81 .1 , 81 .3 der beiden linken 4.1 , 4.3 und die Rohmesssignale 81 .2, 81 .4 der beiden rechten Aktoren 4.2, 4.4 jeweils gleich, wobei die Induktionsmesssignale 81 .2, 81.4 der beiden rechten Aktoren 4.2, 4.4 größer sind, da dort die Andruckkraft größer ist. Zur Erläuterung einer Positionsbestimmung durch die Positionsermittlungseinrichtung wird nun ein Koordinatensystem 45 angenommen, welches seinen Ursprung 54 in einem Mittelpunkt 13 der Berührfläche 2 hat. Eine x-Richtung 52 weist vom Ursprung 54 nach rechts, eine y-Richtung 53 weist vom Ursprung 54 nach oben. Die Positionsermittlung wird nun wie folgt durchgeführt: Für jeden Aktor 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 werden die Rohmesssignale 81.1 , 81 .2, 81.3, 81 .4 von der Steuerung erfasst und den einzelnen
Aktoren 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 zugeordnet. Die erfassten und integrierten Rohmesssignale 81.1 , 81 .2, 81.3, 81 .4 ergeben die Induktionsmesssignale 38.1 , 38.2, 38.3, 38.4 und seien dann mit Si, s2, s3 und s4 bezeichnet. Aus den durch Integration erhaltenen Induktionsmesssignalen 38 (Si, s2, s3 und s4) wird in der Positionsermittlungseinrichtung durch Summenbildung ein
Gesamtsignal berechnet: sSesamt— sl + SZ + s3 + s
Im nächsten Schritt ermittelt die Positionsermittlungseinrichtung die x-Koordinate auf der Berührfläche 2, indem eine Differenz aus der Summe der beiden Induktionsmesssignale s2, s4 der rechten Aktoren 4.2, 4.4 und der Summe der beiden Induktionsmesssignale Si , s3 der linken Aktoren 4.1 , 4.3 gebildet wird und durch das Gesamtsignal sgeSamt geteilt wird:
X— .
Die y-Koordinate auf der Berührfläche 2 wird entsprechend durch eine Differenz aus der Summe der beiden Induktionsmesssignale Si , s2 der oberen Aktoren 4.1 , 4.2 und der Summe der beiden Induktionsmesssignale s3, s4 der unteren Aktoren 4.3, 4.4 gebildet wird und durch das Gesamtsignal sgesamt geteilt: y = ,
•*gesawt
Die x-Koordinate und die y-Koordinate können dabei jeweils in einem Wertebereich von
[-1 ; 1] bezüglich des Ursprungs 54 bzw. des Mittelpunkts 13 der Berührfläche 2 liegen. Aus der bestimmten Berührposition wird dann ein Berührpositionssignal erzeugt und bereitgestellt. Insbesondere wird hierbei berücksichtigt, dass bei einer Berührung, wie beispielsweise an der Berührposition 44, obwohl diese nahe dem rechten Rand 82 der Berührfläche 2 liegt, dennoch , wenn auch schwache, induktive Rohmesssignale 81 .1 , 81 .3 an den am linken Rand 83 befindlichen Aktoren 4.1 und 4.3 auftreten. Diese sollten idealerweise null sein um den
Wertebereich [-1 , 1 ] auf der entsprechenden Achse auszunutzen, wobei -1 mit dem linken Rand 83 und +1 mit dem rechten Rand verknüpft sind. Entsprechend ist ein unterer Rand 84 mit -1 und ein oberer Rand 85 mit +1 verknüpft. 0 ist jeweils mit dem Mittelpunkt 13 der Berührfläche 2 verknüpft..
Je nach Ausführungsform kann die Berührposition auch auf andere Weise bestimmt werden. Beispielsweise können noch Kalibrierwerte einer Kalibrierkurve durch zusätzliche Verwendung einer Kalibriereinrichtung bei der Berechnung berücksichtigt werden. Fig. 8 zeigt schematisch eine Verarbeitung eines Induktionsmesssignales 38, wie sie
beispielsweise in der Steuerung bzw. der Positionsermittlungseinrichtung oder der
Gesamtandruckkraftermittlungseinrichtung durchgeführt wird. Ein an einem Aktor erzeugtes Induktionsmesssignal 38, beispielsweise eine Induktionsmessspannung, wird zuerst von einem Verstärker 46 verstärkt und anschließend einem Analog-Digital(A/D)-Wandler 47 zugeführt, welcher die Induktionsmessspannung mit einer Abtastrate und einer Auflösung digitalisiert, so dass pro Zeitintervall jeweils ein digitaler Abtastwert zur Verfügung steht. Die digitalen
Abtastwerte werden anschließend von einem numerisch ausgeführten Akkumulator 48 für einen bestimmtes Zeitintervall aufsummiert und als ein einziger Summenwert ausgegeben. Ist die Beziehung zwischen Andruckkraft am Aktor und der erzeugten Induktionsmessspannung bekannt, so kann eine Andruckkraft aus dem Summenwert bestimmt werden. Werden die Zeitintervalle kurz genug gewählt, so lässt sich ein Verlauf der Andruckkraft an einem Aktor über die Zeit verfolgen und auswerten.
Wird die Verarbeitung des Induktionsmesssignals für alle Aktoren der Bedienvorrichtung durchgeführt, so lässt sich durch Summation der einzelnen Summenwerte der Aktoren, beispielsweise in einem Summierer 49, eine Gesamtandruckkraft 71 auf die Berührfläche bestimmen und als Gesamtandruckkraftsignal 72 bereitstellen. Darüber hinaus kann die
Berührposition aus den Summenwerten der einzelnen Aktoren bestimmt werden, indem sie miteinander verglichen werden, beispielsweise in einem Relationierer 50 nach dem bereits für die Fig. 7 geschilderten Verfahren, und als Berührpositionssignal 14 bereitgestellt werden.
Eine alternative Verarbeitung der Induktionsmesssignale 38 ist in Fig. 9 dargestellt. Die
Alternative ist beispielsweise bei guter Signalqualität möglich. Dabei werden die einzelnen Induktionsmesssignale 38, beispielsweise die einzelnen Induktionsmessspannungen, erst in einem Summierer 49 aufsummiert und anschließend die Spannungssumme in einem
Verstärker 46 verstärkt. Die verstärkte Spannungssumme wird dann in einem A/D-Wandler 47 digitalisiert und anschließend für ein bestimmtes Zeitintervall in einem Akkumulator 48 integriert. Daraus wird dann die Gesamtandruckkraft 71 für das bestimmte Zeitintervall berechnet und als entsprechendes Gesamtandruckkraftsignal 72 bereitgestellt.
Der Summierer 49 und der Verstärker 46 können dabei gemeinsam beispielsweise in einem als Addierer bzw. Summenverstärker verschalteten Operationsverstärker 51 ausgeführt sein. Fig. 10 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens. Im ersten Verfahrensschritt werden durch berührende Betätigung der Berührfläche hervorgerufene Induktionsmesssignale an mindestens drei induktiv arbeitenden Aktoren von einer Steuerung erfasst 101 . Die
Steuerung bestimmt 102 anschließend in einer Positionsermittlungseinrichtung durch
Auswerten und Vergleich der Induktionsmesssignale eine Berührposition auf der Berührfiäche. Die bestimmte Berührposition wird von der Steuerung in einem Berührpositionssignal codiert und zur Weiterverwendung ausgegeben 103 und bereitgestellt, beispielsweise an einer externen Schnittstelle. Optional kann aus den Induktionsmesssignalen eine
Gesamtandruckkraft bestimmt werden 104, beispielsweise durch Aufsummieren der einzelnen Induktionsmesssignale und Umrechnen in eine Kraft anhand einer bekannten Beziehung zwischen den Induktionsmesssignalen und der Andruckkraft auf die Berührfläche. Optional können die Induktionsmesssignale mit einem bestimmten Wert verglichen werden 105 und bei Erreichen des bestimmten Wertes kann ein Einschaltsignal erzeugt und bereitgestellt werden, beispielsweise zum Aktivieren von Komponenten oder anderen Vorrichtungen aus einem Ruhezustand. Ebenfalls optional können auch die Gesamtandruckkraft oder die Berührposition mit bestimmten Werten oder Bereichen verglichen 106, 107 werden und als Kriterium zum Erzeugen und Bereitstellen des Einschaltsignals verwendet werden 108.
Optional kann anstatt oder zusätzlich zum Einschaltsignal auch eine Funktion ausgelöst werden 109.
Bezugszeichenfiste
Bedienvorrichtung
Berührfläche
Aktoreinrichtung
Aktor
Aktor
Steuerung
Positionsermittlungseinnchtung
Vergleichereinrichtung
Kalibriereinrichtung
Speichereinrichtung
Ladungsintegratoreinrichtung
Schnittstelle
Induktionsmesssignaie
Mittelpunkt
Berührpositionssignal
transformierten Induktionsmesssignaie Einschaltsignal
kapazitiver Sensor
CAN-Bus
Touchscreen
frei programmierbare Anzeigeeinrichtung physisches Bedienelement
Drehdrückgeber
Berührfläche
Frontblende
Gehäuseteil
Halterahmen
Betätigungselement
Betätigung
Leiterplatte
Topfmagnet
Versteifung der Berührfläche
Spule Zuleitungen
Auslenkungsrichtung
Blattfeder
Induktionmesssignal
Andruckkraft
, 40' Ruhelage
Maximum
maximale Auslenkung
Umkehrpunkt
Berührposition
Koordinatensystem
Verstärker
A/D-Wandler
Akkumulator
Summierer
Relationierer
Operationsverstärker x-Richtung
y-Richtung
Ursprung des Koordinatensystems
Gesamtandruckkraftermittlungseinrichtung
Gesamtkraftandrucksignal
Haptiksteuereinrichtung
Rückkopplungssignal
Kraftfahrzeug
Kalibrierkurve
Gesamtandruckkraft
Gesamtandruckkraftsignal
haptische Rückkopplung
.1 , 81.2, 81 .3, 81.4 Rohmesssignale
1-109 Verfahrensschritte

Claims

Patentansprüche
Bedienvorrichtung (1 ), insbesondere in einem Kraftfahrzeug (60), umfassend:
eine Berührfläche (2, 24), mindestens eine direkt oder indirekt mit der Berührfläche (2, 24) gekoppelte Aktoreinrichtung (3) zum Erzeugen einer haptischen Rückkopplung (75) an der Berührfläche (2, 44);
und eine Steuerung (5),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Aktoreinrichtung (3) mindestens drei bezüglich der Berührfläche (2, 24) an unterschiedlichen Positionen angeordnete induktiv arbeitende Aktoren (4) umfasst und die Steuerung (5) eine Positionsermittlungseinrichtung (6) umfasst, welche ausgebildet ist, eine Berührposition (44) auf der Berührfläche (2, 24) aus Induktionsmesssignalen (12, 38) zu bestimmen, welche durch berührende Betätigung (30) der Berührfläche (2, 24) an den mindestens drei Aktoren (4) erzeugt werden.
Bedienvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerung (6) ausgebildet ist, aus den Induktionsmesssignalen (12, 38) der mindestens drei Aktoren (4) eine Gesamtandruckkraft (71 ) auf die Berührfläche (2, 24) zu ermitteln und ein der Gesamtandruckkraft (71 ) entsprechendes
Gesamtandruckkraftsignal (72) zu erzeugen und bereitzustellen.
Bedienvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerung (5) mindestens eine Ladungsintegratoreinrichtung (10) umfasst und die mindestens eine Ladungsintegratoreinrichtung (10) ausgebildet ist, jeweils eine an den mindestens drei induktiv arbeitenden Aktoren (4) durch Induktion verschobene elektrische
Ladungen zu integrieren und aus den Integrationsergebnissen die
Induktionsmesssignale (12, 38) abzuleiten und der Positionsermittlungseinrichtung (6) zuzuführen. Bedienvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (5) eine Vergleichereinrichtung (7) umfasst und die
Vergleichereinrichtung (7) ausgebildet ist, ein Einschaltsignal zu erzeugen, welches für ein Aktivieren weiterer Vorrichtungen aus einem Ruhezustand und/oder
Stromsparzustand oder zum Auslösen einer Funktion vorgesehen ist, wobei das
Einschaltsignal erzeugt wird, wenn eines der Induktionsmesssignale einen
vorfestgelegten Schwellenwert für die Induktionsmesssignale (12, 38) überschritten hat oder die ermittelte Gesamtandruckkraft einen vorfestgelegten
Gesamtandruckkraftschwellenwert überschritten hat oder die ermittelte Berührposition (44) mit mindestens einer vorfestgelegten Position auf der Berührfläche (2, 24) übereinstimmt oder in einem vorfestgelegten Gebiet der Berührfläche (2, 24) liegt.
Bedienvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (5) eine Kalibriereinrichtung (8) umfasst und die
Kalibriereinrichtung (8) ausgebildet ist, bei der Berechnung der Berührposition (44) und/oder der Gesamtandruckkraft (71 ) aus den Induktionsmesssignalen (12, 38) eine oder mehrere Kalibrierkurve (70) zu verwenden, wobei die eine oder die mehreren Kalibrierkurve (70) in einer Speichereinrichtung (9) abgelegt sind.
Bedienvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (5) eine Kalibriereinrichtung (8) umfasst und die
Kalibriereinrichtung (8) ausgebildet ist, an vorfestgelegten Positionen der Berührfläche (2, 24) bei vorfestgelegter Normbetätigung Kalibrierwerte zu erfassen, daraus die eine oder die mehreren Kalibrierkurven (70) zu erstellen und die eine oder die mehreren
Kalibrierkurven (70) in einer Speichereinrichtung (9) abzulegen.
Verfahren zum Bestimmen einer Berührposition auf einer Berührfläche, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, welches folgende Schritte umfasst:
Erfassen (101 ) von durch berührende Betätigung hervorgerufenen
Induktionsmesssignalen an mindestens drei induktiv arbeitenden Aktoren, wobei die mindestens drei induktiv arbeitenden Aktoren bezüglich der Berührfläche an
unterschiedlichen Positionen angeordnet und mit dieser verbunden sind und ferner ausgebildet sind, eine haptische Rückkopplung an der Berührfläche geben zu können, Bestimmen (102) der Berührposition auf der Berührfläche auf Grundlage der Verhältnisse der Induktionsmesssignale zueinander, Ausgeben (103) eines Berührpositionssignals, in welchem die bestimmte Berührposition codiert ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
dass zum Bestimmen der Berührposition an den mindestens drei induktiv arbeitenden Aktoren jeweils durch die Induktion verschobene elektrische Ladungen integriert werden, um daraus das dem jeweiligen Aktor zugeordnete Induktionsmesssignal zu erzeugen.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
dass aus den Induktionsmesssignalen eine Gesamtandruckkraft auf die Berührfläche bestimmt (104) wird und ein der bestimmten Gesamtandruckkraft entsprechendes Gesamtandruckkraftsignal ausgegeben wird.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
dass nach Überschreiten (105, 106, 107) eines vorfestgelegten Wertes durch eines der Induktionsmesssignale oder nach Überschreiten einer vorfestgelegten
Gesamtandruckkraft oder bei Übereinstimmen einer vorfestgelegten Position auf der Berührfläche mit der bestimmten Berührposition ein Einschaltsignal erzeugt wird, welches zum Aktivieren (108) weiterer Vorrichtungen aus einem Ruhezustand und/oder
Stromsparzustand oder zum Auslösen (109) einer Funktion dient.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass Kalibrierwerte an vorfestgelegten Positionen der Berührfläche bei Normbetätigung erfasst werden, daraus eine oder mehrere Kalibrierkurven gebildet werden, und die eine oder die mehreren gebildeten Kalibrierkurven in einer Speichereinrichtung abgelegt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass bei der Berechnung der Berührposition und/oder der Gesamtandruckkraft eine oder mehreren Kalibrierkurven verwendet wird, um die Induktionsmesssignale zu
transformieren, wobei die eine oder die mehreren Kalibrierkurven in einer
Speichereinrichtung abgelegt sind.
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