WO2020193524A1 - Kraftmessvorrichtung und verfahren zur ermittlung einer auf ein bewegliches oberflächenelement einer fahrzeugkomponente ausgeübten kraft - Google Patents

Kraftmessvorrichtung und verfahren zur ermittlung einer auf ein bewegliches oberflächenelement einer fahrzeugkomponente ausgeübten kraft Download PDF

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WO2020193524A1
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Thorsten Sander
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    • G06F2203/04105—Pressure sensors for measuring the pressure or force exerted on the touch surface without providing the touch position

Definitions

  • the present invention relates to a force measuring device and to a method for determining a force exerted on a movable surface element of a vehicle component according to the main claims.
  • vehicle components are often installed that are intended to be very easy and intuitive for a user to operate these vehicle components.
  • Many of these vehicle components have a touch-sensitive user interface (touchscreen), in which an operator input is to be recorded using a force which is exerted on this user interface.
  • touch-sensitive user interface touchscreen
  • sensors are required that have the lowest possible friction and thus cause little disruption of the force to be measured.
  • the present invention creates an improved force measuring device and an improved method for determining a force exerted on a movable surface element of a vehicle component according to the main claims.
  • Advantageous embodiments result from the claims and the following description.
  • a force measuring device for determining a force exerted on a movable surface element of a vehicle component having the following features:
  • a spring that applies a bias between the movable surface member and a housing member of the vehicle component
  • a contactless measuring distance sensor for detecting the distance between tween the surface element and the housing element
  • a user interface element can be understood as a user interface element of such a vehicle component.
  • the surface element can include further components such as a printed circuit board or components for evaluating signals or controlling further components of the vehicle, which are attached to the surface element or the printed circuit board, for example.
  • the (operating) surface element can be movably connected with respect to a housing element arranged below the (operating) surface element.
  • the housing element can be connected to other components of the vehicle in a fixed or rigid manner, so that a force exerted on the control surface element can move or displace the surface element in relation to the housing element.
  • a distance sensor can be understood to be a sensor which can detect a distance between the surface element (or a component connected to the (operating) surface element) and the housing element.
  • the distance sensor works without contact, for example via capacitive or inductive coupling or via an optical detection or measurement of the distance between the surface element and the housing element.
  • a spring constant for example, can be understood as a parameter of the spring.
  • the approach presented here is based on the knowledge that with knowledge of the properties of the spring and the change in the distance between the movable surface element and the housing element, a conclusion can be drawn very easily and precisely about the force actually acting on the surface element .
  • the force acting on the surface element can also be determined very precisely and without interference due to the avoidance of friction that occurs during a measurement.
  • An embodiment of the approach presented here is advantageous in which the distance sensor is designed as a capacitively measuring sensor and / or an inductively measuring sensor. Such an embodiment offers the advantage that the capacitive or inductive measuring principle deliver very precise results in relation to a distance measurement.
  • the distance sensor can be at least partially designed as a planar coil.
  • Such an embodiment offers the advantage of being able to manufacture or provide the components required for the relevant measuring method in a technically very simple manner, so that a cost-effective and yet precisely measuring force measuring device can be created.
  • the spring can be contacted in the area of the distance sensor on the housing element and / or at least part of the distance sensor can be formed between a contact area of the spring on the surface element and an edge of the surface element.
  • Such an embodiment of the approach presented here offers the advantage of being able to exert the spring action as close as possible in the area of the distance sensor, so that the smallest possible error when determining the force acting on the surface element using the distance between the surface element measured with the distance sensor and the housing member.
  • an embodiment of the approach presented here in which the spring is formed as a leaf spring, can be carried out in a technically particularly simple and inexpensive manner. Furthermore, an embodiment of the approach presented here is particularly favorable in which the surface element is connected to a printed circuit board which comprises the evaluation unit and / or on which at least a part of the Ab
  • Such an embodiment offers the advantage of being able to arrange components required for the function of the force measuring device in a small space and / or in a technically very simple manner, without impairing the function of these components.
  • an actuator can also be provided according to a further embodiment of the approach presented here in order to actively move at least a portion of the surface element such an actuator, one or more different force pressure thresholds can be implemented so that information such as correct detection of the force exerted on the surface element can be signaled to the user of the vehicle component while the pressure is being exerted on the surface element.
  • a second spring can also be provided, which exerts a bias between the movable surface element and the housing element of the vehicle component.
  • a second non-contact measuring distance sensor can also be provided to detect the distance between the surface element and the housing element, the evaluation unit being designed to measure the force exerted on the surface element using a parameter of the second spring and a second measured by the second distance sensor To determine the distance between the surface element and the housing element.
  • Such an embodiment offers the advantage of being able to detect the distance between the surface element and the housing element at several different positions, so that, for example, a two-dimensional detection of the force on the surface element is possible. In this way, for example, a pattern or path in which the force is exerted on the surface element can also be recorded, For example, the route over which a finger of a user of the vehicle component is guided over the surface element.
  • An embodiment is also particularly advantageous in which the actuator is arranged between the distance sensor and the second distance sensor and / or wherein the actuator is arranged between the spring and the second spring.
  • Such an embodiment offers on the one hand a very compact design of the force measuring device and on the other hand a very precise possibility of measuring the force exerted on the surface element while at the same time operating the actuator, which then exerts an actively exerted force evenly on the distance sensor and the second Distance sensor distributed and thus minimizes or completely avoids any measurement errors that may occur.
  • a method for determining a force exerted on a movable surface element of a vehicle component is implemented using a variant of a force measuring device presented here.
  • the method according to this embodiment comprises a step of reading in a distance between the surface element and the housing element and a step of determining the force exerted on the surface element using the distance and a parameter of the spring.
  • an evaluation unit is presented which is designed to execute and / or control the steps of the method presented here in appropriate units.
  • Such an evaluation unit can be an electrical device that processes electrical signals, for example sensor signals, and outputs control signals as a function thereof.
  • the evaluation unit can have one or more suitable interfaces that can be designed in terms of hardware and / or software.
  • the interfaces can be part of an integrated circuit, for example, in which functions of the evaluation unit are implemented.
  • the interfaces can also be their own, integrated circuits or at least partially wise consist of discrete components.
  • the interfaces can be software modules that are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
  • Also of advantage is a computer program product with program code that can be stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above when the program is on a computer or an evaluation unit is executed.
  • a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk or an optical memory
  • FIG. 1 is a schematic representation of a vehicle with a Kraftmessvorrich device according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional illustration through part of the vehicle component that has an exemplary embodiment of a force measuring device
  • FIG. 3 shows a flowchart of an exemplary embodiment of a method for determining a force exerted on a movable surface element of a vehicle component using a variant of a force measuring device presented here;
  • FIG. 4 shows a block diagram of an exemplary embodiment of an evaluation unit.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a vehicle 100 in which, for example, a motor 110 provides drive power to a transmission 120, from which the drive power is in turn transmitted to wheels 125 of the vehicle.
  • a gear selector switch is provided as the vehicle component 130, for example, via which a vehicle occupant 135 can select a gear selection or a gear ratio of the transmission 120.
  • the vehicle component 130 in modern vehicles is designed in such a way that to actuate the vehicle component 130, here the selection of the specific gear selection stage, only a pressure or a movement with the finger is to be exerted on an (operating) surface element 140, with off From this pressure or the movement, the vehicle component 130 then recognizes the gear selection request entered manually by the vehicle occupant 135 and activates the transmission 120 accordingly by means of a control signal 142.
  • the vehicle component 130 shown here is designed for the manual input of other control commands, for example for controlling an infotainment system 150 or the like.
  • a force measuring device 160 is provided, which is described in more detail below.
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional illustration through part of the vehicle component 130 which the force measuring device 160 has.
  • the user interface element 140 here comprises a substantially planar plate 200 which is designed as a user interface and can be designed, for example, as a glass pane or plastic pane.
  • a printed circuit board 210 is arranged on a rear side of the plate 200, i.e. a side that is not touched by the finger 205 be fastened.
  • the distance sensor 215 is designed to measure a distance 220 between tween the user interface element 140 or the circuit board 210 and a housing element 225 of the vehicle component 130.
  • the housing element 225 of the vehicle component 130 is firmly connected to further components of the vehicle 100 shown in FIG. 1, whereas the user interface element 140 is designed to be movable with respect to the housing element 225.
  • a spring 230 is provided, which presses the user interface element 140 with a previously known spring parameter (such as a spring constant) as far away as possible from the (fixed) housing element 225, so that after the finger 205 is pressed on the user interface element 140, it returns to its original position is spent back.
  • An evaluation unit 240 is now also arranged on the circuit board 210, which receives a signal 245 representing the distance 220 from the distance sensor 215 and now uses the spring parameter to determine the force F which was exerted on the plate 200 by the finger 205.
  • This determination can be made by utilizing the spring law known from physics, with a linear relationship favorably between the force F exerted on a spring 230 and a deflection distance of the spring 230 given a known spring parameter, specifically the spring constant, can be assumed.
  • the evaluation unit 240 can therefore use very simple technical means to determine the force F which was exerted on the plate 200 by the finger 205.
  • a contactless measuring distance sensor 215 is used.
  • Such a contactless measuring distance sensor 215 can for example be based on an inductive and / or capacitive measuring principle; however, the use of an optical measuring principle for the distance sensor 215 or another contactless measuring principle is also conceivable.
  • the distance sensor 215 can, for example, be formed by two opposing electrically conductive, for example metallic, layers, so that a capacitance between these layers changes when the distance 220 changes and, conversely, this distance 220 can be detected or determined from this change in capacitance.
  • the distance sensor 215 can also detect a change in the inductance in the area around the distance sensor 215, for example when an electrically conductive or metallic element is moved in the area of this distance sensor 215 or is changed in its position. In this way, the distance 220 can also be recorded very precisely.
  • part of the distance sensor 215, which is arranged, for example, on or on the circuit board 210 can be designed as a planar coil.
  • a distance sensor 215 configured in this way can be manufactured in a technically very simple manner, for example in the same work step in which conductor tracks are formed in the circuit board 210 that are used, for example, to guide the signal 245.
  • the force measuring device 160 which was described in more detail above, can be understood in this context at least as a combination of the features of the spring 230, the distance sensor 215 and the evaluation unit 240.
  • the spring 230 can have any shape.
  • a very simple locking position or assembly can be realized in that the spring 230 is designed as a leaf spring and is brought between the housing element 225 and the circuit board 210 and thus pushes the circuit board 210 away from the housing element 225. It is also particularly advantageous if a region of the spring 230 acts or is designed as part of the distance sensor 215, for example if a part of the spring 230 rests on the housing element 225 at a position that is opposite the position of the distance sensor 215 that is on or is brought to the circuit board 210.
  • the spring 230 is made of a metallic material or if it contains metallic material, when the user interface element 140 is pressed down, the approach of this part of the spring 230 to the distance sensor 215 can be detected capacitively or inductively, so that the current distance is very precise 220 can be closed.
  • an actuator 250 is provided which, for example, is firmly connected to the housing element 225 and can also strike the printed circuit board 210 of the user interface element 240.
  • the actuator can contain, for example, a motor-driven or magnetic element in order to exert a (controllable) force F A from the housing element 225 in the direction of the printed circuit board 210 or the user interface element 140 in addition to the spring 230.
  • a haptic feedback can be given in order to haptically signal to the vehicle occupant 135 shown in FIG. 1, for example while this occupant 135 is pressing the finger 205 on the plate 200, that this pressure or the force F has been recognized.
  • a second distance sensor 215 ′ is also provided, which can detect a second distance 220 ′ between the housing element 225 and the circuit board 210 of the operating surface element 140.
  • the second distance sensor 215 'can then send a second signal 245' to the evaluation unit 240, which the two- th distance 220 'corresponds.
  • the second spring 230 ' can serve as a counterpart to the second distance sensor 215', especially if the second sensor 215 'is again based on a capacitive or inductive measuring principle, wherein the second distance sensor 215' can be constructed analogously to the distance sensor 215 .
  • the second distance sensor 215 ′ is based on an alternative measuring principle than the distance sensor 215.
  • the distance sensor 215 and the second distance sensor 215 ′ are arranged on opposite ends of the circuit board 210.
  • the actuator 250 can act on the printed circuit board 210 at a position which lies between the distance sensor 215 and the second distance sensor 215 '. In this way, the force exerted by the actuator 250 can be distributed as evenly as possible on the printed circuit board 210, so that corresponding haptic information can be transmitted to the vehicle occupant via his finger 205 in a very pleasant and convenient manner, since there may be vibrations from the spring 230 and the second Spring 230 'can be dampened or balanced very efficiently.
  • the distance sensor 215 and the spring 230 can be arranged in a mirror-inverted manner with respect to the actuator 250 to the second spring 230 'and to the second distance sensor 215' on the housing element 225 or on the user interface element 140.
  • the evaluation unit 240 is not arranged on the circuit board 210, but in the area of the housing element 225. In this case, however, a signal from the distance sensor 215 or from the second distance sensor 215 ' would be to or through the movably mounted user interface element 140 to guide the housing element 225, such a movable line in principle being subject to high wear. In the configuration shown in Figure 2 In contrast, the configuration of the arrangement of the evaluation unit 240 on the printed circuit board 210 only needs to be transmitted by a corresponding signal, which can then be used to control the transmission 120, for example, by the signal 142 from FIG. This signal from the evaluation unit 240 can also be transmitted wirelessly, for example, in order to be able to avoid the high level of wear and tear on a moving line as far as possible.
  • the force on the user interface element (or the user interface) that is applied to the user interface element or the user interface by a user or by the haptic feedback function should be measured in a contactless or smooth manner. In this way it is excluded that the force measurement does not introduce any additional disruptive forces into the system.
  • the force measurement is helpful because the haptic feedback function can give the user haptic feedback of his input from a certain force on the user.
  • inductive displacement sensors or distance sensors for example, distances from electrically conductive metals can be determined very well. Compared to other measuring systems, this measuring method has a relatively high resolution and accuracy.
  • the springs that are used to mount the user interface element can also be used as a measuring object for the inductive displacement sensor.
  • the inductance required for the measurement can be implemented directly on an existing circuit board as a planar coil.
  • the distance measurement of the user interface element can also be carried out as a capacitive distance measurement.
  • This has the advantage that the electronic components for evaluating the inductive displacement sensors could be dispensed with. With this approach, however, it should also be taken into account whether such a measurement is in conflict with other requirements for the product, such as functional safety, so that, if necessary, an alternative contactless distance measurement can be used.
  • FIG. 3 shows a flow chart of an exemplary embodiment of a method 300 for determining an on a movable surface element of a vehicle component nente exerted force using a variant of a force measuring device presented here.
  • the method 300 comprises a step 310 of reading in a distance between the surface element and the housing element.
  • the method 300 further includes a step 320 of determining the force exerted on the surface element using the distance and a parameter of the spring.
  • FIG. 4 shows a block diagram of an embodiment of an evaluation unit 240.
  • the execution unit 240 shows an interface 410 for reading in a distance between the surface element and the housing element and a unit 420 for determining the force exerted on the surface element using the distance and a parameter the feather.
  • an exemplary embodiment comprises a “and / or” link between a first feature and a second feature
  • this can be read in such a way that the exemplary embodiment according to one embodiment has both the first feature and the second feature and, according to a further embodiment, either only that has the first feature or only the second feature.
  • Vehicle reference symbol

Abstract

Der hier vorgestellte Ansatz betrifft eine Kraftmessvorrichtung (160) zur Ermittlung einer auf ein bewegliches Oberflächenelement (140) einer Fahrzeugkomponente (130) ausgeübten Kraft (F). Die Kraftmessvorrichtung (160) umfasst eine Feder (230), die eine Vorspannung zwischen dem beweglichen Oberflächenelement (140) und einem Gehäuseelement (225) der Fahrzeugkomponente (130) ausübt. Ferner umfast die Kraftmessvorrichtung (160) einen berührungslos messenden Abstandsensor (215) zur Erfassung des Abstands (220) zwischen dem Oberflächenelement (140) und dem Gehäuseelement (225). Schließlich umfasst die Kraftmessvorrichtung (160) eine Auswerteeinheit (240), die ausgebildet ist, um die auf das Oberflächenelement (140) ausgeübte Kraft (F) unter Verwendung eines Parameter der Feder (230) und einem von dem Abstandsensor (215) gemessenen Abstand (220) zwischen dem Oberflächenelement (140) und dem Gehäuseelement (225) zu ermitteln.

Description

Kraftmessvorrichtung und Verfahren zur Ermittlung einer auf ein bewegliches
Oberflächenelement einer Fahrzeugkomponente ausgeübten Kraft
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftmessvorrichtung sowie auf ein Verfahren zur Ermittlung einer auf ein bewegliches Oberflächenelement einer Fahr zeugkomponente ausgeübten Kraft gemäß den Hauptansprüchen.
In modernen Fahrzeugen werden oftmals Fahrzeugkomponenten verbaut, die für einen Benutzer diese Fahrzeugkomponenten sehr einfach und intuitiv zu bedienen sein sollen. Viele dieser Fahrzeugkomponenten haben dabei eine berührungsemp findliche Bedienoberfläche (Touchscreen), bei der eine Bedieneingabe anhand einer Kraft erfasst werden soll, welche auf diese Bedienoberfläche ausgeübt wird. Um nun diese Kraft möglichst präzise und genau messen zu können, sind Sensoren erforder lich, die eine möglichst geringe Reibung aufweisen und somit geringe Störung der zu messenden Kraft bewirken.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Kraft messvorrichtung sowie ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung einer auf ein be wegliches Oberflächenelement einer Fahrzeugkomponente ausgeübten Kraft gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteran sprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Es wird vorliegend eine Kraftmessvorrichtung zur Ermittlung einer auf ein bewegli ches Oberflächenelement einer Fahrzeugkomponente ausgeübten Kraft vorgestellt, wobei die Kraftmessvorrichtung die folgenden Merkmale aufweist:
eine Feder, die eine Vorspannung zwischen dem beweglichen Oberflächenelement und einem Gehäuseelement der Fahrzeugkomponente ausübt;
einen berührungslos messenden Abstandsensor zur Erfassung des Abstands zwi schen der Oberflächenelement und dem Gehäuseelement; und
eine Auswerteeinheit, die ausgebildet ist, um die auf das Oberflächenelement aus geübte Kraft unter Verwendung eines Parameter der Feder und einem von dem Ab standsensor gemessenen Abstand zwischen dem Oberflächenelement und dem Ge häuseelement zu ermitteln. Unter einem Oberflächenelement kann vorliegend ein Bedienoberflächenelement einer solchen Fahrzeugkomponente verstanden werden. Das Oberflächenelement kann hierbei noch weitere Komponenten wie beispielsweise eine Leiterplatte oder Komponenten zur Auswertung von Signalen oder Ansteuerung von weiteren Kompo nenten des Fahrzeugs umfassen, die beispielsweise an dem Oberflächenelement oder der Leiterplatte befestigt sind. Das (Bedien-) Oberflächenelement kann beweg lich in Bezug auf ein unter dem (Bedien-) Oberflächenelement angeordnetes Gehäu seelement verbunden sein. Das Gehäuseelement kann fix oder starr mit weiteren Komponenten des Fahrzeugs verbunden sein, sodass eine auf das Bedienoberflä chenelement ausgeübte Kraft das Oberflächenelement in Bezug zum Gehäuseele ment bewegen oder verschieben kann. Unter einem Abstandsensor kann vorliegend ein Sensor verstanden werden, der eine Entfernung zwischen dem Oberflächenele ment (oder einer mit der (Bedien-)Oberflächenelement verbundenen Komponente) und dem Gehäuseelement erfassen kann. Hierbei arbeitet der Abstandsensor berüh rungslos, beispielsweise über kapazitive oder induktive Kopplung oder über eine op tische Erfassung oder Messung des Abstands zwischen dem Oberflächenelement und dem Gehäuseelement. Unter einem Parameter der Feder kann beispielsweise eine Federkonstante verstanden werden.
Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass bei Kenntnis der Eigen schaften der Feder und der Veränderung des Abstands zwischen der beweglichen Oberflächenelement und dem Gehäuseelement sehr einfach und präzise ein Rück schluss darauf gezogen werden kann, welche Kraft tatsächlich auf die Oberflächen element eingewirkt hat. Durch die berührungslos erfasste Entfernung zwischen der Oberflächenelement und im Gehäuseelement lässt sich aufgrund der Vermeidung einer bei einer Messung aufgetretenen Reibung ferner die auf das Oberflächenele ment einwirkende Kraft sehr präzise und störungsfrei bestimmen.
Von Vorteil ist einer Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der der Abstandsensor als ein kapazitiv messender Sensor und/oder ein induktiv messender Sensor ausgebildet ist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das kapazitive oder induktive Messprinzip sehr präzise Ergebnisse in Bezug auf eine Ab standsmessung liefern.
Gemäß einer anderen Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes kann der Abstandsensor zumindest teilweise als Planarspule ausgebildet sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, die für das betreffende Messverfahren erforderli chen Komponenten technisch sehr einfach hersteilen oder bereitstellen zu können, sodass eine kostengünstige und dennoch präzise messende Kraftmessvorrichtung geschaffen werden kann.
Denkbar ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der die Feder zumindest einen Teil des Abstandsensors bildet und/oder bei der die Feder zumindest teilweise Metall aufweist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil der Schaffung einer Möglichkeit für eine sehr kompakte und kleine Bauform der Kraftmessvorrichtung, wobei ferner eine effiziente Ausnutzung von Materialeigen schaften sowohl für die Funktion der Feder als auch für die Funktion des Ab standsensors ermöglicht wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann die Feder im Bereich des Abstandsensors an dem Gehäuseelement kontaktiert sein und/oder zumindest ein Teil des Abstandsensors zwischen einem Kontaktbereich der Feder an dem Oberflächenelement und einem Rand des Oberflächenelements aus gebildet sein. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, die Federwirkung möglichst nahe im Bereich des Abstandsensors ausü ben zu können, sodass möglichst geringe Fehler bei der Ermittlung der auf die Ober flächenelement wirkenden Kraft unter Verwendung des mit dem Abstandsensor ge messenen Abstands zwischen dem Oberflächenelement und dem Gehäuseelement verursacht werden.
Technisch besonders einfach und kostengünstig ausgeführt werden kann eine Aus führungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei dem die Feder als Blattfeder aus gebildet ist. Besonders günstig ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der das Oberflächenelement mit einer Leiterplatte verbunden ist, welche die Auswerteeinheit umfasst und/oder auf welcher zumindest ein Teil des Ab
standsensors und/oder der Feder angeordnet oder ausgebildet ist. Eine solche Aus führungsform bietet den Vorteil, für die Funktion der Kraftmessvorrichtung erforderli che Komponenten auf geringem Bauraum und/oder technisch sehr einfach anordnen zu können, ohne die Funktion dieser Komponenten zu beeinträchtigen.
Um beispielsweise auch einem Benutzer einer Fahrzeugkomponente eine haptische Rückmeldung über die Erkennung der Kraft geben zu können, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes ferner ein Aktor vorgese hen sein, um zumindest einen Teilbereich des Oberflächenelement aktiv zu bewe gen. Auch kann durch einen solchen Aktor eine oder mehrere unterschiedliche Kraft druckschwellen realisiert sein, sodass dem Nutzer der Fahrzeugkomponente bereits während dem Ausüben des Drucks auf das Oberflächenelement eine Information wie beispielsweise eine korrekte Erfassung der auf die Oberflächenelement ausgeübten Kraft signalisiert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes kann ferner eine zweite Feder vorgesehen sein, die eine Vorspannung zwischen dem be weglichen Oberflächenelement und dem Gehäuseelement der Fahrzeugkomponente ausübt. Auch kann ein zweiter berührungslos messender Abstandsensor zur Erfas sung des Abstands zwischen dem Oberflächenelement und dem Gehäuseelement vorgesehen sein, wobei die Auswerteeinheit ausgebildet ist, um die auf das Oberflä chenelement ausgeübte Kraft unter Verwendung eines Parameter der zweiten Feder und einem von dem zweiten Abstandsensor gemessenen zweiten Abstand zwischen dem Oberflächenelement und dem Gehäuseelement zu ermitteln. Eine solche Aus führungsform bietet den Vorteil, an mehreren unterschiedlichen Positionen den Ab stand der Oberflächenelements zum Gehäuseelement erfassen zu können, sodass beispielsweise eine zweidimensionale Erfassung der Kraft auf die Oberflächenele ment möglich wird. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise auch einen Muster oder Weg erfassen, in welchem die Kraft auf das Oberflächenelement ausgeübt wird, bei- spielsweise über welchen Weg ein Finger eines Nutzers der Fahrzeugkomponente über das Oberflächenelement geführt wird.
Besonders vorteilhaft ist ferner eine Ausführungsform, bei der der Aktor zwischen dem Abstandsensor und dem zweiten Abstandsensor angeordnet ist und/oder wobei Aktor zwischen der Feder und der zweiten Feder angeordnet ist. Eine solche Ausfüh rungsform bietet einerseits eine sehr kompakte Bauweise der Kraftmessvorrichtung als auch andererseits eine sehr präzise Möglichkeit zur Messung der auf die Oberflä chenelement ausgeübten Kraft bei gleichzeitiger Möglichkeit des Betriebs des Aktors, der dann eine aktiv ausgeübte Kraft auch gleichmäßig auf den Abstandsensor und den zweiten Abstandsensor verteilt und somit möglicherweise auftretende Messfehler gering hält oder ganz vermeidet.
Die Vorteile des hier vorgestellten Ansatzes lassen sich auch erreichen, wenn gemäß einer Ausführungsform ein Verfahren zur Ermittlung einer auf ein bewegliches Ober flächenelement einer Fahrzeugkomponente ausgeübten Kraft unter Verwendung ei ner Variante einer hier vorgestellten Kraftmessvorrichtung implementiert wird. Das Verfahren gemäß dieser Ausführungsform umfasst einen Schritt des Einlesens eines Abstands zwischen dem Oberflächenelement und dem Gehäuseelement und einen Schritt des Ermittelns der auf das Oberflächenelement ausgeübten Kraft unter Ver wendung des Abstands und eines Parameters der Feder.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes wird eine Auswerteeinheit vorgestellt, die ausgebildet ist, um die Schritte des hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einheiten auszuführen und/oder anzusteuern.
Eine solche Auswerteeinheit kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signa le, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersigna le ausgibt. Die Auswerteeinheit kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle auf weisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hard waremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer inte grierten Schaltung sein, in der Funktionen der Auswerteeinheit umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teil- weise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikro controller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf ei nem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplatten speicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchfüh rung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Auswerteein heit ausgeführt wird.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Kraftmessvorrich tung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung durch einen Teil der Fahrzeug komponente, die ein Ausführungsbeispiel einer Kraftmessvorrichtung aufweist;
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Ermitt lung einer auf ein bewegliches Oberflächenelement einer Fahrzeugkomponente aus geübten Kraft unter Verwendung einer Varianten einer hier vorgestellten Kraftmess- vorrichtung; und
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Auswerteeinheit.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorlie genden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100, in welchem bei spielsweise ein Motor 1 10 eine Antriebsleistung an ein Getriebe 120 bereitstellt, von welchem wiederum die Antriebsleistung auf Räder 125 des Fahrzeugs übertragen wird. Um nun unterschiedlichen Fahrgeschwindigkeiten zugeordnete Fahrstufen auswählen zu können, in welche das Getriebe 120 geschaltet werden soll, ist vorlie gend beispielsweise ein Gangwahlschalter als Fahrzeugkomponente 130 vorgese hen, über welchen ein Fahrzeuginsasse 135 eine Gangwahl bzw. eine Überset zungsstufe des Getriebes 120 auswählen kann. Hierbei ist in modernen Fahrzeugen die Fahrzeugkomponente 130 derart ausgestaltet, dass zur Betätigung der Fahr zeugkomponente 130, hier der Auswahl der konkreten Gangwahlstufe, lediglich ein Druck bzw. eine Bewegung mit dem Finger auf ein (Bedien-) Oberflächenelement 140 ausgeübt werden soll, wobei aus diesem Druck oder der Bewegung dann die Fahrzeugkomponente 130 den vom Fahrzeuginsassen 135 manuell eingegebenen Gangwahlwunsch erkennt und das Getriebe 120 mittels eines Ansteuersignals 142 entsprechend ansteuert.
Denkbar ist jedoch auch, dass die hier dargestellte Fahrzeugkomponente 130 zur manuellen Eingabe von anderen Steuerbefehlen ausgebildet ist, beispielsweise zur Ansteuerung einer Infotainment-Anlage 150 oder dergleichen. Von besonderer Rele vanz ist hier dabei die Funktion der Fahrzeugkomponente 130 für eine komfortable Eingabe eines Ansteuerbefehls durch den Fahrzeuginsassen 135. Für diese Funkti on der Erfassung einer Kraft auf die Fahrzeugkomponenten 130 ist nun eine Kraft messvorrichtung 160 vorgesehen, die nachfolgend noch näher beschrieben wird.
Für diese Kraftmessvorrichtung 160 sollte beachtet werden, dass eine möglichst ge ringe Reibung bei dem Einlesen der Kraft auf das Bedienoberflächenelement 140 verursacht wird, sodass durch die Fahrzeugkomponente 130 sehr schnell anspre chend eine vom Fahrzeuginsassen 135 auf die auf das Bedienoberflächenelement 140 ausgeübte Kraft erfasst werden kann oder auch oder eine sehr geringe Kraft be reits präzise und eindeutig erfasst wird. In herkömmlichen Systemen wird dagegen oftmals ein Ansatz zur Krafterkennung verwendet, der teilweise eine hohe vom Fahr zeuginsassen 135 auf das Bedienoberflächenelement 140 auszuübende Kraft erfor dert und somit für den Fahrzeuginsassen 135 einen geringen Komfort hat.
Um nun die vorstehend genannten Nachteile einer reibungsbehafteten Krafterken nung überwinden zu können, wird gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatzes eine Verbesserung der Fahrzeugkomponente 130 bzw. eine Kraftmessvorrichtung 160 vorgeschlagen.
Figur 2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung durch einen Teil der Fahr zeugkomponente 130, die die Kraftmessvorrichtung 160 aufweist. Das Bedienober flächenelement 140 umfasst hierbei eine im Wesentlichen planare Platte 200, die als Bedienoberfläche ausgebildet ist und beispielsweise als eine Glasscheibe oder Kunststoffscheibe ausgebildet sein kann. Auf diese Platte 200 drückt beispielsweise der in der Figur 1 dargestellte Fahrzeuginsasse 135 seinen Finger 205 bei einem Wunsch zur Eingabe von Daten. Um nun den Druck des Fingers 205 auf das Bedi enoberflächenelement 140 erfassen zu können, ist auf einer Rückseite der Platte 200, also einer Seite, die nicht durch den Finger 205 berührt wird, eine Leiterplatte 210 angeordnet, an welcher zumindest ein Abstandsensor 215 ausgebildet oder be festigt ist. Der Abstandsensor 215 ist dabei ausgebildet, um einen Abstand 220 zwi schen dem Bedienoberflächenelement 140 bzw. der Leiterplatte 210 und einem Ge häuseelement 225 der Fahrzeugkomponente 130 zu messen. Hierzu ist beispiels weise das Gehäuseelement 225 der Fahrzeugkomponente 130 fest mit weiteren Komponenten des in der Figur 1 dargestellten Fahrzeugs 100 verbunden, wogegen das Bedienoberflächenelement 140 beweglich in Bezug auf das Gehäuseelement 225 ausgestaltet ist. Durch einen Druck des Fingers 205 auf die Platte 200 wird diese durch eine Kraft F in Richtung des Gehäuseelements 225 ausgelenkt, wodurch sich der Abstand 220 verringert.
Weiterhin ist eine Feder 230 vorgesehen, die das Bedienoberflächenelement 140 mit einem vorbekannten Federparameter (wie beispielsweise einer Federkonstante) möglichst weit weg von dem (festen) Gehäuseelement 225 drückt, sodass nach ei nem Druck des Fingers 205 auf das Bedienoberflächenelement 140 diese wieder in eine Ursprungslage zurück verbracht wird. An der Leiterplatte 210 ist nun ferner eine Auswerteeinheit 240 angeordnet, welche von dem Abstandsensor 215 ein den Ab stand 220 repräsentierendes Signals 245 erhält und unter Verwendung des Federpa rameters nun die Kraft F ermittelt, welche durch den Finger 205 auf die Platte 200 ausgeübt wurde. Diese Ermittlung kann durch Ausnutzung des aus der Physik be kannten Federgesetzes erfolgen, wobei günstigerweise ein linearer Zusammenhang zwischen der auf eine Feder 230 ausgeübten Kraft F und einer Auslenkungsstrecke der Feder 230 bei bekanntem Federparameter, speziell der Federkonstanten, ange nommen werden kann. Somit kann durch die Auswerteeinheit 240 mit sehr einfachen technischen Mitteln die Kraft F ermittelt werden, welche durch den Finger 205 auf die Platte 200 ausgeübt wurde.
Um nun die vorstehend genannten Nachteile in Bezug den mangelnden Komfort be ziehungsweise die ungenaue Erfassung der Kraft F, die durch den Finger 205 auf die Platte 200 des Bedienoberflächenelements 140 ausgeübt wird, zu vermeiden, wird ein berührungslos messender Abstandsensor 215 eingesetzt. Ein solcher berüh rungslos messender Abstandsensor 215 kann beispielsweise auf einem induktiven und/oder kapazitiven Messprinzip basieren; es ist sind jedoch auch der Einsatz eines optischen Messprinzips für den Abstandsensor 215 oder eines anderen berührungs losen Messprinzips denkbar. Der Abstandsensor 215 kann beispielsweise durch zwei gegenüberliegende elektrisch leitfähige, beispielsweise metallische, Schichten gebil det sein, sodass sich eine Kapazität zwischen diesen Schichten bei Änderung des Abstands 220 ändert und somit umgekehrt dieser Abstand 220 aus dieser Kapazität sänderung erfasst oder ermittelt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Abstandsensor 215 eine Änderung der Induktivität im Bereich um den Ab standsensor 215 erfassen, beispielsweise wenn ein elektrisch leitfähiges oder metal lisches Element im Bereich dieses Abstandsensors 215 bewegt oder in seiner Positi on verändert wird. Auf diese Weise kann der Abstand 220 ebenfalls sehr präzise er fasst werden. Für den Fall der Messung einer Induktivitätsänderung kann beispiels weise ein Teil des Abstandsensors 215, der beispielsweise auf oder an der Leiter platte 210 angeordnet ist, als Planarspule ausgebildet sein. Ein derart ausgestalteter Abstandsensor 215 lässt sich technisch sehr einfach hersteilen, beispielsweise in einem gleichen Arbeitsschritt, in welchem Leiterbahnen in der Leiterplatte 210 aus gebildet werden, die beispielsweise zu Führung des Signals 245 verwendet werden.
Die Kraftmessvorrichtung 160, die vorstehend näher beschrieben wurde, kann in die sem Zusammenhang zumindest als eine Kombination der Merkmale der Feder 230, des Abstandsensors 215 und der Auswerteeinheit 240 verstanden werden. Die Feder 230 kann eine beliebige Form aufweisen. Eine sehr einfache Fierstellung oder Montage kann dadurch realisiert werden, dass die Feder 230 als Blattfeder ausgebildet ist und zwischen das Gehäuseelement 225 und die Leiterplatte 210 ein gebracht wird und somit die Leiterplatte 210 von dem Gehäuseelement 225 weg drückt. Besonders vorteilhaft ist weiterhin, wenn ein Bereich der Feder 230 als ein Teil des Abstandsensors 215 wirkt oder ausgebildet ist, beispielsweise wenn ein Teil der Feder 230 an dem Gehäuseelement 225 an einer Position anliegt, die gegenüber der Position des Abstandsensors 215 liegt, der auf oder an der Leiterplatte 210 auf gebracht ist. Ist beispielsweise die Feder 230 aus einem metallischen Material gefer tigt oder enthält diese metallisches Material, kann hierdurch bei einem Niederdrücken des Bedienoberflächenelementes 140 die Annäherung dieses Teils der Feder 230 an den Abstandsensor 215 kapazitiv oder induktiv erfasst werden, sodass hierdurch sehr präzise auf den aktuellen Abstand 220 geschlossen werden kann.
Weiterhin ist gemäß dem in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Aktor 250 vorgesehen, der beispielsweise fest mit dem Gehäuseelement 225 verbunden ist und auch an der Leiterplatte 210 des Bedienoberflächenelementes 240 anschlagen kann. Der Aktor kann beispielsweise ein motorisches oder magnetisches Element enthalten, um zusätzlich zu der Feder 230 eine (steuerbare) Kraft FA von dem Ge häuseelement 225 in Richtung der Leiterplatte 210 bzw. des Bedienoberflächenele ments 140 ausüben. Auf diese Weise kann beispielsweise eine haptische Rückmel dung gegeben werden, um dem in der Figur 1 dargestellten Fahrzeuginsassen 135, beispielsweise während dieser Insasse 135 den Finger 205 auf die Platte 200 drückt, haptisch zu signalisieren, dass dieser Druck beziehungsweise die Kraft F erkannt wurde. Denkbar ist ferner auch, dem in der Figur 1 dargestellten Fahrzeuginsassen 135 weitere Informationen taktil zu übermitteln, beispielsweise welche Gangwahlstufe aktuell durch den Druck des Fingers 205 auf die Platte 200 angesteuert wird.
Gemäß dem in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Kraftmessvorrich- tung 160 ist weiterhin ein zweiter Abstandsensor 215' vorgesehen, der einen zweiten Abstand 220' zwischen dem Gehäuseelement 225 und der Leiterplatte 210 des Be dienoberflächenelements 140 erkennen kann. Der zweite Abstandsensor 215' kann dann ein zweites Signal 245' an die Auswerteeinheit 240 senden, welches dem zwei- ten Abstand 220' entspricht. Ferner kann im Bereich des zweiten Abstandsensors 215' eine zweite Feder 230' vorgesehen sein, die ebenfalls analog zur Feder 230 zwischen dem Gehäuseelement 225 und der Leiterplatte 210 gespannt ist und eine Vorspannung aufbaut, sodass nach einem Niederdrücken der Bedienoberflächenein heit 140 über die Platte 200 die Bedienoberflächeneinheit 140 wieder in ihre Ur sprungslage zurück überführt wird. Hierbei kann wieder ein Teil der zweiten Feder 230' als Gegenstück des zweiten Abstandsensors 215' dienen, speziell wenn der zweite Sensor 215' auch wieder auf einem kapazitiven oder induktiven Messprinzip basiert, wobei der zweite Abstandsensor 215' analog zu dem Abstandsensor 215 aufgebaut sein kann. Denkbar ist jedoch auch, dass der zweite Abstandsensor 215' auf einem alternativen Messprinzip basiert, als der Abstandsensor 215.
Besonders günstig ist es, wenn gemäß dem in der Figur 2 dargestellten Ausfüh rungsbeispiel der Abstandsensor 215 und der zweite Abstandsensor 215' an gegen überliegenden Enden der Leiterplatte 210 angeordnet sind. Insbesondere kann der Aktor 250 an einer Position an die Leiterplatte 210 angreifen, die zwischen dem Ab standsensor 215 und dem zweiten Abstandsensor 215' liegt. Auf diese Weise lässt sich eine möglichst gleichmäßige Verteilung der vom Aktor 250 ausgeübten Kraft auf die Leiterplatte 210 bewirken, sodass dem Fahrzeuginsassen über dessen Finger 205 sehr angenehm und komfortabel eine entsprechende haptische Information übermittelt werden kann, da möglicherweise Schwingungen durch die Feder 230 und die zweite Feder 230' sehr effizient gedämpft oder ausgeglichen werden können. Somit kann beispielsweise der Abstandsensor 215 und die Feder 230 spiegelbildlich bezüglich des Aktors 250 zur zweiten Feder 230' und zum zweiten Abstandsensor 215' am Gehäuseelement 225 bzw. am Bedienoberflächenelement 140 angeordnet sein.
Denkbar ist weiterhin auch, dass die Auswerteeinheit 240 nicht an der Leiterplatte 210 angeordnet ist, sondern im Bereich des Gehäuseelements 225. In diesem Fall wäre jedoch ein Signal vom Abstandsensor 215 bzw. vom zweiten Abstandsensor 215' von dem beweglich gelagerten Bedienoberflächenelement 140 zum oder durch das Gehäuseelement 225 zu leiten, wobei eine solche bewegliche Leitung prinzipiell mit einem hohen Verschleiß behaftet ist. Bei dem in der Figur 2 dargestellten Konfi- guration der Anordnung der Auswerteeinheit 240 an der Leiterplatte 210 braucht da gegen jedoch lediglich ein entsprechendes Signal übertragen zu werden, welches dann zur Ansteuerung beispielsweise des Getriebes 120 durch das Signal 142 aus Figur 1 verwendet werden kann. Dieses Signal von der Auswerteeinheit 240 kann beispielsweise auch drahtlos ausgesandt werden, um den hohen Verschleiß einer beweglichen Leitung möglichst vermeiden zu können.
Zusammenfassend lässt sich ausführen, dass die Kraft auf das Bedienoberflächen element (oder die Bedienoberfläche), die durch einen Benutzer oder durch die hapti sche Feedback-Funktion auf das Bedienoberflächenelement oder die Bedienoberflä che aufgebracht wird, berührungslos bzw. reibungslos gemessen werden sollte. So mit wird ausgeschlossen, dass die Kraftmessung keine zusätzlichen Störkräfte in das System einbringt. Die Kraftmessung ist hilfreich, da ab einer bestimmten Kraft des Benutzers die haptische Feedback-Funktion dem Benutzer ein haptisches Feedback seiner Eingabe vermitteln kann. Mit beispielsweise induktiven Wegsensoren bzw. Abstandsensoren lassen sich Abstände von elektrischen leitenden Metallen sehr gut bestimmen. Dieses Messverfahren weist im Vergleich zu anderen Messsystemen eine relativ große Auflösung und Genauigkeit auf. Zusätzlich können durch das in duktive Messverfahren die Federn, die zur Lagerung des Bedienoberflächenelements verwendet werden, zusätzlich als Messobjekt der induktiven Wegsensorik verwendet werden. Des Weiteren lässt sich die Induktivität, die zur Messung benötigt wird, direkt auf schon einer vorhandenen Leiterplatte als Planarspule realisieren.
Da sich im Produkt ebenfalls eine kapazitive Touchsensorik befindet, kann auch die Wegmessung des Bedienoberflächenelements als kapazitive Wegmessung ausge führt werden. Dies hat den Vorteil dass die elektronischen Komponenten zur Auswer tung der induktiven Wegsensorik entfallen könnten. Bei diesem Ansatz sollte aber noch berücksichtigt werden, ob eine solche Messung durch andere Anforderungen an das Produkt, wie funktionaler Sicherheit, im Konflikt steht, sodass gegebenenfalls auf eine alternative berührungslose Abstandsmessung zurückgegriffen werden kann.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 300 zur Ermittlung einer auf ein bewegliches Oberflächenelement einer Fahrzeugkompo- nente ausgeübten Kraft unter Verwendung einer Varianten einer hier vorgestellten Kraftmessvorrichtung. Das Verfahren 300 umfasst einen Schritt 310 des Einlesens eines Abstands zwischen dem Oberflächenelement und dem Gehäuseelement. Fer ner umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 320 des Ermittelns der auf das Oberflä chenelement ausgeübten Kraft unter Verwendung des Abstands und eines Parame ters der Feder.
Figur 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Auswerteeinheit 240. Die Ausführungseinheit 240 zeigt eine Schnittstelle 410 zum Einlesen eines Ab stands zwischen der Oberflächenelement und dem Gehäuseelement und eine Ein heit 420 zum Ermitteln der auf das Oberflächenelement ausgeübten Kraft unter Ver wendung des Abstands und eines Parameters der Feder.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur bei spielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausfüh rungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer ande ren als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ers ten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist. Bezuqszeichen Fahrzeug
Motor
Getriebe
Räder
Fahrzeugkomponente
Fahrzeuginsasse
Bedienoberflächenelement, Oberflächenelement
Ansteuersignal
Infotainment-Anlage
Kraftmessvorrichtung Platte
Finger
Leiterplatte
Abstandsensor
Abstand
Gehäuseelement
Feder
Auswerteeinheit
Signal
‘ zweiter Abstandsensor
' zweiter Abstand
' zweite Feder
' zweites Signal Verfahren zur zur Ermittlung einer auf ein bewegliches Oberflächenelement einer Fahrzeugkomponente ausgeübten Kraft
Schritt des Einlesens
Schritt des Ermittelns
Einleseschnittstelle
Einheit zum Ermitteln

Claims

Patentansprüche
1. Kraftmessvorrichtung (160) zur Ermittlung einer auf ein bewegliches Oberflächen element (140) einer Fahrzeugkomponente (130) ausgeübten Kraft (F), wobei die Kraftmessvorrichtung (160) die folgenden Merkmale aufweist:
eine Feder (230), die eine Vorspannung zwischen dem beweglichen Oberflächen element (140) und einem Gehäuseelement (225) der Fahrzeugkomponente (130) ausübt;
einen berührungslos messenden Abstandsensor (215) zur Erfassung des Abstands (220) zwischen der Oberflächenelement (140) und dem Gehäuseelement (225); und eine Auswerteeinheit (240), die ausgebildet ist, um die auf das Oberflächenelement (140) ausgeübte Kraft (F) unter Verwendung eines Parameter der Feder (230) und einem von dem Abstandsensor (215) gemessenen Abstand (220) zwischen dem Oberflächenelement (140) und dem Gehäuseelement (225) zu ermitteln.
2 Kraftmessvorrichtung (160) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandsensor (215) als ein kapazitiv messender Sensor und/oder ein induktiv mes sender Sensor ausgebildet ist.
3 Kraftmessvorrichtung (160) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandsensor (215) zumindest teilweise als Planarspule ausgebildet ist.
4. Kraftmessvorrichtung (160) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Feder (230) zumindest einen Teil des Ab
standsensors (215) bildet und/oder dass die Feder (230) zumindest teilweise Metall aufweist.
5. Kraftmessvorrichtung (160) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (230) im Bereich des Abstandsensors (215) an dem Gehäuseelement (225) kontaktiert ist und/oder zumindest ein Teil des Ab standsensors (215) zwischen einem Kontaktbereich der Feder (230) an dem Oberflä chenelement (140) und einem Rand des Oberflächenelements (140) ausgebildet ist.
6. Kraftmessvorrichtung (160) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (230) als Blattfeder (230) ausgebildet ist.
7. Kraftmessvorrichtung (160) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenelement (140) mit einer Leiterplatte (210) verbunden ist, welche die Auswerteeinheit (240) umfasst und/oder auf welcher zumindest ein Teil des Abstandsensors (215) und/oder der Feder (230) angeordnet ist.
8. Kraftmessvorrichtung (160) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Aktor (250) vorgesehen ist, um zumindest einen Teilbereich des Oberflächenelements (140) aktiv zu bewegen.
9. Kraftmessvorrichtung (160) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine zweite Feder (230‘) vorgesehen ist, die eine Vorspannung zwischen dem beweglichen Oberflächenelement (140) und dem Gehäuseelement (225) der Fahrzeugkomponente (130) ausübt und ein zweiter be rührungslos messender Abstandsensor (215‘) zur Erfassung eines zweiten Abstands (220‘) zwischen dem Oberflächenelement (140) und dem Gehäuseelement (225) vorgesehen ist, wobei die Auswerteeinheit (240) ausgebildet ist, um die auf das Oberflächenelement (140) ausgeübte Kraft (F) unter Verwendung eines Parameter der zweiten Feder (230‘) und dem von dem zweiten Abstandsensor (215‘) gemesse nen zweiten Abstand (220‘) zwischen dem Oberflächenelement (140) und dem Ge häuseelement (225) zu ermitteln.
10. Kraftmessvorrichtung (160) gemäß Anspruch 8 und 9, wobei der Aktor (250) zwi schen dem Abstandsensor (215) und dem zweiten Abstandsensor (215‘) angeordnet ist und/oder wobei Aktor (250) zwischen der Feder (230) und der zweiten Feder (230‘) angeordnet ist.
11. Verfahren (300) zur Ermittlung einer auf ein bewegliches Oberflächenelement (140) einer Fahrzeugkomponente (130) ausgeübten Kraft (F) unter Verwendung ei- ner Kraftmessvorrichtung (160) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren (300) die folgenden Schritte aufweist:
Einlesen (310) eines Abstands (220) zwischen dem Oberflächenelement (140) und dem Gehäuseelement (225); und
Ermitteln (320) der auf das Oberflächenelement (140) ausgeübten Kraft (F) unter Verwendung des Abstands (220) und eines Parameters der Feder (230).
12. Auswerteeinheit (240), die ausgebildet ist, um die Schritte des Verfahrens (300) gemäß Anspruch 11 in entsprechenden Einheiten (410, 420) auszuführen und/oder anzusteuern.
13. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, die Schritte des Verfahrens (330) gemäß Anspruch 11 auszuführen und/oder anzusteuern.
14. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist.
PCT/EP2020/058115 2019-03-25 2020-03-24 Kraftmessvorrichtung und verfahren zur ermittlung einer auf ein bewegliches oberflächenelement einer fahrzeugkomponente ausgeübten kraft WO2020193524A1 (de)

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