WO2020193547A1 - Force-measuring device and method for determining a force exerted on an operating-surface element of a vehicle component - Google Patents

Force-measuring device and method for determining a force exerted on an operating-surface element of a vehicle component Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a force measuring device and a method for determining a force exerted on a user interface 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 control surface element according to the main claims.
  • Advantageous refinements result from the dependent claims and the following description.
  • the approach presented here creates a force measuring device of a vehicle component for determining a force exerted on a user interface element, the force measuring device having the following features:
  • a cap that covers at least part of the circuit board over the coil, the cap having the user interface element and a measuring element facing the coil, and the cap being designed and arranged as a spring to be reversible in the event of a force exerted on the user interface element direction of the coil to be moved;
  • An evaluation unit which is designed to detect a distance between the coil and the measuring element and to use the detected distance and a Fe- derparameter the cap to determine the force exerted on the user interface element.
  • a force measuring device can be understood as a unit which is able to issue or detect a force exerted on a user interface element.
  • a cap can be understood to mean a cover element which is attached over the coil arranged on the printed circuit board, so that a cavity exists between the measuring element and the coil.
  • the cap On a side opposite the printed circuit board, the cap can have the user interface element facing a user of a vehicle component, so that the user can exert pressure on the user interface element with a part of the body, for example his finger, and thereby press the cap.
  • the cavity can have a height which can be changed by applying pressure to the user interface element, so that the measuring element has a smaller distance from the coil than if no pressure were exerted on the user interface element.
  • a measuring element can be understood to mean an element which does not make mechanical contact with the coil, but causes a change in the inactivity of the coil through its presence or movement in a magnetic field formed by the coil.
  • the measuring element can have a metallic material such as copper or a ferrite material or consist of this material.
  • a spring can be understood to mean a structure of the cap that allows the shape of the cap to be changed in a revisable manner when a force is exerted on the user interface element, but after the force has been exerted the shape of the cap is returned to its original position by the spring action is spent back.
  • this spring action of the cap allows the user interface element to be pressed in when a force is exerted and to snap back into its original position when this force is no longer applied.
  • the approach presented is based on the knowledge that a precise inductive measurement method can be used very efficiently by means of a contactless measurement of the distance between the knife element and the coil, from which a conclusion about the force can be drawn with knowledge of the spring parameter can, which was exerted on the user interface element and led to the change in the distance between the coil and the measuring element.
  • technically very simple means can be used to precisely measure the force that has been exerted on the user interface element with little interference.
  • the measuring element can be designed as a damping element for changing an inductance of the coil at a variable distance from the coil, in particular wherein the measuring element has a me-metallic material or consists of the metallic material.
  • an element with the measuring element can be understood to mean an element which changes, in particular reduces, an inductance of the coil as the distance between the measuring element and the coil decreases. In this way, particularly with small distances, a very precise detection of this distance between the measuring element of the coil can be detected.
  • the damping element can be made of a metallic material such as copper or iron or at least comprise this metallic material.
  • the measuring element can at least partially have ferrite.
  • Such an embodiment offers the advantage of increasing the inductivity of the coil as the distance between the measuring element and the coil decreases, so that a highly distance-dependent inductivity of the coil also results, through which the distance between the element and the coil can be detected with high precision.
  • the knife element has at least one part which is designed as a damping element and has another part which at least partially comprises a ferrite material, in particular if the different parts of this measuring element ments are arranged opposite different coils or sub-coils. In this way, a good separation of the influences of the different parts of the measuring element on the different coils can be achieved so that, for example, a very precise detection of a position at which the force was exerted on the user interface element is possible.
  • One embodiment of the approach proposed here in which the cap is glued to the circuit board is particularly advantageous.
  • Such an embodiment is technically very simple and inexpensive to manufacture, with precise placement of the measuring element above the coil nevertheless being possible.
  • a hermetic closure of the cavity between the measuring element and the coil can also be implemented in a technically simple manner, for example.
  • the cap has a U-shape, with opposite legs of the cap being attached to the circuit board.
  • the U-shape can be fastened upside down on the circuit board, so that a cavity is formed between the coil and the measuring element.
  • the cap can have at least one central region lying between the legs, which is connected to one of the legs by at least one spring bar and / or which is movable in the direction of the coil.
  • Such an embodiment offers the advantage of being able to form the spring very easily through the shape of the cap in order to be able to make the user interface element resilient in relation to the coil.
  • a second coil can also be arranged on the circuit board according to one embodiment of the approach proposed here. At least part of the circuit board can be covered over the second coil by the cap and the evaluation unit can be designed to detect a second distance between the second coil and the measuring element and also the force exerted on the user interface element and / or a position of the to determine the force exerted on the user interface element using the detected second distance.
  • Such an embodiment offers the advantage of having an additional parameter for determining the magnitude of the force or the position of the introduction of the force on the operating surface element available through the detection of the second distance, whereby the determination of the exact magnitude of the force or the Position of the introduction of the force is possible much more precisely.
  • the advantages mentioned above can also be achieved by 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, the method having the following steps:
  • An embodiment of the approach presented here is also conceivable as an evaluation unit which is designed to execute and / or control the steps of a variant of a 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. With a hard In terms of goods, the interfaces can, for example, be part of an integrated circuit in which the functions of the device are implemented. The interfaces can also be their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In the case of software-based training, 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 medium such as a semiconductor memory, a hard disk or an optical memory and is used to implement the method according to one of the embodiments described above when the program is based on a computer or an evaluation unit is executed.
  • a machine-readable medium 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. 2A shows a schematic cross-sectional illustration through part of a vehicle component which has an exemplary embodiment of a force measuring device, with no force being exerted on the user interface element of the force measuring device;
  • FIG. 2B shows a schematic cross-sectional view through part of a vehicle component which has an exemplary embodiment of a force measuring device, a force now being exerted on the user interface element of the force measuring device;
  • FIG. 2C shows a schematic cross-sectional illustration through part of a vehicle component which has an exemplary embodiment of a force measuring device, with no force being exerted on the user interface element of the force measuring device;
  • FIG. 3 shows a flowchart of an exemplary embodiment of a method for determining a configuration on a movable surface element of a vehicle component. practiced force 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, via which a vehicle occupant 135 can select a gear selection or a gear ratio of the transmission 120.
  • the vehicle component 130 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 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.
  • an approach to force detection is often used which in some cases requires a high force to be exerted by the vehicle occupant 135 on the user interface element 140 and is therefore less comfortable for the vehicle occupant 135.
  • FIG. 2A shows a schematic cross-sectional illustration through part of a vehicle component 130 that has an exemplary embodiment of a force measuring device 160, with no force F (for example, by pressing a finger of the vehicle occupant 135 from FIG. 1) being exerted on the user interface element 140 of the force measuring device 160.
  • PCB English printed circuit board
  • legs 215 of the cap 205 are fixed to the circuit board 210 by means of an adhesive material 220, so that, for example, a cavity or a cavity is created or formed between the inside of the central part 200 and the circuit board 210.
  • the middle part 200 which also has the user-surface element 140, is connected to the legs 215 of the cap 205 via webs 225, these webs 225 being elastic and thus forming a spring that allows the central part 200 of the cap 205 to move in the direction of the Circuit board 210 allow when a force F is exerted on this middle part 200 or the control surface element 140.
  • the cap 205 can be at least partially formed or manufactured from plastic or metal, which provides the desired or required spring action of the webs 225.
  • a distance sensor 230 is provided according to the approach proposed here, which can detect a distance d between a measuring element 235 and this distance sensor 230.
  • the measuring element 235 is designed as a damping element and can, for example, contain a metallic material such as copper or iron or be made of such a material.
  • the measuring element 235 is arranged or fastened on an inner side of the central part 200, that is to say a side of the central part 200 which faces the printed circuit board 210.
  • the measuring element 235 can also have a ferrite material or at least partially be made of such a material.
  • a magnetic field can be influenced, which is generated, for example, by the operation of the distance sensor 230.
  • the distance sensor 230 can be designed as a coil which, when appropriately controlled by an evaluation unit 240, builds up a magnetic field and can detect a change in an inductance of this coil when the measuring element 235 is at its Position in relation to the distance sensor 230 designed as a coil changed.
  • the distance d between the knife element 235 and the distance sensor 230 can be detected very precisely.
  • the evaluation unit 240 using the detected distance d and a spring parameter that represents the spring property of the webs 225, the force F that is exerted on the middle part 200 or the user interface element 240 and for deflecting this middle part 200 can then be deduced leads in the direction of the distance sensor 230.
  • the distance sensor 230 which is embedded in the circuit board 210 according to the embodiment shown in FIG. 2A, can alternatively also be implemented on a surface of this circuit board 210.
  • 2A also shows the evaluation unit 240 as being embedded in the circuit board 210, in which case the evaluation unit 240 can also be arranged on a surface of the circuit board 210.
  • the evaluation unit 240 does not need to be arranged on a surface of the circuit board 210 facing the card 205 or the measuring element 235, like the distance sensor 235, but can also be arranged on a corresponding rear side of the circuit board 210 for reasons of space, for example.
  • the force measuring device 160 can in this context be understood as a combination of the features of the distance sensor 230 (here in the form of the coil), the measuring element 235 and the evaluation unit 240, which can then be used to determine the force on the user interface element.
  • FIG. 2B shows a schematic cross-sectional illustration through part of a vehicle component 130 which has an exemplary embodiment of a force measuring device 160, a force F now being exerted on the user interface element 140 of the force measuring device 160.
  • the illustration from FIG. 2B now shows a scenario in which a finger 250 (for example of the vehicle occupant 135 shown in FIG. 1) presses on the user interface element 140 or the central part 200 of the cap 205 .
  • the webs 225 are stretched and the central part 200 of the U-shaped cap 205 is pressed in the direction of the distance sensor 230.
  • the distance d is reduced, which in turn can be detected by the distance sensor 130 or the control of the distance sensor 230 by the evaluation unit 240.
  • the force F that was exerted by the finger 250 on the middle part 200 or the user interface element 140 can now be determined very precisely. This determined force can then be used, for example, to control the transmission 120 shown in FIG. 1 by means of the control signal 142.
  • Another embodiment is also conceivable in which not only a single distance sensor 230 in the form of a coil, but at least a second distance sensor 230 'is provided, which is also arranged, for example, on a surface of the circuit board 210 facing the cap 205.
  • FIG. 2C shows a schematic cross-sectional illustration through part of a vehicle component 130, which has such an exemplary embodiment of a force measuring device 160 with two distance sensors 230 and 230 ′, with no force F (for example, through a pressure of a finger of the vehicle occupant 135 from FIG ) is exercised on the user interface element 140 of the force measuring device 160.
  • the second distance sensor 230 ' can also be formed again as a coil and act in its function analogously to the distance sensor 230, as it was already described before.
  • the evaluation unit 240 can now use both the distance d recorded by the distance sensor 230 and the second distance d 'recorded by the second distance sensor 230' to determine the force F, whereby now also by taking into account the distance d and the second distance d 'it can be determined how the middle part 200 tilts due to the exertion of the force F, from which in turn a conclusion can be drawn as to the position at which this force F is exerted on the middle part 200.
  • the force and / or the position on the user interface should be determined very precisely.
  • this can be determined at the same time using a sensor principle.
  • the user interface can be provided with a metallically conductive or ferrite material structure as a measuring element 235, this measuring element 235 acting, for example, as a damping element of a planar coil as a distance sensor 230, this coil being located on the printed circuit board 210 (PCB) below.
  • a metallically conductive or ferrite material structure as a measuring element 235, this measuring element 235 acting, for example, as a damping element of a planar coil as a distance sensor 230, this coil being located on the printed circuit board 210 (PCB) below.
  • PCB printed circuit board
  • the position of the user force F can be inferred and, at the same time, the user force F can also be deduced from the spring constant of the (webs 225) of the user interface 140 or the middle part 200 can be determined.
  • the distance d is used as a measurement signal for the evaluation unit 240.
  • FIG. 3 shows a flow diagram of an exemplary embodiment of a method 300 for determining a force exerted on a movable surface element of a vehicle component using a variant of a force measuring device presented here.
  • the method 300 comprises a step 310 of reading in a distance between the measuring element and the coil.
  • Method 300 further includes a step 320 of determining the force exerted on the cap using the distance and a spring parameter of the cap.
  • 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 measuring element and the coil and a unit 420 for determining the force exerted on the cap using the distance and a spring parameter Cap.
  • 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.

Abstract

Proposed is a force-measuring device (160) for determining a force (F) exerted on an operating-surface element (140) of a vehicle component (130), the force-measuring device (160) having a coil (230) situated on a printed circuit board (210). The force-measuring device (160) further comprises a cap (205) covering at least part of the printed circuit board (210) and lying above the coil (230), said cap (205) having the operating-surface element (140) and a measuring element (235) facing the coil (230), and the cap (205) being in the form of a spring and situated such that it can move reversibly towards the coil (230) when a force (F) is exerted on the operating-surface element (140). Finally, the measuring device (160) comprises an evaluation unit (240) designed to sense a distance (d) between the coil (230) and the measuring element (235), and to determine the force (F) exerted on the operating-surface element (140) from the sensed distance (d) and a spring parameter of the cap (205).

Description

Kraftmessvorrichtunq und Verfahren zur Ermittlung einer auf ein Kraftmessvorrichtunq and method for determining an on
Bedienoberflächenelement einer Fahrzeugkomponente ausgeübten Kraft User interface element of a vehicle component force exerted
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftmessvorrichtung und ein Verfah ren zur Ermittlung einer auf ein Bedienoberflächenelement einer Fahrzeugkompo nente ausgeübten Kraft gemäß den Hauptansprüchen. The present invention relates to a force measuring device and a method for determining a force exerted on a user interface element of a vehicle component according to the main claims.
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. In modern vehicles, 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. In order to be able to measure this force as precisely and precisely as possible, sensors are required that have the lowest possible friction and thus cause little disruption of the force to be measured.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Kraft messvorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung einer auf ein Bedien oberflächenelement ausgeübten Kraft gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Be schreibung. Against this background, the present invention creates an improved force measuring device and an improved method for determining a force exerted on a control surface element according to the main claims. Advantageous refinements result from the dependent claims and the following description.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft eine Kraftmessvorrichtung einer Fahrzeugkom ponente zur Ermittlung einer auf ein Bedienoberflächenelement ausgeübten Kraft, wobei die Kraftmessvorrichtung die folgenden Merkmale aufweist: The approach presented here creates a force measuring device of a vehicle component for determining a force exerted on a user interface element, the force measuring device having the following features:
- eine Spule, die auf einer Leiterplatte angeordnet ist, - a coil which is arranged on a circuit board,
- eine Kappe, die zumindest einen Teil der Leiterplatte über der Spule abdeckt, wobei die Kappe das Bedienoberflächenelement sowie ein der Spule zugewandtes Mes selement aufweist und wobei die Kappe als Feder ausgebildet und angeordnet ist, um bei einer auf das Bedienoberflächenelement ausgeübten Kraft reversibel in Rich tung der Spule bewegt zu werden; und - A cap that covers at least part of the circuit board over the coil, the cap having the user interface element and a measuring element facing the coil, and the cap being designed and arranged as a spring to be reversible in the event of a force exerted on the user interface element direction of the coil to be moved; and
- eine Auswerteeinheit, die ausgebildet ist, um einen Abstand zwischen der Spule und dem Messelement zu erfassen und aus dem erfassten Abstand und einem Fe- derparameter der Kappe die auf das Bedienoberflächenelement ausgeübte Kraft zu ermitteln. - An evaluation unit which is designed to detect a distance between the coil and the measuring element and to use the detected distance and a Fe- derparameter the cap to determine the force exerted on the user interface element.
Unter einer Kraftmessvorrichtung kann eine Einheit verstanden werden, die in der Lage ist, eine auf ein Bedienoberflächenelement ausgeübte Kraft zu erteilen oder zu erfassen. Unter einer Kappe kann ein Abdeckelement verstanden werden, welches über der auf der Leiterplatte angeordnete Spule angebracht ist, sodass zwischen dem Messelement und der Spule ein Hohlraum besteht. Auf einer der Leiterplatte gegenüberliegenden Seite kann die Kappe das Bedienoberflächenelement aufwei sen, welches einem Nutzer einer Fahrzeugkomponente zugewandt ist, sodass der Nutzer mit einem Körperteil, beispielsweise seinem Finger, einen Druck auf das Be dienoberflächenelement ausüben kann und hierdurch die Kappe ein drückt. Der Hohlraum kann eine Höhe aufweisen, die durch einen Druck auf das Bedienoberflä chenelement veränderbar ist, sodass das Messelement einen geringeren Abstand zu Spule aufweist, als wenn kein Druck auf das Bedienoberflächenelement ausgeübt würde. Unter einem Messelement kann vorliegend ein Element verstanden werden, welches die Spule nicht mechanisch kontaktiert, jedoch durch seine Anwesenheit bzw. Bewegung in einem von der Spule ausgebildeten Magnetfeld eine Veränderung der Inaktivität der Spule bewirkt. Beispielsweise kann das Messelement ein metalli sches Material wie beispielsweise Kupfer oder ein Ferrit-Material aufweisen oder aus diesem Material bestehen. Unter einer Feder kann vorliegend eine Struktur der Kap pe verstanden werden, die ein revisibles Verändern der Form der Kappe bei Aus übung einer Kraft auf das Bedienoberflächenelement zulässt, wobei jedoch nach ei ner Ausübung der Kraft die Form der Kappe durch die Federwirkung wieder in ihre Ursprungslage zurück verbracht wird. Beispielsweise kann durch diese Federwirkung der Kappe das Bedienoberflächenelement bei ausgeübter Kraft eingedrückt werden und bei einem Entfallen dieser ausgeübten Kraft wieder in seine Ursprungslage zu rück schnappen. A force measuring device can be understood as a unit which is able to issue or detect a force exerted on a user interface element. A cap can be understood to mean a cover element which is attached over the coil arranged on the printed circuit board, so that a cavity exists between the measuring element and the coil. On a side opposite the printed circuit board, the cap can have the user interface element facing a user of a vehicle component, so that the user can exert pressure on the user interface element with a part of the body, for example his finger, and thereby press the cap. The cavity can have a height which can be changed by applying pressure to the user interface element, so that the measuring element has a smaller distance from the coil than if no pressure were exerted on the user interface element. In the present case, a measuring element can be understood to mean an element which does not make mechanical contact with the coil, but causes a change in the inactivity of the coil through its presence or movement in a magnetic field formed by the coil. For example, the measuring element can have a metallic material such as copper or a ferrite material or consist of this material. In the present case, a spring can be understood to mean a structure of the cap that allows the shape of the cap to be changed in a revisable manner when a force is exerted on the user interface element, but after the force has been exerted the shape of the cap is returned to its original position by the spring action is spent back. For example, this spring action of the cap allows the user interface element to be pressed in when a force is exerted and to snap back into its original position when this force is no longer applied.
Der vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass durch eine berührungslose Messung des Abstandes zwischen dem Messerelement und der Spule sehr effizient ein präzises induktives Messverfahren ausgenutzt werden kann aus welchem dann unter Kenntnis des Federparameters ein Rückschluss auf die Kraft gezogen werden kann, welche auf das Bedienoberflächenelement ausgeübt wurde und zur Verände rung des Abstands zwischen der Spule und dem Messeelement geführt hat. Auf die se Weise lässt sich technisch sehr einfachen Mitteln eine präzise und störungsarme Messung der Kraft vornehmen, die auf das Bedienoberflächenelement ausgeübt wurde. The approach presented is based on the knowledge that a precise inductive measurement method can be used very efficiently by means of a contactless measurement of the distance between the knife element and the coil, from which a conclusion about the force can be drawn with knowledge of the spring parameter can, which was exerted on the user interface element and led to the change in the distance between the coil and the measuring element. In this way, technically very simple means can be used to precisely measure the force that has been exerted on the user interface element with little interference.
Günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der die Spule als eine Planarspule ausgebildet ist. Eine solche Ausführungsform bietet ne ben einer einfachen Herstellungsweise beispielsweise zusammen mit Leiterbahnen auf der Leiterplatte einen weiteren Vorteil, da eine solche Planarspule sehr flach ausgestaltet werden kann und somit einen geringen Bauraum erfordert. An embodiment of the approach proposed here in which the coil is designed as a planar coil is favorable. Such an embodiment offers a further advantage besides a simple production method, for example together with conductor tracks on the circuit board, since such a planar coil can be designed very flat and thus requires little installation space.
Ferner kann gemäß einer weiteren Ausführungsform das Messelement als Bedämp fungselement zur Veränderung einer Induktivität der Spule bei einem veränderbaren Abstand zur Spule ausgebildet sein, insbesondere wobei das Messelement ein me tallisches Material aufweist oder aus dem metallischen Material besteht. Unter einem mit dem Messelement kann vorliegend eine Element verstanden werden, welches eine Induktivität der Spule mit abnehmendem Abstand zwischen dem Messelement und der Spule verändert, insbesondere reduziert. Auf diese Weise lässt sich beson ders bei geringen Abständen eine sehr präzise Erfassung dieses Abstands zwischen dem Messelement der Spule detektieren. Beispielsweise kann das Bedämpfungs element aus einem metallischen Material wie Kupfer oder Eisen hergestellt sein oder zumindest dieses metallische Material umfassen. Furthermore, according to a further embodiment, the measuring element can be designed as a damping element for changing an inductance of the coil at a variable distance from the coil, in particular wherein the measuring element has a me-metallic material or consists of the metallic material. In the present case, an element with the measuring element can be understood to mean an element which changes, in particular reduces, an inductance of the coil as the distance between the measuring element and the coil decreases. In this way, particularly with small distances, a very precise detection of this distance between the measuring element of the coil can be detected. For example, the damping element can be made of a metallic material such as copper or iron or at least comprise this metallic material.
Auch kann gemäß einer weiteren Ausführungsform das Messelement zumindest teil weise Ferrit aufweisen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, mit abneh mendem Abstand zwischen dem Messelement und der Spule eine Erhöhung der In duktivität der Spule zu bewirken, sodass ebenfalls eine stark abstandabhängige In duktivität der Spule resultiert, durch welche der Abstand zwischen dem gemäß Ele ment und der Spule mit hoher Präzision erfasst werden kann. Denkbar ist auch, dass das Messerelement zumindest einen Teil aufweist, welcher als Bedämpfungselement ausgebildet ist und einen anderen Teil aufweist, der zumindest teilweise ein Ferrit- Material umfasst, insbesondere wenn die unterschiedlichen Teile dieses Messele- ments gegenüber unterschiedlichen Spulen oder Teilspulen angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich eine gute Trennung der Einflüsse der unterschiedlichen Teile des Messelements auf die unterschiedlichen Spulen erreichen, sodass beispielswei se eine Erfassung einer Position sehr präzise möglich wird, an welcher die Kraft auf das Bedienoberflächenelement ausgeübt wurde. According to a further embodiment, the measuring element can at least partially have ferrite. Such an embodiment offers the advantage of increasing the inductivity of the coil as the distance between the measuring element and the coil decreases, so that a highly distance-dependent inductivity of the coil also results, through which the distance between the element and the coil can be detected with high precision. It is also conceivable that the knife element has at least one part which is designed as a damping element and has another part which at least partially comprises a ferrite material, in particular if the different parts of this measuring element ments are arranged opposite different coils or sub-coils. In this way, a good separation of the influences of the different parts of the measuring element on the different coils can be achieved so that, for example, a very precise detection of a position at which the force was exerted on the user interface element is possible.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der die Kappe auf die Leiterplatte geklebt ist. Eine solche Ausführungsform ist technisch sehr einfach und kostengünstig herstellbar, wobei dennoch eine präzise Platzierung des Messelements über der Spule möglich wird. Zugleich kann auch bei spielsweise ein hermetischer Verschluss des Hohlraums zwischen dem Messelement und der Spule technisch einfach realisiert werden. One embodiment of the approach proposed here in which the cap is glued to the circuit board is particularly advantageous. Such an embodiment is technically very simple and inexpensive to manufacture, with precise placement of the measuring element above the coil nevertheless being possible. At the same time, a hermetic closure of the cavity between the measuring element and the coil can also be implemented in a technically simple manner, for example.
Technisch sehr leicht umsetzbar ist auch eine Ausführungsform des hier vorgeschla genen Ansatzes, bei der die Kappe eine U-Form aufweist, wobei gegenüberliegende Schenkel der Kappe auf der Leiterplatte befestigt sind. Insbesondere kann die U- Form um gestürzt auf der Leiterplatte befestigt sein, sodass ein Hohlraum zwischen der Spule und dem Messelement ausgebildet wird. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil einer technisch sehr einfachen Herstellbarkeit der Kappe, bei der die beiden Schenkel als Stützelemente der Kappe auf der Leiterplatte auflegen. Technically very easy to implement is also an embodiment of the approach proposed here, in which the cap has a U-shape, with opposite legs of the cap being attached to the circuit board. In particular, the U-shape can be fastened upside down on the circuit board, so that a cavity is formed between the coil and the measuring element. Such an embodiment offers the advantage that the cap can be manufactured in a technically very simple manner, in which the two legs rest on the circuit board as support elements of the cap.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann die Kappe zumindest einen zwischen den Schenkeln liegenden Mittelbereich aufweisen, der durch zumindest einen Federsteg mit einem der Schenkel verbunden ist und/oder der in Richtung der Spule beweglich ist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vor teil, durch die Form der Kappe sehr einfach die Feder ausbilden zu können, um das Bedienoberflächenelement federnd in Bezug zur Spule ausgestaltet zu können. According to a further embodiment of the approach presented here, the cap can have at least one central region lying between the legs, which is connected to one of the legs by at least one spring bar and / or which is movable in the direction of the coil. Such an embodiment offers the advantage of being able to form the spring very easily through the shape of the cap in order to be able to make the user interface element resilient in relation to the coil.
Sehr kostengünstig hergestellt werden kann eine Ausführungsform des hier vorge schlagenen Ansatzes, bei der die Kappe aus einem Kunststoffmaterial oder aus Me tall ausgebildet oder gefertigt ist. Insbesondere wenn eine Position der Ausübung der Kraft auf das Bedienoberflä chenelement und/oder eine sehr präzise Erfassung der Kraft auf das Bedienoberflä chenelement erfasst werden soll, kann gemäß einer Ausführungsform des hier vor geschlagenen Ansatzes ferner eine zweite Spule auf der Leiterplatte angeordnet sein. Zumindest ein Teil der Leiterplatte kann über der zweiten Spule durch die Kap pe abdeckt sein und die Auswerteeinheit kann ausgebildet sein, um einen zweiten Abstand zwischen der zweiten Spule und dem Messelement zu erfassen und ferner die auf das Bedienoberflächenelement ausgeübte Kraft und/oder eine Position der auf das Bedienoberflächenelement ausgeübten Kraft unter Verwendung des erfass ten zweiten Abstands zu ermitteln. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, durch die Erfassung des zweiten Abstands einen zusätzlichen Parameter für die Er mittlung der Größe der Kraft oder der Position der Einleitung der Kraft auf das Bedi enoberflächenelement zur Verfügung zu haben, wodurch die Ermittlung der genauen Größe der Kraft oder die Position der Einleitung der Kraft deutlich präziser möglich wird. An embodiment of the approach proposed here in which the cap is formed or manufactured from a plastic material or from Me tall can be produced very inexpensively. In particular if a position of the exertion of the force on the user interface element and / or a very precise detection of the force on the user interface element is to be recorded, a second coil can also be arranged on the circuit board according to one embodiment of the approach proposed here. At least part of the circuit board can be covered over the second coil by the cap and the evaluation unit can be designed to detect a second distance between the second coil and the measuring element and also the force exerted on the user interface element and / or a position of the to determine the force exerted on the user interface element using the detected second distance. Such an embodiment offers the advantage of having an additional parameter for determining the magnitude of the force or the position of the introduction of the force on the operating surface element available through the detection of the second distance, whereby the determination of the exact magnitude of the force or the Position of the introduction of the force is possible much more precisely.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes lassen sich die vorstehend genannten Vorteile auch durch ein Verfahren zur Ermittlung einer auf ein bewegliches Oberflächenelement einer Fahrzeugkomponente ausgeübten Kraft unter Verwendung einer Varianten einer hier vorgestellten Kraftmessvorrichtung erreichen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: According to a further embodiment of the approach proposed here, the advantages mentioned above can also be achieved by 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, the method having the following steps:
Einlesen eines Abstands zwischen dem Messelement und der Spule; und Reading in a distance between the measuring element and the coil; and
Ermitteln der auf die Kappe ausgeübten Kraft unter Verwendung des Abstands und eines Federparameters der Kappe. Determine the force exerted on the cap using the distance and a spring parameter of the cap.
Denkbar ist weiterhin eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes als Auswerteeinheit, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorge stellten Verfahrens in entsprechenden Einheiten auszuführen und/oder anzusteuern. An embodiment of the approach presented here is also conceivable as an evaluation unit which is designed to execute and / or control the steps of a variant of a method presented here in appropriate units.
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 Vorrichtung um gesetzt 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. 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. With a hard In terms of goods, the interfaces can, for example, be part of an integrated circuit in which the functions of the device are implemented. The interfaces can also be their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In the case of software-based training, the interfaces can be software modules that are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
Von Vorteil ist auch ein Com puterprogramm produkt 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. Also of advantage is a computer program product with program code that can be stored on a machine-readable medium such as a semiconductor memory, a hard disk or an optical memory and is used to implement the method according to one of the embodiments described above when the program is based on a computer or an evaluation unit is executed.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Kraftmessvorrich tung gemäß einem Ausführungsbeispiel; 1 is a schematic representation of a vehicle with a Kraftmessvorrich device according to an embodiment;
Fig. 2A eine schematische Querschnittsdarstellung durch einen Teil einer Fahrzeug komponente, die ein Ausführungsbeispiel einer Kraftmessvorrichtung aufweist, wobei keine Kraft auf das Bedienoberflächenelement der Kraftmessvorrichtung ausgeübt wird; 2A shows a schematic cross-sectional illustration through part of a vehicle component which has an exemplary embodiment of a force measuring device, with no force being exerted on the user interface element of the force measuring device;
Fig. 2B eine schematische Querschnittsdarstellung durch einen Teil einer Fahrzeug komponente, die ein Ausführungsbeispiel einer Kraftmessvorrichtung aufweist, wobei nun eine Kraft auf das Bedienoberflächenelement der Kraftmessvorrichtung ausge übt wird; 2B shows a schematic cross-sectional view through part of a vehicle component which has an exemplary embodiment of a force measuring device, a force now being exerted on the user interface element of the force measuring device;
Fig. 2C eine schematische Querschnittsdarstellung durch einen Teil einer Fahrzeug komponente, die ein Ausführungsbeispiel einer Kraftmessvorrichtung aufweist, wobei keine Kraft auf das Bedienoberflächenelement der Kraftmessvorrichtung ausgeübt wird; 2C shows a schematic cross-sectional illustration through part of a vehicle component which has an exemplary embodiment of a force measuring device, with no force being exerted on the user interface element of the force measuring device;
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 3 shows a flowchart of an exemplary embodiment of a method for determining a configuration on a movable surface element of a vehicle component. practiced force using a variant of a force measuring device presented here; and
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Auswerteeinheit. 4 shows a block diagram of an exemplary embodiment of an evaluation unit.
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. In the following description of preferred exemplary embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and having a similar effect, a repeated description of these elements being dispensed with.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100, in welchem bei spielsweise ein Motor 110 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. H ierbei 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. 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. In order to be able to select gear steps assigned to different driving speeds into which the transmission 120 is to be shifted, a gear selector switch is provided as the vehicle component 130, via which a vehicle occupant 135 can select a gear selection or a gear ratio of the transmission 120. In modern vehicles, the vehicle component 130 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 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.
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. However, it is also conceivable that 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. Of particular relevance here is the function of the vehicle component 130 for convenient input of a control command by the vehicle occupant 135. For this function of detecting a force on the vehicle components 130, a force measuring device 160 is provided, which is described in more detail below. For this force measuring device 160, it should be ensured that the lowest possible friction is caused when the force is read into the user interface element 140, so that the vehicle component 130 can detect a force exerted on the user interface element 140 very quickly by the vehicle occupant 135 or even or a very low force is already precisely and clearly recorded. In conventional systems, on the other hand, an approach to force detection is often used which in some cases requires a high force to be exerted by the vehicle occupant 135 on the user interface element 140 and is therefore less comfortable for the vehicle occupant 135.
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. In order to be able to overcome the aforementioned disadvantages of a force detection subject to friction, an improvement of the vehicle component 130 or a force measuring device 160 is proposed according to the approach proposed here.
Figur 2A zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung durch einen Teil einer Fahrzeugkomponente 130, die ein Ausführungsbeispiel einer Kraftmessvorrichtung 160 aufweist, wobei keine Kraft F (beispielsweise durch einen Druck eines Fingers des Fahrzeuginsassen 135 aus der Figur 1 ) auf das Bedienoberflächenelement 140 der Kraftmessvorrichtung 160 ausgeübt wird. Das Bedienoberflächenelement 140 ist hierbei beispielsweise ein Mittelteil 200 einer U-förmigen Kappe 205, die umgekehrt auf einer Leiterplatte 210 (PCB = engl printed Circuit board) befestigt ist, welche bei spielsweise selbst wieder Teil der Fahrzeugkomponente 130 ist, die beispielsweise fix oder starr mit anderen Teilen des in Figur 1 dargestellten Fahrzeugs 100 verbun den ist. Hierbei sind beispielsweise Schenkel 215 der Kappe 205 mittels eines Kle bematerials 220 an der Leiterplatte 210 fixiert, sodass das beispielsweise eine Kavi tät oder ein Hohlraum zwischen der Innenseite des Mittelteils 200 und der Leiterplatte 210 entsteht oder ausgebildet wird. Der Mittelteil 200, der auch das Bedienoberflä chenelement 140 aufweist, ist hierbei über Stege 225 mit den Schenkeln 215 der Kappe 205 verbunden, wobei diese Stege 225 elastisch sind und somit eine Feder bilden, die eine Bewegung des Mittelteils 200 der Kappe 205 in Richtung der Leiter platte 210 ermöglichen, wenn eine Kraft F auf diesen Mittelteil 200 bzw. das Bedien oberflächenelement 140 ausgeübt wird. Um eine solche Federwirkung der Stege 225 zu erreichen, kann beispielsweise die Kappe 205 zumindest teilweise aus Kunststoff oder Metall ausgeformt oder hergestellt sein, welche die gewünschte bzw. erforderli che Federwirkung der Stege 225 bereitstellt. 2A shows a schematic cross-sectional illustration through part of a vehicle component 130 that has an exemplary embodiment of a force measuring device 160, with no force F (for example, by pressing a finger of the vehicle occupant 135 from FIG. 1) being exerted on the user interface element 140 of the force measuring device 160. The user interface element 140 is here, for example, a central part 200 of a U-shaped cap 205, which is reversely attached to a printed circuit board 210 (PCB = English printed circuit board), which is itself part of the vehicle component 130, for example, fixed or rigid with other parts of the vehicle 100 shown in Figure 1 is the verbun. Here, for example, legs 215 of the cap 205 are fixed to the circuit board 210 by means of an adhesive material 220, so that, for example, a cavity or a cavity is created or formed between the inside of the central part 200 and the circuit board 210. The middle part 200, which also has the user-surface element 140, is connected to the legs 215 of the cap 205 via webs 225, these webs 225 being elastic and thus forming a spring that allows the central part 200 of the cap 205 to move in the direction of the Circuit board 210 allow when a force F is exerted on this middle part 200 or the control surface element 140. In order to have such a spring action of the webs 225 To achieve, for example, the cap 205 can be at least partially formed or manufactured from plastic or metal, which provides the desired or required spring action of the webs 225.
Um nun eine Bewegung des Mittelteils 200 der Kappe 205 in Richtung der Leiterplat te 210 erfassen zu können, mit gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatzes ein Ab standsensor 230 vorgesehen, der einen Abstand d zwischen einem Messelement 235 und diesem Abstandsensor 230 erfassen kann. Das Messelement 235 ist im vor liegenden Ausführungsbeispiel als Bedämpfungselement ausgebildet und kann bei spielsweise ein metallisches Material wie Kupfer oder Eisen enthalten oder aus ei nem solchen Material hergestellt sein. Das Messelement 235 ist dabei auf einer In nenseite des Mittelteils 200, also einer Seite des Mittelteils 200, die der Leiterplatte 210 zugewandt ist, angeordnet oder befestigt. Alternativ oder (zumindest teilweise) zusätzlich kann das Messelement 235 auch ein Ferrit-Material aufweisen oder aus einem solchen Material zumindest teilweise hergestellt sein. Durch die Verwendung eines derart ausgebildeten Messeelementes 235 lässt sich ein magnetisches Feld beeinflussen, welches beispielsweise durch den Betrieb des Abstandssensors 230 ausgebildet wird. Der Abstandsensor 230 kann im Ausführungsbeispiel, wie es in der Figur 2A dargestellt ist, als Spule ausgebildet sein, die bei einer entsprechenden An steuerung durch eine Auswerteeinheit 240 ein magnetisches Feld aufbaut und eine Änderung einer Induktivität dieser Spule erfassen kann, wenn das Messelement 235 seine Position in Bezug zu dem als Spule ausgebildeten Abstandssensor 230 verän dert. Auf diese Weise lässt sich durch die Ausnutzung eines induktiven Messverfah rens sehr präzise der Abstand d zwischen dem Messerelement 235 und dem Ab standsensor 230 erfassen. In der Auswerteeinheit 240 kann dann unter Verwendung des erfassten Abstands d sowie eines Federparameters, der die Federeigenschaft der Stege 225 repräsentiert auf die Kraft F zurück geschlossen werden, die auf das Mittelteil 200 bzw. das Bedienoberflächenelement 240 ausgeübt wird und zur Aus lenkung dieses Mittelteils 200 in Richtung des Abstandssensors 230 führt. In order to be able to detect a movement of the middle part 200 of the cap 205 in the direction of the printed circuit board 210, a distance sensor 230 is provided according to the approach proposed here, which can detect a distance d between a measuring element 235 and this distance sensor 230. In the present exemplary embodiment, the measuring element 235 is designed as a damping element and can, for example, contain a metallic material such as copper or iron or be made of such a material. The measuring element 235 is arranged or fastened on an inner side of the central part 200, that is to say a side of the central part 200 which faces the printed circuit board 210. Alternatively or (at least partially) in addition, the measuring element 235 can also have a ferrite material or at least partially be made of such a material. By using a measuring element 235 embodied in this way, a magnetic field can be influenced, which is generated, for example, by the operation of the distance sensor 230. In the exemplary embodiment, as shown in FIG. 2A, the distance sensor 230 can be designed as a coil which, when appropriately controlled by an evaluation unit 240, builds up a magnetic field and can detect a change in an inductance of this coil when the measuring element 235 is at its Position in relation to the distance sensor 230 designed as a coil changed. In this way, by utilizing an inductive measuring method, the distance d between the knife element 235 and the distance sensor 230 can be detected very precisely. In the evaluation unit 240, using the detected distance d and a spring parameter that represents the spring property of the webs 225, the force F that is exerted on the middle part 200 or the user interface element 240 and for deflecting this middle part 200 can then be deduced leads in the direction of the distance sensor 230.
Der Abstandsensor 230, der gemäß dem in der Figur 2A dargestellten Ausführungs beispiel in die Leiterplatte 210 eingebettet ist kann alternativ auch auf einer Oberflä che dieser Leiterplatte 210 realisiert sein. Aus darstellungstechnischen Gründen ist in der Figur 2A ferner auch die Auswerteeinheit 240 als in der Leiterplatte 210 eingebet tet dargestellt, wobei auch in diesem Fall die Auswerteeinheit 240 auf einer Oberflä che der Leiterplatte 210 angeordnet sein kann. Dabei braucht jedoch die Auswer teeinheit 240 nicht wie der Abstandssensor 235 an einer der Karte 205 bzw. dem Messelement 235 zugewandten Oberfläche der Leiterplatte 210 angeordnet sein, sondern kann auch beispielsweise aus Platzgründen auf einer entsprechenden Rückseite der Leiterplatte 210 angeordnet sein. Besonders einfach ist eine Herstel lung des Abstandsensors 230 als Planarspule, die beispielsweise in einem gleichen Herstellungsschritt wie Verbindungsleitungen zwischen elektrischen Bauteilen auf einer Oberfläche der Leiterplatte 210 hergestellt werden kann. The distance sensor 230, which is embedded in the circuit board 210 according to the embodiment shown in FIG. 2A, can alternatively also be implemented on a surface of this circuit board 210. For display reasons, in 2A also shows the evaluation unit 240 as being embedded in the circuit board 210, in which case the evaluation unit 240 can also be arranged on a surface of the circuit board 210. In this case, however, the evaluation unit 240 does not need to be arranged on a surface of the circuit board 210 facing the card 205 or the measuring element 235, like the distance sensor 235, but can also be arranged on a corresponding rear side of the circuit board 210 for reasons of space, for example. It is particularly easy to manufacture the distance sensor 230 as a planar coil, which can be manufactured, for example, in the same manufacturing step as connecting lines between electrical components on a surface of the circuit board 210.
Die Kraftmessvorrichtung 160 kann in diesem Zusammenhang als Kombination der Merkmale des Abstandssensors 230 (hier in der Form der Spule), des Messelements 235 sowie der Auswerteeinheit 240 verstanden werden, die dann zur Ermittlung der Kraft auf die Bedienoberflächenelement verwendet werden können. The force measuring device 160 can in this context be understood as a combination of the features of the distance sensor 230 (here in the form of the coil), the measuring element 235 and the evaluation unit 240, which can then be used to determine the force on the user interface element.
Figur 2B zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung durch einen Teil einer Fahrzeugkomponente 130, die ein Ausführungsbeispiel einer Kraftmessvorrichtung 160 aufweist, wobei nun eine Kraft F auf das Bedienoberflächenelement 140 der Kraftmessvorrichtung 160 ausgeübt wird. Im Gegensatz zu der Darstellung aus Figur 2A ist nun in der Darstellung aus Figur 2B ein Szenario gezeigt, bei dem ein Finger 250 (beispielsweise des in der Figur 1 dargestellten Fahrzeuginsassen 135) auf das Bedienoberflächenelement 140 bzw. den den Mittelteil 200 der Kappe 205 drückt. Hierdurch werden die Stege 225 gedehnt und der Mittelteil 200 der U-förmigen Kap pe 205 wird in Richtung des Abstandssensors 230 gedrückt. Auf diese Weise wird der Abstand d verringert, was wiederum durch den Abstandsensor 130 bzw. die An steuerung des Abstandsensors 230 durch die Auswerteeinheit 240 erkannt werden kann. Unter Kenntnis dieses verringerten Abstands d sowie eines Dehnungskoeffi zienten/Federkoeffizienten der als Feder wirkenden Stege 225 lässt sich nun sehr präzise die Kraft F bestimmen, welche durch den Finger 250 auf den Mittelteil 200 bzw. das Bedienoberflächenelement 140 ausgeübt wurde. Diese ermittelte Kraft kann dann beispielsweise zur Ansteuerung des in der Figur 1 dargestellten Getriebes 120 mittels des Ansteuersignals 142 verwendet werden. Denkbar ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem nicht nur ein einziger Abstandssensor 230 in der Form einer Spule, sondern zumindest ein zweiter Ab standsensor 230' vorgesehen ist, der beispielsweise ebenfalls auf einer der Kappe 205 zugewandten Oberfläche der Leiterplatte 210 angeordnet ist. FIG. 2B shows a schematic cross-sectional illustration through part of a vehicle component 130 which has an exemplary embodiment of a force measuring device 160, a force F now being exerted on the user interface element 140 of the force measuring device 160. In contrast to the illustration from FIG. 2A, the illustration from FIG. 2B now shows a scenario in which a finger 250 (for example of the vehicle occupant 135 shown in FIG. 1) presses on the user interface element 140 or the central part 200 of the cap 205 . As a result, the webs 225 are stretched and the central part 200 of the U-shaped cap 205 is pressed in the direction of the distance sensor 230. In this way, the distance d is reduced, which in turn can be detected by the distance sensor 130 or the control of the distance sensor 230 by the evaluation unit 240. With knowledge of this reduced distance d as well as a Dehnungskoeffi cient / spring coefficient of the webs 225 acting as a spring, the force F that was exerted by the finger 250 on the middle part 200 or the user interface element 140 can now be determined very precisely. This determined force can then be used, for example, to control the transmission 120 shown in FIG. 1 by means of the control signal 142. Another embodiment is also conceivable in which not only a single distance sensor 230 in the form of a coil, but at least a second distance sensor 230 'is provided, which is also arranged, for example, on a surface of the circuit board 210 facing the cap 205.
Figur 2C zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung durch einen Teil einer Fahrzeugkomponente 130, die ein solches Ausführungsbeispiel einer Kraftmessvor- richtung 160 mit zwei Abstandssensoren 230 bzw. 230‘aufweist, wobei keine Kraft F (beispielsweise durch einen Druck eines Fingers des Fahrzeuginsassen 135 aus der Figur 1 ) auf das Bedienoberflächenelement 140 der Kraftmessvorrichtung 160 aus geübt wird. Der zweite Abstandsensor 230' kann ebenfalls wieder als Spule ausge bildet sein und in seiner Funktion analog zum Abstandsensor 230 wirken, wie er zu vor bereits beschrieben wurde. Die Auswerteeinheit 240 kann nun sowohl den vom Abstandsensor 230 erfassten Abstand d als auch den vom zweiten Abstandsensor 230' erfassten zweiten Abstand d' zur Ermittlung der Kraft F verwenden, wobei nun zugleich auch durch die Berücksichtigung des Abstands d als auch des zweiten Ab stands d' ermittelt werden kann, wie das Mittelteil 200 durch die Ausübung der Kraft F verkippt, woraus wiederum ein Rückschluss gezogen werden kann, an welcher Position diese Kraft F auf das Mittelteil 200 ausgeübt wird. FIG. 2C shows a schematic cross-sectional illustration through part of a vehicle component 130, which has such an exemplary embodiment of a force measuring device 160 with two distance sensors 230 and 230 ′, with no force F (for example, through a pressure of a finger of the vehicle occupant 135 from FIG ) is exercised on the user interface element 140 of the force measuring device 160. The second distance sensor 230 'can also be formed again as a coil and act in its function analogously to the distance sensor 230, as it was already described before. The evaluation unit 240 can now use both the distance d recorded by the distance sensor 230 and the second distance d 'recorded by the second distance sensor 230' to determine the force F, whereby now also by taking into account the distance d and the second distance d 'it can be determined how the middle part 200 tilts due to the exertion of the force F, from which in turn a conclusion can be drawn as to the position at which this force F is exerted on the middle part 200.
Zusammenfassend kann ausgeführt werden, dass die Kraft und/oder die Position auf die Bedienoberfläche sehr präzise bestimmt werden sollten. Mit der induktiven Touchsensorik lässt sich dies durch ein Sensorprinzip zeitgleich ermitteln. In summary, it can be stated that the force and / or the position on the user interface should be determined very precisely. With inductive touch sensors, this can be determined at the same time using a sensor principle.
Ein wichtiger Aspekt des hier vorgestellten Ansatzes ist die Kombinationsmöglichkeit zur Benutzerkrafterkennung und die Positionsbestimmung der Benutzerkraft mit ei nem Sensorsystem. Dazu kann die Bedienoberfläche mit einer metallisch leitenden oder Ferrit-Materialstruktur als Messelement 235 versehen werden, wobei dieses Messelement 235 beispielsweise als Bedämpfungselement einer Planarspule als Abstandssensor 230 wirkt, wobei diese Spule sich auf der darunter befindlichen Lei terplatte 210 (PCB) befindet. Dadurch, dass sich die Oberfläche bei einem Aufbrin gen einer Benutzerkraft F verformt, wird sich der Abstand d zwischen der Leiterplatte 210 (PCB) und der Metallstruktur bzw. dem Messelement 230 ändern. Dieser Ab stand d kann als Messsignal verwendet werden. Durch ein spezielles Design des beispielsweise metallischen Materials des Messelementes 235 und der beispielswei se als Planarspule ausgeformten Abstandsensors 230 kann damit auf die Position der Benutzerkraft F geschlossen und zeitgleich auch die Benutzerkraft F durch die Federkonstante der (Stege 225) der Bedienoberfläche 140 bzw. des Mittelteils 200 bestimmt werden. An important aspect of the approach presented here is the possibility of combining user force recognition and determining the position of the user force with a sensor system. For this purpose, the user interface can be provided with a metallically conductive or ferrite material structure as a measuring element 235, this measuring element 235 acting, for example, as a damping element of a planar coil as a distance sensor 230, this coil being located on the printed circuit board 210 (PCB) below. Because the surface deforms when a user force F is applied, the distance d between the printed circuit board will increase 210 (PCB) and the metal structure or the measuring element 230. This distance d can be used as a measurement signal. By means of a special design of the, for example, metallic material of the measuring element 235 and the distance sensor 230, which is formed as a planar coil, for example, the position of the user force F can be inferred and, at the same time, the user force F can also be deduced from the spring constant of the (webs 225) of the user interface 140 or the middle part 200 can be determined.
Der Abstand d wird dabei als Messsignal für die Auswerteeinheit 240 verwendet. Durch die Konstruktion der Bedienoberfläche 140 bzw. der Kappe 205 mit den Ste gen 225 kann beispielsweise eine bestimmte Federkonstante k der Bedienoberfläche 140 bzw. des Mittelteils 200 eingestellte werden. Dadurch kann die Kraft F des Be nutzers mit F = k*d bestimmt werden. The distance d is used as a measurement signal for the evaluation unit 240. The construction of the user interface 140 or the cap 205 with the bars 225, for example, allows a certain spring constant k of the user interface 140 or of the central part 200 to be set. As a result, the force F of the user can be determined with F = k * d.
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 Messelement und der Spule. Ferner umfasst das Ver fahren 300 einen Schritt 320 des Ermittelns der auf die Kappe ausgeübten Kraft un ter Verwendung des Abstands und eines Federparameters der Kappe. FIG. 3 shows a flow diagram of an exemplary embodiment of a method 300 for determining a force exerted on a movable surface element of a vehicle component using a variant of a force measuring device presented here. The method 300 comprises a step 310 of reading in a distance between the measuring element and the coil. Method 300 further includes a step 320 of determining the force exerted on the cap using the distance and a spring parameter of the cap.
Figur 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Auswerteeinheit 240. Die Ausführungseinheit 240 zeigt eine Schnittstelle 410 zum Einlesen eines Ab stands zwischen dem Messelement und der Spule und eine Einheit 420 zum Ermit teln der auf die Kappe ausgeübten Kraft unter Verwendung des Abstands und eines Federparameters der Kappe. 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 measuring element and the coil and a unit 420 for determining the force exerted on the cap using the distance and a spring parameter Cap.
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. The exemplary embodiments described and shown in the figures are only chosen by way of example. Different exemplary embodiments can be combined with one another completely or with regard to individual features. An exemplary embodiment can also be supplemented by features of a further exemplary embodiment. Furthermore, method steps according to the invention can be repeated and carried out in a sequence other than that described.
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. If 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.
Bezuqszeichen Reference symbol
100 Fahrzeug 100 vehicle
110 Motor 110 engine
120 Getriebe 120 gear
125 Räder 125 wheels
130 Fahrzeugkomponente 130 vehicle components
135 Fahrzeuginsasse 135 vehicle occupants
140 Bedienoberflächenelement, Oberflächenelement 140 User interface element, UI element
142 Ansteuersignal 142 control signal
150 Infotainment-Anlage 150 infotainment system
160 Kraftmessvorrichtung 160 force measuring device
200 Mittelteil 200 middle section
205 Kappe 205 cap
210 Leiterplatte, PCB 210 printed circuit board, PCB
215 Schenkel 215 legs
220 Klebematerial 220 adhesive material
225 Stege 225 bars
230 Abstandsensor, Spule 230 distance sensor, coil
235 Messelement 235 measuring element
d Abstand d distance
240 Auswerteeinheit 240 evaluation unit
250 Finger 250 fingers
230 zweiter Abstandsensor 230 second distance sensor
d‘ zweiter Abstand d ‘second distance
300 Verfahren zur Ermittlung einer auf ein bewegliches Oberflächenelement einer300 Method for determining a on a movable surface element a
Fahrzeugkomponente ausgeübten Kraft Vehicle component exerted force
310 Schritt des Einlesens 310 step of reading
320 Schritt des Ermittelns 320 Step of Determination
410 Einleseschnittstelle 410 read-in interface
420 Einheit zum Ermitteln 420 Unit for determining

Claims

Patentansprüche Claims
1. Kraftmessvorrichtung (160) zur Ermittlung einer auf ein bewegliches Bedienober flächenelement (140) einer Fahrzeugkomponente (130) ausgeübten Kraft (F), wobei die Kraftmessvorrichtung (160) die folgenden Merkmale aufweist: 1. Force measuring device (160) for determining a force (F) exerted on a movable user interface element (140) of a vehicle component (130), the force measuring device (160) having the following features:
- eine Spule (230), die auf einer Leiterplatte (210) angeordnet ist, - a coil (230) which is arranged on a circuit board (210),
- eine Kappe (205), die zumindest einen Teil der Leiterplatte (210) über der Spule (230) abdeckt, wobei die Kappe (205) das Bedienoberflächenelement (140) sowie ein der Spule (230) zugewandtes Messelement (235) aufweist und wobei die Kappe (205) als Feder ausgebildet und angeordnet ist, um bei einer auf das Bedienoberflä chenelement (140) ausgeübten Kraft (F) reversibel in Richtung der Spule (230) be wegt zu werden; und - A cap (205) which covers at least part of the circuit board (210) over the coil (230), wherein the cap (205) has the user interface element (140) and a measuring element (235) facing the coil (230) and wherein the cap (205) is designed as a spring and is arranged to be reversibly moved in the direction of the coil (230) when a force (F) is exerted on the operator surface element (140); and
- eine Auswerteeinheit (240), die ausgebildet ist, um einen Abstand (d) zwischen der Spule (230) und dem Messelement (235) zu erfassen und aus dem erfassten Ab stand (d) und einem Federparameter der Kappe (205) die auf das Bedienoberflä chenelement (140) ausgeübte Kraft (F) zu ermitteln. - An evaluation unit (240) which is designed to detect a distance (d) between the coil (230) and the measuring element (235) and from the detected distance (d) and a spring parameter of the cap (205) the the user interface element (140) to determine the force (F) exerted.
2. Kraftmessvorrichtung (160) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (230) als eine Planarspule ausgebildet ist. 2. Force measuring device (160) according to claim 1, characterized in that the coil (230) is designed as a planar coil.
3. Kraftmessvorrichtung (160) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (235) als Bedämpfungselement zur Veränderung einer Induktivität der Spule (230) bei einem veränderbaren Abstand (d) zur Spule (230) ausgebildet ist, insbesondere wobei das Messelement (235) ein me tallisches Material aufweist oder aus dem metallischen Material besteht. 3. Force measuring device (160) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring element (235) is designed as a damping element for changing an inductance of the coil (230) at a variable distance (d) to the coil (230), in particular where the Measuring element (235) has a me-metallic material or consists of the metallic material.
4. Kraftmessvorrichtung (160) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (235) zumindest teilweise Ferrit aufweist. 4. Force measuring device (160) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring element (235) at least partially has ferrite.
5. Kraftmessvorrichtung (160) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (205) auf die Leiterplatte (210) geklebt ist. 5. Force measuring device (160) according to one of the preceding claims, characterized in that the cap (205) is glued onto the circuit board (210).
6. Kraftmessvorrichtung (160) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (205) eine U-Form aufweist, insbesondere wobei gegenüberliegende Schenkel (215) der Kappe (205) auf der Leiterplatte (210) befestigt sind. 6. Force measuring device (160) according to one of the preceding claims, characterized in that the cap (205) has a U-shape, in particular wherein opposite legs (215) of the cap (205) are attached to the circuit board (210).
7. Kraftmessvorrichtung (160) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (205) zumindest einen zwischen den Schenkeln (215) liegenden Mittelbereich (20) aufweist, der durch zumindest einen Federsteg (225) mit einem der Schenkeln (215) verbunden ist und/oder der in Richtung der Spule (230) beweglich ist. 7. Force measuring device (160) according to claim 6, characterized in that the cap (205) has at least one central region (20) lying between the legs (215), which is connected to one of the legs (215) by at least one spring bar (225) and / or which is movable in the direction of the coil (230).
8. Kraftmessvorrichtung (160) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (205) aus einem Kunststoffmaterial oder aus Metall ausgebildet oder gefertigt ist. 8. Force measuring device (160) according to one of the preceding claims, characterized in that the cap (205) is formed or manufactured from a plastic material or from metal.
9. Kraftmessvorrichtung (160) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine zweite Spule (230‘) auf der Leiterplatte (210) angeordnet ist, wobei zumindest ein Teil der Leiterplatte (210) über der zweiten Spule (230‘) durch die Kappe (205) abdeckt ist und wobei die Auswerteeinheit (240) ausgebildet ist, um einen zweiten Abstand (d‘) zwischen der zweiten Spule (230‘) und dem Messelement (235) zu erfassen und ferner die auf das Bedienoberflächenele ment (140) ausgeübte Kraft (F) und/oder eine Position der auf das Bedienoberflä chenelement (140) ausgeübten Kraft (F) unter Verwendung des erfassten zweiten Abstands (d‘) zu ermitteln. 9. Force measuring device (160) according to one of the preceding claims, characterized in that a second coil (230 ') is further arranged on the circuit board (210), at least part of the circuit board (210) above the second coil (230') is covered by the cap (205) and wherein the evaluation unit (240) is designed to detect a second distance (d ') between the second coil (230') and the measuring element (235) and also the element on the user interface ( 140) to determine the exerted force (F) and / or a position of the force (F) exerted on the user interface element (140) using the detected second distance (d ').
10. Verfahren (300) zur Ermittlung einer auf ein bewegliches Bedienoberflächenele ment (140) einer Fahrzeugkomponente (130) ausgeübten Kraft (F) unter Verwen dung einer Kraftmessvorrichtung (160) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verfahren (300) die folgenden Schritte aufweist: 10. The method (300) for determining a on a movable user surface element (140) of a vehicle component (130) exerted force (F) using a force measuring device (160) according to any one of claims 1 to 9, wherein the method (300) the comprises the following steps:
Einlesen (310) eines Abstands (d) zwischen dem Messelement (235) und der Spule (230); und Reading in (310) a distance (d) between the measuring element (235) and the coil (230); and
Ermitteln (320) der auf die Kappe (205) ausgeübten Kraft (F) unter Verwendung des Abstands (d) und eines Federparameters der Kappe (205). Determining (320) the force (F) exerted on the cap (205) using the distance (d) and a spring parameter of the cap (205).
11. Auswerteeinheit (240), die ausgebildet ist, um die Schritte des Verfahrens (300) gemäß Anspruch 10 in entsprechenden Einheiten (410, 420) auszuführen und/oder anzusteuern. 11. Evaluation unit (240) which is designed to carry out and / or control the steps of the method (300) according to claim 10 in corresponding units (410, 420).
12. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, die Schritte des Verfahrens (300) gemäß Anspruch 11 auszuführen und/oder anzusteuern. 12. A computer program which is set up to execute and / or control the steps of the method (300) according to claim 11.
13. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist. 13. Machine-readable storage medium on which the computer program according to claim 12 is stored.
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