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Title:
CONTROL ELEMENT WITH PROGRAMMABLE HAPTICS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/050683
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a control element, particularly a control element used in automotive electronics, provided with programmable haptics. According to the invention, the moments of force or, in a special variant, the friction moments are formed on the control element (1) by dynamically adapting the work flows of electromagnetic arrangements (é) according to the adjustment path. Force/path behavior (tactile feedback) of the control element (1) can be modified at will during actuation such that the actuation forces can be varied for different operating functions. Tactile feedback of the moments of force on the control element (1) occurs by means of a locking piece (5, 5.1,5.2) which, for instance, comprises at least one locking disk (3) and a spring (4) which can be rendered active or inactive by means of an electromagnetic arrangement (2).

Inventors:
RUETTIGER ANTON (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/012013
Publication Date:
June 02, 2005
Filing Date:
October 23, 2004
Export Citation:
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Assignee:
PREH GMBH (DE)
RUETTIGER ANTON (DE)
International Classes:
H01H19/11; (IPC1-7): H01H3/00
Foreign References:
EP1217496A22002-06-26
US4318095A1982-03-02
Attorney, Agent or Firm:
Thul, Hermann (Rheinmetall Allee 1, Düsseldorf, DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Bedienelement (1,20), aufweisend eine Form der mechanischen Rast (5,5. 1,5. 2) für eine Nachstellung eines Kraft/WegVerlaufs am Bedienelement (1), welche mit wenig stens eine elektromagnetischen Anordnung (2,11) derart kombiniert wird, dass die An ordnung (2,11) Teile (4,12) der Rast (5,5. 1,5. 2) derart beeinflusst, dass diese auf den Kraft/WegVerlauf einwirken und variabel gestalten.
2. Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rast (5) aus wenig sten einer Rastscheibe (3) und wenigstens einer Feder (4) besteht.
3. Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rast (5.1) aus einer Scheibe mit fixem Reibwert und einem Reibhebel besteht, welcher auf die Scheibe in va riablen Kräften einwirkt.
4. Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rast (5.2) aus einer Scheibe (10) besteht, auf die ein Bremsmittel (12) einwirkt.
5. Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft/WegVerlauf durch eine dynamische Anpassung der Arbeitsströme der elektroma gnetischen Anordnung (2) in Abhängigkeit des Verstellwegs gebildet wird.
6. Bedienelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellweg durch eine Drehwinkelgeschwindigkeit ermittelt wird.
7. Bedienelement nach Abspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehwinkelge schwindigkeit über eine Lichtschranke (6) ermittelt wird.
Description:
BESCHREIBUNG Bedienelement mit programmierbarer Haptik Die Erfindung betrifft ein Bedienelement insbesondere in der Kfz-Elektronik mit einer pro- grammierbaren Haptik.

Bekannt sind Bedienelemente mit kombinierten unterschiedlichen Bewegungen. So sind Druck-/Drehschalter, Joysticks (Drücken, Schieben und Drehen) etc. bekannt. Bei bekannten MMl-Bedienelementen (Mensch-Maschine-Interface) ist der Kraft/Weg-Verlauf der Aus- lenkbewegungen oftmals mechanisch fest durch Federelemente eingestellt. Über diesen erfolgt auch die haptische Rückinformation an einen Bediener (DE 41 21 571 C2).

Aus der DE 36 05 088 C2 ist aus einem technisch entfernten Gebiet eine Bedieneinrichtung für ein Video-Magnetbandgerät bekannt. Diese weist Spulen zum Simulieren von Rastpunk- ten unabhängig von der Drehlage des Drehknopfes auf. Damit sollen mechanische Funk- tionen elektrisch nachgebildet werden.

Aus"Mensch-Maschine-Interface", Proseminar Software für Automobilsteuergeräte, Refe- rent Gary Weissenbacher, Seiten 7 bis 10 ist bekannt, dass je nach Position eines Corsors in einem Display durch einen Elektromotor unterschiedliche Haptiken erzeugt werden, damit' ein Fahrer die Eingabesituation erkennen kann, ohne den Blick von der Straße und dem Verkehr zu wenden.

Bekannt sind auch elektronisch gesteuerte Flüssigkeitsdrehknöpfe als haptisches Be- dienelement (DE 100 29 191 A1). Ein zwischen Drehknopf und Magnetkreis befindlicher Spalt ist dabei mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllt. Eine Spule ist dazu vorge- sehen, eine variable Bremswirkung am Drehknopf hervorzurufen.

Hier greift die Erfindung die Aufgabe auf, ein weiteres Bedienelement aufzuzeigen, welches eine gute Bedienbarkeit aufweist.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Kraft-oder in einer speziellen Variante die Reib- oder Angriffmomente am Bedienelement durch dynamische Anpassung der Arbeitsströme elektromagnetischer Anordnungen in Abhängigkeit des Verstellwegs zu bilden, d. h., der bis- her bekannte mechanisch fest eingestellte Kraft/Weg-Verlauf der Auslenkbewegung wird durch elektrisch beliebig programmierbare Verläufe ersetzt, wobei vorzugsweise auf die mechanische Rückmeldung durch eine mechanische Rast oder dergleichen nicht verzichtet wird. Das Kraft/Weg-Verhalten (taktile Rückmeldung) des Bedienelements kann während der Betätigung beliebig verändert werden, so dass die Betätigungskräfte für verschiedenen Be- triebsfunktionen variiert werden können.

In einer Weiterführung können vorgegebene Verläufe durch eine Bedienperson frei gewählt und je nach der dahinter liegenden Funktion für sich eingestellt werden.

Auch kann die taktile Rückmeldung beispielsweise erst nach Befehlsausführung erfolgen.

Die taktile Rückmeldung der Kraftmomente am Bedienelement erfolgt vorrangig über eine Art Rast, die aus wenigstens einer Rastscheibe und einer Feder bestehen kann, welche über eine elektromagnetische Anordnung aktiv oder inaktiv geschaltet werden. Es können variable Federstärken (Andruckkraft an die Rastscheibe) durch ein PWM-Signal für die elektroma- gnetische Anordnung eingestellt werden. In einer weiteren Ausführung wird als Rast eine glatte Scheibe mit fixem Reibwert und ein Reibhebel verwendet, dessen Andruckkraft an die Scheibe durch die magnetische Anordnung variiert werden kann. Über die modulierte Ma- gnetkraft wird beim Drehen ein Reibmoment nachgebildet.

Kerngedanke ist, die mechanische Haptik nicht unbedingt vollständig durch eine elektrische zu ersetzen, sondern Teile der mechanische Haptik mit einer elektrischen Form zu ergänzen, zu variieren und damit einer neuen Bedienerphilosophie anzupassen.

Mittels Lichtschranken zusätzlich als Drehwinkelaufnehmer kann in Abhängigkeit der Dreh- winkelgeschwindigkeit ein Signal für die Ansteuerung der elektromagnetischen Anordnung erzeugt werden, so dass in Abhängigkeit der Drehwinkelgeschwindigkeit der Kraft/Weg Ver- lauf verändert wird.

Anhand eines Ausführungsbeispieles mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert wer- den.

Dabei zeigt Fig. 1 eine skizzenhafte Darstellung des Prinzips, Fig. 2 eine skizzenhafte Darstellung einer Variante zur Fig. 1, Fig. 3 die Einbindung des Prinzips aus Fig. 1 in ein Bedienelement, Fig. 4. eine Einbindung des Prinzips aus Fig. 2 in das Bedienelement.

In Fig. 1 ist verallgemeinert und skizzenhaft ein Bedienelement 1 mit einer beispielsweise umfangsseitig angebrachten Rast 5 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist diese Rast eine Rastscheibe 3, auf die eine Feder 4 einwirkt. Über eine elektromagnetische Anordnung 2, hier ein Spulenkern 2.1, welcher mit einer Spule 2.2 funktional zusammenwirkt, wird die Feder 4 je nach magnetischer Kraft der Spule 2.2 und dem Anzug des Spulenkerns 2.1., an die oder von der Rastscheibe 3 gedrückt, d. h., die elektromagnetische Anordnung 2 schal- tet die Rastscheibe 3 und damit eine Haptik aktiv oder inaktiv.

In Weiterführung ist die Federstärke der elektromagnetischen Anordnung 2 durch ein PWM- Signal, welches dann die Spule 2.2 ansteuert, in bekannter Art und Weise variierbar. Durch. die unterschiedlichen Magnetfelder erfolgt somit eine Variation der Andruckkraft der Feder 4 an die Rastscheibe 3.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Anordnung der elektromagnetische Anordnung 2 unterhalb des Bedienelements 1 vorgesehen. Es versteht sich, dass diese Anordnung va- riabel sein kann. Wesentlich ist, dass die elektromagnetische eine Anordnung 2 die Feder 4 gegen die Rastscheibe 3 verstellen kann.

Eine ebenfalls elegante Lösung zeigt sich in einer anderen Rast 5.1, wenn anstelle der Rast- scheibe 3 umfangsseitig bzw. unterhalb des Bedienelements 1 eine glatte Scheibe 3.1 mit fixem Reibwert und anstelle von Federn 4 ein nicht näher dargestellter Reibhebel als Rast 5 verwendet werden. Der Reibhebel kann dabei seitlich als auch von unten oder oben auf die Scheibe 3.1 einwirken. Ähnlich wie in Fig. 2 aufgezeigt. Über die elektromagnetische Anord- nung 2 wird beim Drehen ein Reibmoment nachgebildet, weiches als taktile Rückinformation genutzt wird.

In Fig. 2 wirkt eine Scheibe 10 mit einer stehenden elektromagnetischen Anordnung 11 ähn- lich der Anordnung in Fig. 1 als sogenannte Rast 5.2. Dabei wirkt ähnlich der Feder in Fig. 1 bzw. dem Reibhebel ein beispielsweise gummiartiges Mittel 12 auf die Scheibe 10, hier je- doch vorzugsweise von unten, ein und erzeugt ein Bremsmoment, das auf das Bedienele- ment 1 einwirkt und dem Benutzer dadurch taktil übermittelt wird.

Eine im Bedienelement 1 vorhandene oder zusätzlich angebrachte Lichtschranke 6 oder dergleichen (z. B. Codescheibe) dient als Drehwinkelaufnehmer, so dass zusätzlich in Ab- hängigkeit der Drehwinkelgeschwindigkeit ein Signal für die elektromagnetische Anordnung 2 erzeugt werden kann, welches dann Einfluss auf das Reibmoment oder Bremsmoment und damit auf die gefühlte Haptik haben kann.

In Variation des erfindungsgemäßen Gedankens ist auch die Einbindung von zwei Rast- scheiben und wenigstens zweier Federn möglich. Die Rastscheiben können sich dann in unterschiedlichen Ebenen am Bedieneiement befinden. Die Federn sollten dann vorzugswei- se unterschiedliche Federlängen aufweisen, so dass immer eine der Federn mit einer der zwei Rastscheibe zusammenwirken kann. Je nach Polung der hier noch einen elektroma- gnetischen Anordnung kann dann eine der beiden Federn (rechts-links) betätigt und an die jeweilige Rastscheibe gedrückt werden. Es können aber auch mehrere elektromagnetische Anordnungen, mehrere Rastscheiben und entsprechende Federn verwendet werden. Be- grenzt wird dies nur durch die bauliche Ausführung eines Bedienelements 20 selbst.

In Fig. 3 ist eine möglich Umsetzung des Prinzips in ein Bedienelement 20 dargestellt. Die wesentlichen Komponenten nennend ist im Knopf 21 des Bedienelements 20 umfangsseitig eine Rast 22 eingebunden. Diese wirkt mit einem Magneten 23 wie beschrieben als Rast 5 zusammen. Eine Feder kann hierbei entfallen, wenn die Rast 22 die Charakteristika einer Feder aufweist.

Die Einbindung einer Scheibe 24 in das Bedienelement 20 als Rast 5 zeigt die Fig. 4 auf.