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Title:
DEVICE FOR HAPTIC SIGNALLING TO A PEDAL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/024301
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for haptic signalling to a pedal (8), wherein the device can be mounted on the pedal (8) and comprises an electromagnet (2) and an armature (3) movable thereby, for generating a haptic signal. The device comprises a main part (1) which can be fixedly secured to the pedal (8), the armature (3) movable by the electromagnet (2) does not act directly on the pedal but on the main part (1), and the haptic signal can be transmitted by said main part (1) to the pedal. A damping element (6.1, 6.4) is disposed at least between the main part (1) and the armature (3), and preferably also between the counter-stop and the armature, such as to permit a significant reduction in acoustic interference.

Inventors:
GROBE, Dirk (Helfrichstr. 2a, Straubing, 94315, DE)
BRÜCKL, Andreas (Birkenweg 9, Ihrlerstein, 93346, DE)
ZELANO, Frank (Am Stadion 5D, St. Georgen, 78112, DE)
BRANDENBURG, Holger (Mannheimer Str. 6, Villingen Schwenningen, 78048, DE)
BEYER, Frank (Neuhaus 5, Ilmenau, 98693, DE)
Application Number:
DE2017/200080
Publication Date:
February 08, 2018
Filing Date:
August 04, 2017
Export Citation:
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Assignee:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (Vahrenwalderstr. 9, Hannover, 30165, DE)
KENDRION (VILLINGEN) GMBH (Wilhelm-Binder-Straße 4-6, Villingen-Schwenningen, 78048, DE)
International Classes:
G05G1/30; G05G5/03
Domestic Patent References:
WO2014108190A12014-07-17
Foreign References:
DE2555429A11977-06-16
DE102011081071A12013-02-21
DE102014220470A12016-04-14
US4072919A1978-02-07
DE102014210658A12015-12-17
DE10026048A12001-12-13
Attorney, Agent or Firm:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (Sieboldstraße 19, Nürnberg, 90411, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 ) Vorrichtung zur haptischen Signalgebung an einem Pedal (8), wobei die Vorrichtung am Pedal (8) befestigbar ist und die Vorrichtung einen Elektromagneten (2) und einen davon beweglichen Anker (3) zum Erzeugen eines haptischen Signals aufweist, wobei die Vorrichtung einen am Pedal (8) ortsfest befestigbaren Grundkörper (1 ) aufweist und der vom Elektromagnet (2) bewegliche Anker (3) auf den Grundkörper (1 ) einwirkt und von diesem Grundkörper (1 ) das haptische Signal zum Pedal übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Grundkörper (1 ) und Anker (3) ein Dämpfungselement (6.1 ) angeordnet ist.

2) Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (6.1 ) zumindest um ein vorgegebenes Maß dem Grundkörper (1 ) in Richtung des Ankers vorsteht, so dass der bewegliche Anker (3) vor dessen Auftreffen auf dem Grundkörper

(1 ) das Dämpfungselement (6.1 ) berührt.

3) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet

(2) zwischen Grundkörper (1 ) und Anker (3) in einer Aussparung des Grundkörpers (1 ) angeordnet ist und auf der dem Grundkörper (1 ) entgegengesetzten Seite des Ankers (3) ein feststehender Gegenanschlag (4) und zwischen Grundkörper (1 ) und Anker (3) zumindest eine Rückstellfeder (5) angeordnet sind.

4) Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Anker (3) und Gegenanschlag (4) ein weiteres Dämpfungselement (6.4) angeordnet ist.

5) Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. die Dämpfungselemente (6.1 ,6.4) aus einem elastischen Kunststoff bzw. Gummi sind.

6) Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. die Dämpfungselement(e) (6.1 ,6.4) eine progressive Dämpfungscharakteristik aufweisen. 7) Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. die Dämpfungselement(e) (6.1 ,6.4) derart dimensioniert sind, dass zumindest ein vorgegebener, vorzugsweise überwiegender oder gar vollständiger Anteil der Bewegungsenergie des Ankers (3) vor dessen Auftreffen auf dem Grundkörper (1 ) bzw. Gegenanschlag (4) durch das Dämpfungselement (6.1 ,6.4) aufgenommen wird.

8) Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung bzw. Bestromung des Elektromagnets (2) zumindest dann reduziert, vorzugsweise zu Null wird, wenn der Anker (3) auf das Dämpfungselement (6.1 ) trifft.

9) Pedal, insbesondere Gaspedal, für ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, indem die Vorrichtung einen Elektromagneten (2) und einen davon beweglichen Anker (3) zum Erzeugen eines haptischen Signals aufweist, wobei die Vorrichtung einen am Pedal (8) ortsfest befestigten Grundkörper (1 ) aufweist und der vom Elektromagnet (2) bewegliche Anker (3) auf den Grundkörper (1 ) einwirkt und von diesem Grundkörper (1 ) das haptische Signal zum Pedal übertragbar ist, wobei zwischen Grundkörper (1 ) und Anker (3) ein Dämpfungselement (6.1 ) angeordnet ist.

Description:
Vorrichtung zur haptischen Signalgebung an einem Pedal

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur haptischen Signalgebung an einem Pedal gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der WO 2014/108190 A1 ist ein Aktuator zu entnehmen, welcher zumindest prinzipiell auch an einem Pedal befestigbar wäre und sich damit für die haptische Signalgebung eignen könnte, wenngleich die Bauform einen erheblichen Platzbedarf hätte. Die Vorrichtung weist einen Elektromagneten und einen davon beweglichen Anker auf, wobei die Vorrichtung ein umgebendes Gehäuse als Grundkörper aufweist und der vom Elektromagnet bewegliche Anker unmittelbar auf den Grundkörper einwirkt, indem dessen Stirnflächen als Amboss dienen, d.h. der Anker unmittelbar auf diese aufschlägt. Neben dem haptischen Signal entsteht auch ein deutliches akustisches Signal und kann dies sogar auch die Hauptwirkung darstellen. Da der Fahrer jedoch gerade im Fahrbetrieb, insbesondere in Gefahrensituationen, bereits mit einer Vielzahl sonstiger Reize belastet ist, soll am Pedal eine haptische Signalisierung erfolgen, ohne dass gleichzeitig ein nennenswerter Anteil akustischer Begleitgeräusche freigesetzt wird.

Aus der DE 100 26 048 A1 ist zudem eine Vorrichtung bekannt, welche ebenfalls ausschließlich am Pedal befestigt ist, also keinen zusätzlichen Befestigungspunkt an der Fahrzeugkarosserie braucht. Diese erzeugt eine Vibration unmittelbar am Pedal beispielsweise über einen Elektromagneten, welcher einen Anker bewegt, der jedoch mit einem direkt auf die Pedalplatte wirkenden Stößel verbunden ist, so dass auch dort akustische Störungen auftreten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so weiterzubilden, dass eine möglichst einfache Ansteuerung des Elektromagneten einerseits sowie eine für den Fahrer gut wahrnehmbare haptische Signalgebung ermöglicht wird, akustische Störungen durch die Vorrichtung jedoch möglichst gering gehalten werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass die Vorrichtung zwischen Grundkörper und Anker ein Dämpfungselement aufweist. Der Begriff Dämpfungselement ist dabei eher funktional im Sinne einer Dämpfung des akustischen Schwingungsanteils beim Einwirken vom Anker auf den Grundkörper zu verstehen als eine Umwandlung er kinetischen Energie primär in plastische Verformung bzw. Wärme, sondern als Reduzierung der Geschwindigkeit des Ankers vor dem evtl. Auftreffen auf dem Grundkörper als auch einen elastischen Anteil der Weiterleitung des Impulses vom Anker über das Dämpfungselement auf den Grundkörper.

Dabei weist die Vorrichtung einen am Pedal ortsfest befestigbaren Grundkörper auf und wirkt der vom Elektromagnet bewegliche Anker auf den Grundkörper und damit gerade nicht mehr direkt auf das Pedal ein. Der Anker wird also durch den Elektromagnet in Richtung des Grundkörpers beschleunigt und trifft auf das dazwischen liegende Dämpfungselement auf. Das haptische Signal wird dabei vorzugsweise primär als Körperschallschwingung von diesem Grundkörper zum Pedal übertragen und kann der akustisch wahrnehmbare Anteil durch geschickte Gestaltung des Grundkörpers sowie der Dämpfungselemente deutlich reduziert werden. So ist zwischen Grundkörper und Anker das Dämpfungselement entsprechend angeordnet. Dessen Materialwahl und Formgebung sowie Größendimensionierung ist jedoch maßgeblich von den konkreten Bedingungen des Anwendungsfalls abhängig und entsprechend frei gestaltbar, beispielsweise aus einem elastischen Kunststoff bzw. Gummi geformt.

Vorzugsweise steht das Dämpfungselement zumindest um ein vorgegebenes Maß dem Grundkörper in Richtung des Ankers vor, so dass der bewegliche Anker vor dessen Auftreffen auf dem Grundkörper das Dämpfungselement berührt.

Das bzw. die Dämpfungselement(e) sind zudem vorzugsweise derart dimensioniert, dass zumindest ein vorgegebener, vorzugsweise überwiegender oder sogar der gesamte Anteil der Bewegungsenergie des Ankers zunächst vor dessen Auftreffen auf dem Grundkörper bzw. Gegenanschlag durch das Dämpfungselement aufgenommen wird. Da das Dämpfungselement jedoch wiederum auf dem Grundkörper aufliegt und die Energie nicht vollständig in eine plastische Verformung des Dämpfungselements umsetzt, werden die Kräfte wiederum vom Dämpfungselement an den Grundkörper weitergegeben - dann aber eben gedämpft und primär als Körperschall. Dies kann so weit gehen, dass der Anker letztendlich gar nicht mehr selbst auf dem Grundkörper auftrifft, sondern komplett vom Dämpfungselement abgefangen, von diesem jedoch dann eben wiederum zumindest ein signifikanter Anteil an den Grundkörper abgegeben wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird zudem die Spannung bzw. Bestromung des Elektromagnets zumindest dann reduziert, vorzugsweise zu Null, wenn der Anker auf das Dämpfungselement trifft, also noch bevor der Anker etwa auf den Grundkörper auftrifft.

Ist das Dämpfungselement hinreichend steif, kann also sogar der maßgebliche Impuls komplett über das Dämpfungselement in den Grundträger eingeprägt werden, d.h. der Anker mit einer derart geringen Geschwindigkeit oder gar nicht am Grundträger auftreffen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Elektromagnet zwischen Grundkörper und Anker in einer Aussparung des Grundkörpers angeordnet und auf der dem Grundkörper entgegengesetzten Seite des Ankers ein feststehender Gegenanschlag und zwischen Grundkörper und Anker zumindest eine Rückstellfeder angeordnet. Dadurch wird es möglich, dass der Elektromagnet ausschließlich für die Beschleunigung des Ankers in die eine Richtung bestimmt werden muss und die Rückstellbewegung des Ankers ausschließlich durch die Rückstellfeder bewirkt werden kann.

Vorzugsweise ist auch zwischen Anker und Gegenanschlag ein weiteres Dämpfungselement angeordnet, um auch dort gegenüber dem Gegenanschlag den Anteil akustischer Schwingungen zu reduzieren und vorzugsweise auch das haptische Signal durch die Rückstellbewegung geringer zu beeinflussen als durch die vom Elektromagnet bewirkte Bewegung des Ankers auf den Grundkörper.

Vorzugsweise sind zudem Führungsmittel zum Führen des Ankers vorgesehen, um die Bewegungsrichtung des Ankers exakt vorzugeben und ein Verklemmen des Ankers zu verhindern. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren und Ausführungsbeispiel noch näher beschrieben.

Die Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung montiert bereits an einem Pedal, welches an einem nicht näher gezeigten Pedallager beweglich gelagert ist. Die Vorrichtung besteht aus einem Grundkörper 1 , welche hier in diesem Ausführungsbeispiel in einer entsprechenden Ausnehmung am Pedal aufgenommen und durch eine in die Schrauböffnung 1 .1 einzuführende Schraube zusammen mit dem Gegenanschlag 4 ortsfest mit dem Pedal 8 verschraubt wird.

Die Vorrichtung weist zudem einen Elektromagneten 2 sowie einen von diesen beweglichen Anker 3 auf. Der Elektromagnet 2 wird bei dieser Ausgestaltung so bestromt, dass der Anker 3 zum Grundkörper 1 hin angezogen wird und auf den Grundkörper 1 einwirkt, d.h. direkt auf diesen auftrifft oder mittelbar über das Dämpfungselement 6.1 . Mittelbar in dieser Ausgestaltung deshalb, weil zwischen dem Grundkörper 1 und dem Anker 3 hier am Grundkörper 1 das Dämpfungselement 6.1 hervorstehend gegenüber dem Grundkörper 1 vorgesehen ist, so dass der vom Elektromagnet 2 beschleunigte Anker 3 zuerst auf das Dämpfungselement 6.1 und von diesem gedämpft auf den Grundkörper 1 auftrifft, so dass die dabei auftretenden akustischen Schwingungen reduziert werden können und auch die primär als Körperschall über den Grundkörper 1 übertragenen haptischen Signalanteile in ihrer Amplitude und Frequenz verändert, insbesondere die Amplitude reduziert und dafür die Impulsdauer verlängert werden kann.

Das Dämpfungselement 6.1 ist dabei derart dimensioniert, dass zumindest ein vorgegebener, vorzugsweise überwiegender oder gar vollständiger Anteil der Bewegungsenergie des Ankers 3 vor dessen Auftreffen auf dem Grundkörper 1 durch das Dämpfungselement 6.1 aufgenommen und von diesem gedämpft wiederum an den Grundkörper 1 weitergegeben wird.

Die Weiterleitung dieses haptischen Signals vom Grundkörper 1 aus zum Pedal 8 kann dabei sowohl über die Befestigungspunkte 1 .1 zwischen Pedal und Grundkörper als auch in dieser Ausgestaltung hier über die anliegende Rückfläche des Grundkörpers 1 am Pedal 8, also die dem Anker 3 entgegengesetzte Seite des Grundkörpers 1 erfolgen. Wird jedoch der Grundkörper 1 nicht in einer solchen Ausnehmung des Pedals 8 angeordnet, reicht für die Wirkungsweise gegebenenfalls auch die Übertragung des Körperschalls über die Befestigungspunkte.

In dieser bevorzugten Ausgestaltung ist darüber hinaus zumindest eine, hier in diesem Ausführungsbeispiel sogar mehrere, insbesondere 3 oder 4 Rückstellfedern 5 zwischen Grundkörper 1 und Anker 3 vorgesehen, welche nicht nur ebenfalls die Beschleunigung des Ankers 3 durch den Elektromagneten 2 etwas abbremsen, sondern insbesondere für die Rückstellung des Ankers 3 in die Ausgangsposition dienen, so dass keine bidirektionale Ansteuerung des Elektromagneten oder gar einen Mehrzahl von Elektromagneten, beispielsweise beidseitig des Ankers 3 erforderlich wäre, für die Grundfunktion der Erfindung aber grundsätzlich auch denkbar wären.

Durch den Gegenanschlag 4 wird der Anker 3 wiederum in der entgegengesetzten Richtung in seiner Ruheposition definiert und kann in dieser bevorzugten Ausgestaltung als Deckel für die Gesamtvorrichtung dienen und die Vorrichtung vorzugsweise komplett von der Umgebung abdichten und das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit aus dem Fußraum um das Pedal herum in die Vorrichtung verhindern. Vorzugsweise sind zudem Führungsmittel vorgesehen, welche die Bewegungsrichtung des Ankers 3 zusätzlich exakt definieren, hier vorzugsweise parallel zur gestrichelt gezeigten Symmetrieachse der Vorrichtung und damit senkrecht zur Tangente an den Mittelpunkt des Wirkbereichs am Pedal 8. Die Führungsmittel 7.1 bestehen in diesem Ausführungsbeispiel aus insgesamt 3 jeweils um 120° zueinander versetzten Führungsstiften 7.1 , von denen daher in dieser Schnittdarstellung gemäß Figur 1 nur ein Stift im Schnitt sichtbar ist.

Darüber hinaus ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 noch am Anker 3 Einführungsstift 7.2 ausgebildet und ragt dieser in die Führungsöffnung 7.1 am Grundkörper 1 hinein, können aber natürlich auch funktional äquivalente Alternativen, wie beispielsweise eine Ausbildung eines entsprechenden Stifts am Grundkörper und einer entsprechenden Führungsöffnung im Anker 3 in Betracht kommen. Funktional stimmt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ansonsten mit dem in Figur 1 gezeigten über ein und kann daher auf eine Wiederholung der Beschreibung der bereits erläuterten Teile verzichtet werden.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung kann zur Ansteuerung mit einzelnen, diskreten annäherungsweise rechteckförmigen Strom- oder Spannungsimpulsen gearbeitet werden. Zudem kann mit frei wählbaren Impulsfolgen eine Vibration erzeugt werden. Hierdurch hat man bessere Möglichkeiten die haptischen Anforderungen auszugestalten.

Dabei wird vorzugsweise die Spannung bzw. Bestromung des Elektromagnets 2 zumindest dann reduziert, vorzugsweise zu Null, wenn der Anker 3 auf das Dämpfungselement 6.1 trifft, also noch bevor der Anker 3 eventuell auf den Grundträger (1 ) oder Gegenanschlag 4 trifft.

Bei einzelnen Impulsen kann sowohl das Einschalten als auch das Ausschalten als separater Impuls wahrgenommen werden, wenn der zeitliche Abstand entsprechend gewählt wird, also vorzugsweise größer 50ms ist.

Bei einem kürzeren zeitlichen Abstand wird das Ein- und Ausschalten als ein Impuls wahrgenommen und durch ein Aneinanderreihen mehrerer Impulse kann z.B. ein Doppelticken dargestellt werden oder auch weitere„digitale Informationen" an den Fahrer weitergegeben werden. Dies ist mit diesem Aktor präzise definierbar. Über die Spannungshöhe oder bei Stromeinprägung die Stromhöhe kann auch die Impulskraft und damit das haptische Feedback verändert werden. Dies ist vorteilhaft, um auf unterschiedliche Fahrer bzw. Fahrprofile individuell zu reagieren. So können verschiedene Schuhwerke oder Geschlechter im haptischen Feedback berücksichtigt werden.

Die Fig. 3 skizziert dabei eine Einbausituation eines speziell geformten Dämpfungselements 6.1 mit progressiver Dämpfungscharakteristik, während in Fig. 4 noch weitere Formen mit einer Spitzen- oder spitzenähnlicher Form das Anschlagen der Ankerplatte abfedern. Denkbare Formen sind z.B. Tropfen- bzw. tropfenähnliche oder Kronen- bzw. kronenähnliche oder X-förmiger Struktur/Form mit linienförmiger oder mehrspitziger Anschlagsfläche.

Die Fig. 5 zeigt für das Dämpfungselement 6.4. zum Gegenanschlag 4 hin noch eine großflächige, bettartige Form aus weichem Material, z.B. schwammartigem Material, in das die Ankerplatte 3 hineinfällt. Natürlich können alternativ dazu auch die bereits in voranstehenden Figuren gezeigten Querschnittsformen Anwendung finden.