Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2016 212 524.9 vom 8. Juli 2016 in Anspruch, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung gehört. Ferner gehören auch die Inhalte der drei PCT-Anmeldungen

PCT/EP2016/070989 vom 6. September 2016, PCT/EP2016/071414 vom

12. September 2016 und PCT/EP2017/051416 vom 24. Januar 2017 durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung.

Die Erfindung betrifft eine Bedieneinheit für ein Fahrzeug, bei der es sich bei- spielsweise um ein Infotainment-System zur Steuerung diverser Fahrzeugkomponenten handeln kann.

Bedieneinheiten mit Display-Baugruppen, auf denen beispielsweise menügesteuert verschiedene Symbolfelder darstellbar sind, über die Funktionen für eine Fahrzeugkomponente ausgewählt werden können, erfreuen sich zunehmender Beliebtheit. Dabei soll dem Bediener die Auswahl einer Funktion taktil bestätigt werden, was beispielsweise durch eine zusätzliche aktive Bewegung des Bedienelements nach dessen Betätigung erfolgt. Dieses haptische Feedback soll, über die gesamte Bedienoberfläche des Bedienelements betrachtet, möglichst homogen sein. Beispiele für derartige Bedieneinheiten sind in DE-A- 10 2008 035 907 und DE-A-10 2009 007 243 beschrieben. In DE-A-100 43 805 ist darüber hinaus eine Vorrichtung mit einem elektromagnetischen Aktua- tor beschrieben. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bedieneinheit für ein Fahrzeug zu schaffen, die mit mindestens einem Bedienelement mit Bedienoberfläche versehen ist, wobei das haptische Empfinden unabhängig vom Ort, an dem die Bedienober- fläche berührt und betätigt wird, im Wesentlichen gleich sein soll, und die mit einem aktiven haptischen Feedback ausgerüstet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Bedieneinheit für ein Fahrzeug vorgeschlagen, wobei die Bedieneinheit versehen ist mit

einem Gehäuse mit einer Vorderseite

einem an der Vorderseite des Gehäuses angeordneten Bedienelement, das eine Bedienoberfläche aufweist,

wobei das Bedienelement an und/oder in dem Gehäuse längs einer zur Bedienoberfläche im Wesentlichen orthogonal verlaufenden Vertikalbewegungsachse und längs einer im Wesentlichen quer dazu verlaufenden Lateralbewegungsachse mittels Rückholfedern elastisch gelagert ist, mindestens einem Sensor zur Erfassung einer Betätigungsbewegung des Bedienelements in Richtung der Vertikalbewegungsachse,

einem in und/oder an dem Gehäuse angeordneten Aktuator zur Rückmeldebewegung des Bedienelements zumindest auch in der Lateralbewegungsachse bei einer erkannten Betätigungsbewegung des Bedienelements, wobei der Aktuator ein elektrisch ansteuerbares, mit dem Bedienelement mechanisch gekoppeltes Antriebselement aufweist, das längs einer Wirkbewegungsachse vor- und zurückbewegbar ist, und

einer Auswerte- und Ansteuereinheit, die mit dem Sensor und dem Aktuator verbunden ist,

wobei die Rückholfedern resultierende Federwirkachsen aufweisen, die parallel zur Wirkbewegungsachse des Aktuators verlaufen,

wobei die Federwirkachsen der Rückholfedern bei Betrachtung in der Vertikalebene, in der die Wirkbewegungsachse des Aktuators verläuft und/oder in der der Massenschwerpunkt des Bedienelements oder der bewegbaren Masse aus u.a. dem Bedienelement und dem mit diesem gekoppelten Antriebselement des Aktuators liegt, beidseitig der Wirkbewegungsachse des Aktuators in ersten und zweiten Abständen zu der Wirkbewegungsachse des Aktuators verlaufen, und

wobei die Dimensionierung der Rückholfedern hinsichtlich ihrer Federkräfte und der erste sowie der zweite Abstand zur im Wesentlichen Kompen- sation der infolge der Rückholfedern im Massenschwerpunkt des Bedienelements oder der bewegbaren Masse wirkenden Drehmomente gewählt sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass

die Rückholfedern resultierenden Federwirkachsen aufweisen, die parallel zur Wirkbewegungsachse des Aktuators verlaufen,

die Federwirkachsen der Rückholfedern bei Betrachtung in der Vertikalebene, in der die Wirkbewegungsachse des Aktuators verläuft und/oder in der der Massenschwerpunkt des Bedienelements oder der bewegbaren

Masse aus u.a. dem Bedienelement und dem mit diesem gekoppelten Antriebselement des Aktuators liegt, beidseitig der Wirkbewegungsachse des Aktuators in ersten und zweiten Abständen zu der Wirkbewegungsachse des Aktuators verlaufen, und

- die Dimensionierung der Rückholfedern hinsichtlich ihrer Federkräfte und der erste sowie der zweite Abstand zur im Wesentlichen Kompensation der infolge der Rückholfedern im Massenschwerpunkt des Bedienelements oder der bewegbaren Masse wirkenden Drehmomente gewählt sind. Nach der Erfindung wird das aktive haptische Feedback einer Betätigung des Bedienelements durch eine laterale Auslenkung des Bedienelements realisiert. Zur Betätigung wird das Bedienelement in einer im Wesentlichen orthogonal zur Bedienoberfläche verlaufenden Vertikalbewegungsachse bewegt. Wird dann über einen Sensor diese Betätigungsbewegung erfasst, erfolgt eine akti- ve Bewegung des Bedienelements in einer Lateralbewegungsrichtung (beispielsweise nach links oder rechts, nach oben oder nach unten). Dabei ist darauf zu achten, dass das Bedienelement nicht verkippt, was aber ohne besondere Maßnahmen dann nahezu ausgeschlossen ist, wenn, wie es der Normalfall ist, der Aktuator nicht im Massenschwerpunkt des Bedienelements mit diesem verbunden ist. Das Bedienelement umfasst im Wesentlichen ein Display mit entsprechender Anzeigetechnik und -technologie (beispielsweise LCD-Display) und Hinterleuchtung, so dass es eine nicht unbeträchtliche Bautiefe aufweisen kann. Da der Aktuator im Idealfall allenfalls direkt unterhalb dieses Bedienele- ments angeordnet sein kann, greift sein Antriebselement zur aktiven Haptik- Rückmeldebewegung in Lateralbewegungsrichtung außerhalb des Massenschwerpunkts des Bedienelements bzw. des bewegten Teilsystems an dieses bzw. diesem an. Hierdurch kommt es dann ohne entsprechende Gegenmaß- nahmen zwangsweise zu einer Verkippung des Bedienelements, was unerwünscht ist. Bekannte Lösungen zielen auf eine Zwangsführung mit entsprechender Auslegung des Federsystems ab, mit dem das Bedienelement am Gehäuse der Bedieneinheit gelagert ist. All dies ist mechanisch aufwendig. Nach der Erfindung wird also für einen Ausgleich der infolge der (Vertikal- und Lateral-)Rückholfedern auf das Bedienelement wirkenden Drehmomente gesorgt, was einerseits durch die Positionierung der Rückholfedern relativ zur Wirkbewegungsachse des Antriebselements und/oder andererseits durch die Dimensionierung der Rückholfedern und/oder ferner durch "Verlagerung" des Massenschwerpunkts des Bedienelements realisiert werden kann, indem die Gewichtsverteilung des Bedienelements beeinflusst wird (durch zusätzlich angebrachte Gewichte oder durch gezielte Beeinflussung der Gewichtsverteilung). Wenn also die Bauraumsituation eine Verlagerung der Rückholfedern nicht ermöglicht, kann durch die Dimensionierung der Rückholfedern und/oder durch die Veränderung der Massenverteilung innerhalb des Bedienelements für einen Drehmomentenausgleich gesorgt werden. Somit liefert die Erfindung für sämtliche Anwendungsfälle ausreichende Freiheitsgrade für das Design. Genauer genommen muss nicht nur auf den Massenschwerpunkt des Bedienelements abgestellt werden, sondern auf den Massenschwerpunkt des bewegba- ren Teilsystems der Bedieneinheit, wobei dieses bewegbare Teilsystem das Bedienelement, das Antriebselement des Aktuators mitsamt seiner Anbindung an das Bedienelement und die Rückholfedern (, die allerdings eine vernachlässigbare Masse aufweisen,) umfasst. Die gesamte für das haptische Feedback zu bewegende Masse definiert den Massenschwerpunkt, der im Rahmen der Erfindung maßgeblich für die Anordnung und/oder Dimensionierung der Rückholfedern ist, um den Drehmomentenausgleich zu realisieren. Wenn also nachfolgend von dem Massenschwerpunkt des Bedienelements die Rede ist, ist da- mit der Massenschwerpunkt des bewegbaren, federnd gelagerten Teilsystems gemeint, das für das haptische Feedback mechanisch angeregt ist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Federwirkachsen der Rückholfedern bei Betrachtung in einer Schrägebene, die sich senkrecht zur Vertikalebene erstreckt und in der die Wirkbewegungsachse des Aktuators verläuft und/oder in der der Massenschwerpunkt des Bedienelements liegt, beidseitig der Wirkbewegungsachse des Aktuators in Abständen zu der Wirkbewegungsachse des Aktuators verlaufen, und dass die Dimensio- nierung der Rückholfedern hinsichtlich ihrer Federkräfte und die Abstände zur im Wesentlichen Kompensation der infolge der Rückholfedern im Massenschwerpunkt des Bedienelements wirkenden Drehmomente gewählt sind.

Die oben im Zusammenhang mit der Vertikalebenenbetrachtung vorgenomme- nen Überlegungen gelten ganz entsprechend auch hinsichtlich der von der Lage der Wirkbewegungsachse des Aktuators definierten Schrägebene. Auch in dieser Schrägebene, in der die Wirkbewegungsachse des Aktuators liegt (und die demzufolge von dieser Achse aufgespannt wird sowie orthogonal zur Vertikalebene verläuft), müssen wiederum die auf das bewegbare Teilsystem wir- kenden, aus den Rückholfedern resultierenden Drehmomente kompensiert werden, damit es bezogen auf diese Schrägebene bzw. bezogen auf die Hori- zontal-Projektionsebene zu keinerlei Oszillationen kommt, wenn der Aktuator zwecks haptischem, taktilem Feedback angesteuert wird. Ferner sieht die Erfindung vor, den Aktuator mechanisch derart ausgerichtet anzuordnen, dass die Wirkbewegungsachse des Antriebselements vorzugsweise den Massenschwerpunkt des Bedienelements schneidet. Auf der Verlängerung der Wirkbewegungsachse des Antriebselements liegt also der Massenschwerpunkt des Bedienelements. Die Wirkbewegungsachse des Antriebsele- ments verläuft dabei also in einem spitzen Winkel zur beabsichtigten Lateral- bewegungsrichtung für das aktive haptische Feedback. Indem das Bedienelement also längs der Wirkbewegungsachse des Antriebselements bewegt wird, weist die Feedbackbewegung des Bedienelements neben der beabsichtigten Lateralbewegungskomponente auch eine Vertikalbewegungskomponente auf, was aber nicht weiter störend ist. Vielmehr entscheidend ist, dass die Bedienoberfläche des Bedienelements beim aktiven haptischen Feedback ihre Ausrichtung im Raum beibehält, also eine schräg gerichtete Parallelverschiebung er- fährt, und zwar ohne in Vertikal- und/oder Horizontalebene betrachtet zu oszillieren.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist es möglich, die aktive haptische Feedback-Bewegung rein translatorisch auszuführen, wobei bevorzugt die Wir- krichtung des Antriebselements durch den Massenschwerpunkt des Bedienelements verläuft.

Rotatorische Bewegungsanteile beim aktiven haptischen Feedback des Bedienelements werden weiter reduziert, indem die Rückholfederelemente, mit deren Hilfe das Bedienelement nach einem aktiven haptischen Feedback wieder in die Ausgangsposition zurück bewegt werden, in einer gemeinsamen Ebene mit dem Massenschwerpunkt des Bedienelements liegen. Wäre dies nicht der Fall, so würde das Muster der aktiven haptischen Feedbackbewegung des Bedienelements rotatorische Anteile aufweisen.

Alternativ können die Federwirkachsen auch mit der Wirkbewegungsachse des Antriebselements des Aktuators zusammenfallen; sie liegen dann auf einer gemeinsamen Linie. Mit Vorteil wird mit der Erfindung erreicht, dass bei die infolge der Rückholfederelemente im Massenschwerpunkt des Bedienelements wirkenden Drehmomente sich gegeneinander aufheben, so dass sich das Bedienelement bei seiner Feedback-Bewegung längs der Wirkbewegungsachse des Antriebselements des Aktuators nicht zusätzlich oszillierend verdreht bzw. oszillierend verkippt.

Ferner ist es vorteilhaft, die Haptik aktiv in Hin- und Rückweg zu steuern oder zu regeln. Hierfür ist es mitentscheidend, dass die Bewegung des Bedienelements möglichst rein translatorisch ist, was durch den erfindungsgemäßen An- satz realisierbar ist. Ferner lässt sich durch den erfindungsgemäßen Ansatz im Wesentlichen sicherstellen, dass das haptische Empfinden unabhängig vom Betätigungsort auf der Bedienoberfläche immer gleich ist. Aufwendige konstruktive Lösungen zur federnden Lagerung des Bedienelements derge- stalt, dass dieses eine reine translatorische Bewegung ausführt, sind nach der Erfindung nicht mehr erforderlich.

Zweckmäßig ist es, wenn die Lateralbewegungsachse des Bedienelements und die Wirkbewegungsachse des Antriebselements des Aktuators eine gemeinsa- me, im Wesentlichen orthogonal zur Bedienoberfläche stehende Vertikalebene aufspannen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse unterhalb des Bedienelements einen Bauraum aufweist und dass der Aktuator zur Erzielung eines kleinstmöglichen Winkels zwischen der Wirkbewegungsachse des Antriebselements des Aktuators und der Lateralbewegungsachse des Bedienelements so nah wie bauraumbedingt möglich unterhalb des Bedienelements und/oder soweit wie bauraumbedingt möglichst weit von dem Massenschwerpunkt des Bedienelements entfernt angeordnet ist. Je kleiner der Winkel zwischen der Wirkbewegungsachse des Aktuators und der Lateralbewegungsachse des Bedienelements ist, desto größer ist der Lateralbewe- gungsanteil des Bedienelements in Relation zum Lateralbewegungsanteil bei der Feedback-Bewegung. Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Bedieneinheit beidseitig des Bedienelements angeordnete Rückholfederelemente für das Bedienelement mit Federwirkachsen auf, die auf der Lateralbewegungsachse liegen oder die in einer Ebene, die im Wesentlichen orthogonal zur von der Wirkbewegungsachse des Antriebselements des Aktuators und der

Lateralbewegungsachse des Bedienelements aufgespannten Ebene ist, liegen sowie symmetrisch zur Lateralbewegungsachse angeordnet sind. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Aktuator als Zuganker-Elektromagnet mit einem ersten Stator, der eine erste Erregerspule aufweist, und mit einem Anker als Antriebselement ausgebildet ist, dass der Anker mit einer Messspule versehen ist, an der eine Messspannung anliegt, wenn der Anker von einem durch die erste Erregerspule erzeugten Magnetfluss durchdrungen wird, und dass die erste Erregerspule und die Messspule mit der Auswerte- und Ansteuereinheit verbunden sind, wobei mittels der Auswerte- und Ansteuereinheit die Kraft steuerbar und/oder regelbar ist, mit der das Antriebselement des Aktuator in Richtung auf den ersten Stator zu bewegbar ist und/oder die Auslenkbe- wegung des Antriebselements aus dessen Ruheposition sowie die Zurückbewegung des Antriebselements in dessen Ruheposition steuerbar und/oder regelbar ist.

Bei dieser Weiterbildung der Erfindung wird vorteilhafterweise eine relativ ge- naue und kostengünstige Kraftmessung in einem als Elektromagneten ausgeführten Aktuator für das haptische Feedback von Bedienelementen ermöglicht. Dabei kann der Elektromagnet als Einfach-Zuganker oder als Doppel-Zuganker ausgeführt sein. Alternativ kann der Aktuator mindestens ein piezokerami- sches Element aufweisen, also piezoelektrisch arbeiten.

Aus Bauraum- und Kostengründen wird für das haptische Feedback oftmals ein Elektromagnet (Zugankermagnet) ohne Permanentmagnete als Aktuator eingesetzt. Der Stator eines derartigen Zugankermagnets ist also elektromagnetisch zu betreiben. Um die gewünschte Bewegung der Bedienoberfläche des Bedienelements einstellen zu können, muss der zeitliche Kraftverlauf am Aktuator genau einstellbar sein. Desweiteren kann es erforderlich sein, dass die Kraft, mit der das Bedienelement vor- und zurückbewegt wird, jeweils aktiv aufgebaut wird. Dies kann mittels eines Doppel-Zugankermagnets mit einem gemeinsamen Zuganker zwischen zwei elektromagnetischen Statoren realisiert werden.

Die Kraft eines Elektromagneten hängt bei langsam veränderlichen Magnetfeldern im Wesentlichen vom Ankerstrom und vom Luftspalt zwischen Zuganker und Stator ab. Der Kraftverlauf im Falle des haptischen Feedbacks ist jedoch sehr dynamisch und umfasst Frequenzanteile oberhalb von 1 kHz. Hierbei ist der Zusammenhang zwischen Strom und Kraft bei üblich verwendeten Automatenstählen oder Elektroblechen zur Magnetflussführung nicht trivial und nur durch eine sehr aufwendige Modellierung beschreibbar. Hinzu kommt noch, dass der Luftspalt wegen der mechanischen Toleranzen und der Bewegung der Bedienoberfläche nicht genau bekannt ist, weshalb die Kraftwirkung eines Zugankermagnets nur grob abschätzbar ist. Mit dem hier beschriebenen Ansatz der Messung des den Zuganker durchziehenden Magnetflusses mittels einer Messspule und der an dieser abfallenden induzierten Spannung lässt sich nun die Kraft und die Bewegung des Zugankers steuern bzw. regeln . Auch lässt sich nun die Bewegung des Zugankers gezielt dämpfen, so dass ein Überschwingen in der jeweiligen Endlage der Vor- und Zurückbewegung des Zugankers vermieden werden kann .

Wie bereits oben dargelegt, ist es von weiterem Vorteil, wenn der Zuganker zwischen zwei elektromagnetisch betriebenen Statoren angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung weist der Zuganker also einen zweiten Sta- tor mit einer zweiten Erregerspule auf, wobei die beiden Statoren beidseitig des Ankers angeordnet sind und auch die zweite Erregerspule mit der Auswerte- und Ansteuereinheit verbunden ist, wobei mittels der Auswerte- und An- steuereinheit die jeweilige Kraft, mit der das Antriebselement in die jeweilige Richtung auf den ersten bzw. zweiten Stator zu bewegbar ist, und/oder die Auslenkbewegung des Antriebselements aus dessen Ruheposition sowie die Zurückbewegung des Antriebselements in dessen Ruheposition steuerbar und/oder regelbar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen :

Fig . 1 schematisch und in Seitenansicht eine Bedieneinheit für eine Fahrzeugkomponente mit als Displayelement ausgeführtem Bedienele- ment und federelastischer Lagerung sowie aktivem haptischen Feedback zur Betätigung des Bedienelements,

Fig . 2 eine Darstellung eines Elektromagneten, ausgebildet als Zugankerma- gnet mit Stator und Anker zur grundsätzlichen Erläuterung der elektromagnetisch relevanten Eigenschaften eines derartigen Elektromagneten,

Fig . 3 eine perspektivische Darstellung des als Doppelelektromagnet ausge- bildeten Aktuators für die aktive haptische Rückmeldung,

Fig . 4 eine mögliche Beschaltung des Elektromagneten gemäß Fig. 3 und

Fign . 5 bis 8

verschiedene Ausgestaltungen der Anordnung und Beschaffenheit der

Rückholfedern (sowohl in der Vertikal- als auch in der Horizontalbzw. Schrägebene) zur Zurückbewegung des mit aktivem Feedback ausgestatteten Bedienelements, so dass sich auf dessen Massenschwerpunkt wirkende Drehmomente, die ein Oszillieren des Be- dienelements um dessen Massenschwerpunkt hervorrufen würden, gegeneinander aufheben .

In Fig. 1 ist in Seitenansicht und schematisch eine Bedieneinheit 10 gezeigt, die ein Bedienelement 12 aufweist. Das Bedienelement 12 ist in diesem Aus- führungsbeispiel als Display-Baugruppe mit einer Bedienoberfläche 14 ausgeführt, auf der eine Vielzahl von Symbolfeldern 16 darstellbar ist. Das Bedienelement 12 ist im Regelfall hinterleuchtet.

Zur Ausführung einer Betätigungsbewegung in Vertikalbewegungsrichtung (siehe den Doppelpfeil 18) sowie zur Bestätigung einer derartigen Betätigungsbewegung in lateraler Richtung (siehe den Doppelpfeil 20 in Fig . 1) ist das Bedienelement 12 über erste Rückholfedern 22 sowie zweite Rückholfedern 24,24' elastisch an einem Gehäuse 26 gelagert. Mittels eines Sensors 28 lässt sich feststellen, dass sich das Bedienelement längs der Vertikalbewegungsachse 18 bewegt hat. Dies wird in einer Auswerte- und Ansteuereinheit 30 ermittelt, woraufhin diese einen als Elektromagneten ausgeführten Aktuator 32 ansteuert, der ein Antriebselement 34 aufweist. Der feststehende Statorteil 36 des Aktuators 32 stützt sich am Gehäuse 26 ab, während das Antriebselement 34 des Aktuators 32 mechanisch mit dem Bedienelement 12 gekoppelt ist. Die Wirkbewegungsachse des Antriebselements 34 ist anhand des Doppelpfeils 38 dargestellt. Je größer und aufwendiger das Bedienelement 12 konstruiert ist, umso schwerer ist es und umso mehr Bauraum nimmt es ein . Wenn nun gefordert wird, dass das haptische Feedback über die gesamte Bedienoberfläche 14 betrachtet gleich sein soll, so sollte das Bedienelement 12 beim haptischen Feedback ausschließlich eine translatorische Bewegung vollführen . Theoretisch gelingt dies in einfachster Weise dadurch, dass das Antriebselement 34 des Aktuators 32 im Massenschwerpunkt 40 des Bedienelements 12 oder, genauer gesagt im Massenschwerpunkt des bewegbaren, elastisch gelagerten Teilsystems angreift. Dies ist aber aufgrund der Bauraumgegebenheiten nicht möglich . Will man nun dennoch erreichen, dass sich das Bedienelement 12 beim aktiven haptischen Feedback ausschließlich translatorisch bewegt, so besteht eine konstruktiv vergleichsweise einfache Lösung darin, den Aktuator 32 derart anzuordnen, dass der Massenschwerpunkt 40 des bewegbaren Teilsystems 41 aus Bedienelement 12, Antriebselement 34 des Aktuators 32 und den Massen sämtlicher Rückholfedern 22,24,24' auf der Wirkbewegungsachse 38 des Antriebselements 34 des Aktuators 32 liegt. Dies ist in Fig. 1 gezeigt, wobei in Fig . 1 auch dargestellt ist, wie sich das Bedienelement 12 aktiv bewegt, wenn eine Betätigungsbewegung erkannt und die Betätigung des Bedienelements 12 durch haptisches Feedback rückbestätigt wird .

Im Wesentlichen orthogonal zu dieser Ebene 44 verläuft diejenige Ebene, die durch die Lateralbewegungsachse 20 des Bedienelements 12 und die Wirkbewegungsachse 38 des Antriebselements 34 des Aktuators 32 aufgespannt wird . Bei dieser Ebene handelt es sich bezogen auf Fig . 1 um die Zeichnungs ^¬ ebene .

Die rei n translatorische Bewegung des Bedienelements 12 bei m aktiven hapti- sehen Feedback weist also sowohl eine Lateral- als auch ei ne Verti kal kompo ^¬ nente auf. Dass diese Feedbackbewegung nicht rei n lateral ist, spielt dafür, dass das haptische Empfinden über die gesamte Bedienoberfläche 14 des Be ^¬ dienelements 12 gleich sei n sol l, kei ne Rolle. Entscheidend ist, dass das Be ^¬ dienelement 12 bei m aktiven haptischen Feedback kei nerlei rotatorische Be- wegungsanteile erfährt, es also i nsoweit zu ei ner Parallelverschiebung des Be ^¬ dienelements 12 i m Raum kom mt.

Wie bereits weiter oben beschrieben, setzt man aus i nsbesondere Bauraum- und Kostengründen für das haptische Feedback von Bedienelementen oftmals als Aktuator einen Elektromagneten ein . Die von diesem Elektromagneten aufgebrachte Kraft kann nur mit erhöhtem Aufwand abgeschätzt werden und hängt ganz wesentl ich vom Strom und Luftspalt des Elektromagneten ab. Die i nsoweit geltenden Gegebenheiten bei ei nem Elektromagneten sollen nachfolgend anhand von Fig . 2 verdeutl icht werden .

I n Fig . 2 ist ein Elektromagnet dargestel lt, dessen Stator und Anker aus hoch- permeablen Material ien (übl icherweise Automatenstahl oder Elektroblech) besteht, und dessen Magnetfeld mittels einer bestromten Erregerspule aufgebaut wird .

Die Kraft eines solchen Elektromagneten wird üblicherweise aus dem Erreger ^¬ strom und der Luftspaltgröße berechnet. Der Kraftverlauf i m Fal le des hapti ^¬ schen Feedbacks ist jedoch sehr dynamisch m it Frequenzanteilen oberhalb von 1 kHz. Hierbei ist der Zusammenhang zwischen Strom und Kraft bei übl ich verwendeten Automatenstählen oder Elektroblechen zur Magnetfl ussführung nicht trivial und nur durch ei ne sehr aufwendige Model lierung beschrei bbar. Dazu kom mt noch, dass der Luftspalt wegen der mechanischen Toleranzen und der Bewegung der Bedienoberfläche nicht genau bekannt ist, und somit die Kraftwirkung des Aktuators nur grob abschätzbar ist. Unter Verwendung der "Maxwellschen Zugkraftformel" und einer Messspule zur Ermittlung der magnetischen Flussdichte im Luftspalt kann dieses Problem umgangen werden, wobei eine Spannungsmessung in aller Regel kostengünstiger gestaltet werden kann als eine Strommessung :

F

2 ₀

(F - Aktuatorkraft, μ ₀ - Permeabilität der Luft, A _L - Luftspaltfläche, B _L - Magnetflussdichte im Luft- spalt)

Die relativ geringe Inhomogenität der Luftspaltflussdichte in praktischen Ausführungen kann durch einen Korrekturfaktor berücksichtigt werden, was wiederum zu einer einfachen Realisierung einer Kraftmessung mittels einer Messs- pule führt:

(t - Zeit, C- Luftspaltkorrekturfaktor, N _MS - Windungszahl der Messpule, u(t)- induzierte Spannung in der Messspule)

Die Integration der induzierten Spannung kann digital mit einem in der Regel im System schon vorhandenen MikroController ausgeführt werden . Somit ist die Kraft zu jedem Zeitpunkt der Ansteuerung bekannt.

Fig . 3 zeigt den Aktuator 32 in perspektivischer Ansicht. Dieser Aktuator 32 ist als Doppelelektromagnet ausgebildet, dessen Antriebselement 34 als Anker 46, der zwischen einem ersten Stator 48 und einem zweiten Stator 50 angeordnet ist, in zwei entgegengesetzten Richtungen längs der Wirkbewegungs- achse 38 Kraft aufbauen kann . Der erste und der zweite Stator 48, 50 sind am Gehäuse 26 befestigt, während der Anker 46 mit dem Bedienelement 12 fest verbunden ist. Der erste Stator 48 weist eine erste Erregerspule 52 auf, während der zweite Stator 50 mit einer zweiten Erregerspule 54 versehen ist. Der Anker 46 ist von einer Messspu- le 56 umgeben . Beidseitig des Ankers 46 befindet sich jeweils ein erster bzw. ein zweiter Luftspalt 58, 60. Da die auf den Anker 46 wirkende Kraft jeweils in eine Richtung gerichtet sein soll, werden die Erregerspulen 52, 54 entsprechend nicht gleichzeitig, sondern abwechselnd bestromt. Mit dem Aufbau der Messspule 56 am Anker 46 wird eine genaue und kostengünstige Kraftmes- sung in beiden Wirkrichtungen längs der Wirkbewegungsachse 38 ermöglicht.

Die Ansteuerung und die Auswertung der in der Messspule 56 induzierten Spannung können beispielhaft mittels eines MikroControllers 62 erfolgen, der Teil der Auswerte- und Ansteuereinheit 30 sein kann . Ein Beispiel für eine Be- Schaltung mit dem MikroController 62 ist in Fig. 4 gezeigt. Die induzierte Spannung in der Messspule 56 wird zunächst durch einen einfachen Tiefpass 64 geglättet, um die PWM-Taktung (Frequenz in der Regel > 20 kHz) zur wechselweisen Ansteuerung der beiden Erregerspulen 52, 54 aus dem Messsignal zu eliminieren . Danach erfasst der MikroController 62 die induzierte Spannung und integriert sie digital . Die Grenzfrequenz des Tiefpasses 64 sollte ausreichend höher als die höchsten Frequenzanteile des Kraftverlaufs liegen .

Im Zusammenhang mit der Fig. 1 ist weiter oben bereits beschrieben, dass die Rückholfedern 22,24,24' so angeordnet sind, dass ihre jeweiligen resultieren- den Federwirkachsen 42,42' parallel zur durch den Massenschwerpunkt 40 verlaufenden Wirkbewegungsachse 38 des Aktuators 32 verlaufen . Damit es bei der durch die Rückholfedern 22,24,24' induzierten Bewegung des Bedienelements 12 nicht zu Rotationen desselben kommt (und zwar sowohl um eine horizontal als auch vertikal durch den Massenschwerpunkt 40 des Be- dienelements 12 verlaufenden Achse), sollte die Summe der durch die Rückholfedern 22,24,24' im Massenschwerpunkt 40 verursachten Drehmomente null sein . Dazu sollten die resultierenden Federwirkachsen 42,42' z. B. parallel zueinander und zur Wirkbewegungsachse 38 verlaufen (siehe auch die Federkräftedreiecke der Rückholfedern 22,24,24' in Fig. 1).

Bei gänzlich symmetrischer Anordnung von Massenschwerpunkt 40, und Rück- holfedern 22,24,24' (bzw. Angriffspunkten der Rückholfedern 24,24' am Bedienelement 12) mit gleichen Kennlinien der (Vertikal-)Rückholfedern 22 und gleichen Kennlinien der (Lateral-)Rückholfedern 24,24' wirken somit im Massenschwerpunkt 40 keine durch sämtliche Rückholfedern 22,24,24' hervorgerufene Drehmomente auf das Bedienelement 12 (siehe Fig . 1, wonach die Ab- stände LI und L2 gleich sind) . Derartige Einbau- bzw. Anordnungsverhältnisse sind aber nicht immer zu erreichen . Sollten z. B. die Rückholfedern 24,24' asymmetrisch angeordnet sein (,und zwar in horizontaler und/oder in vertikaler Ebene), so entstehen infolge der Hebelarme, d. h . der Abstände der parallel zur Wirkbewegungsachse 38 des Aktuators 32 verlaufenden resultierenden Federwirkachsen 42,42' der Rückholfedern 22 und 24 bzw. 22 und 24' zum

Massenschwerpunkt 40 (bzw. der Wirkbewegungsachse 38), Drehmomente im Massenschwerpunkt 40. Diese müssen sich gegeneinander aufheben, so dass das Bedienelement 12 bei der haptischen Feedback-Bewegung nicht um den Massenschwerpunkt 40 rotatorisch oszilliert.

Die Fign . 5 bis 8 zeigen verschiedene Szenarien, in denen in Abhängigkeit von der Lage des Massenschwerpunkts 40 durch Anordnung der Rückholfedern 22,24,24' (Lage der Angriffspunkte der Rückholfedern 22,24,24' an dem Bedienelement 12) und/oder deren Elastizität (angedeutet durch die Dichte der Windungen, wobei eine dichte Windung eine weniger elastische, also steifere Feder symbolisiert als eine weniger dichte Windung) eine Oszillation des bewegbaren Teilsystems 41 um dessen Massenschwerpunkt 40 verhindert/ vermindert werden kann, und zwar sowohl in vertikaler Ebene (siehe Fign . 5 und 6) als auch in horizontaler Ebene (siehe Äh die Fign . 7 und 8) . Der Ausgleich der Drehmomente der beidseitig des Teilsystems 41 wirkenden Rückholfedern 22,24,24' kann durch die Wahl der Vertikal- und Horizontalpositionen (siehe Fign . 6 und 7) und/oder durch die Wahl der Federkräfte (siehe Fign . 5 und 8) erzielt werden . Schließlich kann der Drehmomentausgleich ggf. zusätzlich auch durch die Beeinflussung des Massenschwerpunkts des bewegbaren mechanisch angeregten Teilsystems 41 erzielt werden (z. B. Vorsehen von Zusatzgewichten, Beeinflussung der Massenverteilung etc.) Die zuvor genannten Randbedingungen dahingehend, dass sich sämtliche im Massenschwerpunkt 40 des Teilsystems 41 wirkende Drehmomente gegeneinander aufheben, können als zweidimensionales Problem (Vertikal- und Horizontal-Ebene-) aufgefasst werden . Es kann erforderlich sein, z. B. zwei Paare von Rückholfedern 24,24' vorzusehen, um eine ungewollte Oszillation des Bedienelements 12 um zwei senkrecht aufeinander stehende Rotationsachsen (horizontal und vertikal) durch den Massenschwerpunkt 40 unterdrücken bzw. vermindern zu können . Die elastische Anbindung des Bedienelements 12 an das Gehäuse 26 erfolgt vorzugs- weise mittels des Halterahmens, wie es in der bereits eingangs genannten PCT/EP2017/051416 vom 24. Januar 2017 beschrieben ist. Dabei kann durch z. B. die Dicke der beiden in der PCT-Anmeldung PCT/EP2017/051416 beschriebenen Lateral-Federarme (,die die Funktion der Rückholfedern 22,24,24' realisieren,) und/oder deren Querschnittsformen und/oder deren Längen und/oder deren Höhenpositionen Einfluss auf die auf das Bedienelement 12 wirkenden Drehmomente genommen werden .

Ein "verstimmtes" System kann durch eine der folgenden Maßnahmen optimiert werden : die Rückholfedern werden hinsichtlich ihrer Wirkachsen relativ zur Aktua- tor-Wirkachse verschoben,

der Massenschwerpunkt wird (durch zusätzliche Gewichte bzw. Änderung der geometrischen Form des Bedienelements) verschoben,

- die in Normalrichtung wirkenden Federkräfte der Rückholfedern können von Rückholfeder zu Rückholfeder unterschiedlich sein . BEZUGSZEICHENLISTE

10 Bedieneinheit

12 Bedienelement

14 Bedienoberfläche des Bedienelements

16 Symbolfelder

18 Vertikalbewegungsachse des Bedienelements

20 Lateralbewegungsachse des Bedienelements

22 (Vertikal-) Rückholfeder

24 (Lateral-) Rückholfeder

24' (Lateral-) Rückholfeder

26 Gehäuse

28 Sensor

30 Ansteuereinheit

32 Aktuator

34 Antriebselement des Aktuators

36 Statorteil des Aktuators

38 Wirkbewegungsachse des Aktuators

40 Massenschwerpunkt des bewegbaren Teilsystems

41 bewegbares Teilsystem

42 resultierende Federwirkachse der Rückholfedern 24 und 22

42' resultierende Federwirksachse der Rückholfedern 24' und 22

44 Ebene

46 Anker

48 Stator

50 Stator

52 Erregerspule

54 Erregerspule

56 Messspule

58 Luftspalt

60 Luftspalt

62 MikroController

64 Tiefpass LI (erster) Abstand der resultierenden Wirkachse der Rückholfedern 22,24 zur Wirkbewegungsachse 38 des Aktuators 32 (in der Vertikalebene betrachtet)

L2 (zweiter) Abstand der resultierenden Wirkachse der Rückholfedern 22,24' zur Wirkbewegungsachse 38 des Aktuators 32 (in der Vertikalebene betrachtet)

L3 (dritter) Abstand der resultierenden Wirkachse der Rückholfedern 22,24 zur Wirkbewegungsachse 38 des Aktuators 32 (in der von der Wirkbewegungsachse aufgespannten Schrägebene betrachtet)

L4 (vierter) Abstand der resultierenden Wirkachse der Rückholfedern 22,24' zur Wirkbewegungsachse 38 des Aktuators 32 (in der von der Wirkbewegungsachse aufgespannten Schrägebene betrachtet)