Die vorliegende Erfindung betrifft ein Eingabeverfahren mit haptischem Feedback und möglichst weitgehender Unterdrückung des Nachschwingens. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Eingabevorrichtung zum Erfassen einer händischen Eingabe, mit einem Betätigungselement, das nach Erfassen einer händischen Berührung und/oder Betätigung mittels eines Aktuators zur Erzeugung des haptischen Feedbacks in Schwingung versetzt wird. Schließlich betrifft die Erfindung ferner die Verwendung der Eingabevorrichtung in einem Kraftfahrzeug.

Eingabevorrichtungen der gattungsgemäßen Art sind grundsätzlich bekannt und sind beispielsweise in der DE 2013 007 962 Al beschrieben. Eingabevorrichtungen dienen zum Erfassen einer händischen Eingabe, die in der Regel von einem Nutzer vorgenommen wird, um der Betätigung eine Schalt- und/oder Steuerfunktion zuzuordnen. Zu diesem Zweck weist die Eingabevorrichtung in der Regel wenigstens ein Betätigungselement auf, das vom Nutzer durch Betätigung mittels einer Hand oder einem Finger betätigt werden kann. Auf diese Weise kann der Nutzer Funktionen in gewünschter Weise aktivieren und/oder deaktivieren oder eine Steuerung vornehmen. Solche Eingabevorrichtungen finden einen weiten Anwendungsbereich bei Kraftfahrzeugen, wie Personenkraftfahrzeuge oder Lastkraftfahrzeuge und dienen beispielsweise der Steuerung von Fahrzeugaggregaten .

Es ist bekannt, das Betätigungselement mit einem Aktuator zu koppeln und hierdurch eine haptisch merkbare Rückmeldung, auch haptisches Feedback genannt, für einen die Betätigung und/oder Berührung des Betätigungselements bewirkenden Nutzer zu erzeugen.

Obwohl sich die Kopplung des Betätigungselements mit dem Aktuator bewährt hat, besteht hinsichtlich der Ausgestaltung und Realisierung des Feedbacks weiterer Verbesserungsbedarf, insbesondere wenn es darum geht ein haptisches Feedback zu erzeugen, das sich auf wenige bis eine Auslenkung insgesamt oder zumindest nach der Bestromung des Aktuators mit einem elektrischen Anregungssignal beschränkt. Es hat sich gezeigt, dass eine kurze möglichst impulsähnliche Rückmeldung bevorzugt ist, da dieses nicht nur dem Bediener eine hohe Qualitätsanmutung gibt, sondern auch die Interaktion mit dem Bedienelement eine rasche Abfolge des haptischen Feedbacks erforderlich macht, damit dem Bediener eine Zuordnung zu der vorgenommenen Bedieneingabe überhaupt möglich ist, was nicht möglich ist, wenn eine nachfolgendes haptisches Feedback in das abklingende vorhergehende haptische Feedback, wie dessen Nachschwingen fällt. Es wäre zwar möglich die schwingende Lagerung des Betätigungselements zu dämpfen. Dies ist aber nachteilig für den Energieeintrag in das schwingende System und würde bei gleicher Anregungsenergie die resultierende Auslenkung minimieren. Darüber hinaus ist die mechanische Abstimmung eines schwingenden Systems schwierig und schafft bei der Massenfertigung mit reproduzierbaren Ergebnissen erhebliche Probleme.

Es besteht somit Bedarf nach einem Eingabeverfahren sowie einer zugehörigen Eingabevorrichtung, die eine reproduzierbare Unterdrückung des Nachschwingverhaltens insbesondere unter Umgehung einer mechanischen Nachabstimmung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Eingabeverfahren gemäß Anspruch 1, durch eine Eingabevorrichtung gemäß dem nebengeordneten Vorrichtungsanspruch sowie die Verwendung des nebengeordneten Verwendungsanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.

Die Erfindung betrifft ein Eingabeverfahren mit haptischem Feedback, welches die nachfolgenden Schritte aufweist. In einem Bereitstellungsschritt erfolgt ein Bereitstellen eines um eine Ruhelage in einer Schwingungsrichtung schwingend gelagerten Betätigungselements, welchem eine Eigenmode mit einer ersten Eigenfrequenz, insbesondere in Schwingungsrichtung, zugeordnet ist. Diese ergibt sich beispielsweise aufgrund der Lagerung und/oder der Materialeigenschaften des Betätigungselements. Die Eigenfrequenz, insbesondere die Eigenfrequenz, lässt sich beispielsweise durch Vermessen der Auslenkung bei frequenzspezifischer Anregung des Betätigungselements ermitteln und ergibt sich beispielsweise u.a. aus der schwingenden Lagerung des Betätigungselements, wie aus Elastizitäts- oder Federkonstanten des wenigstens einen das Betätigungselement elastisch rückstellend lagernden Rückstellelements, der Masse des Betätigungselements und aus einer Dämpfungskonstante, die sich aus einem optional vorgesehenen Dämpfungselements und/oder dem Luftwiderstand ergibt.

Das Betätigungselement kann durch einen Hebel, aber auch durch einen Schalterknopf, einen Tastenkopf, ein Touchpad oder ein Touchscreen oder Kombinationen hiervon und/oder dergleichen ausgebildet sein.

Erfindungsgemäß wird in einem weiteren Bereitstellungsschritt ein elektrodynamischer oder piezoelektrischer Aktuator bereitgestellt, der zur schwingungsanregenden Einwirkung in Schwingungsrichtung auf das Betätigungselement und Erzeugung einer haptischen Rückmeldung vorgesehen ist. Der Aktuator stützt sich beispielsweise ausschließlich am Betätigungselement ab. Erfindungsgemäß weist der Aktuator eine freischwingend gelagerte, durch ein elektrisches Anregungssignal antreibbare Erregermasse auf, so dass dem elektrodynamischen oder piezoelektrischen Aktuator ebenfalls eine Eigenmode, hier als Aktuator- Eigenmode bezeichnet, mit einer zweiten Eigenfrequenz, insbesondere in Schwingungsrichtung, zugeordnet ist. Auch diese lässt sich am Aktuator, wie eingangs beschrieben messen, und ergibt sich im Wesentlichen aus der elastischen Lagerung der Erregermasse, beispielsweise eines die Erregermasse rückstellend lagernden Federelements und aus einer Dämpfungskonstante, die sich aus einem optional vorgesehenen Dämpfungselements und/oder dem Luftwiderstand ergibt.

Im Falle eines elektrodynamischen Aktuators wird die zweite Eigenfrequenz zusätzlich durch die elektro-magnetische Güte seines Schwingkreises beeinflusst. Diese verschiebt nicht nur die zweite Eigenfrequenz im Vergleich zu einem rein mechanischen System, sondern verbreitert auch die Resonanzkurve um die zweite Eigenfrequenz insgesamt, so dass die Resonanz-Halbwertsbreite der Resonanzkurve zunimmt.

Erfindungsgemäß werden ferner Erfassungsmittel zum Erfassen wenigstens eines Beginns einer händischen Berührung und/oder Betätigung des Betätigungselements bereitgestellt. Die Erfassungsmittel können ganz oder teilweise in das Betätigungselement integriert sein. Als händische Berührung wird beispielsweise die Berührung mit einem Finger oder der Hand eines Bedieners oder Nutzers verstanden, während unter Betätigung das Einwirken durch eine Hand oder einen Finger unter Aufbringung einer auf das Betätigungselement einwirkenden Betätigungskraft verstanden wird.

Die Erfassungsmittel sind beispielsweise kapazitive Mittel, die die Berührung und/oder eine durch die Betätigung hervorgerufene Lageänderung des Betätigungselements oder die damit verbundene Krafteinwirkung detektieren. Beispielsweise ist die schwingende Lagerung des Betätigungselements so ausgelegt, dass das Betätigungselement im Wesentlichen senkrecht zur Betätigungsrichtung, bevorzugt parallel zu einer am Betätigungselement ausgebildeten und für eine Betätigung angeordneten Betätigungsfläche gelagert ist. Als eine um eine Ruhelage schwingende Lagerung wird eine monostabile, d.h. in die eine Ruhelage rückstellende, Lagerung des Betätigungselements verstanden.

Erfindungsgemäß wird ferner eine mit den Erfassungsmitteln elektrisch verbundene Steuereinheit vorgesehen, die ausgebildet ist, das elektrische Anregungssignal zur Anregung des Aktuators während oder nach Erfassen der Berührung und/oder Betätigung durch die Erfassungsmittel zu erzeugen. Das erfindungsgemäße Eingabeverfahren umfasst den Schritt des Erzeugens der haptischen Rückmeldung durch die Steuereinheit, indem der elektrodynamische oder piezoelektrische Aktuator während oder nach Erfassen der Berührung und/oder Betätigung mit dem elektrischen Anregungssignal beaufschlagt wird, es also zur Anregung einer Bewegung des Betätigungselements in Schwingungsrichtung mittels des Aktuators kommt. „Während oder nach Erfassen" meint entweder die unmittelbar mit der Detektion der Betätigung einsetzende Erzeugung des Ansteuersignals oder eine zur Detektion zeitlich versetzte und nachfolgende Erzeugung.

Dieses elektrische Anregungssignal weist erfindungsgemäß ein kontinuierliches, beispielsweise durch Fourier-Transformation erhaltenes Amplitudenspektrum auf, wobei durch geeignete Auslegung des Anregungssignal dessen Amplitudenspektrum derart ausgestaltet ist, dass die erste Eigenfrequenz und die zweite Eigenfrequenz jeweils in einen ein lokales Minimum umgebenden Bandbreitenbereich des Amplitudenspektrums fallen. Beispielsweise entsprechen die erste und zweite Eigenfrequenz jeweils der Frequenz, an der das Amplitudenspektrum das lokale Minimum oder jeweils die lokalen Minima aufweist.

Dadurch, dass das Anregungssignal ein kontinuierliches und nicht diskretes Amplitudenspektrum aufweist, ist ein höherer Energieeintrag in das durch die Eingabevorrichtung definierte, schwingende Gesamtsystem ermöglicht, wovon insbesondere eine Anregung mit einem elektrodynamischen Aktuator profitiert. Dadurch, dass das Anregungssignal erfindungsgemäß so ausgelegt ist, dass die erste und zweite Eigenfrequenz jeweils in den Bandbreitenbereich um ein lokales Minimum des zugehörigen Amplitudenspektrums fallen, wird die Schwingungsanregung in dem eigenfrequenznahen Bereich unterdrückt, was insbesondere ein nachhaltiges Nachschwingen des Betätigungsteils und der Erregermasse nach dem Abfall des elektrischen Anregungssignal minimiert. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die erste Eigenfrequenz in einen ersten Bandbreitenbereich des Amplitudenspektrums fällt, welcher ein erstes lokales Minimum umgibt und die zweite Eigenfrequenz in eine sich nicht mit dem ersten Bandbreitenbereich überschneidenden, zweiten Bandbreitenbereich fällt, der ein zweites lokales Minimum umgibt. Dabei weisen der erste Bandbreitenbereich eine erste Bandbreite und der zweite Bandbreitenbereich eine zweite Bandbreite auf, die durch jeweilige Grenzfrequenzen, eine obere bzw. eine untere Grenzfrequenz bestimmt sind.

Bevorzugt sind die zu dem jeweiligen Bandbreitenbereich gehörigen Grenzfrequenzen beispielsweise durch eine beiderseitige, betragsmäßig 10 Hz, bevorzugter 5 Hz, betragende Abweichung von der Frequenz desjeweiligen lokalen Minimums des Amplitudenspektrums bestimmt. Bevorzugt sind zumindest die eine zweite Bandbreite des zweiten Bandbreitenbereichs definierenden Grenzfrequenzen im Amplitudenspektrums wie folgt definiert: die Grenzfrequenzen ergeben sich durch jeweils diejenige Frequenz oberhalb bzw. unterhalb des zweiten lokalen Minimums, bei dem das Amplitudenspektrum sich das erste Mal jeweils ausgehend von dem zweiten lokalen Minimum betragsmäßig um 3dB gegenüber dem des zweiten lokalen Minimums erhöht hat.

Bevorzugt ist eine durch die untere und obere Grenzfrequenz des zweiten Bandbreitenbereichs ergebende zweite Bandbreite größer als die halbe Resonanz-Halbwertsbreite des elektrodynamischen Aktuators, meist bevorzugt größer als die Resonanz-Halbwertsbreite des elektrodynamischen Aktuators und kleiner als die sechsfache Resonanz- Halbwertsbreite des elektrodynamischen Aktuators, meist bevorzugt kleiner als die vierfache Resonanz-Halbwertsbreite des elektrodynamischen Aktuators.

Bevorzugt ist der elektrodynamische Aktuator ein Tauchspulen-Aktuator, auch als „Voice-Coil-Actor" bezeichnet, der ein breiteres Frequenzansprechverhalten als ein allgemeiner linear antreibender Aktuator oder ein piezoelektrischer Aktuator aufweist. Bevorzugt weist der elektrodynamische Aktuator eine die zweite Eigenfrequenz betreffende Resonanz-Halbwertsbreite von 5 Hz oder mehr, bevorzugter von 20 Hz oder mehr, meist bevorzugt von 50 Hz oder mehr, auf.

Bevorzugt ist die Dauer des elektrischen Anregungssignals auf 30 ms, bevorzugt 25 ms, meist bevorzugt 20 ms beschränkt. Anfang und Ende des elektrischen Anregungssignal sind beispielsweise dadurch definiert, dass der Signalpegel des elektrischen Anregungssignal für mehr als 20ms keine die Messgenauigkeit übersteigende Änderung erfährt oder erfahren hat.

Bevorzugt sind das erste und zweite lokale Minimum jeweils durch einen mehr als 3 dB, bevorzugter 5 dB, ausmachenden Abfall gegenüber einer Maximalamplitude im Amplitudenspektrum definiert.

Bevorzugt sind die schwingende Lagerung des Betätigungsteils und die Lagerung der Erregermasse so abgestimmt, dass die zweite Eigenfrequenz höher ist als die erste Eigenfrequenz.

Bevorzugt liegt die erste, sich aus der Lagerung des Betätigungselements ergebende Eigenfrequenz im Bereich von 50 Hz bis 100 Hz.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Betätigungselement eine Masse im Bereich von 100 g bis 1200 g, bevorzugter im Bereich von 500 g bis 1000 g, auf.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Anregungssignal so ausgebildet, dass der elektrodynamische oder piezoelektrische Aktuator spätestens nach dem ersten Überschwingen der Ruhelage nach Erreichen der Maximalauslenkung durch das Betätigungselement, bevorzugt zu einem Zeitpunkt, an dem nach der Maximalauslenkung erstmalig eine Auslenkung unterschritten ist, die 1/10 der Maximalauslenkung des Betätigungsteils ausmacht, stromlos gestellt wird.

Bevorzugt wird der zeitliche Verlauf des elektrischen Anregungssignals durch Filterung, wie Tiefpass-Filterung, eines pulsweitenmodulierten Ausgangssignals erzeugt. Die Erfindung betrifft ferner eine Eingabevorrichtung mit haptischem Feedback. Diese weist ein um eine Ruhelage in einer Schwingungsrichtung schwingend gelagerten Betätigungselements, welchem eine Eigenmode mit einer ersten Eigenfrequenz, insbesondere in Schwingungsrichtung, zugeordnet ist. Diese ergibt sich beispielsweise aufgrund der Lagerung und/oder der Materialeigenschaften des Betätigungselements. Die Eigenfrequenz, insbesondere die Eigenfrequenz, lässt sich beispielsweise durch Vermessen der Auslenkung bei frequenzspezifischer Anregung des Betätigungselements ermitteln und ergibt sich beispielsweise u.a. aus der schwingenden Lagerung des Betätigungselements, wie aus Elastizitätsoder Federkonstanten des wenigstens einen das Betätigungselement elastisch rückstellend lagernden Rückstellelements, der Masse des Betätigungselements und aus einer Dämpfungskonstante, die sich aus einem optional vorgesehenen Dämpfungselements und/oder dem Luftwiderstand ergibt.

Das Betätigungselement kann durch einen Hebel, aber auch durch einen Schalterknopf, einen Tastenkopf, ein Touchpad oder ein Touchscreen oder Kombinationen hiervon und/oder dergleichen ausgebildet sein.

Erfindungsgemäß ist ferner ein elektrodynamischer oder piezoelektrischer Aktuator vorgesehen, der zur schwingungsanregenden Einwirkung in Schwingungsrichtung auf das Betätigungselement und Erzeugung einer haptischen Rückmeldung ausgebildet und angeordnet ist. Der Aktuator stützt sich beispielsweise ausschließlich am Betätigungselement ab. Erfindungsgemäß weist der Aktuator eine freischwingend gelagerte, durch ein elektrisches Anregungssignal antreibbare Erregermasse auf, so dass dem elektrodynamischen oder piezoelektrischen Aktuator ebenfalls eine Eigenmode, hier als Aktuator-Eigenmode bezeichnet, mit einer zweiten Eigenfrequenz, insbesondere in Schwingungsrichtung, zugeordnet ist. Auch diese lässt sich am Aktuator, wie eingangs beschrieben messen, und ergibt sich im Wesentlichen aus der elastischen Lagerung der Erregermasse, beispielsweise eines die Erregermasse rückstellend lagernden Federelements und aus einer Dämpfungskonstante, die sich aus einem optional vorgesehenen Dämpfungselements und/oder dem Luftwiderstand ergibt.

Erfindungsgemäß sind ferner Erfassungsmittel zum Erfassen wenigstens eines Beginns einer händischen Berührung und/oder Betätigung des Betätigungselements vorgesehen. Die Erfassungsmittel können ganz oder teilweise in das Betätigungselement integriert sein. Als händische Berührung wird beispielsweise die Berührung mit einem Finger oder der Hand eines Bedieners oder Nutzers verstanden, während unter Betätigung das Einwirken durch eine Hand oder einen Finger unter Aufbringung einer auf das Betätigungselement einwirkenden Betätigungskraft verstanden wird.

Die Erfassungsmittel sind beispielsweise kapazitive Mittel, die die Berührung und/oder eine durch die Betätigung hervorgerufene Lageänderung des Betätigungselements oder die damit verbundene Krafteinwirkung detektieren. Beispielsweise ist die schwingende Lagerung des Betätigungselements so ausgelegt, dass das Betätigungselement im Wesentlichen senkrecht zur Betätigungsrichtung, bevorzugt parallel zu einer am Betätigungselement ausgebildeten und für eine Betätigung angeordneten Betätigungsfläche gelagert ist. Als eine um eine Ruhelage schwingende Lagerung wird eine monostabile, d.h. in die eine Ruhelage rückstellende, Lagerung des Betätigungselements verstanden.

Erfindungsgemäß ist ferner eine mit den Erfassungsmitteln elektrisch verbundene Steuereinheit vorgesehen, die ausgebildet ist, das elektrische Anregungssignal zur Anregung des Aktuators während oder nach Erfassen der Berührung und/oder Betätigung durch die Erfassungsmittel zu erzeugen. „Während oder nach Erfassen" meint entweder die unmittelbar mit der Detektion der Betätigung einsetzende Erzeugung des Ansteuersignals oder eine zur Detektion zeitlich versetzte und nachfolgende Erzeugung.

Dieses elektrische Anregungssignal weist erfindungsgemäß ein kontinuierliches, beispielsweise durch Fourier-Transformation erhaltenes Amplitudenspektrum auf, wobei durch geeignete Auslegung des Anregungssignal dessen Amplitudenspektrum derart ausgestaltet ist, dass die erste Eigenfrequenz und die zweite Eigenfrequenz jeweils in einen ein lokales Minimum umgebenden Bandbreitenbereich des Amplitudenspektrums fallen. Beispielsweise entsprechen die erste und zweite Eigenfrequenz jeweils der Frequenz, an der das Amplitudenspektrum das lokale Minimum oder jeweils die lokalen Minima aufweist.

Dadurch, dass das Anregungssignal ein kontinuierliches und nicht diskretes Amplitudenspektrum aufweist, ist ein höherer Energieeintrag in das durch die Eingabevorrichtung definierte, schwingende Gesamtsystem ermöglicht, wovon insbesondere eine Anregung mit einem elektrodynamischen Aktuator profitiert. Dadurch, dass das Anregungssignal erfindungsgemäß so ausgelegt ist, dass die erste und zweite Eigenfrequenz jeweils in den Bandbreitenbereich um ein lokales Minimum des zugehörigen Amplitudenspektrums fallen, wird die Schwingungsanregung in dem eigenfrequenznahen Bereich unterdrückt, was insbesondere ein nachhaltiges Nachschwingen des Betätigungsteils und der Erregermasse nach dem Abfall des elektrischen Anregungssignal minimiert.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die erste Eigenfrequenz in einen ersten Bandbreitenbereich des Amplitudenspektrums fällt, welcher ein erstes lokales Minimum umgibt und die zweite Eigenfrequenz in eine sich nicht mit dem ersten Bandbreitenbereich überschneidenden, zweiten Bandbreitenbereich fällt, der ein zweites lokales Minimum umgibt. Dabei weisen der erste Bandbreitenbereich eine erste Bandbreite und der zweite Bandbreitenbereich eine zweite Bandbreite auf, die durch jeweilige Grenzfrequenzen, eine obere bzw. eine untere Grenzfrequenz bestimmt sind.

Bevorzugt sind die zu dem jeweiligen Bandbreitenbereich gehörigen Grenzfrequenzen beispielsweise durch eine beiderseitige, betragsmäßig 10 Hz, bevorzugter 5 Hz, betragende Abweichung von der Frequenz desjeweiligen lokalen Minimums des Amplitudenspektrums bestimmt. Bevorzugt sind zumindest die eine zweite Bandbreite des zweiten Bandbreitenbereichs definierenden Grenzfrequenzen im Amplitudenspektrums wie folgt definiert: die Grenzfrequenzen ergeben sich durch jeweils diejenige Frequenz oberhalb bzw. unterhalb des zweiten lokalen Minimums, bei dem das Amplitudenspektrum sich das erste Mal jeweils ausgehend von dem zweiten lokalen Minimum betragsmäßig um 3dß gegenüber dem des zweiten lokalen Minimums erhöht hat.

Bevorzugt ist eine durch die untere und obere Grenzfrequenz des zweiten Bandbreitenbereichs ergebende zweite Bandbreite größer als die halbe Resonanz-Halbwertsbreite des elektrodynamischen Aktuators, meist bevorzugt größer als die Resonanz-Halbwertsbreite des elektrodynamischen Aktuators und kleiner als die sechsfache Resonanz- Halbwertsbreite des elektrodynamischen Aktuators, meist bevorzugt kleiner als die vierfache Resonanz-Halbwertsbreite des elektrodynamischen Aktuators.

Bevorzugt ist der elektrodynamische Aktuator ein Tauchspulen-Aktuator, auch als „Voice-Coil-Actor" bezeichnet, der ein breiteres Frequenzansprechverhalten als ein allgemeiner linear antreibender Aktuator oder ein piezoelektrischer Aktuator aufweist. Bevorzugt weist der elektrodynamische Aktuator eine die zweite Eigenfrequenz betreffende Resonanz-Halbwertsbreite von 5 Hz oder mehr, bevorzugter von 20 Hz oder mehr, meist bevorzugt von 50 Hz oder mehr, auf.

Bevorzugt ist die Dauer des elektrischen Anregungssignals auf 30 ms, bevorzugt 25 ms, meist bevorzugt 20 ms beschränkt. Anfang und Ende des elektrischen Anregungssignal sind beispielsweise dadurch definiert, dass der Signalpegel des elektrischen Anregungssignal für mehr als 20ms keine die Messgenauigkeit übersteigende Änderung erfährt oder erfahren hat.

Bevorzugt sind das erste und zweite lokale Minimum jeweils durch einen mehr als 3 dB, bevorzugter 5 dB, ausmachenden Abfall gegenüber einer Maximalamplitude im Amplitudenspektrum definiert.

Bevorzugt sind die schwingende Lagerung des Betätigungsteils und die Lagerung der Erregermasse so abgestimmt, dass die zweite Eigenfrequenz höher ist als die erste Eigenfrequenz. Bevorzugt liegt die erste, sich aus der Lagerung des Betätigungselements ergebende Eigenfrequenz im Bereich von 50 Hz bis 100 Hz.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Betätigungselement eine Masse im Bereich von 100 g bis 1200 g, bevorzugter im Bereich von 500 g bis 1000 g, auf.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Anregungssignal so ausgebildet, dass der elektrodynamische oder piezoelektrische Aktuator spätestens nach dem ersten Überschwingen der Ruhelage nach Erreichen der Maximalauslenkung durch das Betätigungselement, bevorzugter zu einem Zeitpunkt, an dem nach der Maximalauslenkung erstmalig eine Auslenkung unterschritten ist, die 1/10 der Maximalauslenkung des Betätigungsteils ausmacht, stromlos gestellt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Steuereinheit ausgebildet, den zeitlichen Verlauf des elektrischen Anregungssignals durch Filterung, wie Tiefpass-Filterung, eines pulsweitenmodulierten Ausgangssignals zu erzeugen.

Die Erfindung betrifft ferner die gleichermaßen vorteilhafte Verwendung der Eingabevorrichtung gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug. Beispielsweise ist die Eingabevorrichtung in einem Lenkrad, beispielsweise in einer den Lenkradkranz tragenden Lenkradspeiche angeordnet. In einer anderen Ausgestaltung ist die Eingabevorrichtung an einem Armaturenbrett oder einer Innenverkleidung des Kraftfahrzeugs befestigt.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich bevorzugte Ausführungsvarianten dar. Es zeigen:

Figur 1 eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Eingabevorrichtung (1);

Figur 2a ein mechanisches Ersatzschaubild für die in Figur 1 gezeigte Eingabevorrichtung; Figur 2b ein Ersatzschaubild für die in Figur 1 gezeigte Eingabevorrichtung mit mechanischen und elektromagnetischen Komponenten, wie es insbesondere beim elektrodynamischen Aktuator der Fall ist;

Figur 3a das Schwingungsverhalten einer nicht erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung;

Figur 3b ein aus dem Schwingungsverhalten der nicht erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung ermitteltes Amplitudenspektrum;

Figur 4 eine Darstellung des bei der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung der Figuren 1 und 2 verwendeten, elektrischen Anregungssignals S(t) und des daraus durch schnelle Fourier-Transformation (FFT) erhaltenen Amplitudenspektrums FFT(S(t));

Figur 5a das Schwingungsverhalten der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung 1;

Figur 5b ein aus dem Schwingungsverhalten der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung 1 ermitteltes Amplitudenspektrum.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung 1. Diese ist ausgelegt, das erfindungsgemäße Eingabeverfahren durchzuführen, wie es anhand der nachfolgenden Figuren 2, 4, 5a und 5b beschrieben wird. Die erfindungsgemäße

Eingabevorrichtung 1 weist einen Träger 3 auf, der mit einer Innenverkleidung 9 eines Kraftfahrzeugs starr verbunden ist. An dem Träger 3 ist ein Betätigungselement 2 mittels elastischen Rückstellelementen 7, wie Federn oder elastomerer Lagermittel, beweglich gelagert. Die elastischen Rückstellmittel 7 gewährleisten eine in eine Ruhestellung rückstellende Lagerung des Betätigungselements 2 entlang der Schwingungsrichtung b. Das Betätigungselement 2 definiert eine Betätigungsfläche 10. Bei Einwirken einer durch einen nicht dargestellten Bediener, auch Nutzer genannt, aufgebrachten Betätigungskraft F auf die Betätigungsfläche 10 kommt es zu einer der rückstellenden Wirkung der Federn 7 entgegengerichteten Verlagerung des Betätigungselements 2 in Richtung des Trägers 3, die im vorliegenden Fall senkrecht zur Schwingungsrichtung b ist. Es sind ferner andere Ausgestaltungen denkbar, bei denen die Schwingungsrichtung b und die Betätigungsrichtung zusammenfallen. Es sind Erfassungsmittel 6, 8 zur Erfassung einer Betätigung des Betätigungselements 2 in Form eines kapazitiven, d.h. eine Messkapazität ausbildenden, Kraftsensors 6 vorgesehen, die bei Überschreiten einer Mindestannäherung eine Betätigung positiv detektieren. Diese Betätigung soll bei der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung 1 durch eine haptische Rückmeldung dem Bediener bestätigt werden. Dazu ist ein elektrodynamischer Aktuator 4 in Form eines Tauchspulenaktuators vorgesehen, der ausschließlich am Betätigungselement 2 gelagert ist und einen am Betätigungselement 2 befestigten Permanentmagneten aufweist, in dessen Feld eine Erregermasse 5 mit einer elektrischen Spule eintaucht und freischwingend durch Federn 11 entlang einer zur Schwingungsrichtung b parallelen Richtung gelagert ist. Durch Beaufschlagen des elektrodynamischen Aktuators 5 mit einem durch eine Steuereinheit 12 erzeugten elektrischen Anregungssignal S(t) kommt es zur Schwingungsanregung der Erregermasse 5, deren Schwingung sich auf das Betätigungselement 2 überträgt. Der Aktuator 4 ist vorgesehen, das Betätigungselement 2 in einer zur Betätigungsfläche 10 parallelen Schwingungsrichtung b in Schwingung zu versetzen. Diese Schwingung wird von dem Bediener als haptisches Feedback haptisch wahrgenommen uns soll möglichst nach dem stromlos Stellen des elektrodynamischen Aktuator 4 rasch abklingen. Dazu wird die Spule des Aktuators 4 entsprechend durch eine auf dem Träger 3 angeordnete Steuereinheit 8 mit einem elektrischen Anregungssignal bzw. Bremssignal bestromt. Diese Bestromung der Spule des Aktuators 4 erfolgt nach Detektion einer Betätigung durch den Kraftsensor 6, um eine Schwingung des Betätigungselements 2 in Schwingungsrichtung b anzuregen. Das sich aus der jeweiligen schwingenden Lagerung und gegebenenfalls den Materialeigenschaften ergebende mechanische Ersatzschaltbild ist in Figur 2a gezeigt, wobei eine Reibungs- bzw. Dämpfungskomponente, die sich beispielsweise im Wesentlichen aus dem Luftwiderstand ergibt, durch die Symbole 13 und 14 in jedem mechanischen Schwingkreis symbolisiert ist. Figur 2b zeigt zusätzlich zum mechanischen Ersatzschaltbild das durch elektro-magnetische Wechselwirkung B beinflusste Schwingungsverhalten, welches hier durch einen einen ohmschen Widerstand R und dazu eine in Reihe geschaltete Spule L als elektrischen Schwingkreis und dessen symbolisiert ist und wodurch die die Resonanzkurve beeinflusst.

Dieses elektrische Anregungssignal S(t) weist erfindungsgemäß ein kontinuierliches, beispielsweise durch schnelle Fourier-Transformation erhaltenes Amplitudenspektrum FFT(S(t)), wie es in Figur 4 gezeigt ist, auf. Dieses ist derart ausgestaltet ist, dass die erste, dem Bedienelement 2 zugeordnete Eigenfrequenz fl und die zweite, dem elektrodynamischen Aktuator 4 zugeordnete Eigenfrequenz f2 jeweils in einen ein lokales Minimum umgebenden Bandbreitenbereich des Amplitudenspektrums FFT(S(t)) fallen. Hier entsprechen die erste Eigenfrequenz fl und zweite Eigenfrequenz f2 jeweils einer Frequenz, an der das Amplitudenspektrum FFT(S(t)) jeweils ein lokales Minimum aufweist, wobei diese Minima sich nicht überschneiden. Das Anregungssignal S(t) ist dabei auf eine Maximaldauer von 20 ms beschränkt.

Dadurch, dass das Anregungssignal S(t) ein kontinuierliches und nicht diskretes Amplitudenspektrum aufweist, ist ein höherer Energieeintrag in das schwingende, durch die Eingabevorrichtung 1 dargestellte Gesamtsystem ermöglicht, wovon insbesondere eine Anregung mit einem elektrodynamischen Aktuator 4 profitiert. Dadurch, dass das Anregungssignal erfindungsgemäß so ausgelegt ist, dass die erste Eigenfrequenz fl und die zweite Eigenfrequenz f2 jeweils in den Bandbreitenbereich um ein lokales Minimum des zugehörigen Amplitudenspektrums FFT(S(t)) fallen, wird die Schwingungsanregung in dem eigenfrequenznahen Bereich unterdrückt, was insbesondere ein nachhaltiges Nachschwingen des Betätigungsteils 2 und der Erregermasse 5 nach dem Abfall des elektrischen Anregungssignal S(t) und Stromlosstellen des Aktuators 4 minimiert. Zur Erläuterung soll ein Vergleich der Figuren 3a, 3b mit den Figuren 5a, 5b dienen.

Die Figur 3a zeigt die zeitlichen Verläufe der am Betätigungselement 2 bestimmten Auslenkung, der Geschwindigkeit und der Beschleunigung für eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der das Amplitudenspektrum des Anregungssignals keine lokalen Minima im Bereich der Eigenfrequenzen aufweist. Im Vergleich zur Figur 5a, die die zeitlichen Verläufe der am Betätigungselement 2 bestimmten Auslenkung, der Geschwindigkeit und der Beschleunigung für eine erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt, ist in Figur 3a ein ausgedehntes Schwingverhalten mit einem lang andauernden, über die Zeitdauer to des Ansteuersignals S(t) hinausgehendes Nachschwingen zu beobachten, was dazu führt, dass die haptische Rückmeldung „verwässert". Die zugehörigen, beispielsweise durch schnelle Fourier-transformation aus dem Auslenkungsverlauf erhaltenen Amplitudenspektren sind in den Figuren 3b und 5b im Vergleich dargestellt. Es zeigt sich, dass neben der Verkürzung des Nachschwingens die lokalen Maxima im Amplitudenspektrum der nicht erfindungsgemäßen Lösung durch die erfindungsgemäße Auslegung des Anregungssignals S(t) im Amplitudenspektrum der erfindungsgemäßen Lösung weitgehend reduziert bzw. verschwunden sind, so dass das Schwingungsverhalten insbesondere Nachschwingverhalten der erfindungsgemäßen Lösung nicht durch die Eigenfrequenzanregung dominiert ist und die haptische Rückmeldung besser sensiert werden kann, da sie nicht durch spezifische Frequenzen dominiert ist.