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Title:
METHOD FOR SETTING THE ATTRACTIVE BEHAVIOUR OF AN ELECTROMAGNETIC FEEDBACK ACTUATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/038106
Kind Code:
A1
Abstract:
A method for setting the attractive behaviour of an electromagnetic feedback actuator is described, wherein the electromagnetic feedback actuator has a magnetic armature able to be moved counter to a spring force by at least one electromagnet, and wherein the position of the magnetic armature is able to be detected in the vicinity of each electromagnet by a respective position sensor, and wherein a control device controls the at least one electromagnet using a microcontroller and reads in the output signals from the at least one position sensor. The method makes provision, before the feedback actuator is used, to calibrate its control current to a value that corresponds to intended haptics. If a plurality of feedback actuators are present, largely uniform haptics are thus also achieved.

Inventors:
SEIFERT MATTHIAS (DE)
KLAGGES DANIEL (DE)
SCHMIDT MICHAEL (DE)
BLECKMANN MICHAEL (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/071748
Publication Date:
February 28, 2019
Filing Date:
August 10, 2018
Export Citation:
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Assignee:
KOSTAL LEOPOLD GMBH & CO KG (DE)
International Classes:
H01F7/16; G05D3/14; H01F7/18
Foreign References:
US6373678B12002-04-16
US5942892A1999-08-24
DE102016101556B32017-07-27
DE102016005926A12017-11-16
Attorney, Agent or Firm:
KERKMANN, Detlef (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Verfahren zur Einstellung des Anzugsverhaltens eines

elektromagnetischen Feedback-Aktuators (1 , 1 a, 1 b), wobei der elektromagnetische Feedback-Aktuator (1 , 1 a, 1 b) einen durch mindestens einen Elektromagneten (20a, 20b, 20c, 20d) gegen eine Federkraft bewegbaren Magnetanker (10, 10a, 10b) aufweist, und wobei die Position des Magnetankers (10, 10a, 10b) in der Nähe jedes

Elektromagneten (20a, 20b, 20c, 20d) durch jeweils einen Positionssensor (40a, 40b, 80a, 80b) erfasst werden kann, und wobei eine Ansteuervorrichtung (AV) mit einem MikroController (MC) den mindestens einen Elektromagneten (20a, 20b, 20c, 20d) ansteuert und die Ausgangssignale des mindestens einen Positionssensors (40a, 40b, 80a, 80b) einliest, aufweisend folgende Verfahrensschritte:

- Erfassung von jeweils einer Ausgangsposition des Magnetankers (10, 10a 10b) durch den mindestens einen Positionssensor (40a, 40b, 80a, 80b),

- Beginn der Ansteuerung des/der Elektromagneten (20a, 20b, 20c, 20d) mit einem konstanten Strom,

- wiederholtes Erfassen der jeweiligen Position(en) des Magnetankers (10, 10a 10b) mittels des mindestens einen Positionssensor (40a, 40b, 80a, 80b) bis sich jeweils ein konstanter Positionswert (p1 , p2) als stationärer Zustand eingestellt hat,

- Beendigung der Ansteuerung des Elektromagneten (20a, 20b, 20c, 20d), - Berechnung des durch jeden Elektromagneten (20a, 20b, 20c, 20d)

bewirkten Ankerhubs als Positionsänderung zwischen der jeweiligen Ausgangsposition und dem jeweiligen konstanten Positionswert (p1 , p2) des Magnetankers (10, 10a 10b),

- Bestimmung des Werts eines optimierten Ansteuerstroms für jeden

Elektromagneten (20a, 20b, 20c, 20d) durch eine von der

Ansteuervorrichtung (AV) ausgeführte Berechnung oder durch Auslesen aus einer gespeicherten Tabelle in Abhängigkeit vom erfassten Ankerhub,

- Einspeichern des Werts des optimierten Ansteuerstroms für den/die

Elektromagneten (20a, 20b, 20c, 20d) in einen Datenspeicher (M) der Ansteuervorrichtung (AV).

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Einschwingzeit vom Beginn der Ansteuerung des Elektromagneten (20a, 20b, 20c, 20d) bis zu Erreichen des stationären Zustands erfasst wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf eines optimierten Ansteuerstroms durch Berechnung oder Auslesen aus einer gespeicherten Tabelle in Abhängigkeit vom ermittelten Ankerhub und der erfassten Einschwingzeit bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einmalig bei Herstellung oder Erstmontage des Feedback-Aktuators (1 ) durchgeführt wird. 5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Feedback- Aktuator (1 ) in einem Kraftfahrzeug verwendet wird und das Verfahren bei jedem Fahrzeugstart durchgeführt wird.

Description:
Verfahren zur Einstellung des Anzugsverhaltens eines elektromagnetischen Feedback-Aktuators

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung des Anzugsverhaltens eines elektromagnetischen Feedback-Aktuators, wobei der elektromagnetische Feedback-Aktuator einen durch mindestens einen Elektromagneten gegen eine Federkraft bewegbaren Magnetanker aufweist, und wobei die Position des Magnetankers in der Nähe jedes Elektromagneten durch jeweils einen Positionssensor erfasst werden kann, und wobei eine Ansteuervorrichtung mit einem MikroController den mindestens einen Elektromagneten ansteuert und die Ausgangssignale des mindestens einen Positionssensors einliest.

Viele, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, aktuell eingesetzte Bedienelemente weisen elektronische Sensoren auf, die entweder auf eine bloße Berührung oder auf eine Krafteinwirkung reagieren. Im Gegensatz zu vielen

mechanischen Bedienelementen, bei denen zur Betätigung eine Kraftschwelle überwunden werden muss, ist die wirksame Betätigung solcher Sensoren oftmals haptisch nicht erkennbar. Eine fehlende Rückmeldung bei der

Betätigung eines Bedienelements wirkt aber oftmals irritierend und damit unkomfortabel auf einen Benutzer.

Daher wird bei vielen elektronischen Sensoren, die durch Berührung oder eine Druckkrafteinwirkung betätigbar sind, eine haptikerzeugende Vorrichtung hinzugefügt, die eine die Betätigung quittierende Rückmeldung erzeugt. Eine solche Funktion wird oftmals als Aktivhaptik und die sie bewirkende

Vorrichtung als Feedback-Aktuator bezeichnet.

Ein gängiges Realisierungsprinzip eines Feedback-Aktuator besteht darin, einen Elektromagneten vorzusehen, der bestromt einen Magnetanker anzieht, welcher einen spürbaren Kraftimpuls auf ein Bedienelement überträgt.

Problematisch ist die starke Abhängigkeit der durch den Elektromagneten erzeugten Kraft von der Größe des Luftspalts zwischen dem Elektromagneten und dem Magnetanker. Dieser Abstand unterliegt mechanischen Toleranzen aufgrund von Montage- oder Umwelteinflüssen und beeinflusst den

Arbeitspunkt des jeweiligen Feedback-Aktuators und damit auch die durch diesen erzeugte Haptik. Dieses ist besonders dann ungünstig, wenn eine Vorrichtung mehrere Feedback-Aktuatoren aufweist, die aufgrund solcher Toleranzen verschiedenartig wirkende haptische Rückmeldungen erzeugen.

Aufgabe der Erfindung war es, die Auswirkungen von Toleranzen bei elektromagnetischen Feedbackaktuatoren zu kompensieren und so eine möglichst immer gleich wirkende Haptik zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren gelöst.

Das Verfahren sieht vor, vor der Verwendung eines Feedback-Aktuators dessen Ansteuerstrom auf einen Wert zu kalibrieren, der einer vorgesehenen Haptik entspricht. Im Falle von mehreren vorhandenen Feedback-Aktuatoren wird so auch eine weitgehend einheitliche Haptik erreicht.

Diese Kalibrierung kann entweder einmalig oder auch regelmäßig wiederholt ausgeführt werden. Ist ein Feedback-Aktuator beispielsweise Bestandteil eines Bedienelements in einem Kraftfahrzeug, so kann die Kalibrierung entweder einmalig bei der Erstmontage des Bedienelements, oder alternativ auch bei jedem Fahrzeugstart erneut ausgeführt werden. Letzteres Vorgehen hat den Vorteil, dass dadurch auch umweit- und alterungsbedingte Einflüsse auf die Haptik kompensiert werden können. In einer weiteren Ausgestaltung kann zusätzlich eine Einschwingzeit des Magnetankers vom Beginn der Ansteuerung des/der Elektromagneten bis zum Erreichen eines stationären Zustands erfasst werden. Dadurch kann neben dem optimalen Betrag zusätzlich auch der optimale zeitliche Verlauf eines Ansteuerstroms durch Berechnung oder Auslesen aus einer gespeicherten Tabelle in Abhängigkeit vom erfassten konstanten

Positionswert und der erfassten Einschwingzeit ermittelt und danach zur Ansteuerung von Feedbackaktuatoren eingesetzt werden.

Die vorgeschlagene Art der Kompensation ermöglicht es dabei

vorteilhafterweise, neben unterschiedlichen Luftspaltgrößen zugleich andere, beispielsweise durch Reibung bedingte Systemtoleranzen zu kompensieren. Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert werden. Es zeigen

Figur 1 eine schematisch dargestellte haptikerzeugende Anordnung mit einem Feedback-Aktuator,

Figur 2 eine Anordnung mit zwei Feedback-Aktuatoren und einem

Bedienelement nach einem nicht vorveröffentlichten Stand der Technik.

Da haptikerzeugende Vorrichtungen mit elektromagnetischen Feedback- Aktuatoren unterschiedlich komplexe Ausgestaltungen aufweisen können, soll unter einem Feedback-Aktuator hier speziell eine Vorrichtung verstanden werden, die einen oder auch mehrere Elektromagnete aufweist, die einzeln oder gemeinsam mittels Magnetkraft auf ein ferromagnetisches Element, das hier kurz als Magnetanker oder Ankerplatte bezeichnet wird, einwirken und dessen Position relativ zu dem oder den Elektromagneten verändern können. Der Magnetanker ist dazu entweder federnd gelagert oder wirkt selbst als Federelement, indem er beispielsweise in Form einer Biegefeder ausgebildet ist. Ortsnah zu jedem Elektromagneten befindet sich ein Positionssensor, mit dessen Hilfe eine Bewegung des Magnetankers erfasst werden kann. Die Bewegungen des Magnetankers bewirken haptisch erkennbare

Signalisierungen beispielsweise an Betätigungselementen von Schaltern oder sonstigen Bedienelementen.

Die Funktionsweise von solchen Feedbackaktuatoren soll zunächst anhand der Figur 2 rein beispielhaft erläutert werden. Diese zeigt eine Anordnung mit zwei Feedback-Aktuatoren, die im Detail in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2016 005 926 dargestellt und beschrieben ist. Die beiden Feedback-Aktuatoren 1 a, 1 b sind seitlich an einem Sockel 50 derart montiert, dass die freien Endabschnitte ihrer Ankerplatten 10a, 10b sich in Richtung vom Sockel 50 weg erstrecken. Auf der Oberseite des Sockels 50 ist eine Leiterplatte 60 befestigt, die die Ankerplatten 10a, 10b beider

Feedback-Aktuatoren 1 a, 1 b unter Ausbildung eines Zwischenraums fast vollständig überdeckt.

Auf der den Ankerplatten 10a, 10b zugewandten Seite der Leiterplatte 60 ist jeweils an deren Endabschnitten auf der Leiterplatte 60 eine Sensorfläche 80a, 80b aufgebracht, welche Abstandsänderungen zur jeweiligen Ankerplatte 10a, 10b auf kapazitivem oder induktivem Wege erfassen kann.

Mit den freien Enden der Ankerplatten 10a, 10b ist jeweils ein Randabschnitt eines flächenhaften Bedienelementes 30 gekoppelt. Bereits durch eine geringe Krafteinwirkung auf die Oberfläche des Bedienelements 30 kann eine vertikale Auslenkung einer Ankerplatte 10a, 10b bewirkt werden, die durch die zugehörige Sensorfläche 80a, 80b erfasst wird. Die von einer Sensorfläche 80a, 80b erfolgende elektrische Signalisierung wir durch eine hier nicht dargestellte Elektronik ausgewertet, die daraufhin eine vorgesehene

Schaltfunktion auslöst. Darüber hinaus bestromt die Elektronik den

Elektromagneten des zur ausgelenkten Ankerplatte 10a, 10b gehörenden Feedback-Aktuators 1 a, 1 b, so dass dessen Ankerplatte 10a, 10b vom

Elektromagneten angezogen wird und der jeweilige Feedback-Aktuator 1 a, 1 b eine haptische Rückmeldung zur erfolgten Betätigung erzeugt.

Bei einer Krafteinwirkung in der Mitte des Bedienelements 30, also etwa oberhalb des Sockels 50, werden beide Ankerplatten 10a, 10b ungefähr gleichzeitig ausgelenkt, wodurch auch durch beide Feedback-Aktuatoren 1 a, 1 b zugleich eine haptische Rückmeldung erfolgt. Es ergeben sich somit für diese Anordnung insgesamt drei, auch haptisch gut unterscheidbare

Betätigungsmöglichkeiten.

Das nachfolgend beschriebene Verfahren löst das Problem, dass die von verschiedenen Feedbackaktuatoren erzeugten Schalthaptiken aufgrund kleiner toleranzbedingter Unterschiede deutlich unterschiedlich ausfallen können. Diese Unterschiede betreffen insbesondere den Abstand zwischen dem Kern des Elektromagneten 20a, 20b und der jeweils zugehörigen Ankerplatte 10a, 10b.

Um die daraus resultierende Haptikunterschiede soweit wie möglich

auszugleichen, ist vorgesehen, die den Elektromagneten 20a, 20b zugeführten Stromimpulse derart anzupassen, dass der jeweils angesteuerte

Elektromagnet 20a, 20b einen jeweils einheitlichen Kraftimpuls erzeugt.

Dieses wird dadurch erreicht, dass vor der eigentlichen Verwendung eines Feedbackaktuators eine Kalibrierung des diesen betätigenden

AnSteuerimpulses erfolgt, was nachfolgend anhand der Figur 1 erläutert werden soll. Die Figur 1 zeigt eine Anordnung mit einem Feedback-Aktuator 1 in einer schematisierten Darstellung. Im Unterschied zu der in der Figur 2 dargestellten Anordnung wirken in der Figur 1 zwei Elektromagnete 20c, 20d auf einen Magnetanker 10 ein und bilden somit einen einzigen Feedback-Aktuator 1 aus. Auch bei dieser Anordnung ist es sinnvoll, das Anzugsverhalten der beiden Elektromagneten 20c, 20d durch eine Kalibrierung einander anzugleichen. Das nachfolgend beschriebene Verfahren eignet sich aber selbstverständlich ebenfalls für eine Kalibrierung des Anzugsverhaltens mehrerer

Feedbackaktuatoren 1 a, 1 b, etwa bei der Anordnung gemäß der Figur 2.

Wie bereits ausgeführt, zeigt die Figur 1 einen Feedback-Aktuator 1 , bei dem zwei Elektromagnete 20c, 20d auf einen Magnetanker 10 einwirken können. Die Elektromagnete 20c, 20d sind auf einer gemeinsamen Grundplatte 90 angeordnet. Relativ zu dieser Grundplatte 90 ist der Magnetanker 10 federnd gelagert, was durch zwei Federn 70a, 70b angedeutet ist.

In der Nähe jedes Elektromagneten 20c, 20d ist ein Positionssensor 40a, 40b angeordnet, der die Position des Magnetankers 10, beispielsweise relativ zur Grundplatte 90 erfasst. Die jeweils erfassten Positionen des Magnetankers 10 beziehen sich dabei natürlich jeweils auf den Ort des messenden

Positionssensor 40a, 40b und damit auch in guter Näherung auf den Ort des daneben angeordneten Elektromagneten 20c, 20d. Die Positionssensoren 40a, 40b können dabei auch, wie in der Figur 2 skizziert, durch ortsfest angeordnete Sensorflächen 80a, 80b ausgebildet sein.

Die von den Positionssensoren 40a, 40b erzeugten Sensorsignale werden durch eine Ansteuervorrichtung AV erfasst, welche unter anderem einen MikroController MC und einen Datenspeicher M aufweist. Die

Ansteuervorrichtung AV kann zudem die Elektromagnete 20c, 20d mit

Stromimpulsen ansteuern, wobei der Stärke und Dauer dieser Stromimpulse durch den MikroController MC vorgegeben werden.

Zur Einstellung des Anzugsverhaltens und damit der Haptik des

elektromagnetischen Feedback-Aktuators 1 ist eine Kalibrierung der

Ansteuerimpulse der Elektromagnete 20c, 20d vorgesehen. Die Kalibrierung der Ansteuerimpulse erfolgt dadurch, dass zunächst die Ausgangspositionen des Magnetankers 10 durch die Positionssensoren 40a, 40b erfasst werden. Danach steuert die Ansteuervorrichtung AV für einen festgelegten Zeitraum in der Größenordnung von zehn Millisekunden die beiden Elektromagnete 20c, 20d jeweils mit einem konstanten Stromimpuls bekannter Stromstärke an.

Währenddessen werden die Signale der Positionssensoren 40a, 40b immer wieder durch die Ansteuervorrichtung AV eingelesen, bis der MikroController MC feststellt, dass sich für den Magnetanker 10 ein stationärer Zustand mit lokal jeweils konstanten Positionswerten p1 , p2 eingestellt hat. Als Differenz zu den zuvor erfassten Ausgangspositionen des Magnetankers 10 ergibt sich aus den Positionswerten p1 , p2 jeweils ein durch die Stromimpulse bewirkter Ankerhub. Zu den so bestimmten Ankerhüben ermittelt der MikroController MC durch eine Berechnung oder durch Auslesen aus gespeicherten tabellierten Daten einen optimierten Ansteuerstrom für jeden Elektromagneten 20c, 20d, der einer gewünschten Haptik des Feedback-Aktuators 1 entspricht. Der Wert des so ermittelten optimierten Ansteuerstroms für jeden

Elektromagneten 20c, 20d wird in dem Datenspeicher M abgelegt und bei nachfolgend stattfindende Ansteuerungen des/der jeweiligen Elektromagneten 20c, 20d aus dem Datenspeicher M ausgelesen und als Vorgabewert für den Ansteuerstrom des/der jeweiligen Elektromagneten 20c, 20d verwendet. Bezugszeichen

1 , 1 a, 1 b Feedback-Aktuator

10, 10a, 10b Magnetanker, Ankerplatte 20a, 20b, 20c, 20d Elektromagnet

30 Bedienelement

40a, 40b Positionssensor

50 Sockel

60 Leiterplatte

70a, 70b Federn

80a, 80b Positionssensor (Sensorflächen) 90 Grundplatte

AV Ansteuervorrichtung

MC MikroController

M Datenspeicher

p1 , p2 Positionswerte




 
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