Die Erfindung betrifft eine Bedieneinheit für ein Gerät, insbesondere für ein Fahrzeug zur Bedienung einer Fahrzeugkomponente und insbesondere MMI bzw. HMI . Insbesondere betrifft die Erfindung eine Bedieneinheit mit hapti- schem Feedback.

Bedieneinheiten mit berührungsempfindlichen Bedienoberflächen wie beispielsweise Touchscreens oder Touchpads zeichnen sich durch eine hohe Variabilität der Bedienoberfläche und durch einen großen Bedienkomfort aus. Um dem Be- diener eine valide Bedienung der Bedieneinheit rückzumelden, verfügen derartige Bedieneinheiten über eine Feedback-Funktion, die entweder optisch, akustisch oder taktil arbeitet. Insbesondere taktile haptische Feedback-Funktionen erfreuen sich zunehmender Beliebtheit, und zwar zumeist gepaart mit einer Force-Sense-Eigenschaft, bei der über einen beispielsweise Kraft- oder Weg- sensor eine Minimalauslenkung der Bedienoberfläche detektiert werden kann, was der Detektierung einer validen Bedienung der Bedienoberfläche dient (siehe hierzu z. B. WO-A-2016/135425 und WO-A-2016/012277).

Bedieneinheiten mit haptischem Feedback sind vielfach als schwingungsfähige Systeme ausgebildet, indem die Bedienoberfläche bzw. das Bedienelement mit der berührungsempfindlichen Bedienoberfläche elastisch gelagert ist und für das haptische Feedback mechanisch angeregt wird . Die mechanische Anregung erfolgt über einen Aktuator, beispielsweise in Form eines Zuganker-Elek- tromagnets, der dann ebenfalls Teil des schwingungsfähigen Systems ist.

Das elastisch aufgehängte schwingungsfähige System neigt dazu, bei Fremdanregung wie beispielsweise insbesondere während der Fahrt durch auf das Fahrzeug einwirkenden Vibrationen in Schwingung versetzt zu werden . Dies kann zu störenden Geräuschen führen, was nachteilig sein kann . Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bedieneinheit mit haptischem Feedback dahingehend zu verbessern, dass Schwingungen infolge von ungewollten Fremdanregungen des elastisch aufgehängten schwingungsfähigen Systems weitest- gehend unterdrückt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Bedieneinheit für ein Gerät, insbesondere für ein Fahrzeug zur Bedienung einer Fahrzeugkomponente und insbesondere MMI bzw. HMI, vorgeschlagen, die versehen ist mit

einem Gehäuse,

einem Bedienelement, das eine berührungsempfindliche Bedienoberfläche und eine Berührungssensorik aufweist,

wobei das Bedienelement zur automatischen Rückführung nach einer Auslenkung aus seiner Ruhelage zurück in diese in und/oder an dem Gehäuse elastisch gelagert ist,

einem Aktuator zur mechanischen Anregung des Bedienelements aus dessen Ruhelage zwecks taktiler Rückmeldung einer Betätigung des Bedienelements,

einem Sensor zur Erkennung einer Bewegung des Bedienelements und/oder einer auf das Bedienelement wirkenden Beschleunigung und/oder Kraft und

einer Auswerte- und Ansteuereinheit, die Signale von dem Sensor und der Berührungssensorik des Bedienelements empfängt und den Aktuator zur mechanischen Anregung des Bedienelements zwecks taktiler Rückmeldung einer Betätigung des Bedienelements ansteuert,

wobei die Auswerte- und Ansteuereinheit bei Erkennung einer Bewegung des Bedienelements und/oder einer auf das Bedienelement wirkenden Beschleunigung und/oder Kraft, ohne dass in diesen Fällen eine Berührung der Bedienoberfläche sensiert wird, den Aktuator zur Beibehaltung der Ruhelage des Bedienelements und/oder zur Zurückbewegung des Bedienelements in dessen Ruhelage und/oder zur Stabilisierung des Bedienelements ansteuert. Die erfindungsgemäße Bedieneinheit ist mit einem Gehäuse versehen, in bzw. an dem ein Bedienelement angeordnet ist, welches eine berührungsempfindliche Bedienoberfläche mit Berührungssensorik aufweist. Das Bedienelement ist in und/oder an dem Gehäuse elastisch gelagert, um nach einer Auslenkung aus seiner Ruhelage automatisch wieder in die Ruhelage zurückgeführt zu werden. Zwecks haptischem Feedback wird das Bedienelement durch mechanische Anregung mittels eines Aktuators aus der Ruhelage bewegt, wenn das Bedienelement betätigt worden ist bzw. wenn eine valide Bewegung des Bedienelements bei gleichzeitiger Detektion der Berührung der Bedienoberfläche detektiert wird.

Erfindungsgemäß weist die Bedieneinheit einen Sensor auf, der eine Bewegung des Bedienelements und/oder eine auf das Bedienelement wirkende Beschleunigung und/oder Kraft erkennt, ohne dass die Bedienoberfläche berührt wor- den ist (Detektion einer Fremdanregung des Bedienelements). Dieser Sensor liefert seine Messsignale an eine Auswerte- und Ansteuereinheit, die überdies Signale von der Berührungssensorik des Bedienelements empfängt. Die Auswerte- und Ansteuereinheit steuert bei Detektion einer validen Betätigung des Bedienelements den Aktuator zur mechanischen Anregung des Bedienelements zwecks taktiler haptischer Rückmeldung an. Diese Ansteuerung kann in Abhängigkeit von dem von der Berührungssensorik gelieferten Signal erfolgen (valide Betätigung bzw. mechanische Anregung des Bedienelements nur bei Detektion einer Berührung der Bedienoberfläche). Erfindungsgemäß wird nun diese Auswerte- und Ansteuereinheit oder aber eine separat dazu ausgeführte Einheit genutzt, um eine Bewegung des Bedienelements und/oder eine auf das Bedienelement wirkende Beschleunigung und/oder eine auf das Bedienelement wirkende Kraft ohne gleichzeitige Sen- sierung einer Berührung der Bedienoberfläche zu nutzen, um den Aktuator zur Beibehaltung der Ruhelage des Bedienelements und/oder zur Zurückbewegung des Bedienelements in dessen Ruhelage anzusteuern. Wenn also beispielsweise das schwingungsfähige System der Bedieneinheit aufgrund auf die Bedieneinheit wirkenden Vibrationen ungewollt fremdangeregt wird, so arbeitet der Aktuator erfindungsgemäß sogleich gegen diese fremdangeregten Bewe- gungen des schwingungsfähigen Systems, hält also das Bedienelement in seiner Ruhelage bzw. überführt es bereits bei kleinsten Auslenkungen wieder in seine Ruhelage. Dadurch kann sich das schwingungsfähige System nicht "aufschaukeln", was damit die Entwicklung ungewollter Vibrationsgeräusche ver- hindert.

Der erfindungsgemäß vorgesehene Sensor zur Erkennung einer Bewegung des Bedienelements durch Fremdanregung kann ein Bauelement sein, das zusätzlich zu einem Kraft-Sensor vorgesehen ist. Der Kraft-Sensor dient der Detekti- on einer Krafteinleitung in das Bedienelement bei Berührung der Bedienoberfläche. Wenn also dieser Kraft-Sensor und die Berührungssensorik ansprechen, so ist dies ein Indiz dafür, dass das Bedienelement betätigt worden ist.

Die beiden zuvor beschriebenen Sensoren können nach gleichen Wirkprinzipi- en, also beide resistiv, kapazitiv, induktiv oder optisch arbeiten oder aber sie arbeiten nach unterschiedlichen Wirkprinzipien.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Bedienelement ein Touchscreen oder ein Touchpad ist.

Ferner kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass der Sensor außerhalb des Bedienelements und außerhalb von mit dem Bedienelement gekoppelten beweglichen Elementen angeordnet ist oder aber an dem Bedienelement angeordnet oder sich mit diesem mit bewegend mit dem Bedienelement gekoppelt ist.

In zweckmäßiger weiterer Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Aktuator als ein Elektromagnet mit einem Stator und einem relativ zu diesem bewegbaren Anker zur mechanischen Anregung des Bedienelements ausgebildet ist und dass der Sensor als Spule ausgebildet ist, die eine Bewe- gung des Ankers in Form einer induzierten Spulenspannung sensiert. Bei der als Sensor eingesetzten Spule kann es sich beispielsweise um die Erregerspule des Elektromagneten oder um eine separate Messspule beispielsweise am Anker oder am Stator des Elektromagneten handeln. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Aktuator zur mechanischen Anregung des Bedienelements mindestens ein piezokeramisches Element aufweist und dass das piezokeramische Element bei einer frei von einer Ansteuerung des Aktuators erfolgenden Bewe- gung des Bedienelements als Sensor arbeitet und diese Bewegung als sich in Folge des piezoelektrischen Effekts einstellende Spannung an dem piezokera- mischen Element sensiert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung ist schematisch eine Bedieneinheit mit einem Bedienelement mit taktilem haptischen Feedback und Force-Sense gezeigt.

Touchbedienelemente, wie Displays oder Touchpads, werden mittlerweile oft mit einer haptischen Rückmeldung versehen, um dem Benutzer eine zusätzliche Rückmeldung über das Auslösen einer Funktion oder das Auffinden einer aktiven Touchoberfläche zu geben. Gerade in der Automobilindustrie, wo Fahrerablenkungen so gering wie möglich gehalten werden sollen, kommen solche Systeme teilweise in Kombination mit einer Auslösekrafterkennung zum Ein- satz. Die haptische Rückmeldung wird dabei meist durch eine Vibration der Touchoberfläche realisiert. Hierzu muss die Touchoberfläche beweglich zum Rest des Geräts gelagert sein. Aktive Elemente wie Elektromagnete oder Pie- zobausteine mit einer entsprechenden elektrischen Ansteuerung lenken dabei die Touchoberfläche in die gewünschte Richtung aus. Rückstellfedern bringen die Oberfläche in die Ausgangsposition zurück. Oft wird diese Bewegung durch passive Dämpferelemente gedämpft. Das Gesamtsystem ist somit schwingfähig. Abhängig von der Geometrie und Masse haben solche Systeme Resonanzfrequenzen. Wird das System in der Nähe dieser Frequenzen z. B. durch die Fahrzeugbewegung oder Vibrationen fremdangeregt, kann es zur Aufschauke- lung der Bewegungen und zum ungewollten Schwingen der Touchoberfläche kommen. Damit ist dann auch oft eine ungewollte Geräuschentwicklung verbunden. Gegenstand dieser Erfindung ist ein Mechanismus, der den oben geschilderten Effekt minimiert bzw. abstellt. Um auf eine Fremdanregung des Gesamtsys ^¬ tems reagieren zu können, muss diese detektiert werden. Dies kann entweder durch einen zusätzlichen Sensor in Form eines Beschleunigungs- bzw. Bewe- gungssensors oder aber durch das Antriebselement, das zur gewollten Bewe ^¬ gung der Oberfläche im Falle einer Rückmeldung dient, selbst erfolgen. Im letzteren Fall müsste bei der Verwendung eines Elektromagneten z.B. nach Tauchspulenprinzip die Spulenspannung gemessen werden. Hierbei würde sich durch die Relativbewegung von Magnet und Spule eine Fremdanregung durch die induzierte Spulenspannung detektieren lassen. Ist nun die Auslenkung der Touchoberfläche nach Betrag und Phase bekannt, kann über eine geeignete (z.B. gegenphasige) Ansteuerung des Aktuators, der zur gewollten Auslenkung der Oberfläche dient, die Fremdanregung gedämpft oder kompensiert werden. Der zusätzliche Beschleunigungs- bzw. Bewegungssensor kann sowohl in den feststehenden Teil des Gesamtsystems oder in den beweglichen Teil integriert werden. Im letzteren Fall ist eine Ansteuerung erforderlich, die über die Kenntnis der Dynamik des Systems die Phasenlage des beweglichen Teils errechnet und dementsprechend den Aktuator ansteuert. Bezugnehmend auf das Ausführungsbeispiel gemäß der Zeichnung weist die Bedieneinheit 10 ein Gehäuse 12 auf, an bzw. in dem ein Bedienelement 14 mit einer Bedienoberfläche 16 und einer bei 18 angedeuteten Berührungssen- sorik angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Bedienelement 14 beispielsweise als Touchscreen ausgeführt.

Wie schematisch in der Zeichnung angedeutet, kann das Bedienelement 14 so ^¬ wohl lateral als auch vertikal elastisch gelagert sein. Wird auf die Bedienober ^¬ fläche 16 des Bedienelements 14 eine Betätigungskraft ausgeübt, so lenkt sich das Bedienelement 14 geringfügig aus, was durch einen Betätigungssensor 20 erkannt wird. Die Berührung wird durch die Berührungssensorik 18 sensiert. Wenn beide Signale am Eingang einer Auswerte- und Ansteuereinheit 22 anlie ^¬ gen (und gegebenenfalls der Betätigungssensor 20 eine ausreichend große mechanische Einwirkung auf das Bedienelement 14 sensiert), so steuert die Auswerte- und Ansteuereinheit 22 einen Aktuator 24 an, der seinerseits mit dem Bedienelement 14 mechanisch gekoppelt ist und dieses in eine Schwingung versetzt bzw. auf dieses zumindest einen Bewegungsimpuls ausübt. Dies dient der taktilen haptischen Rückmeldung an den Benutzer, dass er das Bedienelement 14 in der für die Ausführung der gewünschten Funktion vorge- schriebenen Weise betätigt hat.

Das elastisch aufgehängte Bedienelement 14 gerät nun unbeabsichtigterweise aber auch dann in mechanische Schwingungen, wenn es durch von außen auf die Bedieneinheit 10 einwirkende Kräfte fremdangeregt wird . Hier ist beispiels- weise während einer Fahrt auf ein Fahrzeug wirkende Erschütterungen die Ursache für eine derartige Fremdanregung.

Um nun das Bedienelement 14 infolge einer derartigen Fremdanregung nicht in Bewegung kommen zu lassen, dient erfindungsgemäß ein weiterer Sensor 26, der in denjenigen Richtungen sensitiv ist, in denen das Bedienelement 14 bei Fremdanregung in Schwingungen versetzt werden kann . In der Auswerte- und Ansteuereinheit 22 wird nun das Signal des Sensors 26 ausgewertet, um phasengenau den Aktuator 24 anzusteuern, damit dieser gegenphasig zur Fremdanregung des Bedienelements 14 dieses anregt, so dass im Idealfall das Bedienelement 14 seine Ruhelage beibehält. Sofern der Sensor 26 auch eine valide Betätigung des Bedienelements 14 sensiert bzw. sofern der Sensor 26 mit dem Betätigungssensor 20 oder umgekehrt vereinigt ist, bedarf es zur De- tektion einer Fremdanregung zusätzlich noch der Auswertung der Berührungs- sensorik 18. Bei einer Fremdanregung sollte die Berührungssensorik 18 keine Berührung der Bedienoberfläche 16 des Bedienelements 14 sensieren .

BEZUGSZEICHENLISTE

10 Bedieneinheit

12 Gehäuse

14 Bedienelement

16 Bedienoberfläche

18 Berührungssensorik

20 Betätigungssensor

22 Ansteuereinheit

24 Aktuator

26 Sensor