Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehsteuervorrichtung für ein Fahrzeug, die eine Benutzerschnittstellenoberfläche, insbesondere einen Knopf, umfasst, der dahinge hend ausgestaltet ist, sich bezüglich eines Gehäuses der Vorrichtung um eine Dreh achse der Vorrichtung zu drehen, die ferner eine Sensoreinheit zur Überwachung der Ausrichtung und/oder Drehbewegung der Benutzerschnittstellenoberfläche bezüglich des Gehäuses, eine Verarbeitungseinheit und eine Kommunikationsschnittstelle zur Übertragung von Steuersignalen gemäß einer Ausgabe von der Verarbeitungseinheit umfasst, wobei die Ausgabe von der Verarbeitungseinheit auf der Basis von Sensor daten von der Sensoreinheit erzeugt wird, wobei die Benutzerschnittstellenoberfläche in einer ersten Position entlang der Drehachse der Vorrichtung angeordnet ist, wobei die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass die Benutzerschnittstellenoberfläche entlang der Drehachse in einer ersten Richtung in eine zweite Position verschoben werden kann.

Eine Drehsteuervorrichtung dieser Art wird in der europäischen Patentveröffentli chung EP1809928 B1 beschrieben. Diese Schrift offenbart eine Drehsteuervorrich tung zur Auswahl von Betriebsmodi eines Fahrzeugs mit einer Benutzerschnittstel lenoberfläche, die durch einen Bediener oder Benutzer in eine Bedienungsschalttafel des Fahrzeugs gedrückt werden kann, um zum Beispiel zu signalisieren, dass das Fahrzeug nicht betriebsbereit ist.

Andere Drehsteuervorrichtungen sind zum Beispiel zum Navigieren von Multimedia- Menüs von Bordcomputern in modernen Fahrzeugen und zum Steuern von Multime- dia-Funktionen, wie zum Beispiel Radio-, Lautstärke- und Navigationsmenüs, be kannt. Viele dieser Drehvorrichtungen sind jedoch im Allgemeinen nicht für die si cherheitsrelevante Funktion der Auswahl von Betriebsmodi des Fahrzeugs geeignet. Die Patentveröffentlichungsschriften US2016/0378131 A1 , US2016/0216763A1 und US2011/0181405A1 offenbaren weitere solche Drehsteuervorrichtungen, die allge mein zur Verwendung in Kraftfahrzeugen geeignet sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine sicherere Drehsteuervorrichtung zur Auswahl von Betriebsmodi eines Fahrzeugs vorzustellen. Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine durch den Gegenstand des unabhängi gen Anspruchs definierte Drehsteuervorrichtung gelöst. Die abhängigen Ansprüche und die Beschreibung definieren weiter vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrich tung.

Die Aufgabe der Erfindung wird deshalb durch eine Drehsteuervorrichtung zur Aus wahl von Betriebsmodi eines Fahrzeugs gelöst. Die Vorrichtung umfasst eine Benut zerschnittstellenoberfläche, insbesondere einen Knopf, der dahingehend ausgestaltet ist, sich bezüglich eines Gehäuses der Vorrichtung um eine Drehachse der Vorrich tung zu drehen. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Sensoreinheit zur Überwachung der Ausrichtung und/oder Drehbewegung der Benutzerschnittstellenoberfläche be züglich des Gehäuses, eine Verarbeitungseinheit und eine Kommunikationsschnitt stelle zur Übertragung von Steuersignalen gemäß einer Ausgabe von der Verarbei tungseinheit, wobei die Ausgabe von der Verarbeitungseinheit auf der Basis von Sensordaten von der Sensoreinheit erzeugt wird, wobei die Benutzerschnittstellen oberfläche in einer ersten Position entlang der Drehachse der Vorrichtung angeord net ist, wobei die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass die Benutzerschnittstellenober fläche in einer ersten Richtung entlang der Drehachse zu einer zweiten Position ver schoben werden kann, und wobei die erste Richtung von dem Gehäuse weg weist, und wobei ein Haltemechanismus vorgesehen ist, wobei der Haltemechanismus da zu dient, einer Verschiebung der Benutzerschnittstellenoberfläche von der ersten Position zu der zweiten Position zu widerstehen, und wobei die Kommunikations schnittstelle Steuersignale zur Auswahl der Betriebsmodi des Fahrzeugs ausschließ lich, wenn die Benutzerschnittstellenoberfläche zu der zweiten Position verschoben und in eine von einer anfänglichen Ausrichtung verschiedene Ausrichtung gedreht worden ist, überträgt.

Eine Position der Benutzerschnittstellenoberfläche im Sinne der Erfindung bezieht sich auf die Platzierung der Benutzerschnittstellenoberfläche innerhalb einer Ebene, die in einem bestimmten Abstand räumlich von dem Gehäuse versetzt ist. Eine Aus richtung der Benutzerschnittstellenoberfläche im Sinne der Erfindung bezieht sich auf eine Drehverschiebung der Benutzerschnittstellenoberfläche um einen bestimmten Drehungsgrad bezüglich einer anfänglichen Einstellung der Benutzerschnittstellen oberfläche mit Bezug auf das Gehäuse um die Drehachse der Vorrichtung.

Die Vorrichtung wird zur Auswahl eines Betriebsmodus des Fahrzeugs verwendet, wobei es sich zum Beispiel um einen Vorwärtsfahrtbetriebsmodus, bei dem Dreh moment von einer Antriebseinheit des Fahrzeugs zum Vortrieb des Fahrzeugs in ei ne Vorwärtsrichtung übertragen wird, einen Rückwärtsfahrtbetriebsmodus, bei dem Drehmoment von einer Antriebseinheit des Fahrzeugs zum Vortrieb des Fahrzeugs in eine Rückwärtsrichtung übertragen wird, einen Leerlaufbetriebsmodus, bei dem kein Drehmoment von einer Antriebseinheit des Fahrzeugs übertragen wird, einen Parkstellungsbetriebsmodus, bei dem eine an der Antriebseinheit des Fahrzeugs an gebrachte Drehmomentübertragungseinheit mechanisch gesperrt wird, oder einen anderen Betriebsmodus handelt. Zur Auswahl solch eines Betriebsmodus muss die Benutzerschnittstellenoberfläche vorteilhafterweise zunächst von dem Gehäuse weg in Richtung des Bedieners oder der Hand des Bedieners nach oben gezogen und dann in eine Ausrichtung zur Auswahl des gewünschten Betriebsmodus gedreht werden. Deshalb ist die Vorrichtung sehr widerstandsfähig gegenüber einer verse hentlichen Betriebsmodusauswahl und erfordert eine Bewegung in zweidimensiona len Freiheitsgraden, bevor ein Signal zur Auswahl eines Betriebsmodus durch die Kommunikationsschnittstelle übertragen wird. Da sicherheitsrelevante Anwendungen gesteuert werden können, wenn sich die Benutzerschnittstellenoberfläche in der zweiten Position befindet, wird durch Ausgestaltung der zweiten Position als instabil die Sicherheit der Vorrichtung erhöht, weil die Benutzerschnittstellenoberfläche nicht versehentlich in der zweiten Position bleiben kann.

Wenn eine Position und/oder Ausrichtung der Benutzerschnittstellenoberfläche bei Fehlen einer von einer externen Quelle an die Vorrichtung angelegten Kraft konstant bleibt, dann kann diese Position und/oder Ausrichtung der Benutzerschnittstellen oberfläche als eine stabile Position bezeichnet werden. Wenn die Benutzerschnitt stellenoberfläche andererseits nicht in einer gewissen Position oder Ausrichtung bleibt, weil zum Beispiel ein Mechanismus der Vorrichtung innen eine Kraft anlegt, dann kann diese Position und/oder Ausrichtung als instabil bezeichnet werden. Die Drehsteuervorrichtung ist deshalb so ausgestaltet, dass die Benutzerschnittstel lenoberfläche in der ersten Position bleibt, wenn keine von außen angelegte Kraft vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dahingehend ausge staltet ist, die Benutzerschnittstellenoberfläche in die erste Position zurückzuführen, wenn eine von außen angelegte Kraft, die ein Verschieben der Benutzerschnittstel lenoberfläche in die zweite Position bewirkte, entfernt wird.

Ein Kommunikationsweg im Sinne der Erfindung kann zum Beispiel eine Festver drahtung zum Übertragen von Daten, wie etwa ein Datenbus, und/oder ein drahtloser Datenübertragungskanal sein. In vielen modernen Straßenfahrzeugen ist ein CAN- Datenbus eine bevorzugte Art des Kommunikationswegs.

Die Benutzerschnittstellenoberfläche oder der Knopf im Sinne der Erfindung kann die Außenfläche einer ringförmigen und/oder halbschalenförm igen Struktur umfassen, die für einen Bediener, das heißt, einen Benutzer, des Fahrzeugs zugänglich ist. Die Benutzerschnittstellenoberfläche kann ferner eine unter der Außenfläche der Benut zerschnittstellenoberfläche liegende Konstruktion umfassen.

Bei einer Ausführungsform der Drehsteuervorrichtung ist die Benutzerschnittstellen oberfläche dahingehend ausgestaltet, um die Drehachse drehbar zu sein, um Dreh ausrichtungen in der ersten und zweiten Position zu erreichen, und wobei die Vor richtung Steuersignale gemäß der Drehausrichtung der Benutzerschnittstellenober fläche überträgt, und wobei die Vorrichtung dahingehend ausgestaltet ist, Steuersig nale für nichtsicherheitsrelevante Funktionen des Fahrzeugs zu übertragen, wenn sich die Benutzerschnittstellenoberfläche in der ersten Position befindet, und wobei die Vorrichtung dahingehend ausgestaltet ist, Steuersignale für sicherheitsrelevante Funktionen des Fahrzeugs zu übertragen, wenn sich die Benutzerschnittstellenober fläche in der zweiten Position befindet.

Eine sicherheitsrelevante Funktion des Fahrzeugs im Sinne der Erfindung kann zum Beispiel die Auswahl eines Betriebsmodus des Fahrzeugs, Lenken, Beschleunigen oder Bremsen des Fahrzeugs sein. Eine Nicht-Sicherheitsfunktion des Fahrzeugs kann zum Beispiel Navigation oder Steuerung einer Multimedia-Schnittstelle sein. Bei einer Ausführungsform der Drehsteuervorrichtung umfasst die Drehsteuervorrich tung ferner einen magnetorheologischen Aktor, wobei der magnetorheologische Ak tor ein Drehelement umfasst, das mit der Benutzerschnittstellenoberfläche mecha nisch verbunden ist und zum Zusammenwirken mit einem magnetorheologischen Fluid des magnetorheologischen Aktors dient, und wobei der magnetorheologische Aktor eine Anordnung zum Erzeugen eines auf das magnetorheologische Fluid ein wirkenden Magnetfelds und/oder Beeinflussen von dessen Eigenschaften umfasst, so dass der magnetorheologische Aktor zum Modulieren einer Drehmomentübertra gung zwischen der Benutzerschnittstellenoberfläche und dem Gehäuse dient.

Das magnetorheologische Fluid definiert das Verhalten der Drehsteuervorrichtung. Dazu wird eine Spannung, mit der die Anordnung versorgt wird, variiert, um ein um gebendes Magnetfeld zu induzieren, das die Viskosität des Fluids ändert. In Abhän gigkeit vom Magnetfeld, insbesondere in Abhängigkeit von Eigenschaften des Mag netfelds, wie zum Beispiel Intensität und/oder Richtung, kann das MRF zwischen ei nem flüssigen und einem festen Zustand variieren, der sehr genau gesteuert werden kann. In einem flüssigen Zustand überträgt das MRF wenig bis kein Drehmoment zwischen dem Drehelement und dem Gehäuse. Wenn sich die Viskosität jedoch er höht und sich das Fluid einem festen Zustand nähert, erhöhen sich die Scherkräfte in dem Fluid und zwischen dem Fluid und dem Drehelement sowie zwischen dem Fluid und dem Gehäuse oder einer Komponente, die fest am Gehäuse angebracht ist.

Dies führt zu einer erhöhten Drehmomentübertragung zwischen der Benutzerschnitt stellenoberfläche und dem Gehäuse.

Bei einer Ausführungsform umfasst die Drehsteuervorrichtung des Drehelements eine Kammer, die das magnetorheologische Fluid enthält, und es ist ein statisches Element vorgesehen, das bezüglich des Gehäuses fest angeordnet ist und zumin dest teilweise innerhalb der Kammer angeordnet ist, so dass die Drehmomentüber tragung zwischen einer Innenfläche der Kammer des Drehelements und dem stati schen Element von den Eigenschaften eines Magnetfelds abhängig ist. Bei einer Ausführungsform der Drehsteuervorrichtung ist das Drehelement dahinge hend ausgestaltet, sich innerhalb einer Kammer des Aktors, die das magnetorheolo- gische Fluid enthält, zu drehen, wobei die Kammer bezüglich des Gehäuses fest an geordnet ist, so dass die Drehmomentübertragung zwischen dem Drehelement und einer Innenfläche der Kammer von den Eigenschaften eines Magnetfelds abhängig ist.

Bei einer Ausführungsform der Drehsteuervorrichtung umfasst der Haltemechanis mus einen Federmechanismus, wobei der Federmechanismus mit der Benutzer schnittstellenoberfläche und einem mechanischen Verbindungsteil verbunden ist, wobei der mechanische Verbindungsteil dazu dient, stationär zu bleiben, wenn die Benutzerschnittstellenoberfläche aus der ersten Position in die zweite Position ver schoben wird.

Bei einer Ausführungsform der Drehsteuervorrichtung umfasst die Vorrichtung ferner einen federbelasteten Stift in dem Gehäuse und eine Kontur, die durch den Stift in Eingriff genommen wird, und die Kontur und der federbelastete Stift sind dahinge hend ausgestaltet, so zusammenzuwirken, dass die Benutzeroberflächenschnittstelle in eine vorbestimmte Ausrichtung und/oder Position zurückgeführt wird oder in einer vorbestimmten Ausrichtung und/oder Position bleibt, wenn keine von außen angeleg te Kraft vorhanden ist.

Bei einer Ausführungsform der Drehsteuervorrichtung umfasst die Vorrichtung ferner einen Servoaktor und/oder einen Federmechanismus, wobei der Servoaktor so aus gestaltet ist, dass die Benutzeroberflächenschnittstelle in eine vorbestimmte Ausrich tung zurückgeführt wird oder in einer vorbestimmten Ausrichtung bleibt, wenn keine von außen angelegte Kraft vorhanden ist, und wobei der Federmechanismus so aus gestaltet ist, dass die Benutzeroberflächenschnittstelle entlang der Drehachse in eine vorbestimmte Position zurückgeführt wird oder entlang der Drehachse in einer vorbe stimmten Position bleibt, wenn keine von außen angelegte Kraft vorhanden ist.

Bei einer Ausführungsform der Drehsteuervorrichtung umfasst die Sensoreinheit ei nen Permanentmagneten, der dahingehend angeordnet ist, sich gemäß der Benut- zerschnittstellenoberfläche zu bewegen, und einen Sensor, der fest an dem Gehäuse angeordnet ist, wobei der Sensor zum Überwachen des durch den Permanentmag neten erzeugten Magnetfelds dient.

Als Nächstes werden bestimmte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnah me auf die folgenden Figuren ausführlich erläutert. Darin zeigen:

Figur 1 ein Schemadiagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Drehsteuervorrichtung;

Figur 2 ein Schemadiagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Drehsteuervorrichtung; und

Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Benutzerschnitt stellenoberfläche und eines mechanischen Verbindungsteils, die sich zur Aufnahme in einer erfindungsgemäßen Drehsteuervorrichtung eig nen.

Figur 1 zeigt ein Schemadiagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehsteuervorrichtung 1 , die eine Benutzerschnittstellenoberfläche 3 aufweist, wel che durch einen Benutzer oder Bediener eines Fahrzeugs bewegt und gedreht wer den kann. Die Benutzerschnittstellenoberfläche kann um eine Drehachse 7 der Vor richtung 1 in verschiedene Ausrichtungen gedreht werden. Die Benutzerschnittstel lenoberfläche 3 kann ferner durch einen Benutzer oder Bediener des Fahrzeugs zwi schen einer ersten und zweiten Position P 1 , P2 bewegt werden.

Die Vorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 5, das eine auf einem Substrat 15, bei dem es sich um eine Leiterplatte handelt, angebrachte Verarbeitungseinheit 11 zumindest teilweise umschließt. Die Verarbeitungseinheit 11 ist mit einer Kommunikations schnittstelle 13 verbunden. Über die Kommunikationsschnittstelle 13 können Signale, wie zum Beispiel Steuersignale Ts, übertragen und empfangen werden. Die Verar beitungseinheit 11 ist ferner mit einer Sensoreinheit 9 verbunden, die zum Überwa- chen der Drehbewegung und/oder der Ausrichtung der Benutzerschnittstellenober fläche bezüglich des Gehäuses 5 dient. Die Sensoreinheit 9 übermittelt Sensordaten Ds zur Verarbeitungseinheit 11 , und auf Basis dieser Sensordaten Ds kann die Ver arbeitungseinheit 11 Steuersignale zur Übertragung über die Kommunikations schnittstelle 13 erzeugen.

Ferner umfasst die Vorrichtung eine Anordnung 17 zum Erzeugen und Beeinflussen eines Magnetfelds in einer Kammer 19 des Gehäuses 5. Die Kammer enthält ein magnetorheologisches Fluid 21 auch als MRF bekannt. Ein Drehelement 23 ist teil weise innerhalb der Kammer positioniert. Das Drehelement 23 ist mit der Benutzer schnittstellenoberfläche 3 mechanisch verbunden und dreht sich mit der Drehung der Schnittstelle 3.

Entsprechend Änderungen von Eigenschaften des Magnetfelds, die durch die An ordnung 17 bewirkt werden, wie zum Beispiel Feldstärke und -richtung, werden Parti kel innerhalb des magnetorheologischen Fluids 12 ausgerichtet, und die Viskosität des Fluids variiert. Daher überträgt das Fluid dementsprechend mehr oder weniger Drehmoment zwischen der Benutzerschnittstellenoberfläche 3 und dem Gehäuse 5 der Vorrichtung 1. Dies wird durch die sich verändernden Scherkräfte in dem Fluid und zwischen dem Fluid und der Kammerwand verursacht. Da das Gehäuse 5 der Vorrichtung im Fahrzeug allgemein fest angebracht ist, kann in Betracht gezogen werden, dass die Anordnung eine Art Verzögerungskraft, die auf die Benutzerschnitt stellenoberfläche 3 einwirkt, moduliert. Derartige Systeme, die ein MRF 21 in einer Kammer 19, Drehelemente 23 und Anordnungen 17 zum Beeinflussen des Magnet felds in der Kammer 19 umfassen, werden häufig als MRF-Aktoren bezeichnet. Die Verarbeitungseinheit 11 ist dahingehend ausgestaltet, Befehlssignale zum Steuern der Anordnung 17 auszugeben. Die Anordnung 17 kann zum Beispiel durch eine Schaltung auf dem Substrat 15, die der Anordnung 17 einen pulsweitenmodulierten (PWM) Strom oder eine pulsweitenmodulierte (PWM) Spannung gemäß den Be fehlssignalen von der Verarbeitungseinheit 11 zuführt, angesteuert werden. Ferner umfasst die Vorrichtung einen Servoaktor 25, der mit dem Drehelement 23 in Eingriff gelangt und daher ein Drehmoment an die Benutzerschnittstellenoberfläche 3 anlegen kann.

Figur 2 zeigt ein Schemadiagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehsteuervorrichtung 1 , wobei die Benutzerschnittstellenoberfläche 3 zu der zweiten Position P2 verschoben ist. Es ist ein mechanisches Verbindungsteil 27 vorgesehen, das bezüglich des Gehäuses 5 in einer Vertikalrichtung fixiert ist. Das heißt, der me chanische Verbindungsteil 27 ist so in der Vorrichtung angeordnet, dass er bezüglich der Vertikalrichtung, wie durch die Drehachse 7 definiert, stationär ist. Ein Halteme chanismus 29 wird als eine Feder 29 gezeigt, die die Benutzerschnittstellenoberflä che 3 und den mechanischen Verbindungsteil 22 verbindet. Wenn die Benutzer schnittstellenoberfläche 3 durch einen Bediener des Fahrzeugs in die zweite Position P2 nach oben gezogen oder verschoben wird, stellt die Feder 29 eine Widerstands kraft bereit. Wenn der Bediener die Benutzerschnittstellenoberfläche 3 freigibt, dann kehrt die Oberfläche in die Ausgangsposition P1 zurück.

Die Drehsteuervorrichtung 1 ist so ausgeführt, dass ein Bediener eines Fahrzeugs sicherheitsrelevante Funktionen des Fahrzeugs mit der Vorrichtung 1 nur steuern kann, wenn die Benutzerschnittstellenoberfläche 3 in die zweite Position P2 verscho ben und/oder gezogen ist. Dies verhindert eine versehentliche Wahl eines Betriebs modus P, R, N, D, AD, wie zum Beispiel Rückwärtsfahrt R.

Es wird ein federbelasteter Stift 31 gezeigt, der mit einem beweglichen Teil 35 ver bunden ist, welcher an der Benutzerschnittstellenoberfläche 3 fixiert ist. Eine ent sprechende Kontur 33 wird als eine Vertiefung in einem Teil des mechanischen Ver bindungsteils 27 gezeigt. Die Kontur 33 wird durch den Stift 31 in Eingriff genommen. Die Kontur 33 und der federbelastete Stift 31 sind hier dahingehend angeordnet, so zusammenzuwirken, dass die Benutzerschnittstellenoberfläche 3 in eine vorbestimm te Ausgangsausrichtung SO und -position P1 zurückgeführt wird, wenn ein Bediener die Benutzerschnittstellenoberfläche 3 freigibt. Das heißt, die Benutzerschnittstellen oberfläche 3 kehrt in eine vorbestimmte Ausrichtung und/oder Position zurück, wenn keine von außen angelegte Kraft vorliegt. Im Grunde kann solch ein aus einem Stift 31 und einer Kontur 33 bestehendes System in vielen Anordnungen vorgesehen werden, um verschiedene stabile und/oder instabile Positionen und Ausrichtungen der Benutzerschnittstellenoberfläche 3 bereitzustellen.

Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Benutzer schnittstellenoberfläche 3 und eines mechanischen Verbindungsteils 27, die sich zur Aufnahme in einer erfindungsgemäßen Drehsteuervorrichtung 1 eignen. Die gezeigte Benutzerschnittstellenoberfläche 3 muss durch den Benutzer/Bediener in einer ers ten oder Ausgangsausrichtung SO hochgezogen und dann in eine andere Ausrich tung S1 - S7 gedreht werden, um einen Betriebsmodus P, R, N, D, AD des Fahr zeugs auszuwählen. In der Mitte der Benutzerschnittstellenoberfläche 3 ist eine An zeige 37 vorgesehen, die einen derzeit ausgewählten Betriebsmodus AD zeigt.

Bezuqszeichen

I Drehsteuervorrichtung

3 Benutzerschnittstellenoberfläche

5 Gehäuse

7 Drehachse

9 Sensoreinheit

I I Verarbeitungseinheit

13 Kommunikationsschnittstelle

15 Substrat/PCB

17 Anordnung zur Erzeugung/Beeinflussung eines Magnetfelds

19 Kammer

21 magnetorheologisches Fluid

23 Drehelement

25 Servoaktor

27 mechanisches Verbindungsteil

29 Haltemechanismus

31 federbelasteter Stift

33 Kontur

37 beweglicher Teil

37 Anzeige

X1 erste Richtung

P1 erste Position

P2 zweite Position

S0-S8 Ausrichtungen

Ts Steuersignal

Op Verarbeitungssignal

Ds Sensorsignal