[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

DE102015015417A1 - Operating device for a motor vehicle and method for generating a haptic signal - Google Patents

Operating device for a motor vehicle and method for generating a haptic signal Download PDF

Info

Publication number
DE102015015417A1
DE102015015417A1 DE102015015417.6A DE102015015417A DE102015015417A1 DE 102015015417 A1 DE102015015417 A1 DE 102015015417A1 DE 102015015417 A DE102015015417 A DE 102015015417A DE 102015015417 A1 DE102015015417 A1 DE 102015015417A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
membrane
operating device
electrodes
recess
haptic signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102015015417.6A
Other languages
German (de)
Inventor
Ulrich Müller
Manfred Mittermeier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
Priority to DE102015015417.6A priority Critical patent/DE102015015417A1/en
Publication of DE102015015417A1 publication Critical patent/DE102015015417A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • B60K35/10Input arrangements, i.e. from user to vehicle, associated with vehicle functions or specially adapted therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • B60K35/20Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor
    • B60K35/25Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor using haptic output
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K2360/00Indexing scheme associated with groups B60K35/00 or B60K37/00 relating to details of instruments or dashboards
    • B60K2360/143Touch sensitive instrument input devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung (1) für einen Kraftwagen, mit einem Oberflächenelement (2), einem Basiselement (3) und wenigstens einem dazwischen angeordneten, eine Ausnehmung (5) aufweisenden Zwischenelement (4) sowie mehreren Elektroden (10, 11, 12). Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Signals mittels einer solchen Bedienvorrichtung (1). Um eine Bedienvorrichtung (1) für einen Kraftwagen zu schaffen, mittels welcher bei geringen Bauraumanforderungen elektrisch gesteuert ein an einer Oberfläche (2) wahrnehmbares haptisches Signal erzeugbar ist, ist es dabei erfindungsgemäß vorgesehen, dass auf einer die Ausnehmung (5) überdeckenden Membran (6) ein Piezoelement (9) angeordnet und dazu eingerichtet ist, bei Anlegen einer Erregerspannung an zumindest zwei der Elektroden (10, 11) die Membran (6) zu krümmen und dadurch zumindest ein haptisches Signal an dem Oberflächenelement (2) zu erzeugen.The invention relates to an operating device (1) for a motor vehicle, comprising a surface element (2), a base element (3) and at least one intermediate element (4) having a recess (5) and a plurality of electrodes (10, 11, 12). , Furthermore, the invention relates to a method for generating a haptic signal by means of such an operating device (1). In order to provide an operating device (1) for a motor vehicle, by means of which a haptic signal perceptible on a surface (2) can be generated under low space requirements, it is provided according to the invention that on a membrane (6) covering the recess (5) a piezoelectric element (9) is arranged and arranged to bend the membrane (6) upon application of an excitation voltage to at least two of the electrodes (10, 11) and thereby to generate at least one haptic signal on the surface element (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to an operating device for a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.

Aus der US 2013/0021087 A1 ist ein Eingabegerät mit einer flexiblen Polymermembran bekannt, bei dem an der Polymermembran Elektroden angeordnet sind. Bei einer Bedienhandlung werden die Membran und damit auch die Elektroden verformt, was zu einer Flächen- und Widerstandsänderung führt, welche mittels einer Kapazitäts- oder Widerstandsmessschaltung gemessen wird. Aus den ermittelten Messwerten wird dann die verursachende Positionsveränderung eines Bedienelementes bestimmt. Dabei ist gemäß einer Ausführungsform zwischen zwei Teilen des Bedienelements ein elektroaktives Polymer vorgesehen, das mittels einer über zwei an diesem angeordneten Elektroden angelegten Spannung zu einer Längenänderung in Hochrichtung des Bedienelementes angeregt werden kann, sodass ein von einer Bedienperson wahrnehmbares haptisches Signal erzeugbar ist.From the US 2013/0021087 A1 For example, an input device with a flexible polymer membrane is known in which electrodes are arranged on the polymer membrane. In an operating action, the membrane and thus also the electrodes are deformed, which leads to a surface and resistance change, which is measured by means of a capacitance or resistance measuring circuit. The causative position change of a control element is then determined from the measured values determined. In this case, an electroactive polymer is provided according to an embodiment between two parts of the control element, which can be excited by means of a voltage applied thereto two arranged electrodes voltage to a change in length in the vertical direction of the control element, so that a perceptible by an operator haptic signal can be generated.

Aus der WO 2010/079151 A1 ist ein Gerät zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie bekannt, welches wenigstens einen piezoelektrischen Wandler verwendet. Dabei ist an einem verformbaren Element ein Stoßelement angeordnet, welches durch eine Verformung des verformbaren Elementes in Kontakt mit einem Teil eines akustischen Resonators gebracht werden kann. Dadurch wird der wenigstens eine piezoelektrische Wandler angeregt, die über den akustischen Resonator an ihn vermittelte Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Eine Erzeugung eines haptischen Signals ist dabei nicht vorgesehen.From the WO 2010/079151 A1 For example, a device for converting mechanical energy into electrical energy is known which uses at least one piezoelectric transducer. In this case, a shock element is arranged on a deformable element, which can be brought by a deformation of the deformable element in contact with a part of an acoustic resonator. As a result, the at least one piezoelectric transducer is excited to convert the energy transmitted to it via the acoustic resonator into electrical energy. A generation of a haptic signal is not provided.

Aus der EP 2 323 015 A2 sind ein für eine Handbedienung vorgesehenes Gerät und ein Fernsteuergerät mit jeweils einer Stromerzeugungsfunktion bekannt. Dabei wird mittels eines piezoelektrischen Elementes eine von einer Bedienperson ausgeübte Kraft in eine elektrische Spannung umgewandelt, welche dann für eine Signalerzeugung genutzt werden kann. Eine Erzeugung eines haptischen Signals ist dabei nicht vorgesehen.From the EP 2 323 015 A2 are a provided for a manual operation device and a remote control device, each having a power generation function known. In this case, by means of a piezoelectric element, a force exerted by an operator force is converted into an electrical voltage, which can then be used for signal generation. A generation of a haptic signal is not provided.

Weiterhin sind derartige Bedienvorrichtungen aus dem Kraftwagenbau bekannt, wobei dort jedoch nicht die Möglichkeit gegeben ist, die von einer Bedienperson aufgebrachte Kraft zu messen und/oder ein großer Bauraum durch die Verwendung eines Elektromotors benötigt wird.Furthermore, such controls are known from the motor vehicle, but there is not given the opportunity to measure the force applied by an operator force and / or a large space is required by the use of an electric motor.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bedienvorrichtung für einen Kraftwagen zu schaffen, mittels welcher bei geringen Bauraumanforderungen elektrisch gesteuert ein an einer Oberfläche wahrnehmbares haptisches Signal erzeugbar ist, und ein Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Signals bereitzustellen.The object of the present invention is to provide an operating device for a motor vehicle, by means of which, in the case of small installation space requirements, an electrically detectable haptic signal can be generated, and to provide a method for generating a haptic signal.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bedienvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by an operating device with the features of claim 1 and a method having the features of claim 10. Advantageous embodiments of the invention with expedient developments are the subject of the dependent claims.

Um eine Bedienvorrichtung für einen Kraftwagen zu schaffen, mittels welcher bei geringen Bauraumanforderungen elektrisch gesteuert ein an einer Oberfläche wahrnehmbares haptisches Signal erzeugbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei der eingangs genannten Bedienvorrichtung auf einer die Ausnehmung überdeckenden Membran ein Piezoelement angeordnet und dazu eingerichtet ist, bei Anlegen einer Erregerspannung an zumindest zwei der Elektroden die Membran zu krümmen und dadurch zumindest ein haptisches Signal an dem Oberflächenelement zu erzeugen. Mit anderen Worten erfolgt beim Anlegen einer Erregerspannung an zumindest zwei der Elektroden eine Verformung des Piezoelementes, welche sich, da das Piezoelement fest auf der Membran angeordnet ist, auf die Membran überträgt und damit also auch zu einer Verformung der Membran führt. Damit ist diese Verformung also elektrisch steuerbar und erzeugt über eine unmittelbare oder mittelbare Verbindung der Anordnung aus dem Piezoelement und der Membran mit dem Oberflächenelement an diesem ein von einer Bedienperson wahrnehmbares haptisches Signal.In order to create an operating device for a motor vehicle, by means of which a haptic signal perceptible on a surface can be generated under low space requirements, it is provided according to the invention that in the case of the operating device mentioned above a piezo element is arranged on a membrane covering the recess and is set up for this purpose to bend the membrane upon application of an excitation voltage to at least two of the electrodes and thereby generate at least one haptic signal on the surface element. In other words, when an excitation voltage is applied to at least two of the electrodes, a deformation of the piezoelectric element takes place, which, since the piezoelement is fixedly arranged on the membrane, transmits to the membrane and therefore also leads to a deformation of the membrane. Thus, this deformation is thus electrically controlled and generated via a direct or indirect connection of the arrangement of the piezoelectric element and the membrane with the surface element on this perceptible by an operator haptic signal.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Piezoelement so angeordnet ist, dass seine Längenänderung im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene der Membran stattfindet.It is advantageous if the piezoelectric element is arranged so that its change in length takes place substantially parallel to the main extension plane of the membrane.

Eine solche Anordnung bietet den Vorteil, dass ein Piezoelement verwendet werden kann, welches eine sehr geringe Bauhöhe aufweisen kann, sodass auch die gesamte Bedienvorrichtung nur geringe Bauraumanforderungen aufweist. Als Piezoelement kann dabei ein herkömmlicher Piezokristall und als Membran beispielsweise eine dünne Metallplatte verwendet werden, während die notwendige Erregerspannung beispielsweise über eine Verbindung zu einem elektrischen Bordnetz des Kraftwagens bereitgestellt werden kann.Such an arrangement has the advantage that a piezoelectric element can be used, which may have a very low height, so that the entire operating device has only small space requirements. As a piezoelectric element can be used a conventional piezoelectric crystal and as a membrane, for example, a thin metal plate, while the necessary excitation voltage can be provided for example via a connection to an electrical system of the motor vehicle.

Durch die von der Membran überdeckte Ausnehmung ist zudem die Möglichkeit gegeben, eine Einrichtung zur Messung einer von einer Bedienperson auf die Bedienvorrichtung ausgeübten Kraft vorzusehen In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dabei zur Messung einer Kapazität und/oder einer Kapazitätsänderung zwischen zwei der Elektroden eine Erfassungseinrichtung vorgesehen, wobei eine dieser beiden Elektroden durch die Membran gebildet ist und die zweite dieser beiden Elektroden durch eine auf der der Membran gegenüberliegenden Seite der Ausnehmung angeordnete Elektrode gebildet ist und wobei sich die Kapazität in Abhängigkeit von einer senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Membran auf die Membran wirkenden Kraftkomponente einstellt. Mit anderen Worten führt also zumindest eine Komponente einer von einer Bedienperson auf die Bedienvorrichtung ausgeübten Kraft zu einer Abstandsänderung, insbesondere zu einer Abstandsverringerung, zwischen der als Elektrode ausgebildeten und kontaktierten Membran und einer zweiten, von der Membran beabstandet auf der gegenüberliegenden Seite der Ausnehmung angeordneten Elektrode. Diese Abstandsänderung bewirkt eine Kapazitätsänderung zwischen der Membran und der gegenüberliegenden Elektrode, aus welcher die senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Membran auf die Membran wirkende Kraftkomponente bestimmt werden kann.The recess covered by the membrane also makes it possible to provide a device for measuring a force exerted on the operating device by an operator. In a further embodiment of the invention, a capacitance and / or a capacitance change is measured between two of the electrodes a detection device is provided, wherein one of these two electrodes is formed by the membrane and the second of these two electrodes is formed by an electrode disposed on the opposite side of the membrane electrode and wherein the capacitance in dependence on a perpendicular to a main plane of extension of the membrane adjusts the membrane acting force component. In other words, at least one component of a force exerted by an operator on the operating device leads to a change in distance, in particular to a reduction in distance, between the electrode formed and contacted as an electrode and a second, spaced from the membrane on the opposite side of the recess arranged electrode , This change in distance causes a change in capacitance between the membrane and the opposite electrode, from which the force component acting on the membrane perpendicular to a main extension plane of the membrane can be determined.

Ein Vorteil einer so gestalteten Bedienvorrichtung ist es, dass mit einem Minimum an benötigtem Bauraum und an benötigten Bauteilen nicht nur eine Bedienhandlung, sondern auch die dabei aufgewendete Kraft beziehungsweise sogar der während der Bedienhandlung vorliegende Kraftverlauf erfasst werden und zusätzlich gezielt ein von der Bedienperson während der Bedienhandlung wahrnehmbares haptisches Signal erzeugt werden kann. Durch die genaue Bestimmbarkeit der zu jedem Zeitpunkt aufgebrachten Kraft ist eine von der Geschwindigkeit der Bedienhandlung unabhängige Erfassung der Bedienhandlung und gegebenenfalls eine bessere Erfassung einer Absicht der Bedienperson möglich. Um die Kapazität beziehungsweise die Kapazitätsänderung und daraus die wirkende Kraft zu bestimmen, können die Membran und die gegenüberliegende Elektrode beispielsweise mit einer Auswerteelektronik elektrisch verbunden sein.An advantage of a so-designed operating device is that with a minimum of required space and required components not only an operating action, but also the force used or even existing during the operating action force curve are detected and additionally targeted by the operator during the Operating action noticeable haptic signal can be generated. By the precise determinability of the force applied at any time, an independent of the speed of the operation independent detection of the operation and, where appropriate, a better detection of an intention of the operator is possible. In order to determine the capacity or the capacitance change and from this the acting force, the membrane and the opposite electrode can be electrically connected, for example, with an evaluation electronics.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist an der Membran zumindest ein Dehnungsmessstreifen zur Bestimmung einer senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Membran auf die Membran wirkenden Kraftkomponente angeordnet. Eine senkrecht auf die Membran wirkende Kraft führt somit nicht nur zu einer Verformung der Membran selbst, sondern auch zu einer Verformung des an der Membran angeordneten und fest mit dieser verbundenen Dehnungsmessstreifens. Mittels einer elektrisch mit dem beziehungsweise den Dehnungsmessstreifen verbundenen Auswerteelektronik kann basierend auf den unter Verformung variablen Eigenschaften des beziehungsweise der Dehnungsmessstreifen die Kraft bestimmt werden, die die entsprechende Verformung der Membran und des beziehungsweise der Dehnungsmessstreifen hervorgerufen hat.In one embodiment of the invention, at least one strain gauge is arranged on the membrane for determining a force component acting on the membrane perpendicular to a main extension plane of the membrane. A force acting perpendicularly on the membrane thus not only leads to a deformation of the membrane itself, but also to a deformation of the strain gage arranged on the membrane and firmly connected to it. By means of an evaluation electronics connected electrically to the strain gauge or strains, the force which has caused the corresponding deformation of the membrane and of the strain gauge (s) can be determined on the basis of the deformation-variable properties of the strain gauge (s).

Die Verwendung eines Dehnungsmessstreifens ermöglicht eine besonders platzsparende, technisch einfach zu realisierende und kostengünstige Bestimmung der senkrecht auf die Membran wirkenden Kraft. Der oder die Dehnungsmessstreifen können dabei auf die Membran aufgeklebt werden, wobei eine geeignete Anordnung von mehreren – beispielsweise vier – Dehnungsmessstreifen eine besonders vorteilhafte Messung ermöglicht.The use of a strain gauge allows a particularly space-saving, technically easy to implement and cost-effective determination of the force acting perpendicular to the membrane force. The strain gauges or the strain gauges can be glued to the membrane, with a suitable arrangement of several - for example, four - strain gauges allows a particularly advantageous measurement.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist in der Ausnehmung des Zwischenelementes eine Einrichtung zur induktiven Messung eines Abstandes der Membran von einem Referenzelement dieser Einrichtung angeordnet, die dazu eingerichtet ist, eine senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Membran auf die Membran wirkende Kraftkomponente zu bestimmen. Mit anderen Worten wird die bei einer einwirkenden Kraft auftretende Verformung der Membran in dem Bereich der Ausnehmung ausgenutzt, um einen Abstand der Membran von einem ortsfest innerhalb der Bedienvorrichtung angeordneten Referenzelement zu bestimmen, woraus sich die senkrecht auf die Membran wirkende Kraft ermitteln lässt.In another embodiment of the invention, a device for inductive measurement of a distance of the membrane from a reference element of this device is arranged in the recess of the intermediate element, which is adapted to determine a perpendicular to a main plane of extension of the membrane acting on the membrane force component. In other words, the deformation of the membrane occurring in an acting force in the region of the recess is utilized to determine a distance of the membrane from a stationary within the operating device arranged reference element, from which it is possible to determine the force acting perpendicularly on the membrane.

Eine induktive Abstandsmessung weist eine hohe Wiederholgenauigkeit auf, ist weitgehend unabhängig von Temperaturschwankungen und Feuchtigkeit und zudem nicht anfällig für mechanischen Verschleiß. Eine Einrichtung zur induktiven Abstandsmessung kann beispielsweise durch einen induktiven Näherungsschalter realisiert werden, der mit einer entsprechenden Elektronik und einer Spannungsversorgung – beispielsweise dem Bordnetz des Kraftwagens – verbunden ist.An inductive distance measurement has a high repeatability, is largely independent of temperature fluctuations and moisture and also not prone to mechanical wear. A device for inductive distance measurement can be realized for example by an inductive proximity switch, which is connected to a corresponding electronics and a power supply - for example, the electrical system of the motor vehicle.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Bedienvorrichtung dazu eingerichtet, ein haptisches Signal zu erzeugen, wenn der Betrag der senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Membran auf die Membran wirkenden Kraftkomponente einen festgelegten Grenzwert überschreitet. Mit anderen Worten kann also ein haptisches Signal erzeugt werden, wenn eine senkrecht auf die Membran wirkende Kraftkomponente größer wird oder größer ist als ein im Vorhinein, insbesondere herstellerseitig, festgesetzter Wert. Durch Festlegen eines geeigneten Grenzwertes können somit fehlerhafte oder unbeabsichtigte Auslösungen des haptischen Signals und einer der Bedienvorrichtung zugeordneten Funktionalität vermieden werden. Zudem kann einer Bedienperson vermittelt werden, dass sie eine ausreichende Kraft aufgebracht und damit die beabsichtigte Bedienhandlung erfolgreich vorgenommen hat. Eine Überschreitung des festgelegten Grenzwertes oder das Vorliegen einer schon von Beginn an größeren Kraft kann beispielsweise durch eine entsprechend ausgelegte elektrische Schaltung, welche beispielsweise einen Komparator umfassen kann, oder durch eine mit der jeweils vorgesehenen Einrichtung zur Bestimmung der wirkenden Kraft verbundenen Auswerteelektronik erfolgen.In a further embodiment of the invention, the operating device is adapted to generate a haptic signal when the amount of force component acting perpendicular to a main extension plane of the membrane on the membrane exceeds a predetermined limit. In other words, therefore, a haptic signal can be generated when a force acting perpendicular to the membrane force component is greater or greater than a pre-determined, in particular manufacturer, set value. By setting a suitable limit value, erroneous or unintentional triggering of the haptic signal and a functionality assigned to the operating device can thus be avoided. In addition, an operator can be taught that she has applied sufficient force and thus successfully carried out the intended operator action. Exceeding the specified limit value or the presence of an already greater force from the beginning, for example, by a suitably designed electrical circuit, which may for example comprise a comparator, or by an evaluation electronics connected to the respectively provided device for determining the acting force take place.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine der Elektroden zum Anlegen der Erregerspannung unmittelbar an dem Piezoelement zwischen diesem und dem Oberflächenelement angeordnet. Mit anderen Worten ist eine der Elektroden zum Anlegen der Erregerspannung also auf der einen Seite fest mit dem Piezoelement und auf der anderen Seite fest mit dem Oberflächenelement verbunden, sodass zwischen dem Oberflächenelement, dem Piezoelement und der zwischen diesen beiden Elementen angeordneten Elektrode keine Zwischenräume vorhanden sind. Damit ergibt sich also auch eine zumindest mittelbare Verbindung des Piezoelementes mit dem Oberflächenelement.In a further embodiment of the invention, one of the electrodes for applying the excitation voltage is arranged directly on the piezoelement between the latter and the surface element. In other words, one of the electrodes for applying the excitation voltage is thus firmly connected to the piezoelectric element on the one side and fixedly connected to the surface element on the other side so that there are no gaps between the surface element, the piezoelement and the electrode arranged between these two elements , This also results in an at least indirect connection of the piezoelectric element with the surface element.

Eine solche Anordnung ermöglicht eine einfache Herstellung sowie eine platzsparende kompakte Ausführung. Durch eine solche Schichtanordnung der einzelnen Elemente kann das mittels des Piezoelementes erzeugte haptische Signal unmittelbar auf das Oberflächenelement übertragen werden, sodass es dort von einer Bedienperson möglichst gut wahrnehmbar ist. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die von dem Piezoelement erzeugte Amplitude in vollem Umfang bis an die benutzerseitige Oberfläche des Bedienelementes vermittelt wird.Such an arrangement allows for easy production and a space-saving compact design. By such a layer arrangement of the individual elements, the haptic signal generated by means of the piezoelectric element can be transmitted directly to the surface element, so that it is there as well as possible perceived by an operator. It is particularly advantageous that the amplitude generated by the piezoelectric element is conveyed in full to the user-side surface of the control element.

Die Verbindung der einzelnen Bauelemente kann dabei beispielsweise durch kleben, bonden oder laminieren hergestellt werden.The connection of the individual components can be produced for example by gluing, bonding or laminating.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bildet die Membran auch eine der Elektroden zum Anlegen der Erregerspannung. Mit anderen Worten bilden also die Membran und eine weitere Elektrode ein mit einer Spannungsversorgung verschaltetes Elektrodenpaar zwischen dem eine Spannung erzeugt werden kann, welche als Erregerspannung für das Piezoelement dient und damit eine Form- beziehungsweise Längenänderung des Piezoelementes hervorruft. Die Verwendung der Membran als Elektrode ist besonders vorteilhaft, da auf diese Weise eine zusätzliche Elektrode, das heißt ein zusätzliches Bauteil, und damit Bauraum, Kosten- und Herstellungsaufwand eingespart werden können. Eine Verwendung der Membran als Elektrode kann durch Ausführung der Membran in einem leitfähigen Material, beispielsweise einem Metall, realisiert werden, wobei eine entsprechende Kontaktierung der Membran vorzusehen ist.In a further embodiment of the invention, the membrane also forms one of the electrodes for applying the excitation voltage. In other words, therefore, the membrane and a further electrode form a pair of electrodes connected to a voltage supply between which a voltage can be generated which serves as an excitation voltage for the piezoelectric element and thus causes a change in the shape or length of the piezoelectric element. The use of the membrane as an electrode is particularly advantageous because in this way an additional electrode, that is an additional component, and thus space, cost and production costs can be saved. A use of the membrane as an electrode can be realized by designing the membrane in a conductive material, such as a metal, wherein a corresponding contact of the membrane is provided.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Ausnehmung des Zwischenelements mit Luft und/oder einem Elastomer gefüllt. Mit anderen Worten kann der durch die Ausnehmung in dem Zwischenelement gebildete Raum ganz oder teilweise mit Luft oder ganz oder teilweise mit einem Elastomer gefüllt sein, wobei das gegebenenfalls vorgesehene Elastomer weich genug sein muss, um eine Verformung der Membran in den Bereich der Ausnehmung hinein bei den typischerweise von einer Bedienperson aufgewendeten Kräften nicht zu behindern. Vorteile der Verwendung von Luft sind die einfache, kostengünstige, Bauteil- und Herstellungsaufwand einsparende Fertigung und die weitestgehende Vermeidung einer Temperaturabhängigkeit der Kapazitätsmessung. Durch die Verwendung eines Elastomers kann vorteilhaft mit geringem Aufwand eine feuchtigkeitsabhängige Veränderung der Kapazität zwischen den Elektroden vermieden werden.In a further embodiment of the invention, the recess of the intermediate element is filled with air and / or an elastomer. In other words, the space formed by the recess in the intermediate element can be completely or partially filled with air or completely or partially filled with an elastomer, wherein the optionally provided elastomer must be soft enough to prevent deformation of the membrane into the region of the recess not to hinder the forces typically used by an operator. Advantages of the use of air are the simple, inexpensive, component and manufacturing cost-saving production and the greatest possible avoidance of temperature dependence of the capacitance measurement. By using an elastomer can be advantageously avoided with little effort, a moisture-dependent change in the capacitance between the electrodes.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Oberflächenelement und dem Piezoelement ein Lichtleiter angeordnet und das Oberflächenelement ist im Bereich des Lichtleiters zumindest teilweise lichtdurchlässig und/oder weist eine Ausnehmung auf. Der Lichtleiter ist dabei insbesondere unmittelbar an dem Oberflächenelement angeordnet und kann sich auch in gegebenenfalls vorgesehene Ausnehmungen des Oberflächenelementes hinein erstrecken. Durch eine entsprechende Gestaltung des Lichtleiters beziehungsweise von Ausnehmungen und/oder transparenten Bereichen des Oberflächenelementes können besonders vorteilhaft die Lage und/oder die zugeordnete Funktionalität der Bedieneinrichtung durch eine Beleuchtung oder Beleuchtungseffekte leicht erkennbar gestaltet werden. Eine Beleuchtung oder sonstige Lichteffekte lassen sich dabei durch eine beispielsweise seitliche Einkopplung von Licht in den Lichtleiter erzielen.According to a further embodiment of the invention, a light guide is arranged between the surface element and the piezoelectric element and the surface element is at least partially transparent in the region of the light guide and / or has a recess. The light guide is arranged in particular directly on the surface element and can also extend into optionally provided recesses of the surface element. By a corresponding design of the light guide or of recesses and / or transparent areas of the surface element, the position and / or the associated functionality of the operating device can be made easily recognizable by illumination or lighting effects. Lighting or other lighting effects can be achieved by, for example, lateral coupling of light into the light guide.

Um ein Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Signals – insbesondere als Reaktion auf eine Bedienhandlung – bereitzustellen, bei dem mittels einer Bedienvorrichtung mit geringen Bauraumanforderungen elektrisch gesteuert ein an einer Oberfläche wahrnehmbares haptisches Signal erzeugt wird, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei Anlegen einer Erregerspannung an zumindest zwei Elektroden eine Membran gekrümmt und dadurch das haptische Signal an einem Oberflächenelement erzeugt wird.In order to provide a method for generating a haptic signal-in particular in response to an operator action-in which an haptic signal perceptible to a surface is electrically controlled by means of an operating device with small space requirements, it is provided according to the invention that when an exciter voltage is applied to at least two electrodes a membrane is curved and thereby the haptic signal is generated on a surface element.

Die bisher und im Folgenden sowie in den Patentansprüchen beschriebenen funktionalen Ausbildungen der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung sind entsprechend sinngemäß auch auf das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Vorrichtungen und Bauteile übertragbar und umgekehrt.The functional embodiments of the operating device according to the invention described hitherto and in the following as well as in the patent claims are, mutatis mutandis, also transferable to the method according to the invention or to the devices and components used for carrying out the method according to the invention and vice versa.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawings.

Dabei zeigen: Showing:

1 eine schematische Schnittansicht einer mit einer Einrichtung zur Spannungsversorgung und Signalauswertung verbundenen Bedienvorrichtung für einen Kraftwagen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 1 a schematic sectional view of a connected to a device for power supply and signal evaluation operating device for a motor vehicle, according to an embodiment of the present invention,

2 die Bedienvorrichtung aus 1 in der gleichen schematischen Schnittansicht, wobei von einer angedeuteten Bedienperson eine Kraft auf das Oberflächenelement ausgeübt wird, sodass das Piezoelement und die beidseitig angeordneten Elektroden verformt sind, und 2 the operating device off 1 in the same schematic sectional view, wherein a force is exerted on the surface element by an indicated operator, so that the piezoelectric element and the electrodes arranged on both sides are deformed, and

3 die Bedienvorrichtung aus 1 und 2 in der gleichen schematischen Schnittansicht, wobei eine durch Anlegen einer Erregerspannung an die beiden an dem Piezoelement angeordneten Elektroden hervorgerufene Verformung dieser beiden Elektroden, des Piezoelementes und des Oberflächenelementes in eine von dem Basiselement abgewandte Richtung dargestellt ist. 3 the operating device off 1 and 2 in the same schematic sectional view, wherein a deformation of these two electrodes, the piezoelectric element and the surface element caused by application of an excitation voltage to the two electrodes arranged on the piezoelectric element in a direction facing away from the base element is shown.

1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Bedienvorrichtung 1 für einen Kraftwagen, mit einem Oberflächenelement 2, einem daran angeordneten Zwischenelement 4 mit einer Ausnehmung 5 sowie einem auf einer von dem Oberflächenelement 2 abgewandten Seite des Zwischenelementes 4 angeordneten Basiselement 3. Die Ausnehmung 5 stellt also einen Hohlraum dar, welcher durch das Oberflächenelement 2, das Basiselement 3 und das Zwischenelement 4 begrenzt ist. 1 shows a schematic sectional view of an operating device 1 for a motor vehicle, with a surface element 2 , an intermediate element arranged thereon 4 with a recess 5 and one on one of the surfel 2 opposite side of the intermediate element 4 arranged base element 3 , The recess 5 thus represents a cavity which through the surface element 2 , the basic element 3 and the intermediate element 4 is limited.

Das Zwischenelement 4 kann dabei zweiteilig ausgebildet sein, sodass es die Ausnehmung 5 nur auf zwei Seiten begrenzt oder es kann einteilig ausgebildet sein, sodass es die Ausnehmung 5 auf vier Seiten, das heißt auch auf zwei gegenüberliegenden, senkrecht von der Zeichnungsebene beabstandet angeordneten Seiten begrenzt. Das Zwischenelement 4 weist an wenigstens zwei sich gegenüberliegenden und der Ausnehmung 5 zugewandten Seiten jeweils eine Abstufung zwischen dem Oberflächenelement 2 und dem Basiselement 3 auf. In Höhe dieser Abstufungen ist eine Membran 6 derart angeordnet, dass sie die Ausnehmung 5 überspannt und in Auflagebereichen 7, 8 der Abstufungen an dem Zwischenelement 4 festgelegt ist. Oberhalb der Membran 6, das heißt auf ihrer dem Oberflächenelement 2 zugewandten Seite, und vollflächig mit der Membran 6 verbunden ist ein Piezoelement 9 angeordnet, welches auf seiner der Membran 6 abgewandten Seite bereichsweise mit dem Oberflächenelement 2 verbunden ist.The intermediate element 4 can be formed in two parts, so that it is the recess 5 limited only on two sides or it may be formed in one piece, so that it is the recess 5 on four sides, that is also limited to two opposite, spaced perpendicularly from the plane of the page arranged pages. The intermediate element 4 has at least two opposite and the recess 5 each side facing a gradation between the surface element 2 and the base element 3 on. In the amount of these gradations is a membrane 6 arranged so that it the recess 5 spanned and in bearing areas 7 . 8th the gradations on the intermediate element 4 is fixed. Above the membrane 6 that is on its surface element 2 facing side, and the entire surface with the membrane 6 connected is a piezoelectric element 9 arranged on its the membrane 6 side facing away from the area with the surface element 2 connected is.

In einem mittleren Bereich des Piezoelementes 9 ist zwischen diesem und dem Oberflächenelement 2 eine Elektrode 10 angeordnet, welche auch als erste Elektrode oder Piezoelektrode bezeichnet wird. Vorliegend ist die Membran 6 als zweite beziehungsweise mittlere Elektrode 11 ausgebildet. Auf einer der ersten Elektrode 10 gegenüberliegenden Seite der Ausnehmung 5 ist an dem Basiselement 3 eine dritte Elektrode 12, welche auch als Kapazitätselektrode bezeichnet wird, angeordnet. Die drei Elektroden 10, 11, 12 sind über jeweilige Kontaktierungen 14 mit einer – hier der Übersichtlichkeit halber als einzelnes Bauteil dargestellten – Einrichtung 13 zur Spannungsversorgung, Auswertung und Steuerung elektrisch verbunden.In a middle region of the piezoelectric element 9 is between this and the surfel element 2 an electrode 10 arranged, which is also referred to as the first electrode or piezoelectric electrode. The present is the membrane 6 as second or middle electrode 11 educated. On one of the first electrode 10 opposite side of the recess 5 is on the base element 3 a third electrode 12 , which is also referred to as capacitance electrode arranged. The three electrodes 10 . 11 . 12 are via respective contacts 14 with a - shown here for clarity as a single component - device 13 for power supply, evaluation and control electrically connected.

Es ist zu beachten, dass in allen Figuren die einzelnen Bauteile und Abstände nicht notwendiger Weise maßstabsgetreu dargestellt sind beziehungsweise auch bei einer Ausführung mit anderen Größenverhältnissen und Dimensionen ihre jeweiligen Aufgaben und Funktionalitäten erfüllen können.It should be noted that in all figures, the individual components and distances are not necessarily drawn to scale or can fulfill their respective tasks and functionalities in an embodiment with different size ratios and dimensions.

Die vorliegende Erfindung weist in ihrer in 1 dargestellten Ausführungsform gegenüber bekannten Vorrichtungen mehrere besonders vorteilhafte Eigenschaften auf. Mit bekannten Vorrichtungen kann bei Verwendung eines Piezoelementes als Aktuator keine echte Kraftmessung beziehungsweise keine Messung einer anhaltenden Kraft durchgeführt werden, da ein Piezokristall nur während einer durch eine Kraft hervorgerufenen mechanischen Verformung eine Spannung erzeugt beziehungsweise eine Ladung aufbaut, dies jedoch nicht bei einer dauerhaft gleichförmig wirkenden Kraft aufrecht erhält. Eine Verwendung eines Piezoaktuators zur Erzeugung eines haptischen Signals erfordert zudem üblicherweise eine signifikante Bauhöhe, um einen genügend großen, für eine deutliche Wahrnehmbarkeit durch eine Bedienperson ausreichenden haptischen Effekt zu erzeugen. Die Kombination mit einer zusätzlichen Einrichtung für eine Kraftmessung erfordert üblicherweise wiederum einen deutlich größeren Bauraum.The present invention has in its in 1 illustrated embodiment over known devices on several particularly advantageous properties. With known devices can be performed when using a piezoelectric element as an actuator no real force measurement or no measurement of a sustained force, since a piezoelectric crystal only during a caused by a force mechanical deformation generates a voltage or builds up a charge, but not in a permanently uniform acting Maintains strength. In addition, use of a piezoactuator to generate a haptic signal usually requires a significant height in order to produce a haptic effect that is sufficiently large and sufficient for clear perceptibility by an operator. The combination with an additional device for force measurement usually again requires a much larger space.

Um diesen Problemen zu begegnen, ist vorliegend das Piezoelement 9 auf der in einer Doppelfunktion auch als Elektrode dienenden Membran 6 angeordnet, die ihrerseits die Ausnehmung 5 überspannt. Bei Anlegen einer Erregerspannung an die erste Elektrode 10 und die Membran 6, welche beidseitig des Piezoelementes 9 angeordnet sind, wird das Piezoelement aktiviert, das heißt es verformt sich unter dem Einfluss des zwischen der ersten Elektrode 10 und der Membran 6 aufgebauten elektrischen Feldes. Das Piezoelement 9 ist dabei so ausgelegt, dass die wesentliche Verformung parallel zu den Haupterstreckungsebenen des Oberflächenelementes 2, der Membran 6 und des Basiselementes 3 erfolgt. Dadurch wird eine mechanische Spannung aufgebaut, die sich durch die feste und flächige Verbindung des Piezoelementes 9 mit der Membran 6 unmittelbar auf diese überträgt und zu einer Verformung auch der Membran 6 führt. Da die Membran 6 in den Auflagebereichen 7, 8 an dem Zwischenelement 4 festgelegt ist, führt die mechanische Spannung zu einem Durchbiegen der Membran senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsebene. Da auch das Oberflächenelement 2 mittelbar über das Piezoelement 9 beziehungsweise das Piezoelement 9 und die erste Elektrode 10 mit der Membran 6 verbunden ist, führt das Durchbiegen der Membran 6 auch zu einer Verformung des Oberflächenelementes 2, welche im Bereich der Bedienvorrichtung 1 von einer Bedienperson in Form eines haptischen Signals an dem Oberflächenelement 2 wahrnehmbar ist. Das Piezoelement 9, die erste Elektrode 10 und die als Elektrode ausgebildete Membran 6 bilden somit einen Piezoaktuator zur Erzeugung eines haptischen Signals.To counteract these problems, in the present case is the piezoelectric element 9 on the membrane also serving as an electrode in a dual function 6 arranged, in turn, the recess 5 spans. When an excitation voltage is applied to the first electrode 10 and the membrane 6 , which on both sides of the piezoelectric element 9 are arranged, the piezo element is activated, that is deformed under the influence of between the first electrode 10 and the membrane 6 built-up electric field. The piezo element 9 is designed so that the essential deformation parallel to the main extension planes of the surface element 2 , the membrane 6 and the base element 3 he follows. As a result, a mechanical stress is built up, which is due to the solid and planar connection of the piezoelectric element 9 with the membrane 6 directly on this transmits and to a deformation of the membrane 6 leads. Because the membrane 6 in the bearing regions 7 . 8th at the intermediate element 4 is determined, the mechanical stress leads to a bending of the membrane perpendicular to its main extension plane. As well as the surface element 2 indirectly via the piezoelectric element 9 or the piezoelectric element 9 and the first electrode 10 with the membrane 6 connected, causes the bending of the membrane 6 also to a deformation of the surface element 2 , which in the area of the operating device 1 by an operator in the form of a haptic signal on the surface element 2 is perceptible. The piezo element 9 , the first electrode 10 and the electrode formed as a membrane 6 thus form a piezo actuator for generating a haptic signal.

Da die Membran 6 als Elektrode ausgebildet ist, kann sie zusammen mit der gegenüberliegend an dem Basiselement 3 angeordneten dritten Elektrode 12 als Erfassungseinrichtung zur Messung einer Kapazität und/oder einer Kapazitätsänderung zwischen der Membran 6 und der dritten Elektrode 12 genutzt werden. Da diese Kapazität abhängig ist von dem Abstand der Membran 6 zu der dritten Elektrode 12 führt eine Abstandsänderung wie sie bei einer Verformung der Membran 6 senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsrichtung auftritt zu einer Kapazitätsänderung. Aus dieser mittels der Einrichtung 13 mess- und auswertbaren Kapazitätsänderung lässt sich die Abstandsänderung und damit auch die senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsebene auf die Membran 6 einwirkende Kraft bestimmen. Dies kann beispielsweise die Kraft sein, die von einer Bedienperson auf das Oberflächenelement 2 im Bereich der Bedienvorrichtung 1 ausgeübt wird. Da auf diese Weise auch eine konstant wirkende Kraft erfasst werden kann, ergibt sich für eine Bedienperson der Vorteil, dass ein erfolgreicher Bedienvorgang der Bedienvorrichtung 1 unabhängig von der Betätigungsgeschwindigkeit und die notwendige Betätigungskraft immer gleich hoch ist.Because the membrane 6 is formed as an electrode, it can together with the opposite to the base element 3 arranged third electrode 12 as detection means for measuring a capacitance and / or a capacitance change between the membrane 6 and the third electrode 12 be used. Since this capacity is dependent on the distance of the membrane 6 to the third electrode 12 causes a change in distance as in a deformation of the membrane 6 perpendicular to its main extension direction occurs to a capacitance change. From this by means of the device 13 can be measured and evaluated capacity change, the distance change and thus also perpendicular to its main extension plane on the membrane 6 determine acting force. For example, this may be the force exerted by an operator on the surface element 2 in the area of the operating device 1 is exercised. Since a constant-acting force can be detected in this way, the result for an operator is that a successful operation of the operating device 1 regardless of the operating speed and the necessary operating force is always the same.

Um die Membran 6 als Elektrode nutzen zu können, kann sie beispielsweise in Form einer dünnen Metallplatte ausgebildet oder aus einem sonstigen leitenden Material gefertigt sein. Wichtig ist dabei, dass die Größe und Materialstärke der Membran 6 so ausgelegt ist, dass sie durch eine typischerweise von einer Bedienperson komfortabel aufbringbaren Kraft ausreichend verformbar ist, sodass bei einer Bedienhandlung ein für eine zuverlässige Messung der resultierenden Kapazitätsveränderung ausreichendes Signal entsteht. Entsprechende Anforderungen an eine ausreichende Verformbarkeit gelten auch für das Oberflächenelement 2, da dieses einerseits von einer Bedienperson ausreichend verformbar sein muss, um eine entsprechende Verformung der Membran 6 hervorzurufen und andererseits durch den aus dem Piezoelement 9, der ersten Elektrode 10 und der Membran 6 gebildeten Piezoaktuator ausreichend verformbar sein muss, um ein von einer Bedienperson an dem Oberflächenelement 2 zuverlässig wahrnehmbares haptisches Signal zu erzeugen. Das Oberflächenelement 2 kann dazu beispielsweise aus einem Kunststoff oder auch aus Aluminium in einer Stärke von beispielsweise 0,3 mm gefertigt sein. Es ist dabei auch denkbar, das Oberflächenelement nur im Bereich der Bedienvorrichtung 1 mit geringerer Materialstärke auszuführen als in der Umgebung, sodass im Bedienbereich eine ausreichende Verformbarkeit sichergestellt und insgesamt eine gute Stabilität des gesamten Bauteils aufrechterhalten wird. Wird das Oberflächenelement 2 aus einem metallischen oder leitenden Werkstoff gefertigt, so ist gegebenenfalls eine ausreichende Isolierung insbesondere gegenüber der ersten Elektrode 10 vorzusehen.To the membrane 6 can be used as an electrode, it may for example be formed in the form of a thin metal plate or made of another conductive material. It is important that the size and material thickness of the membrane 6 is designed so that it is sufficiently deformable by a force typically applied by an operator force can be sufficiently deformed, so that in a control action sufficient for a reliable measurement of the resulting capacitance change signal is produced. Corresponding requirements for sufficient deformability also apply to the surface element 2 because this one hand must be sufficiently deformable by an operator to a corresponding deformation of the membrane 6 cause and on the other hand by the from the piezoelectric element 9 , the first electrode 10 and the membrane 6 formed piezoelectric actuator must be sufficiently deformable to one by an operator on the surface element 2 to produce reliably perceptible haptic signal. The surface element 2 can be made for example of a plastic or aluminum in a thickness of, for example, 0.3 mm. It is also conceivable, the surface element only in the range of the operating device 1 To perform with a lower material thickness than in the environment, so that in the operating area ensures sufficient deformability and overall good stability of the entire component is maintained. Will the surface element 2 made of a metallic or conductive material, it is optionally sufficient insulation, in particular with respect to the first electrode 10 provided.

Um die Membran 6 zuverlässig und möglichst einfach als Elektrode sowohl für die Erregerspannung zur Aktivierung des Piezoelementes als auch zur Kapazitätsmessung verwenden zu können, ist es zweckmäßig, eine elektrische Verschaltung vorzusehen, bei der die Membran 6 konstant auf einem Massepotential liegt.To the membrane 6 reliable and easy to use as an electrode both for the excitation voltage for activation of the piezoelectric element and for capacitance measurement, it is expedient to provide an electrical interconnection, in which the membrane 6 constant at a ground potential.

Alternativ zu der dargestellten Ausführungsform ist es auch denkbar, eine oder beide der Elektroden 10 und 12 jeweils mehrteilig zu gestalten beziehungsweise anstelle einer jeweils einzelnen Elektrode eine Anordnung aus jeweils mehreren Elektroden vorzusehen. Damit kann gegebenenfalls eine Anpassung an bauliche Gegebenheiten erfolgen und/oder etwa das durch die Erregerspannung aufgebaute elektrische Feld besser an die Form des Piezoelementes 9 angepasst und/oder eine verbesserte Kapazitätsmessung durchgeführt werden.Alternatively to the illustrated embodiment, it is also conceivable, one or both of the electrodes 10 and 12 in each case to make a multi-part or instead of a respective individual electrode to provide an arrangement of a plurality of electrodes. This can optionally be done to adapt to structural conditions and / or about the electric field built up by the excitation voltage better to the shape of the piezoelectric element 9 adapted and / or an improved capacity measurement are performed.

Insgesamt werden mit der in 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung die Funktionalitäten eines Aktuators zur Erzeugung eines haptischen Signals und eine Kapazitäts- beziehungsweise Kraftmessung für eine zuverlässige Detektion und Interpretation einer Bedienhandlung mit minimalem Bauteilaufwand auf engstem Raum realisiert.Overall, with the in 1 illustrated embodiment of the invention, the functionalities of an actuator for generating a haptic signal and a capacity or force measurement for a reliable detection and interpretation of a control action with minimal component complexity realized in a confined space.

2 zeigt die bereits in 1 dargestellte Bedienvorrichtung 1 in der gleichen schematischen Schnittansicht, wobei vorliegend ein Zustand während einer Bedienhandlung, bei der von einer Bedienperson eine Kraft auf die Bedienvorrichtung 1 ausgeübt wird, dargestellt ist. Die von der Bedienperson ausgeübte Kraft führt zu einer Verformung des Oberflächenelementes 2 senkrecht zu seiner Haupterstreckungsebene in Richtung des Basiselementes 3 und somit auch zu einer Verformung der unmittelbar und/oder mittelbar im Bereich der Ausnehmung 5 an dem Oberflächenelement 2 angeordneten Bauteile. Spezifisch wirkt sich die Verformung des Oberflächenelementes 2 auf die erste Elektrode 10, das Piezoelement 9 und die Membran 6 in Form jeweiliger Verformungen aus. 2 shows the already in 1 illustrated operating device 1 in the same schematic sectional view, wherein present a state during an operating action, in which by an operator, a force on the operating device 1 exercised is shown. The force exerted by the operator leads to a deformation of the surface element 2 perpendicular to its main plane of extension in the direction of the base element 3 and thus also to a deformation of the directly and / or indirectly in the region of the recess 5 on the surface element 2 arranged components. Specifically, the deformation of the surface element affects 2 on the first electrode 10 , the piezoelectric element 9 and the membrane 6 in the form of respective deformations.

Durch diesen Vorgang verringert sich der Abstand der Membran 6, welche auch hier als zweite beziehungsweise mittlere Elektrode 11 ausgebildet ist, zu der dritten Elektrode 12. Dies führt zu einer durch die Einrichtung 13 erfass- und auswertbaren Kapazitätsveränderung zwischen der Membran 6 und der dritten Elektrode 12. Durch eine von der Einrichtung 13 erfasste Kapazitätsänderung kann also zunächst auf eine auf die Membran 6 wirkende Kraft geschlossen werden, wobei selbstverständlich das Vorzeichen der Kapazitätsänderung zu beachten ist, um eine Verringerung oder Vergrößerung des Abstandes zwischen der Membran 6 und der dritten Elektrode 12 korrekt zu interpretieren. Eine typische Verringerung des Abstandes zwischen der Membran 6 und der dritten Elektrode 12 liegt dabei im Bereich bis 100 μm.This process reduces the distance of the membrane 6 , which also here as second or middle electrode 11 is formed, to the third electrode 12 , This leads to a through the device 13 Detectable and evaluable capacity change between the membrane 6 and the third electrode 12 , By one of the device 13 detected capacitance change can therefore first on one on the membrane 6 acting force, of course, the sign of the capacitance change is to pay attention to a reduction or increase in the distance between the membrane 6 and the third electrode 12 to interpret correctly. A typical reduction in the distance between the membrane 6 and the third electrode 12 lies in the range up to 100 microns.

Bei der Auswertung einer gemessenen Kapazitätsveränderung kann es zweckmäßig sein, einen oder mehrere Schwellwerte festzulegen. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass eine gemessene Kapazitätsveränderung erst bei Überschreiten eines ersten Schwellwertes als beabsichtigte Bedienhandlung interpretiert und somit erst daraufhin eine der Bedienvorrichtung 1 zugeordnete Funktionalität ausgelöst wird. Damit können leichte oder unbeabsichtigte Berührungen des Oberflächenelementes 2, bei denen nur eine geringfügige Kraft auf das Oberflächenelement 2 ausgeübt wird von einer planvollen und beabsichtigten Bedienhandlung unterschieden werden, sodass es nicht zu einem unbeabsichtigten Auslösen einer der Bedienvorrichtung 1 zugeordneten Funktionalität kommt.When evaluating a measured capacitance change, it may be appropriate to set one or more thresholds. Thus, it can be provided, for example, that a measured change in capacitance is interpreted as intended operator action only when a first threshold value is exceeded, and thus only one of the operating device is subsequently interpreted 1 associated functionality is triggered. This can be light or unintentional touches of the surface element 2 in which only a slight force is applied to the surface element 2 is exercised to be distinguished from a planned and intended operating action, so that it does not lead to an unintentional triggering of the operating device 1 assigned functionality comes.

Durch das Festlegen weiterer Schwellwerte können gegebenenfalls verschiedene funktionale Abstufungen beziehungsweise verschieden Funktionalitäten gesteuert werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, bei Überschreiten eines festgelegten Schwellwertes der Kapazitätsänderung beziehungsweise auch bei anliegen einer größeren Kraft als zum Erreichen des entsprechenden Schwellwertes des Kapazitätsveränderung notwendig ist, mittels des Piezoaktuators ein spezielles haptisches Signal zu erzeugen und somit einer Bedienperson ein gezieltes und gegebenenfalls an die aufgewendete Kraft angepasstes Signal oder auch eine bestimmte Sinneswahrnehmung zu vermitteln.By setting further threshold values, different functional gradations or different functionalities can optionally be controlled. Alternatively or additionally, it may be provided that, when a defined threshold value of the capacitance change is exceeded or even greater than that required to achieve the corresponding threshold value of the capacitance change, it is necessary to generate a special haptic signal by means of the piezoactuator and thus selectively and optionally to an operator to convey the applied force adapted signal or even a certain sensory perception.

3 zeigt ebenfalls die bereits in 1 und 2 dargestellte Bedienvorrichtung 1 in der gleichen schematischen Schnittansicht, wobei hier ein Zustand dargestellt ist, bei dem der aus dem Piezoelement 9, der ersten Elektrode 10 und der Membran 6 gebildete Piezoaktuator durch Anlegen einer Erregerspannung an die erste Elektrode 10 und die als Elektrode ausgebildete Membran 6 aktiviert ist. Konkret dargestellt ist die Situation, dass durch die angelegte Erregerspannung eine Aufwölbung der Membran 6, das heißt eine Verformung senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsebene in Richtung des Oberflächenelementes 2 und damit von dem Basiselement 3 weg erzeugt wird, was auch durch einen Pfeil angedeutet ist. Durch die Verformung der Membran 6 wird auch zumindest mittelbar eine entsprechende Verformung des Oberflächenelementes 2 hervorgerufen, welche von einer Bedienperson in Form eines haptischen Signals an dem Oberflächenelement 2 wahrnehmbar ist. Eine für diesen Zweck geeignete Verformung kann beispielsweise in einem Bereich von 20 μm bis 100 μm liegen und z. B. 50 μm betragen. 3 also shows the already in 1 and 2 illustrated operating device 1 in the same schematic sectional view, wherein here a state is shown, in which the from the piezoelectric element 9 , the first electrode 10 and the membrane 6 formed piezoelectric actuator by applying an excitation voltage to the first electrode 10 and the electrode formed as a membrane 6 is activated. Specifically, the situation is shown that by the applied excitation voltage bulging of the membrane 6 that is a deformation perpendicular to its main plane of extension in the direction of the surface element 2 and thus of the base element 3 is generated away, which is also indicated by an arrow. By the deformation of the membrane 6 is also at least indirectly a corresponding deformation of the surface element 2 caused by an operator in the form of a haptic signal on the surface element 2 is perceptible. A suitable for this purpose deformation may for example be in a range of 20 microns to 100 microns and z. B. 50 microns.

Unabhängig von der konkret gewählten Ausführungsform und der in den Figuren gezeigten Darstellung sind weitere Variationen der vorliegenden Erfindung denkbar, auf die im folgenden eingegangen wird.Regardless of the specific embodiment selected and the representation shown in the figures, further variations of the present invention are conceivable, which will be discussed in the following.

Die Ausnehmung 5 kann vollständig mit Luft gefüllt sein, was insbesondere deshalb vorteilhaft ist, weil dazu keine besonderen Anforderungen an den Herstellungsprozess und gegebenenfalls eine Abdichtung der Ausnehmung 5 gestellt werden. Zudem ist somit eine weitgehende Temperaturunabhängigkeit der Kapazität zwischen der Membran 6 und der dritten Elektrode 12 gegeben. Um jedoch unerwünschte Einflüsse einer wechselnden Luftfeuchtigkeit in der Ausnehmung 5 zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, die Ausnehmung 5 gezielt abzudichten und/oder die in der Ausnehmung 5 angeordneten Bauteile, insbesondere die Membran 6 und die dritte Elektrode 12 möglichst luft- beziehungsweise feuchtigkeitsdicht gegenüber der Ausnehmung 5 abzudichten. Denkbar ist für diesen Zweck beispielsweise die in der Ausnehmung 5 angeordneten Bauteile zumindest teilweise mit jeweiligen zusätzlichen Membranen oder Folien abzudecken beziehungsweise zu umhüllen. Es ist jedoch auch denkbar, wenngleich mit einem höheren Aufwand verbunden, in den Bereich der Ausnehmung 5 einen Messfühler für die Luftfeuchtigkeit einzubringen und die jeweils aktuellen ermittelten Werte der Luftfeuchtigkeit bei der Auswertung der gemessenen Kapazität beziehungsweise Kapazitätsänderung zu berücksichtigen.The recess 5 can be completely filled with air, which is particularly advantageous because there are no special demands on the manufacturing process and optionally a seal of the recess 5 be put. In addition, therefore, a substantial temperature independence of the capacitance between the membrane 6 and the third electrode 12 given. However, to unwanted influences of changing humidity in the recess 5 To avoid it may be appropriate to the recess 5 selectively seal and / or in the recess 5 arranged components, in particular the membrane 6 and the third electrode 12 preferably air or moisture-proof with respect to the recess 5 seal. It is conceivable for this purpose, for example, in the recess 5 arranged components to cover at least partially with respective additional membranes or films or envelop. However, it is also conceivable, although associated with a higher cost, in the region of the recess 5 to introduce a sensor for the humidity and to take into account the currently determined values of the humidity in the evaluation of the measured capacity or capacity change.

Alternativ kann das Problem unerwünschter Feuchtigkeits- beziehungsweise Luftfeuchtigkeitseinflüsse dadurch vermieden werden, dass die Ausnehmung 5 mit einem weichen Elastomer ausgefüllt wird. Ein solches Elastomer kann sowohl die Membran 6 als auch die dritte Elektrode 12 gegenüber unerwünschten äußeren Einflüssen isolieren. Um die volle Funktionalität der Bedienvorrichtung 1 aufrecht zu erhalten, muss das Elastomer so gewählt werden, dass es einer Verformung der Membran 6 keinen signifikanten Widerstand entgegen setzt.Alternatively, the problem of unwanted moisture or humidity influences can be avoided by the recess 5 filled with a soft elastomer. Such an elastomer may be both the membrane 6 as well as the third electrode 12 Insulate against unwanted external influences. For the full functionality of the control device 1 To maintain the elastomer must be chosen so that there is a deformation of the membrane 6 no significant resistance.

Es kann dabei auch eine nur teilweise Füllung der Ausnehmung 5 mit Luft und/oder einem Elastomer vorgesehen sein. Beispielweise könnte nur in den unmittelbaren Nahbereichen der Membran 6 und/oder der dritten Elektrode 12 ein Elastomer vorgesehen sein, während der übrige Teil der Ausnehmung 5 mit Luft gefüllt ist. It may also be a partial filling of the recess 5 be provided with air and / or an elastomer. For example, only in the immediate vicinity of the membrane could 6 and / or the third electrode 12 an elastomer may be provided while the remainder of the recess 5 filled with air.

Die Bestimmung der von einer Bedienperson aufgebrachten Kraft kann nicht nur über eine Kapazitätsmessung erfolgen, es ist alternativ oder zusätzlich auch eine Anordnung eines oder mehrerer Dehnungsmessstreifen an der Membran 6 denkbar. Bei einer Verformung der Membran 6 verformen sich dann auch die daran angebrachten Dehnungsmessstreifen, was zu einer entsprechenden Widerstandsänderung der Dehnungsmessstreifen führt, welche wiederum beispielsweise auch von der Einrichtung 13 ausgewertet werden kann, um auf diesem Wege die auf die Bedienvorrichtung 1 einwirkende Kraft zu bestimmen. Mehrere sinnvoll angeordnete Dehnungsmessstreifen bieten gegenüber einem einzelnen Dehnungsmessstreifen dabei Vorteile bezüglich der Präzision und/oder der Geschwindigkeit einer entsprechenden Messung. Bei Verwendung von vier Dehnungsmessstreifen kann beispielsweise das Prinzip einer Wheatstoneschen Messbrücke angewendet werden.The determination of the force applied by an operator can not only take place via a capacitance measurement, it is alternatively or additionally also an arrangement of one or more strain gauges on the membrane 6 conceivable. At a deformation of the membrane 6 then deform the strain gauges attached thereto, which leads to a corresponding change in resistance of the strain gauges, which in turn, for example, from the device 13 can be evaluated to this way on the operating device 1 determine acting force. Several appropriately arranged strain gauges offer advantages over a single strain gauge in terms of precision and / or the speed of a corresponding measurement. When using four strain gauges, for example, the principle of a Wheatstone bridge can be used.

Eine weitere Alternative zur Bestimmung einer auf die Bedienvorrichtung 1 einwirkenden Kraft besteht in einer induktiven Messung des Abstandes der Membran 6 von einem Referenzelement. Eine solche induktive Abstandsmessung lässt sich beispielsweise mittels eines induktiven Näherungsschalters realisieren, dessen wesentliche Bestandteile beispielsweise anstelle der dritten Elektrode 12 an dem Basiselement 3 in der Ausnehmung 5 angeordnet sein und als Referenzelement für die Bestimmung des Abstandes zu der Membran 6 dienen können. Auch in diesem Fall kann eine entsprechende Spannungsversorgung durch das Bordnetz des Kraftwagens und eine Auswertung und Steuerung durch die Einrichtung 13 und eine entsprechende Verbindung über eine Kontaktierung 14 erfolgen.Another alternative for determining a on the operating device 1 acting force consists in an inductive measurement of the distance of the membrane 6 from a reference element. Such an inductive distance measurement can be realized for example by means of an inductive proximity switch whose essential components, for example, instead of the third electrode 12 on the base element 3 in the recess 5 be arranged and as a reference element for the determination of the distance to the membrane 6 can serve. Also in this case, a corresponding power supply through the electrical system of the motor vehicle and an evaluation and control by the device 13 and a corresponding connection via a contact 14 respectively.

Um neben der haptischen Komponente eine weitere Dimension beziehungsweise einen weiteren Kanal für Signale oder für eine Informationsvermittlung an eine Bedienperson bereitzustellen, kann als Teil der Bedienvorrichtung 1 ein Lichtleiter vorgesehen werden. Ein solcher Lichtleiter kann dabei insbesondere im Bereich des Piezoaktuators beziehungsweise im haptisch aktiven Bereich der Bedienvorrichtung 1 vorgesehen und dort beispielsweise unmittelbar an der dem Basiselement 3 zugewandten Seite des Oberflächenelementes 2 angeordnet sein. Um in einen solchen Lichtleiter eingekoppeltes Licht für eine Bedienperson wahrnehmbar zu machen, kann das Oberflächenelement 2 insbesondere im Bereich des Lichtleiters beispielsweise transparent oder halbtransparent gestaltet werden oder mit entsprechend geformten Ausnehmungen versehen sein. Eine halbtransparente Gestaltung lässt sich beispielsweise durch eine entsprechend ausgelegte PVD- oder Lackbeschichtung erzielen, während gegebenenfalls in dem Oberflächenelement 2 vorgesehene Ausnehmungen entweder von dem Material des Lichtleiters selbst oder von einem weiteren transparenten oder halbtransparenten Material ausgefüllt sein können.In order to provide a further dimension or a further channel for signals or for an information transmission to an operator in addition to the haptic component, can be used as part of the operating device 1 a light guide can be provided. Such a light guide can in particular in the region of the piezo actuator or in the haptically active region of the operating device 1 provided and there, for example, directly to the base element 3 facing side of the surface element 2 be arranged. In order to make perceived in a light guide such coupled light for an operator, the surface element 2 in particular in the region of the light guide, for example, be made transparent or semitransparent or be provided with correspondingly shaped recesses. A semi-transparent design can be achieved for example by a suitably designed PVD or lacquer coating, while optionally in the surface element 2 provided recesses can be filled either by the material of the light guide itself or by another transparent or semitransparent material.

Der Lichtleiter beziehungsweise entsprechende Ausnehmungen oder transparente beziehungsweise halbtransparente Bereiche des Oberflächenelementes 2 können beispielsweise entsprechend einer der Bedieneinrichtung 1 zugeordneten Funktionalität gestaltet sein, sodass beispielsweise über eine jeweils ein- beziehungsweise ausgeschaltete Beleuchtung ein korrespondierender Ein- beziehungsweise Ausschaltzustand der entsprechenden Funktionalität auf einfache und intuitive Weise einer Bedienperson vermittelt werden kann. Weiterhin ist es denkbar, beispielsweise über die Stärke oder Farbe einer Beleuchtung zusätzliche Informationen oder eine weitere Rückmeldung während eines Bedienvorganges zu signalisieren beziehungsweise zu vermitteln.The light guide or corresponding recesses or transparent or semitransparent areas of the surface element 2 For example, according to one of the operating device 1 be designed assigned functionality, so that for example via a respective on or off lighting a corresponding on or off state of the corresponding functionality in a simple and intuitive way an operator can be taught. Furthermore, it is conceivable to signal or convey additional information or further feedback during an operating process, for example via the intensity or color of a lighting.

Bei einem Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Signals mittels einer Bedienvorrichtung der oben beschriebenen Art wird bei Anlegen einer Erregerspannung an zumindest zwei der Elektroden – hier beispielsweise an die Elektroden 10, 11 – eine Verformung beziehungsweise Längenänderung des Piezoelementes 9 hervorgerufen und dadurch die Membran 6 gekrümmt. Dies erzeugt das haptische Signal an dem Oberflächenelement 2.In a method for generating a haptic signal by means of an operating device of the type described above, upon application of an excitation voltage to at least two of the electrodes - here, for example, to the electrodes 10 . 11 - A deformation or change in length of the piezoelectric element 9 caused and thereby the membrane 6 curved. This creates the haptic signal on the surface element 2 ,

Durch eine gezielte und entsprechend angepasste Steuerung der Erregerspannung kann die hervorgerufene Verformung gesteuert werden, sodass unterschiedliche und auch von einer Bedienperson unterschiedlich wahrgenommene haptische Signale erzeugt werden können. Damit lassen sich gezielt unterschiedliche Informationen und Rückmeldungen an eine Bedienperson vermitteln. So kann neben einem einzelnen haptischen Impuls auch eine gegebenenfalls dauerhaft aufrechterhaltene Vibration erzeugt werden, wodurch es einer Bedienperson beispielsweise ermöglicht wird, die Position der Bedienvorrichtung 1 ausschließlich unter Verwendung des Tastsinnes, das heißt insbesondere ohne den Blick vom Verkehrsgeschehen abzuwenden, zu ermitteln.By a targeted and appropriately adjusted control of the excitation voltage, the induced deformation can be controlled, so that different and also perceived by an operator differently perceived haptic signals can be generated. This can be targeted to convey different information and feedback to an operator. Thus, in addition to a single haptic pulse, an optionally permanently maintained vibration can also be generated, thus enabling an operator, for example, to adjust the position of the operating device 1 exclusively using the sense of touch, that is to say in particular without averting the view from the traffic situation.

Eine bevorzugte Steuerung des haptischen Signals besteht darin, bei Überschreiten eines festgelegten Schwellwertes der Kapazitätsänderung ein gezieltes haptisches Signal zu erzeugen, welches einer Bedienperson den Eindruck beziehungsweise die Wahrnehmung vermittelt, einen herkömmlichen mechanischen Schalter oder eine Taste betätigt zu haben.A preferred control of the haptic signal is to generate a targeted haptic signal when exceeding a specified threshold of capacitance change, which gives an impression to the operator or the Perception senses having operated a conventional mechanical switch or button.

Für ein solches Verfahren können auch alle bisher beschriebenen Weiterbildungen und Varianten der Bedienvorrichtung 1 einschließlich der Einrichtung 13 zur Spannungsversorgung, Auswertung und Steuerung verwendet werden.For such a method can also all previously described developments and variants of the operating device 1 including the facility 13 be used for power supply, evaluation and control.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2013/0021087 A1 [0002] US 2013/0021087 A1 [0002]
  • WO 2010/079151 A1 [0003] WO 2010/079151 A1 [0003]
  • EP 2323015 A2 [0004] EP 2323015 A2 [0004]

Claims (10)

Bedienvorrichtung (1) für einen Kraftwagen, mit einem Oberflächenelement (2), einem Basiselement (3) und wenigstens einem dazwischen angeordneten, eine Ausnehmung (5) aufweisenden Zwischenelement (4) sowie mehreren Elektroden (10, 11, 12), dadurch gekennzeichnet, dass auf einer die Ausnehmung (5) überdeckenden Membran (6) ein Piezoelement (9) angeordnet und dazu eingerichtet ist, bei Anlegen einer Erregerspannung an zumindest zwei der Elektroden (10, 11) die Membran (6) zu krümmen und dadurch zumindest ein haptisches Signal an dem Oberflächenelement (2) zu erzeugen.Operating device ( 1 ) for a motor vehicle, having a surface element ( 2 ), a base element ( 3 ) and at least one interposed therebetween, a recess ( 5 ) intermediate element ( 4 ) as well as several electrodes ( 10 . 11 . 12 ), characterized in that on one the recess ( 5 ) covering membrane ( 6 ) a piezo element ( 9 ) is arranged and adapted to apply upon application of an excitation voltage to at least two of the electrodes ( 10 . 11 ) the membrane ( 6 ) and thereby at least one haptic signal on the surface element ( 2 ) to create. Bedienvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erfassungseinrichtung vorgesehen ist zur Messung einer Kapazität und/oder einer Kapazitätsänderung zwischen zwei der Elektroden (11, 12), wobei eine dieser beiden Elektroden (11) durch die Membran (6) gebildet ist und die zweite dieser beiden Elektroden (12) durch eine auf einer der Membran (6) gegenüberliegenden Seite der Ausnehmung (5) angeordnete Elektrode (12) gebildet ist und wobei sich die Kapazität in Abhängigkeit von einer senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Membran (6) auf die Membran (6) wirkenden Kraftkomponente einstellt.Operating device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a detection device is provided for measuring a capacitance and / or a capacitance change between two of the electrodes ( 11 . 12 ), one of these two electrodes ( 11 ) through the membrane ( 6 ) and the second of these two electrodes ( 12 ) through one on one of the membrane ( 6 ) opposite side of the recess ( 5 ) arranged electrode ( 12 ) and wherein the capacitance is dependent on a plane perpendicular to a main plane of extension of the membrane ( 6 ) on the membrane ( 6 ) adjusts the force component. Bedienvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Membran (6) zumindest ein Dehnungsmessstreifen zur Bestimmung einer senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Membran (6) auf die Membran (6) wirkenden Kraftkomponente angeordnet ist.Operating device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that on the membrane ( 6 ) at least one strain gauge for determining a perpendicular to a main plane of extension of the membrane ( 6 ) on the membrane ( 6 ) acting force component is arranged. Bedienvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausnehmung (5) eine Einrichtung zur induktiven Abstandsmessung eines Abstandes der Membran (6) von einem Referenzelement dieser Einrichtung angeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, eine senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Membran (6) auf die Membran (6) wirkende Kraftkomponente zu bestimmen.Operating device ( 1 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that in the recess ( 5 ) means for inductive distance measurement of a distance of the membrane ( 6 ) is arranged by a reference element of this device, which is adapted to a perpendicular to a main plane of extension of the membrane ( 6 ) on the membrane ( 6 ) to determine acting force component. Bedienvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienvorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, ein haptisches Signal zu erzeugen, wenn der Betrag der senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Membran (6) auf die Membran (6) wirkenden Kraftkomponente einen festgelegten Grenzwert überschreitet.Operating device ( 1 ) according to one of claims 2 to 4, characterized in that the operating device ( 1 ) is adapted to generate a haptic signal when the amount of perpendicular to a main plane of extension of the membrane ( 6 ) on the membrane ( 6 ) force component exceeds a predetermined limit. Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Elektroden (10) zum Anlegen der Erregerspannung unmittelbar an dem Piezoelement (9) zwischen diesem und dem Oberflächenelement (2) angeordnet ist.Operating device according to one of the preceding claims, characterized in that one of the electrodes ( 10 ) for applying the excitation voltage directly to the piezoelectric element ( 9 ) between this and the surface element ( 2 ) is arranged. Bedienvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (6) eine der Elektroden (11) zum Anlegen der Erregerspannung bildet.Operating device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane ( 6 ) one of the electrodes ( 11 ) for applying the excitation voltage forms. Bedienvorrichtung (1) nach einem Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (5) des Zwischenelementes (4) mit Luft und/oder einem Elastomer gefüllt ist.Operating device ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the recess ( 5 ) of the intermediate element ( 4 ) is filled with air and / or an elastomer. Bedienvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Oberflächenelement (2) und dem Piezoelement (9) ein Lichtleiter angeordnet und das Oberflächenelement (2) im Bereich des Lichtleiters zumindest teilweise lichtdurchlässig ist und/oder wenigstens eine Ausnehmung aufweist.Operating device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that between the surface element ( 2 ) and the piezo element ( 9 ) arranged a light guide and the surface element ( 2 ) is at least partially translucent in the region of the optical waveguide and / or has at least one recess. Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Signals, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Bedienvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche bei Anlegen einer Erregerspannung an zumindest zwei der Elektroden (10, 11) die Membran (6) gekrümmt und dadurch das haptisches Signal an dem Oberflächenelement (2) erzeugt wird.Method for generating a haptic signal, characterized in that by means of an operating device ( 1 ) according to one of the preceding claims when applying an excitation voltage to at least two of the electrodes ( 10 . 11 ) the membrane ( 6 ) and thereby the haptic signal on the surface element ( 2 ) is produced.
DE102015015417.6A 2015-11-27 2015-11-27 Operating device for a motor vehicle and method for generating a haptic signal Pending DE102015015417A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015015417.6A DE102015015417A1 (en) 2015-11-27 2015-11-27 Operating device for a motor vehicle and method for generating a haptic signal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015015417.6A DE102015015417A1 (en) 2015-11-27 2015-11-27 Operating device for a motor vehicle and method for generating a haptic signal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015015417A1 true DE102015015417A1 (en) 2017-06-01

Family

ID=58692715

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015015417.6A Pending DE102015015417A1 (en) 2015-11-27 2015-11-27 Operating device for a motor vehicle and method for generating a haptic signal

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102015015417A1 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017221121A1 (en) 2017-11-27 2019-05-29 Volkswagen Aktiengesellschaft Method for controlling an operating device for a motor vehicle and operating device
DE102018218224A1 (en) 2018-10-24 2020-04-30 Audi Ag Actuator for a motor vehicle
WO2020212008A1 (en) * 2019-04-15 2020-10-22 Preh Gmbh Input assembly with active haptic feedback and backlit display region
CN112537201A (en) * 2019-09-20 2021-03-23 法雷奥开关和传感器有限责任公司 Operation input device and steering input device
WO2021104963A1 (en) * 2019-11-25 2021-06-03 Lisa Dräxlmaier GmbH Functional interior fitting part for a motor vehicle, and method for producing such a functional interior fitting part
DE102020113233A1 (en) 2020-05-15 2021-11-18 Preh Gmbh Control element
DE102021130788B3 (en) 2021-11-24 2023-02-23 Tdk Electronics Ag haptic device
DE102021132388A1 (en) 2021-12-09 2023-06-15 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Input device for a motor vehicle
DE102021214257A1 (en) 2021-12-13 2023-06-15 Faurecia Innenraum Systeme Gmbh Vehicle interior paneling element with haptic feedback function

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010079151A1 (en) 2009-01-06 2010-07-15 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Device for converting mechanical energy into electric energy using at least one piezoelectric transducer
EP2323015A2 (en) 2009-11-11 2011-05-18 Renesas Electronics Corporation Manual control device with power generation function and remote control device with power generation function
US20120274599A1 (en) * 2011-04-26 2012-11-01 Synaptics Incorporated Input device with force sensing and haptic response
US20130021087A1 (en) 2010-02-08 2013-01-24 Optotune Ag Input device with elastic membrane

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010079151A1 (en) 2009-01-06 2010-07-15 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Device for converting mechanical energy into electric energy using at least one piezoelectric transducer
EP2323015A2 (en) 2009-11-11 2011-05-18 Renesas Electronics Corporation Manual control device with power generation function and remote control device with power generation function
US20130021087A1 (en) 2010-02-08 2013-01-24 Optotune Ag Input device with elastic membrane
US20120274599A1 (en) * 2011-04-26 2012-11-01 Synaptics Incorporated Input device with force sensing and haptic response

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3496124A1 (en) * 2017-11-27 2019-06-12 Volkswagen Aktiengesellschaft Method for controlling an operating device for a motor vehicle and operating device
US10528142B2 (en) 2017-11-27 2020-01-07 Volkswagen Aktiengesellschaft Method for controlling an operating device for a transportation vehicle and operating device
DE102017221121A1 (en) 2017-11-27 2019-05-29 Volkswagen Aktiengesellschaft Method for controlling an operating device for a motor vehicle and operating device
DE102018218224A1 (en) 2018-10-24 2020-04-30 Audi Ag Actuator for a motor vehicle
WO2020212008A1 (en) * 2019-04-15 2020-10-22 Preh Gmbh Input assembly with active haptic feedback and backlit display region
CN113557160A (en) * 2019-04-15 2021-10-26 普瑞有限公司 Input device with active tactile feedback and backlit display area
CN113557160B (en) * 2019-04-15 2024-07-09 普瑞有限公司 Input device with active tactile feedback and backlit display area
CN112537201B (en) * 2019-09-20 2024-05-28 法雷奥开关和传感器有限责任公司 Operation input device and steering input device
CN112537201A (en) * 2019-09-20 2021-03-23 法雷奥开关和传感器有限责任公司 Operation input device and steering input device
WO2021104963A1 (en) * 2019-11-25 2021-06-03 Lisa Dräxlmaier GmbH Functional interior fitting part for a motor vehicle, and method for producing such a functional interior fitting part
DE102020113233A1 (en) 2020-05-15 2021-11-18 Preh Gmbh Control element
DE102021130788B3 (en) 2021-11-24 2023-02-23 Tdk Electronics Ag haptic device
DE102021132388A1 (en) 2021-12-09 2023-06-15 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Input device for a motor vehicle
DE102021214257A1 (en) 2021-12-13 2023-06-15 Faurecia Innenraum Systeme Gmbh Vehicle interior paneling element with haptic feedback function

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015015417A1 (en) Operating device for a motor vehicle and method for generating a haptic signal
EP2033313B1 (en) Anti-pinch sensor
DE102008033369A1 (en) Operating device for an electrical appliance and evaluation method for this operating device
WO2002003042A1 (en) Piezoelectric sensor
WO2007023168A1 (en) Pressure sensor for hydraulic media in motor vehicle braking systems and use thereof
DE102008035498A1 (en) Tire module with piezosensitive sensor
EP1711746B1 (en) Operating device for an electrical appliance having a control panel and subjacent sensor element
DE102011085329A1 (en) Optical pressure sensor for use in motor vehicle brake system, has bulged membrane which reflects optical radiation, where increased membrane bulging increases reflection bulging
EP2915256B1 (en) Input device and method for generating a control signal
DE102005002523B4 (en) Device for measuring the force in brake actuators
DE10130507B4 (en) Air spring with a deformable sensor element
DE102016100306B4 (en) steering wheel
DE102018129049A1 (en) Input device for a motor vehicle with a movable input area for recognizing an input and a dashboard with such an input device
DE102018107884A1 (en) Operating device for operating at least one device of a motor vehicle, wherein an operation in dependence on two physical parameters is feasible, motor vehicle and method
WO2006114346A1 (en) Micromechanical pressure/force sensor and corresponding production method
AT504406B1 (en) MEASURING DEVICE
DE102009045158A1 (en) Sensor arrangement and method for producing a sensor arrangement
DE102006028118B4 (en) Brake system in a motor vehicle and a suitable sensor
DE19701704B4 (en) Device for indicating the level of a vehicle axle
DE102009012475A1 (en) Piezo switching element
EP3687792A1 (en) Vehicle window, vehicle, and method for producing same
DE102020123436A1 (en) actuator unit
DE102016124485A1 (en) Operating device with a first and a second capacitive measuring unit, motor vehicle, and method for operating an operating device
DE102016010971A1 (en) Input device with two-part force sensor for actuating input and method for its production
DE102011080114A1 (en) Detecting a deformation parameter of a piezoelectric bending transducer

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R084 Declaration of willingness to licence
R082 Change of representative

Representative=s name: HOFSTETTER, SCHURACK & PARTNER - PATENT- UND R, DE