DE102016014979A1

DE102016014979A1 - Bediensystern für ein Kraftfahrzeug, Interieurteil und Lenkrad mit Bediensystem

Info

Publication number: DE102016014979A1
Application number: DE102016014979.5A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Jörg Lefringhausen; Vladimir Mener; Norbert Staudt; Hans Jürgen Boßler; Volker Stegmann; Klaus Weigand
Original assignee: BCS Automotive Interface Solutions GmbH
Current assignee: BCS Automotive Interface Solutions GmbH
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2018-06-21
Also published as: EP3554879A1; WO2018108398A1; US20190310099A1; CN110139773A; DE102016014979A8

Abstract

Bei einem Bediensystem für ein Kraftfahrzeug, das eine Bedienfläche mit wenigstens einem Bedienbereich, der durch eine Symbolik auf der Bedienfläche angezeigt ist, eine Berührsensorik, mittels der eine Berührung des Bedienbereichs erfassbar ist, einen Antrieb zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung durch eine Bewegung der Bedienfläche, einen Antriebsrahmen, der den Antrieb mit der Bedienfläche kraftübertragend verbindet, und einen Bediensystemträger, relativ zu dem die Bedienfläche für die Erzeugung der haptischen Rückmeldung beweglich ist, umfasst, ist eine elastisch vorgespannte Lagerung zwischen dem Antriebsrahmen und dem Bediensystemträger vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bediensystem für ein Kraftfahrzeug zum Verbau im Fahrzeuginnenraum, sowie ein Interieurteil und ein Lenkrad mit einem solchen Bediensystem. Mit dem Bediensystem steuert ein Fahrer oder Fahrzeuginsasse Funktionen des Kraftfahrzeugs an oder stellt Vorgabewerte für die Systeme des Kraftfahrzeugs ein. Moderne Bediensysteme werden immer seltener als elektromechanische Schaltermodule mit deutlich spürbar beweglichen Tasten ausgeführt, sondern als berührempfindliche Systeme, die eine Fahrzeugfunktion auf eine Berührung hin aktivieren, ohne dass sich der berührte Bereich des Systems für den Bediener spürbar bewegt, wie dies Bediener von mit Touchpanels ausgestatteten Mobiltelefonen oder Tabletcomputern kennen.
Ein berührempfindliches Bediensystem für ein Kraftfahrzeug ist aus US 8,169,306 B2 bekannt. Das bekannte Bediensystem weist eine Bedienfläche mit mehreren durch Symbole gekennzeichneten Bedienfeldern zur Ansteuerung unterschiedlicher Fahrzeugfunktionen auf. Die Bedienfläche ist über in Erstreckungsrichtung der Bedienfläche flexible Arme an einer am Fahrzeug befestigbaren Grundplatte angebracht. An der Bedienfläche ist ein Haptikantrieb angeschraubt, der die Bedienfläche in eine parallele Bewegung relativ zur Grundplatte versetzt. Während des Betriebs des Haptikantriebs bewegen sich bei dem bekannten Bediensystem die Bedienfelder quer zur Sichtachse des Bedieners hin und her, so dass die Symbole, welche die Bedienfelder anzeigen, dem Bediener nicht mehr scharf gezeichnet erscheinen. Das vom Bediener wahrgenommene Gefühl der hin- und herschwingenden Bedienfläche erfüllt bei Bedienern, die häufig noch elektromechanische Schaltelemente gewohnt sind, nicht die Erwartung an eine Bestätigung, dass die gewünschte Fahrzeugfunktion aktiviert wurde. Das durch die schwingende Bedienfläche erzeugte, akustisch wahrnehmbare Virbrations- oder Summgeräusch wird bisweilen als störend empfunden. Schließlich fördert das Auslösen von Fahrzeugfunktionen durch bloßes Berühren einer Bedienfläche, die Ablenkung des Bedieners vom Verkehr, da es leicht zu einem versehentlichen Berühren kommt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden, insbesondere ein Bediensystem für ein Kraftfahrzeug, ein Interieurteil sowie ein Lenkrad mit einem Bediensystem bereitzustellen, die hohen ästhetischen, ergonomischen und haptischen Ansprüchen genügen sowie kostengünstig herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Bediensystem für ein Kraftfahrzeug eine Bedienfläche mit wenigstens einem Bedienbereich, der durch eine Symbolik auf der Bedienfläche angezeigt ist, eine Berührsensorik, mittels der eine Berührung des Bedienbereichs erfassbar ist, einen Antrieb zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung durch eine Bewegung der Bedienfläche, einen Antriebsrahmen, der den Antrieb mit der Bedienfläche kraftübertragend verbindet, und einen Bediensystemträger, relativ zu dem die Bedienfläche für die Erzeugung der haptischen Rückmeldung beweglich ist. Erfindungsgemäß ist eine elastisch vorgespannte Lagerung zwischen dem Antriebsrahmen und dem Bediensystemträger vorgesehen. Durch die Vorspannung kann eine möglichst spielfreie Positionierung der Komponenten zueinander erreicht werden, was zu einer höheren, monolithischen Qualitätsanmutung führt. Mit dem Aufbringen der Vorspannung sind zudem Bewegungen entgegen der Vorspannrichtung begrenzt. Damit federt und dämpft elastisch vorgespannte Lagerung die Bewegungen des Antriebs gegenüber dem am Fahrzeug montierten Bediensystemträger nicht linear. Die resultierende haptische Rückmeldung wird als satter Impuls und qualitativ hochwertig wahrgenommen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung begrenzt die elastisch vorgespannte Lagerung eine Bewegung des Antriebsrahmens entgegen der Betätigungsrichtung der Bedienfläche. Ein häufig als unangenehm empfundene Beschleunigung des Bediensystems in Reaktion auf den Berührdruck auf den Bedienerfinger zu, ist damit reduziert. Insbesondere ist die Bewegung der Bedienfläche entgegen der Betätigungsrichtung begrenzt, vorzugsweise auf die Neutralstellung im vorgespannten Zustand.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der Antriebsrahmen schwenkbar bezüglich wenigstens zweier Achsen an dem Bediensystemträger gelagert. Der Antriebsrahmen selbst ist bezogen auf die üblicherweise auf Bediensysteme wirkenden Bedienkräfte einschließlich einer Sicherheitsreserve starr ausgebildet. Insbesondere sind die Schwenkachsen durch die Einspannstellen des Antriebshalters an dem Bediensystemträger festgelegt. Insbesondere erhöht ein Verschwenken um eine der wenigstens zwei Achsen die Spannung der elastisch vorgespannten Lagerung. Die Erhöhung der Spannung auf die elastische Lagerung lässt sich mittels Sensorik auswerten und zur Plausibilisierung der Berührsensorik heranziehen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die elastisch vorgespannte Lagerung wenigstens ein zwischen dem Antriebsrahmen und dem Bediensystemträger vorkomprimiertes Federelement auf. Insbesondere ist das Federelement elektrisch leitfähig und/oder als Sensor einer Betätigungssensorik ausgebildet ist. Vorzugsweise sind mehrere Federelemente oder mehrere Teile der elastisch vorgespannten Lagerung als Sensoren ausgebildet und mit einer Auswerteelektronik des Bediensystems verbunden. Insbesondere weist die elastische Lagerung mehrere, mechanisch in Reihe oder parallel geschaltete Federelemente auf. Insbesondere sind nicht alle Federelemente elektrisch leitfähig. Insbesondere sind wenigstens zwei, vorzugsweise genau vier, elektrisch leitfähige Federelemente vorgesehen. Dadurch können eine wegarme Schwenkbewegung des Antriebsrahmens abgefedert und/oder eine auf die Bedienfläche aufgebrachte Betätigungskraft und deren Ort exakt bestimmt und/oder plausibilisiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Bediensystem für ein Kraftfahrzeug eine Bedienfläche mit mehreren, durch eine Symbolik auf der Bedienfläche angezeigten Bedienbereichen, eine den Bedienbereichen gemeinsame Lichtquelle, die betriebsgemäß die Symbolik beleuchtet, eine Berührsensorik, die betriebsgemäß eine Berührung der Bedienfläche in wenigstens einem der Bedienbereiche erfasst, eine Betätigungssensorik, die eine auf die Bedienfläche wirkenden Betätigungskraft erfasst, und einen Antrieb zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung durch eine Bewegung der Bedienfläche. Ein jeweiliger Bedienbereich ist zur Ansteuerung einer spezifischen Funktion des Kraftfahrzeugs oder dem Einstellen eines Vorgabewerts für Kraftfahrzeugsystem vorgesehen. Die den Bedienbereichen gemeinsame Lichtquelle übernimmt eine Beleuchtungsfunktion für eine Symbolik, die eine Anzeigefunktion für einen jeweiligen der Bedienbereiche hat. Insbesondere zeigt die Symbolik die jeweiligen Bedienbereiche an oder trennt sie voneinander ab. Vorzugsweise umfasst die Symbolik mehrere Symbole oder Teile einer Graphik, die durch die gemeinsame Lichtquelle hinterleuchtet werden. Insbesondere umfasst die Symbolik für einen oder mehrere Funktionsbereiche der Bedienfläche jeweils ein funktionsspezifisches Symbol. Die Symbolik umfasst in einer besonderen Ausführung eine hinterleuchtete Liniendarstellung, die einen Funktionsbereich von einem anderen Funktionsbereich abtrennt und somit mehrere Funktionsbereiche anzeigt.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung hinterleuchtet die gemeinsame Lichtquelle einen überwiegenden Teil, insbesondere wenigstens 50 %, vorzugsweise wenigstens 80% oder 90 %, der Bedienfläche hinterleuchtet. Insbesondere weist die Lichtquelle weniger elektrische Leuchtmittel als die Symbolik separat beleuchtete Symbole aufweist. Insbesondere weist das Bediensystem weniger Lichtquellen als beleuchtete Symbole auf, wobei die Ausleuchtung der Symbole homogen ist. Neben einer Reduzierung der Leuchtmittel und Kosten sind durch die großflächige Hinterleuchtung der Bedienfläche die Bedienbereiche und die Symbolik frei konfigurierbar. Eine Anpassung an verschiedene Ausstattungsvarianten ist somit auf Basis eines einzigen Basisbediensystems mit verringertem Änderungsaufwand möglich.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung erfasst die Betätigungssensorik eine auf die Bedienfläche wirkende Betätigungskraft ortsaufgelöst. Dazu sind mehrere Betätigungssensoren vorgesehen, die vorzugsweise in einem Triangulationsverfahren insbesondere unter Einbeziehung der Geometrie des Antriebsrahmens den Ort auf der Bedienfläche bestimmen, auf den die Betätigungs- oder Bedienkraft aufgebracht ist. Insbesondere wertet eine Auswerteelektronik oder ein Microcontroller die Signale der Betätigungssensorik aus. In einer Ausführung wertet der Microcontroller auch den zeitlichen Verlauf der von den Betätigungssensoren erfassten Kräfte aus.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung erzeugt das Bediensystem eine haptische Rückmeldung unabhängig von der Berührsensorik und/oder Betätigungssensorik. Insbesondere umfasst das Bediensystem eine Kommunikationsschnittstelle, insbesondere eine LIN-BUS Schnittstelle, über die dem Bediensystem ein Auslösebefehl für die haptische Rückmeldung mitgeteilt wird.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung erfasst die Betätigungssensorik die Auslösekraft zeitlich kontinuierlich. Insbesondere umfasst die Erfindung einen Microcontroller, der Signale der Betätigungssensorik kontinuierlich auswertet.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Betätigungskraftschwelle für die Aktivierung einer Fahrzeugfunktion frei programmierbar. Insbesondere ist die Schwelle parametrisch, also abhängig von anderen Fahrzeugparametern, zeitabhängig und/oder ortsabhängig bezüglich der Bedienfläche programmiert.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung plausibilisiert der Microcontroller ein von der Berührsensorik erfasstes Berühren der Bedienfläche insbesondere hinsichtlich dessen Vorhandenseins und/oder dessen Ort mit Hilfe der von der Betätigungssensorik erfassten Betätigungskraft, insbesondere mehrerer erfasster Betätigungskräfte, vorzugsweise in einem Triangulationsverfahren. Wenigstens bei einer Weiterbildung erhöht die Plausibilisierung das Automotive Safety Integrity Level (ASIL) und die funktionale Sicherheit des Bediensystems.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ermittelt die Betätigungssensorik aus einer Erhöhung der Spannung der elastisch vorgespannten Lagerung eine Betätigungskraft auf die Bedienfläche.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Betätigungssensorik höchstens n Sensoren zur Ortsbestimmung einer Betätigungskraft bezüglich wenigstens n+2 Bedienbereichen. Die Zahl n ist bei dieser besonderen Ausführungsform größer zwei. Insbesondere umfasst die Betätigungssensorik eine Auswerteelektronik, insbesondere einen Microcontroller, die abhängig von Messwertkombinationen der n Sensoren den mit der Betätigungskraft beaufschlagten Bedienbereich bestimmt.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wertet ein Microcontroller die Berührsensorik aus, um die Verteilung der mittels der Betätigungssensorik gemessenen Kräfte auf der Bedienfläche zu bestimmen und/oder zu plausibilisieren.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung bewegt sich die Bedienfläche relativ zum Bediensystemträger bis zu einem Mehrfachen einer vorbestimmten Betätigungskraft in Bedienrichtung für einen Bediener nicht spürbar. Insbesondere beträgt der Bewegungsweg weniger als 0,5 Millimeter, vorzugsweise weniger als 0,2 Millimeter. Vorzugsweise ist die Bedienfläche und/oder der die Bedienfläche tragende Antriebsrahmen insbesondere mit einer Fachwerkstruktur verstärkt und/oder aus einem starren oder unelastischen Material, wie Glas, ausgebildet, so dass keine Deformation der Bedienfläche bei deren Betätigung spürbar ist. Vorzugsweise sind alle Bedienbereiche der Bedienfläche in eine naht- und/oder fugenlose, dekorative Oberfläche integriert oder bildet die Bedienfläche eine derartige Oberfläche.
Bei einer Weiterbildung umfasst die haptische Rückmeldung eine Bewegung der Bedienfläche in Richtung der elastischen Vorspannung. Wenigstens eine Ausführung der Erfindung gewährleistet eine wegarme, insbesondere nicht spürbare und/oder nur messbare Betätigung einer Fahrzeugfunktion.
Die Erfindung betrifft auch ein Interieurteil, das eine dekorative Interieurfläche und ein erfindungsgemäßes Bediensystem umfasst, wobei die Bedienfläche des Bediensystems einen Teil der Interieurfläche bildet. Die Gruppe von Interieurteilen, bei denen das Bediensystem einsetzbar ist, umfasst Mittelkonsolen, Armaturentafeln, Fondsitze, Türverkleidungen oder beliebige Innenverkleidungsteile, wie Kofferraumauskleidungen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Bedienfläche und/oder die Lichtquelle einen optischen Filter, der die Symbolik von der übrigen Bedienfläche oder Interieurfläche optisch für den Bediener nicht unterscheidbar macht, wenn die gemeinsame Lichtquelle außer Betrieb ist.
Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Lenkrad mit einem erfindungsgemäßen Bediensystem.
Weitere Eigenschaften, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungen anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführung eines erfindungsgemäßen Bediensystems;
2 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführung eines erfindungsgemäßen Bediensystems;
3 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer dritten Ausführung eines erfindungsgemäßen Bediensystems;
4a eine schematische Oberansicht einer Lichtquelle eines erfindungsgemäßen Bediensystems;
4b eine schematische Schnittdarstellung durch eine Lichtquelle eines erfindungsgemäßen Bediensystems.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Bediensystem 10 gemäß der Erfindung. Das Bediensystem 10 baut auf einem verwindungssteifen Bediensystemträger 80 auf, der über nicht näher dargestellte Befestigungsstellen an einer Komponente eines Kraftfahrzeugs angebunden ist. An dem Bediensystemträger 80 ist eine elektrische Leiterplatte 92 starr befestigt. Auf der elektrischen Leiterplatte 92 ist eine elektrische Schaltung zur Ansteuerung eines Antriebs 40 sowie eine Lichtquelle 70 des Bediensystems 10, Auswertung einer Sensorik, insbesondere einer Berührsensorik 60, und Kommunikation mit anderen Systemen des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere umfasst die elektrische Schaltung eine Auswerteelektronik. Der Bediensystemträger 80 weist zwei diametral gegenüberliegende Durchgänge 82 auf, welche die dem Bediener zugewandte Seite mit der Leiterplattenseite verbinden. Jeweils konzentrisch zu einem jeweiligen Durchgang 82 sind auf der Leiterplatte 92 zwei Tellerfedern 94 angeordnet. In einer bevorzugten Ausführung sind die Tellerfedern 94 elektrisch leitend und Teil einer kapazitiven Betätigungssensorik 90. Insbesondere sind die Tellerfedern 94 metallisch oder aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff. Insbesondere bewegen sich die Tellerfedern 94 relativ zu auf der Leiterplatte aufgebrachten elektrischen Leiterbahnen und verändern dadurch ein zwischen einer jeweiligen Tellerfeder 94 und einem Abschnitt der Leiterbahnen erzeugtes elektrisches Feld.
An dem Bediensystemträger 80 ist ein den Antrieb 40 tragender Antriebsrahmen 30 geführt gelagert. Dazu erstrecken sich an dem Antriebsrahmen 30 angeformte Führungsstößel 32 durch die Durchgänge 82 in dem Bediensystemträger 80. Insbesondere sind die Führungsstößel 32 formkomplementär und/oder mit geringem, insbesondere weniger als 0,5 mm, vorzugsweise weniger als 0,2 mm, Spiel bezüglich des jeweiligen Durchgangs 82 ausgebildet. Die Führungsstößel 32 sind derart bemessen, dass die Tellerfedern 94 im unbetätigten Montagezustand des Bediensystems 10 elastisch vorkomprimiert sind.
Der Antriebsrahmen 30 ist relativ zum Bediensystemträger 80 zudem auf zwei Federelemente 34 abgestützt. Vom Antriebsrahmen 30 erstrecken sich Haltearme 36 hin zum Bediensystemträger 80. Die Haltearme 36 sind am Antriebsrahmen 30 insbesondere bezüglich einer geometrischen Mitte des Bediensystems diametral gegenüberliegend angeordnet und greifen formschlüssig in den Bediensystemträger 80 ein. Insbesondere bezüglich der durch den Antrieb 40 auf das Bediensystem 10 wirkenden Kräfte sind die Haltearme 36 starr. Die Haltearme 36 sind derart am Antriebsrahmen 30 angeordnet und dimensioniert, dass die Federelemente 34 im unbetätigten Montagezustand des Bediensystems 10 zwischen dem Antriebsrahmen 30 und dem Bediensystemträger 80 elastisch komprimiert sind. Eine nicht in Betätigungsrichtung erfolgende Bewegung des Antriebsrahmens 30 bezüglich des Bediensystemträgers 80 wird durch die Haltearme 36 blockiert. Die Haltearme 36 sind bezüglich des Bediensystemträgers 80 quer zur Kompressionsrichtung der Federelemente 34 mit geringem, insbesondere weniger als 0,5 mm, vorzugsweise weniger als 0,2 mm, Spiel ausgebildet, um eine geringfügige Schwenkbewegung des Antriebsrahmens 30 relativ zum Bediensystemträger 80 zuzulassen. Die Schwenkachsen sind durch die Eingriffsstellen der Haltearme 36 am Bediensystemträger 80 festgelegt.
Der Antriebsrahmen 30 umfasst eine Aufnahme für einen modular mit dem Antriebsrahmen 30 verbindbaren Antriebshalter 42. Insbesondere umgreift der Antriebshalter 42 den Antrieb 40 von wenigstens drei Seiten. Vorzugsweise ist der Antriebshalter 42 als 2-Komponenten-Spritzgussteil ausgebildet, das eine formstabile, vorzugsweise bezüglich der Antriebskräfte starre Hartkomponente 44 und eine elastisch dämpfende Weichkomponente 46, wie ein Elastomer oder silikonhaltiges Material umfasst. Vorzugsweise ist der Antriebshalter 42 als C-förmige Klammer ausgebildet, wobei der Antrieb 40 zwischen den Schenkeln der Klammer reibschlüssig in der Weichkomponente eingefasst ist.
Das Bediensystem 10 umfasst eine Bedienfläche 20, die an dem Antriebsrahmen 30 abgestützt ist. Im Betriebszustand ist auf der Bedienfläche 20 eine beleuchtete Symbolik erkennbar, die dem Bediener wenigstens einen Bedienbereich 22 anzeigt. Die Symbolik besteht aus einem oder mehreren Symbolen. Auf der dem Bediener abgewandten Seite der Bedienfläche 20 ist eine Lichtquelle 70 angeordnet. Ein Symbol kann durch eine Öffnung 72 in einer die Lichtquelle 70 von der Bedienfläche 20 optisch trennenden Schattenmaske gebildet sein, so dass die Lichtquelle das Symbol durchleuchtet. Zwischen der Schattenmaske und der Bedienfläche 20 kann zudem eine Schicht mit optischer Wirkung, wie ein Polarisationsfilter, vorgesehen sein, der die Öffnung 72 in der Schattenmaske 74 für einen Bediener unsichtbar macht, wenn die Lichtquelle 70 außer Betrieb ist.
Die Bedienfläche 20 ist vorzugsweise bezüglich üblicher Betätigungskräfte, wie z.B. kleiner gleich 50 Newton, formstabil und nicht deformierbar ausgestaltet. Insbesondere ist die Bedienfläche 20 aus einem mit einer Dekorschicht versehenen Kunststoff oder Glas gebildet. Hinter der Bedienfläche 20 ist eine Berührsensorik 60 angeordnet, die eine Berührung der Bedienfläche 20 in einem der Bedienbereiche 22 erfasst. Die Berührsensorik 60 ist beispielsweise eine kapazitive Sensorfolie. Insbesondere erstreckt sich die Berührsensorik 60 und/oder die Lichtquelle 70 über wenigstens 50 %, vorzugsweise wenigstens 80 %, vorzugsweise wenigstens 95 % der sichtbaren Bedienfläche 20.
Die Lichtquelle 70 ist im Detail in den 4A und 4B schematisch dargestellt. Die Lichtquelle 70 umfasst als Hauptleuchtmittel eine LED-Leiste 178 mit mehreren LEDs 176. Vom Hauptleuchtmittel erstreckt sich einseitig ein Flächenlichtleiter 172 weg, vorzugsweise entlang der gesamten Bedienfläche 20. In einem dem Hauptleuchtmittel fernen, zentralen Bereich des Flächenlichtleiters 172 ist eine Ausnehmung vorgesehen. In der Ausnehmung ist ein weiterer Lichtleiter 174 eingelassen, der durch eine LED 176 mit einem Lichtstrom versorgt wird.
Wie in 4B dargestellt, ist auf der dem Bediener fernen Seite des Flächenlichtleiters 172 eine Spiegelfolie 175 angeordnet. Die Spiegelfolie 175 erstreckt sich über den gesamten Flächenlichtleiter 172 einschließlich des Bereichs der Ausnehmung, in dem der weitere Lichtleiter 174 angeordnet ist. Auf der dem Bediener zugewandten Seite schließt sich ein optisches Diffusionsmittel 173 an, dass von einem Polarisationsfilter 171 bedeckt ist. Durch diese Maßnahmen wir eine völlig homogene Ausleuchtung über die gesamte vom Flächenlichtleiter bedeckte Fläche erreicht. Auf der dem Bediener abgewandten Seite der Lichtquelle 70 ist die Berührsensorik 60, vorzugsweise in Form einer kapazitiven Sensormatrix, angeordnet. Vorzugsweise bilden Berührsensorik 60 und Lichtquelle 70 ein Modul, das über ein flexibles Kabel 73 mit der elektrischen Schaltung des Bediensystems 10 verbunden ist. Die in den 4A und 4B gezeigte Anordnung erlaubt es mit vergleichsweise wenigen Leuchtmitteln eine über die gesamte Bedienfläche 20 homogen abstrahlende Lichtquelle 70 bereitzustellen.
Die in 2 gezeigte Ausführung eines erfindungsgemäßen Bediensystems entspricht nahezu vollständig dem Bediensystem 10 der 1. Insofern trifft alles zu 1 und dem Bediensystem 10 Gesagte in gleicher Weise auf das Bediensystem der 2 zu. Der einzige Unterschied zwischen den Bediensystemen 10 der 1 und 2 liegt in der elastisch vorgespannten Lagerung. In 2 sind die Federelemente 34 und die Tellerfedern 94 zur Erzeugung der elastisch vorgespannten Lagerung mechanisch in Serie angeordnet. Demgegenüber sind bei dem Bediensystem 10 der 1 die Federelemente 34 und die Tellerfedern 94 mechanisch parallel angeordnet.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bediensystems 10, wobei die den 1 und 2 entsprechenden Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind. Das in 3 gezeigte Bediensystem 10 ist als Multifunktionsbedienteil ausgelegt, welches in einem Lenkrad integriert werden kann. Die Bedienfläche 20 umfasst sechs Bedienbereiche 22, die jeweils durch ein beleuchtetes Symbol angezeigt sind. Die Bedienfläche 20 ist Teil eines Deckels 26, der den Antriebsrahmen 30 abdeckt. Zwischen Bedienfläche 20 und Antriebsrahmen 30 ist die Lichtquelle 70 angeordnet. Der Deckel 26 bildet mit dem Antriebsrahmen 30 ein Gehäuse für den Antrieb 40, in dem die Lichtquelle 70 insbesondere lichtdicht abgekapselt ist. Das Gehäuse bildet eine starre Gesamtmasse, die durch den Antrieb 40 zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung in Bewegung versetzt wird.
Der Deckel 26 ist an dem Antriebsrahmen 30 über eine lineare Führung, wie einem Langloch 28, das in Betätigungsrichtung einen Vorspannanschlag 29 aufweist, an dem Antriebsrahmen 30 verrastet. An der Außenwand des Antriebsrahmens 30 sind Führungsschienen 37 angeordnet, in welche die lineare Führung passgenau eingreift. Die lineare Führung stellt sicher, dass die Bedienfläche 20 eine direkte Kraftübertragung von und zu dem Antriebsrahmen 30 erfährt, ohne akustisch störende Geräusche zu erzeugen.
Der Antriebsrahmen 30 ist innerhalb dessen Außenwand mit einer Fachwerkstruktur 38 ausgestaltet. Die Fachwerkstruktur 38 definiert eine zentrale Ausnehmung, in der der Antriebshalter 42 formschlüssig aufgenommen ist. Von der dem Bediener abgewandten Seite des Antriebsrahmens 30 erstrecken sich die aufgrund der Perspektive nicht dargestellten Führungsstößel 32 sowie Haltearme 36 hin zu dem Bediensystemträger 80.
Der Bediensystemträger 80 bildet mit dem Boden 89 ein unteres Gehäuse. Die Leiterplatte 92 mit der elektrischen Schaltung des Bediensystems und den Tellerfedern 94 ist mit dem Bediensystemträger 80 und dem Boden 89 verschraubt. Der Boden 89 weist eine Vielzahl von Verstärkungsstreben 91 auf, die eine steife, bezüglich der Betätigungskräfte undeformierbare Lagerung für die Tellerfedern 94 bilden. Der Bediensystemträger 80 weist drei Befestigungspunkte 86 auf, die fahrzeugseitig fixiert werden können. Der Bediensystemträger 80 ist durch vier kreisrunde Durchgänge 82 durchbrochen, in denen die Führungsstößel 32 des Antriebsträgers aufgenommen sind. Die Haltearme 36 des Antriebsrahmens 30 greifen in dafür vorgesehene Ausnehmungen 88 des Bediensystemträgers 80 formschlüssig ein. Konzentrisch zu jedem der Durchgänge 82 ist jeweils ein kreisringsegmentförmiges Federelement 34 vorgesehen. Bei der Montage des Antriebsrahmens 30 am Bediensystemträger 80 werden die Federelemente 34 zwischen der dem Bediensystemträger 80 zugewandten Außenseite des Antriebsrahmens 30 und dem Bediensystemträger 80 komprimiert. Die Haltearme 36 halten die Vorspannkraft im Montagezustand aufrecht. Beim Verschrauben des Bodens 89 mit dem Bediensystemträger 80 werden zudem die Tellerfedern 94 an den der Leiterplatte zugewandten Enten der Führungsstößel 32 vorkomprimiert. Die Vorspannung wird in diesem Fall durch die Schraubverbindung zwischen Boden 89 und Bediensystemträger 80 aufrechterhalten. Für eine einfachere und prozesssichere Montage weist der Bediensystemträger 80 zwei Positionierstifte 84 auf, die in dafür vorgesehene Aufnahmen in dem Antriebsrahmen 30 eingreifen.
Betriebsgemäß stellt die Berührsensorik 60 ein Signal bereit, das Information über die Ortskoordinaten der berührten Stelle auf der Bedienfläche 20 enthält. Beispielsweise kann die Berührsensorik 60 als kapazitive Folie mit einer Matrixstruktur gebildet sein. Die elektrische Schaltung des Bediensystems 10 weist wenigstens einen Microcontroller zur Auswertung der Signale der Berührsensorik 60 auf. In einem Speicher des Microcontroller ist beispielsweise eine Zuordnungstabelle zwischen Signalwerten der Berührsensorik 60 und den Bedienbereichen 22 der Bedienfläche 20 abgelegt. Die Berührsensorik 60 ist in einer besonderen Ausführungsform derart ausgelegt, dass diese bereits eine Annäherung an die Berührsensorik in ein im Abstandsbereich von kleiner gleich 10 mm erfasst.
Um eine ungewollte Aktivierung einer Fahrzeugfunktion zu vermeiden, überwacht der Microcontroller simultan im Zeitverlauf die durch die Tellerfedern 94 gebildete Betätigungssensorik 90 hinsichtlich der auf den jeweils berührten Bedienbereich 22 und/oder die gesamte Bedienfläche 20 aufgebrachten Kraft. Insbesondere wertet der Microcontroller die Signale der Berührsensorik dahingehend aus, wie viel Bedienfläche 20 berührt ist, um eine Betätigungsdruck zu ermitteln. Der Mikrocontroller aktiviert die Fahrzeugfunktion, wenn ein Kraftschwellwert in dem relevanten Bedienbereich 22 überschritten ist. Aufgrund der kontinuierlichen Überwachung des Kraftsignals realisiert der Mikrocontroller in einer besonderen Ausführung abhängig von der aufgebrachten Kraft unterschiedliche Fahrzeugfunktionen. Beispielsweise wird bei einem leichten Betätigungsdruck die voreingestellte Geschwindigkeit einer Geschwindigkeitsregelanlage um jeweils 1 km/h erhöht, wohingegen bei einem höheren Betätigungsdruck eine Erhöhung um jeweils 5 km/h erfolgt.
Abhängig vom Überschreiten eines Schwellwerts für die aufgebrachte Kraft und/oder dem Aktivieren einer Fahrzeugfunktion löst die elektrische Schaltung auf einen Befehl des Microcontroller eine haptische Rückmeldung durch den Antrieb 40 aus. Zusätzlich oder alternativ kann eine Anforderung für eine haptische Rückmeldung dem Microcontroller über eine Kommunikationsschnittstelle mitgeteilt werden. Zur Erzeugung der haptischen Rückmeldung empfängt der Antrieb 40 einen elektrischen Impuls von der elektrischen Schaltung, insbesondere einem Treiberbaustein. Der elektrische Impuls bewirkt ein Verfahren des Antriebs und somit eine Bewegung des Antriebsrahmens 30 und der mit dem Antriebsrahmen 30 kraftübertragend verbundenen Bedienfläche 20. In der dargestellten Ausführung ist der Antrieb 40 ein Unwuchtmotor, der zu einer Teilumdrehung angesteuert ist. Die Impulsanregung und Teilumdrehung verhindern dass die Bedienfläche 20 unangenehm vibriert. Vielmehr vermittelt die haptische Rückmeldung das Gefühl einer mechanischen Aktivierung.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8169306 B2 [0002]

Claims

Bediensystem (10) für ein Kraftfahrzeug umfassend: eine Bedienfläche (20) mit wenigstens einem Bedienbereich (22), der durch eine Symbolik auf der Bedienfläche (20) angezeigt ist, eine Berührsensorik (60), mittels der eine Berührung des Bedienbereichs (22) erfassbar ist, einen Antrieb (40) zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung durch eine Bewegung der Bedienfläche (20), einen Antriebsrahmen (30), der den Antrieb (40) mit der Bedienfläche (20) kraftübertragend verbindet, und einen Bediensystemträger (80), relativ zu dem die Bedienfläche (20) für die Erzeugung der haptischen Rückmeldung beweglich ist, gekennzeichnet durch eine elastisch vorgespannte Lagerung zwischen dem Antriebsrahmen (30) und dem Bediensystemträger (80).
Bediensystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch vorgespannte Lagerung eine Bewegung des Antriebsrahmens (30) entgegen der Betätigungsrichtung der Bedienfläche (20) begrenzt.
Bediensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsrahmen (30) schwenkbar bezüglich wenigstens zweier Achsen an dem Bediensystemträger (80) gelagert ist, wobei insbesondere ein Verschwenken um eine der wenigstens zwei Achsen die Spannung der elastisch vorgespannten Lagerung erhöht.
Bediensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische vorgespannte Lagerung wenigstens ein zwischen dem Antriebsrahmen (30) und dem Bediensystemträger (80) vorkomprimiertes Federelement aufweist, wobei insbesondere das Federelement elektrisch leitfähig und/oder als Sensor einer Betätigungssensorik (90) ausgebildet ist.
Bediensystem (10) für ein Kraftfahrzeug insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend: eine Bedienfläche (20) mit mehreren, durch eine Symbolik (24) auf der Bedienfläche angezeigten Bedienbereichen (22), eine den Bedienbereichen (22) gemeinsame Lichtquelle (70) zur Beleuchtung der Symbolik, eine Berührsensorik (60), die betriebsgemäß eine Berührung der Bedienfläche (20) in wenigstens einem der Bedienbereiche (22) erfasst, eine Betätigungssensorik (90), die eine auf die Bedienfläche (20) wirkenden Betätigungskraft erfasst, und einen Antrieb (40) zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung durch eine Bewegung der Bedienfläche (20).
Bediensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (40) ein insbesondere mittels eines elektrischen Impulses angesteuerter Unwuchtmotor ist, wobei insbesondere der Unwuchtmotor zur Erzeugung der haptischen Rückmeldung derart angesteuert ist, dass die Unwucht weniger als 5, insbesondere weniger als 2, vorzugsweise weniger als 1 oder nur eine Teilumdrehung bezüglich deren Ursprungssposition erfährt.
Bediensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Lichtquelle (70) einen überwiegenden Teil der Bedienfläche (20) hinterleuchtet und/oder weniger elektrische Leuchtmittel als die Symbolik separat beleuchtete Symbole aufweist.
Bediensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Betätigungssensorik (90) eine auf die Bedienfläche (20) wirkende Betätigungskraft ortsaufgelöst erfasst und/oder der Antrieb (40) eine haptische Rückmeldung unabhängig von der Berührsensorik (60) oder der Betätigungssensorik (90) erzeugt.
Bediensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungssensorik (90) aus einer Erhöhung der Spannung der elastisch vorgespannten Lagerung eine Betätigungskraft auf die Bedienfläche (20) ermittelt und/oder dass ein Microcontroller eine von der Berührsensorik (60) erfasste Berührung der Bedienfläche (20) mit Hilfe der von der Betätigungssensorik (90) erfassten Betätigungskraft plausibilisiert.
Bediensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungssensorik (90) höchstens n Sensoren zur Ortsbestimmung einer Betätigungskraft bezüglich wenigstens n+2 Bedienbereichen (22) aufweist, wobei insbesondere die Betätigungssensorik eine Auswerteelektronik umfasst, die abhängig von Messwertkombinationen der n Sensoren den mit der Betätigungskraft beaufschlagten Bedienbereich (22) bestimmt.
Bediensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bedienfläche (20) relativ zum Bediensystemträger (80) bis zu einem Mehrfachen einer vorbestimmten Betätigungskraft in Bedienrichtung für einen Bediener nicht spürbar bewegt, insbesondere 0,5 Millimeter oder weniger, vorzugsweise 0,2 Millimeter oder weniger bewegt und/oder keine Deformation der Bedienfläche (20) spürbar ist.
Bediensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die haptische Rückmeldung eine Bewegung der Bedienfläche (20) in Richtung der elastischen Vorspannung umfasst.
Interieurbauteil für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine dekorative Interieurfläche und ein nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildetes Bediensystem (10), dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Interieurfläche die Bedienfläche (20) bildet, wobei insbesondere die Bedienfläche (20) einen optischen Filter aufweist, der die Symbolik von der übrigen Interieurfläche optisch nicht unterscheidbar die gemeinsame Lichtquelle (70) außer Betrieb ist.
Lenkrad für ein Kraftfahrzeug gekennzeichnet durch ein Bediensystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche.