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Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Außerdem betrifft die Erfindung ein Lenkrad, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben der Bedienvorrichtung.
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Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Ausgestaltungen von Bedienvorrichtungen mit einem drehbaren Bedienelement bekannt. Bei Bedienvorrichtungen mit einem adaptiven Endanschlag ist das Bedienelement üblicherweise unendlich drehbar ausgeführt, wobei der Endanschlag durch eine mit dem drehbaren Bedienelement zusammenwirkende Bremseinrichtung bedarfsgerecht eingestellt werden kann. Ein derartiger adaptiver Endanschlag ist insbesondere erforderlich, wenn durch das Bedienelement unterschiedliche Funktionen aus unterschiedlichen Listen ausgewählt werden können, wobei durch den adaptiven Endanschlag dem Benutzer haptisch angezeigt wird, wenn dieser am Ende einer der Listen angelangt ist. Da die Listen üblicherweise unterschiedlich lang sind, ist ein veränderbarer bzw. adaptiver Endanschlag erforderlich.
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Eine aus dem Stand der Technik bekannte Bremseinrichtung, welche in Bedienvorrichtungen eingesetzt wird, ist die magnetorheologische Bremseinrichtung. Die magnetorheologische Bremseinrichtung umfasst üblicherweise eine elektromagnetische Magnetfeldquelle und einem magnetorheologische Bremseinheit. Die magnetorheologische Bremseinheit umfasst zwei relativ zueinander drehbare Bremskomponenten, wobei einer der beiden Bremskomponenten mit dem drehbaren Bedienelement drehfest verbunden ist und die andere Bremskomponente feststehend angeordnet ist. Zwischen den beiden Bremskomponenten ist eine mit einem magnetorheologischen Medium gefüllte magnetorheologische Bremskammer ausgebildet.
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Bei einer Betätigung des Bedienelements und einer Ansteuerung der Magnetfeldquelle, um dem Nutzer einen Anschlag zu signalisieren, d.h. in einem Anschlagzustand der Bremseinrichtung, wird die Magnetfeldquelle derart periodisch angesteuert, dass die Bremseinheit zwischen einem Schließzustand und einem Lösezustand periodisch wechselt. Unter dem Lösezustand wird hierbei verstanden, dass die Bremseinheit zumindest teilweise gelöst wird und dadurch grundsätzlich eine Verdrehung möglich ist, wenn die durch die Bremseinheit bereitgestellte Bremskraft überwunden wird. Durch die periodische Ansteuerung der Magnetfeldquelle wird ein periodisches Magnetfeld verursacht, wodurch die Bremseinrichtung immer, wenn kein Magnetfeld vorliegt, kurzzeitig zumindest teilweise geöffnet wird, wodurch eine Bewegung des Bedienelements kurzzeitig freigegeben wird. Wenn der Nutzer das Bedienelement während dieser kurzen Zeitdauer in Drehrichtung belastet, erfolgt eine Drehung des Bedienelements in Drehrichtung, welche durch einen Drehwinkelsensor erfasst wird. Basierend auf dem Sensorsignal des Drehwinkelsensors wird die Bremseinrichtung weiterhin periodisch betrieben oder vollständig geöffnet. In anderen Worten ausgedrückt, die Bremseinrichtung wechselt periodisch zwischen dem Offen- und dem Lösezustand solange die durch den Drehwinkelsensors erfasste Drehrichtung der Drehrichtung vor dem Anschlagzustand entspricht. Erst wenn die Drehrichtung von der vor dem Anschlagzustand vorliegenden Drehrichtung abweicht, wird die magnetorheologische Bremseinheit dauerhaft in den Offenzustand verstellt und damit der Anschlag bzw. der Anschlagzustand aufgelöst.
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Nachteilig daran ist, dass wenn ein möglichst harter Anschlag bereitgestellt wird, d.h. die Bremseinrichtung ausgehend von dem Schließzustand lediglich geringfügig öffnet, das Bedienelement sich für den Nutzer bei einer Belastung entgegen der vor dem Anschlagzustand vorliegenden Drehrichtung als klebend anfühlt. Darunter wird verstanden, dass aufgrund des harten Anschlags eine relativ hohe Kraft für eine Verdrehung des Bedienelements entgegen der vor dem Anschlagzustand vorliegenden Drehrichtung erforderlich ist, bis das System erkennt, dass die Bremseinrichtung vollständig öffnen soll. Um ein derartiges Kleben zu vermeiden, kann die Bremseinrichtung weiter geöffnet werden, woraus ein Kriechen, d.h. ein weicher, für den Nutzer nicht wertiger Endanschlag, resultiert.
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Aus der
DE 10 2019 213 854 A1 ist eine Bedienvorrichtung mit einem drehbaren Bedienelement und einer magnetischen Rastiereinrichtung bekannt, wobei durch die Rastiereinrichtung mehrere Rastpositionen des Bedienelements bereitgestellt werden können. In der US 2008 / 0 196 541 A1 wird ebenfalls eine Bedienvorrichtung mit einem drehbaren Bedienelement und einer magnetischen Rastier-Bremseinrichtung offenbart.
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Aus der
DE 10 2021 103 525 A1 ist eine Bedienvorrichtung mit einem drehbaren Bedienelement und einer magnetorheologischen Bremseinrichtung bekannt, wobei über die Bremseinrichtung der Bewegungswiderstand für die Drehbarkeit des Bedienelements einstellbar ist.
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Aus der US 2007 / 0 284 233 A1 ist eine Bedienvorrichtung mit einem drehbaren Bedienelement und einer magnetischen Bremseinrichtung bekannt, wobei über die Bremseinrichtung das drehbare Bedienelement in einer Winkelstellung fixierbar ist.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bedienvorrichtung mit einer Bremseinrichtung bereitzustellen, durch welche auf eine einfache Weise ein adaptiver Anschlag mit einer verbesserten Haptik bereitgestellt werden kann.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird die Magnetfeldquelle derart angesteuert, dass im Anschlagzustand zeitlich vor der periodischen Ansteuerung der Magnetfeldquelle die Magnetfeldquelle derart durch die Steuereinheit angesteuert wird, dass die magnetorheologische Bremseinheit über eine vordefinierte Schließzeitdauer dauerhaft in dem Schließzustand verbleibt.
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Die vordefinierte Schließzeitdauer, in welcher die magnetorheologische Bremseinheit in dem Schließzustand verbleibt, ist länger als die Zeitabschnitte bei der periodischen Verstellung zwischen dem Schließzustand und Lösezustand. Insbesondere ist die vordefinierte Schließzeitdauer gerade so gewählt, dass der Nutzer einen harten Anschlag aufgrund der vollständig geschlossenen Bremseinheit spürt, jedoch bevor eine Gegenbewegung durch den Nutzer aufgrund der Muskelkontraktion überhaupt erfolgen kann, der dauerhafte Schließzustand wieder gelöst wird und die periodische Ansteuerung der Magnetfeldquelle erfolgt. Dadurch spürt der Nutzer über eine relativ kurze, jedoch für das Gefühl des Nutzers ausreichende Schließzeitdauer einen harten Anschlag, bevor in den periodischen Betrieb der Bremseinrichtung umgeschaltet wird, um ggfs. ein Lösen der Bremseinheit zu bewirken. Aufgrund der kurzen Schließzeitdauer, vorzugsweise zwischen 50 ms und 400 ms, empfindet der Nutzer das Festhalten des Bedienelements nicht als sogenanntes Kleben. Im darauffolgenden periodischen Betrieb kann die Bremseinheit soweit geöffnet werden, dass ein Kleben vermieden wird, wobei die Problematik des weichen, nicht wertigen Anschlags bereits durch das dauerhafte Schließen der Bremseinheit vermieden wird.
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Dadurch wird eine Bedienvorrichtung mit einem für den Nutzer hart und wertig anfühlenden, adaptiven Anschlag auf eine einfache und kostengünstige Weise bereitgestellt, wobei keine komplexe Bremseinheit und zusätzlichen Komponenten erforderlich sind.
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Vorzugsweise ist die Schließzeitdauer in Abhängigkeit von einem Betätigungsparameter veränderbar. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist aus dem Sensorsignal des Drehwinkelsensors eine Betätigungsgeschwindigkeit ermittelbar, wobei die Magnetfeldquelle durch die Steuereinheit derart angesteuert wird, dass die Schließzeitdauer von der Betätigungsgeschwindigkeit abhängt. Die durch den Nutzer einleitende Gegenbewegung des Bedienelements, welche durch den Nutzer eingeleitet wird, wenn der Nutzer einen Anschlag fühlt, erfolgt bei hohen Betätigungsgeschwindigkeit des Bedienelements nach einer längeren Zeit als bei niedrigen Betätigungsgeschwindigkeiten. Dadurch, dass die Schließzeitdauer, in welcher die Bremseinheit im Anschlagzustand in dem Schließzustand verbleibt, von der Betätigungsgeschwindigkeit abhängig ist, kann die Betätigungscharakteristik berücksichtigt werden und dadurch ein durch den Nutzer spürendes Kleben bzw. ein Kriechen des Bedienelements im Anschlagzustand zuverlässig vermieden werden.
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Vorzugsweise steigt die Schließzeitdauer mit der Betätigungsgeschwindigkeit des Bedienelements an. Wenn die Betätigungsgeschwindigkeit hoch ist, ist auch die Schließzeitdauer, in welchem die Bremseinheit in dem Schließzustand verbleibt, relativ hoch. Anderenfalls ist die Schließzeitdauer des dauerhaften Schließzustands relativ kurz, wenn die Betätigungsgeschwindigkeit gering ist. Wäre beispielsweise die Schließzeitdauer bei einer hohen Betätigungsgeschwindigkeit zu kurz, würde der Nutzer wiederum ein Kriechen spüren. Wäre die Schließzeitdauer bei einer niedrigen Betätigungsgeschwindigkeit zu lang, würde der Nutzer ein Kleben spüren. Dadurch kann ein durch den Nutzer spürendes Kleben und Kriechen des Bedienelements im Anschlagzustand zuverlässig vermieden werden.
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Vorzugsweise ist das magnetorheologischen Medium ein magnetorheologisches Fluid oder ein magnetorheologisches Pulver.
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Die Erfindung wird außerdem durch ein Lenkrad mit einer Bedienvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 gelöst. Vorzugsweise ist das drehbare Bedienelement eine Daumenwalze, welche üblicherweise zur Bedienung unterschiedlicher Funktionen eines Bordcomputers eines Kraftfahrzeugs dient. Außerdem wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug mit einer Bedienvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Bedienvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 gelöst. Zu den Vorteilen und den einzelnen Schritten des Verfahrens wird auf die vorhergehenden Absätze verwiesen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
- 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Kraftfahrzeugs 10, und
- 2 zeigt schematisch eine Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug 10 aus 1.
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Die 1 zeigt einen Ausschnitt eines Kraftfahrzeugs 10 bzw. einen Ausschnitt eines Fahrzeuginnenraums eines Kraftfahrzeugs 10. Das Kraftfahrzeug 10 umfasst eine Instrumententafel 12, an welcher eine Anzeigevorrichtung 14 eines Bordcomputers angeordnet ist. In Fahrtrichtung vor der Anzeigevorrichtung 14 ist ein Lenkrad 16 angeordnet, welches mit einem nicht gezeigten Lenksystem des Kraftfahrzeugs 10 zusammenwirkt. Das Lenkrad 16 weist einen Lenkradkranz 161 sowie mehrere Lenkradspeichen 162 auf.
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An zwei Lenkradspeichen 162 des Lenkrads 16 ist jeweils eine Bedienvorrichtung 20 angeordnet. Die Bedienvorrichtungen 20 weisen jeweils ein Bedienelement 22 auf, welches als Daumenwalze ausgeführt ist und während der Fahrt und ohne die Hände vom Lenkrad 16 entfernen zu müssen betätigt werden kann. In 1 sind lediglich die Bedienelemente 22 gezeigt, welche durch jeweils eine Öffnung des Lenkrads 16 betätigbar sind, wobei die anderen Komponenten der Bedienvorrichtung 20 innerhalb des Lenkrads 16 angeordnet sind. Die Bedienvorrichtungen 20 dienen der Bedienung des Bordcomputers, wobei durch eine Verdrehung der Bedienelemente 22 entsprechende Elemente in einer über die Anzeigevorrichtung 14 angezeigten Auswahlliste ausgewählt werden können. Das Springen zwischen den unterschiedlichen Elementen einer Auswahlliste kann durch das Drehen des Bedienelements 22 erfolgen. Die endgültige Auswahl eines Elements aus der Auswahlliste kann beispielsweise durch ein Drücken auf das Bedienelement 22 erfolgen.
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Bei der Auswahl aus einer Auswahlliste anhand eines der Bedienelemente 22 wird der Anfang oder das Ende der Auswahlliste durch einen für den Nutzer spürbaren Endanschlag signalisiert. Dadurch, dass die Bedienelemente 22 für unterschiedliche Auswahllisten genutzt werden und die Auswahllisten unterschiedliche Längen aufweisen, ist für jede Auswahlliste mindestens ein eigenständiger Endanschlag erforderlich.
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2 zeigt den Aufbau der Bedienvorrichtungen 20 mit dem als Daumenwalze ausgeführten Bedienelement 22. Das Bedienelement 22 weist zwei Absätze 241, 242 auf, wobei über die Absätze 241, 242 die Bedienelemente 22 drehbar an den entsprechenden Lenkradspeichen 162 gelagert sind. Außerdem ist an einem ersten Absatz 241 eine Bremseinrichtung 30 angeordnet und an einem zweiten Absatz 242 ist ein Drehwinkelsensor 50 angeordnet.
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Die Bremseinrichtung 30 ist als magnetorheologische Bremseinrichtung ausgeführt welche eine Magnetfeldquelle 42, eine magnetorheologische Bremseinheit 31 und den Drehwinkelsensor 50 aufweist.
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Die magnetorheologische Bremseinheit 31 weist zwei relativ zueinander drehbare Bremskomponenten 32, 34 auf. Eine der beiden Bremskomponenten 32 ist mit dem drehbaren Bedienelement 22, insbesondere mit dem ersten Absatz 241, drehfest verbunden. Die andere Bremskomponente 34 ist feststehend angeordnet, insbesondere mit der Lenkradspeiche 162 fest verbunden. Die beiden Bremskomponenten 32, 34 begrenzen eine Bremskammer 36, welche mit einem magnetorheologischen Medium 40 gefüllt ist. Das magnetorheologische Medium 40 ist insbesondere eine magnetorheologische Flüssigkeit oder ein magnetorheologisches Pulver.
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Die Magnetfeldquelle 42 ist ein Elektromagnet und ist mit einer Steuereinheit 60 elektrisch bzw. signalmäßig verbunden. Bei einer Ansteuerung der Magnetfeldeinheit 42 fließt elektrischer Strom durch eine Spule der Magnetfeldeinheit 42, wodurch sich ein Magnetfeld bildet. Das Magnetfeld verläuft über das magnetorheologische Medium 40, wodurch sich die Partikel des magnetorheologischen Mediums 40 in Richtung der Magnetfeldlinien des Magnetfelds ausrichten und dadurch sich die Steifigkeit des magnetorheologischen Mediums 40 ändert. Wenn die Magnetfeldquelle 42 nicht durch die Steuereinheit 60 angesteuert wird bzw. derart angesteuert wird, dass die Magnetfeldquelle 42 nicht bestromt ist, existiert kein Magnetfeld, wodurch die Bremseinheit 31 sich in einem Offenzustand befindet. Sobald die Magnetfeldquelle 42 bestromt wird, wirkt ein Magnetfeld auf das magnetorheologische Medium 40 und die Partikel richten sich in Abhängigkeit von der Stärke des Magnetfelds aus. Bei einem Magnetfeld mit einer hohen Stärke ist die Bremseinheit 31 in dem Schließzustand. Zwischen dem Schließ- und Offenzustand liegt ein Lösezustand der Bremseinheit 31, d.h. ein zumindest geringfügig gelöster Zustand der Bremseinheit 31, vor, wobei das Magnetfeld eine Stärke aufweist, welche unterhalb des den Schließzustand bewirkenden Magnetfelds liegt. Eine Verdrehung des Bedienelements 22 ist in dem Lösezustand möglich, wenn die durch die Bremseinrichtung 30 wirkende Bremskraft durch den Nutzer überwunden wird.
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Im Betrieb der Bedienvorrichtung 20 erfolgt die Ansteuerung der Magnetfeldquelle 42 in Abhängigkeit vom Sensorsignal des Drehwinkelsensors 50, wobei in der Steuereinheit 60 für unterschiedliche Auswahllisten mindestens ein Drehwinkel des Bedienelements 22 hinterlegt ist, bei welchem der Anschlagzustand aktiviert werden soll.
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Bei einer Betätigung des Bedienelements 22 durch den Nutzer und einer Ansteuerung der Magnetfeldquelle 42, um dem Nutzer einen Anschlag zu signalisieren, d.h. in einem Anschlagzustand der Bremseinrichtung 30, wird die Magnetfeldquelle 42 zunächst über eine vordefinierte Schließzeitdauer, beispielsweise 200 ms oder 300 ms, derart konstant angesteuert, dass die Bremseinheit 31 dauerhaft im Schließzustand vorliegt, d.h. die Bremseinrichtung geschlossen ist. Anschließend wird die Magnetfeldquelle 42 periodisch angesteuert, derart, dass die Bremseinheit 31 zwischen dem Schließzustand und dem Lösezustand periodisch wechselt. Hierbei wird durch die periodische Ansteuerung der Magnetfeldquelle 42 ein periodisches Magnetfeld erzeugt, wodurch die Bremseinheit 31 immer, wenn kein Magnetfeld vorliegt, kurzzeitig teilweise geöffnet wird, wodurch eine Bewegung des Bedienelements 22 kurzzeitig freigegeben wird. Gleichzeitig wird weiterhin die Verdrehung des Bedienelements 22 durch den Drehwinkelsensor 50 erfasst. Wenn der Nutzer das Bedienelement 22 während dieser kurzen Zeitdauer des Lösezustands belastet, erfolgt eine Drehung des Bedienelements 22, welche durch den Drehwinkelsensor 50 erfasst wird. Das Sensorsignal des Drehwinkelsensors 50 wird in der Steuereinheit 60 dahingehend ausgewertet, ob die erfasste Drehrichtung von der Drehrichtung vor dem Anschlagzustand abweicht oder nicht. Wenn erkannt wird, dass das Bedienelement 22 in eine entgegen der vor dem Anschlagzustand vorhandenen Drehrichtung bewegt wird, wird die magnetorheologische Bremseinheit 31 dauerhaft in den Offenzustand verstellt, d.h. die Bestromung der Magnetfeldquelle 42, wird aufgehoben, so dass der Nutzer das Bedienelement 22 bis zu einem nächsten Anschlagzustand drehen kann.