-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehsteller für Fahrzeuganwendungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Drehsteller können insbesondere bei Kraftfahrzeugen z.B. in Verbindung mit Dateneingabegeräten verwendet werden, bei denen durch Drehen eines Betätigungselements des Drehstellers und gegebenenfalls durch Drücken oder Verschwenken desselben beispielsweise eine Cursorsteuerung in unterschiedlichen Menüebenen durchgeführt werden kann. Insbesondere kann ein solcher Drehsteller Teil eines Joysticks sein.
-
Ein gattungsgemäßer Drehsteller ist beispielsweise aus der
DE 100 41 935 A1 bekannt und umfasst ein Betätigungselement, das um eine Drehachse drehbar gelagert ist und das einen in Umfangsrichtung umlaufenden Rand aufweist, an dem eine Person für eine Drehverstellung des Betätigungselements an unterschiedlichen Betätigungsorten in Umfangsrichtung entlang des Rands manuell greifen und eine Betätigungskraft einleiten kann. Die Betätigungskraft wirkt dabei in Umfangsrichtung und dient zum drehenden Antreiben des Betätigungselements, erzeugt also ein Drehmoment oder Betätigungsmoment. Der Drehsteller ist außerdem mit einem mit dem Betätigungselement gekoppelten Aktuator und mit einer mit dem Aktuator gekoppelten Steuerung ausgestattet, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie den Aktuator zum Erzeugen einer haptischen Rastung der Drehverstellung des Betätigungselements so ansteuert, dass der Aktuator eine der Betätigungskraft entgegenwirkende Rastkraft erzeugt, vorzugsweise derart, dass zum Überwinden einer Raste der Rastung die Betätigungskraft größer sein muss als die Rastkraft.
-
Aus der
US 2008 / 0 000 762 A1 ist ein Drehsteller bekannt, der mit einem Klickmechanismus ausgestattet ist, um eine haptische Empfindung zu erzeugen, wenn ein Betätigungselement betätigt wird.
-
Aus der
DE 10 2015 103 407 A1 ist ein Drehsteller bekannt, bei dem ebenfalls ein Aktuator zum Erzeugen eines haptischen Feedbacks mit einem Betätigungselement zusammenwirkt, wobei eine Steuerung den Aktuator in Abhängigkeit einer Drehrichtung der Betätigung des Betätigungselements zum Erzeugen des Feedbacks ansteuert.
-
Aus der
DE 10 2016 224 635 A1 ist ein Infotainmentsystem für Kraftfahrzeuge mit einem Touchpad bekannt, das unterschiedliche Funktionen des Infotainmentsystems abhängig vom Aufenthaltsort der Person aktiviert, wobei mittels eines Sensors die Fingerpositionen erfasst werden, um zwischen einer auf dem Fahrersitz sitzenden Person und einer auf dem Beifahrersitz sitzenden Person unterscheiden zu können.
-
Aus der
US 2011 / 0 018 832 A1 ist ein Drehsteller bekannt, bei dem das taktile Empfinden bei der Betätigung des Betätigungselements programmierbar ist, insbesondere derart, dass sich das taktile Empfinden in Abhängigkeit der mithilfe des Drehstellers gesteuerten Funktion verändert.
-
Aus der
DE 601 28 202 T2 ist eine manuelle Eingabevorrichtung bekannt, die einen Schaltgriff zum Betätigen einer Getriebesteuerung, einen Aktuator zum Aufbringen einer externen Kraft auf den Schaltgriff, einen Steuerteil zum Steuern des Aktuators, damit er ein leichtes Widerstandsgefühl auf den Schaltgriff aufbringt, wenn dieser so manipuliert wird, dass eine Umschaltung von einer Schaltstellung in eine andere erfolgt, eine Fühleinrichtung zum Erfassen des Bedienungszustand des Schaltgriff, und ein Eingabe-/Ausgabe Teil zum Senden und zum empfangen eines Signals zu der bzw. von der Getriebesteuerung aufweist. Die Getriebesteuerung ist mit einem Drehzahlfühler zum Erfassen der Drehzahl eine Ausgangswelle des Getriebes und zum Ausgeben eines externen Signals verbunden Der Steuerteil empfängt mindestens das externe Signal, um für den Aktuator ein Steuersignal zu erzeugen, welches mit dem externen Signal korrespondiert, um dadurch den Aktuator so zu steuern, dass er auf den Schaltgriff ein starkes Widerstandsgefühl aufbringt, wenn die Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes Ist und der Schaltgriff zum Umschalten zwischen Fahrbetrieb und Rückwärtsgang manipuliert wird.
-
Aus der
EP 2 030 098 B1 ist eine Dreheingabe-Steuervorrichtung bekannt, umfassend eine drehbare Welle; ein Manipulandum, das mit der Welle gekoppelt ist; eine mechanische haptische Anordnung, die mit dem Manipulandum gekoppelt und dazu konfiguriert ist, einen oder mehrere mechanische haptische Effekte als Reaktion auf eine Drehung der Welle zu erzeugen; einen Sensor; einen Controller; und einen Aktuator; wobei die mechanische haptische Anordnung eine Vielzahl von mechanischen Rastungen umfasst; der Sensor dazu konfiguriert ist, einen Manipulationsaspekt des Manipulandums zu messen und ein Signal auszugeben; der Controller dazu konfiguriert ist, das Signal des Sensors zu empfangen und ein haptisches Signal auszugeben; der Aktuator dazu konfiguriert ist, nach Empfang des haptischen Signals von dem Controller haptische Effekte auf elektronischer Basis an die Vorrichtung auszugeben, und die Vorrichtung dazu konfiguriert ist, den einen oder die mehreren mechanischen haptischen Effekte selektiv zu deaktivieren und/oder die haptischen Effekte auf elektronischer Basis selektiv abzuschalten. Der Controller ist außerdem dazu konfiguriert, das haptische Signal unter Verwendung des erfassten Manipulationsaspekts der Dreheingabe-Steuervorrichtung und von Informationen über die mechanische haptische Anordnung zu erzeugen, um ein programmierbares Haptikeffekt-Profil zu erhalten, das die mechanischen haptischen Effekte und die haptischen Effekte auf elektronischer Basis kombiniert, wobei die Informationen über die mechanische haptische Anordnung wenigstens eine der folgenden umfassen: eine Anzahl der mechanischen Rastungen, eine Breite der mechanischen Rastungen, oder eine Lage des Mittelpunktes der mechanischen Rastungen.
-
Drehsteller besitzen üblicherweise ein manuell drehend betätigbares Betätigungselement, das quer zur Drehachse einen kreisförmigen Querschnitt besitzt, sodass sich für jede Drehlage des Betätigungselements derselbe optische Eindruck ergibt.
-
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Drehsteller der vorstehend beschriebenen Art eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine verbesserte Haptik und/oder durch einen größeren Designspielraum bei hohem Betätigungskomfort auszeichnet.
-
Dieses Problem wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Gemäß einer ersten Lösung beruht die Erfindung auf dem allgemeinen Gedanken, das Betätigungselement so auszugestalten, dass ein radialer Abstand des Rands von der Drehachse in der Umfangsrichtung entlang des Rands variiert. Die Radialrichtung steht dabei senkrecht auf der Drehachse. Mit anderen Worten, das Betätigungselement weist quer zur Drehachse einen von einem Kreisquerschnitt abweichenden Querschnitt auf. Denkbar ist beispielsweise ein polygonaler oder rechteckiger oder sternförmiger Querschnitt oder ein elliptischer oder ovaler Querschnitt, sodass der Abstand des Rands von der Drehachse, also quasi ein Radius des Querschnitts in der Umfangsrichtung variiert, also gestuft oder stufenlos zunimmt und abnimmt. Hierdurch eröffnen sich für die Gestaltung des Betätigungselements neue Dimensionen, wodurch sich für das Design des Drehsteller und insbesondere für die optische Integration des Drehsteller in einen Fahrzeuginnenraum zusätzliche Möglichkeiten ergeben. Bei dieser ersten Lösung wird die Steuerung so konfiguriert, dass sie den Aktuator in Abhängigkeit des Abstands des Rands von der Drehachse am Betätigungsort, an dem die Person für die Drehverstellung des Betätigungselements den Rand greift und die Betätigungskraft einleitet, zum Erzeugen der Rastkraft ansteuert, derart, dass die Rastkraft größer ist, wenn im Betätigungsort der Abstand des Rands von der Drehachse größer ist, und dass die Rastkraft kleiner ist, wenn im Betätigungsort der Abstand des Rands von der Drehachse kleiner ist. Diese erste Lösung beruht auf der Erkenntnis, dass der Abstand des Rands von der Drehachse einen Hebelarm repräsentiert, der in Verbindung mit der Betätigungskraft ein Betätigungsdrehmoment oder kurz Betätigungsmoment erzeugt. Bei variierendem Abstand variiert damit der Hebelarm, sodass bei gleicher Betätigungskraft das Betätigungsmoment variiert. Wäre nun die mithilfe des Aktuators erzeugte Rastkraft immer gleich, würde sich für die Person eine variierende Haptik ergeben, je nachdem, an welchem Betätigungsort die Person das Betätigungselement greift. Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag, die Rastkraft in Abhängigkeit des Betätigungsorts gemäß dem dort herrschenden Abstand zu wählen, kann ein mithilfe der Rastkraft erzeugtes Rastdrehmoment oder kurz Rastmoment, das dem Betätigungsmoment entgegenwirkt, entsprechend an das variierende Betätigungsmoment angepasst werden. Dies kann insbesondere so realisiert werden, dass die Betätigungskraft im Wesentlichen konstant bleibt. Greift die Person das Betätigungselement an einen Betätigungsort mit größerem Abstand, erzeugt sie bei gleichbleibender Betätigungskraft ein größeres Betätigungsmoment, dem nun durch die größere Rastkraft ein entsprechend vergrößertes Rastmoment entgegenwirkt, sodass zum Überwinden einer Raste im Wesentlichen dieselbe Betätigungskraft erforderlich ist, wie in dem Fall, dass die Person das Betätigungselement an einem Betätigungsort mit kleinerem Abstand zur Drehachse greift. Dadurch wird das taktile Empfinden beim drehenden Betätigen des Betätigungselements weitgehend unabhängig vom Betätigungsort, da die variierenden Abstände bzw. Hebelarme durch entsprechend variierende Rastkräfte weitgehend kompensiert werden können. Durch die erste Lösung wird der für das Betätigungselement zur Verfügung stehende Designspielraum vergrößert, während gleichzeitig ein exzellenter Betätigungskomfort erzielt bzw. beibehalten werden kann.
-
Im vorliegenden Zusammenhang entspricht eine „Konfiguration“ einer „Ausgestaltung“ und/oder einer „Einrichtung“ und/oder einer „Programmierung“, so dass die Formulierung „so konfiguriert, dass“ gleichbedeutend ist mit der Formulierung „so ausgestaltet, dass“ und/oder „so eingerichtet, dass“ und/oder „so programmiert, dass“.
-
Die Rastung der Drehverstellung definiert eine Drehmoment-Drehwinkel-Charakteristik, die haptisch das Gefühl einer Rastung erzeugt, wobei jede Raste eine stabile Drehlage des Betätigungselements repräsentiert. Zwischen zwei benachbarten Rasten ist jeweils eine labile Zwischenstellung vorgesehen. Durch Verdrehen des Betätigungselements von einer Raste zur nächsten Raste muss gegen die Rastkraft die labile Zwischenstellung überwunden werden. Von dort erreicht das Betätigungselement die nächste Raste, also die nächste stabile Drehlage selbsttätig.
-
Gemäß einer zweiten Lösung der Erfindung, die insbesondere auch mit der vorstehend beschriebenen ersten Lösung kombinierbar ist, wird vorgeschlagen, dass die Steuerung für den Fall, dass die Person zum Einleiten der Betätigungskraft den Rand gleichzeitig an mehreren Betätigungsorten greift, den Aktuator in Abhängigkeit der Anzahl der mehreren Betätigungsorte zum Erzeugen der Rastkraft ansteuert, derart, dass die Rastkraft größer ist, wenn die Anzahl der Betätigungsorte größer ist, und dass die Rastkraft kleiner ist, wenn die Anzahl der Betätigungsorte kleiner ist. Hierbei wird berücksichtigt, dass die Person in Abhängigkeit davon, ob sie das Betätigungselement mit nur einem Finger oder mit zwei Fingern oder mit drei oder mehr Fingern betätigt, automatisch und intuitiv eine von der Anzahl der Finger abhängige Betätigungskraft in das Betätigungselement einleitet. Bei einem herkömmlichen Drehsteller ist die zum Überwinden einer Raste erforderliche Rastkraft immer gleich groß, sodass sich in Abhängigkeit der Anzahl der Finger, mit der die Person das Betätigungselement betätigt, eine variierende taktile Empfindung einstellt. Durch die erfindungsgemäße zweite Lösung kann dies nun mehr oder weniger kompensiert werden, indem die Rastkraft an die Anzahl der Finger, mit denen die Person das Betätigungselement betätigt, angepasst wird. Je mehr Finger, desto mehr Betätigungsorte, desto größer die Rastkraft, die zum Überwinden der jeweiligen Raste mithilfe der Betätigungskraft aufgebracht bzw. überwunden werden muss. Wird das Betätigungselement mit nur einem Finger betätigt, ist es vergleichsweise leichtgängig. Wird es dagegen mit drei Fingern betätigt, ist es dagegen vergleichsweise schwergängig. Das taktile Empfinden ist dagegen für die Person in beiden Fällen gleich, da sie mit mehr Fingern insgesamt intuitiv eine größere Betätigungskraft einleitet, als mit weniger Fingern. Somit ergibt sich durch diese zweite erfindungsgemäße Lösung ein signifikanter Komfortgewinn bei der Betätigung des Drehsteller. Beachtenswert ist dabei, dass diese zweite Lösung grundsätzlich auch dann zur Anwendung kommen kann, wenn das Betätigungselement quer zur Drehachse einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, sodass der Abstand des Rands von der Drehachse in der Umfangsrichtung konstant ist. Bei einer Kombination der beiden erfindungsgemäßen Lösungen ergibt sich jedoch ein zusätzlicher Komfortgewinn.
-
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der zweiten Lösung kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie eine vorbestimmte Mindestkraft, die zum Überwinden einer Raste der Rastung insgesamt in das Betätigungselement eingeleitet werden muss, mit der Anzahl der Betätigungsorte multipliziert. Außerdem ist die Steuerung zweckmäßig so konfiguriert, dass sie den Aktuator zum Erzeugen einer Rastkraft ansteuert, die so groß ist, dass zum Überwinden der jeweiligen Raste die mit der Anzahl der Betätigungsorte multiplizierte Mindestkraft als Betätigungskraft in das Betätigungselement eingeleitet werden muss. In der Folge muss an jedem einzelnen Betätigungsort im Mittel die Mindestkraft in das Betätigungselement eingeleitet werden, um die jeweilige Raste überwinden zu können. Mit anderen Worten, bei einer Betätigung des Betätigungselements mit drei Fingern ist die zum Überwinden der Raste insgesamt erforderliche Betätigungskraft 50 % größer als für den Fall, dass das Betätigungselement nur mit zwei Fingern gegriffen wird, wobei in beiden Fällen am einzelnen Finger die lokale Betätigungskraft im Wesentlichen jeweils gleich groß ist.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Steuerung mit einer Sensorik gekoppelt sein, die zum Ermitteln des Betätigungsorts konfiguriert ist. Durch die Sensorik erhält die Steuerung Kenntnis vom jeweiligen Betätigungsort und kann dadurch den Abstand und/oder die Anzahl der gleichzeitig betätigten Betätigungsorte ermitteln. Die Sensorik kann extern konzipiert sein und kann beispielsweise durch eine Kamera gebildet sein, die bei einer Fahrzeuganwendung des Drehstellers im Fahrzeuginnenraum angeordnet sein kann.
-
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Drehsteller selbst die Sensorik aufweisen. Die Sensorik ist dann intern konzipiert. Insbesondere kann die Sensorik mehrere entlang des Rands in Umfangsrichtung verteilte Berührungssensoren aufweisen. Die jeweils zum Ermitteln des Betätigungsorts konfiguriert sind und dementsprechend einen Kontakt durch die Person und damit den aktuellen Betätigungsort ermitteln. Derartige Berührungssensoren können insbesondere kapazitiv arbeiten und können als sogenannte Touchsensoren ausgestaltet sein. Durch die Anzahl der in der Umfangsrichtung entlang des Rands verteilten Sensoren lässt sich der Rand in der Umfangsrichtung quasi in beliebig viele Betätigungsorte untergliedern. Zweckmäßig ist der Rand in der Umfangsrichtung geschlossen, quasi lückenlos mit derartigen Berührungssensoren belegt, sodass jede Berührung des Rands detektiert werden kann. Die entlang des Rands verteilt angeordneten Berührungssensoren sind codiert oder nummeriert und besitzen eine definierte Zuordnung zu entsprechenden Umfangsabschnitten des Rands und entsprechend dadurch jeweils einem definierten Betätigungsort. Die Steuerung kennt die Zuordnung der Berührungssensoren zum jeweiligen Betätigungsort und kennt die Zuordnung der Abstände zum jeweiligen Betätigungsort. Wir ein Berührungssensor berührt, erhält die Steuerung vom jeweiligen Berührungssensor ein entsprechendes Signal. Die Steuerung kann dann den zugehörigen Betätigungsort und den zugehörigen Abstand zur Drehachse ermitteln bzw. zuordnen.
-
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform, die insbesondere alternativ zur zweiten Lösung und/oder als Ausführungsform der ersten Lösung zur Anwendung kommen kann, kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie für den Fall, dass die Person zum Einleiten der Betätigungskraft den Rand gleichzeitig an mehreren Betätigungsorten greift, den mittleren Abstand aus den Abständen der Betätigungsorte ermittelt und den Aktuator in Abhängigkeit des mittleren Abstands der mehreren Betätigungsorte zum Erzeugen der Rastkraft ansteuert. Damit wird bei zwei oder mehr Betätigungsorten nicht nur deren Position, sondern auch deren Abstand von der Drehachse berücksichtigt, um eine entsprechend angepasste Rastkraft zu erzeugen.
-
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie den Aktuator in Abhängigkeit des Abstands des Betätigungsorts so ansteuert, dass die zum Überwinden einer Raste der Rastung erforderliche Betätigungskraft im Wesentlichen unabhängig ist vom Betätigungsort und dabei insbesondere einer vorbestimmten Mindestkraft entspricht. Hierdurch ergibt sich ein besonders hoher Komfortgewinn.
-
Die Formulierung „im Wesentlichen“ ist im vorliegenden Zusammenhang so zu verstehen, dass die mit „im Wesentlichen“ beschriebene Eigenschaft zumindest zu 80 % und vorzugsweise zumindest zu 90 % erfüllt ist, während eine Erfüllung dieser Eigenschaft zu 100 % zwar angestrebt, aber im Rahmen der üblichen Toleranzen und/oder im Hinblick auf einen vertretbaren Aufwand regelmäßig nicht erreichbar ist.
-
Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie den Aktuator in Abhängigkeit des Abstands des Betätigungsorts so ansteuert, dass die zum Überwinden einer Raste der Rastung erforderliche Betätigungskraft bei allen Betätigungsorten im Wesentlichen gleich groß ist. Auch diese Maßnahme verbessert den Komfort bei der Betätigung des Drehsteller.
-
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass damit eine Anzahl an Rasten pro Umdrehung des Betätigungselements einstellbar ist. Außerdem kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie die Anzahl der Rasten pro Umdrehung des Betätigungselements in Abhängigkeit des Abstands des Rands von der Drehachse am Betätigungsort, an dem die Person für die Drehverstellung des Betätigungselements den Rand greift und die Betätigungskraft einleitet, einstellt, und zwar derart, dass die Anzahl der Rasten pro Umdrehung des Betätigungselements größer ist, wenn im Betätigungsort der Abstand des Rands von der Drehachse größer ist, und dass die Anzahl der Rasten pro Umdrehung des Betätigungselements kleiner ist, wenn im Betätigungsort der Abstand des Rands von der Drehachse kleiner ist. Durch diese Maßnahme vereinfacht sich eine präzise Betätigung des Betätigungselements auch dann, wenn der Abstand des Rands von der Drehachse vom Betätigungsort abhängt bzw. in der Umfangsrichtung variiert.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie die Anzahl der Rasten pro Umdrehung des Betätigungselements in Abhängigkeit des Abstands des Betätigungsorts so einstellt, dass ein am Rand in der Umfangsrichtung gemessener Stellweg zwischen zwei benachbarten Rasten im Wesentlichen unabhängig ist vom Betätigungsort und dadurch insbesondere einem vorbestimmten Rastweg entspricht. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass für das gewünschte taktile Feedback ein Stellweg oder Rastweg von 5 mm fühlbar sein soll, den die Person das Betätigungselement in der Umfangsrichtung drehen muss, um von einer Raste zur nächsten Raste zu gelangen. Der Rastweg am Rand erzeugt jedoch in Verbindung mit dem Abstand einen Winkel oder Rastwinkel, der nun signifikant vom Betätigungsort abhängen kann. Ist am Betätigungsort der Abstand kleiner, muss für den vorbestimmten Rastweg ein größerer Rastwinkel überfahren werden. Ist der Abstand am Betätigungsort dagegen größer, muss ein entsprechend kleinerer Drehwinkel überfahren werden, um den vorbestimmten Rastweg zu erzielen. Durch die Berücksichtigung des Betätigungsorts kann die Rastung so eingeteilt werden, dass die zu überfahrenden Rastwinkel so variieren, dass sich am Rand stets im Wesentlichen derselbe Rastweg einstellt. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Steuerung auch so konfiguriert sein, dass sie die Anzahl der Rasten pro Umdrehung des Betätigungselements in Abhängigkeit des Abstands des Betätigungsorts so einstellt, dass ein am Rand in der Umfangsrichtung gemessener Stellweg oder Rastweg zwischen zwei benachbarten Rasten bei allen Betätigungsorten im Wesentlichen gleich groß ist. Auch diese Maßnahme kompensiert die variierenden Rastwinkel durch eine entsprechende Anpassung der Anzahl der Rasten pro Umdrehung und verbessert den Bedienkomfort.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Betätigungselement quer zur Drehachse einen polygonalen oder rechteckigen oder sternförmigen oder elliptischen oder ovalen Querschnitt aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann das Betätigungselement quer zur Drehachse einen Querschnitt aufweisen, bei dem die Abstände des Rands von der Drehachse entlang des Umfangs in einem Abstandsbereich variieren, der durch eine Untergrenze und eine Obergrenze für die Abstandswerte begrenzt ist, wobei die Obergrenze mindestens 25 % größer ist als die Untergrenze. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Drehachse bezüglich des Betätigungselements exzentrisch angeordnet sein. Damit kann das Betätigungselement quer zur Drehachse grundsätzlich einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, jedoch bezüglich der Drehachse exzentrisch dazu angeordnet sein. Dadurch variiert der Abstand des Rands von der Drehachse in der Umfangsrichtung entlang des Rands. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Betätigungselement drehfest mit einer Welle verbunden sein, wobei der Aktuator mit dieser Welle zusammenwirkt, derart, dass der Aktuator über die Welle die Rastkraft auf das Betätigungselement überträgt. Damit vereinfacht sich die bauliche Integration des Drehsteller in das Kraftfahrzeug.
-
Der Aktuator kann ein das Betätigungselement linear antreibender Aktuator, beispielsweise ein piezoelektrischer oder ein elektromagnetischer Aktuator sein.
-
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in den Zeichnungen anders dargestellt ist.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
-
Es zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung eines Drehstellers,
- 2 eine nochmals vereinfachte Draufsicht des Drehstellers.
-
Entsprechend 1 umfasst ein Drehsteller 1, der insbesondere in einem hier nicht gezeigten Kraftfahrzeug vorzugsweise im Bereich einer Instrumententafel zur Anwendung kommen kann, ein Betätigungselement 2, das um eine Drehachse 3 drehbar gelagert ist. Die Umfangsrichtung U wird hier durch die Drehachse 3 definiert und läuft um die Drehachse 3 um. Die Drehachse 3 definiert außerdem eine Axialrichtung, die parallel zur Drehachse 3 verläuft, und eine Radialrichtung, die quer zur Axialrichtung verläuft und insbesondere senkrecht auf der Drehachse 3 steht.
-
Das Betätigungselement 2 weist radial außen einen in Umfangsrichtung U umlaufenden Rand 4 auf. Das Betätigungselement 2 ist hier rein exemplarisch radförmig oder scheibenförmig ausgestaltet. Es kann auch knopfförmig oder knüppelförmig ausgestaltet sein. Am Rand 4 des Betätigungselements 2 kann eine Person für eine Drehverstellung des Betätigungselements 2 an unterschiedlichen Betätigungsorten 10 in der Umfangsrichtung U entlang des Rands 4 manuell greifen und eine Betätigungskraft 15 einleiten. In 2 sind rein exemplarisch vier derartige Betätigungsorte 10 durch Kreise symbolisiert, die den Rand 4 berühren. Ferner ist in 2 die Betätigungskraft 15 an jedem Betätigungsort 10 jeweils durch einen im Uhrzeigersinn orientierten Pfeil angedeutet, um beispielhaft eine Drehbetätigung des Betätigungselements 2 im Uhrzeigersinn anzudeuten. Es ist klar, dass sich das Betätigungselement 2 zweckmäßig auch im Gegenuhrzeigersinn drehend betätigen lässt.
-
Der Drehsteller 1 ist gemäß 1 außerdem mit einem Aktuator 5 ausgestattet, der auf geeignete Weise mit dem Betätigungselement 2 gekoppelt und insbesondere antriebsverbunden ist. Im gezeigten Beispiel ist das Betätigungselement 2 mit einer Welle 6 drehfest verbunden, die zum Aktuator 5 führt. Der Aktuator 5 kann nun mit dieser Welle 6 gekoppelt sein, wodurch der Aktuator 5 über die Welle 6 mit dem Betätigungselement 2 gekoppelt ist. Der Drehsteller 1 weist außerdem eine Steuerung 7 auf, die mit dem Aktuator 5, zum Beispiel über eine Steuerleitung 8, gekoppelt ist. Die Steuerung 7 ist so konfiguriert, dass sie den Aktuator 5 zum Erzeugen einer haptischen Rastung der Drehverstellung des Betätigungselements 2 ansteuert, derart, dass der Aktuator 5 hierzu eine der Betätigungskraft 15 entgegenwirkende Rastkraft 16 erzeugt. In 2 ist die Rastkraft 16 am jeweiligen Betätigungsort 10 jeweils durch einen im Gegenuhrzeigersinn orientierten Pfeil angedeutet.
-
Die Erzeugung der Rastkraft 16 ist dabei so dimensioniert, dass zum Überwinden einer Raste der Rastung die Betätigungskraft 15 größer sein muss als die Rastkraft 16.
-
Zweckmäßig kann nun das Betätigungselement 2 so konfiguriert sein, dass gemäß 2 ein Abstand 9 des Rands 4 von der Drehachse 3 in der Umfangsrichtung U, also entlang des Rands 4 variiert. Gezeigt ist in 2 rein exemplarisch ein bezüglich der Drehachse 3 elliptisch konfiguriertes Betätigungselement 2. Denkbar sind grundsätzlich beliebig andere von einem kreisförmigen Querschnitt abweichende Querschnitte für das Betätigungselement 2 quer zur Drehachse 3.
-
Die Steuerung 7 kann für den Fall, dass das Betätigungselement 2 quer zur Drehachse 3 einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweist, so konfiguriert sein, dass die Steuerung 7 den Aktuator 5 in Abhängigkeit des Abstands 9, den der Rand 4 von der Drehachse 3 am jeweiligen Betätigungsort 10 aufweist, zum Erzeugen der Rastkraft 16 ansteuert. Die Rastkraft 16 wird dann vom Aktuator 5 in Abhängigkeit des Abstands 9 so erzeugt, dass die Rastkraft 16 größer ist, wenn im Betätigungsort 10 der Abstand 9 größer ist, während dessen die Rastkraft 16 kleiner ist, wenn im Betätigungsort 10 der Abstand 9 kleiner ist. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Steuerung 7 auch so konfiguriert sein, dass sie für den Fall, dass die Person zum Einleiten der Betätigungskraft 15 den Rand 4 gleichzeitig an mehreren Betätigungsorten 10 greift, den Aktuator 5 in Abhängigkeit der Anzahl an Betätigungsorten 10 zum Erzeugen der Rastkraft 16 ansteuert. Der Aktuator 5 kann beispielsweise eine größere Rastkraft 16 erzeugen, wenn die Anzahl der Betätigungsorte 10 größer ist, während er eine kleinere Rastkraft 16 erzeugt, wenn die Anzahl der Betätigungsorte 10 kleiner ist. Die von der Anzahl der Betätigungsorte 10 abhängige Rastkraft 16 kann grundsätzlich unabhängig von der Geometrie des Querschnitts des Betätigungselements 2 quer zur Drehachse 3 realisiert werden, also insbesondere auch bei kreisförmigen Querschnitten. Insbesondere kann diese von der Anzahl der Betätigungsorte 10 abhängige Rastkraft 16 auch in Verbindung mit den von der Kreisform abweichenden Querschnitten des Betätigungselements 2 realisiert werden, wobei dann zusätzlich auch der Abstand 9 am jeweiligen Betätigungsort 10 bei der Erzeugung der Rastkraft 16 berücksichtigt wird.
-
Die Steuerung 7 kann zweckmäßig so konfiguriert sein, dass sie eine vorbestimmte Mindestkraft, die zum Überwinden einer Raste der Rastung insgesamt in das Betätigungselement eingeleitet werden muss, mit der Anzahl der Betätigungsorte 10 multipliziert und den Aktuator 5 zum Erzeugen einer Rastkraft 16 ansteuert, die so groß ist, dass zum Überwinden der jeweiligen Raste die mit der Anzahl der Betätigungsorte 10 multiplizierte Mindestkraft als Betätigungskraft 15 in das Betätigungselement 2 eingeleitet werden muss.
-
In 2 sind rein exemplarisch vier Betätigungsorte 10 wiedergegeben, nämlich ein erster Betätigungsort 10-1, ein zweiter Betätigungsort 10-2, ein dritter Betätigungsort 10-3 und ein vierter Betätigungsort 10-4. Die Betätigungsorte 10 sind durch ein Kreissymbol dargestellt, die jeweils einen Finger einer Person repräsentieren, der für eine Drehbetätigung des Betätigungselements 2 den Rand 4 am jeweiligen Betätigungsort 10 berührt bzw. greift und dort eine Betätigungskraft 15 einleitet. Der erste Betätigungsort 10-1 und der zweite Betätigungsort 10-2 sind im Beispiel der 2 einander bezüglich der Drehachse 3 diametral gegenüberliegend angeordnet und befinden sich im Bereich der kleinsten Diagonale des elliptisch konfigurierten Betätigungselements 2. Der dritte Betätigungsort 10-3 und der vierte Betätigungsort 10-4 sind ebenfalls bezüglich der Drehachse 3 einander diametral gegenüberliegend angeordnet und befinden sich dabei im Bereich der größten Diagonale des elliptischen Betätigungselements 2. Bei einer Betätigung des Betätigungselements 2 am ersten Betätigungsort 10-1 und am zweiten Betätigungsort 10-2 liegt jeweils offenbar ein deutlich kleinerer Abstand 9 vor, als im Fall einer Betätigung am dritten Betätigungsort 10-3 und am vierten Betätigungsort 10-4. Greift die Person für die Betätigung des Betätigungselements 2 am ersten Betätigungsort 10-1 oder am zweiten Betätigungsort 10-2 am Betätigungselement 2 an, wird über die Steuerung 7 der Aktuator 5 zum Erzeugen einer kleineren Rastkraft 16 angesteuert, die der Betätigungskraft 15 entgegenwirkt und die überwunden werden muss, um das Betätigungselement 2 von einer Raste zu nächsten Raste drehen zu können. Greift die Person zur Drehbetätigung des Betätigungselements 2 am Betätigungselement 2 an der dritten Betätigungsstelle 10-3 oder an der vierten Betätigungsstelle 10-4 an, steuert die Steuerung 7 den Aktuator 5 zum Erzeugen einer größeren Rastkraft 16 an, die der Drehbetätigung entgegenwirkt. In 2 sind die Pfeile, welche die Rastkraft 16 am ersten Betätigungsort 10-1 und am zweiten Betätigungsort 10-2 repräsentieren, dementsprechend kleiner bzw. kürzer als die Pfeile, welche die Rastkraft 16 am dritten Betätigungsort 10-3 und am vierten Betätigungsort 10-4 repräsentieren.
-
Über die vom Abstand 9 abhängigen Hebelarme wird jedoch letztlich erreicht, dass die von der Person am jeweiligen Betätigungsort 10 in das Betätigungselement 2 einzuleitende Betätigungskraft 15 im Wesentlichen gleich groß ist, um das Betätigungselement 2 von Raste zu Raste bewegen zu können. In 2 sind die Pfeile, welche die Betätigungskraft 15 am ersten Betätigungsort 10-1, am zweiten Betätigungsort 10-2, am dritten Betätigungsort 10-3 und am vierten Betätigungsort 10-4 repräsentieren, dementsprechend gleich groß bzw. gleich lang.
-
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass zum Überwinden einer Raste der Rastung insgesamt eine vorbestimmte Mindestkraft, von beispielsweise 0,5 N, in das Betätigungselement 2 eingeleitet werden muss. Damit sich für die Person die Haptik bei der Drehbetätigung des Betätigungselements 2 nicht oder nicht grundlegend ändert, kann vorgesehen sein, dass die Steuerung 7 den Aktuator 5 so ansteuert, dass letztlich an jedem Betätigungsort 10 diese Mindestkraft eingeleitet werden muss. Greift die Person das Betätigungselement 2 nur mit einem einzigen Finger, also nur an einem Betätigungsort 10, muss die Mindestkraft an diesem Betätigungsort 10 eingeleitet werden. Greift die Person dagegen das Betätigungselement 2 mit zwei Fingern, also an zwei Betätigungsorten 10, wird die Mindestkraft mit der Anzahl der Betätigungsorte 10 multipliziert, sodass an jedem Betätigungsort 10 im Mittel die Mindestkraft in das Betätigungselement 2 eingeleitet werden muss. Bei zwei Fingern muss dann jeder Finger 0,5 N einleiten, sodass letztlich 1 N in das Betätigungselement 2 eingeleitet wird. Der Aktuator 5 wird hingegen zum Erzeugen einer Rastkraft 16 angesteuert, die in Abhängigkeit der Anzahl der gleichzeitig betätigten Betätigungsorte 10 vergrößert wird und die entsprechend vervielfältigte Mindestkraft definiert.
-
Entsprechend 1 kann die Steuerung 7 mit einer Sensorik 11, die zum Ermitteln des Betätigungsorts 10 konfiguriert ist, gekoppelt sein. Eine entsprechende Signalleitung 12 ist in 1 angedeutet. Die Sensorik 11 kann grundsätzlich durch eine außerhalb des Drehstellers 1 angeordnete Kamera 13 realisiert sein, die auf geeignete Weise mit der Steuerung 7 gekoppelt ist. Beispielsweise kann ein Fahrzeuginnenraum, in dem der Drehsteller 1 angeordnet ist, mit einer solchen Kamera 13 ausgestattet sein. Bevorzugt ist jedoch die eine Ausführungsform, bei welcher der Drehsteller 1 selbst mit der Sensorik 11 ausgestattet ist. Dabei kann die Sensorik 11 insbesondere mehrere Berührungssensoren 14 aufweisen, die entlang des Rands 4 in der Umfangsrichtung U am Betätigungselement 2 verteilt angeordnet sind. Die Berührungssensoren 14 sind dabei so konfiguriert, dass sie einen Kontakt durch die Person und damit den aktuellen Betätigungsort 10 ermitteln. Die Berührungssensoren 14 sind auf geeignete Weise, insbesondere durch die Signalleitung 12, mit der Steuerung 7 gekoppelt.
-
Optional kann die Steuerung 7 auch so konfiguriert sein, dass sie für den Fall, dass die Person zum Einleiten der Betätigungskraft 15 den Rand 4 gleichzeitig an mehreren Betätigungsorten 10 greift, einen mittleren Abstand 9 aus den Abständen 9 der gleichzeitig betätigten bzw. berührten Betätigungsorte 10 ermittelt und den Aktuator 5 in Abhängigkeit des mittleren Abstands 9 der mehreren Betätigungsorte 10 zum Erzeugen der Rastkraft 16 ansteuert. Beispielsweise kann die Person das Betätigungselement 2 am ersten Betätigungsort 10-1 und am vierten Betätigungsort 10-4 greifen, sodass zwei deutlich unterschiedliche Abstände 9 vorliegen. Die Steuerung 7 ermittelt dann aus den beiden unterschiedlichen Abständen 9 einen mittleren Abstand 9 und steuert den Aktuator 5 basierend auf dem mittleren Abstand 9 zum Erzeugen einer dafür passenden Rastkraft 16 an.
-
Zweckmäßig ist die Steuerung 7 so konfiguriert, dass sie den Aktuator 5 in Abhängigkeit des Abstands 9 so ansteuert, dass die zum Überwinden einer Raste der Rastung erforderliche Betätigungskraft 15 im Wesentlichen unabhängig ist vom Betätigungsort 10 bzw. bei allen Betätigungsorten 10 im Wesentlichen gleich groß ist. Die Betätigungskraft 15 am jeweiligen Betätigungsort 10 entspricht dann beispielsweise einer vorbestimmten Mindestkraft, die beispielsweise anhand der Geometrie des Betätigungselements 2 ermittelt wird. Beispielsweise kann im dritten Betätigungsort 10-3 der Abstand 9 etwa 50 % größer sein als am zweiten Betätigungsort 10-2. Damit steht am dritten Betätigungsort 10-3 ein deutlich größerer Hebelarm zum Erzeugen eines Betätigungsmoments zur Verfügung. Um nun für die Person am zweiten Betätigungsort 10-2 und am dritten Betätigungsort 10-3 im Wesentlichen das gleiche taktile Empfinden zu erzeugen, muss für den dritten Betätigungsort 10-3 die Rastkraft 16 um etwa 50 % erhöht werden gegenüber dem zweiten Betätigungsort 10-2.
-
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Steuerung 7 so konfiguriert sein, dass damit eine Anzahl an Rasten pro Umdrehung des Betätigungselements 2 einstellbar ist. Die Anzahl der Rasten pro Umdrehung ergibt einen Rastwinkel als winkelmäßigen Abstand benachbarter Rasten. Beispielsweise ergeben zwölf Rasten pro Umdrehung einen Rastwinkel von 30°, wenn die erste Raste bei 0° und die letzte Raste bei 360° identisch sind. Die Steuerung 7 kann nun außerdem so konfiguriert sein, dass sie die Anzahl der Rasten pro Umdrehung des Betätigungselements 2 in Abhängigkeit des Abstands 9 des Rands 4 von der Drehachse 3 am Betätigungsort 10 einstellt, und zwar derart, dass die Anzahl der Rasten größer ist, wenn im Betätigungsort 10 der Abstand 9 größer ist, während die Anzahl der Rasten kleiner ist, wenn im Betätigungsort 10 der Abstand 9 kleiner ist. Greift die Person das Betätigungselement 2 beispielsweise am ersten Betätigungsort 10-1, liegt ein vergleichsweise kleiner Abstand 9 vor. Dementsprechend wird eine vergleichsweise kleine Anzahl an Rasten pro Umdrehung eingestellt, sodass das Betätigungselement 2 um einen entsprechend größeren Rastwinkel gedreht werden muss, um es von einer Raste zu nächsten Raste zu überführen. Greift die Person dagegen am vierten Betätigungsort 10-4 an, liegt ein vergleichsweise großer Abstand 9 vor. Dementsprechend wird eine größere Anzahl an Rasten eingestellt, wodurch der Rastwinkel entsprechend reduziert wird, um den das Betätigungselement 2 gedreht werden muss, um von Raste zu Raste verstellt zu werden. Insbesondere kann die Steuerung 7 so konfiguriert sein, dass sie die Anzahl der Rasten in Abhängigkeit des Abstands 9 so einstellt, dass ein am Rand 4 in der Umfangsrichtung U gemessener Stellweg oder Rastweg zwischen zwei benachbarten Rasten im Wesentlichen unabhängig ist vom Betätigungsort 10 bzw. bei allen Betätigungsorten 10 im Wesentlichen gleich groß ist. Beispielsweise kann ein Rastweg von etwa 10 mm vorgegeben oder erwünscht sein, den das Betätigungselement 2 am Rand 4 am jeweiligen Betätigungsort 10 in der Umfangsrichtung U bewegt werden muss, um von Raste zu Raste zu gelangen. Damit dies bei einer Betätigung am ersten Betätigungsort 10-1 ebenso der Fall ist wie beispielsweise am vierten Betätigungsort 10-4, wird für den ersten Betätigungsort 10-1 die Anzahl der Rasten verkleinert, wodurch der Rastwinkel vergrößert wird, während am vierten Betätigungsort 10-4 aufgrund des größeren Abstands 9 die Anzahl der Rasten vergrößert und dadurch der Rastwinkel reduziert wird. Die Anpassung des Rastwinkels erfolgt dabei so, dass letztlich der von der Person fühlbare Stellweg am Rand 4 weitgehend gleich bzw. konstant bleibt, nämlich im Beispiel bei etwa 10 mm.