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Die Erfindung betrifft eine Bedieneinheit aufweisend eine elektrooptische Anzeigevorrichtung und eine haptische Eingabevorrichtung mit einer Handhabe, wobei die elektrooptische Anzeigevorrichtung eine elektrooptische Anzeige und eine Seite der einem Beobachter der elektrooptischen Anzeigevorrichtung zugewandten Oberfläche aufweist, wobei die Handhabe auf der dem Beobachter zugewandten Seite der Oberfläche angeordnet ist. Aus dem Stand der Technik sind derartige Bedieneinheiten bekannt, bei denen die elektrooptischen Anzeigevorrichtungen eine Öffnung oder Durchbrechung aufweisen, durch die eine Welle oder ein Zapfen einer haptischen Eingabevorrichtung geführt ist. Diese Durchbrechungen bzw. Öffnungen sind technisch nur schwer zu realisieren und entsprechend aufwändig und teuer.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Bedieneinheit aufweisend eine haptische Eingabevorrichtung mit einer Handhabe und eine elektrooptische Anzeigevorrichtung anzugeben, die einfacher zu realisieren ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Handhabe auf der dem Beobachter zugewandten Seite der Oberfläche der Anzeigevorrichtung mittels eines Lagers gelagert ist, wobei das Lager zwischen der dem Beobachter zugewandten Oberfläche der Anzeigevorrichtung und der Handhabe angeordnet und mit der Handhabe und der dem Beobachter zugewandten Oberfläche befestigt ist und dass die Handhabe ein ferromagnetisches Bauteil aufweist. Weiterhin ist erfindungsgemäß auf der dem Beobachter abgewandten Seite der elektrooptischen Anzeigevorrichtung eine elektromagnetische Vorrichtung angeordnet, die in Wirkverbindung mit dem ferromagnetischen Bauteil steht. Die elektromagnetische Vorrichtung kann besonders bevorzugt direkt an der dem Beobachter der Anzeigevorrichtung abgewandten Seite und bevorzugt in geringem Abstand zu dem Beobachter der Anzeigevorrichtung abgewandten Seite angeordnet sein. Die elektromagnetische Vorrichtung bildet ein Magnetfeld aus, welches auf das ferromagnetische Bauteil eine Kraft ausübt und so eine haptische Rückmeldung über die Handhabe für einen Benutzer erfolgt. Das ferromagnetische Bauteil kann im einfachsten Fall aus einem ferromagnetischen Stoff wie beispielsweise Eisen bestehen. So wird eine Bedieneinheit aufweisend eine haptische Handhabe und eine elektrooptische Anzeigevorrichtung erhalten, bei der auf einen Durchbruch der elektrooptischen Anzeige verzichtet werden kann und die Handhabe des haptischen Eingabevorrichtung vor der elektrooptischen Anzeige angeordnet ist. So kann eine leichte Zuordnung der auf der elektrooptischen Anzeige dargestellten Information mit durch die Handhabe durchführbaren Eingaben für einen Benutzer der Bedieneinheit realisiert werden. So können auf der elektrooptischen Anzeige beispielsweise Bedienmenus, Untermenus und/oder Werte dargestellt werden, die mittels eines Bewegens der Handhabe angewählt werden können. So kann beispielsweise im Hauptmenu ein Radiosystem, eine Klimaanlage oder Navigationssystem angewählt werden, bei einem Untermenu des Radiosystems beispielsweise den anzuwählenden Radiosender oder eine Lautstärkeregelung angewählt werden und bei den Werten beispielsweise den anzuwählenden Radiosender oder den anzuwählenden Lautstärkewerte der Radiowiedergabe.
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Die Handhabe der haptischen Bedienvorrichtung kann grundsätzlich jeweils eine Bewegungsform wie beispielsweise eine translatorische Bewegung aufweisen. Die haptische Bedienvorrichtung weist vorteilhafterweise aber einen haptischen Drehsteller auf, so dass die Handhabe zumindest auch drehbar ausgestaltet ist. Weitere Bewegungsgrade einer Handhabe sind möglich und werden später noch näher beschrieben werden.
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Die elektrooptische Anzeigevorrichtung kann beispielsweise als Flüssigkristall Display (LCD), Leuchtdioden-Display oder organisches Leuchtdioden-Display ausgestaltet sein.
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Wenn die Handhabe des Drehstellers kreisförmig ausgestaltet ist sie besonders nutzerfreundlich anzufassen. Es sind aber auch andere Formen wie beispielsweise drei- oder mehreckige Handhaben denkbar, die um eine Drehachse verdrehbar sind. Bei einer kreisförmigen Ausgestaltung ist die Form eines Ringes besonders bevorzugt, da dann innerhalb des Ringes auf der elektrooptischen Anzeige weitere Informationen darstellbar sind.
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Wenn die Handhabe einen Permanentmagneten aufweist, das ferromagnetische Bauteil also als Permanentmagnet ausgestaltet ist, kann auf einfachere Weise ein stärker fühlbarer Effekt erzeugt werden als bei einem nur ferromagnetischen Bauteil.
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Wenn in der Handhabe mehrere Permanentmagnete im gleichen Abstand zur Drehachse der Handhabe gleichmäßig verteilt sind können auf einfache Weise pro Umdrehung der Handhabe mehrere haptische Rückmeldungen abgegeben werden und der Aufwand bei der elektromagnetischen Vorrichtung dennoch im Rahmen gehalten werden.
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Sofern die elektromagnetische Vorrichtung eine Mehrzahl von einzelnen Elektromagneten aufweist, die in gleichem Abstand von der Drehachse des Drehstellers angeordnet sind, können die einzelnen haptischen Rückmeldungen weiter vereinfacht realisiert werden.
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Wenn dann der Abstand der jeweils benachbarten Elektromagnete zueinander gleich ist lassen sich in einfacher Weise symmetrische haptische Rückmeldungen realisieren.
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Falls die elektrooptische Anzeigevorrichtung eine transparente Abdeckung aufweist, die die elektrooptische Anzeige in Richtung des Beobachters bedeckt, ist zum einen die elektrooptische Anzeige geschützt und das Lager der Handhabe einfach auf dieser Abdeckung zu befestigen.
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Sofern die transparente Abdeckung teilweise bedruckt oder mit einer opaken Beschichtung teilweise versehen ist kann die optische Anmutung der Bedieneinheit verbessert werden.
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Wenn die die Handhabe parallel zu ihrer Drehachse, also senkrecht zur Oberfläche der Anzeige vollständig oder teilweise bewegbar ist kann durch diese Bewegung ein mittels des Drehstellers angewähltes Menu, Untermenu oder angewählter Wert ausgewählt werden. Eine teilweise Bewegung der Handhabe senkrecht zur Oberfläche der Anzeige kann beispielsweise durch einen in die Handhabe eingebauten Taster realisiert sein.
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Falls die Elektromagnete mit einer konstanten Versorgungsspannung beaufschlagt werden, ergibt sich bei jeder Umdrehung der Handhabe ein wiederkehrendes haptisches Profil, welches durch die Anzahl und Anordnung der ferromagnetischen Bauteile, insbesondere Permanentmagnete, und der Anzahl und Anordnung der bestromten Elektromagnete bestimmt wird. Dieses Profil erinnert an mechanische Rasten eines Drehschalters.
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Wenn die Elektromagnete mit sich ändernden Versorgungsspannungen beaufschlagt werden kann eine Vielzahl von haptischen Effekten dargestellt werden. Bei der zuvor beschriebenen konstanten Bestromung ergeben sich für den Benutzer ein Gefühl von wiederkehrenden Rasten. Der Abstand der gefühlten Rasten kann durch ein nicht Bestromen bestimmter Elektromagnete vergrößert werden. Bei einer sich ändernden Versorgungsspannung können zusätzliche Effekte wie beispielsweise ein konstanter Reibungswiderstand oder ein fühlbarer Anschlag realisiert werden.
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Sofern die Elektromagnete in Abhängigkeit der Stellung der Handhabe mit sich ändernden Versorgungsspannungen beaufschlagt werden kann eine beliebige haptische Rückmeldung über die Handhabe an einen Bediener ausgegeben werden. So kann beispielsweise durch Erzeugen einer konstanten Gegenkraft während einer Drehung das Gefühl einer vorhandenen Reibung des Drehstellers erzeugt werden und bei bestimmten Drehstellungen oder nach bestimmten Drehwinkeln durch eine starke Erhöhung der auf die Handhabe wirkenden Kraft entgegen der aktuellen Drehrichtung das Gefühl eines mechanischen Anschlages realisiert werden. Hierbei kann anders als bei einem realen mechanischen Anschlag auch ohne Getriebe der mögliche Drehwinkel der Handhabe auch größer als 360° sein. Die Stellung der Handhabe kann durch Sensoren ermittelt werden.
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Sofern die Versorgungsspannungen in Abhängigkeit der auf der elektrooptischen Anzeigevorrichtung dargestellten Information moduliert werden, kann durch diese verschiedenen haptischen Rückmeldungen auch fühlbar eine Information über die dargestellte Information ausgegeben werden. So kann beispielsweise bei einem dargestellten Menu für eine Auswahl von verschiedenen Radiostationen haptisch eine erste Art der Rückmeldung gegeben werden, bei einem Menu zur Auswahl von verschiedenen Funktionen des Bediensystems kann beispielsweise dem Benutzer schon haptisch eine Rückmeldung gegeben werden, in welchem Menu oder Untermenu er sich befindet, ohne dass er auf die Anzeige schauen muss und er so beispielsweise beim Einsatz des erfindungsgemäßen Bediensystems in einem Kraftfahrzeug weniger vom Verkehrsgeschehen abgelenkt wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren für ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine räumliche Darstellung einer besonders bevorzugten Bedieneinheit
- 2 einen Schnitt durch die Bedieneinheit aus 1
- 3 einen Schnitt durch eine abgewandelte Bedieneinheit aus 2
- 4 die Darstellung der auftretenden Kräfte eines Permanentmagneten der Handhabe aus den 1 bis 3 bei einer konstanten Bestromung eines Teils der vorhandenen Elektromagnete
- 5 die Darstellung der auftretenden Kräfte eines Permanentmagneten der Handhabe aus den 1 bis 3 bei einer konstanten Bestromung aller vorhandenen Elektromagnete
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In 1 erkennt man eine Handhabe 100 mit Permanentmagneten 101-104 und einer kapazitiven Platte 150, Elektromagnete 201-206 und eine elektrooptische Anzeigevorrichtung 300 mit einer einem Beobachter der Anzeigevorrichtung 300 zugewandten Oberfläche 301 (2) und einer einem Beobachter der Anzeigevorrichtung 300 abgewandten Seite 302(2). Die Handhabe 100 ist ringförmig ausgestaltet, so dass man durch ihre Öffnung auch auf die elektrooptische Anzeigevorrichtung 300 schauen kann. Die Permanentmagnete 101 -104 sind senkrecht zur Oberfläche der elektrooptischen Anzeigevorrichtung 300 angeordnet und im gleichen Abstand zur in den 2 und 3 dargestellten Drehachse der Handhabe 100 angeordnet und weisen alle mit ihrem Südteil (S in 2 und 3) zur elektrooptischen Anzeigevorrichtung 300. Es ist auch möglich, die Permanentmagnete 101-103 mit ihrer Nordseite zu der elektrooptischen Anzeigevorrichtung 300 auszurichten. Die Anzahl und Ausrichtung der Permanentmagnete 101-103 kann auch eine andere sein, ebenso die Anzahl der Elektromagnete 201-206. Im Ausführungsbeispiel sind 16 Elektromagnete vorhanden, die sich im Abstand von 22,5 zum jeweiligen Nachbarn befinden und von denen die Elektromagnete 201-206 dargestellt sind.
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In 2 erkennt man zusätzlich neben den bereits beschriebenen Bauteilen Handhabe 100, Permanentmagnet 101, 103, elektrooptische Anzeigevorrichtung 100 und Permanentmagnet 201 den Permanentmagneten 209. Weiterhin sind ein Lagerring 150, Lagerkugeln 160, elastische Elemente 170, ein Befestigungselement 180 und die Drehachse A der Handhabe 100 dargestellt. Der Lagerring 150 lagert über die Lagerkugeln 160 die Handhabe 100 und ist mittels des Befestigungselements 180 mit der elektrooptischen Anzeigevorrichtung 100 vorzugsweise verklebt. Dieses Befestigungselement kann beispielsweise aus auf den Lagerring 150 und/ oder auf die elektrooptische Vorrichtung aufgebrachten pastösen Klebstoff oder aus einem doppelseitigen Klebeband bestehen. Die Befestigung des Lagers kann aber auch beispielsweise durch eine Verschraubung und / oder durch einen Clips realisiert sein. Die Elektromagnete sind im gleichen Abstand zu der Drehachse A der Handhabe 100 angeordnet, wie auch die übrigen in 2 nicht dargestellten Elektromagnete. In 2 weisen die Elektromagnete 201, 209 den gleichen Abstand zur Drehachse A wie die Permanentmagnete 101, 103 auf, was eine besonders gute Wirksamkeit der eingesetzten Permanent- und Elektromagnete sicherstellt. Aber auch unterschiedliche Abstände sind möglich, insbesondere wenn bauliche Voraussetzungen einen gleichen Abstand der Permanent- und Elektromagnete erschweren oder unmöglich machen. Die elastischen Elemente 170 sind beispielsweise als Ringfedern ausgebildet, es können aber auch andere elastische Elemente zum Einsatz kommen. Durch die elastischen Elemente 170 ist die Handhabe 100 parallel zu ihrer Drehachse A in Richtung der Pfeile Z beweglich, so dass durch ein Drücken auf die Handhabe 100 eine Bewegung der Handhabe 100 in Richtung der elektrooptischen Anzeigevorrichtung 300 erfolgt und so beispielsweise Funktionen, die mittels eines Drehens der Handhabe 100 angewählt wurden, ausgewählt werden können. Diese Bewegung in Z Richtung kann durch nicht dargestellte Sensoren detektiert werden.
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In 3 unterscheidet sich die Bedienvorrichtung dadurch, dass statt des Lagerrings 150 ein Drehlagering 151 und ein Gleitlagerring 115 vorhanden sind. Der Drehlagerring 151 übernimmt zum einen die Funktion wie der Lagerring 150 in 2, nämlich dass die Handhabe 150 drehbar gelagert ist. Weiterhin ermöglicht der Drehlagerring 151 im Zusammenwirken mit dem Gleitlagerring 155, dass die Handhabe auch parallel zur Oberfläche der Elektrooptischen Anzeigevorrichtung 300 einen gewissen Weg verfahrbar ist und durch diese Verfahrbarkeit in X/Y- Richtung zusätzliche Funktionen wie beispielsweise die eines sogenannten Joysticks realisiert werden können.
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In 4 sind die Elektromagnete 201- 209 dargestellt, die über eine Hälfte des Umfangs verteilt sind, die nicht dargestellten restlichen Elektromagnete hätten dann die Nummern 210-216, so dass wie bereits zuvor zu 1 beschriebenen über den Umfang insgesamt 16 Elektromagneten verteilt sind. Die oberhalb des Permanentmagneten 103 dargestellte Kraftkurve zeigt die Krafteinwirkung der dargestellten Elektromagnete auf den dargestellten Permanentmagneten,103 in Abhängigkeit der Position des Permanentmagneten 103 zu den Elektromagneten 210-209 wobei bei oberhalb der Abszisse dargestellten Werte die Kraft in Richtung des Uhrzeigersinns (cw= clockwise) wirkt und bei unterhalb der Abszisse dargestellten Wert die Kraftwirkung gegen den Uhrzeigersinn (ccw=counterclockwise) wirkt.
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In 4 befindet sich der Permanentmagnet 103 in einer Stellung α1 = 45°. Bei den dargestellten Elektromagneten im Ausführungsbeispiel in 4 sind nur die Elektromagnete mit ungeraden Bezugszeichen bestromt, wobei die Elektromagnete 201, 205, 209 so bestromt sind, dass ihr Südpol S in der Zeichnung nach oben ragt, während die Elektromagnete 203 und 207 so bestromt sind, dass ihr Nordpolpol N in der Zeichnung nach oben ragt.
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Der Permanentmagnet 103 wird von dem Elektromagneten 203 angezogen und von den Elektromagneten 201, 205 abgestoßen, so dass im Ergebnis sich die Kräfte aufheben, da die Kräfte, die die Elektromagnete 201, 205 auf den Permanentmagneten ausüben wegen der größeren Entfernung zum Permanentmagneten 103 nur jeweils halb so groß sind wie die Kraft zwischen dem Permanentmagneten 103 und dem Elektromagneten203. Auch die sonstigen vorhandenen Elektromagnete üben Kräfte auf den Permanentmagneten 103 aus, diese sind wegen des großen Abstandes sehr klein und somit vernachlässigbar im Verhältnis zu den Kräften zwischen den Elektromagneten 201, 203,205 und dem Permanentmagneten 103.
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Im Ergebnis heben sich die auf den Permanentmagneten 103 von den Elektromagneten ausgeübten Kräfte auf, so dass in der dargestellten Position von 45°keine Kraft an der Handhabe (100 in 1-3) zu spüren ist. Sofern die Handhabe (100 in 1-3) im Uhrzeigersinn von einem Bediener verdreht wird und so der Permanentmagnet 103 in der Bildebene nach rechts verschoben wird, spürt der Bediener eine immer größer werdende Kraft bis zu einem Maximum bei 67,5°, die dann bei einem weiteren Drehen im Uhrzeigersinn zurückgeht und bei 90° wieder Null wird. Bei einem weiteren Drehen unterstützten die Elektromagnete im Ergebnis die Drehung im Uhrzeigersinn mit einem Maximum der Kraft bei 112,5°, die dann bei einem weiteren Drehen abnimmt, bis sie bei 135° wieder zu Null wird. So kann der Bediener durch die fühlbaren Kräfte spüren, an welcher Drehposition er sich gerade befindet.
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Im Gegensatz zu 4 sind beim Ausführungsbeispiel nach 5 alle Elektromagnete 201-209 bestromt und die Krafteinwirkungen auf den Permanentmagneten 103 für 3 Positionen explizit dargestellt. Die Abstände der Nulldurchgänge der dargestellten Kraftkurve sind gegenüber der Kraftkurve nach 4 halbiert. In der Position a1 =45° heben sich die Kräfte des Elektromagneten 203 und der Elektromagneten 202, 204 gegenseitig auf, so dass an dieser Position keine Krafteinwirkung für einen Bediener spürbar ist. Bei der Position a2= 101,25° hat die Kraft (CCWF) gegen den Uhrzeigersinn(ccw) ein Maximum: der Permanentmagnet 103 wird von dem Elektromagneten 205 angezogen und von dem Elektromagneten 206 abgestoßen. Bei der Position a3 =168,75° hat die Kraft(CWF) in den Uhrzeigersinn(cw) ein Maximum: Permanentmagnet 103 wird von dem Elektromagneten 209 angezogen und dem Elektromagneten 208 abgestoßen, so dass er im Ergebnis in der Zeichnungsebene nach rechts gedrückt wird.
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Die vorstehende Beschreibung geht von einer konstanten Bestromung eines Teils oder aller Elektromagnete aus. So wird ein bestimmtes Muster der zu fühlenden Kräfte in Abhängigkeit der gewählten Anzahl und Position der Permanentmagnete und bestromten Elektromagnete generiert.
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Es ist aber auch möglich, die Elektromagnete mit sich ändernden Stromstärken und ändernden Polaritäten in Abhängigkeit der Drehposition der Handhabe 100 zu betreiben, so dass jedes gewünschte haptische Profil im Rahmen der Belastbarkeit der verwendeten Bauteile dargestellt werden kann. So können beispielsweise Anschläge durch ein starkes Erhöhen der Bestromung bestimmter Elektromagnete generiert werden.