CN105849505B

CN105849505B - 用于电气设备的特别适用于车辆部件的操作装置

Info

Publication number: CN105849505B
Application number: CN201480071516.3A
Authority: CN
Inventors: 温井里德.富斯特; 卡斯滕.马夸斯
Original assignee: Bel-He La Thermostatic Control Co Ltd
Current assignee: Bel-He La Thermostatic Control Co Ltd
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2017-12-19
Anticipated expiration: 2034-12-09
Also published as: JP2017502406A; KR102250060B1; US9698775B2; KR20160097273A; ES2761271T3; CN105849505A; EP3080554A1; WO2015086568A1; EP3080554B1; US20160315612A1; JP6433500B2

Abstract

一种用于电气设备或系统，特别适用于车辆部件的操作装置，设置有至少一个弹性安装的操作元件(12)，一相对元件(14)，相对于其当被驱动时所述至少一个操作元件(12)是可移动的，从而改变该距离，即如在移动方向看到的，和至少一个电容器(38)，它包括一具有第一电容器电极(34)的第一承载体(20)和一个设计成一个弯曲杆的可弹性弯曲的第二承载体(22)，具有第一端(26)和与所述第一端相对的第二端(32)，并且具有与第一电容器电极(34)相对的第二电容器电极(36)。评估单元(42)与第一和第二电容器电极(34，36)连接，在所述至少一个操作单元(12)驱动时用于确定所述至少一个电容器(38)的电容和/或电容的变化。

Description

用于电气设备的特别适用于车辆部件的操作装置

在先申请

本申请要求2013年12月10日的德国专利申请10 2013 225 436.9的优先权，其内容通过引用的方式并入本PCT申请的内容中。

技术领域

本发明涉及一种用于电气设备或者电气系统的操作装置，所述的操作系统特别适用于车辆部件。

背景技术

大部分带有操作元件的操作装置的各种设计都是众所周知的。尤其在汽车领域，其中利用了键的形式的操作元件已经建立了操作理念。最近，人们已越来越多地要求设计出这样的键型操作元件，以达到的效果是，在驱动时，其表面应移动，尽可能以用户感觉不到的方式进行。因此，希望实现移动行程尽可能小，并进一步允许这些被检测到。在路径被覆盖的基础上，然后可确定是否各个操作元素已被正确地驱动；于是，将装置或系统的功能分配给所述操作元件执行。

如果，在这种系统中，它的弹性(硬度)是已知的，操作元件在其静止位置之外所检测的位移/运动使得能够得知该驱动力。在高系统刚度的情况下，该位移是相对小的(最终甚至只适用于某些情况下)；因此，面临寻找小位移的精确测量方法的挑战又增加了。

在德国专利DE-A-10 2011 089 693中，其中操作装置的特征在于，为响应按下移动，集成到电路板的自由切口弯曲杆会变形。弯曲杆的一端未刚性地连接到电路板上，因此是自由的，该弯曲杆携带一电容器电极，还具有布置在朝向的自由端朝向的刚性电路板面的电容器电极，从而横向地布置成自由端，形成一个电容器。该电容器的电容的变化被用于操作元件驱动的检测。

DE-A-10 2013 100 649公开了一种带有触摸操作元件的触觉反馈的触摸型操作元件。这里，电容器的刚性的电极表面会被移动，从而电容将被改变。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于电气设备或者电气系统的操作装置，尤其适用于车辆部件，其中，尽管是操作元件的最小可能的运动行程，一个可靠的结论可以在此操作元件的移动轨迹得出。

为了达到以上目的，本发明的目的是提供一种用于电气设备或者电气系统的操作装置，尤其适用于车辆部件，其特征在于，所述的操作装置包括：

-至少一个弹性安装的操作元件，

-一个相对元件，所述至少一个操作元件相对于相对元件其在被驱动时是可移动的，因此在移动方向上看引起距离的变化，

-至少一个电容器，其包括一个具有第一电容器电极的第一承载体和包括一个弹性可弯曲的第二承载体，所述的第二承载体设计成弯曲杆状，所述的第二承载体上的第二电容器电极与第一电容器电极相对设置，

-其中，

-所述的电容器(38)被设置在所述至少一个操作元件上而且在操作元件的驱动下可以与操作元件一起移动因为所述两个承载体(20，22)通过它们的第一端(24，26)到至少一个操作单元(12，28)被固定，并且各自的第二端与各自的第一端相对设置，用于可弹性弯曲的第二承载体(22)的第二端(32)远离所述第一承载体(20)的第二端(30)的移动在所述的至少一个操作元件驱动时(如图1所示，其中第一承载体和所述弹性可弯曲第二承载体的第一端被紧固到所述至少一个操作元件的用于移动的第一承载体和所述弹性可弯曲第二承载体的第一端与所述至少一个操作元件一起，和第二承载体的第二端相对的可弹性弯曲的第二承载体的第一端的被设置在相对元件上，相应的，支撑/由后者经所述至少一个操作元件的驱动，并且当所述至少一个操作元件的驱动，从远离所述第一承载体移动的距离)，

或者

-电容器在这两个载体是通过其第一端固定到所述相对元件上，并在其第二端部相对的第二承载体的第一端与所述至少一个操作元件可拆卸连接，用于第二承载体的第二端从所述至少一个操作元件的驱动进行第一载体的第二端远离的运动(参见例如图4其中第一承载体设置在相对元件上和所述至少一个操作元件是相对于所述第一承载体可动，并在其弹性可弯曲的第二承载体的第一端是由相对元件保持并在其第二端相对的第一端，是在与所述至少一个操作元件的可拆卸连接，用于当至少一个操作元件的驱动时弹性可弯曲的第二承载体的第二端远离第一承载体的第一端的移动)，

-其中，可弹性弯曲的第二承载体的第二端承受来自第一承载体的定向偏转，在所述至少一个操作元件驱动时第一和第二电容器电极间的所得到的距离的生成和/或增大，

-评估单元与第一和第二电容器电极连接，在所述至少一个操作单元驱动时用于确定所述至少一个电容器的电容和/或电容的变化。

本发明的操作装置由驻留在该电容器的电容的变化被用弹性电极的帮助下检测精确的确定的电容方式的操作元件的位移来实现该方法。此处的特别特征在于，在操作元件脱离其静止位置的运动时，所述电容器将高值的电容变为低值。因此，操作元件被驱动时电容器将呈现“打开”的状态。

根据本发明，操作装置包括至少一个弹性地支撑操作元件。在正常情况下，该操作元件被设计为一个键体并且可以以平移的方式移动；然而，操作元件的偏转可通过使用本发明的概念计量的检测出来。操作元件在驱动时会向着与相对元件相反的方向运动，相应的，在没有驱动力施加在操作元件上时操作元件会从相对元件的尾部运动回来。

在操作元件和相对元件之间，设置一移动的小径，一个包含第一承载体和第二承载体的电容器，其中每个承载体包含一个电容器电极(以下分别称为第一电容器电极和第二电容器电极)而第一承载体是刚性的设计，第二承载体以弯曲条的方式形成，因此是可弹性弯曲。两个电容器电极相对设置。

一旦操作元件驱动时，第二承载体偏转的程度会越来越大。这就会导致两个电容器电极在操作元件的静止状态应该尽可能地小。因此，特别的，在操作元件停止工作的情况下，具有相对高的电容量的电容器会下降的比较快，尤其还当操作元件仅最低限度地移动时。这个比较大的电容器的电容量的下降，可以可靠地用于检测所述操作元件的驱动和相应的操作元件的位移路径，因此(该系统提供的刚度是公知的)驱动力在这种情况下。

对于电极之间的设计的原因及其公差，最小距离已被维持的情况下，这通常将导致一个气隙，这将减少电容器的电容，本发明具有的优点是这样的最小距离需要被仅在一侧上维持，即在打开侧。在相对侧，该空气间隙可以忽略，使得电容器的电容量将变高。

本发明的操作装置的由上述概念可以实现，根据第一替代方案，例如在所述第一承载体相对于不动到操作元件保持与所述至少一个操作元件是相对于第二承载体可动的情况下，而且弹性弯曲第二承载体是通过它的第一端设置在所述操作元件上，在其第二端相对的第一端，与所述相对元件于弹性可弯曲第二承载体的运动驱动时执行的操作连接操作元件的。在该变型中，第一承载体和所述弹性可弯曲第二承载体的第一端被紧固到所述至少一个操作元件，使得在所述操作元件的致动，两者都将随着与后者移动。在这种结构中，弹性可弯曲第二承载体的第二端部与相对元件上邻接。这两个载体相对设置，其中所述可弹性弯曲第二承载体被设置在操作元件和所述第一承载体之间。因此，越远操作元件移动时，多个第二承载体将是有缺陷的。

在本发明的操作装置的一个第二变体，它设置在第一承载体和所述弹性可弯曲第二承载体的第一端被夹持在相对元件上。所述弹性可弯曲第二承载体的第二端与所述至少一个操作元件可拆卸连接时，后者被驱动。在这个变型中，两个载体再次被设置在彼此的顶部，但被夹持在相对元件上。所述的弹性可弯曲的第二载体的第二端在至少一个操作元件驱动时会沿着至少一个操作元件的反方向移动，而且第一承载体的第二端与操作元件邻接。再次，在操作元件驱动时所述第二承载体将被偏转到一个越来越大的程度。

对于本发明的两个变体，它因而实际上是，在同时，所述至少一个操作元件的驱动时，在第一和第二电容器电极和/之间产生的距离或所述距离被放大的，所述弹性可弯曲第二承载体的第二端开始定向从所述第一承载体远的偏转。通过连接到第一和第二电容器电极的评估单元的装置，这是现在能够确定的电容和/或所述至少一个电容器的电容在所述至少一个操作元件的驱动时的变化。

根据本发明的另一有利实施例，可提供作用在所述至少一个操作元件上，用于产生所述至少一个操作元件的驱动的触觉确认一个反馈单元，其中所述反馈单元适于依据电容的量或根据该电容器承担和分别电容的改变的程度时被控制，所述至少一个操作元件的驱动发生。这种反馈也可采用听觉或视觉和任选声学和视觉组合，并且如果需要的话，还结合一个的触觉反馈。例如触觉反馈装置可以实现作为可以固定于操作元件螺线管的衔铁，其线圈与磁轭可以固定于壳体，——或反之亦然——，或作为不平衡马达或振动单元。

关于本发明的操作装置的至少一个弹性支撑操作元件，可以设置分别与一个符号的多个操作字段。不论哪个操作字段的当前接触，例如由手的手指，用于驱动所述操作元件，以使操作件将被驱动时，如上所述，操作元件将执行那些将电容作为由本发明提供检测到的运动。现在，用于由当操作元件被驱动时手的手指作用于检测该操作区域，利用电容性触摸传感器布置的是有利的，形成特别是在评估单元及其评估。

附图说明

本发明将更详细的以下文两个示范性实施例的方式并参照附图进行说明。

图1示意性示出根据第一示例性实施例的具有驱动的电容检测的操作元件的可移动支撑的结构，

图2和图3示出根据图1操作元件的概念的局部视图，在操作元件的假定静止位置(参照图2)时和驱动时(参照图3)，

图4示意性示出了根据第二示例性实施例的具有驱动的电容检测的操作元件的可移动支撑的结构。

附图标记：

10 操作装置

10' 操作装置

12 操作元件

14 相对元件

16 驱动力

18 弹簧

20 承载体

22 承载体

24 第一承载体的第一端

26 第二承载体的第一端

28 突出部分

30 第一承载体的第二端

32 第二承载体的第二端

34 第一电容器电极

36 第二电容器电极

38 电容器

40 第二承载体的偏转单元

42 评估单元

44 反馈单元

46 接触传感器装置

S 执行器行程

W 距离

F 驱动力

具体实施方式

在图1中，示出的操作装置10的第一示例性实施例。操作装置10还包括一个与相对元件14远离的方向移动的弹性支持操作元件12，在图1中如16所示，一个驱动力作用于操作元件12上，相应的，此驱动力被释放。在图1，操作元件12的弹性支持通过弹簧18被示意性地表示。

固定到操作元件12是一个特殊的第一承载体20和弹性可弯曲第二承载体22重叠布置的元件。所述第一承载体20可以例如是一个电路板，而第二承载体22可以形成为金属薄板的条带。从图1中可以看出，这两个载体机构20，22，在其第一端24，26的区域中被紧固，并与其他板状操作元件12的突起28相紧贴。所述突起28在朝向相对元件14的方向上定向。两个承载体还包括与各自第一端24、26相对应设置的第二端30，32，其中，弹性可弯曲第二承载体22的第二端32超出了第一承载体20的第二端30。

第一电容器电极34被安置在第一承载体20的第二端30的区域内。在与第一电容器电极的相对的第二承载体22的突起处形成第二电容器电极36。由此，形成电容器38(具有电子绝缘电极)。

从图1中还可以看出，第二承载体22的第二端32靠在相对元件14的偏转元件40上。现在操作元件12被按压时，即驱动，所述第二承载体22由于偏转元件40在其第二端32的抵接将越来越弯曲，其通过图2与图3之间的比较是明显的。在图2，其中所示的电容器结构的情况时，操作元件12处于其静止位置。图3示出了操作件12被压时，因此被驱动的情况。这定义了动作行程s。所述偏转元件40并不一定要邻接于第二承载体22的第二端32，但也可以在另一个位置接触和偏转所述第二承载体，其中，为此目的，所述偏转元件40通过穿过第一承载体20中的开口或类似的切口延伸，以便接触到基台与第二载体22。

所述的执行器行程s现在可以电容器38的变化的电容的基础上进行检测。在图2中，“A”指示平均电极距离W_{mittel n}的水平，在操作元件12处于其静止位置或正常的位置的情况。在图3中，“B”指示平均电极距离W_{mittel b}的水平，在操作元件12处于驱动时的情况。“A”和“B”级之差可以通过Δw_mittel表示，可以看出Δw_mittel比行程s小。然而，其中根据本发明不是绝对必要的。

在图1中，进一步示意表示，这两个电容器电极34，36电连接到评估单元42。在该评估元42，有被执行的电容的检测和相应的电容在操作元件12的驱动的变化。对于触觉反馈，一个相应的反馈单元44可被提供，其包括：用于使所述操作元件12来执行振动的机电驱动器。

在图4中，示出了一个与图1中的驱动检测概念相反的概念。因此。在图4相应的操作装置10’中，电容器38和各自相互重叠载体机构20和22当后者被驱动(除了弹性可弯曲第二承载体22的弯曲)将不沿着操作元件12移动。此外，在图4，那些结构上和功能上类似于图1的操作装置10的元件，是由相同的附图标记在图1至图3标示。

因此，如从上述明显看出，本发明使得通过测量技术检测一个小的位移的相对简单的装置变为可能，即，一电路板，一金属板带和一电容测量装置。为了这个目的，它仅仅是要求该两个元件“电路板”和“片材金属条带”中的一个可以相对于另一个有已知的刚性的移位。

力测量(或力的确定)，如本发明所呈现的可能提供越来越多的与触摸操作相关的功能。因此，为对触摸操作功能所需的硬件和软件也可以用于所述力测量中使用。与已知的电容式系统相比，采用本发明，这是因为由本发明所使用的物理原理实现提供方法时，这样的力确定的准确度是相对电容向覆盖路径的变化是相当大的增强。

本发明的特征包括特别是以下内容，可单独，也可以实现在任何期望的组合：

-电容的减小被用于路径测量。

-在起始位置，该电容器的两个板具有较小的距离。

-一个强大的电容变化被实现，因为：

-板间的距离被放大，和

-一个第二电介质，它内部是空气，将进入电容器板之间的间隙。

-一个电容器板是弹性的。

-电容器板之间的空气间隙通过弹性电容器板的弯曲形成，例如金属板。从而，所以实现了整个系统的机械位移并在电容器的距离的实际平均变化之间的机械转换。

-组成部件的公差是由电容器金属板的弹性所补偿；通过公差补偿，避免了键的空行程，从而使得有可能检测在测量精度范围内最小的运动。

下面，在一个相当普遍的方式，本发明方法的物理/电工原理应再一次概括。

在仅仅最低限度地可移位操作元件，其位移是被精确的检测，弹性连接到另一部件，例如到一个套管或者如上表达的相对元件。此连接(通过弹簧18在图中表示)的刚度是已知的。在力/路径相互关系的基础上。即

F＝D×s，

其中D表示的刚度和s的路径，所施加的力F可以通过位移s计算。

用于路径测量的电容器包括平面电容器板，例如在电路板的铜传导路径。在此电路板，也为电容的测量电子被容纳。在电子绝缘到第一电容器板，例如设置片材金属条带，形成第二电容器板。该电容器的电容的计算方法如下：

C＝ε₀×ε_r×A/w，

其中ε₀代表不变电场，ε_r代表该材料的间隙(在正常情况下，空气)中的相对磁导率，A代表电容器的表面面积，w代表电容器板之间的距离。现在，当施加到所述操作元件上的力，有被覆盖-通过弹簧的弹性变形-路径s。因此，该(向上突出的驱动)销将相对于与铜传导通路的电路板，并且相对于片材金属条带移动。由此，片材金属条带将被抬离铜传导路径。由于单面紧夹紧附件，片材金属条带将发生相应的变形，并会形成弯曲线(见图1到图4)。在电路板和金属板带材的铜传导路径之间的间隙现在将具有依赖于片材金属条带的位点上的高度(参见图2和图3)。现在，当距离之前和之后的平均距离被检测时，该距离比所述操作元件的偏移量s小。因此，由于弯曲线，偏移量s被转换成电容器的平均距离w(见图2和图3)。

随着路径s的增加，则电容器进一步打开，即，片材金属条带将被远离所述电路板弯曲，没有驱动力将被转移到电路板，从而保护它不受损坏。

如果路径测量与作用在驱动的方向的触觉反馈相结合，所述操作元件的触觉反馈这一额外路径将进一步打开电容器(见图1到图4)。

根据本发明，相反于系统采用“关闭”的电容器工作，因而采用增加的电容，提供了用于驱动和任意的反馈驱动的路径，因此作为一个“余量”作为处于“关闭”电容器的情况下，不需要提供，使得在静止位置的电容器间隙可以设计得非常小从而提供可能的高输出电容。

在图1到图4所示的46，其中示意性地描绘的电容触摸传感器系统，这使得它能够检测在其场地例如当操作元件12被驱动的手的手指的位置。

Claims

1.一种电气设备的操作装置，包括：

-至少一个弹性安装的操作元件(12，28)，

-一个相对元件(14，40)，所述至少一个操作元件(12，28)相对于相对元件其在被驱动时是可移动的，因此在移动方向上看引起距离的变化，

-至少一个电容器(38)，其包括一个具有第一电容器电极(34)的第一承载体(20)和包括一个弹性可弯曲的第二承载体(22)，所述的第二承载体设计成弯曲杆状，所述的第二承载体(22)上设置一第二电容器电极(36)，其中，在操作元件(12，28)的移动方向看，所述第一承载体(20)和第二承载体(22)和两个电容器电极(34，36)相互交叠设置，

-其特征在于，

-所述的电容器(38)被设置在所述至少一个操作元件(12，28)上而且在操作元件的驱动下可以与操作元件一起移动，这是因为所述第一承载体(20)和第二承载体(22)通过它们的第一端(24，26)固定于至少一个操作单元(12，28)，并且各自的第二端(30，32)与各自的第一端(24，26)相对设置，同时所述的第二承载体(22)与所述的相对元件(14，40)为可拆卸连接，用于可弹性弯曲的第二承载体(22)的第二端(32)在所述的至少一个操作元件(12，28)在相对元件(14，40)的方向驱动时远离所述第一承载体(20)的第二端(30)的移动，

或者

-所述的电容器(38)被设置在所述的相对元件(14，40)上，这是由于第一承载体(20)和第二承载体(22)通过它们的第一端(24，26)固定于相对元件(14，40)，各自的第二端(30，32)与各自的第一端(24，26)相对设置，而且第二承载体(22)与至少一个操作元件(12，28)为可拆卸连接，用于在至少一个操作元件(12，28)在相对元件(14，40)的方向驱动时第二承载体(22)的第二端(32)远离第一承载体(20)的第二端(30)的移动，

-其中，可弹性弯曲的第二承载体(22)的第二端(32)承受来自第一承载体(20)的定向偏转，在所述至少一个操作元件(12，28)驱动时第一和第二电容器电极(34，36)之间的所得到的距离的生成和/或增大，

-评估单元(42)与第一和第二电容器电极(34，36)连接，在所述至少一个操作单元(12，28)驱动时用于确定所述至少一个电容器(38)的电容和/或电容的变化。

2.根据权利要求1所述的操作装置，其特征在于，反馈单元(44)作用在至少一个操作单元(12，28)上，用于产生至少一个操作元件(12，28)驱动时的触觉确认，其中，所述的反馈单元(44)适用于在至少一个操作元件的驱动(12，28)下电容器(38)激发而产生的电容量，或者，根据在至少一个操作元件(12，28)驱动下所述的电容器(38)承受的电容量的改变程度而被控制。

3.根据权利要求1或2所述的操作装置，其特征在于，所述的至少一个操作元件(12，28)包括带有多个标记的操作区域，其中，通过设置一个电容接触传感器装置(46)，其中一个所述的操作区域在至少一个操作元件(12，28)被驱动的过程中可以被所述的评估单元(42)所检测到。

4.根据权利要求1或2所述的操作装置，其特征在于，在所述的操作元件(12，28)或者所述在相对元件(14，40)上，设置一个偏转元件(40)，其与所述第二承载体(22)上相抵。

5.根据权利要求4所述的操作装置，其特征在于，所述的偏转元件(40)通过第二承载体的第二端(32)与所述的第二承载体(22)相抵。

6.根据权利要求5所述的操作装置，其特征在于，所述的第二承载体(22)的第二端(32)延伸超过所述第一承载体(20)的第二端(30)。

7.根据权利要求4所述的操作装置，其特征在于，所述的偏转元件(40)通过第一承载体(20)的一个开口与第二承载体(22)邻接地可拆卸连接。