CN107683447B - 具有弹性支承的操纵元件和操作触觉功能的机动车操作设备 - Google Patents

具有弹性支承的操纵元件和操作触觉功能的机动车操作设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车(1)的操作设备(2)，所述操作设备包括：用于将操作设备(2)固定在机动车(1)中的壳体(10)；操纵元件(9)，通过加载操纵力(12)能使所述操纵元件关于壳体(10)从静止位置(14)平动地移出；弹簧元件(17)，通过所述弹簧元件弹性支承操纵元件(9)并且在平动地移出时朝向静止位置(14)为所述操纵元件加载复位力(16)。本发明提出，弹簧元件(17)被设计为板或条并且通过至少两个支承元件(18)关于壳体(10)不能移动地支承在各个支承位置(22)上，其中，在支承位置(22)之间定义了中间区域(20)，并且操纵元件(9)在弹簧元件(17)的两个对置的端部(21)上在中间区域(20)之外抵靠在弹簧元件(17)上。

Description

具有弹性支承的操纵元件和操作触觉功能的机动车操作设备
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的操作设备。通过操作设备来提供操纵元件，该操纵元件被以能平动地移出的方式保持在壳体中。操纵元件例如可以是触摸屏(Berührungsbildschirm)。在此，操纵元件被弹性地支承，为此提供弹簧元件，该弹簧元件朝向静止位置为操纵元件加载复位力。本发明还包括具有根据本发明的操作设备的机动车。
背景技术
所述类型的操作设备例如由DE 103 12 338 A1已知。据此，接触灵敏的检测设备在壳体中支承在四个弹簧条上，其中，每个弹簧条拱顶状地弯曲并且支承在两个支承元件上。各个拱顶状的形状布置在两个支承元件之间并且用作用于检测设备的支承点。在这种布置中下述情况是困难的：在检测设备上布置致动器以用于提供触觉反馈，因为在此该检测设备独立地支承在四个位置处上，并且为了实现有效的触觉反馈，致动器相应地必须在所有四个支承点上起作用。
这种四重地输入触觉信号例如由KR 2012 000 1302 A已知。据此，可移动地支承的操纵元件以板件的形式支承在四个震动扩音器上，该震动扩音器保持板件并且在需要时为板件加载震动。关于这种布置不利的是，板件的弹性支承仅能受限地实现，因为为此在构造方面必须匹配震动扩音器。
由DE 10 2006 021 593 A1已知一种致动装置，用于在操纵元件上产生震动信号，所述致动装置直接固定在操纵元件上并且由于其惯性可以将震动输入到操纵元件中。在这种解决方案中不利的是，通过在操纵元件上布置相对较重的致动装置，该操纵元件能缓慢地且因此仅利用相应大的操纵力通过使用者来操纵。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种操作设备，其具有能平动地移出的操纵元件，该操纵元件弹性地支承并且提供中心作用点，以用于为操纵元件加载致动力和/或用于检测使用者的作用到操纵元件上的操纵力。
所述目的通过独立权利要求的主题来实现。本发明的有利的改进方案通过从属权利要求的特征、下面的说明书以及附图来公开。
通过本发明提供了一种用于机动车的操作设备。以本身已知的方式，操作设备包括：用于将操作设备固定在机动车中的壳体；和操纵元件。操纵元件以下述方式支承在壳体中，即通过加载操纵力能使所述操纵元件从静止位置平动地移出。操纵元件例如可以是按键或按键条(Tastenleiste)或还可以是触摸屏或触摸板(接触灵敏的输入面)。此外提供有弹簧元件，通过所述弹簧元件弹性支承操纵元件并且通过所述弹簧元件在上述平动地从静止位置移出时朝向静止位置为所述操纵元件加载复位力。
现在为了提供用于提供力的中心作用点以用于触觉反馈(Feedback)或者用于量取或测量使用者的、作用于操纵元件的操纵力，根据本发明规定，弹簧元件被设计为板或条并且通过至少两个支承元件关于壳体不能移动地支承在各个支承位置上。因此在操作设备中提供有两个支承座，所述支承座运动固定地与壳体连接。在该支承座上布置有弹簧元件，其中，弹簧元件在支承座上的各个固定区域为支承位置。因为现在存在两个支承元件并且因此还在弹簧元件上存在两个支承位置，所以在支承位置之间定义了中间区域。在此，操纵元件在弹簧元件的两个对置的端部上在中间区域之外抵靠在弹簧元件上。
通过本发明得出了下述优点：在中间区域中将弹簧元件的变形与弹簧元件的两个对置的端部的相应的变形相互联系在一起，并且因此在中间区域中存在所述作用点或量取点，通过所述作用点或量取点能同时影响弹簧元件的两个对置的端部并且例如能为这两个对置的端部加载力，从而也能通过两个端部例如为操纵元件加载该力。
本发明包括备选的改进方案，通过其特征得出了附加的优点。
根据一种改进方案，在支承位置上分别形成有位置固定的转动区域以用于使弹簧元件弹性弯曲。如果使用者利用所述操纵力按压到操纵元件上，则该操纵力在弹簧元件的端部处被传递至弹簧元件。在此，弹簧元件围绕支承元件的两个转动区域弯曲。在平动地移出时，中间区域与操纵元件的静止位置相比反向于所述操纵元件弯曲。换句话说，通过位置固定的转动区域在支承位置中实现了弹簧元件移出的换向。这种换向能以有利的方式用于，使得单向作用的致动器和/或传感器在中间区域中能反向于下述方向移动：操纵元件沿该方向移出。
一种改进方案提出，在弹簧元件的所述对置的端部中的至少一个上提供有挺杆元件、例如杆或条，相应的端部在操纵元件平动地移出时通过所述挺杆元件作用到力传感器上。特别是，挺杆元件布置在弹簧元件的、与操纵元件对置的一侧。特别是，挺杆元件和操纵元件在弹簧元件上的支承区域在彼此间没有错置的情况下布置在弹簧元件上，从而将操纵力直接传递到挺杆元件中。这种改进方案的优点在于，借助每个力传感器能对操纵力进行直接力测量。
一种改进方案提出，在中间区域中在弹簧元件的背离操纵元件的一侧提供有致动装置，所述致动装置与壳体连接并且被布置用于，为弹簧元件在中间区域中加载沿着操纵力的作用轴线起作用的力。这种致动装置例如可以基于压电元件来提供。致动装置与弹簧元件连接并且因此在弹簧元件上在中间区域中产生力，该弹簧元件通过其端部将力传递到操纵元件上。通过这种经由弹簧元件的耦联对力的时间曲线进行低通滤波。
如已经描述的那样，在中间区域中的布置的特别优点在于，通过支承元件引起了力反转。根据一种改进方案，上述情况通过下述方式来使用，即致动装置仅产生拉力作为所述力。由此得出了下述优点：致动装置在技术方面能特别简单地构造。
从而一种改进方案为此提出，致动装置为了提供拉力具有电线圈，以用于产生磁性的吸引力作为拉力。电线圈作为致动装置的组成部分具有下述优点：利用技术上简单的方式能产生较大的拉力，然而所述拉力仅单向地起作用。
一种改进方案提出，提供一种控制装置，所述控制装置被布置用于，在操纵元件平动地移出期间和/或之后借助调节信号以下述方式操控致动装置，即所述致动装置通过弹簧元件为操纵元件加载反向于操纵力起作用的触觉信号和/或对操纵元件围绕静止位置的自身振动(Eigenschwingung)进行衰减。控制装置例如可以基于处理器装置、例如微型控制器或微型处理器来实现。作为触觉信号可以例如产生震动或以有利的方式且优选地产生反向脉冲(Gegenimpuls)。特别是能以下述方式来调节控制装置，即反向脉冲在超过操纵力的阈值时产生，其中，操纵力例如可以借助所述至少一个力传感器来查明。通过所述布置还可以借助唯一一个致动装置、例如唯一一个电线圈，利用技术上简单的方式来衰减或阻止操纵元件的自身振动。为此，致动装置、特别是电线圈可以借助调节信号产生反向于自身振动的反向运动或者也例如通过致动装置的电接头短路简单地激活发电机模式运行，从而自身振动的振动运动可以通过将动能转换为热量而被衰减。
一种改进方案提出，调节信号被设计为PWM信号(PWM–脉冲宽度调制)。由此得出了下述优点：利用简单的开关元件、例如晶体管，可以利用仅两种开关状态设定或预先给定致动装置的力值的时间曲线。替代于此，调节信号可以具有根据阶梯函数的时间曲线，所述阶梯函数在最小值和最大值之间具有至少一个恒定区段。通过阶梯函数，操纵元件可以逐级地从平动移出被返回引导至静止位置中，从而由此避免了操纵元件的自身振动。
如前所述，操纵元件可以是按键。优选规定，借助操纵元件可以激活或选择操作设备的多个不同的功能。为此一种改进方案提出，为了提供接触面，操纵元件具有板或板件、尤其是圆盘(Scheibe)、特别是玻璃板，并且布置有传感器装置，该传感器装置用于区分出板件上的多个不同的接触位置。这种操纵元件能以所述方式作为触摸屏或触摸板来提供。一种改进方案提出，操纵元件被设计为开关面板(Schalterleiste)，该开关面板具有多个按键区。每个按键区可以具有自己的接近传感器，以用于检测接触按键区。
此前仅提到操纵元件的平动移出。优选地，还仅允许了操纵元件从静止位置的这种平动移动。为了确保上述情况，一种改进方案提出，提供了一种引导装置，通过该引导装置以下述方式引导操纵元件关于壳体的运动，即操纵元件仅能沿着平动移出的方向运动。为此例如可以设置轨道装置以用于引导操纵元件。这种改进方案具有下述优点：操纵元件在操纵元件从静止位置移出的情况下未在壳体中倾斜。这一点尤其在形式为触摸屏或触摸板的板件的情况下利用相应较大的接触面来实现。
本发明如前所述还包括机动车，其具有根据本发明的操作设备的实施方式。借助操作设备优选能在机动车中操作或耦联至少一个车辆组件。作为车辆组件例如能操作信息娱乐系统(Informations-Unterhaltungssystem)和/或空调装置和/或车辆座椅调节装置。
附图说明
下面描述了本发明的实施例。为此，唯一附图示出了根据本发明的机动车的实施方式的示意图，其具有根据本发明的操作设备的以横截面示出的实施方式。
具体实施方式
下述实施例涉及本发明的优选实施方式。在该实施例中，所述实施方式的所述组件分别为本发明的各个可彼此独立地考虑的特征，所述特征还分别彼此独立地改进本发明，并且因此还可以单独地或在不同于所示出的组合中被视为本发明的组成部分。此外，所述实施方式还能通过本发明的其它已述特征来补充。
附图示出了机动车1，该机动车例如可以是汽车、尤其是乘用车。机动车1可以具有操作设备2，该操作设备例如可以用于操作至少一个机动车组件3。至少一个机动车组件3例如可以具有信息娱乐系统和/或空调装置和/或车辆座椅调节装置。
操作设备2可以基于使用者5的接触操纵4产生控制信号6以用于至少一个车辆组件3。使用者5例如可以利用手指7在接触灵敏的接触面8上来执行接触操纵4。接触面8通过操纵元件9来提供，该操纵元件沿着移出轴线或作用轴线11能移出地支承在操作设备2的壳体10中。通过在接触面8的接触位置13上为接触面8加载操纵力12，操纵元件9在接触操纵4时从附图中示出的静止位置14移出。在此，通过传感器装置15例如可以查明且用信号表示接触位置13在接触面8上的坐标。
在操纵元件9从静止位置14移出时，复位力16朝向静止位置14作用到操纵元件9上。该复位力16可以通过弹簧元件17产生，该弹簧元件可以被设计为板件或条、即被设计为弹簧条。该弹簧元件例如可以是钢条，该钢条例如可以制成为冲压件。弹簧元件17在壳体10中可以布置在两个支承元件18上，该支承元件可以固定地与壳体10的壳体壁19连接。在此，操纵元件9在支承元件18之间定义的中间区域20之外在弹簧元件17的相应的端部21上固定在弹簧元件17上。当操纵元件9从静止位置14移出时，弹簧元件17围绕转动点22弯曲，该转动点还可以在支承元件18上形成用于中间区域20的边界。由此在端部21沿着作用轴线11朝向与操纵元件9相同的方向移出期间，中间区域20在弯曲时沿与操纵元件9的反方向23进行反向运动。
在端部21上可以布置挺杆元件24，该挺杆元件至少部分地将操纵力12传递至力传感器25。该力借助挺杆元件24和力传感器25优选在操纵元件9的对置的端部上检测。力传感器25可以布置在壳体10中固定布置的电路板或印刷电路板26上。通过电路板26，力传感器25可以与控制装置27连接，通过该控制装置基于借助力传感器25检测的力可以产生控制信号6用于机动车组件3。在此可以规定，只要所检测的力超过阈值，则产生控制信号6。
为了在产生控制信号6时在接触面8上为使用者5给出触觉反馈，可以提供致动装置28，该致动装置例如可以由压电元件或由电线圈29和布置在其中的磁电枢元件30组成的布置结构形成。通过为电线圈29通电，电枢元件30反向于反方向23进入到致动装置28中。在此，通过转动点22，弹簧元件17作为弹性杆起作用，该弹性杆作用到两个端部21上，从而由致动装置28产生的力31可以作为触觉反馈32例如以碰撞或反向脉冲的形式反向于操纵力12作用到手指7上。
声学反馈同样可以通过控制装置27借助扬声器33产生。总之，因此在对操纵元件9进行操纵时得出了一种效果，例如是机械按键，其在操纵时被敲击。然而，操纵元件9在此例如可以被设计为触摸屏或触摸板或具有多个开关的开关面板。操纵元件例如可以包括板件34，该板件可以布置在支承体35上以用于进行稳定。为了使支承体35构造成具有特别小的支承质量，该支承体可以具有蜂窝结构或蜂窝形状。
因此，可以通过操作设备2提供具有触觉的触摸屏。通过引导装置36可以确保，在运动中仅沿着作用轴线11存在自由度，从而致动装置28的操纵方向和作用处于相同的作用轴线11上。
通过形式为弹簧元件17的弹簧条——其安装在两个形式为支承元件18的支承座上，操纵力12通过挺杆元件24传递到力传感器25上。当超过设定的操纵力阈值时，可以触发致动装置28和扬声器33。在此，致动装置28优选居中地作用到弹簧元件17上。由此，致动装置28反向于操纵力12的操纵方向、然而作用到相同的作用轴线11上。
总之该实例说明了，如何能通过本发明提供具有触觉功能和声学功能的触摸屏的结构。

Claims (10)

1.一种用于机动车(1)的操作设备(2)，所述操作设备包括：
-用于将操作设备(2)固定在机动车(1)中的壳体(10)，
-操纵元件(9)，通过加载操纵力(12)能使所述操纵元件关于壳体(10)从静止位置(14)平动地移出，
-弹簧元件(17)，通过所述弹簧元件弹性支承操纵元件(9)并且在平动地移出时朝向静止位置(14)为所述操纵元件加载复位力(16)，
其特征在于，
弹簧元件(17)被设计为板或条并且通过至少两个支承元件(18)关于壳体(10)不能移动地支承在各个支承位置(22)上，其中，在支承位置(22)之间定义了中间区域(20)，并且操纵元件(9)在弹簧元件(17)的两个对置的端部(21)上在中间区域(20)之外抵靠在弹簧元件(17)上。
2.根据权利要求1所述的操作设备(2)，其中，在支承位置(22)上分别形成有位置固定的转动区域以用于使弹簧元件(17)弹性弯曲，中间区域(20)通过所述弹性弯曲在操纵元件(9)平动地移出时与操纵元件(9)的静止位置(14)相比反向于所述操纵元件弯曲。
3.根据权利要求1或2所述的操作设备(2)，其中，在弹簧元件(17)的所述对置的端部(21)中的至少一个上提供有挺杆元件(24)，相应的端部(21)在平动地移出时通过所述挺杆元件作用到力传感器(25)上。
4.根据权利要求1所述的操作设备(2)，其中，在中间区域(20)中在弹簧元件(17)的背离操纵元件(9)的一侧提供有致动装置(28)，所述致动装置与壳体(10)连接并且被布置用于，为弹簧元件(17)在中间区域(20)中加载沿着操纵力(12)的作用轴线(11)起作用的力(31)。
5.根据权利要求4所述的操作设备(2)，其中，所述力(31)仅仅是拉力(31)。
6.根据权利要求5所述的操作设备(2)，为了提供拉力(31)，所述致动装置(28)具有电线圈(29)以用于产生磁性的吸引力。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的操作设备(2)，其中，提供有控制装置(27)，所述控制装置被布置用于，在操纵元件(9)平动地移出期间和/或之后借助调节信号以下述方式操控致动装置(28)，即所述致动装置通过弹簧元件(17)为操纵元件(9)加载反向于操纵力(12)起作用的触觉信号(32)和/或对操纵元件(9)围绕静止位置(14)的自身振动进行衰减。
8.根据权利要求7所述的操作设备(2)，其中，调节信号是PWM信号或具有根据阶梯函数的时间曲线，所述阶梯函数在最小值和最大值之间具有至少一个恒定区段。
9.根据权利要求1或2所述的操作设备(2)，其中，为了提供用于接受操纵力(12)的接触面(8)，操纵元件(9)具有板件(34)，所述板件具有传感器装置(15)，该传感器装置用于区分出板件(9)上的多个不同的接触位置(13)。
10.一种具有根据权利要求1至9中任一项所述的操作设备(2)的机动车(1)。
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