CN107810123A - 具有触觉反馈的机动车操作设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车(1)的操作设备(3)，所述操作设备包括：被提供用于检测使用者操纵的操纵元件(8)，所述操纵元件能移动地支承；致动装置(17)，所述致动装置具有电磁体(19)和永磁体(18)；控制装置(13)，所述控制装置以下述方式布置：所述控制装置为电磁体(19)加载第一电流(I1)，通过所述第一电流使电磁体(19)为永磁体(18)加载第一磁力(26)，所述第一磁力使操纵元件(8)从静止位置(S)移出。操纵元件(8)的移出应能作为短暂的敲击而没有震动地感知。为此本发明提出，提供有机械的止挡元件(24)，以能弹性变形的方式构成的复位装置(22)利用复位力(23)朝向静止位置(S)将操纵元件(8)压到或拉到止挡元件(24)上。

Description

具有触觉反馈的机动车操作设备
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的操作设备，借助所述操作设备可以由使用者操作机动车的至少一个仪器。为此，操作设备具有用于检测使用者动作的操纵元件。操纵元件例如可以是按键。此外提供有致动装置，通过该致动装置能使操纵元件移动，其中，致动装置为此具有电磁体和永磁体。最后提供有控制装置，该控制装置基于操纵信号为电磁体加载电流，以便由此使操纵元件从静止位置移出。本发明还包括一种具有根据本发明的操作设备的机动车以及用于运行操作设备的方法。
背景技术
具有所述特征的操作设备由US 2011/0037546 A1已知。这种操作设备具有板作为操纵元件，该板支承在两个致动装置之间，该致动装置分别具有永磁体以及电线圈作为电磁体。利用致动装置可以使板从静止位置移出。该板保持在静止位置中，因为该板夹紧在两个弹性区域、一个密封区域和一个支承区域之间。
在已知的操作设备中不利的是，该板在通过致动装置移出之后易于围绕静止位置振动，此前致动装置已经被去激活。对此的原因是，板弹性支承在弹性元件之间。由此，由使用者在操纵板时可感知的触觉回馈(反馈)被感觉为非精确的或海绵状的或缓慢消逝的振动。
相反值得期望的是一种操作设备，其中，操纵元件、例如按键执行时间上受限的、可由使用者明确感知的一次运动，例如敲击运动或震动或跳跃。
由DE 10 2011 089 400 A1已知一种用于机动车的操作设备，其中，操纵元件的运动借助磁流变液来制动，其中，在液体中在粘性方面能通过外部磁场来控制。在此借助永磁体来中止运动，并且通过取消永磁体磁场能借助电磁体使得操纵元件移动。
由DE 10 2011 079 863 A1已知一种转动-按压-调节器，其通过使用者操纵在空间上移开以下述方式来检测，在转动-按压-调节器上布置永磁体，并且在调节器旁布置的印刷电路板的霍尔传感器检测永磁体的磁场变化。
发明内容
本发明的目的是，在机动车的操作设备中针对使用者产生时间上明确限定的或时间上明确受限的触觉反馈。
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给出。
通过本发明提供了一种用于机动车的操作设备。操作设备以所述方式具有操纵元件，该操纵元件被提供用于检测使用者操纵。操纵元件例如可以设计成按键。操纵元件关于操作设备的壳体能移动地支承。为了产生触觉反馈提供有致动装置，该致动装置具有电磁体作为第一磁元件和永磁体作为第二磁元件，其中，两个磁元件之一关于操纵元件并且两个磁元件中的另一个关于壳体固定地支承。控制装置以下述方式布置：所述控制装置基于预先确定的操纵信号为电磁体加载第一电流，通过所述第一电流使电磁体为永磁体加载第一磁力，所述第一磁力使操纵元件从静止位置移出。控制装置例如可以基于微型控制器或处理器装置来实现。操纵元件例如可以基于对操纵元件的操纵来产生。通过为电磁体加载第一电流，操纵元件主动地通过致动装置来移动。上述情况使使用者感觉为触觉反馈。
现在为了明确地在时间上限定这种触觉反馈，根据本发明提供有机械的止挡元件，以能弹性变形的方式构成的复位装置将操纵元件压到止挡元件上并使其进入静止位置中。操作设备还可以具有多个止挡元件。下面仅参考止挡元件，因为本发明原则上可以利用唯一一个止挡元件来实现。复位装置例如可以设计成弹簧、例如盘簧/螺旋弹簧或板簧。通过复位装置，操纵元件永久地或持久地被加载复位力，该复位力将操纵元件压到静止位置中。复位元件还能以下述方式布置：复位元件将操纵元件拉到静止位置中。止挡元件例如可以是在壳体上的肋片或凸起。止挡元件特别是由刚性的、即非弹性的材料、例如由塑料或金属制成。这一点克服振动。
通过本发明得出了下述优点，在去激活第一电流之后，当致动装置因此在永磁体和电磁体之间不再产生磁力时，移出的操纵元件通过复位装置由于复位力而被压到或拉到止挡元件上。只要到达了止挡元件、即操纵元件在静止位置中接触止挡元件，则移出——即操纵元件的运动——结束。不能实现围绕静止位置的振动衰减。因此触觉反馈突然地和/或简短地和/或随着止挡元件由操纵元件接触而结束。操纵元件从静止位置借助致动装置移出以及操纵元件的随后的返回移动至止挡元件由使用者感觉为敲击、即例如敲击按键。
本发明包括改进方案，通过其特征得出了附加的优点。
根据一种改进方案，控制装置以下述方式布置：所述控制装置在第一电流之后、即在电磁体已经被加载第一电流之后为电磁体加载第二电流，通过所述第二电流使电磁体为永磁体加载反向于第一磁力的第二磁力。例如电流被换向，以便从第一电流切换至第二电流。通过为永磁体加载第二磁力，移出的操纵元件返回到静止位置中并被压到或拉到止挡元件上。换句话说，复位装置通过电磁体进行辅助，使操纵元件返回到静止位置中并且在那里将该操纵元件压到或拉到止挡元件上。由此，针对使用者可以明确感知的一次移出、即碰撞或震动可以在操纵元件中引起或产生。
根据一种改进方案，控制装置在此被设计用于，所述控制装置在操纵元件从静止位置的移出开始之后在预先确定的持续时间上产生第二电流。换句话说，移出自移出开始、即自远离静止位置的运动开始持续了预先确定的持续时间。该持续时间小于200ms。由此得出了简短的机械敲击，使用者例如可以利用手指在操纵元件上感知该敲击。对此的另一标记是响片效果(Knackfroscheffekt)。
一种改进方案提出，控制装置被设计用于，所述控制装置借助第二磁力在预先确定的持续时间上将操纵元件保持在静止位置中。持续时间例如可以处于10ms至500ms的范围内。通过这种改进方案以有利的方式获得了反弹抑制(Prellunterdrückung)。换句话说防止了：操纵元件在止挡元件上反弹并且再一次执行能由使用者感知的反弹运动。
根据一种改进方案，操纵元件不仅具有单个的按键，而且还具有多个按键区。换句话说，在操纵元件上提供有多个可彼此区分的按键。按键区例如可以通过按键罩或按键模型形成，其固定在操纵元件上。传感器装置为了检测使用者操纵而被设计用于，探测使用者接触按键区中的哪一个。为此，在每个按键区中例如可以设置电容式传感器或微型开关。通过这种改进方案得出了下述优点，利用单个的致动装置(永磁体和电磁体)针对多个按键或按键区实现了所述触觉反馈。为了区分，由使用者在使用者操纵时已经操作或按压或接触按键区中的哪一个，则使用所述传感器装置，该传感器装置与每个按键自己的致动装置相比在技术上能尤其费用更低地提供。
根据一种改进方案，提供有力传感器，所述力传感器产生力信号，所述力信号与在使用者操纵时对操纵元件加载的操作力相关。力传感器例如可以基于电阻形成，其电阻值基于操作力改变。在这种情况下，控制装置以下述方式布置：如果力信号表明操作力大于预先给定的阈值，则所述控制装置产生操纵信号。阈值例如可以处于两牛顿和六牛顿之间的范围内。通过这种改进方案得出了下述优点，简单的接触或接近操纵元件并没有引起操纵元件通过致动装置的所述移出。而使用者首先必须至少施加大于阈值的操作力，以便还确实记录或探测使用者操纵。由此有效地避免了无意地操纵该操作设备。
根据一种改进方案，控制装置以下述方式布置：所述控制装置利用预先确定的触觉信号来调制第一电流和/或第二电流的电流强度时间曲线。换句话说，在操纵元件从静止位置移出运动和/或返回至静止位置中期间为操纵元件赋予附加的运动信号，该运动信号通过触觉信号来确定。例如可以调制振动。由此得出了下述优点，借助不同的触觉信号可以给使用者提供不同的触觉方面的信号提示。
如前所述，本发明还包括一种机动车。在根据本发明的机动车中，机动车的至少一个仪器与操作设备耦联，该操作设备为根据本发明的设备的实施方式。至少一个仪器例如可以是信息娱乐系统(Informations-Unterhaltungssystem)和/或空调装置和/或底盘控制装置和/或通信系统。操作设备被设计用于，基于在操作设备上的使用者操纵将控制信号发送给所述至少一个仪器。由此，使用者可以通过对操作设备进行操纵(使用者操纵)借助操作设备来操作至少一个仪器。使用者操纵在此以所述方式在操纵元件上执行。在此基于传感器装置和/或压力传感器的信号，可以产生操纵信号以用于触发触觉反馈。以本身已知的方式，与操纵信号一起还可以产生控制信号，通过该控制信号来控制机动车的至少一个仪器。操纵信号还可以作为外部信号被传递给操作设备。
根据本发明的机动车优选设计成汽车、特别是乘用车。
最后本发明还包括一种用于运行操作设备的方法。通过根据本发明的方法综合了本发明的优选实施例的主要步骤。所述方法基于一种操纵元件，所述操纵元件关于操作设备的壳体能移动地支承。在未操纵的状态下，操纵元件具有静止位置，该操纵元件在静止位置中通过机械的止挡元件卡住。在此，操纵元件可以通过复位装置压到或拉到止挡元件上。
操纵元件以下述方式通过使用者操纵来移动：使用者例如接触或按压操纵元件。使用者操纵的检测例如可以基于所述传感器装置(电容式传感器、微型开关)来实现。控制装置基于预先确定的操纵信号借助致动装置的电磁体为致动装置的永磁体加载第一磁力。上述情况以所述方式实现。操纵信号例如可以基于所述传感器装置的传感器信号在检测使用者操纵时产生。第一磁力以所述方式使得操纵元件从静止位置移出，即操纵元件执行移出运动。现在为了形成这种主动移出用于时间上简短的或时间上明确限定的触觉回馈或触觉反馈，在根据本发明的方法中规定，在产生第一磁力之后然后借助电磁体为永磁体加载与第一磁力相反的第二磁力，该第二磁力使操纵元件返回到静止位置中并将操纵元件压到或拉到止挡元件上。随着抵靠在止挡元件上，操纵元件突然地或突发地结束其移出运动，从而突然结束移出。特别是避免了操纵元件围绕静止位置的振动衰减。
本发明还包括方法的改进方案，所述改进方案具有已经与根据本发明的操作设备的改进方案相关地被进行描述的特征。出于这个原因，根据本发明的方法的相应的改进方案在此还描述一次。
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。
具体实施方式
下面阐述的实施例是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经描述过的特征来补充。
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。示出了仪器2和用于仪器2的操作设备3。操作设备3与仪器2耦联，例如通过CAN-总线(CAN-控制器局域网络)。仪器2例如可以是信息娱乐系统、空调装置、电话设备、底盘控制装置。操作设备3还可以与多个仪器耦联。操作设备3为了控制仪器2而基于使用者5对操作设备3进行的使用者操纵产生控制信号4，其中，在附图中仅示出了具有手指7的手6。为了操纵操作设备3，操作设备具有操纵元件8，该操纵元件以移动或可移动的方式布置在操作设备3的壳体9中。在操纵元件8上布置一个按键区或多个按键区10，其中，使用者5利用手指7按压按键区10。传感器装置11检测，使用者5已经接触或按压哪个按键区10，并且通过传感器信号12表示被操纵或操作的按键区10。传感器装置11为了检测使用者5接触和/或接近按键区10之一可以针对按键区10中的每一个具有传感器16，该传感器例如可以是电容式接近传感器。
控制装置13基于传感器信号12产生控制信号4。控制装置13例如可以在电路板的基础上形成，借助该电路板实现了电子电路。可以附加地规定，控制装置13接收力传感器15的力信号14，通过该力信号表示，使用者5以何种操作力F或操纵力例如将手指7压到操纵元件8上。可以规定，控制信号4通过控制装置13仅在下述情况下产生：操作力F根据力信号14大于预先确定的阈值。力传感器15例如可以在由力改变的电阻的基础上形成或者具有板簧，该板簧在操作力F大于阈值时闭合或断开接触。
在操作按键区10之一时，使用者利用手指7感觉到触觉反馈。使用者在此感觉，按键区10执行敲击运动，该敲击运动在时间上简短地且利用可明确感知的运动行程执行。
为此，操作设备3具有致动装置17，该致动装置包括永久磁体或永磁体18和电磁体19。电磁体19例如可以在软磁铁芯20和电线圈21的基础上形成。电磁体19还可以在没有铁芯20的情况下提供。特别是，电线圈21还可以由控制装置13的电路板的印制导线形成，即设计成扁平线圈。
永磁体18在示出的实例中固定在操纵元件8上。电磁体19在示出的实例中例如通过控制装置13与壳体9固定连接。该位置还可以被交换，从而电磁体19固定在操纵元件8上，并且永磁体18与壳体9固定连接。
此外，操作设备3具有复位装置22，该复位装置为操纵元件8加载复位力23，该复位装置在下述情况下通过复位力将操纵元件8保持在静止位置S中：电磁体19未激活、即未通电或被断开。静止位置S或静止方位通过止挡元件24来确定，操纵元件8被复位装置22压到该止挡元件上。在附图中示出的实例中示出了两个止挡元件24。下面，在阐述时总是仅单次地描述单个的止挡元件34，在这方面对于其它多次提供的元件也是如此，因为其功能分别相同。
复位装置22例如可以具有一个或多个盘簧/螺旋弹簧，如这一点在附图中示出。止挡元件24例如可以通过棒或凸起或肋片形成。止挡元件24尤其由刚性的、非弹性的材料制成。操纵元件8例如可以由塑料制成，由此，操纵元件特别轻并且因此能利用电磁体19的低电功率移动。
随着产生控制信号4，控制装置13产生操纵信号25，通过操纵信号触发了触觉反馈，该触觉反馈在手指7上用信号向使用者5告知，使用者已经成功地操纵按键区10。基于操纵信号25，电磁体19被加载第一电流I1，即线圈21被通电或加载或接通第一电流I1。由此，永磁体18产生朝向永磁体18的磁引力26。
由此，永磁体18由电磁体19吸引，并且利用该永磁体使操纵元件8沿移出方向27从静止位置S移出。然后，通过控制装置13对电磁体19加载第二电流I2或利用第二电流I2通电流。由此，电磁体19朝向永磁体18产生了排斥力28。由此，利用排斥力28附加于复位力23使操纵元件8返回至静止位置S中。换句话说，实现了至静止位置S中的反向运动29。
因此，在操作设备3中，操纵元件8沿两个相反的方向被主动地激励或移动或加速。由此通过致动装置17形成了双向主动的触觉或致动。因此，由使用者5触及的操作表面30可以被主动加速并且又简短地制动，即特别是停下来。由此避免了不希望的震动。通过永磁体19与永久磁体18组合，能使致动装置17执行推挽操作(gegentakten)，即转换电流的电流方向，以便使加速了的操作表面30又被制动。
在此，通过调整第一电流I1和第二电流I2能实现不同的操控脉冲。特别是在此，操作表面30能沿两个方向移动，即从静止位置S移出并且主动返回至静止位置S。
操作表面30、即操纵元件8在此首先通过复位装置22被压到零位或零方位或静止位置S中。此外在该实例中，在操纵元件8上固定永久磁体18，例如在操纵元件8的与操作表面30对置的背侧上。永久磁体18相对于电磁体19布置。电磁体19与壳体9连接并且由控制装置13的控制电子元件来操控。如果现在操控电磁体，则该电磁体可以移出和/或加速操纵元件8并且然后由于转换电流方向借助第二电流I2通过引起的磁场变化又将操纵元件压回到静止位置S中(推挽操作)。使用者5在对操纵元件8进行操纵时、即在操纵按键区10之一时感觉到简短的和/或高质量的触觉。由此可以反作用于表面的不希望的震动。
在静止位置S中，操纵元件8例如在操纵元件8的接触面31上抵靠在止挡元件24上。操纵元件8在移出运动27和复位运动29时的位移行程或移出行程32可以通过第二接触面33来限定。特别是，移出行程32小于永磁体18与电磁体19之间的距离34。由此避免永磁体18吸附在电磁体19上。两个接触面31、33可以通过操纵元件8中的沉割部35形成。由此得出了下述优点：在操纵元件8与壳体9之间的间隙36的间隙尺寸可以特别小地设定，特别是小于1毫米。间隙36是可视间隙，该可视间隙可以由使用者5从机动车内室看到。通过间隙36的较小的间隙尺寸还防止了，物体可能落入壳体9中。
总之实例说明了，如何能够通过本发明来提供具有主动触觉和在致动器上的推挽操作的操作元件。

Claims (9)

1.一种用于机动车(1)的操作设备(3)，所述操作设备包括：
-操纵元件(8)，所述操纵元件关于操作设备(3)的壳体(9)能移动地支承，
-致动装置(17)，所述致动装置具有电磁体(19)作为第一磁元件和永磁体(18)作为第二磁元件，其中，两个磁元件之一关于操纵元件(8)固定地支承并且两个磁元件中的另一个关于壳体(9)固定地支承，和
-控制装置(13)，所述控制装置以下述方式布置：所述控制装置基于预先确定的操纵信号(25)为电磁体(19)加载第一电流(I1)，通过所述第一电流使电磁体(19)为永磁体(18)加载第一磁力(26)，所述第一磁力使操纵元件(8)从静止位置(S)移出，
其特征在于，
提供有至少一个机械的止挡元件(24)，以能弹性变形的方式构成的复位装置(22)利用复位力(23)朝向静止位置(S)将操纵元件(8)压到或拉到止挡元件(24)上。
2.根据权利要求1所述的操作设备(3)，其中，控制装置(13)以下述方式布置：所述控制装置在第一电流(I1)之后为电磁体(19)加载第二电流(I2)，通过所述第二电流使电磁体(19)为永磁体(18)加载反向于第一磁力(26)的第二磁力(28)，并且由此使被移出的操纵元件(8)返回到静止位置(S)中并将该操纵元件压到或拉到所述至少一个止挡元件(24)上。
3.根据权利要求2所述的操作设备(3)，其中，控制装置(13)被设计用于，所述控制装置在操纵元件(8)从静止位置(S)的移出开始之后在预先确定的持续时间内产生第二电流(I2)，其中，该持续时间小于200毫秒。
4.根据权利要求2或3所述的操作设备(3)，其中，控制装置(13)被设计用于，所述控制装置借助第二磁力(28)在预先确定的持续时间上将操纵元件(8)保持在静止位置(S)中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的操作设备(3)，其中，操纵元件(8)具有多个按键区(10)，并且传感器装置(11)为了检测使用者操纵而被设计用于，探测使用者(5)接触按键区(10)中的哪一个。
6.根据前述权利要求中任一项所述的操作设备(3)，其中，提供有力传感器(15)，所述力传感器产生力信号(14)，所述力信号与在使用者操纵时对操纵元件(8)加载的操作力(F)相关，控制装置(13)以下述方式布置：如果力信号(14)表明操作力(F)大于预先给定的阈值，则所述控制装置产生操纵信号(25)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的操作设备(3)，其中，控制装置(13)以下述方式布置：所述控制装置利用预先确定的触觉信号来调制第一电流(I1)和/或第二电流(I2)的电流强度时间曲线。
8.一种具有至少一个仪器(2)和根据前述权利要求中任一项所述的操作设备(3)的机动车(1)，其中，操作设备(3)与至少一个仪器(2)耦联并且被设计用于，基于在操作设备(3)上的使用者操纵将控制信号(4)发送给所述至少一个仪器(2)。
9.一种用于运行操作设备(3)的方法，其中，操纵元件(8)检测使用者操纵，所述操纵元件关于操作设备(3)的壳体(9)能移动地支承，并且控制装置(13)基于预先确定的操纵信号(25)借助致动装置(17)的电磁体(19)为致动装置(17)的永磁体(18)加载第一磁力(26)，所述第一磁力使操纵元件(8)从通过至少一个机械的止挡元件(24)确定的静止位置(S)移出，
其特征在于，
然后借助电磁体(19)为永磁体(18)加载反向于第一磁力(26)的第二磁力(28)，所述第二磁力使被从静止位置(S)移出的操纵元件(8)返回到静止位置(S)中并将该操纵元件压到或拉到所述至少一个止挡元件(24)上。
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