CN108351664A - 包括具有输入面的致动元件和布置在所述输入面上的旋转调节器的操作装置 - Google Patents

包括具有输入面的致动元件和布置在所述输入面上的旋转调节器的操作装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种操作装置，包括：载体(1)；致动元件(3、4)，其被安装成能够相对于载体(1)移动并且可以返回到静止位置，致动元件限定了输入面(15)并且具有用于检测在输入面(15)上发生的触摸的装置(4)；至少一个旋转调节器(7)，其布置在输入面(15)上并且被安装成能够相对于输入面(15)旋转；在载体(1)和致动元件(3、4)之间的力传感器(2a、2b)的矩阵；以及评估单元(16)，其被配置为根据从触摸检测装置(4)所获得的信号来确定在输入面(15)上所发生的触摸的位置，并且基于力传感器(2a、2b)的矩阵并且通过与预设值进行比较来识别对旋转调节器(7)上施加的至少一个致动力作用。

Description

包括具有输入面的致动元件和布置在所述输入面上的旋转调 节器的操作装置
本发明涉及一种操作装置，包括：载体；致动元件，其安装成能够相对于所述载体移动，所述致动元件限定了输入面并且具有用于检测在所述输入面上的触摸的装置；至少一个旋转调节器，其布置在所述输入面上并且被安装成能够相对于所述输入面旋转。
已知的操作装置，其具有限定输入面的致动元件，致动元件包括用于检测在输入面上的触摸的装置，例如是触摸板，或如果该输入面与显示面一致，则被称为触摸屏。由于这样的操作装置可能的输入可行方案的多样性，并且特别是由于能够实现关于坐标的输入和控制的可能性，所以这样的操作装置被越来越多地以各种方式使用。由于这些输入面通常是平面和均匀的设计，因此通常缺乏触觉反馈，该触觉反馈有助于在输入期间无法进行视觉检查时的操作，例如在车辆中的情况。因此，基本上出于更好的触觉反馈的原因，仍然需要传统的输入设备，例如按钮、摇杆开关，并且特别是旋转调节器。由于触摸屏或触摸板的输入面的尺寸越来越大，并且同时成本最小化，因此可以选择将旋转调节器在结构方面集成到触摸板或触摸屏中，其中优选地，触摸板或触摸屏侧的触摸检测装置用于检测旋转调节器的位置。但是，这里存在的问题是，还应该可靠地检测旋转调节器的致动。
在这个背景下，需要一种解决方案，在该解决方案中，通用的操作装置(例如作为旋转调节器和和触摸板或触摸屏的组合)可以被可靠地检测到，并且特别是还可以给该旋转调节器分配推动功能。该目的通过根据权利要求1所述的操作装置来实现。同样有利的应用是用途权利要求的主题，同样有利的评估方法是独立方法权利要求的主题。有利的实施例分别是从属权利要求的主题。需要注意的是，权利要求中单独列出的特征可以以任何技术上有意义的方式相互组合并且显示本发明的其他实施例。说明书，特别是结合附图，另外表征了和详细说明了本发明。
本发明涉及一种操作装置，包括载体和相对于载体可移动地安装的致动元件。该安装还被设计有空档位置，以实现不被致动的静止位置。致动元件限定输入面，并且还设置有用于在输入面上进行触摸检测的装置，该装置至少部分地是致动元件的集成组成部分，在下文中，它们也被称为触摸传感器系统。例如，输入面不一定是平坦的。致动元件优选安装成至少在垂直于输入面的方向上可移动。
根据本发明，设置至少一个旋转调节器，该旋转调节器布置在输入面上并以此布置在致动元件上并且相对于输入面能够旋转地安装。例如，旋转调节器被理解为具有致动按钮或致动环的输入设备，该输入设备围绕基本垂直于输入面的轴线可旋转地安装，其中，致动环或致动按钮的位移行程可以是不受限制或被固定。
根据本发明，在载体和致动元件之间还设置有力传感器矩阵，用于测量作用到致动元件上的致动力，该致动力在下面也被简称为致动力传感器系统，或者简称为力传感器系统。根据本发明的矩阵被理解为意指两个或更多个力传感器的总成。根据本发明的力传感器的矩阵例如但不一定理解为在一个共同的平面中多于两个的传感器的总成。关于力传感器的测量原理，根据本发明的操作装置不受限制，并且根据本发明例如包括压电式或电容式或电感式或电阻式测量的力传感器。
根据本发明，还设置评估单元，评估单元被设计为根据从触摸检测装置所获得的信号来确定在输入面上所进行的触摸的位置，并且基于力传感器矩阵的信号例如通过与预设值的比较或基于该矩阵的不同传感器的信号差而识别对旋转调节器施加的至少一个致动力作用。例如，基于仅由力传感器所检测到的对致动元件的致动力作用而没有检测到输入面的触摸或至少没有检测到在不被一个或多个旋转调节器所覆盖的输入面的区域中的触摸，识别旋转调节器的触摸和致动。例如，力传感器被布置成使得力传感器检测由致动元件的安装而引起的在自由度方向上发生的力作用。优选地，力传感器被定向为使得力传感器基本检测垂直于输入面的致动力作用的分量。
旋转调节器的致动被理解为与能够由力传感器力矩阵所检测到的力作用相关的致动。通过识别这样的力作用得到了多个本发明的优点，例如，因此可以基于根据本发明的在力作用中的最小一致性，在旋转调节器的同时或随后的调节中，将旋转调节器的有意的位移与旋转调节器的无意的调节更加可靠地进行区分。有意的位移被理解为操作者对旋转调节器这样的动作，其目的是有意识地实现旋转调节器的致动元件(环或按钮)的位置变化，并且这根据本发明在本发明的意义中理解为致动。已发现的是，借助于由少量力传感器的矩阵限定的力模式能够容易且可靠地检测由致动引起的这些作用，并且可以可靠地将其与无意的和偶然的其他力作用区分开。由此可以验证通过该致动而引起的旋转调节器的位移，并且可以提高对旋转调节器的位置评估的可靠性。
此外，根据另一实施例，对旋转调节器的致动力作用进行的有效检测有利地给旋转调节器除了转动位移外还提供了取决于致动力(例如通过力传感器矩阵所测量的致动力的方向和/或值)的新的切换功能或控制功能。例如规定，给定在垂直于旋转位移轴线的方向上发生的致动力，给旋转调节器分配附加的切换功能或控制功能。例如，给致动力的彼此相互正交并且与旋转位移轴线正交的四个方向中的每一个分别分配切换功能或控制功能，以便除了旋转功能之外，给旋转调节器还赋予例如致动杆的功能。在另一个实施例中规定，给定在平行于旋转位移轴线的方向上发生的致动力，给旋转调节器分配附加的切换功能或控制功能。例如，因此旋转调节器被赋予额外的按压功能(“推动”功能)。本领域技术人员可以选择力传感器矩阵的合适布置以及力传感器的数量以及在所测量的致动力的评估中的合适的阈值，以确保可靠检测附加的切换功能或控制功能。
根据一优选的实施例，用于触摸检测的装置被设计成电容式和/或电阻式地检测触摸。例如，将输入面与包括用于产生测量电容的多个电极的电极结构相关联，以便检测由输入面的触摸所引起的电容变化的空间分辨检测，其大致对应于电极的尺寸。
优选地，触摸检测装置还被设计成检测旋转调节器的靠近和/或触摸。这在一个实施例中被设置成能够通过力传感器矩阵进行的力测量。在另一个实施例中，由此验证了通过致动力测量所识别到的对旋转调节器的致动。此外，因此在例如实施触发功能(例如位移)的实际致动之前，可以在显示器上提供利用旋转调节器所提供的功能的预览。例如，在最近靠近或触摸旋转调节器时，在布置于输入面下方的显示器上，显示围绕旋转调节器并且与位移关联的功能相关的刻度。
更优选地，触摸检测装置被设计成能够对旋转调节器上的触摸的进行空间分辨检测或至少区域分辨检测。例如，旋转调节器的表面(例如面向操作者的表面)限定了多个特定的触摸区域，彼此独立地检测到该触摸区域的触摸。举例来说，触摸区域与发送器电极以电传导方式连接，发送器电极在被触摸时影响输入面的相应测量电容，以便能够通过触摸检测装置进行检测。由于区域精确的分辨率，可以提高验证的质量，例如通过利用特定触摸区域能够验证致动力的方向。
根据另一个实施例，根据本发明的操作装置还包括执行器，用于相对于载体对致动元件进行冲击激励或振动激励，以便对操作者产生触觉反馈。例如，设置压电执行器或电磁执行器。特别是，当肯定地识别到对旋转调节器的致动力作用时，提供触觉反馈。例如，执行器被设计为使得通过执行器所引起的冲击激励或振动激励发生在垂直于输入面的方向上，或者冲击激励或振动激励的方向以锐角与输入面相交。优选地，冲击激励或振动激励发生在通过致动元件的重心的方向上。优选地，执行器被设计成在与输入面平行的方向上引起冲击激励或振动激励。
根据另一个实施例，评估单元被设计为，利用力传感器矩阵的信号来验证基于触摸检测装置的信号的在输入面上的触摸检测，即对触摸的检测，和/或反之亦然。例如，这可能涉及触摸本身的验证，但也可能涉及对触摸位置的验证，者取决于由力传感器矩阵限定的力传感器系统的分辨能力。相反，在一个实施例中，例如在检测到对旋转调节器的力作用和在输入面的某些区域中没有触摸时，可以验证旋转调节器的致动。相反地，可以通过检测在直接围绕旋转调节器的区域中(例如在手指厚度的宽度上)的触摸，验证触摸和/或验证旋转调节器的致动，因为这种触摸只与旋转调节器上抓拿致动环或致动按钮的手指位置的触摸相关联，并且不与偶然触摸相关联。
优选地，触摸检测装置也被设计成检测旋转调节器的位置和/或位移。例如设置了位置发送器，该位置发送器触摸或几乎触摸该触摸面，影响相应的测量电容并且取代人的手指并且与致动环或致动按钮同步旋转。例如，触摸检测装置在旋转调节器和致动元件之间延伸。
根据本发明的操作装置的另一个的优选的实施例，该操作装置还具有显示部(显示器)，并且评估单元被设计为在识别了对旋转调节器的致动力作用的情况下改变显示内容。由此例如提供了光学反馈。优选地，显示器是致动元件的组成部分。例如，由操作者看起来，显示器布置在输入面下方。
根据一个优选的变型，致动元件具有限定输入面的外层，该外层与旋转调节器的基座一体成型，或者与基座传力配合地和/或材料接合地和/或形状配合地连接。根据一个优选的实施例，该透明层优选为玻璃层，优选为具有在20℃时线性热膨胀系数在3.2×10-6/K和8.7×10-6/K之间的玻璃层，更优选地由硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃或碱石灰浮法玻璃形成。通过在成型过程中将玻璃层加热到转变温度以上，可以在成型过程中容易地加工这样的玻璃层。此外，这种玻璃层具有高水平的强度和触觉性能，这被认为是特别有利的。例如，该层的厚度为0.5mm至2.0mm，诸如1.1mm。例如，基座被粘合或锁定在限定输入面的层上。作为基座，例如是在致动环或致动按钮的旋转调节中静止的部分，以及被设置成邻接地布置到输入面处的旋转调节器的部分。
本发明还涉及在机动车辆中以其任何一种配置使用前述的操作装置。例如，操作装置布置在机动车的中央控制台中。
本发明涉及用于在前述任一实施例中的操作装置的评估方法，其中，所述评估方法包括触摸检测步骤，其中，根据由触摸检测装置获得的信号来确定在输入面上发生的触摸的位置，并且所述评估方法包括致动识别步骤，其中，基于力传感器矩阵的信号(例如通过与预设值的比较)来识别作用到所述旋转调节器上的至少一个致动力作用。
例如，操纵力识别步骤用于区分由于偶然触摸引起的无意扭转的致动。已经发现，借助于由少量力传感器的矩阵限定的力模式能够容易且可靠地检测由致动引起的这些作用，并且能够可靠地将其与无意的和偶然的其他力作用区分开。由此可以验证通过该致动而引起的旋转调节器的位移，并且可以提高对旋转调节器的位置评估的可靠性。
根据该方法的另一实施例，对旋转调节器的致动力作用进行的有效检测分配取决于致动力(例如通过力传感器矩阵所测量的致动力的方向和/或值)的新的切换功能或控制功能。例如规定，给定在垂直于旋转位移轴线的方向上发生的致动力，给旋转调节器分配附加的切换功能或控制功能。例如，给操纵力的彼此相互正交并且与旋转位移轴线正交的四个方向中的每一个分别分配切换功能或控制功能，以便除了旋转功能之外，给旋转调节器还赋予致动杆的功能。在另一个实施例中规定，给定在平行于旋转位移轴线的方向上发生的致动力，给旋转调节器分配附加的切换功能或控制功能。例如，因此旋转调节器被赋予额外的按压功能(“推动”功能)。
参照下述附图更具体地阐释本发明。在此，附图仅被理解为示例并且仅表示优选的实施例。图示：
图1是根据本发明的操作装置的实施例的截面图；
图2是根据本发明的方法流程的示意图；
图3是根据本发明的操作装置的旋转调节器的另一实施例的视图。
图1示出了根据本发明的操作装置的第一实施例。根据本发明，操作装置包括载体1。在载体1上能够移动地附接有致动元件3、4，致动元件限定了输入面15和具有用于检测输入面上的触摸的装置4。在当前示例中，它是触摸屏4，即电子显示器，其利用触摸检测装置来限定触敏输入面15。未详细展示的支承装置被构造成使得致动元件3、4复位到图1所示的静止位置中。通过对检测输入面的测量电容的矩阵进行评估，通过未示出的触摸屏4的电极结构以空间分辨方式对点12处所示的输入表面15上的触摸进行电容性检测。在面向操作者且限定了触敏输入面15的触摸屏4的最外面的透明层上，还设置有多个旋转调节器7，具有用于其旋转位移的致动环。旋转调节器7分别具有与触摸屏4最外层粘接的基座6，使得旋转调节器7可随着致动元件3、4移动。
旋转调节器7覆盖触摸屏4的输入面15的一部分，其中，设置在触摸屏4中的用于触摸检测的传感系统(触摸传感系统)可以用于旋转调节器7的位置检测。即，与致动环同步调节的位置发送器5与触摸屏4特别是与其触摸检测装置配合作用，从而借助于从属于触摸屏4的检测装置可以检测旋转调节器7的位置。在这里，这是电传导的位置发送器5，该位置发送器根据旋转调节器的位置以及其自身的位置和轨道而影响触摸屏4的特定的测量电容，由此可以通过评估单元16确定位置信息，并且因而相应的旋转调节器7的位置与位置点10或13相关联。在旋转调节器7中，特别是在其致动环中，还可以集成附加的电极，以便还能够借助于触摸屏4的触摸传感器系统来检测对旋转调节器7上的靠近或触摸。
在载体1上附接有电磁执行器8。该执行器具有平行于输入面15平行延伸的作用方向，以便在该方向上振动地驱动致动元件3、4以产生触觉反馈9。由多个电容式测量的力传感器2a、2b形成的矩阵(其中两个力传感器在图1中示出)设置在载体1与致动元件3、4之间，用于测量对致动元件3、4的致动力作用以及对与之相连的旋转调节器7的致动力作用。力传感器2a、2b如此布置和定向，使得它们基本上测量了垂直于输入面15的致动力的分量。力传感器2a、2b的矩阵与评估单元16电传导连接。因此，评估单元16能够通过与预设阈值进行比较来执行致动力作用的空间分辨检测，并且因此将致动力作用的位置与点11和14以及因此与旋转调节器7关联。评估单元16能够利用从致动力作用获得的位置信息并借助于力传感器2a、2b的矩阵来验证通过触摸屏4的触摸检测所获得的位置信息。例如，如果基于力传感器2a、2b的矩阵的信号，致动力的作用位置与旋转调节器7的其中一个区域相关联，那么肯定地确认并且因此验证，即，通过触摸屏4没有检测到在由旋转调节器7所覆盖的区域外部的区域中的触摸，并且反之亦然。如果所测量的力矩阵与预设矩阵至少近似对应时，则与相应的旋转调节器7相关联的致动(在这里是旋转调节器7的按压)配属切换功能，并且几乎同时借助于执行器8产生触觉反馈。
这些方面和其他方面将在下面的图2的流程图中解释。在步骤K1中，借助于分别集成在旋转调节器7中的电极和用于触摸屏4的电容式空间分辨触摸检测的装置来检测图1中的两个旋转调节器7中的一个旋转调节器的触摸或靠近。随后在步骤K2中，借助于力传感器系统，即，力传感器2a、2b的矩阵来执行力测量。同时，在步骤V中，在由触摸屏4提供的显示器上执行可通过旋转调节器7(在这里是在其按压下时)实现的切换功能的功能预览。在步骤K3中，在超过最小力作用时，力作用被测量，并且在步骤K4中由评估单元16例如基于传感器2a和2b的信号值的差异来评估是否可以将由作用11、14所产生的作用11、14的位置与旋转调节器7中的一个相关联。如果是这种情况，则在由虚线箭头指示的简化实施例中，在步骤K5中立即触发切换功能。在该方法的优选实施例中，在步骤P中，该结果通过利用在步骤B1和B2中所获得的触摸屏的触摸传感器系统的触摸屏的测量结果来验证。如果例如在步骤B2中不能检测到触摸，则在步骤4中验证旋转调节器7的致动。只有在验证之后，才在步骤K5中触发切换功能，并且在步骤H中由执行器8生成触觉反馈。如果旋转调节器7不包括允许检测触摸或靠近的设备，则省去步骤Kl。然后在步骤P中通过以下方式进行验证，即，在步骤K3中超过力阈值，但在步骤B2中未检测到触摸，或者至少在步骤B2中仅在旋转调节器7的紧邻区域(指头宽度)中检测到触摸。
在下文中，描述了在由旋转调节器7覆盖的区域之外的输入面15上的操作者进行的触摸及其检测。如果在步骤B1中在没有被旋转调节器7覆盖的区域中进行了对输入面15的触摸，则在步骤B2中通过触摸屏4的触摸传感器系统检测该触摸，并且该触摸在由虚线箭头所示的实施例中，在与预设的触摸图案匹配时，导致在步骤B3中触发切换功能，并且在步骤H中通过执行器8产生触觉反馈。
优选地，在步骤B3中的切换功能的触发是以通过在步骤K3和K4中力传感器2a、2b矩阵(其称为力传感器系统)的测量结果对在步骤B2中所测量的触摸进行的验证P为前提的。如果例如同时的致动力没有与旋转调节器7的任何位置相关联，那么由此验证了对由旋转调节器7覆盖的区域之外的触摸屏4上的触摸。
图3示出了根据本发明的操作装置的另一个实施例，其中旋转调节器7相对于前述的实施例进行了修改。旋转调节器7布置在触敏输入面15的面向操作者的一侧。旋转调节器7在其表面上限定了多个区域31、32、33、34、35，这些区域适合于进行触摸检测或接近检测，因为电传导的相互绝缘的电极31、32、33、34布置在旋转调节器的表面中或表面下方。电极31、32、33、34、35分别以电传导方式连接到相关联的发送电极36、37、38、39、40。区域31、32、33、34、35上的触摸借助于与与输入面15相关联的并且在图3中未示出的触摸传感器系统配合作用的电极36、37、38、39、40而能够检测旋转调节器7上的触摸位置的区域分辨率。例如，可以将不同的功能分配给不同的触摸区域31、32、33、34、35。例如，在布置在旋转调节器30中心的区域被触摸的同时验证到作用在旋转调节器7上的致动力时，可以触发按压功能(推动功能)。例如，在位于旋转调节器7的外边缘处的区域31、32、33、35被触摸且同时该触摸被力传感系统所验证的情况下，可以触发与致动方向相关的切换功能，以便使由力传感系统所验证的致动杆功能通过特定的触摸区域与其方向特定的功能相关联。例如，触摸的区域分辨率用于指定旋转调节器7的切换功能。如果触摸位置位于旋转调节器7的几何中心周围的区域中，则触发推动功能。如果触摸位置例如位于旋转调节器7的围绕中心的区域之外，则触发与方向有关的功能。

Claims (12)

1.一种操作装置，包括：载体(1)；致动元件(3、4)，所述致动元件被安装成能够相对于所述载体(1)移动并且可以返回到静止位置，所述致动元件限定输入面(15)并且具有用于检测在所述输入面(15)上所发生的触摸的装置(4)；以及至少一个旋转调节器(7)，其布置在所述输入面(15)上并且被安装成能够相对于所述输入面(15)旋转；以及在所述载体(1)和致动元件(3、4)之间的力传感器(2a、2b)的矩阵，所述力传感器用于测量作用到所述致动元件(3、4)上的致动力；以及评估单元(16)，其配置为根据从触摸检测装置(4)所获得的信号来确定在所述输入面(15)上所发生的触摸的位置，并且基于所述力传感器(2a、2b)的矩阵的信号而识别对所述旋转调节器(7)进行的至少一个致动力作用。
2.根据权利要求1所述的操作装置，其中，所述触摸检测装置(4)被设计成电容式和/或电阻式地检测触摸。
3.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其中，所述触摸检测装置(4)被设计成检测对所述旋转调节器上的靠近和/或触摸。
4.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其中，所述触摸检测装置(4)被设计成以空间分辨或区域分辨的方式检测对所述旋转调节器上的靠近和/或触摸。
5.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，还包括执行器(8)，用于相对于所述载体(1)对致动元件(3、4)进行冲击激励或振动激励，以便尤其在肯定地识别到致动力作用到旋转调节器(7)上的情况下，产生触觉反馈。
6.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其中，所述执行器(8)被设计为在与所述输入面(15)平行的方向上引起冲击激励或振动激励。
7.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其中，所述评估单元(16)被设计成基于力传感器矩阵的信号来验证在所述输入面(15)上的触摸检测，和/或反之亦然。
8.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其中，所述触摸检测装置(4)被设计成检测所述旋转调节器(7)的位置和/或位移。
9.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，所述操作装置还包括显示器(4)，并且所述评估单元(16)被设计成在识别对所述旋转调节器(7)的致动力作用的情况下改变显示内容。
10.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其中，所述致动元件(3、4)具有限定所述输入面(15)的优选为透明的外层，所述外层与所述旋转调节器(7)的基座(6)一体成型，或者与所述基座(6)传力配合地和/或材料接合地和/或形状配合地连接。
11.一种根据前述权利要求中任一项所述的操作装置在机动车中的应用。
12.一种用于操作装置的评估方法，所述操作装置包括：载体；致动元件，其被安装成能够相对于所述载体移动并且可以返回到静止位置，所述致动元件限定输入面并且具有用于检测在所述输入面上的触摸的装置；至少一个旋转调节器，其布置在所述输入面上并且被安装成能够相对于所述输入面旋转；在所述载体和致动元件之间的力传感器的矩阵，所述力传感器用于测量作用到所述致动元件上的致动力；以及评估单元，其中，所述评估方法包括触摸检测步骤，其中，根据由触摸检测装置获得的信号来确定在输入面上发生的触摸的位置，并且所述评估方法包括致动识别步骤，其中，基于力传感器矩阵的信号来识别作用到所述旋转调节器上的至少一个致动力作用。
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