CN108459760B - 输入装置 - Google Patents

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Abstract

一种输入装置，其具有壳体和限定操作面的输入部件，输入部件在存在至少两个自由度和所属的机械固有频率的情况下可运动地支承在壳体处，并且其中，输入装置设计成，为触摸操作面的使用者和/或轻压操作面的使用者分别分配接通功能或控制功能，其中此外，输入装置还具有用于将输入部件复位到静止位置的复位元件和机电执行器，其中，执行器设计成，沿着至少两个自由度驱动输入部件运动并且与由机械的复位元件产生的复位力相反，使得输入部件刹停，给使用者产生触觉反馈，至少两个自由度的机械固有频率具有小于100Hz的最大偏差。

Description

输入装置
技术领域
本发明涉及一种输入装置，尤其用于机动车的输入装置，其具有壳体和限定操作面的输入部件，该输入部件可运动地支承在所述壳体处。例如涉及触摸板(即限定触敏操作面的、无显示的输入部件)或触摸屏(即由触敏操作面和显示面组成的组合)。
背景技术
例如从文献DE 201 02 197 U1中已知具有触觉反馈的触摸屏。
关于触觉反馈方面，从文献DE 201 80 024 U1或相应的文献WO 01/54109 A1中已知一种具有触觉反馈的触摸控制器，用于将信号输入电脑以及输出力给触摸控制器的使用者，其中，所述触摸控制器具有如下的输入部件，其具有几乎平面的触敏输入面，所述输入面这样来运行，即，其基于使用者在所述输入面上的触摸位置来将位置信号输入电脑的处理器中，其中，所述位置信号又给出二维的位置。根据文献WO 01/54109A1的触摸控制器此外具有至少一个与所述输入部件相关联的执行器，其中，该执行器输出力给输入部件，以便为触摸触敏输入面的操作者提供触觉反馈，其中，所述执行器基于从所述处理器发出的力信息直接输出力到所述输入部件上。
此外，从文献US 6 429 846、WO 03/038800 A1和WO 03/41046 A1中已知触觉反馈。
从文献DE 197 31 285 A1中已知用于具有多个可选菜单、功能和/或功能值的装置的操作元件，该操作元件具有输入面，其可通过使用者来触摸并且通过该输入面可进行选择输入面的局部运动或触摸。所述输入面在其设计方面相应于所选和/或可选的菜单、功能和/或功能值而改变。
文献DE 10 2014 019 196 A1公开了一种输入装置、尤其用于机动车的输入装置，其具有壳体和限定操作面的输入部件，该输入部件可运动地支承在所述壳体处。所述输入装置还具有用于将所述输入部件复位到静止位置的机械的复位元件以及机电执行器，其中，所述执行器设计成，使得所述输入部件受驱动而运动，以产生给使用者的触觉反馈。所述复位元件包括弹簧，该弹簧具有沿与所述执行器的激励方向相应方向的弹性弯曲性并且关于自由度相对构造得抗弯。然而也显示，在多个自由度中的一个上的移动或振动激励，除了振动激励和其自由度之外受所述执行器的作用方向制约并且接下来称作拟作振动激励，不可完全抑制并且仅在相对高的结构成本的情况下可抑制。除此之外，出乎意料地显示了多个起因，即，一种非拟作振动激励仅认为是有损害作用，因为其周期性在一定的量级上与拟作振动激励不同，并且通过该额外的振动机理的触觉反馈可改善沿与原始的非拟作自由度相应的方向的可觉察性。
发明内容
因此，存在对具有改善的触觉反馈的这种类型的输入装置的需求，其尤其可设计成具有相对简单的结构。该目的通过根据权利要求1的输入装置来实现。相应有利的用途是用途权利要求的内容。有利设计方案分别是从属权利要求的内容。需指出的是，在权利要求书中单个实施的特征可任意、以在技术上有利的方式彼此组合并且示出本发明的其他设计方案。说明书、尤其结合附图额外描述并且详细说明了本发明。
本发明涉及一种输入装置。该输入装置具有壳体和限定操作面的输入部件。术语“壳体”应当被广义地解释并且不强制要求该壳体设计为封闭所述输入部件。例如，所述壳体构造成框架。根据另一种设计方案，所述壳体构造成使得所述输入部件可运动地固定在车辆部件上，例如仪表盘、内饰等等。
根据本发明，所述输入部件在存在至少两个自由度和所属的机械固有频率的情况下可运动地支承在所述壳体处。例如，所述输入部件沿着两个彼此垂直延伸的方向横向自由运动地支承在所述壳体处。优选地，第一自由度通过沿与所述操作面平行的方向的平移运动来限定，第二自由度通过围绕与所述操作面平行的轴的旋转运动来限定。
根据本发明，所述输入装置设计成，为触摸所述操作面的使用者和/或轻压所述操作面、即施加操作力于所述操作面的使用者分别分配接通功能或控制功能。
根据本发明，所述输入装置还具有用于将所述输入部件复位到静止位置的复位元件，该复位元件关于至少两个自由度设置。根据本发明，所述输入装置具有机电执行器。根据本发明，所述执行器设计成，沿着所述至少两个自由度驱动输入部件运动并且与由所述机械复位元件产生的复位力相反，使得所述输入部件在施加制动作用的情况下刹停，通过驱动和可选地制动产生给所述使用者的触觉反馈。作为制动作用，可理解为关于相应的自由度，所述的振动幅度随时间而减少，这由于在输入部件的自由振动的减振而产生。通常，振幅减少为大于上文理解为制动作用的振动幅度的70％。
根据本发明，所述至少两个自由度、例如旋转自由度和平移自由度的机械固有频率这样来选择，使得针对两个自由度产生制动作用，优选关于两个自由度产生同相位的振动。
根据本发明，所述至少两个自由度的最大偏差小于100Hz。由此显示出，输入部件具有关于至少两个自由度足够相近的振动特性，如周期性，使得在所谓的振动特性方面的不同对使用者来说不会觉得很烦人。在所述输入部件可选的制动的情况下，由于机械固有频率的相应匹配和由此产生的相近的振动特性还产生了如下的可能性，即，在两个自由度方面实现了有效的制动。
优选地，最大偏差小于50Hz、更优选地小于25Hz、最优选地小于10Hz。
根据本发明的输入装置的一种优选的设计方案，第一自由度通过沿着与操作面平行的方向的平移运动来限定，而第二自由度通过围绕与所述操作面平行的轴线的旋转运动来限定。
根据一种优选的设计方案，所述输入部件具有用于检测在所述操作面上的触摸点的检测装置。例如，检查装置设计成可通过电容、电阻、光学或传感方式来检测触摸。
优选地，所述机电执行器设计成，使得所述输入部件通过沿着至少两个自由度的加速脉冲从静止位置运动并且通过制动脉冲在返回到静止位置之前将输入部件刹停。更优选地，所述机电执行器是电磁执行器。例如其具有电线圈并且与线圈共同作用的电枢、优选扁平电枢。
根据一种优选的设计方案，所述执行器这样来布置，使得其作用方向与所述输入部件的中心错开地延伸。例如，执行器、即电枢的作用点布置成与所述输入部件的中心错开。由此，除了输入部件的与作用方向相应的平移运动激励之外，通过执行器也产生所述输入部件的旋转运动激励。
优选地，机械复位元件包括一个或多个弹簧。弹簧例如由弹簧钢来构造。
优选地，所述弹簧分别在每个自由度都具有所属的弹簧常数，其分别这样由所述输入部件的所属惯性矩来确定，使得产生所属惯性频率的预设的最大偏差。当例如在现有技术中弹簧仅具有关于一个自由度的弹性弯曲性并且关于另一自由度相对构造为抗弯时，根据本发明弹簧常数关于两个自由度具有几乎相同的数值、例如几十N/m的偏差。
优选地，所述机械固有频率相应在5Hz到150Hz的范围内、优选地在30Hz到75Hz的范围内。对于本领域技术人员来说通过模态分析，借助结构性地布置复位元件并且通过所述输入部件的质量分布可相应确定相应的固有频率。
本发明还涉及在上文中说明的其中一个实施方式的输入装置在机动车中的用途。
附图说明
根据附图来详细阐述本发明。在此，附图仅示例性地来理解并且仅示出优选的实施变型。其中：
图1示出了在静止位置的根据本发明的输入装置；
图2示出了紧接在加速脉冲的运动激励之后的根据本发明的输入装置；
图3示出了紧接在制动脉冲的刹停之后的根据本发明的输入装置。
具体实施方式
在图1中示出的、根据本发明的输入装置1具有壳体3和限定操作面7的输入部件6，所述输入部件在存在至少两个自由度和所属的机械固有频率的情况下可运动地支承在所述壳体处3。所述输入装置1设计成，给触摸所述操作面7的使用者和/或施加操纵力F轻压所述操作面7的使用者分别分配接通功能或控制功能。此外，所述输入装置1还具有呈弹簧形式的机械复位元件2，用于将所述输入部件6复位到如图1所示的静止位置。S限定了所述输入部件6的重心。所述输入装置1具有机电执行器4、5，所述机电执行器包括电磁线圈4和在所述线圈通电的情况共同引起磁场的电枢5，其中，所述电枢5刚性地固定在所述输入部件6处。执行器4、5的作用方向基本上平行于输入面7。所述执行器4、5设计成，沿着至少两个自由度驱动输入部件6运动，并且与由所述机械复位元件2产生的复位力相反，使得所述输入部件6刹停，给所述使用者产生触觉反馈，如接下来将根据图2和图3所产生的那样。根据本发明，所述机械固有频率，其分别通过相应自由度所属的惯性质量和复位元件2的弹簧常数来确定，具有不超过预设偏差的差别，使得周期、即周期时间、相应于对应自由度的振动几乎相同。
图2示出了，借助于执行器4、5在线圈4与电枢5之间沿与箭头W相应作用方向的拉动是如何产生的，这一方面产生输入部件6的相应于箭头8方向的平移运动，但由于重心S与作用方向W错开的位置也产生所述输入部件6的通过箭头9表示的旋转激励运动，这两种运动都经受复位元件2的复位作用。因此，箭头8、9表示可行的、通过所述执行器4、5激励产生的自由度。由于本身几乎相同的固有频率，实现了平移振动8和同步的旋转运动9。在到达相应的横向运动或旋转运动的最大偏转之后，但是在所述输入部件6再次到达在图1中示出的静止位置之前，借助所述执行部件4、5使得所述输入部件6承受制动脉冲，该制动脉冲导致所述横向自由度8或所述旋转自由度9各自的复位运动缓慢到达静止并且尽可能使得所述输入部件6不会过冲。因此，通过确定所述机械固有频率，实现了所述输入部件6关于其通过所述执行器4、5激励的固有频率几乎同步的振动特性，由此创造如下的可行性，即，通过唯一的制动脉冲将所述输入部件6、因为几乎同步地、有效刹停。

Claims (11)

1.一种输入装置(1)，其具有壳体(3)和限定操作面(7)的输入部件(6)，所述输入部件在存在至少两个自由度(8、9)和所属的机械固有频率的情况下可运动地支承在所述壳体(3)处，并且其中，所述输入装置(1)设计成，为触摸所述操作面(7)的使用者和/或轻压所述操作面(7)的使用者分别分配接通功能或控制功能，其中，所述输入装置(1)还具有用于将所述输入部件(6)复位到静止位置的机械复位元件(2)和机电执行器(4、5)，其中，所述执行器(4、5)设计成，沿着所述至少两个自由度(8、9)驱动输入部件(6)运动并且与由所述机械的复位元件(2)产生的复位力相反，使得所述输入部件(6)在施加制动作用的情况下刹停，以便给所述使用者产生触觉反馈，且其中，所述机电执行器(4、5)这样来布置，使得其作用方向(W)与所述输入部件(6)的重心(S)错开地延伸；其中所述机械复位元件(2)包括一个或多个弹簧，
其特征在于，
所述弹簧(2)分别在每个自由度(8、9)都具有所属的弹簧常数，其分别这样由所述输入部件(6)的所属惯性矩来确定，使得所述至少两个自由度(8、9)的最大偏差低于100Hz。
2.根据权利要求1所述的输入装置(1)，其特征在于，所述至少两个自由度(8、9)的最大偏差小于50Hz。
3.根据权利要求1所述的输入装置(1)，其特征在于，所述至少两个自由度(8、9)的最大偏差小于25Hz。
4.根据权利要求1所述的输入装置(1)，其特征在于，所述至少两个自由度(8、9)的最大偏差小于10Hz。
5.根据前述权利要求1所述的输入装置(1)，其特征在于，第一自由度(8)通过沿着与所述操作面(7)平行的方向的平移运动来限定，而第二自由度(9)通过围绕与所述操作面(7)平行的轴线的旋转运动来限定。
6.根据权利要求1所述的输入装置(1)，其特征在于，所述输入部件(6)具有用于检测在所述操作面(7)上的触摸点的检测装置。
7.根据权利要求1所述的输入装置(1)，其特征在于，所述机电执行器(4、5)设计成，使得通过沿着至少两个自由度(8、9)的加速脉冲从静止位置移动输入部件(6)并且通过制动脉冲在返回到静止位置之前将输入部件(6)刹停。
8.根据权利要求1所述的输入装置(1)，其特征在于，所述机电执行器(4、5)是电磁执行器。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的输入装置(1)，其特征在于，所述机械固有频率在5Hz到150Hz的范围内。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的输入装置(1)，其特征在于，所述机械固有频率在30Hz到75Hz的范围内。
11.一种根据前述权利要求1-10中任一项所述的输入装置(1)在机动车中的用途。
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