CN108463786A - 包括用于输出触觉反馈的驱动单元的用于机动车辆的操作者单元和机动车辆 - Google Patents

包括用于输出触觉反馈的驱动单元的用于机动车辆的操作者单元和机动车辆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆(1)的操作者设备(3)，其具有操作者元件(4)和驱动装置(6)，该操作者元件包括捕获装置(5)，用于捕获在操作者元件(4)上执行的操作者输入，操作者元件(4)借助该驱动装置，以取决于通过捕获装置(5)捕获的操作者输入的方式移动，用于输出触觉反馈，其中，驱动装置(6)具有电磁铁(17)和运动元件(19)，该运动元件通过电磁铁(17)的激活而被移动，其中，电磁铁(17)和运动元件(19)相对于彼此布置为使得，当运动元件(19)被移动时，预确定的间隔持续存在于电磁铁(17)和运动元件(19)之间。

Description

包括用于输出触觉反馈的驱动单元的用于机动车辆的操作者 单元和机动车辆
技术领域
本发明涉及用于机动车辆的操作者设备，其具有操作者元件和驱动装置，该操作者元件包括捕获装置，用于捕获在操作者元件上执行的操作者输入，操作者元件借助该驱动装置，以取决于由捕获装置捕获的操作者输入的方式移动，用于输出触觉反馈，其中，驱动装置具有电磁铁和运动元件，该运动元件通过电磁铁的激活而被移动。另外，本发明涉及一种机动车辆，其具有这样的操作者设备。
背景技术
在当前情况下，特别地关注用于机动车辆的操作者设备。这种类型的操作者设备在现有技术的各个实施例中已知。这样的操作者设备通常包括操作者元件，其可被促动以执行操作者动作。该促动可例如通过至少一个手指或通过适当的输入单元进行。操作者输入可通过适当的捕获装置被捕获。作为被捕获的操作者动作的结果，相应的控制信号可被输出，通过其，机动车辆的被分配给操作者设备的功能装置可被激活。这样的功能装置可例如是信息娱乐系统、导航系统、空调单元等。
另外，具有驱动装置的操作者设备由现有技术已知。当与操作者元件的接触或操作者元件的促动由捕获装置检测到时，触觉反馈可通过该驱动装置输出。以此方式，操作者动作可通过触觉反馈被虚拟地收到。为了输出触觉反馈，通过驱动装置可使操作者元件执行机械振荡。这些振荡则被传递至操作者的所述至少一个手指。
就此而言，WO 2013/034507 A2描述了一种用于电仪器的操作者装置，其具有带触觉反馈的促动元件，该促动元件具有触觉敏感的操作者界面，其中，促动元件可被操作者通过输入构件促动，且促动信号可被触发，并且其中，促动元件被支撑，以便能够绕摆动轴线在闲置位置和切换位置之间摆动。在该情况下，设置为，通过促动信号，用于产生磁场的电磁促动器可被激活，通过其，可被磁性地影响的旋转支撑元件可从初始位置移动到摆动位置，其中，通过被磁性地影响的元件的运动，能够将促动元件从闲置位置移出到摆动位置的扭矩可直接或间接作用在促动元件上。
另外，DE 10 2009 007 243 B4描述了一种用于机动车辆的触觉操作者装置。操作者装置包括至少一个触摸敏感触摸区域，其中，在与触摸区域接触的情况下，切换信号可被触发，且触摸区域可以限定的节奏在触摸区域的平面中由磁性运动驱动器的衔铁可移动地驱动，该衔铁与触摸区域耦合。在该情况下设置，磁性运动驱动器具有铰接衔铁磁体和衔铁板，所述磁体具有被线圈包封的铁芯，所述衔铁板被支撑，以便能够绕摆动轴线摆动且与触摸域耦合。
另外，US 2015/0002279 A1描述了一种磁体，触觉反馈可通过其输出。磁体包括具有线圈的固定元件和连接至指示元件的移动元件。当线圈被通电时，移动元件沿固定元件的方向移动，从而移动元件与固定元件链接，且因此磁路已经闭合。
发明内容
本发明的目的是展示关于操作者设备如何可被更高效操作的方案，所述操作者设备带有具有电磁铁的驱动装置。
根据本发明，该目的通过具有根据各独立权利要求的特征的操作者设备以及机动车辆实现。本发明的有利的其他改进是从属权利要求、说明书和附图的主题。
用于机动车辆的根据本发明的操作者设备包括操作者元件。另外，操作者设备包括捕获装置，用于捕获在操作者元件上执行的操作者输入。此外，操作者设备包括驱动装置，操作者元件可以借助该驱动装置，取决于通过捕获装置捕获的操作者输入的方式移动，用于输出触觉反馈。就此而言，该驱动装置具有电磁铁和运动元件，该运动元件可通过电磁铁的激活而被移动。就此而言，电磁铁和运动元件相对于彼此布置为使得，当运动元件被移动时，预确定的间隔持续存在于电磁铁和运动元件之间。
操作者设备可用在机动车辆中。操作者设备可已经布置在机动车辆的乘客舱中，例如在中央控制台或仪表板中。操作者设备包括操作者元件，其例如可被机动车辆的驾驶员操作，或被机动车辆的另一乘客操作。为了执行操作者动作——在其过程中操作者元件被操作，车辆的乘客可例如用左手一个手指或用适当的输入单元按压或触摸操作者元件。借助操作者设备的捕获装置，该触摸——或更准确地、操作者动作——可被捕获。捕获装置可例如具有触摸敏感传感器元件，通过其，操作者界面的触摸可被检测。借助捕获装置，另外，操作者元件触摸的位置可被捕获。以取决于通过捕获装置捕获的操作者输入的方式，相应的控制信号则可被输出和传递至驱动装置。
借助驱动装置，操作者元件可被移动。特别地，借助驱动装置，可使操作者元件执行机械振荡或振动。以此方式，触觉反馈可输出到正在触摸操作者元件的车辆操作者或乘客。就此而言，设置为，驱动装置包括电磁铁和运动元件。通过电磁铁的激活，运动元件可被移动。为了激活电磁铁，电磁铁或电磁铁的线圈可具有施加至其的电流。磁场因而通过电磁铁产生，运动元件由该电磁铁移动。通过运动元件的运动，操作者元件则被移动或激励，以执行振荡。
运动元件可已经至少部分地由可磁化材料形成。例如，运动元件可已经至少部分地由铁磁材料形成，例如金属。在该情况下，电磁铁可被激活以使得，其可获得磁场且运动元件被电磁铁吸引。运动元件相应地沿电磁铁的方向移动。替换地，运动元件可已经至少部分地由磁性材料形成。例如，运动元件可包括永磁体。在该情况下，电磁铁可被激活以使得，具有磁性材料的运动元件被电磁铁排斥。替换地，还可设置为，运动元件具有另一电磁铁。电磁铁和运动元件的另一电磁铁可被激励以使得，它们相互吸引或相互排斥。
根据本发明，现设置为，电磁铁和运动元件相对于彼此布置为使得，当运动元件被移动时，预确定的间隔持续存在于电磁铁和运动元件之间。换句话说，驱动装置被设计为使得，电磁铁和运动元件总是具有彼此之间的最小间隔。这适用于运动元件位于闲置位置的情况。另外，这适用于运动元件相对于电磁铁移动的情况。特别地，没有相应地设置为，作为电磁铁激活的结果，运动元件和电磁铁之间的磁路是闭合的，且电磁铁和运动元件具有直接接触。特别地，这使得，电磁铁相对于运动元件的布置可以在预确定极限内任意进行。因此，例如，可获得的构造空间可被理想地利用。此外，在运动元件和电磁铁之间的中间空间——其中间隔持续存在——中，附加的元件可被布置，通过其，触觉反馈可被影响。因此，电磁铁和运动元件相对于彼此的灵活布置可以是可行的。
驱动装置优选地包括弹簧元件，其可通过运动元件的运动由稳定状态变形到亚稳状态。换句话说，运动元件可已经以响板的形式被设计。弹簧元件可例如已经由弹簧钢形成，其已经被成形为使得，其通过运动元件相对于电磁铁的相对运动弹性地变形。在该情况下，运动元件已经优选地至少部分地由可磁化材料形成，在运动过程中，运动元件被电磁铁吸引。弹性元件——布置在电磁铁和运动元件之间——被运动元件的运动弹性地变形且因此从稳定状态转换到亚稳状态。就此而言，特别地设置为，运动元件连接至操作者元件。通过弹簧元件的构造，触觉反馈可被相应地构造。这通过弹簧元件的变形导致。因此，通过弹簧元件，触觉反馈可与操作者元件的构造相适应。
此外，有利的是，至少一个衰减元件布置在电磁铁和运动元件之间。特别地，这对于运动元件已经被电磁铁吸引的构造是适当的。衰减元件可例如已经由橡胶或由硅树脂形成。在该情况下，衰减元件的厚度可已经被选择为使得，其至少在运动过程中大于在运动元件和电磁铁之间的持续存在的间隔。因此，运动元件沿电磁铁的方向的运动被衰减元件限制或衰减。因而，干扰噪音——例如在运动元件撞击在电磁铁上时产生——可被防止。
在另一构造中，操作者设备具有用于保持操作者元件的保持装置，和至少一个弹簧元件，操作者元件由所述至少一个弹簧元件相对于保持装置弹性地支撑。因此，操作者元件支撑在保持装置上，以便能够被移动。这意味着，操作者元件可从初始位置或闲置位置偏离，例如在操作者输入时。通过所述至少一个弹簧元件，则可获得恢复力，其与在操作过程中施加在操作者元件上的力相反。由此，可确保，操作者元件再次回到初始位置。弹簧元件可例如由弹簧线形成，且可具有螺旋弹簧的形式。但是所述至少一个弹簧元件已经优选地由衰减材料制造，例如硅树脂。
在另一实施例中，电磁铁连接至保持装置，运动元件可通过电磁铁的激活而相对于电磁铁移动。电磁铁——其可包括线圈——例如可通过适当的螺纹接头保持在保持装置上。在该情况下，运动元件可相对于电磁铁移动。例如，可设置为，作为电磁铁激活的结果，运动元件压靠操作者元件。
在一个实施例中，运动元件连接至操作者元件。在该情况下，可还设置为，适当的固定元件布置在操作者元件上，通过其，运动元件被保持在操作者元件上。如已经提到的，电磁铁优选地保持在保持装置上。如果运动元件连接至操作者元件，运动元件且因此连接至运动元件的操作者元件可通过电磁铁的激活而被移动。在该情况下，驱动装置可已经被设计使得，运动元件且因此操作者元件沿电磁铁的方向被拉动。通过电磁铁的适当激活，则可产生运动元件的周期性运动。因此，可使得运动元件和连接至运动元件的操作者元件执行机械振荡或振动。原理上，运动元件的运动至少一次机械振荡。可还设置为，操作者元件执行包括多个频率的振荡。
在另一构造中，运动元件可相对于操作者元件移动，驱动装置被设计为使得，运动元件在运动过程中撞击在操作者元件上。在该实施例中，运动元件没有连接至操作者元件。操作者元件在该情况下可相对于电磁铁和相对于操作者元件移动。例如，运动元件可以支撑的方式被保持。在该情况下，运动元件已经特别地由磁性材料形成，运动元件通过电磁铁的激活而被电磁铁排斥。在该情况下，电磁铁、运动元件和操作者元件相对于彼此布置为使得，运动元件在运动过程中撞击在操作者元件上。换句话说，运动元件被电磁铁排斥，且撞击操作者元件。并且以此方式，触觉反馈可以被可靠地输出至操作者。
在另一实施例中，运动元件具有可通过电磁铁移动的板元件，和连接至板元件的至少一个挺杆，其在板元件的运动过程中撞击在操作者元件上。电磁铁可已经被布置为相对于操作者元件静止或不可移动。板元件可特别地已经由金属形成。在该情况下，操作者元件可已经被布置在电磁铁的第一侧，板元件可已经被布置在电磁铁的与第一侧相对的第二侧。挺杆可例如已经垂直于板元件的维度的主方向布置和/或垂直于操作者元件的维度的主方向布置。当电磁铁被激活时，板元件可沿电磁铁的方向被拉动。因而，挺杆也被加速且撞击在操作者元件上。因为运动元件具有相对低的质量，作为电磁铁的激活的结果，运动元件可相应地被加速。但是，通过将挺杆撞击在操作者元件上，对应于敲击的触觉反馈可被输出
在另一构造中，运动元件被弹性地支撑。为此目的，例如螺旋弹簧形式的弹簧元件可已经布置在相应挺杆中。通过相应的弹簧元件，运动元件可已经被弹性地支撑在载体元件上，或操作者设备的壳体上。因此可确保，一旦在电磁铁被去激活，运动元件再次回到其初始位置。
此外，有利的是，运动元件包括基部本体，其已经至少在一些区域用可磁化材料或磁性材料覆盖。在基部本体的情况下，问题可在于电绝缘材料，特别是合成材料。该基部本体可在其外表面或面朝电磁铁的表面上已经用可磁化材料或磁性材料覆盖。如果例如基部本体由合成材料制造，可磁化材料或磁性材料施加为涂层，运动元件可特别廉价地制造。另外，可获得具有低质量的运动元件。就此而言，实验已经显示出，运动元件的质量对于触觉有负面效果，因为随着运动元件质量增大，加速度减小。
原理上，可还设置为，运动元件已经完全由可磁化材料或磁性材料形成。例如，运动元件可具有板的形式。在该情况下，板可已经被设计为使得，其具有相对小的厚度。以此方式，运动元件可被充分加速，且因此，触觉反馈可被可靠地输出。
在另一实施例中，操作者元件包括指示装置。这样的指示装置可例如是屏幕或显示器。可设置为，操作者设备包括触摸敏感屏幕或触摸屏。在该情况下，捕获装置例如被触摸敏感屏幕的触摸敏感传感器构成。借助指示装置，信息可另外被呈现给机动车辆的乘客。
根据本发明的机动车辆包括根据本发明的操作者设备。机动车辆特别地具有客车的形式。
参考根据本发明的操作者设备展示的优选实施例和它们的优势相应地应用于根据本发明的机动车辆。
本发明的进一步特征由权利要求、附图和附图的说明体现。在说明书中上述提到的特征和特征组合以及以下仅在附图描述中提到的和/或仅在附图中示出的特征和特征组合可以不仅用在分别指出的组合中，也可以用在其他组合中或单独使用，而不偏离本发明。因此，本发明的版本——其没有在图中明确示出和阐释、但是通过附图的单独组合从被阐释版本显现且可被产生——也被视为涵盖和披露的。因此不具有原始撰写的独立权利要求的所有特征的版本和组合也被视为被披露。
附图说明
现在将基于优选的示例性实施例例子以及参考附图更详细地解释本发明。
在这些图中示出的是：
图1示出根据本发明实施例的机动车辆，其具有操作者设备；
图2以分解视图示出根据第一实施例的操作者设备；
图3以截面透视图示出图2的操作者设备；
图4以截面侧视图示出图2的操作者设备；和
图5以截面透视图示出根据第二实施例的操作者设备。
在图中相同和功能相同的元件设置有相同的附图标记。
具体实施方式
图1以顶视图示出根据本发明的实施例的机动车辆1。在当前情况下的机动车辆1具有客车的形式。机动车辆1包括乘客舱2，操作者设备3布置在其中。操作者设备3——在当前情况下示意性地示出——包括操作者元件4，其可被机动车辆1的乘客操作。在该情况下，操作者设备3可已经设置在机动车辆1的乘客舱2中，从而操作者元件4面朝机动车辆1的乘客。
通过操作者设备3，操作者元件4的促动形式的操作者动作可被捕获。为此目的，操作者设备3具有捕获装置5。捕获装置5可例如包括触摸敏感传感器。通过该捕获装置5，例如，在操作者界面4上与至少一个手指或与适当输入单元的接触可被捕获。另外，通过该捕获装置5，在操作者元件4上的接触位置可被检测。此外，操作者设备3包括驱动装置6。通过驱动装置6，操作者元件4可被移动，以将触觉反馈输出至乘客或操作者。在由捕获装置5检测到操作者元件4的触摸或操作者动作的情况下，相应控制信号可被输出至驱动装置6。作为控制信号的结果，驱动装置6则可移动操作者元件4。
图2以分解视图示出根据第一实施例的操作者设备3。在该情况下，操作者元件4包括指示装置7。指示装置7可具有屏幕的形式，特别是TFT(薄膜晶体管)屏幕。此外，设置由用于保持指示装置7的保持板8。在该情况下，指示装置7连接至保持板8。另外，操作者设备3包括覆盖元件10，其例如可已经由玻璃形成。覆盖元件10可布置在指示装置7上，且用于保护指示装置7。此外，操作者设备3包括保持装置11。保持装置11用于保持操作者元件4。在该情况下，操作者元件4弹性地支撑在保持装置11上。为此目的，操作者设备3具有弹簧元件12，其在当前情况下具有中空柱体的形式，且已经由弹性材料制造，特别是硅树脂。这些弹簧元件12可引入到保持装置11的相应插槽13中。弹簧元件12通过适当的固定元件14保持在相应插槽13中，所述固定元件在当前情况下具有螺钉的形式。在当前情况下，固定元件14或螺钉旋拧到保持板8上的螺纹15中。
此外，操作者设备3包括驱动装置16。驱动装置16包括电磁铁17，其可包括布置在壳体18中的相应线圈。此外，驱动装置16包括运动元件19。运动元件19可原则上已经由可磁化材料或由磁性材料形成。在当前情况下，运动元件19是大体板形的，且已经由可磁化材料制成。例如，运动元件19已经由金属形成。运动元件19可借助适当的固定元件20固定至操作者元件4的保持板8，在该情况下，该固定元件具有螺钉的形式。电磁铁17连接至保持装置11。为此目的，保持装置11具有适当的横杆21，电磁铁17利用适当的固定器件22保持在其上，该固定器件具有螺钉的形式。
在驱动装置16的操作期间，电磁铁17被适当地激活。因而，电流可被施加到电磁铁17的线圈中。因此，由于电磁铁17，磁场可存在，通过该磁场，运动元件19沿电磁铁17的方向移动。运动元件19相应地被电磁铁17吸引。因为电磁铁17连接至保持装置11，运动元件19连接至操作者元件4，通过电磁铁17的激活，操作者元件4可相对于保持装置11移动。通过电磁铁17的适当激活，例如周期激活，可使操作者元件4执行机械振荡，以便将触觉反馈输出到机动车辆1的操作者或乘客。
在电磁铁17和运动元件19之间的中间空间中，布置有弹簧元件24。弹簧元件24以响板(clicker)的方式设计，且可在稳定状态和亚稳状态之间变形。弹簧元件24可例如已经由适当的金属板形成，且可具有可在稳定状态和亚稳状态之间变形的形状。当作为电磁铁17可获得的磁场的结果，运动元件19朝向电磁铁17移动时，弹簧元件24变形。在该情况下，弹簧元件24具有亚稳状态。如果电磁铁17的线圈没有通电——即，由电磁铁17不能获得磁场——运动元件19再次移离电磁铁17，且弹簧元件24再次回到稳定状态。通过弹簧元件24的该变形，在操作者元件24上输出的触觉反馈可被适当地控制。另外，衰减元件25布置在电磁铁17和运动元件19之间。衰减元件25可例如是橡胶垫。通过衰减元件25，运动元件19沿电磁铁17的方向的运动被衰减。因此，例如，运动元件可被防止撞击电磁铁17。
图3以截面透视图示出图2的操作者设备3。在该情况下，操作者设备3以被组装状态示出。就此而言，可观察到，中间空间23或空气隙已经形成在运动元件19和电磁铁17之间。在该情况下，电磁铁17和运动元件19相对于彼此布置为使得，还在运动元件19相对于电磁铁17的运动期间，最小间隔总是持续存在于运动元件19和电磁铁17之间。因此，运动元件19可由电磁铁17移动，而没有在运动元件19和电磁铁17之间存在直接接触，且因此，例如，磁路闭合。通过在运动元件19和电磁铁17之间保持最小间隔或中间空间或空气隙的事实，弹簧元件24和衰减元件25可布置在电磁铁17和运动元件19之间。
图4以截面侧视图示出图2的操作者设备3。在该情况下，可观察到，弹簧元件12布置在各相应接收座13中。另外，可观察到，保持板8——指示装置7布置在其上——弹性地支撑在保持装置11上。另外，运动元件至保持板8的固定被示出。此外可观察到，电磁铁17固定至保持装置11，或更准确的，固定至横杆21。
图5以截面透视图示出根据第二实施例的操作者设备。在该情况下，电磁铁18通过载体元件28被保持。该载体元件28可例如已经固定至操作者设备3的壳体。此外，电磁铁18连接至保持板8。在此，运动元件19具有板元件26和连接至板元件26的多个挺杆27。在该情况下，板元件26布置为使得，板元件26定位在电磁铁18的第一侧，操作者元件4定位在电磁铁18的与第一侧相对的第二侧。运动元件19可例如具有三个挺杆27，在图中可看到其中的两个。板元件26可例如已经由金属形成。
当电磁铁18被激活时，板元件26沿电磁铁18的方向移动。因此，挺杆27沿操作者元件4的方向加速且撞击在操作者元件4上或保持板8上。因为在该实施例中运动元件19具有低质量，可通过电磁铁18有效地加速。因此，可获得对应于敲击的触觉反馈。此外，设置有弹簧元件29，通过其，运动元件19弹性地支撑在载体元件28上。通过弹簧元件29，可行的是，运动元件19再次移动回到初始位置或闲置位置。

Claims (12)

1.一种用于机动车辆(1)的操作者设备(3)，所述操作者设备(3)具有操作者元件(4)和驱动装置(6)，所述操作者元件(4)包括捕获装置(5)，用于捕获在操作者元件(4)上执行的操作者输入，操作者元件(4)借助于所述驱动装置(6)，以取决于由捕获装置(5)捕获的操作者输入的方式移动，用于输出触觉反馈，其中，所述驱动装置(6)具有电磁铁(17)和运动元件(19)，所述运动元件(19)通过电磁铁(17)的激活而被移动，
其特征在于，
所述电磁铁(17)和所述运动元件(19)相对于彼此布置为使得，当运动元件(19)被移动时，预确定的间隔持续存在于电磁铁(17)和运动元件(19)之间。
2.根据权利要求1所述的操作者设备(3)，
其特征在于，
驱动装置(6)包括弹簧元件(24)，所述弹簧元件(24)可由于运动元件(19)的运动由稳定状态变形到亚稳状态。
3.根据权利要求1或2所述的操作者设备(3)，
其特征在于，
至少一个衰减元件(25)布置在所述电磁铁(17)和所述运动元件(19)之间。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的操作者设备(3)，
其特征在于，
操作者设备(3)具有用于保持操作者元件(4)的保持装置(11)，和至少一个弹簧元件(12)，操作者元件(4)由所述至少一个弹簧元件(12)相对于保持装置(11)弹性地支撑。
5.根据权利要求4所述的操作者设备(3)，
其特征在于，
电磁铁(17)连接至保持装置(11)，运动元件(19)可通过电磁铁(17)的激活而相对于电磁铁(17)移动。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的操作者设备(3)，
其特征在于，
运动元件(19)连接至操作者元件(4)。
7.根据权利要求1至5中的任一项所述的操作者设备(3)，
其特征在于，
运动元件(19)可相对于操作者元件(4)移动，驱动装置(6)被设计为使得，运动元件(19)在运动过程中撞击在操作者元件(4)上。
8.根据权利要求7所述的操作者设备(3)，
其特征在于，
运动元件(19)具有可通过电磁铁(18)移动的板元件(26)和连接至所述板元件(26)的至少一个挺杆(27)，所述至少一个挺杆(27)在板元件(26)的运动过程中撞击在操作者元件(4)上。
9.根据权利要求7或8所述的操作者设备(3)，
其特征在于，
所述运动元件(19)被弹性地支撑。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的操作者设备(3)，
其特征在于，
运动元件(19)包括基部本体，所述基部本体已经至少在一些区域用可磁化材料或磁性材料覆盖。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的操作者设备(3)，
其特征在于，
所述操作者元件(4)包括指示装置(7)。
12.一种机动车辆(1)，其具有根据前述权利要求中的任一项所述的操作者设备(3)。
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