CN108883703B - 用于设备、特别是用于车辆组件的操作单元 - Google Patents

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Abstract

一种用于设备、特别是用于车辆组件的操作单元，设置有壳体(10)，该壳体具有操作元件(12)比如显示器，并被设计成固定在设备、特别是车辆仪表板中。所述操作元件(12)弹性地安置在所述壳体(10)上。此外提供促动器(16)，其用于在识别到对所述操作元件(12)的操作时对所述操作元件(12)进行机械的激励。最后，所述操作单元还具有振动平衡质量(20)，其在识别到对所述操作元件(12)的操作时可被所述促动器(16)或一个促动器(16)机械地激励，并且被弹性地安置在所述壳体(10)中和/或上，并且可以被移动，以便基本上补偿在所述操作元件(12)移动时作用到所述壳体(10)上的力。

Description

用于设备、特别是用于车辆组件的操作单元
技术领域
本发明涉及一种用于设备的操作单元，该设备特别是车辆组件。本发明特别是涉及一种在通过对操作单元的操作元件的机械激励进行主动式触觉反馈情况下具有力补偿的操作单元，使得由主动式触觉反馈引起的操作元件的振动被平衡或者至少被抑制，从而不会对操作单元的外围(例如仪表板)产生影响或者只是产生被减小的影响。
背景技术
车辆中的显示器构件组通常配备有主动式触觉反馈，以便用户能够接收操作输入的特别是触觉方面的确认。在这方面，对反馈的触发不应产生不允许的、向操作单元外围比如仪表盘或者向车辆的动态的力传递，因为根据安装情况，这种力传递可能导致车辆中的寄生噪声或振动。受到机械激励的操作元件的质量越大，这种机械的解耦就越重要。
此外，触觉反馈应在很大程度上独立于车辆中的安置的弹性。
配备有主动式触觉反馈的设备基本上由具有通过弹簧系统弹性地安置在设备壳体上的操作区(例如触摸屏或显示器)的操作元件、用于使操作元件偏移的促动器和固定地安装在车辆中的壳体构成。在图1中示出了在这种设备结构中的作用的力。附图标记10表示具有质量m2的壳体。壳体10到设备外围(例如仪表板)的连接或固定用弹簧减振系统来表征。促动器由16表示并机械地激励具有质量m1的显示器或操作元件12。可移动地安置的操作元件12以弹簧弹性的方式安置在壳体10上，这用弹簧减振系统14来表征。传感器19识别对操作元件12的操纵(力感测功能)，并将信号传递给控制促动器16(力反馈功能)的估计和控制单元21。
为了产生触觉反馈，显示器以一定的路径路线x1(t)偏移离开其静止位置。显示器加速度a1(t)在此可以具有大于30m/s2的值，其在移动的显示器的质量m1大于0.5kg且壳体质量m2通常较小的情况下将导致有不可忽略的动态的力F2(t)作用到车辆中的壳体固定部上。
在壳体“刚性”地保持在或固定在例如仪表板上(刚性的弹簧系统c2、d2)情况下，这种在时间上快速改变的力会在车辆中引起不允许的噪声或振动。
而在“柔性”地固定壳体(柔性弹簧系统c2、d2)的情况下，已表明难以遵守在车辆中的设备安装公差。此外，由于存在另一自由度，即壳体的运动x2(t)，进而还有系统中的附加的固有频率，有时无法调节所需的促动器力变化曲线FAkt(t)。
由US-A-2004/0075676已知一种笔记本电脑，其具有用于该笔记本电脑的触摸板的触觉反馈。触摸板在此由压电促动器机械地激励，且其本身被有弹性地安置在笔记本电脑的壳体上。在压电促动器上悬垂地设置配重，该配重由于压电促动器在其受控时的延展而被与触摸板的运动反向地移动。然而，采用该解决方案不太容易实现在笔记本电脑的壳体内的冲击补偿和动态力的补偿。
发明内容
本发明的目的是，针对具有主动式触觉反馈的操作单元，提供一种在寄生噪声或振动的产生方面有所改善的构思。
为了实现以上目的，根据本发明提出一种用于设备、例如用于车辆组件的操作单元，特别是人机接口(MMI或HMI)，该操作单元设置有：
-壳体，该壳体包括具有操作区比如触摸屏或触摸板或显示器的操作元件，且该壳体被设置用于设备、特别是车辆仪表板或车辆中控台中的固定，
-其中，操作元件弹性地安置在壳体上，
-传感器，其用于识别对操作元件的操作，
-促动器，其用于在识别到对操作元件的操作时对操作区进行机械的激励，和
-平衡重量，
-其中，该平衡重量在识别到对操作元件的操作时可被所述促动器或者被促动器机械地激励，并且被弹性地安置在壳体中和/或壳体上，和/或被弹性地安置在操作元件上，
-其中，该平衡重量可移动，以便在激活促动器时基本上平衡壳体的移动，该促动器机械地激励操作元件，或者，
-其中，换句话说，该平衡重量可移动，确切地说，特别是主动地通过激励操作元件的促动器或者通过指配给平衡重量的促动器而移动，以便基本上补偿和/或防止和/或抑制由于在促动器激活时操作元件的移动而作用到壳体上的力。
因此，根据本发明，平衡重量被弹性地连接到壳体上。平衡重量要么通过激励操作元件的促动器而移动，要么通过指配给该平衡重量的单独的促动器而移动。
有益的是，平衡重量被构造成机械地激励操作元件的促动器的一部分，例如被构造成拉杆式或插棒线圈式电磁铁促动器的定子的集成组件。代替这种电磁铁促动器，促动器也可以被构造成压电促动器。然而，平衡重量也可以设计成与所述促动器分开的元件。在任何情况下，平衡重量被弹性地安置到壳体上，因而相对于壳体弹性地被支持。
特别有利的是，平衡重量以基本上为180°的相移而可移动，因而在与操作区的激励运动相反的方向上可移动，其中，在至少考虑操作元件的质量与平衡重量的质量的关系的情况下选择平衡重量的移动行程。如果平衡重量的质量例如为操作元件的质量的一半，则平衡重量的移动行程为操作元件的移动行程的两倍大。实际上，操作元件例如被以0.1mm或以几个1/10mm偏移。如果操作元件的质量例如为0.5kg，则为了根据本发明补偿由操作单元向外作用的力，有可能采用具有50g的质量和1mm或者几个mm的移动行程的平衡重量。
此外，为了尽可能完全地补偿力，有利的是，操作元件的在壳体上的弹性连接的弹簧-质量-减振系统的固有频率、与平衡重量在壳体或在操作元件上的弹性连接的弹簧-质量-减振系统的固有频率相等或者基本上相等。在此，在本发明的架构内，术语“基本上相等”是指固有频率偏差为50％、特别是40％、优选是30％、特别优选是20％或10％。
本发明的操作单元可以被构造成显示器和操作单元。
附图说明
下面借助实施例以及参照附图详述本发明。具体地：
图1示意性地示出根据现有技术的具有主动式触觉反馈的操作单元中所出现的力；
图2示出以本发明提供的方式采用对重作为补偿质量时出现的力的示意图；以及
图3示意性地示出操作单元中的无反力的触觉反馈的结构。
具体实施方式
根据本发明，提出了在促动器16与壳体10之间使用弹性地安置的(见弹簧-质量-减振系统22)可移动的平衡质量20，用于平衡作用在壳体10上的力(图2)。借助操纵传感器19来识别对操作元件12的操纵。然后通过估计和控制单元21来控制促动器16，该估计和控制单元21从操纵传感器19接收信号并将控制信号发送至促动器16。
在相应地设计附加的弹簧-质量-减振系统22或c3、d3、m3的情况下，作用到车辆上的、所产生的力F2(t)可以被消除。(由重力产生的静态力在噪声或振动的产生方面不起作用)。
对于任意预设的显示器偏移x1(t)，在如下条件下，设备壳体的偏移x2(t)/移动、进而还有作用到设备固定部上的力F2(t)可以被消除：
Figure GDA0003470414510000031
由此得到平衡质量20的偏移：
Figure GDA0003470414510000032
在这些条件下，设备固定部18的弹性对触觉反馈也没有影响。平衡质量20或m3通常受到安装空间规定的限制，并且小于显示器质量m1。在理想情况下，该配重可以被设计成促动器16的一部分。
本发明使以下成为可能：
-在携带质量的表面上产生触觉反馈，而不会对外界产生动态的力作用；
-在操作设备中产生触觉反馈，该触觉反馈与设备固定部的弹性无关。
图3中示出具有无反力的触觉反馈的设备。
在所示例子中，促动器20被构造成拉杆电磁铁，且包括定子叠片组，该定子叠片组弹性地安置在壳体10上，其具有促动器线圈(即定子26)和紧密连接到操作元件12的衔铁叠片组(即衔铁28)。定子26形成了可移动的平衡质量20或者包括该平衡质量。在设定拉杆电磁铁中的以30所示的气隙时，必须考虑显示器10和平衡质量20相对于彼此的最大偏移。定子26被弹性地(弹簧-质量-减振系统22)安置在壳体10上，但也可以替代地被弹性地连接在操作部件12上。操作元件引导部以32示意性地代表。壳体10固定在车辆24(例如车辆的仪表板)上。
上面已借助用于在车辆中使用的操作单元介绍了本发明，然而如开篇所述，本发明也非常普遍地适用于全部类型的设备或系统的操作单元。在此，在包括多于一个的具有触觉反馈的操作表面的设备中，每个操作表面都可以独立于所述至少一个其它操作表面以本发明提供的方式被机械地激励。因此，每个操作表面具有指配给它的平衡重量，以便能够补偿向外作用的、因机械地激励操作表面中的任何一个而引起的设备力和设备运动。
附图标记清单
10 壳体
12 操作元件
14 操作元件在壳体上的弹性连接的弹簧减振系统
16 促动器
18 壳体在车辆上的(弹性)连接的弹簧减振系统
19 操纵传感器
20 配重
21 估计和控制单元
22 配重在壳体和/或操作元件上的弹性连接的弹簧减振系统
24 车辆或者车辆的仪表板
26 设计成促动器的拉杆电磁铁的定子
28 拉杆电磁铁的衔铁
30 拉杆电磁铁的气隙
32 用于触觉反馈时的运动的操作区引导部
m1 操作区的质量
x1(t) 操作区的偏移
FAkt(t) 促动器力变化曲线
F1(t) 操作区的在其受到激励时作用到壳体10上的力(F1(t)＝FAkt–m1×a1)
c1 操作区的在壳体上的弹性连接的弹簧常数
d1 操作区的在壳体上的弹性连接的减振(Daempfung)
m2 壳体的质量
x2(t) 由被机械地激励的操作区施加的力所产生的壳体的偏移
F2(t) 作用在壳体固定部上的力
m3 配重的质量
x3(t) 配重的偏移
F3 通过配重作用在壳体上的力
c3 配重在壳体上的弹性连接的弹簧常数
d3 配重在壳体上的弹性连接的减振

Claims (9)

1.一种用于设备的操作单元，带有：
-壳体，该壳体具有带操作区的操作元件，且其被设置用于在装置中的固定；
-其中，所述操作元件弹性地安置在所述壳体上；
-传感器，其用于识别对所述操作元件的操作；
-促动器，其用于在识别到对所述操作元件的操作时对所述操作区进行机械的激励；和
-平衡重量，
-其中，在识别到对所述操作元件的操作时，所述平衡重量能够被所述促动器或者一促动器机械地激励，并且被弹性地安置在所述壳体中和/或所述壳体上，和/或被弹性地安置在所述操作元件上；
-其中，所述平衡重量可移动，以便在激活所述促动器时基本上平衡所述壳体的移动，该促动器机械地激励所述操作元件，
其中，所述促动器被构造成拉杆式或插棒线圈式电磁铁，其具有定子和衔铁，其中，所述衔铁——或替代地所述定子——与所述操作元件运动地耦接，并且所述定子——或替代地所述衔铁——与所述平衡重量运动地耦接，
其中，与所述平衡重量运动地耦接的所述定子——或替代地所述衔铁——形成和/或具有所述平衡重量。
2.如权利要求1所述的操作单元，其中，所述平衡重量被构造成与所述促动器或者与一促动器分开地构造的元件，或者被构造成机械地激励所述操作元件的促动器的一部分。
3.如权利要求1或2所述的操作单元，其中，所述平衡重量以基本上180°的相移可移动，并且从而在与所述操作元件的激励运动相反的方向上可移动，其中，在至少考虑所述操作元件的质量与所述平衡重量的质量的关系的情况下选择所述平衡重量的移动行程。
4.如权利要求1所述的操作单元，其中，所述操作元件包括其至所述壳体的弹性连接在内、和所述平衡重量包括其至所述壳体和/或至所述操作元件的弹性连接在内，分别具有固有频率，其中，这两个固有频率相等或基本上相等。
5.如权利要求1所述的操作单元，其中，所述操作单元被构造成显示器和操作单元，并且，其中所述操作元件除了具有操作功能外，还具有显示功能。
6.如权利要求1所述的操作单元，其中，所述操作单元被应用于的设备是车辆组件。
7.如权利要求1所述的操作单元，其中，所述操作单元是人机接口。
8.如权利要求1所述的操作单元，其中，所述操作区是触摸屏或触摸板或显示器。
9.如权利要求1所述的操作单元，其中，所述壳体被设置用于在其中固定的装置是车辆仪表板或车辆中控台。
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