CN109416579B - 具有改进的触觉生成的触敏输入设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种触敏输入设备(1)，包括：支架(3)；触敏输入装置(2)，比如触摸板或者触摸屏，以及与输入装置(2)固定连接的附加体(7、8)，输入装置(2)和附加体(7、8)借助第一支承装置(10)共同安装在支架(3)上，以沿着至少一个偏移方向移动；缓冲体(6)，借助于第二支承装置(9)安装在在支架(3)上，以沿着至少一个偏移方向移动；在缓冲体(6)以及由输入装置(2)和附加体(7、8)所构成组合体之间起作用的致动器(4)，致动器具有作用轴(W)，用于使输入装置(3)运动以便产生与缓冲体(4)方向基本相反的触觉反馈。其中输入装置(2)和附加体(7、8)限定了一个空腔(11)，至少致动器(4)布置在这个空腔中。

Description

具有改进的触觉生成的触敏输入设备
技术领域
本发明涉及一种触敏输入设备，具体涉及一种具有改进的触觉生成的触敏输入设备。
背景技术
这种触敏输入设备具有支架和触敏输入装置，触敏输入装置借助第一支承装置安装在支架上，能够沿着至少偏转方向移动，触敏输入装置可以是触摸板或者触摸屏，尤其是具有电子像素矩阵显示器的触摸屏。所述显示器可以是液晶显示器或者OLED显示器。触摸板或者触摸屏具有(比如)电容式电极传感器，用于实现分辨位置的接触探测。在本发明的一个实施例中，作为补充或者备选方案设置了力传感器，用于测量触摸时作用于触敏显示器上的操作力。
此外这种输入设备还设置有致动器，它沿着偏移方向驱动输入装置，以便在产生接触和/或超出规定的、通过力传感器测定的操作力时产生触觉反馈，从而向操作人员回馈以下信息：触摸和/或操作已经被探测到并可能对应于开关或者控制过程。
在已经公布的输入设备中，致动器直接支撑在支架上，通常支架主要由热塑性塑料制成。这样一来尤其在产生触觉时作为反向脉冲出现的振动脉冲，耦合到壳体中。这些在下文中被称为次级振动的、人们不希望出现的激励，通过固体声音辐射或者其它部件振动的形式被操作人员听到，并被视为干扰噪声。此外需要对触觉的产生过程进行如下设计：当产生触觉时应出现预期的、可再现的运动过程，尤其是由致动器最初启动的运动过程，例如基本上横向的运动过程。同时上述输入设备需要满足节省结构空间的一般要求。
发明内容
本发明的目的是：提供一种借助致动器运动激励产生触觉反馈的输入设备，其中运动激励通过以下途径得以改进：减小上述次级振动，以便从总体上对输入设备进行振动技术方面的改良，同时使输入设备占用较小的结构空间。根据本发明，该目的由具有权利要求1所述特征的触敏输入设备实现。相同优势的应用是并列独立权利要求的主题。需要指出的是：在以下说明中单独指出的特征以及措施，可以通过任意的、技术上合理的方式相互组合，从而产生本发明的其它实施例。说明书部分还结合附图指出了本发明的特征并对本发明做了详细描述。
根据本发明的所述输入设备具有支架。术语“支架”应做广义解释，它通常用于输入设备的固定和支承，比如将输入设备固定在汽车的内护板、中央控制台或者仪表板上。支架可以采用塑料材质，比如热塑性塑料。
此外根据本发明还要设置触敏输入装置。术语“触敏输入装置”同样应做广义解释。它通常是输入设备的一个组成部分，定义了面向操作人员的输入界面，输入机构或者操作人员的手指在这个输入界面上的触摸动作被传感器探测(尤其是进行分辨位置的探测)。触敏输入装置最好是触摸板或者触摸屏，触摸板是一种不带显示器的输入装置，其中可以对输入界面(属于输入装置)触摸操作进行位置分辨探测，而触摸屏同样具有对输入界面(属于输入装置)触摸操作进行位置分辨探测的功能，并且输入界面还对应着电子显示器、尤其是电子像素矩阵显示器。
输入界面(比如)对应于一个或者多个传感器，这些传感器用于探测输入界面上的触摸操作和/或压力。所述装置(比如)是多个布置在矩阵中的电极和相关分析单元(用于实现分辨位置的触摸探测)，和/或一个或多个力传感器(用于探测操作产生的压力，比如一个或者多个电容式力传感器)。
根据本发明，还需要设置与输入装置固定连接的附加体。附加体是(比如)密度高于触敏显示器的物体，其密度(比如)大于2000kg/m3、较有利的选择是大于7000kg/m3、更加有利的选择是大于10000kg/m3。附加体可以具有任意形状。附加体优先选用金属材质，比如锌、铅或金属合金如含有锌和/或铅的合金(例如ZAMAK)。附加体优先设计在输入装置上背向操作人员的一侧。
此外还要设置第一支承装置，输入装置借助该装置安装在壳体上，并可以沿着至少一个偏移方向移动。此外第一支承装置还包含第一回位装置，用于使操作件弹性回复至静止位置。第一支承装置可以(比如)设计为弹簧钢片。
此外根据本发明还要设置致动器，以便驱动输入装置产生触觉反馈。最好对输入装置进行线性驱动。致动器最好是电机式或者电磁式致动器。致动器(比如)具有线圈，由线圈产生的电磁场与衔铁协同作用。根据本发明，这种致动器具有描述有效作用方向的作用轴，用于使输入装置(比如触敏显示器)运动以便沿着偏移方向产生触觉反馈。
本发明建议设置缓冲体，缓冲体借助第二支承装置安装在支架上，至少可以沿着偏移方向移动。此外致动器在缓冲体与输入装置和附加体所构成的组合体之间起作用，具体实现途径是：致动器一方面支撑在缓冲体上，另一方面通过衔铁对输入装置和附加体所构成组合体施加吸引或者排斥作用，以便使输入装置运动，从而沿着与缓冲体基本相反的方向产生触觉反馈。致动器最好引发输入装置和缓冲体之间的接近运动。
缓冲体是(比如)密度高于触敏显示器的物体，其密度(比如)大于2000kg/m3、较有利的选择是大于7000kg/m3、更加有利的选择是大于10000kg/m3。缓冲体可以具有任意形状。缓冲体优先选用金属材质，比如锌、铅或金属合金如含有锌和/或铅的合金(例如ZAMAK)。
致动器通过摇摆式安装的缓冲体支撑，使由致动器导致的触觉产生在振动技术方面改进、从而在噪音方面更好地分离，因为根据本发明致动器不是直接支撑在支架上，而是通过支架上安装的缓冲体以可移动方式支撑在支架上。这种设计实现了触觉产生时的噪声隔离。致动器可以(如前所述)是电磁式致动器，致动器中产生磁场的装置固定在缓冲体上，而所属衔铁则固定在输入装置和附加体所构成组合体上，比如可以直接固定在附加体或者输入装置上。尤其在这种致动器的实施方案中，衔铁和线圈的相应重量应在对缓冲体和输入装置或者附加体进行质量方面分析时，一同予以考虑并进行累加。
附加体的作用是：相对于无附加体解决方案实现重心位移。重心位移可以使输入设备实现以下设计：致动器作用方向尽可能靠近重心，最好是描述有效作用方向的作用轴穿过输入装置和附加体所构成组合体的共同重心，以便尽可能降低(尤其是)输入装置受到激励而产生干扰触觉的旋转运动的风险。
根据本发明，输入装置和附加体限定了一个空腔，空腔中至少布置有致动器。通过这种设计可以实现节省结构空间的解决方案，其中致动器以及(尤其是)它的作用轴尽可能靠近输入装置和附加体所构成组合体的重心，以便减轻对输入装置进行的、不受欢迎的振动(尤其是旋转振动)激励。
第一支承装置和/或第二支承装置(比如)构成为基于磁性排斥的支承装置，或滚动轴承、滑动轴承、或者摆动支撑式或摆动悬挂式支承件。比较有利的设计，是使第一和第二支承装置起到弹性回位作用。更加有利的做法，是将第一支承装置和第二支承装置设计为弹簧，尤其是设计为分段式U型弹簧钢片。(比如)对应于缓冲体的第二支承装置包括四个弹簧，而对应于输入装置和附加体所构成组合体的第一支承装置同样包括四个弹簧。
第一支承装置和第二支承装置最好布置在一个共同的平面上。
为了实现特别紧凑的实施例、同时又能实现显著的重心位移，根据本发明的一个优选实施方案，支架嵌入安装在由输入装置和附加体限定的空腔中。
通过根据质量调整相关支承装置的弹簧常数，使缓冲体所构成振动系统与输入装置和附加体所构成组合体所构成振动系统的共振频率基本一致。
为了协调缓冲体以及输入装置和附加体所构成组合体的偏转速度，第二支承装置的弹簧常数最好与第一支承装置的弹簧常数不同。第二支承装置的弹簧常数最好小于第一支承装置的弹簧常数
布置和设计弹簧时，最好使弹簧在其扭转中心承受负荷。扭转中心由与偏移方向垂直的弹簧横截面确定。
此外在本发明的另一个优选实施方案中设计了减振器。借此可以通过有利方式对偏移速度或者最大偏移量进行限制。
最好在支架和缓冲体之间设置减振器，以便在缓冲体偏移方面起到减振作用。
缓冲体(如果存在)包括前面所述线圈的质量，最好小于输入装置和附加体的总质量。
较为合理的做法是：缓冲体的质量大于输入装置质量的四分之一。更加合理的做法是：缓冲体的质量大于输入装置和附加体总质量的四分之一。
描述有效作用方向的致动器作用轴，最好平行于输入装置定义的输入界面。
由输入装置和附加体确定的重心，最好位于致动器作用轴上。
缓冲体可以(比如)设计为平板状。缓冲体在空间上(参照操作人员)布置在输入装置下方，尤其是位于输入装置和附加体之间，更好的做法是将缓冲体安装在输入装置和支架之间。
此外本发明还涉及采用上述实施方案之一的触敏输入设备在汽车中、尤其是在汽车中央控制台中的应用。
附图说明
下面借助附图进一步解释本发明及其技术环境。需要指出的是，附图显示了本发明的一个具体优选实施方案，但不对本发明形成限制。其中：
图1显示了采用本发明所述实施方案的输入设备的截面图。
具体实施方式
图1显示了采用本发明所述实施方案的输入设备1。这种输入设备具有支架3，支架用于将输入设备1固定在汽车的中央控制台(图中未显示)或者仪表板(图中未显示)上。输入装置2和附加体7所构成组合体，以可移动方式安装在支架3上。在图中所示实施方案中，输入装置2是触摸屏，它由电子像素矩阵显示器和电容式接触传感器组成，其中接触传感器对由输入装置2定义的输入界面12上的触摸操作进行探测。
输入装置2通过固定柱8固定连接在平板状附加体7上。附加体7和输入装置2通过第一支承装置10安装在支架3上，可以移动并可实现弹性回位。第一支承装置10是采用分段式U型设计的四块弹簧钢片。第一支承装置10按照以下要求布置：输入装置2连同与输入装置固定连接的附加体7，能够沿着与输入界面12平行的方向执行回位运动。
附加体7的质量按照以下原则选择：共同重心S位于输入装置2和附加体7之间，从而位于通过线W表示的电磁致动器4作用轴所在平面内，致动器用于以电磁方式导致输入装置2连同附加重块7从静止位置发生偏转(如箭头P1所示)，从而通过偏转以及触摸输入界面12的手指对偏转的触觉感知性，为操作人员提供触觉反馈。致动器4具有线圈和与线圈磁场协同作用的衔铁5，衔铁设计在输入装置2上。
此外如图1所示，致动器4(尤其是其线圈)支撑在平板状缓冲体6上，缓冲体通过具有回位功能的第二支承装置9安装在支架3上。第二支承装置9同样是由弹簧钢片制成的弹簧，它们采用分段式U型设计。第一支承装置10和第二支承装置9的弹簧布置在一个共同的平面中。此外第一支承装置10和第二支承装置9的弹簧按照以下要求布置和配置：这些弹簧在其扭转中心由致动器4施加负荷以对抗回位作用。扭转中心由与偏移方向垂直的弹簧横截面决定。
由第二支承装置9为缓冲体6提供的弹性支承，用于吸收由致动器4产生的反向脉冲P2，由于致动器通过缓冲体6实现了相对于支架3的弹性支撑，致动器4以及触觉产生在冲击和振动传递方面实现了相对于支架3的隔离。通过上述措施，因产生触觉而导致的、向支架3尤其是临近支架3的汽车环境中(比如中央控制台面板或者类似部件)传递的噪声得到了降低。
此外以上所述附加体7和因为附加体7而产生的重心位置S还具有以下作用：输入装置2通过致动器4得到至少近似于横向的振动激励(也就是说尽可能没有旋转振动)。从图1可以看出：致动器4、缓冲体和支架3，全部或者至少一部分布置在由输入装置2和附加体7定义的空腔11中。这样输入设备1就节省了结构空间。同时通过以上设计还能使致动器4的运动激励尽可能为纯平移性，即尽可能不存在旋转运动。只有通过限定空腔11的结构，致动器作用轴W才能穿过输入装置2和附加体7的共同重心，并且作用轴W平行于输入界面12。
为了实现节省结构空间的实施方案，缓冲体6布置在支架3的凹槽中。为了协调缓冲体6以及协调输入装置2和附加体7所构成组合体的偏移速度，第二支承装置9的弹簧常数与第一支承装置10的弹簧常数有所不同。缓冲体6包括致动器4所属线圈的质量，小于输入装置2和附加体7的总质量，但同时大于输入装置2质量的四分之一。

Claims (14)

1.一种触敏输入设备(1)，包括：
支架(3)；
触敏输入装置(2)，以及与所述输入装置(2)固定连接的附加体(7、8)，所述输入装置(2)和附加体(7、8)借助第一支承装置(10)共同安装在所述支架(3)上，可以沿着至少一个偏移方向移动；
缓冲体(6)，借助于第二支承装置(9)被安装在所述支架(3)上，可以沿着至少一个偏移方向移动；
在所述缓冲体(6)与由所述输入装置(2)和所述附加体(7、8)所构成组合体之间起作用的致动器(4)，所述致动器(4)具有作用轴(W)，用于使所述输入装置(2)运动以便产生与所述缓冲体(6)方向相反的触觉反馈；
其中所述输入装置(2)和所述附加体(7、8)限定了一个空腔(11)，所述致动器(4)布置在这个空腔中。
2.根据权利要求1所述的触敏输入设备(1)，其中所述第一支承装置(10)和所述第二支承装置(9)布置在一个共同平面内。
3.根据权利要求1所述的触敏输入设备(1)，其中所述支架(3)嵌入安装在所述空腔(11)中。
4.根据权利要求1所述的触敏输入设备(1)，其中所述第一支承装置(10)和所述第二支承装置(9)被设计为弹簧。
5.根据权利要求4所述的触敏输入设备(1)，其中所述第二支承装置(9)的弹簧常数与所述第一支承装置(10)的弹簧常数不同。
6.根据权利要求4或5所述的触敏输入设备(1)，其中弹簧按照以下要求进行布置和配置：弹簧在其扭转中心承受负荷。
7.根据权利要求1所述的触敏输入设备(1)，其中还设置了至少一个减振器。
8.根据权利要求7所述的触敏输入设备(1)，其中所述减振器设置在所述支架(3)和所述缓冲体(6)之间。
9.根据权利要求1所述的触敏输入设备(1)，其中所述缓冲体(6)的质量小于所述输入装置(2)和所述附加体(7、8)的总质量。
10.根据权利要求9所述的触敏输入设备(1)，其中所述缓冲体(6)的质量大于输入装置质量的四分之一。
11.根据权利要求1所述的触敏输入设备(1)，其中作用轴(W)平行于由所述输入装置(2)定义的输入界面(12)。
12.根据权利要求1所述的触敏输入设备(1)，其中由所述输入装置(2)和所述附加体(7、8)限定的重心(S)位于所述作用轴(W)上。
13.根据权利要求1所述的触敏输入设备(1)，其中所述致动器(4)是一种线性电磁致动器。
14.根据权利要求1所述的触敏输入设备(1)在汽车中央控制台中的应用。
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Ville Roisko;Pasi Kämppi;Satu Luojus."Touch screen based TETRA vehicle radio: Preliminary results of multi-methodology usability testing prototype".《2013 International Conference on Connected Vehicles and Expo (ICCVE)》.2014, *

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