CN109641525A - 车辆的操作单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的操作单元(10)，其设置有：具有正面的壳体(26)；操作元件(12)，其布置在壳体(26)的正面上并且包括质心(40)和操作界面(14)。操作元件(12)借助于复位弹簧(22，24，24')通过弹簧弹性方式沿着垂直运动轴线(18)和横向运动轴线(20)安装在壳体(26)上和/或安装在壳体(26)中，垂直运动轴线(18)相对于操作表面(14)基本上正交地延伸，横向运动轴线(20)相对于所述垂直运动轴线基本上横向地延伸。本发明还涉及至少一个传感器(28)，用于检测操作元件(12)在垂直运动轴线(18)方向上的致动运动。进一步地，操作单元(10)具有布置在壳体(26)中和/或壳体(26)上的致动器(32)，用于在检测到操作元件(12)的致动运动时至少也在横向运动轴线(20)上反馈操作元件(12)的运动，其中致动器(32)具有电磁激活的驱动元件(34)，其机械地耦合到操作元件(12)并且可沿着有效运动轴线(38)向前和向后移动。由于复位弹簧(22，24，24')作用在操作元件(12)的质心(40)中而产生的旋转力矩将相互抵消，使得操作元件(12)在其沿致动器(32)的驱动元件(34)的有效运动轴线(38)反馈运动期间不会另外地扭曲或倾斜。

Description

车辆的操作单元
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2016年7月8日申请的德国专利申请10 2016 212 524.9的优先权，该申请通过参引的方式结合在本专利申请中。此外，还有三个PCT申请——2016年9月6日申请的PCT申请PCT/EP2016/070989，2016年9月12日申请的PCT/EP2016/071414和2017年1月24日申请的PCT/EP2017/051416的申请，也通过参引的方式将其结合在本专利申请中。
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的操作单元，其可以是例如用于控制各种车辆部件的信息娱乐系统。
包括适用于例如用于选择车辆部件功能的各种符号字段的菜单驱动显示器的显示器组件的操作单元，有越来越高的接受度。在这样的操作单元中，需要用户接收功能选择的触觉确认，这可以例如通过操作元件启动后的附加主动运动实现。当在操作元件的整个操作表面上观察时，该触觉反馈应当是尽可能均匀的。在DE-A-10 2008 035 907和DE-A-102009 007 243中描述了这种操作单元的示例。此外，在DE-A-100 43 805中，描述了一种包括电磁致动器的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于车辆的操作单元，其包括至少一个具有操作表面的操作元件，其中，独立于该操作表面被触摸和启动的位置，触觉感觉基本相同，并配有主动的触觉反馈。
为了实现上述目的，根据本发明，提出了一种用于车辆的操作单元，其中操作单元设置有
-具有正面的壳体，
-操作元件，布置在壳体的正面上并且包括操作界面，
-其中所述操作元件借助于复位弹簧以弹簧弹性的方式沿着垂直运动轴线和横向运动轴线安装在壳体上和/或安装在壳体中，所述垂直运动轴线相对于操作表面基本上正交地延伸，且所述横向运动轴线相对于垂直运动轴线基本上横向地延伸，
-至少一个传感器，用于检测操作元件在垂直运动轴线方向上的致动运动，
-布置在壳体中和/或壳体上的致动器，用于在检测到操作元件的致动运动时至少也在横向运动轴线上反馈操作元件的运动，其中致动器具有电激活的驱动元件，其机械地耦合到操作元件并且可以沿着有效运动轴线向前和向后移动，以及
-评估和控制单元，其连接到传感器和致动器，
-其中复位弹簧具有合成的(resultierende)弹簧有效轴线，该弹簧有效轴线平行于致动器的有效运动轴线延伸，
-其中，当在致动器的有效运动轴线延伸的垂直平面中、和/或操作元件的质心或可动质量块的质心所处的垂直平面中观察时，复位弹簧的弹簧有效轴线(Federwirkachsen)在致动器的有效运动轴线的两侧分别距致动器的有效运动轴线第一距离处和第二距离处延伸，其中，所述可动质量块尤其包括操作元件和致动器的与其耦合的驱动元件，
-选择复位弹簧相对于其弹簧力的尺寸以及第一和第二距离，以基本上补偿操作元件或可移动质量块的质心中的由于复位弹簧导致的旋转力矩。
根据本发明，规定
-复位弹簧具有合成的弹簧有效轴线，其平行于致动器的有效运动轴线延伸，
-当在致动器的有效运动轴线所延伸的垂直平面中、和/或在操作元件的质心或可移动质量块的质心所处的垂直平面中观察时，复位弹簧的弹簧有效轴线在致动器的有效运动轴线的两侧分别在距致动器的有效运动轴线第一距离处和第二距离处延伸，其中，所述可移动质量块尤其包括操作元件和致动器的与其耦合的驱动元件，并且
-选择复位弹簧相对于其弹簧力的尺寸以及第一和第二距离，以基本上补偿操作元件或可移动质量块的质心中由于复位弹簧导致的旋转力矩。
根据本发明，操作元件的致动的主动触觉反馈通过操作元件的横向偏移来实现。为了致动，操作元件在基本上正交于操作表面延伸的垂直运动轴线上移动。如果该致动运动然后被传感器检测到，则将发生操作元件在横向运动方向上的主动运动(例如，从左到右，向上或向下)。在这方面，必须注意操作元件不会倾斜，但是，如果像普通情况下那样，致动器与操作元件的连接位置不位于后者的质心处，则这没有特殊措施几乎是不可避免的。操作元件大致包括具有相应的显示工艺和技术(例如LCD显示器)和背光的显示器，使得操作元件具有不可忽略的构造深度。因为在理想情况下，致动器可以在极端情况下直接位于该操作元件下方，因此其用于在横向运动方向上产生主动触觉反馈运动的驱动元件将在操作元件或相应地被移动的局部系统的质心之外接合该操作元件或该被移动的局部系统。因此，除非采取相应的对策，否则操作元件将不可避免地倾斜，这是不希望的。已知的解决方案旨在通过弹簧系统的相应设计进行强制引导，通过该弹簧系统将操作元件支撑在操作单元的壳体上。所有这些都是机械上复杂的。
因此，根据本发明，实现了在复位弹簧的(垂直和横向)作用下作用在操作元件上的旋转力矩的补偿，这一方面可以通过以下方式实现：复位弹簧相对于驱动元件的有效运动轴线的定位，和/或另一方面通过设计复位弹簧的尺寸，和/或另一方面通过影响操作元件的重量分布(通过放置额外的重量或通过以意图明确的方式影响重量分布)来“重新定位(Verlagerung)”操作元件的质心。因此，如果安装空间的情况不允许复位弹簧的重新定位，则可以通过设计复位弹簧的尺寸和/或通过改变操作元件内的质量分布来实现旋转力矩的补偿。因此，本发明允许在所有应用中的设计具有足够的自由度。更准确地说，不仅必须考虑操作元件的质心，还必须考虑操作单元的可移动局部系统的质心，其中该可运动的局部系统包括操作元件、致动器的连同其与操作元件的连接的驱动元件、以及复位弹簧(然而，其具有可忽略的质量)。用于触觉反馈的待移动的总质量限定了质心，在本发明的框架中，该质心对于复位弹簧的布置和/或尺寸是决定性的，以便实现旋转力矩的补偿。因此，当在下文中提及操作元件的质心时，这意味着表示可移动的、弹性支撑的局部系统的质心，该局部系统被机械地激活以用于触觉反馈。
根据本发明的另一有利实施例，规定：当在倾斜平面中观察时——该倾斜平面垂直于垂直平面延伸、且致动器的有效运动轴线在其中延伸和/或操作元件的质心位于其中，复位弹簧的弹簧有效轴线在致动器的有效运动轴线的两侧、与致动器的有效运动轴线隔有距离地延伸，并且复位弹簧的尺寸相对于它们的弹簧力和距离被选择成基本上补偿复位弹簧导致的作用在操作元件的质心中的旋转力矩。
以上结合垂直平面描述的考虑因素也以相应的方式适于由致动器的有效运动轴线的定向限定的倾斜平面。同样在该倾斜平面中——致动器的有效运动轴线位于该平面中(并且因此该平面由该轴线跨越、并且正交于垂直轴线地延伸)，再次需要补偿由复位弹簧产生的作用在可运动的局部系统上的力，使得当致动器被控制用于触觉、触觉反馈时，相对于该倾斜平面和相应地相对于水平的投影平面不会发生振荡。
此外，本发明提出：将致动器的朝向机械地布置成使得驱动元件的有效运动轴线优选地与操作元件的质心相交。因此，操作元件的质心位于驱动元件的有效运动轴线的延长上。因此，在这种布置中，驱动元件的有效运动轴线与用于主动触觉反馈的预期横向运动方向成锐角延伸。相应地，通过操作元件因此沿着驱动元件的有效运动轴线运动，操作元件的反馈运动除了预期的横向运动分量之外还具有垂直运动分量，但是，垂直运动分量不会引起任何重大干扰。相反地，决定性的是，在主动触觉反馈期间，操作元件的操作表面将保持其在空间中的定向，即将经历倾斜定向的平行位移，尤其是在垂直和/或水平平面上观察时不会发生振荡。
通过根据本发明的措施，可以以纯粹平移的方式执行反馈运动，其中驱动元件的作用方向优选地延伸穿过操作元件的质心。
在操作元件的主动触觉反馈期间的运动中的旋转部分进一步减小，因为复位弹簧元件与操作元件质心位于共同的平面中，其中，由于复位弹簧元件，操作元件在主动触觉反馈之后又回到其起始位置。如果不是这种情况，则操作元件的主动触觉反馈运动的模式将包括旋转部分。
或者，弹簧有效轴线也可以与致动器的驱动元件的有效运动轴线重合；然后将它们安排在一条共同的线上。
通过本发明，有利地实现了：由复位弹簧元件所导致的在操作元件质心中的旋转力矩将相互抵消，使得操作元件在其沿致动器驱动元件的有效运动轴线的反馈运动期间不会附加地扭曲或倾斜。
此外，有利的是在出发和返回路径中执行触觉的主动控制或反馈控制。在这方面，决定性的是，操作元件的运动尽可能是纯粹平移的，这可以通过根据本发明的方法实现。此外，通过根据本发明的方法，可以基本上保证触觉感觉总是相同的，而与操作表面上的致动位置无关。利用本发明，为了使得操作元件执行纯粹的平移运动，不再需要实施用于操作元件的弹性支撑的复杂结构解决方案。
有用的是，操作元件的横向运动轴线和致动器的驱动元件的有效运动轴线张成一与操作表面基本正交的共同垂直平面。
根据本发明的另一实施例，可以规定：操作元件下方的壳体包括安装空间，并且为了获得致动器的驱动元件的有效运动轴线和操作元件的横向运动轴线之间的尽可能小的角度，致动器相对于安装空间而言被布置在操作元件尽可能近的下方处和/或被布置得尽可能远离操作元件的质心。致动器的有效运动轴线与操作元件的横向运动轴线之间的角度越小，操作元件的横向运动分量相比于反馈运动中的横向运动分量就越大。
根据本发明的另一实施例，操作单元包括布置在操作元件两侧的、用于操作元件的复位弹簧元件，复位弹簧元件具有弹簧有效轴线，这些弹簧有效轴线处于在横向运动轴线上、或者布置于下述平面中——该平面与由致动器的驱动元件的有效运动轴线和操作元件的横向运动轴线所张成的平面基本正交，并且关于横向运动轴线对称地布置。
此外，可以规定：致动器形成为杆柱(Zuganker)电磁体，其包括具有第一励磁线圈的第一定子，并且包括作为驱动元件的衔铁(Anker)，衔铁设置有测量线圈，当第一励磁线圈产生的磁流通过衔铁时在测量线圈上施加有测量电压，并且第一励磁线圈和测量线圈连接到评估和控制单元，其中，借助评估和控制单元，可以执行力的控制和/或反馈控制，由此可以使致动器的驱动元件朝第一定子的方向上运动，和/或可以执行驱动元件从其静止位置的偏转运动以及驱动元件到其静止位置的复位运动的控制和/或反馈控制。
本发明的该实施例有利地允许在设计为电磁体(Elektromagneten)的致动器中进行相对精确且廉价的力测量，以用于操作元件的触觉反馈。这里，电磁体可以是单杆柱型或双杆柱型。或者，致动器可以包括至少一个压电元件，即它可以压电地起作用。
对于触觉反馈，出于与安装空间和成本相关的原因，通常是将没有永磁体的电磁体(衔铁磁体)用作致动器。因此，这种衔铁磁体的定子将电磁地操作。为了能够设定操作元件的操作表面的期望运动，需要能够精确地设定致动器处的时间-力变化曲线。此外，可能需要的是：每次都主动地形成用于操作元件的前进和复位运动的力。这可以通过在两个电磁定子之间具有共同的杆柱的双杆柱型磁体实现。
在缓慢变化的磁场的情况下，电磁体的力基本上取决于衔铁电流和衔铁与定子之间的气隙。然而，在触觉反馈的情况下，力的变化曲线是非常动态的并且包括高于1kHz的频率部分。在这方面，在通常使用的用于磁通量引导的易切削钢和电气钢片的情况下，电流和力之间的关系不是微不足道的，并且仅可以通过非常复杂的建模来描述。另外，由于机械公差和操作表面的运动，气隙不是精确已知的，因此仅可以粗略估计衔铁磁体的力作用。
通过目前描述的、涉及借助测量线圈测量通过衔铁的磁流以及在该线圈上降落的感应电压的方法，现在可以执行力和衔铁运动的控制或反馈控制。此外，现在可以以意图明确的方式抑制衔铁的运动，从而可以避免在衔铁的前进和复位运动的各终端位置处的过冲。
如上所述，如果衔铁布置在两个电磁操作的定子之间是更为有利的。因此，在本发明的该实施例中，衔铁包括具有第二励磁线圈的第二定子，其中两个定子布置在衔铁的两侧，并且第二励磁线圈也连接到评估和控制单元，其中，借助评估和控制单元，可以对相应的力执行控制或反馈控制，其中驱动元件可以借助所述力分别沿第一定子或第二定子的方向运动，和/或可以对驱动元件从其静止位置的偏转运动以及驱动元件到其静止位置的复位运动进行控制或反馈控制。
附图说明
下面将通过示例性实施例并参考附图更详细地描述本发明。在几个视图中，示出以下内容：
图1是用于车辆部件的操作单元的示意性侧视图，其中操作单元具有被设计为显示元件的操作元件、弹性支撑以及用于致动操作元件的主动触觉反馈，
图2是电磁体的视图，设计为带有定子和衔铁的衔铁磁体(Zugankermagnet)，用于概括说明这种电磁体的电磁相关特性，
图3是设计为双电磁体的用于主动触觉反馈的致动器的透视图，
图4是根据图3的电磁体的可能接线的视图，以及
图5到8是复位弹簧(在垂直平面中、在水平平面中、或在倾斜平面中)的布置和设计的各种实施例的视图，复位弹簧用于具有主动反馈的操作元件的复位运动，使得作用于操作元件质心的、会引起操作元件围绕其质心振荡的旋转力矩相互抵消。
具体实施方式
在图1中，以侧视图和示意图示出了包括操作元件12的操作单元10。在本实施例中，操作元件12被设计为具有适于显示各种符号字段16的操作表面14的显示器组件。在正常情况下，操作元件12是背光式的。
为了在垂直运动方向上执行致动运动(参见双向箭头18)并且为了确认横向方向上的这种致动运动(参见图1中的双向箭头20)，操作元件12通过第一复位弹簧22和第二复位弹簧24、24'弹性地支撑在壳体26上。借助于传感器28，可以检测到操作元件已经沿着垂直运动轴线18移动。这在评估和控制单元30中被检测到，因此后者将控制致动器32，所述致动器32设计为电磁体、并包括驱动元件34。致动器32的固定的定子部分36支撑在壳体26上，而致动器32的驱动元件34机械地耦合到操作元件12。驱动元件34的有效运动轴线由双向箭头38示出。
操作元件12设计得越大越复杂，它就会越重并且占用的安装空间越大。如果现在要求触觉反馈在整个操作表面14上是相同的，则在触觉反馈期间操作元件12应该仅仅执行平移运动。理论上，这可以通过使致动器32的驱动元件34接合在操作元件12的质心40中——或者更确切地说接合在可移动的、弹性支撑的局部系统的质心中——以最简单的方式实现。然而，由于安装空间的条件，这是不可能的。
现在，如果还是期望实现在主动触觉反馈期间操作元件12仅以平移方式移动，则结构上相对简单的解决方案是以这样的方式布置致动器32：包括操作元件12、致动器32的驱动元件34和所有复位弹簧22、24、24'的质量的可运动的局部系统41的质心40位于致动器32的驱动元件34的有效运动轴线38上。这在图1中示出，而图1还示出了当检测到致动运动时，操作元件12如何主动地移动，以及通过触觉反馈确认操作元件12的致动。
基本正交于该平面44，延伸有一平面——该平面由操作元件12的运动横向轴线20和致动器32的驱动元件34的有效运动轴线38张成。在图1中，这个平面是图纸的平面。
因此，在主动触觉反馈期间操作元件12的纯粹平移运动包括横向分量和垂直分量。“该反馈运动不是纯粹横向的”对于操作元件12整个操作表面14上的触觉感觉应该相等的要求来说并不重要。决定性的是，在主动触觉反馈期间，操作元件12不受任何旋转运动分量的影响，使得操作元件12在空间中进行平行移位。
如上面已经进一步描述的，特别是出于安装空间和成本的原因，为了操作元件的触觉反馈，致动器通常以电磁体的形式提供。由该电磁体产生的力只能通过增加的费用来估算，并且基本上取决于电磁体的电流和气隙。下面将参照图2说明对电磁体适用的相关条件。
在图2中，示出了电磁体，其定子和衔铁由高导通性材料(通常为易切削钢或电气钢片)制成，并且其磁场通过通电的励磁线圈产生。
这种电磁体的力通常由励磁电流和气隙的大小来计算。然而，在触觉反馈的情况下，力的变化曲线是高动态的并且包括高于1kHz的频率部分。在这方面，在通常使用的用于磁通量引导的易切削钢或电气钢片的情况下，电流和力之间的关系不是微不足道的，并且仅可以通过非常复杂的建模来描述。另外，由于机械公差和操作表面的运动，气隙不是精确已知的，因此仅可以粗略估计致动器的力作用。可以使用“Maxwell拉力公式”和用于检测气隙中的磁通密度的测量线圈来回避这个问题，其中通常电压测量可以以比电流测量更便宜的方式实现：
(F-致动器力，μ0-空气的导磁率，AL-气隙面积，BL-气隙中的磁通密度)在实际实施例中，气隙磁通密度的相对较低的不均匀性可以通过使用校正系数来考虑，这反过来导致借助测量线圈简单地实现力测量：
(t-时间，C-气隙校正系数，NMS-测量线圈的匝数，u(t)-测量线圈中的感应电压)
可以通过使用通常已经存在于系统中的微控制器来以数字化方式进行感应电压的积分。因此，在控制的任何时间点，力都为已知的。
在图3中，以透视图示出了致动器32。该致动器32设计为双电磁体，其驱动元件34实现为布置在第一定子48和第二定子50之间的衔铁46，可沿有效运动轴线38在两个相反方向上形成力。第一和第二定子48、50固定在壳体26上，同时衔铁46牢固地连接到操作元件12。第一定子48包括第一励磁线圈52，而第二定子50设有第二励磁线圈54。衔铁46由测量线圈56围绕。在衔铁46的两侧分别地设置有第一和第二气隙58、60。由于作用在衔铁46上的力每次都指向一个方向，因此励磁线圈52、54相应地不是同时地、而是交替地被通电。测量线圈56在衔铁46上的布置允许在沿有效运动轴线38的两个作用方向上进行精确且廉价的力测量。
可以例如借助于微控制器62来执行对在测量线圈56中感应出的电压的控制和评估，微控制器62可以是评估和控制单元30的一部分。图4中示出了与微控制器62的布线的示例。测量线圈56中的感应电压首先通过简单的低通滤波器64进行平滑，从而将用于交替控制两个励磁线圈52、54的PWM时钟(通常频率>20kHz)从测量信号中去除。然后，微控制器62将捕获感应电压并将其数字地积分。低通滤波器64的截止频率应该比力变化曲线的最高频率部分高出足够多。
在上文中，已经结合图1描述了复位弹簧22、24、24'以这样的方式布置，使得它们各自得到的弹簧有效轴线42、42'平行于致动器32的延伸通过质心40的有效运动轴线38延伸。为了避免操作元件12在其由复位弹簧22、24、24'导致的运动期间的旋转(即绕水平穿过操作元件12的质心40和垂直穿过其中延伸的轴线的旋转)，在质心40处由复位弹簧22、24、24'引起的旋转力矩之和应为零。为此，得到的弹簧有效轴线42、42'应该例如彼此平行并且与有效运动轴线38平行地延伸(也参见图1中的复位弹簧22、24、24'的弹簧力三角形)。
因此，在质心40被完全对称布置以及带有相同的、(垂直)复位弹簧22特性曲线和(横向)复位弹簧24、24'特性曲线的复位弹簧22、24、24'(或者说操作元件12上的各复位弹簧24，24'的接合点)被完全对称布置的情况下，在质心40处，没有由所有复位弹簧22、24、24'引起的旋转力矩作用在操作元件12上(参见图1，其中距离L1和L2相同)。然而，不能总是达到这样的安装或布置条件。例如，在复位弹簧24，24'不对称地布置(即在水平和/或垂直平面中)的情况下，由于杠杆臂，即由于复位弹簧22和24或者复位弹簧22和24'的所得到的弹簧有效轴线42，42'(其平行于致动器32的有效运动轴线38延伸)到质心40(或者说到有效运动轴线38)的距离，将在质心40中引起旋转力矩。这些旋转力矩必须相互抵消，以避免在触觉反馈运动期间操作元件12围绕质心40的旋转振荡。
图5至图8示出了各种情景，在其中，根据质心40的位置，通过复位弹簧22、24、24'的布置(复位弹簧22、24、24'在操作元件12上的接合点的位置)和/或它们的弹性(由绕组的密度示意性地表示，其中密集的绕组表示弹性较小，即相比于较不密集的绕组而言更硬的弹簧)，可以避免/减少可运动的局部系统41围绕其质心40的振荡，特别是在垂直平面(见图5和6)以及在水平平面(参见图7和8中的Δh)中的振荡。布置在局部系统41两侧的复位弹簧22、24、24'的旋转力矩的补偿可以通过选择垂直和水平位置(见图6和7)和/或通过选择弹簧力(见图5和图8)来实现。最后，旋转力矩的补偿也可选地能通过影响可移动的、机械激励的局部系统41的质心(例如通过设置额外的重量，通过影响质量分布等)来实现。
前面提到的使得作用在局部系统41的质心40上的所有旋转力矩相互抵消的边际条件可以被认为是一个二维问题(垂直和水平平面)。
可能需要提供例如两对复位弹簧24、24'，以用于能够抑制或减少操作元件12围绕两个旋转轴线(水平和垂直)的不希望的振荡，这两个旋转轴线彼此垂直地穿过质心40。操作元件12与壳体26的弹性耦合优选地通过托架实现，如开始已提到的2017年1月24日申请的PCT/EP2017/051416中所述。在这种情况下，例如通过PCT申请PCT/EP2017/051416中描述的两个侧向弹簧臂(其实现复位弹簧22、24、24'的功能)的粗细和/或它们的横截面形状和/或它们的长度和/或它们的高度位置，有可能对作用在操作元件12上的旋转力矩产生影响。
可以通过以下措施之一优化“失调”的系统：
-相对于致动器的有效轴线，复位弹簧的有效轴线被移位，
-质心被移位(通过额外的重量或通过改变操作元件的几何形状)，
-在不同复位弹簧之间，复位弹簧在法线方向上作用的弹簧力可以不同。
附图标记列表：
10 操作单元
12 操作元件
14 操作元件的操作表面
16 符号字段
18 操作元件的垂直运动轴线
20 操作元件的横向运动轴线
22 (垂直)复位弹簧
24 (横向)复位弹簧
24' (横向)复位弹簧
26 壳体
28 传感器
30 控制单元
32 致动器
34 致动器的驱动元件
36 致动器的定子部分
38 致动器的有效运动轴线
40 可运动的局部系统的质心
41 可运动的局部系统
42 复位弹簧24和22的合成的弹簧有效轴线
42' 复位弹簧24'和22'的合成的弹簧有效轴线
44 平面
46 衔铁
48 定子
50 定子
52 励磁线圈
54 励磁线圈
56 测量线圈
58 气隙
60 气隙
62 微控制器
64 低通滤波器
L1 (第一)距离，复位弹簧22，24的合成的有效轴线与致动器32的有效运动轴线38的距离(在垂直平面中观察)
L2 (第二)距离，复位弹簧22，24'的合成的有效轴线与致动器32的有效运动轴线38的距离(在垂直平面中观察)
L3 (第三)距离，复位弹簧22，24的合成的有效轴线与致动器32的有效运动轴线38的距离(在有效运动轴线所张成的倾斜平面中观察)
L4 (第四)距离，复位弹簧22，24'的合成的有效轴线与致动器32的有效运动轴线38的距离(在有效运动轴线所跨越的倾斜平面中观察)

Claims (7)

1.一种用于车辆的操作单元，特别是用于控制各种车辆部件的信息娱乐系统，包括：
-具有正面的壳体(26)，
-操作元件(12)，其布置在壳体(26)的正面上并且包括操作界面(14)，
-其中所述操作元件(12)借助于复位弹簧(22，24，24')通过弹簧弹性方式沿着垂直运动轴线(18)以及沿着横向运动轴线(20)安装在所述壳体(26)上和/或安装在所述壳体(26)中，其中所述垂直运动轴线(18)相对于所述操作表面(14)基本上正交地延伸，并且所述横向运动轴线(20)相对于所述垂直运动轴线基本上横向地延伸，
-至少一个传感器(28)，用于检测操作元件(12)在垂直运动轴线(18)方向上的致动运动，
-布置在壳体(26)中和/或壳体(26)上的致动器(32)，用于在检测到操作元件(12)的致动运动时至少也在横向运动轴线(20)上反馈操作元件(12)的运动，其中所述致动器(32)具有能电激活的驱动元件(34)，其机械地耦合到所述操作元件(12)并且能够沿着有效运动轴线(38)向前和向后移动，以及
-评估和控制单元(30)，其连接到传感器(28)和致动器(32)，
其特征在于：
-这些复位弹簧(22，24，24')具有合成的弹簧有效轴线(42，42')，其平行于致动器(32)的有效运动轴线(38)延伸，
-当在所述致动器(32)的有效运动轴线(38)所延伸的垂直平面中、和/或在所述操作元件(12)的质心(40)或能够运动的局部系统(41)的质心(40)所处的垂直平面中观察时，所述复位弹簧(24，24')的弹簧有效轴线(42，42')在致动器(32)的有效运动轴线(38)的两侧分别在距所述致动器(32)的有效运动轴线(38)第一距离(L1)处和第二距离(L2)处延伸，其中，所述能够运动的局部系统(41)尤其包括所述操作元件(12)、和所述致动器(32)的与其耦合的驱动元件(34)，以及
-选择所述复位弹簧(22，24，24')相对于它们的弹簧力的尺寸以及第一和第二距离(L1，L2)的尺寸，以基本上补偿所述操作元件(12)或所述能够运动的局部系统(41)的质心(40)中由于复位弹簧(22，24，24')导致的旋转力矩。
2.根据权利要求1所述的操作单元，其特征在于，当在垂直于所述垂直平面延伸的、且所述致动器(32)的有效运动轴线(38)在其中延伸的、和/或所述操作元件(12)或能够运动的局部系统(41)的质心(40)位于其中的倾斜平面中观察时，所述复位弹簧(22，24，24')的弹簧有效轴线(42，42')分别在所述致动器(32)的有效运动轴线(38)的两侧距所述致动器(32)的有效运动轴线(38)的第三距离(L3)和第四距离(L4)处延伸，并且复位弹簧(22，24，24')相对于它们的弹簧力的尺寸以及第三距离和第四距离(L3，L4)的尺寸被选择为基本上补偿所述操作元件(12)或能够运动的局部系统(41)的质心(40)中由于复位弹簧(22，24，24')导致的旋转力矩。
3.根据权利要求1或2所述的操作单元，其特征在于，所述操作元件(12)或所述能够移动的局部系统(41)的质心(40)位于所述致动器(32)的驱动元件(34)的有效运动轴线(38)上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的操作单元，其特征在于，所述操作元件(12)的横向运动轴线(20)和所述致动器(32)的驱动元件(34)的有效运动轴线(38)位于与所述操作表面(14)基本正交地延伸的共同垂直平面中。
5.根据权利要求4所述的操作单元，其特征在于，位于所述操作元件(12)下方的所述壳体(26)包括安装空间，并且，为了获得所述致动器(32)的驱动元件(34)的有效运动轴线(38)和所述操作元件(12)的横向运动轴线(20)之间的尽可能小的角度，所述致动器(32)相对于安装空间而言被布置在所述操作元件(12)尽可能近的下方处和/或被布置得尽可能远离所述操作元件(12)的质心(40)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的操作单元，其特征在于，所述弹簧有效轴线(42，42')布置在所述横向运动轴线(20)上或者所述致动器(32)的驱动元件(34)的有效运动轴线(38)上，或布置在与所述致动器(32)的驱动元件(34)的有效运动轴线(38)和所述操作元件(12)的横向运动轴线(20)位于其中的垂直平面基本正交的平面(44)中，并且关于所述横向运动轴线(20)对称。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的操作单元，其特征在于，由于所述复位弹簧(22，24，24')作用在所述操作元件(12)的质心(40)或局部系统(41)的质心(40)中而产生的旋转力矩将相互抵消，使得所述操作元件(12)在其沿致动器(32)的驱动元件(34)的有效运动轴线(38)反馈运动期间不会附加地扭曲或倾斜。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114051603A (zh) * 2020-01-30 2022-02-15 普瑞有限公司 具有匹配的向触碰件中的振动耦合以产生触觉反馈的操作元件

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7430645B2 (ja) * 2018-04-13 2024-02-13 ベーア－ヘラー サーモコントロール ゲーエムベーハー 表示装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003058321A (ja) * 2001-08-17 2003-02-28 Fuji Xerox Co Ltd タッチパネル装置
CN103569134A (zh) * 2012-06-22 2014-02-12 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于车辆的警示系统和方法
WO2014076299A2 (de) * 2012-11-19 2014-05-22 Behr-Hella Thermocontrol Gmbh Bedienvorrichtung für eine fahrzeugkomponente
CN103906661A (zh) * 2011-06-29 2014-07-02 罗伯特·博世有限公司 用于制动系统的补偿设备以及具有这种补偿设备的制动系统
CN103946763A (zh) * 2011-09-27 2014-07-23 贝洱海拉温控系统有限公司 用于人机接口的旋转/按压操作装置
CN104106020A (zh) * 2012-03-01 2014-10-15 奥迪股份公司 操作元件，特别用于机动车
DE102014019041B3 (de) * 2014-12-18 2016-03-24 Audi Ag Bedienvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6429846B2 (en) * 1998-06-23 2002-08-06 Immersion Corporation Haptic feedback for touchpads and other touch controls
DE10043805A1 (de) 2000-09-06 2002-03-14 Daimler Chrysler Ag Vorrichtung mit einem elektromagnetischen Aktuator
US9841809B2 (en) * 2003-12-12 2017-12-12 Kurzweil Technologies, Inc. Virtual encounters
DE102008035907A1 (de) 2008-08-02 2010-02-11 Preh Gmbh Berührungsempfindliches Eingabegerät mit berührkraftabhängiger Zusatzfunktion
DE102009007243B4 (de) 2009-02-03 2015-03-05 Continental Automotive Gmbh Haptische Bedieneinrichtung
US8633916B2 (en) * 2009-12-10 2014-01-21 Apple, Inc. Touch pad with force sensors and actuator feedback
JP5806634B2 (ja) * 2012-03-15 2015-11-10 アルパイン株式会社 タッチスクリーン装置
US9645646B2 (en) * 2014-09-04 2017-05-09 Intel Corporation Three dimensional contextual feedback wristband device
WO2017046026A1 (de) 2015-09-15 2017-03-23 Behr-Hella Thermocontrol Gmbh Bedieneinheit für ein fahrzeug
US10558276B2 (en) 2015-09-15 2020-02-11 Behr-Hella Thermocontrol Gmbh Operating unit for a vehicle
DE102016101556B3 (de) 2016-01-28 2017-07-27 Behr-Hella Thermocontrol Gmbh Bedieneinheit für ein Fahrzeug

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003058321A (ja) * 2001-08-17 2003-02-28 Fuji Xerox Co Ltd タッチパネル装置
CN103906661A (zh) * 2011-06-29 2014-07-02 罗伯特·博世有限公司 用于制动系统的补偿设备以及具有这种补偿设备的制动系统
CN103946763A (zh) * 2011-09-27 2014-07-23 贝洱海拉温控系统有限公司 用于人机接口的旋转/按压操作装置
CN104106020A (zh) * 2012-03-01 2014-10-15 奥迪股份公司 操作元件，特别用于机动车
CN103569134A (zh) * 2012-06-22 2014-02-12 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于车辆的警示系统和方法
WO2014076299A2 (de) * 2012-11-19 2014-05-22 Behr-Hella Thermocontrol Gmbh Bedienvorrichtung für eine fahrzeugkomponente
DE102014019041B3 (de) * 2014-12-18 2016-03-24 Audi Ag Bedienvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114051603A (zh) * 2020-01-30 2022-02-15 普瑞有限公司 具有匹配的向触碰件中的振动耦合以产生触觉反馈的操作元件

Also Published As

Publication number Publication date
JP6983863B2 (ja) 2021-12-17
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WO2018007646A1 (de) 2018-01-11
KR20190026009A (ko) 2019-03-12
KR102424077B1 (ko) 2022-07-22
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US20190302891A1 (en) 2019-10-03
JP2019523488A (ja) 2019-08-22
EP3481662B1 (de) 2020-06-10

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