CN109835193A - 控制用于机动车的操作装置的方法以及操作装置 - Google Patents

控制用于机动车的操作装置的方法以及操作装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种控制用于机动车的操作装置(1)的方法，该操作装置(1)具有操作元件(11)。在此方法中，布置在操作元件(11)下方的弹簧弹性元件(16)通过压电元件(14)间接或直接移动和/或变形。用以在对操作元件(11)操作时给操作者至少一个触觉反馈。本发明在此建议，在控制压电元件(14)时，使弹簧弹性元件(16)朝操作元件(11)方向移动并与该操作元件(11)作用接触。由此在对操作元件(11)操作时，弹簧弹性元件(16)从稳定的起始位置转变至不稳定的变形位置。当松开操作元件(11)时，弹簧弹性元件(16)自主地从变形位置重新回到起始位置。在从起始位置向变形位置和逆向变换中，通过弹簧弹性元件(16)分别产生触觉反馈。通过这些特征用操作装置能够以简单且低成本的方式在操作时产生触觉反馈。

Description

控制用于机动车的操作装置的方法以及操作装置
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1的前述部分的特征的控制用于机动车的操作装置的方法。本发明还涉及一种用于实施所述方法的操作装置。
背景技术
方法权利要求的前序部分和独立的产品权利要求的前序部分的特征由专利文献US2014/0125470 A1得知。具体而言，公开了一种操作装置，该操作装置具有由壳体包围的、带有操作表面的操作元件。在操作元件下方、由间隔片间隔地布置有压电薄膜，该压电薄膜通过可电气控制的压电元件可驱动。预张紧的弹簧将操作元件与壳体的底部连接并且将该操作元件弹簧弹性地保持在其起始位置。为了向操作者输出触觉反馈，对压电元件电气激励并且使压电薄膜变形。这以如下方式进行，即，操作元件实施振荡的运动。
在专利文献DE 10 2015 007 822 A1中描述在一种用于机动车的具有操作表面的操作装置，在该操作表面下方布置有离散的变形元件。这些变形元件可以借助可电气控制的形状记忆合金从操作表面的平面移出。由此在操作表面上形成升高部，升高部对操作者而言用作操作表面上的触觉的定位。
最后，由专利文献DE 10 2015 015 417 A1也已知一种用于机动车的操作装置。在该操作元件中，在操作表面下方存在凹槽，其中，在凹槽与操作表面之间布置有压电元件。通过电气的控制可以使压电元件如此变形，使得压电元件引起凹部或隆起部。由此，在操作期间可以产生操作人员可感知的、触觉的信号。
发明内容
从现有技术出发，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种控制用于机动车的操作装置的方法，所述方法能够可靠并且简单地实现在对操作装置操作时产生触觉反馈。
本发明的另一技术问题在于提供用于实施所述方法的合适的操作装置，所述操作装置尤其简单并且低成本地构造。
所述技术问题通过按照权利要求1的特征的方法和按照权利要求5的特征的操作装置解决。
本发明的有利的扩展设计或设计方案可由各从属权利要求得出。
在方法方面，本发明基于一种控制用于机动车的操作装置的方法。在此，所述操作装置具有操作元件，其中，使布置在操作元件下方的、弹簧弹性元件通过压电元件间接或直接地移动和/或变形。这是为了在对操作元件操作时给操作者至少一个触觉反馈。
本发明在此建议，在控制压电元件时，使弹簧弹性元件朝操作元件的方向移动并且与该操作元件作用接触。这使得，在对操作元件操作时，弹簧弹性元件从稳定的起始位置转变至不稳定的变形位置。当松开操作元件时，弹簧弹性元件自主地从变形位置重新回到起始位置。在从起始位置向变形位置和从变形位置向起始位置的变换中，通过弹簧弹性元件分别产生触觉反馈。
在控制压电元件时，优选使弹簧弹性元件平移地朝操作元件的方向移动。在此，在从起始位置向变形位置和从变形位置向起始位置转变期间产生触觉反馈。也就是说，不产生振荡或振动的触觉反馈、而是简单、独特的触觉反馈。这能够实现产生已知的操作感觉，如同人们熟悉的例如电脑键盘等的操作感觉。
根据本发明的扩展设计建议，检测操作者的操作工具是否靠近或触碰操作元件的操作表面。仅当操作者的操作工具靠近或触碰操作元件的操作表面时，才对所述压电元件进行控制。通过这些特征确保，仅当有可能需要触觉反馈时才对压电元件通电。这使得电流消耗降低。除此之外，一般仅当车载电子设备打开时才能控制操作装置。
根据本发明构思的最有利的另一设计方案，检测操作者的操作工具靠近操作元件的操作表面上的哪个位置或触碰该操作元件的哪个位置。在此，仅当操作者的操作工具靠近或触碰所述操作表面上的确定的位置时，才对压电元件进行控制。
通过所述方法的这种设计方案能够实现，仅当操作表面上的确定的操作符号真正会被操作时才产生触觉反馈。如果例如在更大的操作表面上布置有多个符号并且操作者的操作工具触碰所述操作符号之间的位置，则不对压电元件控制，并且操作者有这样的感觉，他仅触碰到“死的”、硬的操作表面。
为了能够在对操作装置操作时也给操作者适当的声学反馈，在此建议，在弹簧弹性元件从起始位置向变形位置和从变形位置向起始位置的变换中，通过弹簧弹性元件分别附加地产生声学的、独特的声音。也就是说，不产生连续的信号、如嗡嗡声或蜂鸣声，而是短暂的声音、如咔哒声或咔嚓声。这非常良好地与所述触觉反馈相配合并且对操作而言是熟悉的声音。
如同已经提到的那样，本发明也涉及一种操作装置，用于实施所述方法，所述操作装置配备有操作元件，所述操作元件具有操作表面。此外，所述操作元件被壳体包围。在所述操作元件下方有弹簧弹性元件，该弹簧弹性元件通过压电元件间接或直接地可移动和/或可变形。
所述操作装置的特征在于，所述压电元件可如此控制，使弹簧弹性元件朝操作元件的方向移动并且与该操作元件作用接触。压电元件的朝操作元件的方向的移动优选平移进行。通过建立的作用接触可以使弹簧弹性元件在对操作元件的操作、即通过按压操作元件的操作中从稳定的起始位置转变至不稳定的变形位置。当松开时，操作元件能够自主地从不稳定的变形位置重新回到起始位置。在从起始位置向变形位置和从变形位置向起始位置的变换中，通过弹簧弹性元件能分别产生触觉反馈。
弹簧弹性元件优选由金属构成。但也可考虑其它材料、例如塑料。
这种操作装置用于性价比高且可靠地实施按照本发明的方法。但当弹簧弹性元件是商业上常见的触弹片或者说咔哒片(Knackscheibe)时，所述操作装置可以成本特别地地实现。商业上常见的触弹片通常具有圆形的轮廓和已知的、非常适合本发明的“咔哒蛙特性(Knackfrosch-Eigenschaften)”。也就是说，当按压触弹片并且克服确定的、形成触觉反馈的阻力时，触弹片变形(kollabiert)，同时输出咔哒声。在压力减轻后，触弹片同样在输出咔哒声和产生触觉反馈的情况下重新回到其起始位置。
为了使用于弹簧弹性元件的压力点尽可能准确地可重复，非常适宜的是，弹簧弹性元件通过壳体的至少一个壁部沿其中轴线的方向、即沿其平移运动的方向导引。
为了避免在按压操作元件中心以外或甚至操作元件边缘上的操作符号时操作元件倾斜，根据本发明的另一设计方案建议，所述操作元件通过壳体的至少一个壁部沿其操作方向导引。如果例如操作元件在其轮廓方面具有圆形的形状，则所述壳体的壁部可以优选包围操作元件的整个轮廓。在操作元件轮廓设计为矩形的情况下，导引可以至少在操作元件的两个平行的外侧上进行。与此不同的是，为了获得倾斜自由度也可考虑另外的解决方案。
根据另一扩展设计最有利的是，所述操作元件的操作表面设计为接近和/或接触敏感的表面。在此存在评估和控制器，通过该评估和控制器能检测，操作者的操作工具靠近操作表面上的哪个位置或触碰操作元件的哪个位置。
以此方式可以确保，仅当操作元件的操作表面上的确定的操作符号被触碰或靠近该操作符号时，操作元件才能接通或者说才能产生触觉和/或声学的反馈。
关于这一点，对容易的可操作性非常有利的是，在所述操作表面上布置有多个操作符号，并且所述操作表面设计为惯常的、优选平坦的表面。术语“操作符号”应当理解为数字、字母、图形符号等。
最后，本发明也要求保护一种机动车，该机动车具有至少一个按照本发明的操作装置。
本发明的优选的实施例在附图中示出并且在以下说明中会根据附图详细阐述。由此，本发明的另外的优点显而易见。不同附图中的相同的附图标记表示相同、类似或功能相同的构件。在此，即使不作重复说明或参阅，也会实现相应或类似的性质和优点。附图的比例不总是正确。在一些附图中，可以夸大比例地示出，以便能够更明显地突出实施例的特征。
附图说明
在附图中，分别示意性地：
图1示出机动车的前部内部空间中的按照本发明的操作装置，
图2a示出根据图1中的剖面线II的旋转为水平的视图，其处于第一运行状态下，
图2b示出与图2a类似的示图，其处于第二运行状态下。
图3示出沿图2b中的III观察压电元件连同弹簧弹性元件的单独的视图，
图4示出弹簧弹性元件处于两个不同的运行状态下的单独的侧向示图，
图5示出沿图2b中的III观察操作元件的操作表面的俯视图。
具体实施方式
首先参阅图1。在图1中，机动车K的内部空间在其中控台2的区域内示出。
可以看出，在中控台2的区域内布置有操作装置1。操作装置1具有可操作的、尤其可按压的操作元件11，操作元件11在轮廓侧被壳体10包围或者说被壳体10框起来。在操作元件11的操作表面12上布置有多个操作符号13。
在通过触碰操作符号13中的一个对操作元件11操作和按压操作元件11时，希望的是，不仅执行相应的、存储于操作符号13的功能，而且向操作者返回关于进行的操作的触觉和/或甚至声学的反馈。
为此，操作装置1特别设计，如同在此根据图2详细阐述的那样。如此，图2a示出通过操作装置1的横剖面图，在图2a中可见操作装置1的第一运行状态。
可以看出，操作元件11在侧向由壳体10的壁部101导引、尤其平行地导引(参看导引装置18)。以此方式确保，即使对操作元件11偏心地操作，操作元件11在沿操作方向B的平移运动期间也不会倾斜。
对操作元件11的操作通过用操作工具(例如手指，未示出)在操作表面12上按压进行。
由此优选设计为稳定的、大致刚性体朝弹簧弹性元件16的方向移动。
弹簧弹性元件16位于操作元件11的邻近下方。弹簧弹性元件16至少在两个位置上由壳体10的壁部102导引、尤其平行地导引(参看导引装置17)。
在弹簧弹性元件16的下方存在变形元件15，弹簧弹性元件16贴靠在变形元件15上。在示图中仅为了更好的易读性在这些构件之间留出较小的距离。变形元件15在其边缘区域或者说沿其轮廓与位于其下方的压电元件14连接。
压电元件14又通过电气连接端140与此处未示出的评估和控制器20通过信号技术连接(参看图5)。
优选形式为螺旋压力弹簧的弹簧元件19将操作元件11弹簧弹性地保持在所示位置中。
如果在所示运行状态下对操作元件11进行操作、即压下操作元件11，则该操作元件11沿其操作方向B一定程度地被向下压，直至操作元件11的底侧111碰撞到壳体10的凸肩100。
然而，在操作装置的当前的运行状态下，当压下操作元件11时，既不触发功能，操作者也不获得关于对操作元件11进行的操作的触觉或声学的反馈。
而是，操作者有这样的感觉，即，没有任何反馈地压向刚性的板件。因为当底侧111碰撞到凸肩100时，虽然底侧的接触元件110也朝弹簧弹性元件16的方向移动(参看数字110‘)，但该接触元件110未到达与弹簧弹性元件16的存在的、按钮样式的接触元件161作用接触。
仅当操作装置1如同图2b中所示的那样“精密接通(scharfgeschaltet)”，时，才能触发确定的功能并且提供相应的触觉和/或声学的反馈。操作装置1的精密接通根据在确定的位置上对操作表面12的触碰进行，这借助操作表面12的接近和接触敏感层120检测。这点后面还会详细阐述。
如果存在用于操作装置1的精密接通的前提条件，则通过电气连接端140相应地控制压电元件14。这引起压电元件14沿其纵向延伸的方向向内收缩(参看箭头)。其结果是，变形元件15产生如下变形，即，变形元件呈向上凹地、朝弹簧弹性元件16的方向抬起(参看变形VF和位置15‘)。
随着变形元件15的变形VF，弹簧弹性元件16也同时以平移移动T的形式向上朝操作元件11的方向移动。该平移移动T一定程度地进行，直至弹簧弹性元件16的接触元件161与操作元件11的接触元件110到达彼此的作用接触W(参看位置16‘)。随后，操作装置1才精密接通。该精密接通可以在最短的时间内、优选在毫秒范围内进行。
操作元件11的操作方向B和弹簧弹性元件16的平移运动T都沿中心轴线M的方向进行，提到的导引装置17和18也沿该中心轴线M的方向起作用。
如由图2和图3可见，变形元件15和弹簧弹性元件16优选设计为圆形。与此相反，在其上固定有变形元件15的压电元件14设计为矩形、优选方形。变形元件15优选是薄板并且由金属构造。
弹簧弹性元件16具有盘式的形状，具有环绕在周围的、升高的边缘区域和中间的隆起部160。在隆起部160上，在中心轴线M的区域中布置有接触元件161。
如果这时在根据图2b的精密设置(scharfgestellten)的状态下，在正确的位置上对操作元件11操作、即反向于弹簧19的弹簧力下压，则弹簧弹性元件16从其在图2b中所示的、稳定的起始位置转变至不稳定的变形位置，并且在此触发至少一个向操作者的触觉反馈。同时闭合未详细示出的信号触点，所述信号触点引起希望的功能的功能触发。
当松开操作元件11时，操作元件11通过弹簧元件19的弹簧力重新回到其起始位置。同时弹簧弹性元件16自主地从其变形位置重新转变回至起始位置。在此，操作者又获得至少一个由弹簧弹性元件16产生的触觉反馈。
弹簧弹性元件16的提到的两个状态还会根据图4简短地阐述。在图4中，同样优选由金属构成的弹簧弹性元件16单独示出。弹簧弹性元件16优选设计为商业上常见的触弹片。用实线示出弹簧弹性元件16的稳定的起始位置。如果在该起始位置中对接触元件161施加操作力F，则弹簧弹性元件16在其隆起部160的区域中到达提到过的、不稳定的变形位置。不稳定的变形位置的特征在于内陷部(Einstüplung)160‘(虚线示出)。当操作力F减小或撤去时，内陷部160‘重新外翻成隆起部。在从提到的位置中的一个位置向另一位置转变时，每次都会产生触觉反馈并且视设计尺寸而定也产生可听到的、独特的声音。该声音优选是咔哒声或咔嚓声。
最后，根据图5阐述，在哪些条件下，操作装置1被精密接通。
如此，如同已经提到的那样，操作表面12设有接近和接触敏感层120。通过接近和接触敏感层120可以检测，操作者的操作工具准确地在哪个位置上靠近操作表面12或在哪个位置上触碰操作表面12。因此，操作符号13对应于确定的位置13-1至13-9或操作表面12上的确定的位置区域。
如果靠近或触碰这些位置中的一个位置，则这以适当的方式被检测并且被评估和控制器20评估。评估和控制器20继而如此控制压电元件14，使得，以所述方式进行操作装置1的精密接通。
如果仅在上述位置13-1至13-9以外的位置上靠近或触碰操作表面12，则不进行操作装置1的精密接通。当触碰时，操作表面12仍是“硬的”并且不提供开关感觉。也不产生或传递接通信号。
与所示实施例不同，可以考虑的是，可以在操作表面12上布置更多或更少的操作符号13。基于导引装置18(参看图2)，与触碰位置无关地至少进行操作元件11的无倾斜的移动。
此外应当提及，操作表面12优选设计为惯常的操作表面。在各操作符号13之间不存在间隙、缝隙等。由此可以改善操作感受和操作装置1对污染的不敏感性。在此，操作表面可以设计为平坦的或弯曲的、例如凸的或凹的。
附图标记列表
1 操作装置
2 中控台
10 壳体
11 操作元件
12 操作表面
13 操作符号
13-1至13-9 操作表面上的位置
14 压电元件
15、15‘ 变形元件
16、16‘ 弹簧弹性元件
17 导引装置
18 导引装置
19 弹簧元件
20 评估和控制器
100 凸肩
101 壁部
102 壁部
110、110‘ 接触元件
111 底侧
120 接近和接触敏感层
140 电气连接端
160 隆起部
160‘ 内陷部
161 接触元件
B 操作方向
F 操作力
K 机动车
M 中心轴线
T 平移运动
VF 变形
W 作用接触

Claims (11)

1.一种控制用于机动车(K)的操作装置(1)的方法，所述操作装置(1)具有操作元件(11)，其中，使布置在所述操作元件(11)下方的弹簧弹性元件(16)通过压电元件(14)间接或直接地移动和/或变形，以便在对操作元件(11)操作时给操作者至少一个触觉反馈，其特征在于，在控制所述压电元件(14)时，使弹簧弹性元件(16)朝操作元件(11)的方向移动并且与该操作元件(11)形成作用接触(W)，使得在对操作元件(11)操作时，弹簧弹性元件(16)从稳定的起始位置转变至不稳定的变形位置，并且当松开操作元件(11)时，弹簧弹性元件(16)自主地从变形位置重新回到起始位置，其中，在从起始位置向变形位置和从变形位置向起始位置的变换中，通过弹簧弹性元件(16)分别产生触觉反馈。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，检测操作者的操作工具是否靠近或触碰操作元件(11)的操作表面(12)，其中，仅当操作者的操作工具靠近或触碰操作元件(11)的操作表面(12)时，才对所述压电元件(14)进行控制。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，检测操作者的操作工具靠近操作元件(11)的操作表面(12)上的哪个位置或触碰该操作元件(11)的哪个位置，其中，仅当操作者的操作工具靠近或触碰所述操作表面(12)上的确定的位置(13-1至13-9)时，才对压电元件(14)进行控制。
4.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在从起始位置向变形位置和从变形位置向起始位置的变换中，通过弹簧弹性元件(16)分别附加地产生声学的、独特的声音。
5.一种操作装置(1)，用于实施按照前述权利要求之一所述的方法，所述操作装置(1)具有操作元件(11)，所述操作元件(11)被壳体包围并且具有操作表面，其中，布置在所述操作元件(11)下方的弹簧弹性元件(16)通过压电元件(14)可移动和/或可变形，其特征在于，所述压电元件(14)可如此控制，使弹簧弹性元件(16)朝操作元件(11)的方向移动并且与该操作元件(11)作用接触，并且在对操作元件(11)操作时，弹簧弹性元件(16)能从稳定的起始位置转变至不稳定的变形位置，当松开操作元件(11)时，弹簧弹性元件(16)能够自主地从所述变形位置重新回到起始位置，其中，在从起始位置向变形位置和从变形位置向起始位置的变换中，通过弹簧弹性元件(16)能分别产生触觉反馈。
6.按照权利要求5所述的操作装置(1)，其特征在于，所述弹簧弹性元件(16)是商业上常见的触弹片。
7.按照权利要求5或6所述的操作装置(1)，其特征在于，所述弹簧弹性元件(16)通过所述壳体(10)的至少一个壁部(102)沿其运动(T)的方向导引。
8.按照权利要求5至7之一所述的操作装置(1)，其特征在于，所述操作元件(11)通过所述壳体(10)的至少一个壁部(101)沿其操作方向(B)导引。
9.按照权利要求5至8之一所述的操作装置(1)，其特征在于，所述操作元件(11)的操作表面(12)设计为接近和/或接触敏感的表面，并且存在评估和控制器(20)，通过评估和控制器(20)能够检测，操作者的操作工具靠近操作表面(12)上的哪个位置或触碰操作元件(11)的哪个位置。
10.按照权利要求9所述的操作装置(1)，其特征在于，在所述操作表面(12)上布置有多个操作符号(13)，并且所述操作表面(12)设计为惯常的表面。
11.一种机动车(K)，其特征在于，具有按照权利要求5至10之一所述的操作装置(1)。
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