CN110027486B - 带有主动触感和被动触感的多功能操作装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多功能操作装置，包括：支架；输入部分具有包含操作面阵列的输入面并安装成能相对支架移动；触摸传感系统配置为检测关于不同操作面空间分辨的操作者操作构件对输入面的触摸并提供作为触摸检测结果；电气连接至触摸传感系统的控制单元；电气连接至控制单元的致动器具有作用方向(W)以便驱动输入部分相对于支架移动而产生主动触感；控制单元配置为根据触摸检测结果触发主动触感；优选正好一机电开关元件布置于输入部分与支架之间并电气连接至控制单元，用来借助机电开关元件的开关操作过程检测操作操作面中施加的最小操作力，以及可选地用来产生相关的机械开关触感；控制单元配置为根据触摸检测结果将操作与开关功能或控制功能关联。

Description

带有主动触感和被动触感的多功能操作装置

技术领域

本发明涉及一种多功能操作装置。

背景技术

同类型操作装置用于手动触发和/或控制一个或多个组件、尤其是机动车辆组件的不同功能，其中，力争减小结构体积并提高部件的集成密度，并能关联操作装置的若干不同开关功能和控制功能。本领域公知一些多功能操作装置，其中将多个按钮组合到操作装置，每个按钮限定某个操作面，从而采用相对较简单的结构就能形成操作面阵列。这种解决方案的缺点在于，一般需使这些操作面彼此分离才能实现单独操作单个按钮。难以使操作面之间的间隙保持密封。尽管可能设想覆盖各种按钮的弹性输入层，例如采用薄膜键盘的形式，但这种输入层通常在感官操作触感方面缺乏优势。此外，还公知一些触摸板或触摸屏，其中将触敏式输入面划分成不同的虚拟操作面，这样就能将接触面在统一成共同的输入面，从而因连续性而认为其存在一定优势。将这些触摸板或触摸屏根据需要而可能存在的主动触摸和摸索触感与额外的开关触感相关联的解决方案在构造上相对复杂。

发明内容

有鉴于此，本申请发明人的目的是从结构上简化多功能操作装置的设计，这种多功能操作装置本身还结合上述设计方案的某些优点。

在此背景下，本发明提供一种节省空间且减轻重量、防止破坏且整体可靠的多功能操作装置，特别是用于机动车辆。本说明书尤其是结合附图补充说明本发明的特征和具体实施方式。

本发明涉及一种多功能操作装置，下文也简称为操作装置。该操作装置包括支架。该操作装置还包括输入部分，该输入部分具有输入面，该输入面包括操作面阵列，例如多个并排布置的操作面。输入部分被安装成能相对于支架移动。术语“支架”应采广义解释，原则上，该支架在构造上配置为使输入部分相对于支架移动，同时确保支撑输入部分。支架例如还用于将操作装置固定至其他部件，诸如隔板或机壳，例如机动车辆的内饰板（cladding）。

根据本发明的多功能操作装置进一步包括触摸传感系统，该触摸传感系统被配置为检测关于不同操作面空间分辨的操作者的操作构件（诸如手指）对输入面的触摸。举例而言，设置电容式、电感式或电阻式检测的触摸传感系统。电容式触摸传感系统例如指这样的传感机构，其借助电极阵列产生与输入面相关联的测量电容的阵列，并且能够检测操作者的操作构件发挥作用以触摸多个操作面中的至少一个操作面的位置，通过控制单元识别（即分配）这些操作面。

因此，根据本发明，设置电气连接至触摸传感系统的控制单元。根据本发明，进一步设置电气连接至控制单元的致动器。致动器具有作用方向，以便驱动输入部分相对于支架移动而产生主动触感。控制单元被配置为在通过触摸传感系统、例如通过输入致动器的电控信号检测到触摸操作面中的一个之后，触发主动触感，以便通过操作者的触觉感知发信号通知操作者摸索并触摸到相关的接触面。主动触感可以通过激励信号的变化而区分操作面中的一个与操作面中的另一个或甚至区分多个操作面与多个操作面。致动器例如为压电致动器。它优选为电磁致动器。举例而言，电磁致动器包括布置于支架一侧的线圈以及布置于输入部分一侧的电枢，优选扁平电枢。

根据本发明，设置优选正好一个机电开关元件，其被布置于输入部分与支撑件之间，以便通过触发开关操作过程检测作用在其中一个操作面上的最小操作力，以及可选地用来产生相关的机械开关触感。机电开关元件以导电方式连接至控制单元，使得其在检测操作时，根据时间上在先或同时的触摸检测结果，即最终根据关于操作面空间分辨的触摸位置，更改组件的开关状态或执行组件的控制功能。

有鉴于此，根据本发明的解决方案提供一种多功能操作装置，其不但相对紧凑而坚固，同时还具有很高的集成密度。在此情形下，例如通过更改提供给致动器的驱动信号来改变主动触感，这就能够实现对各个操作面的相对可靠的触觉可检测性，在本发明的实施例中，甚至可能将个体操作面与个性化检测触感相关联，以确认其触摸。

在一种实施例中，在通过机电开关元件的开关操作过程检测到操作时，致动器产生确认操作的另一主动触感。优选地，在这种情况下无需致动器的控制，而是提供开关元件的机械开关触感，也称为被动触感。举例而言，这种产生机械开关触感的开关元件是金属穹顶按钮或由弹性材料制成的圆顶开关。

在优选实施例中，所述多功能操作装置包括中间支架，输入部分与之相对安装成基本上平行于输入部分的输入面并平行于致动器的作用方向能借助第一支承机构移动、优选以能复位的方式移动，从而有利地将针对主动触感提供并由致动器引发的运动激励（例如，振动激励）与因操作引起的移位解耦。举例而言，第一支承机构包括一个或多个板簧。

同时，在该实施例中，中间支架被安装成在操作输入部分时借助于第二支承机构能在垂直于输入面的操作方向上相对于支架移动，其中在输入部分移位时，中间支架与机电开关元件采用前述方式进行相互作用。

优选地，第二支承机构包括一个或多个托架，用于将输入部分或中间支架支承于支架上，但也用于在操作期间稳定输入部分的取向。根据本发明，支承机构包括例如由金属丝制成的一个或多个托架，该托架以中间区段围绕第一轴线转动而支承于输入部分上并且以自由端围绕与第一轴线平行的第二轴线转动而支承于中间支架上。如此构成托架的目的类似于键盘的“空格”结构中的托架，在操作力的作用点相对于输入面偏离中心时，避免输入部发生歪斜，具体方式是，在压下偏心操作最初操作的输入部分一侧时，凹陷不居中的致动力的攻击点，借助托架的机械耦合夹带输入部分的相反侧。因而，在压下的操作运动期间，即在输入部分移位期间，抑制输入部分的倾斜或歪斜。

在优选实施例中，设置引导机构，该引导机构包括多对相应的引导槽与相应同引导槽啮合的引导肋，从而改善对输入部分的引导。更优选地，引导槽和/或引导肋被构建为沿操作方向逐渐变细或渐呈锥状地减小，以便在操作输入部分时，随着中间支架逐步移位而释放支架与中间支架之间的间隙，并确保中间支架与机电开关元件可靠地进行相互作用。

优选地，中间支架由塑料制成的框架或板片构成，其中嵌入由金属或金属合金制成的一个或多个配重，用于平衡振荡系统。塑料更优选为聚甲醛（简称POM），从而第一支承机构和/或第二支承机构无磨损存储（storage）。

在一种实施例中，除机电开关元件之外，在输入部分与支架之间，更确切而言在中间支架与支架之间，还布置多个复位机构。优选地，机电开关元件被构建为用于使输入部分复位到原始位置的复位机构。更优选地，仅机电开关元件用于使输入部分或中间支架复位。

根据本发明的多功能操作装置的优选实施例，输入面被构建为封闭表面，即，例如彼此无隙毗邻或相互融合的操作面。

本发明还涉及一种用于机动车辆的方向盘，其具有前述实施例之一所述的多功能操作装置。举例而言，所述多功能操作装置被整合到连接方向盘缘与方向盘毂的方向盘辐板中。

本发明还涉及根据前述实施例之一所述的多功能操作装置在机动车辆、尤其是在方向盘中的用途。

附图说明

下面将参照附图对本发明予以详述。这些附图仅理解为示例性且仅表示优选实施例。在附图中：

图1示出根据本发明的多功能操作装置1的实施方式的俯视图；

图2示出图1中的多功能操作装置1的剖视图；

图3示出图1中的多功能操作装置1的细节剖视图；

图4示出图1中的多功能操作装置1的细节透视后视图；

图5示出图1中的多功能操作装置1的细节视图，尤其是引导机构3b和6b；

图6示出图1中的多功能操作装置1的另一细节视图，尤其是支承机构7；

图7示出图1中的多功能操作装置的引导机构3b和6b的另一剖视图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的多功能操作装置1的实施方式的俯视图，该多功能操作装置被构建并确定用于布置在方向盘的辐板（未示出）中。多功能操作装置1包括由诸如热塑性材料或ZAMAK的塑料制成的支架3。多件式输入部分2通过中间支架（图1中未示出）以能移动的方式支承于支架3上。出于视觉因素而设置的框架11围绕输入部分2。

设置致动器4，以驱动输入部分2使其相对于支架3移动，例如驱动使其振动，从而产生触觉反馈，亦称为主动触感。输入部分2具有面向操作者（图中未示出）的表面，该表面限定输入部分2的输入面8。构建为闭合表面的输入面8包含多个操作面8a至8h，这些操作面被布置成阵列并且关联机动车辆组件的不同开关功能或控制功能。

如图2所示，输入部分2具有限定输入面8的上罩2a和底部2b。上罩2a与底部2b之间布置有薄膜层结构，其包含电容式触摸传感系统5。触摸传感系统5由电极阵列形成，这些电极构成穿过输入面8的多个测量电容的阵列。触摸传感系统5允许关于操作面8a至8h空间分辨的触摸检测。

输入部分2安装成能够借助多个板簧15在平行于输入面8的方向上相对于中间支架6振动，从而相对于支架3振动。从图3可以看出，输入部分2在电磁致动器4的电动激励下以相应的作用方向W产生振动自由度，这能够使输入部分2发生偏移或偏振，操作者能够经由搁置在输入面8上的手指通过触觉感知这种偏移或偏振并且当作操作面8a至8h或操作面8a至8h中的特定一个的摸索触感。

根据触摸传感系统的触摸检测结果，例如，是否已经触摸到操作面8a至8h中的一个，或甚至根据手指选取并触摸的特定操作面8a至8h，产生主动触感或甚至根据触摸位置变化的主动触感，以便于摸索操作面8a至8h或甚至操作面8a至8h中的特定某一个。

电磁致动器4具有用于产生主动触感的固定于支架3的电磁线圈4a以及与电磁线圈4a的磁场进行相互作用的扁平电枢4b，该扁平电枢又被固定于输入部分2。如图2所示，输入部分2能够在操作力的作用下沿正交于输入面8的操作方向R相对于支架3压低，从而能够移位。

这是由托架形式的支承机构7产生，中间支架6借助该支承机构7支承于支架3上。如图4和图6所示，该托架7以其端部支承于中间支架6的凹口6c中并且能够围绕第二轴线转动，而如图6所示，托架7分别经由其中间区段相应支撑于支架3的承座3c上并且能够围绕第一轴线转动，其中各相关托架7的第一轴线与第二轴线彼此平行地偏置。托架7用于支撑并稳定沿操作方向R引导中间支架6以及输入部分2。在该移位过程中，中间支架6经由其柱塞6a作用于由开关垫片12构成的圆顶开关形式的机电开关元件9，该开关元件又借助接触镜片（图中未示出）接合设置于印刷电路板13上的电气触点。开关元件9不仅提供操作中要克服并使输入部分2复位到非操作位置（即原始位置）所必需的复位力，而且也确保在其“压塌”中产生一种触觉上可感知的机械开关触感。开关元件9在超过作用于输入部分并预设的操作力时通过接合布置于印刷电路板13上的触点而引发开关操作过程，该开关操作过程能够通过电气连接至开关元件9的控制单元10来检测，而该控制单元10又连接至触摸传感系统5。根据触摸传感系统5的触摸检测结果并且通过检测到开关元件9的开关操作过程而触发，控制单元10将操作与操作面8a至8h相应的例如多媒体设备或巡航控制系统的车辆组件（图中未示出）的开关功能或控制功能相关联。

为了从背面照亮与操作面8a至8h相关联且各自形成符号的发光面，在印刷电路板13上布置一个或多个发光体16，其光线经由穿过中间支架6的多个柱状光导体14通向相应的发光面。

如图5至图7所示，进一步设置引导机构3b、6b，它们用于以机械方式引导输入部分2或中间支架6相对于支架3移动。引导机构3b、6b包括多对相应由支架3形成的引导槽3b与由中间支架6形成且啮合在引导槽3b中的引导肋6b。如图7所示，引导槽3b被配置为使得由其限定的间隙宽度B自上到下（即沿操作方向R）持续而稳定地缩窄。同样地，引导肋6b也沿操作方向R逐渐变细。因此，在操作输入部分2之后，中间支架6发生转移，进而释放中间支架6与支架3之间的间隙。

Claims (13)

1.一种多功能操作装置（1），包括：

支架（3）；

输入部分（2），其具有包含操作面（8a-8h）阵列的输入面（8）并安装成能相对于支架（3）移动；

触摸传感系统（5），其配置为检测操作者的操作构件对所述输入面（8）的触摸并且提供作为触摸检测结果，其中该触摸在不同操作面（8a-8h）进行空间分辨；

电气连接至所述触摸传感系统（5）的控制单元（10）；

电气连接至所述控制单元（10）的致动器（4），所述致动器（4）具有作用方向（W），以便驱动所述输入部分（2）相对于所述支架（3）移动而产生主动触感，其中所述控制单元（10）配置为根据触摸检测结果触发主动触感；

机电开关元件（9），其布置于所述输入部分（2）与所述支架（3）之间并且电气连接至所述控制单元（10），用来借助所述机电开关元件（9）的开关操作过程来检测作用在其中一个所述操作面（8a-8h）上的最小操作力，以及用来产生相关的机械开关触感；

其中，所述控制单元（10）配置为根据触摸检测结果将操作与开关功能或控制功能相关联；以及

当所述开关操作过程发生时，所述机械开关触感通过所述机电开关元件（9）产生以及被所述控制单元（10）检测到，同时没有由所述致动器（4）产生的主动触感。

2.根据权利要求1所述的多功能操作装置（1），包括中间支架（6），所述输入部分（2）与中间支架（6）相对安装成使得所述输入部分（2）能够借助第一支承机构（15）在平行于所述输入面（8）的情况下以及在作用方向（W）上进行移动，其中，所述中间支架（6）安装成能够在操作所述输入部分（2）时借助第二支承机构（7）沿正交于所述输入面（8）的操作方向（R）相对于所述支架（3）移位，其中所述中间支架（6）在移位期间与所述机电开关元件（9）进行相互作用。

3.根据权利要求2所述的多功能操作装置（1），其中，所述第二支承机构（7）包括一个或多个托架，用来在操作期间稳定所述输入部分（2）的取向。

4.根据权利要求3所述的多功能操作装置（1），其中，进一步设置引导机构（3b、6b），引导机构（3b、6b）包括位于所述支架（3）处的多对相应的引导槽（3b）与位于所述中间支架（6）处的同所述引导槽（3b）啮合的引导肋（6b）。

5.根据权利要求4所述的多功能操作装置（1），其中，所述引导槽（3b）构建为沿操作方向（R）逐渐变细和/或所述引导肋（6b）构建为沿操作方向（R）渐呈锥状地减小，以便在操作所述输入部分（2）时，随着所述中间支架（6）逐步移位而释放所述支架（3）与所述中间支架之间的间隙。

6.根据权利要求1所述的多功能操作装置（1），其中，所述致动器（4）是电磁致动器。

7.根据权利要求2所述的多功能操作装置（1），其中，所述中间支架（6）由塑料制成的框架或板片构成，其中嵌入由金属或金属合金制成的一个或多个配重。

8.根据权利要求1所述的多功能操作装置，其中，所述机电开关元件（9）构建为用于使所述输入部分（2）复位到原始位置的复位机构。

9.根据权利要求1所述的多功能操作装置，其中，所述输入面（8）构建为包含操作面（8a-8h）阵列的封闭表面。

10.根据权利要求1所述的多功能操作装置，其中，所述触摸传感系统（5）配置用于以电容方式检测接触。

11.根据权利要求1所述的多功能操作装置，其中，所述主动触感相对于在被触摸的输入面（8）上的变化而变化。

12.一种用于机动车辆的方向盘，其具有根据权利要求1所述的多功能操作装置（1）。

13.一种根据权利要求1所述的多功能操作装置（1）在机动车辆中的应用。

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