CN110321023A - 改进产生触觉的触敏输入设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及触敏输入设备(1)，包括：承架(3)；触敏输入部(2)，如触摸板或触摸屏，其借助第一弹簧机构(10)沿偏转方向以能弹性复位且能振动的方式支承在承架(3)上；吸振体(6)，其借助第二弹簧机构(9)至少沿偏转方向以能弹性复位且能振动的方式活动支承在承架(3)上；以至少一个作用方向作用于吸振体(6)和输入部(2)的致动机构(4)，其具有平行于偏转方向的作用方向分量(W)，致使输入部(3)沿偏转方向运动以产生触觉响应，并致使吸振体(6)沿与输入部(2)的运动相反的方向运动；至少一个机械式调平装置(14、15)，用于改变第一弹簧机构(10)和/或第二弹簧机构中的至少一个弹簧的有效弹簧长度(L1、L2)。
Description
技术领域
本发明涉及一种触敏输入设备，其包括承架以及借助第一弹簧机构沿至少一个偏转方向以能弹性复位的方式活动地支承在承架上的触敏输入部，诸如触摸板或触摸屏，特别是具有电子像素矩阵显示器的触摸屏。例如，该触敏输入部是液晶结构或OLED结构的显示器。例如，触摸板或触摸屏具有用于在空间上分辨触摸检测的电容式电极传感机构。在一种实施方案中，附加地或替代地设置测力传感器，用于测量与触摸相关联并作用于触敏显示器的操纵力。
一般而言，还设置具有至少一个致动器的致动机构，该致动机构沿偏转方向驱动输入部，以在进行触摸时和/或超过由测力传感器测量的预定操纵力时产生触觉反馈，以便最终为操作者提供已经检测到触摸和/或操纵并酌情分配切换或控制过程的响应。
背景技术
在常规的输入设备中，致动器直接支撑在通常基本上由热塑性材料构成的承架上。这样特别是产生触觉期间作为反脉冲产生的振动脉冲就会耦合到壳体中。这种在下文中称为二次振动的不理想激发通过传声辐射或以其他构件振动的形式而被操作者感知为声音并受到干扰。因此，为了避免这种承架中的振动耦合，提出一种以能振动的方式支承的吸振体形式的吸振器。在此情形下，这种吸振器可以是被动吸振器或主动吸振器，其中通过激发该吸振器，伴随触觉振动激发并基于反作用力激发承架，尽量最少或衰减能量输出。为了实现有效的吸振，需使一方面以能振动的方式支承的输入部以及另一方面以能振动的方式支承的吸振器具的振荡系统的固有频率相互协调。事实表明，需要随后协调制造公差。因此需要对通用输入设备提供适当且可靠的再调。另外，还需要将产生触觉设计成使在产生触觉期间引起能复现的预定运动过程，特别是最初由致动器启动的运动过程，例如基本横向的运动过程。同时，这类输入设备受限于节省空间的一般要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种借助致动器激发运动而具有触觉响应的输入设备，其中，通过减少上述不理想的二次振动而改进通过致动器激发运动，这样就能整体上在振动技术方面改良所述输入设备，特别是实现节省空间，尤其是能够简化重调。
本发明用以达成上述目的的解决方案为具有权利要求1的特征的触敏输入设备。一种同样有利的用途参阅另一独立权利要求的主题。应当指出，发明内容中单独列出的特征及措施可以采用技术上合理的方式任意组合并表明本发明的其他实施方案。说明书特别是结合附图补充说明本发明的特征和具体实施方式。
根据本发明的输入设备包括承架。术语“承架”应采用广义解释并且通常用于输入设备的固定和保持功能，例如固定至机动车的内饰、中控台或仪表板。例如，承架由塑料制成，诸如热塑性材料。
根据本发明，还设置触敏输入部。术语“触敏输入部”也应采用广义解释。该触敏输入部通常是输入设备的一部分，该部分限定面向操作者的输入面，通过传感机构在该输入面上检测输入机构或操作者的手指的触摸，优选地，以空间分辨的方式检测。优选地，触敏输入部是触摸板(即以空间分辨的方式检测与输入部相关联的输入面上的触摸的无显示器输入部)或者触摸屏(即，以空间分辨的方式检测与输入部相关联的输入面上的触摸的输入部)，在后一种情况下，输入面还配有电子显示器，特别是电子像素矩阵显示器。
例如，输入面配有一个或多个传感器，用于检测输入面上的触摸和/或压力。例如，这是以矩阵布置的多个电极和以空间分辨方式检测触摸的相关评估单元和/或检测由操纵引起的压力的一个或多个测力传感器，诸如一个或多个电容式测力传感器。
此外，还设置第一弹簧机构，输入部借助该第一弹簧机构能沿至少一个偏转方向以能弹性复位并能振动的方式活动地支承在承架上。因此，第一弹簧机构的作用是使输入部支承并弹性复位到静止位置。优选地，第一弹簧机构构建为弹簧钢板。
根据本发明，设置吸振体，该吸振体借助第二弹簧机构至少沿偏转方向以能弹性复位并能振动的方式支承在承架上。吸振体例如尤指质量密度高于触敏显示器的主体，例如质量密度大于2000kg/m3，优选大于7000kg/m3，更优选大于10000kg/m3。吸振体可以任意成形。优选地，吸振体由诸如锌或铅的金属制成或者由诸如含锌或含铅合金的金属合金制成，例如ZAMAK(锌基压铸合金)。
根据本发明，还设置致动机构，用来驱动输入部运动以产生触觉反馈。例如，致动机构包括一个或多个致动器。优选地，该致动器均是线性驱动致动器。优选地，该致动器均是电动或电磁致动器。例如，致动器均具有线圈，其通过线圈产生的电磁场构建并布置成与电枢相互作用。根据本发明，该致动机构限定作用方向，具有至少一个平行于偏转方向的作用方向分量。优选地，作用方向基本上平行于偏转方向。根据本发明，设置致动机构，用来致使输入部(例如触敏显示器)在偏转方向上运动以产生触觉响应，并基本上同时致使吸振体沿偏转方向在与输入部的运动相反的方向上运动。
根据本发明，设置至少一个机械式调平装置，用于改变第一弹簧机构和/或第二弹簧机构中的至少一个弹簧的有效弹簧长度。有效弹簧长度尤指相应弹簧在其固定部分之间的自由振动区段。通过缩短有效弹簧长度，固有频率变为更高的频率，而通过延长有效弹簧长度，固有频率变为更低的频率。通过调平装置能够调节相关振荡系统的固有频率特性。可以补偿因诸如质量偏差的制造公差导致与预期和期望振动特性的不理想偏差，并且可以调准无质量比变化(一般仅视条件决定)的触敏输入设备。另外，通过简单的调平而无需更换弹簧机构就能补偿配置决定的质量比变化，例如更换当前系列的触摸屏型号。
根据一种实施方案，致动机构具有作用于输入部与吸振体之间的致动器，该致动器一侧支撑在吸振体上且另一侧用吸引力或推斥力作用于输入部，以使输入部与吸振体的偏转大致相反的运动，以生成触觉响应，也称为触觉反馈。优选地，致动器配置成激发输入部与吸振体之间的接近运动。在本实施方式中，吸振体的作用类似于被动吸振器。通过经由以能振动的方式支承的吸振体支撑致动器，通过致动器引起由承架产生触觉可以在振动技术方面得以改进，从而在声音方面去耦，因为根据本发明的致动器并不直接支撑在承架上，而是经由活动地支承在承架上的吸振体来支撑。这样就能引起产生触觉的去耦。例如，如上所述，致动器是电磁致动器，并且致动器的磁场产生机构固定至吸振体，而相关电枢固定至输入部。考虑到吸振体和输入部的质量时，特别是在这种致动器的实施方式中，电枢和线圈的相应质量均应考虑并补充在内。
根据一种替代实施方案，致动机构具有作用于承架与输入部之间以致使输入部运动的第一致动器以及作用于承架与吸振体之间以致使吸振体运动的第二致动器。此时，具有相关第二致动器的吸振体可以被称为主动吸振器。这种实施方案的优势在于，能够实现严格受控并根据需要地控制第一致动器，并且独立于触觉激发地控制第二致动器。
优选地，第一弹簧机构和第二弹簧机构包括均由弹簧钢板构成的多个弹簧，这些弹簧均具有两个固定部分和布置于其间的弯曲部分，该弯曲部分能自由振动且限定有效弹簧长度。优选地，第一弹簧机构和第二弹簧机构构建为分段呈U形的弹簧钢板。例如，与吸振体相关联的第二弹簧机构包括四个弹簧，而与输入部相关联的弹簧机构同样包括四个弹簧。例如，弹簧是由弹簧板制成的冲压件。
优选地，第一弹簧机构和第二弹簧机构基本上布置在共同的平面内。
根据优选实施方案，调平装置具有至少一个、优选相应两个将弹簧固定在相应固定部分中的夹持元件，其中，通过改变一个或多个夹持元件相对于承架或吸振体或输入部的相对位置，可以改变有效弹簧长度。通过夹持元件，实现弹簧的夹紧，以免屈曲或弯曲。优选地，夹持元件在每个弹簧上例如经由接片彼此一体相连。在一种实施方案中，设置便于组装弹簧的接片。
在优选实施方案中，夹持元件的位置被机械编码，例如通过榫卯连接，即，通过夹持元件仅可占据预定位置。
根据一种实施方案，除实际市售的触摸板或触摸屏之外，输入部还可以具有与之刚性连接的附加体。附加体例如尤指质量密度高于触敏显示器的主体，例如质量密度大于2000kg/m3，优选大于7000kg/m3，更优选大于10000kg/m3。附加质量块可以任意成形。优选地，附加质量块由诸如锌或铅的金属制成或者由诸如含锌和/或含铅合金的金属合金制成，例如ZAMAK(锌基压铸合金)。优选地，附加质量块设置在触摸屏或触摸板背离操作者的一侧上。附加质量块的目的是使输入部的重心布置在由触摸板或触摸屏限定的体积之外并且尽可能布置在致动机构的有效轴线上，以便尽量减小激发干扰触觉的旋转运动、特别是输入部的旋转运动的风险。
为了实现特别紧凑的实施方式，同时实现显著的重心位移，根据一种优选实施方案，承架布置成使其接合到由输入部限定的空腔中。
例如，吸振体与输入部的振荡系统的共振频率配置成基本上相符，具体方式是，根据质量调整第一弹簧机构和第二弹簧机构的相应弹簧常数。
优选地，第一弹簧机构和第二弹簧机构布置在共同的平面内。
根据另一种优选实施方案，还设置至少一个阻尼元件。此时，能够有利地限制输入部和/或吸振体的偏转速度或最大偏转。优选地，阻尼元件设置在承架与吸振体之间，以便相对于吸振体的偏转起到阻尼作用。阻尼元件例如尤指产生静摩擦、滚动摩擦、滑动摩擦或粘滞摩擦的装置，该装置抵消输入部或吸振体的运动，因此使振幅减小。
优选地，包括前述线圈的吸振体的质量小于输入部的质量。
优选地，吸振体的质量大于输入部的质量(例如，附加体和触摸板或触摸屏的质量)的四分之一。
优选地，致动器的作用方向平行于由输入部限定的输入面。
优选地，由输入部确定的重心位于由作用方向表示的致动机构的轴线上。
例如，吸振体呈板状设计。优选地，吸振体在空间上相对于操作者布置在输入部下方，优选布置在输入部与承架之间。
本发明进一步涉及前述实施方式之一所述的触敏输入设备在机动车、特别是在机动车中控台中的用途。
附图说明
下面结合附图详细说明本发明及其技术环境。应当指出，附图示出本发明特别优选的实施方案，但本发明不限于此。图中：
图1示意性示出根据本发明的输入设备的实施方式的剖视图；
图2示意性示出与图1正交的、根据本发明的输入设备的实施方式的剖视图；
图3示意性示出图1中的输入设备的细节图，其中调平装置被调整到第一有效弹簧长度L1；
图4示意性示出图1中的输入设备的细节图，其中调平装置被调整到第二有效弹簧长度L2。
具体实施方式
图1和图2示出根据本发明的输入设备1的实施方式。该输入设备具有承架3，该承架3用于将输入设备1固定至机动车的中控台(未示出)或仪表板(未示出)。输入部2以能弹性复位并能振动的方式支承在承架3上。该输入部2具有面向操作者的触摸板13和经由固定柱8与触摸板13刚性连接的附加体7。作为触摸板13的替代，可以设置触摸屏，即电子像素矩阵显示器与触摸传感机构的组合。触摸板13在由输入部2限定的输入面12上检测操作机构(例如操作者的手指)的触摸。
输入部2借助第一弹簧机构10以能弹性复位并能振动的方式支承在承架3上。第一弹簧机构10是四个分段呈U形结构的弹簧钢板。第一弹簧机构10布置成实现输入部2(即，触摸板13连同与触摸板13刚性连接的附加体7)在平行于输入面12的方向上的复位运动。
选择附加体7的质量，使得整个输入部2的重心S位于触摸板13与附加体7之间并因此布置于由轴线W表示的电磁致动器4的作用方向所在的平面中，如箭头P1所示，该作用方向的作用是通过电磁使输入部2从静止位置偏转，以基于偏转和手指触摸输入面12的触觉感知引起操作者方面的触觉响应。致动器4具有线圈和与线圈的磁场相互作用的电枢5，该电枢5刚性固定至输入部2。
如图1所示，致动器4、特别是其线圈支撑在片状吸振体6上，该吸振体6又经由第二弹簧机构9以能弹性复位并能振动的方式支承在承架3上。第二弹簧机构9同样是由弹簧钢板制成的弹簧，但这里的弹簧钢板并非如第一弹簧机构10那样基本上呈U形结构而是呈扁平结构，如图2及后续图3和图4所示。第一弹簧机构10和第二弹簧机构9的弹簧基本上布置在共同的平面内。
通过第二弹簧机构9提供的吸振体6以能弹性复位并能振动的方式支承用于吸收由致动器4产生的反脉冲P2，使得致动器4以及经由吸振体6因其弹性支撑而相对于承架3产生触觉在冲击和振动传递方面去耦。这样特别是在布置在承架3附近的车辆环境中，诸如中控台饰板等，减少承架3中因产生触觉而引起的声音传递。
前述附加体7和由于附加体7产生的重心位置S进一步确保输入部2通过致动器4至少近似或基本上平移的振动激发，即尽可能无转动的振动模式。如图1所示，致动器4、吸振体和承架3完全或至少部分地布置在由输入部2限定的空腔11中。一方面，这样能够实现输入设备1的节省空间的布局。另一方面，通过这种布局能够实现经由致动器4激发尽可能纯粹平移的运动，即，尽可能无转动的振动。仅通过限定空腔11的结构，就能使致动器的作用轴线W与输入部2和附加体7的共同重心相交，同时由作用方向W表示的轴线平行于输入面12延伸。包括属于致动器4的线圈的吸振体6的质量小于输入部2的质量，但同时大于输入部2的质量的四分之一。
为实现节省空间的实施方式，吸振体6布置成在承架3的凹部中。为了既调准吸振体6的相应偏转速度又调准输入部2的相应偏转速度，需要精确地调准第二弹簧机构9的弹簧常数分别与第一弹簧机构10的弹簧常数之比。第一弹簧机构10的弹簧和第二弹簧机构9的弹簧包括均由弹簧钢板制成的多个弹簧，这些弹簧具有两个固定部分和布置于其间的弯曲部分，该弯曲部分能自由振动且限定有效弹簧长度L1和L2。
为了改变第二弹簧机构9的弹簧常数，第二弹簧机构9的全部弹簧上均设置有调平装置14、15，如图2及图3和图4详细示出。调平装置14、15在每个弹簧上具有使第二弹簧机构9的弹簧在相应的固定部分内固定至承架3或吸振体6的夹持元件14和15，其中可以通过改变夹持元件14和15的相对位置而改变有效弹簧长度L1和L2。图3示出通过夹持元件14、15的位置变化而产生的夹持元件14、15的位置与图2所示的弹簧长度L1相比增大的弹簧长度L2。夹持元件14、15的位置不能任意自由选择，而是相对于承架3或相对于吸振体6通过榫卯相接来机械编码，以便只能达成某些预设的定位。
Claims (14)
1.一种触敏输入设备(1)，包括：
承架(3)；
触敏输入部(2)，诸如触摸板或触摸屏，所述触敏输入部借助第一弹簧机构(10)沿偏转方向以能弹性复位且能振动的方式支承在所述承架(3)上；
吸振体(6)，所述吸振体借助第二弹簧机构(9)至少沿偏转方向以能弹性复位且能振动的方式活动地支承在所述承架(3)上；
以至少一个作用方向作用于所述吸振体(6)和所述输入部(2)的致动机构(4)，所述致动机构具有平行于偏转方向的作用方向分量(W)，致使所述输入部(2)沿偏转方向运动以产生触觉响应，并致使所述吸振体(6)沿与所述输入部(2)的运动相反的方向运动；
至少一个机械式调平装置(14、15)，用于改变所述第一弹簧机构(10)和/或所述第二弹簧机构(9)中的至少一个弹簧的有效弹簧长度(L1、L2)。
2.根据权利要求1所述的触敏输入设备(1)，其中，所述致动机构(4)具有作用于所述承架(3)与所述输入部(2)之间以致使所述输入部运动的第一致动器以及作用于所述承架与所述吸振体之间以致使所述吸振体运动的第二致动器。
3.根据权利要求1所述的触敏输入设备(1)，其中，所述致动机构(4)具有作用于所述输入部(2)与所述吸振体(6)之间以致使所述输入部(2)与所述吸振体(6)运动的致动器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的触敏输入设备(1)，其中，所述第一弹簧机构(10)和所述第二弹簧机构(9)包括均由弹簧钢板构成的多个弹簧，所述弹簧均具有两个固定部分和布置于其间的弯曲部分，所述弯曲部分能自由振动且限定有效弹簧长度(L1、L2)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的触敏输入设备(1)，其中，所述调平装置(14、15)具有使所述弹簧固定在相应的固定部分中的至少一个、优选两个夹持元件并能通过改变所述夹持元件的相对位置而改变有效弹簧长度。
6.根据前一项权利要求所述的触敏输入设备(1)，其中，所述调平装置(14、15)与一个弹簧相关联的夹持元件彼此一体连接。
7.根据前两项权利要求中任一项所述的触敏输入设备(1)，其中，所述调平装置(14、15)的夹持元件的位置被机械编码。
8.根据前述权利要求中任一项所述的触敏输入设备(1)，具有设置在所述承架(3)与所述吸振体(6)之间的阻尼元件。
9.根据前述权利要求中任一项所述的触敏输入设备(1)，其中，所述吸振体(6)的质量小于所述输入部(3)的质量。
10.根据前一项权利要求所述的触敏输入设备(1)，其中，所述吸振体(6)的质量大于所述输入部(2)的质量的四分之一。
11.根据前述权利要求中任一项所述的触敏输入设备(1)，其中，所述作用方向(W)平行于由所述输入部(2)限定的输入面(12)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的触敏输入设备(1)，其中，由所述输入部(2)限定的重心(S)位于由所述作用方向(W)限定的轴线上。
13.根据前述权利要求中任一项所述的触敏输入设备(1)，其中，所述致动机构(4)的致动器均为电磁线性致动器，优选为具有扁平电枢的电磁线性致动器。
14.根据前述权利要求中任一项所述的触敏输入设备(1)在机动车、特别是在机动车中控台中的用途。
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