CN110506250B - 用于机动车的触敏操作设备和用于运行触敏操作设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的触敏操作设备(1)，其具有：操作面(2)；检测装置，该检测装置被设计成用于检测操作面(2)的位置分辨的偏移；控制装置(6)，该控制装置被设计成用于，将由于纯粹用至少一个手指(7)施加在操作面(2)上的力(F)而引起的操作面(2)的偏移特性与由于作用在整个操作面(2)上的加速度(a)而引起的操作面(2)的偏移特性区分开来，并基于该区分确定纯粹用手指(7)施加在操作面(2)上的力(F)，以及根据所确定的、纯粹用手指(7)施加的力(F)触发功能。本发明还涉及一种用于运行触敏操作设备(1)的方法。

Description

用于机动车的触敏操作设备和用于运行触敏操作设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的触敏操作设备、一种用于运行触敏操作设备的方法以及一种具有这种触敏操作设备的机动车。
背景技术
车辆系统通常通过触摸屏控制。在某些应用中，还需要评估触摸屏的触摸或操纵的力。通常，测量垂直于触摸屏施加的力。就是说，测量用户在触摸屏上按压的强度。由此还可以在与致动器结合的情况下产生力反馈、即一种触觉反馈，该反馈产生机械按键的感觉。此外，在与测量相互关联的情况下实现了，不仅产生纯触摸控制的、而且还产生力控制的各种交互作用层级，用以控制车辆系统。
在机动车中，特别是在行驶期间出现，由车辆乘员施加在触摸屏上的力被车辆的加速度和车辆上的振动叠加。例如，如果机动车被强烈制动或驶过颠簸地面，则由车辆乘员施加到触摸屏上的力会被作用在触摸屏上的加速力强烈叠加。在例如由于驶过颠簸地面而造成机动车的加速度为1G的情况下，在750g重的显示器上作用有7.5牛顿的力。但是，用户必须在这样的显示器上施加以触发功能的典型的力通常为仅2.5牛顿。为了能够在这种情况下仍可靠地测量用户施加的力，经常安装布置在这种触摸屏外部的加速度传感器。触摸屏上的力传感器系统的所有测量值都会根据通过加速度传感器测得的加速度值进行校正。缺点是，这种加速度传感器是相对昂贵的构件。另外，需要快速且相对较高的计算能力来实时校正力的测量值。可能会出现运行时间问题，因为力测量是独立于加速度测量并行进行的。
文献DE 10 2013 227 090 A1示出了一种用于补偿触敏的操作面板的变形的方法。在此，确定电容式传感器装置的误差并且将其用于补偿操作面板的变形来识别触摸输入。
文献DE 10 2015 200 240 A1描述了一种用于具有触敏表面的智能手机的温度补偿的力传感器。从而，可以在检测所施加在触敏表面上的力时补偿温度的影响。
文献EP 2 492 786 A1描述了一种具有力测量装置的操作元件。在操作元件的盖板和测力装置之间设有气隙。一旦将力施加到盖板上，盖板就相对于壳体框架运动。力测量装置可以测量所施加的力。
发明内容
本发明的目的是，特别简单和可靠地测量由车辆乘员施加在触敏的操作设备上的力。
该目的通过具有独立权利要求的特征的用于机动车的触敏操作设备和用于运行触敏操作设备的方法来实现。在从属权利要求中给出了具有本发明的适宜的和非平凡的改进方案的有利设计方案。
根据本发明的用于机动车的触敏操作设备包括操作面和检测装置，该检测装置被设计成用于检测操作面的位置分辨的偏移。此外，触敏的操作设备具有控制装置，该控制装置被设计成用于，将由于纯粹用至少一个手指施加在操作面上的力而引起的操作面的偏移特性与由于作用在整个操作面上的加速度而引起的操作面的偏移特性区分开来，并基于此确定纯粹用手指施加在操作面上的力，以及根据所确定的、纯粹用手指施加的力触发功能。
触敏操作设备可以是例如触摸屏或触摸板。操作面可以例如是玻璃板或塑料板。在触摸屏的情况下，例如，在由玻璃形成的操作面和显示器之间设置有气隙，使得操作面在被施加力时可以稍微弯曲和/或朝向显示器的方向移动。而在触摸板的情况下，操作面不必是透明的。但是在这种情况下操作面也可以由玻璃制成，这出于触觉原因是有利的。
操作面的偏移既可以理解为操作面的弯曲，也可以理解为操作面的移动。因此，检测装置被设计成用于既测量操作面的弯曲，又测量整个操作面的移动。位置分辨的偏移应理解为，对于操作面的多个位置，可以确定例如相对于确定的参考平面的相应的偏移。因此，对于操作面的不同坐标存在关于偏移的相应值。
本发明基于以下认知：操作面的偏移行为取决于作用在操作面上的力分布。因此，通过向操作面点式地施加力，则操作面仅部分地且点状地弯曲。因此，该行为在用手指致动操作面时出现。而如果加速力作用在整个操作面上，例如由于在行驶期间机动车驶过颠簸地面或进行了特别强的制动过程时，则操作面会大面积偏移。
由于控制装置被设计成用于，将由于纯粹用至少一个手指施加在操作面上的力而引起的操作面的偏移特性与由于作用在整个操作面上的加速度而引起的操作面的偏移特性区分开来，因此可以特别可靠地检测并独立地评估实际上由车辆乘员施加在操作面上的力。换句话说，控制装置因此可以确定排除了加速度值的力值。因此可以取消单独的加速度传感器。通过评估位置分辨的操作面偏移与这种间接的加速度计算一起完成力的计算，所以显著减少或完全不再发生上述的运行时间问题。
本发明的一种有利的实施方式提出，控制装置被设计成用于，将用手指施加的力与阈值相比较，仅当超过阈值时，才触发功能。该功能的触发可以包括，只要在用手指施加的力超过所述阈值时，就在操作面上输出可触知的反馈，例如其方式是控制装置驱控相应为此设置的致动器，该致动器使操作面振动。因为可以特别精确和可靠地检测由使用者实际施加在操作面上的力，所以也可以特别精确地进行功能触发。因此，由于不准确地检测由使用者实际施加在操作面上的力而意外地误触发功能是非常不可能的。特别地，由此可以实现特别可靠地工作的力反馈功能，从而当触敏操作设备被致动时，可以给用户带来对机械键进行致动的印象。
本发明的另一有利的设计方案提出，在操作面与承载件之间存在气隙，其中，检测装置具有导体电路，该导体电路分别布置在操作面的和承载件的面向气隙的相应侧上，并用于电容式检测操作面的位置分辨的偏移。可以借助于作为一种电容器起作用的导体电路以特别可靠的方式测量当操作面受到力作用时而产生的操作面在承载件方向上的弯曲或移动。当力施加到操作面的表面上时，该操作面变形，从而减小了导体电路之间的间距。这可以通过电容变化的形式来测量。
根据本发明的另一有利的改进方案提出，控制装置被设计成用于，基于对操作面的位置分辨的偏移的电容式检测来确定作用在操作面上的力分布。因此，可以将以电容方式检测到的操作面的弯曲和移动换算成力分布。控制装置可以根据现有的力分布进行一种样本识别，从而可以容易地区分点状地施加的力和由于整个操作面的加速度而形成的面式作用的力分布。加速度的值可以根据力的分布和大小来确定。例如，当使用者用多个手指操作操作面时，同样也可以识别出两个或可能更多个点状的力。无论是评估位置分辨的偏移还是首先将其转换成力分布并然后再评估，都可以在控制设备内部存储例如操作面的各种特征的位置分辨的偏移或特征的力分布，因此可以计算出用手指施加在操作面上的力，在考虑到可能同时作用在操作面上的加速度。
根据本发明的机动车包括根据本发明的触敏操作设备或触敏操作设备的有利实施方式。
在根据本发明的用于运行机动车的触敏操作设备的方法中，借助于检测装置检测操作面的位置分辨的偏移。借助于控制装置区分由于纯粹用至少一个手指施加在操作面上的力而引起的操作面偏移特性与由于作用在整个操作面上的加速度而引起的操作面偏移特性。基于此，确定纯粹用手指施加在操作面上的力，并且根据所确定的、纯粹用手指施加的力来触发功能。根据本发明的触敏操作设备的有利实施例应被视为根据本发明的方法的有利实施例或相反，其中，触敏操作设备特别具有用于执行所述方法步骤的部件。
附图说明
附图示出：
图1示出用于机动车的触敏操作设备的示意图，该触敏操作设备具有与承载件间隔开地被支承的操作面，其中，相应在操作面下侧与承载件上侧上布置的导体电路形成电容式的检测装置，借助于该电容式的检测装置可以检测操作面的偏移；
图2示出在用手指按压操作面期间的触敏操作设备的示意图，其中示意性地示出由致动而引起的力分布；
图3示出在操作面由于作用在整个操作面上的加速度而偏移期间触敏操作设备的示意图，其中，示意性地示出由操作面的加速度而引起的力分布；和
图4示出在操作面上的通过用两个手指致动操作面而引起的力分布的示意图。
具体实施方式
在附图中相同或功能相同的元件设有相同的附图标记。
在图1中示出用于未详细示出的机动车的触敏操作设备1。触敏操作设备1可以是例如触摸屏或触摸板。触敏操作设备1可以例如布置在中控台的区域中，或者也可以布置在机动车的车辆内室中的任意其它位置处。通过触摸该操作设备1并向其施加力，车辆乘员可以操作多种不同的车辆功能。
操作设备1包括操作面2，该操作面通过弹性体支承件3支承在承载件4上。操作面2可以被设计成用于，例如以电容方式检测触摸。在操作面2与承载件4之间存在未详细示出的气隙。触敏操作设备1包括相应的导体电路5，这些导体电路5布置在操作面2和承载件4的面对气隙的相应侧上，并且用于电容式检测操作面2的位置分辨的偏移。此外，触敏操作设备1还包括控制装置6，该控制装置的工作模式将在下面更详细地讨论。
在图2中示意性地示出在车辆乘员用他的手指7在操作面2上施加力F期间的操作设备1。由于车辆乘员施加的力F，操作面2朝向承载件4的方向弯曲。因为操作面2通过弹性体支承件3支承在承载件4上，所以可能另外发生的是，操作面2不仅弯曲、而且也整体上朝向承载件4的方向移动。因此，通过施加力来不同程度地减小在未详细示出的导体电路5之间的间距。由此，由导体电路5构成的检测装置可以电容性地检测操作面2的位置分辨的偏移。
控制装置6被设计成用于，基于操作面2的位置分辨的偏移的电容式检测来确定作用在操作面2上的力分布8，如在触敏操作设备1的右侧示意性示出的。
在图3中再次示意性地示出操作设备1，其中在当前所示情况下，仅由于作用在整个操作面2上的加速度a而引起操作面2的偏移。可以看出，操作面2由于加速度a而朝向承载件4的方向弯曲，其中，还可能会出现弹性体支承件3被略微压缩，因此操作面2又作为整体朝向承载件4的方向移动。因此，即使在车辆乘员未施加力的情况下，也可能发生操作面2弯曲和移动、即偏移的情况。与点状地施加力相反，操作面2较少地点状弯曲。在未详细示出的导体电路5之间的间距又不同程度地减小。由此，由导体电路5构成的检测装置又可以检测操作面2的、由于加速度a而引起的位置分辨的偏移。
控制装置6也被设计成用于，基于电容式检测操作面2的位置分辨的偏移来确定作用在操作面2上的力分布8，如在触敏操作设备1的右侧示意性示出的。
很可能发生的是，使用者用其手指7按压在操作面2上，例如为了触发机动车的特定功能，其中与此同时，驾驶机动车驶过颠簸地面，结果是加速度沿竖直方向作用在整个操作面2上。控制装置6被设计成用于，区分由于纯粹用手指7施加在操作面2上的力F而引起的操作面2偏移的特性与由于作用在整个操纵面2上的加速度a而引起的操作面2偏移的特性，并基于该区分确定纯粹用手指7施加在操作面2上的力F。
在对操作面2手动地施加力时以及由于操作面2整体的加速度会产生不同的力分布8，为此控制装置6可以通过一种样本识别彼此区分所述不同的力分布。另选地，代替力分布8，控制装置6也可以直接分析和评估操作面2的位置分辨的偏移，以便区分出，偏移的哪部分是由用手指7施加的力F导致，哪部分是由整个操作面2的加速度a导致。
借助于控制装置6因此可以实现，分析操作面2的电容式检测到的位置分辨的偏移，以便确定纯粹用手指7施加的力F。在控制装置6中或也在未示出的存储器中例如可以存储数据，而且根据操作面2如何以及是否被点状地施加力F或者通过作用在整个操作面2上的加速度引起偏移，该数据描述了操作面2的位置分辨的偏移的不同特性和/或力分布8的不同特性
在图4中示意性地示出另外的力分布8，其中，当车辆乘员用两个手指7压在操纵面2上时产生该力分布8。控制装置6也可以评估这种力分布8或由这样的力施加而导致的、操作面2的位置分辨的偏移，并将其与由于整体作用在操作面2上的加速度a而引起的偏移区别开。
借助于触敏的操作设备1也实现了，确定排除了加速度a的力值F，车辆乘员以该力值实际上压在操作面2上。由此还以特别精确的方式实现了，一旦车辆乘员用其手指7足够用力地压在操作面2上，就例如借助于在操作面2上耦合的致动器在操作面2上输出可触知的反馈。
能借助于控制装置6确定的、纯粹用手指7施加的力F可以例如与预定的阈值进行比较，其中，仅当超过阈值时，才在操作面2上输出可触知的反馈。
此外，一旦车辆乘员用其手指7在操作面2上足够用力地按压，控制装置6就可以触发机动车的多种不同的功能。因为可以随时独立于机动车的加速度准确地测量由车辆乘员施加在操作面2上的力F，因此可以特别可靠地防止对功能的错误触发。

Claims (5)

1.一种用于机动车的触敏的操作设备(1)，所述操作设备具有：
-操作面(2)；
-检测装置，该检测装置被设计成用于检测操作面(2)的位置分辨的偏移，其中，位置分辨的偏移理解为：对于操作面的多个位置能够确定相对于确定的参考平面的偏移；
-控制装置(6)，该控制装置被设计成用于，将由于纯粹用至少一个手指(7)施加在操作面(2)上的力(F)而引起的操作面(2)的偏移特性与由于作用在整个操作面(2)上的加速度(a)而引起的操作面(2)的偏移特性区分开来，并基于该区分确定纯粹用手指(7)施加在操作面(2)上的力(F)，以及根据所确定的、纯粹用手指(7)施加的力(F)触发功能，
其中，在操作面(2)与承载件(4)之间存在气隙，其中，检测装置具有导体电路(5)，该导体电路分别布置在操作面(2)的和承载件(4)的面对气隙的相应侧上，并用于电容式检测操作面(2)的位置分辨的偏移，
其中，控制装置(6)被设计成用于，基于对操作面(2)的位置分辨的偏移的电容式检测来确定作用在操作面(2)上的力分布，其中，控制装置能根据现有的力分布进行一种样本识别，从而能区分点状地施加的力和由于整个操作面的加速度而形成的面式作用的力分布，
其中，控制装置(6)被设计成用于，根据力分布确定用手指(7)施加在操作面(2)上的力(F)。
2.根据权利要求1所述的触敏的操作设备(1)，其特征在于，控制装置(6)被设计成用于，将用手指(7)施加的力(F)与阈值相比较，仅当超过阈值时，才触发功能。
3.根据权利要求1或2所述的触敏的操作设备(1)，其特征在于，操作设备(1)是触摸屏或触摸板。
4.一种机动车，其具有根据前述权利要求中任一项所述的触敏的操作设备(1)。
5.一种用于运行机动车的触敏的操作设备(1)的方法，其中，借助于检测装置检测操作面(2)的位置分辨的偏移，其中，位置分辨的偏移理解为：对于操作面的多个位置能够确定相对于确定的参考平面的偏移，并借助于控制装置(6)区分由于纯粹用至少一个手指(7)施加在操作面(2)上的力(F)而引起的操作面(2)的偏移特性与由于作用在整个操作面(2)上的加速度(a)而引起的操作面(2)的偏移特性，并基于该区分确定纯粹用手指(7)施加在操作面(2)上的力(F)，以及根据所确定的、纯粹用手指(7)施加的力(F)触发功能，
其中，在操作面(2)与承载件(4)之间存在气隙，其中，检测装置具有导体电路(5)，该导体电路分别布置在操作面(2)的和承载件(4)的面对气隙的相应侧上，并用于电容式检测操作面(2)的位置分辨的偏移，
其中，控制装置(6)基于对操作面(2)的位置分辨的偏移的电容式检测来确定作用在操作面(2)上的力分布，其中，控制装置能根据现有的力分布进行一种样本识别，从而能区分点状地施加的力和由于整个操作面的加速度而形成的面式作用的力分布，
其中，控制装置(6)根据力分布确定用手指(7)施加在操作面(2)上的力(F)。
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