CN110806799A - 用于车辆的操作装置以及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆、特别是机动车辆的操作装置(1)，包括：能够由用户操作的操作元件(2)，可移动地安装在载体元件(3)上；可驱控的至少一个致动器(12)，被构造为使得操作元件(2)相对于载体元件(3)移动；以及第一弹簧装置(4)，布置在操作元件(2)和载体元件(3)之间，并且使得操作元件(2)可移动地安装在载体元件(3)上。本发明规定，补偿元件(8)可移动地安装在载体元件(3)上，并且致动器(12)与操作元件(2)和补偿元件(8)连接。

Description

用于车辆的操作装置以及车辆
技术领域
本发明涉及一种操作装置，特别是用于车辆(特别是机动车辆)的操作装置，该操作装置包括：用户可操作的操作元件，该操作元件可移动地安装在载体元件上；至少一个可驱控的致动器，被构造为使得操作元件相对于载体元件移动；以及弹簧装置，布置在操作元件和载体元件之间，并且使得操作元件可移动地安装在载体元件上。
背景技术
所述类型的操作装置在现有技术中是已知的。在车辆构造中，对于每种类型的电气或机械装置已经存在许多操作装置，这些装置越来越多地被具有虚拟操作元件的屏幕所取代。例如汽车领域外的电炉、复印机、移动电话，以及在汽车领域中的(特别是)导航和多媒体系统。即使用户已经习惯于虚拟操作元件的操作，通常也缺乏对用户的触觉反馈，例如在真实/机械开关装置的情况下用户可以感觉到的那样的触觉反馈。
然而，已知所谓的触觉显示器，在触摸用户界面时，借助于至少一个致动器来执行特定的运动或振动，这取决于例如触摸的位置、运动方向和/或接触力。由此在对操作设备进行操作期间向用户给出触觉反馈。
例如从文献US 9,436,341 B1中已知一种这样的操作装置。在该文献中规定操作表面由操作元件构成，该操作元件通过弹簧装置可移动地安装在载体元件上。电磁致动器布置在载体元件和操作元件之间，以便在需要时使得操作元件相对于载体元件移动，从而产生触觉反馈。
特别是在较大触觉表面的情况下，由于运动方向和发生的振动会产生空气噪声和/或结构噪声，这可能产生降低舒适性的影响。
发明内容
根据本发明的操作装置具有以下优点：以简单的方式以及低廉的成本降低了结构噪声或空气噪声的形成。本发明规定，将补偿元件可移动地布置在载体元件上，并且致动器与操作元件和补偿元件连接。这样的结果是，致动器与操作元件和补偿元件相互作用。因此，通过致动器，使得对操作元件的操作会对补偿元件的运动产生影响。而且，运动将从操作元件传递到补偿元件。因此，实现了补偿元件可以在与操作元件的横向反向运动方向上振动，从而可以补偿结构噪声和/或空气噪声。优选地，操作元件的振动质量与补偿元件的振动质量之间的传递特性被互相协调，使得动态力相互抵消(叠加原理)。优选地，补偿元件布置在载体元件面向操作元件的一侧上。替代地，操作元件布置或安装在载体元件背向操作元件的一侧上。
根据本发明的优选实施例，第二弹簧装置布置在补偿元件和载体元件之间，并且将补偿元件安装在载体元件上。因此，第一弹簧装置位于操作元件和载体元件之间，第二弹簧装置位于载体元件和补偿元件之间。通过弹簧装置，与操作元件构成振动操作质量系统，并且与补偿元件构成振动补偿质量系统。通过调节质量和弹簧刚度使它们彼此特别匹配，从而使空气噪声和结构噪声的形成最小化或完全防止。可选地，还通过弹簧装置和补偿元件以及操作元件的设计来设定阻尼和/或加速度大小。
优选地，补偿元件和操作元件仅垂直地或仅近似垂直于载体元件的纵向中心平面是可移位的。因此，补偿元件和操作元件至少基本上垂直地朝向彼此地移动或彼此远离地可移动。侧向运动至少在很大程度上被消除。这确保了：一方面实现操作元件的可靠引导，向用户传达有价值的感觉；另一方面，可以最佳地利用弹簧装置的效果以实现期望的效果。
根据优选的改进方案，操作元件具有触敏屏。为此，操作元件具有显示器，该显示器由透明保护屏覆盖，并且包括用于识别/检测至少一个手指在保护屏上的位置的装置。例如，可以是电容式显示器。然而，也可以考虑触敏屏的其他实施方式。通过屏幕的移动性和可驱控的致动器，现在可以触觉地向用户反馈由显示器显示的虚拟开关的切换。例如，如果致动器被致动，则操作元件和致动器元件朝向彼此移动，从而向用户模拟开关过程并提供触觉反馈。
优选地，补偿元件是补偿质量。由此表示补偿元件的特征仅在于其质量，并且优选地由稳定的单件的质量元件制成。通过巧妙地确定补偿质量的质量作为对操作元件的补偿，可以特别有利地补偿振动
替代地，补偿元件优选地构造为操作元件的照明装置。为此，补偿元件优选地具有一个或多个发光装置，其分布地布置在补偿元件的基板或支撑件上，并且指向操作元件后侧，以从后部或从载体元件的方向照明操作元件。为此，载体元件优选地是区段式透明的或设有开口，以确保由照明装置产生的光到达操作元件。照明装置用作操作元件的补偿质量，并且优选地与操作元件的质量匹配。
特别地，操作元件和补偿元件(特别是照明装置)具有至少基本相同的重量。由此，实现了有利的防止振动或空气噪声和/或结构噪声。优选地，振动系统的弹簧刚度与质量的比值是相同的。在这种情况下，补偿元件和第二弹簧装置构成振动系统，并且操作元件和第一弹簧装置构成另一个振动系统。
根据本发明的优选实施例，致动器和弹簧装置被构造为，使得可以通过致动器以相反方向或相反相位以相同的力值来驱控补偿元件和操作元件。由此可以特别有利地减少结构噪声和/或空气噪音。此外，通过特别是以共振频率操作操作元件能够实现，用户可以触觉地并清楚地感知由致动器对操作元件的驱控。
此外，优选地规定，第一弹簧装置和/或第二弹簧装置包括至少一个弹簧元件，特别是包括多个特别均匀分布的弹簧元件。这些弹簧元件限定相应弹簧装置的弹簧刚度或弹性，并且特别地通过均匀分布确保，操作元件和补偿元件被均匀地施加弹簧力，并且因此保证了操作元件和补偿元件(从平坦延伸分布来看)的均匀运动。
优选地，至少一个弹簧元件是弹性材料弹簧元件或泡沫材料弹簧元件。这种类型的弹簧元件便宜并且在结构上易于集成到操作装置中。
替代地，至少一个弹簧元件是金属弹簧元件或塑料弹簧元件，特别地以弹簧舌的形式。因此，例如弹簧元件中的至少一个被构造集成到操作元件中或补偿元件中。因此，例如照明装置的基板可以具有一个或多个弹簧舌，并被构造为无切口和弯曲的弹簧舌，并通过其固有的弹性实现弹簧装置的弹性效果。
优选地，致动器被构造为电磁致动器或压电致动器，这可以确保便宜且节省空间地在操作装置中实现致动器，还允许快速致动操作元件。特别地，致动器在操作装置和补偿元件之间居中地布置，从操作元件的平面图中看，通过致动器产生的致动力均匀地作用在操作元件和补偿元件上。可选地，在操作元件和补偿元件之间布置多个致动器，其中致动器优选地在这种情况下被均匀地布置，从而确保对操作元件和补偿元件均匀地施加力。
此外，优选地规定，电磁致动器具有布置在操作元件上的第一致动器元件和布置在载体元件上的第二致动器元件。因此，致动器被构造为至少两个部分，其中这些致动器元件被构造为使得它们在被致动器驱控时彼此起作用(特别是彼此吸引或排斥)，以将操作元件向补偿元件吸引或排斥。
特别地规定，至少一个致动器元件具有至少一个可通电线圈，以用于产生磁场。通过激励线圈来产生磁场，通过该磁场，致动器元件被排斥或吸引到同一致动器的其它致动器元件。特别地，在操作装置的未致动状态下，在致动器元件之间存在气隙，这允许通过致动器将操作元件从未致动位置吸引到靠在补偿元件或载体元件上的致动位置。
根据本发明的车辆的特征在于根据本发明的操作装置。这实现了已经提到的优点。
附图说明
其他优点和优选特征以及特征组合特别地从前面的描述得出。在下文中，将参考附图更详细地解释本发明。其中：
图1示出了用于车辆的有利操作装置的简化视图；
图2示出了用于说明操作装置的图；
图3示出了操作装置的简化分解图。
具体实施方式
图1示出了有利的操作装置1的简化剖视图，该操作装置被有利地运用在机动车辆中。然而，可以想到将操作装置1用于其他应用中，例如在厨房中、在电视上、在自动售货机上等。
操作装置1具有用户可操作的操作元件2，该操作元件2可移动地安装在载体元件3上。为此，操作元件2通过第一弹簧装置4与载体元件3连接。弹簧装置4具有多个弹簧元件5，它们均匀地分布在操作元件2的周边上，以确保弹簧元件5被均匀地施力或移动。操作元件2具有带保护屏7的触敏屏6。
在载体元件3上可移动地安装补偿元件8，该补偿元件8通过第二弹簧装置9与载体元件3连接。第二弹簧装置9具有多个弹簧元件10，这些弹簧元件均匀地分布在补偿元件8的周边上，以确保补偿元件8被均匀地移动或施力。补偿元件8布置在载体元件3背向操作元件2的一侧上，使得载体元件3位于补偿元件8和操作元件2之间，并且在那里特别平坦地延伸。根据在此未示出的替代实施例，补偿元件8布置在载体元件3面向操作元件2的一侧上。
优选地，例如载体元件3通过粘性弹性阻尼元件11与机动车辆的仪表板联接。一方面，阻尼元件11减少从外部输入的振动，例如机动车辆沿其运动路面引起的振动。另一方面，减小操作装置本身未补偿的振动，例如，围绕Y轴发生的倾斜运动。
操作装置1还具有多个致动器12，这些致动器布置在操作元件2和补偿元件8之间并且还在它们之间起作用。为此，每个致动器12具有第一致动器元件13和第二致动器元件14，第一致动器元件13在其面向载体元件3的后侧与操作元件2连接，并且第二致动器元件14与补偿元件8连接。
致动器元件13和14彼此间隔开，使得它们之间保留气隙15。致动器元件13或14中的至少一个设置有通电线圈，该通电线圈在通电时产生磁场，通过该磁场吸引或排斥相对的致动器元件14或13。通过控制相应的致动器12，操作元件2因此可相对于载体元件3移动，特别地在载体元件的方向上或远离载体元件的方向上移动。通过驱动致动器12，因此可以产生触觉反馈，使得操作装置1的用户可以感觉到触觉反馈，特别是在操作触敏屏幕6时。
特别地，操作元件2和补偿元件8被引导在载体元件3上，使得它们仅朝向彼此或远离彼此，并且因此至少基本上仅垂直于载体元件3的纵向中心平面是可移位的。为此，弹簧元件5、9例如提供平行的引导机构。
如果相应的致动器12被致动，则操作元件2和补偿元件8以横向或平移的方式朝向彼此移动。在这种情况下，操作元件2和补偿元件8的质量优选地彼此匹配，特别地使得操作元件2和补偿元件8具有至少基本相同的质量，例如970g。由此，两个元件(即补偿元件8和操作元件2)经历相同的位移加速度。
优选地，弹簧元件5、10被构造为相同的，至少具有相同的弹簧刚度k。第一振动质量由具有保护屏7的触敏屏6以及布置在其上的电子元件构成，第二振动质量由补偿元件构成。横向待移动的质量的有利振动频率范围是10Hz至300Hz。操作装置1的用户可以用他的手指较好地感觉该区域。特别地，通过在触觉感知的区域中选择可移动/振动质量的共振频率fR，针对可移动部件的给定质量m，弹簧元件5、10的所需弹簧刚度k的值可以通过下列数学关系确定：
Figure BDA0002153715480000061
期望以共振频率操作移动质量，因为这使得在触觉良好感知范围内，在相同的能量消耗下，质量获得最大加速度。这也表明操作元件2和补偿元件8的偏差质量m不是问题，因为通过补偿弹簧系数k可以补偿不同的质量，以利用该共振频率来操作两个振动系统。优选地，振动系统被构造为，使得两个系统的衰减值相同。
在本实施例中，选择115Hz为各个运动质量的共振频率。已证明该共振频率在先前的实验中是有利的，因为共振点因此集中在触觉良好感知范围内。优选地，弹簧元件5、10或弹簧装置4、9在X方向上的弹簧刚度k的所需值(此处为506N/mm)由质量和共振频率确定。
为此，图2示出了幅度响应，即，致动器的加速度与绕组电流之比(考虑从操作元件2到补偿元件8的传递特性)。在整个频率范围内，通过调整两个振动系统或质量的系统参数显示几乎一致的幅度响应。例如，可以通过制造公差来解释该偏差。因此，一方面，振动系统或质量的动态力得到补偿，另一方面，在更宽的频率范围内实现了有利的传递特性。
在本实施例中使用的弹簧刚度由弹簧元件5、10构成为聚氨酯泡沫弹簧元件，其中也可以考虑硅树脂或其他实施例。特别地，弹簧元件可选地被构造为可弹性变形的金属弹簧或塑料弹簧。弹簧元件5、10也可以与操作元件2或补偿元件3构造为一体，以确保相应的弹簧装置4、9高度地集成在操作装置1中。
优选地，弹簧元件被选择为使得其确保表面区域与弹簧刚度比值近似线性。这通过各种测量和不同的样本质量以及不同的泡沫弹簧表面凭经验被证明。为了获得具有506N/mm的弹簧刚度，这需要9000mm2的表面积。在指定的共振频率下，相应的系统在x方向上获得最大0.2mm的偏转。
为了影响操作元件2的振动质量m2与补偿元件8的振动质量m8的重量比，根据操作元件2的加速度a2和补偿元件8的加速度a8，优选地考虑以下数学关系：
这使得可以通过增加操作元件2的质量系统的加速度a2或a8来减小补偿元件8的质量m8。这将导致整个系统的重量更轻。替代地，选择相同的补偿质量m8和操作元件2的质量m2。
特别优选地，补偿元件8被构造为照明装置16，该照明装置16具有多个发光装置17，如图1中的示例所示。发光装置17特别均匀地布置在补偿元件8的基板18面向载体元件3或操作元件2的一侧上，使得它们从后侧照明操作元件2。
图3以简化的分解图示出了操作装置1，其中载体元件3布置在操作元件2和补偿元件8之间。载体元件3被构造为框架形状，使得其具有凹槽19，由发光装置17产生的光通过凹槽19可以穿过载体元件3并从后面照亮操作元件2，特别是屏幕6，使得用户更容易阅读。多个致动器12也围绕凹槽均匀分布。出于清楚的原因，弹簧元件5、10未在图3中示出。

Claims (15)

1.一种用于车辆、特别是机动车辆的操作装置(1)，包括：
能够由用户操作的操作元件(2)，所述操作元件可移动地安装在载体元件(3)上；
可驱控的至少一个致动器(12)，被构造为使得所述操作元件(2)相对于所述载体元件(3)移动；和
第一弹簧装置(4)，被布置在所述操作元件(2)和所述载体元件(3)之间，并且使得所述操作元件(2)可移动地安装在所述载体元件(3)上，
其特征在于，
补偿元件(8)可移动地安装在所述载体元件(3)上，并且
所述致动器(12)与所述操作元件(2)和所述补偿元件(8)连接。
2.根据权利要求1所述的操作装置，其特征在于，在所述补偿元件(8)和所述载体元件(3)之间布置有第二弹簧装置(9)，并且所述补偿元件(8)安装在所述载体元件(3)上。
3.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，所述补偿元件(8)和所述操作元件(2)仅垂直于或仅近似垂直于所述载体元件(3)的纵向中心平面是可移位的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，所述操作元件(2)具有触敏屏(6)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，所述补偿元件(8)是补偿质量。
6.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，所述补偿元件(8)是用于所述操作元件(2)的照明装置(16)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，所述操作元件(2)和所述补偿元件(8)具有至少基本相同的质量。
8.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，所述至少一个致动器(12)和所述弹簧装置(4、9)被构造为使得所述补偿元件(8)和所述操作元件(2)能够通过所述至少一个致动器(12)以相同的力值在相反的方向上被驱控。
9.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，所述第一弹簧装置(4)和/或所述第二弹簧装置(9)具有至少一个弹簧元件(5、10)，特别是具有多个均匀分布地布置的弹簧元件(5、10)。
10.根据权利要求9所述的操作装置，其特征在于，所述至少一个弹簧元件(5、9)是弹性材料弹簧元件或泡沫材料弹簧元件，特别是聚氨酯泡沫元件。
11.根据权利要求9所述的操作装置，其特征在于，至少一个弹簧元件(5、10)是金属弹簧元件或塑料弹簧元件。
12.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，所述至少一个致动器(12)被构造为电磁致动器或压电致动器。
13.根据权利要求12所述的操作装置，其特征在于，所述电磁致动器(12)具有布置在所述操作元件(2)上的第一致动器元件(13)和布置在所述补偿元件(8)上的第二致动器元件(14)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，至少一个致动器元件(13、14)具有可通电的线圈，以用于产生磁场。
15.一种车辆，特别是机动车辆，具有至少一个根据权利要求1至14中任一项所述的操作装置(1)。
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