CN111278674A - 用于输出触觉反馈的操作装置、机动车和方法 - Google Patents

用于输出触觉反馈的操作装置、机动车和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于输出触觉反馈(12)的操作装置(1)，其具有操作表面(3)、至少间接与操作表面(3)耦合的致动器(4)和控制单元(7)，所述致动器用于在操作表面(3)上产生触觉反馈(12)，所述控制单元设计用于借助控制信号(8)的触觉部分(9)控制致动器(4)，以用于产生触觉反馈(12)。在此，控制单元(7)设计用于借助控制信号(8)的声学部分(10)控制致动器(4)，以用于产生声学反馈(14)。

Description

用于输出触觉反馈的操作装置、机动车和方法
技术领域
本发明涉及一种用于输出触觉反馈的操作装置、一种机动车和一种方法。
背景技术
在操作表面上布置有致动器，以用于支持操作表面的操作，由此能够在操作期间向用户给出触觉反馈。这以如下方式实现，即借助致动器激励触敏表面产生振动。触敏表面例如能够是触摸屏或者触摸板。振动优选具有在40至300Hz之间的频率，因为在上述范围内存在对于皮肤中的振动的最高的可刺激性。尤其在操纵虚拟按键时实现触觉反馈，以便因此模仿对机械按键的操纵。
除了输出触觉反馈之外，通常还再现以机械按键的点击声音为模型的声学反馈，以便因此模仿对机械按键的操纵。根据当前的现有技术，在此需要使用扬声器，该扬声器优选布置在操作表面附近。该解决方案的缺点是：为此需要附加的元件，由此增加了空间需求。如果扬声器与操作表面间隔开，则通过扬声器再现的声学反馈可能被用户感知为不自然的，因为被模拟的声源随后偏离所感知的声源。尤其当声学反馈包括位于可听见的频谱的上限范围内的频率时，会出现这种现象。
在专利文献DE 10 2014 018 350 A1中描述了一种具有按键操作和符号输入的机动车操作装置。在此，致动器能够包括扬声器，该扬声器被设计用于输出声音。
在专利文献US 2017/0021762 A1中描述了一种触觉系统和一种用于控制触觉系统的方法。在此规定，在操纵操作表面时使用用于产生触觉反馈的不平衡致动器。
在专利文献WO 2015/086568 A1中描述了一种用于电气设备、尤其用于车辆部件的操作装置。在此借助不平衡电机产生触觉反馈。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种集成在操作表面中的声学反馈源。
根据本发明，提供一种用于输出反馈的操作装置。操作装置包括操作表面、至少间接与操作表面耦合的致动器和控制单元，该致动器用于在操作表面上产生触觉反馈，该控制单元设计用于借助控制信号的触觉部分控制致动器，以用于产生触觉反馈。控制单元也设计用于借助控制信号的声学部分控制致动器，以用于产生声学反馈。操作装置包括控制单元，该控制单元设计用于借助控制信号控制致动器。致动器直接地或者至少间接地布置在操作表面上。控制信号包括声学部分和触觉部分。借助触觉部分控制致动器，使得在操作表面上产生触觉反馈。借助声学部分控制致动器，使得产生声学反馈。由此产生的优点是：通过致动器既产生声学反馈、又产生触觉反馈。例如可能的是，控制单元是微控制器或者微处理器，其设计用于产生控制信号。致动器例如能够是一种构件，该构件设计用于根据控制信号借助活塞或者衔铁激励自身产生机械振动。致动器例如能够直接地布置在操作表面的背侧。在这种情况下，致动器直接与操作表面耦合，从而机械振动直接传递至操作表面。致动器例如也能够布置在操作表面的支架上。在这种情况下，致动器与操作表面间接耦合，从而机械振动能够通过支架传递至操作表面。操作表面例如能够是触敏表面、尤其是触敏的屏幕表面。控制信号的触觉部分是定义触觉反馈的部分。能够选择触觉反馈的频率和幅度，使得它们能够在操作表面上被人类皮肤感知到。控制信号的声学部分是定义声学反馈的部分。能够定义声学部分，使得其描述致动器和/或操作表面在0到22000Hz的频率范围内的机械振动。
本发明的扩展方案规定，致动器设计为直流电压不平衡致动器。换句话说，致动器是包括具有非旋转对称的质量的衔铁的电动机，从而衔铁在旋转时具有不平衡，该不平衡激励致动器产生机械振动。在此，电动机由直流电压驱动。这样的致动器也被称为偏心旋转质量致动器。由此产生的优点是：通过该致动器覆盖比在线性谐振致动器中能够实现的更大的频率范围。
本发明的扩展方案规定，触觉部分是控制信号的直流电压部分，并且声学部分是控制信号的交流电压部分。换句话说，控制信号包括表示控制信号的触觉部分的直流电压部分和表示控制信号的声学部分的交流电压部分。由此产生的优点是：控制信号在直流电压不平衡致动器中包括涉及致动器的角速度的触觉部分和涉及致动器角速度的周期性变化的声学部分。因此，能够通过致动器的不平衡产生触觉反馈，并且触觉反馈的频率取决于致动器的角速度，该角速度又取决于控制信号的直流电压部分。能够通过由控制信号的交流电压部分引起的振动产生声学反馈，由此改变致动器的角速度。
本发明的扩展方案规定，控制单元设计用于借助控制信号的声学部分激励致动器的衔铁产生机械振动，以用于产生声学反馈。换句话说，控制单元设计用于产生控制信号的声学部分，使得致动器的衔铁借助机械振动产生声学反馈。由此产生的优点是：与利用整个致动器相比，通过使用衔铁能够覆盖附加的频率范围。因此，能够通过控制信号的声学部分加速衔铁，从而使该衔铁在衔铁的谐振频率下振动并且由此产生声学反馈。
本发明的扩展方案规定，致动器依据触觉部分以致动器周期持续时间实施旋转或者摆动运动，并且声学部分包括振动，该振动的周期持续时间比致动器周期持续时间更短。换句话说，声学部分包括振动，该振动的频率高于致动器的频率。由此产生的优点是：能够激励致动器产生振动，该振动具有比致动器的运行频率更高的频率。因此，能够以预定的周期持续时间运行致动器，以用于产生触觉反馈。在此，控制信号的声学部分能够包括振动，该振动的周期持续时间比致动器的运转的周期持续时间更短。因此，致动器能够例如具有50Hz的运转频率，并且声学部分包括100Hz的频率的振动。
本发明的扩展方案规定，操作装置设计用于输出至少在1至5kHz的频率范围内的声学反馈。换句话说，通过操作装置能够输出至少1至5kHz的频率范围内的音频声音作为声学反馈。由此产生的优点是：操作装置能够输出音频声音，其包括在声学反馈中的常见的频率。因此，致动器能够设计用于在至少1至5kHz的频率范围内振动，并且将所述振动作为声学反馈输出，或者激励操作表面产生在至少1至5kHz的频率范围内的振动，从而使该操作表面输出反馈。
本发明的扩展方案规定，操作装置设计用于借助通过致动器对操作表面的振动激励产生声学反馈。换句话说，操作装置设计用于将操作表面设计为，至少在声学反馈的频率范围内通过致动器能够激励该操作表面产生振动，以便因此输出声学反馈。由此产生的优点是：操作表面能够被用作扬声器振膜。
本发明还包括一种机动车，该机动车包括根据本发明的操作装置的一个或多个。机动车能够是汽车、例如轿车或者货车。
本发明还包括一种用于运行操作装置的方法。在此规定，通过控制单元产生包括触觉部分的控制信号，并且借助该控制信号控制至少间接与操作表面耦合的致动器。根据控制信号的触觉部分，通过致动器在操作表面上产生触觉反馈。控制信号还包括声学部分，其中致动器根据控制信号的声学部分产生声学反馈。换句话说，通过操作装置的控制单元产生包括触觉部分和声学部分的控制信号。借助控制信号，通过控制单元控制操作装置的布置在操作表面上的致动器。根据控制信号的触觉部分，致动器在操作表面上产生触觉反馈。根据控制信号的声学部分，致动器产生声学反馈。由此产生的优点是：通过操作装置能够输出触觉反馈和声学反馈。因此，能够使控制单元产生控制信号，以用于控制设计为线性谐振致动器的致动器。控制信号的触觉部分能够是具有40至300Hz的振动，利用该振动能够运行致动器。触觉部分的频率能够与致动器的谐振频率一致。致动器能够实施具有40至300Hz的振动，该振动能够传递至操作表面，并且能够在操作表面上产生触觉反馈。控制信号的声学部分能够包括一个或多个振动，所述振动与控制信号的振动叠加。这些振动能够包括300Hz以上的频率，由此通过声学部分的振动能够叠加致动器的振动。因此，致动器能够不均匀地振动，由此能够实现附加的振动，所述附加的振动能够导致输出声学反馈。
本发明还涉及根据本发明的方法和根据本发明的机动车的扩展方案，其具有结合根据本发明的操作装置的扩展方案已经描述的特征。出于该原因，在此不再描述根据本发明的方法和根据本发明的机动车的相应的扩展方案。
附图说明
下面描述本发明的实施例。在附图中：
图1示出了在机动车中的根据本发明的操作装置；并且
图2示出了可能的控制信号。
具体实施方式
下面阐述的实施例是本发明的优选的实施方式。在所述实施例中，所描述的实施方式的部件分别表示本发明的单独的、彼此独立考虑的特征，所述特征也分别彼此独立地扩展本发明，并且因此也单独地或者以与所示的组合不同的组合被视为本发明的组成部分。此外，所描述的实施方式也能够通过本发明的已经描述的另外的特征来补充。
在附图中，功能相同的元件均设有相同的附图标记。
图1示出了在机动车2中的根据本发明的操作装置1。操作装置1能够包括操作表面3。在此能够例如涉及触敏表面(触摸屏或者触摸板)或者按键表面。操作装置1能够包括致动器4，该致动器可以至少间接与操作表面3耦合。这例如可以意味着，致动器4直接固定在操作表面3上，从而通过致动器产生的机械振动直接传递至操作表面3，或者致动器4固定在元件上，通过该元件将机械振动传递至操作表面。在图1中所示的致动器4是直流电压不平衡致动器。但是，致动器4也能够设计为压电致动器、线性谐振致动器4或者励磁线圈致动器4。致动器4能够包括衔铁5，所述衔铁被提供用于：使致动器4的转动轴6并不延伸穿过衔铁5的重心。因此，衔铁5的旋转能够导致不平衡，由此能够使致动器4振动。振动能够传递至操作表面3，从而能够激励该操作表面产生振动。操作装置1也能够包括控制单元7。在此能够涉及微处理器或者微控制器。控制单元7能够设计用于借助控制信号8控制致动器4。控制信号8能够包括触觉部分9和声学部分10。控制信号的触觉部分9能够是控制信号的直流电压部分。控制信号8的声学部分10能够是控制信号8的交流电压部分。声学部分10能够包括振动，该振动的周期持续时间比致动器周期持续时间更短。致动器周期持续时间能够例如是衔铁5的运转时间。致动器4的衔铁5能够根据控制信号的触觉部分9以角速度11转动，由此能够使致动器4振动，并且振动能够传递至操作表面3。在操作表面3上产生定义在控制信号的触觉部分9中的触觉反馈12。控制信号8的声学部分10能够包括多个振动，该振动改变通过触觉部分9定义的角速度11。这些变化13可能引起在衔铁5中或者在致动器4中的附加的振动。能够由致动器4本身和/或操作表面3输出这些振动作为声学反馈14。声学反馈14能够包括至少一个从1kHz至5kHz的频率范围。
图2示出了用于控制致动器的可能的控制信号8。控制信号8能够包括触觉部分9，其中触觉部分能够是控制信号的直流电压部分。触觉部分9例如能够设计为阶跃信号。控制信号8也能够包括设计为交流电压信号的声学部分10。声学部分10能够包括振动，该振动的周期持续时间比致动器周期持续时间更短。声学部分10的振动例如能够包括衔铁5的谐振频率。控制信号8能够是触觉部分9与声学部分10的叠加。在此，这两个部分能够被提供用于：使电压不呈现负值。
总体而言，这些示例示出了通过本发明如何提供集成在操作表面3中的声学反馈源。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于输出反馈的操作装置(1)，其具有：
-操作表面(3)；
-至少间接与所述操作表面(3)耦合的、设计为直流电压不平衡致动器的致动器(4)，所述致动器用于在所述操作表面(3)上产生触觉反馈(12)；
-控制单元(7)，所述控制单元设计用于借助控制信号(8)的触觉部分(9)控制所述致动器(4)，以用于产生所述触觉反馈(12)；
其特征在于，
-所述控制单元(7)设计用于借助所述控制信号(8)的声学部分(14)控制所述致动器(4)，以用于产生声学反馈(14)，并且
-所述触觉部分(9)是所述控制信号(8)的直流电压部分，并且所述声学部分(10)是所述控制信号(8)的交流电压部分。
2.根据权利要求1所述的操作装置(1)，其特征在于，所述控制单元(7)设计用于借助所述控制信号(8)的声学部分(10)激励所述致动器(4)的衔铁(5)产生机械振动，以用于产生所述声学反馈(14)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置(1)，其特征在于，所述致动器(4)依据所述触觉部分(9)以致动器周期持续时间实施旋转或者摆动运动，并且所述声学部分(10)包括振动，所述振动的周期持续时间比所述致动器周期持续时间更短。
4.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置(1)，其特征在于，所述操作装置(1)设计用于输出至少在1kHz至5kHz的频率范围内的声学反馈(14)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置(1)，其特征在于，所述操作装置(1)设计用于借助通过所述致动器(4)对所述操作表面(3)的振动激励来产生声学反馈(14)。
6.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的操作装置(1)的机动车(2)。
7.一种用于运行操作装置(1)的方法，其中，
-通过控制单元(7)产生包括触觉部分(9)的控制信号(8)，
-借助所述控制信号(8)控制至少间接与操作表面(3)耦合的、设计为直流电压不平衡致动器的致动器(4)，
-通过所述致动器(4)根据所述控制信号(8)的触觉部分(9)在所述操作表面(3)上产生触觉反馈(12),
其特征在于，
-通过所述控制单元(7)产生包括声学部分(10)的控制信号(8),
-通过所述致动器(4)根据所述控制信号(8)的声学部分(10)产生声学反馈(14)，并且
-所述触觉部分(9)是所述控制信号(8)的直流电压部分，并且所述声学部分(10)是所述控制信号(8)的交流电压部分。
说明或声明(按照条约第19条的修改)
以下所附内容是根据PCT条约第19条修改的内容
国际局收到于2019年2月7日寄出的有关权利要求书修改。
以一份新的权利要求1-7替换原始的权利要求1-9。
第19条第(1)款中提到的声明
在权利要求的修改的范围内，在权利要求1中新包括的先前权利要求2和3的特征导致关于可能的实施例之一对本发明的主题进行说明。已经针对本发明的一种实施方式说明了本发明的主题，该实施方式设置了将致动器设计为直流电压不平衡致动器，其中，触觉部分是控制信号的直流电压部分，并且声学部分是控制信号的交流电压部分。这些修改与国际检索报告中提到的现有技术有着明显的区别。
根据上述国际检索报告，假定新权利要求1和7的主题被认为是新颖的并且基于创造性的活动。出于这个原因，这里省略了这方面的讨论。
该修改对说明书和附图都没有影响。

Claims (9)

1.一种用于输出反馈的操作装置(1)，其具有：
-操作表面(3)；
-至少间接与所述操作表面(3)耦合的致动器(4)，所述致动器用于在所述操作表面(3)上产生触觉反馈(12)；
-控制单元(7)，所述控制单元设计用于借助控制信号(8)的触觉部分(9)控制所述致动器(4)，以用于产生所述触觉反馈(12)；
其特征在于，
-所述控制单元(7)设计用于借助所述控制信号(8)的声学部分(14)控制所述致动器(4)，以用于产生声学反馈(14)。
2.根据权利要求1所述的操作装置(1)，其特征在于，所述致动器(4)设计为直流电压不平衡致动器。
3.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置(1)，其特征在于，所述触觉部分(9)是所述控制信号(8)的直流电压部分，并且所述声学部分(10)是所述控制信号(8)的交流电压部分。
4.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置(1)，其特征在于，所述控制单元(7)设计用于借助所述控制信号(8)的声学部分(10)激励所述致动器(4)的衔铁(5)产生机械振动，以用于产生所述声学反馈(14)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置(1)，其特征在于，所述致动器(4)依据所述触觉部分(9)以致动器周期持续时间实施旋转或者摆动运动，并且所述声学部分(10)包括振动，所述振动的周期持续时间比所述致动器周期持续时间更短。
6.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置(1)，其特征在于，所述操作装置(1)设计用于输出至少在1kHz至5kHz的频率范围内的声学反馈(14)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置(1)，其特征在于，所述操作装置(1)设计用于借助通过所述致动器(4)对所述操作表面(3)的振动激励来产生声学反馈(14)。
8.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的操作装置(1)的机动车(2)。
9.一种用于运行操作装置(1)的方法，其中，
-通过控制单元(7)产生包括触觉部分(9)的控制信号(8)，
-借助所述控制信号(8)控制至少间接与操作表面(3)耦合的致动器(4)，
-通过所述致动器(4)根据所述控制信号(8)的触觉部分(9)在所述操作表面(3)上产生触觉反馈(12),
其特征在于，
-通过所述控制单元(7)产生包括声学部分(10)的控制信号(8),
-通过所述致动器(4)根据所述控制信号(8)的声学部分(10)产生声学反馈(14)。
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