CN115867455A - 具有触敏操作面的操作单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种操作单元(1)，它具有触敏操作面(3)和控制单元(5)，其中，该操作面(3)设计用于检测触摸区域并且传输关于触摸区域的信息至控制单元(5)，其中，该控制单元(5)从关于触摸区域的信息中确定操作面(3)上的激活位点，并且当该激活位点位于预定的区块中时执行配属于该区块的功能，其中，仅当操作面(3)的触摸区域的走向的所确定的运动速度超过预定的极限值时，控制单元(5)才从限界指尖的、沿操作面(3)的表面上的手指的运动方向靠前的边界线上或边界线区域内的位置确定该激活位点，否则从操作面(3)的在一个时刻由手指触摸的所有区域的面重心确定该激活位点。

Description

具有触敏操作面的操作单元

技术领域

本发明涉及一种具有触敏操作面和控制单元的操作单元以及一种具有这种操作单元的方向盘。

背景技术

触敏操作面由现有技术已知。因此，例如US 2011 0148770A1涉及一种方法，其中，采集触敏表面上的用户输入，识别复杂的输入用触摸模式并且执行基于触摸模式的动作。触摸模式在此是以下当中之一：时间模式，多种形式的借助手指等的多点触摸手势，沿键盘上的位点的一次或多次触摸的运动，具有变化的强度或接触角度的一系列触摸。所述动作还是以下之一：执行系统动作，添加特征至文本，过滤以除去设计成休眠式的互动。

此外，US 2007/0 097 096A1涉及一种双模触摸屏互动，其中，一根手指的触摸触摸屏的表面的面积被确定，并且基于尺寸、形状或取向来确定借助手指的互动是否是指端互动或指面互动，并且其中，基于该确定来查明两种不同模式之一，其中，一种模式涉及指面互动，另一种模式涉及指端互动。

DE 10 2013 020 795 A1涉及一种用于控制机动车或包含在其中的装置的功能的方法，其中，手和/或手指和/或大拇指的运动或手势借助布置在方向盘的周围环境中的传感器单元来采集，并且在该运动或手势与预限定的运动或手势相关联的情况下将这一点视为对至少一个虚拟的但不真实存在的操作元件的操纵。该至少一个虚拟的操作元件在此在方向盘上被限定，其中，借助对准方向盘的传感器单元和评估单元来评估与方向盘相关的运动或手势，即使得传感器单元在至少一个在方向盘上预限定的区域中采集手和/或手指和/或大拇指的运动或手势并且将其转送至评估单元，评估单元将相对于方向盘所执行的被采集的运动或手势与至少一个预限定的存储的样式相比较，并且在预限定地与至少一个样式一致时，评估单元触发预限定的切换步骤。

此外，DE 699 30 774T2涉及一种电容式触摸板，以便提供电输出信号来选择性地控制在二维显示屏上的可视的屏显指针的运动，该电容式触摸板具有：多个，即N个单独的容量测量点，它们以二维的第一行/列阵列布置，其中，第一阵列具有N个行/列界面且第一阵列占据大体平坦的区域，该区域设计用于，与人手指接触面合作以产生用于控制指针运动的输出信号，其中，每个单独的测量点具有明确的输出信号，输出信号根据相对于人指端的位姿情况改变；多个，即N个单独的电阻节点，电阻节点以二维的第二行/列阵列布置，其中，第二阵列具有N个如下布置的行/列界面，该布置对应于第一阵列的N个行/列界面；电路装置，其将测量点的每个明确的输出信号提供到第二阵列的其中一个相应的电阻节点上；第一计算装置，其与第二阵列连接，以便根据第一阵列的平坦的区域上的人手指接触面的位置来计算重心信号；以及第一输出装置，其与第一计算装置连接并且根据重心信号来提供指针运动控制信号。

若触摸手指接触面的这种面重心或根据其它的方法所计算的基本上位于手指接触面的中心处的参考点被用作参考点，则使用者必须在经过操作表面的划扫运动中将其手指在预定的区块上移动，直到参考点、即重心位于该区块的区域中，由此，延迟地感知配属于该区块的功能的触发。

发明内容

本发明的任务是，改进一种尤其应用在车辆中的触敏操作单元。

本发明由独立权利要求的特征得到。有利的改进方案和设计方案是从属权利要求的主题。

本发明的第一方面涉及一种操作单元，其具有触敏操作面和控制单元，其中，该操作面设计用于检测操作面的由使用者的手指触摸的区域并将关于触摸区域的信息传输给控制单元，其中，控制单元设计用于，从关于触摸区域的信息确定操作面上的激活位点，并且在激活位点位于操作面的预定的区块中时执行配属于该区块的功能，其特征是，该控制单元设计用于，在触摸手指的能够限界指尖或指端的、沿操作面的表面上的手指的运动方向靠前的边界线上或边界线区域内确定激活位点。

触敏操作面是触摸板或触屏的一部分。在触屏情况下，控制单元可布置在屏幕的下侧，从而从外部将屏幕连同其控制单元感知为统一的设备。触敏操作面尤其具有电阻传感器单元的矩阵，但优选具有电容传感器单元的矩阵。在人手指非常靠近地接近电容传感器单元时，相应的容量改变，从而识别出手指的接近。屏幕的尤其电容的传感器单元中的每个将至少一个下述信息提供给控制单元，即是否探测到相应的传感器单元上的触摸，并且尤其还优选地，哪个信号值还位于相应的传感器单元上。这种信号值尤其根据相应的传感器单元上的手指区域的距离说明触摸强度。

激活位点是操作面上的通过手指接触而被触摸的位点或区域。操作面上的激活位点可以与由控制单元执行的功能相关联，例如是被符号显示示出的区块。

符号显示要么通过在操作表面本身上借助静态图形标记的显示、通过在触敏屏幕上的图标的显示来实现，要么在设计成触摸板的操作面情况下通过在配属的屏幕上的显示来实现。

一旦激活位点、即沿指尖的沿操作面上的手指的运动方向靠前的边界线或边界线区域在由符号可视化的区块的预定的区域内停留预定的时间，那么该功能被触发。预定的时间的计数以指尖的边界线或边界线区域初次到达预定的区块开始。当激活位点随时间变化时，也可以通过激活位点产生划扫手势。例如，在操作面的表面上变化的激活位点可以操作滑动调节器。

该控制单元从手指的运动方向确定触摸手指的指尖、尤其是其边界线相对于操作面且尤其是相对于操作面上的所有触摸区域所处的位置。所依据的假设条件是，手指在相应的应用中没有沿单纯垂直的方向击中操作面的表面，而是具有沿操作面的表面的运动方向，即执行划扫运动。手指的运动的切向分量在术语“运动方向”中被予以考虑。从该运动方向中查明手指的远端相对于操作面的位点。因此，在使用者的触摸输入时知晓触摸手指的边界线相对于操作面的位置或区域。

指尖在此包括指端并且尤其描述使用者的手指在指根的相反的端部上的远端，指根位于手指的近端处。此外，指尖尤其涉及手指的与指甲对置的侧面。

因为通过手指触摸所选的激活位点不像在现有技术中那样关于在操作面上的所有触摸区域的面的重心、而是依据指尖的边界线的位置或就区域而言的位置来确定，故可更快速地触发功能。此外，任何不希望的区块或符号也不会仅因为其被手指覆盖而“意外”被选中。根据本发明，控制单元设计用于，仅当操作面的触摸区域的走向的所确定的运动速度超过预定的极限值时才将激活位点与手指的限界指尖的边界线的位置或区域相关联，否则从操作面的在一个时刻被手指触摸的所有区域的面重心确定该激活位点。

运动速度可以在使用者建立触摸期间例如通过摄像头单元来采集。优选作为其替代，可以与之前的实施方式相似地从在操作面上触摸的区域的时间走向推导出运动速度。该实施方式有利地考虑以下假定条件：仅当使用者是足够果断的、即以最小速度以其指端朝包含激活区域的区块移动时，使用者才有意识地选中在其指端的区域内的由符号可视化的区块。在相应快速的、高于最小速度的运动速度下，使用者例如翻阅选单，在此对于快速的系统反应有利的是，一旦一个或多个符号被手指的位于运动方向上的边界线触摸，那么已经选中该一个或多个符号。相反，如果使用者在操作面上很缓慢地移动其手指，那么在操作安全性的范围内，在通过手指面重心触摸时，选中符号是有利的。

因此，本发明的有利的作用是，在触敏操作面上的仅意外被覆盖的区域没有被激活，而是仅当其被使用者的限界指尖的边界线触摸时原则上才激活一个区块。尤其在汽车领域的应用中、例如在方向盘上的触敏操作面——在那里，使用者的手指在操作面的边缘上朝操作面的中间的区块的方向移动——中，因此仅激活在指端或指尖的划扫运动时有意选中的、由相应的符号可视化的区块。

根据一个有利的实施方式，控制单元设计用于，从最高信号值的位置或从在触摸区域上从操作面采集的信号值的边界线上或边界线区域内的面重心确定激活位点。尤其地，如果触敏操作面具有传感器单元的矩阵形的布置，其中每个单独的传感器单元又设计用于确定相应的信号值，则不仅存在关于在每个传感器单元上存在触摸或没有触摸的二进制信息，而且也存在用于在相应的传感器单元上的触摸强度的尺度。强度通过信号值的大小被确定，信号值又取决于手指部距操作面的距离。

例如，手指部的距离和触摸面的形状取决于使用者按压操作面的力度。

这有利地造成，对触敏操作面的表面的轻柔的且可能无意的触摸未被控制单元归类为决定性的触摸。如果根据该实施方式在触摸手指的边界线或指端的区域内探测到信号值，那么一方面在边界线上或边界线区域内的被触摸的传感器单元的最高信号值的位置可被确定为激活位点，由此，在信号值有明显差异的情况下，目标准确地选中预定的区块。在边界线上或边界线区域内的相似地高的信号值中，确定在限界指尖的、沿运动方向靠前的边界线上或边界线区域内的传感器信号的面重心避免略高于另一信号值的信号值的过度加权。这种根据从现有技术已知的方法所确定的面重心可以理解为传感器单元的位点向量的算术平均值的几何解释(确切说是归一化积分)。

根据一个有利的实施方式，操作单元具有摄像头单元，其采集区域对准操作面，其中，控制单元设计用于，从摄像头单元的数据确定手指的运动方向。

摄像头单元尤其具有立体摄像头，以便也从图像中获得空间信息。摄像头单元的采集区域优选如此取向，即，借助图像识别来识别手指的运动方向，并且同时也识别指尖或指端相对于手腕的位姿。这有利地是一种用于采集手指的运动方向并且尤其也采集手指沿操作面的表面的取向的可靠的方法。

根据另一个替代的或附加的实施方式，控制单元设计用于，从在操作面上触摸的区域的时间走向确定手指的运动方向。

在操作面上触摸的区域的时间走向尤其借助操作面的被归类为被触摸的传感器单元的时间历史被确定。尤其当使用者的手指建立从一个边缘起朝操作面的中心的方向触摸操作面时，产生操作面的触摸区域的面积，该面积就时间来看逐渐增大，并且从该边缘起向内递增地扩大。有利地，根据该实施方式不需要摄像头单元，以便识别在操作面的表面上的手指的运动方向。

根据另一个有利的实施方式，该控制单元设计用于，仅当通过控制单元识别出从操作面的边缘起的手指触摸时，才将激活位点与限界指尖的边界线的位置或区域相关联。

该实施方式又有利地考虑以下情况：在切向地建立手指沿操作面的表面从边缘起朝操作面的中心的方向的触摸时，使用者以其指尖控制预定的区块以触发功能。为了表现尽可能快速的系统反应，该功能随着利用指尖的边界线或边界线区域到达预定的区块，优选在该区块内的一段停留时间后被触发。相反地，如果使用者将其手指放在操作面的远离边缘的区域中，则他希望直接或者必要时利用以其手指中心点从那里开始的划扫运动来激活功能，从而在该情况下，该激活位点例如优选通过确定由整个手指接触面造成的传感器信号的面重心而被确定。

根据另一个有利的附加的或替代的实施方式，控制单元设计用于，优选仅当触摸区域的面积在其时间走向中从操作面的边缘朝操作面的中心的方向增大时，才将激活位点与限界指尖的边界线的位置或区域相关联。触摸区域的面积的增大表示频繁的操作情况，其中，按照常规的方法、例如通过确定触摸面的面重心确定激活位点导致意外的误触发。如果使用者例如从操作区的边缘将其大拇指在例如布置在方向盘上的操作面上、朝待选择的区块的方向移动，例如在操作区中心中移动，则手指接触面连续变大，直到到达该符号。面重心的位置因此与指尖的位置或者边界线或边界线区域截然不同。因为顾客期望是选中由符号表示的区块，所以随着边界线到达符号区域、即区块区域而触发激活。以有利的方式，配属于区块的功能根据使用者期望被尽早触发。同时，避免通过激活位于手指接触面的中心的、例如对应于面重心的激活位点而意外地选中一个区块。

根据另一个有利的实施方式，控制单元设计用于，仅当超出操作面的相应的位置上的信号值的大小的预定的阈值时，才将操作面上的相应的位置归类为被触摸。关于尤其与电容传感器单元相关的信号值的定义及其阐述，参见上文。优选地，操作面设计成触敏屏幕。在该屏幕上，借助也被称为图标的符号来显示待操作的区块。

本发明的另一方面涉及一种方向盘，其具有这种操作单元和布置在方向盘轮圈中的接触传感器单元，其中，接触传感器单元设计用于，基于手在方向盘上关于操作单元的触摸位置来确定操作面的表面上的手指的运动方向，并且将所确定的运动方向传输给控制单元。

接触传感器单元尤其设计用于，探测对应于上述的使用者的车辆司机是否一手或两手把握方向盘。在这种接触传感器单元尤其用作驾驶辅助系统以提高安全性时，根据本发明的另一方面，将来自接触传感器单元的信息用于确定手在方向盘上的位置并因此利用该基本知识推断出在建立触摸时手指的运动方向，并且将该信息传输给控制单元。优选地，操作单元的操作面布置在方向盘上，优选布置在方向盘的辐条上，特别优选在方向盘的辐条至方向盘轮圈的过渡区域内布置在方向盘的辐条的径向靠外的端部上。

所提出的方向盘的优点和优选的改进方案通过以上关于所提出的操作单元作出的实施方案的相似的且根据意义的转移来得到。

附图说明

其它的优点、特征和细节由以下的描述得到，在该描述中，必要时参考附图详细描述至少一个实施例。相同的、相似的和/或功能相同的部件设有相同的附图标记，其中：

图1示出根据本发明的实施例的操作单元，

图2示出具有根据本发明的另一实施例的操作单元的方向盘，

图3示出操作区和操作手指，并且

图4示出作为滑动调节器的操作区和操作手指。

附图中的显示是示意性的并且是未按比例的。

具体实施方式

图1示出操作单元1，其具有设计成触敏屏幕3的操作区和控制单元5。控制单元5与屏幕3连接并且从其接收数据。屏幕3用于检测屏幕3的由使用者利用其手指所触摸的表面的区域。屏幕3还将关于检测触摸区域的信息传输至控制单元5。控制单元5于是从关于触摸区域的信息确定屏幕3上的激活位点。如果屏幕3上的激活位点未配属有功能，则不执行功能。相反地，如果激活位点位于相应的在屏幕3上示出的符号的预定的区块或区域中，则配属于该符号的功能通过控制单元5被执行。控制单元5确定在限界触摸指尖的边界线的区域内的激活位点。边界线沿屏幕3的表面上的手指的运动方向靠前。在此，由控制单元5确定在指尖的边缘区域内的信号值的面重心，并且在结束建立触摸时，在屏幕3的表面上的面重心的位点被确定为激活位点。边缘区能够仅包括边界线本身或从边界线起的具有预限定的宽度的区域。手指的运动方向由控制单元5从在屏幕3上触摸的区域的时间走向确定。运动方向在图1中利用箭头象征性示出。然而，仅当由控制单元5识别出从屏幕3的边缘起的手指触摸时，控制单元5才将激活位点与边界线的面重心或边界线的区域相关联。当触摸区域的面积在其时间走向中从屏幕3的一个边缘朝屏幕3的内部的方向增大时就是这种情况。在图1中就是这种情况：使用者的手指从屏幕外部，经由下边缘向左上方扫掠至未示出的图标上。

图2示出具有操作单元1的方向盘10。在此，不同于图1的示例地，屏幕3和控制单元5布置在同一单元中。屏幕3布置为，使得司机的左手的大拇指经由左侧的屏幕边缘(在方向盘的回正位置的情况下)沿屏幕3的表面朝方向盘的转动轴线的方向朝内掠入。在方向盘轮圈中布置有接触传感器单元12，其中，接触传感器单元12设计用于，基于手在方向盘10上关于操作单元1的触摸位置来确定屏幕3的表面上的手指的运动方向，并且将所确定的运动方向传输给控制单元5。也就是说，在屏幕3的区域内的方向盘轮圈上识别出司机的左手时，假定其手指也经由该边缘从方向盘轮圈起在屏幕3的表面上运动。其采集区域对准屏幕3的摄像头单元7附加地采集运动方向。仅当控制单元5从两个来源、即根据接触传感器单元12和摄像头单元7的数据识别出从屏幕3的边缘起的触摸时，控制单元5才将激活位点与在限界指尖的边界线上或边界线区域内的面重心相关联。

依据图3和图4，接下来说明根据本发明的操作单元相对于根据现有技术的实施方案的工作方式。

图3示出具有设计成图标22的符号A至F的操作区20。如果通过手指26触摸的激活位点位于图标22A至F的其中一个区块内，那么图标22表示配属有功能的预定的区块。为了更好概览，仅一个图标A至F设有附图标记22。操作手指26从右向左从操作区20的边缘起朝图标B的方向划扫。随着从该边缘起的运动，通过手指的平面的滑动运动建立虚线所示的传感器信号区27，即，在该区域内，例如在电容式触摸面或电容式显示器上产生传感器信号。基于从边缘起的运动方向，操作单元识别出，使用者以其手指移向待激活的图标并且在当前情况下想要激活配属于利用B标示的图标22的功能。基于使用者期望，在沿手指的运动方向靠前的边界线上或边界线区域内确定由手指触摸造成的激活位点28。一旦激活位点28位于图标22的利用B标示的区块中，则执行配属于图标22的功能。由此，使用者获得快速的系统反应。

与之不同，通过从现有技术已知的确定、例如确定传感器信号区27的重心来确定激活位点将导致激活位点24，其与使用者期望相反地导致配属于利用C标示的图标22的功能的触发。在此优选地，如果在传感器区的操作面上确定的运动速度高于可预定的极限值，则仅通过靠前的边界线来选择激活位点。相反地，如果使用者例如将手指放到传感器区上并且将该手指缓慢移动至该位置附近或必要时移动至下一位置，那么根据使用者期望优先考虑从手指触摸的区域的面重心确定激活位点。

在图4中作为另一应用情况示出具有触敏操作区20的操作单元，其中，通过选择由柱30表示的级别例如可以调节音响系统的音量，即，一旦手指的激活位点位于柱30的区域内，则调节出对应的音量。在图4的上侧图中，操作手指从右侧接近操作区20。下侧图示示出如下状态，在该状态中，手指从右侧边缘起移动到操作区20内直到达到第四柱30，并且全面接触，从而产生虚线所示的传感器信号区27。因为基于操纵方式显而易见的是，使用者想调节出配属于第四柱的音量，所以在沿手指的运动方向靠前的边界线上或边界线区域内确定由手指触摸造成的激活位点28。在该操作区上的手指的移动路径因此对应于激活位点28的变化。使用者因此获得其手指位置与其使用者期望的清晰的配属关系，由此保证便利的操纵。与之不同，根据前面的实施例，从传感器面27的面重心确定的激活位点24在运动速度超过极限值时是不适用的，因为使用者不能获知他必须将其手指移动到操作区上多远才能激活期望的音量。尤其在手指已经以相应的前进速度移入操作区20中的情况下，通过借助靠前的边界线确定激活位点，向使用者传达自发的、可理解的反应。在低于极限速度的缓慢运动或准静态运动时，从操作区20上的优选静态的手指接触位置(其中，通过面重心确定激活位点)起，在跟随手指接触位置的运动中，还通过面重心确定激活位点，从而对于使用者来说，仍然可以获知与其手指运动相关的所确定的激活位点。

根据本发明的操作单元允许明确改进例如布置在方向盘、门开关区或仪表板上的操作面的操作，操作面尤其基于其相对于使用者的空间布置而有利于以全面放置的手指的操作。操作面例如是电容式操作面，其具有带有静态区块的触敏传感器，触敏传感器例如取代机械开关。在另外的实施方式中，操作面是可通过触摸来操作配属的屏幕的触摸板或触摸显示器。

虽然本发明在细节上通过优选的实施例被详细说明和阐述，但本发明并不局限于所公开的示例，并且本领域技术人员能够从中推导出其它的变型，而不会脱离本发明的保护范围。因此清楚的是，存在多个变型可能性。也清楚的是，示例性地提到的实施方式实际上仅是示例，其绝不应理解为例如对发明的保护范围、应用可能性或配置的限制。相反，之前的描述和附图说明使本领域技术人员能够具体实现示例性的实施方式，其中，本领域技术人员在知晓所公开的发明构思下能完成例如关于在示例性的实施方式中提到的各个元件的功能或布置的各种各样的改变，而不会脱离通过权利要求书及其法律等价物、例如说明书中的详细阐述来限定的保护范围。

Claims (9)

1.一种操作单元(1)，该操作单元具有触敏操作面(3)和控制单元(5)，其中，该操作面(3)设计用于检测该操作面(3)的由使用者的手指触摸的区域并且传输关于触摸区域的信息至该控制单元(5)，其中，该控制单元(5)设计用于，从关于触摸区域的信息中确定该操作面(3)上的激活位点，并且在该激活位点位于操作面(3)的预定的区块中时，执行配属于该区块的功能，

其特征在于，该控制单元(5)设计用于，仅当该操作面(3)的触摸区域的走向的所确定的运动速度超过预定的极限值时，才在限界指尖的、沿该操作面(3)的表面上的手指的运动方向靠前的边界线上或边界线区域内确定该激活位点，否则从该操作面(3)的在一个时刻被手指触摸的所有区域的面重心确定该激活位点。

2.根据权利要求1所述的操作单元(1)，其中，该控制单元(5)设计用于，从最高信号值的位置或从在触摸区域上从该操作面(3)采集的信号值的边界线上或边界线区域内的面重心确定该激活位点。

3.根据权利要求1至2之一所述的操作单元(1)，该操作单元具有摄像头单元(7)，其采集区域对准该操作面(3)，其中，该控制单元(5)设计用于从该摄像头单元(7)的数据确定手指的运动方向。

4.根据权利要求1至2之一所述的操作单元(1)，其中，该控制单元(5)设计用于，从在该操作面(3)上触摸的区域的时间走向确定手指的运动方向。

5.根据前述权利要求之一所述的操作单元(1)，其中，该控制单元(5)设计用于，当通过该控制单元(5)识别出从该操作面(3)的边缘起的手指触摸时，将该激活位点与限界指尖的边界线的位置或区域相关联。

6.根据权利要求5所述的操作单元(1)，其中，该控制单元(5)设计用于，当该触摸区域的面积在其时间走向中从该操作面(3)的边缘朝该操作面(3)的内部的方向增大时，将该激活位点与限界指尖的边界线的位置或区域相关联。

7.根据前述权利要求之一所述的操作单元(1)，其中，该控制单元(5)设计用于，仅当超出该操作面(3)的相应的位置上的信号值的大小的预定的阈值时，才将该操作面(3)上的相应的位置归类为被触摸。

8.根据前述权利要求之一所述的操作单元(1)，其中，该操作面(3)设计成触敏屏幕。

9.一种方向盘(10)，该方向盘具有根据前述权利要求之一所述的操作单元(1)和布置在该方向盘(10)的方向盘轮圈中的接触传感器单元(12)，其中，该接触传感器单元(12)设计用于，基于手在该方向盘(10)上关于操作单元(1)的触摸位置来确定操作面(3)的表面上的手指的运动方向，并且将所确定的运动方向传输给控制单元(5)。

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