ES2863660T3 - Unidad de mando para un aparato, en particular para un componente de vehículo - Google Patents
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Abstract
Unidad de mando para un aparato, p. ej. para un componente de vehículo, en particular interfaz hombre- máquina, con - una carcasa (10), que presenta un elemento de mando (12) así como está prevista para la fijación en un dispositivo, en particular un tablero de instrumentos del vehículo o consola central del vehículo, - donde el elemento de mando (12) está montado de forma elástica en la carcasa (10), - un actuador (16) para la excitación mecánica del campo de mando (12) que se realiza al reconocer un manejo del elemento de mando (12) y - un peso de compensación (20), - donde el peso de compensación (20) se puede excitar mecánicamente al reconocer un manejo del elemento de mando (12) por el o por un actuador (16) y está montado de forma elástica en y/o sobre la carcasa (10) y/o de forma elástica en el campo de mando (12), - donde el peso de compensación (20) se puede mover para la compensación de las fuerzas que actúan sobre la carcasa (10) durante la excitación mecánica del campo de mando (12) y - donde el campo de mando (12) está configurado como lado delantero de una unidad de visualización (32) que está montada de forma elástica en la carcasa (10), caracterizada - porque el peso de compensación (20) está configurado como una unidad de retroiluminación (34) para la retroiluminación de la unidad de visualización (32).
Description
DESCRIPCIÓN
Unidad de mando para un aparato, en particular para un componente de vehículo
La invención se refiere a una unidad de mando para un aparato, que es en particular un componente de vehículo. En particular, la invención se refiere a unidades de mando con una retroalimentación háptica activa con compensación de fuerza, de modo que se compensan o al menos amortiguan las oscilaciones de la unidad de mando que se producen a causa de la retroalimentación háptica activa.
Los grupos constructivos de pantalla en automóviles se equipan con frecuencia con una retroalimentación háptica activa. A este respecto, el desencadenamiento de la retroalimentación en un campo de mando afectado por una masa no despreciable no debe generar una transmisión de fuerza dinámica inadmisible sobre el vehículo, dado que esta puede conducir según la situación de instalación a ruidos o vibraciones parásitas.
Además, la retroalimentación háptica debe ser ampliamente independiente de la elasticidad de la fijación en el vehículo.
Un aparato equipado con una retroalimentación háptica activa se compone esencialmente de un campo de mando (p. ej. pantalla) que está fijado elásticamente a través de un sistema de resorte en la carcasa del aparato, y un actuador para la desviación del campo de mando. En la fig. 1 están representadas las fuerzas que actúan en una estructura del aparato semejante.
Para la generación de la retroalimentación háptica se desvía la pantalla con un determinado desarrollo de recorrido x-i(t) desde su posición de reposo. La aceleración de la pantalla a-i(t) puede adoptar en este caso valores de más de 30 m/s2, lo que en el caso de una masa de pantalla móvil ith por encima de 0,5 kg y una masa de carcasa m2 pequeña en general conduce a una fuerza dinámica F2(t) no a despreciar sobre la fijación del aparato en el vehículo.
En el caso de una sujeción o fijación del aparato rígida (sistema de resorte rígido c2, d2), esta fuerza con variación temporal rápida puede provocar ruidos o vibraciones inadmisibles en el vehículo.
En el caso de una fijación blanda de la carcasa (sistema de resorte blando c2, d2), por el contrario, resulta ser difícil la observancia de las tolerancias de instalación del aparato en el vehículo. Además, eventualmente no es posible la determinación del desarrollo de fuerza del actuador requerido FAkt(t) por la presencia de un grado de libertad adicional, a saber, el movimiento de carcasa X2(t) y por consiguiente también frecuencias naturales adicionales en el sistema. Por los documentos DE-B-11 2011 101 553, US-A-2011/0276878 y US-A-2013/0127767 se conocen unidades de mando según el preámbulo de la reivindicación 1.
El objetivo de la invención es crear un concepto mejorado con vistas de la generación de ruidos o vibraciones parásitas para una unidad de mando con retroalimentación háptica activa.
Para la solución de este objetivo, con la invención se propone una unidad de mando para un aparato, p. ej. para un componente de vehículo, en particular interfaz hombre máquina (IHM o bien HMI), donde la unidad de mando está provista con
- una carcasa, que presenta un elemento de mando así como está prevista para la fijación en un dispositivo, en particular un tablero de instrumentos del vehículo o consola central del vehículo,
- donde el elemento de mando está montado de forma elástica en la carcasa,
- un actuador para la excitación mecánica del campo de mando que se realiza al reconocer un manejo del elemento de mando y
- un peso de compensación,
- donde el peso de compensación se puede excitar mecánicamente al reconocer un manejo del elemento de mando por el o por un actuador y está montado de forma elástica en y/o sobre la carcasa y/o de forma elástica en el campo de mando,
- donde el peso de compensación se puede mover para la compensación de las fuerzas que actúan sobre la carcasa durante la excitación mecánica del campo de mando (es decir, para la compensación esencial de un movimiento de la carcasa durante la activación del actuador que excita de forma mecánica el campo de mando),
- donde el campo de mando está configurado como lado delantero de una unidad de visualización que está montada de forma elástica en la carcasa, y
- donde el peso de compensación está configurado como una unidad de retroiluminación para la retroiluminación de
la unidad de visualización.
La característica esencial de la invención es el uso de una pantalla retroiluminada, donde la particularidad consiste en que la unidad de retroiluminación, que presenta las fuentes de luz y en general, pero no necesariamente, también un difusor para la dispersión homogeneizadora de la luz de retroiluminación, está separada de la unidad de visualización verdadera, de modo que ambas se pueden mover independientemente entre sí. Esto se puede aprovechar ahora para aportar la compensación de vibraciones mediante movimientos de excitación opuestos vectorialmente de la unidad de visualización y unidad de retroiluminación. Si la unidad de retroiluminación no presenta propiedades de difusor, un difusor se sitúa convenientemente, en particular de forma fija entre la unidad de retroiluminación y la unidad de visualización, p. ej. en el lado posterior de la unidad de visualización.
En particular es ventajoso que el peso de compensación se pueda mover con un desfase de esencialmente 180° respecto al movimiento de excitación del elemento de mando, donde la carrera de movimiento del peso de compensación está seleccionada teniendo en cuenta al menos la relación de la masa del elemento de mando respecto a la masa del peso de compensación.
En la invención está previsto así que la unidad de retroiluminación se pueda excitar de forma opuesta vectorialmente respecto a la unidad de visualización. Además, puede ser ventajoso que las carreras de movimiento de la unidad de visualización y unidad de retroiluminación durante la excitación por el o los actuadores estén diseñadas en función de la relación de las respectivas masas de la unidad de visualización y unidad de retroiluminación y/o de la relación de la posición de los centros de masas de la unidad de visualización y unidad de retroiluminación y/o los elementos de amortiguación por resorte de los respectivos alojamientos elásticos de la unidad de visualización y unidad de retroiluminación en la carcasa y/o de la magnitud de las componentes de la carrera de movimiento o carreras de movimiento dirigidas de forma opuesta vectorialmente entre sí de la unidad de visualización y unidad de retroiluminación.
En otra configuración ventajosa de la invención puede estar previsto que esté previsto un actuador común para el movimiento tanto de la unidad de visualización como también de la unidad de retroiluminación, donde el actuador presenta un órgano de ajuste variable en longitud con dos extremos alejados entre sí, cuya distancia se puede modificar por el movimiento en sentido opuesto y de los que el un extremo está en conexión operativa con la unidad de visualización y el otro extremo con la unidad de retroiluminación con el fin de una excitación mecánica de la unidad de visualización y unidad de retroiluminación.
Según la invención puede estar previsto que el o los actuadores trabaje / trabajen de forma electromecánica o piezoeléctrica.
La invención se explica más en detalle a continuación mediante varios ejemplos de realización, así como en referencia al dibujo. En detalle, muestran a este respecto:
Fig. 1 esquemáticamente las fuerzas que aparecen en una unidad de mando con retroalimentación háptica activa
Fig. 2 una representación esquemática de las fuerzas que aparecen en el caso de uso según la invención de un contrapeso como masa de compensación,
Fig. 3 esquemáticamente una construcción de una retroalimentación háptica sin fuerza antagonista en una unidad de mando,
Fig. 4 una representación esquemática de una estructura mecánica para la transmisión de un impulso sobre una interfaz de mando sin fuerza totales resultantes o impulsos totales sobre la sujeción mecánica, Fig. 5 una representación esquemática de la estructura según la fig. 4, no obstante, con actuador que trabaja de forma piezoeléctrica y
Fig.6 una ampliación del concepto de la estructura según la fig. 4 de un dispositivo para el reconocimiento de la fuerza de mando.
En primer lugar, mediante las figs. 1 a 3 se debe tratar totalmente en general el concepto de la compensación de masa en el caso de una unidad de mando con la retroalimentación de fuerza.
Según la invención se propone el uso de una contramasa 20 móvil y montada de forma elástica (véase sistema de resorte - masa 22) entre el actuador 16 y la carcasa 10 para la compensación de las fuerzas que actúan sobre la carcasa 10 (figs. 1 y 2).
Al diseñar correspondientemente el sistema de resorte - masa 22 adicional o c3, d3, m3 se puede eliminar la fuerza resultante Fz(t) que actúa sobre el vehículo (las fuerzas estáticas que se originan por gravedad no desempeñan ningún papel en la generación de ruidos o vibraciones).
Para una desviación de pantalla x1(t) predeterminada a voluntad se puede eliminar la desviación x2(t)/movimiento de la carcasa del aparato y por consiguiente también la fuerza F2(t) sobre la fijación del aparato bajo las siguientes condiciones:
De ello resulta la desviación de la contramasa 20:
Bajo estas condiciones, la elasticidad de la fijación del aparato 18 tampoco tiene influencia sobre la retroalimentación háptica. La contramasa 20 o m3 está limitada en general por las especificaciones de espacio constructivo y es menor que la masa de pantalla m1. Idealmente se puede realizar como una parte del actuador 16.
La presente invención permite
- generar una retroalimentación sobre superficies afectadas por la masa sin efecto de fuerza dinámica sobre el entorno, - generar una retroalimentación háptica en un aparato de mando que es independiente de la elasticidad de la fijación del aparato.
En la fig. 3 está esbozado un dispositivo con una retroalimentación háptica sin fuerza antagonista.
En el ejemplo representado, el actuador 20 está configurado como imán a tracción y presenta un paquete de chapas de estator montado de forma elástica en la carcasa 10 con la bobina de actuador (estator 26) y un paquete de chapas de armadura unido de forma fija con la pantalla 10 (armadura 28). El estator 26 forma la contramasa móvil 20. En el caso del ajuste del entrehierro en el imán a tracción se debe tener en cuenta la desviación máxima de la pantalla 10 y la contramasa 20 entre sí. El estator 26 está montado de forma elástica (sistema de resorte - masa 22) en la carcasa 10, pero también puede estar unido de forma elástica en lugar de ello con el campo de mando 12.
Mediante las figs. 4 a 6 se explican a continuación más en detalle las piezas mecánicas posibles de una unidad de mando con un elemento de visualización y mando, que está retroiluminada. En tanto que en estas figuras se usan las mismas referencias que en las figs. 1 a 3, designan elementos iguales constructivamente o iguales funcionalmente.
Según la fig. 4, el actuador 16 después de su activación genera fuerzas que conducen a la aceleración y movimiento de dos componentes fijados en él, separados entre sí, a saber una unidad de visualización (p. ej. LCD) 32 y una unidad de retroiluminación 34 para la unidad de visualización 32. Los movimientos de la unidad de visualización 32 y unidad de retroiluminación 34 están caracterizados por x1 y x3. El actuador 16 está caracterizado esencialmente porque desvía la unidad de visualización 32 y la unidad de retroiluminación 34 con un desfase de 180° entre sí. Para ello, el actuador 16 puede estar diseñado p. ej. como electroimán, elemento piezoeléctrico, etc. La disposición del actuador 16 mostrada en la fig.4 es un tipo de realización posible. En general la integración del actuador 16 está determinada solo por el desencadenamiento resultante de los movimientos X1 y X3 de la unidad de visualización 32 y unidad de retroiluminación 34, lo que se puede realizar p. ej. por la disposición del actuador 16 por debajo de la unidad de retroiluminación 34.
En la fig. 5 está representado un ejemplo de realización con actuador piezoeléctrico 16. El actuador 16 presenta un material piezoeléctrico 35, que se deforma mecánicamente al aplicar una tensión. La unidad de visualización 32 y la unidad de retroiluminación 34 están unidas mecánicamente en diferentes lados del material piezoeléctrico 35 del actuador 16.
La unidad de visualización 32 presenta una superficie (campo de mando 12) que se puede tocar por el usuario. La unidad de retroiluminación 34 no se puede tocar por el usuario y además está desacoplada por la superficie que se puede tocar de la unidad de visualización 32, así como la misma unidad de visualización 32. El usuario percibe el movimiento de retroalimentación de la unidad de visualización 32 después de la excitación mediante el actuador 16 por medio de la transmisión de fuerza, p. ej. impulso, en el medio de entrada correspondiente, es decir, por ejemplo el dedo, de modo que se conseguirá retroalimentación háptica después de la interacción valida con la unidad de mando. Se consigue una sujeción mecánica sin impulso total y sin fuerza total en la carcasa 10, cuando
- la unidad de visualización 32 se mueve de forma opuesta vectorialmente respecto a la unidad de retroiluminación 34, p. ej. cuando la unidad de visualización 32 se mueve en la dirección X positiva y simultáneamente la unidad de retroiluminación 34 se mueve en la dirección negativa, y
- los elementos de amortiguación por resorte 36 y 38, con los que están unidas la unidad de visualización 32 así como la unidad de retroiluminación 34 respectivamente de forma elástica con la carcasa 10, están diseñados de modo que se anulan en suma los impulsos locales absorbidos de la unidad de visualización 32 y unidad de retroiluminación 34. Este enfoque no presupone en general lo siguiente, pero tampoco lo excluye:
- igualdad de masas de la unidad de visualización 32 y unidad de retroiluminación 34,
- igualdad de recorridos (x1,x3, en virtud al valor) de la unidad de visualización 32 y unidad de retroiluminación 34 e - igualdad de los elementos de amortiguación por resorte 36, 38.
En especial el elemento de mando tiene la estructura siguiente:
- interfaz de usuario, p. ej. vidrio cobertor con sensor táctil unido y células LC de una pantalla LC de la unidad de visualización LCD 32, que presenta dos polarizadores lineales, vidrio TFT y de filtro de color, LC y todos los componentes relevantes para su función y
- unidad de retroiluminación 34 (backlight) de la pantalla LC con capas ópticas de difusor, LEDs y todos los componentes relevantes.
En comparación al estado de la técnica de las pantallas LC, en las que la unidad de visualización 32 y la unidad de retroiluminación 34 no pueden realizar movimientos relativos entre sí, según la invención está previsto un movimiento libre entre ambos componentes. Ambos componentes satisfacen su funcionalidad completa, según se conoce de pantallas retroiluminadas. Además, los movimientos relativos de la unidad de visualización 32 y unidad de retroiluminación 34 deben ser tan pequeños que no se puedan observar efectos ópticos negativos, p. ej. salida de luz o aislamiento de la luz (movimientos respectivamente menores de 1 mm). La entrada de polvo y/o agua en la pantalla se impide por un borde elástico (p. ej. revestimiento de goma blanda). El borde elástico impide además la salida de la luz de la unidad de retroiluminación 34.
En comparación al estado de la técnica para las retroalimentaciones hápticas de un aparato con elemento de visualización (pantalla), en las que se mueve todo el elemento de visualización inclusive retroiluminación, con la invención, la masa a mover con unión a la interfaz de usuario se reduce al peso de la unidad de retroiluminación 34 y los componentes unidos mecánicamente con esta. Además, la unidad de retroiluminación 34 sirve como peso de compensación 20 para la unidad de visualización 32 y por consiguiente como componente decisivo para el diseño del aparato total sin impulso total. En particular no se necesitan otros contrapesos para la anulación del impulso total y se reduce por consiguiente en conjunto el peso del sistema.
Debido a la masa menor de los componentes en conexión con la interfaz de usuario se posibilita una retroalimentación háptica más fuerte para el usuario en el caso del mismo actuador 16 o el diseño de un actuador menor 16 en el caso de retroalimentación igual, perceptible.
En resumen, mediante la invención aquí descrita se consigue una retroalimentación háptica sobre la interfaz de usuario, y a saber sin transmisión de impulsos ni fuerzas de la unidad de visualización del campo de mando 32 sobre el entorno del aparato, lo que se implementa por división de la pantalla LC, así como la funcionalidad adicional de la unidad de retroiluminación 34 (backlight) como peso de compensación 20 para la unidad de visualización 32 con interfaz de mando del usuario.
La fig. 6 muestra una ampliación del concepto según las figs. 4 y 5 entorno al reconocimiento de la fuerza de mando en el caso de la interacción del usuario con la unidad de visualización 32.
Para el reconocimiento de la fuerza de mando se prevé una unidad sensora de distancia 40 que trabaja de forma capacitiva, resistiva, inductiva u óptica a partir de p. ej. varios pares de emisores 42 y receptores ópticos 44. Bajo la influencia del usuario, en el caso del accionamiento manual del campo de mando 12 de la unidad de visualización 32 tiene lugar un cambio de la distancia relativa z entre la unidad de visualización 32 y la unidad de retroiluminación 34, de modo que uno o varios observables del sistema de los sensores 42 y receptores 44 se pueden usar para la detección del cambio.
La integración de la unidad sensora de distancia 40 para la pantalla LC especial mencionada se realiza p. ej. en los respectivos bordes (marcos) de la unidad de visualización 32 y la unidad de retroiluminación 34.
LISTA DE REFERENCIAS
10 Carcasa
12 Campo de mando
14 Unión elástica del campo de mando 12 con la carcasa
16 Actuador
18 Unión de la carcasa con el vehículo
20 Peso de compensación
22 Unión elástica del peso de compensación con la carcasa y/o con el campo de mando 12
24 Vehículo o tablero de instrumentos del vehículo
26 Estator del imán a tracción realizado como actuador
28 Armadura del imán a tracción
30 Guía del campo de mando para el movimiento en el caso de retroalimentación háptica
32 Unidad de visualización
34 Unidad de retroiluminación
35 Material piezoeléctrico
36 Elemento de amortiguación por resorte
38 Elemento de amortiguación por resorte
40 Unidad sensora de distancia
42 Emisor de la unidad sensora de distancia
44 Receptor de la unidad sensora de distancia
m1 Masa del campo de mando
x1(t) Desviación del campo de mando
FAkt(t) Desarrollo de la fuerza del actuador
F1(t) Fuerza del campo de mando que actúa sobre la carcasa durante la excitación del mismo (F1(t) = FAkt -m1 x a1)
c1 Constante de resorte de la unión elástica del campo de mando con la carcasa
d1 Amortiguación de la unión elástica del campo de mando con la carcasa
m2 Masa de la carcasa
x2(t) Desviación de la carcasa a causa de la fuerza ejercida por el campo de mando excitado mecánicamente F2(t) Fuerza que actúa sobre la fijación de la carcasa
m3 Masa del peso de compensación
x3(t) Desviación del peso de compensación
F3 Fuerza que actúa sobre la carcasa por el peso de compensación
c3 Constante de resorte de la unión elástica del peso de compensación con la carcasa
d3 Amortiguación de la unión elástica del peso de compensación con la carcasa
z Distancia entre unidad de visualización y unidad de retroiluminación
Claims (4)
1. Unidad de mando para un aparato, p. ej. para un componente de vehículo, en particular interfaz hombremáquina, con
- una carcasa (10), que presenta un elemento de mando (12) así como está prevista para la fijación en un dispositivo, en particular un tablero de instrumentos del vehículo o consola central del vehículo,
- donde el elemento de mando (12) está montado de forma elástica en la carcasa (10),
- un actuador (16) para la excitación mecánica del campo de mando (12) que se realiza al reconocer un manejo del elemento de mando (12) y
- un peso de compensación (20),
- donde el peso de compensación (20) se puede excitar mecánicamente al reconocer un manejo del elemento de mando (12) por el o por un actuador (16) y está montado de forma elástica en y/o sobre la carcasa (10) y/o de forma elástica en el campo de mando (12),
- donde el peso de compensación (20) se puede mover para la compensación de las fuerzas que actúan sobre la carcasa (10) durante la excitación mecánica del campo de mando (12) y
- donde el campo de mando (12) está configurado como lado delantero de una unidad de visualización (32) que está montada de forma elástica en la carcasa (10),
caracterizada
- porque el peso de compensación (20) está configurado como una unidad de retroiluminación (34) para la retroiluminación de la unidad de visualización (32).
2. Unidad de mando según la reivindicación 1, caracterizada porque las carreras de movimiento de la unidad de visualización (32) y unidad de retroiluminación (34) durante la excitación por el o los actuadores (16) están diseñadas/determinadas en función de la relación de las respectivas masas de la unidad de visualización (32) y unidad de retroiluminación (34) y/o de la relación de la posición de los centros de masas de la unidad de visualización (32) y unidad de retroiluminación (34) y/o los elementos de amortiguación por resorte (36, 38) de los respectivos alojamientos elásticos de la unidad de visualización (32) y unidad de retroiluminación (34) en la carcasa y/o de la magnitud de las componentes de la carrera de movimiento o carreras de movimiento dirigidas de forma opuesta vectorialmente entre sí de la unidad de visualización (32) y unidad de retroiluminación (34).
3. Unidad de mando según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque está previsto un actuador común (16) para el movimiento tanto de la unidad de visualización (32) como también de la unidad de retroiluminación (34), donde el actuador (16) presenta un órgano de ajuste variable en longitud con dos extremos alejados entre sí, cuya distancia se puede modificar por el movimiento en sentido opuesto y de los que el un extremo está en conexión operativa con la unidad de visualización (32) y el otro extremo con la unidad de retroiluminación (34) con el fin de una excitación mecánica de la unidad de visualización (32) y unidad de retroiluminación (34).
4. Unidad de mando según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el o los actuadores (16) trabaja/trabajan de forma electromecánica o piezoeléctrica.
Applications Claiming Priority (2)
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