用于装置的操作单元、特别是用于车辆组件的操作单元

摘要

用于装置的操作单元，特别是用于车辆组件的操作单元，设置有壳体(10)，壳体(10)具有操作面板(12)并且被设置用于固定在设备中，特别是固定在车辆仪表板或车辆中央控制台中，操作面板(12)弹性地支承在壳体(10)上。此外，提供了一种用于在识别出操作面板(12)的操作时机械地激励操作面板(12)的促动器(16)。最后，操作单元还具有振动平衡质量(20)，当识别出操作面板(12)的操作时，该振动平衡质量(20)由促动器(16)机械地激励，以及振动平衡质量弹性地支承在和/或壳体(10)中，当机械地激励操作面板(12)的促动器(16)被激活时，其可运动以基本上补偿壳体(10)的运动。操作单元具有背光照明的显示器，其具有显示单元(32)和与其分离的背光单元(34)。背光单元(34)用作振动平衡质量。

权利要求

1.一种用于装置的操作单元，包括：‑壳体，其具有操作面板并且被设置用于固定在设备中，‑其中所述操作面板弹性地支承在所述壳体上，‑促动器，用于在识别出操作面板的操作时机械地激励所述操作面板，以及‑平衡配重，

‑其中，当识别出所述操作面板的操作时，所述平衡配重能被所述促动器或另外的促动器机械地激励，以及所述平衡配重弹性地支承在所述壳体中和/或所述壳体上，和/或弹性地支承在所述操作面板上，

‑其中，所述平衡配重能够运动，以平衡当所述操作面板受机械激励时作用在所述壳体上的力，以及

‑所述操作面板被构造为弹性地支承在所述壳体上的显示单元的前侧，其特征在于，

‑所述平衡配重被构造为用于对所述显示单元进行背光照明的背光单元。

2.根据权利要求1所述的操作单元，其特征在于，当由所述促动器激励时，所述显示单元和所述背光单元的运动行程根据显示单元和背光单元的相应质量之间的关系、和/或显示单元和背光单元的质心位置的关系、和/或显示单元和背光单元在壳体处的相应弹性支承的弹簧阻尼元件、和/或显示单元和背光单元的矢量相反指向的运动行程分量或运动行程的大小而被设计或确定。

3.根据权利要求1所述的操作单元，其特征在于，设置有共同的促动器，用于使所述显示单元和所述背光单元运动，其中所述促动器具有长度可变的执行机构，所述执行机构具有两个彼此背离的端部，其间距由于在相反方向上的运动而是可变的，其一端与所述显示单元可操作地连接，另一端与所述背光单元可操作地连接，用于所述显示单元和所述背光单元的机械激励。

4.根据权利要求1所述的操作单元，其特征在于，所述促动器以机电方式或压电方式工作。

5.根据权利要求1所述的操作单元，其特征在于，所述装置是车辆组件。

6.根据权利要求1所述的操作单元，其特征在于，所述操作单元是人机界面。

7.根据权利要求1所述的操作单元，其特征在于，所述设备是车辆仪表板或车辆中央控制台。

说明书

用于装置的操作单元、特别是用于车辆组件的操作单元

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于装置的操作单元，该装置尤其是车辆组件。本发明尤其涉及具有带有力补偿的主动触觉反馈的操作单元，使得由于主动触觉反馈而发生的操作单元的
振动被补偿或至少被衰减。

背景技术

[0002] 机动车辆中的显示组件通常配备有主动触觉反馈。这里，在具有不可忽略的质量的操作面板上触发反馈不应该在车辆上产生不期望的动态力传递，因为取决于安装情况，
这可能导致车辆中的寄生噪声或振动。

[0003] 此外，触觉反馈应当在很大程度上与车辆中的固定装置的弹性无关。

[0004] 配备有主动触觉反馈的装置基本上包括通过弹簧系统弹性地固定在装置壳体的操作面板(例如显示器)，以及用于使操作面板偏转的促动器。在图1中示出了在这种装置结
构中作用的力。

[0005] 为了产生触觉反馈，显示器以确定的轨迹x1(t)从其静止位置偏转。在这里，显示2
器加速度a1(t)可以取超过30m/s的值，在移动的显示器质量m1大于0.5kg以及通常较小的
壳体质量m2的情况下，这导致不可忽略的动态力F2(t)作用在车辆中的装置固定结构上。

[0006] 在刚性的装置支架或固定结构(刚性弹簧系统c2，d2)的情况下，该力随时间快速变化可能导致车辆中出现不希望的噪音或振动。

[0007] 相反，在软固定结构(软弹簧系统c2，d2)的情况下，难以遵守装置在车辆中的安装公差。此外，由于存在额外的自由度，即壳体位移x2(t)以及因此系统中的附加的共振频率，
最终可能无法调节必要的促动器力走向FAkt(t)。

[0008] 由DE 11 2011 101 553 B4和US 2013/0127767 A1已知根据权利要求1的前序部分的操作单元。

发明内容

[0009] 本发明的目的是提供一种用于具有主动触觉反馈的操作单元的概念，其在寄生噪声或振动的产生方面得到改进。

[0010] 为了实现该目的，本发明提供了一种用于装置(例如车辆组件)的操作单元，特别是人机界面(MMI或HMI)，其中操作单元设置有

[0011] ‑壳体，其包括操作面板并且被设置用于固定在设备、特别是车辆仪表板或车辆中心控制台中，

[0012] ‑其中所述操作面板弹性支承在壳体上，

[0013] ‑促动器，所述促动器用于在识别出操作面板被操作时、机械地激励所述操作面板，以及

[0014] ‑平衡配重，

[0015] ‑其中当识别出操作面板的操作时所述平衡配重可被所述促动器或促动器机械地激励，以及所述平衡配重弹性支承在壳体中和/或壳体上和/或弹性地支承在操作面板上，

[0016] ‑其中所述平衡配重可运动，以便平衡当操作面板被机械激励时作用在壳体上的力(即，在机械地激励操作面板的促动器被激活时基本上平衡壳体的运动)，

[0017] ‑其中所述操作面板被构造为显示单元的前侧，该显示单元弹性地支承在壳体上，并且

[0018] ‑其中平衡配重被构造为用于对显示单元进行背光照明的背光单元。

[0019] 本发明的一个特征是使用背光显示器，其中特殊性在于：包括光源、通常但不一定还有用于背光均匀散射的漫射器的背光单元与实际的显示单元分开，使得两者可以彼此独
立地运动。这现在可被用来通过显示单元和背光单元的相反矢量的激励运动来提供振动平
衡。只要背光单元不具有任何漫射器特性，则在背光单元和显示单元之间、例如在显示单元
的后侧上就尤其是以固定方式适当地设置漫射器。

[0020] 特别地，有利的是：平衡配重相对于操作面板的激励运动可相移大约180°地运动，平衡配重的运动行程至少考虑到操作面板的质量与平衡配重的质量之间的关系来选择。

[0021] 因此，本发明规定：背光单元可与显示单元矢量相反地被激励。还有利的可以是：当被该促动器或这些促动器激励时，根据显示单元和背光单元的相应质量之间的关系、和/
或显示单元与背光单元的质心的位置之间的关系、和/或显示单元和背光单元在壳体上的
相应弹性支承的弹簧阻尼元件、和/或显示单元和背光单元的矢量相反指向的运动行程分
量或运动行程的大小来设计显示单元和背光单元的运动行程。

[0022] 在本发明的另一有利扩展方案中，可以规定：为移动显示单元和背光单元两者而设置共同的促动器，该促动器包括长度可变的执行机构，其具有两个彼此背离的端部，其间
距由于在相反方向上的运动而是可变的，其一端与显示单元可操作地连接
(Wirkverbindung)，另一端与背光单元可操作地连接，用于显示单元和背光单元的机械激
励。

[0023] 根据本发明，可以规定：该促动器或这些促动器以机电或压电方式工作。

附图说明

[0024] 下面将参考多个实施例并参考附图更详细地解释本发明。具体而言，附图中：

[0025] 图1示意性示出具有主动触觉反馈的操作单元中出现的力，

[0026] 图2示出当根据本发明使用配重作为平衡质量时出现的力的示意图，

[0027] 图3示意性示出操作单元中无反作用力的触觉反馈的结构，

[0028] 图4示出用于将脉冲传递到操作者表面、而没有至机械紧固装置上的总力或总脉冲的机械结构的示意图，

[0029] 图5示出根据图4的、但具有压电方式工作的促动器的示意图，和

[0030] 图6示出以用于识别操作力的装置来扩展根据图4结构的概念。

具体实施方式

[0031] 首先应借助图1至图3对具有力反馈的操作单元中的质量平衡的概念进行一般探讨。

[0032] 根据本发明，建议在促动器16和壳体10之间使用弹性支承的(见弹簧‑质量系统22)可移动的配衡质量20，以平衡作用在壳体10上的力(图1和2)。

[0033] 在相应地设计附加的弹簧‑质量系统22或c3，d3，m3的情况下，可以消除作用在车辆上的合力F2(t)(由重力产生的静力在噪声或震动的形成中是不重要的)。

[0034] 对于任意预给定的显示器偏转x1(t)，在下列条件下可以消除装置壳体的偏转x2(t)/运动以及因此装置固定结构上的力F2(t)：

[0035]

[0036] 这导致配衡质量20的偏转：

[0037]

[0038] 在这些条件下，装置固定结构18的弹性也不会对触觉反馈产生任何影响。配衡质量20或m3通常受到安装空间规格的限制，并且小于显示器质量m1。理想地，它可以实现为促
动器16的一部分。

[0039] 本发明能够实现

[0040] ‑在具有质量的表面上产生触觉反馈，而不对周围环境施加动态力的作用，

[0041] ‑在操作装置中生成触觉反馈，其与装置固定结构的弹性无关。

[0042] 在图3中，绘出了具有无反作用力的触觉反馈的装置。

[0043] 在所示的实施例中，促动器16被构造为牵引磁体并且包括具有促动器线圈(定子26)的定子叠片铁心和固定地连接到显示器10的衔铁叠片铁心(衔铁28)，其中所述定子叠
片铁心被弹性支承在壳体10上。定子26构成可运动的配衡质量20。当调节牵引磁体中的气
隙时，必须考虑显示器10和配衡质量20相对于彼此的最大偏转。定子26在壳体10上弹性地
支承(弹簧‑质量系统22)，但是也可以替代地弹性地连接到操作面板12。

[0044] 在下文中，将借助图4到图6详细说明操作单元的可能的机械结构，所述操作单元具有被背光照明的显示器和操作元件。如果这些图中使用的参考标号与图1到图3中使用的
参考标号相同，则它们指的是结构或功能相同的元件。

[0045] 按照图4，促动器16在其激活之后产生力，该力导致固定在其上的两个相互分离的部件、即(例如LCD)显示单元32和用于显示单元32的背光单元34的加速和运动。显示单元32
和背光单元34的运动由x1和x3表示。促动器16实质上特征在于它使显示单元32和背光单元
34相对于彼此相移180°而偏转。为此目的，促动器16例如可以设计为电磁体、压电元件等。
图4中所示的促动器16的布置是可能的实现形式。通常，促动器16的集成仅由显示单元32和
背光单元34的运动x1和x3的合成的触发来确定，这例如可以通过将促动器16布置在背光单
元34下方实现。

[0046] 在图5中示出了带有压电促动器16的实施例。促动器16具有压电材料35，当施加电压时，压电材料35机械地变形。显示单元32和背光单元34机械地连接到促动器16的压电材
料35的不同侧。

[0047] 显示单元32具有可以由用户触摸的表面(操作面板12)。背光单元34不能被用户触摸，并且背光单元34还与显示单元32的可触摸表面以及显示单元32本身脱耦。在通过促动
器16的激励之后，借助至相应输入装置(即例如手指)上的力(例如脉冲)的传递，用户感觉
到显示单元32的反馈运动，从而在与操作单元进行有效交互后获得触觉反馈。

[0048] 如果

[0049] ‑显示单元32在与背光单元34相反矢量方向上运动，例如，如果显示单元32在正X方向上并且同时背光单元34在负X方向上运动，以及

[0050] ‑弹簧阻尼元件36和38被设计成使得接收到的、显示单元32和背光单元34的局部脉冲在和上地相互抵消，其中所述显示单元32和背光单元34分别利用所述弹簧阻尼元件弹
性地连接到壳体10上；

[0051] 则在壳体10中实现没有总脉冲并且没有总力的机械紧固。

[0052] 一般来说，这种方法不是必需、但也不排除以下内容：

[0053] ‑显示单元32和背光单元34的相同质量，

[0054] ‑显示单元32和背光单元34的相同路径(x1，x3，根据数值)，和

[0055] ‑弹簧阻尼元件36、38的相同性。

[0056] 具体而言，操作元件具有以下结构：

[0057] ‑用户表面，例如具有接合的触摸传感器和LCD显示单元32的LC显示器的LC单元的盖玻璃，包括两个线性偏振器、TFT和滤色器玻璃、LC和与其功能相关的所有组件，以及

[0058] ‑具有光学漫射层、LED和所有相关组件的LC显示器的背光单元34(背光)。

[0059] 与其中显示单元32和背光单元34不能相对于彼此进行任何相对运动的LC显示器的现有技术相比，本发明提供了两个组件之间的自由运动。这两个组件都能实现其正如从
背光显示器所知的全部功能。此外，显示单元32和背光单元34的相对运动应该很小(分别小
于1毫米的运动)，以至于没有例如由于光逃逸或光密封引起的负面光学效应可以被观察
到。通过弹性边框(例如软橡胶包套)防止灰尘和/或水进入显示器。弹性边框还防止背光单
元34的光逸出。

[0060] 对比具有显示元件(显示器)的装置的触觉反馈的现有技术，在其中整个显示元件包括背光装置被移动，利用本发明，要运动的质量(连同至用户表面的连接)被减少到背光
单元34和机械连接到其上的部件的重量。此外，背光单元34用作显示单元32的平衡配重20，
并且因此用作整个装置的用于无总脉冲设计的关键部件。特别是，不需要额外的配重来消
除总脉冲，因此整体上降低了系统重量。

[0061] 由于连接到用户表面的组件的质量小，所以能够实现在相同的促动器16的情况下向用户提供更强的触觉反馈；或者在相同的可感知的反馈情况下，能够设计更小的促动器
16。

[0062] 总之，这里所描述的本发明实现了对用户表面的触觉反馈，而没有从操作面板显示单元32向装置环境传递脉冲或力，这通过划分LC显示器，以及通过背光单元34(背光)作
为相对于具有用户操作表面的显示单元32的平衡配重20的附加功能来实现。

[0063] 图6示出了根据图4和5的概念的扩展，其中扩展了在用户与显示单元32的交互情况下识别操作力。

[0064] 为了识别操作力，设置例如由多对光发射器42和接收器44构成的距离传感器系统40，所述距离传感器系统例如以电容方式、电阻方式、电感方式或光学方式地工作。通过用
户的动作，在对显示单元32的操作面板12的手动操作时发生在显示单元32和背光单元34之
间的相对距离z的变化，从而发射器42和接收器44的一个或多个系统可观测量可被用于检
测所述变化。

[0065] 例如在显示单元32和背光单元34的相应边框(框架)中实现用于上述特定LC显示器的距离传感器系统40的集成。

[0066] 参考标号列表

[0067] 10      壳体

[0068] 12      操作面板

[0069] 14      操作面板12与壳体的弹性连接

[0070] 16      促动器

[0071] 18      壳体与车辆的连接

[0072] 20      平衡配重

[0073] 22      平衡配重与壳体和/或操作面板12的弹性连接

[0074] 24      车辆或车辆仪表板

[0075] 26      构造为促动器的牵引磁体的定子

[0076] 28      牵引磁体的衔铁

[0077] 30      用于触觉反馈时的运动的操作面板导向装置

[0078] 32      显示单元

[0079] 34      背光单元

[0080] 35      压电材料

[0081] 36      弹簧阻尼元件

[0082] 38      弹簧阻尼元件

[0083] 40      距离传感器系统

[0084] 42      距离传感器系统的发射器

[0085] 44      距离传感器系统的接收器

[0086] m1      操作面板的质量

[0087] x1(t)     操作面板偏转

[0088] FAkt(t)   促动器力走向

[0089] F1(t)    在其激励时作用在壳体上的、操作面板的力(F1(t)＝FAkt‑m1×a1)

[0090] c1       操作面板与壳体的弹性连接的弹簧常数

[0091] d1       操作面板与壳体的弹性连接的阻尼

[0092] m2       壳体的质量

[0093] x2(t)    通过被机械激励的操作面板施加的力导致的壳体偏转

[0094] F2(t)    作用在壳体固定结构上的力

[0095] m3       平衡配重的质量

[0096] x3(t)    平衡配重的偏转

[0097] F3       通过平衡配重作用在壳体上的力

[0098] c3       平衡配重与壳体的弹性连接的弹簧常数

[0099] d3       平衡配重与壳体的弹性连接的阻尼

[0100] z        显示单元和背光单元之间的距离