CN110573994B - 用于车辆部件的操作单元、特别是用于车辆的人机接口 - Google Patents
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Abstract
用于车辆部件的操作单元(10)设置有具有框架(16)的壳体(14)和显示器(62)，该显示器具有带有边缘(22)的透明防护盖(18)。沿着防护盖(18)的边缘(22)布置用于将弯曲波引入防护盖(18)的多个致动器(24)。向防护盖(18)上的每个致动器(24)分配接触面(34)，致动器(18)经由该接触面作用于防护盖，以便将弯曲波引入防护盖(18)中。由致动器(18)引入防护盖(18)中的弯曲波彼此叠加，并且向防护盖(18)给予可触觉检测的、空间分辨的表面结构。接触面(34)分别布置在距壳体(14)的框架(16)一定距离处，由此利用从所述距离的大小所得的波长或频率来衰减在防护盖(18)中引入弯曲波和/或弯曲波在防护盖(18)中的传播。用可听频率范围内的频率来选择用于衰减弯曲波的距离。
Description
本专利申请要求2017年2月16日提交的德国专利申请10 2017 103 162.6、2017年月2月16日提交的德国专利申请10 2017 103 166.9和2017年5月16日提交的德国专利申请10 2017 208 243.7的优先权，它们的内容通过引用结合到本专利申请的主题中。
本发明涉及一种用于车辆部件的操作单元例如人机界面(MMI或Human-Machine-Interface(HMI))，其具有用于对手动操作进行反馈的空间分辨的触觉。特别地，本发明涉及在通过弯曲波进行触觉反馈时的噪声抑制。除了用于车辆部件或在车辆中使用之外，操作单元还可以用于其他触摸屏输入设备。
对用于借助于触摸屏或触摸板操作车辆部件的命令的输入变得越来越流行。在此情况下，出于舒适的原因，期望人们接收到命令的有效输入、即有效的手动操作的反馈。在这方面，已经证明所谓的触觉反馈概念是成功的，在触觉反馈概念中反馈以触觉方式进行。在此情况下，触摸面板或触摸屏整体受到机械刺激，其中同样出于舒适的原因应该将振动减少到最小。理想情况下，触摸面板或触摸屏仅短暂振动一次，以便然后再次停在静止位置。
特别是对于越来越多地也安装在车辆中的较大面积的触摸屏，触觉反馈的传统概念由于要运动的部件的重量增加而存在不利因素。
已知为了触觉反馈而在触敏表面上压印这些弯曲波。这例如在EP 2 684 111 A1、US 9,436,284 B2和US 9,449,476 B2中描述。在这些已知的方法中使用致动器，所述致动器将弯曲波压印在例如盖片(例如触摸屏的防护盖)中。作为致动器尤其是使用压电致动器，其以一层或多层(所谓的多层压电元件)的方式实施。这种压电陶瓷元件(以下称为压电元件)在原理上是已知的并且抗剪地连接到防护盖以便在例如该防护盖中压印弯曲波，这可以例如通过粘接来进行。由于压电元件在电操控时的膨胀，压电元件使得防护盖局部地变形，从而在防护盖中传播弯曲波。因此，通过叠加以不同的方式和在不同的时刻***控的致动器(操控模式)，可以在防护盖中压印可触觉检测的、空间分辨的表面结构，该表面结构在不同的部位可以不同，也可以相同。
用于操控致动器的理论基础可以在Hudin等人的论文“Localized TactileFeedback on a transparent Surface through Time-Reversal Wave Focusing”(DOI：10.1109/TOH.2015.2411267)中得到。
在引发干扰的噪声发展中可以看到通过弯曲波进行的触觉反馈的某个缺点。因为通过弯曲波产生的防护盖振动在几Hz到大约16,000Hz到20,000Hz的频率范围内是可听见的。
本发明的任务是提供一种具有触敏操作面的操作单元，该操作面具有在通过弯曲波进行触觉反馈时的噪声抑制。
为了解决该任务，本发明建议一种用于车辆部件的操作单元，特别是用于车辆的人机界面(MMI或HMI)，其中，所述操作单元设置有
-具有框架的壳体，
-布置在所述壳体中和/或所述壳体上的显示器，该显示器包括具有边缘的透明防护盖，所述边缘由所述框架刚性包封，
-布置在所述壳体中和/或所述壳体上的触摸传感器，和
-沿着防护盖的边缘并排布置的多个致动器，用于在防护盖中引入弯曲波，
-其中对于每个致动器都在防护盖上分配接触面，该致动器经由该接触面作用于防护盖以在防护盖中引入弯曲波，
-其中由致动器在防护盖中引入的弯曲波在防护盖中叠加，并且以脉冲方式向防护盖给予可触觉检测的、空间分辨的表面结构，所述表面结构在防护盖的不同部位处可以是不同或相同的，
-其中接触面分别与壳体的框架有距离地布置，由此利用从所述距离的大小所得的波长或频率来衰减弯曲波至防护盖中的引入和/或弯曲波在防护盖中的传播，以及
-其中，所述距离被选择为衰减具有在可听频率范围内的频率的弯曲波，以及
-与触摸传感器和致动器连接的评估和操控单元，用于操控所述触摸传感器，用于评估由触摸传感器提供的信号并且用于依据由触摸传感器提供的信号来操控致动器。
本发明的各个实施方式是从属权利要求的主题。
因此，本发明的目的在于沿着操作单元的操作面载体(下文中也称为防护盖或盖板玻璃)的边缘布置致动器。在这一点上应该强调的是，在本发明的范围中术语“防护盖”和“盖板玻璃”同义地用于“操作面”。根据本发明，致动器与防护盖边缘的距离以及因此与刚性包封防护盖的框架的距离被选择为使得尽可能抑制具有在可听频率范围内(实施例高达20,000Hz)的频率的弯曲波的产生或在很大程度上衰减这种弯曲波的传播。这将在下面予以解释。
本发明利用在操作面板载体中压印弯曲波的概念，为此所有的致动器将匹配的、预先计算并存储的信号分别转换为局部有限作用的机械激励，这些机械激励在限定的时间和在限定的部位以弯曲波的形式相长地叠加并且在其他时间和在其他地点低于可感觉阈值。在此情况下，通过将防护盖固定夹紧在框架中可以主动地利用边缘处的反射。用于在多个部位同时相长干涉的不同信号的叠加是可能的。可以使用考虑通过一个或多个手指的影响来衰减弯曲波的方法。
当激励触摸屏或触摸板的防护盖中的弯曲波以用于触觉反馈的目的时，通常会出现人耳能良好收听的频率分量。通过致动器到防护盖的过渡处的非线性效应，即使对致动器激励信号进行有针对性的滤波，也会出现这些频率。
弯曲波的压印通常在防护盖的边缘附近进行。如果该边缘被牢固地夹紧，即在任何空间方向上都不可运动地支撑，则可以通过调整防护盖的所述边缘或框架到致动器的距离来实现通过“刚性边界条件”强烈衰减某些波长(以及因此距离衰减某些频率)。在距离非常小的情况下(在防护盖的常用材料参数的情况下为毫米量级)，从此开始较长波长被强烈衰减的阈值恰好位于可听范围内。只有较短的波长以及因此较高的(超声)频率仍然可以用显著的能量压印到防护盖中。通常防护盖由钢化玻璃制成，钢化玻璃特别适合于本发明。
经由致动器与边缘之间的距离可以在给定材料和几何形状参数的情况下控制哪些频率可以不或仅在衰减的条件下以弯曲波的形式压印到盖板玻璃中。特别是，通过对致动器和电子器件的特殊和高性能的设计，可以满足汽车工业对防碎且因此相对厚的盖板玻璃的要求。
在下文中将根据公式粗略地说明材料和几何形状参数与最小可无衰减压印的频率之间的关系。在此情况下假设盖板玻璃具有厚度d，弹性模量Y，密度
泊松数v。波长λ和频率f之间的关系由下式给出(参见K.F.Graff，Wave motion in Elastic Solids,CourierDover Publications，1975)：
如果假设由于刚性框架仅具有
的波可以几乎不受阻碍地传播，则得到下面针对可以无干扰地以弯曲波的形式引入到盖板玻璃中的最低频率的粗略估计：
甚至更小的频率对应于大于距离a的四倍并因此机械地通过靠近边缘而被衰减的波长。应该考虑的是，边界区域中的这种衰减可能非常弱，因为在极端情况下框架仅在一个点处具有到致动器的距离a。然而，对于较小的频率、即较大的波长来说，框架的较大部分参与了衰减，从而衰减变得越来越强。
因此可以调整距离a，使得可听频谱的一部分得到衰减。
该布置可以被视为机械滤波器，其中频率响应可以通过执行器到(刚性)边缘的距离来加以调整。具有电高通滤波器的执行器的操控信号的从实际观点来看更简单的高通滤波路径是不可行的，因为从执行器(电)到盖板玻璃(机械)的过渡通常具有非线性特性，因此仍然在可听频谱出现机械波。
因此，根据本发明为了抑制具有可听范围内频率的弯曲波的形成和/或传播而选择的上述距离是框架到相应接触面的距离，所述致动器在所述接触面处尽可能抗剪地连接到防护盖，其中在与框架正交的方向上考虑该距离。特别地，该距离是框架与接触面的几何中心的距离，该接触面合适地是圆形面；于是，压电元件因此构造为圆盘元件，而且是单层或多层地。
在本发明的另一有利实施方式中可以规定，防护盖与框架粘接，其中防护盖的边缘区域搁置在框架的支承表面上，并且在那里与防护盖平面地粘接。由此，框架刚性地包封防护盖。替代地或附加地，框架也可以以夹紧方式包封防护盖的边缘。
通过进一步的研究，已经发现，弯曲波的待衰减频率范围可以通过以下方式更精确地调整和保持，即向每个致动器和由此向每个接触面沿着防护盖的边缘分配一个腔室，所述致动器或所述接触面被定位在该腔室中。根据本发明的有利实施方式，在此情况下从壳体的框架开始延伸出朝向防护盖的中心区域并且与防护盖抗剪地粘接或以不同的方式与防护盖连接的臂。通过基本上与框架成直角地伸出的臂，沿着框架形成各个腔室，这些腔室具有朝向防护盖的中心区域的内侧，每个腔室在内侧上具有开口。现在通过这些臂，即侧面的腔室壁，同样衰减或防止了具有不期望频率的弯曲波的形成和传播。在此同样成立的是，相应地选择接触面与腔室壁的距离。于是在圆形接触面的情况下，有利地腔室在平面图中也是圆形的，其中腔室的腔室壁与接触面同心地延伸。
臂合适地在其朝向框架的端部处设置有基部段，臂经由基部段彼此连接。因此，臂和腔室可以构造为梳状结构元件，所述梳状结构元件可以***框架中并且尽可能抗剪地与防护盖连接。腔室开口合适地延伸过相应腔室的环周的60°至120°，优选延伸过90°，并且关于所述腔室的与框架正交延伸的中心轴或对称轴对称地布置。腔室本身合适地同样关于该轴对称。
因此，通过根据本发明的该变型而建议的各个致动器的“包封”，在可听频率范围内的弯曲波不超出腔室的边界或者最多经过衰减地超出腔室的边界。致动器和腔室边界之间所选择的距离限定了经衰减的频率范围，使得通过选择腔室的直径(在圆形腔室的情况下)可以调整出从什么频率开始弯曲波可以(无阻碍地)在盖板玻璃中传播。趋势可以是，随着直径增大，最小可压印的频率降低，即最大可压印的波长增加。不能说明精确的公式关系，但可以经由有限元模拟来估计公式关系。
本发明的另一有利实施方式涉及盖板玻璃与触摸屏或触摸板的显示器的“柔性”连接。根据本发明的一个合适的改进方案建议，通过弹性的柔性粘合连接将盖板玻璃平面地连接到显示器的前侧。对粘合连接的要求是尽可能100％的透明度并且弹性模量低，所述透明度对颜色再现没有影响或只有轻微影响。作为用于粘合连接的材料，例如用于光学接合的材料是合适的，其中这些材料可以是柔性的、弹性的、可软拉伸和/或应当不引起机械衰减或仅微弱地机械衰减，和/或例如可以是凝胶状。
从以上可以得出，本发明有利地用于触摸屏中。触摸屏具有触摸面板，该触摸面板通常直接位于盖板玻璃的下方。触摸面板大多电容性地工作；但也可以使用光学和电阻式工作的触摸面板。
触摸面板与盖板玻璃的连接可以如常规地进行。为了尽可能无阻尼地在盖板玻璃中构造出弯曲波，在此不一定需要弹性的柔性粘合连接。通常，盖板玻璃借助于触摸面板平面地耦合到显示器的前侧。触摸面板本身是柔性的并且可以薄地实施，使得其允许弯曲波在盖板玻璃中传播，而不会通过触摸面板过强衰减该传播。盖板玻璃与显示器前侧的刚性连接(必要时也在盖板玻璃与显示器前侧之间布置触摸面板的情况下)应当由于通过坚硬显示器对弯曲波的过强衰减而得以避免，如上所述，这例如可以通过空气隙或通过柔性耦合加以绕过。
用于显示操作部件中触觉反馈的本发明方法如上所述是基于在盖板玻璃中的弯曲波，所述弯曲波促成了触觉反馈，但不平移地使得表面运动。然而，接合物质越刚性，即其弹性模量越高，弯曲波就被越强地衰减并因此阻止了这种方法的实现。此外，待有效运动的物质急剧增加。
因此，在此描述的本发明改进方案涉及将弹性接合物质有针对性地用于尽可能弱地衰减盖板玻璃中的弯曲波，使得不仅显示器***的光学质量进一步得以保证，而且为了实践相关的目的也可以实现弯曲波的传播。
根据本领域中针对弯曲波的当前现有技术，盖板玻璃是孤立的并由此借助于空气隙直接定位在显示器之前，使得盖板玻璃可以“自由”振动。从而例如污垢和水分可以进入空气隙中。另外，空气隙可能负面地通过在界面处的光反射和由此导致的“双重”图像的形成来负面地影响光学特性，然而，这可以通过集成到显示器结构中的适当的膜来加以避免/减小。
通过弹性接合物质，可以一方面绕过空气隙的光学缺点。另一方面，由此使得弯曲波能够很大程度上无衰减地传播。
除了将弯曲波用于生成触觉反馈之外，弯曲波与柔性接合物质的组合也适用于触摸识别以及适用于力测量(力感度)，其中应当注意的是，设置防护盖与触摸面板或显示器(也就是与布置在防护盖下方的部件)的机械分离无疑确保了更好的弯曲波传播性能。
另外，本发明可以有利地与借助于超声检测触敏操作面上的触摸位置相组合。这种触摸检测概念原则上是已知的并且例如在US 9,449,476B2和US 9,477,350B2中予以描述。在借助于超声进行空间分辨的接触检测的情况下，超声弯曲波被压印到防护盖中，即压印到触敏操作面中，而且是例如通过压电超声发射器，其中借助于特别是压电超声接收器来识别弯曲波的传播。在借助于物体(例如手指)接触触敏操作面的时刻，超声检测弯曲波的传播被衰减。然后可以通过使用多个超声发射器和多个超声接收器从接收的信号以及发射器和接收器的位置推导出触摸位置。
同样在该概念中，如上所述，抑制检测弯曲波的确定频率可能是有利的。有利地可以特别是规定，一些用于触觉弯曲波压印的致动器事先被用于压印和接收检测弯曲波。由于根据本发明有利地沿着防护盖的整个边缘并排布置致动器，因此致动器还位于那些适合用于发送和接收检测弯曲波以确定在操作面上的触摸位置的部位处。因此，根据本发明沿着防护盖的边缘设置的若干致动器可以被多次使用。根据本发明，借助于评估和操控单元来控制和评估致动器或触摸传感器，如上面结合根据本发明的操作单元所说明的。
评估和操控单元还可以例如用于确定用于操控致动器的信号，以便通过弯曲波进行触觉反馈。在下文中示例性地说明了一个程序，利用该程序可以预先确定这些信号：
-将激光测振仪对准到应当产生反馈的部位；
-用一个或多个噪声信号激励单个压电元件；
-根据用激光测振仪测量的偏转来确定在相应压电元件的激励信号与所选位置处的偏转之间的传递函数；
-为此将激励和测量信号傅里叶变换到频域以及划分两个频谱；
-随后将传递函数反变换到时域(提供脉冲响应)；
-截取该脉冲响应的第一个、特别是2ms，并反转时间轴；
-通过应用符号函数，将所确定的信号限制为两个离散的电压电平；
-首先对所有其他压电元件重复上述点；
-对盖板玻璃上期望数量的位置重复上述整个过程。
所述信号(用于测量的白噪声以及所确定的激励信号)得以存储并且根据需要(例如，通过触摸膜识别手指或周期性重复地)回放。
为了将微控制器的输出端处的电压电平转换为电压电平±V压电，可以使用本身公知的电子放大器电路。
在下文中将基于附图更详细地描述本发明的实施例。在此具体地：
图1示出具有触敏操作面的操作单元的透视俯视图，
图2示出操作单元的底视图，而且是从下方对操作单元的触敏操作面的底视图，
图3示出透视图(示意性地)，用于图示出由于弯曲波的压印和弯曲波的叠加而导致的操作面的可触觉检测的、空间分辨的表面结构，
图4示出类似于根据图2的底视图的从下方的透视图，
图5示出沿着图4的线V-V的剖视图，
图6至图11示出仿真曲线，用于图示出根据本发明设置的各种用于在通过弯曲波进行触敏操作面的触觉反馈的情况下抑制噪声的措施的影响，
图12示出触摸屏的示意图，该触摸屏具有与触摸面板有距离地布置的盖板玻璃，以及
图13示出类似于图12的示意图，但是在借助于弯曲波激励的盖板玻璃与触摸屏的触摸面板之间具有通过光学接合物质填满的空气隙。
在图1至图5中示出了具有触敏操作面12的操作单元10的各种视图。操作单元10具有壳体14，壳体14具有由例如金属制成的框架16。框架16包围由例如钢化玻璃制成的防护盖18，该防护盖例如借助于粘接层20与框架16粘接并与框架16刚性地连接(也参见图4和图5)。
如基于图1和图2可以识别的，沿着防护盖18的边缘22并因此也沿着框架16存在多个用于在防护盖18中引入弯曲波的致动器24。如例如基于图4和5可以识别的，每个致动器24构造成圆盘形。在此情况下，每个致动器24具有单层或多层的圆形压电元件26，该压电元件在两侧配备有电极28,30并且在多层压电元件的情况下还配备有位于各个压电陶瓷材料层之间的电极。该夹层结构借助于接触面34内的粘接连接32而相对抗剪地固定在防护盖18的下侧36上。致动器24的接触未在图中示出。在图1中仅还示意性地示出操作单元10还包括评估和操控单元38，该评估和操控单元从触摸传感器(用40表示)接收信号并将操控信号输出到致动器24，这在图1中仅针对致动器24中的一个致动器以图形示出。
附加地，操作单元10具有框架状梳状结构元件42，其优选地由金属形成。该梳状结构元件42被构造为环绕的框架并具有梳状结构，所述梳状结构由多个与框架16或与边缘22正交延伸的臂44以及连接这些臂的基部段46形成。通过该梳状结构，形成各个腔室48，在这些腔室中分别布置有致动器24。腔室48向中心区域50开口，其中这些开口52延伸大约60°至120°，特别是延伸90°。腔室48在本实施例中构造为圆形并且它的腔室壁在内侧上与致动器24同心地延伸。梳状结构元件42可以实施为与框架16分开的元件，或者梳状结构元件42与框架16一起被制造为单件共同部件(在两种变型中都例如通过切削加工或通过铸造技术)。
通过选择致动器24与它们各自的腔室壁的距离a(参见图4和5)，可以影响频率范围，在所述频率范围中衰减由致动器24引入防护盖18中的弯曲波。该频率范围合适地包括可听范围，从而通过这个措施(即通过腔室来包围致动器24)没有可听频率被辐射，或者说仅衰减地辐射可听频率。
在图1和2中还在54示出了防护盖18的涂黑的边缘区域，该边缘区域应当遮挡致动器24沿着边缘的布置以及遮挡梳状结构元件42。
在图3中示意性地表明，如何能够通过可能时间错开的并且用不同信号进行的对多个致动器24的操控来在防护盖18中压印弯曲波，弯曲波在确定位置56处的叠加导致短时间的、也就是脉冲状存在的可感觉“凸起”，这又可以被用户以触觉方式检测到，而且是由于触摸位置56处防护盖18中的短时“冲击”而被检测到的，其中该用户的手指由于在位置56处的手动操作而(仍然)搁置在防护盖18上。
触摸位置的检测可以借助于超声弯曲波来进行，所述超声弯曲波是由少量几个致动器24在触摸操作面12的第一阶段中产生和感测的，以便于然后基于所感测的信号推导出触摸位置。通过超声波确定触摸位置的技术原则上是已知的。替代的，触摸面板可用作触摸传感器。通常，其中有利地使用本发明的触摸屏利用布置在防护盖18下方的电容式触摸面板或电阻式触摸面板或光学触摸面板工作。这在图12和图13中示出。实际的显示器也在这些图中示出。
上面已经详细解释了如何大致确定距离a，由此由致动器引入防护盖18的具有在可听频谱(例如高达20,000Hz)中的频率的弯曲波仅衰减地传播或者甚至不在防护盖18中传播。对不同距离和在此情况下得到的频率响应的模拟曲线在图6至10中示出。根据图6的参考曲线基于与边缘具有大距离(20.0mm)的致动器。在整个频率范围内，大约相同多的能量耦合到防护盖中。图7-10的曲线图属于以下***，在所述***中致动器非常靠近边缘放置，而且在图7的情况下距离为0.5mm，在图8的情况下距离为1.0mm，在图9的情况下距离为1.5mm，以及在图10的情况下距离为2.0mm。可以清楚地看到可听范围(高达20,000Hz)内的衰减以及距离对频谱分布的影响。
上述模拟曲线是在不另外使用具有梳状结构的梳状结构元件42的条件下建立的。
基于图11示出了得到以下模拟，即在使用具有形成腔室的梳状结构的梳状结构元件42的条件下，与没有腔室的情况相比可以实现明显更好的结果。
图11示出了针对不同场景的衰减轮廓。虚线示出了针对以下情况的衰减轮廓，即致动器布置在距边缘不是最佳选择的距离处。虚线示出了致动器布置在有针对性选择的距离情况下的衰减轮廓，该距离用于衰减频率在可听范围内的弯曲波。最后，实线示出了在使用致动器与边缘的优化距离条件下以及附加地在使用具有梳状结构和单个腔室的梳状结构元件42条件下的衰减轮廓。所有衰减轮廓曲线都是在假设防护盖18是由钢化玻璃制成条件下的模拟。根据实线，可听频率(高达约20,000Hz)比超声频率的衰减强约30dB。已经表明，使用梳状结构元件42带来了相对于特殊距离选择的理念的显著改善，在特殊距离选择的理念中已经表现出对频率在可听频率范围内的弯曲波的衰减存在积极的影响，但这些弯曲波尚不能被完全抑制(参见图11中的虚线)，但是在使用梳状结构元件42的条件下成功地完全抑制。
在下文中还应当基于图12和13讨论根据本发明实施例的另一特殊性。根据图12，空气隙58位于防护盖18下方，如果经由致动器24压印弯曲波的话，该空气隙使得防护盖18可以自由“振动”。与触摸面板60的、或当触摸传感器不通过触摸面板实施时与显示器(必要时具有背光单元——未示出)62的连接将起反作用，并且弯曲波的传播将被过强衰减。然而，空气隙58的缺点是：可能在此处积聚污垢和特别是水分。在这方面，有利的是，将防护盖18借助于光学接合连接到触摸面板60，或者当不设置这种触摸面板60时，将防护盖18连接到显示器62。在显示器中的光学接合原则上是已知的。作为接合物质64，合适地使用柔性材料，其不会衰减或不会明显衰减在防护盖18中传播的弯曲波。
在图12和13的实施例中，如果需要，可以附加地还甚至是使用图1至图5的实施例的梳状结构元件42。
防护盖或一般而言操作面与布置在操作面下方的操作单元的邻接部件的上述弹性连接涉及一种物品，其可以在不需要在此描述的根据本发明的弯曲波压印的情况下使用。
上面已经基于在显示器的防护盖中无噪声地压印弯曲波的示例描述了本发明。然而，本发明同样可以用在分别具有带有“固定”操作区域的不可变操作面板的操作单元中。在此情况下，在操作面板上例如印刷/雕刻或嵌入了图形或字母数字信息，所述信息定义了设备的各种可操作功能。操作面板在此情况下由例如不透明的“硬”材料制成，例如金属或硬化金属。优选使用以下金属或材料，其弹性模量至少为40至50GPa。于是在这种操作单元中，操作面板和框架以及梳状结构元件可以单件地实施，这例如可以通过切削加工由金属(或也由钢化玻璃)制成的原材料或通过铸造技术进行。所有对本发明重要的元件如触摸面、用于反射弯曲波的框架以及压电腔室(即，梳状结构元件)形成一个共同的元件。因此，可以完全取消触摸面和包括腔室结构元件的框架之间易于出错且难以制造的粘合连接。
这种可替换构建的***具有以下说明的特征组中的至少一个：
1.用于车辆部件的操作单元，特别是用于车辆的人机界面(MMI或HMI)，包括
-具有框架16的壳体14，
-布置在所述壳体14中和/或所述壳体14上的操作面板，该操作面板包括具有操作区域的操作面，
-布置在所述壳体14中和/或所述壳体14上的触摸传感器，和
-沿着操作面板的边缘22并排布置的多个致动器24，用于将弯曲波引入到操作面板中，
-其中对于每个致动器24都在操作面板上分配接触面34，该致动器24经由该接触面作用于操作面板以在操作面板中引入弯曲波，
-其中由致动器24在操作面板中引入的弯曲波在操作面板中叠加，并且向操作面板给予可触觉检测的、空间分辨的表面结构，
-其中接触面34分别与距壳体14的框架16有距离地布置，由此利用从所述距离的大小所得的波长或频率来衰减在操作面板中引入弯曲波和/或弯曲波在操作面板中的传播，以及
-其中，所述距离被选择为衰减具有在可听频率范围内的频率的弯曲波，和
-与触摸传感器40和致动器24连接的评估和操控单元38，用于操控所述触摸传感器40，用于评估由触摸传感器40提供的信号并且用于依据由触摸传感器40提供的信号来操控致动器24。
2.根据数字1所述的操作单元，其特征在于，所述距离是所述框架16在与所述框架正交的方向上与相应的接触面34的距离。
3.根据数字2所述的操作单元，其特征在于，所述距离是所述框架16到接触面34的几何中心的距离。
4.根据数字1至3中任一项所述的操作单元，其特征在于，每个接触面34都是圆形面。
5.根据数字1至4中任一项所述的操作单元，其特征在于，与操作面板粘接的臂44从壳体14的框架16向内延伸，所述臂形成单个的、沿着框架16布置的腔室48，在这些腔室中分别布置有接触面34并且这些腔室在其朝向操作面板的中心区域50的内侧上敞开。
6.根据数字5所述的操作单元，其特征在于，所述臂在其朝向框架16的端部处通过基部段46连接，并且所述臂44和所述基部段46形成粘接在操作面板上的梳状结构元件42。
7.根据数字7所述的操作单元，其特征在于，所述臂44与框架16一体地连接。
8.根据数字5至7中任一项所述的操作单元，其特征在于，所述腔室48在其朝向操作面板的中心区域50的内侧上分别具有开口52，所述开口延伸过相应腔室的环周的60°至120°，特别是90°。
9.根据数字8所述的操作单元，其特征在于，所述开口52关于与所述框架16正交地延伸的腔室对称轴对称。
10.根据数字5至9中任一项所述的操作单元，其特征在于，每个腔室48都是对称的。
11.根据数字1至10中任一项所述的操作单元，其特征在于，每个接触面34是圆形面，并且所述臂44和所述框架16对于每个接触面34来说形成具有与接触面34同心的内环周面并具有与接触面34同心的底面的腔室48。
12.根据数字1至11中任一项所述的操作单元，其特征在于，所述致动器24构造为压电致动器，这些压电致动器分别具有特别是圆形的、盘状的、单层或多层的压电元件26，该压电元件在相应的接触面34处与操作面板粘接。
13.根据数字1至12中任一项所述的操作单元，其特征在于，所述触摸传感器40具有与操作面板刚性连接的、特别是粘接的超声发射器和超声接收器，用于在操作面板中压印超声弯曲波，以用于空间分辨地检测通过物体、特别是人的手指触摸操作面板的位置56。
14.根据数字13所述的操作单元，其特征在于，所述超声发射器和超声接收器均设计为单层或多层压电元件26。
15.根据数字13或14之一所述的控制单元，其特征在于，所述超声发射器和超声接收器的功能可以由一些致动器24实施，而且是在触摸操作面板的第一阶段中，其中，所涉及的第一致动器24在触摸的第二阶段被设置用于在操作面板中压印弯曲波，以便分别在先前检测到的触摸位置56处对触摸进行触觉反馈。
16.根据数字1至12中任一项所述的操作单元，其特征在于，所述触摸传感器40具有触摸面板60，用于通过物体、特别是人的手指空间分辨地检测触摸操作面板的位置56。
17.根据数字16所述的操作单元，其特征在于，所述触摸面板与所述操作面板有距离地布置。
18.根据数字17所述的操作单元，其特征在于，所述距离由空气或粘合材料填满。
19.根据前述数字中任一项所述的操作单元，其特征在于，所述操作面板、所述框架和所述梳状结构元件构造为一体式单元(例如，通过铸造技术或通过切削加工，例如铣削)，并且所述单元具有金属，必要时具有硬化金属。
在前面的数字以及在从属权利要求中列出的特征即使在不参考一个或多个其它数字或一个或多个其他权利要求的情况下也被认为是本发明的独立变型，只要在各个数字中列出的特征和/或以各个从属权利要求中列出的特征涉及用于车辆部件的操作单元、特别是用于车辆的人机界面(MMI或HMI)，所述操作单元设置有
-具有框架的壳体，
-布置在所述壳体中和/或所述壳体上的显示器，该显示器包括具有边缘的透明防护盖，所述边缘由所述框架包封，
-布置在所述壳体中和/或所述壳体上的触摸传感器，和
-沿着防护盖的边缘并排布置的多个致动器，用于在防护盖中引入弯曲波，
-其中对于每个致动器都在防护盖上分配有接触面，该致动器经由该接触面作用于防护盖以在防护盖中引入弯曲波，
-其中由致动器在防护盖中引入的弯曲波在防护盖中叠加，并且向防护盖给予可触觉检测的、空间分辨的表面结构，以及
-与触摸传感器和致动器连接的评估和操控单元，用于操控所述触摸传感器，用于评估由触摸传感器提供的信号以及用于依据由触摸传感器提供的信号来操控致动器。
附图标记列表
10 操作单元
12 操作面
14 壳体
16 框架
18 防护盖
20 粘接层
22 边缘
24 致动器
26 压电元件
28 压电元件的电极
30 压电元件的电极
32 粘合连接
34 接触面
36 下侧
38 操控单元
40 触摸传感器
42 梳状结构元件
44 臂
46 基部段
48 腔室
50 防护盖的中心区域
52 腔室中的开口
54 变暗/涂黑的边缘区域
56 触摸位置
58 防护盖和触摸面板之间的空气隙
60 触摸面板
62 显示器
64 接合物质
Claims (21)
1.一种用于车辆部件的操作单元，包括
-具有框架的壳体，
-布置在所述壳体中和/或所述壳体上的显示器，该显示器包括具有边缘的透明防护盖，所述边缘由所述框架包封，
-布置在所述壳体中和/或所述壳体上的触摸传感器，和
-沿着所述防护盖的边缘并排布置的多个致动器，用于在所述防护盖中引入弯曲波，
-其中对于每个致动器都在所述防护盖上分配接触面，该致动器经由该接触面作用于所述防护盖以在所述防护盖中引入弯曲波，
-其中由所述致动器至所述防护盖中引入的弯曲波在所述防护盖中叠加，并且向所述防护盖给予可触觉检测的、空间分辨的表面结构，
-其中所述接触面分别与所述壳体的框架有距离地布置，由此按照从所述距离的大小所得的波长或频率来衰减弯曲波至所述防护盖中的引入和/或弯曲波在所述防护盖中的传播，以及
-其中，所述距离被选择为衰减具有在可听频率范围内的频率的弯曲波，以及
-与所述触摸传感器和所述致动器连接的评估和操控单元，用于操控所述触摸传感器，用于评估由所述触摸传感器提供的信号并且用于依据由所述触摸传感器提供的信号来操控所述致动器，
-其中，与所述防护盖粘接的臂从所述壳体的框架向内延伸，所述臂形成沿着所述框架布置的各个腔室，在这些腔室中分别布置有接触面并且所述腔室在其朝向所述防护盖的中心区域的内侧上敞开。
2.根据权利要求1所述的操作单元，其中，所述距离是所述框架在与所述框架正交延伸的方向上与相应接触面的距离。
3.根据权利要求2所述的操作单元，其中，所述距离是所述框架与所述接触面的几何中心的距离。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的操作单元，其中，每个接触面是圆形面。
5.根据权利要求1所述的操作单元，其中，所述防护盖与所述显示器之间具有间隙。
6.根据权利要求1所述的操作单元，其中，所述防护盖借助于由透明的弹性粘合材料制成的层与所述显示器或所述触摸传感器接合。
7.根据权利要求1所述的操作单元，其中，所述臂在其朝向所述框架的端部处通过基部段连接，并且所述臂和所述基部段形成粘接在所述防护盖上的梳状结构元件。
8.根据权利要求1所述的操作单元，其中，所述臂与所述框架一体地连接。
9.根据权利要求1所述的操作单元，其中，所述腔室在其朝向所述防护盖的中心区域的内侧上分别具有开口，所述开口延伸过相应腔室的环周的60°至120°。
10.根据权利要求9所述的操作单元，其中，所述开口关于与所述框架正交延伸的腔室对称轴对称。
11.根据权利要求1或10所述的操作单元，其中，所述腔室分别是对称的。
12.根据权利要求1所述的操作单元，其中，每个接触面是圆形面，并且所述臂和所述框架对于每个接触面来说形成具有与所述接触面同心的内环周面并且具有与所述接触面同心的底面的腔室。
13.根据权利要求1所述的操作单元，其中，所述致动器构造为压电致动器，这些压电致动器分别具有圆形的、盘状的、单层或多层的压电元件，所述压电元件在相应的接触面处与所述防护盖粘接。
14.根据权利要求1所述的操作单元，其中，所述触摸传感器具有与所述防护盖刚性连接的超声发射器和超声接收器，用于在所述防护盖中压印超声弯曲波，以用于空间分辨地检测通过物体触摸所述防护盖的位置。
15.根据权利要求14所述的操作单元，其中，所述超声发射器和超声接收器分别实施为单层或多层的压电元件。
16.根据权利要求14或15所述的操作单元，其中，所述超声发射器和超声接收器的功能能够由一些致动器实施，而且是在触摸所述防护盖的第一阶段中，其中，所涉及的第一致动器在所述触摸的第二阶段被设置用于在所述防护盖中压印弯曲波，以便分别在先前检测到的触摸位置处对所述触摸进行触觉反馈。
17.根据权利要求1所述的操作单元，其中，所述触摸传感器具有布置在所述防护盖和所述显示器之间的触摸面板，用于空间分辨地检测通过物体触摸所述防护盖的位置。
18.根据权利要求1所述的操作单元，其中，所述车辆部件是用于车辆的人机界面。
19.根据权利要求1所述的操作单元，其中，所述腔室在其朝向所述防护盖的中心区域的内侧上分别具有开口，所述开口延伸过相应腔室的环周的90°。
20.根据权利要求14所述的操作单元，其中，所述超声发射器和所述超声接收器与所述防护盖粘接。
21.根据权利要求14或17所述的操作单元，其中，所述物体是人的手指。
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