CN112313607A - 用于运载工具的操作装置 - Google Patents

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Abstract

用于运载工具的操作装置(10)设有带有触摸传感器***(36)的显示器(12)，用于输入命令，并且还包括保持装置(24)，由所述保持装置保持所述显示器(12)。所述保持装置(24)具有底侧(25)和由从所述底侧突出的支撑元件(22)限定的自由空间(28)。此外，操作装置(10)设有至少一个操控传感器(32)，用于在手动操控所述显示器时检测所述显示器(12)的弯曲，以及与所述触摸传感器***(36)和所述至少一个操控传感器(32)连接的分析单元(38)，用于分析所述触摸传感器***(36)和所述至少一个操控传感器(32)的信号。

Description

用于运载工具的操作装置
本专利申请要求2018年5月7日的德国专利申请10 2018 110 871.0的优先权，其内容通过引用结合到本专利申请的主题中。
技术领域
本发明涉及一种用于运载工具的操作装置，而且例如是用于诸如空调***、信息娱乐***或导航***的运载工具组件的操作装置，并且总体上涉及人机界面(Human-Machine-Interface)。
背景技术
同时是触摸表面形式的输入元件的显示器在运载工具中的使用越来越受欢迎。在通过轻轻触碰就被触发的触摸显示器的情况下，可能会导致误操作。如果由此触发了与安全相关的功能或导致运载工具功能的其他不期望调整，则可能会出现问题。在这些情况下，需要附加的传感器***，利用所述传感器***可以检测或确定操作员按压在操作面板中的相应区域上的力。通过这种方式，通过简单的施加就避免了明显的释放。由于通常存在对刚性操作表面的需求，因此作为传感器***在此情况下使用基本上力敏感的电阻、应变仪、光学或电容传感器。在此，传感器通常测量操作表面通过弹簧元件的挠曲相对于部件的刚性部分所经过的路径。为此，显示器表面通常可移动地安装在壳体中。
上述原理需要复杂的机构，所述机构使得显示器能够相对于刚性壳体部分运动。此外，需要一个或多个弹簧元件，这使得整个***变得昂贵。
从WO-A-2017/172461中已知一种操作装置，其中在以一定的按压力手动操控显示器时光电地检测所述显示器的局部变形。
发明内容
本发明的任务是说明一种用于运载工具的操作装置，其用于在手动操控显示器时测量触发力的构造得到了简化。
根据本发明，一种用于运载工具的操作装置用于解决该任务，所述操作装置具有：
-带有触摸传感器***的显示器，用于以可预给定的最小压力手动操控(Betaetigung)所述显示器以输入命令，
-保持装置，所述显示器由所述保持装置保持，
-其中所述保持装置具有底侧和支撑元件，所述底侧具有边缘区段，所述支撑元件从所述底侧的至少相对的边缘区段突出并且限定所述边缘区段之间的自由空间，以及
-其中所述显示器仅由所述保持装置的支撑元件保持，并在与所述保持装置的底侧保持距离的同时桥接所述自由空间，
-至少一个操控传感器，用于在手动操控所述显示器时检测所述显示器的弯曲，
-其中所述至少一个操控传感器(32)检测所述显示器(12)至参考平面的距离的变化或所述显示器(12)的一部分至参考平面的距离的变化，其中在以所述可预给定的最小压力手动操控所述显示器时由于所述显示器的弯曲发生所述距离的变化，以及
-与所述触摸传感器***和所述至少一个操控传感器连接的分析单元，其用于分析所述触摸传感器***和所述至少一个操控传感器的信号，以决定在手动操控所述显示器时是否至少以最小压力作用在所述显示器上。
因此，有意义的是利用本发明建议，以可弯曲的方式将所述显示器布置在所述操作装置的保持装置上。因此，由于所述显示器的可逆的弯曲安装，当手动操控所述显示器时，即当以按压力手动地作用在所述显示器上时，所述显示器会运动。即使在相对刚性、但弹性地安装所述显示器的情况下，当在所述显示器操作表面上施加按压力时也产生“弯曲”，即所述显示器或所述显示器的组成部分相对于参考平面或参考点的距离的发生了局部变化。所述显示器由于其与所述保持装置的弹性连接而经过的距离越大，作用在所述显示器上的按压力就越大。如果识别出所述显示器弯曲时的最小路径，则可以为了输入命令而决定对所述显示器进行有效的、即特意的操控。如根据本发明所设置的，通过测量距离来确定按压力的大小比根据现有技术通过光电传感器***来确定所述显示器的弯曲要简单得多。
有利地，所述显示器除了设置有显示单元之外还设置有盖板，所述显示单元牢固地与所述盖板连接，并且所述盖板至少在支撑元件的区域中侧向地突出超过所述显示单元，其中所述盖板在这些突出区域中安置在支撑元件上并固定在那里(例如通过粘接)。可以通过所述盖板的厚度、所述盖板的材料以及所述突出区域的长度和宽度来确定所述显示器弹性地安装在所述保持装置上的刚度。因此，如果在手动操控所述显示器时在所述显示器上施加力，则通常情况下用于机械地保护所述显示器的显示单元的盖板会发生弯曲，如上所述，所述弯曲由所述操控传感器例如作为显示器由于所述弯曲经过的路径而检测到。所述盖板至少在其中所述显示器被支撑在所述支撑元件上的那些区域中侧向地突出超过所述显示器单元。进行支撑的支撑元件可以形成所述保持装置的框架的边缘区段，所述保持装置在所有侧面上围绕所述显示器。然后，所述盖板以其整个***边缘安置在所述保持装置或所述保持装置的支撑元件上，并固定地布置在那里(例如通过粘接)。但是也可以想到，所述盖板仅在所述显示器的显示单元的两个特别是相对的边缘处突出超过所述显示单元，并且安装在所述保持装置上。
在本发明的另一有利的设计中可以规定，所述操控传感器检测所述盖板和/或所述显示单元的弯曲。
所述操控传感器适宜地是位移传感器或力传感器。借助位移传感器可以推断出在手动操控所述显示器时作用在所述显示器上的力。如果将所述显示器连接到所述保持装置的刚度，即弹簧弹性是已知的，则可以通过所述显示器偏移的路径的长度推断出所述力。根据本发明，同样可以使用一个或多个应变片或力敏电阻。
在本发明的有利设计中还可以规定，所述显示器具有朝向所述保持装置的底侧的背侧，并且所述操控传感器检测所述显示器的背侧至底壁的距离。
光学式、电容式、电感式和/或电阻式工作的传感器特别适合作为操控传感器。优选地，所述操控传感器被实施为微机电或微光机电元件(MEMS，MOEMS)。
在另一有利设计中可以规定，设置多个操控传感器，所述多个操控传感器在所述显示器的多个位置上检测所述显示器由于在被手动操控时的弯曲而引起的运动。
适宜的还可以，所述显示器具有带有边界壁的背侧，所述边界壁具有多个彼此成角度地延伸的边缘区段，其中设置有多个操控传感器，并且所述多个操控传感器检测所述显示器在所述背侧的以下区域中的运动，在这些区域中两个相邻的边缘区域彼此邻接。
因此，换句话说，根据一个实施方式的本发明主题是一种***，所述***在一个或多个点处测量由手指压力触发的显示器组件的弯曲。为此，例如在部件承载上安置一个或多个传感器，所述一个或多个传感器在多个部位处测量所述显示器组件的弯曲。通过所述显示器组件的刚度可以推断出作用在显示器表面上的力，而且是针对可预给定数量的显示器局部区域(例如，针对所述显示器的操作面板)，从而可以预先针对显示器上几乎任何数量的位置设定由所述显示器组件的分配给传感器的各个最小位移路径构成的相应“路径模式”，所述路径模式在稍后手动操控所述显示器时必须给定，以使该操控被识别为有效操作。
在此情况下，所述显示器组件由防护玻璃组成，所述防护玻璃保护实际的显示器并且连接到壳体。通常，这是通过粘接完成的。借助于光学透明的粘合剂(所谓的光学粘合)将所述显示器安置在所述防护玻璃的背侧上。该显示器通常由液晶层的元件和背光源(背光单元)组成。
如果在该布置的情况下将压力施加在所述防护玻璃上，则所述防护玻璃容易变形。这种变形在某种程度上转移到其余组件上。由此导致可以经由传感器测量的相对于壳体的位移。这种变形强烈取决于在哪里将力引入所述防护玻璃中以及该力有多强。力引入的位置经由触摸传感器确定，所述触摸传感器是所述显示器的组成部分或者作为单独的传感器层安置在显示器和防护玻璃之间。通过在不同力和位置情况下的显示器变形的知识，可以经由一个或多个位移传感器来推断出所述力。由于显示器组件和所述防护玻璃具有一定的刚度，因此所述变形非常小并且用户不会察觉。因此，所述传感器必须具有高的灵敏度。根据力传感器的数量，也可以通过多个手指来测量多个力引入。
在本发明的另一实施方式中，设定：所述显示器的背光单元固定且不可移动地布置在所述保持装置中。这样做的优点是，弹性连接的质量得以减少并且现在还基本上由所述显示器本身、即显示设备、触摸面板和防护玻璃的质量组成。
如在本发明的上述第一实施方式中通常情况下给定的，所述背光单元(也称为背光源)可以通过光学粘合而连接到所述显示器。然而，代替光学粘合，所述背光单元通常情况下通过周向弹性的密封带与所述显示器或所述显示器的背侧连接到。通过所述周向密封带，向外部密封所述背光单元的光出射侧与所述显示器的背侧之间的空隙，以防止背光出射。
如果现在将所述背光单元固定地布置在所述保持装置中，则所述弹性密封带使得在将机械压力施加在所述显示器上时所述显示器能够继续弯曲，就像在手动操控所述显示器时那样。如在第一实施方式中所描述的，所述操控传感器在此可以继续检测所述显示器相对于所述保持装置的底侧的位移或弯曲，所述底侧于是代表所述参考平面；然而，所述操控传感器也可以检测显示器与背光单元之间的距离变化。在此，所述操控传感器可以是所述密封带的整体组成部分，并且因此基于在密封带分布的多个部位处检测到的密封带的压缩来推断所述显示器的弯曲。同样这里再次适用的是，在操控所述显示器时所述密封带所经受的压缩模式提供了关于用什么样的力按压在显示器表面上的何处的结论。
在本发明的两个实施方式的另一有利的设计中可以规定，所述操作装置设计有触觉反馈。如果发信号通知用户对有效操作所述操作面板的识别，则会提高操作舒适度。这尤其是有利地通过触觉反馈完成。这种触觉反馈可以例如机械地、机电地或者甚至电地实现。根据本发明，所述显示器弹性地与所述保持装置连接。因此可以通过以下方式实现机械的触觉反馈：即，借助于执行器向弹性连接的方向上机械地激励所述显示器。这例如可以通过借助于执行器向所述保持装置的底侧的方向和/或相反方向以脉冲方式移动所述显示器来完成。实现触觉反馈的另一可能性在于，在显示器或显示器的防护玻璃中施加弯曲波。实现触觉反馈的另一种可能性在于，借助于局部产生的电场而纯电工作的变型方案。
在其最一般的形式中，本发明涉及一种用于运载工具的操作装置，所述操作装置具有：
-带有触摸传感器***的显示器，用于以可预给定的最小压力手动操控所述显示器，以输入命令，
-保持装置，由所述保持装置保持所述显示器，
-其中所述保持装置具有底侧和支撑元件，所述底侧具有边缘区段，所述支撑元件从所述底侧的至少相对的边缘区段突出并且限定所述边缘区段之间的自由空间，以及
-其中所述显示器仅由所述保持装置的支撑元件保持，并在与所述保持装置的底侧保持距离的同时桥接所述自由空间，
-至少一个操控传感器，用于检测在手动操控所述显示器时所述显示器的弯曲，以及
-与所述触摸传感器***和所述至少一个操控传感器连接的分析单元，用于分析所述触摸传感器***和所述至少一个操控传感器的信号，以决定在手动操控所述显示器时是否至少用最小压力作用于所述显示器。
本发明的各个设计具有单独或彼此之间任意组合的一个或多个特征，如下面分组所列出的：
1.用于实现力测量装置的装置，所述力测量装置用于确定显示器操作单元上的触发力，其中所述显示器单元刚性地与壳体连接，并且其中在所述壳体内安置了具有至少一个传感器的部件承载组，所述至少一个传感器可以测量在将力引入显示器组件中时所述显示器组的弯曲。
2.根据第1项的装置，其中，所述传感器被实施为光学位移传感器。
3.根据第1项或第2项所述的装置，其中，所述传感器被实施为电容式位移传感器。
4.根据第1项至第3项中任一项所述的装置，其中，所述传感器被实施为电感式位移传感器。
5.根据第1项至第4项中任一项所述的装置，其中，所述传感器被实施为电子部件形式的所谓的MEMS(微机电***)。
6.根据第1项至第5项中任一项所述的装置，其中，所述传感器布置在所述显示器的角附近(例如，在背光源的角附近)。
附图说明
下面基于附图更详细地解释本发明的两个实施例。在此具体地：
图1示出了在静止位置中的根据第一实施例的操作装置的根据本发明弹性悬挂的显示器的图示，
图2示出了在操控根据图1的显示器时处于其弯曲状态的该显示器，其中所述弯曲的程度被剧烈夸大地示出以阐明本发明的功能原理，
图3示出了在静止位置中的根据第二实施例的操作装置的根据本发明弹性悬挂的显示器的图示，以及
图4示出了在操控所述显示器时处于弯曲状态的根据图3的显示器，其中所述弯曲的程度被剧烈夸大地示出以阐明本发明的功能原理。
具体实施方式
图1示意性地示出了用于运载工具的操作装置10的第一实施例(例如，当用作布置在中央控制台或仪表板中的中央输入装置时)。操作装置10具有显示器12，所述显示器具有例如以LCD技术实施的显示单元14和背光单元16。显示器12还包括盖板18，如图1所示，盖板18在至少两个相对的边缘或端部处突出超过显示单元14。在这些突出区域20中，盖板18靠置在保持装置24的支撑元件22上，这些支撑元件在该实施例中设有底壁作为底侧25，支撑元件22在至少两个相对的边缘区段26处从所述底壁突出。
因此，由于上述构造，所述显示器跨越保持装置24的由支撑元件22限定的自由空间28。
保持装置24不一定需要连续的底壁；底侧25也可以被实施为开口并且因此被实施为保持装置24的敞开的底侧。
在任何情况下，在显示器12的下方例如在电路板或者类似的承载板30上具有优选地以多个操控传感器32的形式的位移传感器***或力传感器***，所述操控传感器特别是光学地、电容地、电感地和/或电阻地工作。
盖板18例如固定在支撑元件22的凸缘34上(例如通过粘接)。适宜地，显示单元14通过透明的粘合剂(所谓的光学接合)牢固地与盖板18的下侧连接。显示器12还具有触摸传感器***36(例如，触摸面板)。
如图2所示，如果现在如在手动操控显示器12时那样在盖板18上施加压力，则在支撑元件22与显示单元14之间的盖板区域中，盖板18的突出区域20会经受弯曲。结果，显示器12向保持装置24的底侧25的方向运动，从而基于距离变化(即，在这种情况下为距离减小)识别出对显示器12的手动操控。所述距离变化在多个部位上是不同的，而且取决于盖板18(即显示器12)上手动施加的按压力以及施加所述按压力的位置，其中在所述多个位置上由多个操控传感器32检测所述距离变化。
触摸传感器***36和操控传感器32将它们的数据提供到分析单元38，在分析单元38中现在可以分析是否在通过触摸传感器***36定位的操控部位(参见图2中的40)处将力手动地施加在显示器12上，所述力是对显示器12的有效(即，特意的)操控所必需的。这是因为当操控传感器32在分配给它们的显示器12的“测量点”处识别出相应的运动时达到了所述力。
在上述实施例中，背光单元16“悬挂”在显示单元14下方，即在显示器12的背侧42上。背光单元16具有面向背侧42的光出射侧44。通常情况下，在光出射侧44和背侧42之间存在空隙46，所述空隙通过弹性密封带48向外部光学密封。由此背光单元16的背光不能侧向地从空隙46出射。
如果背光单元16在未支撑在保持装置24上的情况下悬挂在显示器12下方，则背光单元16经由密封带48与显示器12的这种弹性连接可能由于从外部引发的振动而陷入不期望的运动。
因此，在图3和图4所示的第二实施例中，操作装置10'在背光单元16的布置和安装方面有所改变。就构造或功能上与图1和图2的操作装置10的元件相同的操作装置10'的元件而言，在图3和图4中这些元件设有与在操作装置10的情况下相同的附图标记。
在根据图3和图4的操作装置10'的实施例中，背光单元16现在安装在保持装置24的底侧25上并且因此基本上是不动的。如果现在例如在部位40处将力施加到显示器12上，则显示器12移动，从而密封带48压缩。此外，可以通过测量技术检测相对于保持装置24的底侧25的该移动，而且是通过操控传感器32。然而，同样可以检测显示器12相对于背光单元16的光出射侧44的移动或偏移。然后，将操控传感器32布置在显示器12的背侧42与背光单元16的光出射侧44之间的空隙46中，并测量两侧之间的距离变化。替代地，可以将操控传感器***集成到密封带48中。这可以例如通过电阻地检测密封带48的压缩(必要时是局部压缩)来完成。然而，密封带48也可以设有多个测量点。代替电阻式工作的传感器，这里也可以使用电容性的传感器(密封带48在此例如用作在所述压缩时变化的电介质)或电感式工作的传感器。
本发明的构思无需复杂的弹簧机构即可工作。弹性但仍刚性的连接通过借助于盖板18来“悬挂”显示器12而唯一且简单地完成，所述盖板跨越保持装置24的自由空间28并因此在向显示器12施加力时在从侧向突出超过显示单元14的突出区域中经历弯曲。可以识别出由此导致的弯曲，并可以从中推断出所施加的力。如果达到或超过最小压力，则存在对显示器的特意操控。
附图标记列表
10 操作装置
12 显示器
14 显示器的显示单元
16 背光单元
18 显示器的盖板
20 盖板的突出区域
22 保持装置的支撑元件
24 保持装置
25 保持装置的底侧
26 底侧的边缘区段
28 保持装置中的自由空间
30 承载板
32 操控传感器
34 支撑元件的凸缘
36 显示器的触摸传感器***
38 分析单元
40 显示器上的压力施加部位
42 显示器的背侧
44 背光单元的光出射侧
46 显示器与背光单元之间的空隙
48 密封带

Claims (14)

1.用于运载工具的操作装置(10)，具有：
-带有触摸传感器***(36)的显示器(12)，用于以能预给定的最小压力手动操控所述显示器(12)以输入命令，
-保持装置(24)，由所述保持装置保持所述显示器(12)，
-其中所述保持装置(24)具有底侧(25)和支撑元件(22)，所述底侧(25)具有边缘区段，所述支撑元件(22)从所述底侧的至少相对的边缘区段(26)突出并限定所述边缘区段之间的自由空间，以及
-其中所述显示器(12)仅由所述保持装置(24)的支撑元件(22)保持，并在与所述保持装置(24)的底侧(25)保持距离的同时桥接所述自由空间(28)，
-至少一个操控传感器(32)，用于在手动操控所述显示器时检测所述显示器(12)的弯曲，
-其中所述至少一个操控传感器(32)检测所述显示器(12)至参考平面之间的距离的变化或所述显示器(12)的一部分至参考平面的距离的变化，其中在以所述能预给定的最小压力手动操控所述显示器时由于所述显示器的弯曲而发生所述距离的变化，以及
-与所述触摸传感器***(36)和所述至少一个操控传感器(32)连接的分析单元(38)，用于分析所述触摸传感器***(36)和所述至少一个操控传感器(32)的信号，以决定在手动操控所述显示器(12)时是否至少以所述最小压力作用在所述显示器上。
2.根据权利要求1所述的操作装置(10)，其特征在于，所述显示器(12)具有显示单元(14)和盖板(18)，所述显示单元(14)与所述盖板(18)牢固地连接并且所述盖板(18)至少在所述支撑元件(22)的区域中从侧向突出超过所述显示单元(14)，并且所述盖板(18)在突出区域(20)上靠置在所述支撑元件(22)上。
3.根据权利要求1或2所述的操作装置(10)，其特征在于，所述操控传感器(32)检测所述盖板(18)和/或所述显示单元(14)的弯曲。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的操作装置(10)，其特征在于，所述显示器(12)具有面向所述保持装置(24)的底侧(25)的背侧，并且所述操控传感器(32)测量所述显示器(12)的背侧至所述保持装置(24)的底侧(25)的距离。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的操作装置(10)，其特征在于，设置有多个操控传感器(32)，所述多个操控传感器在所述显示器(12)的多个部位上检测所述显示器(12)由于在被手动操控时的弯曲而引起的运动。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的操作装置(10)，其特征在于，所述显示器(12)具有带有边界壁的背侧(42)，所述边界壁具有多个彼此成角度地延伸的边缘区段，其中设置有多个操控传感器(32)，并且所述多个操控传感器(32)检测所述显示器(12)在所述背侧的以下区域中的运动，在所述区域中两个相邻的边缘区域彼此邻接。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的操作装置(10)，其特征在于具有光出射侧(44)的背光单元(16)，所述背光单元布置在所述保持装置(24)中，并且所述背光单元以其光出射侧(44)面向所述显示器(12)的背侧(42)。
8.根据权利要求7所述的操作装置(10)，其特征在于，所述背光单元(16)机械地与所述显示器(12)的背侧(42)连接，并且在与所述保持装置的底侧保持距离的情况下布置在所述保持装置(24)中。
9.根据权利要求7或8所述的操作装置(10)，其特征在于，所述操控传感器(32)检测所述背光单元(16)至所述保持装置(24)的底侧(25)的距离的变化。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的操作装置(10)，其特征在于，在所述背光单元(16)的光出射侧(44)与所述显示器(12)的背侧(42)之间存在空隙(46)，所述空隙通过弹性密封带(48)对外密封以防止背光出射。
11.根据权利要求7所述的操作装置(10)，其特征在于，所述背光单元(16)布置在所述保持装置(24)的底侧(25)上，并且所述操控传感器(32)检测所述显示器(12)至所述保持装置(24)的底侧(25)的距离的变化或检测所述显示器(12)的背侧(42)至所述背光单元(16)的光出射侧(44)的距离的变化。
12.根据权利要求11所述的操作装置(10)，其特征在于，所述操控传感器被构造为所述密封带的一部分，并且基于在手动操控所述显示器时所述密封带的压缩而检测所述显示器(12)的背侧(42)与所述背光单元(16)的光出射侧(44)之间的距离变化。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的操作装置(10)，其特征在于，所述操控传感器(32)是位移传感器或力传感器和/或光学式、电容式、电感式和/或电阻式地工作和/或被实施为微机电或微光机电的元件。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的操作装置，其特征在于电或机电或电磁工作的反馈单元，其用于触觉反馈对所述显示器(12)的有效手动操控。
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