用于電氣設備的特別適用于車輛部件的操作裝置的制造方法
【專利摘要】一種用于電氣設備或系統，特別適用于車輛部件的操作裝置，設置有至少一個彈性安裝的操作元件(12)，一相對元件(14)，相對于其當被驅動時所述至少一個操作元件(12)是可移動的，從而改變該距離，即如在移動方向看到的，和至少一個電容器(38)，它包括一具有第一電容器電極(34)的第一承載體(20)和一個設計成一個彎曲桿的可彈性彎曲的第二承載體(22)，具有第一端(26)和與所述第一端相對的第二端(32)，并且具有與第一電容器電極(34)相對的第二電容器電極(36)。評估單元(42)與第一和第二電容器電極(34，36)連接，在所述至少一個操作單元(12)驅動時用于確定所述至少一個電容器(38)的電容和/或電容的變化。
【專利說明】用于電氣設備的特別適用于車輛部件的操作裝置
[0001 ] 在先申請
[0002]本申請要求2013年12月10日的德國專利申請10 2013 225 436.9的優先權，其內容通過引用的方式并入本PCT申請的內容中。
技術領域
[0003]本發明涉及一種用于電氣設備或者電氣系統的操作裝置，所述的操作系統特別適用于車輛部件。
【背景技術】
[0004]大部分帶有操作元件的操作裝置的各種設計都是眾所周知的。尤其在汽車領域，其中利用了鍵的形式的操作元件已經建立了操作理念。最近，人們已越來越多地要求設計出這樣的鍵型操作元件，以達到的效果是，在驅動時，其表面應移動，盡可能以用戶感覺不到的方式進行。因此，希望實現移動行程盡可能小，并進一步允許這些被檢測到。在路徑被覆蓋的基礎上，然后可確定是否各個操作元素已被正確地驅動;于是，將裝置或系統的功能分配給所述操作元件執行。
[0005]如果，在這種系統中，它的彈性(硬度)是已知的，操作元件在其靜止位置之外所檢測的位移/運動使得能夠得知該驅動力。在高系統剛度的情況下，該位移是相對小的(最終甚至只適用于某些情況下)；因此，面臨尋找小位移的精確測量方法的挑戰又增加了。
[0006]在德國專利DE-A-10 2011 089 693中，其中操作裝置的特征在于，為響應按下移動，集成到電路板的自由切口彎曲桿會變形。彎曲桿的一端未剛性地連接到電路板上，因此是自由的，該彎曲桿攜帶一電容器電極，還具有布置在朝向的自由端朝向的剛性電路板面的電容器電極，從而橫向地布置成自由端，形成一個電容器。該電容器的電容的變化被用于操作元件驅動的檢測。
[0007]DE-A-10 2013 100 649公開了一種帶有觸摸操作元件的觸覺反饋的觸摸型操作元件。這里，電容器的剛性的電極表面會被移動，從而電容將被改變。
【發明內容】
[0008]因此，本發明的目的是提供一種用于電氣設備或者電氣系統的操作裝置，尤其適用于車輛部件，其中，盡管是操作元件的最小可能的運動行程，一個可靠的結論可以在此操作元件的移動軌跡得出。
[0009]為了達到以上目的，本發明的目的是提供一種用于電氣設備或者電氣系統的操作裝置，尤其適用于車輛部件，其特征在于，所述的操作裝置包括:
[0010]-至少一個彈性安裝的操作元件，
[0011]-—個相對元件，所述至少一個操作元件相對于相對元件其在被驅動時是可移動的，因此在移動方向上看引起距離的變化，
[0012]-至少一個電容器，其包括一個具有第一電容器電極的第一承載體和包括一個彈性可彎曲的第二承載體，所述的第二承載體設計成彎曲桿狀，所述的第二承載體上的第二電容器電極與第一電容器電極相對設置，
[0013]-其中，
[0014]-所述的電容器(38)被設置在所述至少一個操作元件上而且在操作元件的驅動下可以與操作元件一起移動因為所述兩個承載體(20，22)通過它們的第一端(24，26)到至少一個操作單元(12，28)被固定，并且各自的第二端與各自的第一端相對設置，用于可彈性彎曲的第二承載體(22)的第二端(32)遠離所述第一承載體(20)的第二端(30)的移動在所述的至少一個操作元件驅動時(如圖1所示，其中第一承載體和所述彈性可彎曲第二承載體的第一端被緊固到所述至少一個操作元件的用于移動的第一承載體和所述彈性可彎曲第二承載體的第一端與所述至少一個操作元件一起，和第二承載體的第二端相對的可彈性彎曲的第二承載體的第一端的被設置在相對元件上，相應的，支撐/由后者經所述至少一個操作元件的驅動，并且當所述至少一個操作元件的驅動，從遠離所述第一承載體移動的距離)，
[0015]或者
[0016]-電容器在這兩個載體是通過其第一端固定到所述相對元件上，并在其第二端部相對的第二承載體的第一端與所述至少一個操作元件可拆卸連接，用于第二承載體的第二端從所述至少一個操作元件的驅動進行第一載體的第二端遠離的運動(參見例如圖4其中第一承載體設置在相對元件上和所述至少一個操作元件是相對于所述第一承載體可動，并在其彈性可彎曲的第二承載體的第一端是由相對元件保持并在其第二端相對的第一端，是在與所述至少一個操作元件的可拆卸連接，用于當至少一個操作元件的驅動時彈性可彎曲的第二承載體的第二端遠離第一承載體的第一端的移動)，
[0017]-其中，可彈性彎曲的第二承載體的第二端承受來自第一承載體的定向偏轉，在所述至少一個操作元件驅動時第一和第二電容器電極間的所得到的距離的生成和/或增大，
[0018]-評估單元與第一和第二電容器電極連接，在所述至少一個操作單元驅動時用于確定所述至少一個電容器的電容和/或電容的變化。
[0019]本發明的操作裝置由駐留在該電容器的電容的變化被用彈性電極的幫助下檢測精確的確定的電容方式的操作元件的位移來實現該方法。此處的特別特征在于，在操作元件脫離其靜止位置的運動時，所述電容器將高值的電容變為低值。因此，操作元件被驅動時電容器將呈現“打開”的狀態。
[0020]根據本發明，操作裝置包括至少一個彈性地支撐操作元件。在正常情況下，該操作元件被設計為一個鍵體并且可以以平移的方式移動;然而，操作元件的偏轉可通過使用本發明的概念計量的檢測出來。操作元件在驅動時會向著與相對元件相反的方向運動，相應的，在沒有驅動力施加在操作元件上時操作元件會從相對元件的尾部運動回來。
[0021]在操作元件和相對元件之間，設置一移動的小徑，一個包含第一承載體和第二承載體的電容器，其中每個承載體包含一個電容器電極(以下分別稱為第一電容器電極和第二電容器電極)而第一承載體是剛性的設計，第二承載體以彎曲條的方式形成，因此是可彈性彎曲。兩個電容器電極相對設置。
[0022]—旦操作元件驅動時，第二承載體偏轉的程度會越來越大。這就會導致兩個電容器電極在操作元件的靜止狀態應該盡可能地小。因此，特別的，在操作元件停止工作的情況下，具有相對高的電容量的電容器會下降的比較快，尤其還當操作元件僅最低限度地移動時。這個比較大的電容器的電容量的下降，可以可靠地用于檢測所述操作元件的驅動和相應的操作元件的位移路徑，因此(該系統提供的剛度是公知的)驅動力在這種情況下。
[0023]對于電極之間的設計的原因及其公差，最小距離已被維持的情況下，這通常將導致一個氣隙，這將減少電容器的電容，本發明具有的優點是這樣的最小距離需要被僅在一側上維持，即在打開側。在相對側，該空氣間隙可以忽略，使得電容器的電容量將變高。
[0024]本發明的操作裝置的由上述概念可以實現，根據第一替代方案，例如在所述第一承載體相對于不動到操作元件保持與所述至少一個操作元件是相對于第二承載體可動的情況下，而且彈性彎曲第二承載體是通過它的第一端設置在所述操作元件上，在其第二端相對的第一端，與所述相對元件于彈性可彎曲第二承載體的運動驅動時執行的操作連接操作元件的。在該變型中，第一承載體和所述彈性可彎曲第二承載體的第一端被緊固到所述至少一個操作元件，使得在所述操作元件的致動，兩者都將隨著與后者移動。在這種結構中，彈性可彎曲第二承載體的第二端部與相對元件上鄰接。這兩個載體相對設置，其中所述可彈性彎曲第二承載體被設置在操作元件和所述第一承載體之間。因此，越遠操作元件移動時，多個第二承載體將是有缺陷的。
[0025]在本發明的操作裝置的一個第二變體，它設置在第一承載體和所述彈性可彎曲第二承載體的第一端被夾持在相對元件上。所述彈性可彎曲第二承載體的第二端與所述至少一個操作元件可拆卸連接時，后者被驅動。在這個變型中，兩個載體再次被設置在彼此的頂部，但被夾持在相對元件上。所述的彈性可彎曲的第二載體的第二端在至少一個操作元件驅動時會沿著至少一個操作元件的反方向移動，而且第一承載體的第二端與操作元件鄰接。再次，在操作元件驅動時所述第二承載體將被偏轉到一個越來越大的程度。
[0026]對于本發明的兩個變體，它因而實際上是，在同時，所述至少一個操作元件的驅動時，在第一和第二電容器電極和/之間產生的距離或所述距離被放大的，所述彈性可彎曲第二承載體的第二端開始定向從所述第一承載體遠的偏轉。通過連接到第一和第二電容器電極的評估單元的裝置，這是現在能夠確定的電容和/或所述至少一個電容器的電容在所述至少一個操作元件的驅動時的變化。
[0027]根據本發明的另一有利實施例，可提供作用在所述至少一個操作元件上，用于產生所述至少一個操作元件的驅動的觸覺確認一個反饋單元，其中所述反饋單元適于依據電容的量或根據該電容器承擔和分別電容的改變的程度時被控制，所述至少一個操作元件的驅動發生。這種反饋也可采用聽覺或視覺和任選聲學和視覺組合，并且如果需要的話，還結合一個的觸覺反饋。例如觸覺反饋裝置可以實現作為可以固定于操作元件螺線管的銜鐵，其線圈與磁軛可以固定于殼體，一一或反之亦然一一，或作為不平衡馬達或振動單元。
[0028]關于本發明的操作裝置的至少一個彈性支撐操作元件，可以設置分別與一個符號的多個操作字段。不論哪個操作字段的當前接觸，例如由手的手指，用于驅動所述操作元件，以使操作件將被驅動時，如上所述，操作元件將執行那些將電容作為由本發明提供檢測到的運動。現在，用于由當操作元件被驅動時手的手指作用于檢測該操作區域，利用電容性觸摸傳感器布置的是有利的，形成特別是在評估單元及其評估。
【附圖說明】
[0029]本發明將更詳細的以下文兩個示范性實施例的方式并參照附圖進行說明。
[0030]圖1示意性示出根據第一示例性實施例的具有驅動的電容檢測的操作元件的可移動支撐的結構，
[0031]圖2和圖3示出根據圖1操作元件的概念的局部視圖，在操作元件的假定靜止位置(參照圖2)時和驅動時(參照圖3)，
[0032]圖4示意性示出了根據第二示例性實施例的具有驅動的電容檢測的操作元件的可移動支撐的結構。
[0033]附圖標記:
[0034]10 操作裝置
[0035]10，操作裝置
[0036]12 操作元件
[0037]14 相對元件
[0038]16 驅動力
[0039]18 彈簧
[0040]20 承載體[0041 ]22 承載體
[0042]24 第一承載體的第一端
[0043]26 第二承載體的第一端
[0044]28 突出部分
[0045]30 第一承載體的第二端
[0046]32 第二承載體的第二端
[0047]34 第一電容器電極
[0048]36 第二電容器電極
[0049]38 電容器
[0050]40 第二承載體的偏轉單元[0051 ]42 評估單元
[0052]44 反饋單元
[0053]46 接觸傳感器裝置
[0054]S 執行器行程
[0055]W 距離
[0056]F 驅動力
【具體實施方式】
[0057]在圖1中，示出的操作裝置10的第一示例性實施例。操作裝置10還包括一個與相對元件14遠離的方向移動的彈性支持操作元件12，在圖1中如16所示，一個驅動力作用于操作元件12上，相應的，此驅動力被釋放。在圖1，操作元件12的彈性支持通過彈簧18被示意性地表不。
[0058]固定到操作元件12是一個特殊的第一承載體20和彈性可彎曲第二承載體22重疊布置的元件。所述第一承載體20可以例如是一個電路板，而第二承載體22可以形成為金屬薄板的條帶。從圖1中可以看出，這兩個載體機構20，22，在其第一端24，26的區域中被緊固，并與其他板狀操作元件12的突起28相緊貼。所述突起28在朝向相對元件14的方向上定向。兩個承載體還包括與各自第一端24、26相對應設置的第二端30，32，其中，彈性可彎曲第二承載體22的第二端32超出了第一承載體20的第二端30。
[0059]第一電容器電極34被安置在第一承載體20的第二端30的區域內。在與第一電容器電極的相對的第二承載體22的突起處形成第二電容器電極36。由此，形成電容器38(具有電子絕緣電極)。
[0060]從圖1中還可以看出，第二承載體22的第二端32靠在相對元件14的偏轉元件40上。現在操作元件12被按壓時，即驅動，所述第二承載體22由于偏轉元件40在其第二端32的抵接將越來越彎曲，其通過圖2與圖3之間的比較是明顯的。在圖2，其中所示的電容器結構的情況時，操作元件12處于其靜止位置。圖3示出了操作件12被壓時，因此被驅動的情況。這定義了動作行程S。所述偏轉元件40并不一定要鄰接于第二承載體22的第二端32，但也可以在另一個位置接觸和偏轉所述第二承載體，其中，為此目的，所述偏轉元件40通過穿過第一承載體20中的開口或類似的切口延伸，以便接觸到基臺與第二載體22。
[0061]所述的執行器行程s現在可以電容器38的變化的電容的基礎上進行檢測。在圖2中，“A”指示平均電極距離Wmittel n的水平，在操作元件12處于其靜止位置或正常的位置的情況。在圖3中，“B”指示平均電極距離Wmitte3l b的水平，在操作元件12處于驅動時的情況。“A”和“B”級之差可以通過Λ Wmittel表示，可以看出Awmittel比行程s小。然而，其中根據本發明不是絕對必要的。
[0062]在圖1中，進一步示意表示，這兩個電容器電極34，36電連接到評估單元42。在該評估元4 2，有被執行的電容的檢測和相應的電容在操作元件12的驅動的變化。對于觸覺反饋，一個相應的反饋單元44可被提供，其包括:用于使所述操作元件12來執行振動的機電驅動器。
[0063]在圖4中，示出了一個與圖1中的驅動檢測概念相反的概念。因此。在圖4相應的操作裝置10’中，電容器38和各自相互重疊載體機構20和22當后者被驅動(除了彈性可彎曲第二承載體22的彎曲)將不沿著操作元件12移動。此外，在圖4，那些結構上和功能上類似于圖1的操作裝置10的元件，是由相同的附圖標記在圖1至圖3標示。
[0064]因此，如從上述明顯看出，本發明使得通過測量技術檢測一個小的位移的相對簡單的裝置變為可能，即，一電路板，一金屬板帶和一電容測量裝置。為了這個目的，它僅僅是要求該兩個元件“電路板”和“片材金屬條帶”中的一個可以相對于另一個有已知的剛性的移位。
[0065]力測量(或力的確定)，如本發明所呈現的可能提供越來越多的與觸摸操作相關的功能。因此，為對觸摸操作功能所需的硬件和軟件也可以用于所述力測量中使用。與已知的電容式系統相比，采用本發明，這是因為由本發明所使用的物理原理實現提供方法時，這樣的力確定的準確度是相對電容向覆蓋路徑的變化是相當大的增強。
[0066]本發明的特征包括特別是以下內容，可單獨，也可以實現在任何期望的組合:
[0067]-電容的減小被用于路徑測量。
[0068]-在起始位置，該電容器的兩個板具有較小的距離。
[0069]-一個強大的電容變化被實現，因為:
[0070]-板間的距離被放大，和
[0071]-—個第二電介質，它內部是空氣，將進入電容器板之間的間隙。
[0072]-一個電容器板是彈性的。
[0073]-電容器板之間的空氣間隙通過彈性電容器板的彎曲形成，例如金屬板。從而，所以實現了整個系統的機械位移并在電容器的距離的實際平均變化之間的機械轉換。
[0074]-組成部件的公差是由電容器金屬板的彈性所補償;通過公差補償，避免了鍵的空行程，從而使得有可能檢測在測量精度范圍內最小的運動。
[0075]下面，在一個相當普遍的方式，本發明方法的物理/電工原理應再一次概括。
[0076]在僅僅最低限度地可移位操作元件，其位移是被精確的檢測，彈性連接到另一部件，例如到一個套管或者如上表達的相對元件。此連接(通過彈簧18在圖中表示)的剛度是已知的。在力/路徑相互關系的基礎上。即
[0077]F = DX s,
[0078]其中D表示的剛度和s的路徑，所施加的力F可以通過位移s計算。
[0079]用于路徑測量的電容器包括平面電容器板，例如在電路板的銅傳導路徑。在此電路板，也為電容的測量電子被容納。在電子絕緣到第一電容器板，例如設置片材金屬條帶，形成第二電容器板。該電容器的電容的計算方法如下:
[0080]C=EoX εΓXA/w,
[0081]其中εο代表不變電場，er代表該材料的間隙(在正常情況下，空氣)中的相對磁導率，A代表電容器的表面面積，w代表電容器板之間的距離。現在，當施加到所述操作元件上的力，有被覆蓋-通過彈簧的彈性變形-路徑S。因此，該(向上突出的驅動)銷將相對于與銅傳導通路的電路板，并且相對于片材金屬條帶移動。由此，片材金屬條帶將被抬離銅傳導路徑。由于單面緊夾緊附件，片材金屬條帶將發生相應的變形，并會形成彎曲線(見圖1到圖4)。在電路板和金屬板帶材的銅傳導路徑之間的間隙現在將具有依賴于片材金屬條帶的位點上的高度(參見圖2和圖3)。現在，當距離之前和之后的平均距離被檢測時，該距離比所述操作元件的偏移量8小。因此，由于彎曲線，偏移量s被轉換成電容器的平均距離w(見圖2和圖3)。
[0082]隨著路徑s的增加，則電容器進一步打開，S卩，片材金屬條帶將被遠離所述電路板彎曲，沒有驅動力將被轉移到電路板，從而保護它不受損壞。
[0083]如果路徑測量與作用在驅動的方向的觸覺反饋相結合，所述操作元件的觸覺反饋這一額外路徑將進一步打開電容器(見圖1到圖4)。
[0084]根據本發明，相反于系統采用“關閉”的電容器工作，因而采用增加的電容，提供了用于驅動和任意的反饋驅動的路徑，因此作為一個“余量”作為處于“關閉”電容器的情況下，不需要提供，使得在靜止位置的電容器間隙可以設計得非常小從而提供可能的高輸出電容。
[0085]在圖1到圖4所示的46，其中示意性地描繪的電容觸摸傳感器系統，這使得它能夠檢測在其場地例如當操作元件12被驅動的手的手指的位置。
【主權項】
1.一種電氣設備的操作裝置，包括: -至少一個彈性安裝的操作元件(12，28)， -一個相對元件(14，40)，所述至少一個操作元件(12，28)相對于相對元件其在被驅動時是可移動的，因此在移動方向上看引起距離的變化， -至少一個電容器(38)，其包括一個具有第一電容器電極(34)的第一承載體(20)和包括一個彈性可彎曲的第二承載體(22)，所述的第二承載體設計成彎曲桿狀，所述的第二承載體(22)上的第二電容器電極(36)與第一電容器電極(34)相對設置， -其特征在于， -所述的電容器(38)被設置在所述至少一個操作元件(12，28)上而且在操作元件的驅動下可以與操作元件一起移動，這是因為所述兩個承載體(20，22)通過它們的第一端(24，26)固定于至少一個操作單元(12，28)，并且各自的第二端(30，32)與各自的第一端(24，26)相對設置，同時所述的第二承載體(22)與所述的相對元件(14，40)為可拆卸連接，用于可彈性彎曲的第二承載體(22)的第二端(32)在所述的至少一個操作元件(12，28)驅動時遠離所述第一承載體(20)的第二端(30)的移動，更確切地說，從它們的第二端(30)開始， 或者 -所述的電容器(38)被設置在所述的相對元件(14，40)上，這是由于兩個承載體(20，22)通過它們的第一端(24，26)固定于相對元件(14，40)，各自的第二端(30，32)與各自的第一端(24，26)相對設置，而且第二承載體(22)與至少一個操作元件(12，28)為可拆卸連接，特別是用于在至少一個操作元件(12，28)驅動時第二承載體(22)的第二端(32)遠離第一承載體(20)的第二端(30)的移動， -其中，可彈性彎曲的第二承載體(22)的第二端(32)承受來自第一承載體(20)的定向偏轉，在所述至少一個操作元件(12，28)驅動時第一和第二電容器電極(34，36)之間的所得到的距離的生成和/或增大， -評估單元(42)與第一和第二電容器電極(34，36)連接，在所述至少一個操作單元(12，28)驅動時用于確定所述至少一個電容器(38)的電容和/或電容的變化。2.根據權利要求1所述的操作裝置，其特征在于，反饋單元(44)作用在至少一個操作單元(12，28)上，用于產生至少一個操作元件(12，28)驅動時的觸覺確認，其中，所述的反饋單元(44)適用于根據各自第二端(30，32)對應于各自第一端(24，26)產生的電容量，或者，根據在至少一個操作元件(12，28)驅動下所述的電容器(38)承受的電容量的改變程度而被控制。3.根據權利要求1或2所述的操作裝置，其特征在于，所述的至少一個操作元件(12，28)包括帶有多個標記的操作區域，其中，通過設置一個電容接觸傳感器裝置(46)，其中一個所述的操作區域在至少一個操作元件(12，28)被驅動的過程中例如被手指觸碰可以被所述的評估單元(42)所檢測到。4.根據權利要求1至3中任一項所述的操作裝置，其特征在于，在所述的操作元件(12，28)或者所述在相對元件(I4，40)上，設置一個偏轉元件(40)，其與所述第二承載體(22)上相抵，尤其通過第二承載體的第二端(32)。5.根據權利要求4所述的操作裝置，其特征在于，所述的第二承載體(22)的第二端(32)延伸超過所述第一承載體(20)的第二端(30)。6.根據權利要求4所述的操作裝置，其特征在于，所述的偏轉單元(40)通過第一承載體(20)的一個開口與第二承載體(22)鄰接地可拆卸連接。
【文檔編號】H03K17/975GK105849505SQ201480071516
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年12月9日
【發明人】溫井里德.富斯特, 卡斯滕.馬夸斯
【申請人】貝爾-赫拉恒溫控制有限公司