用于至少一个可电控制的装置的操作单元 |
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| 申请号 | CN201510747859.3 | 申请日 | 2015-11-06 | 公开(公告)号 | CN105584437A | 公开(公告)日 | 2016-05-18 |
| 申请人 | 大众汽车有限公司; | 发明人 | D.乌尔里希; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于至少一个可电控制的装置的操作单元，具体而言该操作单元带有：至少一个操作元件(120)以用于操作至少一个可电控制的装置；至少一个与至少一个操作元件(120)联结的 力 传感器 ；以及在运行状态中与至少一个可电控制的装置和至少一个力传感器(90)联结的控制单元(60)，当该操作单元以紧固地与至少一个操作元件(120)连接的且容纳至少一个力传感器(90)的基体(110)为特征时，该操作单元在没有可运动的部件的情况下也行并且仍然可使用者友好地进行操作。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于至少一个可电控制的装置的操作单元，带有： |
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| 说明书全文 | 用于至少一个可电控制的装置的操作单元技术领域[0001] 本发明涉及一种用于至少一个可电控制的装置(尤其用于车辆的电动的车窗升降器)的操作单元，该操作单元带有：至少一个操作元件以用于操作至少一个可电控制的 装置；至少一个与至少一个操作元件联结的力传感器；以及与至少一个可电控制的装置和 至少一个力传感器联结的控制单元。此外本发明涉及一种用于控制至少一个可电控制的装 置的方法。 背景技术[0002] 从文件DE102008008178A1中已知用于支持可手动运动的车身构件(例如车辆的滑动门或尾门(Heckklappe))的操作的方法和装置。借助于可控制的电动的驱动器使车身 构件运动，其中根据至少一个布置在操作元件处的力传感器探测信号。根据信号借助于控 制单元如此控制电动的驱动器，即使得车身构件在敞开位置和关闭位置之间运动。该文件 未进一步探讨操作元件，而满足于这样的说明，即操作元件能够为尾门把手、尾门按键或尾 门开启器。这种把手具有多个部件，这些部件可相对彼此移位或以可铰接的形式彼此连接。 这种运动自由以缝隙宽度和其它措施为前提，其实现且保持无问题的运动。 [0003] 从文件DE102009036520A1中已知一种用于触发在车辆中的电动的装置的功能的操作元件，该操作元件在没有可相对彼此运动的部件的情况下也行。操作元件具有沿着纵 轴线上划分成大量部段的触敏式传感面以及与传感面联结的控制设备。控制设备构造成， 可以分辨部段的方式检测利用手指对传感器面的触碰。为了使驾驶员免于无心地触发电动 的装置的功能，在传感器面上的预先定义的触碰顺序之后才允许功能的触发。 [0004] 预先定义的触碰顺序的要求对于驾驶员而言可能是不习惯的，尤其当驾驶员在可握住的操作元件情况下了解其它的操作概念时，如例如在电动的车窗升降器的情况中。 发明内容[0005] 因此本发明的任务在于，提供一种操作单元，该操作单元在没有可运动的部件的情况下也行并且仍然可使用者友好地进行操作。此外本发明的任务在于，提供一种用于操 作至少一个可电控制的装置的相应的方法。 [0007] 根据本发明的操作单元用于控制尤其在车辆中的至少一个可电控制的装置。该装置能够例如为车窗升降器、滑动车顶、尾门、油箱盖或类似物。但也考虑其它可电控制的装 置：信息娱乐设施、雨刷、空调及类似物。本发明还不限于车辆。还可设想：家庭娱乐设施、 电视机、计算机、洗衣机、可移动装置、敞篷车顶、脊柱前凸护理件(Lordose)、用于车辆的自 动停入的或车辆的门的自动打开的安全按键(Todmanntaster，有时称为“死人按键”)以及 类似物。 [0008] 操作单元能够设计成用于装置的一个功能，但还能够用于同样的装置的多个功能或用于多个装置的多个功能。由此适宜的是，在驾驶员侧上为了四个装置设计用于机动车 的电动的车窗升降器的操作单元，其中将用于车窗(驾驶员侧：前面和后面；副驾驶员侧： 前面和后面)的每个驱动器定义为装置。适宜地为每个车窗还提供有操作元件，由此保证 了所有车窗的清晰明了且直观的操作。 [0009] 操作元件优选地构造成以按键和可握住的调节器的形式，以便实现在不用强迫看一眼操作元件的情况下舒适地进行操作。对于车窗升降器适宜地如此构造操 作元件，即使得从驾驶员的观点来看该操作元件操作下列功能：按压操作元件或操作 元件的操纵区段-打开车窗；拉提操作元件或操作元件的操纵区段-关闭车窗。当 至少一个操作元件能够由使用者在两个基本上处于相对的侧边上操纵的时候，获得 至少一个操作元件的适宜的实施方案。为此，该操作元件能够例如实施成带有例如 状(翻转的L)的侧向的横截面；使用者在这种情况下在水平的区段处操纵操作元件：从 上面-按压；从下面-拉提。 [0010] 根据本发明将至少一个操作元件与至少一个力传感器联结。有利地考虑下者作为力传感器：应变传感器、应变测量片、压电传感器、电容传感器、光学传感器。联结为力联结 和/或力矩联结：外部的力(例如利用手指在操作元件处按压或拉提)在该力传感器或这 些力传感器中引起可测量的应力和/或变形，尤其引起剪切变形和剪切应力、法向变形和 法向应力、扭力。“在该力传感器中”包括力传感器的空间的检测区域。 [0011] 根据本发明，操作单元具有控制单元，该控制单元在运行状态中与至少一个可电控制的装置和至少一个力传感器联结。在运行状态中意味着，如此设立操作单元，即使得能 够使用该操作单元。在用于车辆的车窗升降器中，操作单元例如内装到车门内衬中并且与 用于车窗的驱动器、车载电网(Boardnetz)以及能源供应系统连接。控制单元还能够包括 多个单个的控制装置，例如用于车窗升降器的每个驱动器的分别一个专用的控制装置。 [0012] 根据本发明，操作单元以紧固地与至少一个操作元件连接的且容纳至少一个力传感器的基体为特征。 [0013] “紧固”在本发明的含义中是指：“不铰接”或“不可移位”。紧固的连接能够例如实施为材料配合的：通过将操作元件和基体进行粘接、焊接、单件式制造以及类似方式。该连 接还能够实施为形状配合的或力配合的：通过夹紧以及类似方式。本发明的重点是，外部的 力和/或力矩(该力和/或力矩作用到至少一个操作元件上)至少部分地传递到基体上。 紧固的连接因此能够构造为有足够价值的(wertig)支承。 [0014] “容纳”在本发明的含义中是指至少一个力传感器的布置方案，该布置方案实现了检测基体的变形和/或机械应力。尤其至少一个力传感器能够布置在基体处和/或中。机 械应力能够为内应力和/或表面应力。 [0015] 基体能够实施成单件式或多件式。然而在多件式的实施方案中应该注意的是，在单个的部件之间的连接以上文所提及的含义实施成紧固的。 [0016] 补充于至少一个容纳在基体中的力传感器，一个或多个力传感器还能够容纳在至少一个操作元件中。 [0017] 操作单元的长的使用寿命能够有利地以下面的方式达成，即从外部作用到至少一个操作元件上的力和/或从外部作用到至少一个操作元件上的力矩引起基体的和/或至少 一个操作元件的基本上弹性的变形。变形应当至少在这样的力范围内以弹性的方式进行， 即该力范围对于通过一根手指、两根手指、三根手指或一只手引起的操作而言通常出现，优 选地带有附加的力范围作为备用。对于车窗升降器的操作单元(在该操作单元中操作元件 通常利用手指进行操纵)而言，在两位数的牛顿范围中的力范围是足够的，例如直至三十 牛顿；在该范围中，所有变形基本上以弹性的方式进行。弹性的变形适宜地由至少一个力传 感器可至少部分部位地进行检测。因此不需要的是，利用许多力传感器获得关于基体的变 形的尽可能全面的特征(Profil)。相反地，当部分部位地检测到变形并且能够可靠地确定 操作意向时，就足够了。 [0018] 当确定了作用到至少一个操作元件上的外部的力和/或力矩时，能够确定操作意向，因为使用者通过这些力和力矩实施其操作。为此有利的是，控制单元设立成，从至少一 个力传感器的传感器信号中确定外部的力和/或外部的力矩。特别适宜的是，外部的力和 /或外部的力矩可依照数值和/或方向进行确定。 [0019] 由此在车窗升降器的情况下能够例如区分出意向：打开或关闭车窗(外部的力的或外部的力矩的方向)。还能够区分出意向：缓慢或快速地关闭车窗(外部的力或外部的 力矩的数值，如有可能与一个阈值或(例如对于车窗的运动的不同的速度而言)多个阈值 相对比)。 [0021] 在另一实施方式中，多个力传感器容纳在基体中。尤其在多个操作元件中能够由此更加可靠地确认，外部的力和/或外部的力矩作用到哪个操作元件上或哪些操作元件 上。外部的力和外部的力矩的数值和/或方向的确定也可更加可靠地进行确认。多个力传 感器为此有利地可如此分布在基体处和/或中，即使得外部的力和/或外部的力矩的可靠 的确定对于每个操作元件而言可尽可能同样好地进行确定。 [0022] 如果应当利用操作单元操作多个可电控制的装置，则当多个操作元件设置成用于多个可电控制的装置时，有利地支持可容易理解的操作，其中每个可电控制的装置与至少 一个操作元件相关联。在多个装置中有意义的是，使用足够大数量的力传感器，因为较大数 量的力传感器还改善作用到操作元件上的外部的力和/或外部的力矩的分布的分辨率。控 制单元适宜地设立成，从力传感器的传感器信号中确定作用到操作元件上的外部的力分布 和/或外部的力矩分布。 [0023] 在一种特别的实施方式中，至少一个操作元件具有至少一个与控制单元联结的触敏式面。该至少一个触敏式面能够例如使用于检测被操纵的操作元件和/或操纵方向。 [0024] 控制单元适宜地设立成，取决于至少一个力传感器和至少一个触敏式面的传感器信号产生用于至少一个可电控制的装置的控制信号。控制信号能够在内容上或者基于至少 一个触敏式面的信号(备选的实施方式)。或者控制信号能够在内容上不仅基于至少一个 触敏式面的信号，而且基于至少一个力传感器的信号(累加的实施方式)。 [0025] 累加的实施方式：至少一个触敏式面的信号用作冗余以用于提升可靠性和/或节约多个力传感器中的几个。 [0026] 备选的实施方式：被操纵的操作元件和/或操纵方向借助于至少一个触敏式面进行确定。“有意的”操纵–区别于无意的和/或无心的对至少一个触敏式面的触碰–借助 于在基体处和/或中的至少一个力传感器进行确定。适宜地控制单元设立成，仅仅当外部 的力和/或外部的力矩满足条件时，才产生控制信号。该条件适宜地为预先定义的并且能 够是：作用到至少一个操作元件上的外部的力和/或外部的力矩的数值超过阈值。控制单 元在这种情况下设立成从至少一个触敏式面的信号中产生控制信号。 [0027] 在根据本发明的用于控制至少一个可电控制的装置的方法中，首先借助于至少一个力传感器获得基体的变形和/或机械应力。接着借助于控制单元从变形和/或机械应力 中确定作用到至少一个与基体紧固地连接的操作元件上的外部的力和/或外部的力矩。最 后取决于外部的力和/或外部的力矩产生用于至少一个可电控制的装置的控制信号，利用 该控制信号控制或能够控制可电控制的装置。根据本发明的方法能够特别有利地利用上述 说明的操作单元进行实施。尤其上文阐述的特征和特别的实施方式还能够转用到根据本发 明的方法上。 [0028] 因此对于根据本发明的操作单元及其特别的实施方式所说明的优点和适宜性也适用于根据本发明的方法及其特别的实施方式。 附图说明[0029] 在附图中示出了本发明的四个用作示例的实施方式。 [0030] 其中：图1在俯视图中示出了带有一个操作元件的第一操作单元； 图2在侧视图中示出了根据图1的操作单元； 图3示出了第一方法的流程图，该第一方法借助于根据图1的操作单元进行实施； 图4在俯视图中示出了带有四个操作元件的第二操作单元； 图5在侧视图中示出了根据图4的操作单元的局部，以及 图6示出了第二方法的流程图，该第二方法借助于根据图4的操作单元进行实施。 [0031] 参考符号列表10局部 20滑动车顶 30车顶元件 40驱动器 50双向箭头 60控制单元 70双向箭头 80操作单元 90力传感器 100箭头 110基体 120操作元件 130隔板(Blende) 140振动设备 150箭头 160设备 170箭头 180操纵区段 190手指 200连接部 210检查点 220-250步骤 260判断步骤 270检查点 280-330步骤 340判断步骤 350返回(Rücksprung) 360机动车 370车窗升降器 380车窗 390驱动器 400控制单元 410控制装置 420数据导线 430操作单元 440操作元件 450基体 460力传感器 470操纵区段 480触敏式面 490端部区段 500检查点 510-560步骤 570判断步骤 580检查点 590-600步骤。 具体实施方式[0032] 图1示出了机动车的示意性的局部10。机动车装备有可电控制的滑动车顶20。可电控制的滑动车顶20包括可在关闭位置和敞开位置之间移位的车顶元件30以及用于车顶 元件30的可电控制的驱动器40。可电控制的驱动器40以机械的方式与车顶元件30联结， 这通过双向箭头50表明。双向箭头50表示在驱动器40和车顶元件30之间的力传递：从 驱动器40到车顶元件30的方向表明了，驱动器40借助于力使车顶元件30移位；从车顶元 件30到驱动器40的方向表明了，车顶元件30给予抵抗由于驱动器40引起的移位的阻力， 例如通过下面的方式，即车顶元件30位于完全的敞开位置中并且不能够继续打开，或在关 闭时有物体位于车顶开口中。阻力能够从驱动器40的功率消耗中进行确认，由此例如中断 关闭过程。 [0033] 驱动器40与控制单元60电联结。该联结通过双向箭头70表明。双向箭头70表示在控制单元60和驱动器之间的线连接的或无线的信号传递：从控制单元60到驱动器40 的方向表明了，控制单元60将控制信号发送到驱动器40处，例如信号为“(继续)打开车 顶元件”；从驱动器40到控制单元60的方向表明了，驱动器40将信号发送到控制单元60 处，例如“任务已实施”或“障碍/问题”。 [0034] 控制单元60为操作单元80的组成部分。操作单元80另外包括两个力传感器90，这些力传感器经过电导线与控制单元60联结。电导线通过箭头100表明。箭头100的方 向表明了，控制装置60接收力传感器90的信号。 [0035] 力传感器90容纳在基体110中。在该实施方式中力传感器嵌入到基体110中，这通过虚线表明。力传感器90非对称地布置在操作元件120的左侧和右侧旁边。在操作元 件120的右侧旁边示出了隔板130的一部分。 [0036] 在底板110下方但与底板110接触地安装有振动设备140，该振动设备由控制单元60控制，通过箭头150来标明。借助于振动设备140能够使底板110、操作元件和隔板置于 振动中并且由此给使用者触觉的反馈，例如“已识别到操作意向”、“已实施操作意愿”。备选 或补充于触觉的反馈，控制单元60能够经过数据导线操控视觉的和/或听觉的设备160。 数据导线作为箭头170示出。 [0037] 操作元件120实施成用于两个不同的操作行为：按压和拉提。这些操作可能性可从图2中看出。 [0038] 图2在侧视图中示出了根据图1的操作单元80。可看出的是，隔板130构造成多件式。隔板130固定在未示出的侧壁处。操作元件120设计成 状(翻转的L)。操作元件 120具有基本上水平的操纵区段180。使用者能够利用其手指190从上向下按压到该操纵 区段180上并且将向下指向的力F1施加到操纵区段180上。但使用者还能够从下向上在 操纵区段180处拉提并且将向上指向的力F2施加到操纵区段180上。 [0039] 力F1和F2经过紧固的连接部200传递到基体110上并且在基体110中引起变形和内部的机械应力。变形和内应力根据哪个力F1或F2恰好施加到操纵区段180上而在力 传感器90的位置处进行区分。这些不同的变形和应力能够由力传感器90进行区分。另外 力传感器90还能够分清这样的力，即这些力虽然是相同指向的，但大小不同。根据灵敏度 力传感器90能够区分例如在数值方面以大于0.5N(牛顿)而不同的力。但还可设想的是， 力传感器90能够分辨更加小得多的差别，然而控制单元60仅仅有区别地评价以确定的数 值而不同的变化。对于最后的一种情况例如可考虑下列应用： 级别1：力F<0.5N，缓慢地打开/关闭，只要力存在； 级别2：0.5N<= 力F<3N，快速地打开/关闭，只要力存在； 级别3：3N<= 力F<8N，比在级别2中更快速地打开/关闭，只要力存在； 级别4：8N<= 力F，完全地打开/关闭，力F只需要短暂地置于8N的阈值之上。 [0040] 在上述的应用中力F表示力F的数值。力F的方向决定了打开或关闭车顶元件30。 [0041] 如此设计操作元件120、紧固的连接部200和基体110，即使得它们的变形在设置的力范围中基本上以弹性的方式进行，以便保障操作单元80的长的使用寿命。 [0043] 在一种备选的实施方案中，级别1还能够实施为预览级别(Vorschaustufe)：操作元件120的轻微的触碰为驾驶员指示了，当驾驶员更强烈地操纵操作元件120时(即到达 到随后的级别中的一个中)，哪个功能被实施。预览能够例如以视觉的方式进行：在信息娱 乐系统的显示器上、在组合仪表中、在平视显示器(Head-Up-Display)上、在操作元件120 的显示面上、作为到滑动车顶上的投影。 [0044] 图3示出了带有第一方法的特征的流程图，该方法借助于根据图1的操作单元进行实施。 [0045] 方法在检查点210处开始。检查点210能够例如相应于接通机动车的点火系统。从该时间点起，对操作单元80进行持续地监视。在此“持续地”的意思是，使用者注意到操 作单元80的长久的不间断的待命。在技术上这在周期选取得足够短时也能够通过基本上 周期性地监视力传感器90进行。 [0046] 在步骤220中操作元件120由于力F而在操纵区段180处承受负荷。力F引起关于处在连接部200的平面中的轴线的力矩。该力矩引起基体110的变形以及在基体110中 的内应力。 [0047] 基体110的这种变形和/或在基体110中的内应力在步骤230中由力传感器90进行检测。 [0048] 在步骤240中力传感器90将传感器信号发送到控制单元60处。在传感器信号中含有关于基体110的变形的和/或关于在基体110中的内应力的信息。 [0049] 在步骤250中控制单元60处理这些传感器信号并且因此确定操作元件120(力F作用到该操作元件上)、力F的数值以及力F的方向。 [0050] 接着控制单元60在判断步骤260中将力的数值F和/或力分量(例如竖直的分量)与储存在未示出的存储单元中的阈值或与储存在存储单元中的区间进行比较。如果比 较的结果得出没有使用者的操纵意愿，那么方法或该方法过程在检查点270中结束。相反 地如果比较得出，有使用者的操纵意愿，那么控制单元60在步骤280中产生用于驱动器40 的控制信号。 [0051] 此外控制单元60在步骤290中产生用于振动设备140的控制信号并且在步骤300中产生用于听觉的/视觉的设备160的控制信号。振动设备140此后在步骤310中利用用 于振动设备140的控制信号被操控并且引起操作元件120的可由使用者在触觉上察觉到的 振动。此外设备160在步骤320中利用用于听觉的/视觉的设备160的控制信号被操控并 且引起到使用者处的听觉的和/或视觉的反馈。 [0052] 在步骤330中控制单元60利用用于驱动器40的控制信号操控驱动器40。驱动器40接着尝试将滑动车顶20运动到期望的敞开位置或关闭位置中。在判断步骤340中检 验，滑动车顶20是否已到达终端位置。只要滑动车顶20仍未已经到达终端位置(完全敞 开或完全关闭)并且控制信号存在，就通过驱动器使滑动车顶20运动；这通过返回350示 出。如果滑动车顶20到达终端位置，那么方法在检查点270中结束。 [0053] 图4在俯视图中示意性地示出了本发明的另一实施方式，该另一实施方式内建在机动车360中。机动车360装备有四个可电控制的车窗升降器370。车窗升降器370分别 包括车窗380和用于车窗380的驱动器390。驱动器390由控制单元400进行控制。控制 单元400为了清晰起见示出成两个控制装置410，这些控制装置通过双向的数据导线420彼 此连接并且能够交换数据。每一控制装置410设置成用于机动车的左侧的(驾驶员侧)或 右侧的侧边(副驾驶员侧)。但还可设想控制单元的其它的实施方案，例如：针对每个车窗 升降器370分别一个控制装置，这些车窗升降器在数据技术上彼此连接并且形成控制单元 400；一个形成控制单元400的控制装置；针对每种类型的任务(例如评价确定的传感器种 类的信号)分别一个控制装置。控制单元400为用于车窗升降器的操作单元430的组成部 分。 [0054] 操作单元430另外包括四个操作元件440，这些操作元件与板状的基体450紧固地连接。每个操作元件440设置成用于操作四个车窗380中的一个。在基体450的下方布 置有六个力传感器460，这些力传感器与基体450接触。每个操作元件440具有操纵区段 470。 [0055] 在每个操纵区段470的表面处安装有触敏式面480，该触敏式面在侧视图中基本上以U状的形式围绕端部区段490延伸。通过以U状的方式构造触敏式面480，使用者能 够不仅在按压(从上面)时而且在拉提(从下面)时利用手指触碰该触敏式面。力传感器 460和触敏式面480以数据技术(信号技术)的形式经过数据导线500与控制单元400联 结。力传感器460以及触敏式面480将它们的传感器信号经过数据导线500发送到控制单 元400处，该控制单元评价这些传感器信号。 [0056] 从触敏式面480的传感器信号中控制单元400确定了，哪个操作元件440由使用者触碰或哪些操作元件440由使用者触碰。从力传感器460的传感器信号中控制单元400 确定了被触碰的一个操作元件440被加载的一个力，或被触碰的多个操作元件440被加载 的多个力。取决于该一个触碰或多个触碰以及该一个力或多个力，控制单元400产生用于 一个驱动器390或多个驱动器390的控制信号。借助于这些控制信号该一个驱动器390或 这些驱动器390由控制单元400控制并且将一个或多个车窗380带到期望的位置中。 [0057] 图5在侧视图中示出了来自图4的操作单元430在操作元件470的区域中的一部分。可看出的是，力传感器460布置在基体450的下方并且与基体450接触。该接触实现 使力传感器460探测基体450的变形和/或在基体450的表面中和/或处的应力。 [0058] 另外可看出的是，触敏式面480以U状的方式围绕操作元件440的端部区段490延伸并且能够不仅从上面而且从下面被触碰。触敏式面480也能够由两个分离的面形成， 这两个面中的一个分别在上面和在下面安置在操作元件440处。 [0059] 在图6中示出了带有第二方法的特征的流程图，该方法能够利用根据图4和图5的操作单元进行实施。箭头标明了信号流或数据流。 [0060] 方法在检查点500处开始。在步骤510中操作元件440在其操纵区段470处被触碰。此外操作元件440被加载有力A。 [0061] 在步骤520中该触碰由触敏式面480进行检测。被检测的触碰在步骤530中传递到控制单元400处。在步骤540中力A由力传感器460进行检测。被检测的力A在步骤 550中传递到控制单元400处。 [0062] 控制单元400在步骤560中从触敏式面480的传感器信号中将该触碰与被触碰的操作元件440相关联。在判断步骤570中控制单元400检验，力A的法向分量的数值是否 超过预先定义的阈值；力A的法向分量为力的这样的分量，即该分量在其向量分解中垂直 地朝操纵区段的表面指向。 [0063] 当力A的法向分量的数值不大于阈值时，那么不满足预先定义的条件。方法在检查点580中结束。 [0064] 然而当力A的法向分量的数值大于阈值时，那么满足预先定义的条件并且控制单元400在步骤590中从触敏式面480的传感器信号中产生用于与被触碰的操作元件440相 关联的驱动器390的控制信号。在步骤600中该驱动器390利用产生的控制信号被操控， 该驱动器接着使与其相关联的车窗380运动到期望的位置中。在判断步骤610中检验，车 窗380是否已到达期望的位置或终端位置。如果是这种情况，则方法在检查点580中结束。 如果还不是这种情况，则进行返回620，以便使车窗380继续运动。 |
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