带有触感反馈的控制接口的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种带有触感反馈的控制接口(1)，特别地用于机动车辆，其意于通过为用户提供触感反馈来考虑用户的动作，其包括磁流变液体模块(5)，所述模块(5)包括：围绕所述模块(5)的轴线(Z)旋转的旋转元件(7)，所述旋转元件(7)与磁流变液体接触且意于被联接到抓握元件(3)，以及用于将磁场施加到磁流变液体的施加单元(9)，其被构造为用以改变所述磁场的强度。
【专利说明】
带有触感反馈的控制接口
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种特别用于机动车辆的控制接口，尤其是涉及一种旋转控制接口或旋钮，其能够传送触感反馈(比如可变阻力)至用户。
【背景技术】
[0002]触感反馈，例如在旋钮上的触感反馈，包括具有可变值的阻力，产生对应于用于经由所讨论的接口而被控制的设备的不同命令的硬点和级别。在驾驶时触感反馈是有利的，因为其需要来自驾驶者的少许注意力;特别地，其不需要驾驶者将视线从道路移开。
[0003]然而，带有限定的触感反馈模式的控制接口仅可适于有限数量的控制功能。这些功能必须具有例如在抓握元件的完整行程上等于硬点的数量的相同数量的可行的控制。控制元件的数量必须被增加以获得各种触觉反馈模式。
[0004]另外，为浏览整个菜单和/或确认所选的功能，旋钮通常必须联接到其他类型的控制件。
[0005]因此，为了控制一组功能，由于各种各样的控制元件，现有技术的控制接口是繁琐的且需要多个连接件。
【发明内容】
[0006]为了减小控制接口的尺寸并便于它们的连接，本发明的主题是一种特别用于机动车辆的带有触感反馈的控制接口，其被设计为通过为用户提供触感反馈来考虑用户的动作，其包括
[0007 ]磁流变液体模块，所述模块包括:
[0008]-围绕模块的轴线旋转的旋转元件，所述旋转元件与磁流变液体接触且被设计为联接到抓握元件，
[0009]-用于将磁场施加到磁流变液体的施加单元，其被构造为改变所述磁场的强度，
[0010]其中，所述磁流变液体模块根据预定的运动而被可动地安装在接口的底座中。
[0011]这种接口使得可能通过施加单元的重构获得可变的触感反馈，并允许带有可重构的触感反馈的旋转控制与第二类型的控制相结合，同时保持紧凑且易于供电。单个接口模块现在能够控制多个车辆功能。
[0012]根据本发明的又一个方面，用于将磁场施加到磁流变液体的施加单元被构造为根据所述旋转元件围绕模块的轴线的旋转改变所施加的磁场的强度。
[0013]这种接口使得可能施加可重构的触感反馈。
[0014]根据本发明的另一个方面，磁流变液体是大致圆柱形的形状，且旋转元件包括磁流变液体模块的输出轴。
[0015]这种接口使得可能在输出轴和抓握元件之间设置中间连接件。
[0016]根据本发明的又一个方面，控制接口还包括至少一个传感器，该至少一个传感器相对于接口的底座而被固定，且与磁流变液体模块相配合以在预定的运动过程中触发控制信号。
[0017]这种接口使得可能获得确认信号或结合多个类型的命令。
[0018]根据本发明的另一个方面，预定的运动对应于沿模块的轴线的平移运动。
[0019]如果与开关联接，这种接口使得可能确认所选择的命令。
[0020]根据本发明的另一个方面，预定的运动对应于由枢转连杆实现的枢转运动或对应于由两个枢转连杆执行的沿两个正交轴线的枢转运动。
[0021]这种接口使得可能获得能够实现确认的另外的命令或获得在菜单中浏览的另外的可能性。
[0022]根据本发明的另一个方面，预定的运动对应于由滑动连杆实现的沿大致垂直于模块的轴线的轴线的平移运动，或对应于由两个滑动连杆实现的沿大致垂直于模块的轴线的两个正交轴线的平移运动。
[0023]这种接口使得可能获得能够实现确认的另外的命令和/或获得在菜单中浏览的另外的可能性。
[0024]根据本发明的另一个方面，所述至少一个传感器是膜片开关。
[0025]这种接口使得可能获得确认信号或具有确认触感反馈。
[0026]根据本发明的另一个方面，所述至少一个传感器是霍尔效应传感器。
[0027]这种接口使得可能获得确认信号。
[0028]根据本发明的另一个方面，旋转元件联接至光学传感器，该光学传感器被构造为提供表示旋转元件的角位置的信号。
[0029]这种接口使得可能知道旋转控制元件的角位置，以能够特别是根据角位置和/或旋转速度施加触感反馈，。
[0030]根据本发明的又一个方面，磁流变液体模块包括容纳有所述磁流变液的空腔，且用于施加磁场的施加单元包括围绕所述空腔而被放置的线圈。
[0031]这种接口是紧凑的且易于整合在底座中。
[0032]根据本发明的另一个方面，控制接口包括电子电路，其用于管理紧固至控制接口的底座的磁流变液体模块，并通过柔性电气连接件而被连接至所述模块。
[0033]根据本发明的另一个方面，用于管理磁流变液体模块的电子电路包括至少一个固定的传感器。
【附图说明】
[0034]参照附图，本发明的其它特征和优点将通过阅读以下以示例而非限制性的方式被给出的描述而变得更加清晰明了，附图中:
[0035]-图1示出了根据本发明的包括磁流变液体模块的控制接口，该磁流变液体模块通过球形接头连接件而被连接至接口的底座，
[0036]-图2示出了磁流变液体模块及相关联的抓握元件的截面图，
[0037]-图3示出了包括光学位置指示器的磁流变液体模块，
[0038]-图4示出了根据本发明的包括磁流变液体模块的控制接口，该磁流变液体模块以可平移方式被可动安装在接口的底座上并联接至开关，
[0039]-图5示出了根据本发明的包括磁流变液体模块的控制接口，该磁流变液体模块通过枢转连杆而被连接至接口的底座，
[0040]-图6示出了根据本发明的包括磁流变液体模块的控制接口，该磁流变液体模块通过滑动连杆而被连接至接口的底座，
[0041 ]-图7示出了根据本发明的包括磁流变液体模块的控制接口的等轴视图，该磁流变液体模块通过具有正交轴线的两个滑动连杆而被连接至接口的底座，
[0042]-图8和9示出支撑件的实施例，该支撑件使得可能获得两个垂直的滑动连杆，
[0043]-图10示出了根据本发明的滑动连杆架构，
[0044]-图1la和Ilb示出了当控制接口被激活时，在车辆的屏幕上显示的示例性菜单，
[0045]-图12示出了与电话有关的示例性菜单。
[0046]在所有图中，相同的元件具有相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0047]如图1中所示，本发明涉及带有触感反馈的控制接口I，例如用于机动车辆的仪表板，或用于机动车辆的中央控制台，以控制车辆上的系统。控制接口 I包括磁流变液体模块5，其能够将触感反馈以施加到抓握元件3的阻力的形式传送给用户。此外，该模块5被可动地安装在接口 I的底座11上，以便允许通过模块5设置除旋转控制之外的控制件，例如在图1的情况中，沿Z轴线被旋转地锁定的球形接头15。
[0048]磁流变液体模块5首先被详细描述，随后是模块5在接口I的底座11上的安装的各种实施例的详细描述。
[0049]图2示出了磁流变液体模块5的示例，其沿模块5的Z轴线是圆柱形的形状。模块5包括大致圆柱形的结构，该结构在其端部中的一个处是闭合的，包括固定的中心轴线6和空腔23，固定的中心轴线6沿Z轴线取向，可旋转的元件7围绕该固定的中心轴线6被安装，该空腔23被设计为一方面接收磁流变液体，另一方面接收旋转元件7的一个末端。旋转元件7因此被部分地浸没在磁流变液体中。该结构还包括圆形凹槽8，该元形凹槽8至少部分地环绕空腔23。圆形凹槽8接收一个或多个线圈，该一个或多个线圈连同其一个或多个电源(未示出)形成用于将磁场施加到磁流变液体上的施加单元9。
[0050]由线圈产生的磁场与流经该线圈的电流成比例，以使得通过改变对该线圈的供电，能够改变在线圈中心产生的磁场强度，并因此改变施加到磁流变液体的磁场的强度，这允许改变液体的粘度。
[0051 ]此外，由磁流变液体施加到旋转元件7上的摩擦力根据液体与可动元件7接触的表面面积而改变。因此，旋转元件7可包括与空腔23的壁相对的多个壁16。空腔23可尤其包括介于旋转元件7的壁16之间的中心壁18，以增加旋转元件7与空腔23的固定壁16、18之间的相对的表面积，并因此以给定的电源增加可被施加到旋转元件7上的力偶。
[0052]另一方面，在图2的实施例中，空腔23被压紧密封件22的盖20封闭，确保气密密封，从而阻止了磁流变液体的任何泄漏。盖20还包括外壳以容置轴承或球轴承24，这确保了与旋转元件7的连接及旋转元件7的旋转运动。
[0053]此外，在图2中所示的示例中，抓握元件3是一体的，即被刚性连接到旋转元件7。旋转元件7具有输出轴41，该输出轴41将模块5连接到抓握元件3。抓握元件3，例如，与旋转元件7是一体的，或被夹持在旋转元件7上，或通过销或通过现有技术中已知的任何紧固器件被固定。
[0054]可替代地，抓握元件3可经由齿轮、链条、传送带的系统或任何其它确保抓握元件3与旋转元件7之间的旋转联接的机械器件被联接到旋转元件7。齿轮系统尤其用于产生抓握元件与旋转元件7的旋转之间的齿轮减速以允许更加精确的旋转控制。
[0055]如图3中所述，磁流变液体模块5还包括旋转元件7的位置传感器或编码器21，其允许获知旋转元件7的角位置，以根据旋转元件7的角位置经由施加单元9施加触感反馈。位置编码器21例如可包括电刷和一组触头，当旋转元件7旋转时，该电刷与所述触头中的一些触头连续地接触。
[0056]可替代地，位置编码器21可以是包括一个或多个光学叉或压电设备或任何其它现有技术中已知的位置传感器的光学编码器。位置编码器21可被布置在接近于旋转元件7、且特别是紧挨着抓握元件3的不同位置处。
[0057]此外，可替代地，位置编码器21也可被构造为相对参考点来确定抓握元件3的绝对角位置。
[0058]用于将磁场施加到磁流变液体的施加单元9因此被连接至位置编码器21，且被构造为根据提供的信号来产生所期望的触感反馈。该施加单元9被构造为自位置编码器21接收信号并根据接收到的信号确定抓握元件3的预定位置，例如一定数量的分度位置，并在达到分度位置时改变磁场的强度。
[0059]可取决于施加单元9的构造获得不同的触感反馈形状或轮廓。例如，磁场强度可具有方形的形状，在方形的形状中，除在分度位置处之外，强度是零或是弱的，在该分度位置处，该强度是强的以在经过分度位置处产生显著的摩擦力。在可变磁场的作用下，磁流变液体的粘度改变，使得当没有施加磁场时由磁流变液体引起的摩擦力是低的，且当磁场的强度增加时由磁流变液体引起的摩擦力变得越来越强。因此，施加方形形状的强度能够在分度点处产生硬点，对其而言强度是高的。
[0060]取决于位置，其它阻力轮廓或模式也是可行的，诸如围绕分度位置分布的三角形或锯齿轮廓，使得该分度位置被感觉为在达到硬点时和在离开时或仅在达到硬点时要克服的渐进式硬点
[0061]施加单元9可通过施加不同的轮廓而几乎被即时重构，这特别地允许硬点的位置和/或数量改变。因此，通过不同的分度位置数量和不同的触感反馈轮廓或形状，模块5可被用于多个不同的功能。
[0062]还可使用阻力以改善抓握元件3的位移精度。例如，如果必须达到位置范围内的精确的位置，则根据抓握元件3的旋转速度减小或增加阻力，例如，当翻看整个列表时，如果抓握元件3的旋转速度快，则通过减小阻力和/或分度点之间的间距，且在速度被减小时或在逼近列表的末尾时通过增加阻力和分度点之间的间距进行。也可通过为线圈供应强电流产生非常强的力以模拟止动器，例如，在列表的开始或末尾处。
[0063]触感反馈的阻力也能够被用户调节，如果他希望更加明显或较不明显的触感反馈，例如通过在设置菜单中调节阻力参数。
[0064]因此，这种磁流变液体模块5允许经由与抓握元件3相对应的旋转按钮或旋钮获得紧凑的且易于被供电的旋转控制模块，因为仅须为施加单元9和位置编码器21供电。因此，这种模块5可简单地被联接至如以下所描述的另一类型的控制件。
[0065]根据图4中所示的第一实施例，磁流变液体模块5被可动安装为以沿大致对应于模块5的标记为Z的轴线的方向相对于控制接口 I的底座11平移的方式。平移运动可通过导向器件获得，该导向器件位于接口的底座11处且能使模块沿Z轴线滑动。
[0066]可替代地，平移运动可通过枢转连杆获得，枢转轴线垂直于Z轴线，且其大致远离模块5的Z轴线以产生模块5的近乎平移的运动。
[0067]控制接口I的底座11还包括传感器，该传感器能够检测到模块5的平移移动。该传感器例如包括开关13，当用户沿Z轴向的方向按压模块5时，模块5的平移运动通过将连接至模块5的导体13B置为和与底座11为一体的触头13A相接触而闭合开关13。这种开关13使得可能获得，例如，伴随由模块5提供的选择命令的确认命令。开关13例如是膜片开关，其可因此允许模块在用户释放沿Z轴线的按压时复位并提供触感验证反馈，或者开关13例如是霍尔效应传感器或对本领域技术人员已知且能检测模块5的平移运动的其它传感器。还可将弹簧联接至传感器以允许模块在用户释放其沿Z轴线的力时复位。
[0068]根据图5中所示的第二实施例，磁流变液体模块5通过围绕X轴线的枢转连杆17被可动安装为，沿大致垂直于模块5的Z轴线的方向相对于控制接口 I的底座11旋转。
[0069]在单个枢转连杆17的情况下，如图5中所示，模块5可沿单个方向、一个方向或两个方向倾斜，形成能够倾侧的杠杆以便提供另外的控制。
[0070]可替代地，枢转连杆17由两个具有大致互相垂直的轴线的连杆形成。在该情况下，模块可沿所有的方向或沿某些优选的方向倾斜，因此形成“控制杆”类型的控制杠杆。
[0071]这些枢转连杆(单个或两个)还联接至至少一个传感器，使得可能确定杠杆形成模块5的至少一个倾斜位置。这些传感器可包括膜片开关、霍尔效应传感器、光学传感器、磁传感器或对本领域技术人员已知的且使得可能检测模块5相对于控制接口 I的底座11的倾斜位置的其它任何传感器。
[0072]根据图6到10中所示的第三实施例，磁流变液体模块5被可动安装为沿至少一个大致垂直于模块5的Z轴线的方向相对于控制接口 I的底座11平移的方式。
[0073]如图6中所示，连杆可由单个滑动连杆19形成。在该情况下，模块5可沿对应于X轴线的单个方向或、沿一个方向或两个方向运动以提供另外的控制。
[0074]可替换地，连杆由具有标记为X和Y的轴线的两个滑动连杆19形成，该X和Y轴线大致彼此垂直且垂直于模块5的轴线，如图7中所示。滑动连杆19例如由四个销23导向，所述四个销23被设计为在四个互补的槽24中滑动。在销23的端部与槽24的端部之间设置有复位弹簧25，以在用户沿着X轴线和Y轴线的任一方向都没有施加力时，将模块5重新定位在中心位置中，即在两个滑动连杆19的中心处。如图8和9中所示，两个滑动连杆19被构造为相对于彼此滑动。图8示出了销23及沿Y轴线的其支撑件27，表示为27y。支撑件27y包括中心开口 29，销23沿X轴线的支撑件27x被插入该中心开口 29中。此外，中心开口 27y比沿X轴线的支撑件27x的宽度更宽，以便为支撑件27y沿Y轴线的位移留出空间。图9示出沿X轴线的支撑件27x以及支撑件27y围绕支撑件27x沿Y轴线的布置。
[0075]这些滑动连杆19还联接至至少一个传感器，使得可能确定模块5沿滑动连杆19的轴线的至少一种平移。这些传感器可包括膜片开关、霍尔效应传感器、光学传感器、磁传感器或对本领域技术人员已知的且使得可能检测模块5相对于控制接口 I的底座11的倾斜位置的其它任何传感器。
[0076]图10示出了一个实施例的示例，其中至少一个开关35(在该情况下对于每个销23有一个开关)被安装在控制接口 I的底座11上，且其中销23的支撑件27包括形成接触斜面33的倒角，当模块5沿着开关35的方向沿滑块连杆19的轴线运动时，该接触斜面33抵靠开关35。开关35可被安装在印刷电路或电子电路37上，其还例如通过柔性连接件39确保模块5的供电。
[0077]在以上所述的所有实施例中，模块5的供电和管理(对于施加单元9、位置编码器21和可能安装在模块5上的其它设备)可通过电子电路37实现，该电子电路37布置在底座11上且通过电气连接件或柔性连接件39而被连接到模块。固定的传感器可因此直接被安装在电子电路37上。此外，该电子电路37还可经通信接口而被连接至车辆的中央管理单元。通信接口例如是控制器局域网(CAN)类型或本地互联网络(LIN)类型的总线。
[0078]本发明还覆盖对本领域技术人员已知的其它连杆连接方法，例如像如图1中所示的球形接头连杆，在图1中沿着Z轴线的旋转被去除。导向件还可限制球形接头连杆的角自由度，例如沿两个垂直的方向。
[0079]本发明还涉及以上所述的连杆连接方法的结合，例如，像包括两个枢转连杆17及以沿模块5的Z轴线平移方式的连杆的组件，其能够实现多种控制，用于例如选择或激活控制。
[0080]为了更好地理解本发明，基于模块5的操作示例现在将被详细描述，该模块5被安装为以沿模块5的轴线平移的方式且被联接至开关13。模块5被安装在控制接口 I上，该控制接口 I布置在车辆的中央控制台上且被设计为控制车辆的多种设备。
[0081]图1la示出了当车辆设备控制接口被激活时，在车辆的屏幕上显示的基础菜单的示例。该菜单包括五个设备元件:空调、收音机、电话、通风和音量控制。位于列表的顶端的设备(在该情况下是空调)被默认地选择(由黑体类型的显示表示)，且用户可通过转动对应于模块5的抓握元件3的旋钮而从一个设备元件滚动至下一个设备元件。从一个设备元件经过转至下一个设备元件由在旋钮处的对应于较大的阻力的硬点传送信号，从而用户知道他从一个设备元件经过转至另一个设备元件。当用户已经选择了所期望的设备元件时，如图1 Ib中所示，例如在该情况下通过经过两个硬点选择了电话，用户按压模块以便致动与模块5相关联的开关13。开关13的致动确认了所选择的设备元件(在该情况下是电话)且进入专用于电话的新菜单包括四个部分(联系人、文本、设置和信息传送)，如图12中所示。当选择联系人部分的时候，用户可按压或点击模块5以确认命令并进入联系人菜单。联系人菜单因此包括可能相当广泛的名字列表。在该情况下，由触感反馈导致的硬点位置和阻力可能取决于抓握元件3或旋钮的旋转速度。快的旋转速度可允许低阻力且使硬点更靠近在一起以便迅速达到列表的末尾，模块5根据由用户引起的旋转速度被实时重构，当用户降低旋转速度时，硬点则被进一步地间隔开且更明显以便清楚地区分两个不同的选择。
[0082]一旦所寻找的联系人已经被选择，用户则可以按压模块以发起呼叫或打开新的菜单，该菜单提供设备有关于所选择的联系人的各种可能(呼叫、发送电子信息、发送短的文本消息(SMS)等)。
[0083]因此，本发明使得可能获得一种控制接口，该控制接口是紧凑的，且由于有限的待供电的元件数量而易于安装，且该控制接口能够通过可重构的触感反馈实现很多种控制，并因此适用于每种控制。
【主权项】
1.一种带有触感反馈的控制接口(I)，特别地用于机动车辆，其意于通过为用户提供触感反馈来考虑用户的动作，其包括 磁流变液体模块(5)，所述模块(5)包括: 旋转元件(7)，其围绕所述模块(5)的轴线(Z)旋转，所述旋转元件(7)与磁流变液体接触且被设计为联接到抓握元件(3)， 施加单元(9)，其用于将磁场施加到磁流变液体，并且被构造为改变所述磁场的强度， 其特征在于，所述模块(5)根据预定的运动而被可动性地安装在所述接口(I)的底座(11)中。2.如权利要求1所述的控制接口(I)，其中，用于将磁场施加到磁流变液体的施加单元(9)被构造为根据所述旋转元件(7)围绕所述模块的轴线(Z)的旋转改变所施加的磁场的强度。3.如权利要求1或2所述的控制接口(I)，其中，所述磁流变液体模块是大致圆柱形的形状，且其中，所述旋转元件(7)具有所述磁流变液体模块(5)的输出轴(41)。4.如前述权利要求中任意一项所述的控制接口(I)，其中，所述控制接口(I)还包括至少一个传感器，该至少一个传感器相对于所述接口( I)的所述底座(11)而被固定，且与所述磁流变液体模块(5)相配合以在预定的运动过程中触发控制信号。5.如权利要求4所述的控制接口(I)，其中，所述预定的运动对应于沿所述模块轴线(Z)的平移运动。6.如权利要求4所述的控制接口(I)，其中，所述预定的运动对应于由枢转连杆(17)实现的枢转运动或对应于由两个枢转连杆(17)执行的沿两个正交轴线的枢转运动。7.如权利要求4所述的控制接口(I)，其中，所述预定的运动对应于由滑动连杆(19)实现的沿大致垂直于所述模块的轴线(Z)的轴线(X)的平移运动，或对应于由两个滑动连杆(19)实现的沿大致垂直于所述模块的轴线(Z)的两个正交轴线(X和Y)的平移运动。8.如权利要求4至7中任意一项所述的控制接口(I)，其中，所述至少一个传感器是膜片开关。9.如权利要求4至7中任意一项所述的控制接口(I)，其中，所述至少一个传感器是霍尔效应传感器。10.如前述权利要求中任意一项所述的控制接口(I)，其中，所述旋转元件(7)被联接至位置编码器(21)，所述位置编码器(21)被构造为提供表示所述旋转元件的角位置的信号。11.如前述权利要求中任意一项所述的控制接口(I)，其中，所述磁流变液体模块(5)包括容纳所述磁流变液体的空腔(23)，且其中，用于施加磁场的所述施加单元(9)包括围绕所述空腔(23)而被放置的线圈。12.如前述权利要求中任意一项所述的控制接口(I)，包括电子电路，所述电子电路用于管理紧固至所述控制接口的底座的磁流变液体模块(5)，并通过柔性电气连接件而被连接至所述模块(5)。13.如权利要求5至11中任意一项结合权利要求12所述的控制接口(I)，其中，用于管理所述模块(5)的所述电子电路包括至少一个固定的传感器。
【文档编号】B60K37/06GK105934728SQ201480061354
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2014年9月8日
【发明人】S.范赫尔, J-M.蒂索特
【申请人】Dav公司