CN103261978B - 获得显示装置的连续运动的方法和设备 - Google Patents

Abstract

确定显示装置的可变速度并连续的运动的方法，包括根据传感器测量的值建立至少一个扭矩和/或机械力的值的模型的步骤，以及根据这些扭矩和/或机械力的值对牛顿运动方程求解的第二步骤，其中所述第二步骤允许计算所述显示装置的模拟速度。

Description

获得显示装置的连续运动的方法和设备

技术领域

本发明涉及显示设备领域，更具体地说，本发明涉及具有模拟显示的电动机械钟表。

背景技术

在机械钟表中，具体是在具有表针的手表中，已知通过表冠致动时间设定设备，表冠在运动上沿其对应于时间设定模式的轴向位置与手表的运动机件相连，并且具有确定的齿数比，该齿数比可简单快速地移动分针，而不必长时间或经常旋转表冠。

在具有数字显示器（具体为液晶显示器）的电子钟表中，已知在钟表处于特定的调校或设定模式下时，通过连续或重复地致动传感器来加速数字信号的滚动速度。例如，连续对按钮施压会将滚动速度加快到用于要校正的显示值的最大速度值。然后针对每个显示设定按顺序执行调校。

另外已知使用以传感器作为致动元件的表冠以及电子控制设备来校正数字显示器，所述电子控制设备使用与表冠旋转速度成比例的速度执行校正（例如，编号为2019049的GB专利中公开的电子电路）。在这种情况下，校正速度在与表冠旋转速度对应的不同平台区（plateaux）之间是恒定的，但是它们可能根据每次的增量突然发生改变。而且，表冠的两个连续运动之间不发生校正，不提供任何机构来放慢用于校正的计数器的滚动。因此，精确地调校要求用户重复执行低幅度激励，从而产生最低可能的校正速度。一方面，这样做很不方便，另一方面，不能克服表针急动的现象。

编号为641630的CH专利公开了响应于传感器的致动，以可变速度滚动符号的电子设备（通过将手指移到触摸传感器上，按下按钮）。传感器的致动次数和这些致动的时长具有增大或减小寄存器中包含的值的效果，这样接着确定成比例的滚动速度。在传感器连续未被激励之后减小寄存器中的值可以逐渐降低滚动速度。但是，这种滚动速度的降低仍然缺乏平滑性，因为滚动速度中的相对变化随着寄存器值与零的接近而增加。此方案的优点是使用不带任何机械部件的传感器。缺点是与传统表冠相比，其使用直观性较差。而且，此方案仅涉及数字显示，不适用于具有模拟数字显示构件的手表。

另外还已知，尤其是在电动机械手表中，需要通过表针显示磁北方向。但是，指示北向的表针运动经常发生急动现象，因此对于手表用户而言并不直观。

发明内容

因此，本发明的目标是提出克服现有技术中上述缺点的方案。

具体而言，本发明的目标是提出对于用户而言更直观、更平滑的显示设备。

这些目标通过一种确定显示装置的连续并可变速度的运动的方法实现，所述方法包括从传感器测量的值建立至少一个模拟机械扭矩和/或力值的模型的步骤，以及从这些模拟机械扭矩和/或力值对牛顿运动方程求解的第二步骤，其中所述第二步骤允许计算所述显示装置的模拟速度。

这些目标还可通过用于控制显示装置的设备实现，所述设备的特征在于包括计算单元、存储单元和适合于为显示装置提供根据所要求保护的方法计算的连续并可变速度的运动的电机装置。

所提出的方案的一个优点在于通过模拟所述显示装置的牛顿运动，令任何调校操作更有效，视觉上更直观，即，其中速度通过与所施加的力或扭矩成比例的加速度和减速度而连续。因此可将滚动速度调校为校正的量值，其方式是以保持连续的速度首先执行粗调校，然后在接近所需值时执行更精准的调校。

所提出的方案的另一优点是不需要任何特定的传感器分辨率来递增显示值。具体是通过显示构件的加速度确保调校的平滑度，所述加速度通过控制构件的运动推断出或由传感器检测到，它不是校正速度。因此，这样将产生显示构件的连续速度，根据物理学的牛顿定律，其符合机械构件的运动。在不同控制构件的致动时段之间，该速度仅有细微变化，因此，所提出的方案不受任何导致显示构件急动的传感器上的阈值效应的影响。

所提出的方案的另一优点是还能将调校所需的操作减到最少，因为调校显示构件的位置只需要对控制部件执行一些偶发（sporadic）的激励。而且，改进了对调校操作的控制，因为不仅可以通过操作加快校正速度，而且还能降低所述速度。

所提出的方案的其它优点是允许同时调校多个显示设定，这点与电子手表的常见顺序调校不同。由于显示构件在致动装置的致动的时段之间的连续运动而由本发明在校正期间节省的时间提供了例如允许使用传统机械手表的直观方法同时移动时针和分针的选项，但是无需用户花费较长的时间进行大的校正。

最后，所提出的方案不限于仅应用到时间指针调校，而且还能应用到不需要与手表用户进行任何交互的显示应用，例如罗盘、测高计或电子深度计，并且同样可用于数字和模拟显示。

附图说明

通过对各种实施例及附图的详细描述，其它特征和优点将变得更显而易见，其中：

图1A示出根据本发明用于调校时间设定的优选实施例的控制设备的示意图。

图1B示出根据图1A所示的优选实施例的控制设备的不同元件使用的各种参数以及执行的各个计算步骤。

图2A示出根据本发明的优选实施例的传感器结构。

图2B示出根据图2A所示的优选实施例的传感器的操作。

图3示出根据本发明的优选实施例的各种调校操作序列的状态图。

图4A示出根据本发明针对电子罗盘的优选实施例的控制设备的示意图。

图4B示出根据图4A所示的优选实施例的控制设备的不同元件使用的各种参数和执行的各个计算步骤。

具体实施方式

本发明的控制设备的优选实施例旨在针对钟表，并且在图1A和1B中示出，这两个图分别示出控制设备3的逻辑结构以及控制设备3的各个元件用以将致动装置1的运动转换为显示装置的非比例运动而使用的各种参数和所执行的不同计算步骤，这点与传统的机械齿轮系不同。图1A示出采取表冠11的形式的致动装置1的优选结构，该表冠可沿两个相反的旋转方向S1和S2致动，同时还示出采取时针22和分针2的形式的显示装置2的优选结构。但是，根据本发明的控制设备3可以应用到其它类型的机械显示构件2，例如环或鼓。本发明因此使第一角速度111（即，表冠11沿给定旋转方向（例如S1）的驱动速度）转换为分针21的另一角速度211。两个角速度111和211不成比例，因为根据下面描述的牛顿运动方程700，分针21随着表冠11沿方向S1的致动逐渐加速，该致动还使表针连续运动。

图1所示的根据本发明的优选变形的控制设备3包括电子电路31，所示电路优选地采取集成电路的形式，所述集成电路包括处理单元5（例如包括微控制器）和电机控制电路6。所述微控制器将数字输入参数（由位于第一传感器4的输出处的计数器模块44提供，所述第一传感器检测致动装置1的任何运动，即，例如表冠11的旋转）转换为电机控制电路6的指令数据（例如电机步进数）。计数器模块44将第一传感器4产生的电子信号转换为离散数值，这些数值可由诸如微控制器之类的软件处理单元进行处理。但是后者并不详细进行描述，因为它是本领域的技术人员公知的单元。根据所示的优选变形，控制电路6控制两个不同的电机，其中第一电机61专用于控制分针21的运动，第二电机62专用于控制时针22的运动。控制设备3因此同时致动多个分别专用于不同的机械显示装置的电机61、62。电机的分离允许显示模式快速改变，例如指示闹警时间或地磁场的方向。

为了执行计算，微控制器使用存储单元7中保存的不同的参数，以便确定电机步进数，或者在所述步进与诸如分钟或小时之类的时间单位相关时，确定电机步进的频率611、622。根据下面描述的第一牛顿运动方程700，电机步进频率611、622分别对应于第一电机61和第二电机62的致动频率。图1B示出将表冠11的角旋转速度111转换为电机步进数，以及计算参数的不同步骤：

-步骤4001包含确定脉冲频率401，所述频率在计数器模块44的输出处由处理单元5的微控制器用于计算电机步进数和从中推断出电机步进频率611、622。用于执行步骤4001的第一传感器44的优选结构在下面参考图2A和2B的图示进行详细描述；

-在步骤5000期间，用比例系数701乘以脉冲频率401以确定虚拟扭矩值401'，该值将根据本发明范围内的选定模型应用到绕其旋转轴旋转的分针21。

-步骤5001是微控制器执行的主计算步骤。其目的是根据脉冲频率401确定第一电机61的电机步进频率611，以便从中推断分针的实际角速度211。为此，微控制器对第一牛顿运动方程700进行求解，其方式是根据动力学的基本原理，基于旋转系统的运动建立分针21的运动模型，此基本原理规定旋转体的角加速度与应用到其上的机械扭矩之和成比例。通过在本发明的优选实施例中选择模拟参数，第一牛顿运动方程被写为：

704*703’=401’-703’’

其中，在方程的左边，系数704是模拟旋转系统的惯性矩（在物理方程中，通常由字母J表示），参考703'是在本发明中使用的显示装置（例如，此处为绕其旋转轴旋转的分针21）的加速度。为了赋予分针21的转动以最大惯量，即，以便它只要有可能，便在控制构件的致动之间连续旋转，需要指出，模拟旋转系统的惯性矩的系数704优选地被选为比分针21的实际惯性矩大得多，这样使得所述表针的行为就像致密系统那样，例如就像与金属盘集成旋转一样。在下面的第一牛顿运动方程700的右边，值401'是应用到针对分针21模拟的旋转系统的虚拟机械扭矩。依赖于脉冲频率401的虚拟扭矩401'不同于表冠11旋转期间的零。与显示装置（在这种情况下为分针21）的模拟角速度703成比例的另一虚拟扭矩703''模拟流体摩擦，此摩擦使表针21的运动逐渐放缓。该机械扭矩是表冠11不再被致动时施加的唯一扭矩。就像虚拟扭矩值401'一样，虚拟扭矩值703''通过用模拟角速度703乘以比例系数702（称为流体摩擦系数）获取。在这种情况下，流体摩擦模型为第一牛顿运动方程700赋予不同的方程形式，此方程适用于表针21的模拟角速度703，它由微控制器进行求解。根据所描述的优选实施例，此牛顿运动方程700的解模拟平滑、连续的表针运动，因为将表针视为旋转系统来确定其角速度，在致动表冠时，表针会受到机械扭矩的影响，同时表针还会受到平滑且放缓的扭矩的影响。根据此处描述的优选实施例，针对此方程选择的输入参数为与表冠11的旋转速度成比例的虚拟扭矩401'，作为输出结果，分针21的模拟旋转速度703。

模拟旋转速度703然后允许按比例推断每秒电机步进的数目，即，电机步进频率611。分针21的实际角速度与这样确定的电机步进频率611相互成比例。根据本发明的优选实施例，每个电机步进导致表针21的运动通过对应于小于1分钟的连续时间的指示的角扇区。为了使表针的运动尽可能平滑，每个步进的角增量的角度值优选地等于2度。换言之，每个电机步进旋转分针21通过对应于1分钟的三分之一的角扇区的角度值。还可以构想更精准的分辨率，但是需要增加对电机61的使用，这样必须增加更多的步进，在这种情况下，相应地使用更多能量。

-步骤5002根据在步骤5001的末尾确定的第一电机611的频率值推断第二电机622的频率值622。分针21与时针22之间的旋转速度比率对于标准的模拟显示为12，其中分针21的一次完整公转对应于时针22前进1小时，即，1至12的小时刻度盘的十二分之一。因此，推断第二电机62的频率值622相对简单，不必执行内部计算或执行除法，只需通过电机控制电路6，实现指令以便在第一电机61每执行12个步进之后令第二电机62前进一个步进。因此在调校构件时，最小化计算方面的要求，同时通过多个显示构件（即，分针21和时针22）提供直观的协调运动视觉效果。在下面描述的优选实施例中，使这个额外的计算步骤5002从属于前面的计算步骤5001还可以简单地使两个表针21、22的运动协调。

根据上述优选实施例，致动装置1优选地为机械装置，但是也可采取其它形式，例如电容传感器的形式（如触摸屏）。同样，根据本发明，显示装置2并非一定为模拟的，也可以是数字的。

作为计算与在第一传感器4的输出处确定的扭矩401'成比例、与计数器模块44的值（其通过数值，即通过脉冲数表征致动装置1（优选地为表冠11）的运动）成比例的加速度703'的结果，致动致动装置1可将可变并连续的运动施加给显示装置2，具体而言施加给分针21。此确定脉冲频率的步骤4001是必要的数字化过程，用于提供可被电子电路31处理的输入参数，电子电路然后可以模拟机械显示装置的运动，就像通过施加与脉冲频率401成比例的扭矩401'确定的那样。表针的实际运动被视为符合牛顿定律，因为它与受动力学基本定律影响的旋转固体的运动匹配，所述定律指出，旋转体的加速度与施加到其上的扭矩之和成比例。在本发明的范围内，还可以构想将动力学的基本方程应用到线性装置，而非旋转显示装置2，在这种情况下，加速度将与施加到系统的力的总和成比例。分针21的运动通过对第一牛顿运动方程700求解进行确定，此方程使用从脉冲频率401确定施加到系统的扭矩401'的第一系数701和因此根据优选实施例的确定“流体摩擦”扭矩的第二系数702来建模固体的该基本动力方程，“流体摩擦”扭矩的称呼是因为它导致与同一所述速度成比例的表针旋转速度减速。表针的实际运动还被视为具有惯性，因为它对应于旋转固体的惯性，一旦表冠11不再被致动，此惯性便受与其自身的实际旋转速度成比例的流体摩擦的影响，从而导致表针逐渐放慢。根据此处描述的优选实施例，然而该流体摩擦扭矩703''为虚拟扭矩，由微控制器5根据上述牛顿运动方程700进行模拟。但是，不能直接施加到分针21，而是施加到分针的模拟速度703，该速度还用于对上述牛顿运动方程700求解。

因此，根据本发明确定显示装置2的速度的方法使用扭矩和/或力值作为输入参数对方程进行求解，从而解牛顿运动方程。这些参数本身关于物理量值确定，该物理量值在此为表冠11的角速度111，所述角速度通过第一传感器4和计数器模块44转换为脉冲频率401。但是，在本发明的范围内，也可以使用其它物理量值，例如线速度或角速度、磁场或几何角度。从下面可以看出，参考图4A和4B描述的有关电子罗盘的实施例使用几何角度作为输入参数，以传递给处理单元来确定要施加到磁北指针23的扭矩。

与“物理实际”相比，所提出的模型建立的一个特定特征是表针的角速度（根据优选的选定实施例，是指分针21的角速度）需要被限制，因为系统在处理能力方面具有限制。实际上，第一和第二电机61、62每秒只能实现给定的最大步进数，因此仍存在最大电机步进频率，在此频率之后，不再应用牛顿运动方程700，因为角加速度必定变为零。控制分针21的第一电机61的最大电机步进频率611'优选地介于200至1000Hz之间，此频率等同于当刻度盘的一次完整旋转等于180个电机步进时，每秒大约1与5个旋转之间的分针21的最大旋转速度。需要指出，无论针对涉及使用电子电路31的本发明选择哪个实施例，机械显示装置2的最大滚动速度始终必须根据电机控制电路6的处理能力限定。

图2A示出本发明的第一传感器4的优选实施例，该实施例相对简单地确定电子电路31用于计算显示装置1的加速度或减速度值（通过对应用到该输入参数的第一牛顿方程700求解）的脉冲频率41。第一传感器4安装在柄轴41上，所述柄轴与表冠11集成地进行旋转并且可以沿两个相反的方向S1和S2旋转驱动。多个电接触器41a、41b、41c、41d安装在柄轴41的外围。优选地有4个接触器，如图2A所示。第一传感器4进一步包括两个安装在固定结构上的电接触42、43。当对电子接触器41a、41b、41c、41d施以电压时，在第一电接触42的端子处测量输出信号412的值，在第二接触43的端子处测量输出信号413的值。

图2B在顶部（a）示出第一和第二信号412和413，这两个信号在表冠11沿旋转方向S1（顺时针方向）旋转时获取。第一时段401a（其中每个信号412、413为正的时间段）、第二时段401b（其中每个信号412、413为零的时间段），以及第三总时段401c（第一和第二时段401a、401b之和）对于每个第一和第二输出信号412、413都是相同的，只是简单地临时偏移这样的值，该值对应于电接触41a、41b、41c、41d之一的路径，该路径从第一接触42一直到第二外部接触43。该图底部（b）的图表正好颠倒，其中表冠11沿逆时针方向S2旋转，并且其中第一输出信号412的方波先于第二输出信号413的方波形成。这些信号412、413然后被发送到计数器模块44以转换为脉冲频率。

在图2A中使用第一接触器确定应用到第一牛顿方程700的脉冲频率401还具有以下优点：无需第一传感器4具有任何高分辨率以确保校正的平滑度，因为通过对牛顿方程进行求解所确定的速度仍然是连续的，即使加速度并非如此。因此，与脉冲频率401成比例的扭矩值的较低粒度分辨率不会导致显示装置2向前突然移动，而是仅在每个附加脉冲的检测之后产生更清楚的加速。因此，还可以使用具有三个、两个，甚至一个接触器的传感器以及例如通过并行增加系数来补偿接触器数目的减少以获取将应用到显示装置2的给定模拟扭矩值。

根据备选实施例，还可以构想使用与一个或多个按钮（未示出）关联的一个或多个接触器以及分别通过每次对第一按钮施加压力增加脉冲频率401，及通过每次对第二按钮施加压力减小脉冲频率401。根据该备选实施例，因此使用两个传感器，它们分别专用于增加和减小脉冲频率401，通过根据本发明建立模型，这表示沿一个方向或其相反的方向施加虚拟机械扭矩以分别增加和减小表针21、22的运动速度。

图3示出根据应用于钟表的本发明的优选实施例使用表针执行的不同时间调校序列操作的状态图。但是本领域的技术人员将理解，可以调校并非与时间相关的其它类型的参数（即，任何类型的符号）并且表针可以由其它模拟显示部件替代。

步骤1001是表冠11的第一致动，所述致动产生分针21的运动。当表冠沿给定旋转方向进行致动时，例如沿方向S1进行致动，传感器4检测“正（positive）”数个脉冲401（对应于表冠11的正角速度111）并模拟扭矩（沿同一方向被施加到表针）的施加。因此，表冠11的沿顺时针方向S1的旋转在刻度盘上向前推移分针21。表冠11沿同一方向S1重复旋转可使脉冲频率401在计数器模块44使用的连续取样时段内保持为正，因此根据第一牛顿方程700或修改的牛顿方程700'进一步加速表针21的运动，直到获取平滑、连续的运动，在这种情况下，不可能在从视觉上感知表针在每次步进时跳动。但是，由于分针21的运动超过最大角速度（在实现最大电机步进频率611''之后可观察到），因此一旦达到该最大速度，表冠11的旋转不再有任何作用。根据优选实施例，最大模拟角速度7031被确定为最大电机步进频率611''的函数。只要对牛顿方程求解的算法达到该最大速度限制，速度便会饱和，即，停止增加模拟角速度703，即使算法可能已经给出更高的值结果。

图3的图表示出由微控制器5执行以确定速度是否饱和的比较步骤5003，在这种情况下，模拟角速度703被限于最大值7031，并且对于其中执行计算的取样时段，角加速度703'为零。从比较步骤5003到正加速值703'的反馈回路指示只要未达到最大模拟角速度7031，便不会发生任何饱和。

步骤1001针对沿顺时针旋转方向S1致动表冠11进行描述，优选地沿同一方向推进分针21。但是，其中沿相反的方向S2致动表冠11的配置也是可能的，沿相反的方向以类似的方式旋转分针21和时针22，对于每个取样时段，以相同的方式计算脉冲401的数目，但是有关传感器4确定的旋转方向的信息选择第一和第二电机61、62施加到表针的旋转方向。

而且，此处提出的方案对于低分辨率表冠而言非常稳健，根据此方案，施加到机械显示装置的运动是依赖于表冠速度的加速的结果。此外，运动保持平滑，即使用户间歇地向前旋转表冠也是如此：如果用户通过一系列运动旋转表冠，则在运动之间连续进行校正。如果机械显示装置不太有效，这样可以明显节约时间。因此，即使对于相对较慢的系统，用户也能以可接受的速度，通过整体机械方法同时调校时针22和分针21（其中每变化一小时，分针完成一次旋转）。实际上，为了针对用户维护这种非常直观的方法，具有模拟显示的电子钟表的多个小时的校正需要分针执行更大数量的电机步进，如果电机不是有效率的，则需要用户花费很长时间来执行。本发明通过在致动表冠11的时段之间使表针连续运动，明显节省了时间，这意味着可以同时执行这些调校，而不用考虑电子电路和电机的效率。

因此，无论表针11沿方向S1还是S2旋转，致动步骤1001都会同时调校时针22和分针21，出于效率的原因，这对于其中每个参数一般按序调校的电子表尤其有利。

步骤1001'是步骤1001的从属步骤，或者更一般地为之后立即执行步骤1001'的任何致动步骤的从属步骤。在此步骤期间，表冠11，或者更一般地为控制装置1，停止被致动。在此步骤期间，根据本发明建立模型表示一旦检测到脉冲频率401为零，便不再有任何外部扭矩施加到系统，除了其它因素之外，这还依赖于在计数器模块44中选择的用于确定脉冲频率401的取样时段。只要值401变为零，便仅通过建模的流体摩擦确定角加速度703'，即根据第一牛顿方程700：

703’=–703’’/704

此牛顿方程700的解确定显示构件（例如上述实施例中的分针21）的惯性减速度，因为减速度与模拟角速度703唯一地成比例。在此惯性减速度期间，系统位于第一减速阶段B1，如图3所示。

但是，如果例如沿方向S1旋转之后，表冠11在额外的致动步骤1002沿相反的方向S2旋转，则角速度703'仍然为负，但是在图3所示的减速度B2中，更为明显，因为虚拟扭矩401'的符号变为负，角加速度703'使系统速度更快地下降。

当接近所需值时，沿相反方向致动表冠11进一步使用额外的致动步骤1002执行更精细的调校，而在此特定的时刻，角速度相对较高，因为所产生的第二减速阶段B2比第一减速阶段B1更明显，第一减速阶段仅在持续致动表冠11期间发生。

从图3可看出，第一致动步骤1001因此始终位于机械显示装置2的加速阶段A之前，首先位于分针21的加速阶段A之前，对于该分针，加速最容易看出。当电机控制电路6检测到已达到最大频率（在这种情况下是指第一电机61的步进频率611'）时，此加速阶段A结束，在这种情况下，随后执行阶段C，在此阶段，模拟角速度703被限于最大角速度值7031。在此阶段C，分针21因此恒定，受第一电机61的最大步进频率611'限制：算法饱和。因此，沿同一旋转方向S1对表冠11执行任何额外的致动对分针的实际角速度211没有任何影响；但是，这些致动使实际角速度211保持在该恒定的水平上，从而防止角加速度值703'在去激励之后的长时段之后变为负，在所公开的优选实施例中，该去激励的时段对应于取样时段，并且例如可调校到秒。而且，第一牛顿运动方程700中定义应用到系统的矩的比例系数（即，相对于脉冲频率401的比例系数701和流体摩擦比例系数702）可以优选地与第一电机61的最大电机步进值611''一起进行选择，以便一旦每秒检测到至少一个脉冲401，角加速度值703始终为正，或者针对上述时间流逝，单独选择值，以便一旦达到最大角速度211，如果表冠11至少每秒致动一次，实际角速度211始终保持恒定。

因此，通过阅读上述内容很容易理解，无论在本发明的范围内使用哪个致动装置（优选地为机械装置1和机械显示装置2），显示装置1的加速阶段A之后通常跟着阶段C，在此阶段，只要执行调校时显示的显示值与需要达到的值之间存在巨大差别，显示装置2的滚动速度就保持恒定。如果在所确定的时段内，不致动控制装置，则在该持续的去激励之后执行显示装置2的第一减速阶段B1，否则可以在控制装置的额外致动步骤1002中沿与初始致动步骤1001中使用的方向相反的方向致动第二更明显的减速阶段B2。对于表冠11的情况，如果S1是第一旋转方向，则这是相反的旋转方向S2，如果S2是第一旋转方向，则这是相反的方向S1。对第二致动步骤1002的使用取决于显示设备用户在希望对模拟显示元件执行更精准的调校时，有关滚动速度和时间的偏好。

因此，根据本发明的方法和控制设备允许在整个调校操作期间的任意时间，借助加速和/或减速机械显示元件运动的可能性增加控制。进一步地，与直接从传感器值推断速度的现有技术方案相比，速度变化更加渐变。从传感器的量值确定加速度而非速度使得机械显示元件的运动变得平滑。尽管所述优选方案将物理量值转换为同一等级的物理量值，即，将表冠11的角速度转换为分针21和时针22的另一角速度，但是也可以构想具有其它任何类型显示装置2的复制控制设备3。对于钟表，可以优选地产生最常用于机械手表的显示装置2的旋转运动，无论使用哪种致动模式（旋转表冠、下压按钮、在触摸屏上移动手指等）。但是，也可以构想线指示器运动，在这种情况下，基本运动方程不再将扭矩与角加速度进行关联，而是将力与线加速度进行关联。类似地，在这种情况下，放慢惯性运动的速度不再由根据流体摩擦建模的扭矩导致，而是由摩擦力建模的扭矩导致。

图4A和4B分别示出根据本发明的优选实施例的控制设备3的示意图，以及用于形成电子罗盘的计算参数和步骤。与上述实施例不同，罗盘不需要用户对指北针23的位置执行任何调校，因为该位置通过计算自动确定。此时致动装置1仅用于致动未示出的操作或显示装置。

与图1A类似，图4A示出包括计算单元5的电子电路31，该电子电路优选地由微处理器或微控制器、存储单元7，以及电机控制电路6形成。但是，还集成另一电机63以控制罗盘指针23的运动。第二传感器4’与第一传感器4的不同之处在于它测量不同类型的物理量值，即磁场。例如，它可以是磁通门磁传感器或其它任何适当的磁传感器。“定位”电路45确定第二传感器4'确定的北向与指针23的当前位置之间的相对角度451。该相对角度451是输入参数，它被传递给微处理器以对下面图4B中描述的新牛顿运动方程类型700''进行求解。通过参考图4A可以看出，第一物理量值（即，第二传感器4'测量的磁场）已被定位电路45转换为第二物理量值（即，相对角度451），因此，定位电路45充当预定位电路以确定应用到建模系统的机械扭矩值和/或力值。该定位电路45完全比得上上面图1A和1B的实施例中描述的计数器模块44，该模块将旋转速度111转换为脉冲频率401，因此也形成预处理电路。

图4B示出确定专用于电子罗盘的电机63的电机步进数633的各种步骤以及计算参数。

-在步骤5000'，用比例系数705乘以相对角度451的正弦以确定虚拟扭矩值451'，根据在本发明的范围内建立模型，该虚拟扭矩值应该对应于施加到绕其旋转轴旋转的指北罗盘23的指针。由于在匹配物理实际的运动中，希望使指针23尽可能直观地稳定在第二磁传感器4'所确定的北向上，因此扭矩值451'将根据相对角度451在正与负之间振荡，体现沿一个方向或另一方向施加到指针23上的回力（returnforce）。

-步骤5004的目标是确定第三电机63的电机步进频率633。该步骤包括计算显示装置的模拟角加速度703'的第一子步骤，在这种情况下，根据应用到固体物学的动力学基本原理，罗盘21的指针23的角加速度，由下面的第二牛顿方程700'进行表示：

703’=(451’-703’’)/704

其中，系数704是系统的模拟惯性矩（通常由字母J表示），在这种情况下，建模旋转系统的惯性，该旋转系统与绕其旋转轴旋转的罗盘指北针23关联，451'是根据罗盘21的指针23与北向形成的角度的正弦而施加的虚拟扭矩。与上面确定分针21的运动的牛顿运动方程700相同，此处也选择模拟旋转系统系数704，在第二牛顿方程700'中，优选地比罗盘指针23的真实惯性矩大很多，以便赋予指针以致密系统特性。根据所示的优选实施例，以及类似于上面用于校正时间指示的优选实施例，引入与模拟角速度703成比例的虚拟扭矩703''（这次用于确定罗盘指针23的角速度233）以建立使指针23的运动速度逐渐变缓的流体摩擦模型。与扭矩值401'相同，用模拟角速度703乘以比例系数702（称为流体摩擦系数）来获取扭矩值703''。根据本发明的优选变形，每个电机步进导致罗盘指针23的运动通过限制的角扇区，以便使指针的运动尽可能平滑。为了使指针运动尽可能平滑，每个步进的角增量值优选地小于或等于1度。换言之，电机63的每个电机步进使罗盘指针23旋转通过等于一分钟的角度值的六分之一的角度值，从而使得裸眼实际上无法看到电机步进。

可以构想比用于分针21或时针22运动的其它电机的分辨率更粗或等价的分辨率。例如，电机63可以与罗盘指针23的运动关联，电机61可以与分针21关联，在特定的专用操作模式中，分针21可以同时用作罗盘指针23。

为了简化计算，用于确定罗盘21的指针23的运动的第二牛顿方程700'可以通过无需执行除法的等价的重写简化。

确定罗盘指针23的运动（在电动机械手表中，通常表现为急动）的方法使得运动的平滑度大为增加。在上面的优选实施例中描述的电子罗盘包括机械显示部件2（即，指针），因此，例如可以轻松地集成在手表中。在这种情况下，分针21可以有利地用作罗盘指针23。但是本领域的技术人员将很容易理解，确定显示部件连续运动的方法也可应用到整个数字显示上，例如对于移动电话之类的便携式多功能设备。

本领域的技术人员也可以将上述方法用于与电动机械手表兼容的其它类型的类似应用，在电动机械手表中，表针的运动用于提供其它类型的信息，例如测高计的高度或深度计的深度。

Claims (10)

1.一种确定显示装置(2)的连续可变速度的运动的方法，其特征在于，包括从传感器(4、4')测量的物理量值建立至少一个模拟机械力和/或扭矩值(401'；451')的模型的步骤，以及从所述模拟机械力和/或扭矩值(401'；451')对牛顿运动方程(700、700')求解的第二步骤(5001、5004)，其中所述第二步骤(5001、5004)计算所述显示装置(2)的模拟速度，其中第二机械力和/或扭矩值(703”)被用于确定所述显示装置(2)的所述运动，并且所述第二机械力和/或扭矩值(703”)基于流体摩擦被建模。

2.根据权利要求1的确定显示装置(2)的连续可变速度的运动的方法，其中物理量值为速度、磁场、高度、深度、频率或几何角度。

3.根据权利要求2的确定显示装置(2)的连续可变速度的运动的方法，其中所述显示装置(2)的模拟加速度与对应于物理量值的值成比例。

4.根据权利要求3的确定显示装置(2)的连续可变速度的运动的方法，进一步包括从表冠(11)的角速度(111)计算脉冲频率(401)。

5.用于显示机构的控制设备(3)，其特征在于，所述设备包括计算单元(5)、存储单元(7)和适合于为显示装置(2)施加根据权利要求1至4中任一项的方法计算的可变并连续的速度的运动的电机装置(61、62、63)。

6.根据权利要求5的控制设备(3)，其特征在于，所述设备至少包括测量第一物理量值的第一和/或第二传感器(4、4')，所述第一物理量值被转换为第二物理量值，所述计算单元(5)上游的预处理电路从所述第二物理量值计算所述模拟机械力和/或扭矩值(401'、451')。

7.根据权利要求6的控制设备(3)，其特征在于，所述设备至少致动驱动所述显示装置(2)的第一电机，所述第一电机进一步确定所述显示装置(2)的最大滚动速度(611')。

8.根据权利要求7的控制设备(3)，其特征在于，所述设备同时致动多个电机(61、62)，每个电机专用于不同的显示装置(2)。

9.根据权利要求8的控制设备(3)，其特征在于，所述显示装置(2)的加速度和/或减速度根据通过所述第一传感器(4)测量的脉冲频率(401)或根据所述显示装置(2)与所述第二传感器(4')确定的北向之间的相对角度(451)而被计算。

10.根据权利要求9的控制设备(3)，其中所述显示装置(2)为表针(21、22、23)，其特征在于，根据与所述脉冲频率(401)或所述相对角度(451)成比例的第一扭矩值(401'、451')，以及根据与所述表针(21、23)的模拟角速度成比例的第二扭矩值(703”)计算所述表针(21、22、23)中的至少一个的模拟角加速度。