CN107209554A - 用于控制机动车辆的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于机动车辆的控制设备(1)，包括：旨在检测用户手指的接触的触觉表面(2)，以及被配置为使触觉表面(2)振动的触觉反馈模块(4)，其特征在于，其包括被配置为驱动触觉反馈模块(4)以便响应于触觉表面(2)上的按压而生成触觉反馈的驱动单元(5)，触觉反馈包括：‑连续生成的、至少两个相同的个体触觉模式(M1、M2、M3...Mn)的重复，以及‑插入在两个连续的个体触觉模式(M1、M2、M3...Mn)之间、没有触觉反馈的时段(B1、B2)。本发明还涉及用于控制这种设备的控制方法。

Description

用于控制机动车辆的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于机动车辆的控制设备和方法。
背景技术
在过去几年中，随着新兴技术(例如动力转向、ABS、巡航控制、停车传感器等)的出现，汽车变得更容易驾驶。但是，矛盾的是，在驾驶时要控制的功能数量也大大增加。这可能产生与不熟悉这些功能的使用及其多样性相关的某种复杂性。汽车已变成名副其实的生活空间，其被视为具有例如MP3播放器、GPS和到移动电话的链接的互连的个人通信中心。
这些新功能的引入已导致汽车乘客舱的仪表板上的按钮数量增加。但是，按钮数量不能无限增加，尤其是因为增加导致的复杂性、空间限制、可访问性或认知负荷。此外，驾驶员与汽车中的车载系统的交互可能产生注意力过载的情况，在这种情况下，驾驶员不能最佳地处理与驾驶任务相关的所有信息，从而导致错误和过长的检测时间。
一种可能性是通过用触摸表面来代替按钮以使按钮集中化。这使得有可能继续增加功能的数量，后者变为可编程的和可重新配置的，并且取决于上下文或激活的功能而被暂时或永久显示。因此，触摸表面使得能够实现多功能性，同时使按钮虚拟化并且可个性化。
但是，与推按按钮的情况不同，当驾驶员与触摸表面交互时，除了手指对着表面按压的简单接触之外，他或她没有接收到与他或她在界面上的动作直接相关的反馈。
为了补偿由于用触摸表面代替常规机械界面而引起的信息丢失，做出了添加刺激(诸如触觉刺激)的规定，以提供从系统到用户的反馈。这种刺激使得有可能避免关于用户的动作是否已被系统记录的不确定性，这种不确定性倾向于增加发生危险情况的可能性。但是，也有必要避免已经因驾驶任务而有极大负担的驾驶员的视觉和听觉通道的超载。具体而言，机动车辆中触摸表面的使用必不可以使驾驶员分心。
发明内容
本发明的一个目的是提供不干扰驾驶的控制设备，该控制设备易于被用户感知和理解，并且可以与其它信号区分开来。
为此，本发明的一个主题是用于机动车辆的控制设备，包括：
-旨在检测用户手指的接触的触摸表面；以及
-配置为使触摸表面振动的触觉反馈模块；
其特征在于，其包括被配置为驱动触觉反馈模块以便响应于在触摸表面上的按压而生成触觉反馈的驱动器单元，触觉反馈包括：
-连续生成的、至少两个相同个体触觉模式的重复；以及
-插入在两个连续的个体触觉模式之间、没有触觉反馈的时段。
没有触觉反馈的时段(对于该时段没有可感知的触觉表面的移动)使得有可能产生特定的效果，诸如触摸表面具有其中用户应该滑动他或她的手指的方向的错觉、或者手指按下触摸表面的错觉。
根据控制设备的特征中的一个或多个特征，或者单独或者组合：
-控制设备包括位于触摸表面下方以便通过触摸表面显示图形元素的显示设备、以及驱动器单元被配置为驱动触觉反馈模块，以便响应于图形元素的区域中的按压而生成触觉反馈；因此，用户被提供关于可以通过与所触摸的图形元素的交互来启用的功能的指示；
-没有触觉反馈的时段的持续时间在10到240毫秒之间；
-个体触觉模式的加速度的峰峰值在0.5G和15G之间；
-个体触觉模式的频率在60Hz和400Hz之间；
-只要手指与触摸表面接触就生成触觉反馈。有可能只要手指与显示设备的图形元素接触就使用该效果，以模拟在围绕屏幕移动图形元素的同时保持(holding)图形元素。
根据一种示例性实施例：
-个体触觉模式的持续时间在20和250毫秒之间；
-个体触觉模式的加速度的峰峰值在1G和4G之间；以及
-生成个体触觉模式的控制信号的开始和后续控制信号的开始之间的命令间持续时间在20和150毫秒之间。
还可以对以下做出规定：
-个体触觉模式要重复最少三次；以及
-要在长于或等于50毫秒的预定义持续时间内生成触觉反馈。
这些触觉反馈特性使得有可能提供按下触摸表面(沿着Z)的感觉。用户的印象是他或她的手指比实际完成的小物理移动更进入触摸表面中。有可能使用该效果来模拟与长按压动作对应的推按按钮(push-button)的致动(actuation)。
根据另一种示例性实施例：
-个体触觉模式被重复3至10次；
-个体触觉模式的加速度的峰峰值在3G和10G之间；
-生成个体触觉模式的控制信号的开始和后续控制信号的开始之间的命令间持续时间大于或等于20毫秒；以及
-在长于或等于50毫秒的预定义持续时间内生成触觉反馈。
这使得有可能向用户指示他或她正在执行禁止的交互、正在做出错误或者正在执行不可能的动作。
本发明的另一个主题是用于控制如上所述的设备的控制方法，其中响应于按压触摸表面，生成使控制设备的触摸表面振动的触觉反馈，触觉反馈包括：
-连续生成的、至少两个相同的个体触觉模式的重复；以及
-在两个连续的个体触觉模式之间插入的、没有触觉反馈的时段。根据控制方法的一个或多个特征，或者单独或者组合：
-图形元素通过触摸表面来显示，并且触觉反馈响应于图形元素的区域中的按压而生成；
-没有触觉反馈的时段的持续时间在10和240毫秒之间；
-个体触觉模式的加速度的峰峰值在0.5G和15G之间；
-个体触觉模式的频率在60Hz和400Hz之间；
-只要手指与触摸表面接触就生成触觉反馈。
附图说明
当阅读本发明的描述后、以及在示出本发明的非限制性示例性实施例的附图中，其它优点和特征将变得显而易见，其中：
-图1示出了用于机动车辆的示例性控制设备；以及
-图2示出了表示作为触觉反馈的示例的时间函数的触摸表面的加速度的曲线。
在这些图中，相同的元素具有相同的参考标号。
具体实施方式
图1示出了用于机动车辆的控制设备1，该控制设备1例如安装在车辆的仪表盘或中央控制台中，用于控制车辆的车载系统，诸如空调、收音机、音乐、电话、通风或导航系统。
控制设备1包括触摸表面2和被配置为使触摸表面2振动的触觉反馈模块4。术语“触觉”是指触摸的反馈。因此，触觉反馈是振动或触感振动(vibrotactile)信号。
触摸表面2旨在检测具有例如修改后的或所选择的命令、通过用户的手指或用户的任何其它激活装置(例如，触控笔)在触摸表面2上的接触。
控制设备1可以包括位于触摸表面2下方以便通过触摸表面2显示图形元素的显示设备3，然后触摸表面2是透明的，从而形成例如触摸屏。
触摸屏是使得系统的用户能够借助触摸与之交互的输入外围设备。它允许用户直接与他或她想要选择的区域进行交互，用于各种目的诸如，例如，选择目的地地址或目录中的名称、设置空调系统、激活专用功能、从列表中选择音轨、或者，一般地，滚动选项、选择、验证和错误的列表。
触摸表面2包括承载用于检测用户的手指或触控笔的推压或移动的接触传感器的板。
接触传感器是例如压力传感器，诸如使用FSR(力感测电阻器)技术(即使用压敏电阻器)的压力传感器。FSR技术展现出非常高水平的强度和鲁棒性(robustness)，同时具有高分辨率。此外，它具有高反应性和准确性，同时随着时间的推移相对稳定。它可以具有相当长的寿命，并且可以以相对低的成本与任何类型的激活装置一起使用。
根据一种FSR技术设计，传感器通过使两个导电层接触(例如通过手指的动作)来操作。其中一种实施例包括用一层导电油墨覆盖玻璃板，其上叠加柔性聚酯片(polyester)，该柔性聚酯片本身由一层导电油墨覆盖在其内面(inner face)上。透明的绝缘块使板绝缘于聚酯片。触摸表面上的激活导致聚酯层的轻微按下(depression)，其继而与玻璃板的导电层接触。两个导电层的局部(local)接触导致对应于电压梯度、施加到板的电流(electrical current)的变化。
根据另一个示例，接触传感器包括夹在例如导电层和电阻层之间的柔性半导体层。通过在FSR层上施加压力或拖拉动作，其欧姆电阻降低，从而使得有可能通过施加合适的电压来测量施加的压力、和/或施加压力的点的位置。
根据另一个示例，接触传感器是基于电容技术。
触觉反馈模块4包括至少一个致动器，其链接到触摸表面2的板，以便生成触觉反馈作为来自接触传感器的信号的函数。触觉反馈是振动信号，诸如由正弦控制信号、或由包括发送到致动器的脉冲或一连串脉冲的控制信号S1、S2、S3...Sn产生的振动。振动例如沿着触摸表面2的平面、或垂直于触摸表面2的平面，在Z方向导向、或者甚至沿着这两个方向的组合导向。
在多个致动器的情况下，这些致动器在各种位置(在中心处或到一侧)或以各种朝向(在表面上按压的方向或沿着另一轴)布置在触摸表面2下方。
根据一种示例性实施例，致动器是基于类似于扬声器(音圈)技术的技术。它包括固定部分、和能够在例如200μm量级的固定部分的空气间隙内、在第一位置和第二位置之间、平行于移动部分的纵轴平移(translationally)移动的部分。移动部分例如由在固定线圈内部滑动的移动磁体、或由围绕固定磁体滑动的移动线圈形成，移动部分和固定部分通过电磁效应交互。移动部分以这样的方式链接到板，所述方式即，移动部分的移动产生板的平移移动，以便生成提供给用户的手指的触觉反馈。该技术容易控制，并且允许像屏幕那样的大质量以各种频率移动并且满足机动车辆非常严格的约束，所述约束即，低成本、对大温度变化的高忍耐性、以及易于安装。
控制设备1附加地包括被配置为驱动触觉反馈模块4以便响应于对触摸表面2的按压而生成触觉反馈的驱动器单元5。
只要手指保持与触摸表面2接触，触摸表面2就正在被按压。当用户移除他或她的手指并且然后再次按压触摸表面2时，重新生成触觉反馈。因此，为每次按压生成触觉反馈。
触觉反馈包括连续生成的、至少两个相同的个体触觉模式M1、M2、M3...Mn的重复，以及插入在两个连续的个体触觉模式M1、M2、M3...Mn之间没有触觉反馈的时段B1、B2。
为了实现这一点，驱动器单元5将控制信号S1、S2、S3...Sn发送到触觉反馈模块4，包括，例如，例如以正方形、三角形或正弦波的形式发送到致动器的控制脉冲。
每个控制信号S1、S2、S3...Sn生成一个个体触觉模式。
图2示出了触觉反馈的示例，其是通过沿着Z、在平行于手指在触摸表面2上按压方向的方向上的触摸表面2的加速度的测量图示出来的。针对个体触觉模式M1、M2、M3...Mn测得的加速度值通常采取阻尼正弦波的形式。可以通过测量触摸表面2沿着Z的移动来获得相同的图示。
个体触觉模式M1、M2、M3...Mn是相同的、或基本相同的。换句话说，个体触觉模式M1、M2、M3...Mn可以在其中差异不可感知(即个体触觉模式M1、M2、M3被用户感知为相同)的容差容限内彼此稍微不同。个体触觉模式M1、M2、M3...Mn的标识特别地涉及外观(aspect)(诸如采取阻尼正弦波的形式)、频率、相移、振幅和持续时间。外观可以例如通过达到100％最大振幅所需的响应时间来识别。容差范围例如应用于这些参数。作为示例，个体触觉模式M1、M2、M3...Mn包括达到100％最大振幅所花的相同响应时间+/-5毫秒、一个且相同的频率+/-15％、对于在0.5G和7G之间的加速度振幅一个且相同的加速度振幅+/-1G、对于在7G和15G之间的加速度振幅的一个且相同的加速度振幅+/-2G、对于在20毫秒和100毫秒之间的持续时间的一个且相同的持续时间+/-15毫秒、和/或对于在100毫秒和250毫秒之间的持续时间的一个且相同的持续时间+/-30毫秒。
个体触觉模式M1、M2、M3...Mn的加速度A的峰峰值例如在0.5G和15G之间。
个体触觉模式M1、M2、M3...Mn的频率例如在60Hz和400Hz之间。
在触摸面2的加速度和/或移动结束时，例如，当加速度A的峰峰值低于1G时，开始没有触觉反馈的时段B1，在此期间没有可感知的触摸表面2的移动。
没有触觉反馈的时段B1、B2是由于触摸表面2的加速度或移动为零或小于移动车辆的振动而没有感知到触摸表面2的加速度或移动的时段。例如，它是小于1G的加速度。
没有触觉反馈的时段B1、B2的持续时间例如在10和240毫秒之间。在个体触觉模式M1、M2、M3...Mn之间重复的没有触觉反馈的时段B1、B2可以相同或者也可以不相同。
根据一种示例性实施例，通过控制在生成个体触觉模式M1的控制信号S1的开始和后续控制信号S2的开始之间的命令间持续时间SOA来管理没有触觉反馈的时段B1、B2的结束。
根据另一个示例，没有触觉反馈的时段B1、B2的持续时间通过例如测量从中测得的加速度小于预定阈值的持续时间来确定。
没有触觉反馈的时段B1、B2(对于该时段没有可感知的触觉表面2的移动)使得有可能产生特定的效果，诸如触摸表面2具有其中用户应该滑动他或她的手指的方向的错觉、或者手指按下触摸表面2的错觉。
触觉反馈可以在预定义的持续时间D内生成，或者只要手指与触摸表面2接触就生成。
例如并且如图2所示：
-个体触觉模式M1、M2、M3...Mn被重复最少三次；
-生成连续的个体触觉模式M1、M2、M3...Mn的预定义持续时间D大于或等于50毫秒；
-个体触觉模式M1、M2、M3...Mn的持续时间DS在20和250毫秒之间；
-个体触觉模式M1、M2、M3...Mn的加速度A的峰峰值在1G和4G之间；以及
-控制信号S1的开始和后续控制信号S2的开始之间的指令间持续时间SOA在20和150毫秒之间。
这些触觉反馈特性使得有可能提供按下触摸表面2(沿着Z)的感觉。用户的印象是他或她的手指比实际完成的小物理移动更进入触摸表面2中。有可能使用该效果来模拟与长按压动作对应的推按按钮的致动。
根据另一种示例性应用：
-只要手指与触摸表面2接触就重复个体触觉模式M1、M2、M3...Mn；
-生成个体触觉模式的控制信号S1、S2的持续时间在20和60毫秒之间；以及
-控制信号S1的开始和后续控制信号S2的开始之间的指令间持续时间SOA在50和150毫秒之间。
还可以做出规定，例如，使其有可能使用手指围绕显示设备3移动图形元素(小部件(widget))。还可以做出规定，使驱动单元5被配置为驱动触觉反馈模块4，以便响应于在图形元素的区域中的按压而生成触觉反馈。因此，触觉反馈使得有可能模拟在围绕屏幕移动图形元素的同时用手指保持图形元素。
根据另一种示例性应用：
-个体触觉模式M1、M2、M3...Mn被重复3到10次；
-个体触觉模式M1、M2、M3...Mn的加速度A的峰峰值在3G和10G之间；
-生成个体触觉模式的控制信号S1的开始与后续控制信号S2的开始之间的指令间持续时间SOA长于或等于20毫秒，诸如在50至150毫秒之间；
-在长于或等于50毫秒的预定义持续时间D内生成触觉反馈；以及
-个体触觉模式M1、M2、M3...Mn的频率例如在60Hz和400Hz之间，诸如在60和200Hz之间。
这使得有可能向用户指示他或她正在执行禁止的交互、正在做出错误或者正在执行不可能的动作。

Claims (15)

1.一种用于机动车辆的控制设备(1)，包括：
-触摸表面(2)，其旨在检测用户手指的接触；以及
-触觉反馈模块(4)，其被配置为使触摸表面(2)振动；
其特征在于，其包括被配置为驱动触觉反馈模块(4)以便响应于在触摸表面(2)上的按压而生成触觉反馈的驱动器单元(5)，所述触觉反馈包括：
-连续生成的、至少两个相同的个体触觉模式(M1、M2、M3...Mn)的重复；以及
-插入在两个连续的个体触觉模式(M1、M2、M3...Mn)之间、没有触觉反馈的时段(B1、B2)。
2.如前述权利要求所述的控制设备，其特征在于，其包括位于触摸表面(2)下方以便通过触摸表面(2)显示图形元素的显示设备(3)，以及驱动器单元(5)被配置为驱动触觉反馈模块(4)，以便响应于在图形元素的区域中的按压而生成触觉反馈。
3.如前述权利要求中任一项所述的控制设备，其特征在于，没有触觉反馈的时段(B1、B2)的持续时间在10和240毫秒之间。
4.如前述权利要求中任一项所述的控制设备，其特征在于，个体触觉模式(M1、M2、M3...Mn)的加速度(A)的峰峰值在0.5G和15G之间。
5.如前述权利要求中任一项所述的控制设备，其特征在于，个体触觉模式(M1、M2、M3...Mn)的频率在60Hz和400Hz之间。
6.如前述权利要求中任一项所述的控制设备，其特征在于，只要手指与触摸表面(2)接触就生成触觉反馈。
7.如前述权利要求中任一项所述的控制设备，其特征在于：
-个体触觉模式(M1、M2、M3...Mn)的持续时间(DS)在20和250毫秒之间；
-个体触觉模式(M1、M2、M3...Mn)的加速度(A)的峰峰值在1G和4G之间；以及
-生成个体触觉模式(M1、M2、M3...Mn)的控制信号(S1)的开始和后续控制信号(S2)的开始之间的命令间持续时间(SOA)在20和150毫秒之间。
8.如前述权利要求所述的控制设备，其特征在于：
-个体触觉模式(M1、M2、M3...Mn)被重复最少三次；
-在大于或等于50毫秒的预定义持续时间(D)内生成触觉反馈。
9.如权利要求1至6中任一项所述的控制设备，其特征在于：
-个体触觉模式(M1、M2、M3...Mn)被重复3至10次；
-个体触觉模式(M1、M2、M3...Mn)的加速度(A)的峰峰值在3G和10G之间；
-生成个体触觉模式(M1、M2、M3...Mn)的控制信号(S1)的开始和后续控制信号(S2)的开始之间的命令间持续时间(SOA)大于或等于20毫秒；以及
-在大于或等于50毫秒的预定义持续时间(D)内生成触觉反馈。
10.一种用于控制如前述权利要求中任一项所述的设备(1)的控制方法，其中使控制设备(1)的触摸表面(2)振动的触觉反馈响应于触摸表面(2)上的按压而生成，所述触觉反馈包括：
-连续生成的、至少两个相同的个体触觉模式(M1、M2、M3...Mn)的重复；以及
-在两个连续的个体触觉模式(M1、M2、M3...Mn)之间插入的、没有触觉反馈的时段(B1、B2)。
11.如前述权利要求所述的控制方法，其特征在于，图形元素通过触摸表面(2)来显示，并且触觉反馈响应于所述图形元素的区域中的按压而生成。
12.如权利要求10和11中任一项所述的控制方法，其特征在于，没有触觉反馈的时段(B1、B2)的持续时间在10和240毫秒之间。
13.如权利要求10至12中任一项所述的控制方法，其特征在于，个体触觉模式(M1、M2、M3...Mn)的加速度(A)的峰峰值在0.5G和15G之间。
14.如权利要求10至13中任一项所述的控制方法，其特征在于，个体触觉模式(M1、M2、M3...Mn)的频率在60Hz和400Hz之间。
15.如权利要求10至14中任一项所述的控制方法，其特征在于，只要手指与触摸表面(2)接触就生成触觉反馈。
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