CN107368113A - 用于控制机电式接口装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制机电式接口装置的方法。一种控制机电式接口的方法包括：由控制器命令马达将操作转矩提供在选择器上，其中，操作转矩基于选择器相对于第一和第二位置的位置；以及由控制器命令马达在近似第一位置处以及在近似第二位置处将制动转矩提供在选择器上，其中，仅在第一时间段内施加制动转矩。

Description

用于控制机电式接口装置的方法

技术领域

本发明一般地涉及一种用于控制机电式接口（electromechanical interface）装置的方法，并且更特别地涉及一种用于通过产生带有间隔制动停止的机械式感觉（mechanical feel）来控制机电式接口装置的方法。

背景技术

本节中的叙述仅仅提供与本公开有关的背景信息，并且可以或可以不构成现有技术。

用于机器（诸如机动车辆、飞机、工业设备等）的系统控件包括被机器的操作者用来控制机器的操作的接口装置。这些接口装置可以包括旋钮（knob）、开关、杆等。机械连杆机构可以将接口装置连接到被控制的机构，或者在机电式接口装置与要被控制的机构处于电子连通的情况下，可以使用人机接口（HMI）系统。在HMI系统中，机电式接口装置的机械移动被转化成电信号，该电信号被传送到受控机构。

在两种情况中，重要的是接口装置向操作者提供适当“感觉（feel）”以便指示出具体操作位置。例如，用于机动车辆的传统换挡控件可以包括经由换挡拉索（shift cable）机械地连到传动装置（transmission）的换挡杆。随着换挡杆被移动，拉索将该移动传递至传动装置，传动装置进而基于该所传递的移动而接入（engage）不同的挡位（gear）或操作状态，诸如驻车、空挡、行车（drive）等。在线控换挡系统中，消除了换挡杆与传动装置之间的换挡拉索，并且替代地，换挡杆的移动将控制信号发送到传动装置，然后传动装置基于该控制信号接入期望的挡位或操作状态。在两种情况中，所期望的是，当操作位置（即，驻车、空挡、倒挡、行车）中的每个已得到实现时向用户提供非视觉反馈。

一种解决方案是使用具有轮、辊和扭力弹簧的机械式反馈机构来产生所需要的感觉。虽然这些机构对它们所意图的目的是有用的，但它们固有地适合于所使用的特定机构。例如，具有驻车、空挡、倒挡以及行车的挡位位置（gear position）的车辆而具有驻车、空挡、倒挡、行车以及手动的挡位位置的另一车辆将会需要两个不同的机械式反馈机构，以便适应另外的（手动的）挡位选择。向机械式反馈机构添加另外的部分会需要新的工具作业、对该部分进行测试、对样本进行测试以及对车辆进行测试，并且会需要用于所修改部分的新的位置传感器。

一种解决方案是提供机电式反馈机构，机电式反馈机构用电控机构来替换机械式反馈机构的机械部分中的一些。虽然这些机构对它们所意图的目的是有用的，但机电式接口装置会由于缺乏到装置的“机械式感觉”而提供减弱的用户体验。当接口装置被快速地移动或操作时，极大地加剧了该机械式感觉的缺乏。然而，该机械式感觉对于给机电式接口的操作者的触觉反馈而言是重要的。因此，在本领域中需要一种机电式接口装置，其在所有操作条件下向装置的操作者提供充分的触觉反馈，并且可在不需要另外的机械部分和进行重新设计的情况下以各种配置来使用。

发明内容

提供了一种控制机电式接口的方法。机电式接口包括选择器，选择器连接到马达，马达与控制器处于电子连通，并且选择器能够在至少第一位置与第二位置之间移动。所述方法包括：由控制器命令马达将操作转矩提供在选择器上，其中，操作转矩基于选择器相对于第一和第二位置的位置；以及由控制器命令马达在近似第一位置处以及在近似第二位置处将制动转矩（detent torque）提供在选择器上，其中，仅在第一时间段内施加制动转矩。

在一个方面中，操作转矩选自操作转矩分布，操作转矩分布显示出操作转矩与选择器的位置之间的关系。

在另一方面中，操作转矩分布被配置成产生机械式制动选择器对选择器操作者的感觉。

在另一方面中，操作转矩分布在第一位置处、第二位置处以及第一和第二位置之间的中点位置处具有零操作转矩。

在另一方面中，操作转矩分布在第一位置与中点位置之间以及在中点位置与第二位置之间具有最大操作转矩。

在另一方面中，制动转矩选自制动转矩分布，当选择器在从第一位置或第二位置起的偏移量内时，制动转矩分布显示出制动转矩与选择器的位置之间的关系。

在另一方面中，以绕旋转轴线的旋转度数来测量选择器的位置，并且偏移量小于5度。

在另一方面中，偏移量近似为1.65度。

在另一方面中，制动转矩分布具有最大制动转矩，最大制动转矩大于最大操作转矩。

在另一方面中，制动转矩的变化率大于操作转矩的变化率。

在另一方面中，第一时间段近似小于500 ms。

在另一方面中，第一时间段近似为100 ms。

在另一方面中，制动转矩由弹簧阻尼器模型基于选择器的位置和选择器的速度来确定。

在另一方面中，选择器的第一位置对应于线控换挡系统中的第一挡位操作模式，并且选择器的第二位置对应于线控换挡系统中的第二挡位操作模式。

提供了另一控制机电式接口的方法。机电式接口具有选择器，选择器连接到马达且能够在至少第一位置和第二位置之间旋转，马达与控制器处于电子连通。所述方法包括：由控制器确定选择器的旋转位置，由控制器基于选择器的旋转位置从操作转矩曲线选择操作转矩，由控制器命令马达将操作转矩施加在选择器上，由控制器基于选择器的旋转位置和选择器的旋转速度从制动转矩曲线选择制动转矩，以及由控制器命令马达在第一时间段内将制动转矩施加在选择器上。

在一个方面中，仅当选择器在从第一位置或第二位置起的偏移量内时施加制动转矩。

在另一方面中，操作转矩曲线被配置成产生机械式制动选择器对选择器操作者的感觉。

在另一方面中，操作转矩曲线具有最大操作转矩，制动转矩曲线具有最大制动转矩，并且最大制动转矩大于最大操作转矩。

在另一方面中，制动转矩曲线由弹簧阻尼器模型基于选择器的位置和选择器的旋转速度来限定。

还提供了一种用于机动车辆的线控换挡接口。线控换挡接口包括：选择器，选择器能够在第一换挡位置与第二换挡位置之间旋转；马达，马达连接到选择器；以及控制器，控制器与马达处于电子连通，控制器具有处理器和非临时性（non-transitory）计算机可读介质，非临时性计算机可读介质用于存储指令以便由处理器来执行。指令包括：命令马达将操作转矩提供在选择器上，其中，操作转矩基于选择器相对于第一和第二换挡位置的位置，并且被配置成模拟机械式选择器的感觉；以及命令马达在近似第一换挡位置处以及在近似第二换挡位置处将制动转矩提供在选择器上，其中，制动转矩被配置成在第一换挡位置和第二换挡位置处模拟机械式制动器的感觉。

通过参考下面的描述和附图，将会明白另外的方面，示例以及优点，在附图中，同样的附图标记指代相同的部件、元件或特征。

附图说明

本文中所描述的附图仅仅用于举例说明的目的，并且并不意图以任何方式限制本公开的范围。

图1是示例性旋转式机电式接口装置的俯视透视图；

图2是示例性旋转式机电式接口装置的部分截面侧视图；

图3是图示出与示例性旋转式机电式接口装置一起使用的控制方法的曲线图；以及

图4是图示出控制方法的流程图。

具体实施方式

下面的描述本质上仅仅是示例性的，并且并不意图限制本公开、应用或用途。

参考图1和2，图示出并总体上由附图标记10指示出用于与本发明一起使用的示例性机电式接口。机电式接口10被采用为任何合适的机器或系统（例如，机动车辆、飞机、工业操作系统、医疗装置等）中的人机接口系统的一部分。在一个特定的示例中，机电式接口10是机动车辆中的线控换挡系统中所使用的旋转式挡位换挡器（rotary gear shifter）。因此，机电式接口10可以被用于在机动车辆的传动装置的各种挡位之间、在传动装置操作模式之间（诸如驻车、空挡、倒挡或行车）或者在多个四轮高和低驱动状态（high and lowdrive states）之间等进行换挡。机电式接口10未被直接机械地联接到机动车辆的传动装置或驱动单元，而是替代地与接合特定挡位或驱动状态的致动器处于电连通。

一般地，机电式接口10包括被安装到壳体14的选择器12。在所提供的示例中，选择器12是旋转式选择器或旋钮，其能够由用户相对于壳体14来旋转。例如，选择器12可以包括处于30度旋转间隔的四个位置。包括第一位置“A”、第二位置“B”、第三位置“C”以及第四位置“D” 的每个位置对应于特定操作状态中的一个。在线控换挡系统的特定示例中，第一位置“A”可以对应于“驻车”操作状态，第二位置“B”可以对应于“倒挡”操作状态，第三位置“C”可以对应于“空挡”操作状态，并且第四位置“D”可以对应于“行车”操作状态。然而，应认识到的是，机电式接口10可以包括处于适合于所意图的用途的各种间隔的更少或更多的位置。机电式接口10还可以包括各种其它特征（诸如LED指示器或照明）或者辅助选择器（诸如按钮或开关），其可以独立于选择器12被操纵以向用户提供另外的控制选项。

机电式接口10还包括马达16、位置传感器18以及控制器20。马达16可以是被配置成控制选择器12或将转矩施加到选择器12的任何装置。例如，马达16可以是步进式马达。控制器20电操作和命令马达16。在所提供的示例中，马达16包括驱动销22，在将电功率施加到马达16时，驱动销22被驱动以便旋转。驱动销22从马达16向外延伸，并且联接到位置传感器18和选择器12。在不偏离本发明的范围的情况下，驱动销22可以以各种方式联接到选择器12。在所提供的示例中，齿轮24联接到驱动销22。齿轮24与传送齿轮26啮合。传送齿轮26与连接到选择器12的齿轮28啮合。因此，选择器12的旋转导致齿轮28、26、24以及驱动销22的旋转，并且由马达16实现的驱动销22的旋转进而使齿轮24、26、28以及选择器12旋转。如将会在下面更详细地描述的，马达16可以被操作成基于选择器12的位置而将期望的力输出提供到选择器12或者将转矩提供在选择器12上。

位置传感器18可以是能够确定选择器12的至少某些位置的任何部件。在所提供的示例中，位置传感器18感测或检测驱动销22的旋转位置，驱动销22经由固定式齿轮（fixedgear）24、26、28与选择器12的旋转位置相关联。位置传感器18可以是光学编码器传感器、电位计、磁性传感器或者能够检测选择器12的旋转位置的任何其它类型的传感器。位置传感器18与控制器20处于电子连通。

控制器20是非普适性电子控制装置，其具有预编程数字计算机或处理器、存储器或非临时性计算机可读介质以及至少一个输入/输出外围设备或端口。处理器能够基于从位置传感器18接收的数据信号来执行存储在存储器中的控制逻辑或指令，并且能够命令马达16的操作。

现在来看图3，现在将会描述一种用于控制机电式接口10的方法。图3在笛卡尔坐标系中图示出施加到选择器12的转矩的曲线图。曲线图的纵轴是由马达16施加到选择器12的转矩。转矩的符号（即正或负）确定施加到选择器12的转矩所沿的旋转方向。曲线图的横轴是以度数来表示的选择器12的旋转位置。一般地，控制器20命令马达16将操作转矩提供在选择器12上。在曲线图中，附图标记32所指示的常态（normal）操作转矩分布（profile）或曲线示出了常态操作转矩。在任何给定时间施加到选择器12的转矩由选择器12的旋转位置确定。常态操作转矩曲线32优选地是正弦曲线并且被定制成模拟或仿效机械式选择器的感觉。例如，在旋转位置A、B、C和D处，施加到选择器12的转矩在常态情况下是零。在分别地位于旋转位置A、B、C和D之间的半程处的由附图标记34、36和38指示的半程旋转位置处，施加到选择器12的转矩在常态情况下也是零。在位于旋转位置A与中点34之间的半程处的旋转位置40处，常态操作转矩曲线32达到最大操作转矩42。在位于旋转位置B与中点34之间的半程处的旋转位置44处，正常操作转矩曲线32达到最大操作转矩46（沿与最大操作转矩42相反的方向施加）。在位于旋转位置B与中点36之间的半程处的旋转位置48处，常态操作转矩曲线32达到最大操作转矩42。在位于旋转位置C与中点36之间的半程处的旋转位置50处，常态操作转矩曲线32达到最大操作转矩46。在位于旋转位置C与中点38之间的半程处的旋转位置52处，常态操作转矩曲线32达到最大操作转矩42。在位于旋转位置D与中点38之间的半程处的旋转位置54处，常态操作转矩曲线32达到最大操作转矩46。然而，应认识到的是，在不偏离本发明的范围的情况下，常态操作转矩曲线32可以具有各种其它分布或形状。

除了常态操作转矩之外，控制器20命令马达16将制动转矩提供在选择器12上。制动转矩超越（override）常态操作转矩。在曲线图中，由附图标记60指示的制动转矩分布或曲线示出了制动转矩。在预限定时间段内，仅在近似位置A、B、C和D处施加制动转矩。例如，当选择器12在从位置A、B、C和D中的一个起的偏移量‘x’内时，制动转矩曲线60显示出制动转矩与选择器12的位置之间的关系。在一个示例中，偏移量在位置A、B、C和D中的一个的+/-5旋转度数内。在另一示例中，偏移量在位置A、B、C和D中的一个的+/- 3旋转度数内。在优选的示例中，偏移量在位置A、B、C和D中的一个的+/- 1.65旋转度数内。在一个示例中，所述偏移的大小基于选择器12的旋转速度，其中，较高的旋转速度导致较小的偏移量。所施加的制动转矩高达最大制动转矩62。

制动转矩曲线60由弹簧阻尼器模型基于下面的等式来限定：

其中，T是由马达16施加到选择器12的转矩，k是弹簧常数，d是阻尼器常数，θ是以从位置A、B、C和D中的一个起的以旋转度数表示的在偏移量x内的选择器12的位置，并且θ'是选择器12的速度（即选择器12当在所述偏移量内时旋转得有多快）。另外地，制动转矩被施加时的时间段被设定为相对短的量。例如，所述时间段近似小于500 ms。在另一示例中，所述时间段近似小于300 ms。在优选的示例中，所述时间段近似为100 ms。制动转矩曲线60被配置成使得最大制动转矩62大于最大操作转矩42。另外地，制动转矩的变化率大于操作转矩的变化率。因此，制动转矩在近似位置A、B、C和D中的每个处提供短的强烈的制动感觉。

来看图4，并且继续参考图1—3，在流程图中示出了并总体上由附图标记100来指示一种用于控制机电式接口10的方法。方法100在步骤102处开始，在步骤102中，控制器20确定选择器12的位置。选择器12的位置由从位置传感器18感测到的数据确定。选择器12的位置可以被测量为从起始或参考位置（诸如位置A）起的旋转度数。

接下来，在步骤104处，控制器20从常态操作转矩曲线32来确定操作转矩。操作转矩是基于选择器12的位置而确定的。在步骤106处，控制器20命令马达16将该操作转矩施加到选择器12。

在步骤108处，控制器20确定选择器12是否在从对应于可选择模式的一组预限定位置中的一个起的偏移量x内。在所提供的示例中，预限定位置是位置A、B、C和D。如果选择器12不在位置A、B、C和D中的一个的偏移量x内，方法100返回至步骤102并重复。然而，如果选择器12在位置A、B、C和D中的一个的偏移量x内，则方法100随后前进到步骤110，在步骤110中，控制器20从制动转矩曲线60来选择制动转矩。制动转矩是基于在偏移量内的选择器12的位置而选择的。方法100随后前进至步骤112，在步骤112中，控制器20命令马达16将制动转矩施加到选择器12，并且马达16在所述时间段内施加制动转矩。

本发明的描述本质上仅仅是示例性的，并且不偏离本发明的主旨的变体意图在本发明的范围内。不应将此类变体视为偏离本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种控制机电式接口的方法，

所述机电式接口具有选择器，所述选择器连接到马达，所述马达与控制器处于电子连通，并且所述选择器能够在至少第一位置与第二位置之间移动，

所述方法包括：

由所述控制器命令所述马达将操作转矩提供在所述选择器上，其中，所述操作转矩基于所述选择器相对于所述第一和第二位置的位置；以及

由所述控制器命令所述马达在近似所述第一位置处以及在近似所述第二位置处将制动转矩提供在所述选择器上，其中，仅在第一时间段内施加所述制动转矩。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述操作转矩选自操作转矩分布，所述操作转矩分布显示出所述操作转矩与所述选择器的位置之间的关系。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述操作转矩分布被配置成产生机械式制动选择器对所述选择器操作者的感觉。

4.如权利要求2所述的方法，其中，所述操作转矩分布在所述第一位置处、所述第二位置处以及所述第一和第二位置之间的中点位置处具有零操作转矩。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述操作转矩分布在所述第一位置与所述中点位置之间以及在所述中点位置与所述第二位置之间具有最大操作转矩。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述制动转矩选自制动转矩分布，当所述选择器在从所述第一位置或所述第二位置起的偏移量内时，所述制动转矩分布显示出所述制动转矩与所述选择器的位置之间的关系。

7.如权利要求6所述的方法，其中，以绕旋转轴线的旋转度数来测量所述选择器的位置，并且所述偏移量小于3度。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述偏移量近似为1.65度。

9.如权利要求6所述的方法，其中，所述制动转矩分布具有最大制动转矩，所述最大制动转矩大于所述最大操作转矩。

10.如权利要求1所述的方法，其中，制动转矩的变化率大于操作转矩的变化率。

11. 如权利要求1所述的方法，其中，所述第一时间段近似小于300 ms。

12. 如权利要求11所述的方法， 其中，所述第一时间段近似为100 ms。

13.如权利要求1所述的方法，其中，所述制动转矩由弹簧阻尼器模型基于所述选择器的位置和所述选择器的速度来确定。

14.如权利要求1所述的方法，其中，所述选择器的第一位置对应于线控换挡系统中的第一挡位操作模式，并且所述选择器的第二位置对应于所述线控换挡系统中的第二挡位操作模式。

15.一种控制机电式接口的方法，

所述机电式接口具有选择器，所述选择器连接到马达且能够在至少第一位置和第二位置之间旋转，所述马达与所述控制器处于电子连通，

所述方法包括：

由所述控制器确定所述选择器的旋转位置；

由所述控制器基于所述选择器的旋转位置从操作转矩曲线选择操作转矩；

由所述控制器命令所述马达将所述操作转矩施加在所述选择器上；

由所述控制器基于所述选择器的旋转位置和所述选择器的旋转速度从制动转矩曲线选择制动转矩；以及

由所述控制器命令所述马达在第一时间段内将所述制动转矩施加在所述选择器上。

16.如权利要求15所述的方法，其中，仅当所述选择器在从所述第一位置或所述第二位置起的偏移量内时施加所述制动转矩。

17.如权利要求15所述的方法，其中，所述操作转矩曲线被配置成产生机械式制动选择器对所述选择器操作者的感觉。

18.如权利要求15所述的方法，其中，所述操作转矩曲线具有最大操作转矩，所述制动转矩曲线具有最大制动转矩，并且所述最大制动转矩大于所述最大操作转矩。

19.如权利要求15所述的方法，其中，所述制动转矩曲线由弹簧阻尼器模型基于所述选择器的位置和所述选择器的旋转速度来限定。

20.一种用于机动车辆的线控换挡接口，所述线控换挡接口包括：

选择器，所述选择器能够在第一换挡位置与第二换挡位置之间旋转；

马达，所述马达连接到所述选择器；以及

控制器，所述控制器与所述马达处于电子连通，所述控制器具有处理器和非临时性计算机可读介质，所述非临时性计算机可读介质用于存储指令以便由所述处理器来执行，所述指令包括：

命令所述马达将操作转矩提供在所述选择器上，其中，所述操作转矩基于所述选择器相对于所述第一和第二换挡位置的位置，并且被配置成模拟机械式选择器的感觉；以及

命令所述马达在近似所述第一换挡位置处以及在近似所述第二换挡位置处将制动转矩提供在所述选择器上，其中，所述制动转矩被配置成在所述第一换挡位置和所述第二换挡位置处模拟机械式制动器的感觉。