CN108351703B - 触摸界面模块的促动器、触摸界面模块和用于产生触觉反馈的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种促动器(7)，其包括：机座(11)，意图经由接触壁(13)与触摸界面进行接触，以便将触觉反馈发送至触摸表面；定子(15)，连接至该机座(11)；可移动芯部(19)，经由至少一个弹性元件(21)连接至该机座(11)，且意图被定子(15)移动，以便产生触觉反馈；电磁体(17)和至少一个永磁体(20)，它们中的一个被定子支撑，另一个被可移动芯部(19)支撑。该促动器(7)还包括布置在可移动芯部(19)和接触壁(13)之间的吸震器(23)，且所述弹性元件(21)的尺寸被设置为使得，当电磁体没有被通电时，可移动芯部(19)朝向接触壁(13)施加支承力，且当电磁体根据预限定极性通电时，可移动芯部(19)移离接触壁(13)。

Description

触摸界面模块的促动器、触摸界面模块和用于产生触觉反馈 的方法
技术领域
本发明涉及一种用于提供触觉-反馈的接触-界面模块(haptic-feedback-providing touch-interface module)的促动器、涉及一种触摸界面模块、并涉及一种用于产生触觉反馈以将触觉反馈提供给用户的方法。
背景技术
在机动车辆领域，多功能控制模块(例如具有操纵杆或旋转钮的形式)被越来越多地使用，以控制电子或电气系统，诸如空调系统、音频系统或甚至导航系统。
这样的模块可与显示屏相关联，且允许下拉菜单以被导航，该下拉菜单包含与要被控制的系统相关的各种命令。
但是，渐增数量的越来越复杂的功能的存在已经导致这些模块的增加。由此，为了增加集成的功能的数量，且改进人机界面的人体工程学，包括控制表面的界面模块的使用或实际上具有触摸表面的触摸屏幕的使用被视为有利的发展。
当用户在这样的传感器的触摸表面上施加压力时，可以测量施加的压力或力和/或确定压力或力被施加之处的位置。在该情况下，用户的按压例如与命令的选择相关联。
此外，为了向用户发信号告知他的命令确实已经被指示，不管这是正常驾驶情况还是停止或退化情况(盲目操作或处于大认知负荷下)，对于用户重要的是接收触觉反馈，以便允许他保持专注于道路，且减小与检查用户在触摸表面上的动作已经被指示相关联的认知努力。
为实现此，已知包括促动器的提供触觉反馈的控制模块，所述促动器诸如电磁促动器，连接至界面模块，以便传递振动运动，从而用户接收触觉反馈，通知该用户他的命令确实已经被指示。
这些电磁促动器包括具有电磁体的定子和具有一个或多个永磁体的可移动芯部，所述芯部可相对于定子平移移动。通过为定子的电磁体供电，使可移动芯部移动，该移动传递至触摸屏。
相对地，通过将电磁体安装为使得其能够相对于一个或多个固定的永磁体移动，获得第二类型的促动器，称为“音圈”(或在法语中为“bobineacoustique”)，因为其与扬声器的技术原理相关联。
特别已知的是用于提供触觉反馈的触摸-界面模块的这样的促动器的本申请人的版本。该界面模块包括能够检测用户按压的触摸表面，紧固至触摸表面的促动器包括：
-机座；
-可移动芯部，与机座协作，且意图被驱动以在极端位置之间移动，以便产生触觉反馈；和
-包括电磁体的定子，其被构造为能够驱动可移动芯部，以通过前后平移运动而移动。
经由惯性作用，通过定子给予可移动芯部的移动被传递至机座，其继而又将振动运动传递至触摸表面，促动器紧固至该触摸表面。
在闲置时，可移动芯部——其是弹簧安装的——占据浮动的闲置位置。
当电磁体被供应AC电源时，运动的前后平移移动的幅度增加，以达到最大值。
接下来，向电磁体的供电停止，振动逐渐消退。
但是，本申请人进行的研究已经显示出，芯部的第一振荡是不可被用户感知的，且如用户所感受到的，延迟了命令的应用和触觉反馈之间的相应性(correspondence)。另外，被传递的电力和被用户感受到的机械能量之间的比不是理想的。
特别地，已经证明，清晰的和敲击的触觉反馈被用户更好地感知。由此，本发明目的是至少部分地缓解上述缺点，特别地通过提供一种促动器，其产生改进的且特别地更清晰的触觉感觉。
发明内容
为此，本发明的一个主题是一种用于提供触觉反馈的触摸界面模块的促动器，该界面模块包括触摸表面，所述触摸表面能够检测用户的按压的至少一个特征，所述促动器包括：
-机座，意图经由接触壁与触摸界面进行接触，以便将触觉反馈发送至触摸表面；
-定子，连接至机座；
-可移动芯部，经由至少一个弹性元件连接至机座，且意图被定子驱动以移动，以便产生触觉反馈；和
-电磁体和至少一个永磁体，一者被定子承载，另一者被可移动芯部承载，
其特征在于，其还包括布置在可移动芯部和接触壁之间的衰减器，且在于，所述弹性元件的尺寸被设置为使得，在电磁体的非通电状态下，可移动芯部沿接触壁的方向施加支承力，且使得，在电磁体以预限定偏置电流通电的通电状态下，可移动芯部与接触壁分开。
所述促动器可还具有一个或多个以下特征，单独地或结合地。
根据一个方面，所述衰减器的弹簧常数比所述弹性元件的弹簧常数高7.5至12.5倍，特别地高10倍。
所述衰减器例如具有弹性体层的形式，特别地为硅树脂层。
该弹性体层可包覆模制在可移动芯部上，和/或通过形状接合与可移动芯部连结。
衰减器特别地具有25至35之间的肖氏硬度A，特别是30的肖氏硬度A。
根据又一方面，促动器包括两个弹性元件，它们分别布置在可移动芯部的两个相对侧向侧。
弹性元件可以是弹簧，特别地为螺旋压缩弹簧。
本发明还涉及一种提供触觉反馈的触摸界面模块，该界面模块包括能检测用户按压的触摸表面，和至少一个如上限定的促动器。
本发明还涉及一种用于在提供触觉反馈的触摸界面模块中产生触觉反馈的方法，该界面模块包括能检测用户按压的触摸表面，和至少一个如上限定的促动器，
其特征在于，该方法包括如下步骤：
-电磁体被供应有沿第一预限定偏置方向的电流，以便逆着所述弹性元件的力将可移动芯部与机座的接触壁分开；和
-电磁体被供应有沿第二预限定偏置方向的电流，该第二预限定偏置方向与第一偏置方向相反，从而电流以及由此磁场的方向反向，以便沿机座的接触壁的方向推进可移动芯部，且以便保持可移动芯部邻靠该接触壁。
根据一个方面，用于使可移动芯部分开的步骤持续4ms至6ms，特别地为5ms。
根据另一方面，用于推进可移动芯部且保持其抵靠接触壁的步骤持续4ms至6ms，特别地为5ms。
附图说明
其他优点和特征将通过阅读以下附图的描述而显现，这些附图作为非限制例子给出。
图1是具有促动器的触摸界面模块的一个实施例的示意侧视图，
图2是图1的促动器的示意透视图，
图3是图2的促动器的分解示意透视图，
图4是图2的促动器的示意纵向横截面图，
图5是施加至促动器的控制信号的曲线图；和
图6是用于产生触觉反馈的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
在所有附图中，相同的元件用相同的附图标记参照。
在一些附图中，示出笛卡尔坐标系X、Y、Z，使得可以更好地理解元件相对于彼此的取向。在本说明书中，Z方向大体垂直于触摸表面，已知触摸表面是平的，X-Y平面平行于该触摸表面的平面。
所述实施例是例子。尽管说明书涉及一个或多个实施例，这并不是必须意味着每个附图标记涉及同一实施例，或特征仅应用于单个实施例。不同实施例的各个特征也可组合以产生其他实施例。
图1示意地示出提供触觉反馈的触摸界面模块1的一个实施例，其包括能够检测用户(例如手指5)的按压的触摸表面3和至少一个触觉反馈促动器7。促动器7的数量可以是两个、三个或四个，或甚至更多个，特别地取决于触摸表面3的尺寸。
提供触觉反馈的触摸界面模块1——例如用于机动车辆的仪表板，或甚至用于机动车辆的中控台——允许车辆的电子或电气系统被控制，且可将触觉反馈传递至已经例如改变或选择命令的用户，以便向用户确保命令的选择或改变已经被指示。
触摸表面3可以是平的，但是根据变体，还可以设想向外弯曲或拱形的形状，或甚至凹陷的形状。触摸表面3例如装备有电阻或电容传感器，用于至少检测手指5在触摸表面3上的位置，且可选地还检测通过手指5的移动跟踪到的路径和/或手指5施加在触摸表面3上的压力。
手指5的位置的该检测例如与包含图形符号的显示菜单相关联，且例如产生控制信号，用于控制车辆的各件设备，例如空调系统、音频系统、电话系统等。
图1的实施例可以说是所谓的“悬挂式促动器”类型。所谓的悬挂式是指，促动器7没有连接至触摸界面模块1的外壳，而是只附连至触摸表面3。
促动器7因此形成清楚限定的功能单元，该功能单元易于安装到界面模块1中和从其拆卸。特别地，该功能单元只是螺纹连接或卡扣紧固至触摸表面3，且可因此被快速地更换。促动器7可以可选地以更低成本通过粘结剂结合而紧固，以可更换性为代价。
界面模块1此外包括控制和处理单元8，所述控制和处理单元8一方面连接至触摸表面3且另一方面连接至促动器7。
控制和处理单元8例如是可编程部件，其包括处理器、随机存取存储器和存储内存，且允许被储存的软件包的指令被执行。其可以是专用集成电路(ASIC)的问题，或甚至迷你PC类型的可编程设备件的。
控制和处理单元8可还连接至显示器(未示出)，诸如LED或LCD面板的显示屏，例如允许车辆的各个设备件的控制菜单被显示。
为了给用户(其注意力必须不能从他前方的道路偏离)触觉反馈，命令的指示通过促动器7的启动而被发信号，促动器的移动被传递至触摸表面3。
在图2至4中，促动器7包括机座11，机座11具有抵靠触摸表面3紧固以便传递触觉反馈的接触墙13。
促动器7另外包括连接至机座11的定子15，且包括电磁体17，其例如通过缠绕电线形成，特别地是由铜制成的线。
定子15包围可移动芯部19，以便允许可移动芯部19沿着Z方向沿垂直于接触壁13的两个相对方向平移移动，以便产生触觉反馈。可移动芯部19特别地包括板形式的永磁体20。这些永磁体示出在保持器22中，保持器22例如由塑料制成，且横截面具有“E”形状。
保持器22的臂另外承载铁磁金属板24，以增加可移动芯部19的重量，以便增加可移动芯部19的动能，且以便集中由永磁体20产生的磁场线。
可移动芯部19禁锢在接触壁13和定子15之间，且受到至少一个弹性元件21(在当前情况下为两个)的力。
例如，在当前实施例中，这些弹性元件21是弹簧，特别地为螺旋压缩弹簧，它们分别布置在可移动芯部19的两个相对的侧向侧。更准确地，每个弹簧的一个端部承靠保持器22，且另一个端部承靠定子15。
还可以使用弹性材料，诸如尿烷类型的膨胀聚合物、离聚物(离子交联聚合物)或橡胶。
承载电磁体17的定子15的中央矩圆部分与“E”形保持器22的臂相互作用，且引导可移动芯部19沿Z的平移移动。
促动器7还包括衰减器23，其布置在可移动芯部19和接触壁13之间。
衰减器23例如具有弹性体层或板的形式，特别地为硅树脂，根据第一变体，其可包覆模制到可移动芯部19上，或根据第二变体，其可通过形状接合而与可移动芯部19连结，如图3所示。作为例子，衰减器具有1.5mm至2.5mm范围内的厚度，特别地为2mm。如可在图2和4中看到，衰减器23紧固至“E”形保持器22的后部。
根据一个变体(没有示出)，衰减器23紧固至接触壁13。但是，优选的是将衰减器23紧固至可移动芯部19，以便增加该组移动部件的重量，且因此增加当其撞击接触壁13时被传递的动能。
衰减器23特别地具有25至35范围内的肖氏硬度A，特别是30。
一个或多个弹性元件21的尺寸设置为使得，在电磁体17的非通电状态，可移动芯部19沿接触壁13的方向施加支承力，从而衰减器23压靠接触壁13。在电磁体以预限定的偏置(bias)通电的通电状态下，可移动芯部19与接触壁13分开。
所述衰减器23的弹簧常数比所述弹性元件21的弹簧常数高7.5至12.5倍，特别地高10倍。
图5示出施加至促动器7的控制信号作为时间的函数的曲线，图6示出根据一个实施例的用于产生触觉反馈的方法的流程图。
在从触摸表面3接收信号时(该信号由手指5的按压造成)，控制和处理单元8例如在步骤100中传递第一信号200，该第一信号200具有第一预限定偏置电流，且例如具有方波的形式，为电磁体17供应在沿着Z方向的第一方向上的电流，以便逆着弹性元件21的力(压缩弹簧压缩)将可移动芯部19与机座11的接触壁13分开。
弹性元件21因此在该阶段储存发送至可移动芯部19的一些动能。
当然，单元8可被构造为向电磁体17直接供应电流。但是，根据一个变体，其可还例如将控制信号传递至继电器，电力通过该继电器供应至电磁体17。
该第一信号200的时长足够长，从而可移动芯部19的分开最大化，例如为4ms至6ms的时长，特别地为5ms。
接下来，在步骤102中，控制和处理单元8发送具有第二预限定偏置电流的第二信号202，该第二偏置电流与第一偏置电流相反，该信号例如也是方波，其使电流方向反向，以便使磁场反向，从而沿机座11的接触壁13的方向推进可移动芯部19，且保持可移动芯部19邻靠该接触壁13。在该阶段中，弹性元件21辅助可移动芯部19的移动(压缩弹簧松弛)。
因为可移动芯部19在此仅进行一个往返(round-trip)，则获得“敲击”触觉反馈，诸如可容易被用户手指5感觉到的冲击。
该第二信号20的时长是4ms至6ms的时长，特别地为5ms。
当然，控制信号200和202的时长可以是不同的。还可以设想不同形式的信号和不同的幅度，而不偏离本说明书的范围。
因此将理解，促动器7允许获得不仅更快而且更加清晰并因此更加能被用户意识到的触觉反馈。
当然，可设想其他变体而不偏离本说明书的范围。由此，电磁体17可被可移动芯部19承载，且永磁体20被定子承载，用于“音圈”构造。

Claims (18)

1.一种用于提供触觉反馈的界面模块的促动器(7)，该界面模块(1)包括触摸表面(3)，所述触摸表面(3)能够检测用户的按压的至少一个特征，所述促动器(7)包括：
-机座(11)，其意图经由接触壁(13)与触摸界面(3)进行接触，以便将触觉反馈发送至触摸表面(3)；
-定子(15)，连接至机座(11)；
-可移动芯部(19)，经由至少一个弹性元件(21)连接至机座(11)，且意图被定子(15)驱动以移动，以便产生触觉反馈；和
-电磁体(17)和至少一个永磁体(20)，它们中的一者被定子承载，另一者被可移动芯部(19)承载，
其特征在于，所述促动器还包括布置在可移动芯部(19)和接触壁(13)之间的衰减器(23)，且在于，所述弹性元件(21)的尺寸被设置为使得，在电磁体的非通电状态下，可移动芯部(19)沿接触壁(13)的方向施加支承力，且使得，在电磁体以预限定偏置通电的状态下，可移动芯部(19)与接触壁(13)分开。
2.如权利要求1所述的促动器，其特征在于，所述衰减器(23)的弹簧常数比所述弹性元件(21)的弹簧常数高7.5至12.5倍。
3.如权利要求1或2所述的促动器，其特征在于，所述衰减器(23)具有弹性体层的形式。
4.如权利要求3所述的促动器，其特征在于，所述弹性体层包覆模制在可移动芯部(19)上。
5.如权利要求3所述的促动器，其特征在于，所述弹性体层通过形状接合与可移动芯部(19)连结。
6.如权利要求1或2所述的促动器，其特征在于，衰减器(23)具有25至35之间的肖氏硬度A。
7.如权利要求1或2所述的促动器，其特征在于，其包括两个弹性元件(21)，它们分别布置在可移动芯部(19)的两个相对侧向侧。
8.如权利要求1或2所述的促动器，其特征在于，一个或多个所述弹性元件(21)是弹簧。
9.如权利要求2所述的促动器，其特征在于，所述衰减器(23)的弹簧常数比所述弹性元件(21)的弹簧常数高10倍。
10.如权利要求3所述的促动器，其特征在于，所述衰减器(23)具有硅树脂层的形式。
11.如权利要求6所述的促动器，其特征在于，衰减器(23)具有30的肖氏硬度A。
12.如权利要求8所述的促动器，其特征在于，一个或多个所述弹性元件(21)是螺旋压缩弹簧。
13.一种提供触觉反馈的触摸界面模块(1)，该界面模块包括能检测用户按压的触摸表面(3)，和至少一个如权利要求1至12中的任一项所述的促动器(7)。
14.一种用于在提供触觉反馈的触摸界面模块(1)中产生触觉反馈的方法，该界面模块包括能检测用户按压的触摸表面(3)，和至少一个如权利要求1至12中的任一项所述的促动器(7)，
其特征在于，其包括如下步骤：
-电磁体(17)被供应(100)有沿第一预限定偏置方向的电流，以便逆着所述弹性元件(21)的力将可移动芯部(19)与机座(11)的接触壁(13)分开；和
-电磁体(17)被供应(102)有沿第二预限定偏置方向的电流，该第二预限定偏置方向与第一偏置方向相反，使得电流以及由此磁场的方向反向，以便沿机座(11)的接触壁(13)的方向推进可移动芯部(19)，且以便保持可移动芯部(19)邻靠该接触壁(13)。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，用于使可移动芯部(19)分开的步骤持续4ms至6ms。
16.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，用于推进可移动芯部(19)且保持其抵靠接触壁(13)的步骤持续4ms至6ms。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，用于使可移动芯部(19)分开的步骤持续5ms。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，用于推进可移动芯部(19)且保持其抵靠接触壁(13)的步骤持续5ms。
CN201680066952.0A 2015-10-13 2016-10-13 触摸界面模块的促动器、触摸界面模块和用于产生触觉反馈的方法 Active CN108351703B (zh)

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