CN109426349A - 用于提供动态反馈的动态反馈系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种用于接口装置的动态反馈系统(10)。所述动态反馈系统(10)包含：接触表面(12)、速度检测器(14)、反馈生成器(18)、以及控制器(20)。所述接触表面(12)被配置为在由用户在所述接触表面(12)上施加压力时，朝向所述接触表面(12)的第一侧移动。所述速度检测器(14)被配置为检测朝向所述第一侧移动的所述接触表面(12)的速度。所述反馈生成器(18)被配置为向所述用户提供反馈。所述控制器(20)被配置为根据所述速度检测器(14)检测的所述接触表面(12)的所述速度来控制所述反馈生成器(18)。

Description

用于提供动态反馈的动态反馈系统和方法
技术领域
本公开涉及用于向用户提供动态反馈的动态反馈系统和方法。
背景技术
存在通过各种类型的介质利用反馈技术的许多系统。该反馈系统的一个范例是触觉装置，该触觉装置被配置为通过施加力、震动、运动等来向用户再现触摸感觉。然而，这些触觉装置典型地向用户提供单一的反馈，这可能导致用户在使用该装置时感觉不逼真。
基于以上，本公开的目的是提供能够向用户提供更逼真的反馈的动态反馈系统。本公开的另一目的是提供能够向用户提供更逼真的反馈的方法。
发明内容
此部分提供本公开的总体概述，并且不是其全部范围或所有其特征的全面公开。
本公开的第一方面提供一种用于接口装置的动态反馈系统。所述动态反馈系统包含：接触表面、速度检测器、反馈生成器、以及控制器。所述接触表面被配置为当由用户在所述接触表面上施加压力时，朝向所述接触表面的第一侧移动。所述速度检测器被配置为检测所述接触表面朝向所述第一侧移动的速度。所述反馈生成器被配置为向所述用户提供反馈。所述控制器被配置为根据所述速度检测器检测的所述接触表面的所述速度来控制所述反馈生成器。
本公开的第二方面提供一种用于提供动态反馈的方法。所述方法包括：通过由用户施加于接触表面上的压力朝向所述接触表面的第一侧移动所述接触表面；利用速度检测器来检测所述接触表面朝向所述第一侧移动的速度；以及利用控制器来控制反馈生成器根据所述速度检测器检测的所述接触表面的所述速度向所述用户提供反馈。
根据于此提供的描述，应用的其它领域将变得明显。此发明内容中的描述和具体范例仅仅是意图示例，而不是意图限制本公开的范围。
附图说明
于此描述的图仅仅是为了示例选择的实施例，而不是所有可能的实施，并且不是意图限制本公开的范围。图中：
图1是根据实施例的动态反馈系统的框图；
图2是实施例的接触表面和螺线管的侧视图；
图3是示范性地示例三种类型的情况下电压随时间的改变的关系图(graph)的图示，在该三种情况下，以慢速、中速、以及快速推动接触表面；
图4是对于三种类型的情况的螺线管的定时图，在该三种情况下，以慢速、中速、以及快速推动接触表面；以及
图5是根据实施例的动态反馈系统的操作的流程图。
具体实施方式
如下，将参照图描述本公开的多个实施例。根据此公开，提供实施例的以下描述仅仅是为了示例，而不是为了限制如由所附权利要求及其等同所限定的本发明，对于本领域技术人员来说将是明显的。在实施例中，对应于在先实施例中描述的物质的部分可以被分配相同的参考数字，并且可以省略对该部分的多余的解释。当在实施例中仅仅描述配置的部分时，另一在前实施例可以适用于该配置的其它部分。即使没有明确描述部分可以被组合，部分也可以被组合。即使没有明确描述实施例可以被组合，则只要组合没有害处，实施例也可以被部分组合。
在以下描述中，将描述用于提供反馈的动态反馈系统和方法，将本公开应用于安装于车上的接口装置。然而，本公开能够被应用于安装于PC(个人电脑)、平板电脑、智能电话、ATM(自动出纳机)、等中的任何类型的接口装置。
图1是示意性地示例动态反馈系统10的框图。动态反馈系统10总体包含接触表面12、光学传感器14(速度检测器、位置传感器)、电容传感器16(触摸传感器)、螺线管18(反馈生成器、致动器)、以及电子控制单元(ECU)20。如上所述，动态反馈系统10形成安装于例如车辆内部的仪表盘(未示例)中的接口装置的部分。更具体地，此实施例中的动态反馈系统10用作中央控制面板，例如用于操作用于车辆的诸如音频系统、空调系统、等的电器装置。
接触表面12是中央控制面板的TFT(薄膜晶体管)显示器的部分并且被设置为沿仪表盘的表面延伸。更具体地，接触表面12在此实施例中用作按钮。接触表面12被配置为能够沿垂直于接触表面12的表面的方向(以下称作“能够移动的方向”)移动(见图2)。即，当用户(即驾驶员或乘客)意图操控电子装置(例如，开通/关断音频系统)时，接触表面12被用户像“按钮”那样触摸和推动。以下，接触表面12的面向螺线管18的一侧被称为“第一侧”，并且接触表面12的与第一侧相反的另一侧被称为“第二侧”，如图2中所示。
电容传感器16设置于接触表面12上。如图1中所示，电容传感器16电连接至ECU20。当用户的手指触摸电容传感器16时，电容传感器16生成指示用户的接触的信号并将该信号输出至ECU 20。
螺线管18设置于仪表盘内部在接触表面12的第一侧上。螺线管18总体包含线圈体22、插棒式铁芯(plunger)24、弹簧26、以及按压部分28。线圈体22由缠绕插棒式铁芯24的电感应线圈形成。线圈体22电连接至电源(未示出)，其通电/断电由ECU 20控制。
插棒式铁芯24能够滑动地设置于线圈体22内部并且被配置为在线圈体22被通电时能够沿能够移动的方向移动。更具体地，当线圈体22被通电时，插棒式铁芯24朝向第二侧(即，朝向接触表面12或图2中的左侧)移动。然后，当线圈体22被断电时，插棒式铁芯24通过以下将描述的弹簧26的偏置力朝向第一侧(即，远离接触表面12)移动。
侧盘30设置于线圈体22的面向接触表面12的侧表面上。侧盘30与接触表面12基本平行。插棒式铁芯24的一端经由侧盘30的孔通过侧盘30。按压部分28固定至插棒式铁芯24的该一端。
弹簧26设置于侧盘30与按压部分28之间，同时围绕插棒式铁芯24。弹簧26的一端连接至侧盘30，并且弹簧26的另一端连接至按压部分28。弹簧26被配置为将按压部分28朝向第一侧(即朝向侧盘30)偏置。结果，在线圈体22未通电时，按压部分28与接触表面12间隔开。相反，当线圈体22被通电且插棒式铁芯24逆着弹簧26的偏置力朝向第二侧移动时，按压部分28与接触表面12接触并且将接触表面12朝向第二侧(即，远离侧盘30或图2中的左侧)按压。
光学传感器14附接至侧盘30，面向接触表面12。在此实施例中，光学传感器14用作位置传感器以测量接触表面12的位置。更具体地，光学传感器14被配置为测量从光学传感器14至接触表面12的距离。光学传感器14根据至接触表面12的距离输出信号。在此实施例中，光学传感器14根据至接触表面12的距离输出电压。从光学传感器14输出的电压的值随着至接触表面12的距离减小而增大。光学传感器14电连接至ECU 20，并且ECU 20输入来自光学传感器14的信号(电压)。
在当前实施例中，ECU 20可以由存储器32和中央处理单元(CPU)34形成。应当理解，虽然CPU 34在此实施例和图中被描述和描绘为一个部件，但是CPU 34仅仅被表示为ECU20的主要功能框，并且可以物理上独立地布置执行这些功能的实际处理器。
存储器32可以包含随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)并在其中存储程序。存储器32中的程序可以是计算机可读、计算机可执行软件代码，该计算机可读、计算机可执行软件代码含有由CPU 34执行的指令。即，CPU 34通过执行存储在存储器32中的程序来实现功能。
CPU 34被配置为输入来自电容传感器16的信号和来自光学传感器14的电压并根据从光学传感器14输出的电压来控制螺线管18(更具体地，控制螺线管18的通电/断电)。在此实施例中，CPU可以由速度估计器36(速度检测器)和微处理器38(控制器)形成。
速度估计器36输入来自电容传感器16的信号并且一旦接收到信号，就发起对由用户推动的接触表面12的速度的计算(或估计)。速度估计器36基于从光学传感器14输出的电压来计算接触表面12的速度。图3示出了三个样本线图(line-graph)，每一个样本线图指示从光学传感器14输出的电压随时间的变化。由实线表示的第一线图示出了用户缓慢推动接触表面12时电压的变化。由虚线表示的第二线图示出了用户迅速地推动接触表面12时电压的变化。由虚点线表示的第三线图示出了用户以第一图与第二图中的速度之间的中间速度推动接触表面12时电压的变化。时间0是ECU20用以输入来自电容传感器16的信号的定时(即在该时间，用户开始推动接触表面12)。
速度估计器36通过计算特定时段之间平均的关系图的斜率来计算接触表面12的速度。例如，速度估计器26计算从时间0直至电压达到特定值(例如4V)的斜率的平均值。当速度估计器36计算接触表面12的速度时，速度估计器36将计算的速度输出至微处理器38。
微处理器38被配置为根据速度估计器36计算的速度来控制螺线管18的操作。更具体地，微处理器38控制螺线管18的通电和断电二者的定时。换句话说，微处理器38用于通过控制对螺线管18进行通电和断电的定时来控制对螺线管18进行通电的时段(以下，称为“通电时段(激活时间)”)。在此实施例中，随着速度估计器36计算的速度增大，微处理器38增大通电时段。
图4示出了用于螺线管18的通电/断电的定时图的范例。如定时图中所示，当用户缓慢或轻柔地推动接触表面12时(见上部图)，螺线管18被通电短的时间段(例如，2ms)，该短的时间段比其它两个图短。从而，插棒式铁芯24移动短的距离并且按压部分28推动接触表面12朝向第二侧该短的距离。结果，响应于用户的弱的推动，用户通过用户的手指感觉到来自接触表面12的弱的反馈。
相比而言，当用户迅速或强烈地推动接触表面12时(见下部图)，螺线管18被通电长的时间段(例如，10ms)，该长的时间段比其它两个图长。从而，插棒式铁芯24移动相对长的距离并且按压部分28推动接触表面12朝向第一侧该长的距离。结果，响应于用户的强的推动，用户通过用户的手指感觉到来自接触表面12的强的反馈。
此外，如果用户以中间速度推动接触表面12，则螺线管18被通电中间时间段(例如，5ms)，该中间时间段在其它两个图之间。从而，插棒式铁芯24移动中间距离并且按压部分28推动接触表面12朝向第一侧该中间距离。结果，响应于用户的中间推动，用户通过用户的手指感觉到来自接触表面12的中间反馈。
接下来，将参照图5中示出的流程图描述根据本实施例的动态反馈系统10的操作。动态反馈系统10(即ECU 20)重复地执行图5的流程图中示出的操作。
当用户触摸并朝向第一侧推动表面12时，电容传感器16在步骤10检测接触。然后，电容传感器16将指示用户的接触的信号发送给ECU 20(即速度估计器36)。一旦检测到接触，速度估计器36就开始关于消逝的时间监测来自光学传感器14的电压。光学传感器14检测至接触表面12的距离并在步骤20将根据至接触表面20的距离的电压输出至速度估计器36。
速度估计器36在步骤30监测来光学传感器14的电压是否达到特定值(例如4V)。然后，当从光学传感器14输出的电压达到特定值(步骤30：是)时，在步骤40速度估计器36通过获得时间0与电压达到特定值的定时之间的电压的斜率的平均值来计算接触表面12的速度。
一旦由速度估计器36计算了接触表面12的速度，则在步骤50微处理器38就根据速度来控制螺线管18。如图4中所示，微处理器38在接触表面12的速度低时减小通电时段。结果插棒式铁芯24移动相对短的距离并且通过按压部分28朝向第二侧推动接触表面12该较短距离。因而，响应于用户的缓慢推动，用户通过用户的手指感觉到来自接触表面12的弱反馈(步骤60)。
相比而言，当速度估计器36计算出接触表面12的相对高的速度时，则与速度估计器36计算的速度低的情况相比，微处理器38就增大通电时段。然后，插棒式铁芯24移动相对较长距离，并且通过按压部分28朝向第二侧推动接触表面12该较长距离。结果，响应于用户的迅速推动，用户通过用户的手指感觉到来自接触表面12的强的反馈。
此外，当速度估计器36计算出接触表面12的中间速度时，则微处理器38设定在对于以上两种情况的通电时段之间的中间通电时段。插棒式铁芯24移动中间距离，并且通过按压部分28朝向第二侧推动接触表面12该中间距离。结果，响应于用户的中间推动，用户通过用户的手指感觉到来自接触表面12的中间反馈。
如上所述，根据本实施例的动态反馈系统10能够根据用户推动的接触表面12的速度给用户提供反馈。因此，用户能够通过用户的手指感觉到来自接口装置的自然反应。
(其它实施例)
在上述实施例中，微处理器38根据接触表面12的速度改变通电时段。然而，可以根据接触表面12的速度使用给螺线管18通电的任何模式。例如，微处理器38可以改变螺线管18的通电模式，使得接触表面12以不同频率震动。更具体地，如果用户缓慢地推动接触表面12，则微处理器38控制螺线管18的通电，使得接触表面12以低的频率震动，而如果用户迅速地推动接触表面12，则微控制器38控制螺线管18的通电，使得接触表面12以高的频率震动。
可以对动态反馈系统10使用任何反馈模式。例如，当动态反馈系统10应用于空调系统的控制面板，并且接触表面12用于操作按钮以设定温度时，微处理器38可以控制TFT显示器根据接触表面12的速度来改变显示在控制面板上的温度的图像(即指示温度的数字)。在此情况下，TFT显示器用作本公开中的反馈生成器。具体地，当用户缓慢地推动接触表面12时，微处理器38控制TFT显示器逐步改变温度的图像，而如果用户迅速地推动接触表面12，则微处理器38控制TFT显示器迅速并连续地改变温度的图像。
替代地，动态反馈系统10可以提供听得见的反馈。在此情况下，扬声器可以用作反馈生成器。例如，当用户迅速地推动接触表面12时，微处理器38可以控制扬声器以向用户生成较轻柔的声音。
在以上实施例中，速度估计器36基于从光学传感器14输出的电压来计算接触表面12的速度，即间接地计算接触表面12的速度。换句话说，光学传感器14与速度估计器36的组合用作本公开的检测接触表面12的速度的速度检测器。替代地，可以使用能够直接检测对象的速度的速度传感器。在此情况下，因为接触表面12的速度由速度传感器直接获得，所以可以消除速度估计器36。
在上述实施例中，接触表面12构成TFT显示器的部分。替代地，接触表面12可以由玻璃、电容膜、电阻膜、亚克力、金属、PCT、导电涂料、或压电表面形成。
在以上实施例中，电容传感器16用作触摸传感器。然而，其它类型的传感器也可以用作触摸传感器。例如，电阻传感器、感应传感器、压力(压电)传感器、应变传感器、力传感器、红外传感器、或单色传感器可以用作触摸传感器。
在以上实施例中，光学传感器14用作位置传感器(或速度传感器)。然而，其它类型的传感器可以用作位置传感器。例如，力、压力(压电)传感器、应变传感器、红外传感器、或单色传感器可以用作位置传感器。
已经提供了实施例的前述描述用于示例和描述。其不是意图穷举或限制本公开。特定实施例的个体元件或特征通常不限于特定实施例，而是，在可应用的地方，能够被互换，并且能够用于选择的实施例中，即使未具体示出或描述。并且该相同的部分也可以被以许多方式改变。该改变不应被视为脱离本公开，并且所有该修改意图被包含在本公开的范围内。
提供范例实施例，使得此公开将是透彻的，并且将向本领域技术人员传递其范围。提供了诸如具体部件、装置、和方法的范例的许多具体细节，以提供对本公开的实施例的透彻的理解。以下对本领域技术人员将是明显的：不必采用具体细节，可以以许多不同形式具体化范例实施例，以及任何都不应被视为限制本公开的范围。在一些范例实施例中，未详细描述公知的过程、公知的装置结构、以及公知的技术。
于此使用的术语仅仅是为了描述特定的范例实施例，并且不是意图进行限制。如于此使用的，单数形式的“一”、“一个”也可以意图包含复数形式，除非上下文另外清楚地指出。术语“包括”、“包含”、以及“具有”是包括性的，并且因此规定阐述的特征、整体、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件、和/或其组的存在或添加。于此描述的方法步骤、过程、和操作不应被视为必须要求以讨论或示例的特定顺序进行它们的执行，除非特定地标识为执行顺序。还应当理解，可以采用附加或替代步骤。如于此使用的，术语“和/或”包含关联的列出项中的一个或更多的任何和所有组合。

Claims (14)

1.一种用于接口装置的动态反馈系统，所述动态反馈系统包括：
接触表面(12)，所述接触表面(12)被配置为当由用户在所述接触表面(12)上施加压力时，朝向所述接触表面(12)的第一侧移动；
速度检测器(14)，所述速度检测器(14)被配置为检测所述接触表面(12)朝向所述第一侧移动的速度；
反馈生成器(18)，所述反馈生成器(18)被配置为向所述用户提供反馈；以及
控制器(20)，所述控制器(20)被配置为根据所述速度检测器(14)检测的所述接触表面(12)的所述速度来控制所述反馈生成器(18)。
2.根据权利要求1所述的动态反馈系统，其中，
所述反馈生成器(18)是致动器；并且
所述致动器朝着所述接触表面(12)的与所述第一侧相反的第二侧向所述接触表面(12)施加力作为所述反馈。
3.根据权利要求2所述的动态反馈系统，其中，
所述控制器(20)随所述速度检测器(14)检测的所述速度增大而增大所述致动器的激活时间。
4.根据权利要求1所述的动态反馈系统，其中，
所述速度检测器(14)包含位置传感器和速度估计器(36)，
所述位置传感器被配置为检测所述接触表面的位置并输出根据所述速度估计器(36)检测的所述位置的信号；以及
所述速度估计器(36)基于来自所述位置传感器的所述信号来计算所述接触表面(12)的所述速度。
5.根据权利要求4所述的动态反馈系统，其中，
所述位置传感器是光学传感器；
所述光学传感器向所述速度估计器(36)输出电压作为根据所述接触表面(12)的所述位置的所述信号；并且
所述速度估计器(36)基于来自所述光学传感器的所述电压来计算所述接触表面(12)的所述速度。
6.根据权利要求4所述的动态反馈系统，还包括：
触摸传感器(16)，所述触摸传感器(16)附接至所述接触表面(12)以检测所述用户的接触；并且
在通过所述触摸传感器(16)检测到所述用户的接触时，所述速度估计器(36)计算所述接触表面(12)的所述速度。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的动态反馈系统，其中，
所述致动器是螺线管；并且
所述螺线管包含插棒式铁芯(24)，所述插棒式铁芯(24)在所述螺线管被通电时朝向所述第二侧按压所述接触表面(12)。
8.一种用于提供动态反馈的方法，所述方法包括：
通过由用户施加于接触表面(12)上的压力朝向所述接触表面(12)的第一侧移动所述接触表面(12)；
利用速度检测器(14)来检测所述接触表面(12)朝向所述第一侧移动的速度；以及
利用控制器(20)来控制反馈生成器(18)根据所述速度检测器(14)检测的所述接触表面(12)的所述速度向所述用户提供反馈。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，
所述反馈生成器(18)是致动器；并且
所述方法还包括利用所述致动器朝着所述接触表面(12)的与所述第一侧相反的第二侧向所述接触表面(12)施加力作为所述反馈。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
利用所述控制器(20)随所述速度检测器(14)检测的所述速度增大而增大所述致动器的激活时间。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，
所述速度检测器(14)包含位置传感器和速度估计器(36)，并且
所述方法还包括：
利用所述位置传感器来检测所述速度估计器(36)的位置；以及
利用所述速度估计器(36)基于来自所述位置传感器的所述信号来计算所述接触表面(12)的所述速度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，
所述位置传感器是光学传感器；并且
所述方法还包括：
利用所述光学传感器向所述速度估计器(36)输出根据所述接触表面(12)的所述位置的电压；并且
利用所述速度估计器(36)基于来自所述光学传感器的所述电压来计算所述接触表面(12)的所述速度。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括：
利用附接至所述接触表面(12)的触摸传感器(16)来检测所述用户的接触；以及
在通过所述触摸传感器(16)检测到所述用户的所述接触时，利用所述速度估计器来计算所述接触表面的所述速度。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其中，
所述致动器是螺线管；并且
所述螺线管包含插棒式铁芯(24)，所述插棒式铁芯(24)在所述螺线管被通电时按压所述接触表面(12)。
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