CN109941191B

CN109941191B - 具有波导的触觉设备和具有该触觉设备的座椅组件

Info

Publication number: CN109941191B
Application number: CN201811507465.0A
Authority: CN
Inventors: N·D·曼卡摩; D·M·萨拉
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2022-10-11
Anticipated expiration: 2038-12-11
Also published as: CN109941191A; DE102018132995A1; US20190193615A1; US10513211B2

Abstract

触觉设备包括嵌入在主体中并被配置为生成第一触觉信号的第一信号发生器。第一波导可操作地连接到第一信号发生器并被配置为将第一触觉信号传输远离第一信号发生器。第一积分器可操作地连接到第一波导并被配置为接收第一触觉信号。第一波导和第一积分器与主体机械连通。第一波导可以包括特征在于第一弯角的第一弯曲部分。附加波导可以被配置成将第一触觉信号传输到第一积分器。附加波导可以包括特征在于第二弯角的附加弯曲部分。触觉设备可以是座椅组件的一部分，其中主体是座椅底部、座椅靠背和头枕中的至少一个。

Description

具有波导的触觉设备和具有该触觉设备的座椅组件

引言

本公开总体上涉及具有一个或多个波导的触觉设备以及具有该触觉设备的座椅组件。触觉设备包括产生机械振动的元件，该机械振动旨在被设备的用户感觉到以作为警报或反馈机构。例如，振动元件可以是附接到电动机的轴的不平衡偏心质量块。由不平衡偏心质量块生成的振动在所有方向上辐射。

发明内容

本文公开的是一种触觉设备，其具有嵌入在主体中的第一信号发生器。本文还公开的是一种座椅组件，该座椅组件具有嵌入主体中的第一信号发生器，其中该主体是座椅底部、座椅靠背和头枕中的至少一个。第一信号发生器被配置为选择性地生成第一触觉信号。第一波导可操作地连接到第一信号发生器并被配置为将第一触觉信号传输远离第一信号发生器。第一积分器可操作地连接到第一波导并被配置成接收第一触觉信号。第一波导和第一积分器可以至少部分地嵌入、结合到主体中或以其他方式与主体机械连通。

第一波导可以包括特征在于第一弯角的第一弯曲部分。附加波导可以可操作地连接到第一信号发生器并被配置为将第一触觉信号传输到第一积分器。附加波导可以包括特征在于第二弯角的附加弯曲部分。附加波导可以被配置为第一波导的镜像，使得第一弯角和第二弯角近似相等。

惯性质量块可以在第一位置处可操作地连接到第一积分器，而第一波导在第二位置处可操作地连接到第一积分器。第一积分器的特征在于具有在一个或多个第二段之间交替的一个或多个第一段的分段构造。第一段可以被配置为相对较硬，以及第二段可以被配置为相对柔性。

在一个示例中，第一波导包括实心内部。在另一示例中，第一波导限定中空内腔。流体被放置在第一波导的中空内腔中，使得通过流体将第一触觉信号引向第一积分器。在一个示例中，流体是不可压缩的液体。各个波导可以限定与各个触觉单元相邻的第一内表面区域(SA₁)和与第二积分器相邻的第二内表面区域(SA₂)。当第二内表面区域(SA₂)小于第一内表面区域(SA₁)时，在第一积分器处接收的第一触觉信号按至少部分地与比率(SA₁/SA₂)成比例的因子放大。

附加波导可以可操作地连接到第一信号发生器并被配置为将第一触觉信号传输到第一积分器。附加波导与第一波导间隔开。第一积分器可以被配置为对来自第一波导和附加波导的第一触觉信号进行积分。第二信号发生器可以嵌入在主体中并被配置为选择性地生成第二触觉信号。第二信号发生器与第一信号发生器间隔开。第二波导可操作地连接到第二信号发生器并被配置成传输第二触觉信号。第二积分器被配置为接收第二触觉信号。

第三波导可操作地连接到第二信号发生器并被配置为传输第二触觉信号。第二积分器被配置为对来自第二波导和第三波导的第二触觉信号进行积分。因为波导中的每一个沿着相应的定向路径引导来自相应的信号发生器的能量，并且辐射振动的积分器位于靠近乘客的位置，减少了串扰，这允许在不损失分辨率的情况下更紧密地封装相应的信号发生器。附加地，减小了产生特定警报信号所需的信号发生器的大小。

当结合附图时，根据以下实行本技术的最佳模型的详细描述，本发明的以上特征和优点以及其他特征和优点是显而易见的。

附图说明

图1是示例性触觉设备的示意性局部侧视图；

图2是另一示例性触觉设备的示意性局部侧视图；以及

图3是具有多个触觉设备的示例性座椅组件的示意性侧视图。

具体实施方式

参考附图，其中在所有几幅图中，相同的参考标号指代相同或相似的部件，图1是触觉设备10的一部分的示意性截面图，该触觉设备可以是装置12的一部分。装置12可以是移动平台，诸如但不限于客车、运动型多功能车、轻型卡车、重型车辆、ATV、小型客车、公共汽车、交通车辆、自行车、机器人、农场机具、运动相关设备、船、飞机、火车或其它运输设备。装置12可以是非移动平台，包括但不限于电影院座椅、游戏座椅、用于控制复杂机器的操作员的座椅和空中交通控制器座椅。装置12可以采取多种不同的形式并且包括多个和/或替代的部件和设施。

参照图1，触觉设备10包括第一信号发生器14，该第一信号发生器14嵌入在主体18中并且被配置为选择性地生成第一触觉信号。第二信号发生器16可以嵌入在主体18中。主体18限定外表面19。在一个示例中，主体18由闭孔泡沫组成。第一波导20被配置为以平移振动的形式传输第一触觉信号(参见第一信号24)。第一积分器22被配置为接收第一触觉信号。参照图1，第一积分器22可以在参考平面25中延伸，并且第一波导20可以在基本上与参考平面25正交的波导平面(在页面的平面中)中延伸。由第一信号发生器14产生的振动通过第一波导20传播通过大部分厚度(图1中的“d”)，并通过参考平面25和外表面19之间的主体18。第一触觉信号的强度由外表面19处的期望振动强度决定。换句话说，第一触觉信号被配置成具有足够的强度以可由与外表面19接触的用户(未示出)辨别。第一波导20可以包括实心内部。在一个示例中，第一波导20由金属组成。在另一示例中，第一波导20由聚乙烯或其它聚合物组成。

通过第一信号发生器14生成振动的方法可以根据当前的应用而变化。例如，第一信号发生器14可以包括压电元件(未示出)。可替换地，第一信号发生器14可以包括具有不平衡偏心质量块的电动机(未示出)，生成以全向方式辐射的振动。第一信号发生器14可以包括音圈电机和/或线性谐振致动器。第一波导20被配置为有效地将振动激励引向第一积分器22。这对于给定的表面加速度和包装深度能够实现较小的单元。生成的振动可以沿着第一波导20至少部分地作为纵向(对于无限厚的介质)和准纵向(对于具有有限厚度的介质)波传递。

参照图1，第一积分器22可以被配置为将来自第一波导20的第一触觉信号积分为传输波26，该传输波26穿过或沿着第一积分器22行进。传输波26可以至少部分地包括横向剪切波、弯曲波、体波、表面波、行波、静态波、它们的各种组合和其它波。在第一积分器22中创建的传输波26的性质取决于系统设计的各种属性。这些属性包括第一积分器22的面内刚度和面外刚度、第一积分器22的惯性性能、主体18的模量、第一波导20的刚度、第一波导20和第一积分器22之间的接口的尺寸、第一波导20附接到第一积分器22的角度以及其他因素。附加地，由第一触觉信号携载的一些能量可以被反射回第一波导20中。

第一积分器22可以被成形为相对薄的板。参照图1，惯性质量块23可以在第一位置22A处可操作地连接到第一积分器22，而第一波导20在第二位置22B处可操作地连接到第一积分器22。惯性质量块23被配置为为第一积分器22提供惯性锚。在一个示例中，参照图1，第一位置22A与第二位置22B是相对的。惯性质量块23被配置成当第二位置22B由于第一信号发生器14的激励而上升时，将第一积分器22压紧在第一位置22A处。这种配置使得单个信号发生器能够生成比在没有惯性质量体23的第一积分器板22中可能的更多种类的波(包括但不限于，弯曲波、驻波、行波)。第一积分器22(和下面描述的其它积分器)被配置成具有低纵横比。第一积分器22(和下面描述的其他积分器)可以被配置成在剪切和弯曲方面相对柔性并且在张力方面相对刚性。

如本文所述，触觉设备10可以包括用于每个相应信号发生器的多个信号发生器和多个波导。单个波导足以在本文描述的积分器中产生单个平移振动。应当理解的是，每个信号发生器的信号发生器和波导的数量可以根据当前的应用来选择。参照图1并且如上所述，第二信号发生器16可以被嵌入在主体18中并且被配置为生成第二触觉信号，而第二信号发生器16与第一信号发生器14间隔开。参照图1，触觉设备10可以包括用于每个相应信号发生器(诸如第二信号发生器16)的至少两个波导(诸如第二波导30和第三波导32)，以在第二积分器34处产生剪切和/或弯曲振动(驻波或行波)。第二信号发生器16可操作地连接到第二波导30和第三波导32。第二波导30和第三波导32被配置为以相应的振动/波的形式传输第二触觉信号(参见第二信号36和第三信号38)。参照图1，第二积分器34被配置为接收第二触觉信号。第二积分器34可以被配置为将来自第二波导30和第三波导32的第二触觉信号积分成传输波40(类似于传输波26，见以上讨论)。

第二积分器34(或本文描述的其他积分器)的特征在于分段结构，其中一个或多个第一段35A在一个或多个第二段35B之间交替。第一段35A可以被配置为相对较硬，而第二段35B可以被配置为相对柔性。在另一示例中，第一段35A可以被配置为相对较厚，而第二段35B可以被配置为相对较薄。这些配置使得能够较大地支撑具有大剪切分量的波。

现在参照图2，示出了触觉设备110的另一示例，其可以是装置112(类似于上述装置12)的一部分。触觉设备110包括嵌入在主体118中的第一信号发生器114。第一波导120和第二波导121被配置为以各自的平移振动(见第一信号123和第二信号124)的形式传输第一触觉信号。参照图2，第一积分器122被配置为接收第一触觉信号。第一积分器122可以被配置为将第一信号123和第二信号124(分别来自第一波导120和第二波导121)积分为传输波126(类似于传输波26，见以上讨论)。

参照图2，第二信号发生器116可以被嵌入在主体118中并被配置为生成第二触觉信号。第三波导130被配置为传输第二触觉信号(见第三信号136)。参照图2，第二积分器134被配置为接收第二触觉信号。第一积分器122和第二积分器134可以在参考平面125中延伸。第一波导120、第二波导121和第三波导130可以定位在基本上与参考平面125正交的波导平面中(在页面的平面中)。

参照图2，第一波导120、第二波导121和第三波导130各自限定至少部分地填充有流体F的相应中空内腔。流体F被放置在第一波导120和第二波导121的相应中空内腔中，使得通过流体F将第一触觉信号引向第一积分器122。类似地，第二触觉信号通过第三波导130中的流体F向第二积分器134传播。第一波导120和第二波导121可以包括分别与第一积分器122相邻的第一活塞127和第二活塞128。第三波导130可以包括与第二积分器134相邻的第三活塞138。

流体F可以是气体(诸如空气)或液体。在一个示例中，流体F是不可压缩的液体，诸如液压流体。在另一示例中，流体F是剪切稠化液体。当第一信号发生器114非激活时，剪切致稠流体将表现为类似于常规流体，并使第一和第二波导120、121对乘客舒适性的影响最小化。当第一信号发生器114激活时，剪切致稠流体变厚并表现得更像固体，从而传输能量的增加量。在一个示例中，剪切致稠流体包括粘土在水中的胶态分散体或胶乳在合适溶剂中的胶态分散体。流体F的组成可以根据目前的应用而变化。

本文描述的波导可以被配置成沿着它们各自的长度具有可变的宽度或直径。例如，参照图3，第三波导130限定了与第二信号发生器116相邻的第一内表面区域(在图2中示为SA₁)和与第二积分器134相邻的第二内表面区域(在图2中示为SA₂)。因为流体F上的压力均匀分布在第三活塞138的整个表面区域上并作用在第三活塞138的整个表面区域上，所以可以选择性地放大第二触觉信号。当第二内表面区域(SA₂)小于第一内表面区域(SA₁)时，在第二积分器134处接收的第二触觉信号按与比率(SA₁/SA₂)成比例的因子放大。可替换地，第二内表面区域(SA₂)可以被配置成大于第一内表面区域(SA₁)[SA₂＞SA₁]。参照图2，第二积分器134可以被配置为将放大信号137积分为传输波140(类似于传输波26，见以上讨论，图2中所示)。

参照图3，示出了示例性座椅组件211的示意性侧视图。座椅组件211可以是装置212(类似于如上所述的装置12)的一部分。座椅组件211包括嵌入相应主体中的一个或多个信号发生器，诸如第一信号发生器214、第二信号发生器组件216、第三信号发生器218和第四信号发生器220。参照图3，相应的主体是座椅底部213、座椅靠背215和头枕217中的至少一个。第一信号发生器214、第二信号发生器组件216、第三信号发生器218和第四信号发生器220被配置为响应于来自控制器C的相应命令信号而生成相应的触觉信号。相应的触觉信号被配置为对于与相应的外表面219A、219B和219C接触的用户(未示出)是可辨别的。

控制器C可以包括至少一个处理器P和至少一个存储器M(或任何非暂时性、有形的计算机可读存储介质)，该至少一个存储器M上记录用于何时发出相应命令信号的指令。例如，如果装置212是车辆，则在已经打开转弯信号指示器大于阈值时间之后可以发出相应的命令信号并且激活相应的触觉信号，以便警报驾驶员该状况。存储器M可以存储控制器可执行指令集，并且处理器P可以执行存储在存储器M中的控制器可执行指令集。

参照图3，第一信号发生器214经由波导222、224和226可操作地连接到第一积分器228。第二信号发生器组件216包括由单独的波导230、232连接到单个积分器234的两个单独的信号发生器。第三信号发生器218经由波导240、242可操作地连接到第三积分器244。第四信号发生器220经由波导250可操作地连接到第四积分器252。

参考图1-3描述的相应波导中的每一个可以包括相应的弯曲部分，以便去耦或减小它们相应的整体刚度。各种形状和尺寸可以被用于各个波导。在一个示例中，参照图1，第三波导32包括第一弯曲部分，其特征在于第一弯角(在图1中标记为α)。在另一示例中，参照图2，第二波导121包括第二弯曲部分，其特征在于第二弯角(在图2中标记为β)。第一弯角(图1中的α)和第二弯角(图2中的β)可以在近似45度和90度之间。在另一示例中，参照图3，一对波导(诸如具有图3中标记为γ1和γ2的相应弯角的波导230、232)被配置为是彼此的镜像，其相应弯角(γ1和γ2)近似相等。

详细描述和附图或图支持和描述本公开，但是本公开的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于实行所要求保护的公开内容的一些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践所附权利要求中限定的公开内容的各种可替换设计和实施例。另外，附图中示出的实施例或本说明书中提及的各个实施例的特征不一定被理解为彼此独立的实施例。而是，可以将实施例的示例中的一个描述的特征中的每一个与来自其它实施例的一个或多个其它期望特征相结合，产生未在文字中或通过参考附图进行描述的其它实施例。因此，这样的其它实施例落在所附权利要求的范围的框架内。

Claims

1.一种触觉设备，包括：

第一信号发生器，被嵌入在主体中并且被配置为选择性地生成第一触觉信号；

第一波导，可操作地连接到所述第一信号发生器并且被配置为将所述第一触觉信号传输远离所述第一信号发生器；以及

第一积分器，可操作地连接到所述第一波导并且被配置为接收所述第一触觉信号且将来自第一波导的第一触觉信号积分为传输波，该传输波穿过或沿着第一积分器行进，所述第一波导和所述第一积分器与所述主体机械连通；

所述第一波导限定中空内腔；并且进一步包括：

流体，放置在所述第一波导的中空内腔中，使得通过所述流体将所述第一触觉信号引向所述第一积分器；

所述第一波导限定与所述第一信号发生器相邻的第一内表面积（SA1）以及与所述第一积分器相邻的第二内表面积（SA2），所述第二内表面积（SA2）小于所述第一内表面积（SA1）；以及

在第一积分器处接收的所述第一触觉信号按至少部分地与比率（SA1/SA2）成比例的因子放大。

2.一种座椅组件，包括：

主体和嵌入在所述主体中的第一信号发生器，所述主体为座椅底部、座椅靠背和头枕中的至少一个；

其中所述第一信号发生器被配置为选择性地生成第一触觉信号；

第一积分器，可操作地连接到所述第一波导并且被配置为接收所述第一触觉信号，所述第一波导和所述第一积分器与所述主体机械连通；

所述第一波导限定中空内腔；并且进一步包括：

3.如权利要求2所述的座椅组件，其中：

所述第一波导包括特征在于第一弯角的第一弯曲部分。

4.如权利要求3所述的座椅组件，进一步包括：

附加波导，可操作地连接到所述第一信号发生器并被配置为将所述第一触觉信号传输到所述第一积分器，所述附加波导与所述第一波导间隔开；以及

其中，所述附加波导包括特征在于第二弯角的附加弯曲部分。

5.如权利要求2所述的座椅组件，进一步包括：

惯性质量块，在第一位置处可操作地连接到所述第一积分器，所述第一波导在第二位置处可操作地连接到所述第一积分器。

6.如权利要求2所述的座椅组件，进一步包括：

其中，所述第一积分器被配置为对来自所述第一波导和所述附加波导的所述第一触觉信号进行积分。

7.如权利要求2所述的座椅组件，进一步包括：

单独的信号发生器，被嵌入在所述主体中并且被配置为生成单独的触觉信号，所述单独的信号发生器与所述第一信号发生器间隔开；

单独的波导，可操作地连接到所述单独的信号发生器并且被配置为将所述单独的触觉信号传输至所述第一积分器。

8.一种座椅组件，包括：

第一波导，可操作地连接到所述第一信号发生器并且被配置为将所述第一触觉信号传输远离所述第一信号发生器，所述第一波导限定中空内腔；

流体，放置在所述第一波导的所述中空内腔中，使得通过所述流体将所述第一触觉信号引向所述第一积分器；

惯性质量块，在第一位置处可操作地连接到所述第一积分器，所述第一波导在第二位置处可操作地连接到所述第一积分器；

其中所述第一波导限定与所述第一信号发生器相邻的第一内表面积（SA1）以及与所述第一积分器相邻的第二内表面积（SA2），所述第二内表面积（SA2）小于所述第一内表面积（SA1）；

其中在所述第一积分器处接收的所述第一触觉信号按至少部分地与比率（SA1/SA2）成比例的因子放大；以及

其中所述第一积分器的特征在于分段构造，所述分段构造具有在一个或多个第二段之间交替的一个或多个第一段，所述第一段被配置为相对刚性，并且所述第二段被配置为相对柔性。