CN110770673B - 用于车辆的旋转控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的旋转控制装置(1)，该旋转控制装置(1)包括用户接口表面(3)、特别是旋钮，该用户接口表面(3)被实施成相对于装置(1)的壳体(5)围绕装置(1)的转动轴线(7)旋转，该旋转控制装置(1)还包括：传感器单元(9)，该传感器单元(9)用于监测用户接口表面(3)相对于壳体(5)的定向和/或转动；处理单元(11)；以及通信接口(13)，该通信接口(13)用于根据来自处理单元(11)的输出(Op)来发送控制信号(Ts)，所述输出(Op)由处理单元(11)基于来自传感器单元(9)的传感器数据(Ds)而产生。

Description

用于车辆的旋转控制装置
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的旋转控制装置，该旋转控制装置包括用户接口表面，该用户接口表面被实施成相对于该装置的壳体围绕该装置的转动轴线旋转，并且该旋转控制装置还包括：传感器单元，该传感器单元用于监测用户接口表面相对于壳体的定向和/或转动；处理单元；以及通信接口，该通信接口用于根据来自处理单元的输出来发送控制信号，所述输出由处理单元基于来自传感器单元的传感器数据产生，其中该旋转控制装置还包括磁流变致动器，其中该磁流变致动器包括转动元件，该转动元件机械地连接到用户接口表面并且用于与磁流变致动器的磁流变流体相互作用，并且其中该磁流变致动器包括组件，该组件用于产生和/或操纵作用在磁流变流体上的磁场的特性，使得该磁流变致动器用于调节用户接口表面和壳体之间的扭矩传递。
背景技术
例如，从欧洲专利公开EP2065614A1中已知了用于控制的触觉接口，其中公开了一种用于操纵磁场特性的组件，该组件用于调节转动元件与触觉接口的壳体之间的扭矩传递。
发明内容
本发明的目的是提出一种改进的旋转控制装置。
本发明的目的通过所限定的旋转控制装置来实现。说明书限定了该系统的有利实施例。
因此，该目的由一种用于车辆的旋转控制装置来实现，该旋转控制装置包括用户接口表面，该用户接口表面被实施成相对于该装置的壳体围绕该装置的转动轴线转动，并且该旋转控制装置还包括：传感器单元，该传感器单元用于监测用户接口表面相对于壳体的定向和/或转动；处理单元；以及通信接口，该通信接口用于根据来自处理单元的输出来发送控制信号，所述输出由处理单元基于来自传感器单元的传感器数据而产生，其中该旋转控制装置还包括磁流变致动器，其中该磁流变致动器包括转动元件，该转动元件机械地连接到用户接口表面并且用于与磁流变致动器的磁流变流体相互作用，并且其中该磁流变致动器包括组件，该组件用于产生和/或操纵作用在磁流变流体上的磁场的特性，使得该磁流变致动器用于调节用户接口表面和壳体之间的扭矩传递，其中，当用户接口表面处于用于选择驻车操作模式的定向时并且当由该装置接收到的状态信号指示车辆的驱动单元处于非活动状态时，该组件被实施成根据从处理单元输出的初始化操控信号来产生和/或操纵磁场的特性。
根据本发明的用户接口表面的位置指的是用户接口表面在如下平面内的放置，该平面相对于装置的壳体在空间上移位了特定距离。根据本发明的用户接口表面的定向指的是用户接口表面以相对于用户接口表面关于壳体的初始设定的特定转动角度围绕装置的转动轴线的转动移位。
磁流变流体限定了旋转控制装置的性能。为此，改变供应到组件的电压以感应出周围的磁场，该磁场改变流体的粘度。取决于该磁场，特别是取决于该磁场的特性(例如强度和/或方向)，MRF能够在液态和固态之间变化，这种变化能够被非常精确地控制。在流体状态中，MRF在转动元件和壳体之间传递很小的扭矩甚至不传递扭矩。然而，随着粘度增大并且流体接近固态，流体内的剪切力以及流体与转动元件之间的剪切力和流体与壳体或者与固定地附连到壳体的部件之间的剪切力增大。这导致在用户接口表面与壳体之间的扭矩传递增大。
该装置能够用于选择车辆的操作模式，该操作模式例如是：前进档操作模式，其中从车辆的驱动单元传递扭矩以在前进方向上推进车辆；倒档操作模式，其中从车辆的驱动单元传递扭矩以在倒车方向上推进车辆；空档操作模式，其中不从车辆的驱动单元传递扭矩；驻车操作模式，其中附连到车辆的驱动单元的扭矩传递单元被机械地锁定；或其它操作模式。
当在没有从外部源对装置施加力的情况下用户接口表面的位置和/或定向保持恒定时，则用户接口表面的这种位置和/或定向可以被称为稳定位置。另一方面，例如由于该装置的机构在内部施加力，而使得用户接口表面未保持在某个位置或定向时，则这种位置和/或定向可以被称为是不稳定的。
根据本发明的车辆的安全相关功能可以例如是选择车辆的操作模式，从而使车辆转向、加速或制动。车辆的非安全功能可以例如是多媒体接口的导航或控制。
根据本发明的通信路径可以例如是用于传输数据的硬线(例如，数据总线)和/或无线数据传输信道。在许多现代街道车辆中，CAN数据总线是一种优选的通信路径。
根据本发明的用户接口表面或旋钮可以包括环形和/或半壳形结构的外表面，车辆的操作员(即，用户)能够接近该外表面。用户接口表面还可以包括位于该用户接口表面的外表面下方的构造。
在旋转控制装置的实施例中，该装置被实施成在如下情况下发送用于激活驱动单元的控制信号：在正在输出初始化操控信号以调节扭矩传递的同时，该用户接口表面围绕转动轴线转动预定量以达到点火定向。
在旋转控制装置的实施例中，处理单元被实施成输出初始化操控信号，该初始化操控信号用于使该组件操纵磁场的特性，使得沿着从用户接口表面的初始定向到点火定向的转动路径形成制动力渐变，并且从初始定向到点火定向的制动力渐变不同于沿着用户接口表面的在初始定向和用于选择车辆的操作模式的定向之间的转动路径形成的制动力渐变。
在旋转控制装置的实施例中，初始定向对应于用于选择车辆的驻车操作模式的定向，并且仅能够通过用户接口表面在如下转动方向上的转动而达到点火定向，该转动方向与用户接口表面为了达到用于选择车辆的其它操作模式的定向而必须转动的转动方向相反。
在旋转控制装置的实施例中，处理单元被实施成输出操控信号，使得沿着从用户接口表面的初始定向到点火定向的转动路径形成的制动力渐变对应于由机械系统限定的制动力渐变，该机械系统需要转动以点燃机动车辆中的发动机。
在旋转控制装置的实施例中，处理单元被实施成输出操控信号，使得沿着从用户接口表面的初始定向到点火定向的转动路径形成的制动力渐变包括：第一分路径，其中制动力持续增大；第二分路径，其中制动力持续减小；以及第三分路径，其中制动力持续增大至一定数值，该数值大于在第一分路径内达到的制动力的数值。
在旋转控制装置的实施例中，该装置包括扭矩传感器，并且该装置被实施成：在处于点火定向的同时，仅当操作员向用户接口表面施加预定量的扭矩时，该装置才发送用于激活车辆的驱动单元的控制信号。
在旋转控制装置的实施例中，当用户接口表面处于点火定向并且将预定量的扭矩施加到该用户接口表面时，处理单元被实施成输出操控信号，使得沿着点火转动路径形成点火制动力渐变，该点火转动路径在相同的转动方向上延伸超过从用户接口表面的初始定向到点火定向的转动路径，并且处理单元被实施成输出用于操控该组件的操控信号，使得该组件操纵作用在流体上的磁场产生波动，从而在波动时为向用户接口表面施加扭矩的用户模拟沿着点火转动路径的振动触觉反馈。
在旋转控制装置的实施例中，该装置包括附加的MRF致动器，该MRF致动器用于：当用户接口表面从第一位置移位到第二位置时，该MRF致动器调节用户接口表面和壳体之间的力传递，并且从处理单元输出的初始化操控信号调节该力传递，使得沿着移位路径形成的制动力渐变对应于由机械系统限定的制动力渐变路径，在该机械系统中，钥匙被插入钥匙孔中。
在旋转控制装置的实施例中，仅当用户接口表面首先从第一位置移位到第二位置并且随后从初始定向转动到点火定向时，才从通信接口发送用于激活车辆的驱动单元的控制信号。
在旋转控制装置的实施例中，转动元件包括腔室，该腔室包含磁流变流体，并且设置了静态元件，该静态元件相对于壳体被固定地布置并且至少部分地布置在腔室内，使得在转动元件的腔室的内表面和静态元件之间的扭矩传递取决于磁场的特性。
在旋转控制装置的实施例中，转动元件被实施成在致动器的腔室内转动，该腔室包含磁流变流体，所述腔室相对于壳体被固定地布置，使得在转动元件和腔室的内表面之间的扭矩传递取决于磁场的特性。
附图说明
接下来将参照以下附图详细地解释本发明的某些实施例。附图示出：
图1是本发明的旋转控制装置的实施例的示意图；
图2是本发明的旋转控制装置的实施例的操作模式选择次序的示意图；并且
图3是本发明的旋转控制装置的实施例的示例性制动力渐变图。
具体实施方式
图1示出了本发明的旋转控制装置1的实施例的示意图，该旋转控制装置具有用户接口表面3，该用户接口表面3可以由车辆的用户或操作员移动和转动。该用户接口表面可以围绕装置1的转动轴线7转动到各种定向，例如用于选择车辆的操作模式。此外，用户接口表面3可以由车辆的用户或操作员在第一位置P1、第二位置P2以及第三位置P3之间移动。
装置1包括壳体5，该壳体5至少部分地包围处理单元11，该处理单元11被安装在基板15上，该基板15是印刷电路板。处理单元11连接到通信接口13。经由通信接口13，可以发送和接收诸如控制信号Ts之类的信号。处理单元11还连接到传感器单元9，该传感器单元9用于监测用户接口表面相对于壳体5的转动和/或定向。传感器单元9将传感器数据Ds发送到处理单元11，并且基于该传感器数据Ds，处理单元11可以产生控制信号以经由通信接口13发送。
该装置还包括组件17，该组件17用于在壳体5的腔室19中产生和操纵磁场。该腔室包含磁流变流体21(也被称为MRF)。转动元件23部分地位于该腔室内。转动元件23机械地连接到用户接口表面3，并且随着接口3的转动而转动。
与由组件17引起的磁场特性(例如场强和方向)的变化相对应，可以说磁流变流体12的粘度发生变化。因此，以对应的方式，该流体在用户接口表面3与装置1的壳体5之间传递或多或少的扭矩。这是由于流体内以及流体与腔室壁之间的剪切力的变化而引起的。由于装置的壳体5通常被固定地安装在车辆内，因此可以认为该组件调节作用在用户接口表面3上的一种制动力。这样的系统包括在腔室19中的MRF21、转动元件23和用于操纵腔室19内的磁场的组件17，该系统通常被称为MRF致动器。处理单元11被实施成输出用于控制组件17的操控信号。例如，组件17可以由基板15上的电路驱动，该电路根据来自处理单元11的操控信号而向组件17馈送脉冲宽度调制的(PWM)电流或电压。
该装置还包括伺服致动器25，该伺服致动器25与转动元件23接合并且因此可以将扭矩施加到用户接口表面3。
图2示出了本发明的旋转控制装置1的实施例的操作模式选择次序的示意图。用户接口表面3处于如下定向，在该定向中，选择了车辆的驻车操作模式P。当车辆的操作员或用户在点火(启动/停止)定向的方向上逆时针转动旋钮时，MRF致动器实现来自处理单元11的点火操控信号，从而向操作员提供触觉反馈。由于基于常规的机械钥匙转圈触觉来限定触觉反馈，因此减轻了操作员的认知负担。
图3示出了本发明的旋转控制装置的实施例相对于点火转动路径的示例性制动力渐变图。制动力增大，然后下降，这仿效了常规街道车辆中的钥匙的半圈。然后，随着用户接口表面接近点火定向，制动力增大。当操作员向用户接口表面施加预定水平的扭矩时，该装置将控制信号发送到车辆的驱动单元以激活该驱动单元，该驱动单元例如可以是电动机。同时，MRF致动器可以操纵磁场，使得将制动力以一定间隔去除并且以一定间隔再次增大到预定值。磁场的这种操纵使用户接口表面以一定间隔递增移动，这可以被操作员解释为振动。
附图标记列表
1 旋转控制装置
3 用户接口表面
5 壳体
7 转动轴线
9 传感器单元
11 处理单元
13 通信接口
15 基板/PCB
17 用于产生/操纵磁场的组件
19 腔室
21 磁流变流体
23 转动元件
25 伺服致动器
X1 第一方向
X2 第二方向
P1 第一位置
P2 第二位置
P3 第三位置

Claims (11)

1.一种用于车辆的旋转控制装置，所述旋转控制装置包括用户接口表面，所述用户接口表面被实施成相对于所述旋转控制装置的壳体围绕所述旋转控制装置的转动轴线转动，并且
所述旋转控制装置还包括：
传感器单元，所述传感器单元用于监测所述用户接口表面相对于所述壳体的定向和/或转动；
处理单元；以及
通信接口，所述通信接口用于根据来自所述处理单元的输出来发送控制信号，所述输出由所述处理单元基于来自所述传感器单元的传感器数据而产生，
其中所述旋转控制装置还包括：
磁流变致动器，所述磁流变致动器包括：
转动元件，所述转动元件机械地连接到所述用户接口表面并且用于与所述磁流变致动器的磁流变流体相互作用，并且
组件，所述组件用于产生和/或操纵作用在所述磁流变流体上的磁场的特性，使得所述磁流变致动器用于调节所述用户接口表面和所述壳体之间的扭矩传递，
其特征在于，所述组件被实施成当所述用户接口表面处于用于选择驻车操作模式的定向时并且当由所述旋转控制装置接收到的状态信号指示所述车辆的驱动单元处于非活动状态时，根据从所述处理单元输出的初始化操控信号来产生和/或操纵所述磁场的特性，
其中，所述处理单元被实施成输出所述初始化操控信号，所述初始化操控信号用于使所述组件操纵所述磁场的特性，使得沿着从所述用户接口表面的初始定向到点火定向的转动路径形成制动力渐变，并且
从所述初始定向到所述点火定向的所述制动力渐变不同于沿着所述用户接口表面的、在所述初始定向和用于选择所述车辆的操作模式的定向之间的转动路径形成的制动力渐变。
2.根据权利要求1所述的旋转控制装置，其特征在于，所述旋转控制装置被实施成在如下情况下发送用于激活所述驱动单元的控制信号：在正在输出所述初始化操控信号以调节所述扭矩传递的同时，所述用户接口表面围绕所述转动轴线转动预定量以达到点火定向。
3.根据权利要求1所述的旋转控制装置，其特征在于，所述初始定向对应于用于选择所述车辆的驻车操作模式的定向，并且
仅能够通过所述用户接口表面在如下转动方向上的转动来达到所述点火定向，所述转动方向与所述用户接口表面为了达到用于选择所述车辆的其它操作模式的定向而必须转动的转动方向相反。
4.根据权利要求1所述的旋转控制装置，其特征在于，所述处理单元被实施成输出操控信号，使得沿着从所述用户接口表面的初始定向到所述点火定向的所述转动路径形成的制动力渐变对应于由机械系统限定的制动力渐变，所述机械系统需要转动以使机动车辆中的发动机点火。
5.根据权利要求1所述的旋转控制装置，其特征在于，所述处理单元被实施成输出操控信号，使得沿着从所述用户接口表面的初始定向到所述点火定向的所述转动路径形成的所述制动力渐变包括：第一分路径，其中制动力持续增大；第二分路径，其中所述制动力持续减小；以及第三分路径，其中所述制动力持续增大至如下的数值，所述数值大于在所述第一分路径内达到的所述制动力的数值。
6.根据权利要求1或2所述的旋转控制装置，其特征在于，所述旋转控制装置包括扭矩传感器，并且
所述旋转控制装置被实施成：仅当在处于点火定向的同时操作员向所述用户接口表面施加预定量的扭矩时，才发送用于激活所述车辆的驱动单元的所述控制信号。
7.根据权利要求1所述的旋转控制装置，其特征在于，当所述用户接口表面处于所述点火定向并且预定量的扭矩被施加到所述用户接口表面时，所述处理单元被实施成输出操控信号，使得沿着点火转动路径形成点火制动力渐变，所述点火转动路径在相同的转动方向上延伸超过从所述用户接口表面的初始定向到所述点火定向的所述转动路径，并且
所述处理单元被实施成输出用于操控所述组件的操控信号，使得所述组件操纵作用在所述流体上的所述磁场以波动，从而在波动时为向所述用户接口表面施加扭矩的用户模拟沿着所述点火转动路径的振动触觉反馈。
8.根据权利要求1或2所述的旋转控制装置，其特征在于，所述旋转控制装置包括附加的磁流变致动器，所述附加的磁流变致动器用于当所述用户接口表面从第一位置移位到第二位置时，调节所述用户接口表面和所述壳体之间的力传递，并且
从所述处理单元输出的所述初始化操控信号调节所述力传递，使得沿着从第一位置到第二位置的移位路径形成的制动力渐变对应于由机械系统限定的制动力渐变路径，在所述机械系统中，钥匙被插入钥匙孔中。
9.根据权利要求1或2所述的旋转控制装置，其特征在于，仅当所述用户接口表面首先从第一位置移位到第二位置并且随后从初始定向转动到点火定向时，才从所述通信接口发送用于激活所述车辆的驱动单元的控制信号。
10.根据权利要求1或2所述的旋转控制装置，其特征在于，所述转动元件包括包含所述磁流变流体的腔室，并且
设置了静态元件，所述静态元件相对于所述壳体被固定地布置并且至少部分地布置在所述腔室内，使得在所述转动元件的腔室的内表面和所述静态元件之间的扭矩传递取决于磁场的特性。
11.根据权利要求1或2所述的旋转控制装置，其特征在于，所述转动元件被实施成在所述磁流变致动器的、包含所述磁流变流体的腔室内转动，所述腔室相对于所述壳体被固定地布置，使得在所述转动元件和所述腔室的内表面之间的扭矩传递取决于磁场的特性。
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