CN110770676B - 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)，该旋转控制装置包括用户接口表面(3)，特别是旋钮，所述用户接口表面被实施为绕装置(1)的转动轴线(7)相对于装置(1)的外壳(5)转动，所述旋转控制装置进一步包括用于监视用户接口表面(3)相对于外壳(5)的定向和/或转动的传感器单元(9)、处理单元(11)，和用于根据来自处理单元(11)的输出(Op)传输控制信号(Ts)的通信接口(13)，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)生成。

Description

旋转控制装置
技术领域
本发明涉及一种旋转控制装置，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为绕该装置的转动轴线相对于该装置的外壳转动，该旋转控制装置进一步包括用于监视用户接口表面相对于外壳的定向和/或转动的传感器单元、处理单元和用于根据来自处理单元的输出来传输控制信号的通信接口，所述输出由处理单元基于来自传感器单元的传感器数据生成，其中，该旋转控制装置进一步包括磁流变致动器，其中，磁流变致动器包括转动元件，该转动元件被机械地连接到用户接口表面，并用于与磁流变致动器的磁流变流体相互作用，并且其中，磁流变致动器包括一种组件，该组件用于生成和/或操纵作用在磁流变流体上的磁场的特性，使得磁流变致动器用于调节在用户接口表面和外壳之间的扭矩传递。
背景技术
例如，从欧洲专利公开EP2065614A1已知用于控制的触觉接口，其中公开了一种用于操纵磁场的特性的组件，其目的是调节在转动元件和触觉接口的外壳之间的扭矩传递。
发明内容
本发明的目的是介绍一种改进的旋转控制装置。
本发明的目的通过一种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，该目的通过一种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为绕该装置的转动轴线相对于该装置的外壳转动，该旋转控制装置进一步包括用于监视用户接口表面相对于外壳的定向和/或转动的传感器单元、处理单元和用于根据来自处理单元的输出来传输控制信号的通信接口，所述输出由处理单元基于来自传感器单元的传感器数据生成，其中，该旋转控制装置进一步包括磁流变致动器，其中，所述磁流变致动器包括转动元件，该转动元件被机械地连接到用户接口表面，并用于与磁流变致动器的磁流变流体相互作用，并且其中，所述磁流变致动器包括一种组件，该组件用于生成和/或操纵作用于磁流变流体上的磁场的特性，使得磁流变致动器用于调节在用户接口表面和外壳之间的扭矩传递，其中，旋转控制装置进一步包括伺服致动器，该伺服致动器被实施为根据由该装置的处理单元输出的操控信号向用户接口表面施加扭矩。
在本发明的意义上，用户接口表面的位置指用户接口表面在从该装置的外壳在空间上移位指定距离的平面内的放置。在本发明的意义上的用户接口表面的定向指相对于用户接口表面的参考外壳的初始设定，用户接口表面绕装置的转动轴线以特定角度转动的转动移位。
磁流变流体限定旋转控制装置的行为。为此，供应到组件的电压被改变以感应周围的磁场，该磁场改变流体的粘度。取决于磁场，特别是取决于磁场的特性(诸如强度和/或方向)，MRF能够在液态和固态之间变化，这能够被非常精确地控制。在流体状态下，MRF在转动元件和外壳之间传递的扭矩很小甚至没有。然而，随着粘度增加并且流体接近固态，流体内和在流体与转动元件之间以及在流体与外壳或被固定地附接到外壳的构件之间的剪切力增加。这导致在用户接口表面和外壳之间的扭矩传递增加。
该装置能够被用于选择车辆的操作模式，该操作模式例如是如下操作模式：向前驱动操作模式，在该向前驱动操作模式中，从车辆的驱动单元传递扭矩，以便在向前方向上推进车辆；反向驱动操作模式，在该反向驱动操作模式中，从车辆的驱动单元传递扭矩，以便在反向方向上推进车辆；空挡操作模式，在该空挡操作模式中，不从车辆的驱动单元传递扭矩；停车操作模式，在该停车操作模式中，附接到车辆的驱动单元的扭矩传递单元被机械阻挡；或另一种操作模式。
当在没有从外部源施加到该装置的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个位置和/或定向能够被称为稳定位置。另一个方面，当用户接口表面不保持在某个位置或定向中时，例如因为装置的机构在内部施加力，所以这个位置和/或定向能够被称为是不稳定的。
在本发明的意义上，车辆的安全相关功能能够是例如车辆的操作模式的选择、转向、加速或制动车辆。车辆的非安全功能能够例如是导航或多媒体接口的控制。
在本发明的意义上，通信路径例如能够是用于传输数据的诸如数据总线和/或无线数据传输信道的硬线。在很多现代街道车辆中，CAN数据总线是一种优选的通信路径类型。
在本发明的意义上，用户接口表面或旋钮能够包括车辆的操作者(即，用户)可接近的环形和/或半壳形结构的外表面。用户接口表面能够进一步包括在用户接口表面的外表面下面的构造。
在旋转控制装置的实施例中，MRF致动器被实施为根据通过该装置经由通信接口接收的触觉反馈信号来生成和/或操纵磁场的特性。
在旋转控制装置的实施例中，处理单元被实施为基于来自传感器单元的传感器数据输出操控信号，该操控信号用于操控用于生成和/或操纵磁场的特性的组件。
在旋转控制装置的实施例中，伺服致动器被实施为向用户接口表面施加扭矩，使得当用户接口表面的定向从预定定向在至少一个转动方向上以预定量变化时，用户接口表面相对于外壳的定向被返回到预定定向。
在旋转控制装置的实施例中，伺服致动器用于向用户接口表面施加扭矩，使得由MRF致动器沿用户接口表面的转动路径的第一限定部分采用的制动力渐变被反转，即被镜像并通过伺服致动器作为沿转动路径的第二限定部分的扭矩施加力渐变被施加到用户接口表面。由此能够模仿由传统的旋转控制装置提供的触觉反馈。
在旋转控制装置的实施例中，基于来自传感器单元的传感器数据确定预定定向。
在旋转控制装置的实施例中，处理单元被实施为向组件输出操控信号，从而使组件操纵磁场，使得当用户接口表面的定向从预定定向在至少一个转动方向上以预定量变化时，用户接口表面和外壳之间的扭矩传递被增加到预定值，以禁止用户接口表面相对于外壳的移动。
在旋转控制装置的实施例中，随着用户接口表面的定向根据预定的制动力路径渐变，特别是以指数的方式增加的制动力路径进展而从预定位置偏离，扭矩传递逐渐地增加。
在旋转控制装置的实施例中，该装置的传感器单元进一步包括用于监视施加到用户接口表面的扭矩的传感器。
在旋转控制装置的实施例中，该装置的传感器单元进一步监视用户接口表面相对于外壳的转动的加速度。
在旋转控制装置的实施例中，转动元件包括包含磁流变流体的腔室，并且在该腔室中设置静态元件，该静态元件相对于外壳以固定的方式布置并且被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，转动元件被实施为在致动器的包含磁流变流体的腔室内转动，所述腔室相对于外壳以固定的方式布置，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。
包括旋转控制装置的这种实施例的用于车辆的系统能够进一步包括图形用户接口单元，该图形用户接口单元包括显示器和处理单元，该系统进一步包括在旋转控制装置和图形用户接口单元之间的通信路径。
这样的系统能够进一步被实施为使得图形用户接口单元经由通信路径向旋转控制装置传输触觉反馈信号。
这种系统能够进一步被实施为使得旋转控制装置向图形用户接口单元传输控制信号，并且其中图形用户接口单元的显示器根据从该装置接收的控制信号来显示视觉反馈。
附图说明
接下来将参考以下附图详细解释本发明的某些实施例。所述附图示出：
图1是本发明的旋转控制装置的实施例的概略图；并且
图2是根据本发明的旋转控制装置的实施例的力渐变图。
具体实施方式
图1示出具有用户接口表面3的本发明的旋转控制装置1的实施例的概略图，该用户接口表面3能够由车辆的用户或操作者移动和转动。该用户接口表面能够绕装置1的转动轴线7转动到各种定向A1-。此外，该用户接口表面3能够由车辆的用户或操作者在第一位置P1、第二位置P2和第三位置P3之间移动。
装置1包括外壳5，该外壳5至少部分地包围安装在基板15上的处理单元11，该基板15是印刷电路板。处理单元11被连接到通信接口13。能够经由通信接口13传输和接收诸如控制信号Ts的信号。处理单元11进一步被连接到传感器单元9，该传感器单元9用于监视用户接口表面相对于外壳5的转动和/或定向。传感器单元9将传感器数据Ds传输到处理单元11，并且基于该传感器数据Ds，处理单元11能够生成控制信号以经由通信接口13传输。
该装置进一步包括组件17，该组件17用于生成和操纵在外壳5的腔室19中的磁场。该腔室包含也称为MRF的磁流变流体21。转动元件23部分位于该腔室内。转动元件23被机械连接到用户接口表面3，并且随着接口3的转动而转动。
可以说，与由组件17引起的磁场的特性(诸如场强和方向)改变相对应，磁流变流体12的粘度变化。因此，以对应的方式，流体在装置1的用户接口表面3和外壳5之间传递或多或少的扭矩。这是由于在流体内和在流体和腔室壁之间的剪切力的改变。由于装置的外壳5通常以固定方式被安装在车辆内，因此能够认为该组件调节作用在用户接口表面3上的一种制动力。包括腔室19中的MRF 21、转动元件23和用于操纵腔室19内的磁场的组件17的这种系统通常被称为MRF致动器。处理单元11被实施为输出用于控制组件17的操控信号。例如，组件17能够由基板15上的电路驱动，该电路根据来自处理单元11的操控信号向组件17馈送脉冲宽度调制(PWM)电流或电压。
该装置进一步包括伺服致动器25，该伺服致动器25与转动元件23接合并且因此能够将扭矩施加到用户接口表面3。
图2示出根据本发明的旋转控制装置的实施例的制动力渐变图。相对于用户接口表面3在用于进行选择使得处理单元生成控制信号以供装置传输的两个定向之间的转动路径示出了力渐变。
在路径的第一部分(标记为MRF)中，随着用户接口被转动，制动力增加到某个值。制动力由MRF致动器引起。在该路径的第二部分中，制动力渐变被反转，或者相关地经历数学上的转动变换，并作为负制动力(即，推进力)被施加到用户接口表面。该力由伺服致动器采用。装置1的操作者能够将其解释为通过穿过机械的、传统的旋转装置中的闩锁点以便到达用于作出选择的第二定向处而引起的加速度。
附图标记
1 旋转控制装置
3 用户接口表面
5 外壳
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 用于生成/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 (14)

1.一种旋转控制装置，包括用户接口表面，所述用户接口表面被实施为绕所述旋转控制装置的转动轴线相对于所述旋转控制装置的外壳转动，
所述旋转控制装置进一步包括：
传感器单元，所述传感器单元用于监视所述用户接口表面相对于所述外壳的定向和/或转动，
处理单元，和
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传输控制信号，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生成，
其中，所述旋转控制装置进一步包括磁流变致动器，
其中，所述磁流变致动器包括转动元件，所述转动元件被机械地连接到所述用户接口表面并用于与所述磁流变致动器的磁流变流体相互作用，并且
其中，所述磁流变致动器包括组件，所述组件用于生成和/或操纵作用于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在所述用户接口表面和所述外壳之间的扭矩传递，
其特征在于，所述旋转控制装置进一步包括伺服致动器，所述伺服致动器被实施为根据由所述旋转控制装置的处理单元输出的操控信号向所述用户接口表面施加扭矩，
所述伺服致动器被实施为向所述用户接口表面施加扭矩，使得当所述用户接口表面的定向从预定定向在至少一个转动方向上以预定量变化时，所述用户接口表面相对于所述外壳的定向被返回到所述预定定向。
2.根据权利要求1所述的旋转控制装置，其特征在于，所述磁流变致动器被实施为根据由所述旋转控制装置经由所述通信接口接收到的触觉反馈信号来生成和/或操纵所述磁场的特性。
3.根据权利要求1或2所述的旋转控制装置，其特征在于，所述处理单元被实施为基于来自所述传感器单元的传感器数据输出用于操控所述组件的操控信号，以用于生成和/或操纵所述磁场的特性。
4.根据权利要求1或2所述的旋转控制装置，其特征在于，基于来自所述传感器单元的传感器数据确定所述预定定向。
5.根据权利要求1或2所述的旋转控制装置，其特征在于，所述处理单元被实施为向所述组件输出操控信号，从而使所述组件操纵所述磁场，使得当所述用户接口表面的定向从预定定向在至少一个转动方向上以预定量变化时，所述用户接口表面和所述外壳之间的扭矩传递被增加到预定值以禁止所述用户接口表面相对于所述外壳的移动。
6.根据权利要求1或2所述的旋转控制装置，其特征在于，随着所述用户接口表面的定向根据预定的制动力路径渐变而从预定位置偏离，所述扭矩传递逐渐地增加。
7.根据权利要求6所述的旋转控制装置，其特征在于，所述预定的制动力路径渐变是以指数的方式增加的制动力路径渐变。
8.根据权利要求1或2所述的旋转控制装置，其特征在于，所述旋转控制装置的传感器单元进一步包括用于监视被施加到所述用户接口表面的扭矩的传感器。
9.根据权利要求1或2所述的旋转控制装置，其特征在于，所述旋转控制装置的传感器单元进一步监视所述用户接口表面相对于所述外壳的转动的加速度。
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磁流变流体的腔室，并且
设置有静态元件，所述静态元件相对于所述外壳以固定的方式布置并且被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为在所述致动器的、包含磁流变流体的腔室内转动，所述腔室相对于所述外壳以固定的方式布置，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。
12.一种用于车辆的系统，包括根据前述权利要求中的任一项所述的旋转控制装置和图形用户接口单元，所述图形用户接口单元包括显示器和处理单元，所述系统进一步包括在所述旋转控制装置和所述图形用户接口单元之间的通信路径。
13.根据权利要求12所述的用于车辆的系统，其中，所述图形用户接口单元经由所述通信路径向所述旋转控制装置传输触觉反馈信号。
14.根据权利要求12或13所述的用于车辆的系统，其中，所述旋转控制装置向所述图形用户接口单元传输控制信号，并且其中所述图形用户接口单元的显示器根据从所述旋转控制装置接收到的所述控制信号来显示视觉反馈。
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