ES2880302T3 - Procedimiento para el ajuste del comportamiento de atracción de un actuador de retroalimentación electromagnético - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el ajuste del comportamiento de atracción de un actuador de retroalimentación electromagnético (1, 1a, 1b), presentando el actuador de retroalimentación electromagnético (1, 1a, 1b) una armadura de imán (10, 10a, b) móvil contra una fuerza de resorte por al menos un electroimán (20a, 20b, 20c, 20d), y pudiendo detectarse la posición de la armadura de imán (10, 10a, 10b) en las proximidades de cada electroimán (20a, 20b, 20c, 20d) por un respectivo sensor de posición (40a, 40b, 80a, 80b), y controlando un dispositivo de control (AV) con un microcontrolador (MC) el al menos un electroimán (20a, 20b, 20c, 20d) y leyendo las señales de salida del al menos un sensor de posición (40a, 40b, 80a, 80b), que presenta las siguientes etapas de procedimiento: - detección de una respectiva posición de salida respectiva de la armadura de imán (10, 10a 10b) por el al menos un sensor de posición (40a, 40b, 80a, 80b), - inicio del control del electroimán/de los electroimanes (20a, 20b, 20c, 20d) con una corriente constante, - detección repetida de la(s) respectiva(s) posición/posiciones de la armadura de imán (10, 10a, 10b) por medio del al menos un sensor de posición (40a, 40b, 80a, 80b) hasta que se haya ajustado en cada caso un valor de posición (p1, p2) constante como estado estacionario, - detectándose adicionalmente un tiempo de estabilización desde el inicio del control del electroimán (20a, 20b, 20c, 20d) hasta que se alcanza el estado estacionario, - terminación del control del electroimán (20a, 20b, 20c, 20d), - cálculo de la carrera de la armadura provocada por cada electroimán (20a, 20b, 20c, 20d) como un cambio de posición entre la respectiva posición inicial y el respectivo valor de posición (p1, p2) constante de la armadura de imán (10, 10a, 10b), - determinación del valor de una corriente de control optimizada para cada electroimán (20a, 20b, 20c, 20d) por medio de un cálculo realizado por el dispositivo de control (AV) o por medio de la lectura de una tabla almacenada en función de la carrera de la armadura detectada, - almacenamiento del valor de la corriente de control optimizada para el electroimán/los electroimanes (20a, 20b, 20c, 20d) en una memoria de datos (M) del dispositivo de control (AV).
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento para el ajuste del comportamiento de atracción de un actuador de retroalimentación electromagnético
La invención se refiere a un procedimiento para el ajuste del comportamiento de atracción de un actuador de retroalimentación electromagnético, presentando el actuador de retroalimentación electromagnético un armadura de imán móvil contra una fuerza de resorte por al menos un electroimán, y pudiendo detectarse la posición de la armadura de imán en las proximidades de cada electroimán detectado por en cada caso un sensor de posición, y controlando un dispositivo de control con un microcontrolador el al menos un electroimán y leyendo las señales de salida del al menos un sensor de posición.
Un procedimiento de este tipo se conoce por el documento US 6373678 B1. Por este documento se conoce además un procedimiento para la determinación de la relación entre la corriente aplicada y la posición de la armadura, es decir, para la calibración de la posición de la armadura con respecto a la corriente aplicada. Los datos de calibración se almacenan en una memoria de datos del dispositivo de control. El documento enseña además que esta determinación se puede realizar o bien empíricamente o bien por medio de un cálculo.
El documento US 5 942 892 A describe un controlador de un actuador de retroalimentación con una armadura de imán, que usa una tabla de consulta predeterminada para la determinación de la posición de la armadura.
Muchos elementos de mando que se utilizan actualmente, por ejemplo, en los vehículos de motor, presentan sensores electrónicos que reaccionan o bien al simple toque o bien a la acción de una fuerza. A diferencia de muchos elementos de mando mecánicos, en los cuales para el accionamiento se debe superar un umbral de fuerza, el accionamiento efectivo de los sensores de este tipo a menudo no se puede reconocer hápticamente. Sin embargo, la falta de respuesta durante el accionamiento de un elemento de mando tiene a menudo un efecto irritante y, con ello, incómodo para el usuario.
Por eso, a muchos sensores electrónicos, que se pueden accionar por tacto o por la acción de una fuerza de compresión, se les añade un dispositivo de generación de háptica, que genera una respuesta de acuse de recibo del accionamiento. Una función de este tipo a menudo se denomina háptica activa y el dispositivo que la ejerce se denomina actuador de retroalimentación.
Un principio de implementación común de un actuador de retroalimentación consiste en prever un electroimán que, cuando aplica corriente, atrae una armadura de imán, la cual transmite un impulso de fuerza notable a un elemento de mando.
Resulta problemática la fuerte dependencia de la fuerza generada por el electroimán del tamaño del entrehierro entre el electroimán y la armadura de imán. Esta distancia está sujeta a tolerancias mecánicas debido a influencias de montaje o ambientales e influye en el punto de funcionamiento del respectivo actuador de retroalimentación y, con ello, también en las hápticas generadas por este. Esto es particularmente desfavorable cuando un dispositivo presenta varios actuadores de retroalimentación que, debido a tales tolerancias, generan respuestas hápticas con diferentes efectos.
El objetivo de la invención era compensar los efectos de las tolerancias en los actuadores de retroalimentación electromagnéticos y, de este modo, lograr hápticas que siempre tuvieran el mismo efecto posible.
De acuerdo con la invención, este objetivo se resuelve por medio del procedimiento descrito en la reivindicación 1.
El procedimiento prevé, antes del uso de un actuador de retroalimentación, calibrar su corriente de control a un valor que corresponda a una háptica prevista. En el caso de varios actuadores de retroalimentación existentes, de este modo también se logra una háptica en su mayor parte uniforme.
Esta calibración se puede realizar o bien una vez o incluso repetidamente de forma regular. Si un actuador de retroalimentación, por ejemplo, es un componente de un elemento de mando en un vehículo de motor, entonces la calibración se puede realizar de nuevo una vez durante el montaje inicial del elemento de mando o, como alternativa, también en cada puesta en marcha del vehículo. La última manera de proceder tiene la ventaja de que, por ello, se pueden compensar las influencias ambientales y relacionadas con el envejecimiento en la háptica.
De acuerdo con la invención, está previsto además que se detecte un tiempo de estabilización de la armadura de imán desde el inicio del control del electroimán/de los electroimanes hasta que se alcanza un estado estacionario.
Por ello, además de la cantidad óptima, adicionalmente la evolución temporal óptima de una corriente de control también se puede determinar por medio de cálculo o lectura de una tabla almacenada en función del valor de posición constante detectado y del tiempo de estabilización detectado, y luego se puede utilizar para el control de los actuadores de retroalimentación.
A este respecto, el tipo de compensación propuesto posibilita de manera ventajosa, además de diferentes tamaños de entrehierro, compensar al mismo tiempo otras tolerancias del sistema, por ejemplo, provocadas por fricción.
El procedimiento de acuerdo con la invención se representará y explicará con más detalle a continuación mediante el dibujo. Muestran
la figura 1 una disposición de generación de háptica representada esquemáticamente con un actuador de retroalimentación,
la figura 2 una disposición con dos actuadores de retroalimentación y un elemento de mando según un estado de la técnica no publicado anteriormente.
Puesto que los dispositivos de generación de háptica con actuadores de retroalimentación electromagnéticos pueden presentar diseños de diversa complejidad, por un actuador de retroalimentación se debería entender en este caso específicamente un dispositivo que presenta uno o incluso varios electroimanes, que actúan individualmente o en conjunto por medio de fuerza magnética sobre un elemento ferromagnético, que se denomina en este caso de manera abreviada armadura de imán o placa de armadura, y pueden cambiar su posición relativamente al electroimán o a los electroimanes.
Para ello, la armadura de imán está montada o bien elásticamente o bien actúa ella misma como un elemento de resorte al estar configurada, por ejemplo, en forma de un resorte de flexión. Cerca de cada electroimán se encuentra un sensor de posición, con cuya ayuda se puede detectar un movimiento de la armadura de imán. Los movimientos de la armadura de imán provocan señalizaciones hápticamente reconocibles, por ejemplo, en elementos de accionamiento de interruptores u otros elementos de mando.
El modo de funcionamiento de los actuadores de retroalimentación de este tipo se explicará puramente a modo de ejemplo en primer lugar mediante la figura 2. Esta muestra una disposición con dos actuadores de retroalimentación, que está representada y descrita en detalle en la solicitud de patente alemana DE 10 2016 005 926 no publicada anteriormente.
Los dos actuadores de retroalimentación 1a, 1b están montados lateralmente sobre una base 50 de tal manera que las secciones de extremo libres de sus placas de armadura 10a, 10b se extienden en la dirección que se aleja de la base 50. En el lado superior de la base 50 está fijada una placa de circuitos impresos 60, que cubre casi completamente las placas de armadura 10a, 10b de los dos actuadores de retroalimentación 1a, 1b configurando un espacio intermedio.
En el lado orientado hacia las placas de armadura 10a, 10b de la placa de circuitos impresos 60, se ha aplicado respectivamente en sus secciones de extremo sobre la placa de circuitos impresos 60 una superficie de sensor 80a, 80b, la cual puede detectar de forma capacitiva o inductiva cambios en la distancia respecto a la respectiva placa de armadura 10a, 10b.
A los extremos libres de las placas de armadura 10a, 10b está acoplada respectivamente una sección de borde de un elemento de mando 30 plano. Ya por una pequeña acción de fuerza sobre la superficie del elemento de mando 30 se puede provocar una desviación vertical de una placa de armadura 10a, 10b, que se detecta por la superficie de sensor 80a, 80b asociada. La señalización eléctrica que se realiza por una superficie de sensor 80a, 80b se evalúa por medio de un equipamiento electrónico (no representado en este caso), que acto seguido activa una función de conmutación prevista. Aparte de eso, el equipamiento electrónico aplica corriente al electroimán del actuador de retroalimentación 1a, 1b perteneciente a la placa de armadura 10a, 10b desviada, de modo que su placa de armadura 10a, 10b se atrae por el electroimán y el respectivo actuador de retroalimentación 1a, 1b genera una respuesta háptica respecto al accionamiento realizado.
En el caso de la acción de una fuerza en el medio del elemento de mando 30, es decir, aproximadamente por encima de la base 50, las dos placas de armadura 10a, 10b se desvían aproximadamente al mismo tiempo, mediante lo cual también por medio de los dos actuadores de retroalimentación 1a, 1b se realiza simultáneamente una respuesta háptica. Por lo tanto, para esta disposición resultan en conjunto tres opciones de accionamiento, que también se pueden distinguir fácilmente desde un punto de vista háptico.
El procedimiento descrito a continuación resuelve el problema de que las hápticas de conmutación generadas por diferentes actuadores de retroalimentación pueden llegar a ser significativamente diferentes debido a pequeñas diferencias causadas por tolerancias. Estas diferencias se refieren en particular a la distancia entre el núcleo del electroimán 20a, 20b y la respectiva placa de armadura 10a, 10b asociada.
Para compensar en la medida de lo posible las diferencias de háptica resultantes de ello, está previsto adaptar los impulsos de corriente alimentados a los electroimanes 20a, 20b de tal manera que el electroimán 20a, 20b controlado en cada caso genere un impulso de fuerza uniforme en cada caso.
Esto se logra por que, antes del uso real de un actuador de retroalimentación, se realiza una calibración del impulso
de control que lo acciona, lo cual se explicará a continuación mediante la figura 1.
La figura 1 muestra una disposición con un actuador de retroalimentación 1 en una representación esquemática. A diferencia de la disposición representada en la figura 2, dos electroimanes 20c, 20d actúan sobre una armadura de imán 10 en la figura 1 y, por lo tanto, forman un único actuador de retroalimentación 1. En esta disposición también tiene sentido reajustar el comportamiento de atracción de los dos electroimanes 20c, 20d por medio de una calibración. Sin embargo, evidentemente, el procedimiento descrito a continuación es apropiado asimismo para una calibración del comportamiento de atracción de varios actuadores de retroalimentación 1a, 1b, por ejemplo, en el caso de la disposición de acuerdo con la figura 2.
Como ya se ha expuesto, la figura 1 muestra un actuador de retroalimentación 1 en el que dos electroimanes 20c, 20d pueden actuar sobre una armadura de imán 10. Los electroimanes 20c, 20d están dispuestos en una placa base 90 común. La armadura de imán 10 está montada elásticamente con relación a esta placa base 90, lo cual está indicado por dos resortes 70a, 70b.
En las proximidades de cada electroimán 20c, 20d está dispuesto un sensor de posición 40a, 40b, que detecta la posición de la armadura de imán 10, por ejemplo, relativamente a la placa base 90. A este respecto, las posiciones detectadas en cada caso de la armadura de imán 10 se refieren, naturalmente, a la ubicación del sensor de posición 40a, 40b de medición y, con ello, también a una buena aproximación a la ubicación del electroimán 20c, 20d dispuesto a su lado. A este respecto, los sensores de posición 40a, 40b también pueden, como está esbozado en la figura 2, estar configurados por superficies de sensor 80a, 80b dispuestas de manera fija.
Las señales de sensor generadas por los sensores de posición 40a, 40b se detectan por un dispositivo de control AV, el cual presenta, entre otras cosas, un microcontrolador MC y una memoria de datos M. El dispositivo de control AV puede controlar además los electroimanes 20c, 20d con impulsos de corriente, previéndose la intensidad y la duración de estos impulsos de corriente por el microcontrolador MC.
Para el ajuste del comportamiento de atracción y, con ello, de la háptica del actuador de retroalimentación electromagnético 1, está prevista una calibración de los impulsos de control de los electroimanes 20c, 20d. La calibración de los impulsos de control se realiza por que las posiciones iniciales de la armadura de imán 10 se detectan en primer lugar por los sensores de posición 40a, 40b. Después, el dispositivo de control AV controla los dos electroimanes 20c, 20d en cada caso con un impulso de corriente constante de intensidad de corriente conocida durante un período de tiempo establecido del orden de magnitud de diez milisegundos.
Mientras tanto, las señales de los sensores de posición 40a, 40b se leen una y otra vez por el dispositivo de control AV hasta que el microcontrolador MC establece que para la armadura de imán 10 se ha ajustado un estado estacionario con valores de posición p1, p2 en cada caso localmente constantes. Como diferencia respecto a las posiciones iniciales detectadas previamente de la armadura de imán 10, los valores de posición p1, p2 dan por resultado en cada caso una carrera de la armadura provocada por los impulsos de corriente.
Respecto a las carreras de la armadura determinadas de este modo, el microcontrolador MC determina, por medio de un cálculo o por medio de la lectura de datos tabulares almacenados, una corriente de control optimizada para cada electroimán 20c, 20d, que corresponde a una háptica deseada del actuador de retroalimentación 1.
El valor de la corriente de control optimizada y determinada de este modo para cada electroimán 20c, 20d se almacena en la memoria de datos M y, en el caso de controles que tienen lugar a continuación del respectivo electroimán/de los respectivos electroimanes 20c, 20d, se lee de la memoria de datos M y se usa como valor predeterminado para la corriente de control del respectivo electroimán/de los respectivos electroimanes 20c, 20d.
Signos de referencia
1, 1a, 1b Actuador de retroalimentación
10, 10a, 10b Armadura de imán, placa de armadura
20a 20b, 20c, 20d Electroimán
30 Elemento de mando
40a 40b Sensor de posición
50 Base
60 Placa de circuitos impresos
70b Resortes
Sensor de posición (superficies de sensor)
90 Placa base
AV Dispositivo de control MC Microcontrolador M Memoria de datos Pl, p2 Valores de posición
Claims (4)
1. Procedimiento para el ajuste del comportamiento de atracción de un actuador de retroalimentación electromagnético (1, 1a, 1b), presentando el actuador de retroalimentación electromagnético (1, 1a, 1b) una armadura de imán (10, 10a, 10b) móvil contra una fuerza de resorte por al menos un electroimán (20a, 20b, 20c, 20d), y pudiendo detectarse la posición de la armadura de imán (10, 10a, 10b) en las proximidades de cada electroimán (20a, 20b, 20c, 20d) por un respectivo sensor de posición (40a, 40b, 80a, 80b), y
controlando un dispositivo de control (AV) con un microcontrolador (MC) el al menos un electroimán (20a, 20b, 20c, 20d) y leyendo las señales de salida del al menos un sensor de posición (40a, 40b, 80a, 80b),
que presenta las siguientes etapas de procedimiento:
- detección de una respectiva posición de salida respectiva de la armadura de imán (10, 10a 10b) por el al menos un sensor de posición (40a, 40b, 80a, 80b),
- inicio del control del electroimán/de los electroimanes (20a, 20b, 20c, 20d) con una corriente constante, - detección repetida de la(s) respectiva(s) posición/posiciones de la armadura de imán (10, 10a, 10b) por medio del al menos un sensor de posición (40a, 40b, 80a, 80b) hasta que se haya ajustado en cada caso un valor de posición (p1, p2) constante como estado estacionario,
- detectándose adicionalmente un tiempo de estabilización desde el inicio del control del electroimán (20a, 20b, 20c, 20d) hasta que se alcanza el estado estacionario,
-terminación del control del electroimán (20a, 20b, 20c, 20d),
- cálculo de la carrera de la armadura provocada por cada electroimán (20a, 20b, 20c, 20d) como un cambio de posición entre la respectiva posición inicial y el respectivo valor de posición (p1, p2) constante de la armadura de imán (10, 10a, 10b),
- determinación del valor de una corriente de control optimizada para cada electroimán (20a, 20b, 20c, 20d) por medio de un cálculo realizado por el dispositivo de control (AV) o por medio de la lectura de una tabla almacenada en función de la carrera de la armadura detectada,
- almacenamiento del valor de la corriente de control optimizada para el electroimán/los electroimanes (20a, 20b, 20c, 20d) en una memoria de datos (M) del dispositivo de control (AV).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, determinándose la evolución temporal de una corriente de control optimizada por medio de cálculo o lectura de una tabla almacenada en función de la carrera de la armadura determinada y del tiempo de estabilización detectado.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, llevándose a cabo el procedimiento durante la fabricación o el montaje inicial del actuador de retroalimentación (1).
4. Procedimiento según la reivindicación 1, usándose el actuador de retroalimentación (1) en un vehículo de motor y llevándose a cabo el procedimiento en cada puesta en marcha del vehículo.
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