ES2908312T3 - Unidad de mando para un aparato - Google Patents

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Abstract

Unidad de mando para un aparato, en particular un vehículo, para el accionamiento de un componente de vehículo y en particular una interfaz hombre-máquina MMI o HMI, con - una carcasa (12), - un elemento de mando (14) que presenta una superficie de mando (16) sensible al tacto y un sistema sensor de contacto (18), - estando montado de manera elástica el elemento de mando (14) en y/o junto a la carcasa (12) para retornar automáticamente a su posición de reposo después de haberse desviado de la misma, - un actuador (24) para la excitación mecánica del elemento de mando (14) desde su posición de reposo para una retroalimentación táctil de un accionamiento del elemento de mando (14), - un sensor (26) para detectar un movimiento del elemento de mando (14) y/o una aceleración y/o fuerza que actúan en el elemento de mando (14) y - una unidad de evaluación y control (22) que recibe las señales del sensor (26) y del sistema sensor de contacto (18) y controla el actuador (24) para la excitación mecánica del elemento de mando (14) con el fin de proporcionar una retroalimentación táctil de un accionamiento del elemento de mando (14), caracterizada por que - la unidad de evaluación y control (22) controla el actuador (24) al detectarse un movimiento del elemento de mando (14) y/o una aceleración y/o fuerza, que actúan en el elemento de mando (14), sin detectarse un contacto en la superficie de mando (16), para mantener la posición de reposo del elemento de mando (14) y/o retornar el elemento de mando (14) a su posición de reposo y/o estabilizar el elemento de mando (14).

Description

DESCRIPCIÓN
Unidad de mando para un aparato
La invención se refiere a una unidad de mando para un aparato, en particular un vehículo, para el accionamiento de un componente de vehículo y en particular una interfaz hombre-máquina MMI o HMI. La invención se refiere en particular a una unidad de mando con retroalimentación háptica.
Las unidades de mando con superficies sensibles al tacto, por ejemplo, pantallas táctiles o paneles táctiles, se caracterizan por una superficie de mando muy variable y por un uso más cómodo. Para proporcionarle al usuario una retroalimentación de un accionamiento válido de la unidad de mando, tales unidades de mando disponen de una función de retroalimentación que trabaja de manera óptica, acústica o táctil. En particular las funciones de retroalimentación háptica táctil son cada vez más populares, usualmente en combinación con una característica de sensación de fuerza que permite detectar una desviación mínima de la superficie de mando, por ejemplo, mediante un sensor de fuerza o recorrido, lo que sirve para detectar un accionamiento válido de la superficie de mando (véanse al respecto, por ejemplo, los documentos WO-A-2016/135425 y WO-A-2016/012277).
Las unidades de mando con retroalimentación háptica están configuradas frecuentemente como sistemas oscilatorios, ya que la superficie de mando o el elemento de mando con la superficie de mando sensible al tacto está montado de manera elástica y se excita mecánicamente para la retroalimentación háptica. La excitación mecánica se lleva a cabo mediante un actuador, por ejemplo, en forma de un electroimán de tirante que es parte asimismo del sistema oscilatorio.
El sistema oscilatorio, suspendido elásticamente, tiende a oscilar al producirse una excitación externa, por ejemplo, debido a las vibraciones que actúan en el vehículo, en particular durante la marcha. Esto puede provocar ruidos molestos que pueden resultar desventajosos.
El objetivo de la invención es mejorar una unidad de mando con retroalimentación háptica de tal modo que se supriman en gran medida las oscilaciones provocadas por excitaciones externas, no deseadas, del sistema oscilatorio suspendido elásticamente.
Con el fin de conseguir este objetivo, la invención propone una unidad de mando para un aparato, en particular un vehículo, para el accionamiento de un componente de vehículo y en particular una interfaz hombre-máquina MMI o HMI, que está provista de
- una carcasa,
- un elemento de mando que presenta una superficie de mando sensible al tacto y un sistema sensor de contacto, - estando montado de manera elástica el elemento de mando en y/o junto a la carcasa para retornar automáticamente a su posición de reposo después de haberse desviado de la misma,
- un actuador para la excitación mecánica del elemento de mando desde su posición de reposo para una retroalimentación táctil de un accionamiento del elemento de mando,
- un sensor para detectar un movimiento del elemento de mando y/o una aceleración y/o fuerza que actúan en el elemento de mando y
- una unidad de evaluación y control que recibe señales del sensor y del sistema sensor de contacto y controla el actuador para la excitación mecánica del elemento de mando con el fin de proporcionar una retroalimentación táctil de un accionamiento del elemento de mando,
- controlando la unidad de evaluación y control el actuador al detectarse un movimiento del elemento de mando y/o una aceleración y/o fuerza, que actúan en el elemento de mando, sin detectarse en estos casos un contacto en la superficie de mando, para mantener la posición de reposo del elemento de mando y/o retornar el elemento de mando a su posición de reposo y/o estabilizar el elemento de mando.
La unidad de mando según la invención está provista de una carcasa, en o junto a la que está dispuesto un elemento de mando que presenta una superficie de mando sensible al tacto con sistema sensor de contacto. El elemento de mando está montado de manera elástica en y/o junto a la carcasa para retornar automáticamente a la posición de reposo después de desviarse de su posición de reposo. Para una retroalimentación háptica, el elemento de mando se mueve desde la posición de reposo como resultado de la excitación mecánica mediante un actuador, si se ha accionado el elemento de mando o si se detecta un movimiento válido del elemento de mando con una detección simultánea del contacto en la superficie de mando.
Según la invención, la unidad de mando presenta un sensor que detecta un movimiento del elemento de mando y/o una aceleración y/o fuerza que actúan en el elemento de mando, sin haberse tocado la superficie de mando (detección de una excitación externa del elemento de mando). Este sensor envía sus señales de medición a una unidad de evaluación y control que recibe también señales del sistema sensor de contacto del elemento de mando. Al detectarse un accionamiento válido del elemento de mando, la unidad de evaluación y control controla el actuador para la excitación mecánica del elemento de mando con el fin de proporcionar una retroalimentación háptica táctil. Este control se puede llevar a cabo en dependencia de la señal suministrada por el sistema sensor de contacto (accionamiento válido o excitación mecánica del elemento de mando sólo después de detectarse un contacto en la superficie de mando).
Según la invención, esta unidad de evaluación y control o una unidad implementada por separado se utiliza entonces para aprovechar un movimiento del elemento de mando y/o una aceleración que actúa sobre el elemento de mando y/o una fuerza que actúa sobre el elemento de mando, sin una detección simultánea de un contacto en la superficie de mando, con el fin de controlar el actuador para mantener la posición de reposo del elemento de mando y/o para retornar el elemento de mando a su posición de reposo. Si, por ejemplo, el sistema oscilatorio de la unidad de mando se excita externamente, sin querer, debido a las vibraciones que actúan en la unidad de mando, el actuador trabaja inmediatamente según la invención contra estos movimientos excitados externamente del sistema oscilatorio, o sea, mantiene el elemento de mando en su posición de reposo o lo transfiere nuevamente a su posición de reposo al producirse incluso la mínima desviación. Por consiguiente, el sistema oscilatorio no puede “oscilar”, lo que impide la generación de ruidos de vibración no deseados.
El sensor, previsto según la invención, para detectar un movimiento del elemento de mando como resultado de la excitación externa puede ser un componente previsto de manera adicional a un sensor de fuerza. El sensor de fuerza sirve para detectar una transmisión de fuerza al elemento de mando al tocarse la superficie de mando. Si este sensor de fuerza y el sistema sensor de contacto responden, esto indica entonces que se ha accionado el elemento de mando.
Los dos sensores descritos antes pueden funcionar de acuerdo con los mismos principios de actuación, o sea, principios resistivos, capacitivos, inductivos u ópticos, o funcionan de acuerdo con principios de actuación diferentes. En una variante ventajosa de la invención puede estar previsto que el elemento de mando sea una pantalla táctil o un panel táctil.
Asimismo, puede estar previsto que el sensor esté dispuesto por fuera del elemento de mando y por fuera de elementos móviles acoplados al elemento de mando o esté dispuesto en el elemento de mando o acoplado al elemento de mando para moverse junto con el mismo.
En otra variante conveniente de la invención puede estar previsto que el actuador esté configurado como un electroimán con un estator y un inducido móvil respecto al mismo para la excitación mecánica del elemento de mando y que el sensor esté configurado como bobina que detecta un movimiento del inducido en forma de una tensión de bobina inducida. En el caso de la bobina utilizada como sensor se puede tratar, por ejemplo, de la bobina de excitación del electroimán o de una bobina de medición separada, por ejemplo, en el inducido o en el estator del electroimán.
En otra configuración ventajosa de la invención puede estar previsto que el actuador presente al menos un elemento piezocerámico para la excitación mecánica del elemento de mando y que el elemento piezocerámico funcione como sensor en caso de un movimiento del elemento de mando, no resultante de un control del actuador, y detecte tal movimiento como tensión, producida por el efecto piezoeléctrico, en el elemento piezocerámico.
La invención se explica detalladamente a continuación por medio de un ejemplo de realización y con referencia al dibujo. En el dibujo se muestra esquemáticamente una unidad de mando con un elemento de mando con retroalimentación háptica táctil y sensación de fuerza.
Los elementos de mando táctiles, tales como pantallas o paneles táctiles, se proveen actualmente a menudo de una retroalimentación háptica para proporcionarle al usuario una retroalimentación adicional sobre la activación de una función o la ubicación de una superficie táctil activa. En particular en la industria automotriz, en la que las distracciones del conductor se deben mantener lo más pequeñas posible, se utilizan estos sistemas en combinación parcialmente con un sistema de detección de fuerza de activación. En este caso, la retroalimentación háptica se implementa casi siempre mediante una vibración de la superficie táctil. A tal efecto, la superficie táctil ha de estar montada de manera móvil respecto a la parte restante del aparato. Los elementos activos, tales como electroimanes o componentes piezoeléctricos con un control eléctrico correspondiente, desvían la superficie táctil en la dirección deseada. Los muelles de retroceso mueven la superficie a la posición inicial. Este movimiento se amortigua a menudo con ayuda de elementos amortiguadores pasivos. Por consiguiente, todo el sistema puede oscilar. En dependencia de la geometría y la masa, tales sistemas tienen frecuencias de resonancia. Si el sistema se excita externamente en un valor próximo a estas frecuencias, por ejemplo, debido a movimientos del vehículo o vibraciones, los movimientos pueden aumentar y la superficie táctil puede oscilar de una manera no deseada. Esto va acompañado a menudo también de una generación de ruidos no deseados.
El objeto de esta invención es un mecanismo que minimice o frene el efecto descrito arriba. Para poder responder a una excitación externa de todo el sistema es necesario detectar dicha excitación externa. Esto se puede llevar a cabo mediante un sensor adicional en forma de un sensor de aceleración o movimiento o mediante el elemento de accionamiento que sirve para el movimiento deseado de la superficie en caso de una retroalimentación. En el último caso habría que medir la tensión de la bobina, por ejemplo, de acuerdo con el principio de bobina móvil, si se utiliza un electroimán. El movimiento relativo del imán y de la bobina permitiría entonces detectar una excitación externa mediante la tensión de bobina inducida. Si se conoce la magnitud y la fase de la desviación de la superficie táctil, la excitación se puede amortiguar o compensar mediante un control adecuado (por ejemplo, de fase opuesta) del actuador que sirve para la desviación deseada de la superficie. El sensor de aceleración o movimiento adicional se puede integrar en la parte fija de todo el sistema o en la parte móvil. En el último caso se necesita un control que calcule la posición de fase de la parte móvil sobre la base del conocimiento de la dinámica del sistema y controle de manera correspondiente el actuador.
En el ejemplo de realización según el dibujo, la unidad de mando 10 presenta una carcasa 12, en o junto a la que está dispuesto un elemento de mando 14 con una superficie de mando 16 y un sistema sensor de contacto indicado con el número 18. En este ejemplo de realización, el elemento de mando 14 está diseñado, por ejemplo, como pantalla táctil.
Como se muestra esquemáticamente en el dibujo, el elemento de mando 14 puede estar montado de manera elástica tanto lateral como verticalmente. Si sobre la superficie de mando 16 del elemento de mando 14 se ejerce una fuerza de accionamiento, el elemento de mando 14 se desvía ligeramente, lo que es detectado por un sensor de accionamiento 20. El contacto se detecta mediante el sistema sensor de contacto 18. Si las dos señales están presentes en la entrada de una unidad de evaluación y control 22 (y el sensor de accionamiento 20 detecta, dado el caso, un efecto mecánico suficientemente grande en el elemento de mando 14), la unidad de evaluación y control 22 controla un actuador 24 que está acoplado mecánicamente, por su parte, al elemento de mando 14 y provoca la oscilación de dicho elemento de mando o ejerce al menos un impulso de movimiento sobre el mismo. Esto sirve para la retroalimentación háptica táctil al usuario de que ha accionado el elemento de mando 14 de la manera establecida para realizar la función deseada.
El elemento de mando 14, suspendido elásticamente, oscila ahora de manera no intencionada, pero también mecánica, si se excita externamente por las fuerzas que actúan desde el exterior sobre la unidad de mando 10. Este tipo de excitación externa se debe, por ejemplo, a las sacudidas que actúan sobre un vehículo durante la marcha. Para impedir entonces el movimiento del elemento de mando 14 como resultado de este tipo de excitación externa se utiliza según la invención otro sensor 26 que es sensible en aquellas direcciones, en las que el elemento de mando 14 puede oscilar al producirse una excitación externa. En la unidad de evaluación y control 22 se evalúa la señal del sensor 26 con el fin de controlar el actuador 24 en la fase exacta para que el actuador excite el elemento de mando 14 en la fase inversa respecto a su excitación externa y el elemento de mando 14 mantenga así idealmente su posición de reposo. Si el sensor 26 detecta también un accionamiento válido del elemento de mando 14 o si el sensor 26 está unido al sensor de accionamiento 20 o a la inversa, la evaluación del sistema sensor de contacto 18 será necesaria de manera adicional a la detección de una excitación externa. En caso de una excitación externa, el sistema sensor de contacto 18 no tendrá que detectar un contacto en la superficie de mando 16 del elemento de mando 14.
Lista de números de referencia
10 Unidad de mando
12 Carcasa
14 Elemento de mando
16 Superficie de mando
Sistema sensor de contacto Sensor de accionamiento Unidad de control Actuador
Sensor

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Unidad de mando para un aparato, en particular un vehículo, para el accionamiento de un componente de vehículo y en particular una interfaz hombre-máquina MMI o HMI, con
- una carcasa (12),
- un elemento de mando (14) que presenta una superficie de mando (16) sensible al tacto y un sistema sensor de contacto (18),
- estando montado de manera elástica el elemento de mando (14) en y/o junto a la carcasa (12) para retornar automáticamente a su posición de reposo después de haberse desviado de la misma,
- un actuador (24) para la excitación mecánica del elemento de mando (14) desde su posición de reposo para una retroalimentación táctil de un accionamiento del elemento de mando (14),
- un sensor (26) para detectar un movimiento del elemento de mando (14) y/o una aceleración y/o fuerza que actúan en el elemento de mando (14) y
- una unidad de evaluación y control (22) que recibe las señales del sensor (26) y del sistema sensor de contacto (18) y controla el actuador (24) para la excitación mecánica del elemento de mando (14) con el fin de proporcionar una retroalimentación táctil de un accionamiento del elemento de mando (14),
caracterizada por que
- la unidad de evaluación y control (22) controla el actuador (24) al detectarse un movimiento del elemento de mando (14) y/o una aceleración y/o fuerza, que actúan en el elemento de mando (14), sin detectarse un contacto en la superficie de mando (16), para mantener la posición de reposo del elemento de mando (14) y/o retornar el elemento de mando (14) a su posición de reposo y/o estabilizar el elemento de mando (14).
2. Unidad de mando según la reivindicación 1, caracterizada por que el elemento de mando (14) es una pantalla táctil o un panel táctil.
3. Unidad de mando según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que el sensor (26) está dispuesto por fuera del elemento de mando (14) y por fuera de elementos móviles acoplados al elemento de mando (14).
4.Unidad de mando según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que el sensor (26) está dispuesto en el elemento de mando (14) o está acoplado al elemento de mando (14) para moverse junto con el mismo.
5. Unidad de mando según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que el actuador (24) está configurado como un electroimán con un estator y un inducido móvil respecto al mismo para la excitación mecánica del elemento de mando (14) y por que el sensor (26) está configurado como bobina que detecta un movimiento del inducido en forma de una tensión de bobina inducida.
6. Unidad de mando según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que el actuador (24) presenta al menos un elemento piezocerámico para la excitación mecánica del elemento de mando (14) y por que el elemento piezocerámico funciona como sensor (26) en caso de un movimiento del elemento de mando (14), no resultante de un control del actuador (24), y detecta tal movimiento como tensión, generada por el efecto piezoeléctrico, en el elemento piezocerámico.
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