FR3148306A1 - Control of a haptic feedback interface - Google Patents

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FR3148306A1
FR3148306A1 FR2304164A FR2304164A FR3148306A1 FR 3148306 A1 FR3148306 A1 FR 3148306A1 FR 2304164 A FR2304164 A FR 2304164A FR 2304164 A FR2304164 A FR 2304164A FR 3148306 A1 FR3148306 A1 FR 3148306A1
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inductive element
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Matthieu Rupin
Matthieu GUEDRA
Frédéric Giraud
Anis KACI
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Universite de Lille
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Hap2U SAS
Universite de Lille
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Abstract

Commande d’une interface à retour haptique La présente description concerne un dispositif à retour haptique comportant une plaque définissant une surface de contact destinée à être touchée par un corps externe et des actionneurs piézoélectriques (14) configurés pour mettre en vibration la plaque, les actionneurs piézoélectriques étant reliés en parallèle à un premier élément inductif (Lp) et, à un circuit (2) d’application d’une tension alternative par l’intermédiaire d’un deuxième élément inductif série (Ls). Figure pour l'abrégé : Fig. 3Control of a haptic feedback interface The present description relates to a haptic feedback device comprising a plate defining a contact surface intended to be touched by an external body and piezoelectric actuators (14) configured to vibrate the plate, the piezoelectric actuators being connected in parallel to a first inductive element (Lp) and to a circuit (2) for applying an alternating voltage via a second series inductive element (Ls). Figure for the abstract: Fig. 3

Description

Commande d’une interface à retour haptiqueControl of a haptic feedback interface

La présente description concerne de façon générale les interfaces à retour haptique et, plus particulièrement, la commande électronique d’une telle interface. La présente description s’applique aux interfaces à retour haptique équipant par exemple des écrans d’affichage.This description relates generally to haptic feedback interfaces and, more particularly, to the electronic control of such an interface. This description applies to haptic feedback interfaces equipping, for example, display screens.

Une interface à retour haptique est basée sur l’association d’actionneurs piézoélectriques et d’une surface destinée au toucher d’un utilisateur. Les actionneurs peuvent être commandés à une fréquence ultrasonique de façon à faire vibrer la surface et procurer à l’utilisateur une sensation de texture de la surface. Une technique de retour haptique, dite de lubrification ultrasonique, consiste à produire un effet de modulation de friction à la surface de contact.A haptic feedback interface is based on the combination of piezoelectric actuators and a surface intended for a user's touch. The actuators can be controlled at an ultrasonic frequency so as to vibrate the surface and provide the user with a sensation of surface texture. One haptic feedback technique, called ultrasonic lubrication, consists of producing a friction modulation effect on the contact surface.

La commande ou pilotage des actionneurs piézoélectriques est un aspect critique du fonctionnement d’une interface à retour haptique car cette commande conditionne la qualité du retour haptique apportée par la surface de contact.The control or piloting of piezoelectric actuators is a critical aspect of the operation of a haptic feedback interface because this control determines the quality of the haptic feedback provided by the contact surface.

Il existe un besoin d’amélioration des procédés et systèmes de commande des interfaces à retour haptique.There is a need for improvement in the control processes and systems of haptic feedback interfaces.

Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des procédés et circuits de commande ou pilotage des interfaces à retour haptique.One embodiment overcomes all or part of the drawbacks of the control or piloting methods and circuits of haptic feedback interfaces.

Un mode de réalisation prévoit un dispositif à retour haptique comportant une plaque définissant une surface de contact destinée à être touchée par un corps externe et des actionneurs piézoélectriques configurés pour mettre en vibration la plaque, les actionneurs piézoélectriques étant reliés en parallèle à un premier élément inductif et, à un circuit d’application d’une tension alternative par l’intermédiaire d’un deuxième élément inductif série, dans lequel :
- la valeur du deuxième élément inductif est choisie pour être au moins dix fois supérieure au rapport entre la résistance électrique équivalente de l’ensemble actionneurs et plaque et la pulsation de résonance mécanique de cet ensemble ; et
- la valeur Lp du premier élément inductif est choisie par application de la formule suivante :
(4) où Ls représente la valeur du deuxième élément inductif, ω0 la pulsation de résonance mécanique, C0 la capacité statique des actionneurs piézoélectriques et Cm la capacité équivalente de l’ensemble actionneurs et plaque.
One embodiment provides a haptic feedback device comprising a plate defining a contact surface intended to be touched by an external body and piezoelectric actuators configured to vibrate the plate, the piezoelectric actuators being connected in parallel to a first inductive element and to a circuit for applying an alternating voltage via a second series inductive element, wherein:
- the value of the second inductive element is chosen to be at least ten times greater than the ratio between the equivalent electrical resistance of the actuator and plate assembly and the mechanical resonance pulsation of this assembly; and
- the Lp value of the first inductive element is chosen by applying the following formula:
(4) where Ls represents the value of the second inductive element, ω0 the mechanical resonance pulsation, C0 the static capacitance of the piezoelectric actuators and Cm the equivalent capacitance of the actuator and plate assembly.

Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte un transformateur d’amplification de ladite tension alternative, un enroulement primaire du transformateur étant en parallèle avec le premier élément inductif, un enroulement secondaire du transformateur étant en parallèle avec l’ensemble des actionneurs piézoélectriques.According to one embodiment, the device comprises a transformer for amplifying said alternating voltage, a primary winding of the transformer being in parallel with the first inductive element, a secondary winding of the transformer being in parallel with all of the piezoelectric actuators.

Selon un mode de réalisation, les valeurs de la capacité statique et de la capacité équivalente de l’ensemble actionneurs et plaque correspondent aux valeurs ramenées au primaires du transformateur.According to one embodiment, the values of the static capacitance and the equivalent capacitance of the actuator and plate assembly correspond to the values brought back to the primary of the transformer.

Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte en outre un circuit d’asservissement de la fréquence de pilotage des actionneurs pour qu’elle corresponde à la fréquence de résonance mécanique de l’ensemble actionneurs et plaque.According to one embodiment, the device further comprises a circuit for controlling the control frequency of the actuators so that it corresponds to the mechanical resonance frequency of the actuator and plate assembly.

Selon un mode de réalisation, le circuit d'asservissement exploite une mesure de déphasage entre la tension aux bornes de l’ensemble actionneurs et plaque et la tension fournie par le circuit d’application d’une tension alternative ou le courant circulant dans l’ensemble actionneurs et plaque.According to one embodiment, the servo circuit uses a phase shift measurement between the voltage at the terminals of the actuator and plate assembly and the voltage supplied by the circuit for applying an alternating voltage or the current flowing in the actuator and plate assembly.

Selon un mode de réalisation, le circuit d’asservissement comporte au moins un capteur piézoélectrique configuré pour mesurer une tension, le déphasage entre cette tension, et la tension aux bornes de l'ensemble actionneurs et plaque ou la tension fournie par le circuit d'application d'une tension alternative, étant utilisé pour asservir la fréquence de pilotage.According to one embodiment, the servo circuit comprises at least one piezoelectric sensor configured to measure a voltage, the phase shift between this voltage and the voltage at the terminals of the actuator and plate assembly or the voltage supplied by the circuit for applying an alternating voltage, being used to servo the control frequency.

Selon un mode de réalisation, la fréquence de résonance mécanique est comprise entre 20 et 200 kHz, de préférence entre 60 et 80 kHz.According to one embodiment, the mechanical resonance frequency is between 20 and 200 kHz, preferably between 60 and 80 kHz.

Selon un mode de réalisation, la plaque constitue la plaque d’un écran de tableau de bord d’un véhicule automobile.According to one embodiment, the plate constitutes the plate of a dashboard screen of a motor vehicle.

Selon un mode de réalisation, la première inductance (Lp) est comprise entre 200 et 400 µH.According to one embodiment, the first inductance (Lp) is between 200 and 400 µH.

Selon un mode de réalisation, la deuxième inductance (Ls) est comprise entre 5 et 20 µH.According to one embodiment, the second inductance (Ls) is between 5 and 20 µH.

Selon un mode de réalisation, la plaque est couplée à une structure multicouche.According to one embodiment, the plate is coupled to a multilayer structure.

Selon un mode de réalisation, la structure multicouche comprend un écran d’affichage tactile comportant un système de détection d’un contact ou d’une position d’un point de contact sur l'écran.According to one embodiment, the multilayer structure comprises a touch display screen comprising a system for detecting a contact or a position of a contact point on the screen.

Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :These and other features and advantages will be set forth in detail in the following description of particular embodiments given without limitation in connection with the attached figures, among which:

la représente, de façon très schématique, une vue en coupe d’un exemple de dispositif électronique équipé d’une interface haptique ;there represents, in a very schematic manner, a cross-sectional view of an example of an electronic device equipped with a haptic interface;

la est une vue de dessous, très schématique et partielle, du dispositif de la ;there is a very schematic and partial bottom view of the device of the ;

la est une vue en perspective, très schématique, du dispositif des figures 1A et 1B ;there is a very schematic perspective view of the device of Figures 1A and 1B;

la représente un schéma électrique équivalent d’un dispositif haptique associé à un circuit inductif passif selon un mode de réalisation ;there represents an equivalent electrical diagram of a haptic device associated with a passive inductive circuit according to one embodiment;

la représente un schéma électrique équivalent d’un dispositif haptique associé à un circuit inductif passif selon un autre mode de réalisation ;there represents an equivalent electrical diagram of a haptic device associated with a passive inductive circuit according to another embodiment;

la illustre les variations d’amplitude de vibration en fonction de la fréquence pour un système usuel et pour un système selon les modes de réalisation décrits ;there illustrates the variations in vibration amplitude as a function of frequency for a conventional system and for a system according to the embodiments described;

la , la , la et la illustrent la modification de la réponse en fréquence du système suivant les modes de réalisation décrits, induite par une variation de l'amortissement mécanique ; etthere , there , there and the illustrate the modification of the frequency response of the system according to the embodiments described, induced by a variation of the mechanical damping; and

la , la , la et la illustrent la modification de la réponse en fréquence du système suivant les modes de réalisation décrits, induite par une variation de la fréquence de résonance mécanique.there , there , there and the illustrate the modification of the frequency response of the system according to the embodiments described, induced by a variation of the mechanical resonance frequency.

De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.The same elements have been designated by the same references in the different figures. In particular, the structural and/or functional elements common to the different embodiments may have the same references and may have identical structural, dimensional and material properties.

Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, la réalisation des éléments structurels de l’interface haptique ne sont pas représentés, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec des structures usuelles.For the sake of clarity, only the steps and elements useful for understanding the embodiments described have been shown and are detailed. In particular, the production of the structural elements of the haptic interface are not shown, the embodiments described being compatible with usual structures.

Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.Unless otherwise specified, when referring to two elements connected together, this means directly connected without intermediate elements other than conductors, and when referring to two elements connected (in English "coupled") together, this means that these two elements can be connected or be connected by means of one or more other elements.

Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures.In the following description, when reference is made to absolute position qualifiers, such as the terms "front", "back", "top", "bottom", "left", "right", etc., or relative position qualifiers, such as the terms "above", "below", "upper", "lower", etc., or to orientation qualifiers, such as the terms "horizontal", "vertical", etc., reference is made unless otherwise specified to the orientation of the figures.

Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.Unless otherwise specified, the expressions "approximately", "approximately", "substantially", and "of the order of" mean to within 10%, preferably to within 5%.

La représente, de façon très schématique et partielle, une vue en coupe d’un exemple de dispositif électronique 1 équipé d’une interface haptique.There represents, in a very schematic and partial manner, a cross-sectional view of an example of an electronic device 1 equipped with a haptic interface.

La est une vue de dessous, très schématique et partielle, du dispositif 1 de la .There is a very schematic and partial bottom view of device 1 of the .

La est une vue en perspective, très schématique, du dispositif 1 des figures 1A et 1B.There is a very schematic perspective view of the device 1 of figures 1A and 1B.

Un dispositif électronique 1 équipé d’une interface haptique est généralement constitué d’une plaque 10, par exemple en verre, recouvrant par exemple un écran d'affichage 12 (LCD ou autre), typiquement un écran tactile. La plaque peut dans certains cas être recouverte en partie ou totalement par une couche telle qu’un film décoratif ou tout autre traitement de surface, qui n’empêche pas la vibration. La plaque 10 est équipée, en face arrière et, dans l'exemple représenté, hors de l'aplomb de l'écran tactile 12, d'actionneurs piézoélectriques 14, par exemple des céramiques piézoélectriques. Les actionneurs piézoélectriques 14 sont généralement répartis en deux bandes situées de deux côtés opposés de la plaque 10 et sont commandés par un circuit d'excitation ou driver 2. Le rôle des actionneurs 14 est de créer, dans la plaque 10, une onde à haute fréquence (par exemple de 20 kHz à 200 kHz). Les vibrations engendrées au niveau de la plaque 10 procurent, à sa surface externe d'interface avec un utilisateur (typiquement un doigt D), un effet perçu par l'utilisateur comme un effet de réduction de frottement avec la surface. L'écran 12 est lui-même commandé par un circuit ou driver 16 ( ) et est, par exemple pour un écran LCD, associé à un illuminateur 18 en face arrière.An electronic device 1 equipped with a haptic interface is generally made of a plate 10, for example made of glass, covering for example a display screen 12 (LCD or other), typically a touch screen. The plate can in certain cases be covered in part or completely by a layer such as a decorative film or any other surface treatment, which does not prevent vibration. The plate 10 is equipped, on the rear face and, in the example shown, out of line with the touch screen 12, with piezoelectric actuators 14, for example piezoelectric ceramics. The piezoelectric actuators 14 are generally distributed in two strips located on two opposite sides of the plate 10 and are controlled by an excitation circuit or driver 2. The role of the actuators 14 is to create, in the plate 10, a high-frequency wave (for example from 20 kHz to 200 kHz). The vibrations generated at the plate 10 provide, at its external interface surface with a user (typically a finger D), an effect perceived by the user as a friction reduction effect with the surface. The screen 12 is itself controlled by a circuit or driver 16 ( ) and is, for example for an LCD screen, associated with an illuminator 18 on the rear face.

Il existe différents types et différentes formes de dispositifs 1 à interface haptique. Tous ces dispositifs ont pour caractéristiques communes :
- une plaque 10 dont une face avant définit une surface de contact direct ou indirect à un corps externe, par exemple un organe de toucher (doigt, pied, etc.) d'un utilisateur, et qui constitue la plaque de retour haptique ;
- des actionneurs piézoélectriques 14 configurés pour mettre en vibration la plaque (10) ; et
- un circuit 2 de commande et d'alimentation des actionneurs piézoélectriques.
There are different types and shapes of haptic interface devices 1. All these devices have the following common characteristics:
- a plate 10, a front face of which defines a surface for direct or indirect contact with an external body, for example a touch organ (finger, foot, etc.) of a user, and which constitutes the haptic feedback plate;
- piezoelectric actuators 14 configured to vibrate the plate (10); and
- a circuit 2 for controlling and supplying the piezoelectric actuators.

Les actionneurs 14 sont généralement alimentés par des tensions alternatives périodiques. La fréquence des tensions est choisie voisine de la fréquence de résonance du système électromécanique, typiquement autour d'une fréquence située entre 20 kHz et 200 kHz. L'amplitude des tensions de commande des actionneurs 14 est généralement de l'ordre de la centaine de volts. Il s'agit là d'exemples et d'autres valeurs de fréquences et d'amplitudes sont possibles selon l'application. Les actionneurs peuvent être des actionneurs à déformation amplifiée (par exemple grâce à une structure d'amplification fixée à la plaque, telle que celle décrite dans le document FR3091414A). La plaque 10 peut être couplée à une structure multicouche, intégrant ou non un écran. Par exemple dans le cas d’un écran LCD, les actionneurs, amplifiés ou non, sont en contact avec la plaque ; dans un autre exemple, la structure multicouche peut comprendre un écran OLED, et les actionneurs, amplifiés ou non, peuvent être en contact direct ou indirect avec la plaque, en étant par exemple placés derrière l’écran.The actuators 14 are generally powered by periodic alternating voltages. The frequency of the voltages is chosen to be close to the resonance frequency of the electromechanical system, typically around a frequency between 20 kHz and 200 kHz. The amplitude of the control voltages of the actuators 14 is generally of the order of a hundred volts. These are examples and other frequency and amplitude values are possible depending on the application. The actuators may be actuators with amplified deformation (for example thanks to an amplification structure fixed to the plate, such as that described in document FR3091414A). The plate 10 may be coupled to a multilayer structure, integrating or not a screen. For example in the case of an LCD screen, the actuators, amplified or not, are in contact with the plate; in another example, the multilayer structure may comprise an OLED screen, and the actuators, amplified or not, may be in direct or indirect contact with the plate, for example by being placed behind the screen.

La qualité du retour haptique procuré à l'utilisateur dépend des conditions de résonance des ondes ultrasonores générées (notamment leur amplitude). Or, ces ondes sont sensibles à des facteurs environnementaux du dispositif 1 comme, par exemple, la température, l'état du boîtier du dispositif, les contacts du doigt de l'utilisateur, etc. Ces variations de ces facteurs environnementaux sont susceptibles de modifier la fréquence de résonance mécanique et d'altérer le retour haptique et les effets de texture perçu par l'utilisateur.The quality of the haptic feedback provided to the user depends on the resonance conditions of the generated ultrasonic waves (in particular their amplitude). However, these waves are sensitive to environmental factors of the device 1 such as, for example, the temperature, the state of the device casing, the contacts of the user's finger, etc. These variations in these environmental factors are likely to modify the mechanical resonance frequency and alter the haptic feedback and the texture effects perceived by the user.

Une approche classique pour pallier ce phénomène est d'asservir les signaux de commande, que ce soit en fréquence ou en amplitude, à partir soit d’un capteur piézoélectrique dédié, soit de mesures de variation du courant d'alimentation des actionneurs ou de la phase du signal alternatif. Ces systèmes d'asservissement en boucle fermée sont efficaces mais présentent plusieurs désavantages : une latence dans l’effet de rétroaction, une charge de calcul conséquente sur un microcontrôleur prévu dans le dispositif (particulièrement importante si l'on doit pallier cette latence), une augmentation des coûts d’implémentation liée à l'ajout du capteur ou encore l'apparition de bruit audible issu de l'amplification du bruit de mesure par la boucle. La charge de calcul requiert généralement de disposer d’un microcontrôleur dédié à la fonctionnalité haptique.A classic approach to overcome this phenomenon is to control the control signals, whether in frequency or amplitude, from either a dedicated piezoelectric sensor or from measurements of the variation of the actuator supply current or the phase of the AC signal. These closed-loop control systems are effective but have several disadvantages: a latency in the feedback effect, a significant computational load on a microcontroller provided in the device (particularly significant if this latency must be overcome), an increase in implementation costs linked to the addition of the sensor or the appearance of audible noise resulting from the amplification of the measurement noise by the loop. The computational load generally requires having a microcontroller dedicated to the haptic functionality.

Selon les modes de réalisation décrits, on prévoit d’intercaler, entre le circuit de commande 2 et les actionneurs piézoélectriques 14, un circuit inductif passif (schématisé par un bloc 3 en ), dimensionné pour former un système auto adaptatif sans asservissement. Ce circuit inductif est un circuit parallèle-série constitué d’au moins un élément inductif en parallèle avec les actionneurs, c’est-à-dire reliant entre-elles les bornes de chaque actionneur, et d’au moins un élément inductif en série avec les actionneurs, c’est-à-dire, intercalé entre une borne de sortie du circuit de commande et une borne de chaque actionneur 14. En pratique, dans une interface haptique du type auxquels s'appliquent les modes de réalisation décrits, le nombre d'actionneurs 14 fixés à la plaque 10 peut-être par exemple compris entre 10 et 100.According to the embodiments described, it is planned to interpose, between the control circuit 2 and the piezoelectric actuators 14, a passive inductive circuit (shown schematically by a block 3 in ), sized to form a self-adaptive system without servo-control. This inductive circuit is a parallel-series circuit consisting of at least one inductive element in parallel with the actuators, i.e. connecting the terminals of each actuator together, and at least one inductive element in series with the actuators, i.e. intercalated between an output terminal of the control circuit and a terminal of each actuator 14. In practice, in a haptic interface of the type to which the described embodiments apply, the number of actuators 14 fixed to the plate 10 may for example be between 10 and 100.

La représente un schéma électrique équivalent d’un dispositif haptique comprenant un circuit inductif passif 3 selon un mode de réalisation.There represents an equivalent electrical diagram of a haptic device comprising a passive inductive circuit 3 according to one embodiment.

L’ensemble constitué des actionneurs piézoélectriques 14 et de la plaque 10 constitue un système électromécanique qui peut être modélisé par une branche, dite motionnelle, en parallèle avec une branche, dite statique. La branche motionnelle modélise le comportement vibratoire (la résonance mécanique) et comporte, en série, une résistance Rm, une capacité Cm et une inductance Lm. La branche statique modélise le comportement électromagnétique, lié aux capacités des matériaux diélectriques (typiquement de la céramique) entre les électrodes des actionneurs, et est constituée d'une capacité C0. De façon simplifiée, la valeur de la résistance Rm est liée à l’écartement entre les deux bandes d’actionneurs 14 (la longueur ou la largeur de la plaque selon les deux côtés opposés où sont disposés les actionneurs) et la capacité C0 représente la capacité équivalente des diélectriques de tous les actionneurs 14 en parallèle. Toujours de façon simplifiée, la capacité Cm est liée à l'élasticité de la plaque entre les deux bandes d’actionneurs et l’inductance Lm est liée à l'inertie de la plaque entre les deux bandes d’actionneurs.The assembly consisting of the piezoelectric actuators 14 and the plate 10 constitutes an electromechanical system that can be modeled by a branch, called motional, in parallel with a branch, called static. The motional branch models the vibration behavior (mechanical resonance) and comprises, in series, a resistance Rm, a capacitance Cm and an inductance Lm. The static branch models the electromagnetic behavior, linked to the capacitances of the dielectric materials (typically ceramic) between the electrodes of the actuators, and consists of a capacitance C0. In simplified terms, the value of the resistance Rm is linked to the spacing between the two strips of actuators 14 (the length or the width of the plate according to the two opposite sides where the actuators are arranged) and the capacitance C0 represents the equivalent capacitance of the dielectrics of all the actuators 14 in parallel. Still in a simplified way, the capacitance Cm is linked to the elasticity of the plate between the two actuator strips and the inductance Lm is linked to the inertia of the plate between the two actuator strips.

Dans l'exemple de la , on suppose que les électrodes 142 et 144 sont reliées, par l'intermédiaire du circuit inductif passif 3, au circuit de commande 2.In the example of the , it is assumed that the electrodes 142 and 144 are connected, via the passive inductive circuit 3, to the control circuit 2.

Le circuit de commande, non détaillé, fournit un signal de commande entre deux bornes 22 et 24. Ce signal de commande a par exemple la forme d'un signal alternatif, par exemple carré, à une fréquence f, de tension (U0).The control circuit, not detailed, provides a control signal between two terminals 22 and 24. This control signal has for example the form of an alternating signal, for example square, at a frequency f, of voltage (U0).

Le circuit 3 forme une inductance parallèle (élément inductif Lp) en parallèle avec le condensateur C0, c'est-à-dire dont les bornes ou extrémités 32 et 34 sont reliées, de préférence connectées, aux électrodes 142 et 144, et une inductance série (élément inductif Ls) reliant l'une des bornes de l'élément inductif parallèle, par exemple la borne 32 (donc l'électrode 142), à une des bornes de sortie, par exemple la borne 22, du circuit de commande 2. L'autre borne de l'élément inductif parallèle Lp, par exemple la borne 34 (donc l'électrode 144), est reliée à l'autre borne de sortie, par exemple la borne 24, du circuit de commande 2.Circuit 3 forms a parallel inductance (inductive element Lp) in parallel with capacitor C0, i.e. whose terminals or ends 32 and 34 are connected, preferably connected, to electrodes 142 and 144, and a series inductance (inductive element Ls) connecting one of the terminals of the parallel inductive element, for example terminal 32 (therefore electrode 142), to one of the output terminals, for example terminal 22, of control circuit 2. The other terminal of parallel inductive element Lp, for example terminal 34 (therefore electrode 144), is connected to the other output terminal, for example terminal 24, of control circuit 2.

Le signal alternatif carré de tension U0 fourni par le circuit 2 est transformé, par exemple par l'effet de filtrage de l'élément inductif Ls, en signal alternatif sinusoïdal de tension Up aux bornes 142 et 144 des actionneurs piézoélectriques 14. Le courant circulant dans la branche motionnelle, ou série, du système constitué des actionneurs 14 et de la plaque 10 est, dans la présente description, noté Im. Ce courant Im est proportionnel à l’amplitude de vibration sous l’effet du signal de commande et est donc représentatif du comportement vibratoire du système.The square alternating signal of voltage U0 provided by the circuit 2 is transformed, for example by the filtering effect of the inductive element Ls, into a sinusoidal alternating signal of voltage Up at the terminals 142 and 144 of the piezoelectric actuators 14. The current flowing in the motional branch, or series, of the system consisting of the actuators 14 and the plate 10 is, in the present description, denoted Im. This current Im is proportional to the vibration amplitude under the effect of the control signal and is therefore representative of the vibration behavior of the system.

Selon les modes de réalisation décrits, on prévoit de dimensionner les éléments inductifs Lp et Ls en fonction des caractéristiques du système électromécanique de sorte que le courant Im (dans la branche motionnelle) soit, autour de la fréquence de résonance mécanique du système, peu sensible aux variations de la fréquence du signal d’excitation et de l’impédance du système électromécanique. Plus précisément, on prévoit de dimensionner les éléments inductifs Lp et Ls de sorte que le courant Im varie de moins de +/- 25% dans une plage de +/- 1kHz autour de la fréquence de résonance pour des variations de +/- 5% de la fréquence de résonance et de +/- 50% de l'impédance.According to the embodiments described, it is planned to size the inductive elements Lp and Ls according to the characteristics of the electromechanical system so that the current Im (in the motion branch) is, around the mechanical resonance frequency of the system, insensitive to variations in the frequency of the excitation signal and the impedance of the electromechanical system. More precisely, it is planned to size the inductive elements Lp and Ls so that the current Im varies by less than +/- 25% in a range of +/- 1kHz around the resonance frequency for variations of +/- 5% of the resonance frequency and +/- 50% of the impedance.

En pratique, cela conduit à dimensionner l’inductance série Ls pour que sa valeur soit nettement supérieure (au moins dix fois supérieure) au rapport entre la résistance Rm et la pulsation de résonance mécanique ω0 du système (actionneurs + plaque).In practice, this leads to dimensioning the series inductance Ls so that its value is significantly higher (at least ten times higher) than the ratio between the resistance Rm and the mechanical resonance pulsation ω0 of the system (actuators + plate).

Selon un mode de mise en œuvre d’un procédé de dimensionnement d’un circuit inductif passif 3, on prévoit, après avoir déterminé les valeurs des éléments C0, Rm, Cm et Lm du système électromagnétique, et la fréquence f0 ou pulsation ω0 de la résonance mécanique, de dimensionner les éléments Lp et Ls en exploitant les formules suivantes :
[Math 1]
(1) [Math 2]
soit (2) [Math 3]
par exemple et (3)
[Math 4]
(4) Les paramètres du système électromécanique peuvent être déterminés par des mesures de la réponse électrique des actionneurs, par exemple des mesures de tension et/ou de courant et/ou d’impédance.
According to an embodiment of a method for dimensioning a passive inductive circuit 3, it is planned, after having determined the values of the elements C0, Rm, Cm and Lm of the electromagnetic system, and the frequency f0 or pulsation ω0 of the mechanical resonance, to dimension the elements Lp and Ls by using the following formulas:
[Math 1]
(1) [Math 2]
either (2) [Math 3]
For example and (3)
[Math 4]
(4) The parameters of the electromechanical system can be determined by measurements of the electrical response of the actuators, for example voltage and/or current and/or impedance measurements.

A titre d’exemple, la capacité C0 est estimée par des mesure à basse fréquence en dehors de la ou des plages de résonance mécanique, et l’impédance Zm de la branche motionnelle est estimée à la fréquence de résonance mécanique du système. Les valeur Rm, Cm et Lm sont par exemple déduites d’une mesure de l’impédance Zm à l’aide d’un impédancemètre en utilisant des équations qui seront décrites ultérieurement. La fréquence de résonance mécanique f0 dépend de la géométrie de la plaque 10 et de la disposition des actionneurs piézoélectriques 14. Afin d’obtenir l’effet de vibration ultrasonore souhaité, le système électromécanique est adapté géométriquement pour une fréquence de résonance mécanique de préférence comprise entre 20 kHz et 200 kHz, plus préférentiellement comprise entre 65 et 90 kHz.For example, the capacitance C0 is estimated by low-frequency measurements outside the mechanical resonance range(s), and the impedance Zm of the motional branch is estimated at the mechanical resonance frequency of the system. The values Rm, Cm and Lm are for example deduced from a measurement of the impedance Zm using an impedance meter using equations that will be described later. The mechanical resonance frequency f0 depends on the geometry of the plate 10 and the arrangement of the piezoelectric actuators 14. In order to obtain the desired ultrasonic vibration effect, the electromechanical system is geometrically adapted for a mechanical resonance frequency preferably between 20 kHz and 200 kHz, more preferably between 65 and 90 kHz.

La représente un schéma électrique équivalent d’une interface haptique associée à un circuit inductif passif 3 selon un autre mode de réalisation.There represents an equivalent electrical diagram of a haptic interface associated with a passive inductive circuit 3 according to another embodiment.

Selon ce mode de réalisation, on utilise un transformateur pour amplifier, d'un facteur correspondant au rapport de transformation N, l'amplitude du signal de commande fourni par le circuit 2 pour commander (piloter) les céramiques piézoélectriques.According to this embodiment, a transformer is used to amplify, by a factor corresponding to the transformation ratio N, the amplitude of the control signal provided by the circuit 2 to control (drive) the piezoelectric ceramics.

Par rapport au mode de réalisation de la , on introduit un transformateur inductif 4, de rapport de transformation N, dans le circuit de commande de l’actionneur piézoélectrique 14. Dans ce mode de réalisation, l’inductance parallèle Lp correspond alors à l’enroulement primaire du transformateur. L’enroulement secondaire du transformateur est en parallèle avec l’ensemble des actionneurs, c’est-à-dire relié, de préférence connecté, aux bornes 142 et 144.Compared to the method of realization of the , an inductive transformer 4, with a transformation ratio N, is introduced into the control circuit of the piezoelectric actuator 14. In this embodiment, the parallel inductance Lp then corresponds to the primary winding of the transformer. The secondary winding of the transformer is in parallel with all of the actuators, i.e. connected, preferably connected, to terminals 142 and 144.

Les relations (1) à (4) mentionnées ci-dessus restent valables pourvu de considérer les valeurs C0, Rm et Cm intervenant dans ces formules comme étant les valeurs ramenées au primaire du transformateur, soit respectivement N2C0, Rm/N2et N2Cm.Relations (1) to (4) mentioned above remain valid provided that the values C0, Rm and Cm appearing in these formulas are considered as being the values brought back to the primary of the transformer, i.e. respectively N 2 C0, Rm/N 2 and N 2 Cm.

Dans la description qui suit, on prend pour exemple le cas de la mais tout ce qui est décrit de même que les formules se transposent au cas de la en appliquant les valeurs ramenées au primaire, l’impédance Zm de la branche motionnelle vue du primaire étant alors divisée par N2.In the following description, we take as an example the case of the but everything that is described as well as the formulas transposes to the case of the by applying the values brought back to the primary, the impedance Zm of the motional branch seen from the primary being then divided by N 2 .

Que ce soit dans le cas de la ou dans celui de la , un signal alternatif carré de tension U0ayant, en régime harmonique une forme :
[Math 5]
(5)
conduit à une tension Up aux bornes de la charge constituée du système électromagnétique (actionneurs piézoélectriques + plaque) ayant pour valeur absolue :
[Math 6]
(6)
où Z représente l’impédance de la charge de partie imaginaire Im{Z} et de partie réelle Re{Z} et peut également s’écrire :
[Math 7]
(7)
où Zm représente l’impédance de la branche motionnelle et peut s’écrire :
[Math 8]
(8)
ou encore :
[Math 9]
(9)
avec :
[Math 10]
(10)
Whether in the case of the or in that of the , a square alternating signal of voltage U 0 having, in harmonic mode, a form:
[Math 5]
(5)
leads to a voltage Up at the terminals of the load consisting of the electromagnetic system (piezoelectric actuators + plate) having the absolute value:
[Math 6]
(6)
where Z represents the impedance of the load with imaginary part Im{Z} and real part Re{Z} and can also be written:
[Math 7]
(7)
where Zm represents the impedance of the motional branch and can be written:
[Math 8]
(8)
or even:
[Math 9]
(9)
with :
[Math 10]
(10)

En présence du transformateur 4, les relations (6) à (10) restent valables pourvu que, à l’instar des paramètres C0, R0 et Cm de la charge, la valeur de l’inductance Lm soit celle ramenée au primaire du transformateur, soit Lm/N2.In the presence of transformer 4, relations (6) to (10) remain valid provided that, like the parameters C0, R0 and Cm of the load, the value of the inductance Lm is that brought back to the primary of the transformer, i.e. Lm/N 2 .

Selon un mode de mise en œuvre du procédé de dimensionnement du circuit inductif passif, on commence par déterminer les paramètres C0, Rm, Cm et Lm. Pour cela, on effectue des mesures de l’impédance Z de la charge, par exemple par un impédancemètre sur une bande de fréquences relativement large, par exemple comprise entre 10 kHz et 100 kHz, et on en extrait les paramètres C0, Rm, Lm et Cm par méthode inverse sur la base des équations (7) et (8). On détermine ensuite la fréquence de résonance mécanique ω0 à partir de l’équation (10).According to one method of implementing the passive inductive circuit dimensioning method, the parameters C0, Rm, Cm and Lm are first determined. To do this, measurements of the impedance Z of the load are carried out, for example by an impedance meter over a relatively wide frequency band, for example between 10 kHz and 100 kHz, and the parameters C0, Rm, Lm and Cm are extracted by the inverse method on the basis of equations (7) and (8). The mechanical resonance frequency ω0 is then determined from equation (10).

Une fois ces déterminations effectuées, on dimensionne l’inductance série Ls à partir de l’équation (1) afin qu’à la résonance mécanique, l’effet de la charge sur le courant Im soit négligeable et obtenir ainsi un effet auto adaptatif.Once these determinations have been made, the series inductance Ls is sized from equation (1) so that at mechanical resonance, the effect of the load on the current Im is negligible and thus obtains a self-adaptive effect.

Pour que le système électromécanique présente une réponse vibratoire variant peu ou qui soit quasi-constante autour de la fréquence de résonance mécanique, on dimensionne l’inductance Lp pour que la fréquence représentant, pour le système, le minimum de l’amplitude de vibration, corresponde à la fréquence de résonance mécanique f0. La relation entre cette pulsation ωa à l’amplitude minimum de vibration et la pulsation ω0 de résonance mécanique est donnée par l’équation suivante :
[Math 11]
(11)
In order for the electromechanical system to have a vibration response that varies little or is quasi-constant around the mechanical resonance frequency, the inductance Lp is sized so that the frequency representing, for the system, the minimum of the vibration amplitude, corresponds to the mechanical resonance frequency f0. The relationship between this pulsation ωa at the minimum vibration amplitude and the mechanical resonance pulsation ω0 is given by the following equation:
[Math 11]
(11)

Lorsque la pulsation ωa à l’amplitude minimum de vibration et la pulsation ω0 de résonance mécanique sont égales, on obtient l’équation (4).When the pulsation ωa at the minimum vibration amplitude and the pulsation ω0 of mechanical resonance are equal, we obtain equation (4).

La illustre la variation d’amplitude de vibration en fonction de la fréquence pour un système usuel et pour un système selon les modes de réalisation décrits.There illustrates the variation of vibration amplitude as a function of frequency for a conventional system and for a system according to the embodiments described.

On suppose le cas d’une interface haptique dont la fréquence de résonance mécanique est d’environ 68 kHz. Dans un système classique (sans circuit inductif passif auto adaptatif), l’amplitude de vibration 51 représentée ici par le rapport Im/ω présente un pic à la résonance mécanique f0 et l’amplitude maximale de vibration est donc obtenue en faisant coïncider la fréquence du signal de commande à la fréquence de résonance mécanique f0. Par contre, cette amplitude est très sensible aux variations de fréquence. Avec un circuit inductif passif 3 tel que décrit, l’allure de l’amplitude de vibration 53 présente deux pics correspondant aux fréquences fe de résonance électrique du circuit inductif associé à la capacité C0 de part et d’autre de la fréquence f0 de résonance mécanique, cette dernière représentant un minimum entre ces deux fréquences fe.We assume the case of a haptic interface whose mechanical resonance frequency is approximately 68 kHz. In a conventional system (without a self-adaptive passive inductive circuit), the vibration amplitude 51 represented here by the ratio Im/ω has a peak at the mechanical resonance f0 and the maximum vibration amplitude is therefore obtained by making the frequency of the control signal coincide with the mechanical resonance frequency f0. On the other hand, this amplitude is very sensitive to frequency variations. With a passive inductive circuit 3 as described, the shape of the vibration amplitude 53 has two peaks corresponding to the electrical resonance frequencies fe of the inductive circuit associated with the capacitance C0 on either side of the mechanical resonance frequency f0, the latter representing a minimum between these two frequencies fe.

En faisant, grâce au dimensionnement décrit, coïncider la fréquence du minimum de vibration entre les deux pics de résonance électrique à la fréquence de résonance mécanique f0, on obtient une variation d’amplitude minimale autour de cette fréquence f0. Le prix à payer est une consommation plus élevée. Cependant, l'avantage que cela représente en termes de stabilité le justifie. Les modes de réalisation décrits sont toutefois plus particulièrement adaptés à des systèmes pour lesquelles la consommation d’énergie n’est pas un enjeu critique. C’est le cas, par exemple, des équipements pour véhicules automobiles comme par exemple les tableaux de bord.By making the frequency of the minimum vibration between the two electrical resonance peaks coincide with the mechanical resonance frequency f0 using the described dimensioning, a minimum amplitude variation around this frequency f0 is obtained. The price to pay is higher consumption. However, the advantage that this represents in terms of stability justifies it. The embodiments described are, however, more particularly suited to systems for which energy consumption is not a critical issue. This is the case, for example, for equipment for motor vehicles such as dashboards.

Les figures 6A, 6B, 7A et 7B illustrent la modification de la réponse en fréquence du système suivant les modes de réalisation décrits, induite par une variation de l’amortissement mécanique, par exemple sous l’effet de la température ou d'une perturbation mécanique extérieure (comme un doigt ou tout objet qui entrerait en contact avec le système). Cette variation est simulée par une variation de la résistance Rm dans le modèle électrique.Figures 6A, 6B, 7A and 7B illustrate the modification of the frequency response of the system according to the embodiments described, induced by a variation of the mechanical damping, for example under the effect of the temperature or of an external mechanical disturbance (such as a finger or any object which would come into contact with the system). This variation is simulated by a variation of the resistance Rm in the electrical model.

Les figures 6A et 6B représentent des allures de la tension Up en fonction de la fréquence pour plusieurs valeurs de résistance Rm. Les figures 7A et 7B illustrent les amplitudes de vibration correspondantes.Figures 6A and 6B show the voltage Up as a function of frequency for several resistance values Rm. Figures 7A and 7B illustrate the corresponding vibration amplitudes.

Les figures 6A et 7A illustrent le cas d’un système usuel. La tension Up reste constante (allure 61, ) car elle ne subit que le transformateur 4. Sur le plan de l’amplitude de vibration ( ), celle-ci est, à la fréquence de résonance mécanique f0, très sensible à la variation de résistance et décroit avec l'augmentation de la résistance Rm. Les allures 70, 71, 72, 73 et 74 correspondent à des valeurs de résistance Rm respectives de 40, 80, 120, 160 et 200 ohms.Figures 6A and 7A illustrate the case of a usual system. The voltage Up remains constant (speed 61, ) because it only undergoes transformer 4. In terms of vibration amplitude ( ), this is, at the mechanical resonance frequency f0, very sensitive to the variation in resistance and decreases with the increase in resistance Rm. The speeds 70, 71, 72, 73 and 74 correspond to respective resistance values Rm of 40, 80, 120, 160 and 200 ohms.

Les figures 6B et 7B illustrent le cas d’un système équipé d’un circuit inductif passif tel que décrit. On constate alors que, pour une même valeur de tension U0, la tension Up varie pour présenter un minimum à la fréquence de résonance mécanique f0. Ce minimum est très sensible à la valeur de la résistance Rm. Cet effet compense la perte d’amplitude de vibration, qui devient quasiment insensible à des variations de la résistance Rm. Les allures 65, 66, 67, 68 et 69 ( ) correspondent à des valeurs de résistance Rm respectives de 40, 80, 120, 160 et 200 ohms. Les allures 75, 76, 77, 78 et 79 ( ) correspondent à des valeurs de résistance Rm respectives de 40, 80, 120, 160 et 200 ohms.Figures 6B and 7B illustrate the case of a system equipped with a passive inductive circuit as described. It can then be seen that, for the same voltage value U0, the voltage Up varies to present a minimum at the mechanical resonance frequency f0. This minimum is very sensitive to the value of the resistance Rm. This effect compensates for the loss of vibration amplitude, which becomes almost insensitive to variations in the resistance Rm. Shapes 65, 66, 67, 68 and 69 ( ) correspond to respective resistance values Rm of 40, 80, 120, 160 and 200 ohms. The speeds 75, 76, 77, 78 and 79 ( ) correspond to respective resistance values Rm of 40, 80, 120, 160 and 200 ohms.

Les figures 8A, 8B, 9A et 9B illustrent la modification de la réponse en fréquence du système suivant les modes de réalisation décrits, induite par une variation de la fréquence de résonance mécanique, par exemple sous l’effet de la température ou d’une variation non-linéaire de l'élasticité des matériaux constituant le système ou encore l’effet d’une perturbation mécanique extérieure (comme un doigt ou tout objet entrant en contact avec le système). Cette variation est simulée par une variation de la capacité Cm dans le modèle électrique.Figures 8A, 8B, 9A and 9B illustrate the modification of the frequency response of the system according to the embodiments described, induced by a variation of the mechanical resonance frequency, for example under the effect of temperature or a non-linear variation of the elasticity of the materials constituting the system or the effect of an external mechanical disturbance (such as a finger or any object coming into contact with the system). This variation is simulated by a variation of the capacitance Cm in the electrical model.

Les figures 8A et 8B représentent des allures du rapport de la tension Up sur la tension U0 en fonction de la fréquence pour plusieurs valeurs de capacité Cm. Les figures 9A et 9B illustrent les amplitudes de vibration correspondantes.Figures 8A and 8B show the shapes of the ratio of the voltage Up to the voltage U0 as a function of the frequency for several values of capacitance Cm. Figures 9A and 9B illustrate the corresponding vibration amplitudes.

Les figures 8A et 9A illustrent le cas d’un système usuel. Le rapport Up/U0 reste constant (allure 80, ) car la tension U0 ne subit que le transformateur 4. L'effet de la variation de la fréquence de résonance due à la variation de la capacité Cm est visible sur l’amplitude de vibration ( ) qui présente un pic de résonance se décalant vers les basses fréquences à mesure que la capacité Cm augmente. Les allures 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98 et 99 ( ) correspondent à des valeurs de capacité Cm respectives de 0,41nF, 0,43nF, 0,44nF, 0,45nF, 0,46nF, 0,47nF, 0,48nF, 0,49nF, et 0,51nF (unité nF pour nanofarads).Figures 8A and 9A illustrate the case of a usual system. The Up/U0 ratio remains constant (speed 80, ) because the voltage U0 only undergoes the transformer 4. The effect of the variation of the resonance frequency due to the variation of the capacitance Cm is visible on the vibration amplitude ( ) which has a resonance peak shifting towards low frequencies as the capacitance Cm increases. The 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98 and 99 ( ) correspond to respective capacitance values Cm of 0.41nF, 0.43nF, 0.44nF, 0.45nF, 0.46nF, 0.47nF, 0.48nF, 0.49nF, and 0.51nF (unit nF for nanofarads).

Les et 9B illustrent le cas d’un système équipé d’un circuit inductif passif tel que décrit. On constate que le minimum de tension Up se décale vers les basses fréquences à mesure que la capacité Cm augmente, compensant ainsi l’effet sur l’amplitude de vibration qui devient quasiment insensible à une variation de la fréquence de résonance mécanique. Les allures 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88 et 89 ( ) correspondent à des valeurs de capacité Cm respectives de 0,41nF, 0,43nF, 0,44nF, 0,45nF, 0,46nF, 0,47nF, 0,48nF, 0,49nF, et 0,51nF (unité nF pour nanofarads). Les allures 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108 et 109 ( ) correspondent à des valeurs de capacité Cm respectives de 0,41nF, 0,43nF, 0,44nF, 0,45nF, 0,46nF, 0,47nF, 0,48nF, 0,49nF, et 0,51nF (unité nF pour nanofarads).THE and 9B illustrate the case of a system equipped with a passive inductive circuit as described. It can be seen that the minimum voltage Up shifts towards low frequencies as the capacitance Cm increases, thus compensating for the effect on the vibration amplitude which becomes almost insensitive to a variation in the mechanical resonance frequency. Shapes 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88 and 89 ( ) correspond to respective capacitance values Cm of 0.41nF, 0.43nF, 0.44nF, 0.45nF, 0.46nF, 0.47nF, 0.48nF, 0.49nF, and 0.51nF (unit nF for nanofarads). The shapes 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108 and 109 ( ) correspond to respective capacitance values Cm of 0.41nF, 0.43nF, 0.44nF, 0.45nF, 0.46nF, 0.47nF, 0.48nF, 0.49nF, and 0.51nF (unit nF for nanofarads).

On voit donc qu’avec l’adjonction d’un circuit inductif passif, série/parallèle, on rend le système moins sensible à des variations des conditions environnementales.We can therefore see that with the addition of a passive inductive circuit, series/parallel, the system is made less sensitive to variations in environmental conditions.

Les modes de réalisation décrits sont en outre compatibles avec l’adjonction d’une boucle de régulation ou d'asservissement de la fréquence d’excitation du système. Cela permet d’optimiser le fonctionnement de l’interface sans nuire aux ressources de calcul. En effet, grâce au circuit auto adaptatif, les besoins d’ajustement en fréquence sont moindres et la boucle de régulation en fréquence n’a plus besoin d’être réalisée en temps réel. Elle est donc moins gourmande en ressources de calcul.The embodiments described are also compatible with the addition of a loop for regulating or controlling the excitation frequency of the system. This makes it possible to optimize the operation of the interface without harming the computing resources. Indeed, thanks to the self-adaptive circuit, the frequency adjustment requirements are reduced and the frequency regulation loop no longer needs to be performed in real time. It is therefore less demanding in computing resources.

A titre d'exemple, on peut prévoir que ce circuit d’asservissement de la fréquence comporte un ou plusieurs capteurs piézoélectriques, par exemple placés sur un des actionneurs piézoélectriques et/ou sur la plaque. Ce ou ces capteurs sont configurés pour mesurer une tension, et le déphasage entre cette tension, et la tension Up aux bornes de l'ensemble actionneurs et plaque ou la tension U0 fournie par le circuit d'application d'une tension alternative, est utilisé pour asservir la fréquence de pilotage.As an example, it may be provided that this frequency control circuit comprises one or more piezoelectric sensors, for example placed on one of the piezoelectric actuators and/or on the plate. This or these sensors are configured to measure a voltage, and the phase shift between this voltage, and the voltage Up at the terminals of the actuator and plate assembly or the voltage U0 provided by the circuit for applying an alternating voltage, is used to control the control frequency.

A titre d’exemples particuliers de réalisation, un dispositif haptique comportant une plaque ayant une longueur comprise entre 15 et 40 centimètres et une largeur comprise entre 10 et 20 centimètres, et deux bandes d’une vingtaine d’actionneurs piézoélectriques peut présenter les paramètres suivants :
Capacité C0 : entre 10 et 40 nF ;
Résistance Rm : entre 10 et 70 ohms ;
Inductance Lm : entre 5 et 20 mH ;
Capacité Cm : entre 200 et 600 pF ; et
fréquence f0 : entre 60 et 80 kH.
As specific examples of embodiment, a haptic device comprising a plate having a length of between 15 and 40 centimeters and a width of between 10 and 20 centimeters, and two strips of around twenty piezoelectric actuators may have the following parameters:
Capacitance C0: between 10 and 40 nF;
Resistance Rm: between 10 and 70 ohms;
Inductance Lm: between 5 and 20 mH;
Capacitance Cm: between 200 and 600 pF; and
frequency f0: between 60 and 80 kHz.

Un circuit inductif passif 3 peut alors, avec un transformateur ayant un rapport de transformation de l’ordre de 10, par exemple présenter les valeurs suivantes :
inductance série Ls : entre 5 et 20 µH, par exemple de l’ordre de 10 µH ; et
inductance parallèle Lp : entre 200 et 400 µH, par exemple de l’ordre de 300 µH.
A passive inductive circuit 3 can then, with a transformer having a transformation ratio of the order of 10, for example present the following values:
series inductance Ls: between 5 and 20 µH, for example of the order of 10 µH; and
parallel inductance Lp: between 200 and 400 µH, for example of the order of 300 µH.

Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, bien que les modes de réalisation et exemples décrits visent plus particulièrement le domaine des afficheurs des tableaux de bord de véhicule automobile, ils s’appliquent plus généralement à toute interface de retour haptique.Various embodiments and variations have been described. Those skilled in the art will understand that certain features of these various embodiments and variations could be combined, and other variations will occur to those skilled in the art. In particular, although the embodiments and examples described are more specifically aimed at the field of motor vehicle dashboard displays, they apply more generally to any haptic feedback interface.

Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. En particulier, d’autres modes de caractérisation des actionneurs pourront être prévus, pourvu qu’ils permettent d’obtenir des indications sur les paramètres caractéristiques C0, Rm, Cm et Lm. Par ailleurs, bien que l’on ait fait référence à une plaque constituant un écran d’affichage, les modes de réalisation décrits se transposent à une plaque (10) en tout ou partie transparente à laquelle est accolé un écran, ou une plaque non transparente sans écran. La plaque peut être tactile ou non. Plus généralement, la solution décrite s'applique à toute structure haptique comportant une plaque d'interface, par exemple et de façon non limitative :
- une plaque avec ou sans écran ;
- une plaque contre un écran LCD avec actionneurs piézoélectriques (amplifiés ou non) placés sous la plaque ;
- une plaque contre un écran de type OLED (structure multicouche), avec des actionneurs piézoélectriques, amplifiés ou non, placés derrière la structure multicouches de l’écran donc sans contact direct avec la plaque ;
- une plaque contre une autre couche ou structure multicouches sans écran ; ou une plaque contre une autre couche ou structure multicouches avec écran ;
- une plaque avec des actionneurs piézoélectriques, ces actionneurs pouvant être fixés sur une structure d'amplification des vibrations elle-même fixée à la plaque ;
- une plaque couplée à une structure multicouche, par exemple, comprenant un écran d’affichage tactile comportant un système de détection d’un contact ou d’une position d’un point de contact sur l’écran.
Finally, the practical implementation of the embodiments and variants described is within the reach of the person skilled in the art from the functional indications given above. In particular, other modes of characterization of the actuators may be provided, provided that they make it possible to obtain indications on the characteristic parameters C0, Rm, Cm and Lm. Furthermore, although reference has been made to a plate constituting a display screen, the embodiments described are transposed to a plate (10) that is completely or partly transparent to which a screen is attached, or a non-transparent plate without a screen. The plate may or may not be tactile. More generally, the solution described applies to any haptic structure comprising an interface plate, for example and in a non-limiting manner:
- a plate with or without screen;
- a plate against an LCD screen with piezoelectric actuators (amplified or not) placed under the plate;
- a plate against an OLED type screen (multilayer structure), with piezoelectric actuators, amplified or not, placed behind the multilayer structure of the screen therefore without direct contact with the plate;
- a plate against another layer or multilayer structure without a screen; or a plate against another layer or multilayer structure with a screen;
- a plate with piezoelectric actuators, these actuators being able to be fixed on a vibration amplification structure itself fixed to the plate;
- a plate coupled to a multilayer structure, for example, comprising a touch display screen comprising a system for detecting a contact or a position of a contact point on the screen.

Claims (12)

Dispositif à retour haptique comportant une plaque (10) définissant une surface de contact destinée à être touchée par un corps externe (D) et des actionneurs piézoélectriques (14) configurés pour mettre en vibration la plaque (10), les actionneurs piézoélectriques étant reliés en parallèle à un premier élément inductif (Lp) et, à un circuit (2) d’application d’une tension alternative par l’intermédiaire d’un deuxième élément inductif série (Ls),
dans lequel :
- la valeur du deuxième élément inductif (Ls) est choisie pour être au moins dix fois supérieure au rapport entre la résistance électrique équivalente (Rm) de l’ensemble actionneurs et plaque et la pulsation de résonance mécanique (ω0) de cet ensemble ; et
- la valeur Lp du premier élément inductif est choisie par application de la formule suivante :
(4) où Ls représente la valeur du deuxième élément inductif, ω0 la pulsation de résonance mécanique, C0 la capacité statique des actionneurs piézoélectriques (14) et Cm la capacité équivalente de l’ensemble actionneurs et plaque.
Haptic feedback device comprising a plate (10) defining a contact surface intended to be touched by an external body (D) and piezoelectric actuators (14) configured to vibrate the plate (10), the piezoelectric actuators being connected in parallel to a first inductive element (Lp) and to a circuit (2) for applying an alternating voltage via a second series inductive element (Ls),
in which:
- the value of the second inductive element (Ls) is chosen to be at least ten times greater than the ratio between the equivalent electrical resistance (Rm) of the actuator and plate assembly and the mechanical resonance pulsation (ω0) of this assembly; and
- the Lp value of the first inductive element is chosen by applying the following formula:
(4) where Ls represents the value of the second inductive element, ω0 the mechanical resonance pulsation, C0 the static capacitance of the piezoelectric actuators (14) and Cm the equivalent capacitance of the actuator and plate assembly.
Dispositif selon la revendication 1, comportant un transformateur (4) d’amplification de ladite tension alternative, un enroulement primaire (41) du transformateur étant en parallèle avec le premier élément inductif (Lp), un enroulement secondaire du transformateur étant en parallèle avec l’ensemble des actionneurs piézoélectriques.Device according to claim 1, comprising a transformer (4) for amplifying said alternating voltage, a primary winding (41) of the transformer being in parallel with the first inductive element (Lp), a secondary winding of the transformer being in parallel with all of the piezoelectric actuators. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les valeurs de la capacité statique (C0) et de la capacité équivalente de l’ensemble actionneurs et plaque (Cm) correspondent aux valeurs ramenées au primaires du transformateur (4).Device according to claim 2, in which the values of the static capacitance (C0) and of the equivalent capacitance of the actuator and plate assembly (Cm) correspond to the values brought back to the primary of the transformer (4). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comportant en outre un circuit d’asservissement de la fréquence de pilotage des actionneurs (14) pour qu’elle corresponde à la fréquence de résonance mécanique de l’ensemble actionneurs (14) et plaque (10).Device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a circuit for controlling the control frequency of the actuators (14) so that it corresponds to the mechanical resonance frequency of the actuator assembly (14) and plate (10). Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le circuit d'asservissement exploite une mesure de déphasage entre la tension (Up) aux bornes de l’ensemble actionneurs et plaque et la tension (U0) fournie par le circuit (2) d’application d’une tension alternative ou le courant (Im) circulant dans l’ensemble actionneurs et plaque.Device according to claim 4, in which the control circuit uses a measurement of phase shift between the voltage (Up) at the terminals of the actuator and plate assembly and the voltage (U0) supplied by the circuit (2) for applying an alternating voltage or the current (Im) flowing in the actuator and plate assembly. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le circuit d’asservissement comporte au moins un capteur piézoélectrique configuré pour mesurer une tension, le déphasage entre cette tension, et la tension (Up) aux bornes de l'ensemble actionneurs et plaque ou la tension (U0) fournie par le circuit d'application d'une tension alternative, étant utilisé pour asservir la fréquence de pilotage.Device according to claim 5, in which the control circuit comprises at least one piezoelectric sensor configured to measure a voltage, the phase shift between this voltage, and the voltage (Up) at the terminals of the actuator and plate assembly or the voltage (U0) supplied by the circuit for applying an alternating voltage, being used to control the control frequency. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la fréquence de résonance mécanique est comprise entre 20 et 200 kHz, de préférence entre 60 et 80 kHz.Device according to any one of claims 1 to 6, in which the mechanical resonance frequency is between 20 and 200 kHz, preferably between 60 and 80 kHz. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la plaque (10) constitue la plaque d’un écran de tableau de bord d’un véhicule automobile.Device according to any one of claims 1 to 7, in which the plate (10) constitutes the plate of a dashboard screen of a motor vehicle. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la première inductance (Lp) est comprise entre 200 et 400 µH.Device according to any one of claims 1 to 8, in which the first inductance (Lp) is between 200 and 400 µH. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la deuxième inductance (Ls) est comprise entre 5 et 20 µH.Device according to any one of claims 1 to 9, in which the second inductance (Ls) is between 5 and 20 µH. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la plaque (10) est couplée à une structure multicouche.Device according to any one of claims 1 to 10, wherein the plate (10) is coupled to a multilayer structure. Dispositif selon la revendication 11, dans lequel la structure multicouche comprend un écran d’affichage tactile comportant un système de détection d’un contact ou d’une position d’un point de contact sur l'écran.Device according to claim 11, in which the multilayer structure comprises a touch display screen comprising a system for detecting a contact or a position of a contact point on the screen.
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