觸覺控制界面的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種觸覺控制界面，特別是安裝在機動車輛上的觸覺控制界面。
【背景技術】
[0002] 為了改善機動車輛的工效學，并且允許訪問多種功能而不會使不同控制單元（儀 表盤，駕駛柱控制件，中央控制臺，等）超載，制造商越來越多地使用聯(lián)接到顯示屏的觸覺 界面，并且允許用戶從一個簡單的、統(tǒng)一的界面訪問多個功能或控制，從而得到精確的控制 單元。此外，為了與汽車行業(yè)兼容，這種類型的界面必須可靠且限制成本。

【發(fā)明內容】

[0003] 為了獲得這種類型的界面，本發(fā)明涉及一種觸覺控制界面，其包括外表面和用于 定位用戶的手指在該外表面上的壓力的裝置，其中外表面由剛性板制成，且該定位裝置包 括：
[0004] -至少三個力傳感器，其上連接板，且配置為測量基本垂直于板的平面的方向上的 力，
[0005] -計算裝置，基于所述至少三個力傳感器提供的測量，計算板上的手指壓力的位 置。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個不同方面，該計算裝置配置為通過基于所述至少三個力傳感器 提供的測量的三角測量確定該板上該手指壓力的位置。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該觸覺控制界面包括至少四個力傳感器，其中該計算 裝置配置為，經由交替使用該至少四個力傳感器中的三個傳感器的不同組合，而通過基于 三個力傳感器的三角測量進行多個定位。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一個不同方面，該計算裝置配置為通過使用不用于該三角測量的力 傳感器提供的測量來估算環(huán)境參數(shù)。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該計算裝置配置為通過確定由不同對力傳感器的連續(xù) 兩個力傳感器提供的測量的重心來定位壓力點。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個不同方面，該力傳感器為壓電傳感器。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該壓電傳感器是由約為橢圓形形狀的結構機械地放大 的傳感器，該壓電元件沿著該橢圓的長軸設置，且沿著該橢圓的短軸施加測量的力。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該力傳感器的至少一個配置為向該用戶發(fā)送觸覺反 饋。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個不同方面，該定位裝置配置為確定用戶的壓力的力度。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該觸覺界面還包括面向該板設置的顯示屏，所述板是 透明的。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該計算裝置包括微控制器。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個不同方面，該力傳感器的分布方式為，位于該外表面上的面對 該力傳感器的點的重心不同于所述外表面的幾何中心，且該定位裝置配置為考慮該力傳感 器的位置以確定用戶的壓力的位置。
[0017] 結合附圖，通過下面給出的描述，以一個象征性的但非限制性的方式示范一個可 能的實施例，將使本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點變得明顯易懂。
【附圖說明】
[0018] 在這些附圖中：
[0019] 圖1是包括三個力傳感器的觸覺界面的示意圖；
[0020] 圖2是包括四個力傳感器的觸覺界面的示意圖；
[0021] 圖3是放大壓電力傳感器的示意圖；
[0022] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的觸覺界面的俯視圖；
[0023] 圖5是具有主菜單屏顯的觸覺界面的正視圖。
【具體實施方式】
[0024] 在這些圖中，相同的標記編號對應著具有相同功能的元件。此外，標記包括了數(shù)字 和字母，數(shù)字表示具有相同功能的一類元件，反之，字母表示該類的特定元素，例如，元件5a 是一個以標記5表示的一類力傳感器的特定元件。
[0025] 本發(fā)明的實施例涉及一種觸覺控制界面1，其包括外表面或觸覺表面2,用戶的手 指按壓在其上以引起控制，以及壓力的定位裝置。外表面2由剛性板3制成。定位裝置包 括力傳感器5,其上連接剛性板3。剛性板理解為，在位于所述板上的壓力的影響下，相對于 力傳感器5的變形，變形可忽略不計的板，因此，用戶手指的壓力完全傳遞給力傳感器5。例 如，剛性板3由聚碳酸酯或玻璃制成。因此，通過使用關于剛性板3的表面的位置已知的至 少三個力傳感器5,通過力傳感器5提供的力的測量可推斷出在剛性板3上的壓力點的位 置。從由傳感器提供的測量到壓力的位置的這個推斷示例性地通過三角測量實施。壓力點 的位置可能是靜態(tài)的或者動態(tài)的，即在板3上的手指的運動或滑動也被確定。
[0026] 圖1是使用三個力傳感器5的一個實施例，三個力傳感器5以非對齊的方式設置 在板3的周界上。周界上的傳感器的布置使顯示屏與觸覺控制界面能夠相關聯(lián)，但如果觸 覺控制不包括顯示屏，力傳感器5也可以設置在剛性板3的中心。定位裝置5還包括計算 裝置，例如，微控制器，使用于處理由力傳感器提供的測量的計算性能成為必要的，例如，與 三角測量關聯(lián)的計算。觸覺控制界面1通常具有矩形形狀，如圖1所示，但也可使用其他形 狀。
[0027] 力傳感器5配置為測量幾乎在板3的平面的法線方向上的力，例如壓電傳感器?？?使用放大壓電傳感器以改善觸覺控制界面1的靈敏性。圖3是包括約為橢圓形形狀的金屬 結構9的放大壓電傳感器7的不意圖，該金屬結構9包括彼此相互垂直的長軸和短軸。壓 電元件11沿橢圓的長軸設置。傳感器7的靈敏軸（即沿其測量力的軸）對應于橢圓的短 軸。沿箭頭13所示的短軸施加的弱力導致箭頭15所示的長軸受到壓迫，從而與簡單的壓 電傳感器相比，能夠改善傳感器的靈敏性。
[0028] 根據(jù)第二實施例，觸覺界面1包括四個力傳感器5,例如，如圖2所示在板3的四個 拐角。力傳感器用5a、5b、5c和5d表示。三個傳感器通過三角測量足以進行壓力點的確定， 但使用四個傳感器不但使靜態(tài)定位得以改善，而且使動態(tài)定位得以改善。為了做到這點，在 一個給定的時間，通過基于由三個力傳感器5 (例如5a、5b和5c)提供的測量的三角測量進 行定位，然后在后面的時間使用傳感器5b、5c和5d定位。因此，三個傳感器的四種可能的 組合被交替使用，從而改善了定位的質量并且補償了力傳感器5的任意偏移。此外，沒有用 于三角測量的傳感器可以用來進行環(huán)境參數(shù)的測量，這些環(huán)境參數(shù)可通過三角測量對定位 產生不利影響，例如振動的存在。必須注意，可以使用大量的力傳感器5,從而能夠更進一步 地改善壓力的定位質量。
[0029] 可選擇地，通過使用以非平行方式設置的至少兩對傳感器計算由兩個力傳感器5 提供的測量值的重心可確定壓力區(qū)域的位置。例如，確定傳感器5a和5b之間的重心，其提 供壓力區(qū)域所在的第一軸線，這個軸線與穿過傳感器5a和5b的直線垂直，隨后或者同時 地，確定傳感器5b和5c之間的重心，其提供壓力區(qū)域所在的第二軸線，這兩個軸線之間的 交點對應觸覺表面2上的壓力的地理位置。還通過整合板3可能表現(xiàn)的均勻性差，計算其 他對傳感器的重心能夠改善支撐區(qū)域的定位的質量和可靠性。
[0030] 此外，必須注意，對于不同的實施例，力傳感器5的位置可對應于"均勻"分布，在 "均勻"分布中面對力傳感器5的觸覺表面2的點的重心對應于觸覺表面2的幾何中心，即 表面的所有點的重心。例如，在一個矩形表面具有四個傳感器的情況下，該傳感器將被放置 在四條邊的中心或在四個拐角處，并且?guī)缀沃行膶诰匦蔚膶蔷€交點。在面對力傳 感器5的觸覺表面2的點的重心將與板3的幾何中心不同的情形下，例如考慮到板3結構 的非均勻性（板3的不同厚度或者不同材料），板的某些區(qū)域存在的限制（例如，由于板連 接到控制界面的結構上）或者為了改善觸覺表面2的某些區(qū)域的靈敏性，該分布也可能是 "不均勻或非均勻的"。事實上，在一些實施例中，僅有一部分板3可用作觸覺控制，使得力 傳感器5被布置為用于實現(xiàn)該區(qū)域中增加的靈敏性。
[0031] 此外，尤其對壓電傳感器而言，力傳感器5可用于向用戶提供觸覺反饋，以向所述 用戶表明該控制確已被選擇或確認。觸覺反饋在于引起剛性板3的振動。為了這個目的， 使用一個或者多個力傳感器5向剛性板3傳輸振