本發(fā)明涉及一種具有改進(jìn)的力覺再現(xiàn)的力覺接口。

背景技術(shù)：

力覺接口能夠采用由用戶操作的旋轉(zhuǎn)按鈕的形式，在這種情況下，接口根據(jù)驅(qū)動(dòng)按鈕的角位置和用戶所施加的運(yùn)動(dòng)來向用戶反向施加一阻扭矩，由此使得能夠限定用戶在轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕時(shí)將感知到的力覺模型(hapticpatterns)。

阻力矩能夠經(jīng)由磁流變流體傳送到按鈕，通過施加磁場(chǎng)對(duì)磁流變流體的表觀黏度進(jìn)行修改以限定預(yù)定義的力覺模型。在這種配置中，力覺感覺是按鈕的位置的角函數(shù)，一定的力覺模型的產(chǎn)生會(huì)受損害感知到的力覺質(zhì)量的不良作用的影響。

例如，在接口要重現(xiàn)停止的情況下，必須在按鈕進(jìn)入被界定為力覺停止的角區(qū)域時(shí)生成顯著的阻力矩。當(dāng)系統(tǒng)處于這種配置時(shí)，系統(tǒng)被鎖定在該穩(wěn)定狀態(tài)。用戶則必須施加荷載以朝相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕、感知粘附感覺，并且必須直到他/她從被限定為力覺感停止的角區(qū)域中出來時(shí)，才能“離開”停止?fàn)顟B(tài)。

文獻(xiàn)us2006/0280575描述了一種采用磁流變流體的力覺接口，其中，接口的旋轉(zhuǎn)軸中設(shè)置有彈簧，該彈簧在按鈕和與磁流變流體相接觸的元件之間引入了相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如此以來，當(dāng)用戶在停止處朝相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕時(shí)，彈簧所導(dǎo)致的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使得軸能夠運(yùn)動(dòng)，然后該運(yùn)動(dòng)可以被軸的角位置傳感器檢測(cè)到。然而，對(duì)彈簧剛度的選擇是比較復(fù)雜的；實(shí)際上，如果彈簧太硬，則用戶必須施加大荷載以抵抗彈簧的剛度，直到可由角位置傳感器檢測(cè)到的最終產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)被生成。相反地，如果彈簧剛度太小，則用戶會(huì)感知到彈簧的剛度，而不是感覺到停止(理論上來說，剛度無窮大)，所產(chǎn)生的停止感覺不具備良好的質(zhì)量。

更一般地，當(dāng)沿一個(gè)方向的力覺模型與沿相反方向的力覺模型不同時(shí)，對(duì)感覺進(jìn)行仿真能夠生成這種粘附感覺，這妨礙了接口的另人滿意的力覺再現(xiàn)。

重現(xiàn)例如停止之類的力覺模型還包括以下缺陷：需要不斷地消耗電力，這是由于需要給線圈供電以創(chuàng)建修改表觀黏度的磁場(chǎng)，從而即使是用戶釋放了按鈕也可生成所尋求的力覺模型，這是因?yàn)椴⑽礄z測(cè)到用戶松開按鈕。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種力覺接口，該力覺接口提供了改進(jìn)的力覺再現(xiàn)，特別地在力覺模型在第一運(yùn)動(dòng)方向和與第一運(yùn)動(dòng)方向相反的第二運(yùn)動(dòng)方向之間變化的情況下，例如在重現(xiàn)停止的情況下。

上述目的通過力覺接口來實(shí)現(xiàn)，該力覺接口包括用于與用戶交互的元件以及用于與流體交互的元件、用于生成可變刺激的裝置、用于測(cè)量用于與用戶交互的元件的當(dāng)前位置的傳感器、以及用于在施加到用于與用戶交互的元件的運(yùn)動(dòng)被用戶和位置測(cè)量傳感器感知之前檢測(cè)用戶的意向行動(dòng)，以確定用戶意圖施加到用于與用戶交互的元件上的運(yùn)動(dòng)方向的裝置，流體的黏度根據(jù)控制刺激而改變，該兩個(gè)交互元件至少以旋轉(zhuǎn)或至少以平移方式進(jìn)行固定。

通過本發(fā)明，盡可能早地獲知用于與用戶交互的元件要運(yùn)動(dòng)的方向，因此使得能夠控制用于生成磁場(chǎng)的裝置。在用于與用戶交互的元件處于停止區(qū)域并且用戶所尋求的運(yùn)動(dòng)方向與該停止的運(yùn)動(dòng)方向?qū)?yīng)的情況下，該磁場(chǎng)保持不變或重新被施加。如果用戶所尋求的運(yùn)動(dòng)方向使得按鈕離開停止區(qū)域，則磁場(chǎng)被減小或抑制。

應(yīng)該注意的是，位置傳感器對(duì)檢測(cè)用戶的意圖而言不夠靈敏。

本發(fā)明使得能夠通過預(yù)期用戶的運(yùn)動(dòng)行動(dòng)來減小、甚至抑制在接口的控制中的空間和時(shí)間延遲。

在磁流變流體的情況下，由于借助于本發(fā)明能夠確定用戶是否保持在在接口上的動(dòng)作，所以能夠減少電力消耗，不再需要施加連續(xù)的磁場(chǎng)。當(dāng)使用電流變流體時(shí)，存在同樣的優(yōu)點(diǎn)。

通過借助于接口的元件的應(yīng)變估算施加到用于與用戶交互的元件上的力來檢測(cè)用戶的意圖。例如在旋轉(zhuǎn)力覺接口的情況下，能夠在連接交互元件的旋轉(zhuǎn)軸上、在用于與流體交互的元件上或者更有利地通過連接到重現(xiàn)力覺模型的元件和框架的附加部分來檢測(cè)扭力矩，并測(cè)量該元件的應(yīng)變。該應(yīng)變例如通過一個(gè)或多個(gè)荷載傳感器來檢測(cè)，荷載傳感器適于確定施加到力覺接口上的扭矩方向以及所施加的扭力矩是否超過給定閾值，若所施加的扭力矩超過給定閾值，則認(rèn)為該用戶有效地意向操作該力覺接口。

對(duì)來自當(dāng)前位置傳感器和用于確定用戶意圖的裝置的信息的組合處理使得能夠應(yīng)用力覺模型。當(dāng)不存在運(yùn)動(dòng)時(shí)，力覺模型取決于用戶的意向動(dòng)作的方向；或者當(dāng)存在運(yùn)動(dòng)時(shí)，力覺模型取決于轉(zhuǎn)速的符號(hào)。力覺模型的這種管理使得按鈕能夠和用于與用戶交互的元件的優(yōu)選運(yùn)動(dòng)方向相關(guān)聯(lián)，在改變方向時(shí)用戶不會(huì)感知到大的寄生荷載。

特別有利地，接口能夠包括適于根據(jù)用于與用戶交互的元件的當(dāng)前位置及用于與用戶交互的元件的驅(qū)動(dòng)速度來調(diào)節(jié)施加到流體的可變刺激的裝置。通過應(yīng)用取決于用于與用戶交互的元件的驅(qū)動(dòng)速度的力覺模型，能夠根據(jù)用于與用戶交互的元件的驅(qū)動(dòng)速度來調(diào)節(jié)(例如增強(qiáng))力覺感。這種調(diào)節(jié)可以涉及對(duì)模型的振幅或形狀的修改。因此，考慮到在選擇力覺模型值時(shí)的驅(qū)動(dòng)速度，改進(jìn)了對(duì)力覺感的控制。例如，當(dāng)驅(qū)動(dòng)速度較高時(shí)防止力覺感的減弱。

因此，本發(fā)明的主題是一種力覺接口，包括：

-用于與用戶交互的元件，適于沿第一方向和第二方向運(yùn)動(dòng)，

-用于與流體交互的元件，該流體的黏度根據(jù)外部刺激而改變，該用于與流體交互的元件和用于與用戶交互的元件至少以平移方式或至少以旋轉(zhuǎn)方式固定在一起，

-測(cè)量裝置，用于測(cè)量用于與用戶交互的元件的當(dāng)前位置，

-制動(dòng)器，包括流體，該流體的黏度根據(jù)外部刺激而改變，以及生成系統(tǒng)，用于在流體中按指令生成所述刺激，該用于與流體交互的元件設(shè)置在流體中，

-控制單元，適于給用于生成所述刺激的所述生成系統(tǒng)生成命令以修改刺激值，以及

-用于檢測(cè)由用戶施加在用于與該用戶交互的元件上的扭矩的裝置，在用于與用戶交互的元件可旋轉(zhuǎn)的情況下，為了確定扭矩的方向以及該扭矩是否大于給定方向上的給定值，至少在檢測(cè)到用于與用戶交互的元件的速度為零或較低時(shí)，控制單元基于所獲得的有關(guān)扭矩的信息來控制用于生成所述刺激的生成系統(tǒng)，或者

-用于檢測(cè)由用戶施加在所述與用戶交互的元件上的荷載的裝置，在用于與用戶交互的元件可平移的情況下，為了確定力的方向以及該力是否大于給定方向上的給定值，至少在檢測(cè)到用于與用戶交互的元件的速度為零或較低時(shí)，控制單元基于所獲得的有關(guān)力的信息來控制用于生成所述刺激的生成系統(tǒng)。

在實(shí)施例的一個(gè)示例中，用于檢測(cè)由用戶施加到所述用于與用戶交互的元件上的扭矩或力的裝置包括至少一個(gè)荷載傳感器，該荷載傳感器優(yōu)選地安裝了預(yù)應(yīng)力。優(yōu)選地，用于檢測(cè)由用戶施加到所述用于與用戶交互的元件上的扭矩或力的裝置包括兩個(gè)荷載傳感器，所述兩個(gè)荷載傳感器被設(shè)置成使得當(dāng)扭矩或力沿第一方向被施加時(shí)，一個(gè)荷載傳感器檢測(cè)荷載，并且當(dāng)扭矩或力沿第二方向被施加時(shí)，另一荷載傳感器檢測(cè)荷載。

在實(shí)施例的另一示例中，用于檢測(cè)由所述用戶施加到所述用于與所述用戶交互的元件上的扭矩或力的裝置包括用于由施加到力覺接口的元件之一上的扭矩或力引起的應(yīng)變的至少一個(gè)傳感器。優(yōu)選地，用于檢測(cè)由所述用戶施加到所述用于與用戶交互的元件上的扭矩或力的裝置包括用于由施加到力覺接口的元件之一上的扭矩或力引起的應(yīng)變的兩個(gè)傳感器，所述應(yīng)變傳感器被設(shè)置成使得當(dāng)扭矩或力沿第一方向被施加時(shí)，一個(gè)荷載傳感器檢測(cè)應(yīng)變，并且當(dāng)扭矩或力沿第二方向被施加時(shí)，另一荷載傳感器檢測(cè)應(yīng)變。

例如，力覺接口能夠包括防護(hù)體，該防護(hù)體被設(shè)置成在由用戶施加到用于與所述用戶交互的元件上的扭矩或力的作用下應(yīng)變，該用于檢測(cè)扭矩或力的裝置與所述防護(hù)體相接觸。

優(yōu)選地，防護(hù)體由使防護(hù)體的應(yīng)變不被用戶感知的材料制成。

荷載傳感器能夠與防護(hù)體點(diǎn)接觸。

力覺接口能夠包括框架，該框架上安裝了用于檢測(cè)扭矩或力的裝置，該防護(hù)體一方面固定到制動(dòng)器上，且另一方面固定到框架上，以使當(dāng)扭矩或力被施加到用于與用戶交互的元件時(shí)防護(hù)體受到應(yīng)變。

荷載傳感器或應(yīng)變傳感器有利地相對(duì)于防護(hù)體進(jìn)行設(shè)置，以使該荷載傳感器對(duì)于扭矩或力的測(cè)量靈敏度被最大化。

在實(shí)施例的一個(gè)示例中，用于與用戶交互的元件可旋轉(zhuǎn)并且被固定在縱軸線的旋轉(zhuǎn)軸上，用于與流體交互的元件以旋轉(zhuǎn)方式固定在旋轉(zhuǎn)軸上，因而旋轉(zhuǎn)扭矩被確定。制動(dòng)器包括圓筒狀殼體，該圓筒狀殼體具有與旋轉(zhuǎn)軸的軸線同軸的圓形橫截面，該防護(hù)體是具有同軸圓形橫截面的圓筒并且關(guān)于殼體同軸地被設(shè)置，并且其中，荷載傳感器或應(yīng)變傳感器設(shè)置在以旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線為圓心的圓上。

在實(shí)施例的另一示例中，用于與用戶交互的元件是可平移的。

例如，流體是磁流變流體，刺激是磁場(chǎng)。

本發(fā)明的另一主題是一種用于控制根據(jù)本發(fā)明的力覺接口的方法，該方法包括以下步驟：

-基于由測(cè)量裝置提供的信息確定用于與用戶交互的元件的速度，該測(cè)量裝置用于測(cè)量與用戶交互的元件的當(dāng)前位置，

-確定施加到用于與用戶交互的元件上的扭矩或力，

-確定用于與用戶交互的元件的當(dāng)前位置，

-如果該速度大于給定速度，則旋轉(zhuǎn)方向即為通過速度給定的方向，并且對(duì)生成刺激的生成系統(tǒng)進(jìn)行控制，以使得應(yīng)用針對(duì)所確定的當(dāng)前位置以及所確定的旋轉(zhuǎn)方向記錄的力覺模型，

-如果速度小于給定速度并且如果扭矩或力大于正閾值或者小于負(fù)閾值，則根據(jù)所確定的扭矩或力來推斷用于與用戶交互的元件的運(yùn)動(dòng)方向，并且對(duì)用于生成刺激的生成系統(tǒng)進(jìn)行控制，以使得根據(jù)針對(duì)該當(dāng)前位置及所推斷的運(yùn)動(dòng)方向記錄的力覺模型來施加刺激。

在所確定的扭矩或力小于給定值的情況下，不對(duì)流體施加刺激。

在實(shí)施例的一個(gè)有利示例中，其中，設(shè)置了適于根據(jù)用于與用戶交互的元件的當(dāng)前位置和用于與用戶交互的元件的驅(qū)動(dòng)速度來調(diào)節(jié)施加到流體的可變刺激的裝置，控制單元能夠至少包括：

-第一數(shù)據(jù)庫，當(dāng)驅(qū)動(dòng)速度的范數(shù)小于或等于第一給定值且不為零、并且用于與用戶交互的元件沿第一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，該第一數(shù)據(jù)庫包含第一力覺模型的值，

-第二數(shù)據(jù)庫，當(dāng)驅(qū)動(dòng)速度的范數(shù)至少等于第二給定值、并且用于與用戶交互的元件沿第一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，該第二數(shù)據(jù)庫包含第二力覺模型的值，

-第三數(shù)據(jù)庫，當(dāng)驅(qū)動(dòng)速度的范數(shù)小于或等于第三給定值且不為零、并且用于與用戶交互的元件沿第二方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，該第三數(shù)據(jù)庫包含第三力覺模型的值，

-第四數(shù)據(jù)庫，當(dāng)驅(qū)動(dòng)速度的范數(shù)至少等于第四給定值、并且用于與用戶交互的元件沿第一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，該第四數(shù)據(jù)庫包含第四力覺模型的值，以及

適于生成命令的裝置，該裝置根據(jù)用于與用戶交互的元件的驅(qū)動(dòng)速度，使用第一和/或第二數(shù)據(jù)庫或者第三和/或第四數(shù)據(jù)庫以基于生成的命令來確定新的力覺模型的值。

在實(shí)施例的又一示例中，控制單元能夠至少包括：

-第一數(shù)據(jù)庫，當(dāng)驅(qū)動(dòng)速度的范數(shù)小于等于第一給定值、并且用于與用戶交互的元件沿第一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，該第一數(shù)據(jù)庫包含第一力覺模型的值，

-第二數(shù)據(jù)庫，當(dāng)驅(qū)動(dòng)速度的范數(shù)至少等于第二給定值、并且用于與用戶交互的元件沿第一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，該第二數(shù)據(jù)庫包含第二力覺模型的值，

-第三數(shù)據(jù)庫，當(dāng)驅(qū)動(dòng)速度的范數(shù)小于或等于第三給定值、并且用于與用戶交互的元件沿第二方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，該第三數(shù)據(jù)庫包含第三力覺模型的值，

-第四數(shù)據(jù)庫，當(dāng)驅(qū)動(dòng)速度的范數(shù)至少等于第四給定值、并且用于與用戶交互的元件沿第一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，該第四數(shù)據(jù)庫包含第四力覺模型的值，以及

適于生成命令的裝置，該裝置根據(jù)用于與用戶交互的元件的驅(qū)動(dòng)速度，使用第一和/或第二數(shù)據(jù)庫或者第三和/或第四數(shù)據(jù)庫、基于生成的命令來確定新的力覺模型的值。

有利地，生成命令的裝置在第一數(shù)據(jù)庫的值和第二數(shù)據(jù)庫的值之間或者在第三數(shù)據(jù)庫的值和第四數(shù)據(jù)庫的值之間應(yīng)用插值法，例如線性插值法。

例如，可以將第二給定速度定義為第一驅(qū)動(dòng)方向上的最大驅(qū)動(dòng)速度，并且將第四給定速度定義為第二驅(qū)動(dòng)方向上的最大驅(qū)動(dòng)速度。

用于確定驅(qū)動(dòng)速度的裝置能夠例如計(jì)算由用于確定當(dāng)前位置的裝置提供的信息的導(dǎo)數(shù)。

在實(shí)施例的一個(gè)示例中，用于與用戶交互的元件是可旋轉(zhuǎn)的并且被固定到縱軸線的旋轉(zhuǎn)軸上，用于與流體交互的元件以旋轉(zhuǎn)方式固定到旋轉(zhuǎn)軸上，用于測(cè)量角位置的裝置包括角位置傳感器。

在將用于與用戶交互的元件的驅(qū)動(dòng)速度考慮在內(nèi)的情況下，控制裝置可以包括以下步驟：

a)確定用于與用戶交互的元件的當(dāng)前位置，

b)確定用于與用戶交互的元件的速度，

c)確定驅(qū)動(dòng)方向，

d)針對(duì)所確定的驅(qū)動(dòng)方向，確定用于所確定的驅(qū)動(dòng)速度的力覺模型的值，

e)給用于生成所述刺激的生成系統(tǒng)生成命令。

在步驟d)中，力覺模型的值可以基于驅(qū)動(dòng)速度小于第一給定值并且不等于零時(shí)力覺模型的第一值和驅(qū)動(dòng)速度至少等于第二給定值時(shí)力覺模型的第二值來確定。

例如，步驟d)是用于通過閾值函數(shù)來計(jì)算用于所確定的驅(qū)動(dòng)速度的力覺模型的所述值的步驟，用于所確定的驅(qū)動(dòng)速度的力覺模型的值是驅(qū)動(dòng)速度小于第一給定值時(shí)力覺模型的第一值或者驅(qū)動(dòng)速度至少等于第二給定值時(shí)力覺模型的第二值。

有利地，該方法可以包括優(yōu)先于步驟d)的步驟，該步驟用于確定用戶在用于與該用戶交互的元件上的意向動(dòng)作。在步驟d)期間，力覺模型的值可以基于驅(qū)動(dòng)速度小于或等于第一給定值及可選地等于零時(shí)力覺模型的第一值和驅(qū)動(dòng)速度至少等于第二給定值時(shí)力覺模型的第二值來確定。

步驟d)可以是通過插值法(例如線性插值法)來計(jì)算用于所確定的驅(qū)動(dòng)速度的力覺模型的所述值的步驟。

附圖說明

基于以下描述和附圖將更清楚地理解本發(fā)明，在附圖中，

-圖1為根據(jù)本發(fā)明的力覺接口的一個(gè)示例的縱截面圖；

-圖2為圖1中的接口沿平面a-a的橫截面圖；

-圖3為在圖1中的接口中使用的防護(hù)體的實(shí)施例的一個(gè)示例的立體圖；

-圖4為可以在圖1中的接口中使用的防護(hù)體的實(shí)施例的另一示例的立體圖；

-圖5為力覺接口的又一示例的側(cè)視圖；

-圖6a至6c為在圖5中的接口中使用的防護(hù)體的不同視圖；

-圖7和圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的力覺接口的控制算法的示例；

-圖9為根據(jù)本發(fā)明的線性力覺接口的示例的分解圖；

-圖10和圖11示出了力覺接口的有利示例的控制算法的另一示例；

-圖12為根據(jù)用于與用戶交互的元件的驅(qū)動(dòng)速度通過磁流變制動(dòng)器施加的制動(dòng)水平的圖示。

具體實(shí)施方式

在下文的說明中，將詳細(xì)地對(duì)有旋轉(zhuǎn)按鈕的力覺接口的示例進(jìn)行描述，但是可以理解的是，本發(fā)明還可應(yīng)用于游標(biāo)類型線性運(yùn)動(dòng)的力覺接口。這種接口使用了磁流變流體，即磁流變流體的表觀黏度根據(jù)所施加的磁場(chǎng)而改變，但是電流變液(即流體的表觀黏度取決于所施加的電場(chǎng))的使用在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

在圖1中，可以看到根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)力覺接口i1的實(shí)施例的一個(gè)示例的縱截面圖。

力覺接口i1包括元件1以及抵抗軸2的旋轉(zhuǎn)的阻性荷載生成設(shè)備4或磁流變制動(dòng)器，元件1由用戶操作并且在下文中被稱為“按鈕”，該按鈕旋轉(zhuǎn)固定到可繞軸線x旋轉(zhuǎn)的軸2上。

制動(dòng)器4包括流體和用于生成磁場(chǎng)的系統(tǒng)6，流體的特性可以通過磁場(chǎng)來修改，該系統(tǒng)6被容置在殼體8中。流體例如是磁流變流體。該包括殼體、流體和用于生成磁場(chǎng)的系統(tǒng)的總成形成磁流變制動(dòng)器。

殼體8限定了包含磁流變流體的密封室9。該室的全部或部分受到系統(tǒng)6生成的磁場(chǎng)的影響。殼體8包括側(cè)壁8.1、底端8.2和頂端8.3。

軸2穿過頂端8.3，穿過室9并且穿過底端8.2。軸2的與支撐按紐的端部相反的端部2.1容置在殼體8的底端并且借助于安裝在底端8.2的支承件11來引導(dǎo)旋轉(zhuǎn)。密封件13(例如o形環(huán))確保軸和底端及頂端之間的密封性。

殼體8限定了封閉磁流變流體的密封室。

制動(dòng)器4還包括元件12，該元件12被旋轉(zhuǎn)固定到軸2上并且容置在密封室10中。該元件適于與磁流變流體交互，元件12的旋轉(zhuǎn)或多或少根據(jù)磁流變流體的表觀黏度受磁流變流體制動(dòng)。

在所示示例中，元件12包括兩個(gè)具有固定到底部12.3處的圓形橫截面的同心側(cè)壁12.1、12.2，底部12.3與軸旋轉(zhuǎn)固定。

可替換地，元件12可以僅包括一個(gè)側(cè)壁或者超過兩個(gè)同心側(cè)壁。還可替換地，元件12可以由圓盤形成。此外，交互元件可以包括槽和/或突出或中空部分，以增加對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻礙。

在所示示例中，殼體8的底端8.2所具有形狀使得密封室9的內(nèi)部容積具有與交互元件12的內(nèi)部容積的形狀對(duì)應(yīng)的形狀，這使得能夠減小所需的流體的量。在所示示例中，具有固定到殼體上的圓形橫截面的圓筒元件13被插在兩個(gè)側(cè)壁12.1、12.2之間，這有助于磁流變流體在側(cè)壁12.1、12.2被旋轉(zhuǎn)時(shí)的剪切效應(yīng)。

元件12的側(cè)壁12.1、12.2可以由磁性材料或非磁性材料制成。

在所述示例中，用于生成可變磁場(chǎng)的系統(tǒng)6包括線圈和電流源(未示出)，線圈固定到殼體上并設(shè)置在交互元件12內(nèi)側(cè)，電流源由控制單元根據(jù)對(duì)按鈕的操作和預(yù)記錄的模型來進(jìn)行控制。

接口還包括位置傳感器14，在所示示例中，該位置傳感器14位于殼體外側(cè)并且部分地固定到軸上。位置傳感器14使得能夠測(cè)量按鈕的當(dāng)前位置，該當(dāng)前位置在示例中由當(dāng)前角位置來表示。位置傳感器14可以例如包括增量式光學(xué)編碼器。

力覺接口還包括框架16，框架16中設(shè)置有殼體8?？蚣?6包括第一和第二端法蘭18、20和固定到兩個(gè)法蘭18、20上的側(cè)壁22，第一法蘭18被旋轉(zhuǎn)軸穿過。位置傳感器14安裝在框架的第一法蘭上。

接口還包括用于檢測(cè)用戶的意向動(dòng)作的裝置，這些裝置因而可以在按鈕的運(yùn)動(dòng)被該用戶及施加在接口上的位置傳感器感知之前檢測(cè)由用戶施加的扭矩。

在所示示例中，該裝置包括防護(hù)體26，其中，將對(duì)由用戶和荷載傳感器施加的扭矩引起的應(yīng)變進(jìn)行檢測(cè)。圖3中單獨(dú)示出了防護(hù)體。防護(hù)體26通過縱向端26.1固定到框架16上并且通過另一縱向端26.2固定到磁流變制動(dòng)器(即固定到示例中所述的殼體8)上。荷載傳感器在防護(hù)體26的固定到殼體8上的縱向端26.2處與防護(hù)體相接觸。

在圖1、圖2和圖3所示的示例中，防護(hù)體26包括圓筒形狀的主體，該主體具有圓形橫截面、在縱向端26.2處通過底部28封閉。環(huán)形卡箍30在另一縱向端26.2處徑向朝外延伸。

防護(hù)體的內(nèi)徑對(duì)應(yīng)于殼體8的外徑加上功能間隙。防護(hù)體的底部設(shè)置在殼體和框架16的第二法蘭20之間。

防護(hù)體借助于至少一個(gè)通過法蘭18和卡箍30的螺絲固定到框架上。在所示示例中，螺絲32還用來將法蘭18連接到側(cè)壁28。

防護(hù)體的底部28通過至少一個(gè)螺絲34固定到殼體8。

防護(hù)體26還包括從防護(hù)體26的縱向端26.2在與殼體接觸的相反側(cè)突起的元件36。元件36被容置在形成于框架的法蘭20中的腔38內(nèi)。

在所示示例中，突起元件36具有以縱軸為中心的凸出部分的形狀。有角部分36由兩個(gè)面36.1、36.2限定。腔38具有與有角部分36的形狀對(duì)應(yīng)的形狀并且由兩個(gè)面38.1、38.2限定，每個(gè)面38.1、38.2面向有角部分36的一個(gè)面36.1、36.2。荷載傳感器40.1安裝在腔的與有角部分的面36.1接觸的面38.1上，并且荷載傳感器40.2安裝在腔的與有角部分36的面36.2接觸的面38.2上。點(diǎn)型機(jī)械觸頭設(shè)置在每個(gè)荷載傳感器40.1、40.2和防護(hù)體26之間。荷載傳感器40.1、40.2有利地以預(yù)應(yīng)變方式安裝。

因此，當(dāng)扭矩施加到按鈕上時(shí)，按鈕經(jīng)由與流體交互的殼體8導(dǎo)致防護(hù)體26的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變，流體與交互元件12交互，交互元件12被連接到軸2。根據(jù)按鈕的旋轉(zhuǎn)方向的不同，該應(yīng)變被一個(gè)或另一個(gè)荷載傳感器40.1、40.2檢測(cè)到。

防護(hù)體例如由諸如abs之類的塑料材料制成。

防護(hù)體的材料和幾何特性可以根據(jù)所施加的最小扭矩和最大扭矩、荷載傳感器的靈敏度以及所尋求的檢測(cè)閾值來確定。此外，防護(hù)體的應(yīng)變使得不會(huì)被用戶感知。例如，可以認(rèn)為幾微米的應(yīng)變不會(huì)被用戶感知。

可替換地，可以直接在殼體8或旋轉(zhuǎn)軸上測(cè)量荷載，為此將使用扭矩傳感器。然而，相較力覺傳感器而言，扭矩傳感器成本高且體積大。此外，扭矩傳感器提供了精確且校準(zhǔn)了的扭矩值，然而這個(gè)信息在本發(fā)明的范圍內(nèi)并沒有益處。

荷載傳感器例如使用以惠斯通電橋形式組裝的壓阻元件來實(shí)現(xiàn)，這些壓阻元件允許具有每牛頓幾十mv量級(jí)的靈敏度以及足夠高的硬度以在滿載時(shí)將運(yùn)動(dòng)限制到幾十微米。可替換地，荷載傳感器可以用一個(gè)或多個(gè)例如由直接施加到防護(hù)體上的應(yīng)變儀形成的應(yīng)變傳感器替代以來檢測(cè)防護(hù)體的應(yīng)變。

在圖4中，可以看到防護(hù)體126的另一示例，該防護(hù)體126的大體形狀與防護(hù)體26相同，但是還包括在防護(hù)體126的側(cè)壁中的縱向槽127。優(yōu)選地，槽127以規(guī)則的方式成角度分布。在該實(shí)施例中，防護(hù)體展現(xiàn)出更大的應(yīng)變能力。該防護(hù)體例如由鋁合金制成。

相對(duì)于縱軸傾斜和/或具有除直線以外的形狀(例如彎曲形狀)的槽在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，槽不一定全部具有相同的大小。

有利地，能夠設(shè)想用于在軸向扭轉(zhuǎn)應(yīng)變下放大防護(hù)體的應(yīng)變、同時(shí)減小在本發(fā)明的范圍內(nèi)不相關(guān)的任何其他應(yīng)變(諸如例如，由用戶寄生地施加到按鈕上的徑向應(yīng)變)的防護(hù)體應(yīng)變的裝置。因而提高檢測(cè)的靈敏度，并且能夠消除干擾或錯(cuò)誤檢測(cè)。

圖1至圖4中的防護(hù)體的示例使得能夠通過將傳感器布置在盡可能大的直徑上來增加測(cè)量設(shè)備的靈敏度。

在所示示例中并且有利地，突起元件的壁36.1和36.2相對(duì)于彼此成90°布置。與荷載傳感器40.1和40.2處的點(diǎn)觸頭相關(guān)聯(lián)的該定位使得能夠破壞防護(hù)體的變形應(yīng)變，并且優(yōu)先考慮沿框架的平面中的兩個(gè)正交分量上的荷載的靈敏度。因此，例如，垂直于框架16的平面施加的寄生負(fù)載的靈敏度顯著降低。此外，對(duì)有關(guān)由傳感器40.1和40.2測(cè)量的正交力的分量的計(jì)算或算法處理，諸如例如在具有荷載預(yù)應(yīng)力的傳感器的優(yōu)選總成的情況下基于由兩個(gè)傳感器的公共測(cè)量分量加權(quán)的兩個(gè)傳感器之間的測(cè)量差的計(jì)算，使得能夠在一定程度上降低對(duì)與框架16的平面平行的寄生荷載的靈敏度。

現(xiàn)在將對(duì)設(shè)備的操作的示例進(jìn)行描述。

用戶繞按鈕的軸線沿第一旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕并將按鈕置于被定義為停止的角位置。將磁場(chǎng)施加到磁流變流體，以使磁流變流體的表觀黏度的變化在用于與流體交互的元件處生成扭矩，沿第一旋轉(zhuǎn)方向模擬按鈕處的停止。

如果用戶在第一旋轉(zhuǎn)方向上保持按鈕上的荷載，則防護(hù)體26會(huì)經(jīng)由殼體受到扭力矩的作用，殼體與流體交互，流體與交互元件12交互，交互元件12被連接到軸2。

上述應(yīng)變通過沿第一方向設(shè)置在下游的力覺傳感器進(jìn)行測(cè)量。知道哪一個(gè)力覺傳感器被驅(qū)動(dòng)使得能夠確定用戶意圖轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕的方向。優(yōu)選地，可以將來自以荷載預(yù)應(yīng)變方式組裝的兩個(gè)力覺傳感器的測(cè)量值相結(jié)合來確定用戶意圖轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕的方向。檢測(cè)最小扭矩使得能夠確認(rèn)用戶確實(shí)想要轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕?？梢酝瞥?，用戶意圖使按鈕保持在停止處。保持磁場(chǎng)不變以經(jīng)由黏性磁流變流體來抵抗用于交互元件12的運(yùn)動(dòng)的荷載。

如果用戶意圖沿與第一方向相反的第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕，則沿第一旋轉(zhuǎn)方向設(shè)置在上游的荷載傳感器將被驅(qū)動(dòng)。優(yōu)選地，可以將來自以荷載預(yù)應(yīng)變方式組裝的兩個(gè)力覺傳感器進(jìn)行的測(cè)量值相結(jié)合以確定用戶意圖轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕的新的方向。由此可以推斷出用戶的意圖，該意圖可以通過檢測(cè)檢測(cè)最小扭矩來確認(rèn)。在這種情況下，磁場(chǎng)被取消，流體的表觀黏度大大減小，交互元件因而可以沿第二方向旋轉(zhuǎn)而不會(huì)發(fā)生粘連效應(yīng)。因此，可以通過本發(fā)明重現(xiàn)對(duì)自由輪的操作。

在圖5和圖6a至6c中，可以看到根據(jù)本發(fā)明的接口12的實(shí)施例的又一示例，接口12包括框架216、制動(dòng)器204、具有車輪形狀的防護(hù)體226和用于與用戶交互的元件201，用于與流體交互的元件未示出。

車輪包括輪轂228、外圈232和將輪轂228連接到外圈232的輪輻230。

在該示例中，輪轂228例如通過徑向地穿過輪轂228的螺絲被固定到接口的殼體上，外圈232例如通過徑向地穿過外圈的螺絲被固定到框架上。

兩個(gè)荷載傳感器240.1、240.2被布置成每個(gè)荷載傳感器支承輪輻230并且相對(duì)于輪輻230布置成使得當(dāng)沿一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向驅(qū)動(dòng)防護(hù)體226時(shí)，僅有一個(gè)傳感器被驅(qū)動(dòng)。荷載傳感器安裝在框架216上并且支承輪輻230的一個(gè)面。可替換地，荷載傳感器能夠以荷載預(yù)應(yīng)變方式組裝，或者如上所述由設(shè)置在防護(hù)體上并在扭力矩的作用下檢測(cè)例如輪輻的應(yīng)變的伸長計(jì)代替。更一般地，荷載傳感器可以由應(yīng)變傳感器代替。

對(duì)該設(shè)備的操作與對(duì)上述圖1中的設(shè)備的操作相似。

有利地，可以添加用于將機(jī)械應(yīng)力施加到防護(hù)體的裝置，諸如旋轉(zhuǎn)或平移引導(dǎo)裝置，該裝置使得能夠通過以荷載預(yù)應(yīng)變方式組裝力覺傳感器來減少力覺傳感器的數(shù)量。

電子系統(tǒng)對(duì)從這些力覺或應(yīng)變傳感器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以確定用戶施加到接口上的扭矩是否超過預(yù)定的閾值。同樣確定扭矩符號(hào)并且由此能夠確定用戶意圖轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕的方向。

如上所述，不需要扭力矩的實(shí)際值，知道扭力的方向就足夠了。因此，只要在接口不進(jìn)行任何旋轉(zhuǎn)的情況下傳感器足夠靈敏以檢測(cè)作用在接口上的最小扭矩，就能夠使用適于至少檢測(cè)荷載或應(yīng)變的二進(jìn)制閾值或單調(diào)函數(shù)的低成本傳感器，而不需要任何線性、動(dòng)態(tài)、分辨率的類型規(guī)格。該傳感器還使得能夠保持最大荷載不降低。

在圖9中，可以看到根據(jù)本發(fā)明的線性力覺接口的示例的示意性示出的分解圖。

該設(shè)備包括安裝了軸502的殼體508和用于生成可變磁場(chǎng)的裝置506，軸502適于沿該軸502的軸線x徑向運(yùn)動(dòng)，軸502用來在其至少一個(gè)縱端的水平上支撐用于與用戶交互的元件(未示出)，裝置506設(shè)置在殼體中。殼體限定了密封室，該密封室包含磁流變流體并且被軸502穿過。密封件513確保軸在室中密封滑動(dòng)。

接口還包括位置傳感器(未示出)，該位置傳感器適于測(cè)量軸502的當(dāng)前的縱向位置。

接口還包括用于檢測(cè)用戶的意向動(dòng)作的裝置，這些裝置因此在軸的運(yùn)動(dòng)被用戶和施加在接口上的位置傳感器感知之前檢測(cè)用戶施加到軸上的平移力。這些裝置包括防護(hù)體(未示出)，防護(hù)體的應(yīng)變通過一個(gè)或多個(gè)力覺或應(yīng)變傳感器來測(cè)量，防護(hù)體一方面被安裝在殼體和框架上(未示出)。如果用戶意圖沿平移的第一方向使軸運(yùn)動(dòng)，則防護(hù)體經(jīng)由殼體受到剪切力、然后與流體交互、再與交互元件交互、最后被連接到軸502。

我們?cè)诖藨?yīng)當(dāng)描述用于操作力覺接口的算法，以使得當(dāng)操作按鈕時(shí)，用戶所感知到的感覺與所記錄的模型一致并且提供改進(jìn)的力覺再現(xiàn)。按順序并且定期應(yīng)用這些算法。

力覺模型通過待施加的制動(dòng)荷載來限定，該制動(dòng)荷載這取決于以下數(shù)據(jù)：

-按鈕當(dāng)前的角位置，

-當(dāng)前的旋轉(zhuǎn)方向或用戶沿一個(gè)方向或另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕的意向動(dòng)作，

-按鈕當(dāng)前的轉(zhuǎn)速。

在現(xiàn)有情況下，我們將特別關(guān)注按鈕的轉(zhuǎn)速為零或至少小于按鈕的運(yùn)動(dòng)被認(rèn)為是不可察覺的值的情況。

控制電子裝置聯(lián)合使用角位置傳感器的信息和荷載位置傳感器的信息來確定待由制動(dòng)器4生成的阻力矩。

應(yīng)用圖7中所示的算法來確定轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕的旋轉(zhuǎn)方向。

所使用的變量如下：

速度(vitesse)變量是按鈕的運(yùn)動(dòng)速度。

扭力(torsion)變量是對(duì)扭力矩的估算。不需要扭力的精確值?；诹τX傳感器所提供的信息來獲得該估算，力覺傳感器通過圖1至4中實(shí)施例的示例中的防護(hù)體來驅(qū)動(dòng)。對(duì)扭力矩的估算使得能夠在考慮施加扭力矩的方向時(shí)確定扭力矩是否大于或小于閾值。

方向(direction)變量是按鈕的驅(qū)動(dòng)方向，該方向變量等于+1、-1或者為零。

在第一步驟300期間，按鈕的運(yùn)動(dòng)速度例如通過角度傳感器所提供信息的導(dǎo)數(shù)的近似值來計(jì)算，以確定的時(shí)間頻率te對(duì)該信息進(jìn)行采樣，獲得速度變量。

當(dāng)速度小于給定的實(shí)際值時(shí)，認(rèn)為該速度為零，因而以頻率te進(jìn)行采樣的角度傳感器所提供的信息的導(dǎo)數(shù)的近似值返回零值。

在下一步驟302期間，基于荷載傳感器所提供的信息來計(jì)算用戶所施加的扭力矩的估算函數(shù)，該函數(shù)為扭力變量。

在下一步驟304期間，檢查速度變量是否為零，如果速度變量不為零，則將速度的符號(hào)分配給方向變量(步驟306)。

如果速度變量為零，則使用扭力變量。

在下一步驟308期間，檢查扭力變量是否大于所謂的“正閾值”，如果扭力變量大于“正閾值”，則將+1分配給方向變量(步驟310)。

否則，在下一步驟312期間，檢查扭力變量是否小于所謂的“負(fù)閾值”，如果扭力變量小于“負(fù)閾值”，則將-1分配給方向變量(步驟314)。

否則，即如果速度為零并且扭力矩大于負(fù)閾值且小于正閾值，則在下一步驟316期間，方向變量取零值。系統(tǒng)認(rèn)為沒有扭矩被施加到按鈕上，可以例如由此推斷出用戶松開了按鈕。

借助于該算法，能夠在按鈕的運(yùn)動(dòng)速度為零的情況下確定用戶意圖使按鈕運(yùn)動(dòng)而按鈕沒有明顯運(yùn)動(dòng)的方向。

實(shí)際上，即使按鈕沒有明顯的運(yùn)動(dòng)，也能夠通過僅由力覺或應(yīng)變傳感器提供的信息來確定扭力矩被施加的方向，因而決定用戶意圖使按鈕運(yùn)動(dòng)的方向，從而控制用于因此生成可變磁場(chǎng)的系統(tǒng)。

可替換地，可以使用具體地用于測(cè)量轉(zhuǎn)速的傳感器來測(cè)量交互元件的轉(zhuǎn)速。該傳感器可以例如被安裝在驅(qū)動(dòng)軸上。該傳感器可以例如由生成輸出信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)傳感器、一個(gè)或多個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器、一個(gè)或多個(gè)電感式傳感器組成，其中，頻率取決于轉(zhuǎn)速。設(shè)置了用于將頻率轉(zhuǎn)換成電壓的裝置。然后可以通過控制電子器件來測(cè)量該電壓以確定轉(zhuǎn)速。應(yīng)該注意的是，可以使用直接包含在殼體中的速度傳感器的“頻率-電壓”轉(zhuǎn)換功能。

還可以使用基于發(fā)電機(jī)原理的傳感器。該傳感器輸出通常為電壓的模擬量，該模擬量取決于轉(zhuǎn)速。然后，可以通過控制電子裝置來測(cè)量該電壓以確定轉(zhuǎn)速。

在圖8所示的第二算法中，系統(tǒng)隨后確定其應(yīng)用力覺模型的哪個(gè)值。

對(duì)于按鈕的每個(gè)驅(qū)動(dòng)方向，力覺模型被預(yù)先確定為：

-針對(duì)按鈕的正驅(qū)動(dòng)方向限定的模型m1；

-針對(duì)按鈕的負(fù)驅(qū)動(dòng)方向限定的模型m2。

然后，通過待施加到按鈕上的一組驅(qū)動(dòng)模型值來限定模型。每個(gè)模型值與按鈕的具體角位置相關(guān)聯(lián)。

這些模型被記錄在數(shù)據(jù)庫中。

在第一步驟400期間，基于當(dāng)前位置傳感器所提供的測(cè)量來按鈕的當(dāng)前位置。

然后，如果方向變量的值等于+1，則將在模型m1的數(shù)據(jù)庫b1中搜索與按鈕的當(dāng)前位置相關(guān)聯(lián)的模型的值v1(步驟402)。

否則，如果方向變量的值等于-1，則將在模型m2的數(shù)據(jù)庫b2中搜索與按鈕的當(dāng)前位置相關(guān)聯(lián)的模型的值v2(步驟404)。

應(yīng)該注意的是，模型m1與模型m2可以是相同的。

然后，控制電子裝置給用于生成磁場(chǎng)的系統(tǒng)生成命令，以施加與模型m1或模型m2的模型值對(duì)應(yīng)的場(chǎng)。

考慮用戶沿正向轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕并進(jìn)入被定義為停止的區(qū)域，則系統(tǒng)以已知的方式應(yīng)用重現(xiàn)停止的模型。

用戶不能沿正向轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕，因而系統(tǒng)在當(dāng)前位置檢測(cè)到零速度。

上述操作應(yīng)用了第一算法，該第一算法基于扭力矩確定用戶意圖轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕的方向(方向變量)。

基于對(duì)按鈕的驅(qū)動(dòng)方向的了解，系統(tǒng)應(yīng)用第二算法并確定待應(yīng)用的模型，并在此基礎(chǔ)上控制用于生成磁場(chǎng)的系統(tǒng)。

如果方向?yàn)檎?，則應(yīng)保持停止模型，并維持施加足夠用于模擬停止的磁場(chǎng)。

如果方向?yàn)樨?fù)，則重現(xiàn)與負(fù)方向?qū)?yīng)的模型，例如減小或取消磁場(chǎng)。由于在用戶感知到移動(dòng)了按鈕之前修改了磁場(chǎng)，所以他/或她沒有粘附感

在給定的按鈕的當(dāng)前位置處，并且在模型m1和m2不同并且用戶改變旋轉(zhuǎn)方向的情況下，本發(fā)明還具有去除這種粘附感的作用。當(dāng)改變旋轉(zhuǎn)方向時(shí)，所檢測(cè)到的速度為零并且以同樣的方式來應(yīng)用第一和第二算法。

應(yīng)該注意的是，連續(xù)地運(yùn)行算法以連續(xù)地確定待重現(xiàn)的模型的值，并且連續(xù)地選取流體的表觀黏度以獲得該模型值。

本發(fā)明還能夠檢測(cè)用戶何時(shí)釋放按鈕，并且不再需要施加磁場(chǎng)來模擬感覺，該釋放在direction＝0(方向＝0)時(shí)被檢測(cè)到。在這種情況下，可以切斷線圈中的電力消耗。

本發(fā)明還能夠在不需要磁場(chǎng)時(shí)通過中斷磁場(chǎng)的生成來減小設(shè)備的電力消耗，或者在短時(shí)間內(nèi)以同等的消耗施加極強(qiáng)的磁場(chǎng)來模擬強(qiáng)力停止，在這種情況下線圈的尺寸優(yōu)選地比較小。

此外，本發(fā)明能夠通過檢測(cè)按鈕上重新施加的扭矩來檢測(cè)用戶何時(shí)再一次按住了按鈕，并檢測(cè)用戶意圖轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕的方向，從而控制用于生成磁場(chǎng)的系統(tǒng)，以使當(dāng)用戶可察覺地轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕時(shí)，他/她即時(shí)感知到力覺。

設(shè)備的反應(yīng)時(shí)間的量級(jí)是幾毫秒。

在采用游標(biāo)類型的線性運(yùn)動(dòng)的按鈕的情況下，對(duì)平移力進(jìn)行確定。除此之外，該算法與針對(duì)旋轉(zhuǎn)按鈕描述的算法相同。

通過力覺或應(yīng)變傳感器獲得的信息被系統(tǒng)用于其它目的。例如，該信息可以用來確定用戶是否自愿在按鈕上施力以嘗試通過停止區(qū)域。然后按鈕可以向監(jiān)視系統(tǒng)報(bào)告信息以指示該“錯(cuò)誤”。

借助于本發(fā)明，通過大幅減小或者甚至消除粘附感并改進(jìn)接口反應(yīng)來產(chǎn)生提供非常令人滿意的力覺再現(xiàn)的力覺接口。此外，力覺接口能夠減小電力消耗。

在非常有利的示例中，除了運(yùn)動(dòng)方向之外，對(duì)用戶的意向動(dòng)作的檢測(cè)還能夠與對(duì)按鈕的驅(qū)動(dòng)速度的值的考慮相關(guān)聯(lián)，以給用于生成磁場(chǎng)的系統(tǒng)生成的命令。

為此，限定了四種模型：

-針對(duì)按鈕的被認(rèn)為是正向的驅(qū)動(dòng)方向以及低轉(zhuǎn)速來限定的模型mpl；

-針對(duì)按鈕的正驅(qū)動(dòng)方向以及高轉(zhuǎn)速來限定的模型mpr；

-針對(duì)按鈕的被認(rèn)為是負(fù)向的驅(qū)動(dòng)方向以及低轉(zhuǎn)速來限定的模型mnl；

-針對(duì)按鈕的負(fù)驅(qū)動(dòng)方向以及高轉(zhuǎn)速來限定的模型mnr。

低速度是值小于或等于給定閾值但不為零的速度。

高速度被認(rèn)為是按鈕能夠被驅(qū)動(dòng)的最大速度。沿正向的高速度可以等于或不同于沿負(fù)向的高速度。

基于位置傳感器所提供的信息來有利地對(duì)驅(qū)動(dòng)速度進(jìn)行近似，這使得能夠提供緊湊的系統(tǒng)。然而，也可以使用與位置傳感器不同的任何其它裝置來確定轉(zhuǎn)速。

在圖10中，示出了用于選擇待考慮的模型值的選項(xiàng)的第一算法。

在第一步驟600期間，基于當(dāng)前的位置傳感器所提供的信息來確定按鈕的位置、驅(qū)動(dòng)速度(速度變量)和驅(qū)動(dòng)方向(方向變量)。方向變量能夠取值+1(認(rèn)為運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎?、值-1(認(rèn)為運(yùn)動(dòng)方向?yàn)樨?fù))或者值0(當(dāng)速度為零時(shí))。

如果方向變量等于+1，則：

-將在低速正模型數(shù)據(jù)庫bpl中運(yùn)行對(duì)模型值vpl的搜索(步驟602)，以及

-將在高速正模型數(shù)據(jù)庫bpr中運(yùn)行對(duì)模型值vpr的搜索(步驟604)。

步驟602和步驟604可以同時(shí)進(jìn)行或按順序進(jìn)行。

否則，即如果方向變量等于-1或0，則：

-將在低速負(fù)模型數(shù)據(jù)庫bnl中運(yùn)行對(duì)模型值vnl的搜索(步驟606)，以及

-將在高速負(fù)模型數(shù)據(jù)庫bnr中運(yùn)行對(duì)模型值vnr的搜索(步驟608)。

在第一算法流程的最后，獲得兩個(gè)模型值vpl和vpr，或者vnl和vnr。

在圖11中示出了適于確定制動(dòng)荷載或電流強(qiáng)度的第二算法的有利示例，電流強(qiáng)度被認(rèn)為是成比例地施加到用于生成磁場(chǎng)的系統(tǒng)上。

在第一步驟700期間，檢查方向變量是否等于0，如果方向變量等于0，則在該示例中，控制單元向制動(dòng)器生成命令來不將任何荷載施加到按鈕上，即不向流體施加磁場(chǎng)。可替換地，可以決定保持最后施加的磁場(chǎng)。這個(gè)步驟可以在步驟702之前發(fā)生。

如果方向變量不為0，即如果方向變量等于+1或-1，則在下一步驟702期間，計(jì)算系數(shù)alpha，其等于：(abs(speed)–v_min)/(v_max–v_min)。

其中，abs(speed)是速度(speed)變量的絕對(duì)值，

其中，v_max是一組最大驅(qū)動(dòng)速度的值，該值例如被設(shè)置為通常的最大轉(zhuǎn)速，當(dāng)用戶使接口進(jìn)行快速粗略的運(yùn)動(dòng)時(shí)，用戶通常采用該最大轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)按鈕。

其中，v_min是一組最小驅(qū)動(dòng)速度的值，該值例如被設(shè)置為通常的最小轉(zhuǎn)速，當(dāng)用戶使接口進(jìn)行緩慢精確的運(yùn)動(dòng)時(shí)，用戶通常采用該最小轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)按鈕。

v_max與高速度對(duì)應(yīng)，在高速度處建立模型mpr和mnr而不校正。

v_min與低速度對(duì)應(yīng)，在低速度處建立模型mpl和mnl而不校正。

在步驟704期間，將系數(shù)alpha有利地限制在0和1之間以防止異常的計(jì)算結(jié)果，事實(shí)上可以發(fā)現(xiàn)，按鈕在速度大于最大驅(qū)動(dòng)速度組時(shí)被驅(qū)動(dòng)，即對(duì)值alpha的計(jì)算給出了大于1的結(jié)果，這是由于沒有任何因素機(jī)械地限制驅(qū)動(dòng)速度。類似地，可以例外地發(fā)現(xiàn)，按鈕在速度小于最小速度組時(shí)被驅(qū)動(dòng)，即對(duì)alpha值的計(jì)算給出了小于0的結(jié)果，這是由于能夠給v_min選擇不等于0的值。

在下一步驟706期間，基于由第一算法選擇的模型值，使用線性插值法來計(jì)算current_pattern(當(dāng)前模型)變量。

如果驅(qū)動(dòng)方向?yàn)檎瑒tcurrent_pattern＝(1-alpha)×vpl+alpha×vpr。

如果驅(qū)動(dòng)方向?yàn)樨?fù)，則current_pattern＝(1-alpha)×vnl+alpha×vnr。

在步驟708期間，將current_pattern變量施加到制動(dòng)器上。

在圖11的算法中，基于線性插值法來計(jì)算current_pattern。在圖12中，可以看到在沿正向驅(qū)動(dòng)的情況下根據(jù)驅(qū)動(dòng)速度對(duì)該模型的表示。

可以使用例如二次插值法的任何其他插值法。

可以設(shè)想使用閾值函數(shù)，current_pattern為小于或等于閾值的速度取一個(gè)值并且為大于閾值的速度取另一個(gè)值。

在圖11的算法中，在選擇vpr>vpl(或?qū)τ谄渌?qū)動(dòng)方向，vnr>vnl)的情況下，制動(dòng)荷載隨驅(qū)動(dòng)速度的增大而增加。

另一方面，可以設(shè)想制動(dòng)荷載減小而驅(qū)動(dòng)速度增加或者currentpattern和速度之間的關(guān)系不是單調(diào)的。

上述算法完全適用于線性力覺接口，則位置傳感器將確定縱向位置而不是角位置。

根據(jù)本發(fā)明的力覺接口特別適用于在機(jī)動(dòng)車輛中的應(yīng)用，例如適用于形成輔助機(jī)動(dòng)車司機(jī)的車載力覺接口。該力覺接口能夠輔助用戶與諸如gps(全球定位系統(tǒng))、無線電、空調(diào)等各種車輛設(shè)備或附件進(jìn)行交互。