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CN108068828B - 用于驾驶系统控制的触觉反馈 - Google Patents

用于驾驶系统控制的触觉反馈 Download PDF

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CN108068828B CN201711128023.0A CN201711128023A CN108068828B CN 108068828 B CN108068828 B CN 108068828B CN 201711128023 A CN201711128023 A CN 201711128023A CN 108068828 B CN108068828 B CN 108068828B
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Abstract

一种用于驾驶系统控制的触觉反馈的系统，包括触摸传感器输入检测模块和致动器触觉响应驱动器模块。触摸传感器输入检测模块从驾驶系统的一个或更多个触摸传感器获取触摸传感器输入，并识别触摸传感器输入的触摸手势类型。致动器触觉响应驱动器模块确定与触摸手势类型相关联的期望触觉反馈，并且基于期望触觉反馈来控制驾驶系统致动器以产生触觉响应。

Description

用于驾驶系统控制的触觉反馈
背景技术
具有触摸检测的平板屏幕在现代车辆中变得越来越普遍，以适应提供具有大量控制功能的人机界面的灵活性。车辆的中央控制台是这种接口的典型位置。触摸屏控制通常缺乏传统机械开关的触觉反馈，因此用户必须通过等待视觉提示来查看并确认所请求的动作已被记录。因为驾驶员需要将手从车辆驾驶盘上移开并且将注意力从道路上短暂地转移开，所以这可能会导致驾驶员分心。
一些触摸屏可以通过将致动器直接添加在显示表面之后来模拟按钮开关的感觉。与显示器结合的这种额外致动器增加了成本、重量和复杂性。致动器反馈可以通过提供检测到按下虚拟按钮的指示来辅助用户。在某些设计中并入额外的致动器可能是不可行的，并且反馈响应可能被限制于触摸屏上的某些手势。
发明内容
一种用于驾驶系统控制的触觉反馈的系统包括触摸传感器输入检测模块和致动器触觉响应驱动器模块。触摸传感器输入检测模块从驾驶系统的一个或更多个触摸传感器获取触摸传感器输入，并识别触摸传感器输入的触摸手势类型。致动器触觉响应驱动器模块确定与触摸手势类型相关联的期望触觉反馈，并且基于期望触觉反馈控制驾驶系统致动器以产生触觉响应。
一种驾驶系统包括一个或更多个触摸传感器、驾驶系统致动器、以及控制模块。控制模块可操作为：从一个或更多个触摸传感器获取触摸传感器输入；识别触摸传感器输入的触摸手势类型；确定与触摸手势类型相关联的期望触觉反馈；以及基于期望触觉来控制驾驶系统致动器以产生反馈触觉响应。
一种用于驾驶系统控制的触觉反馈的方法包括由控制模块获取来自驾驶系统的一个或更多个触摸传感器的触摸传感器输入。识别触摸传感器输入的触摸手势类型。确定与触摸手势类型相关联的期望触觉反馈。基于期望触觉反馈来控制驾驶系统致动器以产生触觉响应。
从以下结合附图的描述中，这些和其它优点和特征将变得更加明显。
附图说明
被认为是本发明的主题在说明书所附的权利要求中被特别指出并明确地要求保护。从以下结合附图的详细描述中，本发明的前述和其它特征以及优点是显而易见的，在附图中：
图1示出根据一些实施例的包括驾驶系统的车辆的功能框图；
图2示出根据一些实施例的驾驶系统的一部分的功能框图；
图3示出根据一些实施例的驾驶系统的方向盘的正视图；
图4示出根据一些实施例的用于驾驶系统控制的触觉反馈的系统；
图5示出根据一些实施例的用于通过驾驶系统传输期望触觉加速度的触觉反馈路径；以及
图6示出根据一些实施例的用于驾驶系统控制的触觉反馈的过程。
具体实施方式
现在参考附图，将参考具体实施例来描述本发明，但不限于此，示出包括驾驶系统12的车辆10的示例性实施例。在各种实施例中，驾驶系统12包括耦接到转向轴16的方向盘14。在所示示例性实施例中，驾驶系统12是电动助力转向(EPS)系统，其还包括转向辅助单元18，该转向辅助单元18耦接到驾驶系统12的转向轴16并且耦接到车辆10的左连结杆20和右连结杆22。例如，转向辅助单元18包括齿条与齿轮转向机构(未示出)，该齿条与齿轮转向机构可以通过转向轴16耦接到转向致动器马达19和传动装置。在操作期间，当车辆操作者转动方向盘14时，转向致动器马达19提供帮助以移动左连结杆20和右连结杆22，进而又分别移动左转向节24和右转向节26。左转向节24被耦接到车辆10的左道路车轮28，右转向节26被耦接到车辆10的右道路车轮30。
如图1所示，车辆10还包括检测和测量驾驶系统12和/或车辆10的信号的各种传感器31-35。传感器31-35基于测量到的/观察到的信号生成传感器信号。在一个实施例中，提供方向盘转矩传感器31用于感测作用于方向盘14上的转矩。在所示示例性实施例中，方向盘转矩传感器31被放置在方向盘14上，但是应该理解，方向盘转矩传感器31可以不总被放置在方向盘14附近或方向盘14上。在一个实施例中，马达位置/速率传感器32感测马达位置和/或速率，方向盘位置/速率传感器33感测方向盘位置和/或速率。另外，车辆10可以包括车轮速度传感器34，以辅助测量车辆速度。在一些实施例中，一个或更多个方向盘触摸传感器35测量在被检测为与方向盘14接触的区域的各个位置处的方向盘14上的抓握力或压力、与方向盘14接触的宽度、与方向盘14接触的力、和/或与方向盘14接触的位置。来自一个或更多个方向盘触摸传感器35的数据可以包括与位置相结合的量值，使得可以确定触摸位置和触摸手势类型(例如，敲击运动、滑动运动等)。
控制模块40基于一个或更多个传感器信号并且还基于本公开的驾驶控制系统和方法来控制驾驶系统12的操作。控制模块40基于一个或更多个输入并且还基于本公开的驾驶控制系统和方法来生成命令信号以控制驾驶系统12的转向致动器马达19。
图2示出作为图1的驾驶系统12的替代实施例的驾驶系统12A的一部分的功能框图。图2的示例描述图1的方向盘触摸传感器35的多个实例，如分布在方向盘14上的不同位置处的方向盘触摸传感器35A、35B和35C。实施例可以包括方向盘触摸传感器35的一个或更多个实例。特定触摸位置(例如，方向盘触摸传感器35A-35C)处的各种触摸手势类型可以通过一个或更多个驾驶系统致动器(例如，转向致动器马达19、伸缩致动器21和倾斜致动器23)导致不同的触觉反馈。通常使用转向辅助单元18的转向致动器马达19提供电动助力转向扭转力辅助。伸缩致动器21通常用于轴向地调整方向盘14更靠近或更远离驾驶员。倾斜致动器23通常用于垂直地调整/倾斜方向盘14，使得驾驶员舒适。实施例使用一个或更多个现有致动器19、21和23，以向一个或更多个触摸传感器35的触摸传感器输入提供触觉反馈。
在一些实施例中，可以结合触摸传感器35使用倾斜致动器23和伸缩致动器21，以响应于检测到一个或更多个运动而支持各种调整以及提供触觉反馈。在一个实施例中，例如，可以使用一个或更多个触摸传感器35来指示驾驶员何时想要通过在垂直方向上滑动手指来调整倾斜致动器23，例如，向上滑动以进行通过倾斜致动器23的倾斜向上移动和向下滑动以进行通过倾斜致动器23的倾斜向下移动。当倾斜致动器23处于期望位置时，在一个或更多个触摸传感器35检测到诸如敲击运动(例如，单击、双击等))的另一个运动时，可以停止调整倾斜。为了使用伸缩致动器21来调整伸缩位置，驾驶员可以滑动一个或更多个触摸传感器35。当通过一个或更多个触摸传感器35检测到诸如敲击运动(例如，单击、双击等)的另一运动时，可以停止伸缩致动器21。
可使用一个或更多个触摸传感器35来控制的功能的其它示例包括：替换或增强通常用驾驶盘开关或中央堆叠触摸屏和开关来提供的许多控制。示例包括娱乐系统控制、车辆信息/配置控制、接听电话、导航控制、巡航控制、制热/制冷控制等。
图3示出根据实施例的驾驶系统(例如，图1至图2的驾驶系统12、12A)的方向盘14的正视图。在图3的示例中，方向盘触摸传感器35A、35B和35C被安装在方向盘14的轮缘17上，因此可以被称为方向盘轮缘安装式触摸传感器。方向盘触摸传感器35D、35E和35F分别被安装在方向盘14的轮辐15A、15B和15C上，因此可以被称为方向盘轮辐安装式触摸传感器。方向盘触摸传感器35G被安装在方向盘14的中心13上，因此可以被称为方向盘中心安装式触摸传感器。在一些实施例中，可以将方向盘触摸传感器35G并入固定中心设计中。方向盘触摸传感器35A-35G的组合可以允许以多种形式和方向接收控制输入，这可以得到不同的触觉反馈响应。例如，方向盘触摸传感器35A或35C-35G上的敲击可以产生轴向触觉反馈，作为待由图2的伸缩致动器21输出的轴向加速度，同时方向盘触摸传感器35B(位于方向盘14上的十二点钟位置)上的敲击可以得到垂直触觉反馈，作为待由图2的倾斜致动器23输出的垂直加速度。跨过沿着轮缘17的一个或更多个方向盘触摸传感器35A-35C的滑动运动可以得到扭转触觉反馈，作为待由图1和图2的转向致动器马达19输出的扭转加速度。一些手势可以唤起来自致动器19、21和/或23的组合的同时响应或顺序响应。此外，例如，取决于所施加力的量、移动的速率和/或施加到方向盘触摸传感器35A-35G的手势的持续时间，响应的大小、响应的频率和/或响应的持续时间可以变化。
实施例将输入的类型与适当的触觉反馈进行链接。例如，在垂直方向上对驾驶盘辐条15敲击的触觉响应可以是扭转触觉响应。驾驶盘轮缘17的顶部上的垂直敲击可以导致来自倾斜致动器23的垂直触觉响应。可以利用致动器设备力学(例如，转向致动器马达19、伸缩致动器21和/或倾斜致动器23通过各种传输元件的响应)的知识来合成触觉反馈。这有助于确保反馈是自然的。例如，如果需要获得像按钮点击那样的触觉反馈，则加速度分布在手处被感测，但是在其中若干机械传输路径被移除的伸缩致动器21和/或倾斜致动器23处产生。对转向致动器马达19、伸缩致动器21和/或倾斜致动器23的致动器力学进行建模能够实现期望的触觉响应。
图4图示根据实施例的用于驾驶系统控制的触觉反馈的系统100。系统100包括控制模块40并且从一个或更多个触摸传感器35(图1-图3)接收数据。在各种实施例中，控制模块40可以包括一个或更多个子模块和数据存储，诸如触摸传感器输入检测模块102和致动器触觉响应驱动器模块104。如本文所使用的，术语模块和子模块指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或群组)和存储器、组合逻辑电路或提供所描述的功能的其它合适的组件。可以理解，图4所示的控制模块40可以被进一步分割并且包括转向控制系统领域中已知的额外控制元件。例如，图1的车辆10的控制模块40或其它模块(未示出)可以实现用于图1和图2的驾驶系统12、12A的驾驶控制的已知技术。
可以从车辆10(图1)的传感器33和35(图1-图3)以及其它传感器(未示出)产生控制模块40的输入。另外，可以从车辆10(图1)内的其它控制模块(未示出)接收输入。触摸传感器输入110可以包括来自驾驶系统12、12A(图1和图2)的一个或更多个方向盘触摸传感器35A-35G(图3)的方向盘传感器输入112。触摸传感器输入检测模块102获取触摸传感器输入110并识别触摸传感器输入110的触摸手势类型106。触摸传感器输入检测模块102还可以确定触摸手势类型106的触摸位置108，例如，方向盘14上的特定位置/区域(图1-图3)。触摸传感器配置116可以限定关于特定触摸传感器35与方向盘14上位置的映射的配置信息。在一些实施例中，还在触摸传感器输入检测模块102处从方向盘位置/速率传感器33接收感测到的方向盘位置115(例如，角度位置)，以相对于方向盘14的当前位置调整方向盘触摸传感器35A-35G的参考系。例如，如果方向盘14的旋转将方向盘触摸传感器35A或35C放置在十二点钟位置，则可以响应于方向盘触摸传感器35A或35C上的敲击手势来提供垂直触觉反馈122。可替代地，方向盘触摸传感器35A-35G的参考系可以保持固定以产生触觉反馈，而不管方向盘14的当前位置如何。
致动器触觉响应驱动器模块104确定与触摸手势类型106相关联的期望的触觉反馈，并且基于期望的触觉反馈来控制驾驶系统致动器19、21和/或23以产生触觉响应。致动器触觉响应驱动器模块104还可以基于触摸位置108确定期望的触觉反馈。致动器触觉响应驱动器模块104可以基于将触摸手势类型106和触摸位置108相对于触觉反馈映射124进行索引，在扭转触觉反馈118、轴向触觉反馈120和垂直触觉反馈122中的一个或更多个之间进行选择，作为期望的触觉反馈。例如，在方向盘14上的一个位置处的敲击运动可以导致输出轴向触觉反馈120，在方向盘14上的不同位置处的相同敲击运动可以导致输出垂直触觉反馈122。类似地，横跨方向盘14的轮缘17的滑动运动可以导致输出扭转触觉反馈118，而方向盘14的中心13上的向上或向下滑动运动可以导致输出垂直触觉反馈122。将理解的是，除了本文提供的示例之外，许多变型和组合是可能的。
扭转触觉反馈118可以将扭转加速度添加到转向致动器马达19(图1和图2)的输出。轴向触觉反馈120可以将轴向加速度添加到伸缩致动器21(图2)的输出。垂直触觉反馈122可以将垂直加速度添加到倾斜致动器23(图2)的输出。基于在方向盘触摸传感器35处使用触摸式手势106检测到的感测到的力水平，加速度的大小可以是固定的或者可变的。触觉反馈118-122的其它方面也可以基于诸如滑动手势或敲击手势的触摸手势类型106变化，并且可以在触觉反馈映射124中限定响应的各个方面。
图5示出用于通过驾驶系统传输期望的触觉加速度的触觉反馈路径200，并且还参考图1至图4进一步描述图5。可以将触觉反馈路径200并入驾驶系统12、12A。触觉合成202限定用于马达控制204的控制信号，以例如使用驾驶系统12、12A的机电动力学的逆设备模型施加至马达206。为了在方向盘14处达到期望的触觉加速度210，触觉合成202考虑马达控制器204、马达206(例如，转向致动器马达19、伸缩致动器21或倾斜致动器23)、机械传输208(例如，转向轴16)、以及方向盘14的电力与机械响应特性。因此，可以基于每个致动器19、21、23的特有特性及其相应的安装位置，为每个期望的响应定制用于扭转触觉反馈118、轴向触觉反馈120和垂直触觉反馈122的触觉合成202。触觉合成202的限定可以被存储在触觉反馈映射124中，例如，作为控制系统设定或功能。
图6示出用于驾驶系统控制的触觉反馈的过程300。还参考图1-图5描述过程300。可以由图1和4的控制模块40执行过程300。在方框302处，控制模块40从驾驶系统12、12A的一个或更多个触摸传感器35获取触摸传感器输入110。在方框304处，识别触摸传感器输入110的触摸手势类型106。触摸手势类型106可以将由一个或更多个触摸传感器35检测到的敲击运动与由一个或更多个触摸传感器35检测到的滑动运动区分开。在方框306处，确定与触摸手势类型106相关联的期望的触觉反馈。在方框308处，控制驾驶系统致动器19、21和/或23，以基于期望的触觉反馈产生触觉响应。控制模块40还可以确定触摸手势类型106的触摸位置108，并且期望的触觉反馈可以基于触摸位置108。触觉响应可以是期望的触觉加速度210，其以一个或更多个扭转触觉反馈118、轴向触觉反馈120、和/或垂直触觉反馈122为特征。
虽然已经结合仅仅有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应当容易地理解，本发明不限于这些公开的实施例。相反，本发明可以被修改为包括此前未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变化、变更、替代或等同布置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解，本发明的各方面可以仅仅包括所描述实施例中的一些。因此，本发明不被视为受前述描述所限制。

Claims (11)

1.一种用于驾驶系统控制的触觉反馈的系统，所述系统包括：
触摸传感器输入检测模块，其从驾驶系统的一个或更多个触摸传感器获取触摸传感器输入，识别触摸传感器输入的触摸手势类型，并确定触摸手势类型的触摸位置；以及
致动器触觉响应驱动器模块，其基于将触摸手势类型和触摸位置相对于触觉反馈映射进行索引，确定期望触觉反馈，并基于期望触觉反馈来控制驾驶系统致动器以产生触觉响应。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，致动器触觉响应驱动器模块在扭转触觉反馈、轴向触觉反馈和垂直触觉反馈中的一个或更多个之间进行选择来作为期望触觉反馈。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，驾驶系统致动器包括转向致动器马达、伸缩致动器和倾斜致动器中的一个或更多个，并且其中，扭转触觉反馈将扭转加速度添加至转向致动器马达的输出，轴向触觉反馈将轴向加速度添加至伸缩致动器的输出，垂直触觉反馈将垂直加速度添加到倾斜致动器的输出。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，转向致动器马达、伸缩致动器和倾斜致动器中的一个或更多个的致动器设备动力学被用来合成期望触觉反馈。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或更多个触摸传感器包括方向盘轮缘安装式触摸传感器、方向盘轮辐安装式触摸传感器、以及方向盘中心安装式触摸传感器中的一个或更多个。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，触摸手势类型将由所述一个或更多个触摸传感器检测到的敲击运动与由所述一个或更多个触摸传感器检测到的滑动运动区分开。
7.一种用于驾驶系统控制的触觉反馈的方法，所述方法包括：
由控制模块获取来自驾驶系统的一个或更多个触摸传感器的触摸传感器输入；
识别触摸传感器输入的触摸手势类型；
确定触摸手势类型的触摸位置；
基于将触摸手势类型和触摸位置相对于触觉反馈映射进行索引，确定期望触觉反馈；以及
基于期望触觉反馈来控制驾驶系统致动器以产生触觉响应。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：
在扭转触觉反馈、轴向触觉反馈和垂直触觉反馈中的一个或更多个之间进行选择来作为期望触觉反馈。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，驾驶系统致动器包括转向致动器马达、伸缩致动器和倾斜致动器中的一个或更多个，并且其中，扭转触觉反馈将扭转加速度添加至转向致动器马达的输出，轴向触觉反馈将轴向加速度添加至伸缩致动器的输出，垂直触觉反馈将垂直加速度添加到倾斜致动器的输出，其中，使用转向致动器马达、伸缩致动器和倾斜致动器中的一个或更多个的致动器设备动力学来合成期望触觉反馈。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述一个或多个触摸传感器包括方向盘轮缘安装式触摸传感器、方向盘轮辐安装式触摸传感器、以及方向盘中心安装式触摸传感器中的一个或更多个。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，触摸手势类型将由所述一个或更多个触摸传感器检测到的敲击运动与由所述一个或更多个触摸传感器检测到的滑动运动区分开。
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