使用模擬紋理用于觸覺反饋的機(jī)動車觸摸屏幕控制部的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明總體涉及例如小汽車、卡車、火車、公共汽車、或飛機(jī)這樣的移動交通工具中的駕駛員操作控制部，并且更具體地，涉及帶有觸覺反饋的觸摸屏幕控制面板。
[0002]例如小汽車或卡車這樣的典型的運(yùn)輸車輛包括許多操作者控制的系統(tǒng)及配件。為了處理與例如氣候調(diào)節(jié)系統(tǒng)、媒體和娛樂系統(tǒng)、駕駛員信息系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、或無線通信系統(tǒng)這樣的車輛電子系統(tǒng)之間多種多樣的交互作用，可以在車輛儀表盤或儀表板上提供集中的控制面板界面。這種集中的單元可以使應(yīng)用簡單容易并降低整體生產(chǎn)成本。一種普通類型的人機(jī)界面(human-machine interface)包含觸摸屏幕的使用，該觸摸屏幕用于通過用戶的手指使用各種與控制特征或操作系統(tǒng)相關(guān)的圖形元件(graphical elements)來顯示不同的上下文敏感菜單(context-sensitive menus)，以便調(diào)整與電子控制系統(tǒng)相關(guān)的各種參數(shù)。
[0003]為了限制與控制部的使用相關(guān)的潛在的駕駛員干擾，簡單容易的應(yīng)用和做出合適的選擇所需要的時間量對于車輛設(shè)計(jì)來說是重要的考慮因素。期望避免在以這樣的方式來使用觸摸屏幕時導(dǎo)致的駕駛員干擾，該方式不得不在觸摸屏幕上視覺搜索所需特征或區(qū)域，然后不得不等待所需控制行為已執(zhí)行來回應(yīng)用戶觸摸命令的確認(rèn)。此外，道路不平引起的振動(road-1nduced vibrat1n)和用戶身體的搖擺運(yùn)動會影響將手指準(zhǔn)確放置或滑動至觸摸屏幕預(yù)定位置上的能力。進(jìn)一步地，屏幕上的太陽負(fù)荷(sun load)會妨礙清楚地看到屏幕特征圖標(biāo)的能力。
[0004]有時試圖使用語音命令和合成語音應(yīng)答(synthesized speech responses)來避免這些問題，但是在嘈雜的車輛環(huán)境中會難于精確地檢測并表征語音，并且駕駛員常常會不知道或意識不到必須起始于確定的語音命令的合適的關(guān)鍵詞。
[0005]通過機(jī)械地移動(例如，振動)與特定命令的激活相關(guān)的觸摸屏幕的表面來提供觸覺反饋的機(jī)動車觸摸屏幕控制部是已知的(參見，例如，美國專利7，834，857和美國專利8，269，726)。觸覺振動需要馬達(dá)、螺線管、或壓電裝置來產(chǎn)生觸摸屏幕的機(jī)械振動，從而在觸摸屏幕技術(shù)及可以使用的材料上施加了強(qiáng)大的局限性。這種系統(tǒng)還受制于機(jī)械磨損和故障，并且其在激活時產(chǎn)生令人討厭的噪音。
[0006]已經(jīng)根據(jù)電振動產(chǎn)生觸覺的原理獲得一種新型的用于觸摸屏幕的觸覺反饋，該觸覺以觸摸屏幕表面和用戶手指之間的靜電摩擦為基礎(chǔ)(無需任何觸摸屏幕的實(shí)際振動)。例如，一種被稱為特斯拉-觸摸(Tesla-Touch)的系統(tǒng)已經(jīng)被說明(參見，例如，美國專利申請公布2012/0327006)，該系統(tǒng)使用配置于觸摸屏幕上方的透明電極，該透明電極用于和滑動于透明電極上方的移動的手指相互作用，其中在電極與手指之間應(yīng)用周期性的電信號，以通過被調(diào)制以便以所需方式改變摩擦的電場來產(chǎn)生吸引力，使得當(dāng)手指在調(diào)制存在的情況下于屏幕表面上移動，并且產(chǎn)生可變摩擦?xí)r，摩擦的形式將模擬不同紋理的感覺。例如，正弦調(diào)制會感覺像是波紋表面，以及矩形波調(diào)制會會感覺像是平行線或山脊。雖然在聯(lián)系上下文敏感菜單或其他機(jī)動車控制面板來說明，但是在拖動調(diào)整滑塊時改變觸覺反饋的紋理已經(jīng)在圖形用戶界面(GUI)中被建議使用。然而，尚未顯示或建議一種用于在導(dǎo)航上下文敏感菜單中使用變化的紋理的系統(tǒng)，這將由于減少了視覺注意的需要而對于導(dǎo)航機(jī)動車控制部非常有幫助。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明使用摩擦在機(jī)動車應(yīng)用的觸摸屏幕上模擬不同的紋理。在一個實(shí)施例中，各種該特征圖標(biāo)可以通過具有增加的(感覺到的)滑動摩擦而顯示為凸起，以便允許手指更容易定位在所需圖標(biāo)上。駕駛員可以通過改變與滑塊上的位置相關(guān)聯(lián)的摩擦作用力(例如，改變與改變音頻音量、車廂溫度或風(fēng)扇速度相關(guān)的摩擦)從而在“滑塊(slider)”類型的控制部上獲得附加的觸覺反饋。另外，為了表明何時所需的開/關(guān)特征設(shè)置已經(jīng)被選擇，觸覺反饋可以改變用戶的摩擦感覺。
[0008]適當(dāng)?shù)男盘柋仨氉⑷氲接脩艉?或顯示器，信號注入器和觸覺對象(即，用戶的身體)共享一共同點(diǎn)。這是在機(jī)動車環(huán)境下通過使用一個或更多路徑來實(shí)現(xiàn)，這些路徑被平衡/校準(zhǔn)以提供一致的感覺(即，信號強(qiáng)度)。由于用戶可以擁有不同的絕緣層(褲子厚度、外套、手套、或其他衣服)，該絕緣層會影響在達(dá)到所需信號水平時的系統(tǒng)效能，信號振幅可以要求調(diào)整，以便獲得與紋理一致的感覺。在機(jī)動車環(huán)境中建立用戶接地路徑的優(yōu)選位置包括將電極或金屬板放置于座椅表面內(nèi)或座椅表面處(例如，座椅底部或座椅靠背)、座椅安全帶內(nèi)、方向盤上、門扶手上、地板底盤上、加速器踏板上、變速器換擋機(jī)構(gòu)的表面上、或作為沿著觸摸屏幕底部的條或邊，在那里用戶可以放置拇指、手指或手掌。
[0009]在本發(fā)明的一個方面，車輛控制系統(tǒng)包含用于顯示圖形化HMI并用于檢測通過用戶手指接觸時在顯示器上手動建立的接觸點(diǎn)的觸摸屏幕顯示器。觸覺紋理系統(tǒng)擁有穿過觸摸屏幕顯示器設(shè)置的電極和產(chǎn)生振動信號以便當(dāng)手指在觸摸屏幕顯示器上方滑過時在手指與電極之間產(chǎn)生引起相應(yīng)的感覺紋理的電勢差的信號發(fā)生器?？刂齐娐放渲糜糜谥辽僭O(shè)置振動信號的頻率或振幅，以便在操作圖形化HMI時根據(jù)第一和第二模式來改變感知紋理。第一模式使用局部紋理映射(localized texture mapping)，該局部紋理映射由觸摸屏幕顯示器上各自的特征圖標(biāo)選擇區(qū)域來定義。第二模式使用狀態(tài)紋理映射(statustexture mapping)，該狀態(tài)紋理映射將感覺紋理與每一個可用于已經(jīng)使用第一模式選擇的特征圖標(biāo)的電勢調(diào)整設(shè)置聯(lián)系在一起。當(dāng)從第一模式轉(zhuǎn)換為第二模式時，觸摸屏幕顯示器的目錄可以是一樣的或可以改變。例如，當(dāng)特征圖標(biāo)被選擇用于調(diào)整音頻音量時，用于音量控制的滑動塊圖標(biāo)可以被放大(即，屏幕放大)以使所需行為更便利。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，提供一種車輛控制系統(tǒng)，包含:
[0011]觸摸屏幕顯示器，該觸摸屏幕顯示器用于顯示圖形化HMI并檢測通過用戶手指的觸摸而手動在顯示器上建立的接觸點(diǎn)；
[0012]觸覺紋理系統(tǒng)，該觸覺紋理系統(tǒng)擁有設(shè)置穿過觸摸屏幕顯示器和產(chǎn)生振動信號的信號發(fā)生器之間的電極，以便在手指和電極之間產(chǎn)生電勢差，隨著手指在觸摸屏幕顯示器上滑動而引起相應(yīng)的感覺紋理；以及
[0013]控制電路，該控制電路配置用于設(shè)置至少振動信號的頻率或振幅，以便在操作圖形化HMI時根據(jù)第一和第二模式改變感覺紋理，其中第一模式使用由觸摸屏幕顯示器上各自的特征圖標(biāo)選擇區(qū)域定義的區(qū)域紋理映射，以及其中第二模式使用將感覺紋理與每一個可用于使用第一模式所選擇的特征圖標(biāo)的電勢調(diào)整設(shè)置相聯(lián)系的狀態(tài)紋理映射。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，狀態(tài)紋理映射將感覺紋理的強(qiáng)度與調(diào)整設(shè)置的強(qiáng)度相聯(lián)系。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，控制電路通過改變振動信號的振幅來改變感覺紋理的強(qiáng)度。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，控制電路通過改變振動信號的波形來改變感覺紋理的強(qiáng)度。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，狀態(tài)紋理映射局部化為圖形化HMI中的調(diào)整滑塊圖像。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，電勢調(diào)整設(shè)置包含用于特征圖標(biāo)各自的打開設(shè)置和各自的關(guān)閉設(shè)置，以及其中狀態(tài)紋理設(shè)置將兩個明顯的紋理聯(lián)系至開和關(guān)設(shè)置。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，第一模式中的局部紋理映射在各自的圖標(biāo)和與各自特征圖標(biāo)相一致的最大紋理之間的各自的位置不提供紋理。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，控制電路改變振動信號以提供靠近每一個特征圖標(biāo)的緩慢增加紋理。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，觸摸屏幕顯示器檢測