CN113183842A - 具有振动马达的触觉装置以及座椅组件 - Google Patents

Abstract

本文中公开了一种触觉装置，其具有至少一个振动马达（诸如，线性振动马达），所述振动马达被配置成至少部分地沿着致动器轴线选择性地生成振动。对接板被配置成传输振动并且至少部分地包括顺应性材料。线性振动马达和对接板嵌入主体中。主体限定第一表面且凹陷区从第一表面延伸。对接板被配置成装配在凹陷区中。主体包括与凹陷区相连的腔室，其中线性振动马达被定位在该腔室中。腔室可包括具有多个凸起的相应的壁，所述多个凸起被配置成至少部分地吸收振动。该触觉装置可以是座椅组件的一部分。

Description

具有振动马达的触觉装置以及座椅组件

技术领域

引言

本公开总体上涉及一种具有至少一个振动马达的触觉装置以及一种具有该触觉装置的座椅组件。可通过用操作员的触感增强其听觉和视觉来增强设备的功能。触觉装置包括产生机械振动的元件，这些机械振动旨在作为警报或反馈机制而被装置的用户感受。例如，可通过附接到电动马达的轴的不平衡的偏心质量块来生成振动。然而，产生充分可辨别的振动的装置可能会干扰座椅乘员的舒适度。

发明内容

本文中公开了一种触觉装置，其具有至少一个振动马达（自此省略“至少一个”），所述振动马达被配置成至少部分地沿着致动器轴线选择性地生成振动。对接板操作性地连接到振动马达并被配置成将振动传输远离振动马达。对接板至少部分地包括顺应性材料。振动马达和对接板嵌入主体（host）中。主体限定第一表面且凹陷区从第一表面延伸。对接板被配置成装配在凹陷区中。主体包括与凹陷区相连的腔室，其中振动马达被定位在该腔室中。

还公开了一种座椅组件，其具有触觉装置，该触觉装置具有至少一个振动马达，所述振动马达被配置成至少部分地沿着致动器轴线选择性地生成振动。对接板操作性地连接到振动马达并被配置成将振动传输远离振动马达。对接板至少部分地包括顺应性材料。对接板被配置成装配在主体的凹陷区中。主体限定第一表面且凹陷区从第一表面延伸。主体包括与凹陷区相连的腔室，其中振动马达被定位在该腔室中。主体至少部分地是座椅底部、座椅靠背和头枕中的至少一者的一部分。

振动马达可以是线性振动马达。振动马达沿着参考平面限定马达边界。对接板沿着参考平面限定板边界。板边界被配置成大于马达边界，使得周界区域环绕（warp around）振动马达。

填料（padding）层可与对接板直接连通，使得对接板被夹在振动马达和填料层之间。填料层被配置成装配在主体的凹陷区中。外层可与填料层直接连通。在一个示例中，主体至少部分地包括泡沫。

腔室可包括具有多个凸起的相应的壁，所述多个凸起被配置成至少部分地吸收振动。在一个示例中，所述多个凸起具有基本上正弦的形状。在另一个示例中，所述多个凸起可具有基本上锯齿形的形状。腔室可至少部分地填充有声吸收材料。在一个示例中，线性振动马达沿着法向轴线的厚度小于或等于6 mm。振动马达可被配置成具有在50和200 Hz之间（包括端值）的范围内的共振频率。

控制器可与振动马达通信并且被配置成传输控制命令，该控制命令具有一个或多个脉冲，所述一个或多个脉冲限定相应的脉冲持续时间、相应的脉冲幅度以及所述一个或多个脉冲之间的相应的间距。控制器被配置成选择性地调节（modulate）相应的脉冲持续时间、相应的脉冲幅度和相应的间距中的至少一者。

在一个实施例中，触觉装置包括至少一个线性振动马达，所述线性振动马达被配置成至少部分地沿着致动器轴线选择性地生成振动。对接板操作性地连接到所述至少一个线性振动马达并被配置成将振动传输远离所述至少一个线性振动马达，该对接板至少部分地包括顺应性材料。填料层与对接板直接连通，使得对接板被夹在所述至少一个线性振动马达和填料层之间。主体限定第一表面并具有从第一表面延伸的凹陷区。对接板和填料层被配置成装配在凹陷区中。主体包括与凹陷区相连的腔室，所述至少一个线性振动马达被定位在该腔室中。腔室包括具有多个凸起的相应的壁，所述多个凸起被配置成至少部分地吸收振动。所述至少一个线性振动马达和对接板分别沿着参考平面限定马达边界和板边界。板边界被配置成大于马达边界，使得周界区域环绕所述至少一个线性振动马达。

方案1. 一种触觉装置，所述触觉装置包括：

至少一个振动马达，所述至少一个振动马达被配置成至少部分地沿着致动器轴线选择性地生成振动；

对接板，所述对接板操作性地连接到所述至少一个振动马达并被配置成将所述振动传输远离所述至少一个振动马达，所述对接板至少部分地包括顺应性材料；

主体，所述主体限定第一表面并具有从所述第一表面延伸的凹陷区，所述对接板被配置成装配在所述凹陷区中；并且

其中，所述主体包括与所述凹陷区相连的腔室，所述至少一个振动马达被定位在所述腔室中。

方案2. 根据方案1所述的触觉装置，其中：

所述至少一个振动马达是线性振动马达，所述线性振动马达沿着参考平面限定马达边界；

所述对接板沿着所述参考平面限定板边界；并且

所述板边界被配置成大于所述马达边界，使得周界区域环绕所述线性振动马达。

方案3. 根据方案2所述的触觉装置，所述触觉装置进一步包括：

填料层，所述填料层与所述对接板直接连通，使得所述对接板被夹在所述线性振动马达和所述填料层之间；并且

其中，所述填料层被配置成装配在所述主体的所述凹陷区中。

方案4. 根据方案3所述的触觉装置，所述触觉装置进一步包括：

外层，所述外层与所述填料层直接连通；并且

其中，所述主体至少部分地包括泡沫。

方案5. 根据方案1所述的触觉装置，其中：

所述腔室包括具有多个凸起的相应的壁，所述多个凸起被配置成至少部分地吸收所述振动，所述多个凸起具有基本上正弦的形状。

方案6. 根据方案1所述的触觉装置，其中：

所述腔室包括具有多个凸起的相应的壁，所述多个凸起被配置成至少部分地吸收所述振动，所述多个凸起具有基本上锯齿形的形状。

方案7. 根据方案1所述的触觉装置，其中：

所述腔室至少部分地填充有声吸收材料。

方案8. 根据方案1所述的触觉装置，其中：

所述至少一个振动马达沿着法向轴线的厚度小于或等于6 mm。

方案9. 根据方案1所述的触觉装置，其中：

所述至少一个振动马达被配置成具有在50和200 Hz之间的范围内的共振频率，所述范围包括端值。

方案10. 根据方案1所述的触觉装置，所述触觉装置进一步包括：

控制器，所述控制器与所述至少一个振动马达通信并且被配置成传输控制命令，所述控制命令具有一个或多个脉冲，所述一个或多个脉冲限定相应的脉冲持续时间、相应的脉冲幅度以及所述一个或多个脉冲之间的相应的间距；并且

其中，所述控制器被配置成选择性地调节所述相应的脉冲持续时间、所述相应的脉冲幅度和所述相应的间距中的至少一者。

方案11. 一种座椅组件，所述座椅组件包括：

至少一个振动马达，所述至少一个振动马达被配置成至少部分地沿着致动器轴线选择性地生成振动；

对接板，所述对接板操作性地连接到所述至少一个振动马达并被配置成将所述振动传输远离所述至少一个振动马达，所述对接板至少部分地包括顺应性材料；

主体，所述主体限定第一表面并具有从所述第一表面延伸的凹陷区，所述对接板被配置成装配在所述凹陷区中；并且

其中，所述主体包括与所述凹陷区相连的腔室，所述至少一个振动马达被定位在所述腔室中；并且

其中，所述主体至少部分地是座椅底部、座椅靠背和头枕中的至少一者的一部分。

方案12. 根据方案11所述的座椅组件，其中：

所述至少一个振动马达是线性振动马达，所述线性振动马达沿着平行于所述致动器轴线的参考平面限定马达边界；

所述对接板沿着所述参考平面限定板边界；并且

所述板边界被配置成大于所述马达边界，使得周界区域环绕所述至少一个振动马达。

方案13. 根据方案11所述的座椅组件，所述座椅组件进一步包括：

填料层，所述填料层与所述对接板直接连通，使得所述对接板被夹在所述至少一个线性振动马达和所述填料层之间；

其中，所述填料层被配置成装配在所述主体的所述凹陷区中；

外层，所述外层与所述填料层直接连通；并且

其中，所述主体至少部分地包括泡沫。

方案14. 根据方案11所述的座椅组件，其中：

所述腔室包括具有多个凸起的相应的壁，所述多个凸起被配置成至少部分地吸收所述振动，所述多个凸起具有基本上正弦的形状。

方案15. 根据方案11所述的座椅组件，其中：

所述腔室包括具有多个凸起的相应的壁，所述多个凸起被配置成至少部分地吸收所述振动，所述多个凸起具有基本上锯齿形的形状。

方案16. 根据方案11所述的座椅组件，其中：

所述腔室至少部分地填充有声吸收材料。

方案17. 根据方案11所述的座椅组件，其中：

所述至少一个振动马达沿着所述致动器轴线的厚度小于或等于6 mm。

方案18. 根据方案11所述的座椅组件，其中：

所述至少一个振动马达被配置成具有在50和200 Hz之间的范围内的共振频率，所述范围包括端值。

方案19. 根据方案11所述的座椅组件，所述座椅组件进一步包括：

控制器，所述控制器与所述至少一个振动马达通信并且被配置成传输控制命令，所述控制命令具有一个或多个脉冲，所述一个或多个脉冲限定相应的脉冲持续时间、相应的脉冲幅度以及所述一个或多个脉冲之间的相应的间距；并且

其中，所述控制器被配置成选择性地调节所述相应的脉冲持续时间、所述相应的脉冲幅度和所述相应的间距中的至少一者。

方案20. 一种触觉装置，所述触觉装置包括：

至少一个线性振动马达，所述线性振动马达被配置成至少部分地沿着致动器轴线选择性地生成振动；

对接板，所述对接板操作性地连接到所述至少一个线性振动马达并被配置成将所述振动传输远离所述至少一个线性振动马达，所述对接板至少部分地包括顺应性材料；

填料层，所述填料层与所述对接板直接连通，使得所述对接板被夹在所述至少一个线性振动马达和所述填料层之间；

主体，所述主体限定第一表面并具有从所述第一表面延伸的凹陷区，所述对接板和所述填料层被配置成装配在所述凹陷区中；

其中，所述主体包括与所述凹陷区相连的腔室，所述至少一个线性振动马达被定位在所述腔室中；

其中，所述腔室包括具有多个凸起的相应的壁，所述多个凸起被配置成至少部分地吸收所述振动；

其中，所述至少一个线性振动马达和所述对接板分别沿着参考平面限定马达边界和板边界；并且

其中，所述板边界被配置成大于所述马达边界，使得周界区域环绕所述至少一个线性振动马达。

当结合附图理解时，本公开的以上特征和优点以及其他特征和优点容易从用于实施本公开的最佳模式的以下详细描述显而易见。

附图说明

图1是示例触觉装置的示意性透视图，该触觉装置具有嵌入主体中的至少一个触觉单元；

图2是沿着图1的轴线2-2截取的触觉装置的示意性局部截面图；

图3是图1的主体中的腔室的示例壁的示意性局部透视图；

图4是具有一个或多个触觉装置的示例座椅组件的示意性透视图；

图5是可在图1的触觉装置中采用的示例线性振动马达的示意性局部侧视图；以及

图6是图示用于驱动图5的线性振动马达的一个或多个脉冲的示意性图表，其中在纵轴中示出了脉冲幅度且在横轴中示出了时间。

具体实施方式

参考各图，其中，贯穿若干视图，相似的附图标记指代相同或类似的部件，图1是触觉装置10的示意性部分透视、部分分解图，该触觉装置具有嵌入主体14中的至少一个触觉单元12（自此省略“至少一个”）。触觉装置10可包括嵌入主体14中的多个触觉单元，诸如图1中所示的第二触觉单元16。触觉单元的数量可基于手头的应用而变化。

触觉装置10可被并入移动平台中，移动平台为诸如但不限于乘用车辆、运动型多用途车辆、轻型卡车、重型车辆、ATV、小型货车、公共汽车、运输车辆、自行车、移动机器人、农具（例如，拖拉机）、运动相关装备（例如，高尔夫球车）、船只、飞机和火车。触觉装置10可被并入非移动平台中，诸如例如，剧院座椅、游戏座椅、用于控制复杂机械的操作员的座椅、以及空中交通管制员的座椅。

图2是沿着图1的轴线2-2截取的触觉装置10的示意性局部剖视图。参考图1-2，触觉单元12包括至少一个振动马达20（诸如，线性振动马达20），所述振动马达被配置成至少部分地沿着致动器轴线22选择性地生成振动。参考图1-2，对接板24操作性地连接到线性振动马达20并被配置成将振动传输远离线性振动马达20。线性振动马达20生成与致动器轴线22至少部分地对准的振动。然而，对接板24、主体14、乘员以及这些的相互作用（尤其是在其各自的界面处）可导致振动能量在其离开对接板24后不久沿多个方向传输。能量的传播方向取决于对接板24上的边界条件、对接板24的相对模量、主体14、乘员和其他因素而改变。

如本文中所描述的，触觉装置10允许相对地减小质量、易于包装、改善舒适度、降低功耗并实现更复杂的警报功能。触觉装置10可被包装在座椅组件100（图4中示出）中以提供警报功能，例如，在左前和左后碰撞事件之间进行区分。对接板24可至少部分地包括顺应性材料以减轻对座椅乘员的舒适度的影响，换句话说，减少并入了触觉装置10的座椅组件100上的硬边缘或凸起。

参考图2，填料层26与对接板24直接连通，使得对接板24被夹在线性振动马达20和填料层26之间。参考图2，外层28（也在图1中示出）与填料层26直接连通。外层28可包括聚合物或皮革材料。主体14可包括闭孔泡沫或其他材料。应理解的是，触觉装置10可采取许多不同的形式，并且包括多个和/或替代的部件和设施。

参考图1，主体14限定第一表面30、第二表面32和侧壁34。振动的强度由在第一表面30处接收的期望强度决定（dictated）。换句话说，振动被配置成具有足够强度以能够由与第一表面30接触的用户辨别。参考图2，主体14包括从第一表面30延伸的凹陷区36。主体14限定与凹陷区36相连的腔室38，其中线性振动马达20被定位在腔室38中。如图2中所示，对接板24和填料层26可被配置成紧密地装配在凹陷区36中。

参考图2，腔室38限定相应的壁40，并且可至少部分地填充有声吸收材料42。例如，声吸收材料42可以是鹅绒、毡、泡沫或其他合适的材料。声吸收材料42的组合物可基于手头的应用而变化。

参考图2，相应的壁40可包括被配置成至少部分地吸收振动的多个凸起50。现在参考图3，示出了主体14中的腔室38的相应的壁40的示例构造。相应的壁40可与所述多个凸起一体地形成。替代地，相应的壁40可以是平坦的，并且填充有并入了所述多个凸起50的衬里。所述多个凸起50可布置成排（诸如，第一排56中的第一凸起50A和第二排58中的第二凸起50B），以用于吸收声信号。在图2中所示的示例中，所述多个凸起50具有基本上正弦的形状。在图3中所示的示例中，所述多个凸起50具有基本上锯齿形的形状或楔形/金字塔形状。参考图3，可选择所述多个凸起50的形状以及相应的峰60、相应的谷62、相应的间距64和相应的高度66的数量，以调节吸收要求。

参考图2，线性振动马达20、对接板24和填料层26沿着法向轴线68而分别限定第一厚度T1、第二厚度T2和第三厚度T3。在一个示例中，线性振动马达20的第一厚度T1小于或等于6 mm。对接板24可被配置成具有相对高的轴向刚度并且在弯曲刚度方面相对灵活。在一个示例中，对接板24包括钢板且第二厚度T2为大约0.1 mm。在另一个示例中，对接板24包括聚乙烯或其他聚合物且第二厚度T2在大约6 mm和15 mm之间。需注意的是，图1和图2未按比例绘制。

参考图2，线性振动马达20限定第一长度L1。对接板24和填料层26限定第二长度L2，该第二长度大于第一长度L1。线性振动马达20的第一长度L1可被配置成小于由腔室38限定的第三长度L3，由此围绕线性振动马达20允许有连续的间隙44。线性振动马达20可被成形为相对薄的板，并且可被配置成具有处于或高于5的长厚比（L1/T1）。在一个示例中，长厚比（L1/T1）在约5和50的范围内。

现在参考图4，触觉装置10可以是座椅组件100的一部分。触觉装置10可被并入座椅组件100的座椅底部102（触觉单元12和第二触觉单元16）、座椅靠背104（第三触觉单元112）和头枕106（第四触觉单元114）中的至少一者中。相应的触觉信号被配置成可被与座椅组件100的相应的外表面接触的乘员（未示出）辨别。参考图4，对接板24沿着参考平面R限定板边界70。在一个示例中，参考平面R基本上平行于致动器轴线22且正交于法向轴线68。线性振动马达20沿着参考平面R限定致动器边界72。参考图4，板边界70被配置成大于致动器边界72，使得周界区域74在参考平面R中环绕线性振动马达20。

图5图示了可在图1的触觉装置10中采用的线性振动马达20的示例。参考图5，线性振动马达20包括限定第一端204和第二端206的壳体202。磁性质量块210（在图5中打阴影）可通过弹簧212安装在壳体202的第一端204和第二端206之间。参考图5，线圈（未示出）可被定位成接近磁性质量块210。当电流选择性地流过线圈时，形成了与磁性质量块210的磁场相互作用的磁场，从而引发磁性质量块210沿方向216的运动。电流的方向和极性确定磁性质量块210（沿着方向216）的前进和后退运动，其中弹簧212移动通过相应的压缩、扩展和中立位置。应理解的是，可采用其他合适的设计。

线性振动马达20具有共振频率，在该共振频率下其能够被有效地驱动，其中随着驱动频率移动远离共振频率，振动强度下降。共振频率由磁性质量块210的质量/重量和弹簧212的顺应性程度来表征。线性振动马达20可被构造成将共振频率限定在50 Hz和200 Hz之间（包括端值）的范围内。可采用生成振动的其他方法。例如，线性振动马达20可包括其他元件，诸如压电元件（未示出）和/或音圈马达。

参考图5，可经由驱动器模块220来驱动线性振动马达20，该驱动器模块可连接到控制器C或嵌入控制器C中。线性振动马达20可包括用于经由通信总线与控制器C进行通信的对接单元222，该通信总线可呈串行控制器局域网（CAN-BUS）的形式。

参考图5，控制器C可与线性振动马达20通信并被配置成传输具有一个或多个脉冲的控制命令以用于驱动线性振动马达20。图6是图示例脉冲（诸如，第一脉冲250和第二脉冲252）的示意性图表。在纵轴中示出了脉冲幅度A且在横轴中示出了时间T。参考图6，第一脉冲250限定了相应的脉冲持续时间254、相应的脉冲幅度Ao以及在第一脉冲250和第二脉冲252之间的相应的间距256。触觉装置10可被配置成生成多个振动音调。

控制器C可包括至少一个处理器P和至少一个存储器M（或其他非暂时性有形计算机可读存储介质），所述存储器上记录了何时发出相应的命令信号的指令。存储器M能够存储控制器可执行指令集，并且处理器P能够执行存储在存储器M中的控制器可执行指令集。例如，如果平台是车辆，则可发出相应的命令信号并且在已接通转向信号指示器超过阈值时间后激活相应的振动，以便警告驾驶员这种状况（condition）。参考图5和图6，控制器C可被配置成选择性地调节相应的脉冲持续时间254、相应的脉冲幅度Ao和相应的间距256中的至少一者，以产生不同类型的振动音调。例如，可针对不同类型的警报采用单独的振动音调，这些警报诸如为车道偏离警报、安全带警报和转向信号警报。

总之，触觉装置10允许相对减小质量、易于包装、改善舒适度、降低功耗和实现更复杂的警报功能。触觉装置10并入了相对薄的轮廓和顺应性的对接板24，以减轻对操作员的舒适度的影响，换句话说，减少了座椅组件100（图4中示出）上的硬边缘或凸起。

详细描述和附图或图支持并描述本公开，但是本公开的范围仅由权利要求限定。虽然已详细描述了用于实施要求保护的公开的最佳模式和其他实施例中的一些，但是存在用于实践所附权利要求中限定的本公开的各种替代性设计和实施例。此外，在附图中示出的实施例或本描述中提到的各种实施例的特性不必理解为彼此独立的实施例。相反，可能的是，在实施例的一个示例中描述的特性中的每个能够与来自其他实施例的一个或多个其他期望的特性组合，从而导致不以文字或通过参考附图来描述的其他实施例。因此，这样的其他实施例落入所附权利要求的范围的框架内。

Claims (10)

1.一种触觉装置，所述触觉装置包括：

至少一个振动马达，所述至少一个振动马达被配置成至少部分地沿着致动器轴线选择性地生成振动；

对接板，所述对接板操作性地连接到所述至少一个振动马达并被配置成将所述振动传输远离所述至少一个振动马达，所述对接板至少部分地包括顺应性材料；

主体，所述主体限定第一表面并具有从所述第一表面延伸的凹陷区，所述对接板被配置成装配在所述凹陷区中；并且

其中，所述主体包括与所述凹陷区相连的腔室，所述至少一个振动马达被定位在所述腔室中。

2.根据权利要求1所述的触觉装置，其中：

所述至少一个振动马达是线性振动马达，所述线性振动马达沿着参考平面限定马达边界；

所述对接板沿着所述参考平面限定板边界；并且

所述板边界被配置成大于所述马达边界，使得周界区域环绕所述线性振动马达。

3.根据权利要求2所述的触觉装置，所述触觉装置进一步包括：

填料层，所述填料层与所述对接板直接连通，使得所述对接板被夹在所述线性振动马达和所述填料层之间；并且

其中，所述填料层被配置成装配在所述主体的所述凹陷区中。

4.根据权利要求3所述的触觉装置，所述触觉装置进一步包括：

外层，所述外层与所述填料层直接连通；并且

其中，所述主体至少部分地包括泡沫。

5.根据权利要求1所述的触觉装置，其中：

所述腔室包括具有多个凸起的相应的壁，所述多个凸起被配置成至少部分地吸收所述振动，所述多个凸起具有基本上正弦的形状。

6.根据权利要求1所述的触觉装置，其中：

所述腔室包括具有多个凸起的相应的壁，所述多个凸起被配置成至少部分地吸收所述振动，所述多个凸起具有基本上锯齿形的形状。

7.根据权利要求1所述的触觉装置，其中：

所述腔室至少部分地填充有声吸收材料。

8.根据权利要求1所述的触觉装置，其中：

所述至少一个振动马达沿着法向轴线的厚度小于或等于6 mm。

9.根据权利要求1所述的触觉装置，其中：

所述至少一个振动马达被配置成具有在50和200 Hz之间的范围内的共振频率，所述范围包括端值。

10.根据权利要求1所述的触觉装置，所述触觉装置进一步包括：

控制器，所述控制器与所述至少一个振动马达通信并且被配置成传输控制命令，所述控制命令具有一个或多个脉冲，所述一个或多个脉冲限定相应的脉冲持续时间、相应的脉冲幅度以及所述一个或多个脉冲之间的相应的间距；并且

其中，所述控制器被配置成选择性地调节所述相应的脉冲持续时间、所述相应的脉冲幅度和所述相应的间距中的至少一者。

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