Brevet FR3010546A1 — publié le 20150313

Interface de commande à retour haptique La présente invention concerne une interface de commande et notamment une interface de commande rotative ou molette, en particulier pour un véhicule automobile, permettant de transmettre un retour haptique à un utilisateur, tel qu'une force de résistance variable. Le retour haptique, sur des molettes par exemple, est composé de forces de résistance de valeurs variables, créant des points durs et paliers, qui correspondent à différentes commandes pour les dispositifs pilotés via l'interface en question. Le retour haptique est avantageux en voiture en ce qu'il ne nécessite que peu d'attention de la part du conducteur, en particulier ne nécessite pas que le conducteur détourne son regard de la route. Cependant, une interface de commande avec un motif de retour haptique défini ne peut convenir que pour un nombre restreint de fonctions à commander, celles-ci devant avoir un même nombre de commandes possibles, égal par exemple au nombre de points durs sur un parcours complet d'un élément de préhension. De plus, de telles interfaces de commande sont généralement volumineuses et difficiles à coupler avec d'autres commandes dans un encombrement réduit. Par ailleurs afin de naviguer dans des menus et/ou valider les fonctions sélectionnées, les molettes doivent souvent être couplées à d'autres types de commande. Ainsi, pour obtenir une commande d'un ensemble de fonctions, les interfaces de commande de l'état de la technique présentent un fort encombrement et nécessitent de nombreux branchements dus aux différents éléments de commande. Afin d'obtenir une interface de commande permettant une sélection et une 30 validation d'une multitude de commande dans un encombrement réduit et avec un montage simple, l'invention a pour objet une interface de commande à retour haptique, -2- notamment pour véhicule automobile, destiné à prendre en compte une action d'un utilisateur en lui fournissant un retour haptique, comportant un module de fluide magnéto-rhéologique, ledit module comprenant : - un élément rotatif autour d'un axe (Z) du module (5), ledit élément rotatif étant en contact avec le fluide magnéto-rhéologique et destiné à être couplé avec un élément de préhension, - une unité d'application d'un champ magnétique au fluide magnéto-rhéologique configurée pour modifier l'intensité du champ magnétique, ladite interface comprend également une unité de commande comportant une surface 10 tactile fixe située au centre de l'élément de préhension. Une telle interface permet d'obtenir une commande rotative comportant un retour haptique reconfigurable couplée à une surface tactile le tout dans un encombrement réduit. 15 Selon un autre aspect de la présente invention, l'interface est configurée pour bloquer en rotation l'élément rotatif via l'unité d'application d'un champ magnétique lorsque la surface tactile est utilisée. 20 La surface de préhension peut alors servir de repose-main ou de guide-doigt à l'utilisateur lorsqu'il utilise la surface tactile. Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, l'unité d'application d'un champ magnétique au fluide magnéto-rhéologique est configurée pour modifier 25 l'intensité du champ magnétique appliqué en fonction de la rotation de de l'élément rotatif autour de l'axe (Z) du module (5). Une telle interface permet un montage simple et un retour haptique fournissant un indexage. 30 -3- Selon un aspect additionnel de la présente invention, l'unité de commande comprend également des moyens d'affichage couplés à l'interface tactile. Une telle interface permet d'afficher des informations relatives à l'interface de 5 commande. Selon un autre aspect de la présente invention, la surface tactile est une surface capacitive. 10 Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, la surface tactile est une surface résistive. Selon un aspect additionnel de la présente invention, la surface tactile est couplée à un dispositif de détection de geste. 15 Une telle interface permet de configurer des commandes en fonction de gestes prédéterminés. Selon un autre aspect de la présente invention, le module de fluide magnéto- 20 rhéologique a la forme générale d'un cylindre dont l'une des extrémités est obturée et qui comprend un axe central fixe sur lequel est montée la surface tactile, l'élément rotatif étant monté pivotant autour de l'axe central fixe et venant s'insérer dans une cavité du module comprenant le fluide magnéto-rhéologique, d'autre part, l'unité d'application d'un champ magnétique comprend une bobine qui entoure ladite cavité du 25 module comprenant le fluide magnéto-rhéologique. Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, l'élément rotatif est guidé en rotation par le biais de paliers ou de roulements à bille. 30 Selon un aspect additionnel de la présente invention, l'élément de préhension -4- forme une bague rotative autour de la surface tactile. Selon un autre aspect de la présente invention, l'unité de commande comprend également une carte électronique configurée pour alimenter et piloter la surface tactile, 5 la dite carte électronique étant alimentée via une liaison électrique qui traverse l'axe central. Selon un aspect supplémentaire de la présent invention, l'élément rotatif est couplé à un encodeur de position configuré pour fournir un signal représentatif de la 10 position angulaire de l'élément rotatif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple et sans caractère limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une interface de commande comprenant une module de fluide magnéto-rhéologique comprenant une surface tactile selon la présente invention, - la figure 2 représente une vue en coupe d'un module de fluide magnéto-rhéologique selon la présente invention. Sur toutes les figures, les mêmes éléments portent les mêmes numéros de référence. L'invention concerne une interface de commande à retour haptique 1 comme 25 représenté sur la figure 1, par exemple pour un tableau de bord de véhicule automobile, ou encore pour une console centrale de véhicule automobile, permettant de commander des systèmes embarqués du véhicule. L'interface de commande 1 comprend un module de fluide magnéto-rhéologique 5 pouvant transmettre un retour haptique à un utilisateur sous forme d'une force de résistance appliquée sur un élément de préhension 3. De plus, 30 ce module 5 comprend une unité de commande 31 comportant une surface tactile 33. 15 20 -5- La figure 2 représente une vue en coupe du module de fluide magnéto-rhéologique 5. Le module 5 comporte une structure de forme générale cylindrique et obturée à l'une de ses extrémités qui comprend un axe central fixe 6 sur lequel est monté 5 l'élément rotatif 7 et une cavité 23 destinée à recevoir d'une part le fluide magnéto-rhéologique et d'autre part une extrémité de l'élément rotatif 7. L'élément rotatif 7 est alors partiellement immergé dans le fluide magnéto-rhéologique. La structure du module 5 comprend également un logement circulaire 8 qui entoure au moins partiellement la cavité 23. Le logement circulaire 8 reçoit une ou plusieurs bobine(s) qui 10 avec son (leurs) alimentation(s) (non représentée(s)) forme(nt) une unité d'application 9 d'un champ magnétique sur le fluide magnéto-rhéologique. En effet, le champ magnétique créé par une bobine est proportionnel au courant qui la traverse de sorte qu'en faisant varier l'alimentation de la bobine, on peut faire varier l'intensité du champ magnétique créé au centre de la bobine et donc du champ 15 magnétique appliqué au fluide magnéto-rhéologique, ce qui permet de faire varier la viscosité du fluide. Par ailleurs, la force de frottement appliquée par le fluide magnéto-rhéologique sur l'élément rotatif 7 varie en fonction de la surface de fluide en contact avec l'élément mobile 7. Ainsi, l'élément rotatif 7 peut comprendre plusieurs parois 16 qui viennent en 20 regard de parois de la cavité 23. La cavité 23 peut notamment comprendre une paroi centrale 18 qui vient s'intercaler entre les parois 16 de l'élément rotatif 7 pour augmenter la surface en regard entre l'élément rotatif 7 et les parois 16, 18 fixes de la cavité 23 et ainsi augmenter le couple de force que l'on peut exercer sur l'élément rotatif 7 avec une alimentation donnée. 25 D'autre part, dans le mode de réalisation de la figure 2, la cavité 23 est fermée par un couvercle 20 qui vient comprimer un joint 22 assurant l'étanchéité de manière à éviter toute fuite du fluide magnéto-rhéologique. Le couvercle 20 comprend également un logement pour accueillir un palier ou roulement à bille 24 qui assure la liaison avec l'élément rotatif 7 et son mouvement en rotation. 30 Par ailleurs, dans l'exemple représenté sur la figure 2, l'élément de préhension 3 -6- est solidaire, c'est à dire rigidement lié à l'élément rotatif 7. L'élément rotatif 7 présentant un axe de sortie 41 qui relie le module 5 à l'élément de préhension 3. L'élément de préhension 3 est par exemple fait de matière avec l'élément rotatif 7 ou clipsé sur l'élément rotatif 7 ou fixé par une goupille ou par tout autre moyen de fixation connu de l'état de la technique. Alternativement, l'élément de préhension 3 peut être couplé à l'élément rotatif 7 via un système d'engrenages ou tout autre moyen mécanique permettant d'assurer un couplage en rotation entre les deux. Un système d'engrenages permet notamment de créer une démultiplication entre la rotation de l'élément de préhension et l'élément rotatif 7 pour permettre un contrôle en rotation plus précis. D'autre part, l'élément rotatif 7 est maintenu en translation par un élément de retenue 38 comme par exemple un circlip, une goupille ou tout autre moyen de retenue connu de l'homme du métier. Le module 5 comprend également une unité de commande 31 comprenant une surface tactile 33 couplée à une carte électronique ou circuit imprimé 37 qui sont montés sur l'axe central fixe 6 du module 5. La surface tactile 33 est réalisée par exemple par une surface capacitive, une surface résistive ou par une détection optique de la position tactile de l'utilisateur, c'est à dire une détection optique de gestes. Les surfaces tactiles résistive ou capacitive permettent de détecter une position de toucher ou d'approche (capacitive) de la surface tactile 33 et ont un coût réduit tandis qu'une détection par geste permet de multiplier le nombre de commandes liées à des gestes prédéterminés. De manière optionnelle, l'unité de commande 31 comprend également un écran d'affichage 35 positionné en regard et sous la surface tactile 33. Dans ce cas, la surface tactile 33 est transparente. De manière préférentielle, l'écran d'affichage 35 est placé au plus près de la surface tactile 33. L'écran d'affichage 35 peut être de forme rectangulaire comme représenté sur la figure 1 mais peut aussi être de forme circulaire et correspondre avec la forme de l'élément de préhension 3. De plus, un joint ou une mousse (non représenté) peuvent être insérés entre les bords de la surface tactile 33 et l'élément de préhension 3 de manière à assurer une étanchéité vis à vis de la poussière -7- ou d'un liquide. Ainsi, la surface tactile 33 et optionnellement l'écran d'affichage 37 sont alimentés et pilotés par la carte électronique 37. L'alimentation de la carte électronique 37 est par exemple réalisée par une liaison électrique 40, par exemple une liaison souple, qui traverse l'axe central 6. Le module 5 de fluide magnéto-rhéologique comporte également un capteur ou encodeur de position 21 de l'élément rotatif 7 qui permet de connaître la position angulaire de l'élément rotatif 7 de manière à appliquer un retour haptique par le biais de l'unité d'application 9 en fonction de la position angulaire de l'élément rotatif 7. L'encodeur de position 21 peut comprendre par exemple un ensemble de contacts et un balai en contact successivement avec certains desdits contacts lors de la rotation de l'élément 7. Alternativement, l'encodeur de position 21 peut être un encodeur optique comportant une ou plusieurs fourches optiques ou un dispositif piézo-électrique ou tout autre capteur de position connu de l'homme du métier. L'encodeur de position 21 peut être situé à différents endroits à proximité de l'élément rotatif 7 et notamment du côté de l'élément de préhension 3. Par ailleurs, de manière alternative, l'encodeur de position 21 peut également être configuré pour déterminer la position angulaire absolue de l'élément de préhension 3 par rapport à un point de référence. L'alimentation du module 5 nécessite l'alimentation de l'unité de commande 31, de l'unité d'application 9 et de l'encodeur de position. L'alimentation est par exemple réalisée par trois connecteurs 39. Ainsi, lors du montage du module 5, il suffit de brancher ces trois connecteurs 39. L'unité d'application 9 d'un champ magnétique au fluide magnéto-rhéologique est donc reliée à l'encodeur de position 21 et est configurée pour produire le retour haptique désiré en fonction du signal fourni par l'encodeur de position 21. Cette unité 30 d'application 9 est configurée pour recevoir un signal de l'encodeur de position 21 et -8- pour déterminer une position prédéterminée de l'élément de préhension 3 en fonction du signal reçu, par exemple un certain nombre de positions d'indexage, et pour modifier l'intensité du champ magnétique lorsqu'une position d'indexage est atteinte. Différentes formes de retour haptique peuvent être obtenues en fonction de la 5 configuration de l'unité d'application 9. Par exemple, l'intensité du champ magnétique peut avoir une forme en créneau dans laquelle l'intensité est nulle sauf au niveau des positions d'indexage où cette intensité est forte de manière à créer une force de frottement importante au passage des points d'indexage. En effet, la viscosité du fluide magnéto-rhéologique varie sous l'effet d'un champ magnétique variable de sorte que la 10 force de frottement induite par le fluide magnéto-rhéologique est faible lorsqu'aucun champ magnétique n'est appliqué et devient de plus en plus important lorsque l'intensité du champ magnétique augmente. Ainsi, l'application d'une intensité en forme de créneau permet de créer des points durs au niveau des points d'indexage pour lesquels l'intensité est importante. 15 D'autres motifs ou profils de force de résistance en fonction de la position sont également possibles, par exemple des profils triangulaires ou en dents de scie répartis autour des positions d'indexage, de sorte que celles-ci soient perçues comme un point dur progressif à surmonter, une fois pour l'atteindre, et une fois pour s'en éloigner ou seulement pour l'atteindre. 20 L'unité d'application peut être reconfigurée presque instantanément en appliquant un profil de retour haptique différent ce qui permet en particulier de faire varier la position et/ou le nombre de points durs. Ainsi le module 5 peut être utilisé pour plusieurs fonctions différentes, avec des nombres différents de positions d'indexage et des profils de retour haptique différents. 25 Les forces de résistance peuvent aussi être utilisées pour améliorer la précision du déplacement de l'élément de préhension 3. Par exemple, si une position précise dans une gamme de positions doit être atteinte, la force de résistance peut être diminuée ou augmentée en fonction de la vitesse de rotation de l'élément de préhension 3, par exemple lors du défilement d'une liste en réduisant la résistance si la rotation de 30 l'élément de préhension 3 est rapide et en augmentant la résistance lorsque l'on approche -9- de la fin de la liste. Une force très importante peut également être produite en alimentant la bobine par un fort courant pour simuler une butée, par exemple au début ou à la fin d'une liste. La résistance du retour haptique peut également être ajustée par l'utilisateur selon s'il désire un retour haptique plus ou moins marqué par exemple en ajustant un paramètre de résistance dans un menu indiquant les réglages. L'élément de préhension 3 et la surface tactile 33 étant montés sur le même module, des interactions peuvent être créées entre les deux. Ainsi, dans le cas où la surface tactile 33 est couplée à une écran d'affichage 35, l'affichage peut également être utilisé lorsque l'utilisateur actionne l'élément de préhension 33 en rotation. Par exemple, les points d'indexage de la commande en rotation peuvent être représentés sur l'écran ou l'affichage peut varier en fonction de la position de l'élément de préhension. D'autre part, l'élément de préhension 3 peut être bloqué en rotation lors de l'utilisation de la surface tactile 33. En effet, lorsque l'utilisateur utilise la surface tactile 33 pour appliquer une commande, il peut avoir besoin d'une surface périphérique à la surface tactile 33 pour servir de repose-main ou de guide-doigts. Une telle surface peut être réalisée par l'élément de préhension 3 lorsqu'il est bloqué en rotation. Le blocage en rotation peut être réalisé en appliquant une champ magnétique suffisamment important au fluide magnéto-rhéologique par l'intermédiaire de l'unité d'application 9. Ainsi, lorsque l'unité de commande 31 détecte la présence d'utilisateur au niveau de la surface tactile 31, un signal de blocage est envoyé de l'unité de commande 31 vers l'unité d'application 9 pour bloquer l'élément rotatif 7 et par conséquent l'élément de préhension 3 en rotation. Ainsi, la présente invention permet d'obtenir un module de commande compact comprenant une commande rotative avec un retour haptique reconfigurable couplé avec une surface tactile permettant des commandes ou des validations supplémentaires ainsi qu'un affichage d'informations. Un unique module permet donc de commander un multitudes d'équipements d'un véhicule tout en étant facile à installer du fait du nombre réduit de branchements. REVENDICATIONS1. Interface de commande à retour haptique ( 1), notamment pour véhicule automobile, destiné à prendre en compte une action d'un utilisateur en lui fournissant un retour haptique, comportant un module de fluide magnéto-rhéologique (5), ledit module comprenant : - un élément rotatif (7) autour d'un axe (Z) du module (5), ledit élément rotatif étant en contact avec le fluide magnéto-rhéologique et destiné à être couplé avec un élément de préhension (3), - une unité d'application (9) d'un champ magnétique au fluide magnéto-rhéologique configurée pour modifier l'intensité du champ magnétique, caractérisée en ce ladite interface ( 1) comprend une unité de commande (31) comportant une surface tactile (33) fixe située au centre de l'élément de préhension (3). 2. Interface de commande (1) selon la revendication 1 dans laquelle l'interface (1) est configurée pour bloquer en rotation l'élément rotatif (7) via l'unité d'application (9) lorsque la surface tactile (33) est utilisée. 3. Interface de commande (1) selon la revendication 1 ou 2 dans laquelle l'unité d'application (9) est configurée pour modifier l'intensité du champ magnétique appliqué en fonction de la rotation de l'élément rotatif (7) autour de l'axe (Z) du module (5). 4. Interface de commande (1) selon l'une des revendications précédentes dans laquelle l'unité de commande (31) comprend également des moyens d'affichage (35) couplés à l'interface tactile (33).. Interface de commande (1) selon l'une des revendications précédentes dans laquelle la surface tactile (33) est une surface capacitive. 6. Interface de commande (1) selon l'une des revendications 1 à 4 dans laquelle la surface tactile (33) est une surface résistive. 7. Interface de commande (1) selon l'une des revendications 1 à 4 dans laquelle la surface tactile (33) est couplée à un dispositif de détection de geste. 8. Interface de commande (1) selon l'une des revendications 3 à 7 dans laquelle le module de fluide magnéto-rhéologique a la forme générale d'un cylindre dont l'une des extrémités est obturée et qui comprend un axe central (6) fixe sur lequel est montée la surface tactile (31), l'élément rotatif (7) étant monté pivotant autour de l'axe central (6) et venant s'insérer dans une cavité (23) du module (5) comprenant le fluide magnéto-rhéologique et dans laquelle l'unité d'application (9) comprend une bobine qui entoure ladite cavité (23) du module (5) comprenant le fluide magnéto-rhéologique. 9. Interface de commande (1) selon la revendication 8 dans laquelle l'élément rotatif (7) est guidé en rotation par le biais de paliers ou de roulements à bille. 10. Interface de commande (1) selon la revendication 8 ou 9 dans laquelle l'élément de préhension (3) forme une bague rotative autour de la surface tactile (33). 11. Interface de commande (1) selon l'une des revendication 8 à 10 dans laquelle l'unité de commande (31) comprend également une carte électronique (37) configurée pour alimenter et piloter la surface tactile (33), la dite carte électronique (37) étant alimentée via une liaison électrique (40) qui traverse l'axe central (6). 12. Interface de commande (1) selon l'une des revendications précédentes dans laquelle-12- l'élément rotatif (7) est couplé à un encodeur de position (21) configuré pour fournir un signal représentatif de la position angulaire de l'élément rotatif (7).