INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Dans certains modes de réalisation, la structure non mobile 1113 peut être toute structure appropriée qui n'est pas conçue pour être articulée, telle qu'un châssis, un sous-châssis, une carte de circuit imprimé, ou similaire. Le ou les éléments de retour mécanique 1114 peuvent comprendre un élément de sollicitation (par ex., un ou des ressorts) qui peut définir davantage le profil de retour de l'élément d'entrée. Dans certains aspects, les éléments d'amortissement peuvent réduire les vibrations ou adoucir les impacts au début (par ex., lorsque les éléments ferromagnétiques sont couplés) ou à la fin (par ex., lorsque les éléments ferromagnétiques sont complètement déplacés les uns par rapport aux autres) de la plage de mouvement de l'élément d'entrée. Le ou les éléments d'arrêt 1115 peuvent établir des points d'extrémité pour une plage de mouvement de l'élément d'entrée. Le noyau magnétique et la bobine de polarisation 1116 (par ex., l'ensemble EPM) peuvent être configurés comme un noyau unique, des noyaux multiples, avec des bobines multiples, etc., comme l'apprécierait une personne ayant une compétence ordinaire dans l'art et bénéficiant de la présente invention. Le bloc d'électronique de puissance 1120 peut être une partie du bloc de gestion de puissance 230 ou peut être un système autonome. Le bloc de commande peut faire partie du ou des processeurs 210 et/ou 302, ou être une entité autonome. Le microprogramme 1140 et le logiciel 1150 peuvent être incorporés dans la mémoire 220, le sous-système de mémoire 306, une combinaison de ceux-ci, ou en tant qu'entités autonomes. Certains éléments ne sont pas représentés pour éviter l'obscurcissement de certains des concepts novateurs décrits ici, mais doivent être considérés comme faisant partie du système de commande EPM 1100, le cas échéant. Par exemple, un module de détection 1119 peut être inclus pour détecter la fermeture et/ou l'ouverture des éléments ferromagnétiques. Le capteur peut être commandé par le bloc de commande 1130, le microprogramme 1140, le logiciel 1150, un autre élément à bord ou hors bord du dispositif d'entrée correspondant, ou une combinaison de ceux-ci. Dans de tels modes de réalisation, le module de détection 1119 peut être commandé par un microprogramme couplé de manière communicative entre le bloc de commande 1130, le module d'envoi 1119 et le logiciel 1150. Une personne ayant une compétence ordinaire dans l'art et bénéficiant de la présente invention apprécierait les nombreuses modifications, variations et autres modes de réalisation de celles-ci.
Mise en œuvre d'un ensemble EPM sur une plaque de touches de souris d'ordinateur
Principes de fonctionnement du système mécanique
Dans les éléments d'entrée à commande purement mécanique, le système mécanique permet généralement à l'élément d'entrée (par ex., une plaque de touches) de se déplacer, soit en faisant pivoter la structure autour d'un axe de rotation (par ex., l'action du bouton-poussoir) et/ou par flexion (par ex., la flexion de l'élément d'entrée lui-même). En d'autres termes, le mouvement de l'élément d'entrée peut être une combinaison de rotation axiale sur une charnière et de flexion et/ou de rotation latérale/longitudinale de l'élément d'entrée lui-même en fonction de la rigidité structurelle de l'élément d'entrée. La course autorisée de l'élément d'entrée est généralement mesurable à l'endroit où l'utilisateur appuie. Le système mécanique peut fournir une rétroaction graduellement croissante qui peut être composée de changements de rigidité en plusieurs étapes, telles que : (1) une étape de pré-charge, offrant une résistance initiale au mouvement de la plaque de touches, empêchant un jeu indésirable de la plaque de touches et résistant à un utilisateur posant son doigt sur la plaque de touches ; (2) une étape linéaire, quasi-linéaire ou non linéaire, d'augmentation progressive de la force en fonction du déplacement de la plaque de touches ; (3) une augmentation rapide de la force, de plus grande rigidité ou de comportement exponentiel, correspondant à une fonction de fin de course et/ou de butée ; et (4) toute configuration intermédiaire entre les étapes ci-dessus. Dans les éléments d'entrée à bouton-poussoir de type clavier, un mouvement linéaire/vertical est généralement autorisé.
Cette rétroaction purement mécanique est obtenue par les composants impliqués de la rigidité structurelle propre de l'élément d'entrée, et par l'utilisation de composants mécaniques supplémentaires. Par exemple, la rétroaction mécanique peut être affectée par l'utilisation d'un mécanisme de sollicitation tel qu'un ressort ou des multiples ressorts, une combinaison de ressorts en parallèle et/ou en série, des ressorts et des combinaisons de ressorts en compression et/ou en extension, l'utilisation individuelle ou des combinaisons de tous types d'éléments de sollicitation, y compris des éléments linéaires, de torsion, plats ou similaires, ainsi que des éléments de sollicitation métalliques et non métalliques. Dans certains cas, des élastomères et d'autres matériaux non linéaires soumis à l'extension ou à la compression peuvent être inclus. Certains modes de réalisation peuvent employer des butées mécaniques pour définir une position de repos (libre) et une fin de course, ainsi que des amortisseurs de chocs aux extrémités de la course opérationnelle, qui peuvent atténuer l'impact d'un talonnage de l'élément d'entrée et amortir les émissions acoustiques. Certaines mises en œuvre peuvent utiliser des mécanismes à engrenages et à échelons, des mécanismes articulés et souples, et/ou des mécanismes souples et flexibles intégrés ou séparés. Dans certains cas, des butées non mécaniques peuvent être utilisées, comme l'utilisation d'aimants répulsifs, ou une butée magnéto-mécanique intégrée incorporée au noyau de l'aimant électro-permanent (EPM) lui-même, tel qu'un cliquet à deux étages où le deuxième étage est une butée de répulsion forte.
La est un graphique 400 montrant un profil de retour pour un élément d'entrée à base mécanique (avec une partie de clic enlevée), selon certains modes de réalisation. Le graphique 400 montre une courbe de force par rapport au déplacement y compris une phase de pré-charge 410, une phase de montée en puissance 420, une région quasi-linéaire 430, une région de fin de course 440, et une région au-delà de la course utile 450. Typiquement, la course utile comprend les régions de pré-charge et quasi-linéaire et s'arrête à la région de fin de course. La région quasi-linéaire 430 peut varier largement en fonction de la conception prévue du profil de retour. Un profil de retour de type linéaire est illustré, mais d'autres profils peuvent être tactiles, à cliquet ou d'un autre type, comme décrit plus en détail ci-dessous et comme l'apprécierait une personne ayant une compétence ordinaire dans l'art et bénéficiant de la présente invention. Il convient de noter que les solutions magnétiques basées sur l'aimant électro-permanent (EPM) décrites dans le présent document peuvent ajouter la partie clic de la courbe de rétroaction. Dans certains aspects, le clic entraîné magnétiquement fourni par le système EPM est superposé à la contribution du système mécanique, et typiquement dans la région de montée en puissance ou la région quasi-linéaire, bien qu'il soit possible d'ajouter un ou plusieurs profils de clic basés sur l'aimant électro-permanent (EPM) n'importe où sur le profil de retour avec toutes les caractéristiques appropriées (par ex., l'intensité).
En se référant à la , la section de pré-charge initiale peut être courte et, dans certains cas, atteindre approximativement 0,05 mm de course. La transition entre la montée en puissance et la région quasi-linéaire peut être approximativement comprise entre 0,15 mm et 0,3 mm, et la fin de course est typiquement de l'ordre de 0,6 mm à 0,8 mm. La sensation tactile ou de cliquetis se produit typiquement pendant la seconde moitié de la région de montée en puissance, avec une force comprise entre 30 gf et 80 gf. Il convient de noter que la peut être appliquée aux boutons de souris, aux boutons-poussoirs ou aux touches mécaniques, ou à tout autre élément d'entrée à enfoncement de type mécanique, comme l'apprécierait une personne ayant une compétence ordinaire dans l'art et bénéficiant de la présente invention.
La course totale utilisable des éléments d'entrée mécaniques varie généralement de moins d'un millimètre (comme dans les souris d'ordinateur) à quelques millimètres (comme dans les claviers mécaniques) et à des déplacements plus importants comme dans les applications industrielles des boutons-poussoirs, des interrupteurs de sécurité, etc. Dans le cas des souris d'ordinateur, au niveau de la zone de clic typique sur la plaque de touches, une course totale utilisable de moins de 1 mm est souvent utilisée pour qu'une interaction complète se produise. Une plage qui est généralement considérée comme offrant une bonne expérience utilisateur (UX) pour une souris d'ordinateur est comprise entre 0,30 mm et 0,70 mm de course totale pour l'élément d'entrée correspondant. Les claviers mécaniques ont généralement une plage de déplacement comprise entre 1,5 mm et 3,0 mm, tandis que les claviers d'ordinateurs portables peuvent avoir un mouvement de touche plus court.
Typiquement, l'apparition du clic, défini par un changement soudain et perceptible de la force, se produit dans la région quasi-linéaire, le long de l'accumulation de force de la rétroaction. Ce clic est souvent censé se produire entre 30 % et 80 % de la course totale utilisable. Après l'instant du clic, la course utile restante peut être qualifiée de surcourse. La surcourse est souvent considérée comme pertinente à la fois pour l'UX et la fonctionnalité, car l'instant du clic ne doit généralement pas se produire à la toute fin de la course utilisable totale. Au-delà de la plage de course utile, le dispositif d'entrée peut alors se déplacer en subissant une déformation de sa structure mécanique. Cette déformation peut être caractérisée par une accumulation de force significative (par ex., exponentielle) et n'est généralement plus considérée comme faisant partie de la rétroaction du système intentionnellement offerte à l'utilisateur. Dans certains cas, la pré-course est le mouvement libre ou le jeu libre du dispositif sans ou avec un très faible retour de force donné avant le retour d'entrée. Il convient de noter que les plages indiquées ci-dessus correspondent à certains exemples de réalisation et ne limitent pas l'application des nouveaux concepts présentés ici. D'autres plages, d'autres définitions de course (par ex., en plus de la pré-course, quasi-linéaire, etc.) et d'autres applications sont possibles, comme l'apprécierait une personne ayant une compétence ordinaire dans l'art et bénéficiant de la présente invention.
En général, les dispositifs d'entrée, tels que les boutons-poussoirs, fonctionnent dans une plage de force opérationnelle pour détecter l'interaction de l'utilisateur qui va de quelques dixièmes de grammes à des centaines de grammes pour certains des dispositifs d'entrée considérés ici. Pour les souris d'ordinateur, la plage de force est généralement comprise entre 30 gf et 100 gf (1N) pour les entrées primaires (boutons principaux gauche/droite), tandis que les entrées secondaires et tertiaires peuvent atteindre 300 gf (3N) ou plus. Les claviers ont des plages de force opérationnelle similaires à celles des boutons primaires de la souris. En général, l'utilisateur applique une force deux à cinq fois supérieure à celle qui est nécessaire pour réaliser l'interaction. Toutefois, cette force peut être absorbée par le système, en complétant la course utilisable restante (par ex., la surcourse) et au-delà de la course totale disponible du système. Pour la perception des indices tactiles fournis à l'instant de détection, le clic qui peut résulter d'une chute soudaine de la force dans une touche de type mécanique, et compte tenu de facteurs humains tels que les « différences justes perceptibles » moyennes et la fraction de Weber moyenne (loi de Weber), la perception de ce clic correspond souvent à un changement de force instantané d'au moins 10% pour que l'interaction soit bien perçue par l'utilisateur. Il est souvent considéré que les valeurs plus élevées sont plus positives pour l'UX, tout tenant compte des utilisateurs ayant une acuité tactile inférieure à la moyenne. Les valeurs de pré-charge, c'est-à-dire la résistance initiale au mouvement dans le dispositif, sont généralement inférieures à 20% de la force opérationnelle nécessaire pour mener à bien l'interaction. Pour la rigidité, la pente de la région quasi linéaire varie et peut être approximée par le rapport entre la force opérationnelle et la course opérationnelle, ou la force totale sur la course totale utilisable. Pour les souris d'ordinateur, les valeurs comprises entre 1 N/mm et 3 N/mm sont courantes.
Les aimants électro-permanents (EPM) et aspects de leur fonctionnement
Les aimants électro-permanents présentent un certain nombre d'avantages par rapport aux systèmes plus conventionnels dans les dispositifs d'entrée qui utilisent des aimants permanents et/ou des électro-aimants. Un aimant permanent peut être un objet fabriqué à partir d'un matériau qui est magnétisé et crée son propre champ magnétique persistant. Les matériaux qui peuvent être magnétisés, qui sont également les mêmes que ceux qui sont fortement attirés par un aimant, sont appelés matériaux ferromagnétiques et comprennent généralement au moins l'un des éléments suivants : le fer, le nickel et le cobalt et leurs alliages, certains alliages de métaux de terres rares, et certains minéraux naturels tels que la magnétite. Les matériaux ferromagnétiques peuvent être constitués de matériaux magnétiquement « doux », comme le fer recuit, qui peuvent être magnétisés mais n'ont pas tendance à le rester, et de matériaux magnétiquement « durs », qui ont tendance à rester magnétisés. Les aimants permanents sont fabriqués à partir de matériaux ferromagnétiques « durs » tels que l'alnico (par ex., un alliage de fer comprenant généralement de l'aluminium, du nickel et du cobalt, ainsi que du cuivre et/ou du titane) et la ferrite (par ex., un matériau céramique composé d'oxyde de fer (III) (par ex. Fe2O3, rouille) mélangée à du baryum, du manganèse, du nickel et/ou du zinc) qui sont soumis à un traitement dans un champ magnétique puissant pendant la fabrication afin d'aligner leur structure microcristalline interne, ce qui les rend très difficiles à démagnétiser. Pour démagnétiser un aimant saturé, il faut appliquer un certain champ magnétique, et ce seuil dépend de la coercivité du matériau concerné. Les matériaux « durs » ont généralement une coercivité élevée, tandis que les matériaux « doux » ont généralement une coercivité faible. La force globale d'un aimant est mesurée par son moment magnétique ou, alternativement, par le flux magnétique total qu'il produit. Aux fins de la présente invention, on peut s'y référer en tant qu'intensité du champ magnétique. Un inconvénient important de l'utilisation d'aimants permanents est que leur application peut être limitée car l'intensité d'un champ magnétique ne peut généralement pas être augmentée ou diminuée de manière pratique pour contrôler, par exemple, différents niveaux de friction rotationnelle sur une molette de défilement ou différents profils de réponse en retour sur un bouton ou une touche.
Un électro-aimant est composé d'un bobinage de fil qui fonctionne comme un aimant lorsqu'il est traversé par un courant électrique, mais qui cesse de fonctionner comme un aimant lorsque le courant s'arrête. Souvent, la bobine est enroulée autour d'un noyau de matériau ferromagnétique « doux » tel que l'acier doux, qui peut augmenter considérablement le champ magnétique produit par la bobine. Comme décrit ci-dessus, bien qu'un électroaimant puisse générer une gamme d'intensités de champ magnétique, un électroaimant nécessite une alimentation continue pour maintenir le champ magnétique, ce qui peut empêcher une utilisation pratique dans la plupart des dispositifs d'entrée alimentés par batterie en raison de la consommation d'énergie élevée requise et de la réduction correspondante significative probable de la durée de vie de la batterie.
Dans un circuit à aimants électro-permanents (également ci-après désigné « noyau EPM », « système EPM » ou « ensemble EPM »), une fois que l'aimant est magnétisé (par ex., à la fois la polarité et l'intensité magnétique) par le système EPM via la bobine, l'alimentation à travers la bobine peut être coupée et l'aimant maintient son intensité de champ magnétique nouvellement établie sans qu'aucune alimentation supplémentaire ne soit nécessaire pour la maintenir. Ainsi, tout profil de retour désiré peut être obtenu, ce qui permet des réglages multiples pour certaines caractéristiques telles que des éléments d'entrée réglables linéairement (par ex., des boutons, des touches, des déclencheurs, des structures de support, etc.), des éléments d'entrée réglables en rotation (par ex., des molettes de défilement, des boutons, des volants et/ou pédales de jeu, des charnières, etc.) ou autres. Un champ magnétique dans un ensemble EPM peut être coupé de manière similaire, ainsi que différents niveaux d'intensité magnétique en faisant varier l'impulsion de courant et l'amplitude, comme l'apprécierait une personne ayant une compétence ordinaire dans l'art et bénéficiant de la présente invention.
Les figures 5 à 6 montrent un exemple de système à aimants électro-permanents simplifié 500 qui utilise deux aimants plutôt qu'un seul comme c'est le cas dans de nombreux modes de réalisation décrits dans le présent document, les principes de fonctionnement étant toutefois les mêmes que ceux qui seraient appréciés par une personne ayant une compétence ordinaire dans l'art et bénéficiant de la présente invention. Dans les modes de réalisation simplifiés particuliers illustrés dans les figures 5 et 6, l'aimant électro-permanent 500 comprend un premier aimant permanent 502 et un second aimant permanent 504. Le premier aimant permanent 502 peut avoir une coercivité intrinsèque plus élevée que le second aimant permanent 504. Dans certains modes de réalisation, comme décrit ci-dessus, l'aimant permanent 502 peut prendre la forme d'un aimant à terre rare (par ex., néodyme-fer-bore ou samarium-cobalt) et le second aimant permanent 504 peut prendre la forme d'un aimant ferromagnétique (par ex., Alnico ou ferrite). La coercivité intrinsèque plus faible du second aimant permanent 504 permet à une bobine de magnétisation 506 d'émettre un champ magnétique d'une intensité suffisante pour inverser une polarité du champ magnétique émis par le second aimant permanent 504 sans affecter la magnétisation du premier aimant permanent 502. Par exemple, dans certains modes de réalisation, la coercivité intrinsèque du premier aimant permanent 502 peut être plus de dix fois supérieure à la coercivité intrinsèque du second aimant permanent 504. La coercivité intrinsèque plus faible du second aimant permanent 504 réduit également la quantité d'énergie électrique nécessaire pour inverser la polarité du second aimant permanent 504, permettant ainsi un fonctionnement plus efficace de l'aimant électro-permanent 500. Le premier aimant permanent 502 et le second aimant permanent 504 sont chacun positionnés entre et en contact direct ou au moins en contact étroit avec les pôles ferromagnétiques 508. Les pôles ferromagnétiques 508 peuvent être formés à partir d'un matériau ferritique tel que l'acier doux, ayant une coercivité intrinsèque encore plus faible que le second aimant permanent 504. Les pôles ferromagnétiques 508 permettent de guider les champs magnétiques émis par le premier aimant permanent 502 et le second aimant permanent 504. Dans certains modes de réalisation, la taille et la forme des pôles ferromagnétiques 508 peuvent être ajustées pour produire un champ magnétique ayant une taille et une forme souhaitées. Il convient de noter que d'autres matériaux peuvent être utilisés pour les noyaux EPM qui ne sont pas expressément présentés ici, à condition que lesdits matériaux fournissent les mêmes caractéristiques opérationnelles ou des caractéristiques similaires à celles décrites dans la présente invention. Dans certains aspects, les noyaux EPM peuvent être constitués de NdFeB et de CoCrC, ce dernier étant le matériau dont le champ magnétique peut être modulé par la bobine du noyau EPM.
La montre des lignes pointillées 508 représentant un flux magnétique émis par l'aimant électro-permanent 500 qui montrent comment, avec les premier et second aimants permanents 502 et 504 orientés dans la même direction, un flux magnétique est généré par l'aimant électro-permanent 500 pour créer des pôles nord et sud bien définis. Ce champ magnétique est symétrique, comme illustré, lorsque les forces des champs magnétiques émis par les deux aimants permanents sont à peu près les mêmes.
La montre comment, lorsque la polarité du premier aimant permanent 502 est opposée à celle du second aimant permanent 504, le flux magnétique généré par les deux aimants permanents reste sensiblement contenu à l'intérieur des pôles ferromagnétiques 508 du premier aimant permanent 502 et du second aimant permanent 504 et circule à travers ceux-ci. Il en résulte que l'aimant électro-permanent 500 n'émet que peu ou pas de champ magnétique. Ces principes peuvent être appliqués aux modes de réalisation qui suivent en utilisant un seul aimant ou plusieurs aimants dans le système EPM.
Manières particulières d'exécution du système EPM appliqués à un élément d'entrée
-T se réfère à la table du lacet.
Notons qu’avec un simulateur à 9 degrés de liberté comme celui de l’invention, le mouvement du lacet est reproduit par la table de lacet. Quant au tangage ou pitch en anglais et roulis, ils sont reproduits par l’hexapode. Ce dernier est toujours orienté dans les axes parallèles aux rails X, Y et commandé par les angles de Euler.
Pour y parvenir, les mouvements du tangage et du roulis dans le repère du simulateur ou plus précisément dans le repère de la tête du conducteur sont décomposés dans le repère terrestre de l’hexapode en tenant compte de l’angle de lacet du simulateur et puis transformés en commande des angles Euler pour l’hexapode avec l’angle de lacet de ce dernier qui est normalement négligeable.
L’ensemble des mouvements de rotation dans un simulateur permettant de repositionner l’orientation de la tête du conducteur suit une séquence de rotation des angles Euler selon un ordre de lacet, tangage et roulis. Le mouvement du lacet est fourni par la table de lacet et ceux de tangage et de roulis par l’hexapode.
Ainsi, l’optimisation de la restitution de mouvement en longitudinal ou latéral doit prendre en compte l’ensemble des mouvements, rail X, rail Y, l’angle de table du lacet, tangage et roulis et les mouvements de l’hexapode en X, Y, Z. Un tel problème est fortement non-linéaire.
Pour réduire la complexité du problème d’optimisation avec la stratégie prédictive, l’angle de table du lacet est optimisé par un module indépendant découplé de l’optimisation de la restitution de mouvement en longitudinal ou latéral.
Les angles de tangage et de roulis de l’hexapode sont supposés connus par exemple ils sont approchés par des valeurs au pas précédent. Les angles de roulis peuvent aussi être évalués de manière proportionnelle aux valeurs des accélérations latérales prédites avec une saturation de la limite de l’hexapode. Dans ce cas, l’optimisation peut être réalisée de manière linéaire et découplée axe par axe.
Selon la , le procédé de commandes du simulateur de l’invention comprend :
-une première étape de prédiction 20 des angles de lacet sur un horizon temporel maximal d’une dizaine de secondes qui comporte un premier module de prédiction de la vitesse du lacet suivie d’un deuxième module de mise à l’échelle non-linéaire des signaux de mouvements de lacet, et du module d’optimisation de la restitution de mouvement de lacet. Le deuxième module a pour but de réduire l’influence des mouvements lents de lacet et favoriser la restitution de mouvement de lacets dans la capacité de la table de lacets du simulateur,
-une deuxième étape 60 d’optimisation de la restitution de mouvement des forces inertielles selon les axes longitudinal X et transversal Y.