Dispositif de commande tactile à retour haptique

La présente invention est relative à un dispositif de commande tactile à retour haptique, en particulier pour véhicule automobile. Plus précisément, un tel dispositif de commande trouve une application avantageuse pour les commandes se trouvant au niveau de la console entre les deux sièges avant d'un véhicule automobile pour par exemple commander des fonctions de climatisation, d'un système audio, d'un système de téléphonie ou encore d'un système de navigation.

L'invention peut aussi être appliquée dans une région du véhicule appelée le dôme ou le plafonnier qui se situe au niveau de l'emplacement habituel du rétroviseur intérieur, pour par exemple commander des lumières intérieures, un verrouillage central, un toit ouvrant, les feux de détresse ou les lumières d'ambiance à l'intérieur du véhicule.

Ce module peut également servir pour les commandes de lève-vitres, des commandes de positionnement des rétroviseurs extérieurs motorisés, des commandes multifonction sur volant ou encore des commandes de déplacement de sièges motorisés.

Dans le domaine automobile, les commandes de divers organes électriques sont réalisées classiquement par des commutateurs / interrupteurs. Toutefois, au vu du nombre croissant d'organes électriques à commander, des dispositifs de commande multifonctions sont de plus en plus utilisés du fait des avantages ergonomiques qui en résultent. En effet, à partir d'un seul bouton de commande, réalisé par exemple sous forme d'un joystick, associé à un écran d'affichage, on peut naviguer dans des menus déroulants pour commander par exemple la climatisation, le système audio ou encore le système de navigation.

Pour augmenter le confort ergonomique, l'utilisation d'une technologie à capteur tactile, seul ou en complément de tels boutons multifonctions, peut être considérée comme un développement intéressant.

En effet, les capteurs tactiles, en particulier pour le domaine automobile, ont fait des progrès importants. Une technologie utilisant des résistances sensibles à la pression

(également connu sous le nom capteur FSR pour « Force Sensing Resistor ») devance de plus en plus d'autres technologies équivalentes, comme par exemple des technologies capacitives ou encore optiques grâce à sa facilité de mise en œuvre et sa robustesse.

De tels capteurs sont par exemple connus sous le nom « tablette digitalisante » (dénomination anglaise "Digitizer pad") et on cite comme art antérieur les documents suivants : US 4,810,992, US 5,008,497, FR 2683649 ou encore EP 0 541 102.

Ces capteurs comprennent des couches semi-conductrices souples prises en sandwich entre par exemple une couche conductrice et une couche résistive. En exerçant une pression sur la couche FSR, sa résistance ohmique diminue permettant ainsi, par application d'une tension électrique adaptée, de mesurer la pression appliquée et / ou la localisation de l'endroit où la pression est exercée.

Selon une conception différente de la technologie FSR, le capteur tactile comprend deux feuilles souples de support espacées l'une de l'autre par des entretoises élastiques et portant sur des faces mutuellement en regard des éléments permettant de réaliser un contact électrique lors de la compression du capteur (voir par exemple EP 1 429 355 et EP

1 429 356).

D'autres technologies de capteurs tactiles comprennent par exemple des capteurs matriciels de contact, ou des capteurs du type capacitif.

Dans l'implémentation de ces technologies tactiles, en particulier avec des surfaces lisses de contact, on doit prendre en compte que ces commandes sont souvent réalisées en aveugle, lors de la conduite du véhicule.

Pour ne pas dévier l'attention du conducteur de la route, il est donc important que celui- ci ait un retour de sa commande tactile effectuée en aveugle. Ceci peut par exemple être réalisé à l'aide d'un retour haptique.

A cet effet, la surface tactile du capteur est reliée mécaniquement à un ou plusieurs vibreurs qui sont déclenchés à la détection d'une commande tactile. Ainsi, le conducteur sent au niveau du bout de son doigt de commande affleurant la surface tactile une vibration témoignant que sa commande a bien été prise en compte.

Une difficulté des dispositifs de commande tactiles à retour haptique connus réside dans l'encombrement des vibreurs qui sont généralement directement montés au contact de la surface tactile pour procurer une sensation de vibration suffisante.

Pour pallier à cet inconvénient, il a été proposé d'agencer les vibreurs au niveau de la structure de support de la surface tactile.

Or, il a été constaté que le résultat n'était pas toujours satisfaisant au niveau de la perception du retour haptique. De plus, pour certains cas, une augmentation importante de la puissance de vibration, et donc une augmentation de la puissance électrique consommée par les vibreurs, a été nécessaire.

La présente invention vise à proposer un dispositif de commande tactile à retour haptique qui permette un agencement déporté du ou des vibreurs tout en maintenant la puissance de vibration des vibreurs à un niveau faible acceptable.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de commande tactile à retour haptique comprenant une surface tactile permettant de détecter le toucher par exemple d'un doigt de commande d'un utilisateur, et au moins un vibreur couplé à ladite surface tactile pour pouvoir appliquer une vibration à ladite surface en retour d'une détection d'un toucher, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un guide creux de vibrations mécaniques de forme allongée qui est couplé à au moins un vibreur et dont une extrémité est reliée mécaniquement à la surface tactile au niveau d'une ouverture ménagée dans la surface tactile. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple, sans caractère limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels :

— la figure 1 est une vue en perspective et en éclaté d'un dispositif selon l'invention, et — la figure 2 est une vue en coupe transversale du dispositif de la figure 1 à l'état assemblé.

L'invention est relative à un dispositif de commande électrique et plus particulièrement à un dispositif de commande tactile à retour haptique, c'est-à-dire que la commande est opérée par un appui par exemple d'un doigt d'un utilisateur et que ce dernier ressent un retour

haptique, par exemple une vibration, au niveau du doigt de commande signalant la prise en compte de sa commande tactile. Par vibration, on entend de façon large tout déplacement de va et vient, en particulier des micro-déplacements avec des amplitudes inférieurs à 0,2mm.

Un tel dispositif peut être utilisé avantageusement dans le domaine automobile pour toute commande du type « surfacique », c'est-à-dire une commande pour laquelle on promène par exemple un doigt sur une surface de commande ou pour laquelle la commande se réalise par un simple appui sur une surface de commande.

Comme exemple, on peut citer les commandes de sièges motorisés, des commandes de lève-vitres, des commandes des miroirs extérieurs motorisés, des commandes au niveau du plafonnier comme les commandes d'éclairage intérieur, les commandes d'ouverture d'un toit ouvrant, des commandes de climatisation, des commandes multifonctions de téléphonie, de navigation ou encore du système audio etc.

En référence aux figures 1 et 2, on va décrire en détail la structure et le fonctionnement du dispositif de commande tactile à retour haptique selon l'invention. Le dispositif 1 de commande tactile à retour haptique comprend une surface tactile 2 présentant une surface de support 3 et un capteur tactile 5 disposé sur cette surface de support 3. Le capteur tactile 5 peut être un capteur capacitif, résistif ou optique, mais de préférence, il s'agit d'un capteur tactile sensible à la pression et plus particulièrement d'un capteur FSR, par exemple utilisant des résistances sensibles à la pression. Cette surface tactile 2 permet de détecter le toucher par exemple d'un doigt de commande d'un utilisateur. La surface de support 3 ainsi que le capteur tactile 5 présentent une forme de rondelle, c'est-à-dire une bande de forme annulaire, définissant ainsi une piste de commande circulaire. Bien entendu, on peut imaginer aussi d'autres formes pour la surface tactile 2, par exemple des formes ovales, rectangulaires, carrées (plus généralement polygonales).

Au dessus du capteur 5 est placé un recouvrement 7, par exemple une peau en matière élastique tel que de la silicone ou une plaque déformable tel qu'une plaque en matière plastique, par exemple du type « black panel » (c'est-à-dire une plaque qui a un aspect uniforme, par exemple noir en absence d'un rétroéclairage et qui affiche par exemple des pictogrammes lors d'un rétroéclairage), sur lequel on peut par exemple faire figurer des

pictogrammes de commande pour l'utilisateur. Ce recouvrement 7 possède également une forme de rondelle avec une ouverture centrale.

L'ouverture centrale du recouvrement est fermée à l'aide d'une pièce de décoration sous forme d'un bouchon 9 portant par exemple un logo « L ». Ainsi, en promenant son doigt sur la surface de recouvrement 7, le capteur tactile 5 détecte la position du doigt de commande, voir le sens de déplacement du doigt et/ou encore la pression d'appui ce qui est transmis par un signal représentatif à une unité de traitement (non-représentée). Cette unité de traitement comporte par exemple des filtres pour traiter des signaux électriques entrant ainsi qu'un microcontrôleur pour déterminer à partir des signaux entrant la position d'appui, les sens de déplacement et/ ou la pression d'appui. En fonction de la position, du déplacement et/ou de la pression détectés, l'unité de traitement transmet une commande à un organe ou élément électrique et/ ou électronique, par exemple pour une commande dans un menu déroulant d'un ordinateur de bord d'un véhicule automobile. Ainsi, on peut par exemple prévoir qu'un déplacement sur la surface tactile 2 dans le sens horaire va augmenter le volume d'un autoradio d'un véhicule et un déplacement dans le sens inverse une diminution du volume. La distinction de diverses pressions d'appui et positions (par exemple appui faible / appui fort) permet par exemple de distinguer la sélection d'une fonction dans un menu déroulant d'un ordinateur de bord et de validation de la fonction ainsi sélectionnée.

On obtient ainsi par un capteur tactile une commande du type « roue tournante » ou « scroll wheel » en anglais, le cas échéant avec une fonction de validation d'une fonction.

Afin de permettre à un utilisateur de se rendre compte en aveugle des commandes qu'il applique au niveau du dispositif 1, ce dernier est équipé d'au moins un, voir plusieurs vibreurs (dans le cas présent, il y a deux vibreurs).

Pour acheminer les vibrations mécaniques des vibreurs 11 vers la surface de commande sur laquelle l'utilisateur promène son doigt, le dispositif comprend un guide 13 creux de vibrations mécaniques de forme allongée qui est couplé à au moins un vibreur 11 (directement ou indirectement) et dont une extrémité 15 du guide 13 est reliée mécaniquement à la surface de support 3 au niveau d'une ouverture 17, de préférence centrale, ménagée dans la surface de support 3.

Ainsi, les vibreurs peuvent être agencés déportés de la surface tactile 2 tout en réalisant un retour haptique efficace au niveau de la surface tactile 2 avec une puissance de vibration contenue, voir faible.

De préférence le guide 13 et la surface de support 3 sont réalisés en une seule pièce, par exemple en matière plastique.

Sur les figures, le guide présente une forme générale d'un tube de section circulaire. Une réalisation avec une section ovale, voir rectangulaire ou carré peut également être envisagé.

En effet, si on souhaite réaliser un dispositif de commande tactile de forme carrée, il s'est avéré judicieux de réaliser l'ouverture 17 en forme carrée ainsi que le tube avec une section carré.

Pour une transmission optimisée des vibrations mécaniques l'axe longitudinale 19 (voir figure 2) du guide 13 de vibrations mécaniques est perpendiculaire à la surface de support 3.

Avantageusement l'épaisseur de paroi du guide 13 de vibrations mécaniques est identique à l'épaisseur de la surface de support 3 de manière que les vibrations ne subissent pas d'altérations substantielles comme par exemple un changement de fréquence ou un changement d'amplitude. Cette épaisseur constante assure une continuité pour la propagation des vibrations, c'est-à-dire des ondes mécaniques de surface.

Ainsi que l'on peut voir sur les figures (en particulier sur la figure 2 en coupe transversale), la pièce formant d'une part le guide 13 de vibrations et d'autre part la surface de support 3, est une pièce de révolution. Ainsi, les vibrations cheminent le long de la paroi du guide 13 vers le haut (vu sur la figure 2) pour ensuite s'étendre radialement le long de la surface de support 3.

On a constaté que cette disposition est particulièrement avantageuse du fait que les vibrations mécaniques s'étendent et se développent radialement vers l'extérieur. Ainsi, on évite les interférences pouvant diminuer l'amplitude des vibrations. On assure ainsi une propagation cohérente des ondes de surface comparable à la propagation des ondes de surface qui se développent lorsque l'on jette par exemple un caillou dans un plan d'eau.

Comme on le voit sur les figures, la périphérie de la surface de support 3 se termine par un bord annulaire 20 ayant une portion perpendiculaire par rapport à la surface 3. Ce bord 20 ne sert non seulement à la fixation du recouvrement 9, mais il permet aussi de diminuer les réflexions des ondes mécaniques une fois que celles-ci parviennent depuis le centre à la

périphérie de la surface de support 3, contribuant ainsi également à réduire toute diminution de l'amplitude des vibrations, cette fois par des ondes réfléchies.

Selon un mode de réalisation non représenté ledit au moins un vibreur est fixé directement contre une paroi du guide de vibrations mécaniques. Toutefois, pour pouvoir ajouter plus de fonctionnalités à ce dispositif de commande, il est préférable que le dispositif comprend en outre une embase 21 présentant un socle de fixation 23 surmonté d'une cheminée 25 dont la paroi externe 27 porte ledit au moins un vibreur 11 et dont la paroi interne 29 est en contact avec la paroi externe du guide 13 de vibrations mécaniques. Afin de faciliter la fixation, la paroi externe 27 de la cheminée 25 présente pour chaque vibreur un méplat 31 de fixation.

Comme cela est représenté sur la figure 1, le dispositif de commande tactile à retour haptique comprend deux vibreurs 11 disposés l'un de l'autre à 90° par rapport à l'axe longitudinale 19 du guide 13 de vibrations mécaniques. Une disposition à 180° est bien entendu aussi envisageable. Dans tous les cas avec plusieurs vibreurs 11, il faut prendre soin de ne pas générer au niveau du guide 13 des ondes mécaniques en opposition de phase qui auraient tendance à s'annuler, mais plutôt des vibrations mécaniques en phase pour obtenir une amplification, voir un effet de résonance.

Pour ne pas générer un bruit et des vibrations indésirables au niveau de l'habitacle, le dispositif de commande tactile à retour haptique comporte des éléments élastiques 33 de fixation montés dans des décrochements 35 du socle 23 pour empêcher la propagation des vibrations mécaniques vers une structure de support telle que la planche de bord.

Le dispositif de commande tactile comporte en outre une carte 37 à circuit imprimé portée par le socle 23. Cette carte peut par exemple porter l'unité de traitement des signaux du capteur tactile 5.

On prévoit en outre de réaliser d'une part la surface de support 3 du capteur tactile et le guide 13 d'ondes mécaniques en une matière transparente ou translucide, et d'autre part de réaliser le capteur tactile 5 ainsi que le recouvrement 7 (ce dernier au moins partiellement, au niveau des pictogrammes) de manière à laisser passer de la lumière. En outre, le dispositif comporte sur l'embase 21, de préférence au niveau du circuit imprimé 37, des sources

lumineuses 39 (par exemple des diodes électroluminescentes) permettant un rétro-éclairage de la surface tactile.

Comme on le voir sur la figure 2, l'assemblage de la surface de support 3 du capteur tactile 5, du guide 13 de vibrations mécaniques et de l'embase 21 avec son socle 23 et sa cheminée 25 présente un profil en H en coupe transversale qui est facilement intégrable, par exemple au niveau d'une planche de bord avec un encombrement réduit.