具体实施方式

图1和图2相互比较。图2示出了图1的原理在实践中如何实现的一个示例。与既往的电子电路一样，应该注意图2的示例仅示出了多种可能的实现方式中的一种实施方式。本领域技术人员很清楚根据以下对设备的各个部分预期如何操作和彼此交互的描述，存在多种其他可能的实施方式。

如图1和图2所展示的压电用户接口装置包括电压转换器103，其被配置为可控地产生用于驱动一个或更多个压电元件101的电压波形。电压转换器103具有控制输入201。在图2的示例中，电压转换器103具有电感升压转换器的拓扑，其中，通过闭合功率开关212可以形成从电压源102的正节点通过升压电感器211到电压源102的负节点的电流回路。二极管213从升压电感器211和功率开关212之间的点正向耦接到电压转换器103的一个输出节点，并且耦接到电压源102的负节点构成另一输出节点。

控制输入201控制功率开关212的导通状态。针对控制输入201的重复开关脉冲使功率开关212在导通状态和非导通状态之间交替，这使得输出电压出现在电压转换器103的输出处。电容器被用作为输出滤波器104以平滑输出电压。升压拓扑意味着输出电压可以高于电压源102处可用的电压。改变开关脉冲的频率和/或脉冲宽度使得输出电压改变。具有升压拓扑的实际电压转换器可能包括许多其他的部件，此处使用此简化的示例仅是为了图形清晰和易于理解。

使用通向功率开关212的开关脉冲作为控制信号，并使用如图2那样的开关控制线作为控制输入201也只是示例。控制电压转换器的输出电压的已知技术提供了许多替代方案，例如使用专用开关驱动器电路作为电压转换器的部分并以电压电平等的形式将控制信号给予所述开关驱动器电路等。为了该描述的目的，假设控制信号与电压转换器103的输出电压之间存在明确的关系就足够了，并且该关系可以被用于驱动足够高的输出电压，并以足够快且受控的方式改变输出电压，以用于驱动一个或更多个压电元件101。

升压拓扑是用于电压转换器103的有利选择，因为它可以产生明显高于输入电压的输出电压，其操作特性是众所周知的，并且其操作稳定性良好。可以使用其他的转换器拓扑，例如，已知的SEPIC、降压-升压、反激、半桥、全桥、正向或分裂pi拓扑，或电容电荷泵。如果有足够高的输入电压可用，则电压转换器可能具有不会产生高于输入电压的输出电压的拓扑，例如降压拓扑。基本的转换器拓扑可以在其输出增加额外的电路，(例如倍压器)以使最大可获得的输出电压达到所需的电平。

如图1和图2所展示的压电用户接口装置包括耦接到电压转换器103的控制输入201的控制器105。图2展示了所述耦合使得在控制器105中存在控制信号输出202，并且耦合(C-C)存在于控制信号输出202和控制输入201之间。控制器105被配置为通过向控制输入201施加控制信号来控制电压转换器103的输出电压。上面已经讨论了控制信号的一些示例；在图2的简化的示例中，控制器202将产生开关脉冲，该开关脉冲将传导至控制输入201以控制功率开关212的导通状态。在此情况下，控制器105被配置为改变用于控制电压转换器103的输出电压的开关脉冲的占空比和/或开关频率。控制器105还包括一个或更多个所谓的缩放输入203、204和205，将在本文后面更详细地描述其重要性和用途。

图2中的另一部分示意性地展示了可控放电连接，其包括串联耦合在电压转换器103的输出的两端的放电开关216和放电电阻器217。控制器105具有额外的控制信号输出207，用于可控地使放电开关216导通或非导通。控制器105可以使用可控放电连接来从电压转换器103的输出释放电能，这可以有助于对电压转换器103的输出电压波形进行整形，特别是在其下降部分。可以提供更通用形式的可控放电连接，例如通过使用可以在其线性区域中被驱动的半导体开关，和/或通过使用多个不同的、单独可控的电流路径。

控制器105可以是或包括微处理器、微控制器、控制计算机或其他种类的可编程设备，其可以通过编程以期望的方式操作，即，使其执行存储在机器可读介质上的一个或更多个机器可读指令集合。控制器105可以包括用于存储此类指令的内部程序存储器，和/或它可以从一个或更多个外部存储装置读取此类指令。另一种可能性是使用固定功能的状态机，严格来说它是不可编程的。控制器105可以是压电用户接口装置的专用控制器，或者它可以是更大实体的控制器，使得只有其任务的部分采用压电用户接口装置。控制器105可以包括并实现至少部分地分布在几个物理实体之间的功能，如负责更大实体的操作的高级控制计算机以及在所述高级控制计算机的控制和监督下仅与压电用户接口装置的其他部分交互的低级控制电路。

控制器105被配置为以使得电压转换器103的输出电压作为时间的函数跟随目标波形的方式形成控制信号。当充分了解电压转换器103的操作特性时，这是可能的。例如，对于具有升压拓扑的理想电压转换器，可以通过已知方式根据输入电压和开关脉冲的占空比计算输出电压。假设输入电压保持恒定，控制器105可以通过向控制输入201施加具有相应变化的占空比D的开关脉冲来使输出电压遵循目标波形。可以通过对产生的开关脉冲进行补偿更改的方式来解决与理想操作的已知偏差。

目标波形可以被认为是已经存储在对控制器105可用的存储器中并且与电压转换器103的输出电压预期跟随的电压-时间曲线图。当出现触发输入时，例如处理器中断，其要求使用压电元件给予用户一条触觉反馈，控制器105通过在与待给予一条触觉反馈的时间长度相对应的时间间隔期间输出相应的控制信号来做出反应。本发明将目标波形的概念扩展到在产生电压波形期间即时计算的目标波形，这将在本文后面更详细地解释。

如本文前面所指出的，在一些情况下，如果控制器105在给予控制信号时仅遵循先前存储的目标波形，则最终输出电压实际上将不会根据目标波形而表现。其原因可能是例如如此多的压电元件101已经并联耦合，以致它们一起代表的负载电容变得太大使得电压转换器103无法适当地处理。另外的可能的原因是压电元件的温度与默认温度相差很大，以至于压电元件的机械特性与其预期的相差甚远。偏离目标波形的输出电压波形可能会导致不期望的影响，如不想要的噪声和/或压电元件101中不稳定类型的弹性形变。

从电压转换器103的输出到控制器105的输入的电压反馈可以在一定程度上用于抵消输出电压偏离目标波形的趋势。然而，电压反馈仅在电压转换器103中有足够的可用备用容量时才起作用，但情况并非总是如此。

为了在不能遵循原始目标波形的情况下提供更好的适应性，控制器105被配置为基于通过一个或更多个缩放输入203、204或205接收的缩放信息来缩放目标波形。可以接收的缩放信息的种类、此缩放信息可以源自何处以及目标波形的所述缩放如何实际实现，将在下文中描述。

图3至图5涉及其中的控制器105被配置为基于缩放信息缩放目标波形的振幅的示例。目标波形的原始形式的示例被展示为图3的电压-时间曲线图301。为了图形清晰和易于理解，此处展示的目标波形仅包括单个正半波。这不应被解释为限制：无论目标波形的极性和/或复杂性如何，相同的考虑都适用。

控制器105的缩放输入的一个示例是配置输入，通过该配置输入，控制器105可以预先接收缩放信息的至少部分缩放信息作为配置信息。换言之，控制器105可以从一些外部源接收关于压电用户接口装置的非默认配置的信息。默认配置可以是例如压电用户接口包括N1个压电元件的配置，其中，N1是正整数(N＝1、2、3、……)。图4中最左边的目标波形展示了当待驱动的压电元件的数量为N1时原始目标波形301将如何应用不变。表明压电元件的数量是N2或N3的配置信息使得控制器105缩放目标波形的振幅更小，其中，N2和N3是正整数并且N1<N2<N3，如图4中的中间和右边的缩放的目标波形401和402所示。

除了(或作为替代)待驱动的压电元件的数量，配置信息可以与其他因素有关。例如，在可在广泛变化的环境条件下使用的汽车或其他安装的仪表板中，配置信息可以包括影响压电元件的温度的指标。一般而言，即在根据(缩放的)目标波形实际产生输出电压之前，配置信息包括可以预先提供给控制器105的所有信息。它还包含控制器105和/或一些密切相关的电路可以预先自主产生的信息，如自测温度和/或负载的电容，和/或关于负载如何作为温度的函数的累积的信息。

除了(或作为替代)配置信息，缩放信息可以包括在电压波形的产生期间动态地获得的反馈信息。图2中示出的示意图展示了可以动态地用于实时获得反馈的装置的两个示例：电压检测电路214和电流检测电路215。在这种操作中，反馈信息因此不(仅)用于使得电压转换器103更接近地遵循先前存储的目标波形，但目标波形本身被改变。还可以从其他测量的量中获得反馈信息，如使产生的波形跟随目标波形所需的努力。如图5中展示的示例。

图5的最左边部分展示了当压电用户接口装置开始向用户产生触觉反馈的特定实例时，原始的目标波形301如何仍然是要被瞄准的波形。尽管不是强制性的，但有可能最初施加电压反馈以试图确保电压转换器103的实际输出电压遵循目标波形。然而，在展示为501的时刻，相对于目标波形的总时间长度来说相当早，反馈信息表明当前有效的目标波形301和实际实现的输出电压(其发展在图5中用实线表示)之间存在间隙502。该反馈信息使控制器105如用箭头503展示的将目标波形的振幅缩放得更低，从而新的目标波形是图5的中间部分中缩放后的目标波形504。

上面提到的其他示例中的一个示例，即从似乎需要的努力中获得反馈，例如可以以以下方式工作。控制器知道什么占空比应该足以使产生的电压波形在时刻501跟随目标波形。然而，电压反馈已经导致使用大于预期的占空比。换句话说，可能会发生在时刻501处没有间隙502，但需要比预期更高的努力的事实，表明稍后可能会发展间隙，即使尚未达到目标波形的峰值，也可能会出现电压反馈无法再增加占空比的时刻。

控制器可以在内部执行实际占空比的检查及其与预期的占空比的比较。因此，控制器的“缩放输入”的概念可以被概括为也涵盖内部输入，例如将实际占空比馈送给评估并与预期的占空比进行比较的内部输入。内部输入可以使用控制器的内部的量作为缩放信息。此内部输入可以通过由控制器执行的指令中的适当编程来实现。为此，图2中示意性地展示了内部缩放输入208。

不管在时刻501实际触发了什么缩放，向用户产生触觉反馈的当前实例继续。如果电压反馈控制在使用中，则可以努力确保电压转换器103的实际输出电压遵循新的、按比例缩放的目标波形504。然而，在图5中假设，在相对于目标波形的总时间长度而言仍然很早的时刻505，反馈信息表明在当前有效的目标波形504和实际实现的输出电压之间仍然存在间隙506。该反馈信息使控制器105如箭头507展示的将目标波形的振幅缩放得更低，从而新的目标波形是图5的最右侧部分中缩放后的目标波形508。

在图5中，假设在用箭头507展示出第二次缩放之后，连续获得的电压反馈信息展示了电压转换器103的实际输出电压以预定的、足够的精度遵循最新的、两倍缩放的目标波形。因此，这次将不再有目标波形的缩放，并且实际输出电压随着时间的推移而发展，使得如果在同一坐标系中绘制，它会与目标波形508重叠。

在如图5的情况下，让控制器存储“学到的教训”是有利的。考虑到由于一些原因在产生最近的电压波形期间不得不缩放目标波形，很可能在下次待产生电压波形时同样的原因仍然存在。为了减少或避免相同种类的重复缩放的需要，控制器可以将最终的、缩放的目标波形508存储作为下次待被应用的新的默认目标波形。作为更一般的定义，控制器可以在易失性或非易失性存储器中存储指示用于产生在一个或更多个先前产生尝试期间发现的电压波形的有效措施的信息。出于产生遵循(缩放的)目标波形的适当电压波形的目的而读取此类存储的信息，然后被认为作为通过内部输入208接收缩放信息的一种形式。

除了或作为电压反馈信息的替代，控制器105可以接收电压转换器103的输出电流的反馈。图2展示了控制器105的电流反馈输入205，电流反馈信息来自电流检测电路215(耦合B-B)。

目标波形可能比图3至图5的简单示例中的更复杂，因此它包括两个或更多个局部极值。上面解释的振幅缩放可能会影响整体振幅(时间轴的每个点处的振幅)或仅影响其中的一些部分，如仅最大的振幅，或N为2或更大的N个最大的振幅。附加地或替代地，特别地，动态地进行的振幅缩放可以仅影响仍将出现的最大的振幅，和/或仅影响仍将出现的那些半波或其他局部极值的振幅。

仅由振幅缩放目标波形往往会改变其导数的绝对值。通过比较，这很容易看出，例如图4的三个部分。图的一阶导数是它的陡度，即局部切线与水平轴之间的角度。图4中图形的每个缩小的版本的一阶导数明显小于其前导(predecessor)。在某些情况下，建议进行缩放以保持导数的值。这可能需要不仅在振幅上而且在时间长度上缩放目标波形。

图6和图7示出了目标波形关于振幅和时间长度两者被缩放的示例。图6中最左边的图形301示出了原始的目标波形，并且在配置信息表明有N1个压电元件待驱动时使用该原始的目标波形。图形601和602示出了当配置信息分别指示存在N2个或N3个压电元件时使用的缩放的目标波形，其中，N1＜N2＜N3。

图7中最左边的图形301再次示出了原始的目标波形，其发现了实际输出电压不可能在时刻701来跟随。箭头702和703展示了原始的目标波形如何在振幅和时间长度上按比例缩放以获得第一缩放后的目标波形704。在时刻705，即使发现该第一次缩放后的目标波形也无法跟踪，因此根据箭头706和707，它在振幅和时间长度上再次被缩放以获得第二次缩放后的目标波形，然后其实际输出电压从如图7中最右边的图形708所展示的时间点开始跟随。

还可以使用时间缩放，从而使目标波形的振幅保持恒定，而仅改变其时间长度(或目标波形的部分的时间长度)。时间缩放可能发生在两个方向：使目标波形(或其部分)比先前更长或更短。如图8中的示例所展示的，其中，最左边的图形801示出了当配置信息指示有N1个压电元件待驱动时使用的原始的目标波形。图形802和803示出了当配置信息分别指示存在N2个或N3个压电元件时使用的缩放的目标波形，其中，N1＜N2＜N3。同样的原理，即更长时间地缩放目标波形，也可以应用于动态缩放。

更长时间地缩放目标波形对于负载处理可能是有利的，因为朝向最大的振幅值的更长上升时间可以减轻电压转换器的负担。

图9和图10示出了用于驱动用户接口装置中的压电元件的方法的两个示例。通常，该方法包括可控地产生用于驱动所述压电元件的电压波形，其中可以有一个或更多个。该方法包括控制所述电压波形的产生以使得产生的电压波形作为时间的函数跟随目标波形。这在图9和图10中均作为“执行波形”步骤901被示出，其在等待状态902期间当开始命令(例如对处理器的中断)到来时开始。如果在步骤901处电压波形的产生如预期那样进行，则在波形完成后，更多的事情发生并且该方法的执行返回到等待状态902。

在图9和图10中，假设在电压波形的产生期间应用反馈控制。因此，无论是图9还是图10均展示了与通过分析反馈信息检测到的目标波形的任何小偏差如何导致根据步骤903执行反馈控制。

图9和图10的方法包括基于接收到的缩放信息缩放目标波形。图9与其中至少部分缩放信息作为配置信息被预先接收的情况有关。如步骤904所展示的，在那种情况下，也可以预先完成目标波形的缩放。如本文前面所解释的，步骤904处的缩放可以包括缩放目标波形的振幅和时间长度的至少一项。

在图10中，在步骤901中的电压波形的产生期间，至少部分缩放信息作为反馈信息被动态地接收。这在图10中作为与当前有效的目标波形的“大”偏差的发生，并且在步骤1001中导致目标波形的缩放。可以在由控制器执行的程序中定义什么是大偏差。例如，控制器可以被编程以某个采样频率对其接收到的反馈信息进行采样，使得获得的样本构成序列。如果首先发现小偏差，并尝试进行反馈控制，但序列中的另外的值展示了偏差没有变小，这可以被解释作为“大”偏差。附加地或替代地，可能存在阈值，该阈值被定义作为与目标波形在相应时刻的值的绝对或相对差异，其立即被解释作为“大”偏差。

无论反馈信息是否用于步骤903处的反馈控制和/或用于决定步骤1001处的目标波形的缩放，都存在使用来自输出电压波形的产生和/或输出电流的电压反馈的可能性，用于将电压波形传送到一个或更多个压电元件。考虑到电压转换器通常用于产生电压波形，控制信号可以以开关脉冲的形式被提供给电压转换器中的功率开关。然后该方法可以包括改变所述开关脉冲的占空比和开关频率中的至少一项以使得电压转换器的输出电压作为时间的函数跟随目标波形。

图10展示了在步骤1002处将目标波形重置为默认形式的可选的步骤。这可以例如在等待状态902中超时过期的情况下完成。此种的重置可以是有利的，例如，如果在步骤1001处因为一些环境条件(如极端寒冷)发生缩放，预计这种情况只会时不时地发生，因此在长时间闲置之后，更有可能恢复正常的状况。

在上面解释的所有实施例中，应当注意的是，目标波形的提前缩放(基于接收的配置信息)和目标波形的动态缩放(基于在电压波形的产生期间接收的反馈信息)不是互斥，而可以在同一装置中应用。换句话说，压电用户接口装置可以预先配置为使用特定缩放的目标波形，并且如果需要另外应用动态的控制以动态地重新缩放目标波形。

缩放目标波形并不意味着需要缩放整个目标波形。控制器可以决定只缩放目标波形的部分。这尤其适用于具有两个或更多个局部极值的此类更通用的波形。如果一个或一些极端情况需要产生非常高和/或变化非常陡峭的电压，与产生电压波形的更平滑变化部分相比，产生这种电压需要更多的努力，则缩放可以特别适用于目标波形的这种极端情况。

用于检测目标波形的偏差的相同的或类似的机制也可用于识别特殊情况(如硬件故障)。例如，负载中某处的短路可能会使产生的电压波形难以或不可能跟随目标波形。可以通过注意到用于目标波形的异常大的缩放的需要和/或尽管缩放目标波形但拒绝减小的与目标波形的差异来识别这种异常情况。控制器可以通过中断任何正在进行的电压波形的产生并向主机报告来响应识别的特殊情况，主机可以是设备层次结构中更高的控制计算机。附加地或替代地，如果控制器具有可供其处置的合适的装置(如错误指示灯)，控制器可以通知用户。

在涉及缩放目标波形的所有情况中，使控制器向主机报告可能是有利的。这反映的事实是，用户可能由于缩放而接收到略有不同的触觉感知，这反过来可能使用户以一些不同的方式做出反应，主机(或一些其他的系统，与主机有一些通信连接)可能需要适当考虑。附加地或替代地，可以存在通知阈值，使得控制器可以向主机报告所有情况，其中，目标波形的缩放涉及将目标波形的一个或更多个维度缩放超过相应阈值百分比。

硬件单元被组织成一个或更多个集成电路和/或分立电子部件的方式无关紧要。作为一个示例，电压转换器和控制器的至少大部分可以被实现作为公共的单个集成电路。作为另一个示例，可以采用分布式硬件方法，其中，电压转换和控制器是分离的电路，如果它们之间的连接可以被适当地布置，它们甚至可以彼此相距很远的距离。

对于本领域的技术人员来说显而易见的是，随着技术的进步，本发明的基本思想可以通过多种方式实现。因此，本发明及其实施例不限于上述示例，相反地，它们可以在权利要求的范围内变化。