BR112020021172A2

BR112020021172A2 - Sistema de controle capacitivo, em particular, um módulo integrado de coluna de volante de um veículo automotor

Info

Publication number: BR112020021172A2
Application number: BR112020021172-9A
Authority: BR
Inventors: Marek Wozniak; Wojciech Syrek
Original assignee: Merit Automotive Electronics Systems S.L.U
Priority date: 2018-04-16
Filing date: 2018-04-16
Publication date: 2021-01-19
Also published as: US20210094613A1; JP2021527916A; EP3782287A1; MX2020010911A; WO2019203668A1; ES2927805T3; CN112640309A; KR20210018803A; EP3782287B1

Abstract

a presente invenção se relaciona a um sistema de controle capacitivo (1), em particular, um módulo integrado de coluna de volante de um veículo automotor, compreendendo um suporte (6), pelo menos um elemento de controle (3,4,5) disposto deslocavelmente dentro do suporte (6), pelo menos uma primeira região de ativação capacitiva (81a-81e) adjacente a uma segunda região de ativação capacitiva (71a-71e), e disposta abaixo e cooperando com referido elemento de controle (3,4, 5) para mudar a distância e, desse modo, a capacitância elétrica entre a primeira (81a-81e) e a segunda (71a-71e) regiões de ativação capacitiva. de modo a aumentar a robustez do sistema de controle capacitivo (1), referida pelo menos uma primeira região de ativação capacitiva (81a-81e) é disposta em um braço metálico deformável (83) hapticamente engatado com referido elemento de controle (3, 4, 5), no qual referido engatamento háptico é provido por uma projeção moldada (82) ou recesso do braço (83) que coopera com pelo menos um recesso interno (32, 42, 52) ou projeção de referido elemento de controle (3, 4, 5), e a distância entre a primeira (81a-81e) e a segunda (71a -71e) regiões de ativação capacitiva permanece maior do que zero.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para DE CONTROLE CAPACITIVO, EM PARTICULAR, UM

MÓDULO INTEGRADO DE COLUNA DE VOLANTE DE UM VEÍCULO AUTOMOTOR

[0001] A presente invenção se relaciona a um sistema de controle capacitivo, em particular, um módulo integrado de coluna de volante de um veículo automotor, compreendendo um suporte, pelo menos um elemento de controle disposto deslocavelmente no interior do suporte, pelo menos uma primeira região de ativação capacitiva adjacente a uma segunda região de ativação capacitiva, e disposta abaixo e cooperando com referido elemento de controle para mudar a distância e, desse modo, capacitância elétrica entre a primeira e a segunda regiões de ativação capacitiva. Antecedentes da Invenção

[0002] Os sistemas de controle capacitivo deste tipo são conhecidos por serem usados como teclados de computador ou botões de pressão. Teclados capacitivos e botões de pressão sem contato, que são, portanto, mais resistentes a desgaste e oxidação, têm também sido propostos na técnica anterior.

[0003] O pedido de patente US2017111044, por exemplo, revela uma estrutura de chave sensível capacitiva incluindo uma chave, um componente de suporte, uma almofada de fixação, um substrato e uma porção condutiva. A chave inclui um corpo de chave e uma parede de conexão que encerra um espaço de recebimento. O componente de suporte é disposto no espaço de recebimento e inclui um corpo, parede cônica, espaço de amortecimento, e almofada de extensão conectada à parede cônica. O corpo embute contra o corpo da chave. A porção condutiva é disposta no fundo do corpo e dentro do espaço de amortecimento. O substrato é conectado à almofada de fixação e tem neste uma unidade de circuito e uma camada de detecção. O substrato é revestido com uma camada isolante que cobre a camada de detecção. Quando o corpo da chave é pressionado para pressionar contra o componente de suporte, mudanças eletroestáticas ocorrem devido às mudanças na distância entre a porção condutiva produzida de silicone condutivo e a camada de detecção do substrato; consequentemente, o corpo da chave aciona a unidade de circuito para gerar um sinal elétrico quando a distância muda para uma distância pré-determinada (menos do que 0,5 mm) sem entrar em contato direto com o substrato.

[0004] Dispositivos de sinal elétrico sem contatos similares de uma natureza capacitiva são revelados nas especificações US3653038, US1665616 e FR2431223.

[0005] A publicação de patente GB 1 584 345 A revela um teclado tendo uma pluralidade de estações de chave e compreendendo uma placa de circuito impresso tendo uma pluralidade de placas de capacitor formadas nesta, cada estação de chave incluindo uma chave e meios dispostos para suportar a chave para movimento operante e no qual meios de mola de metal condutivo são providos tendo uma pluralidade de porções separadamente móveis de uma tira de mola integral, as porções separadamente móveis rolam resilientemente contra as extremidades inferiores de respectivas chaves para impelir separadamente as várias chaves ascendentemente, referidas porções separadamente móveis que constituem placas capacitoras operadas por chave eletricamente conectadas, mas separadamente móveis, cooperando respectivamente com placas capacitoras fixas na placa de circuito impresso.

[0006] É frequentemente desejável proporcionar uma resposta háptica ao usuário que toca o elemento de controle, se ele ou ela saberia que um efeito pré-definido desejado foi, de fato, efetuado sem qualquer outra resposta do sistema.

[0007] Esta necessidade é particularmente visível se o sistema de controle é para ser usado por um motorista em uma cabine de um veículo e em particularmente se o sistema de controle tem uma forma de um módulo integrado de coluna de volante. A resposta háptica proporciona o motorista com uma reação somatosensorial imediata, que é nem visualmente nem auditivamente distraída.

[0008] Módulos integrados de coluna de volante em uma indústria automotiva são usualmente usados para controle de vários componentes e subsistemas de um veículo, incluindo luzes, limpadores de para-brisas, lavadores, controle de velocidade, sistema de áudio, etc. Eles usualmente formam unidades pré-montadas compactas que na linha de montagem do veículo são mecanicamente fixados ao painel de bordo do veículo ou coluna do volante, e são eletricamente conectados à cablagem do veículo. Comumente a funcionalidade de controle dos módulos integrados de coluna é implementada usando folhas resistentes e de sensoriamento de força ou interruptores de contato condutivos, enquanto que a funcionalidade háptica é implementada usando molas ou êmbolos de mola. Infelizmente estas soluções são relativamente custosas e imprecisas, enquanto que sua montagem é complicada.

[0009] Portanto, tem sido o objetivo da presente invenção proporcionar um sistema de controle capacitivo robusto, que seroa desprovido dos problemas das soluções da técnica anterior, de custo eficiente e simples de produzir e montar. Resumo da Invenção

[0010] A invenção proporciona um sistema de controle capacitivo do tipo mencionado no princípio, conforme recitado na Reivindicação independente 1.

[0011] um elemento que é girado ou, de outro modo, similarmente deslocado pelo usuário de modo a efetuar um efeito pré-definido no módulo controlado pelo sistema de controle.

[0012] O sistema de controle da presente invenção opera um modo capacitivo sem contato, desse modo, nenhum curto circuitos, oxidação e queimaduras ocorrem entre as regiões de ativação capacitiva.

[0013] De preferência, o sistema compreende um número de elementos de controle de rotação.

[0014] O sistema compreende pelo menos uma peça uniforme moldada provida com um número de referidos braços, no qual cada elemento de controle é hapticamente engatado com pelo menos um braço. O sistema pode obviamente compreender apenas uma peça uniforme moldada provida com todas as primeiras regiões de ativação capacitiva, ou duas peças moldadas dispostas simetricamente.

[0015] De preferência, pelo menos um elemento de controle é hapticamente engatado com mais do que um braço. Isto proporciona modos de ativação diferentes para o elemento de controle.

[0016] Referido pelo menos um elemento de controle de rotação é provido com recessos internos ou projeções em uma forma de um came interno.

[0017] De preferência, o sistema é provido com uma placa de circuito impresso disposta abaixo de referido braço deformável, e referida pelo menos uma segunda região de ativação capacitiva tem uma forma de um traço condutivo de referida placa de circuito impresso.

[0018] Uma placa de circuito impresso com as segundas regiões de ativação capacitiva é, portanto, disposta perpendicularmente ao plano de deslocamento dos braços e, portanto, o sistema pode compreender apenas uma placa de circuito impresso provida com todas as segundas regiões de ativação capacitiva, de preferência, em ambos os lados desta. Isto obviamente reduz complexidade e custos do sistema.

[0019] De preferência, referido suporte é provido com pelo menos um rolamento para referido pelo menos um elemento de controle de rotação.

[0020] De preferência, referido pelo menos um elemento de controle de rotação é um elemento de controle multi-estável, ou um elemento de controle mono-estável.

[0021] O sistema de controle da presente invenção compreende uma pequena quantidade de partes distintas, que o torna compacto e simples para produzir e montar. Breve descrição dos desenhos

[0022] A invenção deve ser descrita e explanada abaixo em conjunto com os desenhos em anexo em que:

[0023] A Fig. 1 é uma vista explodida em perspectiva esquemática de uma concretização de um sistema de controle capacitivo de acordo com a presente invenção;

[0024] A Fig. 2 é uma vista em seção transversal esquemática do sistema montado da Fig. 1;

[0025] A Fig. 3 é uma vista em perspectiva esquemática de um elemento moldado contendo todas primeiras regiões de ativação capacitiva do sistema da Fig. 1;

[0026] A Fig. 4 é uma vista em perspectiva esquemática de um primeiro elemento de controle de rotação do sistema da Fig. 1;

[0027] A Fig. 5 ilustra esquematicamente quatro modos de ativação exemplares diferentes do primeiro elemento de controle de rotação mostrado na Fig. 4;

[0028] A Fig. 6 é uma vista em seção transversal esquemática do sistema da Fig. 1 ao longo do plano A-A da Fig. 2;

[0029] A Fig. 7 é uma vista em perspectiva esquemática de um segundo elemento de controle de rotação do sistema da Fig. 1;

[0030] A Fig. 8 é uma vista em seção transversal esquemática do sistema da Fig. 1 ao longo do plano B-B da Fig. 2;

[0031] A Fig. 9 é uma vista em seção transversal esquemática do sistema da Fig. 1 na área de um elemento de controle deslizável; e

[0032] A Fig. 10 é uma vista em perspectiva esquemática de um elemento de rolamento interno do sistema da Fig. 1. Descrição detalhada da concretização preferida

[0033] A concretização de um sistema de controle capacitivo 1 mostrada na Fig. 1 e Fig. 2 tem uma forma de um sistema de controle automotivo, e, mais particular, um módulo integrado de coluna de volante (CIM). O sistema 1 compreende uma alavanca de controle 2, inclinações controladas da qual podem ser usadas, por exemplo, para girar os limpadores de para-brisa do veículo ou controle de velocidade liga e desliga, etc., um primeiro elemento de controle de rotação multi- estável 3, as rotações do qual podem ser usadas, por exemplo, para controle da frequência dos limpadores, velocidade de cruzeiro, etc., um segundo elemento de controle de rotação mono-estável 4, as rotações do qual podem ser usadas, por exemplo, para controle do lavador de para-brisa traseiro, e um elemento de controle 5 mono- estável deslizável (empuxo), o deslocamento axial do qual pode ser usado, por exemplo, para controle do lavador de para-brisa frontal, memória de controle de cruzeiro, etc.

[0034] Todos os elementos de controle 3, 4 e 5 do sistema 1 junto com a alavanca de controle 2 forma uma unidade pré-montada que na linha de montagem do veículo deve ser mecanicamente fixada à coluna do volante do veículo, não mostrada no desenho, e eletricamente conectada à cablagem do veículo em uma maneira bem conhecida àqueles técnicos no assunto.

[0035] Nesta concretização o sistema de controle 1 compreende um suporte em uma forma de um elemento de rolamento interno 6 que proporciona fixação e orientação para os elementos de controle 3, 4 e 5. O elemento 6 é provido com três partes cilíndricas 61, 62 e 63 que estão posicionadas perpendicularmente ao eixo do elemento 6 (cf. Fig. 10).

[0036] O elemento de rolamento interno 6 é travado no interior da alavanca 2 por meio de quatro protrusões de bloqueio instantâneo axiais 611 da primeira parte cilíndrica 61, e cooperando com quatro recessões de bloqueio instantâneo 21 na alavanca 2. Os elementos de controle de rotação 3 e 4 são dispostos rotacionalmente em sequência sobre o elemento de rolamento interno 6, e o elemento de controle 5 deslizável é deslizavelmente travado no interior do elemento de rolamento interno 6 e dentro do segundo elemento de controle de rotação 4 com suas quatro protrusões de bloqueio instantâneo 51 deslizavelmente engatando a terceira parte cilíndrica 63 do elemento

6. Outras formas de fixação e orientação dos elementos de controle 3, 4 e 5 devem obviamente serem bem conhecidas àqueles técnicos no assunto.

[0037] Uma placa de circuito impresso 7 é fixada no interior de um soquete 64, no elemento de rolamento interno 6, e compreende um plug 72 que capacita conexão elétrica do sistema de controle à cablagem do veículo. Uma peça metálica moldada 8 (cf. Fig. 3) é disposta entre o elemento de rolamento interno 6 e os elementos de controle 3, 4 e 5. A peça 8 é eletricamente conectada com a placa de circuito impresso 7 através de sua placa de condução 84 soldada ao traço condutivo da placa de circuito impresso 7 (não mostrada).

[0038] Conforme mostrado em detalhe na Fig. 3, a peça 8 compreende cinco pares de braços deformáveis 83a-83e que cooperam com os elementos de controle 3, 4 e 5 conforme deve ser descrito mais tarde. Cada par de braços 83* é disposto simetricamente com relação ao plano da placa de circuito impresso 7. Cada dos braços 83a-83e é provido em sua extremidade com uma primeira região de ativação capacitiva 81a-81e. A placa de circuito impresso 7, por outro lado (cf. Fig. 1), compreende cinco pares de segundas regiões de ativação capacitiva 71a-71e na forma de traços condutivos dispostos nas faces opostas da borda 7. Cada segunda região de ativação capacitiva 71a-71e da placa de circuito impresso 7 é disposta abaixo da correspondente primeira região de ativação capacitiva 81a- 81e da peça metálica moldada 8.

[0039] Tal configuração simétrica equaliza tensões mecânicas e momentos de encurvamento que atuam nos elementos de controle 3, 4 e 5. Para esta finalidade, o sistema pode obviamente compreender duas ou mais peças 8, de preferência, simétricas com relação ao plano da placa de circuito impresso 7.

[0040] Os braços 83a-83e proporcionam engatamento háptico para os elementos de controle 3, 4 e 5. Para esta finalidade, cada braço 83a-83d compreende uma projeção moldada 82a-82d. As projeções moldadas 82a-82c cooperam com recessos radiais 32a-32c do primeiro elemento de controle de rotação 3, enquanto que projeções moldadas 82d cooperam com recessos radiais 42d do segundo elemento de controle de rotação 4, como será explanado mais tarde. Recessos radiais 32a-32c e 42d têm formas de cames internos dos elementos de controle 3 e 4.

[0041] Os deslocamentos dos elementos de controle 3, 4 e 5 resultam em mudanças das distâncias e, desse modo, capacitâncias elétricas entre a primeira 81a-81e e a segunda 71a-71e regiões de ativação capacitiva, independentemente na capacitância do corpo humano.

[0042] Conforme mostrado na Fig. 4 e Fig. 6, o primeiro elemento de controle de rotação 3 é provido com um botão radial 31 que capacita o usuário a detectar a posição radial realmente ajustada do elemento 3. Recessos radiais 32 são dispostos axialmente ao longo da superfície interna do elemento de controle 3 (conforme indicado pelos sufixos a, b, c que aumentam em direção ao elemento de controle deslizável 5) com espaçadores planos radiais (não recessados) 33 separando recessos radiais particulares 32, onde apropriado.

[0043] Conforme mostrado na Fig. 4, o espaçador axialmente interno 33a une o recesso 32bc, o espaçador axialmente intermediário 33b separa os recessos 32a de 32c, enquanto que o espaçador axialmente externo 33c une os recessos 32ab. Tal configuração capacita modos de ativação multi-estáveis diferentes dependentes da posição radial do elemento 3. Além disso, tal geometria do came da superfície interna do elemento de controle 3 promove modos de ativação estáveis (com projeções moldadas 82 dentro dos recessos 32) rejeitando posições intermediárias.

[0044] Quatro modos de ativação exemplares diferentes em uma forma de seção 2D da superfície interna do elemento de controle 3 mostrando recessos apropriados (32 abc, 32bc, 32a/32c e 32ab) são mostrados na Fig. 5 correspondente a a-off, b-off, c- b- off, c- b-on, c- b-off, c- binários podem ser obviamente facilmente mapeados em números de base dez conforme conhecido àqueles técnicos no assunto.

[0045] Conforme mostrado na Fig. 6, em uma posição *-off, as projeções moldadas 82 do braço 83 estão localizadas dentro do recesso radial 32, de modo que a distância d1 entre a primeira região de ativa capacitiva 81 do braço 83 e a segunda região de ativação capacitiva 71 da placa de circuito impresso 7 é maior do que a distância d2 correspondente a uma posição *-on onde as projeções moldadas 82 do braço 83 embutem o espaçador plano 33. Estas diferenças de capacitância podem ser medidas e, consequentemente, interpretadas pelo sistema de controle do veículo externo. Nesta concretização, a distância d1 está em cerca de 1,5 mm, enquanto que a distância d2 está em cerca de 0,5 mm.

[0046] Conforme mostrado na Fig. 7 e Fig. 8, o segundo elemento de controle de rotação 4 é provido com dois recessos radiais 42d que unem os cames radiais 41d e cooperam com a projeção moldada 82d do braço 83d da peça metálica moldada 8. Conforme mostrado na Fig. 8, em uma posição *-off, a projeção moldada 82d do braço 83d está localizada dentro do recesso radial 42d, de modo que a distância d1 entre a primeira região de ativação capacitiva 81d do braço 83d e a segunda região de ativação capacitiva 71d da placa de circuito impresso 7 é maior do que a distância d2 correspondente a uma posição *-on onde a projeção moldada 82d do braço 83 embute qualquer dos cames radiais 41d. Estas diferenças de capacitância podem também serem medidas e, consequentemente, interpretadas.

[0047] Conforme mostrado na Fig. 9, o elemento de controle deslizável ou de puxar 5 é provido com duas faces recesssadas 52e inclinadas com relação ao eixo de seu deslocamento que embute as projeções moldadas 82e dos braços 83e. Empurrando o elemento 5 contra a tensão dos braços 83e diminui a distância entre a primeira (81e) e a segunda (71e) região de ativação capacitiva que dispara a ativação de um módulo conectado com o elemento de controle 5 (não mostrado). A mudança de capacitância devido a algum impulso preliminar do elemento de controle 5 (ou giro como no caso do elemento de controle 4) pode também ser facilmente detectada. O elemento de controle deslizável ou de empuxo 5 não é o objeto da presente invenção.

[0048] Conforme mostrado na Fig. 10, o elemento de rolamento 6 fornece rolamento e orientação para os elementos de controle 3, 4 e 5.

O elemento de controle 3 é guiado no rolamento 22 em uma superfície externa da alavanca 2 (cf. Fig. 1) e rolamento 621 na segunda parte cilíndrica 62 do elemento de rolamento 6. O elemento de controle 4 é guiado no rolamento 621 e rolamento 631 na superfície externa da terceira parte cilíndrica 63 do elemento de rolamento 6. O elemento de controle 5 é guiado no rolamento 632 em uma superfície interna da terceira parte cilíndrica 63 do elemento 6. Todos estes rolamentos substancialmente reduzem movimento radial indesejado dos elemen

[0049] As concretizações acima da presente invenção são meramente exemplares. As figuras não são necessariamente em escala e algumas características podem ser exageradas ou minimizadas. Estes e outros fatores, contudo, não devem ser considerados como limitando o espírito da invenção, o escopo previsto de proteção do qual é indicado nas reivindicações em anexo. Lista de numerais de referência

1. sistema de controle capacitivo

2. alavanca

21. recessões de bloqueio instantâneo

22. rolamento

3. primeiro (multi-estável) elemento de controle de rotação

31. botão radial

32. recesso radial

33. espaçador plano radial

34. modo de ativação (34a-34d)

4. segundo (mono-estável) elemento de controle de rotação

41. came radial

42. recesso radial

5. (mono-estável; empuxo) elemento de controle deslizável

51. protrusões de bloqueio instantâneo

52. face recessada

6. suporte (elemento de rolamento interno)

61. primeira parte cilíndrica

611. protrusões de bloqueio instantâneo

62. segunda parte cilíndrica

621. rolamento (para elementos 3, 4)

63. terceira parte cilíndrica

631. rolamento (para elemento 4)

632. rolamento (para elemento 5) 64 soquete da placa de circuito impresso

7. placa de circuito impresso

72. plug

8. peça moldada (metal)

81.

82.

83.

84. placa de condução

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Um sistema de controle capacitivo (1), em particular, um módulo integrado de coluna de volante de um veículo automotor, compreendendo um suporte (6), pelo menos um elemento de controle de rotação (3, 4) disposto deslocavelmente para um usuário, caracterizado pelo fato de que o suporte (6) fornece orientação para referido pelo menos um elemento de controle de rotação (3, 4), no qual pelo menos uma peça metálica moldada (8) é disposta entre o suporte (6) e referido pelo menos um elemento de controle de rotação (3, 4), no qual referida peça (8) compreende uma pluralidade de braços deformáveis de metal (83a-83d) ao longo de uma primeira direção de referida peça (8) e cooperando com referido pelo menos um elemento de controle de rotação (3, 4), no qual cada dos braços (83a-83d) é provido com uma primeira região de ativação capacitiva (81a-81d) adjacente a e voltada para uma segunda região de ativação capacitiva (71a-71d), e disposta abaixo e cooperando com referido elemento de controle (3, 4), no qual um deslocamento de referido pelo menos um elemento de controle de rotação (3, 4) resulta em uma mudança da distância e, desse modo, capacitância elétrica entre a primeira (81a- 81d) e a segunda (71a-71d) regiões de ativação capacitiva, no qual referido braço deformável de metal (83a-83d) são hapticamente engatados com referido pelo menos um elemento de controle de rotação (3, 4), no qual referido engatamento háptico é provido por uma projeção moldada (82a-82d) ou recesso do braço (83) cooperando com pelo menos um recesso interno (32, 42) ou projeção de referido pelo menos um elemento de controle de rotação (3, 4), no qual em uma primeira posição, referida projeção moldada (82a-82d) ou recesso de referido braço (83) está localizada dentro de referido recesso interno (32, 42), ou projeção de referido pelo menos um elemento de controle de rotação (3, 4), de modo que uma distância (d1) entre a primeira região de ativação capacitiva (81) de referido braço (83) e a segunda região de ativação capacitiva (71) é maior do que uma distância (d2) correspondente a uma posição onde referida projeção moldada (82a-82d) ou recesso de referido braço (83) está fora de referido recesso interno (32, 42) ou projeção de referido pelo menos um elemento de controle de rotação (3, 4), e no qual a distância entre a primeira (81a-81d) e a segunda (71a-71d) regiões de ativação capacitiva permanece maior do que zero.

2. O sistema de controle de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um número de elementos de controle de rotação (3, 4).

3. O sistema de controle de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos um elemento de controle (3) é hapticamente engatado com mais do que um braço (83).

4. O sistema de controle de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que é provido adicionalmente com uma placa de circuito impresso (7) disposta abaixo de referido braço deformável (83), e referida pelo menos uma segunda região de ativação capacitiva (71a-71e) tem uma forma de um traço condutivo de referida placa de circuito impresso (7).

5. O sistema de controle de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que referido suporte (6) é provido com pelo menos um rolamento (611, 621, 631, 632) para referido pelo menos um elemento de controle de rotação (3, 4).

6. O sistema de controle de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que referido pelo menos um elemento de controle de rotação é um elemento de controle multi-estável (3) ou um elemento de controle mono-estável(4).