CN101111413A - 无钥匙进入触摸板系统以及方法 - Google Patents

Abstract

一种供车辆使用的无钥匙进入触摸板系统包括基板，其中在该基板的一个表面上设置多个触摸区，且在相对的表面上设置多个电极图案。每个图案的内电极与其中一个触摸区对准。每个图案电耦合到集成控制电路，该集成控制电路向图案的电极输出信号，并使其通电，以便从其发射电场。电极图案可以电容性地耦合至集成控制电路。当内电极的电场被接近相应触摸区的激励扰动时，部件被激活。在以预定顺序激活所述部件后，所述控制器打开所述车门的锁。同时，也公开了打开车辆的锁的方法。

Description

无钥匙进入触摸板系统以及方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2004年12月23日申请的美国临时专利申请No.60/638159的优先权，并以引用的方式将其公开文本并入本文。本申请还要求发明名称同为“Track Position Sensor and Method”的2004年12月23日申请的美国临时专利申请No.60/638197，2005年12月22日申请的美国专利申请No._________的优先权，并以引用的方式将它们的公开文本并入此文，本申请同样还要求发明名称同为“SeatControl System”的2004年12月23日申请的美国临时专利申请No.60/638198，2005年12月22日申请的美国专利申请No._________的优先权，并以引用的方式将它们的公开文本并入此文。

技术领域

本发明总体上涉及一种无钥匙访问触摸板系统，更具体地，涉及一种车辆的无钥匙进入触摸板系统。

背景技术

车辆的无钥匙进入系统允许用户在没有钥匙的情况下，锁上或打开车门或车后备箱。遥控无钥匙进入系统典型地包括超小型终端(fob)，该终端包括几个按钮，其通过向车辆安装的接收器发送编码的RF信号来打开车门或后备箱以及执行其他功能。安装在门上的无钥匙进入系统典型地包括设置在门把手附近的小键盘，其允许车辆的授权使用者输入数字代码以由此进入车辆中。这样的小键盘还可以用于控制其他功能。

一些传统的小键盘包括安装在小键盘上的机械开关阵列，且该机械开关阵列硬连接至控制模块。该小键盘一般固定到车门上。同样地，车门一般包括用于收容小键盘的开口。如果没有足够保护的话，该开口可能被周围的金属面板腐蚀且损害外部涂饰。另外，小键盘本身包括用于收容开关的开口。这些开口允许尘土、水或其他污染物进入，并陷入在开关中，这极可能造成电气短路和其他故障。

其他无钥匙系统使用电子或电容性固态开关。和机械开关不同，电子开关不包含会折断或磨损的移动部分。但是，当诸如水和碎屑等污染物存在于触摸表面时，电子开关可能运行不正常。所述污染物可能引起非预期的开关动作。考虑到车辆的外表面接触大量的水、尘土、道路喷溅以及其他污染物，因此还没有证实电子开关在无钥匙进入系统中是可靠的。并且，许多电子开关以不可预知的方式对电磁干扰(EMI)环境进行响应，并可能不符合日益严格的电磁兼容性(EMC)标准。

发明内容

本发明涉及无钥匙访问触摸板系统。该系统优选包括具有第一和第二相对表面的介电基板。优选地，在第一表面限定多个触摸区，在第二表面设置多个电极图案。每个电极图案与相应的一个触摸区对准。每个电极图案优选包括接近于第二电极的第一电极。更优选地，每个电极图案包括内电极板和基本围绕所述内电极的外电极。脉冲产生电路电耦合至每个电极图案18的电极，并向其提供激励信号。该激励信号在电极周围感应出电场。当引入诸如人的触摸等激励紧近于相应触摸区时，每个电极周围的电场被扰动。电极优选耦合至检测电路，该检测电路检测并响应于每个电极周围的电场的扰动。每个检测电路优选耦合至控制器，该控制器向受控设备提供信号，以响应于从多个检测电路接收的信号。优选地，脉冲产生和检测电路设置在单个集成电路芯片上，该集成电路芯片设置在基板上且接近于电极图案。优选地，基板至少在电极和相关电路以及触摸区的附近区域中没有渗透，以减少污染物从触摸区移动到基板的电路承载侧的可能性。可以包括发光器件以提供触摸区已经被触摸的视觉反馈，或者用以照亮小键盘。

本发明还涉及电容性耦合的电极图案场效应触摸传感器装置。该装置优选包括具有第一和第二相对表面的介电基板。优选将具有内电极和外电极的电极图案设置在第一表面上。内电极和外电极中的每一个都电耦合至相应的电容板，且设置在第一表面上。脉冲产生和检测电路可以设置在第二表面上且电耦合至设置在第二表面上的一个或多个电容板。第一表面上的板电容性地耦合至第二表面上的板，以使得脉冲产生和检测电路电耦合至电极。该检测电路优选耦合至控制器。该脉冲产生和检测电路以及控制器如上面所论述的那样工作。

本发明进一步涉及利用场效应触摸传感器装置打开汽车车门的锁的方法。

附图说明

图1是设置在车辆侧视镜上的根据本发明实施例的无钥匙进入触摸板系统的正视图；

图2是沿线2-2剖开的图1的系统的横截面图；

图3是根据本发明的电极图案的示意图；

图4是本发明的优选实施例的示意图；

图5是图2所示系统的一部分的局部横截面图，其中虚线表示电力线；

图6是根据本发明另一实施例的电容性耦合的场效应电极图案的透视图；

图7是图6所示的实施例的示意图；

图8是设置在车辆立柱上的根据本发明实施例的无钥匙进入触摸板系统的透视图；

图9是根据本发明实施例的无钥匙进入触摸板系统的局部横截面图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明第一实施例的用于车辆的无钥匙进入触摸板系统10。系统10包括虚拟小键盘12，其具有在侧视镜M上显示的五个触摸区Z1-Z5。在其他实施例中，可以提供五个以上或以下的触摸区，并且它们可以与车辆的任何其他外表面，例如A柱或B柱、移动或固定的玻璃区、门饰板以及内饰/窗口装饰相连接。

如图2所示，镜子M的反射玻璃包括外表面14和内表面16。内表面16典型具有反射涂层。多个电极图案18与内表面16相邻设置。电极图案18可以设置在诸如印刷电路板、柔性电路载体等基板20上，该基板20可以再附着到内表面16或者抵靠内表面16设置且随后通过夹具等固定入位。或者，电极图案18可以直接涂敷在内表面16或其上的反射涂层或其他薄层上。在该反射涂层导电的实施例中，应该在反射涂层和电极图案18之间设置绝缘层。同样，本领域技术人员应该理解，在触摸区Z1-Z5和相应的电极图案18之间存在连续导电层会对触摸区Z1-Z5附近的电场的产生和下述的场效应传感器的运行产生负面影响。同样地，本领域技术人员应该理解，优选在触摸区Z1-Z5和电极图案18之间不包含导电层，或在任何这样的导电涂层中包含删除线以隔离与包括每个电极图案18的电极相对应的涂层的部分。

如图3所示，每个电极图案18优选包括内电极22和基本围绕该内电极22的外电极24。每个图案18的内电极22和外电极24电耦合至脉冲产生电路和检测电路。优选地，如图2和3所示，脉冲产生和检测电路包含在一个单个的集成电路26中。优选地，集成电路26设置在基板20上且接近于相应的电极图案18，其或者在基板20的与电极22，24相同的一侧20a上，或者在基板20的相对侧20b上。如图4所示，集成电路26优选分别通过电阻器R1，R2连接至内电极22和外电极24。在某些实施例中，在集成电路26的内部可以设置电阻器R1，R2。在示出的实施例中，电阻器R1，R2在集成电路26的外部。

集成电路26优选是可从TouchSensor Technologies，LLC ofWheaton，Illinois获得的TS-100 ASIC。Caldwell的美国专利No.6320282中描述了TS-100 ASIC工作的一般原理，将该美国专利以引用的方式并入本文中。附图中所示的集成电路26的管脚与TS-100 ASIC的管脚对应，其中输入电源(+5伏)连接在管脚1，接地在管脚2，信号输出端连接在管脚3，外电极24连接在管脚4，激励信号连接在管脚5，以及内电极22连接在管脚6。

可以将与输入电源相关联的连线和集成电路26的信号输出接线一起捆扎在线束H中，如图2所示。优选地，快凝灌封材料(pottingmaterial)28覆盖且密封基板20以及线束H的端部。

如图4所示，经由来自管脚5的激励信号向内电极和外电极22，24提供电信号。优选地，在管脚5向内电极22和外电极24提供振荡器输出脉冲序列或方波信号。振荡器信号可以是以大约32kHz的频率在0和+5伏之间振荡的方波。或者，取决于使用的检测电路，振荡器或选通信号可以具有等于或大于200kHz的频率。此外，选通信号可以在0和+3伏之间，0和+12伏之间，0和+24伏之间，-5伏和+5伏之间，或在任何其他电压范围内振荡。

施加的电信号使内电极和外电极22，24通电，且在每个电极22，24的周围产生电场。如图5中的虚线所示，电力线从内电极22和外电极24发出并穿过镜子M。如图1和2所示，在镜子M的外表面14上设置了多个触摸区Z1、Z2、Z3、Z4和Z5。每个触摸区Z1-Z5优选与每个图案18的相应内电极22轴向对准。同样地，从每个触摸区Z1-Z5发出与内电极22和外电极24中的每一个相对应的电场。例如，图5示出了从与触摸区Z1对准的电极中发射的电场。

虽然未在图5中示出，但是内电极22和外电极24发射的电力线除了穿过镜子M进入触摸区Z1-Z5以外，还远离镜子M穿过基板20。但是，本领域技术人员应该理解，考虑到穿过例如镜子M等介电基板的电通量浓度增加，则镜子M的外表面14附近的电通量浓度更大。为了屏蔽或驱散在远离镜子M的方向上发射的电场，以使得检测电路不响应该电场附近的激励，系统10优选在邻近基板20的侧20b包括绝缘体，诸如灌封材料28。代替灌封材料28，可以提供气隙，塑料或泡沫橡胶底衬，或其他电场衰减器。

对内电极和外电极22，24充电，以使得它们发射的所有电场具有相同的极性。同样地，电场互斥且从内电极和外电极22，24向外延伸。离电极22，24越近，电场强度越大，且随着远离电极22，24而消失。优选地，电场的强度在距镜子M的外表面14大约25mm的距离处基本消失。如果分别需要更强或更弱的电场，那么可以增加或减少激励信号强度。

选择电阻器R1，R2，以使得每个电场产生预定的电势差或电压。在相应的检测电路内，感测在内电极和外电极22，24周围产生的电场强度并进行比较。这样，检测电路监视相应的内电极和外电极22，24周围的电场强度。当目标或激励，例如人的手指接近相应的触摸区时，与内电极和外电极22，24相关联的电场发生改变。优选地，考虑到电场强度在更远的距离处基本消失，因此，激励必须距离触摸区Z1-Z5之一25mm或更近，以干扰与相应电极相关联的电场。当某一特定触摸区所对应的内电极22和外电极24周围的电场之间的强度差超过预定阈值时，检测电路产生输出信号，以指示在该特定触摸区的触摸输入。

例如，在Caldwell的美国专利No.6320282中可以找到对于优选场效应传感器的操作原理的进一步论述，其公开内容以引用的方式并入本文中。

可以将用于识别触摸区Z1-Z5的一层印刷图形G附着到镜子M的内表面16上，使得图形G从表面14可见，如图1清楚示出。或者，图形G可以被蚀刻，印刷，或者直接设置在镜子M的内表面16或外表面14上。但是，考虑到暴露的印刷图形可能被刮蹭或磨损，外表面14上的印刷图形G不是优选的。无论如何，图形G优选与触摸区Z1-Z5和内电极22对准。每个触摸区Z1-Z5的图形G可以包括数字、字母或一些其他的用于区分每个触摸区Z1-Z5的指示符。优选地，触摸区Z1-Z5可以穿过镜子M的上边缘直线设置。

优选地，系统10还包括一个或多个发光二极管30，其中每个发光二极管(LED)30电耦合至相应的集成电路26，如图4所示。如下进一步所述，当集成电路26产生到控制器C的输出信号时，点亮相关的LED 30。在优选实施例中，LED 30与每个集成电路26相关联，且设置在基板20上，使得每个LED 30与相应的触摸区Z1-Z5对准，如图2所示。所有LED 30优选电耦合至每个集成电路26，使得所有LED在任何集成电路26激活时被触发。这样，在任何集成电路26输出到控制器C的信号时，虚拟小键盘12点亮，并且用户可以看到。

控制器C，例如微处理器与和每个电极图案18相关联的脉冲产生和检测电路进行通信，并可以设置在基板20上或者远离基板20设置。控制器C从与每个电极图案18相关联的检测电路接收检测信号。这些检测电路彼此区分，使得控制器C可以解析哪一个传感器已经被激活和/或已经以何种顺序激活多个传感器。作为响应，控制器C产生控制信号并将该控制信号输出给受控设备。在优选实施例中，控制器C与一个或多个车门中的锁定机构进行通信。当以预定顺序干扰触摸区Z1-Z5以使得与这些触摸区相对应的检测电路以这样的顺序向控制器C输出检测信号时，控制器C产生使锁定机构激活的控制信号，由此锁定或解锁一个或多个门。

脉冲产生和检测电路可以经由导线，例如引线或PCB迹线硬连接至电极22，24。或者，本发明的另一方案提供了脉冲产生和检测电路可以电容性耦合至电极22，24，如图6和7所示。图案18的电极22，24设置在介电基板21的侧面21a上。例如，基板21可以由玻璃，塑料，玻璃纤维强化环氧树脂，或一些其他的介电材料形成。电极22，24分别电耦合至电容板C1，C2，其中所述电容板C1，C2也设置在基板21的一个侧面21a上。部件26设置在基板21的相对的侧面21b上，并电耦合至同样设置在侧面21b上的电容板C3，C4。板C1，C2分别与板C3，C4对准，使得板C1和C3电容性耦合，板C2和C4电容性耦合。因此，部件26电容性地耦合至电极22，24。

尽管参照系统10描述了电容性耦合，但是本发明的这个方案可以应用于其他应用，例如商业电器中使用的感应垫(sensor pad)。电极22，24通过相对厚的介电基板进行电容性耦合，该介电基板不允许足够强度的电场从其发出。电极22，24可以位于基板的一个侧面上，而感测电子器件位于基板的另一侧面。这允许密封的介电基板，同时还允许电极22，24更接近待感测的目标设置。

尽管已经参照侧视镜M描述了系统10，但是小键盘12可以设置在车辆的其他表面上，例如车辆的A柱或B柱，门把手，或装饰件(trim piece)。该表面包括用于显示虚拟小键盘12的半透明部分。例如，模制的纤维玻璃B柱40可以具有设置在其上的虚拟小键盘12，其基于与部件相关的一个或多个LED的激活而点亮，如图8所示。或者，该表面可以包括用于限定触摸区的模制凹坑或突起。

或者，可以在单独的基板上设置无钥匙进入触摸板系统，其固定在车辆的外表面。如图9所示，无钥匙进入板系统50固定在车辆外表面52内所设置的开口，其中该外表面例如是塑料或金属装饰件，车辆的门把手，或者车辆的A或B柱。表面52可以包括锁定突出部54，使得在加工期间，可以容易地将系统50卡扣或夹持在适当位置。

系统50包括由介电材料，例如玻璃、塑料或玻璃纤维强化环氧树脂形成的外面板56。优选地，面板56是半透明的。与系统10类似，面板56包括外表面58上的多个触摸区Z1-Z5以形成小键盘。进一步，多个电极图案18和面板56的内表面60相邻设置。如上所述，可以在基板20上设置图案18，其中该基板20附着到内表面60或者抵靠内表面60设置。如上所述，每个图案18包括内电极和外电极22，24，其中内电极和外电极电耦合至有源电气部件26。系统50的集成控制电路26可以硬连接至电极22，24，或电容性地耦合到电极22，24。每个集成控制电路26优选是具有上述相同引脚的TS-100ASIC。与输入电源接线相关联的连线和集成控制电路26的信号输出接线可以一起捆扎在线束H中，或者可以提供一体的连接器。快凝灌封材料28或其他绝缘体优选覆盖且密封基板20以及导线H的端部。或者，提供气隙或绝缘底衬。

如上所述，触摸区Z1-Z5与相应的内电极22对准，使得从其中发射电场，如图5所示。当目标或激励，例如人的手指，接近相应的触摸区时，与内电极22相关联的电场改变。如果内电极22和外电极24之间的电场强度的差值超过预定阈值，那么集成控制电路26被激活。激活后，部件26生成指令信号，该指令信号被发送至相关联的控制器，例如微处理器。

可以在面板56的内表面60或外表面58设置一层印刷图形G。作为选择，或者除图形G之外，面板56的外表面58可以包括模制部分，例如凹坑或隆起R，其限定了每个触摸区Z1-Z5，如图9所示。图形G可以直接印刷在面板56上，或者设置在附着到面板56的表面的一层上。触摸区Z1-Z5可以沿表面52的部分直线设置，或者以某一其他图案布置。系统50可以包括如结合系统10所述的一个或多个发光二极管30。

此处披露的实施例仅是示意性的，不应当将其理解为限制本发明。例如，本发明除了可用于车辆的门锁控制之外，本发明还可以用于建筑物中的门锁控制，或者用于控制锁以外的其他设备的操作。进一步，本发明可以用于各种其他应用，例如从睡眠模式下点亮、唤醒电子器件等。同样，一个实施例的方案可以并入另一实施例中。这样，在不脱离下述权利要求限定的本发明保护范围的情况下，可以修改该公开文本。

Claims (23)

1.一种用于打开车门的锁的无钥匙进入板系统，包括：

具有第一和第二相对表面的介电基板；

设置在所述第一表面上的多个触摸区；

具有第一和第二侧面的印刷电路板，所述第一侧面与所述第二表面相邻；

设置在所述第一侧面上的多个电极图案，每个所述电极图案都具有内电极和外电极，所述内电极中的每一个与所述触摸区中的一个对准，所述电极电耦合至设置在所述第一侧面上的电容板；

设置在所述第二侧面上的多个集成控制电路(ICC)，每个所述ICC电耦合至设置在所述第二侧面上的电容板，其中所述第一侧面上的所述板电容性地耦合至所述第二侧面上的所述板，使得所述ICC电耦合至所述图案，每个所述ICC使相应图案的所述电极通电，使得从所述电极发射电场，其中当激励接近相应的触摸区时，相关的内电极的电场被扰动，从而使所述ICC输出指示触摸到所述触摸区的信号；

与所述ICC通信的控制器，在以预定顺序从所述ICC接收预定信号后，所述控制器打开所述车门的锁。

2.如权利要求1所述的无钥匙进入板系统，其中所述基板是半透明的。

3.如权利要求2所述的无钥匙进入板系统，进一步包括电耦合至所述ICC的多个LED，当其中一个所述ICC输出预定信号时，所述LED被触发。

4.如权利要求3所述的无钥匙进入板系统，其中所述LED紧邻所述基板，使得所述基板由所述LED照亮。

5.如权利要求1所述的无钥匙进入板系统，其中所述基板包括所述车辆的一部分。

6.如权利要求5所述的无钥匙进入板系统，其中所述基板是后视镜、装饰件或立柱中的其中一个。

7.如权利要求1所述的无钥匙进入板系统，进一步包括在所述第二表面上的印刷图形，所述图形与所述触摸区对准，且从所述第一表面可见。

8.如权利要求1所述的无钥匙进入板系统，其中所述印刷电路板是柔性的。

9.一种无钥匙进入触摸板系统，包括

具有第一和第二相对表面的介电基板；

在所述第一表面上限定的多个触摸区；

与所述第二表面相邻的多个电极图案，每个所述电极图案都具有内电极和外电极，且所述内电极中的每一个与所述触摸区中的一个轴向对准；

多个集成控制电路(ICC)，每个所述ICC电耦合至其中一个所述图案的所述电极，并使其通电，以使得从所述电极发射电场，其中当激励接近相应的触摸区时，所述内电极的电场被扰动，从而使所述ICC输出指示触摸到所述触摸区的信号；以及

与所述部件通信的控制器，所述控制器从所述ICC接收信号并响应于该信号而生成指令信号。

10.如权利要求9所述的无钥匙进入板系统，进一步包括多个电耦合至所述部件的LED，当激活其中一个所述部件时，所述LED被激活。

11.如权利要求10所述的无钥匙进入板系统，其中所述LED设置在所述第二表面上，并且所述LED中的每一个与其中一个所述触摸区对准。

12.如权利要求9所述的无钥匙进入板系统，其中所述基板由选自包括玻璃、塑料和玻璃纤维强化环氧树脂的组中的材料形成。

13.如权利要求9所述的无钥匙进入板系统，其中在车辆外表面上，设置所述触摸区。

14.如权利要求13所述的无钥匙进入板系统，其中所述表面从由外后视镜、B柱、A柱、门把手和装饰件所构成的组中选出。

15.如权利要求13所述的无钥匙进入板系统，其中所述表面固定在所述车辆上的B柱、A柱以及装饰件中的一个的开口内。

16.如权利要求10所述的无钥匙进入板系统，其中，在以预定顺序激活所述部件后，所述控制器生成用于打开车门的锁的控制信号。

17.如权利要求10所述的无钥匙进入板系统，其中所述基板包括在所述第二表面上的印刷图形，所述图形与所述触摸区对准，且从所述第一表面可见。

18.如权利要求10所述的无钥匙进入板系统，其中所述触摸区包括印刷图形。

19.如权利要求10所述的无钥匙进入板系统，其中所述ICC设置在所述第二表面上。

20.一种电容性耦合的电极图案场效应触摸传感器装置，包括：

具有第一和第二相对表面的介电基板；

设置在所述第一表面上且具有内电极和外电极的电极图案，所述内电极和外电极中的每一个电耦合至设置在所述第一表面上的电容板；

设置在所述第二表面上的集成控制电路(ICC)，所述ICC电耦合至设置在所述第二表面上的电容板，其中所述第一表面上的所述板电容性地耦合至所述第二表面上的所述板，使得所述ICC电耦合至所述电极，所述ICC使所述电极通电以使得从每个所述电极发射电场，并且所述ICC感测所述电场的扰动；以及

与所述ICC通信的控制器，其中所述ICC响应于被扰动的电场而向所述控制器发送信号。

21.如权利要求20所述的触摸传感器装置，其中所述ICC将选通信号施加给所述电极中的每一个，以使所述电极通电。

22.如权利要求20所述的触摸传感器装置，其中所述基板是柔性的。

23.一种用于打开车门的锁的方法，包括步骤：

设置多个触摸区，所述多个触摸区被设置在车辆的外表面上；

设置多个电极图案，每个图案与相应的触摸区对准；

设置多个集成控制电路(ICC)，每个ICC电耦合至相应的图案；

使所述图案通电，以使得在所述触摸区中的每一个的周围产生电场，其中所述电场的扰动激活相应的所述ICC；

以预定顺序扰动所述电场，并由此以所述预定顺序激活相应的所述ICC；

在以所述预定顺序激活所述ICC后，生成指令信号以打开所述车门的锁。

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