CN101490635B - 具有安全特征的控制旋钮 - Google Patents

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Abstract

在双同心旋钮中，对于低于阈值的力，内旋钮用作坚固的人体工程学功能旋钮，且对于高于阈值的力，内旋钮陷入外旋钮。在一些示例中，对于低于阈值的力，内旋钮也用作按钮。手动操作的控制器安装在毂上用于相对于毂在第一位置和第二位置之间的轴向运动，除非大于阈值的力施加于该控制器，一个机构将该控制器在第一位置轴向刚性地耦合到毂，以及一个机构将该控制器在第一位置和第二位置旋转地耦合到毂。

Description

具有安全特征的控制旋钮
技术领域
本发明涉及具有安全特征的控制旋钮。
背景技术
为了减少对乘客的伤害，车辆安全标准需要：如果旋钮上的力超过规定的阈值，如在碰撞中可能的那样，控制旋钮和延伸超出周围表平面的其他设备陷入到该平面的水平。
发明内容
通常，在一个方面，在双同心旋钮中，对于低于阈值的力，内旋钮用作坚固的人体工程学功能旋钮，且对于高于阈值的力，内旋钮陷入外旋钮。在一些示例中，对于低于阈值的力，内旋钮也用作按钮。
通常，在一个方面，手动操作的控制器安装在毂(hub)上用于相对于毂在第一位置和第二位置之间的轴向运动，除非大于阈值的力施加于该控制器，一个机构将该控制器在第一位置轴向刚性地耦合到毂，以及一个机构将该控制器在第一位置和第二位置旋转地耦合到毂。
实现可包括下列特征中的一个或多个。只要当控制器不在第一轴向位置时，弹性元件对控制器向第一轴向位置施加力。在第一轴向位置，第一控制器的第一部分延伸超出平面。在第二轴向位置，第一控制器的第一部分不延伸超出该平面。第一部分包括具有硬度大于50肖氏硬度A的材料。第一控制器的第二部分在第一和第二轴向位置延伸超出该平面。第二部分包括具有硬度小于50肖氏硬度A的材料。该平面由受该控制器控制的设备的表面限定。该平面由围绕第一控制器的第二控制器的表面限定。由第二控制器的表面限定的平面与受第一和第二控制器控制的设备的表面相距约9.75mm。包括第二控制器。第二控制器与第一控制器是同轴的。第二控制器包括与第一控制器同心的环。编码器通过转轴(shaft)耦合到毂。编码器用于通过旋转转轴从控制器接收旋转输入。编码器还用于通过旋转与第一转轴同轴的第二转轴从与第一控制器同轴的第二控制器接收第二旋转输入。编码器用于通过转轴的轴向运动从控制器接收轴向输入。阈值的范围是约40牛顿到约378牛顿。阈值约为57牛顿。
通常，在一个方面，第一手动操作的控制器安装在毂上用于相对于毂在第一位置和第二位置之间的轴向运动，除非大于阈值的力施加于该控制器，一个机构将该控制器在第一位置轴向刚性地耦合到毂，以及第二手动操作的控制器围绕第一控制器。在第一轴向位置，第一控制器的第一部分延伸超出由第二控制器的表面限定的平面。在第二轴向位置，第一控制器的第一部分不延伸超出该平面。
实现可包括下列特征中的一个或多个。第二控制器与第一控制器是同轴的。第二控制器包括与第一控制器同心的环。编码器通过第一转轴耦合到毂以及通过与第一转轴同轴的第二转轴耦合到第二控制器的毂。编码器用于通过旋转第一转轴从第一控制器接收旋转输入，以及通过旋转第二转轴从第二控制器接收旋转输入。
通常，在一个方面，第一手动操作的控制器安装在毂上用于相对于毂在第一位置和第二位置之间的轴向运动。控制器包括硬度大于约50肖氏硬度A的第一部分以及硬度小于约50肖氏硬度A的第二部分。一个机构将该控制器在第一位置轴向刚性地耦合到毂，除非大于约57牛顿的力施加于该控制器。第二手动操作的控制器包括与第一控制器同心的环。在第一轴向位置，第一控制器的第一部分延伸超出由第二控制器的表面限定的平面。在第二轴向位置，第一控制器的第一部分不延伸超出该平面。第一控制器的第二部分在第一和第二轴向位置延伸超出该平面。
通常，在一个方面，汽车中使用的用户接口设备包括：控制旋钮，用于控制该设备的至少一个功能以及安装在毂上用于相对于毂在第一位置和第二位置之间的轴向运动；除非大于阈值的力施加于该控制旋钮，将该旋钮在第一位置轴向刚性地耦合到毂的机构；以及手动操作的控制环，用于控制该设备的至少一个第二功能以及围绕该控制旋钮。在第一轴向位置，控制旋钮的第一部分延伸超出由控制环的表面限定的平面。在第二轴向位置，控制旋钮的第一部分不延伸超出该平面。用户接口设备可包括收音机；多媒体回放设备；导航系统；用于气候控制系统的控制接口；通信设备；以及个人计算机中的一个或组合。
优点包括提供用作坚固的人体工程学功能控制同时满足安全标准的双同心、三功能旋钮的能力。在安全特征被激活和零件分离之后该旋钮仍可使用。
根据说明书和权利要求书，其他特征和优点将变得明显。
附图说明
图1是控制面板的透视图。
图2A是控制旋钮的侧视图。
图2B是控制旋钮的剖面等距视图。
图3A和图3B是控制旋钮的剖面侧视图。
图4A是控制旋钮的分解等距视图。
图4B-图4E是控制旋钮的装配的等距视图。
具体实施方式
车辆中的控制面板，例如，控制面板100，用于收音机、导航系统、DVD或其他媒体播放器、气候控制系统、蜂窝电话或其他通信设备、个人计算机或一些其他设备，如图1所示，有时包括延伸出控制面板的正面平面101的旋钮102。如果车辆突然刹车，乘客可能在这种旋钮上受伤。其他控制器如按钮103和显示器105通常与表面101齐平或低于它且通常不会导致受伤。词语“旋钮”包括例如按钮、刻度盘、开关和杠杆。
为了减少这种伤害的机会，需要旋钮和其他突起缩进或成为小于规定的硬度。例如，在欧洲常规认证规则74/60/EEC 5.1.5中，如果大于378N(84.98lbf)的力施加于突起，延伸超出其下的表面大于9.75mm的突起必须陷入该表面中使得它突出小于9.75mm。因为当在此规则中测量尺寸和位置时忽略硬度小于50肖氏硬度A刻度(称为“50肖氏硬度A”)的材料，由这种材料制成的旋钮的部分可延伸超过规定的限制。其他权限可规定其他准则，例如较大或较小的长度、较硬或较软的材料。任何给定的权限规定的准则可随时间改变，可使控制特征的设计得以改变。
在一些示例中，如图2A所示，旋钮102具有两个同心的旋转部分，可相互独立旋转，外环104，用于控制一组功能，以及内部较长的旋钮106，用于控制另一组功能。内旋钮106也可作为按钮开关。在图2A的示例中，外环104具有由对条形材料203进行压花形成的第一纹理108，以及旋钮106具有由隆起形成的第二纹理110。其他纹理和表面加工是可能的。这样设计的双同心旋钮，内旋钮具有按钮特征，在单个封装上提供至少3个控制器，使得用户可以最少地从路上移开眼睛就能找到这些控制器从而进行简单操作。在一些示例中，外旋钮可提供按钮特征或两个旋钮都可提供该特征。
如图3A和图3B所示，旋钮106和环104可通过毂207和206以及转轴210和212耦合到旋转编码器200。在图中的示例中，编码器200具有带螺纹的外延伸部201用于附着到控制面板100(图1)。编码器200接收环104和旋钮106的旋转或按钮输入并将它们转换为电信号，然后发送到适当的电子器件(未示出)。具有耦合到两个同心转轴中的每一个的旋转编码器以及耦合到至少一个转轴的按钮输入的双编码器设备是公知的，例如La Grange，IL的Grayhill公司的62HY2222014或62HY2211001双同心编码器。
在一些示例中，内旋钮106可由具有不同硬度的两个或更多材料组成。内核202由相对较硬的材料组成，以及外盖204由较软的材料组成。类似地，外环104的压花部分203可由较软材料形成以及剩余部分205由较硬材料形成。如果外盖204比50肖氏硬度A软，且内核202比50肖氏硬度A硬，则认为内核202的尺寸符合安全规则。根据EEC规则，如果外环104采取允许这种突起的9.75mm(图3A的距离L1)，将需要内旋钮106陷入外环104中(即，它必须陷下距离L2)。当旋钮106陷下时，如图3B所示，硬核202必须完全缩进外环104，但较软的盖204可继续延伸超出它，只要其硬度小于50肖氏硬度A。如果缺少外环104，将需要核202缩进下表面1019.75mm内(图1)。可选择外盖204和其他组件的尺寸，包括外环104的主体205和压花部分203，以为旋钮102提供人体工程学功能需要的大小和形状，即，允许其用户握住内旋钮106或外环104并舒服和有效地旋转它们中的每一个。
在一些示例中，毂206和弹簧208用于允许旋钮106陷入外环104。夹子214将来自核心202的力传递到毂206，使得转动或推动旋钮106将转动或推动转轴210。在一些示例中，夹子214在核心202和毂206之间提供刚性的连接。这样，对于用户看来，推动旋钮106将仅使它移动触发输入的按钮模式所需的很小的量(例如，1mm或更少)。只要夹子214是完好的，对于用户看来，旋钮106是具有不可收缩的旋钮可能具有的一般功能和行为的单个刚性部件。当旋钮106上的力超过阈值时，夹子214将破裂或分离，且核心202将越过毂206向下运动，压缩弹簧208，如图3B所示。在一些示例中，夹子214可具有指状物，其可在槽中拱起或压下以及因此将继续在陷下的位置将来自旋钮106的旋转力传递到毂206，使旋钮即使当陷入时也用作输入设备。
在一些示例中，核心202的顶壁的较低表面202a接触毂的顶表面206a以阻止旋钮106向下运动，如图3B所示。在一些示例中，核心202的底边缘202b接触外环104的底部的顶表面205a以阻止旋钮106的运动(未示出)。
当去除陷入的力之后，弹簧208将旋钮106推回其标称的位置，即图3A所示的位置。在一些示例中，夹子214可用于当它回到它的延伸位置时再次将核心202附着于毂206。在一些示例中，夹子可不再附着，在这种情况下，弹簧208将继续保持旋钮106在近似其原来的延伸位置，但在核心202和毂206之间将没有刚性的连接，或可能仅有旋转连接。在一些示例中，旋转连接保持减少的功能，例如，旋钮106在旋转传递到毂206以前可能只能活动几度。按压旋钮106将压缩弹簧，以及可能最终对毂206施加足够的力以激活编码器200的按钮功能，但它可能需要用比正常所需更大的力进一步推动旋钮106。替换一个或多个零件(例如，内旋钮106和毂206或整个旋钮102)可能需要恢复原来的刚性连接。替换旋钮可提供给车辆或经销商和服务中心。通过反转然后重复下述的装配过程可迅速和容易地替换陷入的旋钮。
如图4A-图4E所示装配旋钮102。在一些示例中，夹子214具有两部分，旋钮106上的轮缘214a和毂206上的接头214b。为了将旋钮106附着于毂206，定位旋钮106使得其轮缘214a旋转地对准在毂的接头214b之间，如图4C所示。旋钮106被按压到毂206上，压缩它们之间的弹簧208，直到轮缘214a与接头214b轴向对准，如图4D所示。如图4E所示，然后用足以咬合轮缘214a与接头214b(在图4E中被轮缘遮挡)的转矩旋转(箭头402)旋钮106，咬合夹子214。在此，轮缘214a中的凹口216a与毂206上的隆起216b旋转地对准，以便当旋钮106陷入时帮助控制旋钮106的轴向运动。在一些示例中，即使当夹子214脱离或断裂且旋钮106在被压缩的位置时，凹口216a和隆起216b的设计允许旋钮106旋转毂206。
一旦咬合，夹子214将旋钮106和毂206保持在一起，直到超过设计阈值的轴向力施加于旋钮106，将施加于旋钮106的任何力传递到毂206，如上所述。在一些情况下，夹子设计为承受约53N(121bf)的力-小于EEC规则所需的，但是足以使用户觉得旋钮是坚固的。在一些示例中，力的范围可以在约40N到规定允许的最大值，例如，约378N。在一些示例中，夹子214是圆柱状悬臂夹扣。这种夹子的尺寸可通过本领域普通技术人员选择以提供理想的抗分离阻力。连接旋钮106和毂206之后，通过将孔220与转轴210的尖端对准并按下旋钮106，将该组合附着于转轴210，类似地在编码器200和毂206之间，利用其毂207将外环104定位于外转轴212上。在一些示例中，毂206插到转轴210上所需的力小于分开夹子214所需的力。在一些示例中，所需的力较大，且在夹子214咬合之前，毂206被插入到转轴210上。为了替换断裂的旋钮，旋钮106被按压入使得轮缘214a越过接头214b和隆起216b，以及然后旋转以在接头214b之间对准轮缘214a。然后可移除旋钮106，毂206留在转轴210上。可通过逆转此过程而安装替换旋钮106，以及然后旋转它以咬合夹子214。在使毂206附着转轴210或从转轴210移除毂206的力小于咬合或分离夹子214所需的力的示例中，毂206可从转轴210移除且在被重新安装到转轴210上之前附着于替换旋钮106。在一些示例中，毂206和旋钮106一起替换。供给供应商或客户的替换零件可包括已附着有咬合的夹子214的毂206和旋钮106。替换零件可以与原来和控制面板100一起供应的旋钮和毂的设计或材料不同，例如它们可能需要不同于装配线上使用的安装力。
在示出的示例中，3个夹子214相隔120°。这为旋钮106/毂206装配提供了稳定性，不用明显复杂的零件制造。可使用更多或更少的夹子，取决于考虑如操作或装配旋钮所需的力、在陷入前装配必须承受的力以及生产和装配零件的成本。
在一些示例中，选择弹簧208的强度以提供足够的力使旋钮102在夹子214分离之后能操作，但是力并没有大到导致夹子214应变，例如，通过当旋钮106已经到了完全延伸的位置时向外推动旋钮106。在一些示例中，当弹簧208在其被压缩(旋钮106陷入)的位置时，这是约38N(8.5lbf)。在一些示例中，使用其他机构将旋钮106恢复到其延伸的位置，如可压缩泡沫。
其他实施例在下列权利要求书的范围内。例如，外环104也可用作按钮开关。控制器可以不是旋钮，例如是操纵杆。

Claims (18)

1.一种装置，包括
包括内旋钮(106)和外旋钮(104)的双同心旋钮(102)，其中所述内旋钮(106)包括手动操作的第一控制器(202，204)，安装在毂(206)上用于相对于所述毂(206)在延伸位置和压缩位置之间的轴向运动，
通过第一转轴(210)耦合到所述毂(206)的编码器(200)，其中所述编码器(200)配置为通过旋转所述第一转轴(210)从所述第一控制器接收旋转输入以及通过所述转轴(210)的轴向运动从所述第一控制器(202，204)接收轴向输入，
第一机构，除非大于阈值的力施加于所述第一控制器(202，204)，则将所述第一控制器(202，204)在所述延伸位置轴向刚性地耦合到所述毂(206)，使得所述内旋钮对于低于阈值的力，用作坚固的人体工程学功能旋钮以及用作按钮，以及对于高于阈值的力，陷入所述外旋钮(104)中，以及
第二机构，将所述第一控制器(202，204)在所述延伸位置和所述压缩位置旋转地耦合到所述毂(206)。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括弹性元件(208)，只要当所述第一控制器(202，204)不在所述延伸位置时，对所述第一控制器(202，204)向所述延伸位置施加力。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中在所述延伸位置，所述第一控制器(202，204)的第一部分(202)延伸超出由受所述控制器(202，204)控制的设备(100)的表面或由围绕所述第一控制器(202，204)的第二控制器(205，207)的表面限定的平面。
4.根据权利要求3所述的装置，其中在所述压缩位置，第一控制器(202，204)的第一部分(202)不延伸超出所述平面。
5.根据权利要求3所述的装置，其中所述第一部分(202)包括硬度大于50肖氏硬度A的材料。
6.根据权利要求3所述的装置，其中所述第一控制器(202，204)的第二部分(204)在所述延伸位置和所述压缩位置延伸超出所述平面。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述第二部分(204)包括硬度小于50肖氏硬度A的材料。
8.根据权利要求3所述的装置，其中由所述第二控制器(205，207)的表面限定的所述平面与受所述第一控制器和第二控制器控制的设备(100)的表面相距约9.75mm。
9.根据权利要求3所述的装置，其中所述外旋钮(104)包括所述第二控制器(205，207)。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述第二控制器(205，207)与所述第一控制器(202，204)是同轴的。
11.根据权利要求9所述的装置，其中所述第二控制器(205，207)包括与所述第一控制器(202，204)同心的环(205)。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述编码器(200)还配置为通过旋转与所述第一转轴(210)同轴的第二转轴(212)从与所述第一控制器(202，204)同轴的第二控制器(206，207)接收第二旋转输入。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述阈值的范围是约40牛顿到约378牛顿。
14.根据权利要求1所述的装置，其中所述阈值为约57牛顿。
15.根据权利要求1所述的装置，还包括：
围绕手动操作的第一控制器(202，204)的手动操作的第二控制器(205，207)，
其中在所述延伸位置，所述第一控制器(202，204)的第一部分延伸超出由所述第二控制器(205，207)的表面限定的平面，以及在所述压缩位置，所述第一控制器(202，204)的所述第一部分不延伸超出所述平面。
16.根据权利要求1所述的装置，其中所述内旋钮(102)包括手动操作的第一控制器(202，204)，其安装在毂(206)上用于相对于所述毂(206)在延伸位置和压缩位置之间的轴向运动，以及包括硬度大于约50肖氏硬度A的第一部分(202)，以及硬度小于约50肖氏硬度A的第二部分(204)，
第一机构(214)，除非大于约57牛顿的力施加于所述第一控制器(202，204)，则将所述第一控制器(202，204)在所述延伸位置轴向刚性地耦合到所述毂(206)，以及其中
外旋钮(104)包括手动操作的第二控制器(205，207)，其包括与所述第一控制器(202，204)同心的环，
其中在所述延伸位置，所述第一控制器(202，204)的所述第一部分(202)延伸超出由所述第二控制器(205，207)的表面限定的平面，
在所述压缩位置，所述第一控制器(202，204)的所述第一部分(202)不延伸超出所述平面，以及
所述第一控制器(202，204)的所述第二部分(204)在所述延伸位置和所述压缩位置延伸超出所述平面。
17.一种汽车中使用的用户接口设备(100)，所述设备包括根据以上权利要求中的一个或多个所述的装置。
18.根据权利要求17所述的用户接口设备(100)，其中所述用户接口设备(100)包括下列中的一个或组合：
收音机；多媒体回放设备；导航系统；用于气候控制系统的控制接口；通信设备；以及个人计算机。
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