CN101601003A

CN101601003A - 特别用于机动车的电控制模块

Info

Publication number: CN101601003A
Application number: CNA2007800478219A
Authority: CN
Inventors: 布鲁诺·马里; 锡德里克·查特雷恩
Original assignee: Dav SA
Current assignee: Dav SA
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2009-12-09
Also published as: WO2008080812A1; WO2008080812A9; US20100096247A1; FR2910652B1; KR20090091309A; EP2095213A1; JP2010514036A; FR2910652A1

Abstract

本发明涉及一种电控制模块，包括：－用于电路的基板(1)，－第一电接触区(3；5)，设置在基板(1)的侧面(2a)上，每个接触区(3；5)被连接到基板(1)的相关联电迹线(7；9)，使得每个接触区(3；5)对应于基板上的一位置。根据本发明的模块还包括表面接触元件(23)，该表面接触元件为连接到地线的金属栅格的形式，该元件(23)覆盖基板的包括所述接触区(3；5)的所述侧面(2a)，以使得表面接触元件(23)上的压力把压力点处的接触区(3；5)连接到地线，由此可以确定压力点的位置。

Description

特别用于机动车的电控制模块

本发明涉及电控制模块，特别是用于机动车的电控制模块。

更具体地，这样的模块有利地用于位于机动车的两个前座之间的控制台上的控制设备，例如用于控制空调功能、音响系统、电话系统或者甚至导航系统。

本发明还用于车辆的称为顶壁或顶棚的区域，其位于内后视镜的正常位置的高度，例如用于控制内部灯光、中央锁、开式车顶、应急灯或车内的环境灯。

该模块还可用于窗户控制设备、电动外后视镜定位控制设备或者甚至电动座椅调节控制设备。

在机动车领域，各种电气单元的控制通常由转换器/开关执行。但是，当要被控制的电气单元的数目增加时，更多地使用多功能控制装置，因为可产生人机工程学的好处。实际上，使用与显示屏相关联的单个控制钮，可以在弹出式(pop-up)菜单中导航以控制例如空调、音响系统或者甚至导航系统，该控制钮例如具有操纵杆的形式。

为了增加人机工程学便利，单独或配套使用这样的多功能钮的触摸传感器技术可被认为是值得关注的发展。

实际上，触摸传感器已获得重大进展，特别是用于机动车领域。使用压力敏感电阻器(还称为FSR，表示“力敏电阻器”)的技术逐渐超过其它同等技术，例如电容技术或者甚至光学技术，这是因为其容易实施且耐用。

这种传感器例如已知为“数字化板”，且对于现有技术，可参见下列引用的文献：US 4,810,992、US 5,008,497、FR 2683649或甚至EP 0 541 102。

这些传感器包括夹在例如导电层和电阻层之间的柔性半导体层。通过在FSR层上施加压力，其欧姆电阻降低，因此使得其可以通过施加适当的电压来测量施加的压力和/或压力施加点的位置。

根据FSR技术的不同设计，触摸传感器包括由弹性间隔物间隔开的两个柔性基板片和基板在相互面对的侧面上的承载件，所述承载件使得当传感器被挤压时可以实现电接触(例如参见EP 1 429 355和EP 1 429 356)。

但是，已知的传感器相当贵，这成为机动车中的触摸技术的应用上的间断。

此外，从文献US 5 283 558可了解具有简单和便宜技术的触摸板。

第一电介质基板承载形成笛卡尔参考系的列的平行导电迹线。这些迹线的输出端被连接到相关联的电阻带。平行于这些列设置在相同基板上的是接地的平行迹线。然后，该基板被第二电介质基板覆盖，该第二电介质基板上设置有形成笛卡尔参考系的行且垂直于形成列的迹线的平行导电迹线。形成行的这些迹线的输出端也连接到相关联的电阻带。这两个基板之间存在间隔物，用于防止在闲置位置中的不同迹线之间的任何接触。

通过按压在该已知板上，列导电迹线和行导电迹线在压力点处被连接到接地迹线。因此，利用用于两个电阻带的分压桥(divider bridge)方式的电路，可以测量电阻的变化和由此推导出压力点的x和y坐标位置。

但是，申请人注意到这种已知板的多个缺点。

在机动车领域中，对于电器件重要的是，应对电磁干扰力相当不敏感，其中，因为操作时车辆自身的部件(例如，工作中的电引擎或交流发电机)，或是因为车辆所处的环境(例如，当车辆在高压线下经过或靠近移动电话中继天线时)，车辆暴露于所述电磁干扰力。现在，在已知触摸板中，x和y迹线具有较少的保护且就像天线一样拾取所有的电磁干扰，这在特定的情况下会导致故障。

另外，行列交叉处的导电迹线的重叠非常脆弱，以使得不能保证可靠性。实际上，对于所述这种板的结构，已发现，在特定的情况下，压力不同时使行迹线和列迹线接地，从而压力的位置不能确定。特别地，在机动车中，一定数量的控制由驾驶员不用眼看而进行的，这种不确定性是不可接受的，因为在发生这种类型的故障的情况下，驾驶员的注意力被转移且他必须重复其控制动作，而这根据驾驶状况可被证实是高度危险的。

最后，已显示出，在导电迹线的输出端处的电阻带的使用造成分辨率水平的检测难度，因为对于连接到电阻带一端的行迹线和列迹线，两个相邻迹线之间的输出端处的电压差与相对端处的两个行迹线之间的输出端处的电压差相比变得非常低，这也可导致不可接受的故障。

本发明的目的是提出一种改进的电控制模块。

根据第一方面，目的是减少天线效应的影响和由此减少干扰性电磁环境的影响。

根据第二独立方面，目的是增加电控制模块的可靠性。

根据第三独立方面，目的是提出一种电控制模块，其具有在模块的整个触摸表面上均匀分布的分辨率。

为此，本发明的主题是一种电控制模块，包括：

-用于电路的基板，

-第一电接触区，设置在基板的侧面上，每个接触区被连接到基板的相关联电迹线，使得每个接触区对应于基板上的一位置，

其特征在于，该电控制模块还包括：

-可弹性变形表面接触元件，连接到地线，该元件覆盖基板的包括所述接触区的所述侧面，以使得表面接触元件上的压力把压力点处的接触区连接到地线，由此可以确定压力点的位置。

通过连接到地线，表面接触元件有利地用作对电磁干扰的保护性屏蔽。

而且，独立于其保护性屏蔽作用，由于接触区和表面接触元件之间的更好的电接触，该表面接触元件确保改善的可靠性。

最后，电迹线的输出端所连接的分压桥的电阻器是根据递归级数选择的，该级数限定输出电压水平，该电压水平在笛卡尔参考系的两行之间和/或两列之间大致相等。由此可获得在整个模块上均匀分布的分辨率。

从下文的示例性而非限制性的说明并参考所附附图，可明白本发明的其它特征和优点，在附图中：

-图1是根据本发明的电控制模块的印刷电路板的平面视图；

-图2是图1的印刷电路板的底部视图；

-图3是要施加到图1的印刷电路板的绝缘层的示意图；

-图4是要施加到图3的绝缘层的金属栅格的例子；

-图5是图1的印刷电路板的平面视图，图3的绝缘层和图4的金属栅格放置在其上；

-图5a是图5的局部放大视图；

-图6是根据本发明的电控制模块的横截面视图；

-图7是用于解释根据本发明的控制模块的操作和连接的电路示意图，该控制模块具有与图1至6的模块相比减小的尺寸；

-图8是根据本发明的控制模块的第一应用的透视图；

-图9是根据本发明的控制模块的第二应用的透视图；

-图10是根据本发明的控制模块的第三应用的透视图。

本发明涉及电控制模块，且更特别地涉及一种触摸控制模块，即通过使用者的手指的压力操作的触摸控制模块。

这样的模块可有利地用在机动车领域中，用于任意“表面”型控制，即，手指例如在控制表面上移动的控制或者通过简单地按压在控制表面上而产生的控制。

可引用的例子包括电动座椅控制、门窗控制、电动外镜控制、例如内灯光控制的顶棚控制、开式车顶控制、空调控制、多功能电话、导航或者甚至音响系统控制等。

参考图1至7，下文是根据本发明的电控制模块的结构和操作的详细说明。然后，参考图8和10，根据本发明的模块的可能应用将通过示例且以非限制性的方式予以描述。

如图1所示，电控制模块包括基板1，用于电路，例如印刷电路板(PCB)。

作为一种变化，可提供软性电路(或“柔性电路”)，设置在具有平坦或弯曲表面的基部上。因此，触摸表面可被制造得不平坦，这在设计时是有利的。通过使用这种软性电路，可以例如生产一种触摸表面，其自身形状完全符合滚圆仪表板的形状。

图1所示的印刷电路板1的侧面2a支承根据笛卡尔参考系设置成行和列的第一接触区3和第二接触区5。

显然，根据笛卡尔参考系成行和列的配置仅是一个示意性实施例。依赖于要应用的电气控制，可以提供例如其它参考系，例如角参考系，其中接触区被设置在圆形段中，例如用于重现旋转钮的控制。

优选地，每个接触区3和5都具有大致U形的形状。

由此，图1示出了十行接触区3，每行包括连接到相关联电迹线7的十个单独的接触区。

类似地，模块具有十列接触区5，每列包括连接到相关联电迹线9的十个单独的接触区，该电迹线9位于印刷电路板1的底侧2b上(见图2，示出了该底侧)，即，与支承接触区的那一侧相对的侧面。

由此获得100对相邻接触区，其由基板1的同一侧面2a支承且其根据笛卡尔参考系设置，其一对的第一接触区3形成行且其一对的第二接触区5形成列。为了确定压力的位置，这些列例如给出X坐标位置，而这些行检测Y坐标位置。根据本发明的模块上的压力的精确位置由此通过该对(X，Y)而确定。

优选地，一对的相邻电接触区3和5交错，例如图1和5a所示，以使得一对的U形接触区被头对尾地设置、错开以使得第一接触区3的分支11被相邻的第二接触区5的分支13围绕。

而且，基板1还具有两个接地接触带15，其设置在成对的相邻接触区的区域的每一侧上。

在图2中，其示出了印刷电路板1的后侧，可观察到每个迹线9通到连接区域17，正像迹线7通过触点通到连接区域19。

这些连接区域17和19由电阻器连接，如图7所示，用于控制模块，该控制模块尺寸减小但是具有相同的操作(5乘6，换句话说，30个相邻接触区)以形成分压桥。

电绝缘构件21(见图3)被施加到图1所示的印刷电路板1的侧面2a。该构件21形成间隔物且在闲置位置中被用于保持接触区3和5与图4所示的将在下文详细说明的表面接触元件23之间的预定距离。

优选地，间隔物形成构件通过绝缘层形成，该绝缘层例如是厚度有利地在50μm和100μm之间的漆，该漆沉积在印刷电路板上，但除了成对的相邻电接触区的位置处。在图3中，这是由孔24表示的，其位置位于相邻接触区的中心上。

根据本发明，电控制模块包括表面接触元件23(图4)，其可弹性地变形且其连接到地线。该接触元件则形成对于任意干扰电磁辐射的屏蔽且显著地改善了根据本发明的控制模块的可靠性。

如图5所示，该元件23覆盖基板1的具有接触区3、5的那个侧面，以使得表面接触元件23上的压力把压力点处的接触区3、5连接到地线，因此使得可以确定压力的位置。

为此，表面接触元件23由金属制造，其形式例如为连接到带15(见图1)位置处的地线的金属栅格(图4)，该栅格例如通过冲压生产。

优选地，对于每对相邻接触区，栅格23包括单独网格单元(cell)25(图5a示出了四个单独的网格单元)，当施加压力时，至少一个电触点27倾向于与一对相邻接触区的每个形成接触。

有利地，每个单独的网格单元25由倚靠在间隔物形成绝缘构件21上的框架29、凸片31形式的至少一个电触点27形成，该凸片的自由端在闲置位置和例如由压力激活的激活位置之间移动，该自由端在闲置位置中抬起，在激活位置中与相邻接触区3、5进行电接触以使得相邻接触区被连接到地线(见图5)。

聪敏地，每个网格单元，优选地为方形，其包括两个凸片31，该两个凸片以交错方式设置且平行于单独的网格单元25的对角线，从单独的网格单元25的相对侧起始。

作为一个变化，可以设置表面接触元件以包括连接到地线的导电材料层，例如导电聚合物或例如填充导电颗粒的弹性体(优选为硅树脂)制造的外层。

图6示出了单独的网格单元25位置处的控制模块的横截面视图。

此外，用于传递压力的外层32覆盖所述表面接触元件23。优选地，外层32的面对接触元件的那一侧是光滑的。

根据一个未示出的变化，外层32面对表面接触元件23的那一侧在每对相邻接触区的位置处具有凹度，使得其可以获得发泡效应(blister efferct)。

为了能够确定压力的位置，与列和行相关联的电迹线7和9分别被形成分压桥的相关联组的电阻器电连接，如图7的电路图所示。

为了清楚，接触区3和5的数目在该附图中已减少，如上所述。

有利地，分压桥的电阻器是根据递归级数(recursive series)选择的，该级数限定输出电压水平，该电压水平在笛卡尔参考系的两行之间或在两列之间基本上相等。

物理地，对于行或列上的数目为N(N为自然数)的位置，存在N+2个电阻器且R₁的数值被设定。

然后，为了确保电压的均匀分布，每个电阻n都被根据下列递归公式计算：

R_{n} = \frac{Σ_{i = 1}^{n - 1} R_{i}}{N + 1}

因此，模块上的压力可靠地导出X和Y坐标。

而且，控制模块包括微控制器，用于分析源自于电迹线的信号。该分析可以是静态的，即，仅压力的位置被确定，或者是动态的，即，跟随压力位置的趋势以由此推导出电气或电子构件的控制。

控制模块由此如以下操作：

在闲置位置中，栅格23的所有凸片31被抬起。由于栅格连接到地线，其用作对电磁辐射的有效保护屏蔽。参考图7的示例性电路，“X”信号对应于由分压桥传递的电压：

U_{Xrepos} = \frac{Σ_{i = 2}^{7} R_{i}}{Σ_{i = 1}^{7} R_{i}} U_{alim}

U_{Yrepos} = \frac{Σ_{i = 2}^{8} R_{i}}{Σ_{i = 1}^{8} R_{i}} U_{alim}

如果我们现在考虑根据本发明的控制模块上的压力，例如图7中的附图标记39所指的相邻接触区上的压力，“X”信号对应于由分压桥传递的电压：

U_{X} = \frac{Σ_{i = 2}^{4} R_{i}}{Σ_{i = 1}^{4} R_{i}} U_{alim}

闲置位置中的“Y”输出电压以类似的方式计算：

U_{Y} = \frac{Σ_{i = 2}^{5} R_{i}}{Σ_{i = 1}^{5} R_{i}} U_{alim}

我们还注意到在触摸表面上存在双压力(double pressure)的情况下根据本发明的控制模块的另一优势。实际上，根据本发明的电控制模块的行为是完全可预测的，因为其总是传递与最靠近装置的电源电势定位的一个相对应的单个位置。

图8示出了根据本发明的电控制模块1，其具有大致平行六面体的形式，以安装在机动车中，优选地安装在两个前座之间的中控台上。

显然，其它形状和其它位置也可考虑，这取决于所需要的控制和它们的通常设置。

模块包括由虚线表示的触摸控制表面41和可选的外壳43，该外壳用于接收例如多功能钮，如操纵杆。

在触摸控制表面41内，六个触摸区域被限定用于选择电气或电子单元45(例如：“总菜单”、“收音机”、“CD”、“导航”、“电话”和“空调”)，还有具有十二个触摸键(数字“0”到“9”以及符号“#”和“*”)的传统的字母数字键盘47。每个区域或键包括与要控制的功能相关的标记或字母或数字标题。

根据本发明，触摸区域是通过根据本发明在图1至7中描述的电控制模块实现的。

尽管控制模块已用二维“X”和“Y”的行和列描述，简化的模块可设置有仅一行电接触区，该接触区被可弹性变形表面接触元件覆盖，该元件连接到地线。所述行可采用任意期望的形式，特别是预定的形式，例如直的或波浪线或圆。如关于附图1至7所述，该表面接触元件由此覆盖基板的具有接触区的那一侧，以使得表面接触元件上的压力把压力点处的接触区连接到地线，从而可以确定压力点的位置。

因此，图9示出了电控制模块1的透视图，该模块具有用于操作电话功能部件的圆形触摸区域53。

为此，触摸区域53包括具有数字“0”到“9”以及符号“#”和“*”的图标。

该触摸区域53例如可通过把接触区设置成圆而利用根据本发明的电控制模块来实施。

物理应用的另一例子在图10中示出，其示出了根据本发明的控制模块，该模块用于操纵电动门窗控制。

根据本发明实施的触摸区域63包括：用于通过简单的按压降低窗户的区域65；用于能施加滑动类型控制的区域67，即手指位置的变化的方向和趋势被实时确定且相应的电控制被实施；和用于通过简单的按压升起窗户的区域69。

实际上，控制模块不仅使得可以简单地确定压力位置，即地点，而且根据例如手指实时运动，可从其推导出相应的控制。

因此应理解，根据本发明的控制模块使得可以生产便宜的但是操作可靠的触摸传感器，且特别是一种被保护能抵御干扰电磁波的控制模块。

Claims

1、一种电控制模块，包括：

-用于电路的基板(1)，

-第一电接触区(3；5)，设置在基板(1)的侧面(2a)上，每个接触区(3；5)被连接到基板(1)的相关联电迹线(7；9)，使得每个接触区(3；5)对应于基板上的一位置，

其特征在于，该电控制模块还包括表面接触元件(23)，该表面接触元件为连接到地线的金属栅格的形式，该元件(23)覆盖基板的包括所述接触区(3；5)的所述侧面(2a)，以使得表面接触元件(23)上的压力把压力点处的接触区(3；5)连接到地线，由此可以确定压力点的位置。

2、如权利要求1所述的电控制模块，其特征在于，设置在基板的侧面上的电接触区(3；5)被设置成沿预定形式的线。

3、如权利要求2所述的控制模块，其特征在于，所述线是直的、波浪状的或具有圆的形式。

4、如权利要求1所述的电控制模块，其特征在于，该电控制模块在基板(1)的同一侧面(2a)上包括与第一接触区(3)形成对的第二电接触区(5)，一对的每个接触区被连接到基板(1)的相关联电迹线，以使得每对相邻接触区(3，5)对应于预定参考系的一对坐标，使得当表面接触元件在压力点处把一对的两个接触区(3，5)连接到地线时，可以定位其在基板(1)上的位置。

5、如权利要求1至4中的任一项所述的电控制模块，其特征在于，用于电路的基板(1)是印刷电路板。

6、如权利要求1至4中的任一项所述的电控制模块，其特征在于，基板包括设置在具有平坦或弯曲表面的基部上的软性电路。

7、如权利要求1至6中的任一项所述的电控制模块，其特征在于，一对的第一接触区(3)被连接到设置在同一侧面(2a)上的相关联电迹线(7)；一对的第二接触区(5)被连接到设置在与承载接触区(3，5)的所述侧面相对的侧面(2b)上的电迹线(9)。

8、如权利要求1至7中的任一项所述的电控制模块，其特征在于，一对的相邻电接触区(3，5)交错。

9、如权利要求8所述的控制模块，其特征在于，每个接触区(3；5)具有大致U形的形状。

10、如权利要求9所述的控制模块，其特征在于，一对的U形接触区(3；5)被头对尾地设置、错开，以使得第一接触区(3)的分支(11)被相邻的第二接触区(5)的分支(13)围绕。

11、如权利要求1至10中的任一项所述的控制模块，其特征在于，相邻电接触区(3，5)根据笛卡尔参考系设置，其中，一对的第一接触区(3)形成行，一对的第二接触区(5)形成列。

12、如权利要求11所述的控制模块，其特征在于，与列(5)和与行(3)相关联的电迹线分别通过形成分压桥电路的相关联组的电阻器(R₁，R₂，R₃，R₄，R₅，R₆)电互联。

13、如权利要求12所述的控制模块，其特征在于，分压桥的电阻器(R₁，R₂，R₃，R₄，R₅，R₆)是根据递归级数选择的，该递归级数限定输出电压水平，该电压水平在笛卡尔参考系的两行之间或两列之间基本上相等。

14、如权利要求1至13中的任一项所述的控制模块，其特征在于，电绝缘和间隔物形成构件(21)用于在静止位置保持接触区(3，5)和表面接触元件(23)之间的预定距离。

15、如权利要求14所述的控制模块，其特征在于，间隔物形成构件(21)是通过绝缘层形成的，该绝缘层沉积在印刷电路板上除了成对的相邻电接触区(3，5)的位置(24)处。

16、如权利要求15所述的控制模块，其特征在于，绝缘层(21)是漆。

17、如权利要求15或16所述的控制模块，其特征在于，绝缘层(21)具有在50μm和100μm之间的厚度。

18、如权利要求1至17中的任一项所述的控制模块，其特征在于，表面接触元件包括连接到地线的导电材料层。

19、如权利要求18所述的控制模块，其特征在于，导电材料层是填充有导电颗粒的弹性体外层，该弹性体外层优选地为硅树脂。

20、如权利要求19所述的控制模块，其特征在于，导电材料层由导电聚合物制造。

21、如权利要求1至20中的任一项所述的控制模块，其特征在于，对于每对相邻接触区(3，5)，栅格包括单独的网格单元(25)，该网格单元具有至少一个电触点(27)，用于与一对的相邻接触区(3，5)的每个形成接触。

22、如权利要求21、与权利要求14至17中的一项一起所述的控制模块，其特征在于，每个单独的网格单元(25)由倚靠在间隔物形成绝缘构件(21)上的框架(29)和凸片(31)形式的至少一个电触点(27)形成，该凸片的自由端在静止位置和例如由压力激活的激活位置之间移动，该自由端在静止位置中抬起，在激活位置中与相邻接触区(3、5)电接触以使该相邻接触区连接到地线。

23、如权利要求22所述的控制模块，其特征在于，每个单独的网格单元(25)包括两个凸片(31)，该凸片以交错方式设置且平行于所述单独的网格单元(25)的对角线，所述网格单元优选地为方形。

24、如权利要求1至23中的任一项所述的控制模块，其特征在于，金属栅格(23)通过冲压生产。

25、如权利要求1至24中的任一项所述的控制模块，其特征在于，该控制模块还包括用于传递压力的、覆盖所述表面接触元件(23)的外层(32)。

26、如权利要求25所述的控制模块，其特征在于，外层(32)的面对接触元件的侧面是光滑的。

27、如权利要求26所述的控制模块，其特征在于，外层(32)的面对表面接触元件的所述侧面在每对相邻接触区的位置处具有凹度，使得当施加压力时可以获得发泡效应。

28、如权利要求1至27中的任一项所述的控制模块，其特征在于，该控制模块包括用于分析源自于电迹线的信号的微处理器。