CN103378837A - 具有差别接触表面的接近开关 - Google Patents

Abstract

提供一种用于开启接近开关的接近开关总成及方法。该总成包括生成信号的接近传感器，以及接近于接近传感器并具有差别高度变化特征的接触表面。接近开关还包括用于处理信号以检测指示接触表面上的用力按压的信号的差别增长。控制电路基于超过差别阈值的差别增长检测开关的开启。开启可进一步基于稳定信号来判定。

Description

具有差别接触表面的接近开关

技术领域

本发明总体上涉及开关，更具体地，涉及具有开关开启增强判定的接近开关。

背景技术

机动车辆通常配备有各种用户可促动的开关，例如用于操作包括电动车窗、前照灯、挡风玻璃雨刮器、玻璃天窗或天窗、车内灯、广播和娱乐信息设备、以及各种其他设备的开关。通常，需要由使用者促动这些类型的开关，以开启或停止设备或者执行某种类型的控制功能。接近开关，例如电容开关，采用一个或者多个接近传感器生成感测开启场（senseactivation field），并感测指示使用者促动开关的开启场变化，其通常由使用者手指非常接近或者接触传感器引起。电容开关通常配置为根据对感测开启场与阈值的比较来检测用户促动开关。

开关总成经常采用多个相互非常接近的电容开关，并且通常需要使用者选择期望的单个电容开关来执行预期操作。在某些应用中，例如在汽车中的使用，由于驾驶者注意力分散，车辆的驾驶者查看开关的能力受限。在这些应用中，需要容许使用者探索开关总成以寻找特定按钮同时避免过早判定开关开启。因此，需要辨别使用者是打算开启开关、还是只是在专注于高优先级任务例如驾驶的同时探索特定的开关按钮、还是无意开启开关。因此，需要提供一种接近开关装置，其改善例如车辆驾驶者对接近开关的使用。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种接近开关。该接近开关包括生成信号的接近传感器。该接近开关还包括接近于接近传感器并具有差别高度变化特征的接触表面。该接近开关进一步包括处理信号以检测指示接触表面上的用力按压的信号的差别增长的控制电路。该控制电路基于超过差别阈值的差别增长检测开关的开启。

根据本发明的另一方面，提供一种开启接近开关的方法。该方法包括提供生成信号的接近传感器的步骤。该方法还包括提供具有接近于接近传感器的差别高度变化特征的接触表面的步骤，以及处理信号以检测指示接触表面上的用力按压的信号的差别增长的步骤。该方法进一步包括基于超过差别阈值的差别增长检测开关开启的步骤。

本领域技术人员通过研究以下说明书、权利要求、以及附图将会理解并且认识到本发明的这些以及其他方面、目的、和特征。

附图说明

在附图中：

图1是具有顶置控制台的机动车辆乘客舱的透视图，该顶置控制台采用根据一实施例的接近开关总成；

图2是图1中示出的顶置控制台和接近开关总成的放大视图；

图3是通过图2中的III-III线取得的放大截面图，其示出了接近开关相对于使用者手指的排列；

图4是图3中示出的每个电容开关所采用的电容传感器的示意图；

图5是示出根据一实施例的接近开关总成的框图；

图6是根据一实施例的一个电容开关的放大透视图，该电容开关的接触表面具有差别高度变化特征；

图7是通过图6中VII-VII线取得的截面图；

图8是根据另一实施例的电容传感器的放大透视图，该电容传感器的接触表面具有差别高度变化特征；

图9是通过图8中IX-IX线取得的截面图；

图10是表示当使用者在探索模式下滑动手指通过传感器时与接近开关关联的信号的曲线图；

图11是表示当使用者用力按压开关时与接近开关关联的信号的曲线图；以及

图12是表示根据一实施例开启具有差别高度变化特征的接近开关的例程的流程图。

具体实施方式

按照规定，在此公开本发明的具体实施例；然而，应当理解，公开的实施例仅为本发明的示例，其可以实施为各种替代形式。附图不一定是具体设计；某些示意图可以放大或缩小以示出功能概况。因此，本发明公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅是作为教导本领域技术人员不同地使用本发明的典型基础。

参照图1和2，根据一实施例，车辆10内部总体上显示为具有乘客舱和开关总成20，开关总成20采用多个接近开关22，接近开关22具有开关开启监控和判定。车辆10总体上包括装配在车辆乘客舱顶部的车顶或天花板下侧的顶棚上的顶置控制台12，其总体上处在前排乘客座位区上方。根据一实施例，开关总成20具有在顶置控制台12上相互邻近安置的多个接近开关22。各种接近开关22可以控制若干车辆装置和功能中的任意一个，例如控制天窗或玻璃天窗16的运动、控制天窗遮阳板18的运动、控制一个或多个照明设备，例如内部地图/阅读灯和顶灯30的开启，以及控制各种其他装置和功能。然而，应当认识到，接近开关22可以位于车辆10的其他位置，例如位于仪表板、位于其他控制台例如中央控制台、位于门上、结合到广播或信息娱乐系统、例如导航和/或音频显示器的触屏显示器14、或者根据不同的车辆应用位于车辆10内的其他位置。

根据一实施例，接近开关22在此表示和描述为电容开关。每个接近开关22包括至少一个接近传感器，接近传感器提供感测开启场，以感测使用者接触或者非常接近（例如1毫米之内）一个或者多个接近传感器，例如使用者手指擦过的动作。因此，在示例性实施例中每个接近开关22的感测开启场是电容电场，并且，对本领域技术人员应当显而易见的是，使用者的手指具有导电性和介电性能，其引起感测开启场中的变化和扰动。然而，本领域技术人员应当认识到，也可以使用另外或替代类型的接近传感器，例如但是不限于，感应传感器、光学传感器、温度传感器、电阻传感器等等、或者其组合。2009年4月9日的

触摸传感器设计指南，10620D-AT42-04/09，中描述了示例性接近传感器，该参考文献的全部内容在此通过引用并入本发明。

图1和2示出的接近开关22每个都提供对车辆部件或装置的控制，或者提供指定的控制功能。一个或多个接近开关22可以专用于控制天窗或玻璃天窗16的运动，以便根据控制算法使玻璃天窗16向开启或者关闭方向移动、倾斜玻璃天窗、或者停止玻璃天窗的移动。一个或多个其他接近开关22可以专用于控制玻璃天窗遮阳板18在开启和关闭位置之间移动。玻璃天窗16和遮阳板18每个可以响应于相应的接近开关22的促动而被电动机促动。其他接近开关22可以专用于控制其他装置，例如开启内部地图/阅读灯30、关闭内部地图/阅读灯30、开启或关闭顶灯、解锁行李箱、开启后车门、或者消除门灯开关。其他通过接近开关22的控制可以包括促动车门电动窗上升或下降。通过本发明所描述的接近传感器22可以控制各种其他车辆控制器。

参照图3，其中示出了开关总成20使用过程中相对于使用者手指34的接近开关总成20的一部分，其具有3个彼此密切靠近的顺次排列的接近开关22的阵列。每个接近开关22包括一个或者多个用于生成感测开启场的接近传感器24。接近传感器24可在聚合物顶置控制台的上表面上形成，上表面与底侧接触表面相对。顶置控制台12的底侧具有用于每个包括差别高度变化特征的开关24的接触表面，在一个实施例中其表示为环形槽。所示的每个开关22还具有照明装置70，所示照明装置70位于上表面，用于对每个开关22进行背光照明。

根据一实施例，可以通过将导电油墨印刷在聚合物顶置控制台12的上表面来形成每个接近传感器24。图4中示出了一个总体上具有驱动电极26和接收电极28的印刷油墨接近传感器24的实例，驱动电极26和接收电极28每个具有用于生成电容电场32的交叉指状元件。应当认识到，可以以其他方式制成每个接近传感器24，例如，根据另外的实施例，通过将预制的导电电路布线装配到基板上。驱动电极26接收以电压VI施加的方波驱动脉冲。接收电极28具有用于生成输出电压VO的输出。应当认识到，可以将电极26和28安置为各种其他结构，以生成如开启场32的电容电场。

在此处示出和描述的实施例中，向每个接近传感器24的驱动电极26施加方波脉冲电压输入VI，该方波脉冲具有足以将接收电极28充电为期望电压的充电脉冲周期。因此接收电极28用作测量电极。在示出的实施例中，相邻的接近开关22生成的相邻感测开启场32轻微重叠，然而，根据其他的实施例，可以不存在重叠。当使用者或者操作者，例如使用者的手指34，进入开启场32，接近开关总成20检测到手指34对开启场32造成的扰动，并且确定该扰动是否足以开启相应的接近开关22。通过处理与相应的信号信道（signal channel）关联的充电脉冲信号（charge pulse signal）来检测开启场32的扰动。当使用者的手指34接触两个开启场32时，接近开关总成20通过单独的信号信道检测两个接触到的开启场32的扰动。每个接近开关22具有其自身专用的生成充电脉冲计数的信号信道，如本发明所述地处理该充电脉冲计数。

参照图5，其根据一实施例示出了接近开关总成20。将多个接近传感器24示出为向控制器40，例如微控制器，提供输入。控制器40可以包括控制电路，例如微处理器42和存储器48。控制电路可以包括传感控制电路，传感控制电路处理每个传感器22的开启场信号，以按照一个或者多个控制例程通过将开启场信号与一个或多个阈值相比较来感测使用者开启相应的开关。应当认识到，其他模拟和/或数字控制电路也可以用于处理每个开启场信号，判定使用者开启，并且起动动作。根据一实施例，控制器40可以采用

可用的QMatrix采集法（QMatrix acquisitionmethod）。ATMEL采集法采用

主机C/C++编译器和WinAVR调试程序简化开发和鹰眼实用程序的测试，鹰眼实用程序容许实时监控软件关键变量的内部状态以及收集数据日志用于后处理。

控制器40向一个或者多个装置提供输出信号，该一个或者多个装置配置为响应于检测到的接近开关的开启来执行专门动作。例如，一个或者多个装置可以包括具有使玻璃天窗面板在开启和关闭位置以及倾斜位置之间移动的电动机的玻璃天窗16、在开启和关闭位置之间移动的玻璃天窗遮阳板18、可以开启和关闭的照明设备30。可以控制其他设备，例如执行开启和关闭功能、音量控制、扫描的无线电设备、以及用于执行其他专用功能的其他类型设备。一个接近开关22可以专用于促动玻璃天窗关闭，另一接近开关22可以专用于促动玻璃天窗开启，另外的接近开关22可以专用于将玻璃天窗促动到倾斜位置，所有接近开关都会使电动机将玻璃天窗移动到所需位置。玻璃天窗遮阳板18可以响应于一个接近开关22而开启，并且可以响应于另一个接近开关22而关闭。

控制器40进一步示为具有耦合到微处理器42的模拟-数字（A/D）比较器（analog to digital(A/D)comparator）44。A/D比较器44接收来自每个接近开关22的电压输出VO，将模拟信号转换为数字信号，并且将数字信号提供给微处理器42。此外，控制器40包括耦合到微处理器42的脉冲计数器（pulse counter）46。脉冲计数器46对施加到每个接近传感器的每个驱动电极的充电信号脉冲进行计数，执行所需脉冲的计数以对电容器充电，直到电压输出VO达到预设电压，并将该计数提供到微处理器42。脉冲计数是相应的电容传感器的电容变化的指示。控制器40进一步示为与脉冲宽度调制驱动缓冲器（pulse width modulated drive buffer）15通信。控制器40向脉冲宽度调制驱动缓冲器15提供脉冲宽度调制信号（pulsewidth modulated signal），以生成施加到每个接近传感器/开关22的每个驱动电极的方波脉冲序列VI。控制器40处理一个或多个控制例程，所示控制器40包括存储在存储器中的控制例程100，以监控并作出开启其中一个接近开关的判定。

控制例程100处理多个接近开关22，并执行感应使用者在传感器上的输入、判定与接近开关总成20关联的接近开关开启的方法。该方法包括用多个接近传感器中的每一个生成开启场的步骤，以及检测来自与接近开关关联的多个接近传感器的每一个的因使用者存在而生成的信号的步骤。该方法包括比较该信号和阈值，并进一步处理该信号以检测指示具有差别高度变化特征的接触表面上的用力按压的信号的差别增长的步骤。当信号超过阈值且差别信号超过差别阈值时，该方法检测到开关的开启。该方法在检测到差别信号增长后，进一步检测信号的实质上的稳定状态，并进一步基于上述实质上的稳定状态的存在开启开关。根据一实施例，该信号在至少100毫秒的时间内是一个恒定值时可检测成是实质上的稳定状态。

参照图6和图7，其中示出具有触摸小键盘接触表面50的其中一个接近开关22，所示接触表面50位于接近于接近传感器的基板12的顶部。接触表面50包括用作具有表面轮廓的差别信号增强特征的差别高度变化特征，该表面轮廓允许划过触摸小键盘接触表面50。在本实施例中，电容开关22具有形成于基板12的界面一侧的触摸接触表面50，基板12具有作为差别高度变化特征的环形凹陷或槽52，形成独立的中心盘54。槽52是接触表面50内的凹陷，与接触表面50的其他部位相比高度较低。槽52可以如图所示形成为具有圆角，允许使用者的手指顺利滑过接触表面50。槽52具有足够的宽度，当手指用加大的力量用力按压接触表面50时允许使用者手指的至少一部分部分地伸到槽内。接近传感器24接近于接触表面50。在所示的实施例中，传感器24被置于基板12上，在与总体上临近于槽52的接触表面50相对的一侧。这样，触摸小键盘接触表面50有一个表面偏离，允许使用者手指在探测动作中滑过接触表面50，并允许手指压在触摸小键盘上，以便由软组织构成的手指被允许进入槽52中以增大与感测开启场的互相影响，产生增大的差别信号。根据一实施例，环形槽52可具有1毫米或2毫米的宽度。

所示接触表面进一步具有提供在其后表面的背光照明装置70。背光照明装置70可被用于照明中心部位，如中心盘54，以照亮触摸小键盘和图标72。背光照明装置70可包括一个或多个发光二极管（LED）。图中所示的包括在独立盘54上的是图形指示形式的图标72，图形指示可以是对开关功能的指示。背光照明装置70可照亮图标72以便使用者能容易地看到图标72。

参照图8和图9，所示为根据第二实施例的具有接触表面的接近开关22，该接触表面具有差别高度变化特征，该差别高度变化特征提供差别信号增强特征。在本实施例中，接触表面50形成为具有环形直立的被抬高的表面60。因此，圆形下陷区域62形成在直立的壁60内部。被抬高的表面特征60允许使用者手指在正常的探索动作中滑过被抬高的环形部位60同时稍微伸进中心区域62。当操作者用用力触摸动作开启开关22时，手指将伸入开口区域62从而增加与传感器关联的感测开启场的互相影响。根据一实施例，差别高度表面变化特征60可具有1至2毫米的高度和大约5至20毫米的直径。

尽管此处所示和说明的差别高度变化特征包括环形凹陷和被抬高的环形部位，应当认识到其他接触表面内的高度上的变化也可用作差别高度变化特征。例如，差别高度变化特征可以包括其他相对于触摸小键盘接触表面50向外延伸或向内延伸的形状和尺寸。此外，根据进一步的实施例，可使用高度变化的多层次的复合体。

参照图10和11，根据一实施例示出了与图6和7中示出的接近开关22关联的信号的传感器充电脉冲计数变化，示为Δ传感器计数（ΔSensorCount）。传感器充电脉冲计数的变化（Δ传感器计数）是无任何手指或其他物体出现在开启场中时的初始参考计数值与相应传感器读数之间的差值。在这个实例中，当使用者手指移过开关时，使用者手指进入与接近开关22关联的开启场32。实线80所示的信号是与相应的电容传感器24关联的传感器充电脉冲计数的变化（Δ）。在所公开的实施例中，接近传感器24是电容传感器。当使用者手指接触或者非常接近传感器24时，手指改变相应传感器24上测量的电容。电容平行于未接触的传感器键盘寄生电容（sensor pad parasitic capacitance），并且因此，测量值作为偏移量。使用者或者操作者感应的电容与使用者手指或者其他身体部分的介电常数、暴露于电容小键盘的表面成正比，并且与使用者肢体与开关按钮的距离成反比。根据一实施例，通过脉冲宽度调制（pulse width modulation，PWM）电子设备，使用一列电压脉冲激发每个传感器，直到将传感器充电至设定的电势。这种采集方法将接收电极充电至已知电势。重复此循环，直到通过测量电容的电压达到预设电压。将使用者手指置于开关22的接触表面引入外部电容，该外部电容增加每个循环所传递的电荷量，从而减少测量电容达到预设电压所需的循环总数。因为该值是基于初始参考计数减去传感器读数，所以使用者手指引起传感器充电脉冲计数变化增加。

当手，尤其是手指，非常靠近接近传感器22时，接近开关总成20能够识别使用者的手部移动，以分辨使用者的意图是开启开关22，还是在专注于高优先级任务例如驾驶的同时探索特定的开关按钮，或者是与接近开关22的促动无关的任务的结果，例如调整后视镜。接近开关总成20可以在探索或搜索模式运行，该模式容许使用者通过将手指非常接近地经过或滑过开关来探索开关总成20的触摸传感器键盘或按钮而不引起开关的开启，直到使用者的意图确定。接近开关总成20监控响应于开启场而生成的信号的振幅，将该信号与阈值比较，进一步检测指示接触表面上的用力按压的信号的差别增长，并基于超过阈值的信号和超过差别阈值的差别增长检测开关的开启。这样，在开启被检测的同时允许探索开关总成，以便使用者可以使用其手指自由地探索开界面小键盘而不会无意触发事件，界面反应时间快速，基于信号变化率发生开启，防止或者减少了开关的无意开启。应当认识到，与每个开关关联的信号均通过接近开关总成20处理，以判定相应的开关的开启。

如图10所示，当使用者手指34滑过接触表面时，手指34进入与传感器24关联的开启场，导致电容扰动，因此产生Δ传感器计数增加，如具有开启运动曲线的信号80所示。接近开关总成监控信号80并基于指示与开关相关联的接触表面上的用力按压的信号的差别增长判定操作者是试图按压触摸小键盘或按钮以开启当前开关，还是试图探索界面。本系统和方法监控信号80何时超过指示开启信号的阈值（THRESHOLD)计数，该开启信号具有指示大于噪音的传感器活动的Δ传感器计数值。如图10所示，Δ传感器计数信号在衰减前的一段时间内超过阈值，指示使用者手指滑过或探索通过传感器。

参照图11，所示为当使用者手指滑过开关、停止并用力按压开关接触表面时与接近开关关联的信号80。信号80升高到阈值以上，所示为在用力按压过程中，信号80在升高到标为C_peak的峰值之前，具有实质上恒定的值的稳定时间期间t_stable。信号从C_base升高到C_peak的差值为差别信号振幅，示为C_vb。差别信号增长C_vb指示使用者手指用力按压在接触表面上，其中使用者手指伸入差别高度变化特征所提供的较低高度的开口区域。当差别信号增长超过差别阈值时，检测到开关开启。

参照图12，所示为例程100，其用于基于使用者与开关的互动开启接近开关。方法100从步骤102开始，获得与接近开关总成的多个接近开关关联的各种信号信道。在步骤104中，例程100确定最大信号信道Ch。然后例程100转到决定步骤106，判定最大信号信道Ch是否大于阈值，如果否，在步骤118结束。如果最大信道信号Ch大于阈值，例程100转到决定步骤108，判定最大信道Ch和平均信号信道Ch_avg之间的差值的绝对值是否低于稳定值Ch_stable，如果否，在步骤118结束。如果该绝对值低于Ch_stable，那么例程100转到步骤110去设置Ch_base，建立差别信号计算的基础值。接下来，例程100转到决定步骤112，判断Ch_peak减去Ch_base的差值是否大于差别阈值C_vb，如果否，在步骤118结束。如果差别信号值具有Ch_peak减去Ch_base的差值大于差别阈值C_vb，例程100转到决定步骤114，判断Ch减去Ch_avg的绝对值是否小于Ch_stable，如果否，在步骤118结束。如果该绝对值小于Ch_stable，例程100转入步骤116开启开关。

因此，接近开关总成和方法基于差别高度变化特征产生的差别信号，方便地判定接近开关的开启。本系统和方法允许使用者方便地探索接近开关盘，这在机动车领域中特别有用，避免了驾驶员注意力分散。

应当理解到，可以对上述结构做出变化和修改而不脱离本发明的构思，进一步应当理解到，旨在通过以下权利要求包含该构思，除非这些权利要求通过文字另有明确说明。

Claims (20)

1.一种接近开关，其特征在于，包含：

生成信号的接近传感器；

接近于接近传感器并包含差别高度变化特征的接触表面；以及

控制电路，其处理信号以检测指示所述接触表面上的用力按压的信号的差别增长，其中，所述控制电路基于超过差别阈值的差别增长检测开关的开启。

2.根据权利要求1所述接近开关，其特征在于，所述控制电路比较所述信号和阈值，当所述信号超过所述阈值且所述差别信号超过所述差别阈值时开启开关。

3.根据权利要求1所述接近开关，其特征在于，所述控制电路在检测所述差别信号增长后进一步检测所述信号的实质上的稳定状态，并基于实质上的稳定状态的存在及超过所述差别阈值的所述差别信号开启开关。

4.根据权利要求3所述接近开关，其特征在于，所述实质上的稳定状态包含信号在至少100毫秒的时间期间内处在实质上恒定的值。

5.根据权利要求1所述接近开关，其特征在于，所述差别高度变化特征包含所述接触表面内的凹陷区域。

6.根据权利要求5所述接近开关，其特征在于，所述凹陷区域包含环形槽。

7.根据权利要求1所述接近开关，其特征在于，所述差别高度变化特征包含从所述接触表面伸出的被抬高的构件。

8.根据权利要求7所述接近开关，其特征在于，所述被抬高的构件包含环形构件。

9.根据权利要求1所述接近开关，其特征在于，进一步包含位于接近于所述接触表面的背光灯。

10.根据权利要求1所述接近开关，其特征在于，所述接近传感器包含电容传感器。

11.根据权利要求1所述接近开关，其特征在于，所述接近开关用于机动车辆。

12.一种开启接近开关的方法，其特征在于，包括：

提供生成信号的接近传感器；

提供具有接近于接近传感器的差别高度变化特征的接触表面；

处理信号以检测指示所述接触表面上的用力按压的信号的差别增长；以及

基于超过差别阈值的所述差别增长检测开关的开启。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括比较所述信号与阈值，当所述信号超过所述阈值且所述差别信号超过所述差别阈值时开启开关的步骤。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括检测所述差别信号增长后检测信号实质上的稳定状态，并基于实质上的稳定状态的存在及超过所述差别阈值的所述差别信号开启开关的步骤。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述检测信号实质上的稳定状态的步骤包含，检测信号的实质上的稳定状态在至少100毫秒的时间期间内处于实质上恒定的值。

16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述差别高度变化特征包含所述接触表面内的凹陷区域。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述凹陷区域包含环形槽。

18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述差别高度变化特征包含从接触表面伸出的被抬高的构件。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述被抬高的构件包含环形构件。

20.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包含对所述接触表面背光照明的步骤。

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