CN109131214A - 用于控制车辆操作的用户接口系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制车辆操作的用户接口系统，包括具有正面和背面的印制电路板(PCB)。导电的顶层限定PCB的正面。多个标记被蚀刻到顶层中。贴花覆在PCB的正面上。至少一个接近传感器被集成到PCB的正面中，以用于检测与关联的标记相邻的用户对象并且输出相应的检测信号。PCB还包括在顶层下方的基层。基层至少部分地由光学透明材料形成。至少一个发光器件定位在PCB的背面上，以用于照明标记。控制器耦接至所述至少一个接近传感器和所述至少一个发光器件。

Description

用于控制车辆操作的用户接口系统
相关申请的交叉引用
本发明专利申请要求于2017年6月15日提交的美国临时申请No.62/519,927的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开内容总体涉及用于控制车辆操作的用户接口系统。更特别地，涉及具有带集成接近传感器的印制电路板的用户接口系统。
背景技术
本部分提供了与本公开内容有关的背景信息，其不一定是现有技术。
许多客车和卡车现在配备有用于控制车辆操作的用户接口系统。这样的用户接口系统包括可以独立使用或者与常规的机械型(例如钥匙)进入系统结合使用的无钥匙进入系统。在许多情况下，无钥匙进入系统包括具有按钮的便携式装置例如遥控钥匙，该便携式装置可以通过传送至车载接收器的编码RF信号来操纵，以解锁/锁定车门以及执行其他功能(例如，警报、头灯和/或点火系统的选择性激活)。典型地，供应至接收器的信号主要被用于控制动力操作的门闩锁机构的选择性锁定和解锁。
某些车辆可以配备有车载无钥匙进入系统。典型地，触摸装置例如键盘被非常靠近门把手地安装至车辆(例如，在门或B柱上)，这使得授权用户能够输入由一系列字母或数字代码组成的密码。一经验证密码，车载控制器单元就控制动力操作的门闩锁机构的操作。键盘还可以被用于例如控制其他车辆操作功能，例如，在输入正确密码和验证之后，油箱盖或后挡板提升系统的动力释放。一些键盘使用按钮和/或开关来输入认证码。美国专利No.8,400,265中公开了与车辆进入系统相关联的非接触式无钥匙进入键盘的一个示例，该美国专利的全部公开内容通过引用并入本文。如在'265专利中所公开的，多个接近传感器例如电容传感器被用作与键盘相关联的代码输入接口。
图1公开了无钥匙进入键盘组件的另一示例。无钥匙进入键盘组件10包括透明贴花12，该透明贴花12用作组件10的外保护覆盖层并且限定可以由用户触摸的触摸表面13。印制电路板(PCB)14设置在贴花12下方。印制电路板14包括用于检测由用户对贴花12的触摸的多个电容电极16。电容电极16电连接至控制器，该控制器用于对触摸贴花12的检测进行处理，以执行诸如解锁车辆的门的功能。光学掩模20布置在PCB 14与贴花12之间并且包括用于指示电容电极16的位置的多个标记22。如此，贴花12、光学掩模20和电容电极16的组合提供用于键盘组件10。后盖23设置在PCB 14的后面，用于将组件10的各种部件固定就位。一个或更多个光源24连接至PCB 14，用于照明标记22以向用户指示电容电极16的位置。无钥匙进入键盘组件10的操作被配置成当用户通过在期望的标记22附近触摸贴花12而经由键盘组件10输入授权码时允许选择性地进入乘客厢。
因此，图1的组件10将各种部件彼此紧邻并置。这样的布置的已知问题是，由于堆叠布置而引起电容电极16被定位成相对远离贴花12上的触摸表面13。更特别地，光学掩模20以及将PCB 14与光学掩模20分开定位的隔片产生了电容电极16与贴花12的触摸表面13之间的距离。这可以导致检测灵敏度降低并且难以看见标记22。
图2公开了第二已知无钥匙进入键盘组件110。类似于图1的第一组件10，第二组件110包括：限定触摸表面113的贴花112；光学掩模120；包括电容电极116的PCB 114；以及后盖123。此外，光学掩模120包括碳化迹线126，碳化迹线126电连接至电容电极116，以用于减小电容电极116与贴花112的触摸表面113之间的有效距离。隔片128被设置在光学掩模120与PCB 114之间。此外，弹性连接器130(例如，弹性连接器)将PCB 114电连接至碳化迹线126。
图2的组件110的问题是，附加电气元件如碳化迹线126和弹性连接器130增加了组件110的复杂性，并且因此使组件110更易于断开连接并且更昂贵。
尽管这样的无钥匙进入键盘组件10、110已在车门系统(例如，乘客门、后挡板和闭合门(closure door))中找到广泛应用，但是存在不断推进技术以及解决与常规的无钥匙进入键盘组件10、110相关联的已知缺陷的需要。
因此存在对机动车和其它装置的乘客入口门和闭合构件进行无钥匙进入的改进的系统的需要。因此，期望至少部分解决上述缺点并且促进技术发展的解决方案。
发明内容
本部分提供本公开内容的总体概述，并且不意在被解释为本公开内容的全部范围或其所有特征、方面和目的的全面公开。
本公开内容的方面提供了一种用于控制车辆操作的用户接口系统。用户接口系统包括具有正面和背面的印制电路板(PCB)。印制电路板包括顶层，该顶层是导电的并且限定印制电路板的正面。印制电路板的顶层包括蚀刻到顶层中的至少一个标记。至少一个接近传感器被集成到印制电路板的正面中并且与所述至少一个标记对准，以用于检测与所述至少一个标记相邻的用户对象并且输出相应的检测信号。印制电路板还包括在顶层下方的基层。基层至少部分地由光学透明材料形成并且限定印制电路板的背面。至少一个发光器件被设置在所述至少一个标记的下方，用于选择性地照明基层的在所述至少一个标记的下方的光学透明材料，以照明所述至少一个标记。控制器单元耦接至所述至少一个接近传感器和所述至少一个发光器件并且被配置成对检测信号进行处理以用于控制车辆操作并且控制所述至少一个发光器件的选择性照明。
根据本公开内容的又一方面，反射器覆在印制电路板的背面上，用于将来自所述至少一个发光器件的光反射穿过印制电路板的基层并且到达所述至少一个标记。
根据本公开内容的又一方面，后盖支承并保护反射器和印制电路板。
根据本公开内容的又一方面，接地层覆在印制电路板的背面上，用于减小电磁干扰。
根据本公开内容的又一方面，所述至少一个发光器件包括多个发光器件，并且所述至少一个接近传感器包括多个接近传感器。所述多个发光器件中的每一个与所述多个标记中的一个标记相关联并且与之对准。
根据本公开内容的又一方面，该系统还包括至少半透明的贴花，所述贴花覆在印制电路板的正面上并且限定触摸表面。
根据本公开内容的又一方面，所述至少一个发光器件是发光二极管。
根据本公开内容的又一方面，印制电路板限定与所述至少一个发光器件相邻的至少一个光通道，用于引导来自所述至少一个发光器件的光通过印制电路板。
根据本公开内容的又一方面，印制电路板限定与所述至少一个发光器件相邻的至少一个切口(cutout)，用于引导来自所述至少一个发光器件的光通过印制电路板。
根据本公开内容的又一方面，顶层是铜层。
根据本公开内容的又一方面，顶层包括覆在铜层上的焊接掩模，焊接掩模可选地具有与贴花匹配的颜色以覆在顶层上。
根据本公开内容的又一方面，所述至少一个接近传感器是电容电极。
根据本公开内容的另一方面，主体系统允许所述至少一个接近传感器被定位成靠近贴花的触摸表面，同时也减少了部件计数。靠近顶表面来放置所述至少一个接近传感器提供了提高的检测灵敏度和所述至少一个标记通过贴花的改善的图像。此外，将各种部件集成到单个PCB上降低了设计的复杂性，同时降低了部件故障的风险以及与系统相关联的成本。
根据本公开内容的另一方面，由于PCB是半透明的，因此它用作光学漫射器，并且因此不需要独立的光学漫射器。如此，在PCB与单独的光学漫射器之间不会形成气泡。
本公开内容的另一方面提供了一种用于控制车辆操作的键盘组件。键盘组件包括印制电路板，该印制电路板包括：顶层，所述顶层由导电材料形成、限定印制电路板的正面；以及设置在顶层下方的基层，其至少部分地由光学透明材料形成、限定印制电路板的背面。至少半透明的贴花覆在印制电路板的正面上并且限定触摸表面。印制电路板包括蚀刻到顶层中的多个标记，并且所述多个标记通过不存在导电材料而被限定。印制电路板包括设置在印制电路板的背面上的多个发光器件。多个发光器件中的每一个与所述多个标记中的一个相关联，用于选择性地照明基层的在所述多个标记中的相关联的一个标记的下方的光学透明材料，以照明所述多个标记中的所述一个标记。印制电路板还包括集成到印制电路板的正面中的多个电容电极。所述多个电容电极中的每一个与所述多个标记中的一个标记对准并且与之相关联，以用于检测与所述多个标记中的所述一个标记相邻的、接触触摸表面的用户对象并且输出相应的检测信号。
根据本公开内容的又一方面，由于各种电气部件设置在PCB的背面上，从所述至少一个接近传感器到背面上的部件的连接可以简单地延伸通过PCB，同时避免对附加连接器的需要。
根据本公开内容的又一方面，导电材料是铜。
根据本公开内容的又一方面，键盘组件还包括位于所述多个电容电极的下方的驱动屏蔽件，用于使寄生电容的影响最小化。
根据本公开内容的又一方面，键盘组件还包括在顶层上被定位成包围所述多个电容电极中的每个电容电极的驱动屏蔽件，用于使寄生电容的影响最小化。
根据本公开内容的又一方面，键盘组件还包括在顶层上被定位成包围所述多个电容电极中的至少两个电容电极的驱动屏蔽件，用于使寄生电容的影响最小化。
根据本公开内容的又一方面，驱动屏蔽件是顶层的一部分。
根据本公开内容的又一方面，键盘组件还包括位于印制电路板的正面上的至少一个辅助传感器。
根据本公开内容的又一方面，所述至少一个辅助传感器包括用于检测贴花的触摸表面上的水的存在的至少一个水传感器。
根据本公开内容的又一方面，所述至少一个辅助传感器被集成到所述多个电容电极中的至少一个中。
根据本公开内容的又一方面，键盘组件还包括在印制电路板的背面上延伸的接地层，用于减小电磁干扰。
根据本公开内容的又一方面，所述多个发光器件是发光二极管。
根据本公开内容的又一方面，所述多个发光器件的光输出大致平行于PCB的平面对准。
根据本公开内容的又一方面，基层的光学透明材料是半透明玻璃增强环氧树脂层压材料。
根据本文中提供的描述，这些以及其他方面和应用领域将变得明显。本发明内容中的描述和具体示例仅意在用于说明的目的，而不意在限制本公开内容的范围。
附图说明
本文中所描述的附图仅用于图示所选择的实施方式而不是所有实现方式，并且不意在将本公开内容限制于仅实际示出的内容。考虑到这一点，当结合附图考虑时，根据以下书面描述，本公开内容的示例实施方式的各种特征和优点将变得明显，在附图中：
图1是现有技术无钥匙进入键盘组件的第一实施方式的透视分解图；
图2是现有技术无钥匙进入键盘组件的第二实施方式的透视分解图；
图3是根据本公开内容的方面的配备有无钥匙进入系统的机动车辆的透视侧视图；
图4是根据本公开内容的方面的总体描绘无钥匙进入系统的各种部件的框图；
图5是根据本公开内容的方面的用于控制车辆操作的键盘组件的示例实施方式的透视分解图；
图5A是根据说明性实施方式的连接至贴花的后部的图4的键盘组件的视图；
图6是根据本公开内容的方面的用于控制车辆操作的主体组件的印制电路板的背面的透视图；
图7是根据本公开内容的方面的用于控制车辆操作的主体组件的印制电路板的正面的透视图；
图8是根据本公开内容的各方面的用于控制车辆操作的主体组件的印制电路板的的截面图，示出了印制电路板的多个层；
图9A和图9B是根据本公开内容的方面的用于控制车辆操作的主体组件的印制电路板和双曲线形反射器的截面图，示出了印制电路板的多个层；
图10是根据本公开内容的方面的用于控制车辆操作的主体组件的印制电路板和对称倾斜反射器的截面图，示出了印制电路板的多个层；
图11是根据本公开内容的方面的用于控制车辆操作的主体组件的键盘的框图，其示出了电容电极、保护部件、本地互连网络总线驱动器、发光二极管驱动器和发光器件与微控制器的互连；以及
图12是根据说明性实施方式的图4的控制器单元的电气示意图，用于控制无钥匙进入系统以及与无钥匙进入系统的各种部件的电气连接；
图13是根据说明性实施方式的示出具有屏蔽防护、发光器件的图12的控制器单元与无钥匙进入系统的接近电极之间的电气连接的电气原理图；以及
图14是根据说明性实施方式的示出具有发光器件驱动器单元的图12的控制器单元与图13的发光器件之间的电气连接的电气原理图。
具体实施方式
在在以下描述中，阐述细节以提供对本公开内容的理解。在一些情况下，未对某些电路、结构和技术进行详细描述或示出以免使本公开内容不清楚。本文中使用的术语“控制单元”或“控制器”是指用于处理数据或电信号的任何机器，包括用于提供对本文中所描述的系统的控制的数据处理系统、计算机系统、模块、电子控制单元(“ECU”)、微处理器等，这些机器可以包括硬件部件和/或软件部件。
通常，本公开内容涉及非常适合用于几乎所有机动车辆应用的类型的用户接口系统。将结合一个或更多个示例实施方式来描述本公开内容的用户接口系统。然而，所公开的具体示例实施方式仅被提供用于以足够的清晰度描述本发明的构思、特征、优点和目的，以允许本领域的技术人员理解和实践本公开内容。
更具体地，本公开内容涉及用于控制车辆操作的用户接口系统，例如无钥匙进入系统。用户接口系统包括具有正面和背面的印制电路板。导电的顶层限定电路板的正面。多个标记被蚀刻到顶层中。至少半透明的贴花覆盖在印制电路板的正面上。至少有一个接近传感器被集成到印制电路板的正面。所述至少一个接近传感器中的每一个与多个标记中的一个相关联，用于检测接近相关联的标记的用户对象并输出相应的检测信号。印制电路板还包括顶层下的基层。基层至少部分由光学透明材料形成并限定印制电路板的背面。至少一个发光器件位于印制电路板的背面。所述至少一个发光器件中的每一个与多个标记中的一个相关联，用于选择性地照明在所述多个标记中相关联的一个标记下面的光学透明材料，以照明相关联的标记。控制器单元耦接到所述至少一个接近传感器和所述至少一个发光器件并且被配置为处理检测信号以控制车辆操作并控制所述至少一个发光器件的选择性照明。
首先参照图3，示出了机动车辆200的侧视图，该机动车辆200被部分切除以包括前驾驶员侧门202和后驾驶员侧门204，二者均提供通往乘客厢206的入口。前门202被示出为包括门把手208和钥匙孔210，钥匙孔210被另外设置以用于常规地锁定和解锁安装在前门202内的机械致动的闩锁机构234。当闩锁机构被解锁时，门把手208的运动用于释放前门202以使其相对于主体部分212移动。类似的门把手(未示出)可以设置在后门204上并且与被设置用于锁定和解锁后门204的另一闩锁机构(未示出)互连。如将详述的，每个闩锁机构还可以包括动力操作致动器(未示出)，该动力操作致动器用于控制与无钥匙进入系统214相关联的锁定和解锁功能，下面将更详细地对此进行讨论。机动车辆200被示出为还包括A柱216、B柱218和顶部220。
在图3所示的示例中，B柱218被盖板组件222例如下文更详细描述的贴花260覆盖。与本公开内容的无钥匙进入系统214相关联的键盘组件224在由虚线标识的位置处安装到盖板组件222内的B柱218。键盘组件224被安装在B柱218的结构部分和盖板组件222之间。作为替代，键盘组件224可以靠近把手208安装到前门202。键盘组件224的其他安装位置是可能的，例如在举升门或行李箱盖上。
现在参照图4，提供了无钥匙进入系统214的各种组件的框图。如所看到的，键盘组件224包括或连接到诸如微处理器的处理单元228(又被称为控制器单元228)，处理单元228又与车辆系统控制器单元230通信。车辆系统控制器单元230沿着线路232向门闩锁机构234的动力操作致动器提供电输出。如已知的，车辆系统控制器单元230还可以沿着线路236提供电输出，用于控制其他车辆系统238(例如，行李箱或举升门的动力释放，灯和/或安全功能的启动以及点火系统和/或车辆的加热系统的启动等)。诸如电池240(例如，车辆主电池或备用能源，例如超级电容器，或其他电池)的电源可以向处理单元228和车辆系统控制器单元230提供电力。如将详述的，键盘组件224包括电容式触摸键盘单元242、电容式触摸锁定开关244以及力相关模式输入装置246。理解的是，键盘组件224可以替代地还包括它们的任意组合，例如，键盘组件224可以包括电容式触摸键盘单元242和电容式触摸锁定开关244。
图4所示的无钥匙进入系统214的操作被配置为：当操作员(以下称为“用户”)通过键盘单元242输入认证码时，允许经由前门202或者替代地经由门202、门204二者选择性地进入乘客厢206。输入的认证码被发送到处理单元228，在处理单元228处输入的认证码被与存储在存储器中的正确或验证码进行比较。如果输入的密码与验证码匹配，则向车辆系统控制器单元230发送信号，车辆系统控制器单元230继而将解锁闩锁机构234并且允许门把手208的操作以释放前门202(或门202、门204二者)并允许进入乘客厢206。本领域技术人员将认识到，这个基本控制图仅仅是用于无钥匙进入系统214的仅一个合适布置的示例。例如，车辆系统控制器单元230可以承担上述比较并且向控制器单元228发出认证命令。
现在参照图5，提供了根据本公开内容的方面的用于控制车辆操作的键盘组件224的实施方式。更具体地，图5所示的键盘组件224的实施方式可以被用作无钥匙进入系统214的一部分。应当理解，可以利用主体键盘组件224来执行其他车辆操作。
除了图4和图5，现在参照图5A，示出了用于控制车辆操作的键盘组件224的实施方式，该键盘组件224经由紧固件301连接到贴花260的后侧300。贴花260包括至少部分地围绕说明性地形成在贴花260的后侧300上的容器253的结构，用于在其中容纳键盘组件224的至少一部分。替代地，键盘组件224可以被定位成直接与后侧300并置。提供与连接至PCB 248的表面安装连接器276连接的线束302，以利于键盘组件224的电路系统与线235和诸如闩锁234的外部系统的电连接。
现在参照图5和图8，键盘组件224包括具有正面250和背面252的印制电路板(PCB)248。导电的顶层254限定PCB 248的正面250。应当理解，顶层254可以是铜层255或者由另一导电材料形成。说明性地，顶层254包括焊接掩模257，其可以设置有颜色以与贴花260匹配，以当PCB 248和覆盖贴花260被并置时在视觉上将PCB 248与覆盖贴花260混合。例如，PCB248可完全或部分地容纳在形成在覆盖贴花260的后侧300内的尺寸配合容器253内，容器253具有限定接近容器253的触摸表面262以及贴花260的说明性地相反侧的透明或半透明覆盖部，以从外部环境密封PCB 248同时允许光从其通过。多个标记256,258被蚀刻到顶层254中。在说明性示例中，通过例如蚀刻来去除顶层254中的材料以使标记成形，从而允许光通过由去除的材料限定的区域。形成标记的其他方式也是可能的，例如仅蚀刻顶层254以去除标记的边界轮廓，使得光仅穿过轮廓。在示例实施方式中，标记256，258包括多个数字256和标识锁定开关244(图7)的锁定标记258。应当理解，可以使用其他数字、字母或符号，包括但不限于单独的解锁按钮。术语标记本文用于指代任何类型的数字、字母、符号、记号、标识、图形、图像、指示、区分记号等。
贴花260覆盖在PCB 248的正面250。贴花260保护PCB 62，同时还提供触摸表面262。应当理解，在使用期间，标记256，258被配置为通过贴花260可见。因此，贴花260可以是半透明或完全透明的。或者，仅贴花260的限定触摸表面262的部分可以是半透明或透明的。贴花260的厚度可以改变，以及例如在触摸表面262的区域中厚度可以较薄以限定触摸表面262的半透明性。
多个接近传感器264(在图7中示意性示出)被集成到贴花260下方的PCB 248的正面250中，并且例如经由电连接件259电耦接到控制器单元228，电连接件259例如是延伸穿过PCB 248至相反的背面252的垂直互连通路(例如过孔)，所述背面252通过形成在PCB 248的背面252中的电迹线249与各个铜层255连接。迹线249可以通过蚀刻到背面导电层274中以及/或者沉积到背面导电层274上来形成，例如以提供各个部件之间的电连接。每个接近传感器264包括电容电极261，并且与标记256，258中的一个相关联。应理解，可以使用任何数量的接近传感器264，并且尽管接近传感器264被图示为电容电极，但接近传感器264可以包括各种其他类型的接近传感器264，例如但不限于雷达传感器，或基于电容式力的传感器。接近传感器264各自均被配置为检测接近与接近传感器264相邻的贴花260的触摸表面262的用户对象的移动，或对与接近传感器264相邻的贴花260的触摸表面262的触摸。例如，接近传感器264可以是被配置为检测由诸如手指247(图9A)的对象接近传感器264引起的传感器264的电容变化的表面电容式触摸传感器类型。作为表面电容式触摸传感器配置的示例，由从控制器单元228向形成在由绝缘体269界定的导电顶层254或或去除(例如蚀刻)的顶层254区域中的接近传感器264的电容电极261的施加的电压而产生的均匀静电场267(图9A)的干扰由控制器单元228感测，其代表用户手指的接近度。可以设想其他电容感测技术，例如，将例如由控制器单元228提供的振荡信号以跨电容电极261的一致电压施加至电容电极261的配置。所产生的场267受进入场267的导电材料或对象(诸如手指247)干扰。控制器单元228能够关联所提供的振荡和检测到的振荡的差异，以便检测并确定手指247的接近度或与触摸表面262的接触。
如图9A和图9B所示，在PCB 248的正面250上提供电容电极261的情况下，场267可以被设置成靠近触摸表面262并且延伸远离触摸表面262。接近传感器264还被配置成基于检测到的输入来输出相应的检测信号。例如，如果用户使他的或她的手触摸或移动接近贴花260、靠近“1-2”标记，则在“1-2”标记下方的接近传感器264将检测到该移动并向控制器单元228输出相应的检测信号。应当理解，在其中接近传感器264检测到用户对象接近于贴花260的移动的实施方式中，即使如灰尘或冰的外部对象位于贴花260上方在触摸表面262上，接近传感器264仍可以检测移动。
根据本公开内容的方面，与顶层254分离的驱动屏蔽件266(例如，266a)设置在用于接近传感器264的顶层254的至少一部分之下，以最小化来自与车辆200相关联的金属片接地的寄生电容的影响并且避免来自误放的用户输入(例如，手指247与两个相邻接近传感器264的检测区域交叠)或来自接近传感器264的多个检测区域上的雨滴或水滴的错误激活或检测。说明性地，驱动屏蔽件266与控制器单元228电连接，以通过过孔259的导电路径接收驱动电压，并且辅助引导场267向上离开和离开电容电极261并且作为示例减小寄生电容，以改善接近度检测。此外，导电顶层254的一部分可以被配置成用作围绕电容电极261中的至少两个并且在图6中示出为围绕六个电容电极261的驱动屏蔽件266，其也说明性地通过过孔259与控制器单元228电连接。具体地，顶层254的一部分可以具有形成在其上的绝缘体269，例如作为与形成接近传感器264的电容电极261相邻的去除(例如，蚀刻)的顶层254区域，以限定驱动屏蔽件266。
PCB 248还包括顶层254下的基层268。基层268限定PCB 248的背面252。基层268至少部分地由光学透明材料形成。根据一方面，基层268可以是半透明玻璃增强环氧树脂层压材料(例如，FR4)。
至少一个发光器件270被设置在所述至少一个标记256，258之下。在示例实施方式中，所述至少一个发光器件270包括位于PCB 248的背面252上的用于对标记256，258进行照明的多个发光器件270，并且与标记256，258中的每一个对准并相关联以用于选择性地对多个标记256，258中的相关联的一个标记下方的基层268的光学透明材料进行照明以照明相关联的标记256，258。发光器件270可以附接到PCB 248并且位于标记256，258之下；然而，例如，发光器件270也可以与PCB 248分离。
在示例实施方式中，设置了两个发光器件270并且安装至背面252，该两个发光器件270关于标记256彼此相对并且彼此偏移。在示例实施方式中，设置了四个发光器件270并且安装至背面252，该四个发光器件270关于标记258彼此相对并且彼此偏移。多个发光器件270中的每一个的光输出被大致对准为平行于PCB 248的平面。例如，从发光器件270输出的光可以相对于PCB 248的平面表面以+/-45度散射，但是其他光角度也是可能的(参见例如图9B)。发光器件270的这种对准可以确保来自发光器件270的光可以直接进入PCB 248的材料，或者被反射器281反射，并且与垂直于PCB 248的平面表面输出的光相比允许反射器281的尺寸减小，但是本公开内容也构思了这样的构造。发光器件270的其他定位和数量是可能的，例如提供三个发光器件270，该三个发光器件270沿背面252上的圆形图案径向分布在标记256周围。
在示例实施方式中，发光器件270是发光二极管(LED)，然而，可以利用其他发光器件270。应理解，由于PCB 248的基层268属于半透明材料，所以其用作光学漫射器，从而允许一些光以漫射模式291(图9B)从由发光器件270发射的光293通过其至标记256，258。在如图9A和图9B所示的实施方式中，PCB 248可以由多层PCB形成，该多层PCB具有至少一层导电材料层255，所述至少一层导电材料层255埋在基层268的材料的中心，其中所述至少一层导电材料层255的选择性部分在制造基层268期间被去除，以允许光穿过基层268。PCB 248的其他构造是可能的，例如，PCB仅具有导电顶层254(例如，铜层255)和背面导电层274，其中，一层半透明材料297设置在导电顶层254与背面导电层274之间。
控制器单元228电耦接至接近传感器264和发光器件270，并且被配置成处理来自接近传感器264的检测信号以用于控制车辆操作，并且控制发光器件270的选择性照明。应理解，控制器单元228可以采取各种形式，并且被定位在车辆200上的其他各个地方(例如，附接到PCB 248)。控制器单元228包括适合于向多个电极261和其他受驱动层提供必要电压的电子器件，因此电容和静电场267的变化/扰动可以被检测。当用户将手指247放置在触摸表面262上或靠近电极261中的一个电极的位置时，发生电容的这种改变。当电容改变时，控制器单元228上的电子器件将电容改变识别为对由标记256向用户标识的特定电极261的选择。当以可以存储在控制器单元228中的存储器中的正确的预定组合选择了电极261的序列时，作为对车辆操作的控制的示例，控制器单元228可以通过连接器和线235将信号发送到闩锁234(直接地或间接地经由车辆系统控制器单元230)以使侧门通过门闩锁(未示出)被解锁。然后，可以使用门把手208来打开门202。选择序列还可以进一步包括对与标记258相关联的电极261的选择，或者可以单独执行对与标记258相关联的电极261的选择，以控制车辆操作，例如锁定闩锁234。
如在图6、图9A和图9B中很好地示出的，PCB 248包括在背面252中的多个切口272，每个切口邻近于一个或更多个发光器件270放置，用于形成用于引导光穿过PCB 248的光通道271的一部分。切口272可以限定完整的开口或者可以由比PCB 248的其余部分更薄和/或比PCB 248的其余部分更透明的片材构成(例如，切口272可以延伸到PCB 248材料的一部分中)。在另一实施方式中，如图8至图10所示，例如通过经由例如蚀刻去除导电层274的材料来将切口272仅形成在说明性地由铜制成的背面导电层274中。背面导电层274可选地还具有覆盖在铜背面层274的焊接掩模275，焊接掩模275在蚀刻过程期间也被去除以使得发光器件270发射的光能够进入光通道271(例如，穿透半透明材料层297的层)。
在图8、图9A、图9B和图10的多层PCB实施方式中，可以通过除去形成在制造PCB248期间埋在基层268的材料的中心中的至少一个导电材料层255的铜材料来形成光通道271，由此铜材料策略性地不围绕通道271区域沉积，从而形成延伸穿过PCB 248的光通道271，以允许光从背面252传递到正面250。
在图6、图9A和图9B的说明性实施方式中，光通道271被说明性地形成为具有从背面252延伸到正面250的柱体形状，其中基层268的每个导电层255具有类似圆形形状的去除材料区域(例如，通过使不透光的铜导电材料不存在而被形成)。可选地，顶层254下面的层279可以具有与顶层254的图案类似的移除材料的镜像图案，例如以匹配顶层254上形成的标记256，从而增加驱动屏蔽件266a的区域以及提高驱动屏蔽效果(例如，最小化来自车辆200金属片的寄生电容的影响，并且最小化传感器264的错误检测)。
根据本公开内容的一方面，PCB 248还可以包括沿背面252的至少一部分(例如，PCB 248内的金属层)延伸的接地层274，以有助于减小电磁干扰。替代地，接地层274可以限定背面252。如果PCB 248包括接地层274，则其也可以在与正面250上的标记256，258相对的区域被蚀刻以进一步形成光通道271。例如，在背面252上设置有接地层274的构造中，可以蚀刻圆形区域以形成切口272，从而提供通过其的光传输。根据本公开内容的一方面，在具有至少一层导电材料层255的多层PCB实施方式中，如图8所示，其中，导电层255被配置为埋在基层268的材料的中心中的接地层75，从而使得接地层75的选择部分被去除以用于限定光通道271。接地层75可以有助于减少源自于可以耦接至接地层75下面的迹线249和电子部分的电极261的电磁干扰，以及包含电磁场267，但是这作为效果的示例并且示为图9A中的示例。
另外的电部件位于PCB 248的背面252上，包括但不限于控制器单元/微控制器228、电容器、电阻器、保护部件265(图11)、本地互连网络(LIN)总线驱动器273(图11)、用于外部布线的表面安装连接器276以及用于发光器件270的LED驱动器277(图11)。
另外的辅助传感器可以位于PCB 248的正面250上并电连接到控制器单元228。例如，可以提供水传感器278用于感测水。如图7所示，水传感器278可以位于锁定开关244的锁定标记258与“9-0”标记之间。可以使用水传感器278，以使由如组件224上的雨水或洗车等事件引起的流体影响最小化。此外，水传感器278可以配置有控制器单元228，以在检测到水的情况下使得实现自动信号以关闭车辆200的窗。辅助传感器278也可以集成到接近传感器264中的一个或更多个中。例如，电容电极中的一个可以用作水传感器278。
包括至少一个反射器表面281——每个与发光器件270中的一个或多个发光器件270相关联并且被放置成与所述一个或更多个发光器件270相邻——的反射器组件280抵靠PCB 248的背面252设置，用于将来自发光器件270的光反射通过PCB 248的基层268的至少部分光学透明的材料以及通过标记256，258。反射器280被配置为将由发光器件270发射的光反射离开PCB 248、往回朝向并且穿过PCB 248，并且防止PCB 248的框架287(例如，外围)周围的光泄漏以及PCB 248与将相邻反射器表面281分离的子框架285之间的泄漏，框架287和子框架285形成密封的光腔283以密封来自与一个标记256相关联的发光器件270的光，从而防止其漏入相邻标记256的相邻光通道271中。在图10的说明性实施方式中，反射器281是用于将来自邻近发光器件270的光朝向PCB 248反射的对称倾斜反射器。在图9A和图9B的另一说明性实施方式中，反射器281是双曲线形的。此外，后盖282支承反射器280和PCB 248，例如，后盖282说明性地提供将PCB 248和反射器280连接和定位至贴花260的后侧300的结构。后盖282可以包括用于保持PCB 248和/或反射器280的多个安装件284。安装件284可以说明性地地由弹性橡胶材料形成并且有助于确保PCB 248与贴花260的容器的内表面289适当齐平对准，以避免在贴花260的表面289与顶层254之间形成可能作用于和影响电容并因此影响电极261的检测的气泡。安装件284用于将顶层254推向贴花260的内表面289。
应当理解，如所描述的，将各种电子部件(例如，控制器单元228、接近传感器264)集成到主体系统214的键盘组件224的PCB 248中有利地允许接近传感器264被定位成靠近贴花260上的触摸表面262，同时也减少了部件数目。将接近传感器264定位成靠近贴花260的接触表面262提供了接近传感器264的提高的灵敏度以及标记256，258的增强的可见性。应当理解，接近传感器264可以被定位成更靠近贴花260的部分原因是因为在接近传感器264与PCB 248之间不存在单独的光学掩模。
还应理解，将各种部件(例如，光学掩模和漫射器)集成到PCB 248中还提供了系统214的降低的复杂性、系统214的部件的故障的降低的风险并且与系统214相关联的降低的成本。
还应理解，PCB 248有利地用作光漫射器、光学掩模和接近传感器，然而与此同时支承各种部件并且将接近传感器264定位成靠近贴花260的顶表面。由于PCB 248充当光学漫射器，因此不需要如在图1和图2的键盘组件10，110中那样的单独的光学漫射器。这样，掩模与PCB 248的分离以及因此气泡的形成不会发生。
还应理解，由于部件(例如，发光器件270和控制器单元228)被设置在PCB 248的背面252上，所以不需要额外的连接器，并且从接近传感器264到背面252上的部件的连接可以例如经由电连接件259延伸穿过PCB 248。
还应理解，由于接近传感器264被设置在PCB 248上并且因此非常靠近PCB 248的PCB接地平面(例如接地层274)，所以电磁干扰减小。
现在参照图11至图14，示出了互连键盘组件224的各种电部件的电路图。说明性地，控制器单元228是具有用于接收和发送电信号的多个输入和输出端口的微处理器。特别地，控制器单元228通过多个电信号线(例如信号线23、21、20、33、22、14、25)连接到电极261，所述多个电信号线被示出为通过连接块A互连，这仅是为了图示在不同附图中提供的电信号线之间的电连接的目的而示出。此外，控制器单元228通过多个电信号线(例如信号线24，26，50)连接到驱动屏蔽件266，所述多个电信号线也被示出为通过连接块A互连。控制器单元228也被示出为经由连接器块A与发光器件驱动器303电连接，发光器件驱动器303经由连接器块B与LED 270电连通以提供电流和/或电压从而操作LED 270。说明性地，发光器件驱动器303可以是恒定电流电路系统(例如，恒定电流源277)，用于将LED驱动为约(作为说明性示例)在标称电源电压(例如在约9伏与16伏DC之间，例如约13.5伏DC)处的11,000尼特最小平均亮度，其中照明大体均匀。取决于特定的应用，LED 270可以被配置为发出有色光或白光，并且可以在约100mA的最大电流处操作，并且可以在约-30℃与+65℃之间的温度处操作。此外，控制器单元228经由连接块C连接到电源240。
本领域技术人员还将认识到，本公开内容适用于各种用户接口系统，包括用于控制附加车辆功能的致动的无源和非无源(non-passive)的无钥匙进入系统。除锁定/解锁功能以及举升门的锁定/解锁和动力释放之外，这些附加功能的非限制性列表还可以包括燃料箱盖板的释放、电动车窗控制、车门的动力释放以及升降门的锁定/解锁和动力释放。还应该认识到，力相关模式输入装置246可以位于远离基于电容的用户输入接口(例如，键盘组件224的接近传感器264)的位置。力相关模式输入装置246并非旨在仅唤醒或致动键盘组件224的接近传感器264，而是也可以是用于控制车辆部件的多级控制协议的一部分。本系统214还考虑使用用于姿势识别控制系统的第二用户输入接口。
已经出于说明和描述的目的提供了实施方式的上述描述。上述描述并非意在为穷尽的或者限制本公开内容。特定实施方式的各个元件或特征通常不限于该特定实施方式，而是在适用的情况下能够互换，并且能够在所选择的实施方式中使用，即使在未具体地示出或描述的情况下亦是如此。这些元件或特征也可以以多种方式进行改变。这样的改变不应当被视为脱离本公开内容，并且所有的这样的修改意在被包括在本公开内容的范围内。
本领域技术人员应当认识到的是，所公开的与示例无钥匙进入系统214相关的发明构思同样能够在许多其他车辆系统中实施以控制一个或更多个操作和/或功能。
提供了示例实施方式，使得本公开将会是透彻的，并且将会向本领域技术人员完整地表达本公开的范围。阐述了许多具体细节如特定部件和装置的示例，以帮助透彻地理解本公开内容的实施方式。对于本领域技术人员来说明显的是，不需要采用具体细节，可以以许多不同的形式来实施示例实施方式，并且具体细节和示例性实施方式都不应当被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方式中，并未详细地描述公知的过程、公知的装置结构以及公知的技术。
本文中所使用的术语仅用于描述特定的示例实施方式的目的而非意在进行限制。如本文中所使用的，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一(a)”、“一种(an)”和“该(the)”可以意在还包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包括性的并且因此指定所阐述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，而不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或附加。
当元件或层被称为在另一元件或层“上”、“接合至”、“连接至”或“耦接至”另一元件或层时，其可以直接在另一元件或层上、直接接合至、连接至或耦接至另一元件或层，或者可以存在中间元件或中间层。相比之下，当元件被称为“直接在”另一元件或层“上”、“直接接合至”、“直接连接至”或“直接耦接至”另一元件或层时，则可以不存在中间元件或中间层。用于描述元件之间的关系的其他词语(例如“在…之间”与“直接在…之间”、“相邻”与“直接相邻”等)应当以类似的方式来解释。如本文中所使用的，术语“和/或”包括相关联的列举项中的一个或更多个列举项的任意组合和所有组合。
尽管在本文中可以使用术语第一、第二和第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分进行区分。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”和其他数字术语的术语在本文中被使用时并不暗示顺序或次序。因此，在不背离示例性实施方式的教示的情况下，下文所论述的第一元件、第一部件、第一区域、第一层或第一部分可以被称为第二元件、第二部件、第二区域、第二层或第二部分。
为了便于描述，本文中可以使用空间相对术语如“内”、“外”、“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等来描述如附图中示出的一个元件或特征与另一(些)元件或另一(些)特征的关系。空间相对术语可以意在包括装置在使用中或操作中的除了附图中所描绘的取向之外的不同取向。例如，如果翻转图中的装置，则被描述为位于其他元件或特征的“下方”或“下面”的元件将被定向成位于所述其他元件或特征的“上方”。因此，示例性术语“下方”可以包括在上方和在下方两种取向。装置或组件可以以其他方式(旋转90度或以其他取向)进行定向，并且本文中所使用的空间相对描述也相应地解释。
另外，本技术方案还包括以下附记：
附记1.一种用于控制车辆操作的用户接口系统，包括：
具有正面和背面的印制电路板；
所述印制电路板包括顶层，所述顶层是导电的并且限定所述印制电路板的正面；
所述印制电路板的顶层包括蚀刻到所述顶层中的至少一个标记；
至少一个接近传感器，其被集成到所述印制电路板的正面中并且与所述至少一个标记对准，以用于检测与所述至少一个标记相邻的用户对象并且输出相应的检测信号；
所述印制电路板还包括在所述顶层下方的基层，所述基层至少部分地由光学透明材料形成并且限定所述印制电路板的背面；
至少一个发光器件，其被设置在所述至少一个标记的下方，用于选择性地照明所述基层的在所述至少一个标记的下方的光学透明材料，以照明所述至少一个标记；以及
控制器单元，其耦接至所述至少一个接近传感器和所述至少一个发光器件，并且被配置成对所述检测信号进行处理以用于控制所述车辆操作并且控制所述至少一个发光器件的选择性照明。
附记2.根据附记1所述的系统，还包括覆在所述印制电路板的背面上的反射器，用于将来自所述至少一个发光器件的光反射穿过所述印制电路板的所述基层并且到达所述至少一个标记。
附记3.根据附记2所述的系统，还包括支承所述反射器和所述印制电路板的后盖。
附记4.根据附记1所述的系统，还包括在所述印制电路板的背面上延伸的接地层，以用于减小电磁干扰。
附记5.根据附记1所述的系统，其中，所述至少一个发光器件包括多个发光器件，并且所述至少一个接近传感器包括多个接近传感器，并且所述多个接近传感器中的每一个与所述多个标记中的一个标记相关联并且与该一个标记对准。
附记6.根据附记1所述的系统，还包括至少半透明的贴花，所述贴花覆在所述印制电路板的正面上并且限定触摸表面。
附记7.根据附记1所述的系统，其中，所述至少一个发光器件是发光二极管。
附记8.根据附记1所述的系统，其中，所述印制电路板限定与所述至少一个发光器件相邻的至少一个光通道，用于引导来自所述至少一个发光器件的光通过所述印制电路板。
附记9.根据附记1所述的系统，其中，所述顶层是铜层。
附记10.根据附记1所述的系统，其中，所述至少一个接近传感器是电容电极。
附记11.一种用于控制车辆操作的键盘组件，包括：
印制电路板，其包括：顶层，顶层由导电材料形成、限定所述印制电路板的正面；以及设置在所述顶层下方的基层，所述基层至少部分地由光学透明材料形成、限定所述印制电路板的背面；
至少半透明的贴花，其覆在所述印制电路板的正面上并且限定触摸表面；
所述印制电路板包括蚀刻到所述顶层中的多个标记，其中，所述多个标记通过不存在所述导电材料而被限定；
所述印制电路板包括设置在所述印制电路板的背面上的多个发光器件，所述多个发光器件中的每一个与所述多个标记中的一个标记相关联，以用于选择性地照明所述基层的在所述多个标记中的相关联的一个标记的下方的光学透明材料，以照明所述多个标记中的所述一个标记；并且
所述印制电路板包括集成到所述印制电路板的正面中的多个电容电极，并且每个电容电极与所述多个标记中的一个标记对准并且与该一个标记相关联，以用于检测接触与所述多个标记中的所述一个标记相邻的、触摸表面的用户对象并且输出相应的检测信号。
附记12.根据附记11所述的键盘组件，其中，所述导电材料是铜。
附记13.根据附记11所述的键盘组件，还包括位于所述多个电容电极的下方的驱动屏蔽件，用于使寄生电容的影响最小化。
附记14.根据附记13所述的键盘组件，其中，所述驱动屏蔽件是所述顶层的一部分。
附记15.根据附记11所述的键盘组件，还包括位于所述印制电路板的正面上的至少一个辅助传感器。
附记16.根据附记15所述的键盘组件，其中，所述至少一个辅助传感器包括用于检测所述贴花的触摸表面上的水的存在的至少一个水传感器。
附记17.根据附记16所述的键盘组件，其中，所述至少一个辅助传感器被集成到所述多个电容电极中的至少一个中。
附记18.根据附记11所述的键盘组件，还包括在所述印制电路板的背面上延伸接地层，用于减小电磁干扰。
附记19.根据附记11所述的键盘组件，其中，所述多个发光器件是发光二极管。
附记20.根据附记11所述的键盘组件，其中，所述基层的光学透明材料是半透明玻璃增强环氧树脂层压材料。

Claims (10)

1.一种用于控制车辆操作的用户接口系统(214)，包括：
具有正面(250)和背面(252)的印制电路板(248)；
所述印制电路板(248)包括顶层(254)，所述顶层(254)是导电的并且限定所述印制电路板(248)的正面(250)；
所述印制电路板(248)的顶层(254)包括蚀刻到所述顶层(254)中的至少一个标记(256、258)；
至少一个接近传感器(264)，其被集成到所述印制电路板(248)的正面(250)中并且与所述至少一个标记(256、258)对准，以用于检测与所述至少一个标记(256、258)相邻的用户对象并且输出相应的检测信号；
所述印制电路板(248)还包括在所述顶层(254)下方的基层(268)，所述基层(268)至少部分地由光学透明材料形成并且限定所述印制电路板(248)的背面(252)；
至少一个发光器件(270)，其被设置在所述至少一个标记(256、258)的下方，用于选择性地照明所述基层(268)的在所述至少一个标记(256、258)的下方的光学透明材料，以照明所述至少一个标记(256、258)；以及
控制器单元(228)，其耦接至所述至少一个接近传感器(264)和所述至少一个发光器件(270)，并且被配置成对所述检测信号进行处理以控制车辆操作并且控制所述至少一个发光器件(270)的选择性照明。
2.根据权利要求1所述的系统(214)，还包括在所述印制电路板(248)的背面(252)上延伸的接地层(274)，用于减小电磁干扰。
3.根据权利要求1所述的系统(214)，还包括至少半透明的贴花(260)，所述贴花(260)覆在所述印制电路板(248)的正面(250)上并且限定触摸表面(262)。
4.根据权利要求1所述的系统(214)，其中，所述印制电路板(214)限定与所述至少一个发光器件(270)相邻的至少一个光通道(271)，用于引导来自所述至少一个发光器件(270)的光通过所述印制电路板(248)。
5.一种用于控制车辆操作的键盘组件(224)，包括：
印制电路板(248)，其包括：顶层(254)，所述顶层(254)由导电材料形成，限定所述印制电路板(248)的正面(250)；以及设置在所述顶层(254)下方的基层(268)，所述基层(268)至少部分地由光学透明材料形成，限定所述印制电路板(248)的背面(252)；
至少半透明的贴花(260)，其覆在所述印制电路板(248)的正面(250)上并且限定触摸表面(262)；
所述印制电路板(248)包括蚀刻到所述顶层(254)中的多个标记(256、258)，其中，所述多个标记(256、258)通过不存在所述导电材料而被限定；
所述印制电路板(248)包括设置在所述印制电路板(248)的背面(252)上的多个发光器件(270)，所述多个发光器件(270)中的每一个与所述多个标记(256、258)中的一个标记相关联，以用于选择性地照明所述基层(268)的在所述多个标记(256、258)中的相关联的一个标记的下方的光学透明材料，以照明所述多个标记(256、258)中的所述一个标记；并且
所述印制电路板(248)包括多个电容电极(264)，所述多个电容电极(264)集成到所述印制电路板(248)的正面中并且每个电容电极(264)与所述多个标记(256、258)中的一个标记对准并且与该一个标记相关联，以用于检测与所述多个标记(256、258)中的所述一个标记相邻的、接触触摸表面(262)的用户对象并且输出相应的检测信号。
6.根据权利要求5所述的键盘组件(224)，其中，所述导电材料是铜。
7.根据权利要求5所述的键盘组件(224)，还包括定位在所述多个电容电极(264)的下方的驱动屏蔽件(266)，用于使寄生电容的影响最小化。
8.根据权利要求5所述的键盘组件(224)，还包括位于所述印制电路板(248)的正面(250)上的至少一个辅助传感器(278)。
9.根据权利要求8所述的键盘组件(224)，其中，所述至少一个辅助传感器(278)包括用于检测所述贴花(260)的触摸表面(262)上的水的存在的至少一个水传感器(278)。
10.根据权利要求5所述的键盘组件(224)，其中，所述基层(268)的光学透明材料是半透明玻璃增强环氧树脂层压材料。
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