CN110431519B - 开关组件及使用方法 - Google Patents

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Abstract

各种实施方式包括开关组件，该开关组件包括壳体和至少两个印刷电路板(PCB)，所述印刷电路板设置在壳体内并且相对于彼此轴向布置。一个或多个力传感器设置在PCB之一上，并且在一些实施方式中，一个或多个力传感器接收由触摸覆盖板接收的力输入。处理来自力传感器的信号以确定力输入的大小、加速度和/或位置，并且触摸覆盖板接收触觉反馈响应。根据一些实施方式，触觉反馈响应基于力的大小、加速度和/或输入的位置。根据一些实施方式，轴向布置PCB减少了开关组件的占地面积并且允许在开关组件中包括更多电气部件。

Description

开关组件及使用方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年1月4日提交的美国临时专利申请No.62/442,306的优先权和权益，该临时专利申请通过引用完全并入本文并作为本申请的一部分。
背景技术
传统的电容式感应触摸屏技术，例如智能手机和平板设备中使用的那些技术，需要驾驶员的显著视觉介入，这对驾驶员来说分散注意力并且危及安全性。传统的机械开关和旋钮不太分散注意力，因为它们可以安全地使用而不需要驾驶员将他的眼睛从道路上移开，但是它们往往具有有限的灵活性，每个开关控制单个功能或特征。
因此，本领域需要一种开关组件，其在接收到驾驶员输入时向驾驶员提供足够的反馈，以避免分散驾驶员的注意力并且提供以最小的占地面积控制多个功能和/或车辆系统的能力。
附图说明
本发明的这些和其他特征、方面和优点将从以下描述和附图中所示的随附示例性实施例变得显而易见，这些实施例在下面简要描述。
图1示出了根据一个实施例的开关组件的立体图。
图2示出了图1中所示的开关组件的一部分的爆炸图。
图3示出了通过图1中的C-C线截取的部分组装的开关组件的横截面视图。
图4示出了图2中所示的触觉激励器的立体图。
图5示出了图1中所示的壳体的立体图。
图6示出了图2中所示的部分组装开关组件的立体图。
图7示出了图2中所示的第一PCB的第二表面的立体图。
图8示出了图2中所示的第二PCB的第二表面的立体图。
图9A示出了图2中所示的导光件的第二表面的立体图。
图9B示出了图2中所示的导光件的第一表面的立体图。
图9C示出了图2中所示的导光件的横截面视图。
图10A和10B示出了图2中所示的环形框架的立体图。
图11示出了图2中所示的膜的立体图。
图12示出了图1中所示的触摸覆盖板的第一表面的平面图。
图13示出了根据另一实施例的导光件的第一表面的立体图。
图14示出了根据一个实施例的电控制系统的框图。
图15示出了根据一个实施例的给布置在第二PCB上的处理器执行的存储在存储器上的指令的流程图。
图16示出了根据一个实施例的给布置在第一PCB上的处理器执行的存储在存储器上的指令的流程图。
图17示出了根据一个实施例的由力传感器感测的电阻和与每个电阻水平相关联的相应的力信号的曲线图。
图18A-18D示出了根据一个实施例的示例性触摸事件和对每个触摸事件的对应触觉响应。
图19A示出了根据另一实施例的开关组件的一部分的立体图。
图19B示出了图19A中所示通过D-D线截取的开关组件的一部分的横截面视图。
图19C示出了图19A中所示的开关组件的一部分的爆炸图。
图20A示出了根据另一实施例的开关组件的一部分的立体图。
图20B示出了图20A中所示的通过E-E线截取的开关组件的一部分的横截面视图。
图20C示出了图20A中所示的开关组件的一部分的爆炸图。
图20D示出了图20A中所示的开关组件的一部分的立体图。
详细说明
各种实施例包括开关组件，该开关组件包括壳体和至少两个印刷电路板(PCB)，该印刷电路板设置在壳体内并且相对于彼此轴向布置。一个或多个力传感器设置在其中一个PCB上，并且在一些实施例中，一个或多个力传感器接收由触摸覆盖板接收的力输入。处理来自力传感器的信号以确定力输入的大小，加速度和/或位置，并且触摸覆盖板接收触觉反馈响应。根据一些实施例，触觉反馈响应基于输入的力大小，加速度和/或位置。根据一些实施例，轴向布置PCB减少了开关组件的覆盖面，并允许在开关组件中包含更多电气元件。
下面根据附图详细描述各种实施例。
例如，图1-图12示出了根据一个实施例的开关组件。该开关组件100包括壳体102、第一印刷电路板(PCB)110、第二PCB112、导光件142、膜170、可选的触摸覆盖板195和环形框架180。
壳体102具有限定腔室108的第一壁104和第二壁106。该第二壁106从第一壁104的径向外边缘105轴向延伸，形成侧壁。该第二壁106的远侧边缘172限定了通向腔室108的开口。纵轴A-A延伸穿过腔室108的中心和第一壁104。
两个或更多个PCB在腔室108内彼此相邻轴向地布置。特别地，第一PCB 110设置在邻近第一壁104的腔室108内，并且第二PCB 112与腔室108内的第一PCB 110轴向相邻并以一定距离间隔开。第一电连接器114从第一PCB 110的第二表面116延伸，并且第二电连接器117从第二PCB 112的第一表面118延伸。这些电连接器114，117轴向对齐并耦合在一起，以允许PCB 110，112之间的电通信。第一PCB110还包括从第一PCB110的第一表面122延伸的第三电连接器120。例如，第三电连接器120与车辆通信总线电耦合。在所示的实施例中，第三电连接器120相对于第一电连接器114轴向布置，但是连接器120，114不是轴向对齐的。
然而，在其他实施例中，第三电连接器120与第一电连接器114轴向对齐。
壳体的第一壁104包括第一组一个或多个突起125，它们沿轴线A-A的方向向内延伸到腔室108中。第一PCB110的第一表面122设置在第一组一个或多个突起125的远侧表面125a上，使得第一表面122与第一壁104以一定距离间隔开。第一PCB 110限定开口124，并且第一组突起125限定与开口124轴向对齐的开口126。紧固件127通过各对对齐的开口124，126接合，以将第一PCB 110联接到突起125并防止第一PCB 110在腔室108内的相对移动。尽管示出了三个紧固件，但是可以选择更多或更少的紧固件。在其他实施例中，可以选择其他紧固装置。例如，其他紧固装置包括在壳体内的摩擦配合，按扣，夹子，铆钉，粘合剂或其他合适的紧固机构。
第二组突起128从第一壁104轴向向内延伸到腔室108中并且从第二壁106径向向内进入腔室108(例如，在垂直于轴线A-A并朝向轴线A-A的方向上)。第二组突起128彼此以一定距离间隔开。如图5所示，每个突起128包括第一肋条132和第二肋条134。每个肋条132，134包括联接到第二壁106的近侧边缘133和从近侧边缘133径向向内间隔到腔室108中的远侧边缘135。肋条132，134的远端边缘135相交并限定凸台136。突起125在突起128之间延伸，但是包括表面125a的表面平面在第一壁104和包括表面130的平面之间以一定距离轴向间隔开。第二PCB112的第一表面118设置在突起128的表面130上，使得限定在第二PCB112中的开口138与由凸台136限定的开口轴向对齐。紧固件137延伸穿过每对对齐的开口138，136，以将第二PCB 112联接到突起128，并防止第二PCB 112在腔室108内的相对移动。虽然示出了四个紧固件，但是可以选择更多或更少的紧固件。在其他实施例中，可以选择其他紧固装置。例如，其他紧固装置包括在壳体内的摩擦配合，按扣，夹子，铆钉，粘合剂或其他合适的紧固机构。
第一PCB 110具有外周边，该外周边成形为配合在腔室108内并且在第二组突起128之间，这允许第一PCB 110的第一表面122设置在突起125的表面125a上。第二PCB112也具有外周边，该外周边成形为配合在腔室108内，使得第二PCB112的第一表面118接合第二组突起128的肋条132，134。
多个力传感器140设置在第二PCB112的第二表面123上并且彼此以一定距离间隔开。力传感器140与相应的第一肋条132和/或第二肋条134轴向对齐。这种布置允许力沿z方向(即，沿中心纵向轴线AA)朝向力传感器140施加，并且突起128的表面130防止第二PCB112弯曲或弯曲，其中力传感器140是响应于施加的力耦合到第二PCB 112，从而防止力传感器140被损坏。当力传感器140接收到力时，突起128的表面130还防止第二PCB112相对于第一PCB110和壳体102的轴向移动。在一个实施例中，力传感器140包括微型机电感器(MEMS)，其提供与传感器接收的力的量相对应的输出信号。例如，MEMS力传感器能够检测具有小至2微米位移的力。
导光件142设置在腔室108内并包括第一表面144，与第一表面144相对并且与第一表面144以一定距离间隔开的第二表面143，以及在第一表面144和第二表面143之间延伸的侧边缘145。导光件142的第一表面144面对耦合到第二PCB 112的力传感器140。导光件142是由透明或半透明材料制成的板。例如，导光件142可包括刚性材料，如丙烯酸或聚碳酸酯材料。至少一个光源设置在第二PCB 112的第二表面123上。例如，在一些实施例中，光源包括发光二极管(LED)146，并且导光件142的侧边缘145径向地邻近LED 146设置。来自LED146的光行进通过导光件142的侧边缘145并从导光件142的第二表面143离开。利用该系统，单个光源或多个光源设置在导光件142的同一侧，相邻侧或相对侧，并且光被引向导光件142的第二表面143。然而，在其他实施例中，光可以通过导光件142的第一表面144进入导光件142。
在一些实施例中，导光件142的第二表面143，第一表面144和/或侧边缘145包括整体形成的微透镜以将光引导通过导光件142并从第二表面143引出。例如，图9C示出了在导光件142的第一表面144上的多个微透镜147，其包括突起和/或凹槽部分。在其他或进一步的实施例中，一个或多个光改变膜设置在导光件142的一个或多个导光件表面143，144和/或侧边缘145上。
在图9B所示的实施例中，导光件142的第一表面144包括从第一表面144轴向延伸的多个突起148。该突起148与第二PCB 112上的力传感器140轴向对齐。该突起148将由导光件142接收的力集中到力传感器140上。在一个实施例中，突起148与第一表面144整体地形成。然而，在其他实施例中，突起148可以单独形成并且联接到第一表面144。
在图13中所示的另一实施例中，导光件142'的第一表面144'是平面的，并且与导光件142'分开形成的力集中器设置在每个力传感器和导光件142'的第一表面144'之间。每个力集中器将由导光件142'接收的力传递到力集中器下方的相应力传感器。
触觉激励器160向用户提供触觉反馈。例如，根据一个实施例，触觉激励器160是扬声器(例如，无锥形音圈组件)，并且触觉输出是可听或不可听的声波，其通过沿着传播轴传播多个压力波来改变扬声器的输出表面附近的气压。传播轴垂直于输出表面161，并且在所示的实施例中，平行于中心轴A-A，其垂直于触摸板195的表面196，197延伸并穿过触摸板195的表面196，197。例如，在一些实施例中，传播轴可以与轴A-A同轴。在图1-12中所示的实施例中，触觉激励器160的输出表面161直接耦合到导光件142的第一表面144。因此，从输出表面161传播的至少一部分压力波被导向导光件142的第一表面144并被导光件142的第一表面144捕获，这导致导光件142在z方向上的振动或振荡。在这个实施例中，导光件142的第一表面144用作激励器160的反应表面。导光件142的振动传递到膜170和触摸板195。因此，触觉激励器160振动地耦合到触摸板195的内表面196，因为源自触觉激励器160的压力波在触摸板195上引起振动响应。在一些实施例中，触觉激励器160使用粘合剂162联接到导光件142的第一表面144。然而，在其他实施例中，可以使用其他合适的紧固机构。并且，在其他实施例中，触觉激励器160的输出表面161与导光件142轴向相邻地设置并且与导光件142的第一表面144以一定距离间隔开。此外，在一些实施例中，触觉激励器160邻近导光件142的第一表面144的中心部分设置。
如图4所示，触觉激励器160包括柔性电缆连接器164，其具有连接到触觉激励器160的第一端部166的第一端部165和连接到第二PCB 112的第一表面118的第二端部167。该柔性电缆连接器164最小化或消除从触觉激励器160到第二PCB112振动的传输，同时允许触觉激励器160电耦合到第二PCB112。在一个非限制性实施例中，柔性电缆连接器可以是零插入力(ZIF)型连接器。在替代实施例中，触觉激励器160利用导线耦合到第二PCB 112，该导线通过焊接或其他合适的耦合机构耦合到每个导线。
此外，第二PCB112限定开口163，触觉激励器160的输出表面161延伸穿过开口163以将输出表面161联接到导光件142的第一表面144。这种布置允许开关组件100的轴线A-A方向上的高度减小，增加触摸覆盖物195从触觉激励器160接收的能量，并减小传递到第二PCB 112的振动能量。然而，在其他实施例中，第二PCB112可以不限定开口163，并且触觉激励器160可以与第二PCB112的第二表面123以一定距离轴向间隔开，并且设置在导光件142的第一表面144和第二PCB 112的第二表面123之间。通过将触觉激励器160与第二PCB 112隔开，来自触觉激励器160的振动能量与第二PCB 112隔离，这允许更多的能量被导光件142接收。
柔性膜170在腔室108的至少一部分上延伸。柔性膜170的第一表面171面向导光件142的第二表面143，并且这些表面171，143的至少一部分联接在一起(例如，通过粘合)。多个柱173从壳体102的第二壁106的远端边缘172轴向延伸并且是在周向上彼此以一定距离间隔开。柔性膜170限定了邻近膜170的径向外边缘175的多个柱开口174。柱173通过膜170的相应柱开口174接合，以防止膜170在x-y平面(即，垂直于中心轴线A-A的平面)中移动。在一些实施例中，表面171，143在柱173通过开口174接合之前联接在一起。通过限制膜170向z方向的移动，膜170能够更有效地传递来自导光件142的振动，并且膜170可以防止施加在开关组件100上的力的x或y分量被传递到力传感器140，其防止由于剪切力而对力传感器140的损坏。膜170还可以防止流体或碎屑进入开关100。
在上述实施例中，隔膜170覆盖腔室108的开口，但是在其他实施例中，隔膜170可能仅覆盖腔室108的开口的一部分。
膜170由能够在z方向上共振的柔性材料形成。例如，膜170可以由聚合材料(例如，聚酯，聚碳酸酯)，薄金属片或其他合适的柔性材料制成。此外，用于膜170的材料的刚度可以基于期望的共振量和考虑到入射在膜170上的载荷来选择。
触摸覆盖板195具有第一表面196和第二表面197。触摸覆盖板195的第一表面196的至少中心部分201联接到膜170的第二表面198，并且触摸覆盖板195的第二表面197面向与第一表面196相反的轴向方向，并接收来自用户的力输入。例如，在一个实施例中，膜170的第二表面198和触摸覆盖板195的第一表面196的中心部分201粘附在一起。
在一些实施例中，触摸覆盖板195的第二表面197的至少一部分的纹理不同于开关组件100相邻的车辆的部分，以允许用户识别触摸覆盖板195在车辆中的何处而无需寻找它。并且，在一些实施例中，如图3所示，第二表面197包括非平面表面。例如，非平面表面的轮廓可以基于组件的各种应用来定制和/或便于用户定位第二表面197而不必寻找它。
在一些实施例中，图标设置在触摸覆盖板195上，并且离开导光件142的第二表面143的光穿过膜170和触摸覆盖板195上的图标以照亮图标。例如，通过在粘合地连接到触摸覆盖板195的片材上提供图标，可以容易地为每个车辆制造商定制图标，并且有效地制造开关组件100。
在一些实施例中，柔性膜170响应于经由导光件142从触觉激励器160接收振动能量而在z方向上振荡，并且该振荡被传递到触摸覆盖板195以向用户提供触觉反馈。此外，通过选择一起具有一定刚度的导光件142，膜170和触摸覆盖板195，可以调节开关组件100的触觉响应。
此外，为了将导光件142和触摸覆盖板195的振动与壳体102和PCB 110，112隔离并且确保导光件142和触摸覆盖板195不绕中心轴线AA旋转，根据一些实施例，采用互锁机构来联接导光件142和触摸覆盖板195。例如，如图3，6，9A，11和12所示，导光件142的第二表面143限定第二组突起157，该第二组突起157远离第二表面143轴向延伸。第二组突起157包括两个或多个突起，并且突起157彼此以一定距离间隔开。突起157设置在导光件142的侧边缘145的径向内侧并与其相邻。柔性膜170限定开口158，突起157延伸穿过开口158。并且，触摸覆盖板195的第一表面196限定了轴向延伸到第一表面196中的凹槽部分159。突起157的远端延伸并位于凹槽部分159内。如图9A和12所示的实施例中，在触摸覆盖板195中限定有四个凹槽部分159和从导光件142的第二表面143延伸的三个突起157。具有一个或多个另外的凹槽部分159允许部件标准化，使得它们可以用在车辆的不同区域(例如，左侧或右侧)。然而，在其他实施例中，互锁机构可包括一个或多个突起和凹槽部分。
在一些实施例中，触摸覆盖板195的一部分或全部由透明或半透明材料组成，以允许光穿过触摸覆盖板195。例如，触摸覆盖板195可包括一片透明的波状玻璃。可以使用其他透明或半透明材料，包括其他晶体材料或塑料，例如聚碳酸酯。在一些实施例中，触摸覆盖板195的一侧(第二侧197)的波状性质允许用户围绕他们的手指移动以找到正确的按钮位置，而不必启动超过力阈值的切换。
环形框架180包括环形壁181和侧壁182，该侧壁182从邻近环形壁181的外径向边缘183轴向延伸。环形壁181包括内径向边缘184，该内径向边缘184限定具有中心轴线B-B的开口185。环形壁181还在内径向边缘184和外径向边缘183之间限定一个或多个柱开口186。环形框架180联接到壳体102的第二壁106。当联接在一起时，侧壁182的内表面187邻近第二壁106的外表面107设置。邻近膜170的外径向边缘175的膜170的一部分设置在环形壁181和第二壁106的远端边缘172之间。柱173通过限定在隔膜170中并在环形壁181的相应柱开口186内的开口174接合，以防止环形框架180在相对于壳体102的x-y平面移动。当联接时，环形框架180的轴线B-B与壳体102的轴线A-A同轴。在所示的实施例中，膜170的外径向边缘175的至少一部分在第二壁106的远侧边缘172上折叠并且设置在侧壁突起157的内表面187之间，当环形框架180联接到壳体102时，该侧壁突起157设置在环形壁181的内径向边缘184的径向内侧。
紧固件开口188限定在环形壁181中，并且紧固件开口177由壳体102的第二壁106限定。紧固件189通过对齐的开口对188，177接合，以将环形框架180联接到壳体102。例如，在如图1-12所示的实施例中，环形壁181包括径向延伸部181a，该径向延伸部181a从壁181径向向外延伸并限定紧固件开口188。并且，径向延伸部106a从壁106径向向外延伸并限定紧固件开口177。然而，在其他实施例中，环形框架180使用其他紧固机构联接到壳体102。例如，在一些实施例中，环形框架180经由穿过环形框架180的侧壁182和壳体102的第二壁106的外表面107延伸的紧固件联接到壳体102。在其他实施例中，环形框架180使用摩擦配合、按扣、夹子、铆钉、粘合剂或其他合适的紧固机构联接到壳体102。
在某些实施例中，一个或多个弹簧设置在环形框架180的环形壁181和导光件142之间，以将导光件142推向第二PCB 112的第二表面123。通过在固定地连接到壳体102的环形壁181和导光件142之间设置一个或多个弹簧，一个或多个弹簧预加载力传感器140。例如，一个或多个弹簧可以将力传感器预加载到1N到5N之间。在一个非限制性示例中，一个或多个弹簧将力传感器预加载到2.8N。例如，在如图1-12所示的实施例中，弹簧包括在环形壁181的第一表面205和导光件142的第二表面143之间延伸的螺旋弹簧190。轴向凹槽206限定在由导光件142的第二表面143和导光件142的侧边缘145限定的凹槽部分207中。凹槽部分207具有在朝向导光件142的第一表面144的方向上与导光件142的第二表面143以一定距离轴向间隔开的表面。向内径向延伸部204从环形壁181的内径向边缘184径向向内延伸。根据一些实施例，向内径向延伸部204还限定轴向凹槽306。由向内径向延伸部204限定的轴向凹槽306与由导光件142限定的轴向凹槽206轴向对齐，并且每个弹簧190的端部位于相应轴向对齐的向内径向延伸部204的轴向凹槽306和导光件142的轴向凹槽206中，以防止螺旋弹簧190在x-y平面内移动。此外，膜170限定弹簧凹槽178，该弹簧凹槽178从膜170的外径向边缘175径向向内延伸，并且该弹簧190延伸穿过凹槽178并与膜170的外径向边缘175以一定距离间隔开，从而如此不干扰膜170的振荡。
在如图19A-19C所示的实施例中，弹簧是板簧290。该板簧290包括中心部分291和支柱部分292a，292b。支柱部分292a，292b从中心部分291沿周向延伸并从中心部分291径向向内延伸。导光件242的第二表面243包括多个柱293，其远离第二表面243轴向延伸，并且膜270限定开口279，柱293延伸穿过开口279。每个板簧290的中心部分291联接到环形框架280的环形壁281的第一表面255，并且支柱部分292a，292b接合柱293的远端294。当组装时，包括环形壁281的第一表面255的平面轴向地位于包括柱293的远端294的平面和包括导光件242的第二表面243的平面之间，板簧290的中心部分291联接到该平面。因此，板簧290的支柱部分292a，292b朝向导光件242偏置并且朝向第二PCB 112推动导光件242的第一表面244。应当理解，柱293可以与导光件242分开形成，或者它们可以与导光件242整体地形成。
图19B还示出了第二组突起257，其类似于在图3，6，9A，11和12所示的第二组突起157，其远离导光件242的第二表面243轴向延伸。第二组突起257包括三个突起，并且突起257彼此以一定距离间隔开。突起257设置在导光件242的侧边缘245的径向内侧并与其相邻。与上述突起157类似，突起257延伸穿过膜中的开口并延伸到由触摸覆盖物的第一表面限定的凹槽部分中。
图20A-图20D示出了根据另一实施例的板簧390。在该实施例中，板簧390包括中心部分391和支柱部分392a，392b，该支柱部分392a，392b从中心部分391沿周向延伸并从中心部分391径向向内延伸。每个支柱部分392a，392b还包括具有顶点394的弧形部分393，该顶点394位于与包括中心部分391的平面以一定距离间隔开的平面内。中心部分391连接到环形壁381的第一表面355，并且每个弧形部分393的顶点394邻接导光件342的第二表面343。弧形部分393保持导光件342的第二表面343与环形壁381的第一表面355之间的最小轴向间距。
板簧390的至少一部分联接到环形框架380。环形壁381的内径向边缘384包括一个或多个弹性凸片375，该弹性凸片375从内径向边缘384沿第一方向(即，在远离环形壁381的第一表面355并垂直于环形壁381的第一表面355的方向上)轴向延伸。每个弹性凸片375具有肩部376，该肩部376从凸片375朝向环形壁381的第一表面355径向向外延伸。每个肩部376与环形壁381的第一表面355以一定距离轴向间隔开。环形框架380的侧壁382还包括一个或多个凸片378，该凸片378从侧壁382的内表面383径向向内延伸。一个或多个凸片378与环形壁381的第一表面355以一定距离轴向间隔开。环形壁381的第一表面355包括一个或多个突起379，该突起379从第一表面355沿第一方向轴向延伸。板簧390的中心部分391的径向外边缘331在凸片378和环形壁381的第一表面355之间轴向地被推动，并且中心部分391的径向内边缘332被推动靠在弹性凸片375上，这导致弹性凸片375在板簧390经过肩部376时径向向内弯曲，并设置在肩部376和环形壁381的第一表面355之间。而且，每个弧形部分393的凹形表面定位成轴向朝向环形壁381的第一表面355，使得顶点394背向第一表面355。板簧390限定一个或多个开口377，该开口377与一个或多个突起379对齐，并且当边缘331，332设置在凸片375，378和环形壁381的第一表面355之间时，突起379延伸穿过开口377。凸片375，378将板簧390轴向和径向地保持在环形框架380附近，并且通过开口377接合的突起376防止板簧390相对于环形框架380周向移动。
在其他实施例中，板簧290，390与环形框架280，380的一部分包覆成型在其中心部分291，391上。并且，在一些实施例中，弹簧290，390可以粘附，扣合或以其他方式紧固到环形框架280，390。
此外，根据各种实施例，板簧290，390可包括弹簧钢板。
如上所述，触摸覆盖板195的中心部分201设置在由环形壁181的内径向边缘184限定的开口185内，并且连接到膜170。如图12所示，触摸覆盖板195的第一表面196限定邻近触摸覆盖板195的外径向边缘200的凹槽部分199。凹槽部分199和第一表面196的中心部分201的外径向边缘202还限定了多个凹槽203(或开槽)，该凹槽203从中心部分201的第一表面196轴向延伸到环形凹槽部分199，并且从外径向边缘202径向向内延伸。为了防止触摸覆盖板195接触环形框架180，凹槽203与环形框架180的环形壁181的径向延伸部204径向向内以一定距离间隔开。此外，环形凹槽部分199的表面与中心部分201的表面之间的距离TT大于环形壁181的厚度TA(在z方向或轴向方向上测量)。并且，触摸覆盖板195的第二表面197的直径(或宽度WT)大于环形壁181的直径(或宽度WA)，使得从触摸覆盖板195的第二表面197的视角观察组件100时，触摸覆盖板195隐藏环形壁181。
在一些实施例中，例如上述那些，壳体102的第二壁106的远端边缘172，环形框架180，导光件142和触摸覆盖板195的外径向边缘200通常是圆形的。然而，在其他实施例中，开关组件的这些部分可以具有非圆形形状，例如三角形，矩形或其他合适的多边形形状。
在其他实施例中，开关组件仅包括一个PCB，力传感器设置在该PCB上。在这样的实施例中，操作开关所需的电路安装于一个PCB上。
此外，在其他实施例中，开关组件可以仅包括一个PCB和一个力传感器，适用于需要来自一个力传感器(非位置特定的输出)输出的应用。
在一些实施例中，上述开关组件可安装在车辆内。例如，开关组件可安装到方向盘上，例如安装在方向盘的斜面或轮毂上，用于控制各种车辆系统。在其他示例中，开关组件可安装到车门，变速杆，仪表板或车辆的任何部分，其中可以提供输入并用于控制一个或多个车辆系统。
例如，在一些实施例中，例如上述那些，壳体连接到车辆中的装饰件而不是车辆的框架或支撑部分，其将来自触觉激励器的振动与车辆的其他部分隔离。这种布置还允许装饰件的边缘和组件的外边缘之间的间隙最小化，因为装饰件可随组件移动。为了将壳体连接到装饰件(或车辆的其他部分)，从第二壁的外表面径向向外延伸的凸台208与开关组件所连接的车辆部分附近限定的开口对齐。紧固件通过对齐的开口接合，以将组件固定到车辆上。
图14示出了根据一个实施例的电控制系统500的框图。电控制系统500可以包括计算单元506，系统时钟508和通信硬件512。在其最基本的形式中，计算单元506包括处理器522和设置在第二PCB 112上的系统存储器523。处理器522可以是标准可编程处理器，其执行电控制系统500的操作所必需的算术和逻辑操作。处理器522可以被配置为执行在有形的计算机可读介质中编码的程序代码。例如，处理器522可以执行存储在系统存储器523中的程序代码，系统存储器523可以是易失性或非易失性存储器。可以包含在非暂时性计算机可读介质中的存储器523存储用于由处理器522执行的指令。系统存储器523仅是有形计算机可读介质的一个示例。在一个方面，计算单元506可以被认为是诸如软件的集成设备。有形计算机可读介质的其他示例包括软盘，CD-ROM，DVD，硬盘驱动器，闪存或任何其他机器可读存储介质，其中当程序代码被加载到机器中并由机器执行时，例如处理器522，532，机器成为用于实施所公开的主题的装置。此外，处理器522与力传感器140电通信。在一些实施例中，系统500还包括与处理器522和一个或多个车辆系统电通信的收发器。并且，在一些实施例中，系统500还包括功率放大器530，该功率放大器530与处理器522和触觉激励器160电连通。
然而，在其他实施例中，系统500包括两个或更多个处理器和/或存储器，并且处理器和/或存储器可以设置在第一和/或第二PCB上。并且，在其他实施例中，组件包括一个或多个PCB，一个或多个力传感器，一个或多个存储器和一个或多个处理器设置在该PCB上。
以上参考根据本发明的实施例的方法，装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各方面。应当理解的是，流程图和/或框图的每个框以及流程图和/或框图中框的组合可以由计算机程序指令实施。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机，专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生机器，使得指令通过计算机的处理器或其他可编程数据处理设备执行，以创建用于实现在流程图和/或框图块或多个块中指定的功能/动作的设备。
这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可以指示计算机，其他可编程数据处理设备或其他设备以特定方式运行，使得存储在计算机可读介质中的指令产生指令，其包括实现在流程图和/或框图块或多个块中指定的功能/动作的指令。
计算机程序指令还可以被加载到计算机，其他可编程数据处理设备或其他设备上，以使得在计算机，其他可编程设备或其他设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现过程，使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图和/或框图块或多个块中指定的功能/动作的过程。
图15示出了根据一个实施例的存储在第一存储器523中以供第一处理器522执行的指令的流程图。指令使第一处理器522：(1)从一个或多个力传感器140中的每一个接收信号，该信号与每个力传感器140接收的力相关联，如步骤1102所示，(2)确定与所接收的力信号相关联的力大小和/或x，y位置，如步骤1104所示，以及(3)将力大小和/或x，y位置传送到设置在第一PCB110上的第二处理器532，如步骤1106所示。具有紧邻第一处理器522的力传感器140降低了信号中噪声的可能性，该第一处理器522初始处理来自力传感器140的信号。
图16示出了存储在第二存储器533中以供第二处理器532执行的指令的流程图。存储在第二存储器533中的指令使第二处理器532：(1)从第一处理器522接收力大小和/或x，y位置，如步骤1202所示，(2)识别与力大小和/或x，y位置关联的触觉反馈响应，如步骤1204所示，(3)将触觉反馈响应传送到触觉激励器160，如步骤1206所示，以及(4)传送x，y位置和/或力大小到另一个车辆系统，如步骤1208所示。根据一个实施例的开关组件100可以配置为控制多达32个功能。
力传感器140各自接收施加到触摸覆盖物195的力的一部分，并且由每个传感器140接收的力被第一处理器522处理以确定施加的力的位置和大小。力的位置由每个力传感器140接收的力的部分和它们相对于彼此的已知位置确定。例如，在如图17所示的实施例中，每个传感器140接收的力(在x轴上示出)与电阻(在y轴上示出)相关联。施加力的位置在一个维度(例如，x维度或y维度)或两个维度(例如，x和y方向或平面)上测量，并且力的大小在z方向上测量。在如图1-12所示的实施例中，其具有四个力传感器140，力的位置由从每个传感器140接收的力信号的四角形确定。在进一步或替代的实施例中，力的位置通过使用三个力传感器的三角测量来确定。例如，如果四个力传感器140中的一个在操作期间发生故障，则使用从其余三个传感器140接收的力信号通过三角测量来确定位置。
开关组件100还感测在特定位置施加力的时间。例如，存储器523可以存储处理参数，例如指出已经接收到输入信号的力随时间的一系列值。系统可以忽略在该范围之外接收的输入作为与开关组件100的无意接触。例如，输入范围的上限可以是在20秒或更短的时间施加10N的力。此外，开关组件100还可以设置用于将输入区域(例如，2.5N)锁定在力输入的位置周围的力阈值和用于在输入区域内接收的用于启用系统100的力的第二更高阈值(例如，3N)。在2015年4月9日公开的美国专利申请公开No.2015/0097791和No.2015/0097795中提供了力阈值和虚拟输入区域的附加描述，其包括在本申请的附录中。
响应于所施加满足输入参数的力的大小，位置和/或持续时间，开关组件100产生响应于检测到的力的触觉和/或听觉反馈信号。例如，触觉和/或听觉反馈信号可以与所接收的力成比例。如图18A-D所示，每个触摸事件(例如，图18A中所示的触摸，图18B中所示的抬起，图18C中所示的串列结束，以及图18D中所示的按下)由不同的用户交互发起(例如，不同的力值和/或触摸的持续时间)，并且因此可以触发提供给用户的不同的触觉和/或听觉输出反馈。示例性的触觉和/或听觉反馈信号响应在2015年4月9日公开的美国专利申请公开No.2015/0097794和2015/0097793中描述，其均包含在本申请的附录中。
附图示出了以垂直方向观察的开关组件，其中中心纵向轴线A-A垂直定向。然而，附图中所示的方向不应限制开关组件如何在车辆内定向。例如，在各种实施例中，开关组件设置在车辆中，使得中心纵向轴线A-A是水平的或者具有相对于地面的水平分量。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不意图限制本发明。如本文所用，单数形式“一”，“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征，整数，步骤，操作，元件和/或组件的存在，但不排除存在或者添加一个或多个其他特征，整数，步骤，操作，元件，组件和/或其组。
以下权利要求中的相应结构，材料，动作和所有方法或步骤加功能元件的等同物旨在包括用于结合具体要求保护的其他要求保护的元件执行功能的任何结构，材料或动作。已经出于说明和描述的目的给出了对本发明的描述，但是并不旨在穷举或将本发明限于所公开的形式。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理和实际应用，并且使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例，其具有适合于预期的特定用途的各种修改。

Claims (39)

1.一种开关组件，包括：
壳体，其具有限定腔室的一个或多个壁；
第一PCB，其设置在所述腔室内，第一PCB具有面向第一轴向的第一平面表面和面向第二轴向的第二平面表面，第二轴向与第一轴向相对；
第二PCB，其靠近所述第一PCB设置，所述第二PCB具有沿着第一轴向面向第一PCB的第二平面表面的第一平面表面以及面向第二轴向的第二平面表面，所述第二PCB包括设置在第二平面表面上的一个或多个力传感器；
至少一个轴向向内和/或径向向内延伸到所述腔室中的凸起，所述凸起固定联接于所述壳体，所述凸起的表面轴向设置于所述第一PCB的第二平面表面与所述第二PCB的第一平面表面之间，
柔性膜，所述柔性膜具有在所述第一轴向上朝向所述第二PCB的第二平面表面的第一表面；以及
触摸覆盖板，所述触摸覆盖板具有面向所述第一轴向的第一表面和面向所述第二轴向的第二表面，其中所述触摸覆盖的所述第一表面板联接到柔性膜的第二表面，柔性膜的第二表面面向第二轴向；
其中：
所述第二PCB的第一平面表面的至少一部分与所述凸起的表面接合，并且
所述第一PCB和所述第二PCB电联接在一起。
2.根据权利要求1所述的开关组件，其中所述壳体的所述一个或多个壁包括相对于所述第一轴向和第二轴向正交式延伸的第一壁以及从所述第一壁在所述第二轴向上延伸的第二壁，其中所述至少一个凸起从所述第一壁轴向延伸和/或从所述第二壁径向延伸到所述腔室中。
3.根据权利要求1或2所述的开关组件，其中，所述一个或多个力传感器包括多个力传感器，所述多个力传感器彼此分离并且彼此间隔开，并且所述至少一个凸起的表面包括多个支撑表面，所述多个支撑表面每个与相应的力传感器轴向对齐。
4.根据权利要求1或2所述的开关组件，其中所述第二PCB包括与第一存储器电连通的第一处理器，所述第一存储器存储由所述第一处理器执行的指令，其中指令使所述第一处理器：
接收来自所述一个或多个力传感器中的每一个力传感器的信号，所述信号与由每个力传感器接收的力相关联，
确定与接收到的力信号相关联的力大小和/或x，y位置，以及
传递所述力大小和/或x，y位置到设置在所述第一PCB上的第二处理器。
5.根据权利要求4所述的开关组件，其中设置在所述第一PCB上的所述第二处理器与第二存储器电连通，所述第二存储器存储由所述第二处理器执行的指令，其中：
存储在所述第二存储器上的指令使所述第二处理器：
从所述第一处理器接收所述力大小，
识别与所述力大小相关联的触觉反馈响应，以及
将所述触觉反馈响应传送给触觉激励器。
6.根据权利要求5所述的开关组件，其中存储在所述第二存储器上的指令还使所述第二处理器：
从所述第一处理器接收x，y位置，以及
将所述x，y位置和/或所述力大小传送到另一车辆系统。
7.根据权利要求1或2中任一项所述的开关组件，还包括邻近所述第二PCB的第二平面表面设置的导光件，所述导光件具有面向第一轴向的第一表面和面向第二轴向的第二表面。
8.根据权利要求7所述的开关组件，还包括光源，所述光源设置在与所述导光件相邻的所述第二PCB的第二平面表面上。
9.根据权利要求8所述的开关组件，其中，所述光源包括LED，并且所述LED邻近所述导光件的边缘设置。
10.根据权利要求7所述的开关组件，其中，所述导光件的所述第一表面包括在所述第一轴向方向上从所述导光件的所述第一表面延伸的力集中器，其中所述力集中器与所述力传感器轴向对齐，并将施加在所述导光件的第二表面上的力传递给所述力传感器。
11.根据权利要求7所述的开关组件，其中柔性膜的第一表面邻近导光件的第二表面设置。
12.根据权利要求7所述的开关组件，还包括触觉激励器，其中所述第二PCB限定开口，并且所述触觉激励器的至少一部分延伸穿过所述开口并且邻近所述导光件的第一表面设置。
13.根据权利要求12所述的开关组件，其中，所述触觉激励器直接粘附于所述导光件的第一表面。
14.根据权利要求1或2所述的开关组件，其中：
所述壳体的所述一个或多个壁包括与所述第一轴向和所述第二轴向正交延伸的第一壁以及从所述第一壁沿着第二轴向延伸的第二壁，所述第二壁具有与所述第一壁轴向间隔开的远端边缘，
多个柱沿所述第二轴向从所述第二壁的远端边缘延伸并且周向地彼此间隔开，
所述柔性膜限定多个开口，并且
所述壳体的柱延伸穿过由柔性膜限定的多个开口。
15.根据权利要求1或2所述的开关组件，还包括具有环形壁和侧壁的环形框架，所述环形壁具有外径向边缘和内径向边缘，所述内径向边缘限定开口，所述开口具有延伸穿过所述开口的中心轴线，并且所述环形框架的侧壁从环形壁的邻近环形壁的外径向边缘向平行于中心轴线的方向延伸，其中所述环形框架邻近壳体的第二壁的远端边缘联接，使得所述柔性膜的外径向边缘设置在所述环形框架和所述壳体的第二壁之间。
16.根据权利要求15所述的开关组件，其中所述柔性膜的外径向边缘在所述壳体的第二壁的远端边缘上折叠，并且设置在所述环形框架的侧壁的内表面和所述壳体的第二壁的外表面之间。
17.根据权利要求16所述的开关组件，其中，所述环形框架的环形壁在所述环形壁的外径向边缘和内径向边缘之间限定多个柱开口，所述柱开口与从所述壳体的第二壁的远端边缘延伸的相应柱轴向对齐，并且相应的柱至少部分地延伸穿过所述环形壁的多个柱开口。
18.根据权利要求17所述的开关组件，其中，所述环形框架静态地联接到所述壳体的第二壁，并且所述开关组件还包括一个或多个弹簧，所述一个或多个弹簧设置在导光件的第二表面和环形框架的环形壁之间，所述一个或多个弹簧将所述导光件向第二PCB推动，以预加载力传感器。
19.根据权利要求18所述的开关组件，其中：
由柔性膜限定的多个开口包括柱开口，
柔性膜还限定在柱开口的径向内侧的多个弹簧开口，并且
一个或多个弹簧包括螺旋弹簧，所述螺旋弹簧延伸穿过所述导光件和环形框架的环形壁之间的弹簧开口。
20.根据权利要求19所述的开关组件，其中所述环形框架的环形壁限定一个或多个环形壁凹槽，并且所述导光件的第二表面限定一个或多个导光件凹槽，其中各对所述环形壁凹槽和所述导光件向凹槽轴向对齐，每个螺旋弹簧在各对环形壁凹槽和导光件凹槽之间延伸。
21.根据权利要求18所述的开关组件，其中，所述导光件包括从所述导光件的第二表面轴向延伸的至少两个柱，所述导光件柱在所述环形框架的环形壁的内径向壁的径向向内设置，并且一个或多个弹簧包括一个或多个板簧，每个板簧具有中心部分和两个支柱部分，所述中心部分设置在所述环形框架的环形壁和导光件的第二表面之间，以及所述支柱部分从中心部分沿周向延伸并从中心部分径向向内延伸并接合相应导光件柱的远端，其中包括每个板簧的中心部分的第一平面设置在包括相应导光件柱的远端的第二平面和包括导光件的第二表面的第三平面之间。
22.根据权利要求18所述的开关组件，其中，所述一个或多个弹簧包括一个或多个板簧，每个板簧具有中心部分和两个支柱部分，所述中心部分设置在所述环形框架的所述环形壁和所述导光件的第二表面之间，并且所述支柱部分从中心部分沿周向并径向向内延伸，其中每个支柱部分包括弧形部分，所述弧形部分具有在第一平面内的顶点，所述第一平面与包括中心部分的第二平面间隔开，每个弧形部分的顶点邻接导光件的第二表面。
23.根据权利要求1所述的开关组件，其中，所述触摸覆盖板的第一表面粘附到所述柔性膜的第二表面。
24.根据权利要求1或2所述的开关组件，其中，所述第一PCB具有从所述第一PCB的第二表面延伸的第一电连接器，所述第二PCB具有从所述第二PCB的第一表面延伸的第二电连接器，并且第一PCB的第一电连接器和第二PCB的第二电连接器彼此接合以电连接所述第一PCB和所述第二PCB。
25.根据权利要求1或2所述的开关组件，其中，第一PCB具有从第一PCB的第一表面延伸的第三电连接器，所述第三电连接器电联接到与车辆总线电连通的电连接器。
26.根据权利要求25所述的开关组件，其中第一PCB的第三电连接器不与第一PCB的第一电连接器轴向对齐。
27.根据权利要求1或2所述的开关组件，其中，所述开关组件能够安装到车辆的方向盘组件。
28.根据权利要求1或2所述的开关组件，其中，所述壳体包括从所述一个或多个壁中的其中一个的外表面延伸的至少一个凸台，所述至少一个凸台静态地联接到车辆中的装饰件。
29.一种开关组件，包括：
壳体，其具有限定腔室的一个或多个壁，所述一个或多个壁包括与延伸通过所述腔室的轴向正交地延伸的第一壁以及从第一壁沿轴向延伸的第二壁，所述第二壁具有与第一壁轴向间隔开的远端边缘，
至少一个从所述第一壁轴向向内延伸到所述腔室中的凸起；
多个柱，其沿轴向方向远离所述第二壁的远端边缘延伸，并且所述多个柱彼此周向间隔开，
第一PCB，其设置在壳体的腔室内的，其中所述第一PCB的第一表面面向第一壁，并且所述第一PCB的第二表面面向远离第一壁和第一表面的相反的轴向方向，并且其中至少一个力传感器设置在所述第一PCB的第二表面上；以及
柔性隔膜，其具有外径向边缘并限定多个开口，所述多个开口与外径向边缘径向向内间隔开并靠近所述外径向边缘，
其中所述多个柱延伸穿过由柔性隔膜限定的多个开口。
30.根据权利要求29所述的开关组件，还包括环形框架，所述环形框架具有环形壁和至少一个侧壁，所述环形壁具有内径向边缘和外径向边缘，并且所述环形框架的至少一个侧壁靠近环形壁的外径向边缘从环形壁延伸，环形壁的内径向边缘限定开口，
其中：
柔性膜的一部分设置在壳体的第二壁的远端边缘和环形框架的环形壁之间，
以及
所述第一PCB上的至少一个力传感器，其设置在环形框架的环形壁的内径向边缘的径向内侧。
31.根据权利要求30所述的开关组件，其中，至少一个LED设置在所述第一PCB的第二表面上，并且所述开关组件还包括导光件，所述导光件设置在所述柔性膜和所述第一PCB的第二表面之间。
32.根据权利要求31所述的开关组件，其中，所述导光件具有面向第一轴向的第一表面和面向第二轴向的第二表面，所述开关组件还包括触觉激励器，所述触觉激励器邻近所述导光件的第一表面设置在导光件的周边内，所述触觉激励器使导光件和柔性膜在z方向上振动。
33.根据权利要求32所述的开关组件，还包括触摸覆盖板，所述触摸覆盖板具有面向所述第一轴向的第一表面和面向所述第二轴向的第二表面，其中所述触摸覆盖板的所述第一表面与柔性膜的第二表面联接，柔性膜的第二表面面向第二轴向。
34.根据权利要求33所述的开关组件，其中所述触摸覆盖板的第一表面粘附到所述柔性膜的第二表面。
35.根据权利要求30至34中任一项所述的开关组件，其中，所述柔性膜包括聚合物材料。
36.根据权利要求30至34中任一项所述的开关组件，还包括第二PCB，所述第二PCB设置在所述壳体的第一壁和所述第一PCB之间，其中所述第一PCB和所述第二PCB电耦合在一起。
37.根据权利要求36所述的开关组件，其中所述第一PCB和所述第二PCB经由从面向所述第一PCB和所述第二PCB的表面延伸的电连接器电耦合。
38.根据权利要求30至34中任一项所述的开关组件，其中，所述开关组件能够安装到车辆的方向盘组件。
39.根据权利要求30至34中任一项所述的开关组件，其中，所述壳体包括从所述一个或多个壁中的其中一个的外表面延伸的至少一个凸台，所述至少一个凸台静态地联接到车辆中的装饰件。
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