CN116409261A - 开关控制装置和方向盘 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及开关控制装置和方向盘。该开关控制装置包括触控面板和设置在触控面板下方的显示器，触控面板包括由透明或半透明材料构成的显示部，使得显示器的至少一部分透过显示部可见，其中，触控面板包括触摸板和设置在触摸板下方的触控传感器，触摸板包括沿着开关控制装置的纵向彼此层叠设置的覆盖件和支撑件，支撑件包括触摸部和减薄部，触摸部沿着开关控制装置的纵向与触控面板的显示部彼此位置对应，减薄部环绕触摸部的外周缘设置，并且减薄部的厚度小于触摸部的厚度，使得触摸部能够绕减薄部而沿着开关控制装置的纵向上下震荡。本发明能够提供开关控制装置与方向盘轮缘的无缝连接，以防止灰尘或湿气进入开关控制装置。
Description
技术领域
本发明涉及汽车配件的技术领域，具体地，涉及开关控制装置和以及包括该开关控制装置的方向盘。
背景技术
随着汽车科技的快速进步，方向盘作为汽车的重要人机界面，为了集成喇叭、娱乐系统音量增减和模式切换、行车电脑控制、巡航控制、档位控制等功能，通常会考虑在方向盘上安装基于显示器的开关控制装置。这种开关控制装置能够接收用户输入并且向驾驶员提供足够的反馈，以避免分散驾驶员的注意力，并且能够以最小的占地面积控制多个功能和/或车辆系统。
但是，考虑到在将上述开关控制装置嵌入方向盘轮缘时，开关控制装置与位于其周围的方向盘轮缘的部分之间存在间隙，而该间隙的尺寸在组装时难以控制，导致组装难度增加。同时，灰尘可能经由该间隙进入方向盘轮缘的内侧，这将不利地影响开关控制装置的使用寿命。
因此，期望一种结构简单、组装容易且密封性能得以改善的开关控制装置和方向盘。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够解决以上问题的开关控制装置和以及包括该开关控制装置的方向盘，其能够提供与方向盘轮缘的无缝连接，以防止灰尘或湿气进入开关控制装置。
根据本发明的实施例，提供了一种开关控制装置，其包括触控面板和设置在触控面板下方的显示器，触控面板包括由透明或半透明材料构成的显示部，使得所述显示器的至少一部分透过所述显示部可见，其中，所述触控面板包括触摸板和设置在所述触摸板下方的触控传感器，所述触摸板包括沿着所述开关控制装置的纵向彼此层叠设置的覆盖件和支撑件，所述支撑件包括触摸部和减薄部，所述触摸部沿着所述开关控制装置的纵向与所述触控面板的显示部彼此位置对应，所述减薄部环绕所述触摸部的外周缘设置，并且所述减薄部的厚度小于所述触摸部的厚度，使得所述触摸部能够绕所述减薄部而沿着开关控制装置的纵向上下震荡。
根据本发明的优选实施例，所述支撑件还包括主体部，其环绕所述减薄部的外周缘设置，所述主体部的厚度大于所述触摸部的厚度。
根据本发明的优选实施例，所述减薄部在其下表面上形成有环形凹槽，并且所述环形凹槽中设有多个增强肋，所述多个增强肋沿着所述环形凹槽的周向间隔设置。
根据本发明的优选实施例，所述开关控制装置还包括固定连接到所述显示器的力传感器和触觉激励器，所述力传感器和触觉激励器经由所述显示器振动地联接到所述触控面板。
根据本发明的优选实施例，所述显示器的下表面形成有自所述下表面沿所述开关控制装置的纵向延伸的凸起，所述力传感器支撑在所述凸起中。
根据本发明的优选实施例，所述显示器的下表面形成有自所述下表面沿所述开关控制装置的纵向延伸的安装支架，所述安装框架与所述触觉激励器形状相适配，以容纳并固定所述触觉激励器。
根据本发明的优选实施例，所述开关控制装置还包括印刷电路板，所述力传感器和所述触觉激励器分别电连接到所述印刷电路板，而所述印刷电路板弹性地连接到所述显示器。
根据本发明的优选实施例，在所述显示器与所述印刷电路板之间设有弹性连接件，所述弹性连接件包括从所述显示器的下表面沿着所述开关控制装置的轴向延伸的支撑柱，以及设置在所述印刷电路板上并且与所述支撑柱位置对应以供所述支撑柱插入的支撑垫，所述支撑垫由弹性材料制成。
根据本发明的优选实施例，所述开关控制装置还包括背罩，其连接到所述触摸板，并且和所述触摸板共同形成腔室，以容纳所述印刷电路板、所述力传感器和所述触觉激励器。
根据本发明的另一实施例，提供了一种方向盘，其包括轮缘以及上述的开关控制装置，其中，所述开关控制装置的所述触摸板与所述轮缘的装饰件一体化形成。
因此，根据本发明的实施例，触摸板通常与方向盘上的装饰件一体化形成，由此可以实现开关控制装置与方向盘轮缘的无缝连接，以防止灰尘或湿气进入开关控制装置而影响其使用寿命。而且，仅利用触摸板的减薄部就可以实现触控面板沿着开关控制装置纵向的上下震荡，这样无需额外地为触控面板设置悬挂部件，从而可以简化整体结构。此外，将力传感器和触觉激励器直接固定到显示器上，不但可以减少额外支架的设置，同时还可以减少开关控制装置的封装高度，从而占用较小的方向盘内部空间。
附图说明
下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。在附图中，相同的符号标示相同的元件，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的方向盘的结构示意图；
图2示出了沿图1中的A-A线所剖切的示意性剖视图；
图3示出了根据本发明的实施例的方向盘在移除气囊模组20后的结构示意图；
图4示出了沿图3中的B-B线所剖切的示意性剖视图；
图5示出了根据本发明的实施例的触控面板以及显示器的示意性局部剖视图；
图6示出了根据本发明的实施例的触摸板的底部结构示意图；
图7示出了沿图6中的C-C线所剖切的示意性剖视图；以及
图8示出了根据本发明的实施例的力传感器以及触觉激励器的安装结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图描述根据本发明的方向盘的具体实施方式。下面的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，本发明不限于所描述的优选实施例，本发明描述的各个实施例既可以单独使用，也可以任意组合，本发明的保护范围由权利要求书限定。
此外，空间相关术语(诸如“上”、“下”、“外”、“内”等)用于描述附图所示的元件与另一个元件的相对位置关系。因此，空间相关术语可以应用到使用时与附图所示的方向不同的方向中。显然，虽然为了易于说明，所有这些空间相关术语指的是附图所示的方向，但是本领域技术人员能够理解可以使用与附图中所示的方向不同的方向。
图1示出了根据本发明的实施例的方向盘100的结构示意图，图2示出了沿图1中的A-A线所剖切的示意性剖视图，图3示出了根据本发明的实施例的方向盘100在移除气囊模组20后的结构示意图，图4示出了沿图3中的B-B线所剖切的示意性剖视图。如图1至图4所示，根据本发明的方向盘100包括方向盘轮缘10、气囊模组20和如下所述的开关控制装置30。开关控制装置30例如嵌入到方向盘轮缘10中，用于方便用户控制各种车辆系统。示例性地，方向盘100可以包括两个开关控制装置30，两个开关控制装置30可以相对于气囊模组20对称设置，这有利于用户的双手操作。
下面将参考图2至图8来详细描述根据本发明的实施例的开关控制装置30，其中，图5示出了根据本发明的实施例的触控面板以及显示器的示意性局部剖视图，图6示出了根据本发明的实施例的触摸板的底部结构示意图，图7示出了沿图6中的C-C线所剖切的示意性剖视图，而图8示出了根据本发明的实施例的力传感器以及触觉激励器的安装结构示意图。
如图2和图4所示，根据本发明的实施例的开关控制装置30包括触控面板、显示器33、力传感器34、触觉激励器35、印刷电路板36以及背罩37。
触控面板可以包括显示部31A，该显示部31A大体上位于触控面板的中央位置，并且例如由透明或半透明材料(例如，玻璃、晶体材料或塑料如碳酸聚酯等)形成，由此能够使位于触控面板下方的显示器33至少部分地可见。
触控面板包括触摸板31和设置在触摸板31下方的触控传感器32，其中，触控传感器32固定连接到触摸板31的下表面。示例性地，触控传感器32经由透明的粘合剂(例如光学透明粘胶剂，OCA)粘接到触摸板31，并且能够根据用户施加到触摸板31上表面的触控操作来产生触控操作信号。因此，触控面板能够识别用户的触控操作，而触控操作可以包括滑动操作和按压操作中的至少一者。触摸板31经由第一侧壁38和第二侧壁39固定连接到背罩37，由此形成容纳触控传感器32、显示器33、力传感器34、触觉激励器35和印刷电路板36的腔室P。如图4所示，第一侧壁38和第二侧壁39的各自上端部固定连接到触摸板31的下表面，而其各自下端部固定连接到背罩37。但是，应理解，本发明并不限于此，第一侧壁38和第二侧壁39可以与背罩37一体化形成。
如图5所示，触摸板31包括彼此层叠设置的覆盖件311和支撑件312，其中，覆盖件311盖设在支撑件312的上方，并且包括沿着开关控制装置30的纵向(图2和图4中的Z方向)自上而下依次设置的UV固化层311A、透光基层311B、以及油墨层311C。UV固化层311A设置在触摸板31的最上层，其用以覆盖和保护位于其下方的透光基层311B和油墨层311C。透光基层311B可以由允许来自显示器33的光线经过的透光材料或半透光材料制成，这些材料包括但不限于：聚对苯二甲酸(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及ABS树脂等。透光基层311B的厚度通常在0.05～0.5mm的范围内。油墨层311C包括允许来自显示器33的光线经过的透光部和不允许来自显示器33的光线经过的挡光部。其中，透光部可以例如由白色油墨形成，其构成了触控面板的显示部31A，而挡光部可以例如由黑色油墨形成，并且围绕透光部的周缘设置，由此其能够保证触摸板31具有黑色的外观。在其他实施例中，挡光部也可以由除了黑色油墨之外的不透光油墨形成。
支撑件312包括自其中心朝向边缘依次设置的触摸部312A、减薄部312B和主体部312C，即减薄部312B设置在触摸部312A与主体部312C之间。触摸部312A大体上位于支撑件312的中心位置处，并且沿着开关控制装置30的纵向与触控面板的显示部31A(即油墨层311C的透光部)彼此位置对应。即，触摸部312A设置在油墨层311C的透光部的下方，优选地，设置在油墨层311C的透光部的正下方。而触控传感器32经由透明的粘合剂固定连接到触摸部312A。示例性地，触摸部312A的面积大于触控面板的显示部31A的面积，即大于油墨层311C的透光部的面积。
减薄部312B环绕触摸部312A的周缘设置，并且减薄部312B的厚度小于触摸部312A的厚度，使得触摸部312A能够绕减薄部312B而沿着开关控制装置30的纵向上下震荡。示例性地，减薄部312B例如具有0.5mm的厚度，而触摸部312A具有例如0.8mm的厚度。减薄部312B由触摸部312A的下表面朝支撑件312的上表面凹陷而成，因此减薄部312B在其下表面上形成有凹槽313，该凹槽313呈环形(如图6所示)，并且可以具有1.2mm的宽度。利用减薄部312B来实现触控面板沿着开关控制装置30纵向的上下震荡，可以无需额外地为触控面板设置悬挂部件，从而可以简化整体结构，使其组装变得更加容易。
此外，由于触摸部312A绕减薄部312B上下震荡，因此支撑件312容易在减薄部312B处发生断裂，为了增加减薄部312B的耐久性，凹槽313中设有增强件314，增强件314可以在凹槽313中设置在远离触摸部312A的一侧。增强件314具有例如呈楔形的横截面。但是，在其他实施例中，增强件314可以具有例如梯形或扇形的横截面。如图6所示，增强件314的数目可以是多个，该多个增强件314可以间隔地设置在环形凹槽313中。
主体部312C环绕在减薄部312B的外侧，即设置在减薄部312B的相对于触摸部312A的一侧，并且主体部312C的厚度大于触摸部312A的厚度，例如，主体部312C具有例如2.5mm的厚度，这可以在触摸部312A绕减薄部312B上下震荡的过程中确保支撑件312具有足够的刚性。主体部312C可以与位于开关控制装置30周围的其他支撑件固定联结或者形成为一体。图5示意性地示出了主体部312C的仅一部分，而实际上，主体部312C也可以如图7所示的剖视图所示，这可以根据开关控制装置的设置位置来决定。
根据本发明的实施例，触摸板31通常与方向盘轮缘10上的装饰件一体化形成，由此可以不但可以有利于开关控制装置30的组装，而且还可以实现开关控制装置30与方向盘轮缘10的无缝连接，以防止灰尘或湿气进入开关控制装置30而影响其使用寿命。
显示器33设置在触控传感器32下方，并且固定连接到触控传感器32。示例性地，显示器33经由透明的粘合剂(例如光学透明粘胶剂，OCA)固定连接到触控传感器32的下表面。然而，在其他实施例中，显示器33可以经由螺钉等紧固件固定连接到触控传感器32上。此外，显示器33可以通过电连接器(图8中为附图标记44)电连接到印刷电路板36，从而可以实现两者之间的电气通信。
显示器33可以允许通过不同的触控操作而从同个开关获得多种用途。作为非限制性示例，显示器33可编程为根据车辆模式显示不同的按钮功能。例如，显示器33可以显示一级菜单和/或二级菜单。一级菜单可以包括车辆状态类别，例如能耗状态、驾驶状态、车辆外的环境信息、电池状态、里程状态、轮胎信息、多媒体、历史故障、行车功率、导航信息等，二级菜单可以包括车辆状态信息，例如当前车速、当前电池参数、巡航速度、当前行驶方向等。示例性地，二级菜单可以为各一级菜单对应的详细信息。例如，进入驾驶状态菜单后，显示驾驶状态菜单对应的当前车速菜单，二级菜单显示对应一级菜单的详细信息。可以理解的是，一级菜单和二级菜单的具体内容可以根据客户需求设置。
如图2所示。力传感器34固定地连接到显示器33上，并且由印刷电路板36支撑。由此，力传感器34可以接收用户施加在触摸板31上的按压操作的压力，并且根据该压力生成压力操作信号。如图5所示，显示器33的下表面包括从下表面轴向延伸的凸起41。凸起41可以将力传感器34支撑在印刷电路板36上。凸起41将显示器33接收到的按压操作的压力集中到力传感器34上。示例性地，凸起41与显示器33的下表面一体地形成。然而，在其它实施方式中，凸起41可单独形成并固定联接到显示器33的下表面。力传感器34包括微电子-机械传感器(MEMS)，其提供与力传感器34接收的力的大小相对应的输出信号。例如，MEMS力传感器34能够以小至2微米的位移检测到力。此外，力传感器34可以电连接到印刷电路板36，由此将生成的压力操作信号输出给印刷电路板36。
触觉激励器35固定地连接到显示器33上。具体而言，显示器33的下表面包括从下表面轴向延伸的安装支架42，该安装支架42可以与触觉激励器35的形状相适配，以用于容纳并固定触觉激励器35。优选地，安装支架42可以围绕触觉激励器35的四周设置，从而也可以起到保护触觉激励器35的效果。示例性地，安装支架42与显示器33的下表面一体地形成。然而，在其它实施方式中，安装支架42可单独形成并固定联接到显示器33的下表面。但是，本发明并不限于此，例如可以使用粘合剂将触觉激励器35联接到显示器33的下表面。
此外，触觉激励器35还电连接到印刷电路板36(未示出)，并且根据力传感器34输出的压力操作信号向用户提供触觉反馈。例如，触觉激励器35可以是扬声器(例如无芯音圈组件，coneless voice coil assembly)，并且触觉输出是通过沿着传播轴线传播多个力波来改变扬声器输出表面附近的空气力的人耳能察觉或不能察觉的声波。传播轴线垂直于触觉激励器35的输出表面，并且在所示的实施方式中，传播轴线平行于触觉激励器35的纵向，其垂直地延伸到并穿过触摸板31的表面。例如，在某些实施方式中，传播轴线可以与触觉激励器35的纵向同轴。如图1所示，触觉激励器35的输出表面直接联接到显示器33的下表面。因此，从输出表面传播的力波的至少一部分被引导朝向显示器33的下表面，由此可以引起显示器33在Z方向上的振动或振荡，继而可以引起触控传感器32以及触摸板31在Z方向上的振动或振荡。在该实施例中，显示器33的下表面用作触觉激励器35的反应表面，而显示器33的振动可以传递到触控传感器32和触摸板31。因此，触觉激励器35振动地联接到触摸板31的下表面，因此源自触觉激励器35的力波在触摸板31上诱导振动响应，以向用户提供触觉反馈。
印刷电路板36完全地容纳在腔室P内。具体而言，印刷电路板36支撑在背罩37上，并且印刷电路板36的周边分别抵靠到第一侧壁38和第二侧壁39，由此可以防止印刷电路板36在腔室P内的相对移动。印刷电路板36例如可以采用摩擦配合、卡扣、夹子、铆钉、粘合剂或其他合适的紧固机构固定连接到背罩37、第一侧壁38和第二侧壁39中的至少一者上。
此外，印刷电路板36弹性地连接到显示器33，使得触控面板以及显示器33能够相对于印刷电路板36沿开关控制装置30的纵向(即图1中的Z方向)振动或震荡。也就是说当用户对触摸面板施加按压操作或者当触觉激励器35被激活时，触摸面板和显示器33一起沿开关控制装置30的纵向向上或向下移位，而印刷电路板36则因连接到背罩37而保持不动。
示例性地，如图2和图8所示，印刷电路板36与显示器33之间设有弹性连接件43。该弹性连接件43包括从显示器33的下表面轴向延伸的支撑柱431，和设置在印刷电路板36上与支撑柱431位置对应可供支撑柱431插入的支撑垫432。支撑柱431包括靠近显示器33的下表面设置的连接段和远离显示器33的下表面设置且连接于连接段的插入段，插入段的直径小于连接段的直径。支撑垫432可以由弹性材料制成，并且具有沿着其纵向贯穿自身的通孔，支撑柱431的插入段可以至少部分地插入到该通孔中，而直径较大的连接段可以作为插入段的限位件，以防止插入段在显示器33相对于印刷电路板36沿开关控制装置30的纵向振动或震荡过程中触碰到印刷电路板36，从而可以起到保护印刷电路板36的作用。优选地，插入部具有渐细的尖端，这样有利于容易地将支撑柱431插入到通孔中。如图2所示，支撑垫432包括圆筒部和连接于圆筒部的法兰部，法兰部连接到印刷电路板36上，而通孔贯穿圆筒部和法兰部两者。图8示出了四个弹性连接件43，其大体上分别位于显示器33的下表面的四个角落并且距显示器33的边缘间隔一段距离。但是，在其他实施例中，弹性连接件43的数目并不限于四个，例如可以少于四个，也可以多于四个，这可以根据显示器33的尺寸大小等因素来决定。
因此，根据本发明的实施例，触摸板31通常与方向盘100上的装饰件一体化形成，由此可以实现开关控制装置30与方向盘轮缘10的无缝连接，以防止灰尘或湿气进入开关控制装置30而影响其使用寿命。而且，开关控制装置30仅利用触摸板31的减薄部312B就可以实现触控面板沿着开关控制装置纵向的上下震荡，这样无需额外地为触控面板设置悬挂部件，从而可以减少零部件数量，简化整体结构。此外，将力传感器34和触觉激励器35直接固定到显示器33上，不但可以减少用于安装力传感器34和触觉激励器35的额外支架，同时还可以减少开关控制装置100的封装高度，从而使其占用较小的方向盘内部空间。
如前所述，尽管说明中已经参考附图对本发明的示例性实施例进行了说明，但是本发明并不限于上述具体实施方式，本发明的保护范围应当由权利要求书及其等同含义来限定。
Claims (10)
1.一种开关控制装置(30)，其包括触控面板和设置在触控面板下方的显示器(33)，触控面板包括由透明或半透明材料构成的显示部(31A)，使得所述显示器(33)的至少一部分透过所述显示部(31A)可见，其中，
所述触控面板包括触摸板(31)和设置在触摸板(31)下方的触控传感器(32)，所述触摸板(31)包括沿着所述开关控制装置(30)的纵向彼此层叠设置的覆盖件(311)和支撑件(312)，所述支撑件(312)包括触摸部(312A)和减薄部(312B)，所述触摸部(312A)沿着所述开关控制装置(30)的纵向与所述触控面板的显示部(31A)彼此位置对应，所述减薄部(312B)环绕所述触摸部(312A)的外周缘设置，并且所述减薄部(312B)的厚度小于所述触摸部(312A)的厚度，使得所述触摸部(312A)能够绕所述减薄部(312B)而沿着开关控制装置(30)的纵向上下震荡。
2.根据权利要求1所述的开关控制装置(30)，其中，
所述支撑件(312)还包括主体部(312C)，其环绕所述减薄部(312B)的外周缘设置，所述主体部(312C)的厚度大于所述触摸部(312A)的厚度。
3.根据权利要求1所述的开关控制装置(30)，其中，
所述减薄部(312B)在其下表面上形成有环形凹槽(313)，并且所述环形凹槽(313)中设有多个增强肋(314)，所述多个增强肋(314)沿着所述环形凹槽(313)的周向间隔设置。
4.根据权利要求1所述的开关控制装置(30)，还包括：
所述开关控制装置(30)还包括固定连接到所述显示器(33)的力传感器(34)和触觉激励器(35)，所述力传感器(34)和触觉激励器(35)经由所述显示器(33)振动地联接到所述触控面板。
5.根据权利要求1所述的开关控制装置(30)，其中，
所述显示器(33)的下表面形成有自所述下表面沿所述开关控制装置(30)的纵向延伸的凸起(41)，所述力传感器(34)支撑在所述凸起上。
6.根据权利要求1所述的开关控制装置(30)，其中，
所述显示器(33)的下表面形成有自所述下表面沿所述开关控制装置(30)的纵向延伸的安装支架(42)，所述安装框架(42)与所述触觉激励器(35)形状相适配，以容纳并固定所述触觉激励器(35)。
7.根据权利要求1所述的开关控制装置(30)，还包括：
印刷电路板(36)，所述力传感器(34)和所述触觉激励器(35)分别电连接到所述印刷电路板(36)，而所述印刷电路板(36)弹性地连接到所述显示器(33)。
8.根据权利要求7所述的开关控制装置(30)，其中，
在所述显示器(33)与所述印刷电路板(36)之间设有弹性连接件(43)，所述弹性连接件(43)包括从所述显示器(33)的下表面沿着所述开关控制装置(30)的轴向延伸的支撑柱(431)，以及设置在所述印刷电路板(36)上并且与所述支撑柱位置对应以供所述支撑柱插入的支撑垫(432)，所述支撑垫(432)由弹性材料制成。
9.根据权利要求4所述的开关控制装置(30)，还包括：
背罩(37)，其连接到所述触摸板(31)，并且和所述触摸板(31)共同形成腔室(P)，以容纳所述印刷电路板(36)、所述力传感器(34)和所述触觉激励器(35)。
10.一种方向盘(100)，其包括轮缘(10)以及上述的开关控制装置(30)，其中，所述开关控制装置(30)的所述触摸板(31)与所述轮缘(10)的装饰件一体化形成。
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