DE102016106860A1

DE102016106860A1 - Näherungsschalteranordnung mit Signaldriftunterdrückung und Verfahren

Info

Publication number: DE102016106860A1
Application number: DE102016106860.8A
Authority: DE
Inventors: Pietro Buttolo; Stuart C. Salter; James Stuart Rankin; Dipanjan Ghosh
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2016-04-13
Publication date: 2016-11-10
Also published as: CN106059556B; CN106059556A

Abstract

Es werden eine Näherungsschalteranordnung und ein Verfahren zur Erkennung von Aktivierung einer Näherungsschalteranordnung offenbart. Das Verfahren umfasst Schritte des Erzeugens von Aktivierungsfeldern mit einer Mehrzahl von Näherungssensoren, die mit einer Mehrzahl von Näherungsschaltern assoziiert sind, Überwachens der Amplitude eines Signals, das in Reaktion auf jedes der Aktivierungsfelder erzeugt wird, Subtrahierens des kleinsten Signals von jedem der anderen Signale und Bestimmens von Aktivierung eines der Mehrzahl von Näherungsschaltern basierend auf den subtrahierten Signalen. Außerdem werden eine Näherungssensoranordnung und ein Verfahren zur Unterdrückung von Rauschen für eine Mehrzahl von Näherungssensoren offenbart, das ein Subtrahieren des kleinsten Signals von jedem von anderen Signalen, die mit einer Mehrzahl von Näherungssensoren assoziiert sind, und Bestimmen von Aktivierung eines der Mehrzahl von Näherungssensoren basierend auf den subtrahierten Signalen umfasst.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine Teilfortsetzung der am 20. Dezember 2012 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 13/721,886 mit dem Titel „PROXIMITY SWITCH ASSEMBLY AND ACTIVATION METHOD USING RATE MONITORING“, die eine Teilfortsetzung der am 11. April 2012 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 13/444,374 mit dem Titel „PROXIMITY SWITCH ASSEMBLY AND ACTIVATION METHOD“ ist. Die zuvor erwähnten verwandten Anmeldungen werden hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Schalter, und sie betrifft insbesondere Näherungsschalter mit einer verbesserten Schalteraktivierungsbestimmung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Kraftfahrzeuge sind typischerweise mit verschiedenen, von einem Benutzer betätigbaren Schaltern ausgestattet, wie beispielsweise Schaltern zum Betreiben von Einrichtungen, darunter elektrischen Fensterhebern, Scheinwerfern, Scheibenwischern, Sonnen- oder Schiebedächern, Innenbeleuchtung, Radio- und Infotainmenteinrichtungen und verschiedenen anderen Einrichtungen. Im Allgemeinen müssen diese Arten von Schaltern von einem Benutzer betätigt werden, um eine Einrichtung zu aktivieren oder deaktivieren oder irgendeine Art von Steuerfunktion auszuführen. Näherungsschalter, wie beispielsweise kapazitive Schalter, setzen einen oder mehrere Näherungssensoren ein, um ein Erfassungsaktivierungsfeld zu erzeugen und Änderungen am Aktivierungsfeld zu erfassen, die eine Benutzerbetätigung des Schalters anzeigen, die typischerweise von einem Finger eines Benutzers in unmittelbarer Nähe zum oder in Kontakt mit dem Schalter bewirkt wird. Kapazitive Schalter sind typischerweise so konfiguriert, dass sie Benutzerbetätigung des Schalters basierend auf einem Vergleich des Abtastaktivierungsfeldes mit einer Schwelle erkennen.
Schalteranordnungen setzen häufig eine Mehrzahl von kapazitiven Schaltern in unmittelbarer Nähe zueinander ein und erfordern im Allgemeinen, dass ein Benutzer einen einzelnen gewünschten kapazitiven Schalter auswählt, um den beabsichtigen Vorgang durchzuführen. Bei einigen Anwendungen, wie beispielsweise bei Verwendung in einem Kraftfahrzeug, weist der Fahrer des Fahrzeugs aufgrund der Ablenkung des Fahrers eine begrenzte Fähigkeit auf, die Schalter zu sehen. Bei solchen Anwendungen ist es wünschenswert, es dem Benutzer zu ermöglichen, die Schalteranordnung nach einer spezifischen Taste abzusuchen, während eine vorzeitige Schalteraktivierungsbestimmung vermieden wird. Es ist daher wünschenswert, zu unterscheiden, ob der Benutzer beabsichtigt, einen Schalter zu aktivieren, oder nur nach einer spezifischen Schaltertaste sucht, während er sich auf eine Aufgabe höherer Priorität, wie beispielsweise Fahren, konzentriert, oder nicht die Absicht hat, einen Schalter zu aktivieren.
Kapazitive Schalter können unter Verwendung der Dünnfilmtechnologie hergestellt werden, wobei eine leitfähige Tinte, die mit einem Lösungsmittel gemischt ist, gedruckt und ausgehärtet wird, um ein elektrisches Schaltungslayout zu erreichen. Kapazitive Schalter können durch Kondensation beeinträchtigt werden. Zum Beispiel können Kondensationsänderungen bei sich ändernder Feuchtigkeit das kapazitive Signal ändern. Die Kondensationsänderung kann genügen, um eine Fehlaktivierung auszulösen.
Elektrische Drift der Sensorsignalen kann durch elektromagnetische Interferenz und interne Drift verursacht werden, die durch Wechselwirkungen interner Komponenten herbeigeführt wird, was typischerweise sehr schnell vor sich geht. Die Größe solch einer elektrischen Drift kann vom Schaltungsdesign und der Stärke und Frequenz der Störstrahlung abhängen. Die verhältnismäßig schnelle Änderung des Signals aufgrund von elektromagnetischer Interferenz und interner Drift, welche das kapazitive elektrische Feld stören, kann die Fähigkeit der kapazitiven Sensoren und Schalter, korrekt zu funktionieren, beeinträchtigen.
Demgemäß ist es wünschenswert, eine Näherungsschalteranordnung bereitzustellen, welche die Verwendung von Näherungsschaltern durch eine Person, wie beispielsweise einen Fahrer eines Fahrzeugs, verbessert. Es ist ferner wünschenswert, eine Näherungsschalteranordnung bereitzustellen, welche Fehlaktivierungen aufgrund von Umgebungsänderungen, wie beispielsweise Kondensationsereignissen, elektromagnetischer Interferenz und interner Drift, verringert oder verhindert.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Aktivierung einer Näherungsschalteranordnung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte des Erzeugens von Aktivierungsfeldern mit einer Mehrzahl von Näherungssensoren, die mit einer Mehrzahl von Näherungsschaltern assoziiert sind, und Überwachens der Amplitude eines Signals, das in Reaktion auf jedes der Aktivierungsfelder erzeugt wird. Das Verfahren umfasst außerdem die Schritte des Subtrahierens des kleinsten Signals von jedem der anderen Signale und Bestimmens von Aktivierung eines der Mehrzahl von Näherungsschaltern basierend auf den subtrahierten Signalen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Näherungsschalteranordnung bereitgestellt. Die Näherungsschalteranordnung umfasst eine Mehrzahl von Näherungsschaltern, die jeweils einen Näherungssensor zum Bereitstellen eines Erfassungsaktivierungsfeldes umfassen. Die Näherungsschalteranordnung umfasst außerdem Steuerschaltungsanordnung, die das Aktivierungsfeld jedes Näherungsschalters verarbeitet, um Aktivierung zu erfassen. Die Steuerschaltungsanordnung überwacht die Amplitude eines Signals, das in Reaktion auf jedes der Aktivierungsfelder erzeugt wird, subtrahiert das kleinste Signal von jedem der anderen Signale und bestimmt Aktivierung eines der Mehrzahl von Näherungsschaltern basierend auf den subtrahierten Signalen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Unterdrückung von Rauschen für eine Mehrzahl von Näherungssensoren bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte des Erzeugens von Aktivierungsfeldern mit der Mehrzahl von Näherungssensoren, Überwachens der Amplitude eines Signals, das in Reaktion auf jedes der Aktivierungsfelder erzeugt wird, Subtrahierens des kleinsten Signals von jedem der anderen Signale und Bestimmens von Aktivierung eines der Mehrzahl von Näherungssensoren basierend auf den subtrahierten Signalen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Näherungssensoranordnung bereitgestellt. Die Näherungssensoranordnung umfasst eine Mehrzahl von Näherungssensoren, die jeweils ein Erfassungsaktivierungsfeld bereitstellen, und Steuerschaltungsanordnung zum Verarbeiten des Aktivierungsfeldes jedes Näherungssensors, um Aktivierung zu erfassen. Die Steuerschaltungsanordnung überwacht die Amplitude eines Signals, das in Reaktion auf jedes der Aktivierungsfelder erzeugt wird, subtrahiert das kleinste Signal von jedem der anderen Signale und bestimmt Aktivierung eines der Mehrzahl von Näherungssensoren basierend auf den subtrahierten Signalen.
Diese und andere Aspekte, Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind für Fachleute bei Prüfung der vorliegenden Spezifikation, der Ansprüche und der beiliegenden Zeichnungen nachvollziehbar und ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen ist
1 eine perspektivische Ansicht eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs mit einer Dachkonsole mit einer Näherungsschalteranordnung gemäß einer Ausführungsform;
2 eine vergrößerte Ansicht der Dachkonsole und der Näherungsschalteranordnung, die in 1 dargestellt sind;
3 eine vergrößerte Querschnittansicht entlang der Linie III-III von 2, die eine Reihe von Näherungsschaltern in Bezug auf einen Finger eines Benutzers darstellt;
4 eine schematische Darstellung eines kapazitiven Sensors, der in jedem der kapazitiven Schalter eingesetzt wird, die in 3 dargestellt sind;
5 ein Blockdiagramm, das die Näherungsschalteranordnung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
6 ein Graph, der die Signalzählung für einen Kanal veranschaulicht, der mit einem kapazitiven Sensor assoziiert ist, und ein Aktivierungsbewegungsprofil darstellt;
7 ein Graph, der die Signalzählung für zwei Kanäle veranschaulicht, die mit den kapazitiven Sensoren assoziiert sind, und ein Such-/Sondier-Gleitbewegungsprofil darstellt;
8 ein Graph, der die Signalzählung für einen Signalkanal veranschaulicht, der mit den kapazitiven Sensoren assoziiert ist, und ein Profil langsamer Aktivierungsbewegung darstellt;
9 ein Graph, der die Signalzählung für zwei Kanäle veranschaulicht, die mit den kapazitiven Sensoren assoziiert sind, und ein Profil schneller Such-/Sondier-Gleitbewegung darstellt;
10 ein Graph, der die Signalzählung für drei Kanäle, die mit den kapazitiven Sensoren assoziiert sind, in einem Such-/Sondiermodus veranschaulicht und eine Aktivierung bei konstantem Druck auf der Spitze gemäß einer Ausführungsform darstellt;
11 ein Graph, der die Signalzählung für drei Kanäle, die mit den kapazitiven Sensoren assoziiert sind, in einem Such-/Sondiermodus veranschaulicht und eine Aktivierung bei konstantem Druck bei Signalabfall unter die Spitze gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt;
12 ein Graph, der die Signalzählung für drei Kanäle, die mit den kapazitiven Sensoren assoziiert sind, in einem Such-/Sondiermodus veranschaulicht und einen erhöhten konstanten Druck auf eine Kontaktfläche zum Aktivieren eines Schalters gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt;
13 ein Graph, der die Signalzählung für drei Kanäle, die mit den kapazitiven Sensoren assoziiert sind, in einem Suchmodus veranschaulicht und einen erhöhten konstanten Druck und Auswahl einer Kontaktfläche basierend auf dem erhöhten konstanten Druck gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt;
14 ein Zustandsdiagramm, das fünf Zustände der mit einer Zustandsmaschine implementierten kapazitiven Schalteranordnung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
15 ein Flussdiagramm, das eine Routine zum Ausführen eines Verfahrens zur Aktivierung eines Schalters der Schalteranordnung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
16 ein Flussdiagramm, das die Verarbeitung der Schalteraktivierung und Schalterfreigabe veranschaulicht;
17 ein Flussdiagramm, das Logik zum Wechseln zwischen den Kein-Schalter- und Schalter-aktiv-Zuständen veranschaulicht;
18 ein Flussdiagramm, das Logik zum Wechseln vom aktiven Schalterzustand in den Kein-Schalter- oder Schalterschwellenzustand veranschaulicht;
19 ein Flussdiagramm, das eine Routine zum Wechseln zwischen den Schalterschwellen- und Schaltersondierzuständen veranschaulicht;
20 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren mit virtueller Taste veranschaulicht, das den Schaltersondierzustand implementiert;
21 ein Graph, der die Signalzählung für einen Signalkanal veranschaulicht, der mit einem kapazitiven Sensor assoziiert ist, der Kondensationseffekte erfährt;
22 ein Graph, der die Signalzählung für einen Signalkanal, der mit einem kapazitiven Sensor assoziiert ist, unter Einsatz von schwellenbasierter Ratenüberwachung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
23 ein Flussdiagramm, das eine Routine zum Ausführen von Ratenüberwachung zum Ermöglichen der Aktivierung eines Näherungsschalters gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
24A ein Graph, der die Signalzählung für drei Signalkanäle, die beispielsweise aufgrund von elektromagnetischer Interferenz elektrische Drift erfahren, gemäß einem Beispiel veranschaulicht;
24B ein Graph, der die Signalzählung für die drei Signalkanäle, die in 24A dargestellt sind, unter Gleichtaktdriftunterdrückung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
25A ein Graph, der die Signalzählung für drei Signalkanäle, die elektrische Drift erfahren, gemäß einem Beispiel veranschaulicht;
25B ein Graph, der die Signalzählung für die drei Signalkanäle, die in 25A dargestellt sind, unter Verwendung von Gleichtaktdriftunterdrückung veranschaulicht;
26A ein Graph, der drei Signalkanäle, die elektrische Drift erfahren, gemäß einem Beispiel veranschaulicht;
26B ein Graph, der die Signalzählungen für die drei Signale, die in 26A dargestellt sind, unter Verwendung von Gleichtaktdriftunterdrückung veranschaulicht;
27 ein Flussdiagramm, das eine vereinfachte Schalteraktivierungsroutine, welche die Gleichtaktdriftunterdrückungsroutine einsetzt, gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
28 ein Flussdiagramm, das die Gleichtaktdriftunterdrückungsroutine gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht; und
29 ein Flussdiagramm, das eine Routine zum Implementieren von Gleichtaktdriftunterdrückung basierend auf Gruppen von Sensoren gemäß einer weiteren Ausführungsform veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie erforderlich, werden hierin ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen rein beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt ins Einzelne gehende Darstellungen; einige schematische Darstellungen sind möglicherweise übertrieben oder minimiert, um eine Übersicht über die Funktionen bereitzustellen. Die spezifischen strukturellen und funktionalen Details, die hier offenbart werden, sollen daher nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, wie die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weisen auszuüben ist.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 ist der Innenraum eines Kraftfahrzeugs 10 im Allgemeinen so veranschaulicht, dass er einen Fahrgastraum und eine Schalteranordnung 20, die eine Mehrzahl von Näherungsschaltern 22 mit Schalteraktivierungsüberwachung und -bestimmung einsetzt, gemäß einer Ausführungsform aufweist. Das Fahrzeug 10 umfasst im Allgemeinen eine Dachkonsole 12, die am Dachhimmel auf der Unterseite des Dachs oder der Decke im Allgemeinen über dem Frontpassagiersitzbereich am oberen Ende des Fahrgastraums des Fahrzeugs montiert ist. Die Schalteranordnung 20 weist eine Mehrzahl von Näherungsschaltern 22 auf, die gemäß einer Ausführungsform in der Dachkonsole 12 dicht nebeneinander angeordnet sind. Die verschiedenen Näherungsschalter 22 können jede von einer Anzahl von Fahrzeugeinrichtungen und -funktionen, wie beispielsweise Steuerung der Bewegung eines Schiebe- oder Sonnendachs 16, Steuerung der Bewegung einer Sonnendachblende 18, Steuerung der Aktivierung einer oder mehrerer Beleuchtungseinrichtungen, wie beispielsweise (Karten)lese-Innen- und Deckenleuchten 30, und verschiedene andere Einrichtungen und Funktionen steuern. Es versteht sich jedoch, dass die Näherungsschalter 22 gemäß verschiedenen Fahrzeuganwendungen auch an einer anderen Stelle im Fahrzeug 10, wie beispielsweise auf der Instrumententafel, auf anderen Konsolen, wie beispielsweise auf der Mittelkonsole, integriert in eine Berührungsbildschirmanzeige 14 für ein Radio- oder Infotainmentsystem, wie beispielsweise eine Navigations- und/oder Audioanzeige, oder anderswo an Bord des Fahrzeugs 10 angeordnet sein können.
Die Näherungsschalter 22 werden hierin gemäß einer Ausführungsform als kapazitive Schalter dargestellt und beschrieben. Jeder Näherungsschalter 22 umfasst mindestens einen Näherungssensor, der ein Erfassungsaktivierungsfeld zum Erfassen von Kontakt oder unmittelbarer Nähe (z. B. innerhalb eines Millimeters) eines Benutzers in Bezug auf den einen oder die mehreren Näherungssensoren, wie beispielsweise einer Streifbewegung eines Fingers des Benutzers, bereitstellt. Demnach ist das Erfassungsaktivierungsfeld jedes Näherungsschalters 22 in der beispielhaften Ausführungsform ein kapazitives Feld, und der Finger des Benutzers weist elektrische Leitfähigkeit und dielektrische Eigenschaften auf, die eine Änderung oder Störung des Erfassungsaktivierungsfeldes verursachen, wie für die Fachleute ersichtlich sein sollte. Für Fachleute sollte jedoch auch zu erkennen sein, dass zusätzliche oder alternative Arten von Näherungssensoren, wie beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, induktive Sensoren, optische Sensoren, Temperatursensoren, Widerstandssensoren und dergleichen oder eine Kombination davon, verwendet werden können. Beispielhafte Näherungssensoren werden im Berührungssensordesignführer ATMEL® Touch Sensors Design Guide, 10620 D-AT42-04/09, Ausgabe 9. April 2009, beschrieben, der hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit hierin aufgenommen wird.
Die Näherungssensoren 22, die in 1 und 2 dargestellt sind, stellen jeweils Steuerung einer Fahrzeugkomponente oder -einrichtung bereit, oder sie stellen eine festgelegte Steuerfunktion bereit. Einer oder mehrere der Näherungsschalter 22 können dem Steuern von Bewegung eines Schiebe- oder Sonnendachs 16 gewidmet sein, um basierend auf einem Steueralgorithmus das Sonnendach 16 zur Bewegung in eine Öffnungs- oder Schließrichtung zu veranlassen, das Sonnendach zu kippen oder die Bewegung des Sonnendachs zu stoppen. Einer oder mehrere der Näherungsschalter 22 können dem Steuern von Bewegung einer Sonnendachblende 18 zwischen offenen und geschlossenen Positionen gewidmet sein. Jedes von dem Sonnendach 16 und der Blende 18 kann durch einen Elektromotor in Reaktion auf die Betätigung des entsprechenden Näherungsschalters 22 betätigt werden. Andere Näherungsschalter 22 können dem Steuern anderer Einrichtungen, wie beispielsweise einem Einschalten einer (Karten)lese-Innenleuchte 30, Ausschalten einer (Karten)lese-Innenleuchte 30, Ein- oder Ausschalten einer Deckenleuchte, Entriegeln eines Kofferraums, Öffnen einer Heckklappe oder Außerkraftsetzen eines Türlichtschalters, gewidmet sein. Zusätzliche Steuerungen über die Näherungsschalter 22 können ein Auf- und Abwärtsbetätigen von elektrischen Türfensterhebern umfassen. Verschiedene andere Fahrzeugsteuerungen können durch die hierin beschriebenen Näherungsschalter 22 gesteuert werden.
In 2 sind außerdem drei Gruppierungen der Näherungsschalter 22 dargestellt, die als eine erste Gruppe 22A, eine zweite Gruppe 22B und eine dritte Gruppe 22C dargestellt sind. Jeder der Gruppierungen 22A bis 22C weist eine Mehrzahl von Näherungsschaltern auf, die jeweils entsprechende Näherungssensoren aufweisen. Die Näherungsschalter 22 innerhalb einer jeden der jeweiligen Gruppierungen 22A bis 22C sind mit drei Schaltern dargestellt und verhältnismäßig nahe zueinander angeordnet. Jeder der Gruppierungen 22A bis 22C kann dicht beieinander liegende Schnittstellenkontaktflächen und/oder verhältnismäßig dicht gepackte elektrische Schaltungsanordnung aufweisen, derart dass elektromagnetische Interferenz oder andere interne Drift innerhalb der Schalteranordnung auf alle der Schalter 22 innerhalb der gleichen Gruppierung eine ähnliche Auswirkung haben kann. Die Näherungsschalteranordnung kann elektrische Drift der Sensorsignale, die durch elektromagnetische Interferenz oder andere interne Drift verursacht wird, für alle der Näherungsschalter 22 oder für die Näherungsschalter innerhalb einer oder mehrerer Gruppen kompensieren.
Unter Bezugnahme auf 3 ist ein Abschnitt der Näherungsschalteranordnung 20 mit einer Reihe von seriell angeordneten Näherungsschaltern 22 in enger Beziehung zu einander in Bezug auf einen Finger 34 eines Benutzers während des Gebrauchs der Schalteranordnung 20 veranschaulicht. Jeder Näherungsschalter 22 umfasst einen oder mehrerer Näherungssensoren 24 zum Erzeugen eines Erfassungsaktivierungsfeldes. Gemäß einer Ausführungsform kann jeder der Näherungssensoren 24 durch Drucken von leitfähiger Tinte auf die obere Oberfläche der polymeren Dachkonsole 12 ausgebildet sein. Ein Beispiel eines Näherungssensors 24 aus gedruckter Tinte ist in 4 mit einer Ansteuerelektrode 26 und einer Empfangselektrode 28 dargestellt, die jeweils ineinandergreifende Finger zum Erzeugen eines kapazitiven Feldes 32 aufweisen. Es versteht sich, dass jeder der Näherungssensoren 24 gemäß anderen Ausführungsformen auch anderweitig ausgebildet sein kann, wie beispielsweise durch Montieren einer im Voraus gebildeten Leiterbahn auf einem Substrat. Die Ansteuerelektrode 26 empfängt Rechteckwellen-Ansteuerimpulse, die bei Spannung V_I angelegt werden. Die Empfangselektrode 28 weist einen Ausgang zum Erzeugen einer Ausgangsspannung V_O auf. Es versteht sich, dass die Elektroden 26 und 28 in verschiedenen anderen Konfigurationen zum Erzeugen des kapazitiven Feldes als Aktivierungsfeld 32 angeordnet sein können.
In der hierin dargestellten und beschriebenen Ausführungsform wird an die Ansteuerelektrode 26 jedes Näherungssensors 24 eine Eingangsspannung V_I als Rechteckwellenimpulse mit einem Ladeimpulszyklus angelegt, der genügt, um die Empfangselektrode 28 auf eine gewünschte Spannung aufzuladen. Die Empfangselektrode 28 dient dabei als eine Messelektrode. In der dargestellten Ausführungsform überlappen benachbarte Erfassungsaktivierungsfelder 32, die von benachbarten Näherungsschaltern 22 erzeugt werden, einander etwas, wobei gemäß anderen Ausführungsformen keine Überlappung vorhanden sein muss. Wenn ein Benutzer oder Betreiber, wie beispielsweise der Finger 34 des Benutzers, in ein Aktivierungsfeld 32 eintritt, erkennt die Näherungsschalteranordnung 20 die durch den Finger 34 im Aktivierungsfeld 32 verursachte Störung und bestimmt, ob die Störung ausreicht, um den entsprechenden Näherungsschalter 22 zu aktivieren. Die Störung des Aktivierungsfeldes 32 wird durch Verarbeiten des Ladeimpulssignals erkannt, das mit dem entsprechenden Signalkanal assoziiert ist. Wenn der Finger 34 des Benutzers zwei Aktivierungsfelder 32 berührt, erkennt die Näherungsschalteranordnung 20 die Störung beider berührter Aktivierungsfelder 32 über separate Signalkanäle. Jeder Näherungsschalter 22 weist seinen eigenen dedizierten Signalkanal auf, der Ladeimpulszählungen erzeugt, die so verarbeitet werden, wie hierin erörtert.
Unter Bezugnahme auf 5 ist die Näherungsschalteranordnung 20 gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Eine Mehrzahl von Näherungssensoren 24 ist so dargestellt, dass sie Eingänge zu einer Steuerung 40, wie beispielsweise eine Mikrosteuerung, bereitstellen. Die Steuerung 40 kann Steuerschaltungsanordnung, wie beispielsweise einen Mikroprozessor 42 und einen Speicher 48, umfassen. Die Steuerschaltungsanordnung kann Erfassungssteuerschaltungsanordnung umfassen, die das Aktivierungsfeld jedes Sensors 22 verarbeitet, um Benutzeraktivierung des entsprechenden Schalters durch Vergleichen des Aktivierungsfeldsignals mit einer oder mehreren Schwellen gemäß einer oder mehreren Steuerroutinen zu erfassen. Es versteht sich, dass andere analoge und/oder digitale Steuerschaltungsanordnung eingesetzt werden kann, um jedes Aktvierungsfeld zu verarbeiten, Benutzeraktivierung zu bestimmen und eine Aktion auszulösen. Die Steuerung 40 kann gemäß einer Ausführungsform ein QMatrix-Erfassungsverfahren einsetzen, das durch ATMEL^® erhältlich ist. Das ATMEL-Erfassungsverfahren setzt zum Vereinfachen der Entwicklung einen WINDOWS^®-gehosteten WinAVR-Compiler und -Debugger für C/C++ und zum Testen das Dienstprogramm Hawkeye ein, das ein Überwachen des internen Zustands kritischer Variablen der Software in Echtzeit sowie Sammeln von Protokollen von Daten zur Nachverarbeitung ermöglicht.
Die Steuerung 40 übermittelt ein Ausgangssignal an eine oder mehrere Einrichtungen, die so konfiguriert sind, dass sie dedizierte Aktionen in Reaktion auf eine korrekte Aktivierung eines Näherungsschalters ausführen. Zum Beispiel können die eine oder die mehreren Einrichtungen ein Sonnendach 16 mit einem Motor zum Bewegen einer Sonnendachplatte zwischen offenen, geschlossenen und gekippten Positionen, eine Sonnendachblende 18, die sich zwischen offenen und geschlossenen Positionen bewegt, und Beleuchtungseinrichtungen 30 umfassen, die ein- und ausgeschaltet werden können. Es können auch andere Einrichtungen, wie beispielsweise ein Radio zum Ausführen von Ein- und Aus-Funktionen, Lautstärkeregelung, Sendersuche, und andere Arten von Einrichtungen zum Ausführen anderer dedizierter Funktionen gesteuert werden. Einer der Näherungsschalter 22 kann dem Betätigen des Sonnendachs, um es zu schließen, gewidmet sein, ein anderer Näherungsschalter 22 kann dem Betätigen des Sonnendachs, um es zu öffnen, gewidmet sein, und ein weiterer Schalter 22 kann dem Betätigen des Sonnendachs in eine gekippte Position gewidmet sein, wobei sie allesamt einen Motor veranlassen würden, das Sonnendach in eine gewünschte Position zu bewegen. Die Sonnendachblende 18 kann in Reaktion auf einen Näherungsschalter 22 geöffnet werden, und sie kann in Reaktion auf einen anderen Näherungsschalter 22 geschlossen werden.
Die Steuerung 40 ist ferner mit Analog-Digital (A/D)-Komparator 44 dargestellt, der mit dem Mikroprozessor 42 gekoppelt ist. Der A/D-Komparator 44 empfängt die Ausgangsspannung V_O von jedem der Näherungsschalter 22, wandelt das analoge Signal in ein digitales Signal um, und übermittelt das digitale Signal an den Mikroprozessor 42. Außerdem umfasst die Steuerung 40 einen Impulszähler 46, der mit dem Mikroprozessor 42 gekoppelt ist. Der Impulszähler 46 zählt die Ladesignalimpulse, die an jede Ansteuerelektrode jedes Näherungssensors angelegt werden, führt eine Zählung der Impulse durch, die zum Laden des Kondensators benötigt werden, bis die Ausgangsspannung V_O eine vorbestimmte Spannung erreicht, und übermittelt die Zählung an den Mikroprozessor 42. Die Impulszählung zeigt die Kapazitätsänderung des entsprechenden kapazitiven Sensors an. Die Steuerung 40 ist ferner in Kommunikation mit einem impulsbreitenmodulierten Ansteuerpuffer 15 dargestellt. Die Steuerung 40 übermittelt ein impulsbreitenmoduliertes Signal an den impulsbreitenmodulierten Ansteuerpuffer 15, um eine Rechteckwellenimpulsfolge V_I zu erzeugen, die an jede Ansteuerelektrode jedes Näherungssensors/-schalters 22 angelegt wird. Die Steuerung 40 verarbeitet eine oder mehrere im Speicher gespeicherte Steuerroutinen 100 zum Überwachen und Vornehmen einer Bestimmung im Hinblick auf eine Aktivierung eines der Näherungsschalter. Die Steuerroutinen können eine Routine zum Ausführen eines Verfahrens zur Aktivierung eines Näherungsschalters unter Verwendung von Ratenüberwachung umfassen, um negative Auswirkungen zu verringern oder zu beseitigen, die durch Kondensation verursacht werden.
Außerdem ist eine Gleichtaktdriftunterdrückungsroutine 420 im Speicher 48 gespeichert dargestellt. Die Routine 420 kann ebenso vom Mikroprozessor 42 ausgeführt werden. Die Gleichtaktdriftunterdrückungsroutine 420 subtrahiert vorteilhafterweise von jedem Sensorsignal ein Gleichtaktsignal, welches das Signal mit der niedrigsten Amplitude ist, das mit den Näherungssensoren assoziiert ist, um Drift zu kompensieren, die durch elektromagnetische Interferenz oder andere interne Drift verursacht werden kann. Die Gleichtaktdriftunterdrückung kann Drift innerhalb aller der Näherungssensoren oder einer oder mehrerer Gruppierungen von Näherungssensoren kompensieren. Die Gleichtaktdriftunterdrückung kann verwendet werden, um elektrische Drift der Sensoren entweder für eine Sensor- oder Schalteranwendung zu beseitigen.
In 6 bis 13 ist die Änderung der Sensor-Ladeimpulszählungen, die als Δ-Sensorzählung dargestellt sind, für eine Mehrzahl von Signalkanälen, die mit einer Mehrzahl von Näherungsschaltern 22, wie beispielsweise den drei in 3 dargestellten Schaltern 22 assoziiert sind, gemäß verschiedenen Beispielen veranschaulicht. Die Änderung der Sensor-Ladeimpulszählung ist die Differenz zwischen einem voreingestellten Referenzzählwert ohne im Aktivierungsfeld vorhandene Finger oder andere Objekte und dem entsprechenden Sensormesswert. In diesen Beispiele tritt der Finger des Benutzers in die Aktivierungsfelder 32 ein, die mit jedem der drei Näherungsschalters 22 assoziiert ist, im Allgemeinen jeweils ein Erfassungsaktivierungsfeld mit Überlappung zwischen benachbarten Aktivierungsfeldern 32, wenn sich der Finger des Benutzers über die Reihe von Schaltern bewegt. Kanal 1 ist die Änderung (Δ) der Sensor-Ladeimpulszählung, die mit einem ersten kapazitiven Sensor 24 assoziiert ist, Kanal 2 ist die Änderung der Sensor-Ladeimpulszählung, die mit dem benachbarten kapazitiven Sensor 24 assoziiert ist, und Kanal 3 ist die Änderung der Sensor-Ladeimpulszählung, die mit dem dritten kapazitiven Sensor 24 benachbart zum zweiten kapazitiven Sensor assoziiert ist. In der offenbarten Ausführungsform sind die Näherungssensoren 24 kapazitive Sensoren. Wenn ein Finger eines Benutzers mit einem Sensor 24 in Kontakt oder in unmittelbarer Nähe dazu ist, verändert der Finger die Kapazität, die am entsprechenden Sensor 24 gemessen wird. Die Kapazität ist parallel zur parasitären Kapazität der unberührten Sensorkontaktfläche und wird entsprechend als Offset gemessen. Die vom Benutzer oder Betreiber induzierte Kapazität ist proportional zur dielektrischen Konstanten des Fingers oder eines anderen Körperteils des Benutzers, der Oberfläche, die mit der kapazitiven Kontaktfläche in Kontakt ist, und umgekehrt proportional zur Entfernung der Gliedmaße des Benutzers zur Schaltertaste. Gemäß einer Ausführungsform wird jeder Sensor über Impulsbreitenmodulations(PWM)-Elektronik mit einer Spannungsimpulsfolge erregt, bis der Sensor auf ein festgelegtes Spannungspotenzial aufgeladen ist. Solch ein Erfassungsverfahren lädt die Empfangselektrode 28 auf in bekanntes Spannungspotenzial auf. Der Zyklus wird wiederholt, bis die Spannung über den Messkondensator eine vorbestimmte Spannung erreicht. Das Anordnen eines Fingers des Benutzers auf der Berührungsfläche des Schalters 24 führt externe Kapazität ein, welche die Menge von Ladung erhöht, die jeden Zyklus übertragen wird, wodurch die Gesamtanzahl von Zyklen verringert wird, die für die Messkapazität erforderlich ist, um die vorbestimmte Spannung zu erreichen. Der Finger des Benutzers bewirkt, dass die Änderung der Sensor-Ladeimpulszählung zunimmt, da dieser Wert auf der voreingestellten Referenzzählung minus des Sensormesswerts basiert.
Die Näherungsschalteranordnung 20 ist imstande, die Handbewegung des Benutzers zu erkennen, wenn die Hand, insbesondere ein Finger, in unmittelbarer Nähe zu den Näherungsschaltern 22 ist, um zu unterscheiden, ob es sich dabei um die Absicht des Benutzers handelt, einen Schalter 22 zu aktivieren, nach einer spezifischen Schaltertaste zu suchen, während er sich auf Aufgaben höherer Priorität, wie beispielsweise Fahren, konzentriert, oder um das Ergebnis einer Aufgabe, wie beispielsweise des Anpassens des Rückspiegels, die nichts mit der Betätigung eines Näherungsschalters 22 zu tun hat. Die Näherungsschalteranordnung 20 kann in einem Such- oder Sondiermodus arbeiten, welcher den Benutzer befähigt, die Tastenfelder oder Tasten durch Vorbeiführen oder -schieben eines Fingers in unmittelbarer Nähe zu den Schaltern ohne Auslösen einer Aktivierung eines Schalters abzusuchen, bis die Absicht des Benutzers bestimmt wird. Die Näherungsschalteranordnung 20 überwacht die Amplitude eines Signals, das in Reaktion auf das Aktivierungsfeld erzeugt wird, bestimmt eine Differenzänderung des erzeugten Signals und erzeugt eine Aktivierungsausgabe, wenn das Differenzsignal eine Schwelle überschreitet. Infolgedessen wird Absuche der Näherungsschalteranordnung 20 zugelassen, derart dass Benutzer frei sind, die Schalter-Schnittstellenkontaktfläche mit ihren Fingern ohne unbeabsichtigtes Auslösen eines Ereignisses abzusuchen, ist die Schnittstellenreaktionszeit schnell, erfolgt Aktivierung, wenn der Finger ein Oberflächenfeld berührt, und wird unbeabsichtigte Aktivierung des Schalters verhindert oder verringert.
Wenn sich unter Bezugnahme auf 6 der Finger 34 des Benutzers einem Schalter 22 nähert, der mit dem Signalkanal 1 assoziiert ist, tritt der Finger 34 in das mit dem Sensor 24 assoziierte Aktivierungsfeld 32 ein, was eine Unterbrechung der Kapazität verursacht und dadurch zu einer Sensorzählungserhöhung führt, wie durch das Signal 50A mit einem typischen Aktivierungsbewegungsprofil dargestellt. Es kann ein Eingangsrampenanstiegsverfahren verwendet werden, um, ob der Betreiber beabsichtigt, eine Taste zu drücken oder die Schnittstelle abzusuchen, basierend auf dem Anstieg der Eingangsrampe des Signals 50A des Kanal-1-Signals zu bestimmen, das von Punkt 52 ansteigt, wo das Signal 50A die Pegel-aktiv(LVL_ACTIVE)-Zählung bis zu Punkt 54 überschreitet, wo das Signal 50A die Pegelschwellen(LVL_THRESHOLD)-Zählung überschreitet. Der Anstieg der Eingangsrampe ist die Differenzänderung des erzeugten Signals zwischen Punkt 52 und 54, die während der Zeitperiode zwischen den Zeiten t_th und t_ac stattfand. Da sich der Zähler Pegelschwelle – Pegel-aktiv im Allgemeinen nur ändert, wenn das Vorhandensein von Handschuhen erkannt wird, aber sonst eine Konstante ist, kann der Anstieg als genau die Zeit berechnet werden, die verstreicht, um von Pegel-aktiv zu Pegelschwelle überzugehen, und die als t_{active2threshold} bezeichnet wird, wobei es sich um die Differenz zwischen der Zeit t_th und t_ac handelt. Ein direktes Drücken einer Schalterkontaktfläche kann typischerweise in einer als t_directpush bezeichneten Zeitperiode im Bereich von etwa 40 bis 60 Millisekunden erfolgen. Wenn die Zeit t_{active2threshold} kürzer als oder gleich wie die Direktdrückzeit t_directpush, ist, dann wird bestimmt, dass Aktivierung des Schalters stattfindet. Andernfalls wird bestimmt, dass der Schalter in einem Suchmodus ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Anstieg der Eingangsrampe als die Differenz in der Zeit von der Zeit t_ac bei Punkt 52 bis zur Zeit t_pk zum Erreichen des Spitzenzählwerts bei Punkt 56 berechnet werden, die als Zeit t_active2peak bezeichnet wird. Die Zeit t_active2peak kann mit einer als t_{direct_push_pk} bezeichneten Direktdrückspitze verglichen werden, die gemäß einer Ausführungsform einen Wert von 100 Millisekunden haben kann. Wenn die Zeit t_active2peak kürzer als oder gleich wie t_{direct_push_pk} ist, wird bestimmt, dass Aktivierung des Schalters stattfindet. Andernfalls wird bestimmt, dass die Schalteranordnung in einem Suchmodus arbeitet.
In dem in 6 dargestellten Beispiel ist das Kanal-1-Signal so dargestellt, dass es mit zunehmender Kapazitätsstörung steigt und von Punkt 52 schnell zum Spitzenwert bei Punkt 56 ansteigt. Die Näherungsschalteranordnung 20 bestimmt den Anstieg der Eingangsrampe entweder als Zeitperiode t_{active2threshold} oder t_active2peak, damit das Signal vom ersten Schwellenpunkt 52 entweder zur zweiten Schwelle bei Punkt 54 oder zur Spitzenschwelle bei Punkt 56 ansteigt. Der Anstieg oder die Differenzänderung des erzeugten Signals wird dann zum Vergleich mit einer repräsentativen Direktdrückschwelle t_{direct_push} oder t_{direct_push_pk} verwendet, um Aktivierung des Näherungsschalters zu bestimmen. Konkret wird Aktivierung des Schalters bestimmt, wenn die Zeit t_active2peak kürzer als t_{direct_push} ist, oder t_{active2threshold} kürzer als t_{direct_push} ist. Andernfalls bleibt die Schalteranordnung im Suchmodus.
Unter Bezugnahme auf 7 ist ein Beispiel einer Gleit-/Suchbewegung über zwei Schalter veranschaulicht, wenn der Finger durch das Aktivierungsfeld von zwei benachbarten Näherungssensoren durchtritt oder -gleitet, die als Signalkanal 1 mit der Bezeichnung 50A und Signalkanal 2 mit der Bezeichnung 50B dargestellt sind. Wenn sich der Finger des Benutzers einem ersten Schalter nähert, tritt der Finger in das mit dem ersten Schaltersensor assoziierte Aktivierungsfeld ein und bewirkt, dass die Änderung der Sensorzählung bei Signal 50A mit einer langsameren Geschwindigkeit zunimmt, derart dass eine geringere Differenzänderung des erzeugten Signals bestimmt wird. In diesem Beispiel erfährt das Profil des Signalkanals 1 eine Änderung in der Zeit t_active2peak, die nicht kürzer als oder gleich wie t_{direct_push} ist, um dadurch zum Eintritt in den Sondier- oder Suchmodus zu führen. Da t_{active2threshold} eine langsame Differenzänderung des erzeugten Signals anzeigt, wird gemäß einer Ausführungsform keine Aktivierung der Schaltertaste eingeleitet. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird, da die Zeit t_active2peak nicht kürzer als oder gleich wie t_{direct_push_pk} ist, was eine langsame Differenzänderung eines erzeugten Signals anzeigt, gemäß einer anderen Ausführungsform keine Aktivierung eingeleitet. Der zweite Signalkanal mit der Bezeichnung 50B ist so dargestellt, dass er bei Übergangspunkt 58 das maximale Signal wird und eine Anstiegsänderung der Δ-Sensorzählung mit einer Differenzänderung des Signals ähnlich der des Signals 50A aufweist. Infolgedessen spiegeln die ersten und zweiten Kanäle 50A und 50B eine Gleitbewegung des Fingers über zwei kapazitive Sensoren im Suchmodus wider, was zu keiner Aktivierung eines der Schalters führt. Unter Verwendung der Zeitperiode t_{active2threshold} oder t_active2peak kann eine Entscheidung getroffen werden, einen Näherungsschalter zu aktivieren oder nicht, wenn sein Kapazitätspegel die Signalspitze erreicht.
Für eine langsame Direktdrückbewegung, wie beispielsweise in 8 dargestellt, kann zusätzliche Verarbeitung eingesetzt werden, um sicherzustellen, dass keine Aktivierung beabsichtigt wird. Wie in 8 zu sehen ist, ist der als Signal 50A ausgewiesene Signalkanal 1 so dargestellt, dass er entweder während der Zeitperiode t_{active2threshold} oder t_active2peak langsamer ansteigt, was zum Eintritt in den Suchmodus führen würde. Bei Erkennen solch eines Gleit-/Suchzustands, wobei die Zeit t_{active2threshold} länger als t_{direct_push} ist, wird dann Aktivierung des Schalters eingeleitet, wenn der Kanal, der aus dem Zustand herausfällt, der erste Kanal war, der in den Suchmodus eingetreten ist, und er immer noch der maximale Kanal (Kanal mit der höchsten Intensität) ist, wenn seine Kapazität bei Punkt 60 unter LVL_KEYUP_Threshold abfällt.
Unter Bezugnahme auf 9 ist eine schnelle Bewegung eines Fingers eines Benutzers über die Näherungsschalteranordnung ohne Aktivierung der Schalter veranschaulicht. In diesem Beispiel wird die verhältnismäßig große Differenzänderung des erzeugten Signals für Kanal 1 und 2 für beide Kanäle 1 und 2 erkannt, die durch Linien 50A bzw. 50B dargestellt sind. Die Schalteranordnung setzt eine Verzögerungszeitperiode ein, um Aktivierung einer Entscheidung bis zum Übergangspunkt 58 zu verzögern, an welchem der zweite Signalkanal 50B über den ersten Signalkanal 50A ansteigt. Die Zeitverzögerung könnte gemäß einer Ausführungsform gleich der Zeitschwelle t_{direct_push_pk} festgelegt werden. Demnach verhindert durch Einsetzen einer Verzögerungszeitperiode vor dem Bestimmen der Aktivierung eines Schalters die sehr schnelle Absuche der Näherungstastenfelder eine unbeabsichtigte Aktivierung eines Schalters. Die Einführung der Zeitverzögerung beim Ansprechen kann bewirken, dass die Schnittstelle weniger anspricht und besser funktionieren kann, wenn die Fingerbewegung des Betreibers im Wesentlichen gleichmäßig ist.
Wenn ein früheres Schwellenereignis, das zu keiner Aktivierung führte, in letzter Zeit erkannt wurde, kann gemäß einer Ausführungsform automatisch der Eintritt in den Suchmodus erfolgen. Infolgedessen kann für eine Zeitperiode im Suchmodus mehr Vorsicht walten gelassen werden, sobald eine unbeabsichtigte Aktivierung erkannt und unterdrückt wird.
Eine andere Möglichkeit, einen Betreiber in den Suchmodus eintreten zu lassen, ist die Verwendung eines oder mehrerer entsprechend markierter und/oder texturierter Bereiche oder Kontaktflächen auf der mit den dedizierten Näherungsschaltern assoziierten Schaltfeldoberfläche mit der Funktion, der Näherungsschalteranordnung die Absicht des Betreibers, blind zu suchen, zu signalisieren. Die eine oder die mehreren Such-Eingriffskontaktflächen können an einer leicht erreichbaren Stelle angeordnet sein, an der es unwahrscheinlich, dass Aktivität mit anderen Signalkanälen erzeugt wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann eine unmarkierte größere Such-Eingriffskontaktfläche eingesetzt werden, welche die gesamte Schalterschnittstelle umgibt. Auf solch eine Suchkontaktfläche würde die Hand des Betreibers wahrscheinlich zuerst stoßen, wenn sie auf der Suche nach einer Orientierungshilfe, von welcher aus sie eine blinde Absuche der Näherungsschalteranordnung starten kann, über die Verkleidung der Dachkonsole gleitet.
Sobald die Näherungssensoranordnung bestimmt, ob eine Zunahme der Änderung der Sensorzählung eine Schalteraktivierung oder das Ergebnis einer Suchbewegung ist, geht die Anordnung zum Bestimmen über, ob und wie die Suchbewegung in einer Näherungsschalteraktivierung enden sollte oder nicht. Gemäß einer Ausführungsform sucht die Näherungsschalteranordnung nach einem konstanten Drücken einer Schaltertaste für mindestens eine vorbestimmte Zeitdauer. In einer spezifischen Ausführungsform ist die vorbestimmte Zeitdauer gleich wie oder länger als 50 Millisekunden und beträgt vorzugsweise etwa 80 Millisekunden. Beispiele für den Schalteranordnungsbetrieb, der eine Konstantzeit-Methodologie einsetzt, sind in 10 bis 13 veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 10 ist die Absuche von drei Näherungsschaltern, die den als Signale 50A bis 50C bezeichneten Signalkanälen 1 bis 3 entsprechen, veranschaulicht, während ein Finger im Suchmodus über erste und zweite Schalter gleitet und dann den dritten Schalter aktiviert, der mit dem Signalkanal 3 assoziiert ist. Wenn der Finger die ersten und zweiten Schalter absucht, die mit den Kanälen 1 und 2 assoziiert sind, wird aufgrund des Fehlens eines konstanten Signals auf den Linien 50A und 50B keine Aktivierung bestimmt. Das Signal auf Linie 50A für Kanal 1 beginnt als maximaler Signalwert, bis Kanal 2 auf Linie 50B der maximale Wert wird, und schließlich Kanal 3 ein maximaler Wert wird. Signalkanal 3 ist so dargestellt, dass er eine konstante Änderung der Sensorzählung in der Nähe des Spitzenwerts für eine ausreichende Zeitperiode t_stable, wie beispielsweise 80 Millisekunden, aufweist, was genügt, um Aktivierung des entsprechenden Näherungsschalters einzuleiten. Wenn die Pegelschwellenauslösebedingung erfüllt und eine Spitze erreicht wurde, aktiviert das Konstantpegel-Verfahren den Schalter, nachdem der Pegel am Schalter für mindestens die Zeitperiode t_stable in einem engen Bereich fixiert wurde. Dies ermöglicht es dem Betreiber, die verschiedenen Näherungsschalter abzusuchen und einen gewünschten Schalter zu aktivieren, sobald er gefunden wird, indem die Position des Fingers des Benutzer in unmittelbarer Nähe zum Schalter für eine konstante Zeitperiode t_stable beibehalten wird.
Unter Bezugnahme auf 11 ist eine andere Ausführungsform des Konstantpegel-Verfahrens veranschaulicht, wobei der dritte Signalkanal auf Linie 50C eine Änderung der Sensorzählung aufweist, die einen konstanten Zustand beim Abfall des Signals aufweist. In diesem Beispiel überschreitet die Änderung der Sensorzählung für den dritten Kanal die Pegelschwelle und weist ein konstantes Drücken auf, das für die Zeitperiode t_stable erkannt wird, derart dass Aktivierung des dritten Schalters bestimmt wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Näherungsschalteranordnung ein Verfahren mit virtueller Taste einsetzen, das nach einem anfänglichen Spitzenwert der Änderung der Sensorzählung sucht, während im Suchmodus, gefolgt von einer zusätzlichen anhaltenden Zunahme der Änderung der Sensorzählung, um eine Bestimmung zum Aktivieren des Schalters vorzunehmen, wie in 12 und 13 dargestellt. In 12 steigt der dritte Signalkanal auf Linie 50C bis zu einem anfänglichen Spitzenwert an und erhöht sich dann durch eine Änderung der Sensorzählung C_vb weiter. Dies entspricht einem sanften Streichen eines Fingers eines Benutzers über die Oberfläche der Schalteranordnung, wenn er über die Schalteranordnung gleitet, Erreichen der gewünschten Taste und anschließenden Niederdrücken des virtuellen mechanischen Schalters, derart dass der Finger des Benutzers auf die Schalterkontaktfläche drückt und die Menge des Volumens des Fingers näher am Schalter erhöht. Die Kapazitätserhöhung wird durch die vergrößerte Oberfläche der Fingerspitze herbeigeführt, wenn sie auf der Kontaktfläche zusammengedrückt wird. Die erhöhte Kapazität kann unmittelbar nach Erkennung eines Spitzenwerts auftreten, wie in 12 dargestellt, oder sie kann nach einem Nachlass der Änderung der Sensorzählung auftreten, wie in 13 dargestellt. Die Näherungsschalteranordnung erkennt einen anfänglichen Spitzenwert, gefolgt von einer weiteren größeren Änderung der Sensorzählung, welche durch die Kapazität C_vb auf einem konstanten Pegel oder in einer konstanten Zeitperiode t_stable angezeigt wird. Ein konstanter Erkennungspegel bedeutet im Allgemeinen keine Änderung des Sensorzählwerts bei Fehlen von Rauschen oder eine kleine Änderung des Sensorzählwerts bei Fehlen von Rauschen, was während der Kalibriering bestimmt werden kann.
Es versteht sich, dass eine kürzere Zeitperiode t_stable zu versehentlichen Aktivierungen führen kann, insbesondere nach einer Umkehr der Richtung der Fingerbewegung, und dass eine längere Zeitperiode t_stable zu einer Schnittstelle führen kann, die weniger anspricht.
Es versteht sich, dass sowohl das Konstantwert-Verfahren als auch das Verfahren mit virtueller Taste gleichzeitig aktiv sein können. Dabei kann die konstante Zeit t_stable nachgelassen werden, damit sie länger, beispielsweise eine Sekunde, ist, da der Betreiber stets die Taste auslösen kann, indem er das Verfahren mit virtueller Taste verwendet, ohne auf den Zeitablauf des konstanten Drückens zu warten.
Die Näherungsschalteranordnung kann ferner robuste Rauschunterdrückung einsetzen, um lästige unbeabsichtigte Betätigungen zu verhindern. Zum Beispiel sollte bei einer Dachkonsole versehentliches Öffnen und Schließen des Sonnendachs vermieden werden. Zu starke Rauschunterdrückung kann zum Unterdrücken von beabsichtigten Aktivierungen führen, was vermieden werden sollte. Ein Ansatz zum Unterdrücken von Rauschen ist, zu erwägen, ob mehrere benachbarte Kanäle gleichzeitige Auslöseereignisse melden, und, wenn dies der Fall ist, den Signalkanal mit dem höchsten Signal auszuwählen und zu aktivieren, um dadurch alle anderen Signalkanäle bis zur Freigabe des ausgewählten Signalkanals zu ignorieren.
Die Näherungsschalteranordnung 20 kann ein Signatur-Rauschunterdrückungsverfahren umfassen, das auf zwei Parametern basiert, nämlich einem Signaturparameter, wobei es sich um das Verhältnis zwischen dem Kanal zwischen der höchsten Intensität (max_channel) und dem kumulativen Gesamtpegel (sum_channel) handelt, und dem DAC-Parameter, wobei es sich um die Anzahl von Kanälen handelt, die wenigstens ein bestimmtes Verhältnis von max_channel sind. In einer Ausführungsform ist DAC α_dac = 0,5. Der Signaturparameter kann durch die folgende Gleichung definiert werden:
Der DAC-Parameter kann durch die folgende Gleichung definiert werden:
In Abhängigkeit von DAC muss, damit eine erkannte Aktivierung nicht unterdrückt wird, der Kanal im Allgemeinen rein sein, d. h die Signatur muss über einer vordefinierten Schwelle sein. In einer Ausführungsform ist α_dac=1 = 0,4 und α_dac=2 = 0,67. Wenn DAC höher als 2 ist, wird die Aktivierung gemäß einer Ausführungsform unterdrückt.
Wenn eine Entscheidung zum Aktivieren eines Schalters bei der abfallenden Phase des Profils nicht getroffen wird, dann können anstelle von max_channel und sum_channel ihre Spitzenwerte peak_max_channel und peak_sum_channel zum Berechnen der Signatur verwendet werden. Die Signatur die folgende Gleichung aufweisen: Signatur = peak_max_channel / peak_sum_channel = max(max_ch annel(t)) / max(sum_channel(t))
Es kann eine Rauschunterdrückung eingesetzt werden, die einen Sondiermodus auslöst. Wenn eine erkannte Aktivierung aufgrund einer unreinen Signatur unterdrückt wird, sollte automatisch der Sondier- oder Suchmodus aktiviert werden. Demnach kann ein Benutzer bei blindem Suchen mit allen Fingern ausgetreckt versuchen, einen Referenzrahmen festzulegen, von welchem aus er mit dem Sondieren beginnen kann. Dies kann mehrere Kanäle gleichzeitig auslösen und dadurch zu einer schlechten Signatur führen.
Unter Bezugnahme auf 14 ein Zustandsdiagramm für die Näherungsschalteranordnung 20 in einer Zustandsmaschinenimplementierung gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Die Zustandsmaschinenimplementierung ist mit fünf Zuständen dargestellt, die einen SW_NONE-Zustand 70, einen SW_ACTIVE-Zustand 72, einen SW_THRESHOLD-Zustand 74, SW_HUNTING-Zustand 76 und einen SWITCH_ACTIVATED-Zustand 78 umfassen. Der SW_NONE-Zustand 70 ist der Zustand, in welchem keine Sensoraktivität erkannt wird. Der SW_ACTIVE-Zustand ist der Zustand, in welchem eine gewisse Aktivität durch den Sensor erkannt wird, aber nicht genug, um zu diesem Zeitpunkt Aktivierung des Schalters auszulösen. Der SW_THRESHOLD-Zustand ist der Zustand, in welchem Aktivität, wie vom Sensor bestimmt wird, hoch genug ist, um Aktivierung, Sondierung/Absuche oder zufällige Bewegung der Schalteranordnung zu gewährleisten. In den SW_HUNTING-Zustand 76 wird eingetreten, wenn das Aktivitätsmuster, wie von der Schalteranordnung bestimmt, mit der Such-/Sondier-Interaktion kompatibel ist. Der SWITCH_ACTIVATED-Zustand 78 ist der Zustand, in welchem Aktivierung eines Schalters identifiziert wurde. Im SWITCH_ACTIVATED-Zustand 78 bleibt die Schaltertaste aktiv, und es ist keine andere Auswahl möglich, bis der entsprechende Schalter freigegeben wird.
Der Zustand der Näherungsschalteranordnung 20 ändert sich in Abhängigkeit von der Erkennung und Verarbeitung der erfassten Signale. Wenn im SW_NONE-Zustand 70, kann das System 20 in den SW_ACTIVE-Zustand 72 übergehen, wenn eine gewisse Aktivität durch einen oder mehrere Sensoren erkannt wird. Wenn genug Aktivität erkannt wird, um Aktivierung, Sondierung oder zufällige Bewegung zu gewährleisten, kann das System 20 direkt in den SW_THRESHOLD-Zustand 74 übergehen. Wenn im SW_THRESHOLD-Zustand 74, kann das System 20 in den SW_HUNTING-Zustand 76 übergehen, wenn ein Muster erkannt wird, das Absuche anzeigt, oder direkt in den Schalter-aktiviert-Zustand 78 übergehen. Wenn eine Schalteraktivierung im SW_HUNTING-Zustand ist, kann eine Aktivierung des Schalters zum Wechseln in den SWITCH_ACTIVATED-Zustand 78 erkannt werden. Wenn das Signal unterdrückt und eine unbeabsichtigte Aktion erkannt wird, kann das System 20 in den SW_NONE-Zustand 70 zurückkehren.
Unter Bezugnahme auf 15 ist das Hauptverfahren 100 zur Überwachung und Bestimmung, wann eine Aktivierungsausgabe mit der Näherungsschalteranordnung erzeugt werden soll, gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Das Verfahren 100 beginnt bei Schritt 102 und geht zu Schritt 104 über, um eine anfängliche Kalibrierung durchzuführen, die einmal durchgeführt werden kann. In Schritt 106 werden die kalibrierten Signalkanalwerte aus Rohkanaldaten und kalibrierte Referenzwerte durch Subtrahieren des Referenzwerts von den Rohdaten berechnet. Das Verfahren 100 kann dann zu Schritt 107 übergehen, um Gleichtaktdriftunterdrückung durchzuführen. Die Gleichtaktdriftunterdrückung subtrahiert das kleinste Signal von jedem der anderen Signale, die mit den Näherungssensoren oder Gruppierungen von Näherungssensoren assoziiert sind, um elektromagnetische Interferenz und andere interne Drift zu kompensieren. Als Nächstes werden bei Schritt 108 aus allen Signalkanalsensormesswerten der höchste Zählwert, der als max_channel bezeichnet wird, und die Summe aller Kanalsensormessungen berechnet, die als sum_channel bezeichnet wird. Außerdem wird die Anzahl von aktiven Kanälen bestimmt. Bei Schritt 110 berechnet das Verfahren 100 den jüngsten Bereich von max_channel und sum_channel, um später zu bestimmen, ob Bewegung im Gang ist oder nicht.
Nach Schritt 110 geht das Verfahren 100 zu Entscheidungsschritt 112 über, um zu bestimmen, ob irgendwelche der Schalter aktiv sind. Wenn kein Schalter aktiv ist, geht das Verfahren 100 zu Schritt 114 über, um eine Online-Echtzeitkalibrierung durchzuführen. Andernfalls verarbeitet das Verfahren 100 bei Schritt 116 die Schalterfreigabe. Wenn demgemäß ein Schalter bereits aktiv war, dann geht das Verfahren 100 zu einem Modul über, wo es wartet und bis zu seiner Freigabe jegliche Aktivität blockiert.
Nach der Echtzeitkalibrierung geht das Verfahren 100 zu Entscheidungsschritt 118 über, um zu bestimmen, ob es eine Kanalblockierung gibt, die auf eine jüngste Aktivierung hinweist, und es geht, wenn dies der Falle ist, zu Schritt 120 über, um den Kanalblockierungszeitgeber herabzusetzen. Wenn es keine Kanalblockierungen gibt, die erkannt werden, geht das Verfahren 100 zu Entscheidungsschritt 122 über, um nach einem neuen max_channel zu suchen. Wenn sich der aktuelle max_channel geändert hat, derart dass es einen neuen max_channel gibt, geht das Verfahren 100 zu Schritt 124, um max_channel rückzusetzen, die Bereiche zu summieren und die Schwellenpegel festzulegen. Wenn daher ein neuer max_channel identifiziert wird, setzt das Verfahren die jüngsten Signalbereiche zurück und aktualisiert nötigenfalls die Sondier-/Suchparameter. Wenn switch_status kleiner als SW_ACTIVE ist, dann wird das Sondier-/Such-Flag gleich wahr gesetzt, und der Schalterstatus wird gleich SW_NONE gesetzt. Außerdem wird in Schritt 124 das Raten-Flag rückgesetzt. Zudem wird das Raten-Flag in Schritt 124 rückgesetzt. Nach Schritt 124 geht die Routine 100 zu Schritt 131 über, um das Raten-Flag zu aktualisieren. Das Raten-Flag ermöglicht Aktivierung des Schalters, wenn die überwachte Änderungsrate der Δ-Signalzählung, wie beispielsweise eine mittlere Änderungsrate, eine gültige Aktivierungsrate überschreitet, wodurch Fehlaktivierungen aufgrund von Kondensationsänderungen verhindert werden. Wenn das Raten-Flag gesetzt ist, wird Aktivierung des Schalters zugelassen. Wenn das Raten-Flag nicht gesetzt ist, wird Aktivierung des Schalters verhindert.
Wenn sich der aktuelle max_channel nicht geändert hat, geht das Verfahren 100 zu Schritt 126 über, um den max_channel-Nackter(kein Handschuh)-Finger-Status zu verarbeiten. Dies kann Verarbeitung der Logik zwischen den verschiedenen Zuständen umfassen, wie im Zustandsdiagramm von 14 dargestellt. Nach Schritt 126 geht das Verfahren 100 zu Entscheidungsschritt 128 über, um zu bestimmen, ob irgendein Schalter aktiv sind. Wenn keine Schalteraktivierung erkannt wird, geht das Verfahren 100 zu Schritt 130 über, um ein mögliches Vorhandensein eines Handschuhs auf der Hand des Benutzers zu erkennen. Das Vorhandensein eines Handschuhs kann basierend auf einem reduzierten Kapazitätsänderungszählwert erkannt werden. Das Verfahren 100 geht dann zu Schritt 131 über, um das Raten-Flag zu aktualisieren, und dann weiter zu Schritt 132, um den Vergangenheitsverlauf von max_channel und sum_channel zu aktualisieren. Der Index des aktiven Schalter, falls vorhanden, wird dann bei Schritt 134 an das Software-Hardware-Modul ausgegeben, bevor das Verfahren bei Schritt 136 endet.
Wenn ein Schalter aktiv ist, wird eine Schalterfreigabeverarbeitungsroutine aktiviert, die in 16 dargestellt ist. Die Schalterfreigabeverarbeitungsroutine 116 beginnt bei Schritt 140 und geht zu Entscheidungsschritt 142 über, um zu bestimmen, ob der aktive Kanal kleiner als LVL_RELEASE ist, und endet bei Schritt 152, wenn dies der Fall ist. Wenn der aktive Kanal nicht kleiner als LVL_RELEASE, dann geht die Routine 116 zu Entscheidungsschritt 144 über, um zu bestimmen, ob LVL_DELTA_THRESHOLD größer als 0 ist, und sie geht, wenn dies nicht der Fall ist, zu Schritt 146 über, um den Schwellenpegel anzuheben, wenn das Signal stärker ist. Dies kann durch Herabsetzen von LVL_DELTA_THRESHOLD erreicht werden. Schritt 146 legt außerdem die Schwellen-, Freigabe- und aktiven Pegel fest. Die Routine 116 geht dann zu Schritt 148 über, um den Kanal-max- und Sum-Verlaufszeitgeber für Sondier-/Suchparameter für langes, konstantes Signal rückzusetzen. Der Schalterstatus wird bei Schritt 150 gleich SW_NONE gesetzt, bevor die Routine bei Schritt 152 endet. Um das Schalterfreigabeverarbeitungsmodul zu verlassen, muss das Signal auf dem aktiven Kanal unter LVL_RELEASE abfallen, wobei es sich um eine adaptive Schwelle handelt, die sich ändert, wenn Handschuh-Interaktion erkannt wird. Wenn die Schaltertaste freigeben ist, werden alle internen Parameter rückgesetzt, und der Blockierungszeitgeber wird gestartet, um weitere Aktivierungen zu verhindern, bevor eine bestimmte Wartezeit, wie beispielsweise 100 Millisekunden, verstrichen ist. Außerdem werden die Schwellenpegel in Funktion dessen, ob Handschuhe vorhanden sind oder nicht, angepasst.
Unter Bezugnahme auf 17 ist eine Routine 200 zur Bestimmung einer Statusänderung vom SW_NONE-Zustand in den SW_ACTIVE-Zustand gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Die Routine 200 beginnt bei Schritt 202, um den SW_NONE-Zustand zu verarbeiten, und geht dann zu Entscheidungsschritt 204 über, um zu bestimmen, ob max_channel größer als LVL_ACTIVE ist. Wenn max_channel größer als LVL_ACTIVE ist, dann ändert die Näherungsschalteranordnung den Zustand vom SW_NONE-Zustand in den SW_ACTIVE-Zustand um, und die Routine endet bei Schritt 210. Wenn max_channel nicht größer als LVL_ACTIVE ist, prüft die Routine 200 bei Schritt 208, ob das Sondierflag rückgesetzt werden soll, bevor sie bei Schritt 210 endet. Demnach wechselt der Status vom SW_NONE-Zustand in den SW_ACTIVE-Zustand, wenn max_channel über LVL_ACTIVE auslöst. Wenn die Kanäle unter diesem Pegel bleiben, wird das Sondierflag, falls gesetzt, nach einer bestimmten Warteperiode auf Nichtsondieren gesetzt, was eine Möglichkeit zum Verlassen des Sondiermodus ist.
Unter Bezugnahme auf 18 ist ein Verfahren 220 zur Verarbeitung des Zustands der SW_ACTIVE-Zustands, der entweder in den SW_THRESHOLD-Zustand oder den SW_NONE-Zustand wechselt, gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Das Verfahren 220 beginnt bei Schritt 222 und geht zu Entscheidungsschritt 224 über. Wenn max_channel nicht größer als LVL_THRESHOLD ist, dann geht das Verfahren 220 zu Schritt 226 über, um zu bestimmen, ob max_channel kleiner als LVL_ACTIVE ist, und es geht, wenn dies der Fall ist, zu Schritt 228 über, um den Schalterstatus auf SW_NONE umzuändern. Demgemäß begibt sich der Status der Zustandsmaschine vom SW_ACTIVE-Zustand in den SW_NONE-Zustand, wenn das max_channel-Signal unter LVL_ACTIVE abfällt. Außerdem kann ein Deltawert von LVL_ACTIVE subtrahiert werden, um eine gewisse Hysterese einzuführen. Wenn max_channel größer als LVL_THRESHOLD ist, dann geht die Routine 220 zu Entscheidungsschritt 230 über, um zu bestimmen, ob ein jüngstes Schwellenereignis oder ein Handschuh erkannt wurde, und setzt, wenn dies der Fall ist, bei Schritt 232 das Sondierung-ein-Flag gleich wahr. Bei Schritt 234 versetzt das Verfahren 220 den Status in den SW_THRESHOLD-Zustand, bevor es bei 236 endet. Wenn daher max_channel über LVL_THRESHOLD auslöst, wechselt der Status in den SW_THRESHOLD-Zustand. Wenn Handschuhe erkannt werden, oder ein früheres Schwellenereignis, das zu keiner Aktivierung führte, in letzter Zeit erkannt wurde, kann automatisch der Eintritt in den Sondier-/Suchmodus erfolgen.
Unter Bezugnahme auf 19 ist ein Verfahren 240 zur Bestimmung der Aktivierung eines Schalters aus dem SW_THRESHOLD-Zustand gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Das Verfahren 240 beginnt bei Schritt 242, um den SW_THRESHOLD-Zustand zu verarbeiten, und geht zu Entscheidungsblock 244 über, um zu bestimmen, ob das Signal konstant ist, oder ob der Signalkanal auf einer Spitze ist, und endet bei Schritt 256, wenn dies nicht der Fall ist. Wenn entweder das Signal konstant ist oder der Signalkanal auf einer Spitze ist, dann geht das Verfahren 240 zu Entscheidungsschritt 246 über, um zu bestimmen, ob der Sondier- oder Suchmodus aktiv ist, und springt weiter zu Schritt 250, wenn dies der Fall ist. Wenn der Sondier- oder Suchmodus nicht aktiv ist, geht das Verfahren 240 zu Entscheidungsschritt 248 über, um zu bestimmen, ob der Signalkanal rein ist, und schnell-aktiv größer als eine Schwelle ist, und geht, wenn dies der Fall ist, zu Entscheidungsschritt 249 über, um zu bestimmen, ob das Raten-Flag gesetzt ist, und setzt, wenn dies der Fall ist, Schalter-aktiv bei Schritt 250 gleich dem maximalen Kanal. Wenn der Signalkanal nicht rein ist, und schnell-aktiv nicht größer als die Schwelle ist, geht das Verfahren 240 direkt zu Schritt 252 über. Ähnlich geht das Verfahren 240 direkt zu Schritt 252 über, wenn das Raten-Flag nicht gesetzt ist. Bei Entscheidungsblock 252 bestimmt das Verfahren 240, ob es einen aktiven Schalter gibt, und endet bei 256, wenn dies der Fall ist. Wenn es keinen aktiven Schalter gibt, geht das Verfahren 240 zu Schritt 254 über, um die Sondierungsvariablen SWITCH_STATUS, die gleich SWITCH_HUNTING gesetzt ist, und PEAK_MAX_BASE, die gleich MAX_CHANNELS gesetzt ist, zu initialisieren, bevor es bei Schritt 256 endet.
Im SW_THRESHOLD-Zustand wird keine Entscheidung getroffen, bis eine Spitze in MAX_CHANNEL erkannt wird. Die Erkennung des Spitzenwerts setzt entweder eine Umkehr der Richtung des Signals voraus oder, dass sowohl MAX_CHANNEL als auch SUM_CHANNEL für mindestens ein bestimmtes Intervall, wie beispielsweise 60 Millisekunden, konstant (innerhalb eines Bereichs fixiert) bleiben. Sobald die Spitze erkannt wird, wird das Sondierflag geprüft. Wenn der Sondiermodus ausgeschaltet ist, wird das Eingangsrampenanstiegsverfahren angewendet. Wenn SW_ACTIVE in SW_THRESHOLD unter einer Schwelle, wie beispielsweise 16 Millisekunden, war, und das Rauschsignaturunterdrückungsverfahren ihn als ein gültiges Auslöseereignis anzeigt, dann wird der Zustand in SWITCH_ACTIVE umgeändert, und der Prozess wird an das PROCESS_SWITCH_RELEASE-Modul übertragen, andernfalls wird das Sondierflag gleich wahr gesetzt. Wenn das Aktivierungsverzögerungsverfahren statt einer unverzüglichen Aktivierung des Schalters eingesetzt wird, wird der Zustand in SW_DELAYED_ACTIVATION umgeändert, wobei eine Verzögerung erzwungen wird, an deren Ende die Taste aktiviert wird, wenn sich der MAX_CHANNEL-Index nicht geändert hat.
Unter Bezugnahme auf 20 ist ein Verfahren mit virtueller Taste gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht, das den SW_HUNTING-Zustand implementiert. Das Verfahren 260 beginnt bei Schritt 262, um den SW_HUNTING-Zustand zu verarbeiten, und geht zu Entscheidungsschritt 264 über, um zu bestimmen, ob MAX_CHANNEL unter LVL_KEYUP_THRESHOLD abgefallen ist, und setzt, wenn dies der Fall ist, MAX_PEAK_BASE bei Schritt 272 gleich MIN (MAX_PEAK_BASE, MAX_CHANNEL). Wenn MAX_CHANNEL unter LVL_KEYUP_THRESHOLD abgefallen ist, dann geht das Verfahren 260 zu Schritt 266 über, um das Sondierverfahren zur Auslösung des ersten Kanals einzusetzen, um zu prüfen, ob das Ereignis die Tastenaktivierung auslösen sollte. Dies wird dadurch bestimmt, dass bestimmt wird, ob der erste und einzige Kanal durchlaufen wird und das Signal rein ist. Wenn dies der Fall ist, geht das Verfahren 260 zu Entscheidungsschritt 269 über, um zu bestimmen, ob das Raten-Flag gesetzt ist, und setzt, wenn dies der Fall ist, Schalter-aktiv bei Schritt 270 gleich dem maximalen Kanal, bevor es bei Schritt 282 endet. Das Verfahren 260 endet bei Schritt 282, wenn das Raten-Flag nicht gesetzt ist. Wenn der erste und einzige Kanal nicht durchlaufen wird, oder wenn das Signal nicht rein ist, geht das Verfahren 260 zu Schritt 268 über, um aufzugeben und eine unbeabsichtigte Aktivierung zu bestimmen und SWITCH_STATUS gleich dem SW_NONE-Zustand zu setzen, bevor es bei Schritt 282 endet.
Nach Schritt 272 geht das Verfahren 260 zu Entscheidungsschritt 274 über, um zu bestimmen, ob der Kanal geklickt hat. Dies kann dadurch bestimmt werden, dass MAX_CHANNEL größer als MAX_PEAK_BASE plus Delta ist. Wenn der Kanal geklickt hat, geht das Verfahren 260 zu Entscheidungsschritt 276 über, um zu bestimmen, ob das Signal konstant und rein ist, und geht, wenn dies der Fall ist, zu Entscheidungsschritt 279 über, um zu bestimmen, ob das Raten-Flag gesetzt ist, und setzt, wenn dies der Fall ist, den Schalter-aktiv-Zustand bei Schritt 280 gleich dem maximalen Kanal, bevor es bei Schritt 282 endet. Wenn der Kanal nicht geklickt hat, geht das Verfahren 260 zu Entscheidungsschritt 278 über, um zu prüfen, ob das Signal lang, konstant und rein ist, und geht, wenn dies der Fall ist, zu Entscheidungsschritt 279 über, um zu bestimmen, ob das Raten-Flag gesetzt ist, und geht, wenn dies der Fall ist, zu Schritt 280 über, um Schalter-aktiv gleich dem maximalen Kanal zu setzen, bevor es bei Schritt 282 endet. Das Verfahren 260 endet bei Schritt 282, wenn das Raten-Flag nicht gesetzt ist.
Demgemäß bestimmt die Näherungsschalter-Überwachungs- und -Bestimmungsroutine vorteilhafterweise Aktivierung der Näherungsschalter. Die Routine ermöglicht es einem Benutzer vorteilhafterweise, die Näherungsschalterkontaktflächen abzusuchen, was insbesondere bei einer Kraftfahrzeuganwendung sinnvoll sein kann, bei welcher Ablenkung des Fahrers vermieden werden kann.
Die Näherungssensoren können unter Verwendung der Dünnfilmtechnologie hergestellt werden, die ein Drucken einer leitfähigen Tinte, die mit einem Lösungsmittel gemischt ist, umfassen kann, um eine gewünschtes elektrisches Schaltungslayout zu erreichen. Die gedruckte Tinte kann zu einer Folie ausgebildet werden, die in einem Härtungsprozess unter Verwendung kontrollierter Erwärmung und Licht-/Wärmeeinblendung zum Entfernen des Lösungsmittels ausgehärtet wird. Variationen in bestehenden Härtungsprozessen können zu Restlösungsmittel führen, das in den elektrischen Leiterbahnen eingeschlossen wird und zu Sensoren führen kann, die für Temperatur- und Feuchtigkeitsänderungen empfindlich sind. Da sich Kondenswasser auf einem Näherungssensor bildet, können sich das kapazitive Rohsignal und die Δ-Signalzählung ändern. Die Kondenswasserbildung kann in einem Fahrzeug zum Beispiel stattfinden, wenn bei einem Regenunwetter vor dem Einschalten der Scheibenheizung gefahren wird, oder wenn an einem heißen, schwülen Sommertag in das Fahrzeug eingestiegen wird und das HVAC-Gebläse Feuchtigkeit auf die Schalter bläst. Gleichermaßen können sich das kapazitive Rohsignal und die Δ-Signalzählung in der entgegengesetzten Richtung ändern, wenn das Kondenswasser trocknet. Ein Beispiel für eine Δ-Signalzählungsvariation während einer Kondensationsänderung ist in 21 dargestellt. Das Signal 50 ist so dargestellt, dass sich sein Wert infolge einer sich ändernden Kondensation, wie beispielsweise einer Verringerung der Kondensation, erhöht, was ein Fehlaktivierungsereignis auslösen kann, wenn das Signal 50 einen bestimmten Schwellenwert erreicht. Das Δ-Sensorzählsignal 50 auf ähnliche Weise abfallen, wenn die Kondensation zunimmt, was ebenfalls zum Auslösen eines Fehlaktivierungsereignisses führen kann. Um die Kondensation zu kompensieren und Fehlaktivierungen zu verhindern oder zu verringern, setzen die Näherungsschalteranordnung 20 und das Verfahren 100 eine Ratenüberwachungsroutine ein, um gültige Schalteraktivierungen aus Fehlereignissen aufgrund von Kondensation zu bestimmen.
Unter Bezugnahme auf 22 ist das Δ-Sensorzählsignal 50 während einer potenziellen Schalteraktivierung und mit einer bestimmten Signalabtastrate bei aufeinanderfolgenden erfassten Signalabtastwerten veranschaulicht. Die Signalabtastwerte umfassen den aktuellen Signalabtastwert C₀, den vorher überwachten Signalabtastwert C_–1, den nächsten vorher überwachten Signalabtastwert C_–2 und den nächsten vorher Signalabtastwert C_–3. Infolgedessen wird ein Verlauf von Abtastwerten von Δ-Sensorzählsignalen 50 überwacht und von der Ratenüberwachungsroutine eingesetzt. Die Ratenüberwachungsroutine überwacht die Amplitude eines Signals, das in Reaktion auf das Aktivierungsfeld erzeugt wird, bestimmt eine Änderungsrate des erzeugten Signals, vergleicht die Änderungsrate mit einer Schwellenrate und erzeugt eine Ausgabe basierend auf der Änderungsrate, welche die Schwellenrate überschreitet. Die erzeugte Ausgabe wird dann von einem Verfahren zur Aktivierung eines Näherungssensors eingesetzt. In einer Ausführungsform ermöglicht das Raten-Flag Aktivierung des Näherungsschalters, wenn gesetzt, und verhindert Aktivierung des Näherungsschalters, wenn das Raten-Flag nicht gesetzt ist. Die Änderungsrate kann eine gleitende Durchschnittsänderungsrate sein, die über mehr als zwei Signalabtastwerte, wie beispielsweise die Abtastwerte C₀ bis C_–3, erfasst wird. Um Rauschen aus der Signalanstiegsschätzung zu beseitigen oder zu entfernen, kann der gleitende Durchschnitt beispielsweise durch ein Tiefpassfilter zum Ermöglichen von Aktvierung des Sensors und Verhindern von Fehlaktivierung aufgrund von Kondensation berechnet werden. Der gleitende Durchschnitt kann durch Berechnen der Differenz zwischen einem ersten Zählsignal und einem zweiten Zählsignal berechnet werden, wobei die ersten und zweiten Zählwerte über eine Zeitperiode erfasst werden, die mehr als zwei Abtastwerte umfasst. Außerdem kann die Ratenüberwachungsroutine inkrementelle Änderungsratenwerte zwischen aufeinanderfolgenden Signalabtastwerten, wie beispielsweise den Abtastwerten C₀ und C_–1, bestimmen und ferner die aufeinanderfolgenden Änderungsratenwerte mit einer Schrittratenschwelle vergleichen, wobei die Aktivierungsausgabe erzeugt wird, wenn die aufeinanderfolgenden Änderungsratensignale die Schrittratenschwelle überschreiten. Ferner kann die Änderungsrate des erzeugten Signals die Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Signalzählungen, wie beispielsweise den Abtastwerten C_–0 und C_–1, sein, die gemäß einer Ausführungsform mit einer schnellen Aktivierungsrate verglichen wird. Es ist allgemein bekannt, dass Kondensation mit einer langsameren Rate steigt als eine Aktivierung durch einen Benutzer, derart dass verhindert wird, dass langsamere Aktivierungsraten den Sensor aktivieren, wenn der Schwellenbestimmungswert aufgrund von Kondensation erreicht wird.
Die Ratenüberwachungsroutine 300, die in 23 dargestellt ist, ist als eine Aktualisierungsraten-Flag-Routine implementiert, die bei Schritt 302 beginnt. Die Routine 300 geht zu Entscheidungsschritt 304 über, um die Differenz zwischen dem aktuellen maximalen Δ-Sensorzählwert MAX_CH(t) und einem früher bestimmten maximalen Δ-Sensorzählwert MAX_CH(t – 3) zu berechnen und zu bestimmen, ob die berechnete Differenz größer als eine gültige Aktivierungsrate ist. Die Differenz zwischen den maximalen Δ-Sensorzählwerten über eine Mehrzahl von Signalabtastwerten, wie beispielsweise vier Abtastwerten C₀ bis C_–3, wird zu aufeinanderfolgenden Abtastzeiten t, t – 1, t – 2 und t – 3 erfasst. Entsprechend stellt die Differenz einen gleitenden Durchschnitt der Δ-Sensorzählung bereit. Wenn der gleitende Durchschnitt größer als die Aktivierungsrate ist, dann geht das Verfahren 300 zu Entscheidungsschritt 306 über. Bei Entscheidungsschritt 306 vergleicht die Routine 300 jede der inkrementellen Änderungen der Δ-Sensorzählsignale MAX_CH(t) zwischen aufeinanderfolgenden überwachten Abtastwerten und vergleicht die inkrementellen Differenzen mit einem Schrittratenwert. Dies umfasst ein Vergleichen des aktuellen maximalen Kanalsignals MAX_CH(t) mit dem früheren maximalen Kanalsignal MAX_CH(t – 1), um zu prüfen, ob die Differenz größer als die Schrittrate ist, Vergleichen des früheren maximalen Kanalsignals MAX_CH(t – 1) mit dem zweiten früheren maximalen Kanalsignal MAX_CH (t – 2), um zu prüfen, ob die Differenz größer als die Schrittrate ist, und Vergleichen des zweiten früheren maximalen Kanalsignals MAX_CH(t – 2) mit dem dritten früheren maximalen Kanalsignal MAX_CH(t – 3), um zu prüfen, ob die Differenz größer als die Schrittrate ist. Wenn die Differenzen in jedem der inkrementellen Signalkanäle größer als der Schrittratenwert sind, dann geht das Verfahren 300 zu Schritt 310 über, um das Raten-Flag zu setzen, bevor es bei Schritt 312 endet. Wenn eine der Differenzen der inkrementellen Signalkanäle nicht größer als der Schrittratenwert ist, endet die Routine 300 bei Schritt 312. Sobald das Raten-Flag gesetzt ist, kann die Überwachungsroutine eine Sensorausgabe aktivieren. Das Setzen des Raten-Flags verringert oder beseitigt Fehlaktivierungen, die auf Kondensationseffekte zurückzuführen sein können.
Die Routine 300 umfasst einen Entscheidungsschritt 308, der implementiert wird, wenn die Δ-Sensorzählwertdifferenz die gültige Aktivierungsrate überschreitet. Der Entscheidungsschritt 308 vergleicht die Differenz des maximalen Kanalsignals MAX_CH(t) zum früheren Kanalsignal MAX_CH(t – 1) mit einer gültigen schnellen Aktivierungsrate. Wenn die Differenz die gültige schnelle Aktivierungsrate überschreitet, fährt das Verfahren 300 bei Schritt 310 mit dem Setzen des Raten-Flags fort. Der Entscheidungsschritt 308 ermöglicht eine schnell zunehmende Differenz der Δ-Sensorzählung für den aktuellen Signalabtastwert vom früheren Signalabtastwert, um Aktivierung zu ermöglichen, und ignoriert den früheren Abtastverlauf. Demnach wird das Raten-Flag gesetzt, wenn die Differenz zwischen den zwei jüngsten Δ-Sensorzählwerten eine sehr schnelle Geschwindigkeit anzeigt.
In einer Ausführungsform kann die gültige Aktivierungsrate auf einen Wert von 50 Zählungen gesetzt sein, die Schrittrate kann auf einen Wert von 1 Zählung gesetzt sein, und die gültige schnelle Aktivierungsrate kann auf einen Wert von 100 Zählungen gesetzt sein. Infolgedessen ist die gültige schnelle Aktivierungsrate gemäß einer Ausführungsform doppelt so hoch wie die gültige Aktivierungsrate. Die gültige schnelle Aktivierungsrate ist höher als die gültige Aktivierungsrate. Es versteht sich jedoch von selbst, dass die gültige Aktivierungsrate, die gültige schnelle Aktivierungsrate und die Schrittrate gemäß anderen Ausführungsformen auf andere Werte gesetzt werden können.
Die Ratenüberwachungsroutine 300 überwacht den maximalen Signalkanalwert und setzt das Raten-Flag für den maximalen Signalkanal gemäß der dargestellten Ausführungsform oder setzt es zurück. Durch Überwachen des maximalen Signalkanals wird das Signal, das am wahrscheinlichsten eine Aktivierung aufweist, kontinuierlich überwacht und verwendet, um das Raten-Flag zu aktivieren, um die Kondensationseffekte zu minimieren. Es versteht sich, dass gemäß anderen Ausführungsformen jeder andere der Signalkanäle als der maximale Signalkanal überwacht werden kann. Die Ratenüberwachungsroutine 300 setzt das Raten-Flag für den maximalen Signalkanal und setzt es zurück, aber die Ratenüberwachungsroutine 300 kann das Raten-Flag gemäß weiteren Ausführungsformen auch für andere Signalkanäle neben dem maximalen Signalkanal setzen und rücksetzen. Es versteht sich ferner, dass die Abtastrate zum Erfassen der Δ-Zählsignalabtastwerte variieren kann. Eine schnellere Abtastrate stellt eine schnellere Geschwindigkeit zum Bestimmen einer Aktivierung und Identifizieren des Vorliegens von Kondensation bereit. Die Signalüberwachung kann kontinuierlich sein, und es kann Rauschfilterung zum Beseitigen von Rauschen eingesetzt werden.
Demgemäß überwacht die Ratenüberwachungsroutine 300 vorteilhafterweise die Änderungsrate der Δ-Sensorzählung und ermöglicht Aktivierung eines Schalters, vorausgesetzt, dass die Rate von einem ausreichenden Wert ist. Dies ermöglicht die Vermeidung von Fehlaktivierungen aufgrund von Kondensation und anderen potenziellen Effekten. Die Näherungsschalteranordnung ist dadurch imstande, basierend darauf, dass das Raten-Flag gesetzt ist, ein Ausgangssignal zu erzeugen, das Schalteraktivierung anzeigt, und Aktivierung zu verhindern, wenn das Raten-Flag nicht gesetzt ist.
Die Näherungsschalteranordnung 20 umfasst ferner eine Gleichtaktdriftunterdrückungsroutine zum Behandeln des Vorliegens von elektrischer Drift, wie beispielsweise eines Anstiegs oder Abfalls der Sensorsignale, die nicht auf eine Interaktion des Benutzers mit den Sensoren zurückzuführen ist. Es gibt verschiedene Faktoren, die das kapazitive elektrische Feld stören können, wie beispielsweise Umgebungsänderungen, darunter elektromagnetische Interferenz und Wechselwirkungen interner Komponenten, wobei Komponenten der kapazitiven Schnittstellenelektronik die Erfassung des kapazitiven Feldes stören können. Elektromagnetische Interferenz und andere interne Drift finden im Allgemeinen schnell statt, und die Größe der Drift kann vom Schaltungsdesign und der Intensität und Frequenz der Störstrahlung abhängen. Die Gleichtaktdriftunterdrückungsroutine überwacht die Amplitude eines Signals, das in Reaktion auf jedes der Aktivierungsfelder erzeugt wird, um das kleinste Signal zu erkennen, und subtrahiert das kleinste Signal von jedem der anderen Signale vor dem Bestimmen von Aktivierung eines der Mehrzahl von Näherungssensoren oder Näherungsschaltern basierend auf den subtrahierten Signalen. Die Näherungsschalteranordnung weist vorzugsweise eine Mehrzahl von Näherungsschaltern auf, derart dass angenommen wird, dass der eine Näherungsschalter mit dem niedrigsten Signalwert ein Wert ein, der aus Rauschen resultiert, statt durch einen Benutzer verursacht zu werden, der über eine Schnittstelle mit den Sensoren verbunden ist. Es wird dann angenommen, dass das niedrigste Signal das Gleichtaktsignal ist, das von den anderen Signalen subtrahiert wird, um Gleichtaktrauschen zu unterdrücken, das durch elektromagnetische Strahlung oder andere interne Drift verursacht werden kann.
Die Gleichtaktdriftunterdrückung kann verwendet werden, um Aktivierung eines von einer Mehrzahl von Näherungsschaltern durch Subtrahieren des kleinsten Signals von jedem der anderen Signale zu bestimmen, die von den Näherungssensoren erzeugt werden. In der Ausführungsform der Näherungsschalteranordnung ist eine Mehrzahl von Näherungsschaltern enthalten, die jeweils einen Näherungssensor zum Bereitstellen eines Erfassungsaktivierungsfeldes und Steuerschaltungsanordnung umfassen, die das Aktivierungsfeld jedes Näherungsschalters verarbeitet, um Aktivierung zu erfassen. Die Steuerschaltungsanordnung implementiert ein Verfahren zur Aktivierung der Näherungsschalteranordnung. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen von Aktivierungsfeldern mit der Mehrzahl von Näherungssensoren, die mit der Mehrzahl von Näherungsschaltern assoziiert sind, und Überwachen der Amplitude eines Signals, das in Reaktion auf jedes der Aktivierungsfelder erzeugt wird. Das Verfahren umfasst außerdem die Schritte des Subtrahierens des kleinsten Signals von jedem der anderen Signale und Bestimmens von Aktivierung eines der Mehrzahl von Näherungsschaltern basierend auf den subtrahierten Signalen. Die Mehrzahl von Näherungssensoren kann mindestens drei Näherungssensoren umfassen, die mit mindestens drei entsprechenden Näherungsschaltern assoziiert sind. Die Aktivierung eines der Näherungsschalter wird durch Verarbeiten des größten Signals basierend auf einem oder mehreren Schwellenwerten bestimmt, sobald das kleinste Signal vom größten Signal subtrahiert wurde.
Die Gleichtaktdriftunterdrückung kann auch zum Bestimmen von Aktivierung eines von einer Mehrzahl von Näherungssensoren eingesetzt werden. Eine Näherungssensoranordnung umfasst eine Mehrzahl von Näherungssensoren, die jeweils ein Erfassungsaktivierungsfeld bereitstellen, und Steuerschaltungsanordnung zum Verarbeiten des Aktivierungsfeldes jedes Näherungssensors, um Aktivierung zu erfassen. Die Steuerschaltungsanordnung implementiert ein Verfahren zur Unterdrückung von Rauschen für die Mehrzahl von Näherungssensoren. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen von Aktivierungsfeldern mit der Mehrzahl von Näherungssensoren und Überwachen der Amplitude eines Signals, das in Reaktion auf jedes der Aktivierungsfelder erzeugt wird. Das Verfahren umfasst außerdem ein Subtrahieren des kleinsten Signals von jedem der anderen Signale und Bestimmen von Aktivierung eines der Mehrzahl von Näherungssensoren basierend auf den subtrahierten Signalen.
Die Anwendung der Gleichtaktdriftunterdrückungsroutine wird durch mehrere Beispiele veranschaulicht, die in 24A bis 26B dargestellt sind. Die in 24A bis 26B erzeugten Signale 50A bis 50C können gemäß einem Beispiel von den Näherungssensoren erzeugt werden, die mit den Näherungsschaltern 22 der Gruppe 22A assoziiert sind, die in 2 dargestellt ist. Jedes der Signale 50A bis 50C wird von einem der drei Näherungssensoren erzeugt, die mit den entsprechenden Näherungsschaltern 22 der Gruppe 22A assoziiert sind. In 24 bewirkt ein Finger eines Benutzers, dass das Signal 50A, das vom ersten Näherungssensor erzeugt wird, der mit dem ersten Näherungsschalter 22 assoziiert ist, bis zu einem Spitzenwert 56 ansteigt. Das zweite Signal 50B wird vom zweiten Näherungssensor erzeugt, der mit dem zweiten Näherungsschalter 22 assoziiert ist, der benachbart zum ersten Näherungsschalter sein kann, und so dargestellt ist, dass er eine Amplitude erzeugt, die kleiner als das erste Signal 50A ist, was zum Teil durch den Finger des Benutzers in unmittelbarer Nähe zum zweiten Näherungssensor verursacht sein kann. Ein drittes Signal 50C wird von einem dritten Näherungssensor erzeugt, der mit dem dritten Näherungsschalter assoziiert ist, der benachbart zum zweiten Näherungssensor sein kann. Das dritte Signal 50C ist das niedrigste der das kleinste Signal, das so dargestellt ist, dass es auf ungefähr stufenartige Weise schnell ansteigt und auf einer im Wesentlichen konstanten Amplitude gleich bleibt. In diesem Beispiel wird angenommen, dass diese Basislinienerhöhung des kleinsten Signals durch elektrische Drift verursacht wird, die auf eine stufenartige Weise stattfinden kann und durch elektromagnetische Strahlung zum Beispiel aufgrund des Einschaltens einer oder mehrerer Schaltungskomponenten verursacht sein kann. De Gleichtaktdriftunterdrückungsroutine bestimmt das kleinste Signal, das in diesem Beispiel das dritte Signal 50C ist und als min_CH dargestellt ist, und verwendet diesen Wert zum Kompensieren der elektrischen Drift. Konkret subtrahiert die Routine das kleinste Signal min_CH von jedem der anderen Signale 50A und 50B, wie in 24B dargestellt. Entsprechend wird die Amplitude des größten Signals 50A um den Betrag min_CH reduziert, um die elektrische Gleichtaktdrift zu verringern oder zu unterdrücken. In diesem Beispiel verhindert die Driftunterdrückung eine rauschinduzierte Aktivierung des ersten Näherungsschalters, da die angepasste maximale Amplitude niedriger als der Schwelle-aktiv-Wert ist.
In 25A und 25B sind die ersten, zweiten und dritten Signale 50A, 50B und 50C, die mit ersten, zweiten und dritten Näherungssensoren assoziiert sind, die mit entsprechenden ersten, zweiten und dritten Näherungsschaltern assoziiert sind, ohne die Gleichtaktdriftunterdrückung in 25A und gemäß einem anderen Beispiel mit Gleichtaktdriftunterdrückung in 25B veranschaulicht. Die Gleichtaktdriftunterdrückungsroutine erkennt das kleinste Signal, das mit einem der Näherungssensoren assoziiert und als Signal 50C mit der Bezeichnung min_CH dargestellt ist, und subtrahiert den Wert min_CH von jedem der anderen Signale 50A und 50B, wie in 25B dargestellt. Wenn dies geschieht, ist das Verhältnis des größten Signals 50A zu einer Akkumulation der anderen Signale 50B und 50C hoch genug, um die beabsichtigte Aktivierung des ersten Näherungsschalters unter Anwendung von Gleichtaktdriftunterdrückung zu ermöglichen, wie in 25B dargestellt.
In 26A und 26B sind die ersten, zweiten und dritten Signale 50A, 50B und 50C gemäß einem anderen Beispiel so dargestellt, dass sie von ersten, zweiten und dritten Näherungssensoren erzeugt werden, die mit entsprechenden ersten, zweiten und dritten Näherungsschaltern assoziiert sind. In diesem Beispiel weist das kleinste Signal, das in 26A als das Signal 50C dargestellt ist, einen Wert von min_CH auf, der hoch genug und größer als Schwelle-aktiv ist, wie in 26A dargestellt. Unter Anwendung der Gleichtaktdriftunterdrückungsroutine wird das kleinste Signal min_CH von jedem der anderen Signale 50A und 50B subtrahiert, um die Signale so bereitzustellen, wie in 26B dargestellt. Wenn dies geschieht, wird nur das größte Signal über dem Schwelle-aktiv-Signal dargestellt, was Aktivierung des Näherungsschalters ermöglicht, der mit dem größten Signal 50A assoziiert ist.
In 28 ist eine vereinfachte Hauptroutine 400 zur Verarbeitung von Aktivierungen des Näherungssensors oder Näherungsschalters dargestellt. Es versteht sich, dass die Routine 400 eine vereinfachte Version einer Aktivierungsroutine, wie beispielsweise der Routine 100, die in 15 dargestellt ist, unter Hinzufügung der Gleichtaktunterdrückung ist. Die grundlegenden Schritte der Routine 400 sind vereinfacht und veranschaulichen eine Hauptschleife 402, gefolgt von einem Schritt 404 des Erfassens der Signale für jeden der Signalkanäle CH[i]. Die Routine 400 umfasst den Schritt 406 des Durchführens einer Gleichtaktunterdrückung vor dem Schritt 408 des Erkennens von Aktivierungen unter Verwendung des Signalkanals CH_CH[i] und anschließenden Verarbeitens der Aktivierungen in Schritt 410. Jeder der Schritte des Erfassens der Signale in Schritt 404, Erkennens der Aktivierungen in Schritt 408 und Verarbeitens der Aktivierungen in Schritt 410 kann, wie dargestellt, durch die Routine 100 in 15 implementiert werden.
In 28 ist die Gleichtaktdriftunterdrückungsroutine 420 gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Die Gleichtaktdriftunterdrückungsroutine 420 beginnt bei Schritt 422 und geht zu Schritt 424 über, um das kleinste Signal zu finden, das mit einem der Näherungssensoren assoziiert ist, der mit einem der Näherungsschalter assoziiert ist. In dieser Ausführungsform werden die Signale überwacht, die von allen einer Mehrzahl von Näherungssensoren erzeugt werden, und es wird das kleinste damit assoziierte Signal ausgewählt. Als Nächstes subtrahiert die Routine 420 bei Schritt 426 den kleinsten Signalkanal von allen der anderen Signalkanäle. Entsprechend wurde das kleinste Signal als Gleichtaktsignal behandelt, das vom Wert eines jeden der anderen Signale subtrahiert wird oder diesen reduziert. Danach endet die Routine 420 bei Schritt 428.
Unter Bezugnahme auf 29 ist eine Gleichtaktdriftunterdrückungsroutine 430 gemäß einer anderen Ausführungsform dargestellt. In dieser Ausführungsform wird die Gleichtaktdriftunterdrückung auf ausgewählte Gruppierungen von Näherungssensoren und Näherungsschaltern angewendet. Wenn zum Beispiel eine Mehrzahl von Gruppen von Näherungssensoren mit der Näherungsschalteranordnung bereitgestellt werden, kann jede der Gruppen nur das Gleichtaktsignal subtrahieren, das mit dieser Gruppe assoziiert ist. Die Routine 430 beginnt bei Schritt 432 und geht zu Schritt 434 über, um alle Näherungssensoren zu normalisieren. Dies kann ein Gewichten von bestimmten Näherungssensoren basierend auf Kontaktstellen- oder Schnittstellenkonfigurationen, einschließlich Größe und Form, umfassen. Entsprechend kann ein Sensor mit einem größten Interaktionsbereich anders als ein Sensor mit einem kleineren Interaktionsbereich gewichtet werden. Als Nächstes bestimmt die Routine 430 bei Entscheidungsschritt 436, ob die Gleichtaktunterdrückung bei der aktuellen Sensorgruppe i aktiv ist und springt weiter zu Entscheidungsschritt 442, wenn dies nicht der Fall ist. Wenn die Gleichtaktunterdrückung bei der aktuellen Sensorgruppe i aktiv ist, geht die Routine 430 zu Schritt 438 über, um das kleinste Signal in der aktuellen Sensorgruppe i zu finden. Als Nächstes subtrahiert die Routine 430 bei Schritt 440 den kleinsten Signalkanal von allen anderen Signalkanälen innerhalb der aktuellen Gruppe i, bevor sie zu Entscheidungsschritt 442 übergeht. Bei Entscheidungsschritt 442 bestimmt die Routine 430, ob alle Sensorgruppen verarbeitet wurden, und endet bei 444, wenn dies der Fall ist. Wenn nicht alle Sensorgruppen verarbeitet wurden, kehrt die Routine 430 zu Schritt 436 zurück, um die nächste Sensorgruppe zu verarbeiten. Demgemäß wird gemäß dieser Ausführungsform jede der Gruppen separat verarbeitet, um das kleinste Signal zu bestimmen und das kleinste Signal von allen der anderen Signalkanäle zu subtrahieren, die mit dieser Gruppe assoziiert sind.
Demgemäß überwacht die Gleichtaktdriftunterdrückungsroutine vorteilhafterweise die Aktivierungssignale und bestimmt das kleinste Signal, das mit der Näherungsanordnung oder einer Gruppierung von Näherungssensoren assoziiert ist, und subtrahiert das kleinste Signal von jedem der anderen Signale und bestimmt Aktivierung eines der Mehrzahl von Näherungssensoren oder -schalter basierend auf den subtrahierten Signalen. Dies ermöglicht die Unterdrückung von Interferenz, wie beispielsweise elektromagnetischer Interferenz und anderer interner Drift, die das kapazitive elektrische Feld stören, was verhältnismäßig schnell und nicht aufgrund der Benutzerinteraktion mit der Näherungsanordnung geschehen kann.
Es versteht sich, dass Änderungen und Modifikationen an der zuvor erwähnten Struktur vorgenommen werden können, ohne von den Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und es versteht sich ferner, dass beabsichtigt ist, dass solche Konzepte von den folgenden Ansprüchen erfasst werden, sofern durch den Wortlaut dieser Ansprüche nicht ausdrücklich anders angeben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ATMEL® Touch Sensors Design Guide, 10620 D-AT42-04/09, Ausgabe 9. April 2009 [0048]

Claims

Verfahren zur Aktivierung einer Näherungsschaltungsanordnung, umfassend: Erzeugen von Aktivierungsfeldern mit einer Mehrzahl von Näherungssensoren, die mit einer Mehrzahl von Näherungsschaltern assoziiert sind; Überwachen der Amplitude eines Signals, das in Reaktion auf jedes der Aktivierungsfelder erzeugt wird; Subtrahieren des kleinsten Signals von jedem der anderen Signale; und Bestimmen von Aktivierung eines der Mehrzahl von Näherungsschaltern basierend auf den subtrahierten Signalen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Näherungssensoren mindestens drei Näherungssensoren umfasst, die mit mindestens drei entsprechenden Näherungsschaltern assoziiert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Näherungssensoren mit einer ersten Gruppe von Näherungsschaltern assoziiert ist, und wobei die Näherungsschalteranordnung eine zweite Gruppe von Näherungsschaltern umfasst, wobei das kleinste Signal von jedem der anderen Signale der ersten Gruppe von Näherungsschaltern von anderen Signalen der ersten Gruppe von Näherungsschaltern subtrahiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens von Aktivierung eines der Mehrzahl von Näherungsschaltern basierend auf den subtrahierten Signalen ein Bestimmen von Aktivierung des Näherungsschalters mit dem größten Signal basierend auf einem oder mehreren Schwellenwerten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens einer der Mehrzahl von Näherungssensoren basierend auf einer Näherungsschalter-Schnittstellenkontaktflächenkonfiguration gewichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Näherungsschalteranordnung in einem Fahrzeug zur Verwendung durch einen Fahrgast im Fahrzeug installiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Näherungsschalter einen kapazitiven Schalter umfasst, der einen oder mehrere kapazitive Sensoren umfasst.
Näherungsschalteranordnung, umfassend: eine Mehrzahl von Näherungsschaltern, die jeweils einen Näherungssensor zum Bereitstellen eines Erfassungsaktivierungsfeldes umfassen; und Steuerschaltungsanordnung, die das Aktivierungsfeld jedes Näherungsschalters verarbeitet, um Aktivierung zu erfassen, wobei die Steuerschaltungsanordnung die Amplitude eines Signals überwacht, das in Reaktion auf jedes der Aktivierungsfelder erzeugt wird, das kleinste Signal von jedem der anderen Signale subtrahiert und Aktivierung eines der Mehrzahl von Näherungsschaltern basierend auf den subtrahierten Signalen bestimmt.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 8, wobei die Mehrzahl von Näherungsschaltern mindestens drei Näherungsschalter umfasst, die jeweils mindestens einen Näherungssensor aufweisen.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 8, wobei die Mehrzahl von Näherungsschaltern eine erste Gruppe von Näherungsschaltern und eine zweite Gruppe von Näherungsschaltern umfasst, wobei das kleinste Signal von jedem der anderen Signale der ersten Gruppe von Näherungsschaltern von den anderen Signalen der ersten Gruppe von Näherungsschaltern subtrahiert wird.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 8, wobei die Steuerschaltungsanordnung ferner das größte Signal bestimmt und Aktivierung eines der Mehrzahl von Näherungsschaltern basierend auf dem kleinsten Signal bestimmt, das vom größten Signal subtrahiert wird.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 8, wobei mindestens einer der Mehrzahl von Näherungssensoren basierend auf einer Näherungsschalter-Schnittstellenkontaktflächenkonfiguration gewichtet wird.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 8, wobei die Näherungsschalteranordnung in einem Fahrzeug zur Verwendung durch einen Fahrgast im Fahrzeug installiert ist.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 8, wobei der Näherungsschalter einen kapazitiven Schalter umfasst, der einen oder mehrere kapazitive Sensoren umfasst.
Verfahren zur Unterdrückung von Rauschen für eine Mehrzahl von Näherungssensoren, umfassend: Erzeugen von Aktivierungsfeldern mit der Mehrzahl von Näherungssensoren; Überwachen der Amplitude eines Signals, das in Reaktion auf jedes der Aktivierungsfelder erzeugt wird; Subtrahieren des kleinsten Signals von jedem der anderen Signale; und Bestimmen von Aktivierung eines der Mehrzahl von Näherungssensoren basierend auf dem subtrahierten Signal.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Mehrzahl von Näherungssensoren mit einer ersten Gruppe und einer zweiten Gruppe assoziiert ist, wobei das kleinste Signal von jedem der anderen Signale der ersten Gruppe von Näherungssensoren von anderen Signalen der ersten Gruppe von Näherungssensoren subtrahiert wird, und wobei das kleinste Signal von jedem der anderen Signale der zweiten Gruppe von Näherungssensoren von anderen Signalen der zweiten Gruppe von Näherungssensoren subtrahiert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Näherungssensoren in einem Fahrzeug zur Verwendung durch einen Fahrgast im Fahrzeug installiert sind.
Näherungssensoranordnung, umfassend: eine Mehrzahl von Näherungssensoren, die jeweils ein Erfassungsaktivierungsfeld bereitstellen; Steuerschaltungsanordnung zum Verarbeiten des Aktivierungsfeldes jedes Näherungssensors, um Aktivierung zu erfassen, wobei die Steuerschaltungsanordnung die Amplitude eines Signals überwacht, das in Reaktion auf jedes der Aktivierungsfelder erzeugt wird, das kleinste Signal von jedem der anderen Signale subtrahiert und Aktivierung eines der Mehrzahl von Näherungssensoren basierend auf den subtrahierten Signalen bestimmt.
Näherungssensoranordnung nach Anspruch 18, wobei die Mehrzahl von Näherungssensoren mit einer ersten Gruppe und einer zweiten Gruppe assoziiert ist, wobei das kleinste Signal von jedem der anderen Signale der ersten Gruppe von Näherungssensoren von anderen Signalen der ersten Gruppe von Näherungssensoren subtrahiert wird, und wobei das kleinste Signal von jedem der anderen Signale der zweiten Gruppe von Näherungssensoren von anderen Signalen der zweiten Gruppe von Näherungssensoren subtrahiert wird.
Näherungssensoranordnung nach Anspruch 18, wobei die Näherungssensoren in einem Fahrzeug zur Verwendung durch einen Fahrgast im Fahrzeug installiert sind.