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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Schnittstellen für Druckknopfgangschaltungen in Fahrzeugen, und betrifft insbesondere eine verbesserte Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung, die mit Näherungsdetektion arbeitet.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Automobile sind in der Regel mit einer Gangschaltungsschnittstelle zum Auswählen der verschiedenen Betriebsmodi eines Fahrzeugs, einschließlich Parken, Rückwärtsgang, Neutral, Vorwärtsfahrt und Niedriggangwahl, ausgestattet. In einigen Automobilen ist die herkömmliche Gangschaltung durch elektrische Schaltsysteme (Shift-by-Wire) ersetzt worden, die mit Eingaben über Benutzerschnittstellen, wie zum Beispiel Druckknöpfen, arbeiten. Es wäre wünschenswert, die Funktionsweise einer Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung zur Verwendung in einem Fahrzeug zu verbessern.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung bereitgestellt. Die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung enthält eine bewegliche Baugruppe, die mehrere Drucktasten stützt, die betätigt werden können, um einen Fahrzeugbetriebsmodus einzugeben, und eine Näherungssensoranordnung, die dafür konfiguriert ist, einen Nutzer in der Nähe der Drucktasten zu detektieren. Die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung enthält außerdem einen Aktuator, der die bewegliche Baugruppe in eine Nutzungsposition betätigt, als Reaktion auf ein Detektieren des Nutzers in der Nähe der Drucktasten in einer eingefahrenen Position.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung bereitgestellt, die mehrere Drucktasten enthält, die betätigt werden können, um einen Fahrzeugbetriebsmodus einzugeben, und mehrere Näherungssensoren enthält, die dafür konfiguriert sind, eine Position eines Nutzers in der Nähe der Drucktasten zu detektieren. Die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung enthält außerdem ein Display, das die detektierte Position des Nutzers relativ zu den mehreren Drucktasten zeigt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung bereitgestellt, die eine bewegliche Baugruppe enthält, die mehrere Drucktasten stützt, und eine Näherungssensoranordnung enthält, die dafür konfiguriert ist, einen Nutzer in der Nähe der Drucktasten zu detektieren und mit einer der Tasten zusammenzuwirken. Die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung enthält außerdem einen Aktuator, der die bewegliche Baugruppe in eine Nutzungsposition betätigt, nachdem der Nutzer in der Nähe der Drucktasten detektiert wurde, und ein Display, das eine detektierte Position des Nutzers relativ zu den mehreren Drucktasten zeigt.
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Diese und andere Aspekte, Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung kann der Fachmann beim Studium der folgenden Spezifikation, Ansprüche und beiliegenden Zeichnungen verstehen und würdigen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den Zeichnungen ist Folgendes gezeigt:
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Fahrgastinnenraums eines Automobils mit einer Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung mit Näherungssensoren gemäß einer Ausführungsform;
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1A ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung, die in einer ausgefahrenen Nutzungsposition gezeigt ist;
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2 ist eine perspektivische Ansicht der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung, die in einer eingefahrenen Position gezeigt ist;
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3 ist eine Draufsicht der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung von 2, die in der eingefahrenen Position veranschaulicht ist;
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3A ist eine Draufsicht der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung von 2, die in der ausgefahrenen Nutzungsposition veranschaulicht ist;
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4 ist eine Draufsicht einer der Drucktasten, die mit kapazitiver Näherungsdetektion arbeiten, gemäß einer Ausführungsform;
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4A ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IVA-IVA von 4;
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5 ist eine Draufsicht einer Drucktaste, die mit einer alternativen kapazitiven Näherungsdetektionsanordnung arbeitet, gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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5A ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VA-VA von 5;
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6 ist eine schematische Ansicht eines Nutzers, der mit den Drucktasten interagiert, gemäß einer Ausführungsform mit kapazitiver Detektion;
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7 ist ein Diagramm, das zu den kapazitiven Sensoren gehörende Signale veranschaulicht, die generiert werden, während ein Nutzer mit den Drucktasten interagiert;
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8 ist ein Diagramm, das Signale veranschaulicht, die zu den kapazitiven Sensoren gehören, während ein Nutzer auf einer Drucktaste pausiert;
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9 ist ein Diagramm, das Signale veranschaulicht, die zu den kapazitiven Sensoren gehören, wenn ein Nutzer eine der Drucktasten zum Aktivieren drückt;
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10 ist eine perspektivische Ansicht einer Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung, die mit Infrarotsensoren arbeitet, wobei die Drucktasten in einer eingefahrenen Position gezeigt sind, gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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10A ist eine perspektivische Ansicht der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung von 10, wobei die Drucktasten in einer ausgefahrenen Nutzungsposition gezeigt sind;
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10B ist eine perspektivische Querschnittsansicht der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung entlang der Linie XB-XB von 10A;
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11 ist eine Draufsicht einer Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung, die mit einem Aktuator arbeitet, der die mehreren Drucktasten nach vorn relativ zu einem Gehäuse herausschiebt, gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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11A ist eine Draufsicht der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung von 12, die die Drucktasten veranschaulicht, die nach vorn in eine Nutzungsposition geschoben wurden;
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12 ist eine Vorderansicht eines interaktiven Displays, das die Fahrzeugbetriebsmodi PRNDL in dem Instrumententräger veranschaulicht;
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12A ist eine Vorderansicht des Displays, die eine vergrößerte Darstellung einer Taste veranschaulicht und den Finger eines Nutzers veranschaulicht, der mit dieser Taste interagiert;
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13 ist ein Blockschaubild, das die Steuerungsanordnung für die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung veranschaulicht;
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14 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zum Bereitstellen der Näherungsdetektion für eine Druckknopfgangschaltung und zum Steuern des interaktiven Displays veranschaulicht; und
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15 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zum Steuern der Bewegung und der Position der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltungsbaugruppe veranschaulicht.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In den 1 und 1A ist der Fahrgastinnenraum eines Automobils 10 allgemein mit einer Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Das Fahrzeug 10 ist allgemein so gezeigt, dass es mit einem Fahrersitz 12 ausgestattet ist, der hinter einem Lenkrad 14 angeordnet ist und zu dem ein Fahrer über eine Zustiegstür 18 Zugang hat, so wie es einer herkömmlichen Sitzanordnung in einem Fahrzeug entspricht. Die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 ist so gezeigt, dass sie in einem Frontpaneel 20, wie zum Beispiel einem Instrumententräger, angeordnet ist und allgemein innerhalb der Reichweite und Zugänglichkeit für den Fahrer des Fahrzeug liegt, der in dem Fahrersitz 12 Platz genommen hat. Die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 enthält mehrere Drucktasten 30, die es dem Fahrer erlauben, einen Fahrzeugbetriebsmodus einzugeben, wie zum Beispiel den Getriebeschaltmodus, einschließlich Parken, Rückwärtsgang, Neutral, Vorwärtsfahrt und Niedriggangwahl, auch als eine PRNDL-Eingabe bezeichnet.
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Die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 enthält eine bewegliche Baugruppe 25, die als eine bewegliche Plattform konfiguriert ist, die die mehreren Drucktasten 30 stützt, von denen jede als Nutzereingabe bedient werden kann, um einen der Fahrzeugbetriebsmodi einzugeben. Die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 enthält außerdem eine Näherungssensoranordnung, die dafür konfiguriert ist, einen Nutzer, wie zum Beispiel den Fahrer des Fahrzeugs, in der Nähe der Drucktasten 30 zu detektieren. Ein Aktuator betätigt die bewegliche Baugruppe 25 in eine Nutzungsposition, als Reaktion auf ein Detektieren des Nutzers in Kontakt mit, oder in unmittelbarer Nähe zu, den Drucktasten 30. Außerdem zeigt ein Display 22 innerhalb des Instrumententrägers 16 die Betriebsmodi, die durch Symbole dargestellt sind, die Auswahl des momentanen Modus und die Position des Fingers des Nutzers relativ zu den Drucktasten 30. Das Display 22 kann ein digitales Display sein, das in dem Instrumententräger 16 allgemein vor dem Lenkrad 14 angeordnet ist und von einem Fahrer gesehen werden kann, der in dem Fahrersitz 12 Platz genommen hat. Das Display 22 zeigt die verfügbaren Betriebsmodi mit separaten Symbolen P, R, N, D und L, den momentan ausgewählten Betriebsmodus in einer vergrößerten, hervorgehobenen oder beleuchteten Darstellung, und einen Hinweis, dass ein Nutzer mit der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 interagiert, indem es anzeigt, mit welcher Drucktaste der Nutzer gerade gemäß der Detektion interagiert.
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Dank der Verwendung der Näherungssensoranordnung bietet die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 eine verbesserte Funktionalität der Benutzerschnittstelle. In einer Implementierung ermöglicht es die Näherungsdetektion dem Display 22, dem Fahrer die Taste 30, die er mit dem Finger berührt, anzuzeigen, bevor und während eine tatsächliche Betätigung einer Drucktaste 30 ausgeführt wird. In einer weiteren Implementierung ermöglicht die Näherungssensoranordnung es dem Aktuator, die bewegliche Baugruppe 25 in eine Nutzungsposition zu betätigen, wie zum Beispiel eine Position, die aus einer eingefahrenen Position nach vorne herausbewegt ist, was einen verbesserten Zugang zu den Drucktasten 30 durch den Fahrer des Fahrzeug, der in dem Fahrersitz 12 sitzt, ermöglicht. Der Aktuator kann die bewegliche Baugruppe vor den Instrumententräger 20 herausfahren und/oder kann die Baugruppe 25 auch drehen oder in einen Winkel stellen, der besser für eine Interaktion mit den Tasten 30 durch den Fahrer geeignet ist.
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In der in den 1–9 gezeigten Ausführungsform wird eine rotierende Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 mit einer beweglichen Baugruppe 25 bereitgestellt, die sich nach vorn und in einem Winkel relativ zu dem Fahrer in eine Nutzungsposition dreht, wie in 1 zu sehen. Die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 hat mehrere Drucktasten 30, die durch einen rückseitigen Rahmen 32 und einen Schwenkstab 34 als Teil der beweglichen Baugruppe 25 gestützt werden. Die Drucktasten 30 können sich in einer eingefahrenen Position in oder teilweise in einer Schale oder einem Gehäuse 26 in dem Instrumententräger 20 befinden und durch einen Aktuator nach außen geführt werden, der als ein Motor 38 gezeigt ist, der die Baugruppe 25 nach vorn um die Schwenkwelle 36 herum dreht, um die Baugruppe 25 in Richtung des Fahrers in eine Nutzungsposition zu schwenken. Die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 ist in den 1A–3A mit fünf eigenständigen Drucktasten 30 veranschaulicht, die durch den Rahmen 32 und den Schwenkstab 34 an der beweglichen Baugruppe 25 gestützt werden. Die Drucktasten 30 sind mit dem Verbindungsstab 34 innerhalb des Rahmens 32 verbunden und schwenken relativ zu ihm. Jede Taste 30 hat auf einer Oberseite ein Zeichen aufgedruckt oder abgebildet, das einen auswählbaren Betriebsmodus anzeigt, wie zum Beispiel einen der PRNDL-Betriebsmodi. Die Drucktasten 30 werden mechanisch nach unten durch eine Kraft betätigt, die durch einen Nutzer ausgeübt wird, und enthalten ein elastisches Rückholelement, das die Taste 30 mit einer Vorspannkraft in die Aufwärtsposition zurückholt. Jede Taste 30 kann betätigt werden, indem sie mit ausreichender Kraft nach unten in eine Position gedrückt wird, wo ein Schalter aktiviert wird, um ein Modusauswahleingabesignal zu generieren. Außerdem hat das Gehäuse 26 eine Oberseite 27, die in der eingefahrenen Position mindestens über einem Abschnitt der Tasten liegt und dadurch eine Abdeckung oder Fassung bildet, die mindestens teilweise über den mehreren Drucktasten 30 angeordnet ist und dazu dient, eine versehentliche Aktivierung der Drucktasten 30 zu verhindern. Um eine Aktivierung der Taste 30 zu gestatten oder zu detektieren, überlappt die überhängende Oberseite 27 die mehreren Tasten 30 bevorzugt nur teilweise.
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Jede der mehreren Drucktasten 30 enthält einen Näherungssensor 50, wie er zum Beispiel in 4 gezeigt ist, als Teil der Näherungssensoranordnung, die einen Nutzer (zum Beispiel den Finger eines Nutzers) in Kontakt mit der, oder in unmittelbarer Nähe der, entsprechenden Drucktaste 30 detektiert. Gemäß einer Ausführungsform umfassen die Näherungssensoren 50 kapazitive Sensoren. Die kapazitiven Sensoren können jeweils so konfiguriert sein, dass sie eine Ansteuerelektrode 52 und eine Empfangselektrode 54 aufweisen, die jeweils ineinandergreifende leitfähige Finger zum Generieren eines kapazitiven Feldes haben. Ein Beispiel der ineinandergreifenden Finger des kapazitiven Sensors ist in 4 veranschaulicht. Der Näherungssensor 50 kann gebildet werden, indem man leitfähige Tinte auf die Oberseite einer polymeren Drucktaste 30 oder auf ihre Unterseite druckt. Es versteht sich, dass der Näherungssensor 50 gemäß anderen Ausführungsformen auch auf andere Weise gebildet werden kann, wie zum Beispiel durch Montieren vorgeformter leitfähiger Leiterbahnen auf ein Substrat. Die Ansteuerelektrode 52 kann Rechteckwellen-Ansteuerimpulse empfangen, die bei einer Spannung angelegt werden, während die Empfangselektrode 54 einen Ausgang zum Generieren einer Ausgangsspannung hat. Es versteht sich, dass die Elektroden 52 und 54 auch in verschiedenen anderen Konfigurationen angeordnet sein können, um das kapazitive Feld als das Aktivierungsfeld zu generieren. An die Ansteuerelektrode 52 kann ein Spannungseingangssignal als Rechteckwellenimpuls mit einem Ladeimpulszyklus angelegt werden, der ausreicht, um die Empfangselektrode 54 auf eine Sollspannung zu laden. Die Empfangselektrode 54 dient dadurch als eine Messelektrode. Wenn ein Nutzer oder Bediener, zum Beispiel der Finger des Nutzers, in das Aktivierungsfeld kommt, so detektiert der Näherungssensor 50 eine durch den Finger verursachte Störung des Aktivierungsfeldes, und eine Steuereinheit bestimmt, ob die Störung ausreicht, um den entsprechenden Näherungssensor zu aktivieren. Die Störung des Aktivierungsfeldes wird durch Verarbeiten des Ladeimpulssignals detektiert, das dem entsprechenden Signalkanal zugeordnet ist. Jeder Näherungssensor hat seinen eigenen dedizierten Signalkanal, der Ladeimpulszählungen generiert, die verarbeitet werden, um einen detektierten Zustand zu bestimmen. Eine Steuereinheit oder Steuerschaltung kann enthalten sein, um das Aktivierungsfeld jedes Sensors zu verarbeiten und eine vom Nutzer vorgenommene Aktivierung des entsprechenden Sensors durch Vergleichen des Aktivierungsfeldsignals mit einer oder mehreren Schwellen zu detektieren. Es versteht sich, dass analoge und/oder digitale Steuerschaltungen verwendet werden können, um jedes Aktivierungsfeld zu verarbeiten, eine Nutzernäherungsdetektion zu bestimmen und eine Steueraktion zu initiieren. Die Steuerschaltung kann gemäß einer Ausführungsform ein QMatrix-Erfassungsverfahren verwenden, das von der Firma ATMEL® erhältlich ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann eine kapazitive Detektionstechnologie QTouch verwendet werden, bei der ein einzelner Datenerfassungskanal für jeden Sensor verwendet werden kann. Mit der QMatrix-Konfiguration wird eine Berührung mittels einer abgetasteten passiven Matrix aus Elektrodensätzen detektiert. Eine einzelne QMatrix-Vorrichtung kann eine große Anzahl von Tasten ansteuern. Es kann auch eine andere kapazitive Sensortechnologie, wie zum Beispiel mTouch, verwendet werden.
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In 5 ist eine alternative kapazitive Detektionstechnik gezeigt, die mit einem Chrom-Sensor 50A arbeitet, der an einer oberen Vorderkante jeder Drucktaste 30 ausgebildet ist und sich bis auf dessen Unterseite erstreckt. Es kann ein Metallornament als der Sensor 50A an der oberen Vorderkante der Taste 30 als ein kapazitiver Sensor verwendet werden. Der Chrom-Sensor 50A kann sich darunter zur Unterseite und Rückseite der Drucktaste 30 erstrecken, um das Signal zu einem Prozessor oder einer anderen Steuerschaltung zu leiten, oder es könnte ein flexibler Verbinder oder leitfähiger Schaumstoff verwendet werden. Der kapazitive Sensor 50A auf jeder der Drucktasten 30 generiert einen Deltasignalzählwert, der verarbeitet werden kann, um die Position oder Nähe eines Nutzers relativ zu der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung zu bestimmen.
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Die Drucktasten 30 sind in einer lateralen „Klaviertasten”-Anordnung angeordnet. Jede Drucktaste 30, wie in den 4A und 5A gezeigt, hat einen horizontal ausgerichteten kipphebelartigen Knopf, der an dem Stab 34 nahe dem Ende, das vom Nutzer entfernt liegt, schwenkt. Die kipphebelartige Drucktaste 30 enthält einen federnden elastomeren Dom 40 und einen Schalter 42, der unterhalb der Taste 30 daran montiert ist. Der elastomere Dom 40 ist an dem Gehäuse 32 unterhalb der Taste 30 befestigt und dient dem Ausüben einer nach oben gerichteten Vorspannkraft. Alternativ könnte eine Spiralfeder oder ein anderer Vorspannkraftmechanismus verwendet werden. Wenn der Nutzer die Drucktaste 30 niederdrückt, schwenkt die Taste 30 um den Schwenkstab 34, aktiviert den Schalter 42 und drückt den elastomeren Dom 40 nach unten. Wenn der Schalter 42 aktiviert wird, so wird ein Signal ausgegeben, das die Betätigung der Taste 30 anzeigt. Der elastomere Dom 40 federt dergestalt, dass er die Drucktaste 34 zurück in ihre nach oben gerichtete Position drückt, wenn der Nutzer den Finger von der Taste 30 nimmt. Es versteht sich, dass auch andere Konfigurationen der Drucktaste 30 in Verbindung mit der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 verwendet werden können. Es versteht sich außerdem, dass gemäß anderen Ausführungsformen Näherungsschalter, wie zum Beispiel kapazitive Schalter, anstelle der mechanischen Drucktasten verwendet werden könnten.
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In 6 ist ein Finger 58 des Nutzers gezeigt, der mit der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 34 interagiert. In dieser Ausführungsform arbeitet die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 mit kapazitiven Näherungssensoren 50, von denen jeder ein Aktivierungsfeld 56 generiert. Wenn der Finger des Nutzers oder ein anderer Körperteil mit dem Aktivierungsfeld 56 für einen entsprechenden Näherungssensor 50 interagiert, so wird ein Signal durch die Steuerschaltung generiert und verarbeitet, um den Finger in Kontakt mit, oder in unmittelbarer Nähe zu, der entsprechenden Drucktaste 30 zu detektieren. Der Nutzer, wie zum Beispiel der Finger 58 des Nutzers, kann den Näherungssensor 50 berühren oder in unmittelbaren Kontakt mit dem Näherungssensor 50 kommen, was ausreicht, um eine Detektion des Fingers 58, der mit der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 interagieren will, auszulösen. Wenn der Nutzer mit der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 zu interagieren beginnt, so kann die bewegliche Baugruppe 25 mit den Drucktasten 30 nach vorn in eine Nutzungsposition betätigt werden. Außerdem kann die Position des Fingers 58 des Nutzers auf einem Display 22 angezeigt werden, um dem Nutzer eine Ansicht der Fingerposition relativ zu den Tasten zu präsentieren, und das Display wird in einer Region präsentiert, die allgemein vor einem Fahrer des Fahrzeugs liegt.
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In den 7–9 sind Signale 60A–60E, welche die Veränderung des Sensor-Ladeimpulszählwertes zeigen, die als Δ Sensorzählwert für mehrere Signalkanäle gezeigt ist, die den fünf Näherungssensoren 30 zugeordnet sind, gemäß verschiedenen Beispielen veranschaulicht. Die Veränderung des Sensor-Ladeimpulszählwertes ist die Differenz zwischen einem initialisierten Referenzzählwert, ohne dass ein Finger oder sonstiges Objekt in dem Aktivierungsfeld vorhanden ist, und dem entsprechenden Sensormesswert. In diesen Beispielen tritt der Finger des Nutzers in ein Aktivierungsfeld 56 ein, das zu einem der Näherungssensoren gehört, wenn sich der Finger des Nutzers über die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 hinweg bewegt. Der Signalkanal ist die Änderung (Δ) des Sensor-Ladeimpulszählwertes, der zu dem kapazitiven Sensor 50 gehört, welcher zu der entsprechenden Drucktaste 30 gehört. In der offenbarten Ausführungsform sind die Näherungssensoren 50 kapazitive Sensoren. Wenn ein Finger des Nutzers in Kontakt mit einem Sensor 50 ist oder sich in unmittelbarer Nähe zu einem Sensor 50 befindet, so ändert der Finger die an dem entsprechenden Sensor 50 gemessene Kapazität. Die Kapazität verhält sich parallel zu der parasitischen Kapazität der unberührten Sensorkontaktinsel, so dass ein Versatz gemessen wird. Die durch den Nutzer oder Bediener induzierte Kapazität verhält sich proportional zu der Dielektrizitätskonstante des Fingers oder anderen Körperteils des Nutzers, der Oberfläche, die Kontakt mit der kapazitiven Kontaktinsel hat, und verhält sich umgekehrt proportional zur Entfernung der Gliedmaße des Nutzers von dem kapazitiven Sensor 50. Gemäß einer Ausführungsform wird jeder Sensor 50 mit einer Kette von Spannungsimpulsen über Impulsbreitenmodulation (PWM, pulse width modulation) erregt, bis der Sensor ein eingestelltes Spannungspotential erreicht hat. Dies lädt die Empfangselektrode bis auf ein bekanntes Spannungspotential. Der Zyklus wird wiederholt, bis die Spannung an dem Messungskondensator eine zuvor festgelegte Spannung erreicht. Wird ein Finger des Nutzers auf die Berührungsfläche des Sensors 50 gelegt, so wird eine externe Kapazität verursacht, die den Betrag der Ladung erhöht, die mit jedem Zyklus übertragen wird, wodurch die Gesamtanzahl der Zyklen verringert wird, die erforderlich sind, damit die Messungskapazität die zuvor festgelegte Spannung erreicht. Der Finger des Nutzers bewirkt, dass die Veränderung des Sensor-Ladeimpulszählwertes zunimmt, da dieser Wert auf dem initialisierten Referenzzählwert minus dem Sensormesswert basiert.
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Wir wenden uns 7 zu. Wenn der Finger des Nutzers über die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 gleitet, so tritt der Finger in aufeinanderfolgende Aktivierungsfelder ein, die zu den kapazitiven Sensoren 50 an jeder der Drucktasten 30 gehören, wodurch die Signale 60A–60E generiert werden, die den fünf kapazitiven Sensoren 50 an den fünf Drucktasten 30 entsprechen. Ein lineares Wischen des Fingers über die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 führt somit zu dem gezeigten Signalmuster. Wenn der Nutzer den Finger auf einer der Drucktasten 30 nicht einsetzt, so kommt es zu dem pausierten Signalmuster für das Signal 60B, das in 8 gezeigt ist. Wenn der Nutzer pausiert und eine der Drucktasten 30 weiter niederdrückt, so entsteht das in 9 gezeigte Signalmuster 60B. Wie in 9 zu sehen, entsteht das Signal 60B, wenn der Nutzer am Punkt 62 auf die Taste drückt, was eine Spitze in dem Signal 60B bewirkt. Es versteht sich, dass die Steuerschaltung jedes der Signale 60A–60E mit einer Schwelle vergleicht und die Detektion eines Fingers des Nutzers in Kontakt oder unmittelbarer Nähe (zum Beispiel innerhalb von 1 mm) bestimmt, wenn das Signal die Schwelle übersteigt. Wenn eines oder mehrere der Signale die Schwelle übersteigen, so wird ein Nutzer, der mit der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 interagiert, detektiert, was bewirken kann, dass die Baugruppe 25 mit den Drucktasten 30 sich in eine ausgefahrene Nutzungsposition bewegt. Wenn darüber hinaus eines der Signale eine Schwelle detektiert, die größer als die Schwelle ist, so wird das Display der PRNDL-Modi dem Nutzer auf dem Display 22 so angezeigt, dass dem Nutzer eine Bilddarstellung präsentiert wird, mit welcher Taste 30 der Finger gerade interagiert. Des Weiteren versteht es sich, dass die Steuerschaltung bestimmen kann, wann ein Signal, wie zum Beispiel das Signal 60B, eine Aktivierungsschwelle aufgrund einer Spitze am Punkt 62 übersteigt, wenn ein Nutzer die entsprechende Taste drückt, und kann das detektierte Drücken am Punkt 62 als Bestätigung dafür verwenden, dass ein Nutzer auf die Drucktaste drückt, was eine Bestätigung der Tastenbetätigung ist. Somit können die kapazitiven Sensoren 50 auch dafür dienen, eine redundante Bestätigung zu liefern, dass der Nutzer beabsichtigt, eine Drucktaste 30 zu betätigen.
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Wie in den 10–10B zu sehen, ist die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 des Weiteren so veranschaulicht, dass sie gemäß einer weiteren Ausführungsform mit mehreren Infrarotsensoren arbeitet, um einen Nutzer zu detektieren, der mit den Drucktasten 30 interagiert. In 10 sind die Drucktasten 30 so gezeigt, dass sie sich teilweise von dem Gehäuse 26 erstrecken, so dass eine Überhangfläche 27 entsteht, die allgemein oberhalb der Drucktasten 30 beabstandet ist, dergestalt, dass ein Raum zwischen dem Gehäuse 26 und den Tasten 30 besteht, so dass ein Finger des Nutzers das obere äußere Ende der Drucktasten 30 berühren kann. Die Infrarot-Detektionsanordnung enthält Infrarotsensoren 50´ mit mehreren Infrarotsendern 50B, die an der Überhangfläche 27 des Gehäuses 26 und an der Unterseite angeordnet und dafür ausgelegt sind, einen Infrarotstrahl nach unten auf die entsprechenden Drucktasten 30 auf dem Infrarot-Detektionsbereich 50A auszusenden. Die Infrarotsensoren 50´ haben auch mehrere Infrarotempfänger 50C, die an der Überhangfläche 27 an einer Position auf der Unterseite angeordnet und so ausgerichtet sind, dass sie ein Rücklauf-Infrarotsignal in dem Infrarot-Detektionsbereich 50A von dem entsprechenden Infrarotsender 50B und den Drucktasten 30 detektieren. Die Infrarotsender 50B und -empfänger 50C sind dafür ausgelegt, das Vorhandensein eines Objekts, wie zum Beispiel eines Fingers des Nutzers, auf dem Infrarot-Detektionsbereich 56A auf den entsprechenden Tasten 30 zu detektieren. Wenn also ein Nutzer mit einem Finger eine Oberfläche der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 berührt oder darüber gleitet, so detektieren die jeweiligen Infrarotsensoren 50´ das Vorhandensein des Fingers auf jeder der Tasten 30. In Reaktion auf das Detektieren des Vorhandenseins eines Fingers kann die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 in eine Nutzungsposition betätigt werden, und eine Anzeige der Position des Fingers mit Bezug auf bestimmte Tasten kann auf dem Display 22 angezeigt werden.
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Mit Bezug auf 10B ist die in den 10A und 10B gezeigte Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 des Weiteren mit einem Linearaktuator zum Betätigen der mehreren Tasten 30 zwischen der in 10A gezeigten ausgefahrenen Nutzungsposition und der in 10 gezeigten eingefahrenen Position veranschaulicht. Die Betätigung kann gemäß einer Ausführungsform mit Hilfe eines Motors 84 bewerkstelligt werden, der ein Zahnrad 82 antreibt, das einen gezahnten Arm 80 in Eingriff nimmt, der sich im Einklang mit der beweglichen Baugruppe 25 bewegt, die die Drucktasten 30 enthält. Es versteht sich, dass auch andere Betätigungsmechanismen verwendet werden können, wie zum Beispiel eine lineare Stellschraube oder eine vorbelastete Feder mit einem Luftdruckdämpfer, um die bewegliche Baugruppe 25 der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 zwischen der Nutzungsposition und der eingefahrenen Position zu betätigen. In einem Beispiel bewegt sich die Baugruppe 25 um ein bis drei Inch zwischen der eingefahrenen und der Nutzungsposition.
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Mit Bezug auf die 11 und 11A ist des Weiteren eine linear betätigte Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24´ in einer eingefahrenen Position in 11 und einer ausgefahrenen Nutzungsposition in 11A gezeigt. In der eingefahrenen Position sind die Drucktasten 30 so gezeigt, dass sie sich teilweise bis vor die Überhangfläche 27 des Gehäuses 26 erstrecken, dergestalt, dass die Finger eines Nutzers sie berühren kann, um mit jeder der Drucktasten 30 zu interagieren. Wird der Nutzer, der mit einer oder mehreren der Drucktasten 30 interagieren will, detektiert, so betätigt die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 in Reaktion darauf, dass der detektierte Näherungssensor einen Nutzer detektiert, die bewegliche Baugruppe 25 mit den Drucktasten 30 nach vorn in die in 11A gezeigte Nutzungsposition. In dieser Nutzungsposition kann ein Nutzer frei mit einer oder mehreren der Drucktasten 30 interagieren und sie aktivieren, um einen Fahrmodus des Fahrzeugs auszuwählen. Wenn der Fahrer die Interaktion mit der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 beendet hat, oder nach Ablauf einer bestimmten Zeit, können die Drucktasten 30 in die in 11 gezeigte eingefahrene Position zurückgezogen werden. Die lineare Aktion der beweglichen Baugruppe 25 kann gemäß einer Ausführungsform durch einen Motor bewerkstelligt werden, der ein Zahnrad 82 und einen gezahnten Arm 80 antreibt.
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In den 12 und 12A ist das Display 22, das in dem Instrumententräger 16 des Fahrzeugs 10 präsentiert wird, in größerem Detail veranschaulicht. Wie in 12 zu sehen, ist das Display 22 ein digitales Display, das eine Anzeige in Form von Symbolen 70 bereitstellt, um jede der auswählbaren Positionen des Fahrzeugmodus anzuzeigen, und zwar als Symbole P, R, N, D und L. Wenn ein Nutzer durch die Näherungssensoren detektiert wird, die mit der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 interagieren, so wird das Display 22 veranlasst, vergrößerte Symbole darzustellen und einen Hinweis zu geben, mit welcher Drucktaste 30 ein Nutzer interagiert. In dem gezeigten Beispiel ist in 12A ein Symbol 70 eines Fingers 72 gezeigt, der auf dem Symbol 70 liegt, was die Taste 30 anzeigt, deren momentane Nutzerinteraktion detektiert wird. Außerdem wird die Taste 30, mit der der Nutzer gerade interagiert, als ein vergrößertes Bild des Symbols gezeigt, das größer ist und darum stärker von den anderen Symbolen hervorsticht, so dass der Fahrer des Fahrzeugs sofort die Taste erkennen kann, mit der sein Finger interagiert, ohne abgelenkt zu werden. Es versteht sich, dass das Display 22 die ausgewählte Taste zusätzlich in einer helleren Farbe oder einer anderen Farbe beleuchten kann und auch andere Arten von Symbolen oder Hinweisen präsentieren kann, die für den Modus, mit dem der Fahrzeuglenker gerade interagiert, und die Position des Fingers des Nutzers stehen. Obgleich das Display 22 in dem Instrumententräger 16 gezeigt ist, versteht es sich, dass das Display 22 auch an einer anderen Position in dem Fahrzeug angeordnet sein kann.
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Die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 kann gemäß einer Ausführungsform in 13 mit einer Steuereinheit 90, wie gezeigt, arbeiten. In dieser Anordnung ist die Steuereinheit 90 so gezeigt, dass sie eine Steuerschaltung in Form eines Mikroprozessors 92 und eines Speichers 90 hat. Es versteht sich, dass auch andere Steuerschaltungen, einschließlich analoger und/oder digitaler Steuerschaltungen, verwendet werden können. In dem Speicher 94 sind eine Gangschaltungsnäherungsdetektionsroutine 100 und eine Gangschaltungspräsentationsroutine 200 gespeichert. Die Steuereinheit 90 empfängt Signale von jedem der Näherungssensoren 50, die zu den Drucktasten 30 gehören. Die Steuereinheit 90 verarbeitet die Näherungssensor-Eingangssignale und generiert auf der Basis der Verarbeitung der Routinen 100 und 200 Ausgangssignale, die an das PRNDL-Display 22 und an den Gangschaltungskonsolenaktuator 38 übermittelt werden. Die Gangschaltungsnäherungsdetektionsroutine 100 detektiert einen Nutzer, der die Drucktasten 30 berührt oder sich in unmittelbarer Nähe zu ihnen befindet, und steuert das Display 22, eine Darstellung der Drucktaste 30 anzuzeigen, die sich in unmittelbarer Nähe zum Finger des Nutzers befindet. Die Gangschaltungspräsentationsroutine 200 detektiert einen Nutzer, der die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 berührt oder sich in unmittelbarer Nähe zu ihr befindet, und betätigt die Gangschaltungskonsole oder die bewegliche Baugruppe zwischen einer Nutzungsposition und einer eingefahrenen Position.
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In 14 ist die Gangschaltungsnäherungsdetektionsroutine 100 veranschaulicht, die bei Schritt 102 beginnt und zum Entscheidungsschritt 104 voranschreitet, um zu bestimmen, ob ein Näherungssensorsignal von ausreichender Amplitude detektiert wurde. Wenn kein Signal von ausreichender Amplitude detektiert wurde, so wird das PRNDL-Display bei Schritt 106 vor dem Zurückkehren minimiert. Im minimierten Zustand präsentiert das Display eine Anzeige in normaler Größe der verfügbaren Betriebsmodi PRNDL und hebt den momentanen Betriebsmodus mit einer beleuchteten Farbe oder helleren Beleuchtung hervor. Wenn ein Signal detektiert wurde, das einen Nutzer in Kontakt mit, oder in unmittelbarer Nähe, einer oder mehrerer der Tasten anzeigt, so schreitet die Routine 100 zu Schritt 108 voran, um die detektierte Fingerposition zu berechnen. Die Position des Fingers kann mit einem Sensor unter Verwendung eines maximalen Signals oder eines gewichteten Durchschnitts von Signalen berechnet werden. Als Nächstes zeigt das Display bei Schritt 110 die momentane Position des Fingers an, so dass der Fahrer des Fahrzeugs sofort die Position seines Fingers auf dem Display relativ zu den Drucktasten erkennen kann. Bei Entscheidungsschritt 112 bestimmt die Routine 100, ob sich der Finger immer noch auf einer Drucktaste befindet, ohne dass der Druckknopf gedrückt wird, und wenn ja, so wird dem Fahrer bei Schritt 114 ein Warnhinweis angezeigt, nicht die Hand auf der Gangschaltung zu lassen, bevor zu Schritt 104 zurückgegangen wird. Wenn kein Finger auf einer Drucktaste ohne Drücken liegt, so schreitet die Routine 100 zum Entscheidungsschritt 116 voran, um zu bestimmen, ob sich ein Finger auf einer Drucktaste befindet, die nicht zulässig ist, wie zum Beispiel, wenn versucht wird, das Fahrzeug in einen Fahrzeugrückwärtsgang-Modus zu versetzen, während sich das Fahrzeug in der entgegengesetzten Richtung vorwärts bewegt. Wenn ein Finger auf einer Taste detektiert wird, die nicht zulässig ist, so zeigt die Routine 100 dem Fahrer bei Schritt 118 einen Warnhinweis an, dass die Taste nicht zulässig ist und dass sich das Fahrzeug in Bewegung befindet, bevor zu Schritt 104 zurückgegangen wird. Anderenfalls kehrt die Routine 100 zu Schritt 104 zurück.
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In 15 ist die Gangschaltungspräsentationsroutine 200 veranschaulicht, die bei Schritt 202 beginnt und zum Entscheidungsschritt 204 voranschreitet, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug besetzt ist. Wenn das Fahrzeug nicht besetzt ist, so schreitet die Routine 200 zu Entscheidungsschritt 206 voran, um zu bestimmen, ob die Fahrertür offen ist, und wenn nicht, so kehrt sie zu Schritt 204 zurück. Wenn die Fahrertür offen ist, so schreitet die Routine 200 zu Schritt 210 voran, um die Gangschaltungsbaugruppe in eine ausgefahrene Nutzungsposition herauszufahren, bevor zu Schritt 204 zurückgekehrt wird. Durch Herausfahren der Gangschaltungsbaugruppe in eine Nutzungsposition, wenn die Fahrzeugtür offen ist und das Fahrzeug nicht besetzt ist, werden die Drucktasten der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 204 dem Fahrer des Fahrzeugs automatisch und bequem präsentiert, wenn der Fahrer einsteigt, um es dem Fahrer zu ermöglichen, anfänglich mit ihnen zu interagieren und einen gewünschten Betriebsmodus des Fahrzeugs einzugeben.
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Wenn das Fahrzeug besetzt ist, so schreitet die Routine 200 zu Entscheidungsschritt 208 voran, um zu bestimmen, ob eine Nähe des Nutzers mit der Gangschaltung detektiert wird. Wenn ein Kontakt des Nutzers mit der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung oder seine unmittelbare Nähe zu ihr detektiert wird, so schreitet die Routine 200 zu Schritt 210 voran, um die Gangschaltungsbaugruppe in eine ausgefahrene Nutzungsposition herauszugleiten, bevor zu Schritt 204 zurückgekehrt wird. Das heißt, sobald ein Näherungssensor detektiert wird, der mit einem Fahrer des Fahrzeugs interagiert, wenn das Fahrzeug besetzt ist, wird die bewegliche Baugruppe der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung in die ausgefahrene Nutzungsposition bewegt. Wenn keine Nutzernähe zur Gangschaltung detektiert wird, so schreitet die Routine 200 zu Entscheidungsschritt 212 voran, um zu bestimmen, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit größer ist als eine zuvor festgelegte Schwelle Vth, und wenn ja, so wird die bewegliche Gangschaltungsbaugruppe bei Schritt 214 in die eingefahrene Position bewegt, bevor zu Schritt 204 zurückgekehrt wird. Wenn also die Fahrzeuggeschwindigkeit hoch genug ist, wie zum Beispiel mehr als zehn Meilen/Stunde, so wird die bewegliche Baugruppe der Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 in die eingefahrene Position bewegt. Anderenfalls kehrt die Routine 200 zu Schritt 204 zurück.
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Dementsprechend detektiert die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 vorteilhafterweise einen Nutzer, der mit den Drucktasten 30 interagiert, und in Reaktion bewegt die Tasten in eine ausgefahrene Nutzungsposition, die sich durch einen Lenker des Fahrzeugs bequemer bedienen lässt. Außerdem zeigt die Schnittstelle für eine Druckknopfgangschaltung 24 des Weiteren auf einem Display 22 die Position des Fingers des Nutzers relativ zu den Drucktasten 30 in einer Weise an, die leicht zu erkennen ist und den Fahrer des Fahrzeugs 10 nicht ablenkt.
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Es versteht sich, dass Variationen und Modifizierungen an der oben beschriebenen Struktur vorgenommen werden können, ohne von den Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und es versteht sich des Weiteren, dass es beabsichtigt ist, dass solche Konzepte durch die folgenden Ansprüche abgedeckt werden, sofern diese Ansprüche nicht durch ihren Wortlaut ausdrücklich etwas anderes besagen.
