DE102017110104A1

DE102017110104A1 - Fahrzeugschalthebelschnittstelle mit näherungserfassung

Info

Publication number: DE102017110104A1
Application number: DE102017110104.7A
Authority: DE
Inventors: Stuart C. Salter; Pietro Buttolo; James Stewart Rankin ll; Mark McCarthy
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-05-18
Filing date: 2017-05-10
Publication date: 2017-11-23
Also published as: RU2017117152A3; MX2017006326A; TR201706923A2; RU2729127C2; RU2017117152A; CN107415694A

Abstract

Eine Schalthebelschnittstelle, die eine Benutzerschnittstellenkonsole umfasst, wird bereitgestellt. Die Schalthebelschnittstelle umfasst außerdem eine Vielzahl von Näherungssensoren, die angeordnet sind, um Näherungsschalter auf der Konsole bereitzustellen, wobei die Näherungsschalter feste Eingabetasten bilden, die von einem Benutzer auswählbar sind, um einen Betriebsmodus des Fahrzeugs einzugeben. Die Schalthebelschnittstelle umfasst ferner eine Steuerung, die Signale verarbeitet, die von den Näherungssensoren erzeugt werden, um Aktivierung von einem oder mehreren der Näherungssensoren zu erkennen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine Teilanmeldung der US-Patentanmeldung mit der Nr. 15/040,370, eingereicht am 10. Februar 2016, mit dem Titel „PUSHBUTTON VEHICLE SHIFTER INTERFACE USING PROXIMITY SENSING“. Die vorangehend genannte verwandte Anmeldung wird hiermit durch Bezugnahme aufgenommen.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Benutzerschalthebelschnittstellen für Fahrzeuge und betrifft im Besonderen eine erweiterte Schalthebelschnittstelle, die Näherungserfassung verwendet, um einen Fahrzeugbetriebsmodus einzugeben.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Automobilfahrzeuge sind üblicherweise mit einer Schalthebelschnittstelle zum Auswählen verschiedener Betriebsmodi eines Fahrzeugs, einschließlich der Gangauswahlen Parken, Rückwärts, Leerlauf, Fahren und erster Gang. Einige Automobilfahrzeuge haben die herkömmlichen Gangschaltungen durch Shift-by-Wire-Systeme ersetzt, die Benutzerschnittstelleneingaben nutzen, wie Drucktasten. Es wäre wünschenswert, eine verbesserte Bedienung einer Benutzereingabeschalthebelschnittstelle zur Verwendung in einem Fahrzeug bereitzustellen.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schalthebelschnittstelle bereitgestellt. Die Schalthebelschnittstelle umfasst eine Benutzerschnittstellenkonsole und eine Vielzahl von Näherungssensoren, die angeordnet sind, um Näherungsschaltertasten auf der Konsole bereitzustellen. Die Näherungsschaltertasten sind von einem Benutzer auswählbar, um einen Betriebsmodus des Fahrzeugs einzugeben. Die Schalthebelschnittstelle umfasst außerdem eine Steuerung, die Signale verarbeitet, die von den Näherungssensoren erzeugt werden, um Aktivierung von einem oder mehreren der Näherungssensoren zu erkennen.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Fahrzeugschalthebelschnittstelle bereitgestellt. Die Schalthebelschnittstellen umfassen eine Benutzerschnittstellenkonsole in einem Fahrzeug und eine Vielzahl von Näherungssensoren, die angeordnet sind, um Näherungsschaltertasten auf der Konsole bereitzustellen. Die Näherungsschaltertasten sind von einem Benutzer auswählbar, um einen Betriebsmodus des Fahrzeugs einzugeben. Die Fahrzeugschalthebelschnittstelle umfasst außerdem eine Steuerung, die Signale verarbeitet, die von den Näherungssensoren erzeugt werden, um Aktivierung von einer oder mehreren der Näherungsschaltertasten zu erkennen, und die den eingegebenen Betriebsmodus steuern kann.
Diese und andere Aspekte, Gegenstände und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch den Fachmann nach der Lektüre der folgenden Beschreibung, der Ansprüche und der beigefügten Zeichnungen verstanden und geschätzt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen ist:
1 eine perspektivische Ansicht einer Fahrgastzelle eines Automobilfahrzeugs mit einer Drucktastenschalthebelschnittstelle mit Näherungssensoren, gemäß einer Ausführungsform;
1A eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Drucktastenschalthebelschnittstelle, die in einer vorderen Gebrauchsposition gezeigt wird;
2 eine perspektivische Ansicht der Drucktastenschalthebelschnittstelle, die in einer verstauten Position gezeigt wird;
3 eine Draufsicht der Drucktastenschalthebelschnittstelle von 2, die in der verstauten Position dargestellt wird;
3A eine Draufsicht der Drucktastenschalthebelschnittstelle von 2, die in der vorderen Gebrauchsposition dargestellt wird;
4 eine Draufsicht einer der Drucktasten, die kapazitive Näherungserfassung nutzt, gemäß einer Ausführungsform;
4A eine Querschnittsansicht durch Linie IVA-IVA von 4;
5 eine Draufsicht einer Drucktaste, die eine alternative kapazitive Näherungserfassungsanordnung nutzt, gemäß einer weiteren Ausführungsform;
5A eine Querschnittsansicht durch Linie VA-VA von 5;
6 eine schematische Ansicht einer Benutzerschnittstelle mit den Drucktasten, gemäß einer Ausführungsform zum kapazitiven Erfassen;
7 ein Diagramm, das Signale darstellt, die mit den kapazitiven Sensoren verbunden sind, die erzeugt werden, wenn ein Benutzer eine Verbindung mit den Drucktasten herstellt;
8 ein Diagramm, das Signale darstellt, die mit den kapazitiven Sensoren verbunden sind, während ein Benutzer auf der Drucktaste ruht;
9 ein Diagramm, das Signale darstellt, die mit den kapazitiven Sensoren verbunden sind, wenn ein Benutzer eine der Drucktasten zum Aktivieren drückt;
10 eine perspektivische Ansicht einer Drucktastenschalthebelschnittstelle, die Infrarotsensoren nutzt, wobei die Drucktasten in einer verstauten Position gezeigt werden, gemäß einer weiteren Ausführungsform;
10A eine perspektivische Ansicht der Drucktastenschalthebelschnittstelle von 10, wobei die Drucktasten in einer vorderen Gebrauchsposition gezeigt werden;
10B eine perspektivische Querschnittsansicht der Drucktastenschalthebelschnittstelle durch Linie XB-XB von 10A;
11 eine Draufsicht einer Drucktastenschalthebelschnittstelle, die einen Aktuator nutzt, der die Vielzahl von Drucktasten relativ zu einem Gehäuse nach vorne schiebt, gemäß einer weiteren Ausführungsform;
11A eine Draufsicht der Drucktastenschalthebelschnittstelle von 12, die die Drucktasten darstellen, die sich vorwärts in eine Gebrauchsposition erstrecken;
12 eine Vorderansicht eines interaktiven Displays, das die PRNDL-Fahrzeugbetriebsmodi im Instrumentencluster darstellt;
12A eine Vorderansicht des Displays, das eine vergrößerte Darstellung einer Taste und des Fingers des Benutzers, der so dargestellt wird, dass der mit dieser Taste eine Verbindung herstellt, darstellt;
13 ein Blockdiagramm, das die Steuerungsanordnung für die Drucktastenschalthebelschnittstelle darstellt;
14 ein Ablaufdiagramm, dass eine Routine zum Bereitstellen der Drucktastenschalthebelnäherungserfassung und Steuern des interaktiven Displays darstellt;
15 ein Ablaufdiagramm, dass eine Routine zum Steuern der Bewegung und Position der Drucktastenschalthebelschnittstellenbaugruppe umfasst;
16 eine perspektivische Ansicht einer benutzeraktivierten Schalthebelschnittstelle, die Näherungssensoren nutzt und mit einer beweglichen Konsole in einer vorderen Gebrauchsposition gezeigt wird, gemäß einer weiteren Ausführungsform;
16A eine perspektivische Ansicht der Schalthebelschnittstelle, die in 16 angezeigt wird und ferner mit der beweglichen Konsole in der zurückgezogenen Position angezeigt wird;
17 eine vergrößerte Draufsicht eines Abschnitts der Schalthebelschnittstelle von 16, die ferner einen Näherungssensor darstellt, der eine Näherungsschaltertaste bildet;
18 eine Querschnittsansicht durch Linie XVIII-XVIII von 17, die ferner die Näherungserfassungsanordnung darstellt;
19A eine perspektivische Querschnittsansicht durch eine der Näherungsschaltertasten von 17, die ferner die bewegliche Konsole in einer vorderen Gebrauchsposition darstellt;
19B eine perspektivische Querschnittsansicht der Näherungsschaltertaste, die in 19A in der zurückgezogenen Position gezeigt wird;
20 eine perspektivische Ansicht einer benutzeraktivierten Schalthebelschnittstelle, die Näherungssensoren nutzt und mit der beweglichen Konsole in einer vorderen Gebrauchsposition gezeigt wird, gemäß noch einer weiteren Ausführungsform;
20A eine perspektivische Ansicht der Schalthebelschnittstelle von 20, die mit der beweglichen Konsole in der zurückgezogenen Position gezeigt wird;
21 eine Draufsicht eines Abschnitts der Schalthebelschnittstelle von 20, die einen Näherungssensor darstellt, der die Näherungsschaltertaste bildet;
22 eine Querschnittsansicht durch Linie XXII-XXII von 21, die ferner die Näherungserfassungsanordnung darstellt;
23A eine perspektivische Querschnittsansicht durch eine der Näherungsschaltertasten von 21, die ferner die bewegliche Konsole in einer vorderen Gebrauchsposition darstellt;
23B eine perspektivische Querschnittsansicht durch die Näherungsschaltertaste, die die bewegliche Konsole in der zurückgezogenen Position zeigt; und
24 ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Ausführen einer benutzeraktivierten Schalthebelschnittstelleneingabe mit der Schalthebelschnittstelle darstellt, die Näherungserfassung nutzt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf 1 und 1A wird der Fahrgastinnenraum eines Automobilfahrzeugs 10 im Allgemeinen mit einer Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 dargestellt, gemäß einer Ausführungsform. Das Fahrzeug 10 wird im Allgemeinen so gezeigt, dass es mit einem Fahrersitz 12 ausgestattet ist, der hinter einem Lenkrad 14 positioniert ist und für einen Fahrer über eine Fahrgasttür 18 zugänglich ist, gemäß einer herkömmlichen Sitzanordnung in einem Fahrzeug. Die Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 wird so angezeigt, dass sie sich in einer vorderen Konsole 20, wie ein Armaturenbrett, befindet, und ist für den Fahrer des Fahrzeugs, der auf dem Fahrersitz 12 sitzt, erreichbar und zugänglich. Die Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 umfasst eine Vielzahl von Drucktasten 30, die es dem Fahrer ermöglichen, einen Fahrzeugbetriebsmodus einzugeben, wie den Getriebegangmodus, einschließlich Parken, Rückwärts, Leerlauf, Fahren und erster Gang, was auch als PRNDL-Eingabe bezeichnet wird.
Die Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 umfasst eine bewegliche Baugruppe 25, die als eine bewegende Plattform konfiguriert ist, die die Vielzahl von Drucktasten 30 unterstützt, von denen jede als Benutzereingaben betätigbar ist, um einen der Fahrzeugbetriebsmodi einzugeben. Die Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 umfasst außerdem eine Näherungssensoranordnung, die dazu konfiguriert ist, einen Benutzer, wie den Fahrer des Fahrzeugs, in der Nähe der Drucktasten 30 zu erfassen. Ein Aktuator betätigt die bewegliche Baugruppe 25 zu einer Gebrauchsposition als Reaktion auf Erfassen des Nutzers, der in Kontakt mit oder in der Nähe der Drucktasten 30 ist. Zusätzlich zeigt ein Display 22 innerhalb des Instrumentenclusters 16 die Betriebsmodi, die durch Symbole dargestellt werden, die Auswahl des aktuellen Modus und die Position des Fingers des Benutzers relativ zu den Drucktasten 30. Das Display 22 kann ein digitales Display sein, das sich in dem Instrumentencluster 16 befindet, im Allgemeinen vor dem Lenkrad 14 und sichtbar durch einen Fahrer, der auf dem Fahrersitz 12 sitzt. Das Display 22 zeigt die verfügbaren Betriebsmodi mit separaten Symbolen P, R, N, D und L, den aktuell ausgewählten Betriebsmodus in einer vergrößerten, hervorgehobenen oder beleuchteten Darstellung und eine Angabe, dass ein Benutzer eine Verbindung mit der Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 herstellt, an, indem angegeben wird, mit welcher Drucktaste der Benutzer laut Erfassung derzeit eine Verbindung herstellt.
Durch Verwenden der Näherungssensoranordnung bietet die Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 verbesserte Benutzerschnittstellenleistung. In einer Umsetzung ermöglicht die Näherungserfassung dem Display 22, dem Fahrer die Taste 30 anzuzeigen, auf der der Finger des Fahrers verweilt, bevor und während eine tatsächliche Betätigung einer Drucktaste 30 durchgeführt wird. In einer weiteren Umsetzung ermöglicht die Näherungssensoranordnung dem Aktuator, die bewegliche Anordnung 25 zu einer Gebrauchsposition zu betätigen, wie eine Position vor der verstauten Position, die verbesserten Zugang zu den Drucktasten 30 durch den Fahrer des Fahrzeugs, der auf dem Fahrersitz 12 sitzt, ermöglicht. Der Aktuator kann die bewegliche Anordnung vor dem Armaturenbrett 20 betätigen und/oder auch die Anordnung 25 zu einem Winkel rotieren oder betätigen, der zum Verbinden mit den Tasten 30 durch den Fahrer besser geeignet ist.
In der Ausführungsform, die in 1–9 gezeigt werden, wird eine rotierende Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 mit beweglicher Anordnung 25 bereitgestellt, die vorwärts und in einem Winkel relativ zu dem Fahrer zu einer Gebrauchsposition rotiert, wie in 1 dargestellt. Die Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 verfügt über eine Vielzahl von Drucktasten 30, die von einem hinteren Rahmen 32 und einer Schwenkstange 34 als Teil der beweglichen Baugruppe 25 gestützt werden. Die Drucktasten 30 können in einer verstauten Position innerhalb oder teilweise innerhalb eines Fachs oder Gehäuses 26 im Armaturenbrett 20 sein und nach außen durch einen Aktuator eingesetzt werden, der als Motor 38 gezeigt wird, der die Baugruppe 25 nach vorne über die Schwenkachse 36 zu rotieren und zu bewegen, um die Baugruppe 25 in Richtung des Fahrers zu einer Gebrauchsposition zu schwenken. Die Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 wird in 1A–3A mit fünf verschiedenen Drucktasten 30 dargestellt, die durch den Rahmen 32 und die Schwenkstange 34 auf der beweglichen Baugruppe 25 gestützt werden. Die Drucktasten 30 sind mit dem Verbindungsstab 34 innerhalb des Rahmens 32 verbunden und relativ zu dem Verbindungsstab 34 innerhalb des Rahmens 32 schwenkbar. Jede Taste 30 verfügt über ein Zeichen, das auf einer Oberseite gedruckt oder gebildet ist, das auf einen auswählbaren Betriebsmodus, wie einen der PRNDL-Betriebsmodi, hindeutet. Die Drucktasten 30 werden unter von einem Benutzer angewendeten Kraftaufwand mechanisch nach unten betätigt und umfassen ein biegsames Rückstellelement, dass die Tasten 30 mit einer Vorspannkraft zur oberen Position zurückholt. Jede Taste 30 ist betätigbar, indem sie mit ausreichend Kraft zu einer Position, in der ein Schalter aktiviert wird, um ein Eingangssignal für die Modusauswahl zu erzeugen, nach unten gedrückt wird. Zusätzlich verfügt das Gehäuse 26 über eine Oberseite 27, die mindestens einen Abschnitt der Tasten in der verstauten Position überragt und somit eine Abdeckung oder Stirn bildet, die mindestens teilweise über der Vielzahl von Drucktasten 30 angeordnet ist, was dazu dient, versehentliche Aktivierungen der Drucktasten 30 zu verhindern. Um Aktivierungen zu ermöglichen oder Aktivierung der Taste 30 zu erfassen, überragt die überragende Oberseite 27 vorzugsweise nur teilweise die Vielzahl von Tasten 30.
Jede der Vielzahl von Drucktasten 30 umfasst einen Näherungssensor 50, wie in 4 gezeigt, als Teil der Näherungssensoranordnung, die einen Benutzer (z. B. einen menschlichen Finger) erfasst, der in Kontakt mit oder in unmittelbarer Nähe zu der entsprechenden Drucktaste 30 ist. Nach einer Ausführungsform umfassen die Näherungssensoren 50 kapazitive Sensoren. Die kapazitiven Sensoren können jeweils dazu konfiguriert sein, über eine Antriebselektrode 52 und eine Empfangselektrode 54 zu verfügen, wobei jede über ineinandergreifende Finger zum Erzeugen eines kapazitiven Feldes verfügt. Ein Beispiel der ineinandergreifenden Finger des kapazitiven Sensors werden in 4 dargestellt. Der Näherungssensor 50 kann gebildet werden durch Drucken von leitfähiger Tinte auf die Oberseite einer polymeren Drucktaste 30 oder auf eine Unterseite davon. Es versteht sich, dass der Näherungssensor 50 anderweitig gebildet werden kann, beispielsweise durch Montieren einer vorgeformten leitfähigen Leiterbahn auf ein Substrat, gemäß weiteren Ausführungsformen. Die Antriebselektrode 52 kann Rechteckwellenantriebspulse empfangen, die mit einer Spannung angelegt werden, während die Empfangselektrode 54 über einen Ausgang zum Erzeugen einer Ausgangsspannung verfügt. Es versteht sich, dass die Elektroden 52 und 54 in verschiedenen anderen Konfigurationen zum Erzeugen des kapazitiven Feldes als das Aktivierungsfeld angeordnet werden können. Die Antriebselektrode 52 kann mit einem Spannungseingang mit Rechteckwellenpulsen mit einem Ladungspulszyklus angelegt werden, der ausreichend ist, um die Empfangselektrode 54 auf eine gewünschte Spannung aufzuladen. Die Empfangselektrode 54 dient somit als Messelektrode. Wenn ein Benutzer oder Bediener, wie der Finger des Benutzers, in das Aktivierungsfeld gelangt, erkennt der Näherungssensor 50 eine Störung, die durch den Finger im Aktivierungsfeld verursacht wurde, und eine Steuerung bestimmt, ob die Störung ausreichend ist, um den entsprechenden Näherungssensor zu aktivieren. Die Störung des Aktivierungsfeldes wird erkannt durch Verarbeiten des Ladungspulssignals, das mit dem entsprechenden Signalkanal verbunden ist. Jeder Näherungssensor verfügt über seinen eigenen speziellen Signalkanal, der Ladungspulswerte erzeugt, die verarbeitet werden, um einen erfassten Zustand zu bestimmen. Eine Steuerung oder Steuerschaltung kann aufgenommen werden, um das Aktivierungsfeld jedes Sensors zu verarbeiten, um Benutzeraktivierung des entsprechenden Sensors durch Vergleichen des Aktivierungsfeldsignals mit einem oder mehreren Schwellenwerten zu erfassen. Es versteht sich, dass analoge und/oder digitale Steuerschaltung verwendet werden kann, um jedes Aktivierungsfeld zu verarbeiten, Benutzernäherungserfassung zu bestimmen und eine Steuerungsaktion zu initiieren. Die Steuerschaltung kann eine QMatrix-Akquisitionsmethode verwenden, die von ATMEL^® verfügbar ist, gemäß einer Ausführungsform. Nach einer weiteren Ausführungsform kann eine kapazitive QTouch-Erfassungstechnologie verwendet werden, in der ein einzelner Datenakquisitionskanal für jeden Sensor verwendet werden kann. Mit der QMatrix-Konfiguration wird Berührung mit Hilfe einer gescannten passiven Matrix von Elektrodensätzen erkannt. Eine einzelne QMatrix-Vorrichtung kann eine große Anzahl von Tasten antreiben. Weitere kapazitive Sensortechnologien, wie mTouch, können verwendet werden.
In 5 wird eine alternative kapazitive Erfassungstechnik gezeigt, bei der ein Chromsensor 50A, der auf einer oberen vorderen Kante jeder Drucktaste 30 gebildet wird, verwendet wird und die sich auf die Unterseite davon erstreckt. Die Verwendung eines Zierkörpers aus Metall als der Sensor 50A auf der oberen vorderen Kante der Taste 30 kann als kapazitiver Sensor verwendet werden. Der Chromsensor 50A kann sich unterhalb der Unterseite und Rückseite der Drucktaste 30 erstrecken, um das Signal zu einem Prozessor oder eine andere Steuerungsschaltung zu leiten, oder es könnte ein flexibler Verbinder / leitfähiger Schaum verwendet werden. Der kapazitive Sensor 50A auf jeder der Drucktasten 30 erzeugt einen Deltasignalwert, der verarbeitet werden kann, um die Position oder Näherung eines Benutzers relativ zur Drucktastenschalthebelschnittstelle zu bestimmen.
Die Drucktasten 30 sind in einer seitlichen Anordnung im Stil von Klaviertasten angeordnet. Jede Drucktaste 30, wie in 4A und 5A gezeigt, verfügt über eine horizontal angeordnete Taste im Stil einer Wippe, die an Stab 34 in der Nähe der Extremität vom Benutzer weg schwenkt. Die Drucktaste 30 im Stil einer Wippe umfasst eine robuste Elastomerkuppel 40 und einen Schalter 42, der unterhalb der Taste 30 darauf befestigt ist. Die Elastomerkuppel 40 ist auf dem Gehäuse 32 unterhalb der Taste 30 befestigt und dient dazu, eine nach oben gerichtete Vorspannkraft bereitzustellen. Alternativ kann eine Spulenfeder oder ein anderer Vorspannkraftmechanismus verwendet werden. Wenn der Benutzer die Taste 30 drückt, schwenkt die Taste 30 über die Schwenkstange 34 und aktiviert den Schalter 42 und drückt die Elastomerkuppel 40. Wenn der Schalter 42 aktiviert ist, wird ein Signal ausgegeben, das auf Betätigung der Taste 30 hindeutet. Die Elastomerkuppel 40 ist so robust, dass sie die Drucktaste 34 zurück zu ihrer oberen Position drückt, wenn der Benutzer seinen Finger von der Taste 30 entfernt. Es versteht sich, dass andere Konfigurationen der Drucktaste 30 in Verbindung mit der Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 verwendet werden können. Es versteht sich auch, dass Näherungsschalter, wie kapazitive Schalter, anstelle der mechanischen Drucktasten verwendet werden können, gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 6 wird ein Finger 58 eines Benutzer gezeigt, der mit der Drucktastenschalthebelschnittstelle 34 interagiert. In dieser Ausführungsform verwendet die Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 kapazitive Näherungssensoren 50, von denen jeder ein Aktivierungsfeld 56 erzeugt. Wenn der Finger oder ein anderes Körperteil des Benutzers mit dem Aktivierungsfeld 56 für einen entsprechenden Näherungssensor 50 interagiert, wird von Steuerschaltung ein Signal erzeugt und verarbeitet, um den Finger in Kontakt oder unmittelbarer Nähe zur entsprechenden Drucktaste 30 zu erkennen. Der Benutzer, wie etwa der Finger 58 des Benutzers, kann den Näherungssensor 50 berühren oder in engen Kontakt mit dem Näherungssensor 50 kommen, was ausreichend ist, um Erkennung des Fingers 58 auszulösen, wodurch eine Verbindung mit der Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 hergestellt werden soll. Wenn der Benutzer zunächst eine Verbindung mit der Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 herstellt, kann die bewegliche Anordnung 25 mit den Drucktasten 30 nach vorne zu einer Gebrauchsposition betätigt werden. Zusätzlich kann die Position des Fingers 58 des Benutzers auf einem Display 22 angezeigt werden, um dem Benutzer eine Ansicht der Fingerposition relativ zu den Tasten zu präsentieren, und das Display wird in einem Bereich im Allgemeinen vor einem Fahrer des Fahrzeugs dargestellt.
Unter Bezugnahme auf 7–9 werden Signale 60A–60E dargestellt, die die Veränderung bei der Sensorladungspulsanzahl, die ∆ als Sensoranzahl für eine Vielzahl von Signalkanälen in Verbindung mit den fünf Näherungssensoren 30 gezeigt wird, zeigen, gemäß verschiedenen Beispielen. Die Veränderung bei der Sensorladungspulsanzahl ist die Differenz zwischen einem initialisierten Bezugsanzahlwert ohne einen Finger oder ein anderen Objekt im Aktivierungsfeld und die entsprechende Sensorablesung. In diesen Beispielen gelangt der Finger des Benutzers in ein Aktivierungsfeld 56, das mit einem der Näherungssensoren verbunden ist, wenn der Finger des Benutzers sich über die Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 bewegt. Der Signalkanal ist die Veränderung (∆) bei der Sensorladungspulsanzahl, die mit dem kapazitiven Sensor 50 verbunden ist, der mit der entsprechenden Drucktaste 30 verbunden ist. In der offenbarten Ausführungsform sind die Näherungssensoren 50 kapazitive Sensoren. Wenn ein Finger eines Benutzers in Kontakt mit oder in unmittelbarer Nähe eines Sensors 50 ist, verändert der Finger die Kapazität, die bei dem entsprechenden Sensor 50 gemessen wurde. Die Kapazität ist parallel zu der parasitären Kapazität des unberührten Sensorfeldes und misst somit einen Versatz. Die benutzer- oder bedienerinduzierte Kapazität ist proportional zu der dielektrischen Konstante des Fingers oder eines anderen Körperteils des Benutzers, wobei die Oberfläche dem kapazitiven Sensorfeld ausgesetzt wird, und ist umgekehrt proportional zu dem Abstand der Gliedmaße des Benutzers zu dem kapazitiven Sensor 50. Nach einer Ausführungsform wird jeder Sensor 50 mit einer Spannungsimpulsfolge über Pulsbreitenmodulation (PWM) erregt, bis der Sensor auf ein festgelegtes Spannungspotential aufgeladen ist. Damit wird die Empfangselektrode auf ein bekanntes Spannungspotential aufgeladen. Der Zyklus wird wiederholt, bis die Spannung auf dem Messkondensator eine vorher bestimmte Spannung erreicht. Wenn ein Finger eines Benutzers auf die Berührungsoberfläche des Sensors 50 gelegt wird, wird eine externe Kapazität eingeleitet, die die Ladungsmenge, die jeden Zyklus übertragen wird, erhöht, wobei die Gesamtanzahl an Zyklen, die für die Messkapazität erforderlich ist, um die vorher bestimmte Spannung zu erreichen, reduziert wird. Der Finger des Benutzers führt dazu, dass die Veränderung bei der Sensorladungspulsanzahl erhöht wird, da dieser Wert auf der initialisierten Bezugsanzahl minus der Sensorablesung basiert.
Unter Bezugnahme auf 7, wenn der Finger des Benutzers über die Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 gleitet, gelangt der Finger in aufeinanderfolgende Aktivierungsfelder, die mit den kapazitiven Sensoren 50 auf jeder der Drucktasten 30 verbunden sind, wodurch Signale 60A–60E entsprechend der fünf kapazitiven Sensoren 50 auf den fünf Drucktasten 30 erzeugt werden. Somit führt ein lineares Wischen des Fingers über die Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 zum gezeigten Signalmuster. Wenn der Benutzer mit seinem Finger auf einer der Drucktasten 30 ruht, kommt es zum pausierten Signalmuster für Signal 60B, wie in 8 dargestellt. Wenn der Benutzer auf einer der Drucktasten 30 ruht und diese weiterhin drückt, wird das in 9 gezeigte Signalmuster bereitgestellt. Wie in 9 gezeigt, kommt es zu Signal 60B, wenn der Benutzer auf die Taste an Punkt 62 drückt, was zu einer Steigerung im Signal 60B führt. Es versteht sich, dass die Steuerschaltung jedes der Signale 60A–60E mit einem Schwellenwert vergleicht und die Erkennung eines Fingers eines Benutzers in Kontakt oder unmittelbarer Nähe (z. B. innerhalb von 1 mm) bestimmt, wann das Signal den Schwellenwert übersteigt. Wenn eines oder mehrere der Signale den Schwellenwert übersteigt, wird ein Benutzer erkennt, der eine Verbindung mit der Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 herstellt, was dazu führen kann, dass sich die Baugruppe 25 mit den Drucktasten 30 zu einer vorderen Gebrauchsposition bewegt. Zusätzlich, wenn ein beliebiges der Signale einen Schwellenwert erkennt, der größer ist als der Schwellenwert, wird dem Benutzer das Display der PRNDL-Modi auf dem Display 22 angezeigt, sodass dem Benutzer eine Bilddarstellung dargestellt wird, mit welcher Taste 30 der Finger derzeit eine Verbindung herstellt. Ferner versteht es sich, dass die Steuerschaltung bestimmen kann, wann ein Signal, wie etwa Signal 60B, einen Aktivierungsschwellenwert aufgrund einer Steigerung an Punkt 62 übersteigt, wenn ein Benutzer auf die entsprechende Taste drückt, und den erkannten Druck auf Punkt 62 verwenden kann, um zu bestätigen, dass ein Benutzer auf die Drucktaste als eine Bestätigung der Tastenbetätigung drückt. Somit können die kapazitiven Sensoren 50 auch dazu dienen, eine Reduktionsbestätigung des Benutzers bereitzustellen, wobei Betätigung einer Drucktaste 30 beabsichtigt wird.
Unter Bezugnahme auf 10–10B wird die Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 ferner dargestellt durch Verwenden einer Vielzahl von Infrarotsensoren zum Erfassen eines Benutzers, der eine Verbindung mit den Drucktasten 30 herstellt, gemäß einer weiteren Ausführungsform. In 10 werden die Drucktasten 30 teilweise sich von dem Gehäuse 26 erstreckend angezeigt, das eine Überhangfläche 27 bildet, die im Allgemeinen über den Drucktasten 30 beabstandet ist, sodass es einen Abstand zwischen dem Gehäuse 26 und den Tasten 30 gibt, sodass ein Finger eines Benutzers das obere äußere Ende der Drucktasten 30 berühren kann. Die Infraroterfassungsanordnung umfasst Infrarotsensoren 50‘ mit einer Vielzahl von Infrarottransmittern 50B, die sich in der Überhangfläche 27 des Gehäuses 26 und auf der Unterseite befinden und angeordnet sind, um einen Infrarotstrahl nach unten auf die entsprechenden Drucktasten 30 auf dem Infraroterfassungsbereich 50A zu emittieren. Die Infrarotsensoren 50‘ verfügen außerdem über eine Vielzahl von Infrarotempfängern 50C, die sich in der Überhangfläche 27 in einer Position auf der Unterseite befinden und so ausgerichtet sind, dass sie ein Rückinfrarotsignal im Infraroterfassungsbereich 50A von dem entsprechenden Infrarottransmitter 50B und den Drucktasten 30 erfassen können. Die Infrarottransmitter 50B und -empfänger 50C sind so angeordnet, dass sie das Vorhandensein eines Objekts, wie etwa ein Finger eines Benutzers, auf dem Infraroterfassungsbereich 56A auf den entsprechenden Tasten 30 erfassen können. Dementsprechend, wenn ein Benutzer mit einem Finger eine Oberfläche der Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 berührt oder über eine Oberfläche der Drucktastenschalthebelschnittstelle gleitet, erkennen die entsprechenden Infrarotsensoren 50‘ das Vorhandensein des Fingers auf jeder der Tasten 30. Als Reaktion auf Erkennen des Vorhandenseins eines Fingers kann die Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 zu einer Gebrauchsposition betätigt werden und ein Display der Position des Fingers in Bezug auf bestimmte Tasten kann auf dem Display 22 angezeigt werden.
In Bezug auf 10B wird die Drucktastenschalthebelschnittstelle 24, die in 10A und 10B gezeigt wird, ferner mit einem linearen Aktuator zum Betätigen der Vielzahl von Tasten 30 zwischen der äußeren Gebrauchsposition, die in 10A gezeigt wird, und der verstauten Position, die in 10 gezeigt wird, dargestellt. Die Betätigung kann erreicht werden durch Verwenden eines Motors 84, der ein Getriebe 82 antreibt, wobei ein gezahnter Arm 80 in Eingriff genommen wird, der sich gemeinsam mit der beweglichen Anordnung 25, die die Drucktasten 30 enthält, bewegt, gemäß einer Ausführungsform. Es versteht sich, dass andere Betätigungsmechanismen, wie etwa eine lineare Stellschraube oder eine vorgespannt Feder mit einem Luftdämpfer, verwendet werden kann, um die bewegliche Anordnung 25 der Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 zwischen der Gebrauchsposition und der verstauten Position zu betätigen. In einem Beispiel bewegt sich die Anordnung 25 einen bis drei Zoll zwischen der verstauten Position und der Gebrauchsposition.
Unter Bezugnahme auf 11 und 11A wird die linear betätigte Drucktastenschalthebelschnittstelle 24‘ ferner in einer verstauten Position in 11 und einer vorderen Gebrauchsposition in 11A gezeigt. In der verstauten Position werden die Drucktasten 30 gezeigt, dass sie sich teilweise vor der Überhangfläche 27 des Gehäuses 26 erstrecken, sodass ein Finger eines Benutzers diese berühren kann, um mit jeder der Drucktasten 30 zu interagieren. Bei Erfassen des Benutzers, der mit einer oder mehreren der Drucktasten 30 interagiert, betätigt die Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 als Reaktion auf den erfassten Näherungssensor, der einen Benutzer erfasst, die bewegliche Anordnung 25 mit Drucktasten 30 nach vorne zu der Gebrauchsposition, die in 11A gezeigt wird. In dieser Gebrauchsposition kann ein Benutzer frei eine Verbindung mit einer oder mehreren der Drucktasten 30 herstellen und eine oder mehrere der Drucktasten 30 aktivieren, um einen Antriebsmodus des Fahrzeugs auszuwählen. Wenn der Fahrer die Verbindungsherstellung mit der Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 abgeschlossen hat oder nachdem eine bestimmte Zeit abgelaufen ist, können die Drucktasten 30 zu der verstauten Position, die in 11 gezeigt wird, zurückgezogen werden. Die lineare Aktion der beweglichen Anordnung 25 kann durch ein Motorantriebsgetriebe 82 und einen gezahnten Arm 80 erreicht werden, gemäß einer Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 12 und 12A wird das Display 22, das in dem Instrumentencluster 16 des Fahrzeugs 10 dargestellt wird, ausführlicher dargestellt. Wie in 12 gezeigt, ist das Display 22 ein digitales Display, das eine Angabe in der Form von Symbolen 70 zum Darstellen von jeder der auswählbaren Positionen des Fahrzeugmodus bereitgestellt, einschließlich der Symbole für P, R, N, D und L. Wenn ein Benutzer von den Näherungssensoren, die eine Verbindung mit der Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 herstellen, erkannt wird, wird das Display 22 gesteuert, um vergrößerte Symbole und eine Angabe darüber, mit welcher Drucktaste 30 ein Benutzer eine Verbindung herstellt, bereitzustellen. In dem gezeigten Beispiel wird ein Symbol 72 eines Fingers 72 in 12A über dem Symbol 70 gezeigt, das die Taste 30 zeigt, mit der der Benutzer laut Erfassung derzeit eine Verbindung herstellt. Zusätzlich wird die Taste 30, mit der der Benutzer eine Verbindung herstellt, als vergrößertes Bild des Symbols gezeigt, das größer und dadurch deutlicher sichtbar als die anderen Symbole ist, sodass der Fahrer des Fahrzeugs leicht ermitteln kann, mit welcher Taste sein Finger eine Verbindung herstellt, ohne den Fahrer abzulenken. Es versteht sich, dass das Display 22 ferner die ausgewählte Taste in einer helleren Farbe oder einer anderen Farbe beleuchtet und andere Arten von Symbolen oder Anzeigen bereitstellen kann, die für den Modus, mit dem der Fahrzeugfahrer derzeit eine Verbindung herstellt, und die Position des Fingers des Benutzers repräsentativ sind. Während das Display 22 in dem Instrumentencluster 16 gezeigt wird, versteht es sich, dass das Display 22 überall am Fahrzeug positioniert werden kann.
Die Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 kann eine Steuerung 90, wie dargestellt, verwenden, gemäß einer Ausführungsform in 13. In dieser Anordnung wird die Steuerung 90 mit Steuerschaltung in der Form eines Mikroprozessors 92 und Speichers 90 gezeigt. Es versteht sich, dass die andere Steuerschaltung, einschließlich einer analogen und/oder digitalen Steuerschaltung verwendet werden kann. In dem Speicher 94 ist eine Schalthebelnäherungserfassungsroutine 100 und eine Schalthebeldarstellungsroutine 200 gespeichert. Die Steuerung 90 empfängt Signale von jedem der Näherungssensoren 50, die mit den Drucktasten 30 verbunden sind. Die Steuerung 90 verarbeitet die Näherungssensoreingaben und erzeugt Ausgaben, die dem PRNDL-Display 22 und dem Schalthebelfachaktuator 38 auf der Grundlage von Verarbeiten der Routinen 100 und 200 bereitgestellt werden. Die Schalthebelnäherungserfassungsroutine 100 erkennt einen Benutzer, der die Drucktasten 30 berührt oder in unmittelbarer Nähe der Drucktasten 30 ist, und steuert das Display 22, um eine Darstellung der Drucktaste 30 anzuzeigen, die in unmittelbarer Nähe des Fingers des Benutzers ist. Die Schalthebeldarstellungsroutine 200 erkennt einen Benutzer, der die Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 berührt oder in unmittelbarer Nähe der Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 ist, und betätigt das Schalthebelfach oder die bewegliche Anordnung zwischen einer Gebrauchsposition und einer verstauten Position.
Unter Bezugnahme auf 14 wird die Schalthebelnäherungserfassungsroutine 100 beginnend bei Schritt 102 und fortfahrend mit Entscheidungsschritt 104 dargestellt, um zu bestimmen, ob ein Näherungssensorsignal einer ausreichenden Amplitude erkannt wurde. Wenn ein Signal einer ausreichenden Amplitude nicht erkannt wurde, wird das PRNDL-Display bei Schritt 106 vor der Rückkehr minimiert. Im minimierten Zustand stellt das Display eine Auslesung mit normaler Größe der verfügbaren Betriebsmodi PRNDL bereit und hebt den aktuellen Betriebsmodus mit einer beleuchteten Farbe oder einer erhöhten Beleuchtung hervor. Wenn ein Signal erkannt wurde, das darauf hinweist, dass ein Benutzer in Kontakt mit oder unmittelbarer Nähe zu einer oder mehreren der Tasten ist, fährt Routine 100 mit Schritt 108 fort, um die Fingerposition, die erkannt wurde, zu berechnen. Die Position des Fingers kann mit einem Sensor mit Hilfe eines maximalen Signals oder einem gewogenen Durchschnitt von Signalen berechnet werden. Als nächstes, bei Schritt 110, zeigt das Display die aktuelle Position des Fingers an, sodass der Fahrer des Fahrzeugs die Position seiner Finger auf dem Display relativ zu den Drucktasten leicht sehen kann. Bei Entscheidungsschritt 112 bestimmt Routine 100, ob der Finger sich noch immer auf einer Drucktaste befindet, ohne die Drucktaste zu drücken, und wenn ja, zeigt sie dem Fahrer bei Schritt 114 eine Warnung an, die Hand nicht auf dem Schalthebel zu lassen, bevor zu Schritt 104 zurückgekehrt wird. Wenn sich kein Finger auf einer Drucktaste ohne Drücken befindet, fährt Routine 100 mit Entscheidungsschritt 116 fort, um zu bestimmen, ob ein Finger sich auf einer Drucktaste befindet, die nicht erlaubt ist, wie etwa der Versuch, ein Fahrzeug in einen Fahrzeugrückwärtsmodus zu versetzen, während sich das Fahrzeug nach vorne in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Wenn ein Finger auf einer Taste erkannt wird, die nicht erlaubt ist, zeigt Routine 100 bei Schritt 118 dem Fahrer eine Warnung an, dass die Taste nicht erlaubt ist und dass das Fahrzeug in Bewegung ist, bevor zu Schritt 104 zurückgekehrt wird. Anderenfalls kehrt die Routine 100 zu Schritt 104 zurück.
Unter Bezugnahme auf 15 wird die Schalthebeldarstellungsroutine 200 beginnend bei Schritt 202 und fortfahrend mit Entscheidungsschritt 204 dargestellt, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug belegt ist. Wenn das Fahrzeug nicht belegt ist, fährt Routine 200 mit Entscheidungsschritt 206 fort, um zu bestimmen, ob die Fahrertür offen ist, und, wenn nicht, kehrt sie zu Schritt 204 zurück. Wenn die Fahrertür offen ist, fährt die Routine 200 mit Schritt 210 fort, um die Schalthebelanordnung nach außen zu einer vorderen Gebrauchsposition zu schieben, bevor zu Schritt 204 zurückgekehrt wird. Durch Schieben der Schalthebelanordnung nach außen zu einer Gebrauchsposition, wenn die Fahrzeugtür offen ist und das Fahrzeug nicht belegt ist, werden die Drucktasten der Drucktastenschalthebelschnittstelle 204 dem Fahrer des Fahrzeugs automatisch und praktischerweise dargestellt, während der Fahrer das Fahrzeug betritt, um dem Fahrer zu ermöglichen, zunächst eine Verbindung damit herzustellen und einen gewünschten Betriebsmodus des Fahrzeugs einzugeben.
Wenn das Fahrzeug belegt ist, fährt Routine 200 mit Entscheidungsschritt 208 fort, um zu bestimmen, ob Benutzernäherung zu dem Schalthebel erkannt wurde. Wenn der Benutzer in Kontakt mit oder unmittelbarer Nähe zu der Drucktastenschalthebelschnittstelle durch einen erkannten Benutzer ist, fährt Routine 200 mit Schritt 210 fort, um die Schalthebelanordnung nach außen zu einer vorderen Gebrauchsposition zu schieben, bevor zu Schritt 204 zurückgekehrt wird. Dementsprechend, wenn ein Näherungssensor laut Erfassung eine Verbindung mit dem Fahrer des Fahrzeugs herstellt, wenn das Fahrzeug belegt ist, wird die bewegliche Baugruppe der Drucktastenschalthebelschnittstelle zu der vorderen Gebrauchsposition bewegt. Wenn keine Benutzernäherung am Schalthebel erkannt wurde, fährt Routine 200 mit Entscheidungsschritt 212 fort, um zu bestimmen, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit größer ist als ein vorher bestimmter Schwellenwert Vth und, wenn dem so ist, schiebt sie die bewegliche Schalthebelanordnung in die verstaute Position bei Schritt 214, bevor zu Schritt 204 zurückgekehrt wird. Dementsprechend, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit groß genug ist, wie etwa größer als zehn Meilen pro Stunde, wird die bewegliche Anordnung der Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 zu der verstauten Position bewegt. Anderenfalls kehrt die Routine 200 zu Schritt 204 zurück.
Dementsprechend erkennt die Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 vorteilhafterweise einen Benutzer, der eine Verbindung mit den Drucktasten 30 herstellt, und, als Reaktion, bewegt sie die Tasten zu einer vorderen Gebrauchsposition, die bequemer für einen Bediener des Fahrzeugs zu bedienen ist. Zusätzlich zeigt die Drucktastenschalthebelschnittstelle 24 ferner auf einem Display 22 die Position des Fingers des Benutzers relativ zu den Drucktasten 30 auf eine Weise an, die leicht zu betrachten ist und den Fahrer des Fahrzeugs 10 nicht ablenkt.
Unter Bezugnahme auf 16–19B wird eine benutzeraktivierte Schalthebelschnittstelle 325 im Allgemeinen in der inneren Fahrgastzelle eines Automobilfahrzeugs 10 installiert dargestellt, gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Schalthebelschnittstelle 325 kann in einer vorderen Konsole 20, wie ein Armaturenbrett, positioniert sein, ähnlich zu den weiteren hier offenbarten Ausführungsformen, und ist im Allgemeinen für den Fahrer des Fahrzeugs, der auf dem Fahrersitz sitzt, erreichbar und zugänglich. In dieser Ausführungsform umfasst die Schalthebelschnittstelle 325 eine Vielzahl von fixierten Näherungsschaltereingaben oder -tasten 330 und 350, die auf einer beweglichen Benutzerschnittstellenkonsole 332 dargestellt werden. Die fixierten Näherungsschaltertasten werden mit Näherungssensoren gebildet, die Näherungsschalter bilden. In einer Ausführungsform sind die Näherungssensoren kapazitive Sensoren, die kapazitive Schalter bilden. Die Anordnung der Schalthebelschnittstelle 325 kann eine solche sein, die sich innerhalb des Armaturenbretts 20 befindet, im Allgemeinen unterhalb eines Paares von Luftstromregistern 304 und 306 und einer Mensch-Maschine-Schnittstellenanzeige 302, gemäß einer Ausführungsform. Allerdings versteht es sich, dass die Schalthebelschnittstelle 325 überall am Fahrzeug, für den Fahrer des Fahrzeugs erreichbar und zugänglich positioniert sein kann.
Die Schalthebelschnittstelle 325 umfasst die bewegliche Benutzerschnittstellenkonsole 332, die als bewegende Plattform oder bewegendes Fach mit einer oberen horizontalen Oberfläche 334 und oder vorderen vertikalen Oberfläche 336 konfiguriert ist. Die bewegliche Konsole 332 unterstützt eine erste Vielzahl von fixierten Näherungsschaltertasten 330 auf der oberen horizontalen Oberfläche 334 und eine zweite Vielzahl von fixierten Näherungsschaltertasten 350 auf der vorderen vertikalen Oberfläche 336. Jede der fixierten Näherungsschaltertasten 330 und 350 ist dazu konfiguriert, von einer Benutzereingabe, wie etwa als ein Finger eines Benutzers in unmittelbarer Nähe oder in Kontakt mit der Näherungsschaltertaste, aktiviert zu werden, zum eine Auswahl von einem der Fahrzeugbetriebsmodi einzugeben. Ein Aktuator, wie ein Motor, ist dazu konfiguriert, die bewegliche Konsole 332 zu einer vorderen Gebrauchsposition zu betätigen, die sich durch die Öffnung 328 auf dem Armaturenbrett 20 erstreckt, wie in 16 gezeigt. Die bewegliche Konsole 332 kann sich nach vorne als Reaktion auf Erfassen des Benutzers, der in Kontakt mit oder in unmittelbarer Nähe zu den fixierten Näherungsschaltertasten 350 ist, bewegen. Jede der fixierten Näherungsschaltertasten 330 und 350 zeigt eine Fahrzeugbetriebsmoduskennung, wie etwa Zeichen P, R, N, D und L, an, die die vom Benutzer auswählbaren Fahrzeugbetriebsmodi für jede Näherungsschaltertaste angeben. Es versteht sich, dass die bewegliche Konsole 332 in einer zurückgezogenen Position sein kann, wie in 16A dargestellt, und nach vorne zu einer Gebrauchsposition bei Erkennung eines Fingers eines Benutzers, der eine Verbindung mit einer oder mehreren der Näherungsschaltertasten 350 über Berührung oder Wischen oder andere Gesten auf der vorderen vertikalen Wand 336 herstellt, verwendet werden kann. Bei Abschluss der Verwendung der Schalthebelschnittstelle 325 oder nachdem eine vorher bestimmte Zeit abgelaufen ist, kann die bewegliche Konsole 332 über einen Aktuator, z. B. Motor, zurück zur zurückgezogenen Position gezogen werden, wie in 16A gezeigt wird.
Die fixierten Näherungsschaltertasten 330 und 350 sind dazu konfiguriert, Näherungssensoren, wie kapazitive Sensoren, zu umfassen, wie in 17–19B gezeigt, gemäß einer Ausführungsform. Die erste Vielzahl von gezeigten fixierten Näherungsschaltertasten 330, die auf horizontaler Oberfläche 334 der beweglichen Konsole 332 gebildet sind, umfasst erste kapazitive Sensoren 340, die unterhalb oder auf der Unterseite der horizontalen Oberfläche 334 positioniert sind. Ein Hintergrundbeleuchtungsmedium 342 ist zwischen dem Näherungssensor 340 und der horizontalen Oberfläche 334 positioniert. Das Hintergrundbeleuchtungsmedium 342 kann eine Lichtquelle und ein Label mit einem alphanumerischen Zeichen oder Symbol oder anderen Zeichen, wie etwa das Zeichen „P“, das auf den Parkbetriebsmodus hinweist, umfassen. Es versteht sich, dass jeder der fixierten Näherungsschaltertasten 330 auf der oberen horizontalen Oberfläche 334 ebenfalls mit Näherungssensoren und einem Hintergrundbeleuchtungsmedium mit einem Zeichen, das den auswählbaren Fahrzeugbetriebsmodus identifiziert, konfiguriert werden kann.
Die zweite Vielzahl von fixierten Näherungsschaltertasten 350, die auf der vertikalen Wand 336 am vorderen Ende der beweglichen Konsole 332 positioniert sind, ist ebenfalls dazu konfiguriert, Näherungssensoren 360 zu umfassen. Die Näherungssensoren 360 werden so gezeigt, dass sie sich entlang der hinteren Seite der vorderen vertikalen Wand, die die Oberfläche 360 bildet, befindet. Zwischen der vertikalen Wandoberfläche 336 und den Näherungssensoren 360 befindet sich ein Hintergrundbeleuchtungsmedium 362. Das Hintergrundbeleuchtungsmedium 362 kann ebenfalls eine Lichtquelle und ein alphanumerisches Zeichen, Symbol oder ähnliches Zeichen, das auf den Betriebsmodus für die entsprechende fixierte Näherungsschaltertaste, wie etwa das „P“ für Parkmodus, umfassen. Die zweite Vielzahl von fixierten Näherungsschaltertasten 350 wird so gezeigt, dass sie die Eingabeauswahlen für den Fahrzeugbetriebsmodus (PRNDL) und Funktionen der ersten Vielzahl von Näherungsschaltertasten 330 duplizieren. Es versteht sich, dass jede der fixierten Näherungsschaltertasten 350 mit den gleichen oder separaten Näherungssensoren und der gleichen oder separaten Hintergrundbeleuchtung konfiguriert werden kann, die für die entsprechenden fixierten Näherungsschaltertasten 330 verwendet werden.
Die bewegliche Benutzerschnittstellenkonsole 332 kann einen Aktuator, wie etwa einen Elektromotor 384, umfassen, der ein Getriebe 382 antreibt, das einen gezahnten Arm 80 in Eingriff nimmt, um die bewegliche Konsole 332 zwischen der vorderen Gebrauchsposition, die in 19A gezeigt wird, und der zurückgezogenen Position, die in 19B gezeigt wird, zu bewegen. Es versteht sich, dass andere Betägigungsmechanismen, wie etwa eine lineare Stellschraube oder eine vorgespannt Feder mit einem Luftdämpfer, verwendet werden können, um die bewegliche Konsole 332 der Schalthebelschnittstelle 325 vor und zurück zwischen den vorderen und zurückgezogenen Positionen zu betätigen.
Ein Benutzer, wie etwa der Fahrer des Fahrzeugs, kann einen oder mehrere der oberen horizontalen fixierten Näherungsschaltertasten 330 oder der vorderen vertikalen fixierten Näherungsschaltertasten 350 aktivieren, um einen Betriebsmodus des Fahrzeugs auszuwählen. Während die bewegliche Konsole 332 in der zurückgezogenen Position ist, kann der Benutzer die vorderen vertikalen fixierten Näherungsschaltertasten 350 aktivieren, indem er einen der fixierten Näherungsschaltertasten 350 mit dem Finger kontaktiert oder den Finger ausreichend nah an einer der fixierten Näherungsschaltertasten 350 positioniert. Interaktion mit einer oder mehreren fixierten Näherungsschaltertasten 350 kann dazu führen, dass sich die bewegliche Konsole 332 über den Aktuator, z. B. Motor 384, nach vorne bewegt. Es versteht sich ferner, dass die bewegliche Konsole 332 zu der vorderen Gebrauchsposition verwendet werden kann, wenn eine Fahrzeugtür offen und geschlossen ist oder wenn der Motor des Kraftfahrzeugs gestartet wird. Der Benutzer kann auf eine der oberen horizontalen fixierten Näherungsschaltertasten 330 zugreifen oder eine der oberen horizontalen fixierten Näherungsschaltertasten 330 aktivieren, wenn sich die bewegliche Konsole 332 in der vorderen Gebrauchsposition befindet. Es versteht sich, dass der Benutzer eine der ersten oder zweiten Vielzahl von fixierten Näherungsschaltertasten 330 und 350 aktivieren kann, wenn sich die bewegliche Konsole 332 in der vorderen Gebrauchsposition befindet.
Die obere horizontale Oberfläche 334 der Konsole 332 wird in 16 gezeigt und umfasst ein oder mehrere taktile Merkmale 370, die zwischen benachbarten Näherungsschaltertasten 330 bereitgestellt werden. Die taktilen Merkmale 370 können jeweils eine Vertiefung oder Rippe oder andere Oberflächenvariation umfassen, die ein taktiles Gefühl für den Benutzer bereitstellt, um eine Position anzuzeigen, die eine Begrenzung für jede der kapazitiven Schaltertasten 330 trennt oder bildet. Von daher ermöglichen die taktilen Merkmale 370 einem Benutzer, die Position von jeder fixierten Näherungsschaltertaste 350 besser zu unterscheiden. Es versteht sich ferner, dass ein oder mehrere taktile Merkmale 370 auch zwischen den Näherungsschaltertasten 350 auf der vorderen vertikalen Oberfläche 326 der Konsole 332 bereitgestellt werden können.
Wenn ein Körperteil eines Benutzers, wie etwa ein Finger, über entweder die erste Vielzahl von fixierten Näherungsschaltertasten 330 oder die zweite Vielzahl von fixierten Tasten 350 der Schalthebelschnittstelle 325 gleitet, gelangt der Finger des Benutzers in aufeinanderfolgende Aktivierungsfelder, die mit den kapazitiven Sensoren auf jeder der fixierten Näherungsschaltertasten verbunden sind, die eine Reihe von Signalen 60A–60E entsprechend der fünf kapazitiven Sensoren erzeugen können, wie in 7 gezeigt. Somit führt ein lineares Wischen des Fingers über entweder die erste oder zweite Vielzahl von fixierten Näherungsschaltertasten zum gezeigten Signalmuster. Wenn der Benutzer mit dem Finger auf einer der fixierten Näherungsschaltertasten ruht, kommt es zum pausierten Signalmuster für ein Signal 60B, wie in 8 gezeigt. Wenn der Benutzer auf einer der fixierten Näherungsschaltertasten ruht und diese weiterhin drückt, kann das Signalmuster 60B, das in 9 gezeigt wird, erzeugt werden. Das Signal 60B wird erzeugt, wenn der Benutzer auf die fixierte Näherungsschaltertaste an Punkt 62 drückt, was zu einer Steigerung im Signal 60B führt. Es versteht sich, dass die Steuerung, wie die Steuerung 90, die in 13 gezeigt wird, jede der Signale 60A–60E mit einem Schwellenwert vergleichen und die Erkennung eines Fingers eines Benutzers in Kontakt oder unmittelbarer Nähe (z. B. innerhalb von einem Millimeter) bestimmt, wann das Signal den Schwellenwert übersteigt. Wenn eines oder mehrere der Signale den Schwellenwert übersteigt oder wenn eine Geste, wie etwa ein Wischen oder eine Annäherungsbewegung der Hand, erkannt wurde, wird der Benutzer, der eine Verbindung mit der Schalthebelschnittstelle 325 herstellt, erkannt, was dazu führen kann, dass die bewegliche Konsole 332 sich zu einer vorderen Gebrauchsposition bewegt. Ferner versteht es sich, dass die Steuerung 90 bestimmen kann, wann ein Signal, wie etwa Signal 60B, einen Aktivierungsschwellenwert aufgrund einer Steigerung bei Punkt 62 übersteigt, wenn ein Benutzer auf die entsprechende Taste drückt, und das erkannte Drücken an Punkt 62 nutzen kann, um zu bestätigen, dass ein Benutzer auf die fixierte Näherungsschaltertaste drückt, um diese Näherungsschaltertaste als Benutzereingabe zu aktivieren. Somit bilden die kapazitiven Sensoren Schaltereingabetasten, um die beabsichtigte Aktivierung eines Fahrzeugbetriebsmodus anzugeben.
Die Näherungssensoren 340 und 360 werden hier als kapazitive Sensoren gezeigt und beschrieben, die kapazitive Schaltertasten 330 bzw. 350 bereitstellen, gemäß einer Ausführungsform. Jede Näherungsschaltertaste 330 und 350 umfasst mindestens einen Näherungssensor 340 oder 360, der ein Erfassungsaktivierungsfeld bereitstellt, um Kontakt oder unmittelbare Nähe (z. B. innerhalb von einem Millimeter) eines Benutzers in Bezug auf die Näherungssensoren zu erfassen. Somit ist das Erfassungsaktivierungsfeld jedes Näherungssensors ein kapazitives Feld in der beispielhaften Ausführungsform und der Finger des Benutzers hat eine elektrische Verbindung und dielektrische Eigenschaften, die zu einer Änderung oder Störung bei dem Erfassungsaktivierungsfeld führen, was für den Fachmann offensichtlich sein sollte. Die Steuerung 90 verarbeitet Signale, die von den Näherungssensoren erzeugt werden, um Aktivierung von einer oder mehreren der Näherungsschaltertasten erkennen. Ferner versteht es sich, dass die Näherungssensoren 340 und 360 eine Anordnung von ineinandergreifenden Elektrodenfingern umfassen, die in verschiedenen Formen und Größen konfiguriert sind, um das gewünschte kapazitive Feld zu erzeugen. Außerdem wird ein Fachmann erkennen, dass zusätzliche oder alternative Arten von Näherungssensoren verwendet werden können, wie unter anderem induktive Sensoren, optische oder bildgebende Sensoren, Temperatursensoren, resistive Sensoren, Ultraschallsensoren, Infrarotsensoren und dergleichen oder eine Kombination daraus. Beispielhafte Näherungssensoren werden im ATMEL^® Touch Sensors Design Guide 10620 D-AT 42-04/09 vom 9. April 2009 beschrieben, deren gesamte Referenz hiermit durch Bezug aufgenommen wird.
Unter Bezugnahme auf 20–23B wird eine benutzeraktivierte Schalthebelschnittstelle 325‘ gezeigt, die kapazitive Schaltertasten 330 nur auf der oberen horizontalen Oberfläche 334 verwendet, gemäß einer weiteren Ausführungsform. In dieser Ausführungsform werden die vertikalen Näherungssensoren und Schalter auf der vorderen vertikalen Oberfläche 336 der Konsole 332 in der früheren Ausführungsform nicht verwendet. Eine Kraft, die auf der vorderen vertikalen Oberfläche 336 der beweglichen Baugruppe angewandt wird, kann verwendet und erkannt werden, um die bewegliche Konsole 332 zu aktivieren, um sie von der zurückgezogenen Position, die in 20A gezeigt wird, zu der vorderen Gebrauchsposition, die in 20 gezeigt wird, zu bewegen, wodurch die Näherungsschaltertasten 330 dem Fahrer des Fahrzeugs dargestellt werden. Solch eine Kraft könnte von einem Kraftsensor (nicht gezeigt) erkannt werden. Die obere horizontale Oberfläche 334 verfügt über die darauf zur Verfügung gestellten Näherungssensoren 340, um fixierte Näherungsschaltertasten 330, wie in 21 und 22 gezeigt, zu bilden. Jede fixierte Näherungsschaltertaste 330 verfügt über einen Näherungssensor 340, der sich auf der Unterseite des horizontalen Elements 334 mit einem Hintergrundbeleuchtungsmedium 342 befindet, das zwischen dem Näherungssensor 340 und der horizontalen Oberfläche 334 angeordnet ist. Die Hintergrundbeleuchtung kann ein alphanumerisches Zeichen, Symbol oder anderes Zeichen umfassen, das auf einen auswählbaren Fahrzeugbetriebsmodus hinweist, wie etwa das Symbol „P“, das in einem Beispiel gezeigt wird. Taktile Merkmale 370 werden auch zwischen benachbarten Näherungsschaltertasten 330 gezeigt.
Die Schalthebelschnittstelle 325‘ kann ebenfalls einen Aktuator umfassen, wie etwa einen Motor 384, der ein Getriebe 382 und eine Zahnstange 380 antreibt, um die bewegliche Konsole 332 zwischen der vorderen Gebrauchsposition, die in 23A gezeigt wird, und der verstauten zurückgezogenen Position, die in 23B gezeigt wird, zu bewegen. Wenn ein Benutzer Kraft auf die vordere Endwand 336 der beweglichen Konsole 332 anwendet, kann die Konsole 332 über den Motor 384 zu der vorderen Gebrauchsposition, die in 23A gezeigt wird, betätigt werden. Zusätzlich, wenn eine Fahrzeugtür offen ist und dann geschlossen wird oder der Fahrzeugmotor gestartet wird, kann die bewegliche Konsole 332 zu der vorderen Gebrauchsposition betätigt werden. In der vorderen Gebrauchsposition werden die Näherungsschaltertasten 330 zur Anzeige und Aktivierung durch den Fahrer des Fahrzeugs dargestellt.
Unter Bezugnahme auf 24 wird eine Routine 400 zur Ausführung des Näherungsschalters in den in 16–23B gezeigten Ausführungsformen gezeigt. Routine 400 beginnt bei Schritt 402 und fährt mit Schritt 404 fort, um zu bestimmen, ob ein Signal von einem der Näherungssensoren erkannt wurde, und, falls dies nicht der Fall ist, minimiert das Display der Fahrzeugbetriebsmodi PRNDL bei Schritt 406, bevor zu Schritt 404 zurückgekehrt wird. Wenn ein Näherungssensorsignal erkannt wurde, fährt Routine 400 mit Schritt 408 fort, um die Position des Fingers relativ zu den Näherungsschaltertasten zu berechnen. Dies kann Berechnen der Position des Sensors mit dem maximalen Signal oder dem gewichteten Durchschnitt umfassen. Als nächstes, bei Schritt 410, zeigt die Routine 400 ein interaktives Display der Betriebsmodi PRNDL an. Dann fährt Routine 400 mit dem Entscheidungsschritt 412 fort, um zu bestimmen, ob sich der Finger noch immer auf einer Näherungsschaltertaste befindet, ohne sie zu drücken, und wenn dies der Fall ist, zeigt sie dem Benutzer bei Schritt 414 eine Warnmeldung an, mit der Hand nicht auf der Schalthebelschnittstelle zu verweilen, bevor zu Schritt 404 zurückgekehrt wird. Wenn der Finger des Benutzers nicht auf einer Näherungsschaltertaste erkannt wird, ohne sie zu drücken, fährt Routine 400 mit dem Entscheidungsschritt 416 fort, um zu bestimmen, ob der Finger des Benutzers sich auf einer Näherungsschaltertaste befindet, die nicht erlaubt ist. Eine Näherungsschaltertaste, die nicht erlaubt sein kann, kann die Betriebsmodi Fahren und Rückwärtsgang umfassen, wenn sich das Fahrzeug in entgegengesetzter Richtung bewegt. Wenn sich der Finger auf einer Näherungsschaltertaste befindet, die nicht erlaubt ist, fährt Routine 400 mit Schritt 418 fort, um dem Benutzer eine Warnmeldung anzuzeigen, dass die Näherungsschaltertaste nicht erlaubt ist, während das Fahrzeug in Bewegung ist, und kehrt zu Schritt 404 zurück. Wenn sich kein Finger auf einer Taste befindet, die nicht erlaubt ist, fährt Routine 400 mit dem Entscheidungsschritt 420 fort, um zu bestimmen, ob ein virtuelles Drücken auf der Näherungsschaltertaste erkannt wurde. Wenn ein virtuelles Drücken erkannt wurde, führt Routine 400 die Eingabeschaltaufforderung bei Schritt 422 durch, bevor zu Schritt 404 zurückgekehrt wird. Wenn ein Benutzer beispielsweise auf die Näherungsschaltertaste drückt, die dazu konfiguriert ist, um den Betriebsmodus Fahren, der durch D dargestellt wird, zu aktivieren, wird das Fahrzeug in den Betriebsmodus Fahren geschaltet. Wenn kein virtuelles Drücken auf die Näherungsschaltertaste erkannt wird, kehrt Routine 400 zu Schritt 404 zurück.
Dementsprechend verwendet die durch den Benutzer aktivierbare Schalthebelschnittstelle 325 und 325‘ Näherungserfassung, um fixierte Näherungsschaltertasten zum Aktivieren eines Fahrzeugbetriebsmodus zu bilden, was vorteilhafterweise eine verbesserte Schalthebelschnittstelle vorsieht. Die Schalthebelschnittstelle 325 und 325‘ verwendet Näherungsschaltertasten, die relativ zueinander fixiert sind und keine individuelle mechanische Bewegung, wie sind in den Drucktasten vorliegt, erfordert, und kann mit wenig oder keinem Kontakt betrieben werden, je nach Sensitivität der Näherungserfassung. Die fixierten Näherungsschaltertasten können dem Fahrzeugfahrer auf einer beweglichen Konsole dargestellt und gegebenenfalls verstaut werden.
Es versteht sich, dass Variationen und Modifikationen der vorstehenden Struktur erfolgen können, ohne von den Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen und es versteht sich ferner, dass derartige Konzepte dazu bestimmt sind, von den folgenden Ansprüchen abgedeckt zu werden, sofern diese Ansprüche durch ihren Wortlaut nicht ausdrücklich etwas anderes festlegen.

Claims

Schalthebelschnittstelle, Folgendes umfassend: eine Benutzerschnittstellenkonsole; eine Vielzahl von Näherungssensoren, die angeordnet sind, um Näherungsschaltertasten auf der Konsole bereitzustellen, wobei die Näherungsschaltertasten von einem Benutzer auswählbar sind, um einen Betriebsmodus eines Fahrzeugs einzugeben; und eine Steuerung, die Signale verarbeitet, die von den Näherungssensoren erzeugt werden, um Aktivierung von einer der mehreren der Näherungsschaltertasten zu erkennen.
Schalthebelschnittstelle nach Anspruch 1, wobei die Näherungssensoren kapazitive Sensoren umfassen.
Schalthebelschnittstelle nach Anspruch 1, wobei die Konsole zwischen einer Gebrauchsposition und einer verstauten Position bewegbar ist.
Schalthebelschnittstelle nach Anspruch 3, ferner umfassend einen Aktuator, der die Konsole relativ zu der verstauten Position nach vorne bewegt.
Schalthebelschnittstelle nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Näherungssensoren eine erste Vielzahl von Näherungssensoren, die auf einer ersten Oberfläche der Konsole gebildet werden, und eine zweite Vielzahl von Näherungssensoren, die auf einer zweiten Oberfläche der Konsole gebildet werden, umfasst.
Schalthebelschnittstelle nach Anspruch 5, wobei die erste Oberfläche eine im Wesentlichen horizontale Oberfläche umfasst und die zweite Oberfläche eine im Wesentlichen vertikale Oberfläche umfasst.
Schalthebelschnittstelle nach einem der Ansprüche 1–6, wobei die Vielzahl von Näherungssensoren eine Vielzahl von kapazitiven Sensoren umfasst.
Schalthebelschnittstelle nach einem der Ansprüche 1–6, wobei sich die Schalthebelschnittstelle in einem Fahrzeug befindet und dazu konfiguriert ist, einem Fahrer des Fahrzeugs zu ermöglichen, einen Fahrzeugbetriebsmodus auszuwählen.
Schalthebelschnittstelle nach Anspruch 1, ferner umfassend ein oder mehrere taktile Merkmale, die sich auf der Konsole zwischen benachbarten Näherungsschaltertasten befinden.
Schalthebelschnittstelle nach einem der Ansprüche 1–6 und 9, ferner umfassend ein Hintergrundbeleuchtungsmedium zum Beleuchten von einer oder mehreren Näherungsschaltertasten.