DE102018105415A1

DE102018105415A1 - Fahrzeugfensternäherungsschalter- und feuchtesensorbaugruppe

Info

Publication number: DE102018105415A1
Application number: DE102018105415.7A
Authority: DE
Inventors: Stuart C. Salter; Paul Kenneth Dellock; Pietro Buttolo
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2018-09-20
Also published as: US20180265042A1; CN108569247A

Abstract

Eine Näherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe beinhaltet ein Fahrzeugfenster und einen Näherungsschalter, der einen am Fenster befindlichen Näherungssensor beinhaltet und ein Aktivierungsfeld bereitstellt. Die Näherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe beinhaltet zudem eine Steuerschaltung, die ein Signal als Reaktion auf das Aktivierungsfeld überwacht, eine Schalteraktivierung auf Grundlage des Signals bestimmt und einen Feuchtewert auf Grundlage des Signals bestimmt. Eine leitfähige Abschirmung kann zwischen den Näherungssensoren und der äußeren Umgebung angeordnet sein, um die Auswirkungen von Feuchte an der Außenseite des Fensters zu reduzieren.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Näherungsschalter und -sensoren und betrifft insbesondere an Fahrzeugscheiben montierte Näherungsschalter und Feuchteerfassung an einem Fahrzeug.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Automobilfahrzeuge sind üblicherweise mit verschiedenen durch den Benutzer betätigbaren Eingabevorrichtungen zum Eingeben von Eingaben in Steuervorrichtungen oder -funktionen ausgestattet. Beispielsweise sind häufig Tastenfelder an der Fahrzeugaußenkarosserie bereitgestellt, um es einem Benutzer zu ermöglichen, eine Abfolge von Eingaben als Code einzugeben, um ein Türschloss ohne einen mechanischen Schlüssel oder Funkschlüssel zu betätigen. Herkömmliche Tastenfelder, die an Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, beinhalten typischerweise mechanische Schalter, die durch Benutzer betätigt werden können. Es wäre wünschenswert eine verbesserte Baugruppe bereitzustellen, die kostengünstig ist und eine verbesserte und zuverlässige Leistung bietet.
Klimasteuersysteme, die an Bord von Fahrzeugen eingesetzt werden, können einen Feuchtigkeitssensor zum Erfassen der Feuchtigkeit oder Feuchte in der Luft innerhalb des Fahrzeugs, wie etwa nahe dem Fensterglas, beinhalten. Die Feuchtigkeit kann zu einer Feuchteansammlung am Fenster führen und das Klimasteuersystem kann darauf reagieren, um die Feuchteansammlung zu reduzieren. Es kann wünschenswert sein, eine verbesserte Näherungsschalteranordnung bereitzustellen, welche die Notwendigkeit eines separaten Sensors zum Detektieren von Feuchte innerhalb des Fahrzeugs reduziert.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Näherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe bereitgestellt. Die Näherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe beinhaltet ein Fenster, einen Näherungsschalter, der einen Näherungssensor, der sich an dem Fenster befindet, umfasst, und der ein Aktivierungsfeld bereitstellt, und Steuerschaltungen, die ein Signal als Reaktion auf das Aktivierungsfeld überwachen, eine Schalteraktivierung auf Grundlage des Signals bestimmen und einen Feuchtewert auf Grundlage des Signals bestimmen.
Ausführungsformen des ersten Aspekts der Erfindung können ein beliebiges oder eine Kombination der folgenden Merkmale beinhalten:

• das Fenster umfasst eine erste Glasschicht und eine zweite Glasschicht, wobei sich der Näherungssensor zwischen der ersten und der zweiten Glasschicht befindet;
• das Fenster ist ein Fahrzeugfenster;
• der Näherungssensor wird als eine Tastenfeldbaugruppe zum Steuern des Betriebs eines Türschlosses zum Verriegeln oder Entriegeln einer Fahrzeugtür eingesetzt;
• die Steuerschaltung aktiviert ferner eine Fahrzeugscheibenheizung, um das Fenster auf Grundlage des Feuchtewerts zu entfeuchten;
• der Näherungsschalter umfasst einen kapazitiven Schalter, der einen oder mehrere kapazitive Sensoren umfasst;
• die Baugruppe beinhaltet eine Vielzahl von Näherungsschaltern, von der jeder einen Näherungssensor umfasst, wobei die Steuerschaltungen den Feuchtewert auf Grundlage von Signalen bestimmen, die durch zwei oder mehr Näherungssensoren erzeugt werden;
• die Steuerschaltungen bestimmen den Feuchtewert für jeden der zwei oder mehr Näherungssensoren und bestimmen ferner eine durchschnittliche Feuchte auf Grundlage der Feuchtewerte für die zwei oder mehr Näherungssensoren;
• die Steuerschaltungen bestimmen die Schalteraktivierung auf Grundlage einer Änderungsrate des Signals und der Amplitude des Signals;
• der Feuchtewert wird auf Grundlage einer Amplitude des Signals bestimmt; und
• der Feuchtewert wird durch Vergleichen der Amplitude des Signals mit bekannten Feuchtigkeitswerten in einer Lookup-Tabelle bestimmt.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Fahrzeugnäherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe bereitgestellt. Die Fahrzeugnäherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe beinhaltet ein Fahrzeugfenster und eine Vielzahl von kapazitiven Schaltern, die an dem Fahrzeugfenstern angeordnet ist, von der jeder einen kapazitiven Sensor umfasst, der ein Aktivierungsfeld bereitstellt. Die Fahrzeugnäherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe beinhaltet zudem eine Steuerschaltung, die ein Signal als Reaktion auf das Aktivierungsfeld überwacht, eine Schalteraktivierung auf Grundlage des Signals bestimmt und einen Feuchtewert auf Grundlage des Signals bestimmt. Ausführungsformen des zweiten Aspekts der Erfindung können ein beliebiges oder eine Kombination der folgenden Merkmale beinhalten:

• die Vielzahl von kapazitiven Schaltern wird als eine Tastenfeldbaugruppe zum Steuern des Betriebs eines Türschlosses zum Verriegeln oder Entriegeln einer Fahrzeugtür eingesetzt; und
• die Steuerschaltung aktiviert ferner eine Fahrzeugscheibenheizung, um das Fenster auf Grundlage des Feuchtewerts zu entfeuchten.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Detektieren von Schalteraktivierung und Feuchte mit einem Näherungsschalter an einem Fahrzeugfenster bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet die Schritte des Erzeugens eines Aktivierungsfelds mit einem Näherungssensor, der sich an einem Fahrzeugfenster befindet, Überwachens der Amplitude eines als Reaktion auf das Aktivierungsfeld erzeugten Signals, Bestimmens einer Aktivierung des Schalters auf Grundlage des Signals und Bestimmens eines Feuchtewerts auf Grundlage des Signals.
Ausführungsformen des dritten Aspekts der Erfindung können ein beliebiges oder eine Kombination aus den folgenden Merkmalen beinhalten:

• der Näherungsschalter umfasst einen kapazitiven Schalter, der einen oder mehrere kapazitive Sensoren umfasst;
• das Verfahren aktiviert eine Scheibenheizung, um das Fenster auf Grundlage des Feuchtewerts zu entfeuchten;
• eine Vielzahl von Näherungsschaltern ist an dem Fenster bereitgestellt, wobei jeder Näherungsschalter einen kapazitiven Schalter umfasst, der einen oder mehrere kapazitive Sensoren umfasst;
• Aktivierung des Schalters wird auf Grundlage der Amplitude und einer Änderungsrate des Signals detektiert; und
• der Feuchtewert wird auf Grundlage der Amplitude des Signals im Vergleich zu bekannten Feuchtewerten in einer Lookup-Tabelle bestimmt.

Diese und andere Aspekte, Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann bei der Lektüre der folgenden Beschreibung, Ansprüche und beigefügten Zeichnungen verständlich und ersichtlich.
Figurenliste
In den Zeichnungen gilt:

1 ist eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeugfensters, das mit einer kapazitiven Näherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe ausgestattet ist, gemäß einer Ausführungsform;
2 ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts II aus 1, welche die kapazitive Näherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe genauer veranschaulicht;
3 ist eine Vorderansicht der in 2 gezeigten kapazitiven Näherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe, welche die transparenten Näherungssensoren genauer veranschaulicht;
4 ist eine Querschnittsansicht der kapazitiven Näherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe durch die Linie IV-IV aus 2 gemäß einer Ausführungsform,
5 ist eine auseinandergezogene Ansicht der in 4 veranschaulichten kapazitiven Näherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe;
5A ist eine vergrößerte auseinandergezogene Ansicht eines Teils der Näherungsschalter- und Feuchtebaugruppe aus 5;
6 ist ein Blockdiagramm, das Steuerungen zum Verarbeiten von Tastenfeldeingaben und Erfassen von Feuchte und zum Steuern der Türschlösser, Beleuchtungsanordnungen und Scheibenheizung veranschaulicht;
7 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Steuern der Tastenfeldbeleuchtung veranschaulicht;
8 ist ein Verlauf, der die Signalzählung für einen einem kapazitiven Sensor zugeordneten Signalkanal veranschaulicht und ein Bewegungsprofil für eine Aktivierung zeigt;
9 ist ein Verlauf, der das Rohsignal für einen den kapazitiven Sensoren zugeordneten Signalkanal veranschaulicht und die Auswirkung der erfassten Feuchte zeigt;
10 ist ein Verlauf, der das Rohsignal für erwartete Feuchtewerte veranschaulicht;
11 ist ein Zustandsdiagramm, das den Schalteraktivierungs- und den Feuchteschätzungszustand für die Näherungsschalter- und Feuchtesensorbaugruppe veranschaulicht;
Die 12A und 12B sind Ablaufdiagramme, die eine Routine zum Erfassen von Feuchte innerhalb des Fahrzeugs und Aktivieren des Näherungsschalters veranschaulichen, gemäß einer Ausführungsform; und
13 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Verarbeiten der Sensorausgaben zum Steuern von Entfeuchtungsfunktionen für Fahrzeugtüren und -fenster veranschaulicht, gemäß einer Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Für die Zwecke der Beschreibung in dieser Schrift beziehen sich die Ausdrücke „oben“, „unten“, „rechts“, „links“, „hinten“; „vorne“, „vertikal“, „horizontal“ und Ableitungen davon auf die Erfindung in ihrer Ausrichtung in den 1 und 2. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung verschiedene alternative Ausrichtungen annehmen kann, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil vorgegeben ist. Zudem versteht es sich, dass die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulichten und in der nachstehenden Beschreibung beschriebenen konkreten Vorrichtungen und Prozesse lediglich beispielhafte Ausführungsformen der in den beigefügten Patentansprüchen definierten erfindungsgemäßen Konzepte sind. Daher sind konkrete Abmessungen und andere physische Eigenschaften bezüglich der hier offenbarten Ausführungsformen nicht als einschränkend zu betrachten, es sei denn, die Patentansprüche legen ausdrücklich etwas anderes fest.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist ein mit Rädern und einem Motor versehenes Fahrzeug 10 gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht, das eine kapazitive Näherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe 20 aufweist, die so gezeigt ist, dass sie als Fahrzeugtürzugangstastenfeldbaugruppe konfiguriert ist, die es einer Person ermöglicht, eine Abfolge von Eingaben zum Verriegeln und Entriegeln der Fahrzeugtüren einzugeben. Das Fahrzeug 10 beinhaltet eine Fahrgasttür 12, die an der Fahrzeugkarosserie bereitgestellt ist, und eine Türschlossverriegelungsbaugruppe 14, die an der Tür 12 positioniert ist. Die Türschlossverriegelungsbaugruppe 14 kann unter Umständen durch eine Person betätigt werden, um die Tür 12 zu entsperren und dadurch zu öffnen und die Tür 12 und andere Türen am Fahrzeug zu verriegeln und zu entriegeln, um den Zugang zum Fahrzeug 10 zu steuern. Es versteht sich, dass ein Fahrer einen Türschlossschalter im Fahrzeug betätigen kann und zudem mit einem Funkschlüssel ausgestattet sein kann, der die Türriegelschlossbaugruppe 14 der Fahrzeugtür 12 aus der Ferne verriegeln und entriegeln kann. Die kapazitive Näherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe 20 beinhaltet eine Vielzahl von Näherungsschaltern, die mit durch den Benutzer auswählbaren Näherungsschaltern 22 (2) konfiguriert ist, die ein Tastenfeld bilden, das es einer Person ermöglicht einen Code als Abfolge von Eingaben einzugeben, um durch Eingeben einer programmierten Abfolge von Eingabezeichen (z. B. Nummern) über mit den Kennungszeichen markierte Tasten 22 die Fahrzeugtür 12 zu verriegeln und zu entriegeln.
Die Näherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe 20 ist in 2 ferner gemäß einer Ausführungsform so veranschaulicht, dass sie die horizontal im Fenster 16 auf der Fahrerseite angeordnet gezeigte Vielzahl von durch den Benutzer auswählbaren Näherungsschaltern 22 aufweist. Die Näherungsschalter 22 sind als Benutzereingabetastenfeld konfiguriert. Die Näherungsschalter 22 beinhalten fluoreszierende Muster in Form von Tastenfeldkennungszeichen 58, die mit Licht einer bestimmten Wellenlänge beleuchtet werden können, um ein leuchtendes Zeichenbild anzuzeigen, das an der Außenfläche des Fensters 16 zu sehen ist. Die Näherungsschalter 22 sind Benutzereingabetastenfelder, die jeweils einen Bereich definieren, an dem ein Benutzer den Näherungsschalter mit einem Finger berühren oder in dessen Nähe kommen kann, um eine Eingabeauswahl bereitzustellen. Die leuchtenden Zeichen 58 können aus fluoreszierender Tinte ausgebildet sein, wie etwa einer Sicherheitstinte, die im Wesentlichen transparent und unter normalen Umgebungsbeleuchtungsbedingungen nicht zu sehen ist. Somit sind die Zeichen 58 für eine Person im Wesentlichen unsichtbar, bis sie mit Licht einer bestimmten Wellenlänge, wie etwa Ultraviolett(UV)- und/oder Infrarot(IR)-Licht, beleuchtet werden. Die gezeigten Zeichen 58 beinhalten die numerischen Zeichen Eins und Zwei (1 2) für den ersten Näherungsschalter, die numerischen Zeichen Drei und Vier (3 4) für den zweiten Näherungsschalter, die numerischen Zeichen Fünf und Sechs (5 6) für den dritten Näherungsschalter, die numerischen Zeichen Sieben und Acht (7 8) für den vierten Näherungsschalter und die numerischen Zeichen Neun und Null (9 0) für den fünften Näherungsschalter. Es versteht sich, dass auch andere Zeichen, wie etwa Buchstaben oder Symbole, als Näherungsschalterkennungen eingesetzt werden können. Jeder der Näherungsschalter 22 weist einen kapazitiven Sensor auf, der einen Kontakt oder eine unmittelbare Nähe (z. B. 1 Millimeter) des Fingers des Benutzers mit einem Berührungsbereich des Näherungsschalters 22 erfasst und eine Binärschalterausgabe (an oder aus) definiert, die eine Benutzerauswahl des entsprechenden Näherungsschalters angibt.
Die Näherungsschalter 22 beinhalten jeweils einen Näherungssensor, der innerhalb des Glasfensters positioniert ist und eine unmittelbare Nähe eines Benutzers, wie etwa eines Fingers des Benutzers, relativ zum Näherungsschalter erfasst. Wenn ein Benutzer 30, wie etwa ein Finger 32 des Benutzers in unmittelbarer Nähe zu einem der Näherungsschalter detektiert wird, können alle Näherungsschalter 22 gemäß einem ersten Beispiel durch Beleuchten mit UV- oder IR-Strahlung auf die fluoreszierenden Muster 58 durch die Lichtquelle in einer grünen ersten Farbe aufleuchten und dadurch für einen Benutzer zu sehen sein. Die Beleuchtung aller Näherungsschalter 22 kann darauf beruhen, dass ein durch einen beliebigen oder mehrere der Näherungssensor erzeugtes Signal einen ersten oder unteren Schwellenwert überschreitet. Wenn ein einem der Näherungsschalter zugeordneter Näherungssensor einen Finger in noch größerer Nähe mit einem höheren Schwellenwertsignal detektiert, das einen Aktivierungsversuch des Näherungsschalters angibt, kann eine Schalterausgabe erzeugt werden und es kann eine Rückkopplungsbeleuchtungsausgabe erzeugt werden, um diesen aktivierten Näherungsschalter zu beleuchten, um anzugeben, dass der Näherungsschalter aktiviert wurde. Dies kann Aktivieren des Näheurngsschalters oder Beleuchten des Näherungsschalters in einer roten zweiten Farbe gemäß dem einen Beispiel beinhalten. Wenn der Benutzer 30 eine falsche Berührung an einem oder mehreren der Näherungsschalter 22 durchführt oder wenn ein inkorrekter Code in der Eingabeabfolge eingegeben wird, können beispielsweise einer oder mehrere der Näherungsschalter 22 in einer dritten Farbe, wie etwa Gelb, aufleuchten.
Die Näherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe 20 ist ferner detaillierter in 3 veranschaulicht, in der fünf Näherungssensoren gezeigt sind, die als kapazitive Sensoren 40 konfiguriert sind, die so positioniert sind, dass sie ein Objekt erfassen, das die entsprechenden Näherungsschalter 22 berührt oder sich in unmittelbarer Nähe zu diesen befindet. Zusätzlich erfassen einer oder mehrere der einem oder mehreren der Näherungsschalter 22 zugeordneten Näherungssensoren zudem Feuchte, wie etwa Feuchtigkeit oder Kondensation, an der Innenfläche des Glasfensters 16. Die erfasste Feuchte kann in Form von Feuchtigkeit, bei der es sich um Wasserdampf in der Luft handelt, vorliegen oder kann in Form von Kondensation vorliegen, bei der es sich um Wasser an einer Fläche handelt, das in Form von flüssigem Wasser oder gefrorenem Wasser (z. B. Eis oder Frost) vorliegen kann.
Wie in 3 zu sehen ist, beinhalten die kapazitiven Sensoren 40 jeweils eine erste Elektrode 42 und eine zweite Elektrode 44. Jede der ersten und der zweiten Elektroden 42 und 44 beinhaltet eine Vielzahl von leitfähigen Elektrodenfingern 52 bzw. 54. Somit weist die erste Elektrode 42 eine erste Vielzahl von Elektrodenfingern 52 auf und die zweite Elektrode 44 weist eine zweite Vielzahl von Elektrodenfingern 54 auf. Jede der ersten und der zweiten Elektrodenvielzahl von Fingern 52 bzw. 54 ist im Allgemeinen derart positioniert, dass sie bis zu einem gewissen Grad mit der anderen der ersten und der zweiten Vielzahl von Elektrodenfingern 52 und 54 ineinandergreift oder verschränkt ist, um ein kapazitives Aktivierungsfeld zum Erfassen des Vorhandenseins eines Gegenstands, wie etwa einer Hand oder eines Fingers des Benutzers, zu erzeugen. Die erste Elektrode 42 kann als Empfängerelektrode konfiguriert sein und empfängt ein Erfassungssignal und die zweite Elektrode 44 kann als Antriebselektrode konfiguriert sein, um ein Antriebssignal zu empfangen.
Die kapazitiven Sensoren 40 stellen jeweils eine kapazitives Erfassungsaktivierungsfeld bereit, um den Kontakt oder die unmittelbare Nähe (z. B. innerhalb eines mm) eines Benutzers (z. B. eines Fingers) relativ zum entsprechenden kapazitiven Sensor zu erfassen. Das kapazitive Erfassungsaktivierungsfeld des jeweiligen kapazitiven Sensors 40 detektiert einen Finger des Benutzers, der elektrische Leitfähigkeit und dielektrische Eigenschaften aufweist, die eine Änderung oder Störung im kapazitiven Erfassungsaktivierungsfeld hervorrufen, was für den Fachmann offensichtlich sein sollte. Jeder der kapazitiven Sensoren 40 stellt ein erfasstes Signal für einen entsprechenden Näherungsschalter 22 bereit, das eine Benutzereingabe angibt. Gemäß einer Ausführungsform kann ein Benutzer eine Abfolge von Benutzereingaben an den Näherungsschaltern 22 eingeben, die mit einem programmierten Tastencode zum Verriegeln oder Entriegeln einer oder mehrerer Fahrzeugtüren übereinstimmen.
Zusätzlich ist ein oder mehrere kapazitive Sensoren 40 zudem dazu konfiguriert, Feuchte, wie etwa Kondensation an der Innenfläche des Glasfensters oder Feuchtigkeit nahe der Innenfläche des Glasfensters, zu erfassen. Die erfasste Feuchte kann Kondensation beinhalten, die als Wasserdampf an der Innenfläche des Fensters ausgebildet ist. Die erfasste Feuchte kann zudem Feuchtigkeit in Form von Wasserdampf in der Luft nahe der Innenfläche des Fahrzeugfensters, wie etwa im Fahrgastraum des Fahrzeugs, beinhalten. Die Feuchte wird durch eine Änderung des durch den Näherungssensors 40 erzeugten Signals aufgrund des Feuchtegehalts in der Luft oder an der Fläche der Innenverglasung des Fensters erfasst. Wenn Feuchte detektiert wird, kann das Fahrzeug als Reaktion auf den erfassten Feuchtegehalt eine Fensterscheibenheizung oder eine andere Steuervorrichtung aktivieren, um zu versuchen, die Feuchte zu reduzieren.
Die kapazitiven Sensoren 40 weisen jeweils im Allgemeinen die Antriebselektrode 44 und die Empfängerelektrode 42 auf, die jeweils ineinandergreifende Finger zum Erzeugen eines kapazitiven Felds aufweisen. Es versteht sich, dass jeder der kapazitiven Sensoren 40 mit gedruckter leitfähiger Tinte oder durch Montage einer vorgeformten leitfähigen Schaltung auf ein Substrat ausgebildet werden kann. Gemäß einer Ausführungsform empfängt die Antriebselektrode 44 mit einer Spannung V_I aufgebrachte Rechteckwellenantriebssignalimpulse. Die Empfängerelektrode 42 weist einen Ausgang zum Erzeugen einer Ausgangsspannung Vo auf. Es versteht sich, dass die Elektroden 42 und 44 und die Elektrodenfinger 52 und 54 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in verschiedenen Konfigurationen angeordnet werden können, um die kapazitiven Felder als die Erfassungsaktivierungsfelder zu erzeugen.
Die Antriebselektroden 44 empfangen über Antriebsleitungen 48 Antriebseingangssignale V_I. Die kapazitiven Sensoren 40 weisen eine gemeinsame Ausgangsleitung 46 zum Ausgeben der entsprechenden Spannung Vo auf. Es versteht sich, das die Antriebs- und die Empfängerelektrode anderweitig konfiguriert sein können, sodass andere Arten einzelner Elektroden oder andere Mehrfachelektrodenanordnungen verwendet werden können. Die kapazitive Näherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe 20 kann vorteilhafterweise mit leitfähiger Tinte ausgebildet sein oder kann alternativ mit einer flexiblen Schaltung ausbildet sein. Die kapazitive Näherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe 20 kann mit verschiedenen Arten und Größen von Näherungsschaltern und Zeichen verwendet werden. Bei der hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsform wird der Antriebselektrode 44 des jeweiligen kapazitiven Sensors 40 eine Eingangsspannung V_I als Rechteckwellensignalimpulse zugeführt, die einen Ladeimpulszyklus aufweisen, der ausreicht, um die Empfängerelektrode 42 bis zu einer erwünschten Spannung aufzuladen. Die Empfängerelektrode 42 dient somit als Messelektrode. Die benachbarten Erfassungsaktivierungsfelder, die durch benachbarte kapazitive Sensoren erzeugt werden, können sich leicht überlappen oder unter Umständen liegt keine Überlappung vor. Wenn ein Benutzer oder Bediener, wie etwa der Finger eines Benutzers, in ein kapazitives Erfassungsaktivierungsfeld eindringt, detektiert der entsprechende kapazitive Sensor eine durch den Finger hervorgerufene Störung des Aktivierungsfelds und bestimmt, ob die Störung ausreicht, um eine Eingabe mit dem entsprechenden kapazitiven Sensor zu erzeugen. Gleichermaßen ruft, wenn Feuchte, wie etwa Feuchtigkeit oder Kondensation, an der Innenfläche des Glasfensters detektiert wird, die Feuchte eine Störung im Aktivierungsfeld hervor, die ein Signal erzeugt, das verarbeitet wird, um den Feuchtegehalt zu bestimmen. Die Störung des Aktivierungsfelds wird detektiert, indem das dem entsprechenden Signalkanal für diesen kapazitiven Sensor zugeordnete Ladeimpulssignal verarbeitet wird. Jeder kapazitive Sensor 40 weist seinen eigenen dedizierten Kanal auf, der ein eigenes Ladeimpulssignal erzeugt, das einzeln verarbeitet werden kann.
Unter Bezugnahme auf die 4-5A ist die Näherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe 20 ferner so gezeigt, dass sie innerhalb des Glasfensters 16 zwischen der äußeren Glasschicht 50 und der inneren Glasschicht 60 angeordnet ausgebildet ist. Das Glasfenster 16 ist ein visuell transparentes Medium, das als Fensterscheibe dienen kann. Das transparente Medium weist eine erste innere Fläche und eine zweite äußere Fläche auf. Es versteht sich, dass andere visuell transparente Medien für das Fenster 16 verwendet werden könnten. Die Näherungsschalter- und Feuchtebaugruppe 20 beinhaltet eine transparente dielektrische Polymer- oder Kunststoffschicht 56, die eine Polymidschicht in Form einer Bahn sein kann, die sich zwischen der äußeren und der inneren Glasschicht 50 und 60 erstreckt. Die Polymidschicht 56 kann gemäß einem Beispiel eine Dicke von etwa einem Millimeter oder weniger aufweisen. Die Polymidschicht 56 ist transparent und lichtdurchlässig, sodass sie als Lichtleiter zum Übertragen des von den Lichtquellen emittierten Lichts zu den fluoreszierenden Mustern oder Zeichen 58 dient. Zwischen der Polymidschicht 56 und der inneren Glasschicht 60 angeordnet befinden sich die Näherungssensoren 40. Die Näherungssensoren 40 können mit einer Folie aus Indiumzinnoxid (Indium Tin Oxide - ITO) ausgebildet sein. Das ITO, das die Näherungssensoren 40 bildet, kann gemäß einer Ausführungsform als auf die vordere Fläche der Polymidschicht 56 gedruckte Tinte ausgebildet sein. Das ITO kann als dünne Folie an der Außenfläche der inneren Glasschicht 60 angeordnet sein und kann eine Dicke von etwa 1000 bis 3000 Ängström aufweisen, um einen transparenten elektrischen Leiter zu bilden. Die ITO-Schicht, welche die Näherungssensoren 40 bildet, ist ein visuell transparentes Medium, das verwendet werden kann, um die Elektroden und Signalleitungen zum Ausbilden der Näherungssensoren auszubilden. Somit werden die Näherungssensoren 40 für einen durch das Fenster 16 blickenden Benutzer im Wesentlichen unsichtbar bleiben. Bei anderen Ausführungsformen können andere transparente oder halbtransparente oder sichtbare leitfähige Tinten oder Folien verwendet werden, um die Näherungssensoren 40 auszubilden.
Zwischen der Polymidschicht 56 und den Näherungssensoren 40 an der inneren Glasschicht 60 angeordnet befinden sich die fluoreszierenden Zeichen 58, die in einem fluoreszierenden Muster mit einer Sicherheitstinte gedruckt sein können, um Zeichen zu definieren. Das fluoreszierende Muster kann eine Tinte, wie etwa eine Sicherheitstinte, sein, die mit sichtbarem Licht leuchtet, wenn sie durch ultraviolette Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 200 bis 400 nm oder Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 700 bis 1400 nm aktiviert wird. Es versteht sich, dass die fluoreszierenden Zeichen 58 gemäß anderen Ausführungsformen anderweitig auf einem anderen Medium nahe der Polymidschicht 56 ausgebildet sein können. Das fluoreszierende Muster kann aus einer Sicherheitstinte ausgebildet sein, die eine transparente Tinte ist, die im Allgemeinen für die Augen einer Person unsichtbar ist, es sei denn, sie wird durch ultraviolette oder Infrarotbestrahlung beleuchtet. Die Sicherheitstinte kann auf eine Klarfolie gedruckt werden und dann an der Polymidschicht 56 befestigt werden oder kann alternativ direkt auf die Polymidschicht 56 gedruckt oder in Form des/der Zeichen(s) in die Polymidschicht 56 geätzt werden. Die fluoreszierenden Zeichen 58 können aufwärtswandelnde Leuchtstoffe beinhalten, bei denen es sich um mikroskopische Keramikpulver handelt, die unsichtbare Infrarotlichtwellenlängen in sichtbares farbiges Licht umwandeln. Die aufwärtswandelnden Leuchtstoffe weisen eine Anti-Stokes-Verschiebung auf, die Emissionsspitzen von der Infrarotanregungsquelle abscheiden. Die Leuchtstoffe leuchten gemäß einer Ausführungsform, wenn sie mit einem Infrarotlicht beleuchtet werden. Aufwärtswandelnde Leuchtstoffe können sichtbare grüne, rote, orange oder blaue Farben emittieren, wenn sie mit Infrarotbeleuchtung beleuchtet werden. Gleichermaßen kann UV-Tinte eingesetzt werden, um das fluoreszierende Zeichen zu bilden, und kann bis zu einer sichtbaren Lichtfarbe beleuchtet werden, wenn sie mit ultraviolettem Licht beleuchtet wird. Es versteht sich, dass sowohl durch IR als auch durch UV beleuchtbare fluoreszierende Tinten kommerziell verfügbar sind, wie etwa die Art, die für Sicherheitstinte verwendet wird.
Die fluoreszierenden Zeichen 58 befinden sich gemäß einer Ausführungsform nahe einer Unterkante des Fensters 16. Dies ermöglicht, dass sich Kantenbeleuchtungs-LEDs 70 innerhalb der Tür nahe der Unterkante des Fensters 16 befinden. Die Kantenbeleuchtungs-LED 70 kann auf einer LED-Platine 72, wie etwa einer gedruckten Leiterplatte, ausgebildet sein. Die Kantenbeleuchtungs-LEDs 70 sind jeweils mit einem der Näherungsschalter 22 und den zugeordneten fluoreszierenden Zeichen 58 ausgerichtet. Die Kantenbeleuchtung 70 kann selektiv ultraviolette Strahlung und Infrarotstrahlung erzeugen, die durch die Polymidschicht 56 übertragen wird, um die fluoreszierenden Muster oder Zeichen 58 zu beleuchten. Daher sind die Kantenbeleuchtungs-LEDs 70 mit ausreichend Abstand zueinander und derart ausgerichtet angeordnet, dass sie einen Lichtausgang erzeugen, der die entsprechenden fluoreszierenden Zeichen 58 beleuchtet, ohne die anderen fluoreszierenden Zeichen zu stören. Daher können bestimmte ausgewählte LEDs einzeln entweder mit Infrarot- oder ultraviolettem Licht beleuchtet werden, um einen erwünschten Farbausgang von den fluoreszierenden Zeichen 58 zu erzeugen.
Zusätzlich zum Erfassen einer Aktivierung der Näherungsschalter 22 kann die Näherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe 20 außerdem unter Verwendung des einen oder der mehreren dem einen oder den mehreren Näherungsschaltern 22 zugeordneten Näherungssensoren 24 die Feuchte, wie etwa Feuchtigkeit und Kondensation, an der ersten inneren Fläche detektieren. Der bei der hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsform als kapazitiver Sensor konfigurierte Näherungssensor 24 ist empfindlich gegenüber Feuchte, die sich auf das Sensoraktivierungsfeld ähnlich auswirkt wie eine Berührung durch einen Finger eines Benutzers. Im Gegensatz zu einer typischen Berührungsaktivierung, die einen eher schnellen Anstieg der Signalzählung verursacht, führt Feuchte, wie etwa Feuchtigkeit oder Kondensation, dazu, dass das Signal mit einer langsameren Rate steigt. Wenn beispielsweise jemand eine Fahrzeugtür oder ein Fenster öffnet und die Feuchtigkeit aufgrund der Änderung der Umgebungsbedingungen zunimmt, kann die Feuchtigkeits- oder Kondensationsansammlung am Fenster durch Überwachen der Änderung des Aktivierungssignals relativ zu einer Lookup-Tabelle detektiert werden. Daher können Aktivierungen durch einen Finger eines Benutzers von der Feuchte unterschieden werden und das erfasste Signal kann dazu verwendet werden, einen Feuchtewert zu erzeugen, der im Fahrzeug zu anderen Zwecken verwendet werden kann, wie etwa durch ein Klimasteuersystem zum Steuern einer Fensterscheibenheizung oder durch (eine) andere Steuervorrichtung(en). Bei einer Ausführungsform kann ein einzelner Näherungssensor 24 zum Bestimmen der Feuchte verwendet werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann eine einer Vielzahl von Näherungsschaltern 22 zugeordnete Vielzahl von Näherungssensoren 24 eingesetzt werden, um mehrere Feuchtesignale zu erzeugen, für die ein Durchschnitt gebildet werden kann, um einen durchschnittlichen Feuchtemesswert bereitzustellen.
Erneut unter Bezugnahme auf die 4-5A befindet sich zwischen der Polymidschicht 56 und der äußeren Glasschicht 50 eine leitfähige Abschirmung 55. Somit ist die leitfähige Abschirmung 55 zwischen dem kapazitiven Sensor 40 und der zweiten äußeren Fläche des Fensters 16 bereitgestellt. Die leitfähige Abschirmung 55 ist als Zwischenschicht zwischen den kapazitiven Sensoren 40 und einer Außenfläche des Glasfensters bereitgestellt, um die Empfindlichkeit der Näherungssensoren 40 gegenüber der an oder nahe der Außenfläche der äußeren Glasschicht 50 vorhandenen Feuchte zu reduzieren. Infolgedessen ist es weniger wahrscheinlich, dass Feuchte an der zweiten äußeren Fläche des Fensters 16 das Messen von Feuchte an der ersten inneren Fläche des Fensters 16 beeinflusst. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die leitfähige Abschirmung 55 als leitfähiges Gitter ausgebildet, das eine in Reihen und Spalten angeordnete Vielzahl von horizontalen und vertikalen leitfähigen Leitungen aufweist. Bei dieser Ausführungsform befinden sich nicht leitfähige Räume zwischen dem Gitter, sodass die Abschirmung eine teilweise Abschirmung ist. Bei anderen Ausführungsformen kann die leitfähige Abschirmung 55 ein massives leitfähiges Material zum Bereitstellen von zusätzlicher Abschirmung sein oder kann mit unterschiedlichen Mustern ausgebildet sein. Die leitfähige Abschirmung 55 kann aus einem visuell transparenten oder halbtransparenten leitfähigen Material, wie etwa Indiumzinnoxid (ITO), hergestellt sein. Die leitfähige Abschirmung 55 kann aus einer gedruckten Tinte ausgebildet sein, die auf das Polymid 56 gedruckt wird. Die leitfähige Abschirmung 55 befindet sich vor den Näherungssensoren 40 und ist vorzugsweise mindestens genauso groß wie die Näherungssensoren 40 und kann größer als die Näherungssensoren 40 sein, um eine ausreichende Blockierung der Auswirkungen von Feuchte an der Außenfläche des Glasfensters 16 bereitzustellen.
Zwischen der leitfähigen Abschirmung 55 und der äußeren Glasschicht 50 angeordnet befindet sich eine UV-/IR-blockierende Schicht 64. Die UV-/IR-blockierende Schicht 64 dient dazu, ultraviolette und Infrarotstrahlung daran zu hindern, vom Fahrzeugäußeren durch das Fenster 16 und bis zum fluoreszierenden Muster 58 zu dringen, um eine Aktivierung des fluoreszierenden Materials durch Sonnenlicht zu verhindern.
Die fluoreszierenden Zeichen 58 an den Näherungsschaltern 22 sind im Allgemeinen für eine Person unsichtbar, wenn sie von außerhalb des Fensters 16 betrachtet werden. Wenn ein Benutzer einen Finger in Berührung oder in die Nähe von einem oder mehreren der Näherungsschalter 22 bringt, leuchten alle Näherungsschalter 22 durch Aktivieren der UV-Lichtquelle für die jeweiligen LEDs 70 zum Beleuchten der jeweiligen fluoreszierenden Zeichen 58 in einer ersten grünen Farbe. Wenn ein Benutzer einen der Näherungsschalter weiterhin berührt, um eine Aktivierung durchzuführen, wird die IR-Lichtquelle der LED-Lampen 70, die dem entsprechenden Näherungsschalter zugeordnet sind, beleuchtet, um dieses eingegebene fluoreszierende Zeichen 58 am Näherungsschalter 22 zu beleuchten, um ein zweites Licht mit roter Farbe am Näherungsschalter 22 zu erzeugen. Wenn fälschlicherweise zwei oder mehr Näherungsschalter 22 gleichzeitig aktiviert werden, werden sowohl die UV- als auch die IR-LEDs, die dem aktivierten Näherungsschalter zugeordnet sind, gleichzeitig aktiviert, sodass ein drittes Licht mit gelber Farbe für diese fälschlicherweise aktivierten eingegebenen Näherungsschalter erzeugt wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass kombiniertes rotes und grünes Licht die dritte gelbe Farbe bildet.
Unter Bezugnahme auf 6 ist die Näherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe 20 gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Die Vielzahl von kapazitiven Sensoren 40 ist so gezeigt, dass sie entsprechende Eingaben an eine Steuerung 80, wie etwa einen Mikrocontroller, bereitstellt. Die Steuerung 80 kann Schaltungen, wie etwa einen Mikroprozessor 82 und einen Speicher 84, beinhalten. Die Steuerschaltung kann eine Erfassungssteuerschaltung beinhalten, die das Aktivierungsfeld des jeweiligen kapazitiven Sensors verarbeitet, um eine Benutzeraktivierung zu erfassen, indem sie das Aktivierungsfeldsignal mit einem oder mehreren Schwellenwerten gemäß einer oder mehreren Steuerroutinen 100, 200 und 300 vergleicht. Es versteht sich, dass eine andere analoge und/oder digitale Steuerschaltung eingesetzt werden kann, um das jeweilige kapazitive Aktivierungsfeld zu verarbeiten, eine Benutzeraktivierung zu bestimmen und eine Handlung einzuleiten. Die Steuerung 80 kann gemäß einer Ausführungsform ein Q-Matrix-Akquisitionsverfahren einsetzen, das von ATMEL^® erhältlich ist. Beispielhafte kapazitive Sensoren sind in dem ATMEL^® Touch Sensors Design Guide 10620 D-AT42-A4/09 vom 9. April 2009 beschrieben, dessen gesamte Referenz hiermit durch Bezugnahme in diese Schrift aufgenommen wird.
Die Steuerung 80 kann eine Analog-zu-Digital(A/D)-Vergleichseinrichtung beinhalten, die in den Mikroprozessor 82 integriert oder daran gekoppelt ist und die Spannungsausgabe Vo von den jeweiligen kapazitiven Sensoren empfangen, das analoge Signal in ein digitales Signal umwandeln und dem Mikroprozessor 82 ein digitales Signal bereitstellen kann. Die Steuerung 80 kann einen Impulszähler beinhalten, der in den Mikroprozessor 82 integriert oder daran gekoppelt ist und die Ladesignalimpulse zählt, die auf die jeweilige Antriebselektrode des jeweiligen Näherungssensors aufgebracht werden, eine Zählung der Impulse durchführt, die zum Laden des Kondensators notwendig sind, bis die Spannungsausgabe Vo eine stärkere vorbestimmte Spannung erreicht, und die Zählung dem Mikroprozessor 82 bereitstellt. Die Impulszählung gibt die Änderung der Kapazität des entsprechenden kapazitiven Sensors an. Die Steuerung 80 kann einem impulsbreitenmodulierten Antriebspuffer ein impulsbreitenmoduliertes Signal bereitstellen, um den Rechteckwellenimpuls zu erzeugen, der auf die jeweilige Antriebselektrode des jeweiligen kapazitiven Sensors aufgebracht wird. Die Steuerung 80 kann die empfangenen Signale verarbeiten und eine Bestimmung darüber treffen, ob einer der kapazitiven Sensoren aktiviert wurde, und erzeugt ein oder mehrere Signale, um eine oder mehrere der Kantenbeleuchtungs-LEDs 70 zu aktivieren, um ein oder mehrere der fluoreszierenden Zeichen 58 mit UV- und/oder IR-Licht zu beleuchten, um ein Leuchten in einer erwünschten Farbe zu erzeugen. Die Steuerung 80 kann ferner bestimmen, ob eine Abfolge von Benutzereingaben mit einem programmierten Code übereinstimmt und die Fahrzeugtüren 14 verriegeln oder entriegeln, wenn die Abfolge von Eingaben mit dem Code übereinstimmt. Zusätzlich kann die Steuerung 80 ferner die Feuchte bestimmen, die an oder nahe der Innenfläche des Glasfensters vorhanden ist, und kann einer oder mehreren Steuervorrichtungen, einschließlich des Karosseriesteuermoduls 90, Feuchtewertinformationen bereitstellen. Die Feuchtewerte können den Feuchtegehalt 92 und die Änderungsrate 94 der Feuchte beinhalten. Zusätzlich kann ein Benutzer manuell eine Anforderung 96 zum Entfeuchten des Fensters eingeben. Das Karosseriesteuermodul 90 kann als Reaktion auf eine manuell eingegebene Anforderung zum Entfeuchten oder auf Grundlage des/der detektierten Feuchtegehalts 92 oder Änderungsrate 94 der Feuchte eine oder mehrere Vorrichtungen, wie etwa eine Fensterscheibenheizung 98, aktivieren oder steuern. Eine manuell eingegebene Anforderung 96 zum Entfeuchten kann gestellt werden, indem ein Benutzer einen oder mehrere der Näherungsschalter 22 aktiviert, wie etwa durch Wischen der Hand des Benutzers nach oben und unten in einer Geste, die als manuelle Anforderung zum Steigern/Verringern des entfeuchtenden Luftstroms an der Innenfläche des Fensters eingegeben wurde. Die Gesteneingabe kann an den Näherungsschalter 22 an der ersten inneren Fläche des Fensters 16 angewendet werden. Es versteht sich, dass diese Eingabe oder eine andere Gesteneingabe, die eine manuelle Anpassung eines Luftstroms anfordert, zum Steuern eines Entfeuchtungsbetriebs verwendet werden kann.
Unter Bezugnahme auf 7 ist die Steuerroutine 100 zum Steuern der Näherungsschalterbaugruppe gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Die Steuerroutine 100 startet bei Schritt 102 und geht zu Entscheidungsschritt 104 über, um zu bestimmen, ob eine Hand nahe des Tastenfelds (Näherungsschalter) detektiert wird, und kehrt, wenn dies nicht der Fall ist, zurück und wartet auf ein Detektieren einer Hand. Sobald eine Hand detektiert wird, geht die Routine 100 zu Schritt 106 über, um die UV-Kantenbeleuchtung-LEDs unterhalb aller Zeichen einzuschalten, wodurch die Zeichen in einer grünen Farbe leuchten. Als nächstes bestimmt die Routine 100 bei Entscheidungsschritt 108, ob ein einzelner Näherungsschalter berührt wurde. Wenn ein einzelner Näherungsschalter berührt wurde, schaltet die Routine 100 bei Schritt 110 die UV-LED unterhalb des berührten Zeichens aus und schaltet die dem berührten Näherungsschalter zugeordnete IR-LED ein, wodurch das Zeichen zu einer roten Farbe wechselt, die eine ordnungsgemäße Aktivierung angibt. Danach wartet die Routine 100 für einen Zeitraum, wie etwa dreißig (30) Sekunden darauf, dass die Berührung gestoppt wird, und schaltet dann die LEDs als Schritt 112 aus, bevor sie zurückkehrt. Wenn nicht ein einzelner Näherungsschalter berührt wurde, geht die Routine 100 zu Entscheidungsschritt 114 über, um zu bestimmen, ob zwei oder mehr Näherungsschalter berührt wurden. Wenn zwei oder mehr Näherungsschalter berührt wurden, geht die Routine 100 zu Schritt 116 über, um sowohl die UV- als auch die IR-LED unterhalb der Zeichen des berührten Näherungsschalter einzuschalten, wodurch die Zeichen zu einer gelben Farbe wechseln, die eine falsche Aktivierung angibt. Danach geht die Routine 100 zu Schritt 112 über, bei dem sie für einen Zeitraum, wie etwa dreißig (30) Sekunden, darauf wartet, dass die Berührung gestoppt wird, und dann die LEDs ausschaltet, bevor sie zurückkehrt.
In den 8-10 ist gemäß einem Beispiel die Änderung der Sensorladeimpulszählungen, die als Signalzählung 62 für einen einem der Vielzahl von Näherungsschaltern 22 zugeordneten Signalkanal gezeigt ist, in FIG. 8 für ein Berührungsereignis veranschaulicht und in den 9 und 10 als Rohsignal zur Feuchtigkeitserfassung gezeigt. Die Änderung des Signals 62 ist die Differenz zwischen einem initialisierten Referenzzählwert ohne im Aktivierungsfeld vorhandene Finger oder andere Objekte und dem entsprechenden Sensormesswert bei geringer oder keiner Feuchtigkeit. Bei dem in 8 gezeigten Beispiel dringt der Finger des Benutzers in das einem Näherungsschalter 22 zugeordnete Aktivierungsfeld 32 ein, wenn sich der Finger des Benutzers über den Näherungsschalter bewegt. Das Signal 62 ist die Änderung (Δ) der einem kapazitiven Sensor 24 zugeordneten Sensorladeimpulszählung. Bei der offenbarten Ausführungsform sind die Näherungssensoren 24 kapazitive Sensoren. Wenn sich ein Finger eines Benutzers in Berührung mit oder unmittelbarer Nähe zu einem Sensor 24 befindet, verändert der Finger die an dem entsprechenden Sensor 24 gemessene Kapazität. Die Kapazität ist parallel zur parasitären Kapazität der unberührten Sensortaste und wird demnach als Versatz gemessen. Die durch den Benutzer oder Bediener induzierte Kapazität ist proportional zur Dielektrizitätskonstante des Fingers oder anderen Körperteils des Benutzers, der der kapazitiven Taste ausgesetzten Oberfläche sowie umgekehrt proportional zum Abstand der Gliedmaße des Benutzers zur Schaltertaste. Gemäß einer Ausführungsform wird jeder Sensor mit einer Spannungsimpulsfolge über Elektronik zur Impulsbreitenmodulation (Pulse Width Modulation - PWM) angeregt, bis der Sensor bis zu einem festgelegten Spannungspotential aufgeladen ist. Ein derartiges Akquisitionsverfahren lädt die Empfängerelektrode bis zu einem bekannten Spannungspotential auf. Der Zyklus wird wiederholt, bis die Spannung am Messkondensator eine vorbestimmte Spannung erreicht. Indem ein Finger eines Benutzers auf der Berührungsfläche des Schalters platziert wird, wird eine externe Kapazität eingebracht, welche die bei dem jeweiligen Zyklus übertragene Ladungsmenge erhöht, wodurch die Gesamtanzahl von Zyklen reduziert wird, die erforderlich ist, damit die Messkapazität die vorbestimmte Spannung erreicht. Der Finger des Benutzers führt dazu, dass die Änderung der Sensorladeimpulszählung zunimmt, da dieser Wert auf der initialisierten Referenzzählung abzüglich des Sensormesswerts beruht.
Wenn sich unter Bezugnahme auf 8 der Finger des Benutzers einem dem Signalkanal zugeordneten Näherungsschalter 22 nähert, dringt der Finger in das dem kapazitiven Sensor zugeordnete Aktivierungsfeld ein, was zu einer Unterbrechung der Kapazität führt, wodurch es zu einer Zunahme der Sensorzählung kommt, wie durch Signal 62 gezeigt, das ein Bewegungsprofil für eine typische Berührungsaktivierung aufweist. Während einer typischen Aktivierung durch Benutzerberührung steigt das Signal relativ schnell, um einen Sensoraktivitätsschwellenwert zu überschreiten, und erreicht dann einen Spitzen wert und fällt dann wieder unter den Sensoraktivitätsschwellenwert ab. Eine Schalteraktivierung kann auf Grundlage dessen detektiert werden, dass das Signal einen Schwellenwert überschreitet, und/oder auf Grundlage einer Anstiegszeit des Signals.
Wenn unter Bezugnahme auf 9 Feuchte in Form von Kondensation an der inneren Glasfläche oder Feuchtigkeit nahe dieser zunimmt, dringt die Feuchtigkeit in das dem kapazitiven Sensor zugeordnete Aktivierungsfeld ein und führt zu einer Unterbrechung der Kapazität, wodurch es zu einer Rohsignalzunahme kommt, wie durch Signal 62 gezeigt. Die Auswirkung der Feuchtigkeit auf den Sensor erzeugt ein Rohsignal, das mit einer langsameren Rate steigt als bei einer Aktivierungsbewegung des Fingers des Benutzers. Dementsprechend kann durch Überwachen der Anstiegszeit des Signals und der Amplitude des Signals und Vergleichen des Signals mit bekannten Feuchtewerten die Kondensation oder Feuchtigkeit mithilfe des Näherungssensors erfasst werden.
10 zeigt ein Beispiel für das Rohsignal für ein Sensorsignal, das durch Feuchte (z. B. Feuchtigkeit) beeinflusst wird, und eine Lookup-Tabelle, welche die Rohsignaldaten auf Grundlage von Tests mit dem Feuchtegehalt verknüpft. Die Daten in der Lookup-Tabelle können während des Testens der Baugruppe erzeugt werden, um die Rohsignalzählung für jeden der Vielzahl von bekannten Feuchtegehaltswerten zu bestimmen. Die Feuchtewerte zwischen den in der Lookup-Tabelle aufgeführten Werten können unter Verwendung von Interpolation bestimmt werden. Während der Herstellung kann bei einem bekannten Feuchtepunkt eine Kalibrierungsroutine durchgeführt werden, um das Bias in der Skala zu kalibrieren. Dementsprechend kann durch Verarbeiten der durch den kapazitiven Sensor erzeugten Rohsignaldaten der entsprechende Feuchtegehalt bestimmt werden.
Unter Bezugnahme auf 11 veranschaulicht das Zustandsdiagramm zwei Betriebsmodi, die für die Näherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe 20 verfügbar sind. In einem ersten Modus kann die Baugruppe 20 in einem Zustand zum Verarbeiten 88 einer Benutzerinteraktion arbeiten, um die Berührung eines Fingers an einem Schalter für eine Schalteraktivierung zu detektieren. In einem zweiten Modus kann die Baugruppe 20 in einem Zustand zum Schätzen 86 der Feuchte arbeiten, um den Feuchtegehalt zu bestimmen. Es versteht sich, dass der Modus zum Verarbeiten 88 einer Benutzerinteraktion während eines beträchtlichen Zeitraums betrieben werden kann, während der Modus zum Schätzen 88 der Feuchtigkeit periodisch betrieben werden kann. Es versteht sich, dass der Modus zum Verarbeiten 88 einer Benutzerinteraktion und der Modus zum Schätzen 86 der Feuchtigkeit gleichzeitig ausgeführt werden könnten.
Unter Bezugnahme auf die 12A und 12B ist eine Routine 200 zum Bestimmen der Schalteraktivierung und Bestimmen der Feuchte gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Die Routine 200 beginnt bei Schritt 202 und geht zu Schritt 204 über, um den Statuszustand für den Signalkanal (i) auf Feuchte schätzen einzustellen. Als Nächstes wird bei Schritt 206 das Rohsignal CHRAW _i[0] akquiriert und dann wird bei Schritt 208 die Grundlinie CHBASE gleich dem akquirierten Rohsignal CHRAW_i eingestellt. Als Nächstes wird bei Schritt 210 das Rohsignal CHRAWi[t] zum aktuellen Zeitpunkt (t) akquiriert und bei Schritt 212 wird Rauschen gefiltert. Es wird zu Schritt 214 übergegangen, wo die Routine 200 bestimmt, ob der Status_i gleich Feuchte schätzen eingestellt ist, und, wenn dies der Fall ist, zu Entscheidungsschritt 216 übergeht, um zu bestimmen, ob das Signal langsam ansteigt (Änderungsrate der Amplitude), das heißt, ob die Differenz zwischen dem aktuellen akquirierten Signal i[t] und dem zuvor akquirierten Signal i[t-1] für das Rohsignal CHRAW unterhalb eines Schwellenwerts TR_th liegt, und, wenn dies der Fall ist, zu Schritt 218 übergeht, um die Feuchtewerte für den unteren und oberen Wert aus der Lookup-Tabelle zu akquirieren, die einen Bereich definieren, der den Wert CHRAW[t] enthält, und dann interpoliert, um den Wert für die Feuchte (RH)_i ohne diesen Bereich zu bestimmen. Als Nächstes bestimmt die Routine 200 bei Entscheidungsschritt 220, ob alle Sensoren verarbeitet wurden, und kehrt, wenn dies nicht der Fall ist, zu Schritt 210 zurück. Wenn alle Sensoren i verarbeitet wurden, geht die Routine 200 zu Entscheidungsschritt 222 über, um zu bestimmen, ob mindestens ein Status_i auf Feuchte schätzen eingestellt ist, und stellt, wenn dies nicht der Fall ist, bei Schritt 226 den aktuellen Feuchtewert RH[t] gleich dem vorherigen Feuchtewert ein und kehrt dann zu Schritt 210 zurück. Wenn andererseits mindestens ein Status_i auf Feuchte schätzen eingestellt ist, dann bestimmt die Routine 200 bei Entscheidungsschritt 224, dass der Feuchtewert RH[t] gleich einem Durchschnittswert der Feuchte (RH_i) für die Sensoren i ist, bevor sie zu Schritt 210 zurückkehrt. Ein oder mehrere Fahrzeugmodule, wie etwa das Klimasteuersystem, können den Feuchtewert RH[t] zum Durchführen einer Handlung, wie etwa Anschalten oder Anpassen einer oder mehrerer Fensterscheibenheizungen zum Reduzieren der Auswirkung von Feuchte am Fenster, verwenden.
Wenn das Signal schnell ansteigt (Änderungsrate der Amplitude), geht die Routine 200 bei Entscheidungsschritt 216 zu Schritt 228 über, um den Status gleich Berührung verarbeiten einzustellen, wobei es sich um den Schalterberührungsmodus handelt. Als Nächstes wird bei Schritt 230 ein Zeitgeber gleich Start_i eingestellt und bei Entscheidungsschritt 232 bestimmt die Routine 200, ob der Zeitgeberwert abzüglich des Start_i-Werts für den Zeitgeber einen Wert für die maximale Berührungszeit überschreitet oder größer als dieser ist, und stellt, wenn dies der Fall ist, den Status bei Schritt 234 gleich Feuchte schätzen ein, bevor sie zu Schritt 220 zurückkehrt. Wenn die Zeitdifferenz die maximale Berührungszeit nicht überschreitet, geht die Routine 200 zu Entscheidungsschritt 236 über, um zu bestimmen, ob eine Berührung detektiert wurde, wie etwa durch Verarbeiten des Signals für eine Spitze, eines stabilen Signals, eines Drückereignisses oder einer bestimmten Berührungssignatur. Wenn eine Berührung detektiert wird, geht die Routine 200 zu Schritt 238 über, um das Vorliegen des Berührungsereignisses zu kommunizieren. Das Berührungsereignis kann die Aktivierung des Schalters zum Durchführen einer dedizierten Funktion auslösen. Andernfalls geht die Routine 200 zu Entscheidungsschritt 240 über, um zu bestimmen, ob der Wert CHRAWi[t] geringer als CHBASE abzüglich Rauschen ist, und stellt, wenn dies der Fall ist, den Status_i in Schritt 242 gleich Feuchte schätzen ein, bevor sie zu Schritt 220 zurückkehrt. Andernfalls kehrt die Routine 200 zu Schritt 232 zurück.
Unter Bezugnahme auf 13 ist eine Routine 300 zum Steuern des Fahrzeugs und einer Scheibenheizung gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Routine 300 beginnt bei Schritt 302 und geht zu Entscheidungsschritt 304 über, um zu bestimmen, ob das Fahrzeugfenster geöffnet ist. Wenn das Fahrzeugfenster geöffnet ist, verwirft die Routine 300 die Sensoreingabe bei Schritt 306 und kehrt zu Schritt 304 zurück. Wenn das Fahrzeugfenster nicht geöffnet ist, geht die Routine 300 zu Entscheidungsschritt 308 über, um zu bestimmen, ob die Tür geöffnet ist, und verwirft, wenn dies der Fall ist, die Sensoreingabe bei Schritt 306 und kehrt zu Schritt 304 zurück. Wenn die Tür nicht geöffnet ist, geht die Routine 300 zu Entscheidungsschritt 310 über, um zu bestimmen, ob sich das Fahrzeug in Parkstellung befindet. Wenn sich das Fahrzeug in Parkstellung befindet, geht die Routine 300 zu Schritt 312 über, um zu bestimmen, ob der Sitz belegt ist. Wenn der Sitz nicht belegt ist, was angibt, dass kein Fahrgast im Fahrzeug sitzt, geht die Routine 300 zu Entscheidungsschritt 314 über, um zu prüfen, ob mithilfe der Näherungsschalter ein Entriegelungscode eingegeben wurde. Der Entriegelungscode kann vorliegen, wenn der Zeitraum kürzer als ein maximaler Entriegelungszeitraum ist und detektiert wird, dass die Spitze und der Entriegelungsbereich keine Signalüberlappung aufweisen. Wenn die Routine 300 einen Entriegelungscode detektiert, geht die Routine 300 zu Schritt 316 über, um die Türentriegelungs-/-verriegelungsFunktion durchzuführen, bevor sie bei Schritt 324 endet. Wenn kein Entriegelungscode vorliegt, geht die Routine 300 direkt zum Ende über.
Wenn sich das Fahrzeug nicht, wie bei Entscheidungsschritt 310 detektiert, in Parkstellung befindet, geht die Routine 300 zu Entscheidungsschritt 318 über, um zu bestimmen, ob der Sitz belegt ist und endet, wenn dies nicht der Fall ist, bei Schritt 324. Wenn der Sitz belegt ist, wie bei einem der Entscheidungsschritte 312 oder 318 detektiert wurde, geht die Routine 300 zu Entscheidungsschritt 320 über, um zu prüfen, ob ein Fahrgast im Fahrzeug eine Wischgeste an den Näherungsschaltern am Inneren des Fensters eingegeben hat. Die Wischgeste kann vorliegen, wenn der Zeitraum kürzer als ein maximaler Wischzeitraum ist und sich das Spitzensignal ohne partielle Signalüberlappung im Wischbereich befindet. Wenn eine Wischgesteneingabe detektiert wird, geht die Routine 300 zu Schritt 322 über, um einen manuellen Entfeuchtungsbetrieb zum Entfeuchten des Fahrzeugfensters zu aktivieren, bevor sie bei Schritt 324 endet. Wenn keine Wischgeste vorliegt, endet die Routine 300 bei Schritt 324.
Die Näherungssensoren können unter Verwendung von Dünnschichttechnologie hergestellt werden, die das Drucken einer mit Lösungsmittel gemischten leitfähigen Tinte beinhalten kann, um eine erwünschte Gestaltung einer elektrischen Schaltung zu erhalten. Die gedruckte Tinte kann in einer Bahn ausgebildet sein, die in einem Aushärteprozess unter Verwendung von gesteuertem Erwärmen und Licht-/Wärmeabtasten zum Entfernen des Lösungsmittels ausgehärtet wird. Variationen von bestehenden Aushärtevorgängen können dazu führen, dass Lösungsmittelreste in den elektrischen Leiterbahnen eingeschlossen sind, was zu Sensoren führen kann, die empfindlich gegenüber Änderungen der Temperatur und Feuchte sind. Wenn sich Kondensation an einem Näherungssensor ansammelt, können sich das kapazitive Rohsignal und die Δ-Signalzählung ändern. Die Kondensationsansammlung kann beispielsweise in einem Fahrzeug auftreten, wenn es in einem Regenschauer fährt, bevor der Enteiser eingeschaltet wird, oder wenn an einem heißen, feuchten Sommertag in das Fahrzeug eingestiegen wird. Der Näherungssensor detektiert vorteilhafterweise eine Aktivierung durch Benutzerberührung und Feuchte unter Verwendung desselben Sensors. Dementsprechend stellt die Näherungsschalter- und Feuchtesensorbaugruppe vorteilhafterweise sowohl Näherungserfassung für die Schalteraktivierung als auch Feuchtemessungen bereit.
Dementsprechend stellt die Näherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe 20 vorteilhafterweise verbesserte durch den Benutzer aktivierbare Näherungsschalter oder Eingabetastenfelder im Fenster eines Fahrzeugs bereit und stellt ferner eine verbesserte Feuchteerfassung an der Innenfläche des Fahrzeugfensters bereit. Zusätzlich stellt die Baugruppe 20 einen Feuchtesensor bereit, der an einem Fenster, wie etwa einem Fahrzeugfenster, eingesetzt werden kann. Es ist ferner denkbar, dass die Baugruppe 20 an anderen Fenstern, wie etwa Hausfenstern, gemäß anderen Ausführungsformen eingesetzt werden kann. Die Baugruppe 20 ist im Wesentlichen transparent, wenn sie nicht in Gebrauch ist, und kann in verschiedenen Farben aktiviert werden, um einen geeigneten Betrieb der Näherungsschalter und das Erfassen von Feuchte, wie etwa Feuchtigkeit und Kondensation, an der Innenfläche des Fensters zu ermöglichen. Der Fahrzeugführer kann sich ferner über das Entfeuchten des Fensters freuen und kann manuelle Eingaben zum Steuern der Scheibenheizung bereitstellen.
Es versteht sich, dass Variationen und Modifikationen an der vorstehenden Struktur vorgenommen werden können, ohne von den Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und es versteht sich ferner, dass derartige Konzepte von den folgenden Ansprüchen abgedeckt sein sollen, sofern diese Ansprüche durch ihren Wortlaut nicht ausdrücklich etwas anderes festlegen.

Claims

Näherungsschalter- und Feuchteerfassungsbaugruppe, umfassend: ein Fenster; einen Näherungsschalter, der einen Näherungssensor umfasst, der sich an dem Fenster befindet, und der ein Aktivierungsfeld bereitstellt; und Steuerschaltungen, die ein Signal als Reaktion auf das Aktivierungsfeld überwachen, eine Schalteraktivierung auf Grundlage des Signals bestimmen und einen Feuchtewert auf Grundlage des Signals bestimmen.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei das Fenster eine erste Glasschicht und eine zweite Glasschicht umfasst, wobei sich der Näherungssensor zwischen der ersten und der zweiten Glasschicht befindet.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei das Fenster ein Fahrzeugfenster ist.
Baugruppe nach Anspruch 3, wobei der Näherungsschalter als eine Tastenfeldbaugruppe zum Steuern des Betriebs eines Türschlosses eingesetzt ist, um eine Fahrzeugtür zu verriegeln oder zu entriegeln.
Baugruppe nach Anspruch 3, wobei die Steuerschaltung ferner eine Fahrzeugscheibenheizung aktiviert, um das Fenster auf Grundlage des Feuchtewerts zu entfeuchten.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1, 3-5, wobei der Näherungsschalter einen kapazitiven Schalter umfasst, der einen oder mehrere kapazitive Sensoren umfasst.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die Baugruppe eine Vielzahl von Näherungsschaltern umfasst, von der jeder einen Näherungssensor umfasst, wobei die Steuerschaltungen den Feuchtewert auf Grundlage von Signalen bestimmen, die durch zwei oder mehr Näherungssensoren erzeugt werden.
Baugruppe nach Anspruch 7, wobei die Steuerschaltungen den Feuchtewert für jeden der zwei oder mehr Näherungssensoren bestimmen und ferner eine durchschnittliche Feuchte auf Grundlage der Feuchtewerte für die zwei oder mehr Näherungssensoren bestimmen.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltungen die Schalteraktivierung auf Grundlage einer Änderungsrate des Signals und der Amplitude des Signals bestimmen.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 und 9, wobei der Feuchtewert auf Grundlage einer Amplitude des Signals bestimmt wird.
Baugruppe nach Anspruch 10, wobei der Feuchtewert durch Vergleichen der Amplitude des Signals mit bekannten Feuchtigkeitswerten in einer Lookup-Tabelle bestimmt wird.
Verfahren zum Detektieren von Schalteraktivierung und Feuchte mit einem Näherungsschalter an einem Fahrzeugfenster, umfassend: Erzeugen eines Aktivierungsfelds mit einem Näherungssensor, der sich an einem Fahrzeugfenster befindet; Überwachen der Amplitude eines als Reaktion auf das Aktivierungsfeld erzeugten Signals; Bestimmen einer Aktivierung des Schalters auf Grundlage des Signals; und Bestimmen eines Feuchtewerts auf Grundlage des Signals.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Näherungsschalter einen kapazitiven Schalter umfasst, welcher einen oder mehrere kapazitive Sensoren umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12-13, ferner umfassend den Schritt des Aktivierend einer Fahrzeugscheibenheizung, um das Fenster auf Grundlage des Feuchtewerts zu entfeuchten.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei eine Vielzahl von Näherungsschaltern an dem Fenster bereitgestellt ist, wobei jeder Näherungsschalter einen kapazitiven Schalter umfasst, der einen oder mehrere kapazitive Sensoren umfasst.