DE102021120964A1

DE102021120964A1 - Fahrzeuglenkrad mit näherungssensoreingängen

Info

Publication number: DE102021120964A1
Application number: DE102021120964.1A
Authority: DE
Inventors: Stuart C. Salter; Pietro Buttolo; Christian Lange; Paul Kenneth Dellock; Aaron Gould
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-08-17
Filing date: 2021-08-11
Publication date: 2022-02-17
Also published as: US11370471B2; US20220048552A1; CN114074703A

Abstract

Diese Offenbarung stellt ein Fahrzeuglenkrad mit Näherungssensoreingängen bereit. Es wird ein Fahrzeuglenkrad bereitgestellt, das Folgendes beinhaltet: einen drehbaren Kranz, der eine Kernstruktur umfasst, einen Lenkwinkelsensor, der einen Drehwinkel des Kranzes erfasst, und eine Vielzahl von Näherungssensoren, die sich an dem Kranz befinden und entlang einer Bogenlänge voneinander beabstandet sind. Das Fahrzeuglenkrad beinhaltet zudem eine Steuerung, die erfasste Ausgaben, die von jedem der Vielzahl von Näherungssensoren erzeugt werden, verarbeitet und Bedienereingabebefehlen auf Grundlage der erfassten Ausgaben bestimmt. Die Steuerung weist jedem der Näherungssensoren eine Funktion zu, die sich ändert, wenn der Kranz in einem Winkel gedreht wird, sodass eine bestimmte Funktion, die einem Näherungssensor zugeordnet ist, an der gleichen Position im Raum bleibt.

Description

GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Fahrzeuglenkräder und betrifft insbesondere ein Fahrzeuglenkrad, das Näherungssensoren oder Schalter zum Empfangen von Benutzereingabebefehlen aufweist.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Kraftfahrzeuge sind üblicherweise mit einem vom Benutzer manipulierten Lenkrad ausgestattet, das verschiedene Benutzereingabe-Steuertasten zum Steuern von Fahrzeugfunktionen beinhalten kann. Zum Beispiel können Geschwindigkeitsregelung, Radio-Lautstärkeregelung, Radio-Menüauswahlen und andere Steuerfunktionen mit verschiedenen Eingabetasten, wie etwa Drucktastenschaltern, die sich typischerweise an dem zentralen Abschnitt oder den Speichen, die den Kranz des Lenkrads mit der Lenkradwelle verbinden, befinden, eingegeben werden. Wenn das Lenkrad gedreht wird, werden die verschiedenen Eingabesteuertasten ebenfalls in verschiedene Winkelpositionen gedreht.
KURZDARSTELLUNG DER OFFENBARUNG
Gemäl einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Fahrzeuglenkrad bereitgestellt. Das Fahrzeuglenkrad beinhaltet einen drehbaren Kranz, der eine Kernstruktur umfasst, einen Lenkwinkelsensor, der einen Drehwinkel des Kranzes erfasst, eine Vielzahl von Näherungssensoren, die sich an dem Kranz befinden und entlang einer Bogenlänge voneinander beabstandet sind, und eine Steuerung, die erfasste Eingaben, die von jedem der Vielzahl von Näherungssensoren erzeugt werden, verarbeitet und Betreibereingabebefehle auf Grundlage der erfassten Ausgaben bestimmt, wobei die Steuerung jedem der Näherungssensoren eine Funktion zuweist, die sich ändert, wenn der Kranz in einem Winkel gedreht wird, sodass eine bestimmte Funktion, die einem Näherungssensor zugeordnet ist, an der gleichen Position im Raum bleibt. Ausführungsformen des ersten Aspekts der Offenbarung können ein beliebiges oder eine Kombination der folgenden Merkmale beinhalten:

- einen Bezug, der die Vielzahl von Näherungssensoren und den Kern umgibt;
- eine Anzeige, die innerhalb einer durch den Kranz definierten Öffnung angeordnet ist;
- die Anzeige zeigt eine Funktionskennung an, die mindestens einem Sensor der Vielzahl von Näherungssensoren zugeordnet ist;
- die Vielzahl von Näherungssensoren umfasst Näherungssensoren, die sich an mehreren Seiten des Kranzes befinden;
- die Vielzahl von Näherungssensoren befindet sich an einer Vorder-, Rück-, Ober- und Unterseite des Kranzes;
- jeder der Näherungssensoren ist dazu konfiguriert, einen Benutzerberührungsbefehl und einen Benutzerdruckbefehl zu erfassen, und wobei die Steuerung einen oder mehrere fahrzeugbezogene Betriebe auf Grundlage von mindestens einem von dem Benutzerberührungsbefehl und dem Benutzerdruckbefehl steuert;
- jeder der Näherungssensoren beinhaltet eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und eine nachgiebige dielektrische Schicht, die zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet ist, wobei die Steuerung Signale verarbeitet, die der ersten und der zweiten Elektrode zugeordnet sind, und den Betrieb der ersten und zweiten Elektrode in verschiedenen Näherungssensoranordnungen wahlweise neu konfiguriert, um einen ersten kapazitiven Sensor, der dazu konfiguriert ist, Berührung zu erfassen, und einen zweiten kapazitiven Sensor, der dazu konfiguriert ist, Druck zu erfassen, bereitzustellen;
- die erste Elektrode umfasst ein Elektrodenpaar, das dazu konfiguriert werden kann, eine Gegenkapazität zu erzeugen, um einen ersten kapazitiven Sensor bereitzustellen, und ferner dazu konfiguriert werden kann, eine Selbstkapazität zu erzeugen, um einen zweiten kapazitiven Sensor bereitzustellen;
- das Elektrodenpaar umfasst eine erste Vielzahl von kapazitiven Fingern und eine zweite Vielzahl von kapazitiven Fingern, wobei die erste Vielzahl von kapazitiven Fingern mit der zweiten Vielzahl von kapazitiven Fingern ineinandergreift; und
- die Steuerung tastet nacheinander Signale ab, die jedem von dem ersten, zweiten und dritten kapazitiven Sensor zugeordnet sind.

Gemäl einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Fahrzeuglenkrad bereitgestellt. Das Fahrzeuglenkrad beinhaltet einen drehbaren Kranz, der eine Kernstruktur umfasst, einen Lenkwinkelsensor, der einen Drehwinkel des Kranzes erfasst, eine Vielzahl von kapazitiven Sensoren, die sich an dem Kranz befinden und entlang einer Bogenlänge voneinander beabstandet sind, eine Steuerung, die Befehle, die von jedem der Vielzahl von kapazitiven Sensoren erzeugt werden, verarbeitet und Betreibereingabebefehle auf Grundlage der erfassten Ausgaben bestimmt, wobei die Steuerung jedem der kapazitiven Sensoren eine Funktion zuweist, die sich ändert, wenn der Kranz in einem Winkel gedreht wird, sodass eine bestimmte Funktion, die einem kapazitiven Sensor zugeordnet ist, an der gleichen Position im Raum bleibt und eine Anzeige, die innerhalb einer durch den Kranz definierten Öffnung angeordnet ist, wobei die Anzeige eine Funktionskennung anzeigt, die mindestens einem Sensor der Vielzahl von kapazitiven Sensoren zugeordnet ist.
Ausführungsformen des zweiten Aspekts der Offenbarung können ein beliebiges oder eine Kombination der folgenden Merkmale beinhalten:

- einen Bezug, der die Vielzahl von kapazitiven Sensoren und den Kern umgibt;
- die Vielzahl von kapazitiven Sensoren umfasst kapazitive Sensoren, die sich an mehreren Seiten des Kranzes befinden;
- die Vielzahl von kapazitiven Sensoren befindet sich an einer Vorder-, Rück-, Ober- und Unterseite des Kranzes;
- jeder der kapazitiven Sensoren ist dazu konfiguriert, einen Benutzerberührungsbefehl und einen Benutzerdruckbefehl zu erfassen, und wobei die Steuerung einen oder mehrere fahrzeugbezogene Betriebe auf Grundlage von mindestens einem von dem Benutzerberührungsbefehl und dem Benutzerdruckbefehl steuert;
- jeder der kapazitiven Sensoren beinhaltet eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und eine nachgiebige dielektrische Schicht, die zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet ist, wobei die Steuerung Signale verarbeitet, die der ersten und der zweiten Elektrode zugeordnet sind, und den Betrieb der ersten und zweiten Elektrode in verschiedenen kapazitiven Sensoranordnungen wahlweise neu konfiguriert, um einen ersten kapazitiven Sensor, der dazu konfiguriert ist, Berührung zu erfassen, und einen zweiten kapazitiven Sensor, der dazu konfiguriert ist, Druck zu erfassen, bereitzustellen;
- die erste Elektrode umfasst ein Elektrodenpaar, das dazu konfiguriert werden kann, eine Gegenkapazität zu erzeugen, um einen ersten Kapazitätssensor bereitzustellen, und ferner dazu konfiguriert werden kann, eine Selbstkapazität zu erzeugen, um einen zweiten kapazitiven Sensor bereitzustellen; das Elektrodenpaar umfasst eine erste Vielzahl von kapazitiven Fingern und eine zweite Vielzahl von kapazitiven Fingern, wobei die erste Vielzahl von kapazitiven Fingern mit der zweiten Vielzahl von kapazitiven Fingern ineinandergreift; und
- die Steuerung tastet nacheinander Signale ab, die jedem von dem ersten, zweiten und dritten kapazitiven Sensor zugeordnet sind;

Diese und andere Aspekte, Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Offenbarung sind für den Fachmann nach der Lektüre der folgenden Beschreibung, der Patentansprüche und der beigefügten Zeichnungen verständlich und nachvollziehbar.
Figurenliste
In den Zeichnungen gilt:

1A ist eine perspektivische Vorderansicht des Innenraums eines Kraftfahrzeugs, das ein Lenkrad aufweist, das mit einer Vielzahl von Benutzereingängen ausgestattet ist;
1B ist eine Vorderansicht des Lenkrads, das von einem Benutzer gegriffen und in einer ersten Winkelposition gezeigt ist;
1C ist eine Vorderansicht des Lenkrads, das in eine zweite Winkelposition relativ zu der in 1B gezeigten ersten Winkelposition gedreht gezeigt ist;
2 ist eine vergröß erte teilweise zusammengebaute Ansicht eines Abschnitts des Lenkrads, die verschiedene Schichten des Lenkrads zeigt;
3 ist eine perspektivische Querschnittsansicht des Lenkrads entlang der Linien III-III aus 1B, die die Anordnung von Näherungssensoren, die sich an dem Kranz befinden, gemäl einer Ausführungsform veranschaulicht;
4 ist eine perspektivische Explosionsansicht von vorne oben einer kapazitiven Näherungssensorbaugruppe gemäl einer Ausführungsform;
5 ist eine perspektivische Vorderansicht des in 4 gezeigten kapazitiven Näherungssensors, wobei eine Steuerung dazu konfiguriert ist, Signale in einem ersten Sensormodus abzutasten;
6 ist eine perspektivische Vorderansicht des in 4 gezeigten kapazitiven Näherungssensors, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, Signale in einem zweiten Sensormodus abzutasten;
7 ist eine perspektivische Vorderansicht des in 4 gezeigten kapazitiven Näherungssensors, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, Signale in einem dritten Sensormodus abzutasten;
8 ist eine Querschnittsansicht des kapazitiven Näherungssensors aus 4, die ferner das in dem ersten Sensormodus erzeugte elektrische Feld veranschaulicht;
9 ist eine Querschnittsansicht des kapazitiven Näherungssensors aus 4, die ferner das in dem zweiten Sensormodus erzeugte elektrische Feld veranschaulicht;
10 ist eine Querschnittsansicht des kapazitiven Näherungssensors aus 4, die ferner das in dem dritten Sensormodus erzeugte elektrische Feld veranschaulicht;
11 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Abtasten und Messen von Signalen veranschaulicht, die durch die kapazitive Näherungssensorbaugruppe aus 4 in dem ersten, zweiten und dritten Sensormodus erzeugt werden;
12 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Ausführungsform einer Routine zum Steuern der Eingabefunktion auf Grundlage der Drehposition des Lenkrads veranschaulicht; und
13 ist ein Ablaufdiagramm, das eine weitere Ausführungsform einer Routine zum Steuern der Eingabefunktion auf Grundlage der Drehposition des Lenkrads veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nach Bedarf werden in dieser Schrift detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Offenbarung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen umgesetzt werden kann. Die Figuren entsprechen nicht zwingend einer detaillierten Ausgestaltung; einige schematische Darstellungen können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um eine Funktionsübersicht zu zeigen. Daher sind in dieser Schrift offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann den vielfältigen Einsatz der vorliegenden Offenbarung zu lehren.
Im Sinne der vorliegenden Beschreibung beziehen sich die Ausdrücke „oberes“, „unteres“, „rechtes“, „linkes“, „hinteres“, „vorderes“, „vertikales“, „horizontales“ und Ableitungen davon auf die Konzepte in ihrer Ausrichtung in 1A. Dabei versteht es sich, dass die Konzepte verschiedene alternative Ausrichtungen annehmen können, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil vorgegeben ist. Es versteht sich außerdem, dass die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulichten und in der folgenden Beschreibung beschriebenen konkreten Vorrichtungen und Prozesse lediglich beispielhafte Ausführungsformen der in den beigefügten Patentansprüchen definierten erfindungsgemäi en Konzepte sind. Somit sind konkrete Abmessungen und andere physische Eigenschaften im Zusammenhang mit den in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen nicht als einschränkend zu betrachten, sofern die Patentansprüche nicht ausdrücklich anderes vorgeben.
Die vorliegend veranschaulichten Ausführungsformen bestehen hauptsächlich aus Kombinationen aus Verfahrensschritten und Vorrichtungskomponenten, die ein Fahrzeuglenkrad betreffen. Dementsprechend sind die Vorrichtungskomponenten und Verfahrensschritte in den Zeichnungen gegebenenfalls durch herkömmliche Symbole dargestellt worden, wobei nur diejenigen konkreten Details gezeigt sind, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sachdienlich sind, um die Offenbarung nicht durch Details undeutlich zu machen, die dem Durchschnittsfachmann, für den die Beschreibung in dieser Schrift von Vorteil ist, ohne Weiteres ersichtlich sind. Ferner stehen gleiche Bezugszeichen in der Beschreibung und den Zeichnungen für gleiche Elemente.
Im in dieser Schrift verwendeten Sinne bedeutet der Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Aufzählung von zwei oder mehr Elementen verwendet wird, dass ein beliebiges der aufgezählten Elemente einzeln eingesetzt werden kann oder eine beliebige Kombination aus zwei oder mehr der aufgezählten Elemente eingesetzt werden kann. Falls zum Beispiel beschrieben ist, dass eine Zusammensetzung die Komponenten A, B und/oder C enthält, kann die Zusammensetzung A allein; B allein; C allein; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B und C in Kombination enthalten.
In dieser Schrift werden Bezugsausdrücke, wie etwa erstes und zweites, oberes und unteres und dergleichen, lediglich dazu verwendet, ein Element oder eine Handlung von einem anderen Element oder einer anderen Handlung zu unterscheiden, ohne notwendigerweise eine tatsächliche derartige Beziehung oder Reihenfolge zwischen derartigen Elementen oder Handlungen zu erfordern oder zu implizieren. Es ist beabsichtigt, dass die Ausdrücke „umfasst/umfassen“, „umfassend“ oder eine beliebige sonstige Variante davon derartig einen nicht ausschließlichen Einschluss abdecken, dass ein Prozess, Verfahren, Gegenstand oder eine Vorrichtung, der/das/die eine Aufzählung von Elementen umfasst, nicht nur diese Elemente beinhaltet, sondern andere Elemente beinhalten kann, die nicht ausdrücklich aufgelistet oder einem derartigen Prozess, Verfahren, Gegenstand oder einer derartigen Vorrichtung inhärent sind. Ein Element, dem „umfasst ... ein/eine/einen“ vorangeht, schließt ohne weitere Einschränkungen nicht das Vorhandensein von zusätzlichen identischen Elementen in dem Prozess, Verfahren, Artikel oder der Einrichtung aus, der/das/die das Element umfasst.
Im in dieser Schrift verwendeten Sinne bedeutet der Ausdruck „etwa/ungefähr“, dass Mengen, Größen, Formulierungen, Parameter und andere Mengenangaben und Eigenschaften nicht genau sind und nicht genau sein müssen, sondern gegebenenfalls annähernd und/oder größer oder kleiner sein können und Toleranzen, Umwandlungsfaktoren, Abrundung, Messfehler und dergleichen und andere dem Fachmann bekannte Faktoren widerspiegeln können. Wenn der Ausdruck „etwa/ungefähr“ verwendet wird, um einen Wert oder einen Endpunkt eines Bereichs zu beschreiben, ist die Offenbarung so zu verstehen, dass sie den konkreten Wert oder Endpunkt beinhaltet, auf den Bezug genommen wird. Unabhängig davon, ob ein numerischer Wert oder ein Endpunkt eines Bereichs in der Beschreibung „etwa“ enthält, soll der numerische Wert oder der Endpunkt eines Bereichs zwei Ausführungsformen einschließen: eine, die durch „etwa“ modifiziert ist, und eine, die nicht durch „etwa“ modifiziert ist. Es versteht sich ferner, dass die Endpunkte jedes der Bereiche sowohl in Bezug auf den anderen Endpunkt als auch unabhängig von dem anderen Endpunkt bedeutend sind.
Die Ausdrücke „wesentlich“, „im Wesentlichen“ und Varianten davon sollen im in dieser Schrift verwendeten Sinne angeben, dass ein beschriebenes Merkmal gleich oder annähernd gleich einem Wert oder einer Beschreibung ist. Beispielsweise soll eine „im Wesentlichen ebene“ Fläche bedeuten, dass eine Fläche eben oder annähernd eben ist. Darüber hinaus soll „im Wesentlichen“ bedeuten, dass zwei Werte gleich oder annähernd gleich sind. In einigen Ausführungsformen kann „im Wesentlichen“ Werte innerhalb von ungefähr 10 % voneinander bezeichnen, wie etwa innerhalb von ungefähr 5 % voneinander oder innerhalb von etwa 2 % voneinander.
Im in dieser Schrift verwendeten Sinne bedeuten die Ausdrücke „der“, „die“, „das“ oder „ein“ oder „eine“ „mindestens ein(e)“ und sollten nicht auf „lediglich ein(e)“ beschränkt werden, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist. Somit beinhaltet zum Beispiel eine Bezugnahme auf „eine Komponente“ Ausführungsformen, die zwei oder mehr derartige Komponenten aufweisen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt.
Unter Bezugnahme auf die 1A-3 ist ein Fahrzeuglenkrad 4 im Allgemeinen in einem Kraftfahrzeug 2 angeordnet veranschaulicht. Das Fahrzeuglenkrad 4 beinhaltet einen Kranz 90, der eine Kernstruktur 24 und eine Vielzahl von Näherungssensoren 10a-10p aufweist, die an dem Kranz 90 angeordnet sind, um Benutzereingabebefehle zu erfassen. Das Lenkrad 4 beinhaltet eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, Ausgaben, die von jedem der Vielzahl von Näherungssensoren 10a-10p erzeugt werden, zu verarbeiten und Betreibereingabebefehle auf Grundlage der erfassten Ausgaben zu bestimmen, wobei die Steuerung jedem der Näherungssensoren eine Funktion zuweist, die sich ändert, wenn das Lenkrad 4 in einem Winkel gedreht wird, sodass eine bestimmte Funktion, die einem Näherungssensor zugeordnet ist, an der gleichen Position im Raum bleibt.
Unter Bezugnahme auf 1A ist eine Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs 2 im Allgemeinen mit dem Lenkrad 4 ausgestattet gemäl einer Ausführungsform veranschaulicht. Das Fahrzeug 2 kann ein Kraftfahrzeug mit Rädern sein, das das Lenkrad 4 zum Lenken der Richtung der lenkbaren Räder verwendet, wie etwa für ein Auto, einen Truck, einen Van, einen Bus, einen Geländewagen (Sport Utility Vehicle - SUV), oder zum Lenken anderer lenkbarer Fahrzeuge, die ein Lenkrad aufweisen, wie etwa ein Boot. Das Fahrzeug 2 ist mit einer Karosserie gezeigt, die die Fahrgastzelle definiert, die typischerweise einen oder mehrere Sitze aufweist, die dazu konfiguriert sind, einen oder mehrere Fahrgäste aufzunehmen. Das Lenkrad 4 ist im Allgemeinen vor einem Fahrersitz positioniert, um es dem sitzenden Fahrer zu ermöglichen, das Lenkrad 4 mit seinen Händen in Eingriff zu nehmen und zu betreiben, um das Lenkrad 4 im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn zu drehen. Das Lenkrad 4 ist im Allgemeinen als sich von dem Armaturenbrett in die Fahrzeugrückwärtsrichtung erstreckend gezeigt, wie bei durch den Fahrer gelenkten Fahrzeugen üblicherweise konfiguriert ist. Das Lenkrad 4 weist einen Kranz 90 auf, der im Allgemeinen ringförmig ist, und eine oder mehrere Speichen 92 oder eine andere Verbindungsstruktur, die den Kranz 90 mit einer Lenkradwelle 94 verbinden. Die Lenkradwelle 94 dreht sich mit der Drehung des Lenkrads 4 und weist einen Lenkradwinkelsensor 96, wie etwa einen optischen Sensor, auf, um die Drehposition des Lenkrads 4 zu erfassen.
Das Lenkrad 4 ist mit einer Vielzahl von Näherungssensoren in Form von kapazitiven Sensoren gezeigt, die sich in unterschiedlichen Winkelpositionen des Lenkrads 4 befinden. In der Vielzahl von Näherungssensoren sind sechzehn kapazitive Sensorbaugruppen 10a-10p enthalten, die gemäl einem Beispiel in einem Winkel α, wie etwa 22,5°, entlang des Kranzes 90 des Lenkrads 4 gleichwinklig angeordnet sind. Die Sensoren 10a-10p sind mit einer Totzone B voneinander getrennt gezeigt. Jede kapazitive Sensorbaugruppe 10a-10p kann kapazitive Sensoren beinhalten, die sich gemäl einer Ausführungsform an verschiedenen Stellen um den Umfang des Kranzes 90 des Lenkrads 4 befinden, wie etwa an der Vorder-, Rück-, Ober- und Unterseite des Lenkrads 4.
Zentral in dem Kranz 90 des Lenkrads 4 befindet sich eine Öffnung, die einen Anzeigebildschirm 6 enthält, der auf oder über den Speichen 92 positioniert sein kann. Der Anzeigebildschirm 6 kann einem Fahrgast alphanumerische und angezeigte Zeichen anzeigen. Der Anzeigebildschirm 6 kann einen Touchscreen beinhalten, der es ermöglicht, zusätzlich zum Betrachten von Ausgaben auf der Anzeige Benutzereingaben auf der Anzeige einzugeben. Es ist ein Spalt 8 gezeigt, der sich zwischen dem Anzeigebildschirm 6 und dem Kranz 90 des Lenkrads 4 befindet, um es einem Benutzer zu ermöglichen, den Kranz 90 des Lenkrads 4 zu manipulieren oder seine Finger oder seinen Daumen entlang dessen Innenseite zu platzieren. Der Anzeigebildschirm 6 kann an den Speichen 92 oder einer anderen Stütze des Lenkrads 4 befestigt sein und dreht sich im Allgemeinen synchron mit dem Lenkrad 4, wenn das Lenkrad 4 im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Der Anzeigebildschirm 6 kann Indikatoren 7 anzeigen, die mit 7A-P gekennzeichnet sind und die Funktion angeben, die jeder kapazitiven Sensorbaugruppe 10a-10p zugeordnet ist. Die Indikatoren A-P können in Form eines oder mehrerer von Symbolen, Piktogrammen, Buchstaben, Wörtern, Zahlen oder anderen Zeichen vorliegen.
Wie in den 1B und 1C zu sehen, dreht sich die Vielzahl von kapazitiven Sensorbaugruppen 10a-10p an dem Kranz 90, wenn das Lenkrad 4 im Uhrzeigersinn gedreht wird, ebenfalls im Uhrzeigersinn. Jede der Vielzahl von Näherungssensorbaugruppen 10a-10p weist eine ihr durch die Steuerung zugeordnete Funktion auf, die als Reaktion auf eine durch einen Benutzer befohlene Eingabe, die durch jede der Sensornäherungsbaugruppen 10a-10p erfasst wird, durchgeführt wird. Zum Beispiel kann die Sensorbaugruppe 10a, die in 1B an der Oberseite des Kranzes 90 des Lenkrads 4 gezeigt ist, für eine Funktion, wie etwa das Ein- oder Ausschalten eines Radios, vorgesehen sein. Eine Funktionskennung A kann als Indikator 7 auf dem Anzeigebildschirm 6 in der Nähe des Näherungssensors 10a angezeigt werden. Wenn der Kranz 90 des Lenkrads 4 im Uhrzeigersinn gedreht wird, wie etwa zum Beispiel um einen Lenkradwinkel SWA von 22,5°, wie in 1C relativ zu 1B zu sehen, drehen sich die Näherungssensorbaugruppen 10a-10p an dem Kranz 90 ebenfalls um einen Winkel von 22,5°. Die Steuerung überwacht die mit dem Lenkradwinkelsensor 96 erfasste Position der Drehung des Lenkrads 4 und weist die Funktion einer anderen Näherungssensorbaugruppe neu zu, die sich an der gleichen Position im Raum befindet, wie in 1B zu sehen. Somit bleibt die Funktion, die einer kapazitiven Sensorbaugruppe in der oberen oder Zwölf-Uhr-Position an dem Lenkrad 4 zugeordnet ist, unabhängig von der Drehung des Lenkrads 4 gleich. Wenn sich das Lenkrad 4 um einen Lenkradwinkel SWA von 22,5° aus der in 1B gezeigten Position in die in 1C gezeigte Position dreht, wechselt die durch die Funktionskennung A angegebene Funktion von der Sensorbaugruppe 10a in 1B zu der Sensorbaugruppe 10p in 1C. Die den übrigen Sensorbaugruppen zugewiesenen Funktionen ändern sich ebenfalls.
Jeder der Sensoren 10a-10p kann eine einzelne ihm zugewiesene Funktion aufweisen oder kann mit anderen Sensoren kombiniert sein, um ein Multifunktionsschalterpaket bereitzustellen, wie etwa durch die Kennung 15 gezeigt. Das Multifunktionsschalterpaket 15 verwendet der Darstellung nach drei Sensoren 10j-101 mit den Kennungen K-M. Das Schalterpaket 15 ist von einer Referenz-Zwölf-Uhr-Position um einen Winkel versetzt gezeigt, der als Kennung SPA identifiziert ist. Der mittlere Sensor 10k kann zum Beispiel verwendet werden, um eine Audiovorrichtung auszuwählen, während die Sensoren 10j und 101 verwendet werden können, um die Lautstärkeerhöhung bzw. -verringerung zu steuern. Es versteht sich, dass eine beliebige Anzahl von Multifunktionsschalterpaketen eingesetzt werden kann.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Abschnitt des ringförmigen Kranzes 90 des Lenkrads 4 im Allgemeinen teilweise zusammengebaut veranschaulicht, um die verschiedenen Schichten des Lenkrads 4 zu veranschaulichen. Das Lenkrad 4 beinhaltet einen starren Kern 24, der in einer im Allgemeinen zylindrischen Querschnittsform gezeigt ist, die gemäl einigen Beispielen aus Magnesium oder Aluminium hergestellt sein kann. Der Kern 24 kann auch als Armatur zum Bereitstellen von struktureller Unterstützung und Form für das Lenkrad 4 bezeichnet werden. Der Kern 24 ist von einer nachgiebigen Schicht 20 umgeben, die aus Polyurethan oder Schaumstoff hergestellt sein kann. Die nachgiebige Schicht 20 kann eine im Allgemeinen zylindrische Form aufweisen und stellt Kompressibilität mit Formgedächtnis bereit, die ein weiches oder gepolstertes Gefühl für das Lenkrad 4 ermöglicht. Die nachgiebige Schicht 20 und der Kern 24 stellen zusammen eine Kernstruktur des Lenkrads 4 bereit. Die kapazitiven Sensoren 10a-10p befinden sich der Darstellung nach auf der nachgiebigen Schicht 20. Über der nachgiebigen Schicht 20 und den kapazitiven Sensoren 10a-10p ist eine Deckschicht 30 angeordnet, wie etwa ein Lederbezug. Die Deckschicht 30 kann unter Verwendung von Nähten 54, die durch Löcher 56 aufgebracht werden, um ein Stichmuster 52 bereitzustellen, auf die Kernstruktur genäht sein.
Unter Bezugnahme auf 3 ist der kapazitive Sensor 10n an vier Seiten um den Umfang des Kranzes 90 des Lenkrads 4 bereitgestellt gezeigt. Wie zu sehen, ist der kapazitive Sensor 10n an einer Vorderseite, einer Rückseite, einer Oberseite und einer Unterseite bereitgestellt. Somit kann die Hand 88 eines Benutzers auf der Vorder-, Ober-, Rück- und Unterseite des Kranzes 90 des Lenkrads 4 unter Verwendung aller vier Sensoren, die auf jeder der vier Seiten positioniert sind, erfasst werden. Es versteht sich, dass die Nähe oder Berührung der Hand des Benutzers an einem oder mehreren der kapazitiven Sensoren erfasst werden kann und dass die Hand des Benutzers drücken kann und darauf ausgeübter Druck mit den kapazitiven Sensoren 10a-10p erfasst werden kann. Die übrigen kapazitiven Sensoren können gleich wie der Sensor 10n konfiguriert sein.
Eine Darstellung eines kapazitiven Näherungssensors 10 von jedem der Sensoren 10a-10p ist gemäl der ersten Ausführungsform in 4 gezeigt. Der Näherungssensor beinhaltet drei Elektroden, die dazu konfiguriert sind, in unterschiedlichen Sensormodi oder -zuständen unter Verwendung einer Steuerung betrieben zu werden, um die Eingangs- und Ausgangsabtastung der durch die verschiedenen Elektroden erzeugten Signale neu zu konfigurieren, um in unterschiedlichen Sensorkonfigurationen betrieben zu werden, um bis zu drei kapazitive Sensoren bereitzustellen, die als Gegenkapazitätssensor oder Selbstkapazitätssensor betrieben werden können, und um Eingabebefehle zu erfassen, wie etwa Berührung, Nähe und Druck (Kraft/Fläche) oder Kraft.
Die in 4 veranschaulichte Anordnung der Elektroden in dem kapazitiven Näherungssensor 10 weist eine erste und eine zweite kapazitive Elektrode 12 und 14 auf, die innerhalb einer gemeinsamen Schicht angeordnet und über einen Trennabstand dielektrisch voneinander isoliert sind. Die erste Elektrode 12 weist eine erste Vielzahl von leitfähigen Fingern 16 auf und die zweite Elektrode 14 weist eine zweite Vielzahl von leitfähigen Fingern 18 auf. Die erste Vielzahl von leitfähigen Fingern 16 greift mit der zweiten Vielzahl von leitfähigen Fingern 18 ineinander oder ist mit dieser verzahnt. Infolgedessen können die erste und die zweite Elektrode 12 und 14 in einem ersten Modus als Gegenkapazitätssensor betrieben werden, wenn einer der Elektrodensignalanschlüsse 32 und 34 mit einem Ansteuersignal angesteuert wird und erzeugt der andere der Elektrodensignalanschlüsse 32 und 34 ein Empfangssignal, wenn er in einem Gegenkapazitätsmodus betrieben wird. Wenn einer der Elektrodensignalanschlüsse 32 und 34 ein Ansteuersignal empfängt, wird diese Elektrode als Ansteuerelektrode und die andere Elektrode als Empfangselektrode betrieben. Die Ansteuerelektrode kann mit einer Spannung V_I angelegte Rechteckwellenansteuerimpulse empfangen. Die Empfangselektrode kann einen Ausgang zum Erzeugen einer Ausgangsspannung Vo aufweisen. Es versteht sich, dass die erste und die zweite Elektrode 12 und 14 in verschiedenen anderen Konfigurationen zum Erzeugen eines kapazitiven elektrischen Feldes als Aktivierungsfeld angeordnet sein können.
Im Gegenkapazitätssensormodus wird die Ansteuerelektrode mit einer Spannungseingabe V_I als Rechteckwellenimpulse angelegt, die einen Ladeimpulszyklus aufweisen, der ausreichend ist, um die Empfangselektrode auf eine gewünschte Spannung aufzuladen. Die Empfangselektrode dient dadurch als Messelektrode. Wenn ein Benutzer oder Bediener, wie etwa der Finger eines Benutzers, in das elektrische Aktivierungsfeld im Allgemeinen in der Nähe der oberen Vorderseite der Näherungssensorbaugruppe 10 eintritt, erfasst die Näherungssensorbaugruppe 10 die durch den Finger verursachte Störung des elektrischen Aktivierungsfelds und bestimmt, ob die Störung ausreicht, um eine Berührungseingabe zu erfassen, die ausreicht, um einen Näherungsschalter zu aktivieren oder eine gewünschte Ausgabe zu erzeugen. Die Störung des elektrischen Aktivierungsfelds wird durch Verarbeiten des dem entsprechenden Signal zugeordneten Ladeimpulssignals erfasst.
Eine darüberliegende dielektrische Abdeckung 30 ist auf der oberen Vorderseite der ersten und der zweiten Elektrode 12 und 14 bereitgestellt, um der ersten und der zweiten Elektrode 12 und 14 dielektrische Isolierung und dielektrischen Schutz bereitzustellen. Die dielektrische Abdeckung 30 kann beliebige dielektrische Materialien beinhalten, wie etwa ein dielektrisches Polymer oder einen dielektrischen Kunststoff, Leder, Holz, eine Verkleidungskomponente oder ein anderes dielektrisches Medium. Es versteht sich, dass die erste und die zweite Elektrode 12 und 14 durch Drucken von leitfähiger Tinte in den gewünschten Mustern der Elektroden gebildet werden können. Die Tinte kann gemäl einer Ausführungsform auf die Hinterseite der dielektrischen Abdeckung 30 gedruckt werden oder kann auf die Vorderseite der dielektrischen Schicht 20 darunter gedruckt werden. Die erste und die zweite Elektrode 12 und 14 können ansonsten durch Platzieren vorgeformter leitfähiger Elektroden zwischen der dielektrischen Abdeckung 30 und der nachgiebigen dielektrischen Schicht 20 gebildet werden.
Unter der ersten und der zweiten Elektrode 12 und 14 ist die nachgiebige dielektrische Schicht 20 angeordnet. Die nachgiebige dielektrische Schicht 20 weist ein verhältnismäßig weiches Material auf, das nachgiebig und verformbar ist, wenn Druck, der über eine Fläche ausgeübte Kraft ist, auf die Vorderseite der Abdeckung 30 ausgeübt wird, um die erste nachgiebige dielektrische Schicht 20 zu drücken und zu verformen. Gemäl einem Beispiel kann die nachgiebige dielektrische Schicht 20 ein weiches Schaumstoffmaterial sein. Unterhalb der nachgiebigen dielektrischen Schicht 30 befindet sich eine dritte Elektrode 26. Die dritte Elektrode 26 ist gemäl einer Ausführungsform als eine Bahn aus leitfähigem Material gebildet gezeigt. Die dritte Elektrode 26 weist einen Signalanschluss 38 auf, um die Kommunikation von Signalen mit der Steuerung zu ermöglichen. Die dritte Elektrode 26 kann in einem Sensormodus als Gegenkapazitätssensor betrieben werden, der auf die obere Vorderseite ausgeübten Druck erfasst, der eine Verformung der nachgiebigen dielektrischen Schicht 20 verursacht. Wenn die nachgiebige dielektrische Schicht 20 aufgrund von Druck gedrückt wird und sich verformt, bewegt sich mindestens ein Abschnitt des Paars aus der ersten und der zweiten Elektrode 12 und 14, die miteinander kurzgeschlossen sein können, um eine einzelne Elektrode zu bilden oder einzeln betrieben werden können, in Richtung der dritten Elektrode 26. Wenn dies auftritt, erfasst die Steuerung die relative Position des Paars aus der ersten und der zweiten Elektrode 12 und 14 relativ zu der dritten Elektrode 26. In anderen Sensormodi kann die dritte Elektrode 26 offen geschaltet sein, um als Abschirmung für die erste und die zweite Elektrode 12 und 14, die sich darüber befinden, oder die dritte Elektrode 26, die sich darunter befindet, betrieben zu werden. Wenn sie als Abschirmung betrieben wird, kann die dritte Elektrode 26 offen geschaltet sein, sodass keine angelegte Spannung angelegt ist oder kann gemäl verschiedenen Ausführungsformen auf eine gewünschte Spannung angesteuert werden.
Eine weitere untere dielektrische Schicht 28 ist unterhalb der dritten Elektrode 26 bereitgestellt gezeigt, um die dritte Elektrode 26 auf der Unterseite dielektrisch zu isolieren. In einer Ausführungsform kann die untere dielektrische Schicht 28 ein dielektrisches Trägermaterial sein.
Unter Bezugnahme auf die 5-10 sind die verschiedenen Sensorbetriebsmodi der Elektrodenkonfigurationen, wie durch eine Steuerung 40 gesteuert, für eine Ausführungsform eines der Sensoren der kapazitiven Näherungssensorbaugruppe 10 veranschaulicht. Wie am besten in den 4-6 zu sehen, kann die Steuerung 40 einen Mikroprozessor 42 und einen Speicher 44 beinhalten, die mit einer oder mehreren Routinen 60, 100 konfiguriert sind. Die Steuerung 40 kann gemäl einem Beispiel eine Mikrosteuereinheit (micro control unit - MCU) sein, die Firmware aufweist. Es versteht sich, dass andere analoge und/oder digitale Schaltungen verwendet werden können, um die Steuerung 40 bereitzustellen. Die Steuerung 40 beinhaltet verschiedene Eingänge/Ausgänge, die drei Eingänge/Ausgänge beinhalten, die mit den jeweiligen Signalanschlüssen 32, 34 und 38 verbunden sind, die der ersten, zweiten und dritten Elektrode 12, 14 und 26 zugeordnet sind. Zusätzlich kann die Steuerung 40 eine oder mehrere Ausgaben 48 auf Grundlage der erfassten Signale erzeugen. Zum Beispiel kann die Steuerung 40 Näherungsschalterausgaben auf Grundlage der Näherungserfassung bereitstellen, sodass die kapazitive Näherungssensorbaugruppe 10 gemäl verschiedenen Beispielen als ein oder mehrere kapazitive Näherungsschalter betrieben wird.
Unter Bezugnahme auf die 5 und 8 ist die Näherungssensorbaugruppe 10 gemäl einem ersten Sensormodus konfiguriert, in dem die erste und die zweite Elektrode 12 und 14 eine Gegenkapazität miteinander bilden, um als erster Sensor zu dienen, der verwendet werden kann, um eine Berührung oder unmittelbare Nähe eines Benutzers an oder nahe der oberen Vorderseite der Abdeckung 30 zu erfassen. In diesem Sensormodus ist die dritte Elektrode 26 über die Steuerung 40 offen geschaltet, um eine leitfähige Abschirmung zu bilden, welche die Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode 12 und der zweiten Elektrode 14 verbessern kann. Die erste Elektrode 12 kann ein Ansteuersignal X empfangen und die zweite Elektrode 14 kann ein Empfangssignal Y liefern. Wie in 8 zu sehen, wird das elektrische Aktivierungsfeld aufgrund einer Gegenkapazitätskopplung der ersten und der zweiten Elektrode 12 und 14 erzeugt, wie durch die Pfeile 50 veranschaulicht, um die Erfassung von Berührung oder Bewegung zu ermöglichen, z. B. Wischen auf oder über der vorderen Abdeckung 30 (z. B. innerhalb von 30 Millimetern).
Die Steuerung 40 kann die kapazitive Näherungssensorbaugruppe 10 nacheinander zwischen den verschiedenen Sensormodi mit einer schnellen Geschwindigkeit umschalten, indem einfach die Eingaben und Ausgaben geändert werden und dadurch die Erfassungsanordnung neu konfiguriert wird, um nacheinander einen ersten, zweiten und dritten Sensor bereitzustellen. Unter Bezugnahme auf die 6 und 9 ist die kapazitive Näherungssensorbaugruppe 10 in dem zweiten Sensormodus gezeigt, in dem die erste und die zweite Elektrode 12 und 14 miteinander elektrisch kurzgeschlossen sind, um eine einzelne Elektrode zu bilden, wobei die dritte Elektrode 26 auf eine gewünschte Spannung angesteuert wird, um eine Abschirmung bereitzustellen. Um die erste und die zweite Elektrode 12 und 14 miteinander elektrisch kurzzuschließen, kann die Steuerung 40 einen Schalter 46 beinhalten, der in Firmware umgesetzt oder anderweitig mit einem analogen oder digitalen Schalter umgesetzt sein kann. In diesem Sensormodus empfangen die erste und die zweite Elektrode 12 und 14, die miteinander kurzgeschlossen sind, eine Selbstkondensatoreingabe, um ein elektrisches Aktivierungsfeld zu erzeugen, das durch die Pfeile 50 veranschaulicht ist, um einen zweiten Selbstkapazitätssensor zu bilden, wie in 9 zu sehen, in dem das elektrische Aktivierungssignal Objekte über der oberen vorderen Abdeckung 30 in einem verlängerten Abstand (z. B. einem Abstand von bis zu 30 Zentimetern) erfassen kann. Die Selbstkondensatoreingabe kann eine Spannung für die Hälfte eines Zyklus anlegen, um die Elektrode zu laden, und kann während der anderen Hälfte des Zyklus die Kapazität erfassen. Unter Bezugnahme auf die 7 und 10 ist die kapazitive Näherungssensorbaugruppe 10 in dem dritten Sensormodus veranschaulicht, in dem die erste und zweite Elektrode 12 und 14 über den Schalter 46, wie durch die Steuerung 40 gesteuert, miteinander elektrisch kurzgeschlossen sind, und das Ansteuersignal X empfangen und die dritte Elektrode 26 das Empfangssignal Y liefert. Es versteht sich, dass die kurzgeschlossene erste und zweite Elektrode 12 und 14 das Ansteuersignal X empfangen können, um eine Gegenkapazität mit der dritten Elektrode 26 zu bilden, um einen dritten Sensor bereitzustellen. Somit kann die Bewegung der miteinander kurzgeschlossenen ersten und zweiten Elektrode 12 und 14 relativ zu der dritten Elektrode aufgrund einer Kompression der ersten nachgiebigen dielektrischen Schicht 20 als Angabe des Betrags der Kraft oder des Drucks erfasst werden, die bzw. der auf die Vorderseite der Abdeckung 30 ausgeübt wird. Das elektrische Aktivierungsfeld zwischen der kurzgeschlossenen ersten und zweiten Elektrode 12 und 14 und der dritten Elektrode 26 ist in 10 durch die Pfeile 50 veranschaulicht.
Dementsprechend versteht es sich, dass die Steuerung 40 nacheinander zwischen dem ersten, zweiten und dritten Sensormodus, wie in den 6-10 veranschaulicht, mit hohem Tempo umschalten kann, um die kapazitive Näherungssensorbaugruppe 10 nacheinander in verschiedenen Sensorkonfigurationen zu konfigurieren, die als erster, zweiter und dritter Sensor bezeichnet werden, und erfasste Signale abzutasten, um einen erfassten Zustand in jedem Sensormodus zu erfassen. Dies kann erreicht werden, indem die Steuerung 40 das Ansteuersignal X und das Empfangssignal Y zwischen den verschiedenen Eingängen und Ausgängen umschaltet und die Signale über einen kurzen Zeitraum, wie etwa 20 Millisekunden, abtastet und dann wiederholt nacheinander zum nächsten Sensormodus schaltet. Somit können mehrere Sensoren mit den kapazitiven Näherungssensoren 10a-10p realisiert werden. Die Sensorsignale können mit Schwellenwerten verglichen werden, um als Schalter zum Auslösen einer Ausgabereaktion zu fungieren. Die einem oder mehreren der Sensormodi zugeordneten Sensorfunktionen können verwendet werden, um Benutzereingaben für jede Näherungssensorbaugruppe zu erfassen.
Unter Bezugnahme auf 11 ist eine Routine 60 zum Steuern der Steuerung 40 veranschaulicht, um den kapazitiven Näherungssensor 10 nacheinander zwischen den verschiedenen Betriebsmodi gemäß einer Ausführungsform umzuschalten. Die Routine 60 ist zum Betreiben der kapazitiven Näherungssensorbaugruppe 10 gemäl der ersten Ausführungsform in jedem der Sensormodi 1-3 gezeigt. Es versteht sich, dass die Routine 60 durch den Mikroprozessor 42 in der Steuerung 40 ausgeführt werden kann und dass die Routine 60 in dem Speicher 44 gespeichert sein kann. Die Routine 60 kann Daten abtasten und die kapazitive Näherungssensorbaugruppe 10 in den verschiedenen Modi gemäl einem Beispiel mit einer Abtastrate von etwa 20 Millisekunden neu konfigurieren. Es versteht sich, dass andere Abtastraten eingesetzt werden können.
Die Routine 60 beginnt bei Schritt 62, um Daten zu erfassen und geht dann zu Schritt 64 über, um die Steuerung in einem ersten Gegenkapazitätssensormodus 1 zu konfigurieren. Im Sensormodus 1 geht die Routine 60 zu Schritt 66 über, um die erste Elektrode mit dem Ansteuersignal X einzustellen und die zweite Elektrode mit dem Ansteuerempfangssignal Y einzustellen und kann die dritte Elektrode als Abschirmung einstellen. Danach geht die Routine 60 zu Schritt 68 über, um die Kapazität an dem konfigurierten Gegenkapazitätssensor im Sensormodus 1 abzutasten. Der Sensormodus 1 kann Berührungsbefehle erfassen, die verwendet werden können, um eine Funktion durchzuführen, wie etwa das Anzeigen von Informationen und Aktivieren bestimmter Vorrichtungen, wie etwa Beleuchtungsvorrichtungen.
Als nächstes geht die Routine 60 zu Schritt 70 über, um die Steuerung in einem Selbstkapazitätssensormodus 2 zu konfigurieren. Im Modus 2 geht die Routine 60 zu Schritt 72 über, um die erste und die zweite Elektrode miteinander elektrisch kurzzuschließen und die dritte Elektrode als Abschirmung einzustellen. Die miteinander kurzgeschlossenen erste und zweite Elektrode empfangen ein Selbstkapazitätseingangssignal. Als Nächstes tastet die Routine 60 bei Schritt 74 die Kapazität des konfigurierten Selbstkapazitätssensors im Sensormodus 2 ab. Der Sensormodus 2 kann verwendet werden, um die Erfassung eines Objekts in der Nähe des Sensors zu bestimmen.
Als nächstes geht die Routine 60 zu Schritt 76 über, um die Steuerung in einem Gegenkapazitätssensormodus 3 zu konfigurieren. Dies beinhaltet das elektrische Kurzschliel en der ersten und der zweiten Elektrode miteinander und das Einstellen der kombinierten ersten und zweiten Elektrode mit dem Ansteuersignal X und das Einstellen der dritten Elektrode mit dem Empfangssignal Y in Schritt 78. Als Nächstes wird in Schritt 80, vor dem Ende bei Schritt 82, die Kapazität des konfigurierten Gegenkapazitätssensors im Sensormodus 3 abgetastet. Der Sensormodus 3 kann Druck erfassen, der von einem Benutzer auf den Lenkradeingang ausgeübt wird, und kann verwendet werden, um eine Funktion zu befehlen, die sich von einem Benutzerberührungsbefehl unterscheidet.
Es versteht sich, dass die Routine 60 nacheinander mit hohem Tempo wiederholt werden kann, sodass das Abtasten zwischen der Ausführung der Sensorkonfigurationen in den Modi 1, 2 und 3 mit einer Abtastrate von zum Beispiel 20 Millisekunden erfolgen kann. Infolgedessen ist die kapazitive Näherungssensorbaugruppe 10 in der Lage, nacheinander in mehreren Modi mit verschiedenen Konfigurationen von kapazitiven Sensoren betrieben zu werden, um verschiedene Signale, insbesondere Objekte und Eingabebefehle, in vier Sensormodi entsprechend der ersten Ausführungsform zu erfassen.
Unter Bezugnahme auf 12 ist eine Routine 100 zum Steuern der Eingabefunktion, die Näherungssensoren zugeordnet ist, auf Grundlage der Drehposition des Lenkrads gemäl einer Ausführungsform gezeigt. Die Routine 100 beginnt bei Schritt 102 und geht zu Schritt 104 über, um den Lenkradwinkel SWA zu erfassen. Als Nächstes berechnet die Routine 100 bei Schritt 106 die gewünschte Position eines Multifunktionsschalterpakets, bei der es sich um einen Schalterpaketwinkel SPA handelt. Bei Schritt 108 berechnet die Routine 100 einen Index eines mittleren Sensors, der für das Multifunktionsschalterpaket verwendet wird, der als iSENSOR als Funktion der Differenz zwischen dem Schalterpaketwinkel SPA und dem Lenkradwinkel SWA, geteilt durch den Sensorentfernungswinkel α, identifiziert und auf einen ganzzahligen Wert gerundet werden kann. Schließlich verwendet die Routine 100 bei Schritt 110 den iSENSOR-Wert für die mittlere Taste des Multifunktionsschalterpakets und die benachbarten Sensoren für Umschalteingaben.
Unter Bezugnahme auf 13 ist eine Routine 120 zum Steuern der Eingabefunktion, die Näherungssensoren zugeordnet ist, auf Grundlage der Drehposition des Lenkrads gemäl einer weiteren Ausführungsform gezeigt. In dieser Ausführungsform beginnt die Routine 120 bei Schritt 122 und geht zu Schritt 124 über, um den Lenkradwinkel SWA zu erfassen und zu Schritt 126, um die gewünschte Position des Multifunktionsschalterpakets SPA zu berechnen. Bei Schritt 128 berechnet die Routine 120 einen Index des ersten Sensors, der für das identifizierte Schalterpaket als iSENSOR1 verwendet wird, ähnlich der Berechnung von Schritt 108, außer dass der Wert auf einen unteren ganzzahligen Wert abgerundet wird, um einen beliebigen Bruchteilwert zu eliminieren Als Nächstes berechnet die Routine 120 bei Schritt 130 eine Gewichtung des ersten Sensors, der für das Multifunktionsschalterpaket verwendet wird, die als Kennung iWEIGHT1 identifiziert wird. Die Routine 120 verwendet dann die iSENSOR1- und iWEIGHT1-Werte, um eine mittlere Berührung für das Multifunktionsschalterpaket zu bestimmen. Bei Schritt 134 verwendet die Routine 120 zum Beispiel die benachbarten Sensoren, um Umschalteingaben zu bestimmen.
Es versteht sich, dass Variationen und Modifikationen an der vorangehenden Struktur vorgenommen werden können, ohne von den Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und es versteht sich ferner, dass derartige Konzepte von den folgenden Patentansprüchen abgedeckt sind, sofern diese Patentansprüche durch ihren Wortlaut nicht ausdrücklich etwas anderes festlegen.
Gemäl der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeuglenkrad bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen drehbaren Kranz, der eine Kernstruktur umfasst; einen Lenkwinkelsensor, der einen Drehwinkel des Kranzes erfasst; eine Vielzahl von Näherungssensoren, die sich an dem Kranz befinden und entlang einer Bogenlänge voneinander beabstandet sind; und eine Steuerung, die erfasste Eingaben, die von jedem der Vielzahl von Näherungssensoren erzeugt werden, verarbeitet und Betreibereingabebefehle auf Grundlage der erfassten Ausgaben bestimmt, wobei die Steuerung jedem der Näherungssensoren eine Funktion zuweist, die sich ändert, wenn der Kranz in einem Winkel gedreht wird, sodass eine bestimmte Funktion, die einem Näherungssensor zugeordnet ist, an der gleichen Position im Raum bleibt.
Gemäl einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch einen Bezug, der die Vielzahl von Näherungssensoren und den Kern umgibt.
Gemäl einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch eine Anzeige gekennzeichnet, die innerhalb einer durch den Kranz definierten Öffnung angeordnet ist.
Gemäl einer Ausführungsform zeigt die Anzeige eine Funktionskennung an, die mindestens einem Sensor der Vielzahl von Näherungssensoren zugeordnet ist.
Gemäl einer Ausführungsform umfasst die Vielzahl von Näherungssensoren Näherungssensoren, die sich an mehreren Seiten des Kranzes befinden.
Gemäl einer Ausführungsform befindet sich die Vielzahl von Näherungssensoren an einer Vorder-, Rück-, Ober- und Unterseite des Kranzes.
Gemäl einer Ausführungsform ist jeder der Näherungssensoren dazu konfiguriert, einen Benutzerberührungsbefehl und einen Benutzerdruckbefehl zu erfassen, und wobei die Steuerung einen oder mehrere fahrzeugbezogene Betriebe auf Grundlage von mindestens einem von dem Benutzerberührungsbefehl und dem Benutzerdruckbefehl steuert.
Gemäl einer Ausführungsform umfasst jeder der Näherungssensoren Folgendes: eine erste Elektrode; eine zweite Elektrode; und eine nachgiebige dielektrische Schicht, die zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet ist, wobei die Steuerung Signale verarbeitet, die der ersten und der zweiten Elektrode zugeordnet sind, und den Betrieb der ersten und zweiten Elektrode in verschiedenen Näherungssensoranordnungen wahlweise neu konfiguriert, um einen ersten kapazitiven Sensor, der dazu konfiguriert ist, Berührung zu erfassen, und einen zweiten kapazitiven Sensor, der dazu konfiguriert ist, Druck zu erfassen, bereitzustellen.
Gemäl einer Ausführungsform umfasst die erste Elektrode ein Elektrodenpaar, das dazu konfiguriert werden kann, eine Gegenkapazität zu erzeugen, um einen ersten kapazitiven Sensor bereitzustellen, und ferner dazu konfiguriert werden kann, eine Selbstkapazität zu erzeugen, um einen zweiten kapazitiven Sensor bereitzustellen.
Gemäl einer Ausführungsform umfasst das Elektrodenpaar eine erste Vielzahl von kapazitiven Fingern und eine zweite Vielzahl von kapazitiven Fingern, wobei die erste Vielzahl von kapazitiven Fingern mit der zweiten Vielzahl von kapazitiven Fingern ineinandergreift.
Gemäl einer Ausführungsform tastet die Steuerung nacheinander Signale ab, die jedem von dem ersten, zweiten, und dritten kapazitiven Sensor zugeordnet sind.
Gemäl der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeuglenkrad bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen drehbaren Kranz, der eine Kernstruktur umfasst; einen Lenkwinkelsensor, der einen Drehwinkel des Kranzes erfasst; eine Vielzahl von kapazitiven Sensoren, die sich an dem Kranz befinden und entlang einer Bogenlänge voneinander beabstandet sind; eine Steuerung, die Befehle, die von jedem der Vielzahl von kapazitiven Sensoren erzeugt werden, verarbeitet und Betreibereingabebefehle auf Grundlage der erfassten Ausgaben bestimmt, wobei die Steuerung jedem der kapazitiven Sensoren eine Funktion zuweist, die sich ändert, wenn der Kranz in einem Winkel gedreht wird, sodass eine bestimmte Funktion, die einem kapazitiven Sensor zugeordnet ist, an der gleichen Position im Raum bleibt; und eine Anzeige, die innerhalb einer durch den Kranz definierten Öffnung angeordnet ist, wobei die Anzeige eine Funktionskennung anzeigt, die mindestens einem Sensor der Vielzahl von kapazitiven Sensoren zugeordnet ist.
Gemäl einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch einen Bezug, der die Vielzahl von kapazitiven Sensoren und den Kern umgibt.
Gemäl einer Ausführungsform umfasst die Vielzahl von kapazitiven Sensoren kapazitive Sensoren, die sich an mehreren Seiten des Kranzes befinden.
Gemäl einer Ausführungsform befindet sich die Vielzahl von kapazitiven Sensoren an einer Vorder-, Rück-, Ober- und Unterseite des Kranzes.
Gemäl einer Ausführungsform ist jeder der kapazitiven Sensoren dazu konfiguriert, einen Benutzerberührungsbefehl und einen Benutzerdruckbefehl zu erfassen, und wobei die Steuerung einen oder mehrere fahrzeugbezogene Betriebe auf Grundlage von mindestens einem von dem Benutzerberührungsbefehl und dem Benutzerdruckbefehl steuert.
Gemäl einer Ausführungsform umfasst jeder der kapazitiven Sensoren Folgendes: eine erste Elektrode; eine zweite Elektrode; und eine nachgiebige dielektrische Schicht, die zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet ist, wobei die Steuerung Signale verarbeitet, die der ersten und der zweiten Elektrode zugeordnet sind, und den Betrieb der ersten und zweiten Elektrode in verschiedenen kapazitiven Sensoranordnungen wahlweise neu konfiguriert, um einen ersten kapazitiven Sensor, der dazu konfiguriert ist, Berührung zu erfassen, und einen zweiten kapazitiven Sensor, der dazu konfiguriert ist, Druck zu erfassen, bereitzustellen.
Gemäl einer Ausführungsform umfasst die erste Elektrode ein Elektrodenpaar, das dazu konfiguriert werden kann, eine Gegenkapazität zu erzeugen, um einen ersten Kapazitätssensor bereitzustellen, und ferner dazu konfiguriert werden kann, eine Selbstkapazität zu erzeugen, um einen zweiten kapazitiven Sensor bereitzustellen.
Gemäl einer Ausführungsform umfasst das Elektrodenpaar eine erste Vielzahl von kapazitiven Fingern und eine zweite Vielzahl von kapazitiven Fingern, wobei die erste Vielzahl von kapazitiven Fingern mit der zweiten Vielzahl von kapazitiven Fingern ineinandergreift.
Gemäl einer Ausführungsform tastet die Steuerung nacheinander Signale ab, die jedem von dem ersten, zweiten, und dritten kapazitiven Sensor zugeordnet sind.

Claims

Fahrzeuglenkrad, umfassend: einen drehbaren Kranz, der eine Kernstruktur umfasst; einen Lenkwinkelsensor, der einen Drehwinkel des Kranzes erfasst; eine Vielzahl von Näherungssensoren, die sich an dem Kranz befinden und entlang einer Bogenlänge voneinander beabstandet sind; und eine Steuerung, die Ausgaben, die von jedem der Vielzahl von Näherungssensoren erzeugt werden, verarbeitet und Betreibereingabebefehle auf Grundlage der erfassten Ausgaben bestimmt, wobei die Steuerung jedem der Näherungssensoren eine Funktion zuweist, die sich ändert, wenn das Lenkrad in einem Winkel gedreht wird, sodass eine bestimmte Funktion, die einem Näherungssensor zugeordnet ist, an der gleichen Position im Raum bleibt.
Fahrzeuglenkrad nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Bezug, der die Vielzahl von Näherungssensoren und den Kern umgibt.
Fahrzeuglenkrad nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Anzeige, die innerhalb einer durch den Kranz definierten Öffnung angeordnet ist.
Fahrzeuglenkrad nach Anspruch 3, wobei die Anzeige eine Funktionskennung anzeigt, die mindestens einem Sensor der Vielzahl von Näherungssensoren zugeordnet ist.
Fahrzeuglenkrad nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Näherungssensoren Näherungssensoren umfasst, die sich an mehreren Seiten des Kranzes befinden.
Fahrzeuglenkrad nach Anspruch 5, wobei sich die Vielzahl von Näherungssensoren an einer Vorder-, Rück-, Ober- und Unterseite des Kranzes befindet.
Fahrzeuglenkrad nach einem der Ansprüche 1-6, wobei jeder der Näherungssensoren dazu konfiguriert ist, einen Benutzerberührungsbefehl und einen Benutzerdruckbefehl zu erfassen, und wobei die Steuerung einen oder mehrere fahrzeugbezogene Betriebe auf Grundlage von mindestens einem von dem Benutzerberührungsbefehl und dem Benutzerdruckbefehl steuert.
Fahrzeuglenkrad nach Anspruch 7, wobei jeder der Näherungssensoren Folgendes umfasst: eine erste Elektrode; eine zweite Elektrode; und eine nachgiebige dielektrische Schicht, die zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet ist, wobei die Steuerung Signale verarbeitet, die der ersten und der zweiten Elektrode zugeordnet sind, und den Betrieb der ersten und zweiten Elektrode in verschiedenen Näherungssensoranordnungen wahlweise neu konfiguriert, um einen ersten kapazitiven Sensor, der dazu konfiguriert ist, Berührung zu erfassen, und einen zweiten kapazitiven Sensor, der dazu konfiguriert ist, Druck zu erfassen, bereitzustellen.
Fahrzeuglenkrad nach Anspruch 8, wobei die erste Elektrode ein Elektrodenpaar umfasst, das dazu konfiguriert werden kann, eine Gegenkapazität zu erzeugen, um einen ersten kapazitiven Sensor bereitzustellen, und ferner dazu konfiguriert werden kann, eine Selbstkapazität zu erzeugen, um einen zweiten kapazitiven Sensor bereitzustellen.
Fahrzeuglenkrad nach Anspruch 9, wobei das Elektrodenpaar eine erste Vielzahl von kapazitiven Fingern und eine zweite Vielzahl von kapazitiven Fingern umfasst, wobei die erste Vielzahl von kapazitiven Fingern mit der zweiten Vielzahl von kapazitiven Fingern ineinandergreift.
Fahrzeuglenkrad nach Anspruch 10, wobei die Steuerung nacheinander Signale abtastet, die jedem von dem ersten, zweiten und dritten kapazitiven Sensor zugeordnet sind.