DE112018000310T5

DE112018000310T5 - Schalterbaugruppe mit kraftabhängiger variabler Scroll-Geschwindigkeit und Verwendungsverfahren

Info

Publication number: DE112018000310T5
Application number: DE112018000310.8T
Authority: DE
Inventors: Nicholas Borgerding; Jason Lisseman; Kevin Chrustowski; David Andrews
Original assignee: Joyson Safety Systems Acquisition LLC
Current assignee: Joyson Safety Systems Acquisition LLC
Priority date: 2017-01-04
Filing date: 2018-01-04
Publication date: 2019-10-02
Also published as: CN110431515B; US11507214B2; US20230367412A1; WO2018129179A1; US20230161431A1; US11714505B2; CN110431515A; US20180188876A1

Abstract

Ausführungen beinhalten Verfahren zum Steuern einer haptischen Reaktion, umfassend das Empfangen eines Kraftsignals von einem Kraftsensor; das Bestimmen einer dem Kraftsignal zugeordneten Kraftmenge; das Vergleichen der Kraftmenge mit einer Anfangsschwellenwertkraftmenge, um zu bestimmen, ob die Kraftmenge der Anfangsschwellenwertkraftmenge überschreitet; das Messen einer abgelaufenen Zeit, in welcher die Kraftmenge der Anfangsschwellenwertkraftmenge überschreitet; das Vergleichen der abgelaufenen Zeit mit einer minimalen verstrichenen Zeit; wenn die verstrichene Zeit größer als die minimale verstrichene Zeit ist, Erzeugen eines haptischen Rückkopplungssteuersignals, das einen haptischen Erreger veranlasst, bei einer Ausbreitungsfrequenz eine Vielzahl von Druckwellen zu übertragen, wobei die Ausbreitungsfrequenz proportional zur Kraftmenge ist; und Erzeugen eines Scrollsteuersignals, das bewirkt, dass ein Menüsystem bei einer der Ausbreitungsfrequenz zugeordneten Scrollfrequenz durch eine Vielzahl von vom Menüsystem bereitgestellten Menüoptionen scrollt.

Description

QUERVERWEIS AUF DIE ZUGEHÖRIGE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der am 4. Januar 2017 eingereichten vorläufigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 62/442,311 , die vollständig durch Bezugnahme aufgenommen und zu einem Teil derer gemacht wird.
HINTERGRUND
Herkömmliche kapazitive Sensor-Touchscreen-Technologien, wie sie beispielsweise in Smartphones und Tablet-PCs verwendet werden, erfordern ein deutliches visuelles Eingreifen des Fahrers, was für den Fahrer eine Ablenkung darstellt und die Sicherheit beeinträchtigt. Herkömmliche mechanische Schalter und Knöpfe sind weniger störend, da sie sicher verwendet werden können, ohne dass der Fahrer seine Augen von der Straße entfernen muss, aber sie haben in der Regel eine begrenzte Flexibilität, da jeder Schalter eine einzelne Funktion oder Einrichtung steuert.
Daher ist eine Schalterbaugruppe erforderlich, welche dem Fahrer beim Empfangen von Fahrereingaben eine ausreichende Rückkopplung liefert, um eine Ablenkung des Fahrers zu vermeiden, und welche die Möglichkeit bietet, mehrere Funktionen und/oder Fahrzeugsysteme mit minimalem Platzbedarf zu steuern.
Figurenliste
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den begleitenden exemplarischen Ausführungen in den Zeichnungen, die im Folgenden kurz beschrieben werden, ersichtlich.

1 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht einer Schalterbaugruppe gemäß einer Ausführung.
2 veranschaulicht eine Explosionszeichnung eines Teils der in 1 dargestellten Schalterbaugruppe.
3 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer teilmontierten Schalterbaugruppe, wie sie in 1 durch die C-C-Leitung geführt ist.
4 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht des in 2 dargestellten haptischen Erregers.
5 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht des in 2 dargestellten Gehäuses.
6 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht der in 2 dargestellten Schalterbaugruppe, die teilweise montiert ist.
7 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht der zweiten Oberfläche der ersten Leiterplatte, wie in 2 dargestellt.
8 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht der zweiten Oberfläche der zweiten Leiterplatte, wie in 2 dargestellt.
9A veranschaulicht eine perspektivische Ansicht der zweiten Oberfläche des in 2 dargestellten Lichtleiters.
9B veranschaulicht eine perspektivische Ansicht der ersten Oberfläche des in 2 dargestellten Lichtleiters.
9C veranschaulicht einen Querschnitt durch den in 2 dargestellten Lichtleiter.
10A und 10B veranschaulichen perspektivische Ansichten des in 2 dargestellten ringförmigen Rahmens.
11 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht der in 2 dargestellten Membran.
12 veranschaulicht eine Draufsicht auf die erste Oberfläche der in 1 dargestellten Berü h ru ngsauflageplatte.
13 veranschaulicht die perspektivische Ansicht einer ersten Oberfläche eines Lichtleiters gemäß einer anderen Ausführung.
14 veranschaulicht ein Blockschaltbild eines elektrischen Steuerungssystems gemäß einer Ausführung.
15 veranschaulicht ein Flussdiagramm von Anweisungen, die in einem Speicher gespeichert sind, um von einem Prozessor, der auf der zweiten Leiterplatte angeordnet ist, gemäß einer Ausführung ausgeführt zu werden.
16 veranschaulicht ein Flussdiagramm von Anweisungen, die in einem Speicher gespeichert sind, um von einem Prozessor, der auf der ersten Leiterplatte angeordnet ist, gemäß einer Ausführung ausgeführt zu werden.
17 veranschaulicht ein Diagramm eines von den Kraftsensoren erfassten Widerstands und eines entsprechenden Kraftsignals, das jedem Widerstandsniveau zugeordnet ist, gemäß einer Ausführung.
18A-18D veranschaulichen exemplarische Berührungs-Ereignisse und eine entsprechende haptische Reaktion auf jedes Berührungs-Ereignis, entsprechend einer Ausführung.
19A veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Schalterbaugruppe gemäß einer anderen Ausführung.
19B veranschaulicht eine Querschnittsansicht des in 19A dargestellten Abschnitts der Schalterbaugruppe, die durch die D-D-Linie geführt ist.
19C veranschaulicht eine Explosionsansicht des in 19A dargestellten Abschnitts der Schalterbaugruppe.
20A veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Schalterbaugruppe gemäß einer anderen Ausführung.
20B veranschaulicht eine Querschnittsansicht des in 20A dargestellten Abschnitts der Schalterbaugruppe, die durch die E-E-Linie geführt ist.
20C veranschaulicht eine Explosionsansicht des in 20A dargestellten Abschnitts der Schalterbaugruppe.
20D veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts der in 20A dargestellten Schalterbaugruppe.
21 veranschaulicht ein Flussdiagramm zur Verarbeitung einer Anforderung zum Blättern durch ein Menüsystem gemäß einer Ausführung.
Die 22A und 22B veranschaulichen exemplarische Diagramme, die eine Zeitspanne zwischen jeder einzelnen Druckwelle, die ausgegeben wird, und einer aufgebrachten Kraft darstellen.
23 veranschaulicht einen schematischen Aufbau einer Lenkanordnung mit zwei Schalterbaugruppen und einem neben der Lenkanordnung angeordneten Bildschirm gemäß einer Ausführung.
24 ist ein Diagramm, welches das allgemeine Konzept veranschaulicht, dass die Scrollgeschwindigkeit direkt proportional zur Kraft, die auf die Berührungsauflageplatte ausgeübt wird, und zur Zeit, in der die Kraft ausgeübt wird, sein kann.
25A-25F sind Diagramme, die nicht einschränkende Beispiele dafür veranschaulichen, wie die Scrollrate je nach der Zeit, in der die Kraft auf die Berührungsauflageplatte ausgeübt wird, und/oder nach der Kraft, welche auf die Berührungsauflageplatte ausgeübt wird, variieren kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Verschiedene Ausführungen beinhalten eine Schalterbaugruppe, die ein Gehäuse und mindestens zwei innerhalb des Gehäuses angeordnete Leiterplatten (PCBs) beinhaltet, die axial zueinander angeordnet sind. Ein oder mehrere Kraftsensoren sind auf einer der Leiterplatten angeordnet, und in einigen Ausführungen empfangen die einen oder mehreren Kraftsensoren Kraftinformationen, die von einer Berührungsauflageplatte empfangen werden. Signale von den Kraftsensoren werden verarbeitet, um eine Größe, Beschleunigung und/oder Position der Krafteingabe zu bestimmen, und eine haptische Rückkopplungsantwort wird von der Berührungsauflageplatte empfangen. Die haptische Rückkopplungsantwort basiert auf der Kraftgröße, der Beschleunigung und/oder der Position der Eingabe, wie einige Ausführungen zeigen. Die axiale Anordnung der Leiterplatten reduziert den Platzbedarf der Schalterbaugruppe und ermöglicht die Aufnahme weiterer elektrischer Komponenten in die Schalterbaugruppe, wie einige Ausführungen zeigen.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungen gemäß den Abbildungen detailliert besch rieben.
Beispielsweise veranschaulichen die 1-12 eine Schalterbaugruppe gemäß einer Ausführung. Die Schalterbaugruppe 100 beinhaltet ein Gehäuse 102, eine erste Leiterplatte (PCB) 110, eine zweite PCB 112, einen Lichtleiter 142, eine Membran 170, eine Berührungsauflageplatte 195 und einen ringförmigen Rahmen 180.
Das Gehäuse 102 weist eine erste Wand 104 und eine zweite Wand 106 auf, die eine Kammer 108 definieren. Die zweite Wand 106 erstreckt sich axial von einer radialen Außenkante 105 der ersten Wand 104 und bildet eine Seitenwand. Eine distale Kante 172 der zweiten Wand 106 definiert eine Öffnung zur Kammer 108. Die Längsachse A-A erstreckt sich durch eine Mitte der Kammer 108 und der ersten Wand 104.
Zwei oder mehr Leiterplatten sind innerhalb der Kammer 108 axial nebeneinander angeordnet. Insbesondere ist eine erste Leiterplatte 110 innerhalb der Kammer 108 benachbart zur ersten Wand 104 angeordnet, und eine zweite Leiterplatte 112 ist axial benachbart und von der ersten Leiterplatte 110 innerhalb der Kammer 108 beabstandet. Ein erster elektrischer Anschluss 114 erstreckt sich von einer zweiten Oberfläche 116 der ersten Leiterplatte 110, und ein zweiter elektrischer Anschluss 117 erstreckt sich von einer ersten Oberfläche 118 der zweiten Leiterplatte 112. Diese elektrischen Anschlüsse 114, 117 sind axial zueinander ausgerichtet und miteinander gekoppelt, um eine elektrische Verbindung zwischen den Leiterplatten 110, 112 zu ermöglichen. Die erste Leiterplatte 110 beinhaltet auch einen dritten elektrischen Anschluss 120, der sich von einer ersten Oberfläche 122 der ersten Leiterplatte 110 erstreckt. Der dritte elektrische Anschluss 120 ist beispielsweise elektrisch mit einem Fahrzeugkommunikationsbus gekoppelt. In der dargestellten Ausführung ist der dritte elektrische Anschluss 120 axial zum ersten elektrischen Anschluss 114 angeordnet, aber die Anschlüsse 120, 114 sind nicht axial zueinander ausgerichtet. In anderen Ausführungen ist der dritte elektrische Anschluss 120 jedoch axial mit dem ersten elektrischen Anschluss 114 ausgerichtet.
Die erste Wand 104 des Gehäuses beinhaltet einen ersten Satz von einem oder mehreren Vorsprüngen 125, die sich nach innen in die Kammer 108 in Richtung der Achse A-A erstrecken. Die erste Oberfläche 122 der ersten Leiterplatte 110 ist auf einer distalen Oberfläche 125a des ersten Satzes von dem einem oder den mehreren Vorsprüngen 125 angeordnet, so dass die erste Oberfläche 122 von der ersten Wand 104 beabstandet ist. Die erste Leiterplatte 110 definiert Öffnungen 124, und der erste Satz von Vorsprüngen 125 definiert Öffnungen 126, die axial zu den Öffnungen 124 ausgerichtet sind. Ein Befestigungselement 127 ist durch entsprechende Paare von ausgerichteten Öffnungen 124, 126 eingerastet, um die erste Leiterplatte 110 mit den Vorsprüngen 125 zu verbinden und eine Relativbewegung der ersten Leiterplatte 110 innerhalb der Kammer 108 zu verhindern. Obwohl drei Befestigungselemente dargestellt sind, können mehr oder weniger Befestigungselemente gewählt werden. In anderen Ausführungen können andere Befestigungsanordnungen gewählt werden. Andere Befestigungsanordnungen beinhalten beispielsweise einen Reibsitz im Gehäuse, Schnappverschlüsse, Klammern, Nieten, Klebstoff oder einen anderen geeigneten Befestigungsmechanismus.
Ein zweiter Satz von Vorsprüngen 128 erstreckt sich von der ersten Wand 104 axial nach innen in die Kammer 108 und von der zweiten Wand 106 radial nach innen in die Kammer 108 (z.B. in einer Richtung senkrecht zur und hin zur Achse A-A). Der zweite Satz von Vorsprüngen 128 ist voneinander beabstandet. Wie in 5 dargestellt, beinhaltet jeder Vorsprung 128 eine erste Rippe 132 und eine zweite Rippe 134. Jede Rippe 132, 134 beinhaltet eine proximale Kante 133, die mit der zweiten Wand 106 gekoppelt ist, und eine distale Kante 135, die radial nach innen in die Kammer 108 von der proximalen Kante 133 beabstandet ist. Die distalen Kanten 135 der Rippen 132, 134 schneiden sich und definieren ein Auge 136. Die Vorsprünge 125 erstrecken sich zwischen den Vorsprüngen 128, aber die Oberfläche 125a jedes Vorsprungs 125 ist von einer Oberfläche 130 jedes Vorsprungs 128 beabstandet. Insbesondere ist eine Ebene, welche die Oberfläche 125a beinhaltet, axial zwischen der ersten Wand 104 und einer Ebene, welche die Oberfläche 130 beinhaltet, angeordnet. Die erste Oberfläche 118 der zweiten Leiterplatte 112 ist auf den Oberflächen 130 von Vorsprüngen 128 so angeordnet, dass die in der zweiten Leiterplatte 112 definierten Öffnungen 138 axial mit den durch die Augen 136 definierten Öffnungen ausgerichtet sind. Die Befestigungselemente 137 erstrecken sich durch jedes Paar ausgerichteter Öffnungen 138, 136, um die zweite Leiterplatte 112 mit den Vorsprüngen 128 zu verbinden und eine Relativbewegung der zweiten Leiterplatte 112 innerhalb der Kammer 108 zu verhindern. Obwohl vier Befestigungselemente dargestellt sind, können mehr oder weniger Befestigungselemente gewählt werden. In anderen Ausführungen können andere Befestigungsanordnungen gewählt werden. Andere Befestigungsanordnungen beinhalten beispielsweise einen Reibsitz im Gehäuse, Schnappverschlüsse, Klammern, Nieten, Klebstoff oder einen anderen geeigneten Befestigungsmechanismus.
Die erste Leiterplatte 110 weist einen äußeren Umfang auf, der so geformt ist, dass er in die Kammer 108 und zwischen dem zweiten Satz von Vorsprüngen 128 passt, wodurch die erste Oberfläche 122 der ersten Leiterplatte 110 auf der Oberfläche 125a der Vorsprünge 125 angeordnet werden kann. Die zweite Leiterplatte 112 weist auch einen äußeren Umfang auf, der so geformt ist, dass er in die Kammer 108 passt, so dass die erste Oberfläche 118 der zweiten Leiterplatte 112 in die Rippen 132, 134 des zweiten Satzes von Vorsprüngen 128 eingreift.
Eine Vielzahl von Kraftsensoren 140 sind auf der zweiten Oberfläche 123 der zweiten Leiterplatte 112 angeordnet und voneinander beabstandet. Die Kraftsensoren 140 sind axial mit den jeweiligen ersten Rippen 132 und/oder zweiten Rippen 134 ausgerichtet. Diese Anordnung ermöglicht die Krafteinleitung in z-Richtung (d.h. entlang der zentralen Längsachse A-A) zu den Kraftsensoren 140, und die Oberflächen 130 der Vorsprünge 128 verhindern, dass sich die zweite Leiterplatte 112 als Reaktion auf die aufgebrachte Kraft verbiegt oder knickt, wo die Kraftsensoren 140 mit der zweiten Leiterplatte 112 gekoppelt sind, wodurch eine Beschädigung der Kraftsensoren 140 verhindert wird. Die Oberflächen 130 der Vorsprünge 128 verhindern auch eine axiale Bewegung der zweiten Leiterplatte 112 gegenüber der ersten Leiterplatte 110 und dem Gehäuse 102, wenn die Kraftsensoren 140 Kraft aufnehmen. In einer Ausführung umfassen die Kraftsensoren 140 mikroelektromechanische Sensoren (MEMS), die ein Ausgabesignal liefern, das einer von den Sensoren empfangenen Kraftmenge entspricht. So sind die MEMS-Kraftsensoren beispielsweise in der Lage, Kräfte mit nur 2 Mikrometer Verschiebung zu erfassen.
Der Lichtleiter 142 ist innerhalb der Kammer 108 angeordnet und beinhaltet eine erste Oberfläche 144, eine zweite Oberfläche 143, die der ersten Oberfläche 144 gegenüberliegt und von ihr beabstandet ist, und eine Seitenkante 145, die sich zwischen der ersten Oberfläche 144 und der zweiten Oberfläche 143 erstreckt. Die erste Oberfläche 144 des Lichtleiters 142 zeigt zu den Kraftsensoren 140, die mit der zweiten Leiterplatte 112 gekoppelt sind. Der Lichtleiter 142 ist eine Platte aus einem transparenten oder lichtdurchlässigen Material. So kann beispielsweise der Lichtleiter 142 aus Acryl oder einem Polycarbonatmaterial bestehen. Mindestens eine Lichtquelle ist auf der zweiten Oberfläche 123 der zweiten Leiterplatte 112 angeordnet. So beinhaltet beispielsweise die Lichtquelle in einigen Ausführungen eine Leuchtdiode (LED) 146, und die Seitenkante 145 des Lichtleiters 142 ist radial neben der LED 146 angeordnet. Das Licht der LED 146 wandert durch die Seitenkante 145 des Lichtleiters 142 und tritt aus der zweiten Oberfläche 143 des Lichtleiters 142 aus. Bei diesem System sind eine einzelne Lichtquelle oder mehrere Lichtquellen auf derselben Seite, benachbarten Seiten oder gegenüberliegenden Seiten des Lichtleiters 142 angeordnet, und das Licht wird auf die zweite Oberfläche 143 des Lichtleiters 142 gerichtet. In anderen Ausführungen kann das Licht jedoch durch die erste Oberfläche 144 des Lichtleiters 142 in den Lichtleiter 142 eintreten.
In einigen Ausführungen beinhalten die zweite Oberfläche 143, die erste Oberfläche 144 und/oder die Seitenkante 145 des Lichtleiters 142 integral ausgebildete Mikrolinsen, um Licht durch den Lichtleiter 142 und aus der zweiten Oberfläche 143 zu leiten. 9C zeigt beispielsweise eine Vielzahl von Mikrolinsen 147, die Vorsprünge und/oder vertiefte Abschnitte aufweisen, auf der ersten Oberfläche 144 des Lichtleiters 142. In anderen oder weiteren Ausführungen sind eine oder mehrere lichtverändernde Schichten auf einer oder mehreren der Lichtleitflächen 143, 144 und/oder der Seitenkante 145 des Lichtleiters 142 angebracht.
In der in 9B dargestellten Ausführung beinhaltet die erste Oberfläche 144 des Lichtleiters 142 eine Vielzahl von Vorsprüngen 148, die sich axial von der ersten Oberfläche 144 erstrecken. Die Vorsprünge 148 sind mit den Kraftsensoren 140 auf der zweiten Leiterplatte 112 axial ausgerichtet. Die Vorsprünge 148 bündeln die vom Lichtleiter 142 empfangene Kraft auf die Kraftsensoren 140. In einer Ausführung sind die Vorsprünge 148 integral mit der ersten Oberfläche 144 ausgebildet. In anderen Ausführungen können die Vorsprünge 148 jedoch separat gebildet und mit der ersten Oberfläche 144 gekoppelt sein.
In einer weiteren in 13 dargestellten Ausführung ist die erste Oberfläche 144' des Lichtleiters 142' planar, und ein Kraftkonzentrator, der separat vom Lichtleiter 142' gebildet ist, ist zwischen jedem Kraftsensor und der ersten Oberfläche 144' des Lichtleiters 142' angeordnet. Jeder Kraftkonzentrator überträgt die vom Lichtleiter 142' aufgenommene Kraft auf den jeweiligen Kraftsensor unterhalb des Kraftkonzentrators.
Der haptische Erreger 160 stellt dem Benutzer eine haptische Rückkopplung zur Verfügung. Gemäß einer Ausführung ist der haptische Erreger 160 beispielsweise ein Lautsprecher (z.B. eine konuslose Schwingspulenanordnung), und die haptische Ausgabe ist eine hörbare oder unhörbare Schallwelle, die den Luftdruck in der Nähe einer Ausgabefläche des Lautsprechers ändert, indem sie eine Vielzahl von Druckwellen entlang einer Ausbreitungsachse aussendet. Die Ausbreitungsachse steht senkrecht zu einer Ausgabefläche 161 und ist in der dargestellten Ausführung parallel zur Mittelachse A-A, die sich orthogonal zu und durch die Oberflächen 196, 197 der Berührungsplatte 195 hindurch erstreckt. So kann beispielsweise die Ausbreitungsachse in einigen Ausführungen mit der Achse A-A koaxial sein. In der in 1-12 dargestellten Ausführung ist die Ausgabefläche 161 des haptischen Erregers 160 direkt mit der ersten Fläche 144 des Lichtleiters 142 gekoppelt. Somit wird mindestens ein Teil der von der Ausgangsfläche 161 ausgehenden Druckwellen auf die erste Oberfläche 144 des Lichtleiters 142 gerichtet und von dieser erfasst, was eine Vibration oder Schwingung des Lichtleiters 142 in z-Richtung verursacht. In dieser Ausführung dient die erste Oberfläche 144 des Lichtleiters 142 als Reaktionsfläche für den Erreger 160. Die Vibration des Lichtleiters 142 wird auf die Membran 160 und auf die Berührungsplatte 195 übertragen. Somit ist der haptische Erreger 160 mit der Innenfläche 196 der Berührungsplatte 195 schwingungstechnisch gekoppelt, da Druckwellen, die vom haptischen Erreger 160 ausgehen, eine Schwingungsreaktion auf der Berührungsplatte 195 induzieren. In einigen Ausführungen ist der haptische Erreger 160 mit der ersten Oberfläche 144 des Lichtleiters 142 über einen Klebstoff 162 gekoppelt. In anderen Ausführungen können jedoch auch andere geeignete Befestigungsmechanismen verwendet werden. Und in anderen Ausführungen ist die Ausgabefläche 161 des haptischen Erregers 160 axial angrenzend und beabstandet von der ersten Oberfläche 144 des Lichtleiters 142 angeordnet. Darüber hinaus ist in einigen Ausführungen der haptische Erreger 160 angrenzend an einen Mittelabschnitt der ersten Oberfläche 144 des Lichtleiters 142 angeordnet.
Wie in 4 dargestellt, beinhaltet der haptische Erreger 160 einen flexiblen Kabelanschluss 164, der ein erstes Ende 165, das mit einem ersten Ende 166 des haptischen Erregers 160 und ein zweites Ende 167, das mit der ersten Oberfläche 118 der zweiten Leiterplatte 112 gekoppelt ist, aufweist. Der flexible Kabelanschluss 164 minimiert oder eliminiert die Übertragung der Vibration vom haptischen Erreger 160 auf die zweite Leiterplatte 112 und ermöglicht gleichzeitig die elektrische Kopplung des haptischen Erregers 160 mit der zweiten Leiterplatte 112. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der flexible Kabelanschluss ein ZIF-Stecker (Zero Insertion Force) sein. In alternativen Ausführungen ist der haptische Erreger 160 mit der zweiten Leiterplatte 112 über Drähte gekoppelt, die jeweils über Löten oder einen anderen geeigneten Koppelmechanismus gekoppelt sind.
Darüber hinaus definiert die zweite Leiterplatte 112 eine Öffnung 163, durch die sich die Ausgabefläche 161 des haptischen Erregers 160 erstreckt, um die Ausgabefläche 161 mit der ersten Fläche 144 des Lichtleiters 142 zu verbinden. Diese Anordnung ermöglicht es, die Höhe in Richtung der Achse A-A der Schalterbaugruppe 100 zu reduzieren, die von der Berührungsauflage 195 des haptischen Erregers 160 aufgenommene Energie zu erhöhen und die auf die zweite Leiterplatte 112 übertragene Schwingungsenergie zu reduzieren. In anderen Ausführungen kann die zweite Leiterplatte 112 jedoch keine Öffnung 163 definieren, und der haptische Erreger 160 kann axial von der zweiten Oberfläche 123 der zweiten Leiterplatte 112 beabstandet und zwischen der ersten Oberfläche 144 des Lichtleiters 142 und der zweiten Oberfläche 123 der zweiten Leiterplatte 112 angeordnet sein. Durch den Abstand des haptischen Erregers 160 von der zweiten Leiterplatte 112 wird die Schwingungsenergie des haptischen Erregers 160 von der zweiten Leiterplatte 112 isoliert, wodurch mehr Energie vom Lichtleiter 142 aufgenommen werden kann.
Die flexible Membran 170 erstreckt sich über mindestens einen Abschnitt der Kammer 108. Eine erste Oberfläche 171 der flexiblen Membran 170 steht der zweiten Oberfläche 143 des Lichtleiters 142 gegenüber, und mindestens ein Teil dieser Oberflächen 171, 143 ist miteinander gekoppelt (z.B. durch Adhäsion). Eine Vielzahl von Stiften 173 erstrecken sich axial von der distalen Kante 172 der zweiten Wand 106 des Gehäuses 102 und ist in Umfangsrichtung voneinander beabstandet. Die flexible Membran 170 definiert eine Vielzahl von Stiftöffnungen 174, die an einen radial äußeren Rand 175 der Membran 170 angrenzen. Die Stifte 173 sind durch entsprechende Stiftöffnungen 174 der Membran 170 eingerastet, um eine Bewegung der Membran 170 in der x-y-Ebene (d.h. einer Ebene senkrecht zur Mittelachse A-A) zu verhindern. In einigen Ausführungen sind die Oberflächen 171, 143 miteinander gekoppelt, bevor die Stifte 173 durch die Öffnungen 174 in Eingriff kommen. Durch die Begrenzung der Bewegung der Membran 170 auf die z-Richtung kann die Membran 170 die Schwingung aus dem Lichtleiter 142 effizienter übertragen, und die Membran 170 kann verhindern, dass eine auf die Schalterbaugruppe 100 einfallende x- oder y-Kraftkomponente auf die Kraftsensoren 140 übertragen wird, was eine Beschädigung der Kraftsensoren 140 durch Scherkräfte verhindert. Die Membran 170 kann auch das Eindringen von Flüssigkeiten oder Fremdkörpern in den Schalter 100 verhindern.
In der oben beschriebenen Ausführung bedeckt die Membran 170 die Öffnung der Kammer 108, aber in anderen Ausführungen kann die Membran 170 nur einen Teil der Öffnung der Kammer 108 bedecken.
Die Membran 170 besteht aus einem flexiblen Material, das in der Lage ist, in z-Richtung zu schwingen. So kann die Membran 170 beispielsweise aus einem polymeren Material (z.B. Polyester, Polycarbonat), einem dünnen Blech oder einem anderen geeigneten flexiblen Material bestehen. Darüber hinaus kann die Steifigkeit des Materials für die Membran 170 in Abhängigkeit von der gewünschten Schwingungsmenge und unter Berücksichtigung der auf die Membran 170 einwirkenden Belastung gewählt werden.
Die Berührungsauflageplatte 195 weist eine erste Oberfläche 196 und eine zweite Oberfläche 197 auf. Mindestens ein Mittelabschnitt 201 der ersten Oberfläche 196 der Berührungsauflageplatte 195 ist mit einer zweiten Oberfläche 198 der Membran 170 gekoppelt, und die zweite Oberfläche 197 der Berührungsauflageplatte 195 weist in entgegengesetzter axialer Richtung zur ersten Oberfläche 196 und empfängt eine Krafteingabe vom Benutzer. So sind in einer Ausführung beispielsweise die zweite Oberfläche 198 der Membran 170 und der Mittelabschnitt 201 der ersten Oberfläche 196 der Berührungsauflageplatte 195 miteinander verklebt.
In einigen Ausführungen ist mindestens ein Teil der zweiten Oberfläche 197 der Berührungsauflageplatte 195 anders strukturiert als der an die Schalterbaugruppe 100 angrenzende Teil des Fahrzeugs, so dass der Benutzer erkennen kann, wo sich die Berührungsauflageplatte 195 im Fahrzeug befindet, ohne danach sehen zu müssen. Und in einigen Ausführungen, wie in 3 dargestellt, beinhaltet die zweite Oberfläche 197 eine nicht-planare Oberfläche. So kann beispielsweise die Kontur der nicht-planaren Oberfläche basierend auf verschiedenen Anwendungen der Baugruppe angepasst werden und/oder um dem Benutzer das Auffinden der zweiten Oberfläche 197 zu erleichtern, ohne danach sehen zu müssen.
In einigen Ausführungen sind Symbole auf der Berührungsauflageplatte 195 angeordnet, und das Licht, das die zweite Oberfläche 143 des Lichtleiters 142 verlässt, geht durch die Membran 170 und die Symbole auf der Berührungsauflageplatte 195, um die Symbole zu beleuchten. Durch die Bereitstellung von Symbolen auf einer Folie, die mit der Berührungsauflageplatte 195 verklebt ist, sind die Symbole beispielsweise für jeden Fahrzeughersteller leicht anpassbar, und die Schalterbaugruppe 100 wird effizient hergestellt.
In einigen Ausführungen schwingt die flexible Membran 170 in z-Richtung, wenn sie Schwingungsenergie vom haptischen Erreger 160 über den Lichtleiter 142 empfängt, und diese Schwingung wird auf die Berührungsauflageplatte 195 übertragen, um dem Benutzer die haptische Rückkopplung zu geben. Darüber hinaus ist die haptische Reaktion der Schalterbaugruppe 100 durch die Auswahl eines Lichtleiters 142, einer Membran 170 und einer Berührungsauflageplatte 195, die zusammen eine gewisse Steifigkeit aufweisen, einstellbar.
Um die Vibration des Lichtleiters 142 und der Berührungsauflageplatte 195 vom Gehäuse 102 und den Leiterplatten 110, 112 zu isolieren und sicherzustellen, dass sich der Lichtleiter 142 und die Berührungsauflageplatte 195 nicht um die Mittelachse A-A drehen, ist außerdem ein Verriegelungsmechanismus verwendet, um den Lichtleiter 142 und die Berührungsauflageplatte 195 gemäß einigen Ausführungen zu koppeln. Wie beispielsweise in den 3, 6, 9A, 11 und 12 dargestellt, definiert die zweite Oberfläche 143 des Lichtleiters 142 einen zweiten Satz von Vorsprüngen 157, die sich axial von der zweiten Oberfläche 143 weg erstrecken. Der zweite Satz von Vorsprüngen 157 beinhaltet zwei oder mehr Vorsprünge, und die Vorsprünge 157 sind voneinander beabstandet. Die Vorsprünge 157 sind radial nach innen und angrenzend an die Seitenkante 145 des Lichtleiters 142 angeordnet. Die flexible Membran 170 definiert Öffnungen 158, durch die sich die Vorsprünge 157 erstrecken. Und die erste Oberfläche 196 der Berührungsauflageplatte 195 definiert vertiefte Abschnitte 159, die sich axial in die erste Oberfläche 196 erstrecken. Distale Enden der Vorsprünge 157 erstrecken sich entlang und sitzen innerhalb des vertieften Abschnitts 159. In der in den 9A und 12 dargestellten Ausführung gibt es vier vertiefte Abschnitte 159, die in der Berührungsauflageplatte 195 definiert sind, und drei Vorsprünge 157, die sich von der zweiten Oberfläche 143 des Lichtleiters 142 erstrecken. Mit einem oder mehreren zusätzlichen vertieften Abschnitten 159 können Teile so standardisiert werden, dass sie in verschiedenen Bereichen des Fahrzeugs (z.B. linke oder rechte Seite) verwendet werden können. In anderen Ausführungen kann der Verriegelungsmechanismus jedoch einen oder mehrere Vorsprünge und vertiefte Abschnitte beinhalten.
In einigen Ausführungen besteht ein Teil der oder die gesamte Berührungsauflageplatte 195 aus einem transparenten oder lichtdurchlässigen Material, das Licht durch die Berührungsauflageplatte 195 hindurchlässt. So kann beispielsweise die Berührungsauflageplatte 195 aus einem Stück klarem, konturiertem Glas bestehen. Andere transparente oder lichtdurchlässige Materialien können verwendet werden, einschließlich anderer Kristallmaterialien oder Kunststoffe wie z.B. Polycarbonat. Die Konturierung der einen Seite, der zweiten Seite 197, der Berührungsauflageplatte 195 ermöglicht es dem Benutzer, seine Finger zu bewegen, um die richtige Tastenposition zu finden, ohne den Schalter über die Kraftschwelle hinaus auslösen zu müssen.
Der ringförmige Rahmen 180 beinhaltet eine Ringwand 181 und eine Seitenwand 182, die sich axial von einer benachbarten äußeren Radialkante 183 der Ringwand 181 erstreckt. Die Ringwand 181 beinhaltet eine innere Radialkante 184, die eine Öffnung 185 mit einer Mittelachse B-B definiert. Die Ringwand 181 definiert auch eine oder mehrere Stiftöffnung(en) 186 zwischen der inneren Radialkante 184 und der äußeren Radialkante 183. Der ringförmige Rahmen 180 ist mit der zweiten Wand 106 des Gehäuses 102 gekoppelt. Im zusammengekuppelten Zustand ist eine Innenfläche 187 der Seitenwand 182 angrenzend an eine Außenfläche 107 der zweiten Wand 106 angeordnet. Ein an die äußere Radialkante 175 der Membran 170 angrenzender Abschnitt der Membran 170 ist zwischen der Ringwand 181 und der distalen Kante 172 der zweiten Wand 106 angeordnet. Die Stifte 173 sind durch die in der Membran 170 definierten Öffnungen 174 und innerhalb der jeweiligen Stiftöffnungen 186 der Ringwand 181 in Eingriff gebracht, um eine Bewegung in der x-y-Ebene des ringförmigen Rahmens 180 in Bezug auf das Gehäuse 102 zu verhindern. Im gekoppelten Zustand ist die Achse B-B des ringförmigen Rahmens 180 koaxial zur Achse A-A des Gehäuses 102. In der dargestellten Ausführung faltet sich mindestens ein Teil der äußeren Radialkante 175 der Membran 170 über die distale Kante 172 der zweiten Wand 106 und ist zwischen der Innenfläche 187 der Seitenwand 182 des ringförmigen Rahmens 180 und der Außenfläche 107 der zweiten Wand 106 angeordnet. Darüber hinaus sind die Vorsprünge 157 radial innerhalb der inneren Radialkante 184 der Ringwand 181 angeordnet, wenn der ringförmige Rahmen 180 mit dem Gehäuse 102 gekoppelt ist.
Befestigungsöffnungen 188 sind in der Ringwand 181 definiert, und Befestigungsöffnungen 177 sind durch die zweite Wand 106 des Gehäuses 102 definiert. Die Befestigungselemente 189 sind durch ausgerichtete Paare von Öffnungen 188, 177 eingerastet, um den Ringförmigen Rahmen 180 mit dem Gehäuse 102 zu verbinden. So beinhaltet beispielsweise die Ringwand 181 in der in den 1-12 dargestellten Ausführung radiale Erweiterungen 181a, die sich von der Wand 181 radial nach außen erstrecken und die Befestigungsöffnungen 188 definieren. Und die radialen Erweiterungen 106a erstrecken sich von der Wand 106 radial nach außen und definieren Befestigungsöffnungen 177. In anderen Ausführungen ist der ringförmige Rahmen 180 jedoch durch andere Befestigungsanordnungen mit dem Gehäuse 102 gekoppelt. So ist beispielsweise in einigen Ausführungen der ringförmige Rahmen 180 über Befestigungselemente mit dem Gehäuse 102 gekoppelt, die sich durch die Seitenwand 182 des ringförmigen Rahmens 180 und die Außenfläche 107 der zweiten Wand 106 des Gehäuses 102 erstrecken. In anderen Ausführungen ist der ringförmige Rahmen 180 mit dem Gehäuse 102 über einen Reibsitz, Schnappverschluss, Klammern, Nieten, Klebstoff oder einen anderen geeigneten Befestigungsmechanismus gekoppelt.
In bestimmten Ausführungen sind eine oder mehrere Federn zwischen der Ringwand 181 des ringförmigen Rahmens 180 und dem Lichtleiter 142 angeordnet, um den Lichtleiter 142 zur zweiten Oberfläche 123 der zweiten Leiterplatte 112 hin zu bewegen. Durch die Anordnung einer oder mehrerer Federn zwischen der Ringwand 181, die fest mit dem Gehäuse 102 gekoppelt ist, und dem Lichtleiter 142 werden die Kraftsensoren 140 von einer oder mehreren Federn vorgespannt. So können beispielsweise die eine oder die mehreren Federn die Kraftsensoren auf 1 bis 5 N vorspannen. In einem nicht einschränkenden Beispiel spannen die eine oder die mehreren Federn die Kraftsensoren auf 2,8 N vor. Beispielsweise beinhalten die Federn in der in den 1-12 dargestellten Ausführung Spiralfedern 190, die sich zwischen einer ersten Oberfläche 205 der Ringwand 181 und der zweiten Oberfläche 143 des Lichtleiters 142 erstrecken. Axiale Vertiefungen 206 sind in einem vertieften Abschnitt 207 definiert, der durch die zweite Oberfläche 143 des Lichtleiters 142 und die Seitenkante 145 des Lichtleiters 142 definiert ist. Die vertieften Abschnitte 207 weisen eine Oberfläche auf, die axial von der zweiten Oberfläche 143 des Lichtleiters 142 in einer Richtung zur ersten Oberfläche 144 des Lichtleiters 142 beabstandet ist. Radialinnenerweiterungen 204 erstrecken sich radial nach innen von der inneren Radialkante 184 der Ringwand 181. Die Radialinnenerweiterungen 204 definieren gemäß einigen Ausführungen auch die axialen Vertiefungen 306. Die durch die Radialinnenerweiterungen 204 definierten axialen Vertiefungen 306 sind axial mit den durch den Lichtleiter 142 definierten axialen Vertiefungen 206 ausgerichtet, und die Enden jeder Feder 190 sitzen in der jeweils axial ausgerichteten axialen Vertiefung 306 der Radialinnenerweiterung 204 und der axialen Vertiefung 206 des Lichtleiters 142, um eine Bewegung der Spiralfeder 190 in der x-y-Ebene zu verhindern. Darüber hinaus definiert die Membran 170 Federaussparungen 178, die sich radial nach innen von der äußeren Radialkante 175 der Membran 170 erstrecken, und die Federn 190 erstrecken sich durch die Aussparungen 178 und sind von der äußeren Radialkante 175 der Membran 170 beabstandet, um die Schwingung der Membran 170 nicht zu beeinträchtigen.
In der in den 19A-19C dargestellten Ausführung sind die Federn Blattfedern 290. Die Blattfedern 290 beinhalten einen Mittelabschnitt 291 und die Schenkelabschnitte 292a, 292b. Die Schenkelabschnitte 292a, 292b erstrecken sich in Umfangsrichtung weg von und radial nach innen von dem Mittelabschnitt 291. Die zweite Oberfläche 243 des Lichtleiters 242 beinhaltet eine Vielzahl von Stiften 293, die sich axial von der zweiten Oberfläche 243 weg erstrecken, und die Membran 270 definiert Öffnungen 279, durch die sich die Stifte 293 erstrecken. Der Mittelabschnitt 291 jeder Blattfeder 290 ist mit der ersten Oberfläche 255 der Ringwand 281 des ringförmigen Rahmens 280 gekoppelt, und die Schenkelabschnitte 292a, 292b greifen in die distalen Enden 294 der Stifte 293 ein. Im montierten Zustand befindet sich eine Ebene, welche die erste Oberfläche 255 der Ringwand 281, mit welcher der Mittelabschnitt 291 der Blattfeder 290 gekoppelt ist, beinhaltet, axial zwischen einer Ebene, welche die distalen Enden 294 der Stifte 293 beinhaltet, und einer Ebene, welche die zweite Oberfläche 243 des Lichtleiters 242 beinhaltet. Somit sind die Schenkelabschnitte 292a, 292b der Blattfeder 290 zum Lichtleiter 242 hin vorgespannt und drängen die erste Oberfläche 244 des Lichtleiters 242 zur zweiten Leiterplatte 112. Es ist zu beachten, dass die Stifte 293 vom Lichtleiter 242 getrennt oder integral mit dem Lichtleiter 242 ausgebildet sein können.
19B zeigt auch einen zweiten Satz von Vorsprüngen 257, die dem zweiten Satz von Vorsprüngen 157 in den 3, 6, 9A, 11 und 12, die sich axial von der zweiten Oberfläche 243 des Lichtleiters 242 weg erstrecken, ähnlich sind. Der zweite Satz von Vorsprüngen 257 beinhaltet drei Vorsprünge, und die Vorsprünge 257 sind voneinander beabstandet. Die Vorsprünge 257 sind radial innenseitig und angrenzend an die Seitenkante 245 des Lichtleiters 242 angeordnet. Wie die vorstehend beschriebenen Vorsprünge 157 erstrecken sich die Vorsprünge 257 durch Öffnungen in der Membran und in vertiefte Abschnitte, die durch die erste Oberfläche der Berührungsauflage definiert sind. 20A-20D zeigen die Blattfeder 390 gemäß einer anderen Ausführung. In dieser Ausführung beinhaltet die Blattfeder 390 einen zentralen Abschnitt 391 und Schenkelabschnitte 392a, 392b, die sich in Umfangsrichtung und radial nach innen von dem Mittelabschnitt 391 erstrecken. Jeder Schenkelabschnitt 392a, 392b beinhaltet auch einen bogenförmigen Abschnitt 393 mit einem Scheitelpunkt 394, der sich innerhalb einer Ebene befindet, die von einer Ebene beabstandet ist, die den Mittelabschnitt 391 beinhaltet. Der Mittelabschnitt 391 ist mit der ersten Oberfläche 355 einer Ringwand 381 gekoppelt, und der Scheitelpunkt 394 jedes bogenförmigen Abschnitts 393 grenzt an die zweite Oberfläche 343 des Lichtleiters 342. Der bogenförmige Abschnitt 393 hält einen minimalen axialen Abstand zwischen der zweiten Oberfläche 343 des Lichtleiters 342 und der ersten Oberfläche 355 der Ringwand 381 ein.
Mindestens ein Teil der Blattfeder 390 ist mit dem ringförmigen Rahmen 380 gekoppelt. Die innere Radialkante 384 der Ringwand 381 beinhaltet eine oder mehrere elastische Laschen 375, die sich axial in einer ersten Richtung (d.h. in einer Richtung weg von und orthogonal zur ersten Oberfläche 355 der Ringwand 381) von der inneren Radialkante 384 erstrecken. Jede elastische Lasche 375 weist eine Schulter 376 auf, die sich radial nach außen von der Lasche 375 zur ersten Oberfläche 355 der Ringwand 381 erstreckt. Jede Schulter 376 ist axial von der ersten Fläche 355 der Ringwand 381 beabstandet. Die Seitenwand 382 des ringförmigen Rahmens 380 beinhaltet auch eine oder mehrere Laschen 378, die sich radial nach innen von einer Innenfläche 383 der Seitenwand 382 erstrecken. Die eine oder mehrere Laschen 378 sind axial von der ersten Oberfläche 355 der Ringwand 381 beabstandet. Die erste Oberfläche 355 der Ringwand 381 beinhaltet einen oder mehrere Vorsprünge 379, die sich von der ersten Oberfläche 355 axial in die erste Richtung erstrecken. Ein radial äußerer Rand 331 des Mittelabschnitts 391 der Blattfeder 390 wird axial zwischen den Laschen 378 und der ersten Oberfläche 355 der Ringwand 381 gedrückt, und ein radial innerer Rand 332 des Mittelabschnitts 391 wird gegen die elastischen Laschen 375 gedrückt, was bewirkt, dass sich die elastischen Laschen 375 radial nach innen biegen, wenn die Blattfeder 390 an den Schultern 376 vorbeigeht und zwischen den Schultern 376 und der ersten Oberfläche 355 der Ringwand 381 angeordnet ist. Außerdem ist eine konkave Oberfläche jedes bogenförmigen Abschnitts 393 so positioniert, dass sie axial zur ersten Oberfläche 355 der Ringwand 381 zeigt, so dass der Scheitelpunkt 394 von der ersten Oberfläche 355 weg zeigt. Die Blattfeder 390 definiert eine oder mehrere Öffnungen 377, die mit den einen oder mehreren Vorsprüngen 379 fluchten, und die Vorsprünge 379 erstrecken sich durch die Öffnungen 377, wenn die Kanten 331, 332 zwischen den Laschen 375, 378 und der ersten Oberfläche 355 der Ringwand 381 angeordnet sind. Die Laschen 375, 378 halten die Blattfeder 390 axial und radial angrenzend an den ringförmigen Rahmen 380, und die durch die Öffnungen 377 eingreifenden Vorsprünge 376 verhindern eine Umfangsbewegung der Blattfeder 390 gegenüber dem ringförmigen Rahmen 380.
In anderen Ausführungen ist die Blattfeder 290, 390 mit einem Abschnitt des ringförmigen Rahmens 280, 380 über ihren Mittelabschnitt 291, 391 umspritzt. Und in einigen Ausführungen kann die Feder 290, 390 am ringförmigen Rahmen 280, 390 angeklebt, eingerastet oder anderweitig befestigt sein.
Darüber hinaus kann die Blattfeder 290, 390 nach verschiedenen Ausführungen eine Federstahlplatte umfassen.
Der Mittelabschnitt 201 der Berührungsauflageplatte 195 ist innerhalb der durch die innere Radialkante 184 der Ringwand 181 definierten Öffnung 185 angeordnet und ist wie vorstehend beschrieben mit der Membran 170 gekoppelt. Wie in 12 dargestellt, definiert die erste Oberfläche 196 der Berührungsauflageplatte 195 einen vertieften Abschnitt 199 angrenzend an eine äußere radiale Kante 200 der Berührungsauflageplatte 195. Der vertiefte Abschnitt 199 und eine äußere Radialkante 202 des Mittelabschnitts 201 der ersten Oberfläche 196 definieren ferner eine Vielzahl von Vertiefungen 203 (oder Nuten), die sich axial von der ersten Oberfläche 196 des Mittelabschnitts 201 bis zum ringförmigen vertieften Abschnitt 199 hin und radial nach innen von der äußeren Radialkante 202 erstrecken. Um zu verhindern, dass die Berührungsauflageplatte 195 den ringförmigen Rahmen 180 berührt, sind die Vertiefungen 203 radial nach innen von den radialen Erweiterungen 204 der Ringwand 181 des ringförmigen Rahmens 180 beabstandet. Darüber hinaus ist der Abstand T_T zwischen der Oberfläche des ringförmigen vertieften Abschnitts 199 und der Oberfläche des Mittelabschnitts 201 größer als eine Dicke T_A (gemessen in z- oder axialer Richtung) der Ringwand 181. Und, ein Durchmesser (oder eine Breite W_T) der zweiten Oberfläche 197 der Berührungsauflageplatte 195 ist größer als ein Durchmesser (oder eine Breite W_A) der Ringwand 181, so dass die Berührungsauflageplatte 195 die Ringwand 181 verdeckt, wenn die Anordnung 100 von der zweiten Oberfläche 197 der Berührungsauflageplatte 195 aus betrachtet wird.
In einigen Ausführungen, wie den oben beschriebenen, sind die distale Kante 172 der zweiten Wand 106 des Gehäuses 102, der ringförmige Rahmen 180, der Lichtleiter 142 und die äußere radiale Kante 200 der Berührungsauflageplatte 195 im Allgemeinen kreisförmig. In anderen Ausführungen können diese Abschnitte der Schalterbaugruppe jedoch eine unrunde Form aufweisen, wie beispielsweise eine dreieckige, rechteckige oder andere geeignete polygonale Form.
In einer weiteren Ausführung beinhaltet die Schalterbaugruppe nur eine Leiterplatte, auf der die Kraftsensoren angeordnet sind. In solchen Ausführungen passt die für den Betrieb des Schalters erforderliche Schaltung auf eine Leiterplatte.
Darüber hinaus kann die Schalterbaugruppe in anderen Ausführungen nur eine Leiterplatte und einen Kraftsensor für Anwendungen beinhalten, die eine Ausgabe von einem Kraftsensor erfordern (Ausgabe, die nicht positionsabhängig ist).
In einigen Ausführungen sind die oben beschriebenen Schalterbaugruppen in einem Fahrzeug montierbar. So sind die Schalterbaugruppen beispielsweise an einem Lenkrad, wie beispielsweise an der Schräge oder Nabe des Lenkrads, montierbar, um verschiedene Fahrzeugsysteme zu steuern. In anderen Beispielen sind die Schaltanordnungen an einer Fahrzeugtür, einem Schalthebel, einem Armaturenbrett oder einem beliebigen Teil des Fahrzeugs montierbar, wo Eingaben bereitgestellt und zur Steuerung eines oder mehrerer Fahrzeugsysteme verwendet werden können.
In einigen Ausführungen, wie beispielsweise den vorstehend beschriebenen, ist das Gehäuse beispielsweise anstelle eines Rahmens oder Stützabschnitts des Fahrzeugs mit einem Verkleidungsteil im Fahrzeug gekoppelt, der die Vibration vom haptischen Erreger von anderen Teilen des Fahrzeugs isoliert. Diese Anordnung ermöglicht es auch, den Spalt zwischen den Kanten des Verkleidungsteils und der Außenkante der Baugruppe zu minimieren, da sich das Verkleidungsteil zusammen mit der Baugruppe bewegen kann. Um das Gehäuse mit dem Verkleidungsteil (oder einem anderen Teil des Fahrzeugs) zu verbinden, sind die Augen 208, die sich radial von der Außenfläche der zweiten Wand nach außen erstrecken, mit Öffnungen ausgerichtet, die angrenzend an den Abschnitt des Fahrzeugs definiert sind, an den die Schalterbaugruppe gekoppelt wird. Ein Befestigungselement wird durch die ausgerichteten Öffnungen eingeführt, um die Baugruppe am Fahrzeug zu befestigen.
14 zeigt ein Blockschaltbild des elektrischen Steuerungssystems 500 gemäß einer Ausführung. Das elektrische Steuerungssystem 500 kann eine Recheneinheit 506, eine Systemuhr 508 und eine Kommunikationshardware 512 beinhalten. In seiner einfachsten Form beinhaltet die Recheneinheit 506 einen Prozessor 522 und einen Systemspeicher 523, der auf der zweiten Leiterplatte 112 angeordnet ist. Der Prozessor 522 kann ein standardmäßig programmierbarer Prozessor sein, der arithmetische und logische Operationen durchführt, die für den Betrieb des elektrischen Steuerungssystems 500 erforderlich sind. Der Prozessor 522 kann konfiguriert sein, um Programmcode auszuführen, der in konkreten, computerlesbaren Medien kodiert ist. So kann beispielsweise der Prozessor 522 im Systemspeicher 523, der flüchtiger oder nichtflüchtiger Speicher sein kann, gespeicherten Programmcode ausführen. Der Speicher 523, der in konkreten, computerlesbaren Medien verkörpert werden kann, speichert Anweisungen zur Ausführung durch den Prozessor 522. Der Systemspeicher 523 ist nur ein Beispiel für konkrete, computerlesbare Medien. In einem Aspekt kann die Recheneinheit 506 als integriertes Gerät wie Firmware betrachtet werden. Weitere Beispiele für konkrete, computerlesbare Medien sind Disketten, CD-ROMs, DVDs, Festplatten, Flash-Speicher oder andere maschinenlesbare Speichermedien, wobei, wenn der Programmcode in eine Maschine, wie beispielsweise die Prozessoren 522, 532, geladen und von ihr ausgeführt wird, die Maschine zu einer Vorrichtung zum Ausführen des offenbarten Gegenstandes wird.
Darüber hinaus steht der Prozessor 522 in elektrischer Verbindung mit den Kraftsensoren 140. In einigen Ausführungen beinhaltet das System 500 ferner einen Sende-Empfänger, der in elektrischer Verbindung mit dem Prozessor 522 und einem oder mehreren Fahrzeugsystemen steht. Und in einigen Ausführungen beinhaltet das System 500 ferner einen Leistungsverstärker 530, der in elektrischer Verbindung mit dem Prozessor 522 und dem haptischen Erreger 160 steht.
In anderen Ausführungen beinhaltet das System 500 jedoch zwei oder mehr Prozessoren und/oder Speicher, und die Prozessoren und/oder Speicher können auf der ersten und/oder zweiten Leiterplatte angeordnet sein. Und in anderen Ausführungen beinhaltet die Baugruppe eine oder mehrere Leiterplatten, auf denen ein oder mehrere Kraftsensoren, ein oder mehrere Speicher und ein oder mehrere Prozessoren angeordnet sind.
Aspekte der vorliegenden Erfindung werden vorstehend mit Bezug auf Flussdiagrammdarstellungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten nach Maßgabe der Umsetzung der Erfindung beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Flussdiagramm-Darstellungen und/oder Blockdiagramme und Kombinationen von Blöcken in den Flussdiagramm-Darstellungen und/oder Blockdiagrammen durch Computerprogrammanweisungen implementiert werden können. Diese Computerprogrammanweisungen können einem Prozessor eines Universalcomputers, eines Sondercomputers oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung zur Herstellung einer Maschine zur Verfügung gestellt werden, so dass die Anweisungen, die über den Prozessor des Computers oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt werden, Mittel zur Ausführung der im Flussdiagramm und/oder Blockdiagrammblock oder den Blockdiagrammblöcken angegebenen Funktionen/Vorgange schaffen.
Diese Computerprogrammanweisungen können auch auf einem computerlesbaren Medium gespeichert werden, das einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung oder andere Vorrichtungen anweisen kann, auf eine bestimmte Weise zu funktionieren, so dass die auf dem computerlesbaren Medium gespeicherten Anweisungen einen Herstellungsgegenstand erzeugen, einschließlich Anweisungen, welche die im Flussdiagramm und/oder Blockdiagrammblock oder in Blöcken angegebene Funktion/Vorgänge umsetzen.
Die Computerprogrammanweisungen können auch in einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine andere Vorrichtung geladen werden, um eine Reihe von Betriebsschritten zu veranlassen, die auf dem Computer, einer anderen programmierbaren Vorrichtung oder einer anderen Vorrichtung ausgeführt werden, um einen computerimplementierten Prozess zu erzeugen, so dass die Anweisungen, die auf dem Computer oder einer anderen programmierbaren Vorrichtung ausgeführt werden, Prozesse zur Ausführung der im Flussdiagramm und/oder Blockdiagramm festgelegten Funktionen/Vorgänge bereitstellen.
15 zeigt ein Flussdiagramm der im ersten Speicher 523 gespeicherten Anweisungen zur Ausführung durch den ersten Prozessor 522 gemäß einer Ausführung. Die Anweisungen veranlassen den ersten Prozessor 522 zum: (1) Empfangen eines Signals von jedem der einen oder mehreren Kraftsensoren 140, wobei das Signal einer von jedem der Kraftsensoren 140 empfangenen Kraft zugeordnet ist, wie in Schritt 1102 dargestellt, (2) Bestimmen einer Kraftmenge und/oder einer x,y-Position, die den empfangenen Kraftsignalen zugeordnet ist, wie in Schritt 1104 dargestellt, und (3) Übermitteln der Kraftmenge und/oder der x,y-Position an den zweiten Prozessor 532, der auf der ersten Leiterplatte 110 angeordnet ist, wie in Schritt 1106 dargestellt. Die Kraftsensoren 140 in unmittelbarer Nähe des ersten Prozessors 522, der zunächst die Signale der Kraftsensoren 140 verarbeitet, zu haben, reduzieren die Wahrscheinlichkeit von Störungen in den Signalen.
16 zeigt ein Flussdiagramm der im zweiten Speicher 533 gespeicherten Anweisungen zur Ausführung durch den zweiten Prozessor 532. Die im zweiten Speicher 533 gespeicherten Anweisungen veranlassen den zweiten Prozessor 532 zum: (1) Empfangen der Kraftmenge und/oder der x,y-Position vom ersten Prozessor 522, wie in Schritt 1202 dargestellt, (2) Identifizieren einer haptischen Rückkopplungsantwort, die der Kraftmenge und/oder der x,y-Position zugeordnet ist, wie in Schritt 1204 dargestellt, (3) Übermitteln der haptischen Rückkopplungsantwort an einen haptischen Erreger 160, wie in Schritt 1206 dargestellt, und (4) Übermitteln der x,y-Position und/oder der Kraftmenge an ein anderes Fahrzeugsystem, wie in Schritt 1208 dargestellt. Die Schalterbaugruppe 100 gemäß einer Ausführung kann zur Steuerung von bis zu 32 Funktionen konfiguriert sein.
Die Kraftsensoren 140 empfangen jeweils einen Teil der auf die Berührungsauflage 195 aufgebrachten Kraft, und die von jedem Sensor 140 empfangene Kraft wird vom ersten Prozessor 522 verarbeitet, um eine Position und Größe der aufgebrachten Kraft zu bestimmen. Die Position der Kraft wird durch den Anteil der von jedem Kraftsensor 140 empfangenen Kraft und deren bekannte Position zueinander bestimmt. So ist beispielsweise in der in 17 dargestellten Ausführung die von jedem Sensor 140 (dargestellt auf der x-Achse) empfangene Kraft einem Widerstand (dargestellt auf der y-Achse) zugeordnet. Die Position der aufgebrachten Kraft wird entweder in einer Dimension (z.B. die x- oder y-Achse) oder in zwei Dimensionen (z.B. die x- und y-Achse oder Ebene) gemessen, und die Größe der Kraft wird in der z-Achse gemessen. In der in 1-12 dargestellten Ausführung, die vier Kraftsensoren 140 aufweist, wird die Position der Kraft durch Vierfach-Angulation der von jedem Sensor 140 empfangenen Kraftsignale bestimmt. In weiteren oder alternativen Ausführungen wird die Position der Kraft durch Triangulation mit drei Kraftsensoren bestimmt. Fallt beispielsweise einer der vier Kraftsensoren 140 während des Betriebs aus, wird die Position durch Triangulation unter Verwendung des Kraftsignals der übrigen drei Sensoren 140 bestimmt.
Die Schalterbaugruppe 100 erfasst auch die Zeit, in der eine Kraft an einer bestimmten Stelle aufgebracht wird. So kann beispielsweise der Speicher 523 Prozessparameter speichern, wie beispielsweise einen Kraftbereich über die Zeit, der anzeigt, dass ein Eingabesignal empfangen wurde. Eingaben, die außerhalb des Bereichs empfangen werden, können vom System als unbeabsichtigter Kontakt mit der Schalterbaugruppe 100 ignoriert werden. So kann beispielsweise die Obergrenze des Eingabebereichs 10 N Kraft betragen, die für 20 Sekunden oder weniger aufgebracht wird. Darüber hinaus kann die Schalterbaugruppe 100 auch einen Kraftschwellenwert zum Sperren eines Eingabebereichs (z.B. 2,5 N) um einen Ort der Krafteingabe und einen zweiten, höheren Schwellenwert für eine innerhalb des Eingabebereichs empfangene Kraft zum Freigeben des Systems 100 (z.B. 3 N) einstellen. Eine zusätzliche Beschreibung der Kraftschwellenwerte und virtuellen Eingabebereiche finden Sie in der Veröffentlichung der U.S.-Patentanmeldung Nr. 2015/0097791 und 2015/0097795 , beide vom 9. April 2015, die im Anhang zu dieser Anmeldung enthalten sind.
Als Reaktion auf die Größe, Lage und/oder Dauer der aufgewendeten Kraft, die den Eingabeparametern entspricht, erzeugt die Schalterbaugruppe 100 ein haptisches und/oder akustisches Rückmeldesignal, das auf die erfasste Kraft reagiert. So kann beispielsweise das haptische und/oder akustische Rückmeldesignal proportional zur empfangenen Kraft sein. Wie in den 18A-D dargestellt, wird jedes Berührungsereignis (z.B. Herunterdrücken in 18A, Abheben in 18B, Listenende in 18C und Niederhalten in 18D) durch eine unterschiedliche Benutzerinteraktion (z.B. unterschiedliche Kraftmenge und/oder Berührungsdauer) ausgelöst werden und kann dementsprechend unterschiedliche haptische und/oder akustische Ausgabe-Rückkopplungen an den Benutzer auslösen. Exemplarische haptische und/oder akustische Rückmeldesignalantworten sind in den U.S.-Patentanmeldungen Nr. 2015/0097794 und 2015/0097793 beschrieben, die beide am 9. April 2015 veröffentlicht wurden und im Anhang zu dieser Anmeldung aufgeführt sind.
Die Zeichnungen veranschaulichen die Schalterbaugruppe in aufrechter Ausrichtung, bei der die mittlere Längsachse A-A vertikal ausgerichtet ist. Die in den Zeichnungen dargestellte Ausrichtung sollte jedoch nicht einschränken, wie die Schalterbaugruppe im Fahrzeug ausgerichtet sein darf. So ist beispielsweise in verschiedenen Ausführungen die Schalterbaugruppe im Fahrzeug so angeordnet, dass die zentrale Längsachse A-A horizontal ist oder eine horizontale Komponente gegenüber dem Boden aufweist.
In bestimmten Ausführungen ermöglicht die Schalterbaugruppe 100 einem Benutzer das Blättern durch eine Liste von Menüoptionen, die von einem Menüsystem bereitgestellt werden. Wie hierin verwendet, bezieht sich „Menüsystem“ auf jedes System, das eine Liste von einer oder mehreren Optionen enthält, und „Menüoptionen“ auf die vom Menüsystem bereitgestellten Optionen. Wenn das Menüsystem eine relativ lange Liste von Menüoptionen hat, bietet die Schalterbaugruppe 100 eine Kraft-Scroll-Funktion, die es dem Benutzer ermöglicht, mehr Kraft auf die Berührungsauflageplatte 195 auszuüben, um schneller durch die Menüoptionen zu scrollen oder weniger Kraft auszuüben um weniger schnell zu Scrollen. Die haptische Rückkopplung entspricht der Geschwindigkeit, mit der durch die Menüoptionen geblättert wird, um dem Benutzer eine haptisches Rückkopplung zu geben, wenn die Menüoptionen durchgeblättert werden. So sind die Geschwindigkeit des Scrollens und die Frequenz, mit der die Druckwellen vom haptischen Erreger 160 ausgegeben werden, proportional zur Höhe der aufgebrachten Kraft.
Um die Kraft-Scroll-Funktion zu aktivieren, wird für die Schalterbaugruppe 100 eine Kraft-Scroll-Verzögerung eingestellt, je nach Ausführung. So aktiviert der Prozessor beispielsweise das Kraft-Scrollen als Reaktion auf das Erfassen einer Anfangsschwellenwertkraft auf die Kraftsensoren 140 für eine minimal verstrichene Zeit. Der Anfangsschwellenwert für die Kraft und die minimale verstrichene Zeit kann während der Herstellung eingestellt oder später vom Endverbraucher oder einem Hersteller anderer Geräte, welche die Schalterbaugruppe beinhalten, geändert werden.
Einmal aktiviert, ermöglicht die Kraft-Scroll-Funktion dem Benutzer das Scrollen durch eine Vielzahl von Menüoptionen mit einem Herunterdrücken und einem Anheben, um hin zu oder in der Nähe der zu wählenden Menüoption zu scrollen, anstatt sequentielle Herunterdrück- und Anhebevorgänge auf die Berührungsauflageplatte 195 anwenden zu müssen, um durch jede Option zu scrollen. Sobald sich der Benutzer dem zu wählenden Menüpunkt nähert, kann er schneller drücken und abheben, um nacheinander durch die Menüpunkte zu scrollen, bis der zu wählende Menüpunkt erreicht ist.
Zum Beispiel, wie in 24 dargestellt, kann das allgemeine Konzept, dass die Scrollgeschwindigkeit direkt proportional zur Kraft, die auf die Berührungsauflageplatte 195 ausgeübt wird, und zur Zeit, in der die Kraft ausgeübt wird, sein. Mit anderen Worten, wenn die aufgewendete Kraft mit der Zeit zunimmt, steigt die Scrollgeschwindigkeit 2402 proportional mit der Zeit. Die Beziehung kann linear (wie in 24 dargestellt), exponentiell oder in einer anderen Beziehung sein, so dass die Scrollgeschwindigkeit mit der Zeit zunimmt, wenn die auf die Berührungsauflageplatte 195 aufgebrachte Kraft zunimmt. Es ist auch zu beachten, dass die Scrollgeschwindigkeit abnimmt, wenn die auf die Berührungsauflageplatte 195 ausgeübte Kraft mit der Zeit abnimmt. 25A-25C zeigen das Verhältnis der Scrollgeschwindigkeit über die Zeit bei einer ständig zunehmenden Kraft, Kraft₁, wobei Kraft₁ zunächst über einem bestimmten Schwellenwert liegt und Kraft₁ ständig angewendet wird und mit der Zeit zunimmt. In einigen Fällen, wie in 25A dargestellt, nimmt die Scrollgeschwindigkeit weiter zu, solange die Kraft Kraft₁ auf die Berührungsauflageplatte 195 aufgebracht wird. In anderen Fällen, wie in 25B dargestellt, kann die Scrollgeschwindigkeit eine maximale Scrollgeschwindigkeit erreichen (verbunden mit der Kraft, die auf die Berührungsauflageplatte ausgeübt wird und die sich an oder über einem Schwellenwert befindet), unabhängig von der ausgeübten Kraft. Wenn die Kraft, die auf die Berührungsauflageplatte 195 ausgeübt wird, abnimmt, kann die Scrollgeschwindigkeit proportional unter die maximale Scrollgeschwindigkeit fallen. In noch weiteren Fällen, wie in 25C dargestellt, kann es unabhängig von der auf die Berührungsauflageplatte 195 ausgeübten Kraft (solange die ausgeübte Kraft über der Schwellenwertkraft liegt) zu einer Verzögerung kommen, bevor das Scrollen beginnt. Sobald das Scrollen beginnt, kann es beginnen und mit einer ersten Rate (langsames Scrollen) für einen bestimmten Zeitraum und dann schneller zu höheren Scrollgeschwindigkeiten (schnelles Scrollen) beschleunigt werden. Dies kann auftreten, wenn die aufgebrachte Kraft über die Zeit konstant bleibt und/oder die aufgebrachte Kraft mit der Zeit zunimmt. Ebenso kann die Scrollgeschwindigkeit proportional zur aufgebrachten Kraft oder in diskreten Schritten abnehmen, wenn die aufgebrachte Kraft abnimmt. Da die Kraft auf die Berührungsauflageplatte 195 ausgeübt wird, kann es auch diskrete Zeitspannen der Scroll-Geschwindigkeit geben. Wie beispielsweise in 25D dargestellt, kann es nach Aufbringung der Anfangskraft und mit zunehmender Kraft zu einer Verzögerung kommen. Nach der Anfangszeitspanne kann es eine Zeitspanne geben, in der die Scrollgeschwindigkeit auf eine eingestellte konstante Scrollgeschwindigkeit springt. Dann kann es eine zusätzliche Zeitspanne geben, in der die Scrollgeschwindigkeit weiter springt, um diskrete konstante Werte einzustellen, wenn die aufgebrachte Kraft beibehalten wird und/oder weiter zunimmt. Wie oben, wenn die aufgebrachte Kraft verringert wird, kann die Scrollgeschwindigkeit in diskreten Schritten mit Zeitspannen konstanter Geschwindigkeit bei jedem Schritt „heruntergehen“. Die 25E und 25F zeigen weitere Ausführungsformen des Kraft-Scrollens. In 25E beginnt das Scrollen und beschleunigt sich langsam, sobald die aufgebrachte Kraft einen Schwellenwert überschreitet. Es erreicht dann eine Zeit, t1, wo es schneller beschleunigt, wenn die Kraft mit der Zeit aufrechterhalten und/oder erhöht wird. Das Scrollen kann sich weiter beschleunigen, wenn die Kraft mit der Zeit aufrechterhalten und/oder erhöht wird. Ebenso kann die Scrollrate abnehmen, wenn die aufgebrachte Kraft geringer wird. In 25F beginnt die Scrollrate mit einer Anfangsscrollgeschwindigkeit, unabhängig von der auf die Berührungsauflageplatte 195 ausgeübten Kraft (sofern die ausgeübte Kraft größer als eine Schwellenwertkraft ist). Wenn die aufgebrachte Kraft beibehalten und/oder erhöht wird, springt die Scrollgeschwindigkeit auf eine andere Scrollrate, die schneller ist als die Anfangsrate. Wenn die Kraft aufrechterhalten und/oder erhöht wird, kann sich die Scrollrate in diskreten Schritten weiter beschleunigen. Ebenso kann die Scrollrate abnehmen, wenn die aufgebrachte Kraft geringer wird.
Es ist zu beachten, dass die 25A-25F nicht einschränkende Beispiele dafür veranschaulichen, wie die Scrollrate je nach der Zeit, in der die Kraft auf die Berührungsauflageplatte ausgeübt wird, und/oder nach der Kraft, die auf die Berührungsauflageplatte ausgeübt wird, variieren kann. Im Allgemeinen hat jede auf die Berührungsauflageplatte ausgeübte Kraft (solange die Kraft über einem Mindestschwellenwert liegt) eine zugehörige Scrollgeschwindigkeit. Wenn jedoch zunächst eine übermäßige Kraft auf die Berührungsauflageplatte ausgeübt wird (d.h. eine „harte Berührung“), kann es wünschenswert sein, dass die Scrollgeschwindigkeit nicht auf die Geschwindigkeit beschleunigt wird, die mit der ausgeführten Berührung verbunden ist, sondern dass die Scroll-Geschwindigkeit zunächst verzögert werden kann oder für mindestens eine Anfangszeitspanne eine Scrollgeschwindigkeit ist, die einer geringeren Kraft zugeordnet ist. Die Geschwindigkeit kann dann auf die Scrollgeschwindigkeit ansteigen, die der Kraft entspricht, die nach Ablauf der Anfangszeitspanne aufgebracht wird.
21 veranschaulicht ein Flussdiagramm der Funktionsweise der Kraft-Scroll-Funktion gemäß einigen Ausführungen. Die Schritte im Flussdiagramm sind auf dem Speicher 523 gespeichert und werden in bestimmten Ausführungen vom Prozessor 522 ausgeführt. Ab Schritt 2102 wird von den Kraftsensoren 140 ein Kraftsignal empfangen. Anschließend wird bei Schritt 2104 eine dem Kraftsignal zugeordnete Kraftmenge bestimmt. Bei Schritt 2106 wird die Kraftmenge mit einer Anfangsschwellenwertkraftmenge verglichen, um zu bestimmen, ob der Anfangsschwellenwert überschritten wird. Anschließend wird in Schritt 2108 eine verstrichene Zeit gemessen, in welcher die Kraftmenge den Anfangsschwellenwert überschreitet, und in Schritt 2110 wird die verstrichene Zeit mit einer minimalen verstrichenen Zeit verglichen.
Als Reaktion darauf, dass die verstrichene Zeit größer als die minimale verstrichene Zeit ist, wird ein haptisches Rückkopplungssteuersignal zur Kommunikation mit dem haptischen Erreger erzeugt, wie in Schritt 2112 dargestellt. Das haptische Rückkopplungssignal bewirkt, dass der haptische Erreger 160 eine Vielzahl von Druckwellen mit einer Ausbreitungsfrequenz aussendet, die proportional zur Kraftmenge ist. Die Ausbreitungsfrequenz bezieht sich auf die Anzahl der Male pro Sekunde, die der haptische Erreger 160 jede einzelne, sequentielle Druckwelle aussendet. Die Frequenz jeder Druckwelle ist eine Druckwellenfrequenz und kann während der Herstellung eingestellt oder später vom Endverbraucher oder einem Hersteller anderer Geräte, welche die Schalterbaugruppe beinhalten, geändert werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Druckwellenfrequenz aus einer Vielzahl von Druckwellenfrequenzen ausgewählt werden, basierend auf dem von der Schalteranordnung 100 empfangenen Signal.
Die haptische Rückkopplung kann unhörbare Druckwellen beinhalten, die eine Schwingungsausgabe an den Benutzer bewirken, hörbare Druckwellen, die eine akustische Ausgabe an den Benutzer bewirken, und/oder ein Muster von unhörbaren und hörbaren Druckwellen, die abwechselnd übertragen werden. Und bei Ausführungen, bei denen zwei oder mehr Schalteranordnungen 100 mit der Lenkanordnung gekoppelt sind, kann die haptische Rückkopplung unhörbare und/oder hörbare Druckwellen beinhalten, die sich von einer anderen Schalteranordnung 100 als derjenigen, auf die der Benutzer eine Kraft ausgeübt hat, ausbreiten. Die unhörbaren Druckwellen sind Druckwellen mit einer Frequenz, die unterhalb des für Menschen hörbaren Frequenzbereichs liegt, und die hörbaren Druckwellen sind Druckwellen mit einer Frequenz, die innerhalb des für Menschen hörbaren Frequenzbereichs liegt. Darüber hinaus werden die hörbaren Druckwellen aus einem oder mehreren gespeicherten Audioausgabesignalen ausgewählt. Der haptische Erreger ist in bestimmten Ausführungen ein Lautsprecher, und der Lautsprecher macht bei der Ausgabe der unhörbaren Druckwellen kein hörbares Geräusch. So kann der Lautsprecher beispielsweise einen Standard-Schwingspulenlautsprecher mit entferntem Konus beinhalten.
Zusätzlich wird ein Scroll-Steuersignal zur Kommunikation mit dem Menüsystem erzeugt, wie in Schritt 2114 dargestellt. Das Menüsystem verfügt über eine Vielzahl von Menüoptionen, und das Scrollsteuersignal bewirkt, dass das Menüsystem mit einer der Ausbreitungsfrequenz zugeordneten Scrollfrequenz durch die Vielzahl von Menüoptionen scrollt. Die Scrollfrequenz ist in einigen Ausführungen identisch mit der Ausbreitungsfrequenz.
Außerdem wird in einigen Ausführungen die Ausbreitungsfrequenz aus einem Frequenzbereich zwischen einer Minimalfrequenz und einer Maximalfrequenz ausgewählt. Eine Differenz zwischen der Maximalfrequenz und der Minimalfrequenz ist proportional zu einer Anzahl von Menüoptionen des Menüsystems. So kann beispielsweise die Steigung der Steuerfrequenz, mit der die Druckwellen ausgegeben werden, gegenüber der Kraft und der Geschwindigkeit, mit der zwischen den Menüoptionen geblättert wird, je nach Anzahl der Menüoptionen und/oder je nach Benutzer- oder Fertigungspräferenzen erhöht oder verringert werden. Wie beispielsweise in 22A dargestellt, weist das Diagramm auf der linken Seite eine Anfangsschwellenwertkraft von 1 Newton und eine Anfangsscrollrate von 0,4 Sekunden zwischen haptischen Ausgaben auf. Die Scrollrate sinkt auf 0,1 Sekunden bei einer Kraft von 10 Newton. 22B veranschaulicht ein weiteres Diagramm, bei dem der Anfangsschwellenwert für die Kraftmenge 3 Newton und die Anfangsscrollrate 0,3 Sekunden beträgt. Die Scrollrate sinkt mit einer Kraft von 8 Newton auf 0,1 Sekunden. Wie hierin verwendet, bezieht sich „Scrollrate“ auf die Zeitspanne zwischen haptischen Ausgaben und dem Scrollen zwischen den Menüoptionen.
Wie in 23 dargestellt, ist die Schalterbaugruppe 100 ein Bildschirm 1000 zur Anzeige der Vielzahl von Menüoptionen 1002 zugeordnet. Der Bildschirm 1000 ist angrenzend an die Schalterbaugruppe 100 in 23, wie beispielsweise auf einem Armaturenbrett oder einer Mittelkonsole im Fahrzeug, angeordnet, aber in anderen Ausführungen kann der Bildschirm Teil der Schalterbaugruppe oder weiter von der Schalterbaugruppe 100 entfernt sein.
Das Menüsystem beinhaltet jedes System, das eine Liste von Optionen bereitstellt, die vom Benutzer ausgewählt werden können. Eine nicht einschränkende Liste von exemplarischen Menüsystemen beinhaltet die Lautstärkeregelung für ein Audiosystem oder eine Vorrichtung, eine Dropdown-Liste und eine alphanumerische Liste.
Die oben beschriebene Kraft-Scroll-Funktionalität wurde in Bezug auf die in den nebenstehenden Abbildungen dargestellten Schalterbaugruppen beschrieben. Die Kraft-Scroll-Funktionalität kann jedoch mit jedem Kraftmesssystem verwendet werden, das das Scrollen durch ein Menüsystem steuert. Die Kraftsensorsysteme beinhalten beispielsweise einen oder mehrere Kraftsensoren, eine Berührungsplatte, welche die von einer Berührungsfläche der Berührungsplatte empfangene Kraft auf die einen oder mehreren Kraftsensoren überträgt, einen haptischen Erreger, einen Speicher und einen Prozessor in elektrischer Verbindung mit dem Speicher, den einen oder mehreren Kraftsensoren und dem haptischen Erreger. Der Speicher speichert die Anweisungen und der Prozessor führt die Anweisungen wie oben beschrieben aus, um dem Benutzer der Schalterbaugruppe haptische Rückkopplung zu geben, während der Benutzer durch ein Menüsystem scrollt.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungen und soll keine Einschränkung der Erfindung darstellen. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen beinhalten, sofern der Kontext nichts anderes anzeigt. Es wird weiter verstanden, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, aber das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Handlungen und Äquivalente aller Mittel oder Schritte plus Funktionselemente in den folgenden Ansprüchen sollen jede Struktur, jedes Material oder jede Handlung zur Erfüllung der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen, wie ausdrücklich beansprucht, beinhalten. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde zur Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt, soll aber nicht vollständig oder auf die Erfindung in der offenbarten Form beschränkt sein. Viele Modifikationen und Variationen werden für diejenigen mit gewöhnlichen Fertigkeiten in dem Gebiet offensichtlich sein, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen. Die Ausführung wurde gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und die praktische Anwendung am besten zu erklären und es anderen mit gewöhnlichen Kenntnissen in der Technik zu ermöglichen, die Erfindung für verschiedene Ausführungen mit verschiedenen Modifikationen zu verstehen, die für die jeweilige vorgesehene Verwendung geeignet sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62442311 [0001]
US 2015/0097791 [0052]
US 2015/0097795 [0052]
US 2015/0097794 [0053]
US 2015/0097793 [0053]

Claims

Eine elektronische Vorrichtung, umfassend: eine berührungsempfindliche Schnittstelle, die einen oder mehrere Kraftsensoren und eine Berührungsfläche umfasst, wobei die Berührungsfläche die von der Berührungsfläche empfangene Kraft auf den einen oder die mehreren Kraftsensoren überträgt; einen haptischen Erreger; einen Speicher; und einen Prozessor, wobei der Prozessor in elektrischer Verbindung mit einem oder mehreren Kraftsensoren, dem haptischen Erreger und dem Speicher steht, wobei der Prozessor auf dem Speicher gespeicherte Anweisungen ausführt, wobei die Anweisungen den Prozessor veranlassen: ein Kraftsignal von dem einem oder den mehreren Kraftsensoren zu empfangen; eine dem Kraftsignal zugeordnete Kraftmenge zu bestimmen; die Kraftmenge mit einem Anfangskraftschwellenwertbetrag zu vergleichen, um zu bestimmen, ob die Kraftmenge den Anfangskraftschwellenwerbetrag überschreitet; eine verstrichenen Zeit, in welcher die Kraftmenge den Anfangskraftschwellenwerbetrag überschreitet, zu messen; die verstrichene Zeit mit einer minimalen verstrichenen Zeit zu vergleichen; und als Reaktion darauf, dass die verstrichene Zeit größer als die minimale verstrichene Zeit ist, ein haptischen Rückkopplungssteuersignals zur Kommunikation mit dem haptischen Erreger zu erzeugen, wobei das haptische Rückkopplungssteuersignal bewirkt, dass der haptische Erreger eine Vielzahl von Druckwellen mit einer Ausbreitungsfrequenz verbreitet, wobei die Ausbreitungsfrequenz proportional zur Kraftmenge ist.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anweisungen ferner bewirken, dass der Prozessor ein Scroll-Steuersignal zur Kommunikation mit einem Menüsystem erzeugt, wobei das Menüsystem eine Vielzahl von Menüoptionen aufweist und das Scroll-Steuersignal bewirkt, dass das Menüsystem mit einer Scrollfrequenz durch die Vielzahl von Menüoptionen scrollt.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Scrollfrequenz der Ausbreitungsfrequenz zugeordnet ist.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Scroll-Steuersignal über einen Zeitspanne hinweg erzeugt wird, während das Kraftsignal von dem einem oder den mehreren Kraftsensoren empfangen wird, wobei die Zeitspanne mindestens zwei Zeitspannen umfasst, eine erste Zeitspanne und eine zweite Zeitspanne.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine erste Scrollfrequenz der ersten Zeitspanne und eine zweite Scrollfrequenz der zweiten Zeitspanne zugeordnet ist.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die erste Scrollfrequenz und die zweite Scrollfrequenz nicht identisch sind.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die erste Scrollfrequenz kleiner als die zweite Scrollfrequenz ist.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die erste Scrollfrequenz kleiner als die Ausbreitungsfrequenz ist.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die erste Scrollfrequenz Null ist.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die zweite Scrollfrequenz gleich oder größer als die Ausbreitungsfrequenz ist.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die erste Scrollfrequenz größer ist als die zweite Scrollfrequenz.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die zweite Scrollfrequenz kleiner als die Ausbreitungsfrequenz ist.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die zweite Scrollfrequenz Null ist.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die erste Scrollfrequenz gleich oder größer als die Ausbreitungsfrequenz ist.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei es der Scrollfrequenz verboten ist, eine maximale Scrollfrequenz zu überschreiten.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Scrollfrequenz gleich der Ausbreitungsfrequenz ist.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Ausbreitungsfrequenz aus einem Bereich von Ausbreitungsfrequenzen zwischen einer minimalen Ausbreitungsfrequenz und einer maximalen Ausbreitungsfrequenz ausgewählt ist, und wobei eine Differenz zwischen der maximalen Ausbreitungsfrequenz und der minimalen Ausbreitungsfrequenz proportional zu einer Anzahl von Menüoptionen des Menüsystems ist.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend einen Bildschirm zum Anzeigen der Vielzahl von Menüoptionen.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Bildschirm benachbart zur Berührungsfläche angeordnet ist.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Menüsystem ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einem Lautstärkeregler, einer Dropdown-Liste und einer alphanumerischen Liste.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Druckwelle eine unhörbare Druckwelle umfasst.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Druckwelle eine hörbare Druckwelle umfasst.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die haptische Ausgabe unhörbare und hörbare Druckwellen umfasst, die sich nacheinander ausbreiten.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die hörbare Druckwelle aus einer Vielzahl von hörbaren Druckwellen ausgewählt ist.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei mindestens eine unhörbare Druckwelle ausgestrahlt wird, nachdem mindestens eine hörbare Druckwelle ausgestrahlt wurde.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei eine Verzögerung zwischen der Ausbreitung der unhörbaren Druckwelle nach der Ausbreitung der hörbaren Druckwelle weniger als 25 Millisekunden beträgt.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei mindestens eine hörbare Druckwelle ausgestrahlt wird, nachdem mindestens eine unhörbare Druckwelle ausgestrahlt wurde.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Berührungsfläche eine erste Oberfläche aufweist, die dem einen oder den mehreren Kraftsensoren zugewandt ist, und der haptische Erreger eine Ausgabeschnittstellenoberfläche aufweist, die senkrecht zu einer Ausbreitungsachse des haptischen Erregers steht, wobei die Ausgabeschnittstellenoberfläche mit der ersten Oberfläche der Berührungsfläche gekoppelt ist und die Berührungsfläche entlang der Ausbreitungsachse schwingen lässt.
Ein Verfahren zum Steuern einer haptischen Reaktion, umfassend: Empfangen eines Kraftsignals von einem oder mehreren Kraftsensoren; Bestimmen einer dem Kraftsignal zugeordneten Kraftmenge; Vergleichen der Kraftmenge mit einem Anfangskraftschwellenwertbetrag, um zu bestimmen, ob die Kraftmenge den Anfangskraftschwellenwerbetrag überschreitet; Messen einer verstrichenen Zeit, in welcher die Kraftmenge den Anfangskraftschwellenwerbetrag überschreitet; Vergleichen der verstrichenen Zeit mit einer minimalen verstrichenen Zeit; und als Reaktion darauf, dass die verstrichene Zeit größer als die minimale verstrichene Zeit ist, Erzeugen eines haptischen Rückkopplungssteuersignals, wobei das haptische Rückkopplungssteuersignal einen haptischen Erreger veranlasst, eine Vielzahl von Druckwellen bei einer Ausbreitungsfrequenz zu verbreiten, wobei die Ausbreitungsfrequenz proportional zur Kraftmenge ist.
Das Verfahren nach Anspruch 29, ferner umfassend das Erzeugen eines Scroll-Steuersignals, wobei das Scroll-Steuersignal ein Menüsystem veranlasst, mit einer Scrollfrequenz durch eine Vielzahl von Menüoptionen zu scrollen, die vom Menüsystem bereitgestellt werden.
Das Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Scrollfrequenz der Ausbreitungsfrequenz zugeordnet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Scrollsteuersignal über eine Zeitspanne hinweg erzeugt wird, während das Kraftsignal von einem oder mehreren Kraftsensoren empfangen wird, wobei die Zeitspanne mindestens zwei Zeitspannen umfasst, eine erste Zeitspanne und eine zweite Zeitspanne.
Das Verfahren nach Anspruch 32, wobei eine erste Scrollfrequenz der ersten Zeitspanne zugeordnet ist und eine zweite Scrollfrequenz der zweiten Zeitspanne zugeordnet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 33, wobei die erste Scrollfrequenz und die zweite Scrollfrequenz nicht identisch sind.
Das Verfahren nach Anspruch 34, wobei die erste Scrollfrequenz kleiner als die zweite Scrollfrequenz ist.
Das Verfahren nach Anspruch 35, wobei die erste Scrollfrequenz kleiner als die Ausbreitungsfrequenz ist.
Das Verfahren nach Anspruch 36, wobei die erste Scrollfrequenz Null ist.
Das Verfahren nach Anspruch 35, wobei die zweite Scrollfrequenz gleich oder größer als die Ausbreitungsfrequenz ist.
Das Verfahren nach Anspruch 34, wobei die erste Scrollfrequenz größer ist als die zweite Scrollfrequenz.
Das Verfahren nach Anspruch 39, wobei die zweite Scrollfrequenz kleiner als die Ausbreitungsfrequenz ist.
Das Verfahren nach Anspruch 40, wobei die zweite Scrollfrequenz Null ist.
Das Verfahren nach Anspruch 39, wobei die erste Scrollfrequenz gleich oder größer als die Ausbreitungsfrequenz ist.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei es der Scrollfrequenz verboten ist, eine maximale Scrollfrequenz zu überschreiten.
Das Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Scrollfrequenz gleich der Ausbreitungsfrequenz der haptischen Ausgabe ist.
Das Verfahren nach Anspruch 44, wobei die Ausbreitungsfrequenz aus einem Bereich von Ausbreitungsfrequenzen zwischen einer minimalen Ausbreitungsfrequenz und einer maximalen Ausbreitungsfrequenz ausgewählt ist, und wobei eine Differenz zwischen der maximalen Ausbreitungsfrequenz und der minimalen Ausbreitungsfrequenz proportional zu einer Anzahl von Menüoptionen des Menüsystems ist.
Das Verfahren nach Anspruch 30, ferner umfassend das Anzeigen der Vielzahl von Menüoptionen.
Das Verfahren nach Anspruch 29, wobei die Druckwelle eine unhörbare Druckwelle umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 29, wobei die Druckwelle eine hörbare Druckwelle umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 29, wobei die haptische Ausgabe unhörbare und hörbare Druckwellen umfasst, die sich nacheinander ausbreiten.
Das Verfahren nach Anspruch 48 oder 49, wobei die hörbare Druckwelle aus einer Vielzahl von hörbaren Druckwellen ausgewählt ist.
Das Verfahren nach Anspruch 49, wobei mindestens eine unhörbare Druckwelle ausgestrahlt wird, nachdem mindestens eine hörbare Druckwelle ausgestrahlt wurde.
Das Verfahren nach Anspruch 51, wobei eine Verzögerung zwischen der Ausbreitung der unhörbaren Druckwelle nach der Ausbreitung der hörbaren Druckwelle weniger als 25 Millisekunden beträgt.
Das Verfahren nach Anspruch 49, wobei mindestens eine hörbare Druckwelle ausgestrahlt wird, nachdem mindestens eine unhörbare Druckwelle ausgestrahlt wurde.