ES2927805T3

ES2927805T3 - Sistema de control capacitivo, en particular un módulo integrado en la columna del volante de un vehículo automóvil

Info

Publication number: ES2927805T3
Application number: ES18728247T
Authority: ES
Inventors: Marek Wozniak; Wojciech Syrek
Original assignee: Merit Automotive Electronics Systems SL
Current assignee: Merit Automotive Electronics Systems SL
Priority date: 2018-04-16
Filing date: 2018-04-16
Publication date: 2022-11-11
Anticipated expiration: 2038-04-16
Also published as: EP3782287A1; WO2019203668A1; CN112640309A; BR112020021172A2; EP3782287B1; KR20210018803A; US20210094613A1; MX2020010911A; JP2021527916A

Abstract

La presente invención se refiere a un sistema de control capacitivo (1), en particular un módulo integrado en la columna de dirección de un vehículo automóvil, que comprende un soporte (6), al menos un elemento de control (3, 4, 5) dispuesto de forma desplazable dentro del soporte (6), al menos una primera región de activación capacitiva (81a-81e) adyacente a una segunda región de activación capacitiva (71a-71e) y dispuesta debajo y cooperando con dicho elemento de control (3, 4, 5) para cambiar la distancia y así capacitancia eléctrica entre la primera (81a-81e) y la segunda (71a-71e) regiones de activación capacitiva. Para aumentar la robustez del sistema de control capacitivo (1), dicha al menos una primera región de activación capacitiva (81a-81e) está dispuesta en un brazo metálico deformable (83) acoplado hápticamente con dicho elemento de control (3, 4, 5). , en el que dicho enganche háptico lo proporciona un resalte conformado (82) o rebaje del brazo (83) que coopera con al menos un rebaje interno (32, 42, 52) o resalte de dicho elemento de control (3, 4, 5), y la distancia entre la primera (81a-81e) y la segunda (71a-71e) regiones de activación capacitiva permanece mayor que cero. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de control capacitivo, en particular un módulo integrado en la columna del volante de un vehículo automóvil

La presente invención se refiere a un sistema de control capacitivo, en particular un módulo integrado en la columna del volante de un vehículo automóvil, que comprende un soporte, al menos un elemento de control dispuesto de forma desplazable dentro del soporte, al menos una primera región activadora capacitiva adyacente a una segunda región activadora capacitiva y dispuesta debajo y cooperando con dicho elemento de control para cambiar la distancia y, por tanto, la capacitancia eléctrica entre las región activadora capacitiva primera y segunda.

Antecedentes de la invención

Se sabe que los sistemas de control capacitivos de este tipo se utilizan como teclados de ordenador o pulsadores. En la técnica anterior también se han propuesto teclados y pulsadores capacitivos sin contacto, por lo tanto más resistentes al desgaste y a la oxidación.

La solicitud de patente US2017111044 por ejemplo, describe una estructura de tecla sensible capacitiva que incluye una tecla, un componente de soporte, una almohadilla de fijación, un sustrato y una parte conductora. La tecla incluye un cuerpo de tecla y una pared de conexión que encierra un espacio receptor. El componente de soporte se dispone en el espacio receptor e incluye un cuerpo, una pared cónica, un espacio de amortiguación y una almohadilla extensible conectada a la pared cónica. El cuerpo topa contra el cuerpo de tecla. La parte conductora se dispone en la parte inferior del cuerpo y dentro del espacio de amortiguación. El sustrato se conecta a la almohadilla de fijación y tiene sobre el mismo una unidad de circuito y una capa de detección. El sustrato se recubre con una capa aislante que cubre la capa de detección. Cuando se presiona el cuerpo de la tecla para presionar contra el componente de soporte, se producen cambios electrostáticos debido a los cambios en la distancia entre la parte conductora hecha de silicona conductora y la capa de detección del sustrato; por lo tanto, el cuerpo de tecla impulsa la unidad de circuito para que genere una señal eléctrica cuando la distancia cambia a una distancia predeterminada (menos de 0,5 mm) sin entrar en contacto directo con el sustrato.

En las memorias descriptivas US3653038, US1665616 y FR2431223 dan a conocer dispositivos similares de señales eléctricas sin contacto de naturaleza capacitiva.

La publicación de patente GB 1584345 A da a conocer un teclado que tiene una pluralidad de estaciones de tecla y que comprende una placa de circuito impreso que tiene una pluralidad de placas de condensador formadas en ella, cada estación de tecla incluye una tecla y medios dispuestos para soportar la tecla para el movimiento operativo y en donde se proporcionan medios de resorte de metal conductor que tienen una pluralidad de partes movibles por separado de una tira de resorte integral, las partes movibles por separado se apoyan de manera resiliente contra los extremos inferiores de las teclas respectivas para obligar por separado las diversas teclas hacia arriba, constituyendo dichas partes movibles por separado placas de condensador accionadas por tecla conectadas eléctricamente pero movibles por separado, cooperando respectivamente con placas de condensador fijas en la placa de circuito impreso.

A menudo es deseable proporcionar una respuesta háptica al usuario que toca el elemento de control, para que sepa que un efecto predefinido deseado se ha realizado sin ninguna otra respuesta del sistema.

Esta necesidad es particularmente visible si el sistema de control va a ser utilizado por un conductor en la cabina de un vehículo y en particular si el sistema de control tiene una forma de módulo integrado en la columna del volante. La respuesta háptica proporciona al conductor una reacción somatosensorial inmediata, que no distrae ni visual ni auditivamente.

Los módulos integrados en la columna del volante en una industria automotriz generalmente se usan para controlar diversos componentes y subsistemas de un vehículo, incluidas luces, limpiaparabrisas, lavaparabrisas, control de crucero, sistema de audio, etc. Por lo general, forman unidades compactas preensambladas que en la línea de ensamblaje del vehículo se fijan mecánicamente al salpicadero del vehículo o a la columna del volante y se conectan eléctricamente al cableado del vehículo. Por lo general, la funcionalidad de control de los módulos integrados de columna se implementa utilizando láminas resistivas de detección de fuerza o interruptores de contacto conductivo, mientras que la funcionalidad háptica se implementa utilizando resortes o émbolos de resorte. Desgraciadamente, estas soluciones son relativamente caras e imprecisas, mientras que su montaje es complicado.

Por lo tanto, el objeto de la presente invención ha sido proporcionar un sistema de control capacitivo robusto, que estaría exento de los inconvenientes de las soluciones de la técnica anterior, rentable y sencillo de fabricar y montar.

Compendio de la invención

La invención proporciona un sistema de control capacitivo del tipo mencionado al principio, como se indica en la reivindicación 1 independiente.

El término "elemento de control", tal como se usa en esta memoria, indica un elemento que el usuario hace rotar o desplaza de manera similar para efectuar un efecto predefinido en el módulo controlado por el sistema de control.

El sistema de control de la presente invención funciona en un modo capacitivo sin contacto, por lo que no se producen cortocircuitos, oxidación ni roturas entre las regiones activadoras capacitivas.

Preferiblemente, el sistema comprende una serie de elementos de control rotacionales.

El sistema comprende al menos una pieza uniforme conformada provista de varios de dichos brazos, en donde cada elemento de control se acopla hápticamente con al menos un brazo. Evidentemente, el sistema puede comprender una sola pieza uniforme conformada provista de todas las primeras regiones activadoras capacitivas, o dos piezas conformadas dispuestas simétricamente.

Preferiblemente, al menos un elemento de control se acopla hápticamente con más de un brazo. Esto proporciona diferentes modos de activación para el elemento de control.

Dicho al menos un elemento de control rotacional se provee de rebajes o salientes internos en forma de una leva interna.

Preferiblemente, el sistema se provee de una placa de circuito impreso dispuesta debajo de dicho brazo deformable y dicha al menos una segunda región activadora capacitiva tiene la forma de una pista conductora de dicha placa de circuito impreso.

Por tanto, una placa de circuito impreso con las segundas regiones activadoras capacitivas se dispone perpendicularmente al plano de desplazamiento de los brazos y por tanto el sistema puede comprender una única placa de circuito impreso provista de todas las segundas regiones activadoras capacitivas, preferiblemente a ambos lados de la misma. Esto obviamente reduce la complejidad y los costes del sistema.

Preferiblemente, dicho soporte se provee de al menos un apoyo para dicho al menos un elemento de control rotacional. Preferiblemente, dicho al menos un elemento de control rotacional es un elemento de control multiestable o un elemento de control monoestable.

El sistema de control de la presente invención comprende una pequeña cantidad de partes distintas, lo que lo hace compacto y simple de fabricar y ensamblar.

Breve descripción de los dibujos

La invención se describirá y explicará a continuación en relación con los dibujos adjuntos en los que:

la Fig. 1 es una vista esquemática en perspectiva, en despiece ordenado, de una realización de un sistema de control capacitivo según la presente invención;

la Fig. 2 es una vista en sección transversal esquemática del sistema ensamblado de la Fig. 1;

la Fig. 3 es una vista esquemática en perspectiva de un elemento conformado que contiene todas las primeras regiones activadoras capacitivas del sistema de la Fig. 1;

la Fig. 4 es una vista esquemática en perspectiva de un primer elemento de control rotacional del sistema de la Fig. 1; La Fig. 5 ilustra esquemáticamente cuatro modos de activación ejemplares diferentes del primer elemento de control rotacional que se muestra en la Fig. 4

la Fig. 6 es una vista en sección transversal esquemática del sistema de la Fig. 1 a lo largo del plano A-A de la Fig. 2; la Fig. 7 es una vista esquemática en perspectiva de un segundo elemento de control rotacional del sistema de la Fig. 1;

la Fig. 8 es una vista en sección transversal esquemática del sistema de la Fig. 1 a lo largo del plano B-B de la Fig. 2; la Fig. 9 es una vista en sección transversal esquemática del sistema de la Fig. 1 en el área de un elemento de control deslizable; y

la Fig. 10 es una vista esquemática en perspectiva de un elemento de apoyo interno del sistema de la Fig. 1.

Descripción detallada de la realización preferida

La realización de un sistema de control capacitivo 1 que se muestra en la Fig. 1 y la Fig. 2 tiene la forma de un sistema de control de automóvil y, más en particular, un módulo integrado en la columna del volante (CIM). El sistema 1 comprende una palanca de control 2, cuyas inclinaciones controladas pueden usarse, por ejemplo, para encender y apagar los limpiaparabrisas del vehículo o el control de crucero, etc., un primer elemento de control rotacional multiestable 3, cuyas rotaciones pueden utilizarse, por ejemplo, para controlar la frecuencia de los limpiaparabrisas, la velocidad del control de crucero, etc., un segundo elemento de control rotacional monoestable 4, cuyas rotaciones pueden usarse, por ejemplo, para controlar el lavaparabrisas trasero, y un elemento de control deslizable (empujador) monoestable 5, cuyo desplazamiento axial puede utilizarse por ejemplo para controlar el lavaparabrisas delantero, la memoria del control de crucero, etc.

Todos los elementos de control 3, 4 y 5 del sistema 1 junto con la palanca de control 2 forman una unidad preensamblada que en la línea de montaje del vehículo se fijará mecánicamente a la columna del volante del vehículo, no mostrada en el dibujo, y se conectará eléctricamente al cableado del vehículo de una manera bien conocida por los expertos en la técnica.

En esta realización el sistema de control 1 comprende un soporte en forma de elemento de apoyo interno 6 que sirve de fijación y guía a los elementos de control 3, 4 y 5. El elemento 6 se provee de tres piezas cilíndricas 61, 62 y 63 que se posicionan perpendicularmente al eje del elemento 6 (cf. Fig. 10).

El elemento de apoyo interno 6 se traba por salto elástico dentro de la palanca 2 por medio de cuatro protuberancias axiales de traba por salto elástico 611 de la primera parte cilíndrica 61 y que cooperan con cuatro rebajes de traba por salto elástico 21 en la palanca 2. Los elementos de control rotacionales 3 y 4 se disponen rotacionalmente en secuencia sobre el elemento de apoyo interno 6, y el elemento de control deslizable 5 se traba por salto elástico de manera deslizable dentro del elemento de apoyo interno 6 y dentro del segundo elemento de control rotacional 4 con sus cuatro protuberancias de traba por salto elástico 51 que se acoplan de manera deslizable con la tercera parte cilíndrica 63 del elemento 6. Otras formas de fijación y guiado de los elementos de control 3, 4 y 5 serán evidentemente bien conocidas por los expertos en la técnica.

Una placa de circuito impreso 7 se fija dentro de una cavidad 64 al elemento de apoyo interno 6 y comprende un enchufe 72 que permite la conexión eléctrica del sistema de control al cableado del vehículo. Una pieza de metal conformada 8 (cf. Fig. 3) se dispone entre el elemento de apoyo interno 6 y los elementos de control 3, 4 y 5. La pieza 8 se conecta eléctricamente con la placa de circuito impreso 7 a través de su placa conductora 84 soldada a la pista conductora de la placa de circuito impreso 7 (no mostrada).

Como se muestra en detalle en la Fig. 3, la pieza 8 comprende cinco pares de brazos deformables 83a-83e que cooperan con los elementos de control 3, 4 y 5, como se describirá más adelante. Cada par de brazos 83* se dispone simétricamente con respecto al plano de la placa de circuito impreso 7. Cada uno de los brazos 83a-83e en su extremo se provee de una primera región activadora capacitiva 81a-81e. La placa de circuito impreso 7, por otro lado (cf. Fig. 1), comprende cinco pares de segundas regiones activadoras capacitiva 71a-71e en forma de pistas conductoras dispuestas en las caras opuestas de la placa 7. Cada segunda región activadora capacitiva 71a-71e de la placa de circuito impreso 7 se dispone debajo de la correspondiente primera región activadora capacitiva 81a-81e de la pieza de metal conformada 8.

Tal configuración simétrica iguala las tensiones mecánicas y los momentos de flexión que actúan sobre los elementos de control 3, 4 y 5. Para este fin, el sistema puede comprender obviamente dos o más piezas 8 preferiblemente simétricas con respecto al plano de la placa de circuito impreso 7.

Los brazos 83a-83e proporcionan acoplamiento háptico para los elementos de control 3, 4 y 5. Con este fin, cada brazo 83a-83d comprende un saliente conformado 82a-82d. Los salientes conformados 82a-82c cooperan con rebajes radiales 32a-32c del primer elemento de control rotacional 3, mientras que los salientes conformados 82d cooperan con los rebajes radiales 42d del segundo elemento de control rotacional 4, como se explicará más adelante. Los rebajes radiales 32a-32c y 42d tienen formas de levas internas de los elementos de control 3 y 4.

Los desplazamientos de los elementos de control 3, 4 y 5 dan como resultado cambios en las distancias y, por lo tanto, en las capacitancias eléctricas entre las regiones activadoras capacitivas primera 81a-81e y segunda 71a-71e, independientemente de la capacitancia del cuerpo humano.

Como se muestra en la Fig. 4 y la Fig. 6, el primer elemento de control rotacional 3 se provee de un mando radial 31 que permite al usuario detectar la posición radial realmente establecida del elemento 3. Los rebajes radiales 32 se disponen axialmente a lo largo de la superficie interna del elemento de control 3 (como se indica por los sufijos a, b, c que aumentan hacia el elemento de control deslizable 5) con espaciadores radiales planos (no rebajados) 33 que separan rebajes radiales particulares 32, cuando sea apropiado.

Como se muestra en la Fig. 4, el espaciador axialmente interno 33a colinda con el rebaje 32bc, el espaciador axialmente intermedio 33b separa los rebajes 32a de los 32c, mientras que el espaciador axialmente externo 33c colinda con los rebajes 32ab. Tal configuración permite diferentes modos de activación multiestables que dependen de la posición radial del elemento 3. Además, dicha geometría de leva de la superficie interna del elemento de control 3 promueve modos de activación estables (con salientes conformados 82 dentro de los rebajes 32) que rechazan posiciones intermedias.

En la Fig. 5 se muestran cuatro modos de activación ejemplares diferentes en forma de sección 2D de la superficie interna del elemento de control 3 que muestran rebajes apropiados (32 abc, 32bc, 32a/32c y 32ab) correspondientes a a-inactivo, b-inactivo, c-inactivo (34'), a-activo, b-inactivo, c-inactivo (34"), a-inactivo, b-activo, c-inactivo (34"'), ainactivo, b-inactivo, c-activo (34""). Obviamente, estos códigos binarios se pueden mapear fácilmente en números de base diez como saben los expertos en la técnica.

Como se muestra en la Fig. 6, en una posición de *-inactivo, los salientes conformados 82 del brazo 83 se ubican dentro del rebaje radial 32, de modo que la distancia d1 entre la primera región activadora capacitiva 81 del brazo 83 y la segunda región activadora capacitiva 71 de la placa de circuito impreso 7 es mayor que la distancia d2 correspondiente a una posición *-activo donde los salientes conformados 82 del brazo 83 topan en el espaciador plano 33. Estas diferencias de capacitancia pueden medirse e interpretarse en consecuencia por el sistema de control externo de vehículo. En esta realización, la distancia d1 asciende a aproximadamente 1,5 mm, mientras que la distancia d2 asciende a aproximadamente 0,5 mm.

Como se muestra en la Fig. 7 y la Fig. 8, el segundo elemento de control rotacional 4 se provee de dos rebajes radiales 42d colindantes con las levas radiales 41d y que cooperan con el saliente conformado 82d del brazo 83d de la pieza metálica conformada 8. Como se muestra en la Fig. 8 en una posición *-inactiva, el saliente conformado 82d del brazo 83d se ubica dentro del rebaje radial 42d, de modo que la distancia d1 entre la primera región activadora capacitiva 81d del brazo 83d y la segunda región activadora capacitiva 71d de la placa de circuito impreso 7 es mayor que correspondiendo la distancia d2 a una posición *-activa donde el saliente conformado 82d del brazo 83 tope con cualquiera de las levas radiales 41d. Estas diferencias de capacitancia también pueden medirse e interpretarse en consecuencia.

Como se muestra en la Fig. 9, el elemento de control deslizable o de empuje 5 se provee de dos caras rebajadas 52e inclinadas con respecto al eje de su desplazamiento que topan en los salientes conformados 82e de los brazos 83e. Empujar el elemento 5 contra la tensión de los brazos 83e disminuye la distancia entre la región activadora capacitiva primera (81e) y la segunda (71e) provocando la activación de un módulo conectado con el elemento de control 5 (no mostrado). El cambio de capacitancia debido a algún empuje preliminar del elemento de control 5 (o giro como en el caso del elemento de control 4) también puede detectarse fácilmente. El elemento de control deslizable o de empuje 5 no es objeto de la presente invención.

Como se muestra en la Fig. 10, el elemento de apoyo 6 proporciona apoyo y guía para los elementos de control 3, 4 y 5. El elemento de control 3 se guía sobre el apoyo 22 en una superficie externa de la palanca 2 (cf. Fig. 1) y el apoyo 621 en la segunda parte cilíndrica 62 del elemento de apoyo 6. El elemento de control 4 se guía en el apoyo 621 y el apoyo 631 en una superficie externa de la tercera parte cilíndrica 63 del elemento de apoyo 6. El elemento de control 5 se guía en el apoyo 632 en una superficie interna de la tercera parte cilíndrica 63 del elemento 6. Todos estos apoyos reducen sustancialmente el movimiento radial no deseado de los elementos de control movibles 3, 4 y 5 comúnmente denominados "juego libre" y permiten tolerancias dimensionales aumentadas.

Las realizaciones anteriores de la presente invención son meramente ejemplares. Las cifras no están necesariamente a escala y algunas características pueden estar exageradas o minimizadas. Sin embargo, estos y otros factores no deben considerarse como limitantes de la invención, cuyo alcance de protección previsto se indica en las reivindicaciones adjuntas.

Lista de numerales de referencia

1. sistema de control capacitivo

2. palanca

21 rebajes de traba por salto elástico

22 apoyo

3. primer elemento de control de rotación (multiestable)

31 mando radial

32 rebaje radial

33 espaciador radial plano

34 modo de activación (34a-34d)

4. segundo elemento de control rotacional (monoestable)

41 leva radial

42 rebaje radial

5. elemento de control deslizable (monoestable; empuje)

51 protuberancias de traba por salto elástico

52 cara rebajada

. soporte (elemento de apoyo interno)

61 primera parte cilíndrica

611. protuberancias de traba por salto elástico

62 segunda parte cilíndrica

621. apoyo (para los elementos 3, 4)

63 tercera parte cilíndrica

631. apoyo (para el elemento 4)

632. apoyo (para el elemento 5)

64 cavidad de placa de circuito impreso

. placa de circuito impreso

72 enchufe

. pieza conformada (metal)

81 primera región activadora capacitiva (81a'-81e'; 81a"-81e")

82 saliente conformado (82a'-82d'; 82a"-82d");

83 brazo (83a'-83e'; 83a"-83e")

84 placa conductora

Claims

REIVINDICACIONES

1 Un sistema de control capacitivo (1), en particular un módulo integrado en la columna del volante de un vehículo automóvil, que comprende un soporte (6), al menos un elemento de control rotacional (3, 4) dispuesto de forma desplazable para un usuario, en donde el soporte (6) proporciona una guía para dicho al menos un elemento de control rotacional (3, 4), en donde al menos una pieza de metal conformada (8) se dispone entre el soporte (6) y dicho al menos un elemento de control rotacional (3, 4), en donde dicha pieza (8) comprende una pluralidad de brazos metálicos deformables (83a-83d) a lo largo de una primera dirección de dicha pieza (8) y que cooperan con dicho al menos un elemento de control rotacional (3, 4), en donde cada uno de los brazos (83a-83d) se provee de una primera región activadora capacitiva (81a-81d) adyacente y frente a una segunda región activadora capacitiva (71a-71d) y dispuesta debajo y que coopera con dicho elemento de control (3, 4), en donde un desplazamiento de dicho al menos un elemento de control rotacional (3, 4) da como resultado un cambio de la distancia y, por lo tanto, capacitancia eléctrica entre las regiones activadoras capacitivas primera (81a-81d) y segunda (71a-71d),

en donde dichos brazos metálicos deformables (83a-83d) se acoplan hápticamente con dicho al menos un elemento de control rotacional (3, 4),

en donde dicho acoplamiento háptico es proporcionado por un saliente (82a-82d) o rebaje del brazo (83) que coopera con al menos un rebaje interno (32, 42) o saliente de dicho al menos un elemento de control rotacional (3, 4),

en donde, en una primera posición, dicho saliente conformado (82a-82d) o rebaje de dicho brazo (83) se ubica dentro de dicho rebaje interno (32, 42) o saliente de dicho al menos un elemento de control rotacional (3, 4), de modo que una distancia (d1) entre la primera región activadora capacitiva (81) de dicho brazo (83) y la segunda región activadora capacitiva (71) es mayor que una distancia (d2) correspondiente a una posición en la que dicho saliente conformado (82a-82d) o rebaje de dicho brazo (83) está fuera de dicho rebaje interno (32, 42) o saliente de dicho al menos un elemento de control rotacional (3, 4),

y en donde la distancia entre las regiones activadoras capacitivas primera (81a-81d) y segunda (71a-71d) permanece mayor que cero.

2 El sistema de control según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende una serie de elementos de control rotacionales (3, 4).

3 El sistema de control según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que al menos un elemento de control (3) se acopla hápticamente con más de un brazo (83).

4 El sistema de control según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que además se provee de una placa de circuito impreso (7) dispuesta debajo de dicho brazo deformable (83) y dicha al menos una segunda región activadora capacitiva (71a-71e) tiene la forma de una pista conductora de dicha placa de circuito impreso (7).

5 El sistema de control según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho soporte (6) se provee de al menos un apoyo (611, 621, 631, 632) para dicho al menos un elemento de control rotacional (3, 4).

6 El sistema de control según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho al menos un elemento de control rotacional es un elemento de control multiestable (3) o un elemento de control monoestable (4).