DE102013208938A1

DE102013208938A1 - Näherungsschalterbaugruppe mit dynamisch abgestimmtem Schwellwert

Info

Publication number: DE102013208938A1
Application number: DE102013208938A
Authority: DE
Inventors: Stuart C. Salter; Cornel Lewis Gardner; Pietro Buttolo
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2013-11-21
Also published as: CN103427817B; CN103427817A; US20130307610A1; US9136840B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Aktivieren eines Näherungsschalters bereitgestellt. Das Verfahren zum Aktivieren des Näherungsschalters beinhaltet den Schritt des Erfassens eines mit einem Näherungssensor assoziierten Signals und das Erfassen eines dynamischen Parameters. Das Verfahren beinhaltet auch den Schritt des Abstimmens eines Schwellwerts auf der Basis des erfassten dynamischen Parameters. Das Verfahren beinhaltet weiterhin den Schritt des Aktivierens des Schalters auf der Basis des Signals und des Schwellwerts.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Schalter und betrifft insbesondere Näherungsschalter mit einer verbesserten Bestimmung der Schalteraktivierung.
Kraftfahrzeuge sind in der Regel mit verschiedenen benutzerbetätigbaren Schaltern ausgestattet, wie etwa Schalter zum Betätigen von Einrichtungen einschließlich Fensterhebern, Scheinwerfern, Scheibenwischern, Glasdächer oder Sonnendächer, Innenbeleuchtung, Radio- und Infotainmenteinrichtungen und verschiedene andere Einrichtungen. Allgemein können diese Arten von Schaltern von einem Benutzer betätigt werden, um eine Einrichtung zu aktivieren oder zu deaktiveren oder irgendeine Art von Steuerfunktion durchzuführen. Näherungsschalter wie etwa kapazitive Schalter verwenden eine oder mehrere Näherungssensoren zum Generieren eines Erfassungsaktivierungsfelds und Erfassen von Änderungen an dem Aktivierungsfeld, die eine Benutzerbetätigung des Schalters anzeigen, in der Regel durch den Finger eines Benutzers in unmittelbarer Nähe oder in Kontakt mit dem Sensor verursacht. Kapazitive Schalter sind in der Regel konfiguriert zum Detektieren einer Benutzerbetätigung des Schalters auf der Basis eines Vergleichs des Erfassungsaktivierungsfelds mit einem Schwellwert.
Schalterbaugruppen verwenden oftmals mehrere kapazitive Schalter in unmittelbarer Nähe zueinander und erfordern im Allgemeinen, dass ein Benutzer einen einzelnen gewünschten kapazitiven Schalter wählt, um die beabsichtigte Operation durchzuführen. Bei einigen Anwendungen wie etwa Verwendung in einem Kraftfahrzeug besitzt der Fahrer des Fahrzeugs aufgrund von Fahrerablenkung eine begrenzte Fähigkeit, die Schalter zu sehen. Außerdem ist eine richtige Wahl eines gewünschten Schalters im Allgemeinen schwieriger, wenn das Fahrzeug eine dynamische Bewegung wie etwa durch das Fahren auf einer unebenen Straße verursachte Schwingungen erfährt. Bei solchen Anwendungen ist es wünschenswert zu gestatten, dass der Benutzer einen Schalter wählt oder die Schalterbaugruppe auf einen spezifischen Knopf hin erforscht, während eine voreilige oder unbeabsichtigte Bestimmung einer Schalteraktivierung vermieden wird. Somit ist es wünschenswert zu unterscheiden, ob der Benutzer beabsichtigt, einen Schalter zu aktivieren, oder einfach nach einem spezifischen Schaltknopf forscht, während er sich auf eine Aufgabe mit höherer Priorität wie etwa das Fahren konzentriert oder keine Absicht hat, einen Schalter zu aktivieren. Dementsprechend ist es wünschenswert, eine Näherungsschalteranordnung bereitzustellen, die die Verwendung von Näherungsschaltern durch eine Person wie etwa einen Fahrer eines Fahrzeugs verbessert, insbesondere wenn eine stärkere dynamische Bewegung des Fahrzeugs erfahren wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Aktivieren eines Näherungsschalters bereitgestellt. Das Verfahren zum Aktivieren des Näherungsschalters beinhaltet den Schritt des Erfassens eines mit einem Näherungssensor assoziierten Signals und des Erfassens eines dynamischen Parameters. Das Verfahren beinhaltet auch den Schritt des Abstimmens eines Schwellwerts auf der Basis des erfassten dynamischen Parameters. Das Verfahren beinhaltet weiterhin den Schritt des Aktivierens des Schalters auf der Basis des Signals und des Schwellwerts.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Näherungsschalterbaugruppe bereitgestellt. Die Näherungsschalterbaugruppe enthält mehrere Näherungsschalter, die jeweils ein Erfassungsaktivierungsfeld bereitstellen. Der Näherungsschalter enthält auch eine Steuerschaltungsanordnung. Die Steuerungsschaltungsanordnung verarbeitet das Aktivierungsfeld, um ein mit einem Näherungssensor assoziiertes Signal zu erfassen, erfasst einen dynamischen Parameter, stimmt einen Schwellwert auf der Basis des erfassten dynamischen Parameters ab und aktiviert den Schalter auf der Basis des Signals und des Schwellwerts.
Diese und weitere Aspekte, Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung wird der Fachmann bei der Lektüre der folgenden Patentschrift, Ansprüche und beigefügten Zeichnungen verstehen und würdigen.
Es zeigen:
1 eine Perspektivansicht eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs mit einer Overhead-Konsole, die eine Nährungsschalterbaugruppe verwendet, gemäß einer Ausführungsform;
2 eine vergrößerte Ansicht der Overhead-Konsole und der Näherungsschalterbaugruppe, in 1 gezeigt;
3 eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in 2, die ein Array von Näherungsschaltern in Relation zu dem Finger eines Benutzers zeigt;
4 ein Schemadiagramm eines in jedem der in 3 gezeigten kapazitiven Schalter verwendeten kapazitiven Sensors;
5 ein Blockdiagramm, das die Näherungsschalterbaugruppe darstellt, gemäß einer Ausführungsform;
6A eine grafische Darstellung, die ein mit einem Näherungsschalter assoziiertes Signal während einer Aktivierung auf einer normalen glatten Straße darstellt;
6B eine grafische Darstellung, die ein mit einem Näherungsschalter assoziiertes Signal während einer Aktivierung für einen unebenen Straßenzustand auf der Basis eines abgestimmten Schwellwerts und stabilen Bereichs gemäß einer Ausführungsform darstellt;
7A eine grafische Darstellung, die ein mit einem Näherungsschalter assoziiertes Signal während einer Aktivierung auf einem normalen glatten Straßenzustand darstellt;
7B eine grafische Darstellung, die ein mit einem nichtkritischen Näherungsschalter assoziiertes Signal während einer Aktivierung für einen unebenen Straßenzustand auf der Basis eines abgestimmten Schwellwerts und stabiler Zeit gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt;
7C eine grafische Darstellung, die ein mit einem kritischen Näherungsschalter assoziiertes Signal während einer Aktivierung für einen unebenen Straßenzustand darstellt;
8A eine grafische Darstellung, die mit zwei Näherungsschaltern assoziierte Signale auf einer normalen glatten Straße darstellt;
8B eine grafische Darstellung, die mit zwei Näherungsschaltern assoziierte Signale während einer Aktivierung für einen unebenen Straßenzustand auf der Basis eines Signaturverhältnisses gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt;
9 ein Block-/Flussdiagramm, das ein allgemeines Verfahren zum Abstimmen einer Näherungsschalterbaugruppe auf der Basis eines oder mehrerer dynamischer Parameter darstellt; und
10 ein Flussdiagramm, das ein spezifischeres Verfahren zum Abstimmen der Näherungsschalterbaugruppe und Aktivieren eines Schalters gemäß einer Ausführungsform darstellt.
Wie erforderlich, werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen für die Erfindung lediglich beispielhaft sind, die in unterschiedlichen und alternativen Formen verkörpert werden kann. Die Figuren folgen nicht notwendigerweise einer detaillierten Auslegung, einige Schemadiagramme können übertrieben oder minimiert sein, um einen Funktionsüberblick zu zeigen. Deshalb sind hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionale Details nicht als beschränkend auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, wie er die vorliegende Erfindung unterschiedlich einsetzen kann.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist das Innere eines Kraftfahrzeugs 10 allgemein mit einem Fahrgastraum und einer Schalterbaugruppe 20, die mehrere Näherungsschalter 22 verwendet, gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Das Fahrzeug 10 enthält allgemein eine Overhead-Konsole 12, die an dem Dachhimmel auf der Unterseite des Dachs oder der Decke an der Oberseite des Fahrzeugfahrgastraums angebracht ist, allgemein über dem vorderen Passagiersitzbereich. Die Schalterbaugruppe 20 weist mehrere nahe aneinander in der Overhead-Konsole 12 angeordnete Näherungsschalter 22 gemäß einer Ausführungsform auf. Die verschiedenen Näherungsschalter 22 können eine beliebige einer Anzahl von Fahrzeugeinrichtungen und Funktionen steuern, wie etwa eine Bewegung eines Sonnendachs oder eines Glasdachs 16 steuern, eine Bewegung einer Glasdachblende 18 steuern, die Aktivierung einer oder mehrerer Beleuchtungseinrichtungen wie etwa Karten-/Lese- und Deckenleuchte 30 im Inneren steuern und verschiedene andere Einrichtungen und Funktionen. Es versteht sich jedoch, dass sich die Näherungsschalter 22 an einer anderen Stelle am Fahrzeug 10 wie etwa im Armaturenbrett, an anderen Konsolen wie etwa einer Mittelkonsole oder an einer Tür befinden kann, in ein Touchscreendisplay 14 für ein Radio- oder Infotainmentsystem wie etwa ein Navigations- und/oder Audiodisplay integriert sein kann oder sich an anderer Stelle an Bord des Fahrzeugs 10 gemäß verschiedener Fahrzeuganwendungen befinden kann.
Die Näherungsschalter 22 werden hier gemäß einer Ausführungsform als kapazitive Schalter gezeigt und beschrieben. Jeder Näherungsschalter 22 enthält mindestens einen Näherungssensor, der ein Erfassungsaktivierungsfeld zum Erfassen eines Kontakts oder einer unmittelbaren Nähe (z.B. innerhalb einiger Millimeter) eines Benutzers in Relation zu dem einen oder den mehreren Näherungsschaltern wie etwa eine Wischbewegung durch den Finger eines Benutzers bereitstellt. Somit ist das Erfassungsaktivierungsfeld jedes Näherungsschalters 22 bei dem Ausführungsbeispiel ein kapazitives Feld, und der Finger eines Benutzers besitzt elektrische Leitfähigkeit und dielektrische Eigenschaften, die eine Änderung oder Störung in dem Erfassungsaktivierungsfeld verursachen, wie es für den Fachmann offensichtlich sein sollte. Der Fachmann versteht jedoch auch, dass zusätzliche oder alternative Arten von Näherungssensoren verwendet werden können, wie etwa unter anderem induktive Sensoren, optische Sensoren, Temperatursensoren, Widerstandssensoren, dergleichen oder eine Kombination davon. Beispielhafte Näherungssensoren sind in dem ATMEL^® Touch Sensors Design Guide, 10620 D-AT42-04/09 vom 9. April 2009 beschrieben, wobei die ganze Literaturstelle hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Die in 1 und 2 gezeigten Näherungsschalter 22 sorgen jeweils für eine Steuerung einer Fahrzeugkomponente oder -einrichtung oder liefern eine bezeichnete Steuerfunktion. Einer oder mehrere der Näherungsschalter 22 können dafür bestimmt sein, eine Bewegung eines Sonnendachs oder Glasdachs 16 zu Steuern, um zu bewirken, dass sich das Glasdach 16 in einer offenen oder geschlossenen Richtung bewegt, das Glasdach gekippt wird oder eine Bewegung des Glasdachs auf der Basis eines Steueralgorithmus gestoppt wird. Einer oder mehrere andere Näherungsschalter 22 können dafür bestimmt sein, eine Bewegung einer Sonnendachblende 18 zwischen offener und geschlossener Position zu steuern. Jedes des Glasdachs 16 und der Blende 18 können als Reaktion auf eine Betätigung des entsprechenden Näherungsschalters 22 durch einen Elektromotor betätigt werden. Andere Näherungsschalter 22 können dafür bestimmt sein, andere Einrichtungen zu steuern, wie etwa ein Karten-/Leselicht 30 im Inneren einzuschalten, ein Karten-/Leselicht 30 im Inneren auszuschalten, eine Deckenleuchte ein- oder auszuschalten, einen Kofferraum zu entriegeln, eine Heckklappe zu öffnen oder einen Türlichtschalter zu umgehen. Zusätzliche Steuerungen über die Näherungsschalter 22 können das Betätigen von Türfensterhebern nach oben und unten beinhalten. Verschiedene andere Fahrzeugsteuerungen können über die hierin beschriebenen Näherungsschalter 22 gesteuert werden. Einige der Näherungsschalter können als kritische Schalter ausgelegt sein, wie etwa jene zum Steuern einer Bewegung des Glasdachs oder der Blende zu der geschlossenen Position, während andere Schalter als ein nicht kritischer Schalter ausgelegt sein können.
Unter Bezugnahme auf 3 ist ein Abschnitt der Näherungsschalterbaugruppe 20 mit einem Array aus drei in Reihe angeordneten Näherungsschaltern 22 in enger Relation zueinander in Relation zu dem Finger 34 eines Benutzers während der Verwendung der Schalterbaugruppe 20 gezeigt. Jeder Näherungsschalter 22 enthält einen oder mehrere Näherungssensoren 24 zum Generieren eines Erfassungsaktivierungsfelds. Die Näherungssensoren 24 können auf der oberen Oberfläche der polymeren Overhead-Konsole ausgebildet sein, die sich gegenüber der bodenseitigen Kontaktoberfläche befindet. Die Bodenseite der Overhead-Konsole 12 weist eine Kontaktoberfläche für jeden Schalter 24 auf. Jeder Schalter 22 kann auch eine auf der oberen Oberfläche angeordnete Beleuchtungseinrichtung für eine Hintergrundbeleuchtung jedes Schalters 22 aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform kann jeder der Näherungssensoren 24 durch Drucken von leitender Tinte auf die obere Oberfläche der polymeren Overhead-Konsole 12 ausgebildet werden. Ein Beispiel eines Näherungssensors 24 aus gedruckter Tinte ist in 4 allgemein mit einer Ansteuerelektrode 26 und einer Empfangselektrode 28 jeweils mit ineinandergreifenden Fingern zum Generieren eines kapazitiven Felds 32 gezeigt. Es versteht sich, dass jeder der Näherungssensoren 24 auf andere Weise ausgebildet werden kann, wie etwa durch Anbringen einer vorgeformten leitenden Schaltungsbahn auf einem Substrat gemäß anderer Ausführungsformen. Die Ansteuerelektrode 26 empfängt mit einer Spannung VI angelegte Rechteckwellenansteuerimpulse. Die Empfangselektrode 28 weist einen Ausgang zum Generieren einer Ausgangsspannung VO auf. Es versteht sich, dass die Elektroden 26 und 28 in verschiedenen anderen Konfigurationen zum Generieren des kapazitiven Felds als das Aktivierungsfeld 32 angeordnet sein können.
Bei der hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsform wird an die Ansteuerelektrode 26 jedes Näherungssensors 24 ein Spannungseingang VI als Rechteckwellenimpulse mit einem Ladeimpulszyklus angelegt, der ausreicht, um die Empfangselektrode 28 auf eine Sollspannung zu laden. Die Empfangselektrode 28 dient dadurch als eine Messelektrode. Bei der gezeigten Ausführungsform überlappen sich durch benachbarte Näherungsschalter 22 generierte benachbarte Erfassungsaktivierungsfelder 32 geringfügig, doch existiert bei anderen Ausführungsformen möglicherweise keine Überlappung. Wenn ein Benutzer oder Bediener wie etwa der Finger 34 des Benutzers in ein Aktivierungsfeld 32 eintritt, detektiert die Näherungsschalterbaugruppe 20 die durch den Finger 34 auf das Aktivierungsfeld 32 verursachte Störung und bestimmt, ob die Störung ausreicht, um den entsprechenden Näherungsschalter 22 zu aktivieren. Die Störung des Aktivierungsfelds 32 wird durch Verarbeiten des mit dem entsprechenden Signalkanal assoziierten Ladeimpulssignals detektiert. Wenn der Finger 34 eines Benutzers zwei Aktivierungsfelder 32 kontaktiert, detektiert die Näherungsschalterbaugruppe 20 die Störung beider kontaktierter Aktivierungsfelder 32 über separate Signalkanäle. Jeder Näherungsschalter 22 weist seinen eigenen Signalkanal auf, der Ladeimpulszählwerte generiert, was wie hierin erörtert verarbeitet wird.
Unter Bezugnahme auf 5 ist die Näherungsschalterbaugruppe 20 gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Mehrere Näherungsschalter 22 sind so gezeigt, dass sie Eingaben zu einem Controller 40 wie etwa einem Mikrocontroller liefern. Die mehreren Näherungsschalter liefern jeweils ein Erfassungsaktivierungsgebiet. Der Controller 40 kann eine Steuerschaltungsanordnung wie etwa einen Mikroprozessor 42 und einen Speicher 48 enthalten. Die Steuerschaltungsanordnung kann eine Erfassungssteuerschaltungsanordnung enthalten, die das Aktivierungsfeldsignal jedes Schalters 22 verarbeitet, um eine Benutzeraktivierung des entsprechenden Schalters durch Vergleichen des Aktivierungsfeldsignals mit einem oder mehreren Schwellwerten gemäß einer oder mehrerer Steuerroutinen zu erfassen. Die Steuerschaltungsanordnung erfasst weiterhin einen dynamischen Parameter wie etwa einen mit dem Fahrzeug assoziierten dynamischen Fahrzeugparameter und stimmt einen Schwellwert auf der Basis des erfassten dynamischen Fahrzeugparameters ab. Die Steuerschaltungsanordnung aktiviert weiterhin einen Schalter auf der Basis des Signals und des Schwellwerts. Es versteht sich, dass eine andere analoge und/oder digitale Steuerschaltungsanordnung verwendet werden kann, um jedes Aktivierungsfeldsignal zu verarbeiten, den Schwellwert abzustimmen, eine Benutzeraktivierung zu bestimmen und eine Handlung zu initiieren. Der Controller 40 kann gemäß einer Ausführungsform ein von ATMEL^® erhältliches QMatrix-Akquisitionsverfahren verwenden. Das ATMEL-Akquisitionsverfahren verwendet einen WINDOWS^®-Host C/C++-Compiler und -Debugger WinAVR zum Vereinfachen der Entwicklung und des Testens des Dienstprogramms Hawkeye, das eine Überwachung des internen Zustands von kritischen Variablen in der Software in Echtzeit sowie das Sammeln von Protokolldateien von Daten für die Nachverarbeitung gestattet.
Der Controller 40 liefert ein Ausgangssignal an ein oder mehrere Einrichtungen, die konfiguriert sind, als Reaktion auf eine detektierte Aktivierung eines Näherungsschalters eigene Handlungen durchzuführen. Beispielsweise können die eine oder mehreren Einrichtungen ein Glasdach 16 mit einem Motor zum Bewegen des Glasdachpaneels zwischen offen und geschlossen und zum Kippen von Positionen, eine Glasdachblende 18, die sich zwischen offener und geschlossener Position bewegt, und Beleuchtungseinrichtungen 30, die ein- und ausgeschaltet werden können, beinhalten. Andere Einrichtungen können gesteuert werden, wie etwa ein Radio zum Durchführen von Ein- und Ausfunktionen, Lautstärkenregelung, Sendersuche und andere Arten von Einrichtungen zum Durchführen anderer bestimmter Funktionen. Einer der Näherungsschalter 22 kann dafür bestimmt sein, dass Glasdach geschlossen zu betätigen, ein anderer Näherungsschalter 22 kann dafür bestimmt sein, dass Glasdach offen zu betätigen, und ein weiterer Schalter 22 kann dafür bestimmt sein, das Glasdach zu einer Kippposition zu betätigen, die alle bewirken würden, dass ein Motor das Glasdach zu einer gewünschten Position bewegt. Die Glasdachblende 18 kann als Reaktion auf einen Näherungsschalter 22 geöffnet und als Reaktion auf einen anderen Näherungsschalter 22 geschlossen werden.
Die Näherungsschalterbaugruppe 20 ist weiterhin so gezeigt, dass sie ein oder mehrere dynamische Fahrzeugeingänge 50 enthält, die als Eingänge zum Controller 40 vorgesehen sind. Die dynamischen Fahrzeugeingänge 50 können gemäß verschiedener Ausführungsformen einen oder mehrere der Fahrzeugbeschleunigung 52, des Fahrzeuglenkwinkels 54, des Fahrzeugbremsens 56 und Fahrzeugstoßdämpfer 58 beinhalten. Jeder der dynamischen Fahrzeugeingänge 50 liefert einen Parameter, der den dynamischen Zustand oder die dynamische Bewegung des Fahrzeugs anzeigt. Die dynamischen Fahrzeugparameter können einen unebenen Straßenzustand anzeigen, wie etwa wenn das Fahrzeug offroad oder auf einer unebenen, z.B. holprigen Straße fährt. Wenn sich das Fahrzeug auf einer unebenen Straße befindet, kann die Stabilität und die Präzision des Fingers eines Benutzers zum Aktivieren eines Schalters instabil sein. Eine unebene Straßenbedingung kann auf der Basis eines Beschleunigungssignals bestimmt werden, das eine vertikale Beschleunigung anzeigt, und/oder des Schocksignals, das die Auf- und Abbewegung des Fahrzeugs anzeigt. Die dynamischen Fahrzeugeingänge können ebenfalls andere dynamische Bewegungen des Fahrzeugs wie etwa plötzliche Verlangsamungen, plötzliche Beschleunigungen und ein schnelles Abbiegen des Fahrzeugs anzeigen, während derer die Stabilität und Präzision des Fingers eines Benutzers zum Aktivieren eines Schalters instabil oder schwierig sein kann. Wenn die dynamische Fahrzeugbewegung für solche Ereignisse auftritt, kann die Steuerschaltungsanordnung einen Schwellwert abstimmen, der zum Bestimmen einer Aktivierung der Näherungsschalter verwendet wird, um eine verbesserte Bestimmung einer Schalteraktivierung zu liefern. Es versteht sich, dass die dynamischen Fahrzeugeingänge eine von einem Beschleunigungsmesser oder einer anderen eigenen oder gemeinsam benutzten Einrichtung erhaltene Beschleunigung, einen Lenkwinkel von dem Fahrzeuglenkrad oder eine Straßenradposition, ein Bremssignal von dem Fahrzeugbremssystem und einen von einem oder mehreren Fahrzeugstoßdämpfern erhaltenen, Schock betreffenden Parameter beinhalten. Es versteht sich, dass andere dynamische Fahrzeugparameter gemäß anderer Ausführungsformen von der Näherungsschalterbaugruppe 20 verwendet werden können.
Der Controller 40 ist weiter so gezeigt, dass er einen an den Mikroprozessor 42 gekoppelten Analog-Digital-Vergleicher (A/D-Vergleicher) 44 aufweist. Der A/D-Vergleicher 44 empfängt die Spannungsausgabe VO von jedem der Näherungsschalter 22, wandelt das analoge Signal in ein digitales Signal um und liefert das digitale Signal an den Mikroprozessor 42. Außerdem enthält der Controller 40 einen an den Mikroprozessor 42 gekoppelten Impulszähler 46. Der Impulszähler 46 zählt die Ladesignalimpulse, die an jede Ansteuerelektrode jedes Näherungssensors angelegt werden, führt eine Zählung der Impulse durch, die benötigt werden, um den Kondensator zu laden, bis die Spannungsausgabe VO eine vorbestimmte Spannung erreicht, und liefert den Zählwert an den Mikroprozessor 42. Der Impulszählwert zeigt die Änderung bei der Kapazität des entsprechenden kapazitiven Sensors an. Der Controller 40 ist weiterhin mit einem impulsbreitenmodulierten Ansteuerpuffer 15 kommunizierend gezeigt. Der Controller 40 liefert ein impulsbreitenmoduliertes Signal an den impulsbreitenmodulierten Ansteuerpuffer 15, um eine Rechteckwellenimpulsfolge VI zu generieren, die an jede Ansteuerelektrode jedes Näherungssensors/-schalters 22 angelegt wird. Der Controller 40 verarbeitet eine oder mehrere Steuerroutinen, was so gezeigt ist, dass sie Schaltersteuerroutinen 100 und 200 enthalten, die im Speicher gespeichert sind, um die verschiedenen Signale zu überwachen, den oder die Schwellwerte abzustimmen und eine Bestimmung hinsichtlich einer Aktivierung eines der Näherungsschalter vorzunehmen.
Die Schaltersteuerroutinen 100 und 200 verarbeiten die verschiedenen Näherungsschalter und führen ein Verfahren zum Aktivieren eines Näherungsschalters durch, was das Abstimmen eines oder mehrerer mit dem Schalter assoziierter Schwellwerte auf der Basis eines oder mehrerer erfasster dynamischer Parameter beinhaltet. Das Verfahren beinhaltet die Schritte des Erfassens eines mit einem Näherungssensor assoziierten Signals und das Erfassen eines dynamischen Parameters. Das Verfahren beinhaltet auch den Schritt des Abstimmens eines Schwellwerts auf der Basis des erfassten dynamischen Parameters. Das Verfahren beinhaltet weiterhin den Schritt des Aktivierens des Schalters auf der Basis des Signals und des Schwellwerts. Der Schritt des Erfassens des dynamischen Parameters kann gemäß einer Ausführungsform das Erfassen einer Beschleunigung eines Fahrzeugs beinhalten. Gemäß verschiedener Fahrzeugausführungsformen kann der Schritt des Erfassens eines dynamischen Fahrzeugparameters das Erfassen eines durch einen oder mehrere des Fahrzeugbremsens, Fahrzeugstoßdämpfer und Fahrzeuglenkrad generierten Signals beinhalten. Einer oder mehrere der dynamischen Parameter können eine unebene Straßenbedingung oder eine andere an dem Fahrzeug erfahrene dynamische Bewegung anzeigen. Das Verfahren kann auch einen im Wesentlichen stabilen Zustand des Signals bestimmen und den Schalter weiterhin auf der Basis der Anwesenheit eines im Wesentlichen stabilen Zustands aktivieren. Der im Wesentlichen stabile Zustand kann detektiert werden, falls das Signal gemäß einer Ausführungsform für eine Zeitperiode wie etwa 100 Millisekunden einen im Wesentlichen konstanten Wert aufweist. Die Zeitperiode für eine Bestimmung eines im Wesentlichen stabilen Zustands und der Bereich bei der Signalamplitude zum Bestimmen eines stabilen Bereichs können als Teil der Abstimmung der auf der Fahrzeugdynamik basierten Abstimmung justiert werden. Der im Wesentlichen stabile Zustand kann für eine stabile Zeitperiode auf einem stabilen Bereich basieren. Weiterhin kann das Verfahren eine Aktivierung des Signals auf der Basis eines Signalverhältnisses eines mit einem ersten Schalter assoziierten ersten Signals im Vergleich zu einem mit einem zweiten benachbarten Schalter assoziierten zweiten Signal bestimmen und kann den Schalter auf der Basis des Signalverhältnisses aktivieren.
Unter Bezugnahme auf die 6A–8B ist die Änderung bei Sensorladeimpulszählwerten, als Δ-Sensorzählwert für ein mit einem in 1–5 gezeigten Näherungsschalter 22 assoziierten Signal gemäß verschiedener Ausführungsformen dargestellt. Die Änderung bei dem Sensorladeimpulszählwert (Δ-Sensorzählwert) ist die Differenz zwischen einem initialisierten referenzierten Zählwert ohne irgendeinen Finger oder ein anderes Objekt, die in dem Aktivierungsfeld vorliegen, und dem entsprechenden Sensormesswert. Bei diesem Beispiel tritt ein Finger des Benutzers in das mit dem Näherungsschalter 22 assoziierte Aktivierungsfeld 32 ein, während sich der Finger des Benutzers über den Schalter bewegt. Das durch eine durchgezogene Linie 60 gezeigte Signal ist die Änderung (Δ) bei dem mit dem entsprechenden kapazitiven Sensor 24 assoziierten Sensorladeimpulszählwert. Bei der offenbarten Ausführungsform sind die Näherungssensoren 24 kapazitive Sensoren. Wenn der Finger eines Benutzers mit dem Sensor 24 in Kontakt steht oder sich in unmittelbarer Nähe dazu befindet, ändert der Finger die an dem entsprechenden Sensor 24 gemessene Kapazität. Die Kapazität ist parallel zu der parasitären Kapazität des unberührten Sensorpads und wird als solche als ein Offset gemessen. Die durch den Benutzer oder Bediener induzierte Kapazität ist proportional zu der Dielektrizitätskonstanten des Fingers des Benutzers oder eines anderen Körperteils, der dem kapazitiven Pad exponierten Oberfläche und ist umgekehrt proportional zu dem Abstand des Glieds des Benutzers von dem Schalterknopf. Gemäß einer Ausführungsform wird jeder Sensor mit einer Folge von Spannungsimpulsen über eine Impulsbreitenmodulationselektronik (PWM-Elektronik) angeregt, bis der Sensor bis zu einem eingestellten Spannungspotential aufgeladen ist. Ein derartiges Akquisitionsverfahren lädt die Empfangselektrode auf ein bekanntes Spannungspotential. Der Zyklus wird widerholt, bis die Spannung an dem Messkondensator eine vorbestimmte Spannung erreicht. Das Platzieren des Fingers eines Benutzers auf der Berührungsoberfläche des Schalters 22 führt eine externe Kapazität ein, die die in jedem Zyklus übertragene Lademenge erhöht, wodurch die Gesamtzahl von Zyklen reduziert wird, die erforderlich sind, damit die Messkapazität die vorbestimmte Spannung erreicht. Der Finger des Benutzers bewirkt, dass die Änderung bei dem Sensorladeimpulszählwert steigt, da dieser Wert auf dem initialisierten Referenzzählwert minus den Sensormesswert basiert.
Die Näherungsschalterbaugruppe 20 kann die Bewegung der Hand eines Benutzers erkennen, wenn sich die Hand, insbesondere ein Finger, in unmittelbarer Nähe zum Näherungsschalter 22 befindet, um zu unterscheiden, ob die Absicht des Benutzers darin besteht, einen Schalter 22 zu aktivieren, nach einem spezifischen Schalterknopf zu suchen, während man sich auf Aufgaben höherer Priorität konzentriert, wie etwa das Fahren, oder das Ergebnis einer Aufgabe wie etwa des Justierens des Rückspiegels ist, das nichts mit einer Betätigung eines Näherungsschalters 22 zu tun hat. Die Näherungsschalterbaugruppe 20 kann in einem Such- oder Jagdmodus arbeiten, was es dem Benutzer ermöglicht, die Berührungssensorkeypads oder Knöpfe der Schalterbaugruppe 20 zu suchen, indem er einen Finger in unmittelbarer Nähe zu den Schaltern vorbeiführt oder darüber gleitet, ohne eine Aktivierung eines Schalters auszulösen, bis die Absicht des Benutzers bestimmt ist. Die Näherungsschalter-baugruppe 20 überwacht die Amplitude des als Reaktion auf das Aktivierungsfeld für jeden Schalter generierten Signals, überwacht eine oder mehrere dynamische Eingaben, justiert einen Schwellwert auf der Basis der dynamischen Eingabe(n), vergleicht das Signal mit dem Schwellwert und detektiert eine Aktivierung des Schalters auf der Basis dessen, dass das Signal den Schwellwert übersteigt. Als solches wird eine Suche der Näherungsbaugruppe gestattet, während eine Aktivierung detektiert wird, sogar während eine dynamische Bewegung erfahren wird, so dass die Benutzer frei sind, das Schalterschnittstellenpad mit ihren Fingern zu erforschen, ohne unabsichtlich ein Ereignis auszulösen, die Schnittstellenantwortzeit ist schnell, eine Aktivierung erfolgt auf der Basis einer Änderungsrate bei dem oder den Signalen und eine unbeabsichtigte Aktivierung des Schalters wird verhindert oder reduziert. Es versteht sich, dass ein mit jedem Schalter assoziiertes Signal durch die Näherungsschalterbaugruppe 20 verarbeitet wird, um eine Aktivierung des entsprechenden Schalters zu bestimmen.
Wie in 6A und 6B gezeigt, tritt der Finger 34 des Benutzers, während er über die Kontaktoberfläche eines Schalters gleitet, in das mit dem entsprechenden Sensor 24 assoziierte Aktivierungsfeld ein, was eine Unterbrechung der Kapazität bewirkt, wodurch eine Steigerung des Δ-Sensorzählwerts resultiert, wie durch das Signal 60 mit einem Aktivierungsbewegungsprofil gezeigt. Die Näherungsschalterbaugruppe überwacht das Signal 60 und bestimmt, ob der Bediener beabsichtigt, ein Touchpad oder einen Knopf für die Aktivierung des aktuellen Schalters zu drücken. Das System und das Verfahren überwacht, wann das Signal 60 mit wenig oder keinem Rauschen einen in 6A als THO bezeichneten Schwellwert übersteigt. Das System und Verfahren bestimmt auch, ob das Signal 60 einen im Wesentlichen stabilen Wert innerhalb eines als CHSO identifizierten stabilen Bereichs aufweist. Wenn aufgrund von dynamischen Fahrzeugbedingungen auf dem Signal 60 wenig oder kein Rauschen induziert wird, bestimmen das System und Verfahren eine Aktivierung des Näherungsschalters, wenn der Δ-Sensorzählwert den Schwellwert THO übersteigt und auf der Basis von CHSO für eine gewisse Mindestzeitperiode im Wesentlichen stabil ist.
Insbesondere unter Bezugnahme auf 6B detektiert das System und Verfahren eine dynamische Fahrzeugbewegung wie etwa einen unebenen Straßenzustand durch Überwachen von einem oder mehreren, einen unebenen Straßenzustand anzeigenden dynamischen Fahrzeugparametern. Wie gezeigt, weist das Signal 60 ein durch eine unebene Straßenbedingung verursachtes Rauschen auf, durch die Schwingungen gezeigt. Wenn ein dynamischer Fahrzeugparameter erfasst wird, wie etwa das Beschleunigungsmessersignal N, stimmt das System und das Verfahren den Schwellwert auf der Basis des dynamischen Fahrzeugparameters ab. Gemäß einer Ausführungsform wird der Schwellwert immer dann vom Schwellwert THO zu TH = kth × THO erhöht, wenn ein Signal aufgrund einer dynamischen Fahrzeugbewegung wie etwa einem unebenen Straßenzustand über einem Schwellwert liegt. Außerdem wird der stabile Bereich CHSO auf einen als CHS = kch × CHSO identifizierten vergrößerten Bereich vergrößert, wenn Rauschen aufgrund einer dynamischen Fahrzeugbewegung wie etwa einer unebenen Straßenbedingung vorliegt. Somit wird kein Rauschen aufgrund einer ausreichenden Beschleunigung oder einer anderen dynamischen Bewegung detektiert, der Schwellwert wird erhöht und der stabile Bereich wird vergrößert, um unbeabsichtigte Betätigungen des Näherungsschalters zu verhindern, wenn unter einer unebenen Straßenbedingung oder einem anderen dynamischen Bewegungsszenario gefahren wird.
Unter Bezugnahme auf die 7A–7C ist ein mit einem Näherungsschalter assoziiertes Signal 60 mit wenig oder keinem Rauschen dargestellt, wenn in 7A wenig oder keine Fahrzeugdynamik erfasst wird, und wenn die dynamische Fahrzeugbewegung aufgrund einer unebenen Straßenbedingung für einen nicht kritischen Schalter in 7B detektiert wird und wenn eine dynamische Fahrzeugbewegung aufgrund einer unebenen Straßenbedingung für einen kritischen Schalter in 7C detektiert wird. Wenn aufgrund einer dynamischen Bewegung wenig oder kein Rauschen vorliegt, wird das Signal 60 mit dem Schwellwert THO verglichen, um zu bestimmen, ob der Näherungsschalter aktiviert wird oder nicht aktiviert wird, wie in 7A gezeigt. Für einen nichtkritischen Schalter wird der Schwellwert auf TH = kth × THO gesenkt, und die stabile Knopfhaltezeit BHTO wird auf BHT = kbht × BHTO gesenkt, wenn eine dynamische Bewegung erfasst wird. Wenn eine dynamische Bewegung für einen kritischen Schalter erfasst wird, wird der Schwellwert erhöht, TH > THO, und die stabile Zeitperiode für ein Knopfhalten wird erhöht, BHT > THO. Wenn das Signal 60 als solches den erhöhten Schwellwert TH für eine ausreichende stabile Zeitperiode BHT erreicht, wird eine Aktivierung des Näherungsschalters bestimmt. Es versteht sich, dass ein kritischer Schalter ein Schalter mit einer kritischen Funktion sein kann und es weniger wünschenswert ist, eine unbeabsichtigte Betätigung zu erfahren. Ein Beispiel eines kritischen Schalters ist ein Schalter für das Öffnen und Schließen eines Glasdachs oder Fensters.
Unter Bezugnahme auf die 8A und 8B wird gemäß einer weiteren Ausführungsform ein Signal 60 bereitgestellt, das mit einer Näherungsschwellwertabstimmung auf der Basis eines Signaturverhältnisses des aktuellen Schalters im Vergleich mit einem benachbarten Schalter assoziiert ist. Bei dieser Ausführungsform weist der Näherungsschalter für das Signal 60 eine Amplitude AC im Vergleich zu einer Amplitude NAC für einen benachbarten Schalter auf, durch das Signal 60A angezeigt. Das maximal zulässige Signaturverhältnis AC dividiert durch NAC wird verwendet, um eine Aktivierung des mit dem Kanal 60 assoziierten Kanals zu bestimmen. Für einen unkritischen Schalter kann das Signalverhältnis AC dividiert durch NAC erhöht und als Schwellwert verwendet werden, damit ein Benutzer einen Schalter aktivieren kann, ohne so präzise darauf positioniert zu sein wie bei Fehlen einer dynamischen Bewegung, wie in 8B gezeigt. Somit kann das Abstimmen das Ändern des Signalverhältnisses AC durch NAC beinhalten, wenn Signalrauschen detektiert wird, das eine dynamische Bewegung des Fahrzeugs anzeigt.
Unter Bezugnahme auf 9 wird eine Routine 100 für das Aktivieren eines Näherungsschalters dargestellt, die das Abstimmen eines Schwellwerts auf der Basis einer Fahrzeugdynamik beinhaltet, gemäß einer Ausführungsform. Die Routine 100 beginnt bei Schritt 102 und geht weiter zu Schritt 104, um einen oder mehrere dynamische Fahrzeugparameter mit Fahrzeugsensoren und eigenen Sensoren zu erfassen. Das Verfahren 100 beinhaltet den Schritt 106 des Schätzens einer Fahrzeugdynamik und einer Straßenbedingung, was das Schätzen einer unebenen Straßenbedingung oder von Fahrzeugmanövern wie etwa plötzlichen Beschleunigungen, plötzlichen Verlangsamungen, plötzliches Abbiegen usw. beinhalten kann. Das Verfahren 100 geht dann weiter zum Entscheidungsschritt 108, um zu bestimmen, ob eine unebene Straßenbedingung vorliegt, und falls dies der Fall ist, adaptiertes Aktivierungsparameter für die kapazitive Schnittstelle bei Schritt 110. Die adaptiven Aktivierungsparameter können das Abstimmen eines Schwellwerts, das Abstimmen einer Signatur, die ein Verhältnis aus aktiven versus nicht aktiven Kanälen, die mit benachbarten Schaltern assoziiert sind, ist, und das Abstimmen einer Knopfhaltezeit oder eines Bereichs für Stabilität beinhalten. Falls in Schritt 108 keine unebene Straßenbedingung detektiert wird, geht die Routine 100 weiter zu Schritt 112, um zu bestimmen, ob Manövrieren, Abbiegen, Spurwechsel, Bremsen oder Beschleunigung detektiert wird, und falls dies der Fall ist, adaptiert es die Aktivierungsparameter in Schritt 110. Ansonsten geht das Verfahren 100 weiter zu Schritt 114, um zu bestimmen, ob andere die Dynamik betreffenden Steuerungen in dem Fahrzeug verwendet werden, und falls dies der Fall ist, adaptiert es die Aktivierungsparameter im Schritt 110. Ansonsten endet die Routine 100 bei Schritt 116. Es versteht sich, dass nachdem die adaptierten Aktivierungsparameter justiert oder abgestimmt sind, die Routine eine Aktivierung eines Näherungsschalters auf der Basis der abgestimmten Parameter bestimmen kann.
Unter Bezugnahme auf 10 wird eine Routine 200 zum Aktivieren eines Näherungsschalters und Abstimmen eines Schwellwerts auf der Basis eines dynamischen Fahrzeugparameters dargestellt. Die Routine 200 beginnt bei Schritt 202 und geht weiter zu Schritt 204 zum Akquirieren von Schaltersignalkanälen und dann zu Schritt 206 zum Akquirieren eines oder mehrerer Beschleunigungssignale. Bei diesem Beispiel wird die Beschleunigung verwendet, um eine dynamische Bewegung des Fahrzeugs zu bestimmen. Als nächstes geht die Routine 200 weiter zu Entscheidungsschritt 208, um zu bestimmen, ob das Beschleunigungssignal über einem Schwellwert für eine unebene Straße liegt, und falls nicht, setzt es Werte des Schwellwerts (TH) des Kanalstabilitätsbereichs (CHS), Knopfhaltezeit (BHT) und Signaturverhältnis (SR) zurück. Falls eine unebene Straßenbedingung bestimmt wird, geht die Routine 200 weiter zu Schritt 212 zum Setzen von ICH für alle Schalter gleich 1. Als nächstes bestimmt bei Entscheidungsschritt 214 die Routine 200, ob die Schalter-ICH-Sicherheit kritisch ist. Falls die Schalter-ICH-Sicherheit nicht kritisch ist, geht die Routine 200 weiter zu Schritt 216, um einen Multiplikationsfaktor K (kth, kch, kbht oder ksr) auf jeden des Schwellwerts (TH), des Kanalstabilitätsbereichs (CHS), der Knopfhaltezeit (BHT) und des Signaturverhältnisses (SR) anzuwenden. Der Multiplikationsfaktor K ist kleiner als Eins für jeden des Schwellwerts der Knopfhaltezeit und des Signaturverhältnisses und ist größer als Eins für die Knopfhaltezeit.
Falls die Schalter-ICH-Sicherheit kritisch ist, geht die Routine 200 weiter zu Schritt 218, um einen Multiplikationsfaktor auf jeden des Schwellwerts, des Kanalstabilitätsbereichs, der Knopfhaltezeit und des Signaturverhältnisses anzuwenden. Für jeden dieser Parameter ist der Multiplikationsfaktor K größer als Eins. Dementsprechend können für kritische und unkritische Schalter verschiedene Parameter verwendet werden, um die Parameter zur Verwendung beim Bestimmen einer Aktivierung eines Näherungsschalters abzustimmen. Das Verfahren 200 beinhaltet den Schritt 220 des Bestimmens des Max-Kanal-CH und den Schritt 222 des Prüfens auf eine Aktivierung und das Aktivieren des Schalters bei Schritt 224, bevor es bei Schritt 226 endet.
Dementsprechend bestimmt die Näherungsschalterbaugruppe und das Verfahren vorteilhafterweise eine Aktivierung der Näherungsschalters auf der Basis eines durch ein Differenzerhöhungsänderungsmerkmal verursachten Differenzsignals. Das System und Verfahren gestattet vorteilhafterweise einem Benutzer, die Näherungsschalterpads zu suchen, was besonders bei einer Kraftfahrzeuganwendung nützlich sein kann, wo eine Ablenkung des Fahrers vermieden werden kann.
Es versteht sich, dass Variationen und Modifikationen an der oben erwähnten Struktur vorgenommen werden können, ohne von den Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und es versteht sich weiterhin, dass solche Konzepte durch die folgenden Ansprüche abgedeckt sein sollen, sofern nicht diese Ansprüche durch ihre Sprache ausdrücklich etwas anderes angeben.

Claims

Näherungsschalterbaugruppe, die Folgendes umfasst: mehrere Näherungsschalter, die jeweils ein Erfassungsaktivierungsfeld liefern; und eine Steuerschaltungsanordnung, die das Aktivierungsfeld verarbeitet, um ein mit einem Näherungssensor assoziiertes Signal zu erfassen, einen dynamischen Parameter erfasst, einen Schwellwert auf der Basis des erfassten dynamischen Parameters abstimmt und den Schalter auf der Basis des Signals und des Schwellwerts aktiviert.
Näherungsschalterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Abstimmens des Schwellwerts das Ändern eines Schwellwerts umfasst, der mit dem erfassten Signal verglichen wird.
Näherungsschalterbaugruppe nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Abstimmens das Erhöhen des Schwellwerts umfasst, wenn ausreichend dynamische Bewegung detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, weiterhin umfassend den Schritt des Detektierens eines stabilen Signals und Aktivieren des Schalters weiterhin auf der Basis des detektierten stabilen Signals.
Näherungsschalterbaugruppe nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Abstimmens des Schwellwerts weiterhin das Ändern einer Zeitperiode umfasst, wobei das stabile Signal mit der Zeitperiode verglichen wird, um eine Aktivierung des Schalters zu bestimmen.
Näherungsschalterbaugruppe nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Abstimmens des Schwellwerts weiterhin das Ändern eines Signalbereichs umfasst, wobei das stabile Signal mit dem Signalbereich verglichen wird, um eine Aktivierung des Schalters zu bestimmen.
Näherungsschalterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Abstimmens des Schwellwerts das Bestimmen eines Verhältnisses eines mit einem ersten Schalter assoziierten ersten Signals zu einem mit einem zweiten Schalter assoziierten zweiten Signal und das Ändern des Schwellwerts auf der Basis des Verhältnisses umfasst.
Näherungsschalterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erfassens des dynamischen Parameters das Erfassen einer Beschleunigung eines Fahrzeugs umfasst.
Näherungsschalterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erfassens des dynamischen Parameters des Fahrzeugs das Erfassen eines Signals umfasst, das durch eines von Fahrzeugbremsen, Fahrzeugstoßdämpfer und Fahrzeuglenkrad generiert wird.
Näherungsschalterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei sich die Schalterbaugruppe an einem Fahrzeug befindet und der erfasste dynamische Parameter eine Bewegung des Fahrzeugs anzeigt.