电容式控制系统具体地汽车的转向盘管柱集成模块

技术领域

本发明涉及电容式控制系统，具体地，涉及汽车的转向盘管柱集成模块，该转向盘管柱集成模块包括支撑件、在该支撑件内设置成能移位的至少一个控制元件、至少一个第一电容激活区域，该至少一个第一电容激活区域与第二电容激活区域相邻并设置在所述控制元件下面并与其配合，以改变所述第一电容激活区域与所述第二电容激活区域之间的距离进而改变电容。

背景技术

已知这种电容式控制系统被用作计算机键盘或按钮。在现有技术中，还提出了因此更耐磨损和抗氧化的非接触式电容式键盘和按钮。

例如，专利申请US2017111044公开了一种电容感应式键结构，该电容感应式键结构包括键、支撑部件、固定垫、基板和导电部分。键包括键主体和包围接纳空间的连接壁。支撑部件被设置在接纳空间中，并且包括主体、圆锥形壁、缓冲空间以及连接到圆锥形壁的延伸垫。主体紧靠键主体。导电部分被设置在主体的底部处并且在缓冲空间内部。基板连接到固定垫并且在其上具有电路单元和感测层。基板涂覆有覆盖感测层的绝缘层。当按压键主体以压靠支撑部件时，因由导电硅树脂制成的导电部分与基板的感测层之间的距离变化而发生静电变化；因此，当距离变化到预定距离(小于0.5mm)而没有与基板直接接触时，键主体驱动电路单元生成电信号。

在专利说明书US3653038、US1665616和FR2431223中公开了类似的电容性质的非接触式电信号装置。

常常期望提供对用户触摸控制元件的触觉响应，因此他或她将在没有系统的任何其他响应的情况下得知确实已经实现了所期望的预定义效果。

如果控制系统将由车辆驾驶室中的驾驶员使用，特别是如果控制系统具有转向盘管柱集成模块的形式，则该需要特别明显。触觉响应给驾驶员提供了立即的躯体感觉反应，既没有视觉上的分心也没有听觉上的分心。

汽车行业中的转向盘管柱集成模块经常被用于控制车辆的各种部件和子系统，它们包括灯、挡风玻璃刮水器、洗涤器、巡航控制器、音响系统等。它们经常形成紧凑的、预组装单元，这些单元在车辆组装线上被机械地固定到车辆仪表板或转向盘管柱并且电连接到车辆线路。通常，管柱集成模块的控制功能是使用检测力的电阻箔或导电接触开关实现的，而触觉功能是使用弹簧或弹簧柱塞实现的。遗憾的是，这些解决方案相对昂贵且不准确，而它们的组装是复杂的。

因此，本发明的目的是提供一种将避免现有技术解决方案的缺点、具有成本效益并易于制造和组装的稳健的电容式控制系统。

发明内容

本发明提供了在开始提到的那种电容式控制系统，该电容式控制系统的特征在于，所述至少一个电容激活区域被设置在与所述控制元件触觉接合的金属可变形臂处，其中，所述触觉接合是由臂的成形突起或凹进与所述控制元件的至少一个内部凹进或突起相配合来提供的，并且第一电容激活区域与第二电容激活区域之间的距离保持大于零。

如本文中使用的，术语“控制元件”表示由用户按压、推动、旋转、倾斜或以其他方式移位以便在受控制系统控制的模块中实现预定义效果的元件。

本发明的控制系统以非接触电容模式工作，因此在电容激活区域之间没有发生短路、氧化和烧毁。

优选地，该系统包括多个控制元件。

优选地，该系统包括设置有多个所述臂的至少一个成形的均匀件，其中，每个控制元件与至少一个臂触觉接合。显而易见，该系统可包括设置有所有第一电容激活区域的仅一个成形的均匀件或者对称布置的两个成形件。

优选地，至少一个控制元件与不止一个臂触觉接合。这为控制元件提供了不同的激活模式。

优选地，至少一个控制元件具有圆柱形形状，该圆柱形形状设置有内凸轮形式的内部凹进或突起。

优选地，该系统设置有被设置在所述可变形臂下面的印刷电路板，并且所述至少一个第二电容激活区域具有所述印刷电路板的导电迹线的形式。

因此，具有第二电容激活区域的印刷电路板垂直于臂的移位平面设置，因此该系统可包括仅一个印刷电路板，该印刷电路板设置有所有第二电容激活区域，优选地，所有第二电容激活区域位于在该印刷电路板的两侧。显而易见，这降低了系统的复杂性和成本。

优选地，所述支撑件设置有用于所述至少一个控制元件的至少一个轴承。

优选地，至少一个控制元件是多稳态控制元件或单稳态控制元件。

本发明的控制系统包括少量的不同零件，从而使其紧凑且易于制造和组装。

附图说明

下面，应当结合附图对本发明进行描述和说明，其中：

图1是根据本发明的电容式控制系统的实施方式的示意性立体分解图；

图2是图1的组装好的系统的示意性剖视图；

图3是包含图1的系统的所有第一电容激活区域的成形元件的示意性立体图；

图4是图1的系统的第一旋转控制元件的示意性立体图；

图5示意性例示了图4中示出的第一旋转控制元件的四种不同的示例性激活模式；

图6是沿着图2的平面A-A的图1的系统的示意性剖视图；

图7是图1的系统的第二旋转控制元件的示意性立体图；

图8是沿着图2的平面B-B的图1的系统的示意性剖视图；

图9是可滑动控制元件的区域中的图1的系统的示意性剖视图；以及

图10是图1的系统的内部轴承元件的示意性立体图。

具体实施方式

图1和图2中示出的电容式控制系统1的实施方式具有汽车控制系统的形式，并且更具体地，具有转向盘管柱集成模块(CIM)的形式。系统1包括：控制杆2，其受控制的倾斜度可被例如用于使车辆的挡风玻璃刮水器或巡航控制器打开和关闭等；多稳态第一旋转控制元件3，其旋转可被例如用于控制刮水器频率、巡航控制速度等；单稳态第二旋转控制元件4，其旋转可被例如用于控制后挡风玻璃洗涤器；以及单稳态可滑动(推动)控制元件5，其轴向移位可被例如用于控制前挡风玻璃洗涤器、巡航控制存储器等。

系统1的所有控制元件3、4和5与控制杆2一起形成预组装单元，该预组装单元在车辆组装线处应当被机械地固定到图中未示出的车辆转向盘管柱，并且以本领域技术人员熟知的方式电连接到车辆线路。

在该实施方式中，控制系统1包括内部轴承元件6形式的支撑件，内部轴承元件6为控制元件3、4和5提供固定和引导。元件6具有与元件6的轴线垂直设置的三个圆柱形部分61、62和63(参见图10)。

内部轴承元件6借助第一圆柱形部分61的四个轴向卡锁突起611以及与杆2中的四个卡锁凹进21配合而卡锁在杆2内。旋转控制元件3和4顺序地能旋转地设置在内部轴承元件6上，并且可滑动控制元件5利用其四个卡锁突起51而在内部轴承元件6内以及第二旋转控制元件4内部可滑动地卡锁，卡锁突起51可滑动地接合元件6的第三圆柱形部分63。显而易见，控制元件3、4和5的其他固定和引导形式应当对本领域的技术人员来说是熟知的。

印刷电路板7被固定在内部轴承元件6的承窝64内，并且包括使得能够将控制系统电连接到车辆线路的插头72。成形的金属件8(参见图3)被设置在内部轴承元件6和控制元件3、4和5之间。件8通过其导电板84与印刷电路板7电连接，导电板84被焊接到印刷电路板7的导电迹线(未示出)。

如图3中详细示出的，件8包括与控制元件3、4和5配合的五对可变形臂83a-83e，如将在随后描述的。每对臂83*相对于印刷电路板7的平面对称地布置。臂83a-83e中的每一个在其端部设置有第一电容激活区域81a-81e。另一方面(参见图1)，印刷电路板7包括以导电迹线的形式设置在板7的相对面上的五对第二电容激活区域71a-71e。印刷电路板7的每个第二电容激活区域71a-71e被设置在成形的金属件8的对应第一电容激活区域81a-81e下面。

这种对称配置使作用在控制元件3、4和5上的机械张力和弯矩相等。为此目的，显而易见，该系统可包括优选地相对于印刷电路板7的平面对称的两个或更多个件8。

臂83a-83e为控制元件3、4和5提供触觉接合。为此目的，每个臂83a-83d包括成形的突起82a-82d。成形的突起82a-82c与第一旋转控制元件3的径向凹进32a-32c配合，而成形的突起82d与第二旋转控制元件4的径向凹进42d配合，如将在随后说明的。径向凹进32a-32c和42d具有控制元件3和4的内凸轮的形式。

控制元件3、4和5的移位导致第一电容激活区域81a-81e与第二电容激活区域71a-71e之间的距离进而电容变化，而与人体电容无关。

如图4和图6中所示，第一旋转控制元件3设置有使得用户能够感测元件3的实际设置的径向位置的径向旋钮31。径向凹进32沿着控制元件3的内表面轴向设置(如后缀a、b、c指示的，朝向可滑动控制元件5增加)，酌情用径向平坦(未凹进)分隔件33将特定的径向凹进32分开。

如图4中所示，轴向内部分割件33a邻接凹进32bc，轴向中间分隔件33b将凹进32a与凹进32c分开，而轴向外部分隔件33c邻接凹进32ab。这种配置使得根据元件3的径向位置能够实现不同的多稳态激活模式。此外，控制元件3的内表面的这种凸轮几何形状促成了拒绝了中间位置的稳态激活模式(成形的突起82位于凹进32内)。

在图5中示出了与a-off、b-off、c-off(34’)、a-on、b-off、c-off(34”)、a-off、b-on、c-off(34’”)、a-off、b-off、c-on(34””)对应的表示适当凹进(32abc、32bc、32a/32c和32ab)的控制元件3的内表面的2D片段形式的四种不同的示例性激活模式。如本领域的技术人员已知的，显而易见，这些二进制代码可被容易地映射到十进制数。

如图6中所示，在*off位置，臂83的成形突起82位于径向凹进32内，使得臂83的第一电容激活区域81与印刷电路板7的第二电容激活区域71之间的距离d1大于与其中臂83的成形突起82邻接平坦分隔件33的*-on位置对应的距离d2。可由外部车辆控制系统测量并相应地解释该电容差。在该实施方式中，距离d1等于约1.5mm，而距离d2等于约0.5mm。

如图7和图8中所示，第二旋转控制元件4设置有两个径向凹进42d，这两个径向凹进42d邻接径向凸轮41d并与成形金属件8的臂83d的成形突起82d配合。如图8中所示，在*off位置，臂83d的成形突起82d位于径向凹进42d内，使得臂83d的第一电容激活区域81d与印刷电路板7的第二电容激活区域71之间的距离d1大于与其中臂83的成形突起82d邻接径向凸轮41d中的任一个的*-on位置对应的距离d2。还可测量并相应地解释该电容差。

如图9中所示，可滑动或推动控制元件5设置有相对于其移位轴线倾斜的两个凹进面52e，这两个凹进面52e邻接臂83e的成形突起82e。对抗臂83e的张力推动元件5使第一电容激活区域(81e)与第二电容激活区域(71e)之间的距离减小，从而触发与控制元件5(未示出)连接的模块的激活。还可容易地检测到由于控制元件5的一些初步推动(或如在控制元件4的情况下一样，转动)引起的电容变化。

如图10中所示，轴承元件6为控制元件3、4和5提供支承和引导。控制元件3在杆2的外表面上的轴承22(参见图1)上以及轴承元件6的第二圆柱形部分62上的轴承621上被引导。控制元件4在轴承621和轴承元件6的第三圆柱形部分63的外表面上的轴承631上被引导。控制元件5在元件6的第三圆柱形部分63的内表面上的轴承632上被引导。所有这些轴承大幅减少了常被称为“自由行程”的可移动控制元件3、4和5的不期望的径向移动，并且允许尺寸公差增大。

本发明的以上实施方式仅仅是示例性的。附图不一定按比例绘制，一些特征可被夸大或最小化。然而，这些因素和其他因素不应该被认为限制了本发明的精神，在随附权利要求书中指示了本发明的预计保护范围。

附图标记的列表：

1.电容式控制系统

2.杆

21.卡锁凹进

22.轴承

3.第一(多稳态)旋转控制元件

31.径向旋钮

32.径向凹进

33.径向平坦分隔件

34.激活模式(34a-34d)

4.第二(单稳态)旋转控制元件

41.径向凸轮

42.径向凹进

5.可滑动(单稳态；推动)控制元件

51.卡锁突起

52.凹进面

6.支撑件(内部轴承元件)

61.第一圆柱形部分

611.卡锁突起

62.第二圆柱形部分

621.轴承(用于元件3、4)

63.第三圆柱形部分

631.轴承(用于元件4)

632.轴承(用于元件5)

64.印刷电路板承窝

7.印刷电路板

72.插头

8.成形(金属)件

81.第一电容激活区域(81a’-81e’；81a”-81e”)

82.成形突起(82a'-82d'；82a”-82d”)；

83.臂(83a’-83e’；83a”-83e”)

84.导电板

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种电容式控制系统(1)，具体地，一种汽车的转向盘管柱集成模块，该控制系统包括支撑件(6)、在所述支撑件(6)内设置成能由用户移位的至少一个控制元件(3，4)、至少一个第一电容激活区域(81a-81d)，所述至少一个第一电容激活区域(81a-81d)与第二电容激活区域(71a-71d)相邻并设置在所述控制元件(3，4)下面且与其配合，以改变所述第一电容激活区域(81a-81d)与所述第二电容激活区域(71a-71d)之间的距离进而改变电容，

其特征在于，

所述至少一个第一电容激活区域(81a-81d)被设置在与所述控制元件(3，4)触觉接合的金属可变形臂(83)处，

其中，所述触觉接合是由所述臂(83)的成形突起(82)或凹进与所述控制元件(3，4)的至少一个内部凹进(32，42)或突起相配合来提供的，并且所述第一电容激活区域(81a-81d)与所述第二电容激活区域(71a-71d)之间的距离保持大于零，

其中，在第一位置，所述臂(83)的所述成形突起(82)或凹进位于所述控制元件(3，4)的所述内部凹进(32，42)或突起内，使得所述臂(83)的所述第一电容激活区域(81a-81d)与所述第二电容激活区域(71a-71d)之间的距离(d1)大于与其中所述臂(83)的所述成形突起(82)或凹进在所述控制元件(3，4)的所述内部凹进(32，42)或突起之外的位置对应的距离(d2)，并且

其中，所述至少一个控制元件(3，4)具有设置有内凸轮形式的所述至少一个内部凹进(32，42)或突起的圆柱形形状。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括多个控制元件(3，4)。

3.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括设置有多个所述臂(83)的至少一个成形的均匀件(8)，其中，每个控制元件(3，4)与至少一个臂(83)触觉接合。

4.根据权利要求1或2或3所述的控制系统，其特征在于，至少一个控制元件(3)与不止一个臂(83)触觉接合。

5.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还设置有被设置在所述可变形臂(83)下面的印刷电路板(7)，并且所述至少一个第二电容激活区域(71a-71e)具有所述印刷电路板(7)的导电迹线的形式。

6.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述支撑件(6)设置有用于所述至少一个控制元件(3，4)的至少一个轴承(611，621，631，632)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其特征在于，至少一个控制元件是多稳态控制元件(3)或单稳态控制元件(4)。