专利名称：安装在方向盘内的开关模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种安装在方向盘中的开关模块。更特别地，本发明涉及这样一种开关模块，其中输入开关模块和反馈模块被结合并安装在方向盘中，使得驾驶者可以在握住方向盘的同时进行开关操作。
背景技术：
方向盘被设计成用于控制车辆的方向，通常包括圆环形状的把握部、安装于把握部的内部直径内的安全气囊模块，和喇叭。各种开关通常围绕方向盘的把握部或安全气囊模块安装，以执行各种车辆功能，例如音频、视频以及导航(AVN)、平视显示器(HUD)，等等。现有技术的开关通常较小并且以较复杂的方式布置在方向盘把握部的周围；因此具有很大的缺陷，即需要驾驶者松开方向盘的把握部来操作开关，因而产生危险、不安全的驾驶状态。此外，现有技术的开关是不利的，因为其小尺寸和复杂的布局增加了驾驶者无意触碰到错误开关的可能性。鉴于上述问题，很明显需要一种开关，其允许驾驶者将手与方向盘的把握部保持稳定接触的同时，允许驾驶者控制诸如AVN、HUD等车辆功能。
发明内容
本发明提供一种可安装在方向盘内的开关模块。该开关模块包括输入开关模块和反馈模块。输入开关模块包括力/扭矩传感器，通过接收来自驾驶者的握力或扭力等扭矩操作力而工作。反馈模块通过向驾驶者提供反馈感应(例如声音信号或振动)而工作，从而允许驾驶者确认开关功能已启动。当开关模块被安装于方向盘内时，输入开关模块的开关操作可以通过驾驶者的多种动作而被执行，例如，在保持驾驶者的手与方向盘之间接触的同时，向前或向后按压方向盘、或者向左或向右扭动方向盘。一个方面，本发明提供一种安装于方向盘把握部内的开关模块，其包括输入开关模块，其具有由共7种动作操作的力/扭矩传感器，这些动作包括:推或拉动作、短暂按动动作、向左或向右扭转动作以及在左或右对角线方向的折叠动作。此外，该开关模块包括反馈模块，用来向驾驶者提供反馈感应(例如声音信号或振动)。在一个示例性实施方式中，根据本发明的安装在方向盘把握部内的开关模块还包括控制器，其通过检测与输入开关模块的操作相关的输出信号来操作反馈模块。在另一个示例性实施方式中，输入开关模块包括:固定于方向盘把握部的第一横截面的第一固定块；可移动块，扭转地、可移动地安装于第一固定块；固定于方向盘把握部的第二横截面的第二固定块；六轴力/扭矩传感器，位于可移动块与第二固定块之间并与它们连接；以及多个输入构件，连接于可移动块和第二固定块的外表面，用于向六轴力/扭矩传感器提供力或扭矩。第一、第二横截部横跨(span)方向盘的内径和外径，并且隔开与第一和第二固定块之间的距离大致对应的圆周距离。在另一个示例性实施方式中，具有柔性材料的接合体(bonding substance)被夹在第一固定块与可移动块之间。在又一个示例性实施方式中，输入构件可以包括一对铰接构件和一个弹性构件，其中该对铰接构件的第一端枢转地连接于形成于可移动块的外表面形成的槽中；并且该对铰接构件的第二端枢转地连接于弹性构件的第一端，而弹性构件的第二端固定于第二固定块的外表面。在还有的一个示例性实施方式中，输入开关模块的可移动块和第二固定块通过连接块一体地彼此连接，并且反馈模块被安装于连接块内。在又一个示例性实施方式中，反馈模块被单独地装入靠近输入开关模块的方向盘把握部的位置内。在另一个示例性实施方式中，反馈模块被利用成振动电机，在接收到来自控制器的操作信号时被振动。根据本发明，具有力/扭矩传感器和反馈模块的输入开关模块可被安装在方向盘内，使得所安装的输入开关模块的操作可以由多个驾驶者的动作而执行，例如，向前或向后按压方向盘，或者向左或向右扭转方向盘。因此，本发明使驾驶者在与方向盘的把握部保持接触的同时易于操作输入开关模块，从而使驾驶者可以对车辆保持安全控制。此外，由于多个开关(例如，AVN、HUD等等)可被安装在一个输入开关模块内，因此本发明能够很容易且安全地操作所有开关，同时通过去除现有技术中典型的大量小型且迟钝地排列的开关，而提供整洁的外观。此外，应该理解，因为在开关操作已经被输入到输入开关模块之后，从反馈模块输出的振动才进行，因此驾驶者可以探测开关操作的完成。
接下来，将参考附图示出的特定实施方式来详细描述本发明的上述和其它特征，这些说明仅起到阐释的作用，因此并不用于限制本发明，其中:图1是示出根据本发明的输入开关模块的立体图；图2是根据本发明输入开关模块位于方向盘内的一个示例性安装位置的示意图；图3是根据本发明输入开关模块位于方向盘内的一个示例性实施方式的截面图；以及图4和5是根据本发明安装在方向盘中的开关模块的操作实施例的截面图。
具体实施例方式下文将要详细描述本发明的一些实施方式，在附图和下文描述中阐释其示例。虽然将要结合具体实施方式
描述本发明，但可以理解的是，本说明书并不用于将本发明限制在这些具体实施方式
中。相反地，本发明不仅覆盖这些实施方式，而且还覆盖多个替代、修改、等价以及其它实施方式，其包含在如所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围内。可以理解的是，在此使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它相似的术语包括机动车辆，例如:包括运动型多功能车(SUV)、公交车、多种商务车的载人车辆、包括多种船和舰的船只、飞机以及类似的，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插入式混合电动车辆、氢动力车辆以及其它替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源得到的燃料)。如在此提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力来源的车辆，例如由汽油和电力共同驱动的车辆。如图1所不,输入开关模块20包括第一固定块21、可移动块23、六轴力/扭矩传感器24、连接块28，以及第二固定块22。第一固定块21和第二固定块22紧固位于方向盘内部的输入开关模块20的两端。可移动块23扭转地、可移动地安装于第一固定块21。接合体26可以被夹在第一固定块21与可移动块23之间。通过位于可移动块23与连接块28之间的六轴力/扭矩传感器24，将可移动块23连接到连接块28。连接块28被连接至第二固定块22。多个输入构件25连接于可移动块23以及第二固定块22的外表面，用于向六轴力/扭矩传感器24提供力或扭矩。每个输入构件25包括一对铰接构件25-1和一个弹性构件25-2。该成对铰接构件25-1的第一端25-1-1枢转地接合于形成在可移动块23的外表面的槽27中，并且该成对铰接构件25-1的第二端25-1-2枢转地接合于弹性构件25_2的第一端25-2-1,同时弹性构件25-2的第二端25-2-2固定于第二固定块22的外表面。在所不的不例性实施方式中，具有四个输入构件25:前输入构件25a、后输入构件25b、左输入构件25c以及右输入构件25d(这些方向是指方向盘相对于驾驶者的位置,例如，方向盘面对驾驶者的表面被看作是前面)。如图2所示，本发明最主要的特征在于具有六轴力/扭矩传感器24的输入开关模块20被安装在方向盘10的把握部12内，同时，用于向驾驶者提供开关操作感觉的反馈模块30也位于其中(参见，例如附图4)。因此，依赖于驾驶者对输入开关模块20的输入(例如，向前按压、向后按压、向左按压、向右按压、把握部的扭转动作，等等)，产生位于把握部12内的输入开关模块20的开关输出，因而启动反馈模块30并向驾驶者提供反馈感应(例如声音信号或振动)，确认输入开关模块20被启动。换句话说，把握部12内的输入开关模块20的开关输出例如可以通过七个动作(seven motions)启动，驾驶者可以通过例如将感受到振动作为开关输出的反馈，来确认开关操作。例如，七个动作可以包括:在保持把握部时推动动作产生的力(在推动把握部的前表面时的压动)、在保持把握部的同时拉动动力产生的力(在拉动把握部的后表面时的压动)、通过稳固抓握整个把握部的短暂压动产生的力；通过向左扭转把握部的扭动动作产生的力；通过向右扭转把握部的扭动动作产生的力；在折叠(wrapping)把握部的同时通过沿左对角线方向(逆时针方向)扭转把握部的扭动动作产生的力；以及在折叠把握部时通过沿着右对角线方向(顺时针方向)扭转把握部的扭动动作而产生的力。下文将参考图2和图3描述安装在方向盘的把握部12内的输入开关模块20的结构。如图3所不，输入开关模块20的第一固定块21安装于把握部12的第一横截面“线a”，同时，第二固定块22安装于把握部12的第二横截面“线b”。在一个示例性实施方式中，可移动块23可以通过具有柔性材料的接合体26扭转地、可移动地安装在第一固定块21的内侧表面。换句话说，由于具有柔性材料的接合体26被结合在第一固定块21与可移动块23的分界部，因此可以在相对于第一固定块21的顺时针或逆时针方向上获得可移动块23的扭动。可移动块23的内侧表面一体地固定于六轴力/扭矩传感器24的一侧表面，中空型连接块28—体地安装在第二固定块22的内侧表面，而连接块28的内侧表面一体地紧固于六轴力/扭矩传感器24的另一侧表面。
六轴力/扭矩传感器24使用具有多个弹性柱(未示出)的常规六轴力/扭矩传感器，其连接于可移动块23的内侧表面并且同步地连接于连接块28的内侧表面。六轴力/扭矩传感器24的每个弹性柱具有机械变形特性，例如，当任何力或扭矩施加于其上时，弹性柱因弹性恢复力而扭转。反馈模块30可被安装在连接块28内，其中该反馈模块30可被应用为，例如，振动电机(未不出)，其易于受到与输入开关模块20的开关输出一致的振动。在另一个实施方式中，反馈模块30可被安装在与输入开关模块20分开的把握部12的内侧。例如，反馈模块30可以靠近第一固定块21或第二固定块22分开地安装在把握部12内，以迅速地向驾驶者的手传递开关操作的反馈感应。在如图4所示的本发明的示例性实施方式中，用于操作本发明的输入开关模块20的主要结构包括多个(例如四个)输入构件25，这些输入构件25以相同间距连接于可移动块23与第二固定块22的外表面之间。输入构件25用于将与驾驶者的操作力一致的力或转矩传递给六轴力/扭矩传感器24。输入构件25包括一对铰接构件25-1，其具有第一端25-1-1和第二端25-1-2，第一端25-1-1通过连接端29的槽27内的铰链销可枢转地接合在一体地形成在可移动块23的外径表面的连接端29，第二端25-1-2可枢转地接合在弹性构件25-2的第一端25-2-1，弹性构件的第二端25-2-2固定于第二固定块22的外径表面。当与铰接构件25-1的第二端25-1-2枢转连接的弹性构件25_2的第一端25_2_1被按压时，弹性构件25-2的第一端25-2-1沿着按压方向关于固定点，例如安装于第二固定块22的第二端25-2-2扭转，在此积聚弹性恢复力。同时，六轴力/扭矩传感器24连接于控制器40的输入侧以向其输出信号,而用作反馈模块30的振动电机连接于控制器40的输出侧。接下来将描述如上所述构成的本发明的安装在方向盘内的开关模块的操作。参考图4，如果驾驶者在握住方向盘10的把握部12时通过推动把握部12的前表面而进行压动，则把握部12的前表面(面向驾驶者的表面)被按压，其向四个示例性输入构件25中的前输入构件25a提供压力。因此，前输入构件25-1的弹性构件25-2因其中积聚的弹力被压，并且同时将铰接构件25-1朝向第一固定块21推动。同时，铰接构件25-1处于沿着形成在可移动块23的连接端29的槽27、朝向第一固定块21被平移的状态。此时，连接于可移动块23的六轴力/扭矩传感器24，检测在铰接构件25-1被平移时所产生的力，并向控制器40输出信号。而控制器40发送操作信号以启动该装置的某些功能，诸如AVN、HUD等，同时将操作信号传送给用作反馈模块30的振动电机。振动电机随后产生振动并且驾驶者可以利用这种反馈振动来感受开关操作的感觉。如图4所示，当驾驶者在握住方向盘10的把握部12时通过拉动把握部12的后表面而进行按压动作时，把握部12的后表面被按压，其向四个示例性的输入构件25中的后输入构件25b施加压力。因此，执行与在前输入构件25a被挤压时进行的相同的操作，以启动该装置的另外一些功能，例如AVN、HUD，等等。同时，如果驾驶者在握住方向盘10的把握部12同时向左或向右扭转把握部12，也就是通过向左或向右扭转把握部12而产生扭动，则压力分别施加于四个示例性输入构件25中的左输入构件25c或右输入构件25d。因此，执行与前输入构件25a被按压时相同的操作，以启动该装置的另外一些功能，例如AVN、HUD等等。参考图5，当驾驶者在折叠(wrap)方向盘10的把握部12的同时，通过沿左对角线方向(顺时针)或右对角线方向(逆时针)扭转把握部12以产生扭动，一个扭矩施加给每个输入构件25的铰接构件25-1，一个扭矩同步传递给连接于铰接构件25-1的可移动块23，以便获得在相对柔性材料的接合体26的左或右方向上的可移动块23的扭动。连接于可移动块23的六轴力/扭矩传感器24，检测可移动块23的扭动并将信号输出给控制器40，其启动装置的另外一些特定功能，诸如AVN(音频、视频、导航)、平视显示器(HUD)，等等。此外，如果驾驶者在握住方向盘10的把握部12的同时通过稳固地握住整个把握部12而产生短暂的压动，则压力被同时施加给四个输入构件25a、25b、25c和25d，其启动该装置的另外一些需要开关操作功能。上面已参考本发明的示例性实施方式详细描述了本发明。然而，本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的原则和精神的情况下，还可以对这些实施方式进行变化，本发明的范围由所附的权利要求及它们的等价形式来限定。
权利要求
1.一种开关模块，包括: 输入开关模块； 反馈模块，以及 控制器，其被配置成接收来自所述输入开关模块的信号，并将信号输出至装置和所述反馈模块。
2.如权利要求1所述的开关模块，其中所述输入开关模块包括: 具有第一端和第二端的第一固定块； 具有第一端、第二端以及圆周部的可移动块，其中所述可移动块的第一端扭转地、可移动地安装于所述第一固定块的所述第二端； 具有第一端和第二端的连接块，其中所述连接块的所述第一端连接于所述可移动块的所述第二端，并且在所述可移动块与所述连接块之间夹持有六轴力/扭矩传感器； 具有第一端、第二端以及圆周部的第二固定块，其中所述第二固定块的所述第一端安装于所述连接块的所述第二端；以及 多个输入构件，将所述可移动块的圆周部连接至所述第二固定块的所述圆周部，其中所述输入构件围绕所述可移动块和第二固定块的圆周表面等距离地间隔开，并且被配置成向所述六轴力/扭矩传感器施加力和/或扭矩。
3.如权利要求2所述的开关模块，其中所述可移动块的所述第一端通过接合体扭转地、可移动地安装于所述第一固定块的所述第二端。
4.如权利要求3所述的开关模块，其中所述接合体是柔性材料。
5.如权利要求2所述的开关模块,其中所述多个输入构件中的每个输入构件包括: 具有第一端和第二端的一对铰接构件，其中所述第一端枢转地接合于所述可移动块的圆周表面；以及 具有第一端和第二端的弹性构件，其中所述第一端枢转地连接于所述一对铰接构件的所述第二端，并且所述第二端被固定地安装于所述第二固定块的圆周表面。
6.如权利要求5所述的开关模块，其中所述一对铰接构件的所述第一端通过具有槽的凸耳枢转地接合于所述可移动块的圆周表面。
7.如权利要求5所述的开关模块，其中所述弹性构件的所述第二端直接固定地安装于所述第二固定块的所述圆周表面。
8.如权利要求5所述的开关模块，其中所述弹性构件的所述第二端通过安装架固定地安装于所述第二固定块的所述圆周表面。
9.如权利要求1所述的开关模块，其被配置为安装在方向盘内。
10.如权利要求2所述的开关模块，其中所述第一固定块的所述第一端安装于方向盘的第一内表面，而所述第二固定块的所述第二端安装于所述方向盘的第二内表面。
11.如权利要求1所述的开关模块，其中所述反馈模块位于所述输入开关模块内。
12.如权利要求1所述的开关模块，其中所述反馈模块位于与所述输入开关模块相邻的位置。
13.如权利要求2所述的开关模块，其中所述反馈模块位于所述连接块内。
14.如权利要求1所述的开关模块，其中所述反馈模块包括振动电机，所述振动电机被配置为在接收到来自控制器的输出信号时产生振动。
15.如权利要求1所述的开关模块，其中所述装置选自音频系统、视频系统、导航系统、加热系统、冷却系统、平视显示器、转向信号灯、前大灯、巡航控制器、内部照明灯以及座椅位置控制器。
16.如权利要求1所述的开关模块，其中所述装置为平视显示器。
17.如权利要求2所述的开关模块，其中所述输入开关模块被配置为向所述控制器发出与驾驶者的不同动作操作相关的不同的信号。
18.如权利要求17所述的开关模块，其中所述动作操作选自推动、拉动、压动、向左扭动、向右扭动、沿左对角线方向的折叠动作以及沿右对角线方向的折叠动作。
19.一种开关模块,包括: 输入开关模块，包括: 具有第一端和第二端的第一固定块； 具有第一端、第二端以及圆周部的可移动块，其中所述可移动块的所述第一端被扭转地、可移动地安装于所述第一固定块的所述第二端； 具有第一端和第二端的连接块，其中所述连接块的所述第一端连接于所述可移动块的所述第二端，并且在所述可移动块与所述连接块之间夹持有六轴力/扭矩传感器； 具有第一端、第二端以及圆周部的第二固定块，其中所述第二固定块的所述第一端安装于所述连接块的所述第二端；以及 多个输入构件，将所述可 移动块的圆周部连接至所述第二固定块的所述圆周部，其中所述输入构件围绕所述可移动块和第二固定块的圆周表面等距离地间隔开，并且被配置为向所述六轴力/扭矩传感器施加力和/或扭矩； 反馈模块，以及 控制器，其被配置为接收来自所述输入开关模块的信号，并将信号输出至装置和所述反馈模块。
全文摘要
本发明涉及一种安装在方向盘内的开关模块，其包括输入开关模块、反馈模块以及控制器。输入开关模块允许驾驶者执行多种开关操作，例如通过按压方向盘的左、右、前或后，或者通过向左或向右扭动或相对于方向盘的向左或向右对角线运动。开关模块控制器从输入开关模块接收与这些开关操作相关的输入，并且向诸如平视显示器等车辆装置输出信号，以及向为驾驶者提供反馈响应以确认开关操作的反馈模块输出信号。本发明允许驾驶者在保持与方向盘接触的同时控制车辆装置和系统，从而增加车辆的安全性。
文档编号B60R11/02GK103158631SQ20121022324
公开日2013年6月19日 申请日期2012年5月21日 优先权日2011年12月9日
发明者千周永 申请人:现代自动车株式会社