具有接近传感器的固定控制旋钮的制作方法

本发明总体上涉及接近传感器以及相关的控制装置，并且更具体地涉及一种利用接近传感器来检测用户输入的固定控制旋钮。

背景技术：

机动车辆通常配备有各种用户可致动开关和用于接收控制车辆上的装置的用户输入的其它控制装置。例如，旋转控制旋钮通常用于强度控制，从而诸如控制暖通空调(hvac)鼓风机的音量或速度，或温度设置。传统机械旋转旋钮通常围绕轴线旋转并且因此具有易于磨损和破损的移动部件。期望提供一种用户输入控制旋钮，其提供输入控制功能而不会受到机械相关的磨损和破损的影响。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，固定输入旋钮总成包括具有外周表面的旋钮，该外周表面具有多个从其延伸的肋。该总成还包括邻近旋钮定位以检测用户围绕旋钮旋转的手的多个接近传感器。该总成进一步包括基于检测到的手的旋转而产生控制信号的控制器。

根据本发明的另一方面，固定输入旋钮总成包括具有外周表面的旋钮，该外周表面具有非圆形形状。该总成还包括邻近旋钮定位以检测用户围绕旋钮旋转的手的多个接近传感器。该总成进一步包括基于检测到的手的旋转而产生控制信号的控制器。

根据本发明的又一方面，车辆输入旋钮总成包括旋钮，该旋钮定位在车辆中并且具有外周表面，该外周表面具有多个径向延伸的表面。该总成还包括邻近旋钮定位以检测用户围绕旋钮旋转的手的多个接近传感器。该总成进一步包括基于检测到的手的旋转而产生控制信号的控制器。

本领域的技术人员将基于研究下述说明书、权利要求以及附图来理解和认识本发明的这些和其它方面、目标以及特征。

附图说明

附图中：

图1是根据一个实施例的具有固定控制旋钮总成的机动车辆的乘客舱的透视图；

图2是图1中示出的固定控制旋钮总成的放大透视图；

图3是图2中示出的固定控制旋钮总成的主视图；

图4是示出了以虚线示出的接近传感器布置和旋钮特征部的固定控制旋钮总成的主视图；

图5是通过图3的线v-v截取的固定控制旋钮总成的横截面视图；

图6是通过图3的线vi-vi截取的固定控制旋钮总成的横截面视图；

图7是进一步示出了与控制旋钮相互作用的用户的手指的固定控制旋钮总成的透视图；

图8是响应于图7中示出的手指的顺时针运动的接近传感器信号的曲线图；

图9是示出了根据一个实施例的固定控制旋钮总成及通过其控制的装置的框图；

图10a-10b是示出了根据一个实施例的用于处理接近传感器信号并产生控制输出信号的旋转控制程序的流程图；以及

图11是示出了根据一个实施例的用于处理前触摸板上的接近传感器信号并产生控制输出信号的线性控制程序的流程图。

具体实施方式

为本文描述的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“垂直”、“水平”及其派生词应按照图1中的取向关联于本发明。然而，可以理解的是，除非明确相反的规定，本发明可以采取各种替代方向。也可以理解的是，在附图中示出的以及在下面说明书中描述的具体装置和方法仅仅是所附权利要求中限定的创造性构思的示例性实施例。因此，涉及本文公开的实施例的具体尺寸和其它物理特性不认为是限制性的，除非权利要求中明确另有说明。

现参考图1，机动车辆10(诸如轮式机动车辆)的内部通常被示出为具有乘客舱12和固定输入旋钮总成20，该固定输入旋钮总成20定位成并且配置为允许用户(例如车辆的驾驶员或其它乘客)操纵输入旋钮总成20或与输入旋钮总成20相互作用以提供可用于控制一个或多个装置或系统的用户输入命令。车辆10通常包括驾驶员座椅14，该驾驶员座椅14配置为向诸如车辆10的驾驶员的乘客提供座位。车辆10还包括通常示出在驾驶员座椅14前方的仪表板16。固定输入旋钮总成20具有定位在仪表板16上并且示出为在坐在驾驶员座椅14上的乘客(例如，驾驶员)够得到的范围内的固定用户可接合旋钮22。固定旋钮总成20可以由用户(诸如驾驶员)的手接合，用户的手可与其相互作用以输入控制用于包括娱乐系统的一个或多个装置的多种功能中的任意一个从而诸如控制无线电或其它音频娱乐系统的音频音量、无线电台的选台、暖通空调(hvac)风扇、hvac温度设置以及其它可另外利用机械旋转控制输入的装置和功能的命令。

根据一个实施例，图2-6进一步示出了固定输入旋钮总成20。固定输入旋钮总成20被示出为具有固定旋钮22，该固定旋钮22固定到作为仪表板16示出的基部并且从仪表板16的基部向前延伸。固定旋钮22具有前表面24和围绕旋钮22的周边延伸的向前延伸侧壁25。旋钮22具有非圆形形状，该非圆形形状具有多个径向延伸表面。侧壁25具有交替的凹入的侧壁部分28和围绕侧壁25的整个360度延伸的肋26。每个肋26从旋钮22的中心径向向外延伸到周边处的第一表面并且肋26通过凹入的侧壁部分28与相邻的肋26分开，该凹入的侧壁部分28在周边处提供第一表面的径向内侧的第二表面。因此，用户可以接合或夹紧固定旋钮22，使得在如箭头27所示的手的顺时针或逆时针旋转期间，用户的手(特别是手的手指)围绕肋26上周边的第一表面和凹入的侧壁部28上的第二表面接合并且滑动。在这样做时，固定旋钮22保持固定并且不相对于仪表板16旋转。当手及其手指围绕固定旋钮22的周边第一和第二表面旋转时，向外延伸的肋26迫使手指沿着肋26的第一表面或者在肋26的第一表面上径向向外移动，并且随后当遵循凹入的侧壁部分28的轮廓时沿着第二表面径向向内移动。因此，当手和手指围绕旋钮22的周边旋转时，用户的手指径向向外和向内移动。应当理解的是，根据其它实施例，固定旋钮22的其它配置也可以是合适的。例如，凹入的侧壁部分28可以另外被配置有不同的表面轮廓。在另一个示例中，旋钮22的周边侧壁可以是形成第二表面的大致圆形形状，其中从其径向向外突出的肋形成第一表面。

具体参考图4-6，固定输入旋钮总成20被示出为具有位于固定旋钮22附近以检测位于旋钮22上的手的一个或多个手指的位置和当用户围绕旋钮22旋转手时手指的运动的第一组多个接近传感器30a-30f。第一组多个接近传感器30a-30f被示出为形成在仪表板16的基部或其它基底或基板的背面上。第一组多个接近传感器30a-30f彼此隔开以及彼此分离并且通常在凹入的侧壁部分28内邻近旋钮22的周边定位在基底16的表面上，以感测位于在相邻的径向延伸肋26之间的凹入的侧壁部分28内的手指。第一组多个接近传感器30a-30f中的每一个在一个实施例中被示出为配置成电容传感器。每个电容传感器包括第一电极32和第二电极34。第一电极32和第二电极34中的每一个都包括相应的电极指36和38。电极指36和38相对于彼此相互交叉来产生感测激活场以感测用户手指相对于每个接近传感器30a-30f的接触或极为接近。每个接近传感器的感测激活场是示例性实施例中的电容场，并且用户的手指和手具有引起感测激活场中的变化或干扰的导电性和介电性质，这对于本领域技术人员是显而易见的。然而，本领域技术人员还应当理解，可以使用附加或替代类型的接近传感器，例如但不限于电感式传感器，光学传感器，温度传感器，电阻式传感器等，或其组合。示例性接近传感器在2009年4月9日的触摸传感器设计指南10620d-at42-a4/09中进行了描述，整个参考文献通过引用并入本文。

第一组多个接近传感器30a-30f被示出为电容传感器，每个电容传感器具有大致卵形或椭圆形的形状，并且进一步分别具有一对电极32和34，每个电极具有多个电极指36和38。电极32的电极指36与电极34的电极指38间隔开并相互交叉。相对的相邻电极指36和38分开基于与旋钮22的中心的径向距离的一段距离。具体地，电极指36和38之间的距离随着与旋钮22的中心的径向距离而增加。因此，与在距离旋钮22进一步径向向外的距离处连接的电极指36和38之间的较大距离相比，电极指36和38在更靠近旋钮的位置处更靠近在一起。因此，电极指被配置为具有基于与旋钮的距离而变化的密度。这导致与进一步远离旋钮22的距离相比，接近传感器30a-30f在更靠近旋钮22的距离处增加的信号强度和灵敏度。

如图7所示，具有介电和导电性质的用户的三个手指50a-50c被示出为当手指50a-50c沿着固定旋钮22的周边表面接合并且移动时每个都位于三个肋26的第一表面上。当用户的手指50a-50c位于在接近传感器30a-30f之一的正前方的凹入的侧壁部分28内的第二表面上时，用户的每个手指大体上覆盖所有对应的接近传感器或与所有对应的接近传感器相互作用并且由于手指的介电或导电性质而产生指示关于凹入部分存在手指的相对高的振幅信号。当手指50a-50c围绕固定旋钮22顺时针旋转时，手指50a-50c在肋26的第一表面上径向向外移动并且围绕侧壁和向外突出的肋26滑动并且滑动到相邻的凹入部分28的第二表面上，使得每个手指50移动到通常居中于两个凹入的侧壁部分28之间的肋26上的第二位置。在该位置中，手指50大体上从由接近传感器30a和30b产生的激活场中移除。如果手指50a-50c与相邻的接近传感器中的一个或两个重叠，则手指50a-50c将通常与具有电极指之间较大的间隔距离的接近传感器的部分重叠，这将导致较小的信号振幅。因此，当手指50a-50c各自位于肋26之间的凹入部分28内的第二表面上时，产生了大振幅的激活信号，而当手指50a-50c各自径向向外地位于肋26的外部第一表面上时，手指产生小得多的振幅信号或无信号。因此，由第一组多个接近传感器30a-30f产生的信号可以由控制电路处理，以确定用户的手指在固定旋钮22上的位置以及当人的手和手指围绕固定旋钮22的侧壁表面顺时针或逆时针旋转时手指的行进方向和速度。

参考图8，总体示出了随着图7所示的用户的手和手上的三个手指50a-50c在顺时针方向上围绕固定旋钮22的外侧壁表面旋转而由第一组多个接近传感器产生的信号。在该示例中，信号52e是由接近传感器30e产生的信号，信号52a是由接近传感器30a产生的信号，以及信号52b是由接近传感器30b产生的信号。此外，信号52f是由接近传感器30f产生的信号并且信号52c是由接近传感器30c产生的信号。当用户的手指位于在各自的接近传感器30e、30a以及30b正前方的凹入侧壁内的第二表面上时，信号52e、52a以及52b以高振幅信号示出。随着手指50a-50c顺时针旋转，手指在肋26上的第一表面上径向向外移动，以便从先前接合的接近传感器转移到接近传感器之间的位置，在该位置信号大体上下降到零。位于靠近肋26的手的三个手指50a-50c同时旋转进入凹入的侧壁部分28内的位置并且被对应的接近传感器检测到，使得信号52f、52b以及52c如图所示的上升。然后由接近传感器30a-30f产生的信号可由控制器或其它控制电路处理，以确定手指50a-50c的位置以及当手围绕固定旋钮22的外表面旋转时手指50a-50c的旋转量和旋转速度以及方向。旋钮22的确定的位置和旋转速度可用于确定预期的用户输入，并且相应地可以产生命令输出信号。

返回参考图2-4，进一步示出固定输入旋钮总成20具有邻近形成触摸板的固定旋钮22的前表面24定位的第二组多个接近传感器40a-40d。第二组多个接近传感器40a-40d示出为每个形成用于检测与其极为接近的用户手指的存在的线性传感器，诸如在直线方向(诸如由示出的箭头所指示的水平或垂直方向)上手指的触摸和滑动运动。在图4中示出的第二组多个接近传感器中的每一个都具有三个接近传感器42a-42c的线性阵列。接近传感器的线性阵列被示出为配置成具有电极和与相对的电极指相互交叉的电极指的电容传感器，类似于在第一组多个接近传感器中配置的那些，除了电极指被间隔开并且被均匀定尺寸以及传感器的长度可能变化之外。电容传感器42a具有比电容传感器42b长的长度，电容传感器42b具有比电容传感器42c长的长度，使得可以基于用户的手指相对于每个电容传感器42a-42c的位置来检测信号强度的变化。第二组多个接近传感器40a-40d通过允许用户进行诸如菜单选择的附加输入来进一步实现固定输入旋钮总成20的输入。例如，用户可以通过与第二组多个接近传感器48a-48d中的一个或多个相互作用来选择菜单选项，并且然后可以进一步提供围绕固定旋钮22的由第一组多个接近传感器30a-30f检测到的旋转运动以对特定的所选菜单项进一步进行用户输入选择。例如，用户可以利用第二组多个接近传感器40a-480d中的一个或多个从菜单中选择音频音量，然后随后可以利用第一组多个接近传感器30a-30f来调节音量的幅度。

参考图9，固定输入旋钮总成20被示出为具有总体包括微处理器62和存储器64的控制器60。应当理解的是，控制器60可以是数字专用控制器或共享控制器(例如车身控制器或娱乐系统控制器)或者可以包括其他模拟和/或数字控制电路。控制器60接收包括第一组多个接近传感器30a-30f中的每一个和来自第二组多个接近传感器40a-40d的每一个的传感器输入的各种传感器输入。控制器60处理传感器产生的输入，并且基于感测到的信号来确定与旋钮相互作用的用户手指的位置和移动。这可以通过处理存储在存储器64中并由微处理器62执行的旋转控制程序100和触摸板线性控制程序200来实现。旋转控制程序100确定在旋转输入期间手指在侧壁上的旋转位置和移动，而触摸板线性控制程序200确定手指在前壁触摸板上的位置和线性移动。然后，控制器60可以进一步确定将用于控制诸如无线电装置或其它装置的装置66的一个或多个输出信号。

图10a-10b示出了根据一个实施例的转控制程序100。控制程序100在步骤102处开始旋钮旋转估计，并且继续进行步骤104，以将时间增量[t]递增数值1。接下来，在判定步骤106处，程序100计算总平均通道信号ch[t]。在108处，程序100确定旋钮是否由用户接合，并且如果不是，则继续进行判定步骤110，以确定总平均通道信号ch[t]是否大于阈值并且是稳定的。如果总平均通道信号不大于阈值并且不稳定，则程序100返回到步骤104。否则，在总平均通道信号大于阈值并且稳定的情况下，程序100继续进行步骤112以将旋钮接合标志设置为真，并且然后继续进行步骤114以确定作为由每个通道信号加权的通道指数的平均值的函数计算的信号分布(sd[t])。sd表示由信号强度加权的平均手指位置，增量_sd[t](delta_sd[t])表示平均手指位置的增量变化，并且初始设置为零。sd和delta_sd用于确定作为用户手指在旋钮上的位置的函数的旋钮的增量旋转。

如果在步骤108处确定旋钮被用户的手接合，则控制程序100继续进行判定步骤116，以确定总平均通道信号是否小于阈值，并且如果是，则在返回步骤104之前继续进行步骤118以将旋钮启用标志设置为假。如果确定总平均通道信号ch[t]大于或等于阈值，则程序100继续进行步骤120以计算作为由每个通道信号加权的通道指数的平均值的函数的第一信号分布sd1[t]。接下来，程序100利用设置为n的通道ch[0]的指数来计算替代的第二信号分布sd2[t]，其中n是卡位(decent)或增量输入变化的数量。程序100继续进行步骤124，以利用设置为零的通道ch[n]的指数来计算替代的第三信号分布sd3[t]。程序100然后为每个增量差值计算所有可能的delta_sd变化。接下来，程序100计算使delta最小化的替代的sd，并且将delta_sd[t]的匹配指数设置为最小。

继续进行判定步骤130，程序100确定信号分布sd[t]是否大于1，并且如果是，则继续进行步骤132以将n个卡位设置为等于底(floor)(delta_sd[t])，其中旋钮顺时针旋转n个卡位并将激活信号发送到主控制器，例如，以增加通过n个卡位的音量。此后，程序100然后在返回到步骤104之前在步骤134处将信号分布sd[t]设置为初始默认设置。如果在步骤130处delta_sd[t]不大于1，则程序100继续进行判定步骤136以确定delta_sd[t]是否小于-1，并且如果是，则继续进行步骤138以将n个卡位设置为顶(ceil)(delta_sd[t])，其中旋钮逆时针旋转n个卡位并向主程序发送激活信号，例如以减小n个卡位的音量并且在返回步骤104之前在步骤134处将sd[t]设置为初始值。如果delta_sd[t]不小于-1，则程序100返回到步骤104。

图11中示出了触摸板线性控制程序200，在步骤202处开始触摸板交互。程序200继续进行判定步骤204，以确定旋钮是否接合，并且如果是，则返回到开始。如果旋钮未被接合，则程序200继续进行步骤206，以计算触摸板上的触摸值作为信号通道表面的总和。接下来，在判定208处，程序200确定是否存在在行动中的用户触摸滑动运动。如果没有触摸滑动运动，则程序200继续进行判定步骤210，以确定触摸信号是否大于触摸阈值，并且如果不是，则返回到步骤204。如果触摸信号超过触摸阈值，则程序200继续进行判定步骤212以确定是否存在最大ch_表面[t](maxch_surface[t])的变化的指数，并且如果不是，则返回到步骤204。如果存在最大ch_表面[t]的变化的指数，则程序200继续进行步骤214以在返回前将在行动中的滑动动作(swipe_in_action)标志设置为真。

如果在步骤208处检测到在行动中的滑动运动，则程序200继续进行步骤216以确定触摸信号是否小于触摸_释放值，并且如果不是，则返回到步骤204。如果触摸信号小于触摸释放值，则程序200继续进行步骤218，以确定检测到滑动并且向主控制器发送激活消息，例如以选择下一个控制模式(例如音量控制模式)。接下来，在步骤220处，程序在返回到步骤204将在行动中的滑动(swipe_in_action)标志设置为假。

固定输入旋钮总成20有利地提供了一个固定旋钮，该固定旋钮允许用户输入控制车辆功能的一个或多个命令。旋钮22被固定，使得它不会与可移动的机械部件一起旋转或以其它方式移动，并且因此不易磨损以及任何所造成的损坏。此外，线性接近传感器允许模式选择以选择与旋转的旋钮控制一起使用的操作模式。

可以理解的是，在不脱离本发明构思的情况下可以对上述结构进行变形和修改，并且可以进一步理解的是这种构思旨在通过下述权利要求覆盖除非这些权利要求通过它们的语言另有明确的说明。