DE102013206118A1

DE102013206118A1 - Annäherungsschalteranordnung und -verfahren mit adaptiver Zeitverzögerung

Info

Publication number: DE102013206118A1
Application number: DE201310206118
Authority: DE
Inventors: Pietro Buttolo; Stuart C. Salter; Cornel Lewis Gardner; Thomas Lee Goodson; James Stuart Rankin
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2013-10-17
Also published as: CN103378839B; US20130271202A1; US9065447B2; CN103378839A

Abstract

Es werden eine Annäherungsschalteranordnung und ein Verfahren zur Detektierung der Aktivierung der Annäherungsschalteranordnung geschaffen. Die Anordnung enthält mehrere Annäherungsschalter, die jeweils ein Abfühlaktivierungsfeld bereitstellen, und eine Steuerschaltungsanordnung, die das Aktivierungsfeld für jeden Annäherungsschalter verarbeitet, um eine Aktivierung abzufühlen. Die Steuerschaltungsanordnung überwacht das Signal in Reaktion auf das Aktivierungsfeld, bestimmt eine Änderungsrate der Signalamplitude für jedes Signal und erzeugt auf der Grundlage der Änderungsrate des überwachten Signals eine adaptive Zeitverzögerung. Ferner erfasst die Steuerschaltungsanordnung eine Spitzenamplitude des Signals und bestimmt sie nach Ablauf der Zeitverzögerung anschließend an die Erfassung der Spitzenamplitude die Aktivierung des Schalters.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Schalter und bezieht sich insbesondere auf Annäherungsschalter mit einer adaptiven Bestimmung der Schalteraktivierung.
Kraftfahrzeuge sind üblicherweise mit verschiedenen durch Nutzer zu betätigenden Schaltern wie etwa Schaltern zum Betreiben von Vorrichtungen einschließlich elektrischer Fensterheber, Scheinwerfer, Scheibenwischer, Schiebedächer oder Sonnendächer, der Innenraumbeleuchtung, Radio- und Infotainmentvorrichtungen und verschiedener anderer Vorrichtungen ausgestattet. Im Allgemeinen müssen diese Arten von Schaltern durch einen Nutzer betätigt werden, um eine Vorrichtung zu aktivieren oder zu deaktivieren oder um eine Art einer Steuerfunktion auszuführen. Annäherungsschalter wie etwa kapazitive Schalter nutzen einen oder mehrere Annäherungssensoren, um ein Abfühlaktivierungsfeld zu erzeugen und um Änderungen an dem Aktivierungsfeld, die eine Nutzerbetätigung des Schalters angeben, die üblicherweise durch Finger eines Nutzers in nächster Nähe oder in Kontakt mit dem Sensor verursacht wird, abzufühlen. Üblicherweise sind kapazitive Schalter zum Erfassen einer Nutzerbetätigung des Schalters auf der Grundlage eines Vergleichs des Erfassungsaktivierungsfelds mit einem Schwellenwert konfiguriert.
Häufig nutzen Schalteranordnungen mehrere kapazitive Schalter in nächster Nähe zueinander, wobei sie allgemein erfordern, dass ein Nutzer einen einzelnen gewünschten kapazitiven Schalter auswählt, um die beabsichtigte Operation auszuführen. In einigen Anwendungen wie etwa bei Verwendung in einem Kraftfahrzeug besitzt der Fahrer des Fahrzeugs wegen der Ablenkung des Fahrers beschränkte Fähigkeit, die Schalter zu sehen. In solchen Anwendungen ist es erwünscht zu ermöglichen, dass der Nutzer die Schalteranordnung auf eine bestimmte Schaltfläche hin untersucht, während eine vorzeitige Bestimmung der Schalteraktivierung vermieden wird. Somit ist es erwünscht zu unterscheiden, ob der Nutzer einen Schalter zu aktivieren beabsichtigt oder einfach auf eine spezifische Schalterschaltfläche hin untersucht, während er sich auf eine Aufgabe mit höherer Priorität wie etwa das Fahren konzentriert oder keinen Schalter zu aktivieren beabsichtigt. Dementsprechend ist es erwünscht, eine Annäherungsschalteranordnung zu schaffen, die die Verwendung von Annäherungsschaltern durch eine Person wie etwa einen Fahrer in einem Fahrzeug verbessert.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen der Aktivierung eines Annäherungsschalters geschaffen. Das Verfahren enthält die Schritte des Erzeugens eines Aktivierungsfelds mit einem Annäherungssensor und des Überwachens eines Signals in Reaktion auf das Aktivierungsfeld. Außerdem enthält das Verfahren den Schritt des Erzeugens einer adaptiven Zeitverzögerung auf der Grundlage einer Änderungsrate des überwachten Signals. Ferner enthält das Verfahren die Schritte des Erfassens einer Spitzenamplitude des Signals und des Bestimmens der Aktivierung des Schalters nach Ablauf der Zeitverzögerung anschließend an die Erfassung der Spitzenamplitude.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen der Aktivierung eines Annäherungsschalters geschaffen. Das Verfahren enthält die Schritte des Erzeugens von Aktivierungsfeldern mit mehreren Annäherungssensoren, die mehreren Annäherungsschaltern zugeordnet sind, und des Überwachens eines Signals in Reaktion auf jedes der Aktivierungsfelder. Außerdem enthält das Verfahren die Schritte des Bestimmens einer Änderungsrate der Signalamplitude für jedes Signal und des Erzeugens einer adaptiven Zeitverzögerung auf der Grundlage der Änderungsrate. Ferner enthält das Verfahren die Schritte des Erfassens einer Spitzenamplitude des Signals und des Bestimmens der Aktivierung eines der Annäherungsschalter nach Ablauf der Zeitverzögerung anschließend an die Erfassung der Spitzenamplitude.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Annäherungsschalteranordnung geschaffen. Die Annäherungsschalteranordnung enthält mehrere Annäherungsschalter, die jeweils ein Abfühlaktivierungsfeld bereitstellen. Außerdem enthält die Annäherungsschalteranordnung eine Steuerschaltungsanordnung, die das Aktivierungsfeld jedes Annäherungsschalters verarbeitet, um die Aktivierung abzufühlen. Die Steuerschaltungsanordnung überwacht ein Signal in Reaktion auf das Aktivierungsfeld, erzeugt eine Änderungsrate der Signalamplitude, erfasst eine Spitzenamplitude des Signals und bestimmt nach Ablauf der adaptiven Zeitverzögerung anschließend an die Erfassung der Spitzenamplitude die Aktivierung eines Schalters.
Diese und weitere Aspekte, Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden vom Fachmann auf dem Gebiet beim genauen Lesen der folgenden Beschreibung, der Ansprüche und der beigefügten Zeichnungen verstanden und gewürdigt.
In den Zeichnungen ist:
1 eine perspektivische Ansicht eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs, der eine Dachkonsole aufweist, die eine Annäherungsschalteranordnung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform aufweist;
2 eine vergrößerte Ansicht der in 1 gezeigten Dachkonsole und Annäherungsschalteranordnung;
3 eine vergrößerte Querschnittsansicht längs der Linie III-III in 2, die eine Anordnung von Annäherungsschaltern in Bezug zum Finger eines Nutzers zeigt;
4 eine schematische Darstellung eines in jedem der in 3 gezeigten kapazitiven Schalter genutzten kapazitiven Sensors;
5 ein Graph, der den Signalzählwert für drei den in 3 dargestellten kapazitiven Sensoren zugeordnete Kanäle, während ein Nutzer einen Finger über die Schalteranordnung schiebt, darstellt;
6 ein Blockschaltplan, der die Annäherungsschalteranordnung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform darstellt; und
7 ein Ablaufplan, der eine Routine zum Bereitstellen einer adaptiven Zeitverzögerung zum Bestimmen der Aktivierung der Annäherungsschalter in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform darstellt.
Nach Bedarf werden hier ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; allerdings sind die offenbarten Ausführungsformen selbstverständlich lediglich beispielhaft für die Erfindung, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert werden kann. Die Figuren sind nicht notwendig für einen genauen Entwurf; einige schematische Darstellungen können überhöht oder minimiert sein, um eine Funktionsübersicht zu zeigen. Somit sind die spezifischen hier offenbarten Struktur- und Funktionseinzelheiten nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um dem Fachmann auf dem Gebiet die verschiedenartige Nutzung der vorliegenden Erfindung zu lehren.
In 1 und 2 ist allgemein der Innenraum eines Kraftfahrzeugs 10 dargestellt, der einen Fahrgastraum und eine Schalteranordnung 20, die mehrere Annäherungsschalter 22 nutzt, die eine Bestimmung einer adaptiven Zeit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform aufweisen, aufweist. Das Fahrzeug 10 enthält allgemein eine Dachkonsole 12, die an dem Dachhimmel an der Unterseite des Dachs oder der Decke an der Oberseite des Fahrzeugfahrgastraums, allgemein über dem vorderen Fahrgastsitzbereich, montiert ist. In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform weist die Schalteranordnung 20 mehrere Annäherungsschalter 22 auf, die in der Dachkonsole 12 nahe beieinander angeordnet sind. Die verschiedenen Annäherungsschalter 22 können irgendwelche einer Anzahl von Fahrzeugvorrichtungen und -funktionen steuern wie etwa die Bewegung eines Sonnendachs oder Schiebedachs 16 steuern, die Bewegung des Schiebedachschirms 18 steuern, die Aktivierung einer oder mehrerer Beleuchtungsvorrichtungen wie etwa einer Innenraum-Kartenleuchte/Leseleuchte und einer Innenraumdeckenleuchte 30 steuern und verschiedene andere Vorrichtungen und Funktionen steuern. Allerdings wird gewürdigt werden, dass sich die Annäherungsschalter 22 in Übereinstimmung mit verschiedenen Fahrzeuganwendungen an einem anderen Ort in dem Fahrzeug 10 wie etwa in dem Armaturenbrett, an anderen Konsolen wie etwa einer Mittelkonsole, integriert in eine Berührungsbildschirmanzeige 14 für ein Radio- oder Infotainmentsystem wie etwa eine Navigations- und/oder Audioanzeige befinden können oder anderswo an Bord des Fahrzeugs 10 befinden können.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform sind die Annäherungsschalter 22 hier als kapazitive Schalter gezeigt und beschrieben. Jeder Annäherungsschalter 22 enthält wenigstens einen Annäherungssensor, der ein Abfühlaktivierungsfeld zum Abfühlen des Kontakts oder der nächsten Nähe (z. B. innerhalb eines Millimeters) eines Nutzers in Bezug auf den einen oder die mehrere Annäherungssensoren wie etwa einer Streifbewegung des Fingers eines Nutzers bereitstellt. Wie für den Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich sein sollte, ist das Abfühlaktivierungsfeld jedes Annäherungsschalters 22 in der beispielhaften Ausführungsform somit ein kapazitives Feld, wobei der Finger eines Nutzers Eigenschaften der elektrischen Leitfähigkeit und dielektrische Eigenschaften aufweist, die eine Änderung oder Störung in dem Abfühlaktivierungsfeld veranlassen. Allerdings wird vom Fachmann auf dem Gebiet gewürdigt werden, dass zusätzliche oder alternative Typen von Annäherungssensoren wie etwa, aber nicht beschränkt auf, induktive Sensoren, optische Sensoren, Temperatursensoren, Widerstandssensoren oder Ähnliches oder eine Kombination davon verwendet werden können. Beispielhafte Annäherungssensoren sind in dem ATMEL® Touch Sensors Design Guide 10620 D-AT42-04/09, 9. April 2009, beschrieben, dessen gesamte Bezugnahme hier durch Literaturhinweis eingefügt ist.
Die in 1 und 2 gezeigten Annäherungsschalter 22 stellen jeweils eine Steuerung einer Fahrzeugkomponente oder einer Vorrichtung bereit oder stellen eine bestimmte Steuerfunktion bereit. Einer oder mehrere der Annäherungsschalter 22 können der Steuerung der Bewegung eines Sonnendachs oder Schiebedachs 16 in der Weise, dass auf der Grundlage eines Steueralgorithmus veranlasst wird, dass sich das Schiebedach 16 in einer Öffnungs- oder Schließrichtung bewegt, dass das Schiebedach gekippt wird oder dass die Bewegung des Schiebedachs angehalten wird, gewidmet sein. Einer oder mehrere andere Annäherungsschalter 22 können der Steuerung der Bewegung eines Schiebedachschirms 18 zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung gewidmet sein. Sowohl das Schiebedach 16 als auch der Schirm 18 können in Reaktion auf eine Betätigung des entsprechenden Annäherungsschalters 22 durch einen Elektromotor betätigt werden. Andere Annäherungsschalter 22 können dem Steuern anderer Vorrichtungen wie etwa dem Einschalten einer Innenraum-Kartenleuchte/Leseleuchte 30, dem Ausschalten einer Innenraum-Kartenleuchte/Leseleuchte 30, dem Ein- und Ausschalten einer Innenraumdeckenleuchte, dem Entriegeln eines Kofferraums, dem Öffnen einer Heckklappe oder dem Abschalten eines Türlichtschalters gewidmet sein. Zusätzliche Steuerungen über die Annäherungsschalter 22 können das Betätigen elektrischer Türfensterheber nach oben und unten enthalten. Mittels der hier beschriebenen Annäherungsschalter 22 können verschiedene andere Fahrzeugsteuerungen gesteuert werden.
In 3 ist ein Abschnitt der Annäherungsschalteranordnung 20 dargestellt, der eine Anordnung dreier hintereinander angeordneter Annäherungsschalter 22 in enger Beziehung zueinander in Bezug auf den Finger 34 eines Nutzers während der Verwendung der Schalteranordnung 20 aufweist. Jeder Annäherungsschalter 22 enthält einen oder mehrere Annäherungssensoren 24, um ein Abfühlaktivierungsfeld zu erzeugen. In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform kann jeder der Annäherungssensoren 24 dadurch gebildet werden, dass leitende Tinte auf die obere Oberfläche der Polymerdachkonsole 12 gedruckt wird. Ein Beispiel eines Annäherungssensors 24 mit gedruckter Tinte ist in 4 gezeigt und weist allgemein eine Ansteuerelektrode 26 und eine Empfangselektrode 28 auf, die jeweils ineinandergreifende Finger zum Erzeugen eines kapazitiven Felds 32 aufweisen. Es wird gewürdigt werden, dass jeder der Annäherungssensoren 24 in Übereinstimmung mit anderen Ausführungsformen auf andere Weise wie etwa durch Montieren einer vorgeformten leitenden Leitungsbahn auf einem Substrat gebildet werden kann. Die Ansteuerelektrode 26 empfängt Rechteckschwingungs-Ansteuerimpulse, die mit der Spannung V_I angelegt werden. Die Empfangselektrode 28 weist einen Ausgang zum Erzeugen einer Ausgangsspannung V_O auf. Es wird gewürdigt werden, dass die Elektroden 26 und 28 in verschiedenen anderen Konfigurationen angeordnet sein können, um das kapazitive Feld als das Aktivierungsfeld 32 zu erzeugen.
In der hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsform wird an die Ansteuerelektrode 26 jedes Annäherungssensors 24 eine Spannungseingabe V_I als Rechteckschwingungsimpulse, die einen Ladeimpulszyklus aufweisen, der ausreicht, die Empfangselektrode 28 auf eine gewünschte Spannung zu laden, angelegt. Dadurch dient die Empfangselektrode 28 als eine Messelektrode. In der gezeigten Ausführungsform überschneiden sich angrenzende Abfühlaktivierungsfelder 32, die durch angrenzende Annäherungsschalter 22 erzeugt werden, etwas, wobei die Überschneidung in anderen Ausführungsformen aber nicht vorhanden zu sein braucht. Wenn ein Nutzer oder Betreiber wie etwa der Finger 34 eines Nutzers in ein Aktivierungsfeld 32 eintritt, erfasst die Annäherungsschalteranordnung 20 die durch den Finger 34 an dem Aktivierungsfeld 32 verursachte Störung und bestimmt sie, ob die Störung ausreicht, um den entsprechenden Annäherungsschalter 22 zu aktivieren. Die Störung des Aktivierungsfelds wird dadurch erfasst, dass das dem entsprechenden Signalkanal zugeordnete Ladungsimpulssignal verarbeitet wird. Wenn der Finger 34 eines Nutzers zwei Aktivierungsfelder 32 berührt, erfasst die Annäherungsschalteranordnung 20 die Störung beider berührter Aktivierungsfelder 32 über getrennte Signalkanäle. Jeder Annäherungsschalter 22 weist seinen eigenen dedizierten Signalkanal auf, der Ladungsimpulszählwerte erzeugt, die wie hier diskutiert verarbeitet werden.
In 5 ist die Änderung der Sensorladungs-Impulszählwerte, die als Δ Sensorzählwert für mehrere mehreren Annäherungsschaltern 22 wie etwa den drei in 3 gezeigten Schaltern 22 zugeordnete Signalkanäle gezeigt sind, in einem Beispiel dargestellt. Die Änderung des Sensorladungs-Impulszählwerts ist die Differenz zwischen einem initialisierten Referenzzählwert, ohne dass irgendein Finger oder ein anderes Objekt vorhanden ist, und der entsprechenden Sensorablesung. In diesem Beispiel tritt der Finger eines Nutzers in die jedem der Annäherungsschalter 22 zugeordneten Aktivierungsfelder 32, allgemein jeweils ein Abfühlaktivierungsfeld mit Überschneidung zwischen angrenzenden Aktivierungsfeldern 32, ein, während sich der Nutzer über die Anordnung von Schaltern bewegt. Der Kanal 1 ist die Änderung des Sensorladungs-Impulszählwerts, der einem ersten kapazitiven Sensor 24 zugeordnet ist, der Kanal 2 ist die Änderung des Sensorladungs-Impulszählwerts, der dem nächsten angrenzenden kapazitiven Sensor 24 zugeordnet ist, und der Kanal 3 ist die Änderung des Sensorladungs-Impulszählwerts, der dem dritten kapazitiven Sensor 24 zugeordnet ist. In der offenbarten Ausführungsform sind die Annäherungssensoren 24 kapazitive Sensoren. Wenn ein Finger eines Nutzers mit einem Sensor 24 in Kontakt oder in seiner nächsten Nähe ist, ändert der Finger die bei dem entsprechenden Sensor 24 gemessene Kapazität. Die Kapazität ist parallel zu der parasitären Kapazität der unberührten Sensordruckfläche und wird somit als ein Versatz gemessen. Die durch den Nutzer oder Betreiber induzierte Kapazität ist proportional zu der Dielektrizitätskonstante des Fingers oder anderen Körperteils des Nutzers, zu der Oberfläche, die zu der kapazitiven Druckfläche freiliegt, und umgekehrt proportional zu der Entfernung des Körperglieds des Nutzers zu der Schalterschaltfläche. In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform wird jeder Sensor mit einer Spannungsimpulsfolge über eine Impulsbreitenmodulationselektronik (PWM-Elektronik) erregt, bis der Sensor bis auf ein Sollspannungspotential geladen ist. Ein solches Erfassungsverfahren lädt die Empfangselektrode 28 auf ein bekanntes Spannungspotential. Der Zyklus wird wiederholt, bis die Spannung über den Messkondensator eine vorgegebene Spannung erreicht. Das Platzieren des Fingers eines Nutzers auf der Berührungsoberfläche des Schalters 24 führt eine äußere Kapazität ein, die die Menge der in jedem Zyklus übertragenen Ladung erhöht, und verringert dadurch die Gesamtzahl von Zyklen, die erforderlich sind, damit die Messkapazität die vorgegebene Spannung erreicht. Der Finger eines Nutzers veranlasst, dass die Änderung des Sensorladungs-Impulszählwerts zunimmt, da dieser Wert auf dem initialisierten Referenzzählwert abzüglich der Sensorablesung beruht.
Die Annäherungsschalteranordnung 20 kann die Bewegung der Hand eines Nutzers erkennen, wenn sie in nächster Nähe zu den Annäherungsschaltern 24 ist, um zu unterscheiden, ob der Nutzer die Absicht hat, einen Schalter 24 zu aktivieren, auf eine spezifische Schalterschaltfläche hin zu untersuchen, während er sich auf Aufgaben mit höherer Priorität wie etwa auf das Fahren konzentriert, oder ob sie das Ergebnis einer Aufgabe wie etwa des Einstellens des Rückspiegels, die nichts mit der Betätigung eines Annäherungsschalters 24 zu tun hat, ist. Die Annäherungsschalteranordnung 20 kann in einer Untersuchungs- oder Absuchbetriebsart arbeiten, die ermöglicht, dass der Nutzer die Tastenfelder oder Schaltflächen untersucht, indem er einen Finger in nächster Nähe der Schalter vorbeiführt, ohne eine Aktivierung eines Schalters auszulösen, bis die Absicht des Nutzers bestimmt ist. Vorteilhaft erzeugt die Annäherungsschalteranordnung 20 auf der Grundlage einer Änderungsrate des überwachten Signals eine adaptive Zeitverzögerung und bestimmt sie nach Ablauf der Zeitverzögerung anschließend an die Erfassung einer Spitzensignalamplitude die Aktivierung des Annäherungsschalters. Die adaptive Zeitverzögerung kann variieren, so dass Aktivierungsentscheidungen schnell bestimmt werden, während der Betreiber den Finger schnell bewegt, während die Bestimmung der Aktivierung verlangsamt wird, falls der Betreiber den Finger langsamer bewegt. In Ergebnis ist die Untersuchung der Annäherungsschalteranordnung 20 mit verringerten versehentlichen Schalteraktivierungen zugelassen.
Während sich der Finger 34 eines Nutzers einem Schalter 24 annähert, tritt der Finger 34 in das dem Schalter 24 zugeordnete Aktivierungsfeld 32 ein, was eine Unterbrechung der Kapazität verursacht und dadurch zu einer wie in 5 gezeigten Sensorzählwertzunahme führt. Für das Signal auf dem Kanal 1 erhöht sich der Sensorzählwert, während sich die Kapazitätsstörung erhöht, bis beim Punkt 38 ein Spitzenwert erfasst wird. Während der Sensorzählwert für den Signalkanal 1 ansteigt, erreicht das Signal beim Punkt 36 einen ersten Aktiv-Schwellenwert. Die Annäherungsschalteranordnung 20 bestimmt eine adaptive Zeitdauer ΔT, damit sich das Signal von dem ersten Schwellenwert oder Aktiv-Schwellenwert C_A bei Punkt 36 bis auf den zweiten Schwellenwert oder Spitzenschwellenwert bei Punkt 38 erhöht, die als ΔT dargestellt gezeigt ist. Daraufhin wird die adaptive Zeit ΔT als eine Zeitverzögerung zur Bestimmung der Aktivierung des Annäherungsschalters nach der Spitzenamplitudenerfassung verwendet. Dementsprechend wird der Zeitgeber auf null verkürzt, um abzulaufen, bevor eine Entscheidung getroffen wird, ob eine Aktivierung des Annäherungsschalters erfasst worden ist, wenn beim Punkt 38 eine Spitzenamplitude erfasst wird. Falls das Signal vor Ablauf der adaptiven Zeitverzögerung unter den Zählschwellenwert C_T fällt, wird keine Schalteraktivierung erfasst. In dem in 5 gezeigten Beispiel fällt das Signal auf dem Kanal 1 unter den Zählschwellenwert C_T, bevor die adaptive Zeit ΔT nach dem Spitzenpunkt 38 abläuft. Somit wird keine Aktivierung des ersten Annäherungsschalters bestimmt.
Wie gezeigt ist, steigt das Signal auf dem Kanal 2, der dem nächsten angrenzenden Schalter zugeordnet ist, auf einen höheren Schwellenwert als das Signal des ersten Kanals. Wie gezeigt ist, steigt der zweite Signalkanal bei Punkt 38 auf einen Spitzenwert an. Dabei wird von der Zeit, zu der das Signal auf dem zweiten Kanal von dem ersten Schwellenwert oder Aktiv-Schwellenwert C_A bei Punkt 36 auf den zweiten Schwellenwert oder Spitzenschwellenwert bei Punkt 38 ansteigt, eine adaptive Zeitverzögerung ΔT erzeugt. Die adaptive Zeitverzögerung ΔT für den zweiten Kanal wird daraufhin als eine Ablaufzeit nach Erfassung des Spitzensignals bei Punkt 38 verwendet.
In diesem Beispiel nimmt der zweite Kanal von seinem Spitzenwert bei Punkt 38 bis auf den Zählschwellenwert C_T hinab ab und steigt anschließend das Signal auf dem dem nächsten angrenzenden Annäherungsschalter zugeordneten dritten Kanal an und wird zu dem Signal mit der maximalen Amplitude. Für den dritten Kanal wird von dem Zeitpunkt, zu dem das Signal des dritten Kanals von dem ersten Schwellenwert oder Aktiv-Schwellenwert C_A bei Punkt 36 auf den zweiten Schwellenwert oder Spitzenschwellenwert bei Punkt 38 ansteigt, eine adaptive Zeitverzögerung ΔT erzeugt. Vor der Bestimmung, ob der dritte Signalkanal eine Amplitude aufweist, die den Zählschwellenwert C_T übersteigt, was bei Punkt 50 geschieht, wird die adaptive Zeitdauer ΔT ablaufen gelassen. Da die adaptive Zeitdauer ΔT abgelaufen ist und der dritte Signalkanal den Zählschwellenwert C_T übersteigt, wird bei Punkt 50 eine Bestimmung hinsichtlich der Aktivierung des dritten Schalters vorgenommen.
Die Annäherungsschalteranordnung 20 ermöglicht, dass ein Nutzer die Schalterschaltflächen durch Verzögern der Entscheidung zum Aktivieren eines Schalters auf der Grundlage der adaptiven Zeit ΔT untersucht. Die Annäherungsschalteranordnung 20 bestimmt die Aktivierung eines Schalters, wenn das Zählwertsignal für den höchsten Signalkanal nach Ablauf der adaptiven Zeit ΔT nach der Spitzensignalerfassung den Zählschwellenwert C_T übersteigt. Wie gezeigt ist, ändert sich die adaptive Zeitdauer ΔT auf der Grundlage des steigenden Anstiegs des Signals des entsprechenden Annäherungsschalters. Dementsprechend werden die Aktivierungsentscheidungen erhöht, während ein Nutzer den Finger schneller bewegt, und werden die Aktivierungsentscheidungen wegen der adaptiven Zeitverzögerung verlangsamt, während der Nutzer den Finger langsamer bewegt.
Um eine Bestimmung einer sauberen Schalteraktivierung vorzunehmen, sollte es nur ein Auslöseereignis geben. Um die Robustheit zu erhöhen, kann bei der Bestimmung des Spitzensignals eine Hysterese bereitgestellt werden. Damit eine Zählwertablesung bei dem Spitzensignal als die Spitzenamplitude erkannt wird, muss das Signal für eine Sollzeitdauer wie etwa 100 Millisekunden niedriger als der Spitzenwert abzüglich des Pegels des elektrischen Rauschens sein. Diese Wartedauer kann von der adaptive Zeitverzögerung ΔT subtrahiert werden, falls ein reaktionsschnelleres System gewünscht ist. Falls andererseits eine erhöhte Robustheit gewünscht ist, kann zu der adaptiven Zeit ΔT eine zusätzliche Verzögerung addiert werden. Die addierte Zeitverzögerung kann von der Entfernung zwischen den Sensoren abhängen und kann in Übereinstimmung mit einem Beispiel 100 Millisekunden betragen, um eine zusätzliche Rauschminderung bereitzustellen.
In 6 ist die Annäherungsschalteranordnung 20 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform dargestellt. Es sind mehrere Annäherungssensoren 24 gezeigt, die Eingaben in einen Kontroller 40 wie etwa in einen MikroKontroller bereitstellen. Der Kontroller 40 kann eine Steuerschaltungsanordnung wie etwa einen Mikroprozessor 42 und einen Speicher 48 enthalten. Die Steuerschaltungsanordnung kann eine Erfassungssteuerschaltungsanordnung enthalten, die das Aktivierungsfeld jedes Sensors 22 verarbeitet, um durch Vergleichen des Aktivierungsfeldsignals mit einem Schwellenwert gemäß der Routine zur Bestimmung der adaptiven Zeit eine Nutzeraktivierung des entsprechenden Schalters zu erfassen. Es wird gewürdigt werden, dass eine andere analoge und/oder digitale Steuerschaltungsanordnung genutzt werden kann, um das Aktivierungsfeld zu verarbeiten, die Nutzeraktivierung zu bestimmen und eine Aktion zu initiieren. In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform kann der Kontroller 40 ein QMatrix-Erfassungsverfahren nutzen, das von ATMEL^® verfügbar ist. Das ATMEL-Erfassungsverfahren nutzt einen WINDOWS^®-Host-C/C++-Compiler und -Debugger WinAVR, um die Entwicklung zu vereinfachen, und zum Testen das Hilfsmittel Hawkeye, das die Überwachung des internen Zustands kritischer Variablen in der Software sowie das Erheben von Protokollen von Daten für die Nachverarbeitung in Echtzeit zulässt.
Der Kontroller 40 stellt für eine oder mehrere Vorrichtungen, die zum Ausführen dedizierter Aktionen in Reaktion auf die richtige Aktivierung eines Annäherungsschalters konfiguriert sind, ein Ausgangssignal bereit. Die eine oder die mehreren Vorrichtungen können z. B. ein Schiebedach 16 mit einem Motor zum Bewegen der Schiebedachscheibe zwischen einer offenen und einer geschlossenen und einer geneigten Stellung, einen Schiebedachschirm 18, der sich zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung bewegt, und Beleuchtungsvorrichtungen 30, die ein- und ausgeschaltet werden können, enthalten. Es können andere Vorrichtungen wie etwa ein Radio zum Ausführen von Ein- und Aus-Funktionen, zur Lautstärkesteuerung, zur Sendersuche und andere Typen von Vorrichtungen zum Ausführen anderer dedizierter Funktionen gesteuert werden. Einer der Annäherungsschalter 22 kann dem Betätigen des Schiebedachs, um es zu schließen, gewidmet sein, ein anderer Annäherungsschalter 22 kann dem Betätigen des Schiebedachs, um es zu öffnen, gewidmet sein und ein weiterer Schalter 22 kann dem Betätigen des Schiebedachs in eine geneigte Stellung gewidmet sein, wobei diese alle veranlassen, dass ein Motor das Schiebedach in eine gewünschte Stellung bewegt. Der Schiebedachschirm 18 kann in Reaktion auf einen Annäherungsschalter 22 geöffnet werden und kann in Reaktion auf einen anderen Annäherungsschalter 22 geschlossen werden.
Ferner ist der Kontroller 40 mit einem mit dem Mikroprozessor 42 gekoppelten Analog/Digital-Komparator (A/D-Komparator) 44 gezeigt. Der A/D-Komparator 44 empfängt die Spannungsausgabe V_O von jedem der Annäherungsschalter 22, setzt das analoge Signal in ein digitales Signal um und stellt das digitale Signal für den Mikroprozessor 42 bereit. Außerdem enthält der Kontroller 40 einen Impulszähler 46, der mit dem Mikroprozessor 42 gekoppelt ist. Der Impulszähler 46 zählt die Ladungssignalimpulse, die an jede Ansteuerelektrode jedes Annäherungssensors angelegt werden, führt eine Zählung der Impulse aus, die notwendig sind, um den Kondensator zu laden, bis die Spannungsausgabe V_O eine vorgegebene Spannung erreicht, und stellt den Zählwert für den Mikroprozessor 42 bereit. Der Impulszählwert gibt die Kapazitätsänderung des entsprechenden kapazitiven Sensors an. Ferner ist der Kontroller 40 in Kommunikation mit einem impulsbreitenmodulierten Ansteuerpuffer 60 gezeigt. Der Kontroller 40 stellt für den impulsbreitenmodulierten Ansteuerpuffer 60 ein impulsbreitenmoduliertes Signal bereit, um eine Rechteckschwingungs-Impulsfolge V_I zu erzeugen, die an jede Ansteuerelektrode jedes Annäherungssensors angelegt wird. Der Kontroller 40 verarbeitet eine im Speicher gespeicherte Steuerroutine 100, um die adaptive Zeitdauer zu bestimmen und um auf der Grundlage der adaptiven Zeitdauer eine Bestimmung hinsichtlich der Aktivierung eines der Annäherungsschalter vorzunehmen.
In 7 ist die Routine 100 zur Steuerung der Bestimmung der adaptiven Zeit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform dargestellt. Die Routine 100 beginnt in Schritt 102 und geht zu Schritt 104 über, um den Kanal mit dem maximalen Signal, einen Summenkanal, der die Summe aller Signalkanäle ist, und die Anzahl aktiver Kanäle, die größer als ein Schwellenwert sind, zu ermitteln. Nachfolgend bestimmt die Routine 100 im Entscheidungsschritt 106, ob das switch_active gleich keinem Schalter ist, was keine aktiven Schalter angibt, und geht sie zum Entscheidungsschritt 108 über, um zu bestimmen, ob der Maximalkanal kleiner als der Aktiv-Schwellenwert ist, wenn das nicht der Fall ist. Falls der Maximalkanal kleiner als der Aktiv-Schwellenwert ist, geht die Routine 100 zur Einstellung des switch_active gleich keinem Schalter in Schritt 110 über, bevor sie zu Schritt 132 übergeht. Falls der Maximalkanal nicht kleiner als der Aktiv-Schwellenwert ist, geht die Routine 100 zu Schritt 132 über.
Falls das switch_active, zurückkehrend zum Entscheidungsschritt 106, nicht gleich kein Schalter ist, geht die Routine 100 zum Entscheidungsschritt 112 über, um zu bestimmen, ob der Maximalkanal größer als der Aktiv-Schwellenwert ist, und geht sie zu Schritt 132 über, wenn das nicht der Fall ist. Falls der Maximalkanal größer als der Aktiv-Schwellenwert ist, geht die Routine 100 zum Entscheidungsschritt 114 über, um zu bestimmen, ob es einen neuen Maximalkanal gibt, und setzt sie in Schritt 116 den Spitzenwert-erreicht-Merker zurück und setzt sie den Zeitgeber auf den Spitzenwert zurück, wenn das der Fall ist. Nachfolgend bestimmt die Routine 100 im Entscheidungsschritt 118, ob der Spitzenwert-erreicht-Merker gleich wahr gesetzt ist, und geht sie zu Schritt 120 über, um zu bestimmen, ob der Spitzenwert erreicht worden ist, wenn das nicht der Fall ist. Falls der Spitzenwert erreicht worden ist, geht die Routine 100 zu Schritt 122 über, um den Spitzenwerterreicht-Merker auf wahr zu setzen, setzt sie das Delta_time ΔT gleich der Zeit vom Aktiv- bis zum Spitzenwert und setzt sie einen Zeitgeber gleich Delta_time, bevor sie zu Schritt 124 übergeht. Falls der Spitzenwert nicht erreicht worden ist, geht die Routine 100 zu Schritt 132 über.
Zurückkehrend zu Schritt 118 geht die Routine 100 zum Entscheidungsschritt 124 über, um zu bestimmen, ob der Zeitgeber abgelaufen ist, wenn der Spitzenwerterreicht-Merker gleich wahr gesetzt ist, und geht sie zu Schritt 126 über, um das Delta_time zu aktualisieren, bevor sie zu Schritt 132 übergeht, wenn das nicht der Fall ist. Falls der Zeitgeber abgelaufen ist, geht die Routine 100 zum Entscheidungsschritt 128 über, um zu bestimmen, ob die Anzahl aktiver Kanäle gleich eins ist, und geht sie zu Schritt 132 über, wenn das nicht der Fall ist. Falls die Anzahl der Kanäle gleich eins ist, geht die Routine 100 zu Schritt 130 über, um den Schalter zu aktivieren, und setzt sie das switch_active auf I_max_channel. Anschließend geht die Routine 100 zu Schritt 132 über, um das Signal switch_active auszugeben, bevor sie bei Schritt 134 endet.
Dementsprechend bestimmt die Routine zur Bestimmung der adaptiven Zeit vorteilhaft eine adaptive Zeit zur Bestimmung der Aktivierung der Annäherungsschalter. Die adaptive Zeit ermöglicht vorteilhaft, dass ein Nutzer die Annäherungsschalter-Druckflächen untersucht, was in Kraftfahrzeuganwendungen, in denen eine Fahrerablenkung vermieden werden kann, besonders nützlich sein kann. Die adaptive Zeitverzögerung schafft eine verringerte Verzögerung, wenn sich der Finger eines Nutzers schnell über die Schalterdruckflächen bewegt, und eine erhöhte Verzögerung, wenn sich der Finger langsamer über die Schalterdruckflächen bewegt.
Selbstverständlich können an der obenerwähnten Struktur Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden, ohne von den Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und selbstverständlich sollen solche Konzepte von den folgenden Ansprüchen erfasst sein, sofern diese Ansprüche nicht explizit etwas anderes besagen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

ATMEL® Touch Sensors Design Guide 10620 D-AT42-04/09, 9. April 2009 [0018]

Claims

Verfahren zum Erfassen der Aktivierung eines Annäherungsschalters, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erzeugen eines Aktivierungsfelds mit einem Annäherungssensor; Überwachen eines Signals in Reaktion auf das Aktivierungsfeld; Erzeugen einer adaptiven Zeitverzögerung auf der Grundlage einer Änderungsrate des überwachten Signals; Erfassen einer Spitzenamplitude des Signals; und Bestimmen der Aktivierung des Schalters nach Ablauf der Zeitverzögerung anschließend an die Erfassung der Spitzenamplitude.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erzeugens der adaptiven Zeitverzögerung das Bestimmen einer Zeitdauer für das Signal, um sich von einem ersten Schwellenwert auf einen zweiten Schwellenwert zu erhöhen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der zweite Schwellenwert eine Spitzenamplitude umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die adaptive Zeitverzögerung ferner eine zusätzliche Verzögerungszeit umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens der Aktivierung das Vergleichen des überwachten Signals mit einem Schwellenwert und das Bestimmen der Aktivierung, falls das überwachte Signal den Schwellenwert nach Ablauf der Zeitverzögerung übersteigt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Annäherungsschalter zur Verwendung durch einen Insassen in dem Fahrzeug an einem Fahrzeug eingebaut ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Annäherungsschalter einen kapazitiven Schalter umfasst, der einen oder mehrere kapazitive Sensoren umfasst.
Verfahren zum Erfassen der Aktivierung eines Annäherungsschalters, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erzeugen von Aktivierungsfeldern mit mehreren Annäherungssensoren, die mehreren Annäherungsschaltern zugeordnet sind; Überwachen eines Signals in Reaktion auf jedes der Aktivierungsfelder; Bestimmen einer Änderungsrate der Signalamplitude für jedes Signal; Erzeugen einer adaptiven Zeitverzögerung auf der Grundlage der Änderungsrate; Erfassen einer Spitzenamplitude des Signals; und Bestimmen der Aktivierung eines der Annäherungsschalter nach Ablauf der Zeitverzögerung anschließend an die Erfassung der Spitzenamplitude.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Bestimmens der Aktivierung eines der Annäherungsschalter das Vergleichen des überwachten Signals mit einem Schwellensignal und das Bestimmen der Aktivierung, falls das überwachte Signal den Schwellenwert nach Ablauf der Zeitverzögerung übersteigt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Erzeugens der adaptiven Zeit das Bestimmen einer Zeitdauer, damit sich das Signal von einem ersten Schwellenwert auf einen zweiten Schwellenwert erhöht, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der zweite Schwellenwert die Spitzenamplitude umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die adaptive Zeitverzögerung ferner eine zusätzliche Verzögerungszeit umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Annäherungsschalter zur Verwendung durch einen Insassen in dem Fahrzeug an einem Fahrzeug eingebaut ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Annäherungsschalter einen kapazitiven Schalter umfasst, der einen oder mehrere kapazitive Sensoren umfasst.
Annäherungsschalteranordnung, die Folgendes umfasst: mehrere Annäherungsschalter, die jeweils ein Abfühlaktivierungsfeld bereitstellen; und eine Steuerschaltungsanordnung, die jedes Aktivierungsfeld jedes Annäherungsschalters verarbeitet, um die Aktivierung abzufühlen, wobei die Steuerschaltungsanordnung ein Signal in Reaktion auf das Aktivierungsfeld überwacht, eine Änderungsrate der Signalamplitude erzeugt, eine Spitzenamplitude des Signals erfasst und nach Ablauf der adaptiven Zeitverzögerung anschließend an die Erfassung der Spitzenamplitude die Aktivierung eines Schalters bestimmt.
Schalteranordnung nach Anspruch 15, wobei die adaptive Zeitverzögerung durch eine Zeitdauer, damit sich das Signal von einem ersten Schwellenwert auf einen zweiten Schwellenwert erhöht, erzeugt wird.
Schalteranordnung nach Anspruch 16, wobei der zweite Schwellenwert die Spitzenamplitude umfasst.
Schalteranordnung nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Bestimmens der Aktivierung des Schalters das Vergleichen des überwachten Signals mit einem Schwellenwert und das Bestimmen der Aktivierung, falls das überwachte Signal den Schwellenwert nach Ablauf der Zeitverzögerung übersteigt, umfasst.
Schalteranordnung nach Anspruch 15, wobei die mehreren Annäherungsschalter zur Verwendung durch einen Insassen des Fahrzeugs in ein Fahrzeug eingebaut sind.
Schalteranordnung nach Anspruch 15, wobei die mehreren Annäherungsschalter mehrere kapazitive Schalter umfassen, die jeweils einen oder mehrere kapazitive Sensoren umfassen.