DE102018119107A1

DE102018119107A1 - Näherungssensorbaugruppe und verfahren zum detektieren von ausfällen davon

Info

Publication number: DE102018119107A1
Application number: DE102018119107.3A
Authority: DE
Inventors: Pietro Buttolo; Stuart C. Salter; James Stewart Rankin II; Paul Kenneth Dellock
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-08-08
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2019-02-14
Also published as: US10128836B1; CN109388084A

Abstract

Eine Näherungssensorbaugruppe wird bereitgestellt, die einen Näherungssensor beinhaltet, der eine leitfähige Schaltung umfasst und ein Signal basierend auf einem Erfassungsaktivierungsfeld erzeugt. Die Näherungssensorbaugruppe beinhaltet zudem eine Steuerschaltung zum Verarbeiten des Signals, um eine Aktivierung des Sensors zu erfassen, wobei die Steuerschaltung ferner das Signal überwacht und das Signal mit einem oder mehreren Parametern eines vorherigen erfassten Signals, das im Speicher gespeichert ist, vergleicht und eine Fehlerbedingung basierend auf einer Änderung zwischen dem aktuellen Signal und dem einen oder den mehreren Parametern des vorherigen Signals bestimmt, wobei die Steuerschaltung einen Basiswert des vorherigen Signals erzeugt und den Basiswert an einen angepassten Basiswert anpasst, wenn eine Fehlerbedingung bei einem Versuch, die Fehlerbedingung zu korrigieren, detektiert wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Näherungssensoren und betrifft insbesondere eine Sensorbaugruppe und ein Verfahren zum Detektieren von Ausfällen des Näherungssensors.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Kraftfahrzeuge sind typischerweise mit verschiedenen durch den Benutzer betätigbaren Schaltern ausgestattet, wie etwa Schaltern zum Bedienen von Vorrichtungen, zu denen elektrische Fensterheber, Scheinwerfer, Windschutzscheibenwischer, Glasschiebedächer oder Schiebedächer, Innenbeleuchtung, Radio- und Infotainmentvorrichtungen und verschiedene andere Vorrichtungen gehören. Im Allgemeinen müssen diese Arten von Schaltern durch einen Benutzer betätigt werden, um eine Vorrichtung zu aktivieren oder deaktivieren oder eine Art Steuerfunktion auszuüben. Näherungsschalter, wie etwa kapazitive Schalter, setzen einen oder mehrere Näherungssensoren, wie etwa kapazitive Sensoren, ein, um ein Erfassungsaktivierungsfeld zu erzeugen und Änderungen an dem Aktivierungsfeld zu erfassen, die eine Benutzerbetätigung des Schalters angeben, was typischerweise durch einen Finger des Benutzers in unmittelbarer Nähe zu oder in Kontakt mit dem Sensor verursacht wird. Kapazitive Schalter sind typischerweise dazu konfiguriert, eine Benutzerbetätigung des Schalters basierend auf einem Vergleich des Erfassungsaktivierungsfeldes mit einem Schwellenwert zu detektieren.
Kapazitive Schalter können unter Verwendung einer Dünnfilmtechnologie hergestellt werden, bei der eine mit einem Lösungsmittel vermischte leitfähige Tinte gedruckt und gehärtet wird, um eine Stromkreisanordnung zu erreichen. Kapazitive Schalter können zudem unter Verwendung eines vorgedruckten Sensors in Form einer flexiblen Schaltung hergestellt werden, die aus einem leitfähigen Material, wie etwa Kupfer, gefertigt und auf ein Substrat aufgebracht ist. Die kapazitiven Sensoren können einer mechanischen/elektrischen Beeinträchtigung ausgesetzt sein, was zu einem Ausfall des Sensors führen kann, einschließlich der Verteilerschaltung zum Sensor. Die Beeinträchtigung des Sensors kann eine Änderung des kapazitiven Sensorsignals verursachen, was eine wesentliche Auswirkung auf das Signal aufweisen kann, das verarbeitet wird, um eine Aktivierung des Schalters zu bestimmen. Zum Beispiel kann ein Haarriss in der leitfähigen Schaltung eine erhebliche Änderung des Signals verursachen, was zum Ausfall führt. Dementsprechend ist es wünschenswert, eine Näherungssensorbaugruppe bereitzustellen, die den Ausfall des Sensors detektieren kann. Es ist ferner wünschenswert, ein Verfahren zum Detektieren von Ausfällen eines Näherungssensors bereitzustellen, um Unannehmlichkeiten für den Benutzer zu verringern.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Näherungssensorbaugruppe bereitgestellt, die einen Näherungssensor, der eine leitfähige Schaltung umfasst und ein Signal basierend auf einem Erfassungsaktivierungsfeld erzeugt, und eine Steuerschaltung zum Verarbeiten des Signals, um die Aktivierung des Sensors zu erfassen, beinhaltet, wobei die Steuerschaltung das Signal überwacht und das Signal mit einem vorherigen Signal vergleicht und eine Fehlerbedingung basierend auf einer Änderung zwischen dem aktuellen Signal und dem vorherigen Signal bestimmt.
Ausführungsformen des ersten Aspekts der Erfindung können ein beliebiges oder eine Kombination der folgenden Merkmale beinhalten:

• das vorherige Signal umfasst ein anfängliches Signal, das während der Initialisierung des Sensors gemessen wurde;
• die Steuerschaltung vergleicht einen oder mehrere Signalparameter des vorherigen Signals mit dem Signal, und wobei der eine oder die mehreren Signalparameter ein durchschnittliches Rohsignal umfassen;
• der eine oder die mehreren Signalparameter umfassen Rauschpegel des vorherigen Signals;
• die Baugruppe beinhaltet Speicher zum Speichern des einen oder der mehreren Parameter des vorherigen Signals;
• der Näherungsschalter ist an einem Fahrzeug zur Verwendung durch einen Fahrgast des Fahrzeugs installiert;
• der Näherungssensor umfasst einen kapazitativen Sensor;
• die Steuerschaltung erzeugt einen Basiswert des vorherigen Signals und passt den Basiswert an einen angepassten Basiswert an, wenn eine Fehlerbedingung bei einem Versuch, die Fehlerbedingung zu korrigieren, detektiert wird;
• der Näherungssensor wird verwendet, um als ein kapazitiver Schalter betrieben zu werden, und wobei die Steuerschaltung einen Schwellenwert basierend auf dem angepassten Basiswert anpasst und den angepassten Schwellenwert mit dem Signal vergleicht, um die Aktivierung des Schalters zu bestimmen; und
• die Steuerschaltung erzeugt ferner ein Warnsignal, um die Fehlerbedingung anzugeben.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Näherungssensorbaugruppe einen Näherungssensor, der eine leitfähige Schaltung umfasst und ein Signal basierend auf einem Erfassungsaktivierungsfelds erzeugt, und eine Steuerschaltung zum Verarbeiten des Signals, um eine Aktivierung des Sensors zu erfassen, wobei die Steuerschaltung ferner das Signal überwacht und das Signal mit einem oder mehreren Parametern eines vorherigen Signals, das im Speicher gespeichert ist, vergleicht und eine Fehlerbedingung basierend auf einer Änderung zwischen dem aktuellen Signal und dem einen oder den mehreren Parametern des vorherigen Signals bestimmt, wobei die Steuerschaltung einen Basiswert des vorherigen Signals erzeugt und den Basiswert an einen angepassten Basiswert anpasst, wenn eine Fehlerbedingung bei einem Versuch, die Fehlerbedingung zu korrigieren, detektiert wird.
Ausführungsformen des zweiten Aspekts der Erfindung können ein beliebiges oder eine Kombination der folgenden Merkmale beinhalten:

• das vorherige Signal umfasst ein anfängliches Signal, das während der Initialisierung des Sensors gemessen wurde;
• der eine oder die mehreren Signalparameter umfassen ein durchschnittliches Rohsignal und einen Rauschpegel des Signals;
• der Näherungssensor ist in einem Fahrzeug zur Verwendung durch einen Fahrgast des Fahrzeugs installiert;
• der Näherungssensor umfasst einen kapazitativen Sensor;
• die Steuerschaltung erzeugt ferner ein Warnsignal, um die Fehlerbedingung anzugeben; und
• der kapazitive Sensor wird verwendet, um als ein kapazitiver Schalter betrieben zu werden, und wobei die Steuerschaltung einen Schwellenwert basierend auf dem angepassten Basiswert anpasst und den angepassten Schwellenwert mit dem Signal vergleicht, um die Aktivierung des Schalters zu bestimmen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Detektieren einer Fehlerbedingung einer Näherungssensorbaugruppe bereitgestellt, das die Schritte des Erzeugens eines Signals von einem Aktivierungsfeld mit einem Näherungssensor und des Speicherns eines anfänglichen Basiswerts basierend auf einem oder mehreren Parametern eines vorherigen Signals beinhaltet. Das Verfahren beinhaltet zudem die Schritte des Überwachens des Signals während der Verwendung, um eine Differenz in einem Signal zu detektieren, das von dem vorherigen Signal um einen vorbestimmten Betrag abweicht, und des Bestimmens der Fehlerbedingung basierend auf einer Änderung zwischen dem aktuellen Signal und dem vorherigen Signal.
Ausführungsformen des dritten Aspekts der Erfindung können ein beliebiges oder eine Kombination der folgenden Merkmale beinhalten:

• das Verfahren passt ferner den Basiswert an einen angepassten Basiswert an, wenn die Fehlerbedingung bei einem Versuch, die Fehlerbedingung zu korrigieren, detektiert wird; und
• das Verfahren erzeugt ferner ein Warnsignal, um die Fehlerbedingung anzugeben.

Diese und andere Aspekte, Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann bei der Lektüre der folgenden Beschreibung, Patentansprüche und beigefügten Zeichnungen verständlich und ersichtlich.
Figurenliste
In den Zeichnungen gilt:

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs, das eine Überkopfkonsole aufweist, die eine Näherungsschalterbaugruppe einsetzt, gemäß einer Ausführungsform;
2 ist eine vergrößerte Ansicht der Überkopfkonsole und der Näherungsschalterbaugruppe, die in 1 gezeigt sind;
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht durch die Linie III-III in 2, die eine Anordnung von Näherungsschaltern in Bezug auf einen Finger eines Benutzers zeigt;
4 ist eine schematische Darstellung eines kapazitiven Sensors, der in jedem der in 3 gezeigten kapazitiven Schalter eingesetzt ist;
5 ist ein Blockdiagramm, das die Näherungsschalterbaugruppe mit Ausfalldetektion, Verminderung und Wiederherstellung veranschaulicht, gemäß einer Ausführungsform;
6 ist ein Graph, der den Signalzählwert für einen Kanal veranschaulicht, der einem kapazitiven Sensor zugeordnet ist, wobei ein Aktivierungsbewegungsprofil gezeigt wird;
7 ist ein Graph, der den Signalzählwert für zwei Kanäle veranschaulicht, die den kapazitiven Sensoren zugeordnet sind, wobei ein Gleit-Erkundungs-/Suchbewegungsprofil gezeigt wird;
8 ist ein Graph, der den Signalzählwert für einen einzelnen Kanal veranschaulicht, der den kapazitiven Sensoren zugeordnet ist, wobei ein langsames Aktivierungsbewegungsprofil gezeigt wird;
9 ist ein Graph, der den Signalzählwert für zwei Kanäle veranschaulicht, die den kapazitiven Sensoren zugeordnet sind, wobei ein schnelles Gleit-Erkundungs-/Suchbewegungsprofil gezeigt wird;
10 ist ein Graph, der den Signalzählwert für drei Kanäle veranschaulicht, die den kapazitiven Sensoren in einem Erkundungs-/Suchmodus zugeordnet sind, wobei eine stabile Druckaktivierung an der Spitze veranschaulicht wird, gemäß einer Ausführungsform;
11 ist ein Graph, der den Signalzählwert für drei Kanäle veranschaulicht, die den kapazitiven Sensoren in einem Erkundungs-/Suchmodus zugeordnet sind, wobei eine stabile Druckaktivierung bei einem Signalabfall unter die Spitze veranschaulicht ist, gemäß einer anderen Ausführungsform;
12 ist ein Graph, der den Signalzählwert für drei Kanäle veranschaulicht, die den kapazitiven Sensoren in einem Erkundungs-/Suchmodus zugeordnet sind, wobei ein erhöhter stabiler Druck auf eine Kontaktstelle zum Aktivieren eines Schalters veranschaulicht wird, gemäß einer weiteren Ausführungsform;
13 ist ein Graph, der den Signalzählwert für drei Kanäle, die den kapazitiven Sensoren in einem Erkundungsmodus zugeordnet sind, und eine Auswahl einer Kontaktstelle basierend auf einem erhöhten stabilen Druck veranschaulicht, gemäß einer weiteren Ausführungsform;
14 ist ein Zustandsdiagramm, das fünf Zustände der kapazitiven Schalterbaugruppe veranschaulicht, die in einer Zustandsmaschine umgesetzt ist, gemäß einer Ausführungsform;
15 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Ausführen eines Verfahrens zum Aktivieren eines Schalters der Schalterbaugruppe veranschaulicht, gemäß einer Ausführungsform;
16 ist ein Ablaufdiagramm, das die Verarbeitung der Schalteraktivierung und der Schalterfreigabe veranschaulicht;
17 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Logik zum Schalten zwischen den Zuständen keines Schalters und aktiven Schalters veranschaulicht;
18 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Logik zum Schalten vom aktiven Schalterzustand zum Zustand keines Schalters oder Schaltschwellenzustand veranschaulicht;
19 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Schalten zwischen dem Schaltschwellenwert- und dem Schaltersuchzustand veranschaulicht;
20 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren mit virtueller Taste veranschaulicht, das den Schaltersuchzustand umsetzt;
21 ist ein Graph, der den Signalzählwert für einen Signalkanal veranschaulicht, der einem kapazitiven Sensor zugeordnet ist, welcher Kondensationswirkungen erfährt;
22 ist ein Graph, der den Signalzählwert für einen Signalkanal veranschaulicht, der einem kapazitiven Sensor zugeordnet ist, welcher eine Überwachung der Rate basierend auf dem Schwellenwert einsetzt, gemäß einer Ausführungsform;
23 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Ausführen einer Ratenüberwachung zum Ermöglichen einer Aktivierung eines Näherungsschalters veranschaulicht, gemäß einer Ausführungsform;
24A ist ein Graph, der das Rohsignal veranschaulicht, das mit einem kapazitiven Sensor während eines Ausfalls erzeugt wird, der von einem Haarriss in der leitfähigen Schaltung verursacht wird, gemäß einem Beispiel;
24B ist ein Graph, der das Rohsignal veranschaulicht, das durch einen kapazitiven Sensor während eines der durch einen in der leitfähigen Schaltung verursachten Ausfall erzeugt wird, wenn er einer Schwingung unterliegt, gemäß einem anderen Beispiel;
24C ist ein Graph, der das Rohsignal veranschaulicht, das von einem kapazitiven Sensor erzeugt wird, wobei eine Änderung des Signals für eine erneute Verbindung gezeigt wird, wenn ein Finger mechanisch auf die Berührungsschnittstelle drückt, um ein gerissenes leitfähiges Schaltungselement erneute zu verbinden, gemäß einem weiteren Beispiel;
25A ist ein Graph, der das Rohsignal veranschaulicht, das von einem kapazitiven Sensor während einer Berührungsaktivierung durch schnelles Tippen erzeugt wird, gemäß einem Beispiel;
25B ist ein Graph, der das Rohsignal veranschaulicht, das von einem kapazitiven Sensor erzeugt wird, wobei ein schnelles Tippen und Halten durch eine Benutzereingabe gezeigt wird, gemäß einem Beispiel;
25C ist ein Graph, der das Rohsignal veranschaulicht, das durch einen kapazitiven Sensor während eines durch einen Riss in der leitfähigen Schaltung verursachten potentiellen Fehlers erzeugt wird, gemäß einem Beispiel;
26A ist ein Graph, der das Rohsignal veranschaulicht, das von einem kapazitiven Sensor erzeugt wird, der einem Fehler und einer Korrektur durch Anpassen des Basiswertsschwellensignals unterliegt, gemäß einer Ausführungsform;
26B ist ein Graph, der ein Δ-Sensorzählwert veranschaulicht, das durch einen kapazitiven Sensor erzeugt wird, wobei ferner die Anpassung des Aktivierungsschwellenwerts basierend auf einem Fehlerbasiswertverhältnis veranschaulicht wird, gemäß einem Beispiel; und
27-27C veranschaulichen eine Routine zum Detektieren und Korrigieren eines Fehlers des kapazitiven Sensors gemäß einer Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind hier nach Bedarf offenbart; dabei versteht es sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren entsprechen nicht unbedingt einer detaillierten Ausgestaltung; einige Schemata können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um eine Funktionsübersicht zu zeigen.
Daher sind die hier offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielseitige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 ist das Innere eines Kraftfahrzeugs 10 im Allgemeinen so veranschaulicht, dass es eine Fahrgastzelle und eine Schalterbaugruppe 20 gemäß einer Ausführungsform aufweist, die eine Vielzahl von Näherungsschaltern 22 einsetzt, die ein Überwachen und Bestimmen der Schalteraktivierung aufweisen. Das Fahrzeug 10 beinhaltet im Allgemeinen eine Überkopfkonsole 12, die an der Dachverkleidung an der Unterseite des Dachs oder der Decke an der Oberseite der Fahrgastzelle des Fahrzeugs angebracht ist, im Allgemeinen über dem vorderen Fahrgastsitzbereich. Die Schalterbaugruppe 20 weist gemäß einer Ausführungsform eine Vielzahl von Näherungsschaltern 22 auf, die nahe beieinander in der Überkopfkonsole 12 angeordnet sind. Die verschiedenen Näherungsschalter 22 können beliebige einer Reihe von Fahrzeugvorrichtungen und -funktionen steuern, wie etwa Steuern der Bewegung eines Schiebedachs oder Glasschiebedachs 16, Steuern der Bewegung einer Glasschiebedachblende 18, Steuern der Aktivierung einer oder mehrerer Beleuchtungsvorrichtungen, wie etwa innerer Kartenlese-/Leseleuchten und Deckenleuchten 30 und verschiedene anderen Vorrichtungen und Funktionen. Es versteht sich jedoch, dass die Näherungsschalter 22 gemäß verschiedenen Fahrzeuganwendungen an anderer Stelle an dem Fahrzeug 10 angeordnet sein können, wie etwa in der Instrumententafel, an anderen Konsolen, wie etwa einer Mittelkonsole, in einer Touchscreen-Anzeige 14 für ein Radio- oder Infotainmentsystem, wie etwa eine Navigations- und/oder Audioanzeige, integriert oder an anderer Stelle an Bord des Fahrzeugs 10.
Die Näherungsschalter 22 sind hier gemäß einer Ausführungsform als kapazitive Schalter gezeigt und beschrieben. Jeder Näherungsschalter 22 beinhaltet mindestens einen Näherungssensor, der ein Erfassungsaktivierungsfeld bereitstellt, um Berührung oder unmittelbare Nähe (z. B. innerhalb von einem Millimeter) eines Benutzers in Bezug auf den einen oder die mehreren Näherungssensoren zu erfassen, wie etwa eine Wischbewegung durch den Finger eines Benutzers. Somit ist in der beispielhaften Ausführungsform das Erfassungsaktivierungsfeld jedes Näherungsschalters 22 ein kapazitives Feld und der Finger des Benutzers weist eine elektrische Leitfähigkeit und dielektrische Eigenschaften auf, die eine Änderung oder Störung bei dem Erfassungsaktivierungsfeld verursachen, was für den Fachmann offensichtlich sein sollte. Der Fachmann sollte jedoch zudem verstehen, dass zusätzliche oder alternative Arten von Näherungssensoren verwendet werden können, wie etwa unter anderem induktive Sensoren, optische Sensoren, Temperatursensoren, Widerstandssensoren, dergleichen oder eine Kombination daraus. Beispielhafte Näherungssensoren sind in dem ATMEL® Touch Sensors Design Guide, 10620 D-AT42-04/09, vom 9. April 2009 beschrieben, dessen gesamte Referenz hiermit durch Bezugnahme in diese Schrift aufgenommen wird.
Die in 1 und 2 gezeigten Näherungsschalter 22 stellen jeweils die Steuerung einer Fahrzeugkomponente oder -vorrichtung bereit oder stellen eine vorgesehene Steuerfunktion bereit. Einer oder mehrere der Näherungsschalter 22 können dazu dezidiert sein, die Bewegung eines Schiebedachs oder Glasschiebedachs 16 zu steuern, um basierend auf einem Steueralgorithmus zu verursachen, dass sich das Glasschiebedach 16 in eine offene oder geschlossene Richtung bewegt, das Glasschiebedach zu kippen oder die Bewegung des Glasschiebedachs anzuhalten. Ein oder mehrere andere Näherungsschalter 22 können dazu dezidiert sein, die Bewegung einer Glasschiebedachblende 18 zwischen einer offenen und geschlossenen Position zu steuern. Das Glasschiebedach 16 und die Blende 18 können jeweils als Reaktion auf die Betätigung des entsprechenden Näherungsschalters 22 durch einen Elektromotor betätigt werden. Andere Näherungsschalter 22 können dazu dezidiert sein, andere Vorrichtungen zu steuern, wie etwa Anschalten einer inneren Kartenlese-/Leseleuchte 30, Ausschalten einer inneren Kartenlese-/Leseleuchte 30, An- oder Ausschalten einer Deckenlampe, Entriegeln eines Kofferraums, Öffnen einer Heckklappe oder Umgehen eines Türlichtschalters. Zusätzlichen Steuerungen über die Näherungsschalter 22 können Betätigen von elektrischen Fensterhebern in den Türen nach oben und unten beinhalten. Verschiedene andere Fahrzeugsteuerungen können mithilfe der hier beschriebenen Näherungsschalter 22 gesteuert werden.
Unter Bezugnahme auf 3 ist ein Abschnitt der Näherungsschalterbaugruppe 20 veranschaulicht, der eine Anordnung von drei in Reihe angeordneten Näherungsschaltern 22 in enger Beziehung zueinander in Bezug auf einen Finger 34 eines Benutzers während der Verwendung der Schalterbaugruppe 20 aufweist. Jeder Näherungsschalter 22 beinhaltet einen oder mehrere Näherungssensoren 24 zum Erzeugen eines Erfassungsaktivierungsfelds. Gemäß einer Ausführungsform kann jeder der Näherungssensoren 24 durch Drucken von leitfähiger Tinte auf die obere Fläche der polymeren Überkopfkonsole 12 ausgebildet werden. Ein Beispiel für einen Näherungssensor 24 aus gedruckter Tinte ist in 4 gezeigt und weist im Allgemeinen eine Ansteuerelektrode 26 und eine Empfangselektrode 28 auf, wobei jede ineinandergreifende Finger zum Erzeugen eines kapazitiven Felds 32 aufweist. Es versteht sich, dass jeder der Näherungssensoren 24 gemäß anderen Ausführungsformen anderweitig ausgebildet sein kann, wie etwa durch Montieren einer vorgeformten leitfähigen Leiterbahn auf ein Substrat. Die Ansteuerelektrode 26 empfängt bei einer Spannung V_I angelegte Rechteckwellenansteuerimpulse. Die Empfangselektrode 28 weist einen Ausgang zum Erzeugen einer Ausgangsspannung V_O auf. Es versteht sich, dass die Elektroden 26 und 28 in verschiedenen anderen Konfigurationen zum Erzeugen des kapazitiven Felds als Aktivierungsfeld 32 angeordnet sein können.
In der hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsform wird an die Ansteuerelektrode 26 jedes Näherungssensors 24 eine Eingangsspannung V_I als Rechteckwellenimpulse angelegt, die einen Ladeimpulszyklus aufweisen, der ausreichend ist, um die Empfangselektrode 28 auf eine gewünschte Spannung aufzuladen. Die Empfangselektrode 28 dient somit als Messelektrode. In der gezeigten Ausführungsform überlappen benachbarte Erfassungsaktivierungsfelder 32, die durch benachbarte Näherungsschalter 22 erzeugt werden, einander leicht, doch gemäß anderen Ausführungsformen kann keine Überlappung vorhanden sein. Wenn ein Benutzer oder Bediener, wie etwa der Finger 34 des Benutzers, in das Aktivierungsfeld 32 eintritt, detektiert die Näherungsschalterbaugruppe 20 die durch den Finger 34 in dem Aktivierungsfeld 32 verursachte Störung und bestimmt, ob die Störung ausreichend ist, um den entsprechenden Näherungsschalter 22 zu aktivieren. Die Störung des Aktivierungsfelds 32 wird durch Verarbeiten des dem entsprechenden Signalkanal zugeordneten Ladeimpulssignals detektiert. Wenn der Finger 34 des Benutzers zwei Aktivierungsfelder 32 berührt, detektiert die Näherungsschalterbaugruppe 20 die Störung beider berührter Aktivierungsfelder 32 über separate Signalkanäle. Jeder Näherungsschalter 22 weist einen eigenen dedizierten Signalkanal auf, der Ladeimpulszählwerte erzeugt, was wie hier erörtert verarbeitet wird.
Unter Bezugnahme auf 5 ist die Näherungsschalterbaugruppe 20 gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Es ist gezeigt, dass die Vielzahl von Näherungssensoren 24 einer Steuerung 40, wie etwa einem Mikrocontroller, Eingaben bereitstellt. Die Steuerung 40 kann eine Steuerschaltung, wie etwa einen Mikroprozessor 42 und einen Speicher 48, beinhalten. Die Steuerschaltungen können Erfassungssteuerschaltungen beinhalten, die das Aktivierungsfeld jedes Sensors 22 verarbeiten, um eine Benutzeraktivierung des entsprechenden Schalters zu erfassen, indem sie das Aktivierungsfeldsignal in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Steuerroutinen mit einem oder mehreren Schwellenwerten vergleichen. Es versteht sich, dass andere analoge und/oder digitale Steuerschaltungen eingesetzt werden können, um jedes Aktivierungsfeld zu verarbeiten, eine Benutzeraktivierung zu bestimmen und eine Handlung einzuleiten. Die Steuerung 40 kann gemäß einer Ausführungsform ein QMatrix-Akquisitionsverfahren einsetzen, das von ATMEL® erhältlich ist. Das Akquisitionsverfahren von ATMEL setzt einen Compiler für C/C++ mit einem WINDOWS®-Host und WinAVR als Debugger ein, um die Entwicklung und das Testen des Dienstprogramms Hawkeye zu vereinfachen, das ein Überwachen des internen Zustands kritischer Variablen in der Software in Echtzeit sowie das Sammeln von Datenprotokollen zur Nachbearbeitung ermöglicht.
Die Steuerung 40 stellt einer oder mehreren Vorrichtungen, die dazu ausgelegt sind, als Reaktion auf die Aktivierung eines Näherungsschalters dedizierte Handlungen auszuführen, Ausgangssignale bereit. Zum Beispiel können zu der einen oder den mehreren Vorrichtungen ein Glasschiebedach 16, das einen Motor zum Bewegen der Glasschiebedachplatte zwischen einer offenen und geschlossenen Position und Kippposition aufweist, eine Glasschiebedachblende 18, die sich zwischen einer offenen und geschlossenen Position bewegt, und Beleuchtungsvorrichtungen 30, die an- und ausgeschaltet werden können, gehören. Es können andere Vorrichtungen gesteuert werden, wie etwa ein Radio zum Erfüllen von An- und Ausschaltfunktionen, zur Lautstärkesteuerung, zum Scannen und andere Arten von Vorrichtungen zum Erfüllen anderer dedizierter Funktionen. Einer der Näherungsschalter 22 kann für das Betätigen des Schließens des Glasschiebedachs dediziert sein, ein anderer Näherungsschalter 22 kann für das Betätigen des Öffnens des Glasschiebedachs dediziert sein, und ein weiterer Schalter 22 kann für das Betätigen des Versetzens des Glasschiebedachs in eine Kippposition dediziert sein, die allesamt einen Motor dazu veranlassen würden, das Glasschiebedach in eine gewünschte Position zu bewegen. Die Glasschiebedachblende 18 kann als Reaktion auf einen Näherungsschalter 22 geöffnet und als Reaktion auf einen anderen Näherungsschalter 22 geschlossen werden.
Es ist ferner gezeigt, dass die Steuerung 40 einen Analog-Digital-(A/D-)Komparator 44 aufweist, der an den Mikroprozessor 42 gekoppelt ist. Der A/D-Komparator 44 empfängt die Spannungsausgabe V_O von jedem der Näherungsschalter 22, wandelt das analoge Signal in ein digitales Signal um und stellt das digitale Signal dem Mikroprozessor 42 bereit. Zusätzlich beinhaltet die Steuerung 40 einen Impulszähler 46, der an den Mikroprozessor 42 gekoppelt ist. Der Impulszähler 46 zählt die Ladesignalimpulse, die an jede Ansteuerelektrode jedes Näherungssensors angelegt werden, führt eine Zählung der Impulse durch, die zum Laden des Kondensators notwendig sind, bis die Ausgangsspannung V_O eine vorbestimmte Spannung erreicht, und stellt den Zählwert dem Mikroprozessor 42 bereit. Der Impulszählwert gibt die Änderung der Kapazität des entsprechenden kapazitiven Sensors an. Es ist ferner gezeigt, dass die Steuerung 40 mit einem impulsbreitenmodulierten Ansteuerpuffer 15 kommuniziert. Die Steuerung 40 stellt dem impulsbreitenmodulierten Ansteuerpuffer 15 ein impulsbreitenmoduliertes Signal bereit, um eine Rechteckwellenimpulsfolge V_I zu erzeugen, die an jede Ansteuerelektrode jedes Näherungssensors/Schalters 22 angelegt wird. Die Steuerung 40 verarbeitet eine oder mehreren Steuerroutinen 100, die in dem Speicher gespeichert sind, um eine Überwachung und eine Bestimmung hinsichtlich der Aktivierung eines der Näherungsschalter vorzunehmen. Die Steuerroutinen können eine Routine zum Ausführen eines Verfahrens zum Aktivieren eines Näherungsschalters unter Verwendung von Ratenüberwachung beinhalten, um negative Auswirkungen durch Kondensation zu reduzieren oder zu eliminieren.
In 6-13 ist die Änderung der Sensorladeimpulszählwerte, die als Δ-Sensorzählwert für eine Vielzahl von Signalkanälen gezeigt ist, die einer Vielzahl von Näherungsschaltern 22, wie etwa den in 3 gezeigten drei Schaltern 22, zugeordnet ist, gemäß verschiedenen Beispielen veranschaulicht. Die Änderung des Sensorladeimpulszählwerts ist die Differenz zwischen einem initialisierten Referenzzählwert ohne einen Finger oder ein anderes Objekt im Aktivierungsfeld und dem entsprechenden Sensormesswert. In diesen Beispielen tritt der Finger des Benutzers in die Aktivierungsfelder 32 ein, die jedem von drei Näherungsschaltern 22 zugeordnet sind, im Allgemeinen jeweils ein Erfassungsaktivierungsfeld mit Überlappung zwischen benachbarten Aktivierungsfeldern 32, wenn sich der Finger des Benutzers über die Anordnung von Schaltern bewegt. Kanal 1 ist die Änderung ( Δ ) des Sensorladeimpulszählwerts, die einem ersten kapazitiven Sensor 24 zugeordnet ist, Kanal 2 ist die Änderung des Sensorladeimpulszählwerts, die dem benachbarten zweiten kapazitiven Sensor 24 zugeordnet ist, und Kanal 3 ist die Änderung des Sensorladeimpulszählwerts, die dem dritten kapazitiven Sensor 24 benachbart zum zweiten kapazitiven Sensor zugeordnet ist. Bei der offenbarten Ausführungsform sind die Näherungssensoren 24 kapazitive Sensoren. Wenn sich ein Finger eines Benutzers in Berührung mit oder unmittelbarer Nähe zu einem Sensor 24 befindet, verändert der Finger die an dem entsprechenden Sensor 24 gemessene Kapazität. Die Kapazität verhält sich parallel zur parasitären Kapazität der unberührten Sensortaste und misst an sich einen Versatz. Die durch den Benutzer oder Bediener induzierte Kapazität ist proportional zur Dielektrizitätskonstante des Fingers oder eines anderen Körperteils des Benutzers, der der kapazitiven Taste ausgesetzten Oberfläche und umgekehrt proportional zum Abstand der Gliedmaße des Benutzers zur Schaltertaste. Gemäß einer Ausführungsform wird jeder Sensor mit einer Spannungsimpulsfolge über Elektronik zur Impulsbreitenmodulation (Pulse Width Modulation - PWM) angeregt, bis der Sensor bis zu einem festgelegten Spannungspotential aufgeladen ist. Ein derartiges Akquisitionsverfahren lädt die Empfangselektrode 28 auf ein bekanntes Spannungspotential auf. Der Zyklus wird wiederholt, bis die Spannung über dem Messkondensator eine vorgegebene Spannung erreicht. Indem ein Finger eines Benutzers auf der Berührungsoberfläche des Schalters 24 platziert wird, wird eine externe Kapazität eingeführt, die die bei jedem Zyklus übertragene Ladungsmenge erhöht, wodurch die Gesamtanzahl von Zyklen reduziert wird, die erforderlich ist, damit die Messkapazität die vorbestimmte Spannung erreicht. Der Finger des Benutzers führt dazu, dass die Änderung des Sensorladeimpulszählwerts zunimmt, da dieser Wert auf dem initialisierten Referenzzählwerts minus des Sensormesswerts basiert.
Die Näherungsschalterbaugruppe 20 ist in der Lage, die Handbewegung des Benutzers zu erkennen, wenn die Hand, insbesondere ein Finger, in unmittelbarer Nähe zu den Näherungsschaltern 22 ist, um zu unterscheiden, ob die Absicht des Benutzers darin besteht, einen Schalter 22 zu aktivieren, eine spezifische Schaltertaste zu suchen, während er sich auf Aufgaben mit höherer Priorität konzentriert, wie etwa Fahren, oder das Ergebnis einer Aufgabe ist, wie etwa Anpassen des Rückspiegels, die nichts mit der Betätigung eines Näherungsschalters 22 zu tun hat. Die Näherungsschalterbaugruppe 20 kann in einem Erkundungs- oder Suchmodus betrieben werden, der es dem Benutzer ermöglicht, Tastenfelder oder Tasten durch Führen oder Gleiten eines Fingers in unmittelbarer Nähe zu den Schaltern zu erkunden, ohne eine Aktivierung eines Schalters auszulösen, bis die Absicht des Benutzers bestimmt ist. Die Näherungsschalterbaugruppe 20 überwacht die Amplitude eines Signals, das als Reaktion auf das Aktivierungsfeld erzeugt wird, bestimmt eine differentielle Änderung des erzeugten Signals und erzeugt eine Aktivierungsausgabe, wenn das Differenzsignal einen Schwellenwert überschreitet. Infolgedessen wird die Erkundung der Näherungsschalterbaugruppe 20 ermöglicht, sodass Benutzer die Schalterschnittstellen-Kontaktstelle mit ihren Fingern frei erkunden können, ohne aus Versehen ein Ereignis auszulösen, ist die Schnittstellenreaktionszeit schnell, erfolgt die Aktivierung, wenn der Finger eine Oberflächenplatte berührt, und wird eine versehentliche Aktivierung des Schalters verhindert oder reduziert.
Wenn sich unter Bezugnahme auf 6 der Finger 34 des Benutzers einem dem Signalkanal 1 zugeordneten Schalter 22 nähert, tritt der Finger 34 in das dem Sensor 24 zugeordnete Aktivierungsfeld 32 ein, was eine Unterbrechung der Kapazität verursacht, was dazu führt, dass ein Sensorzählwert zunimmt, wie durch das Signal 50A gezeigt ist, das ein typisches Aktivierungsbewegungsprofil aufweist. Ein Eintrittsrampenneigungsverfahren kann verwendet werden, um basierend auf der Neigung der Eintrittsrampe in dem Signal 50A des Kanals 1 zu bestimmen, ob der Bediener eine Taste drücken oder die Schnittstelle erkunden will, wobei das Signal von Punkt 52, wo das Signal 50A den Zählwert des aktiven Pegels (LVL_ACTIVE) kreuzt, bis zu Punkt 54, wo das Signal 50A den Zählwert des Pegelschwellenwerts (LVL_THRESHOLD) kreuzt, gemäß einer Ausführungsform ansteigt. Die Neigung der Eintrittsrampe ist die differentielle Änderung des erzeugten Signals zwischen den Punkten 52 und 54, die während des Zeitraums zwischen den Zeiten t_th und t_ac aufgetreten ist. Da sich der Zählerschwellenwert - aktiver Pegel im Allgemeinen nur dann ändert, wenn das Vorhandensein von Handschuhen detektiert wird, ansonsten jedoch eine Konstante ist, kann die Neigung als nur die Zeit berechnet werden, die abgelaufen ist, um von dem aktiven Pegel zu dem Schwellenwertpegel zu kreuzen, was als t_{active2threshold} bezeichnet wird, was die Differenz zwischen der Zeit t_th und t_ac ist. Ein direktes Drücken auf eine Schalterkontaktstelle kann typischerweise in einem Zeitraum, der als t_directpush bezeichnet wird, im Bereich von etwa 40 bis 60 Millisekunden auftreten. Wenn die Zeit t_{active2treshold} kleiner als oder gleich der Zeit des direkten Drückens t_directpush ist, wird bestimmt, dass eine Aktivierung des Schalters auftritt. Anderenfalls wird bestimmt, dass sich der Schalter in einem Erkundungsmodus befindet. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Neigung der Eintrittsrampe als die Differenz der Zeit von der Zeit t_ac am Punkt 52 zu der Zeit t_pk, um den Spitzenzählwert am Punkt 56 zu erreichen, was als Zeit t_active2peak bezeichnet wird, berechnet werden. Die Zeit t_active2peak kann mit einer Spitze des direkten Drückens, bezeichnet als t_{direct_push_pk}, verglichen werden, die gemäß einer Ausführungsform einen Wert von 100 Millisekunden aufweisen kann. Wenn die Zeit t_active2peak kleiner als oder gleich t_{direct_push_pk} ist, wird bestimmt, dass eine Aktivierung des Schalters auftritt. Anderenfalls wird die Schalterbaugruppe in einem Erkundungsmodus betrieben.
In dem in 6 gezeigten Beispiel ist gezeigt, dass das Signal des Kanals 1 zunimmt, während die Kapazitätsstörung zunimmt, wobei es vom Punkt 52 zum Spitzenwert am Punkt 56 schnell ansteigt. Die Näherungsschalterbaugruppe 20 bestimmt die Neigung der Eintrittsrampe entweder als Zeitraum t_{active2threshold} oder als t_active2peak, damit das Signal von dem ersten Schwellenwertpunkt 52 zu entweder dem zweiten Schwellenwert am Punkt 54 oder dem Spitzenschwellenwert am Punkt 56 zunimmt. Die Neigung oder die differentielle Änderung des erzeugten Signals wird anschließend für einen Vergleich mit einem repräsentativen Schwellenwert für ein direktes Drücken t_{direct_push} oder t_{direct_push_pk} verwendet, um eine Aktivierung des Näherungsschalters zu bestimmen. Insbesondere dann, wenn die Zeit t_active2peak kleiner als t_{direct_push} ist oder t_{active2threshold} kleiner als t_{direct_push} kleiner ist, wird eine Aktivierung des Schalters bestimmt. Anderenfalls bleibt die Schalterbaugruppe in dem Erkundungsmodus.
Unter Bezugnahme auf 7 ist ein Beispiel für eine Gleit-/Erkundungsbewegung über zwei Schalter veranschaulicht, während der Finger durch das Aktivierungsfeld von zwei benachbarten Näherungssensoren geführt wird oder gleitet, was als mit 50A bezeichneter Signalkanal 1 und mit 50B bezeichneter Signalkanal 2 gezeigt ist. Während sich ein Finger des Benutzers einem ersten Schalter nähert, tritt der Finger in das dem ersten Schaltersensor zugeordnete Aktivierungsfeld ein, was verursacht, dass die Änderung des Sensorzählwerts an dem Signal 50A mit einer langsameren Rate zunimmt, sodass eine verringerte differentielle Änderung in dem erzeugten Signal bestimmt wird. In diesem Beispiel erfährt das Profil des Signalkanals 1 eine Änderung der Zeit t_active2peak, die nicht kleiner als oder gleich t_{direct_push} ist, was zum Eintritt in den Such- oder Erkundungsmodus führt. Da t_{active2threshold} eine langsame differentielle Änderung des erzeugten Signals angibt, wird gemäß einer Ausführungsform keine Aktivierung der Schaltertaste initiiert. Da gemäß einer anderen Ausführungsform die Zeit t_active2peak nicht kleiner als oder gleich t_{direct_push_pk} ist, was eine langsame differentielle Änderung eines erzeugten Signals angibt, wird gemäß einer anderen Ausführungsform keine Aktivierung initiiert. Gezeigt ist, dass der mit 50B bezeichnete Signalkanal zum maximalen Signal am Übergangspunkt 58 wird, und er weist eine ansteigende Änderung des Δ-Sensorzählwerts auf, wobei eine differentielle Änderung des Signals ähnlich derjenigen des Signals 50A ist. Infolgedessen reflektieren der erste und der zweite Kanal 50A und 50B eine Gleitbewegung des Fingers über zwei kapazitive Sensoren in dem Erkundungsmodus, die zu keiner Aktivierung beider Schalter führt. Unter Verwendung des Zeitraums t_{active2threshold} oder t_active2peak kann eine Entscheidung getroffen werden, einen Näherungsschalter zu aktivieren oder nicht, wenn dessen Kapazitätspegel die Signalspitze erreicht.
Für eine langsame direkte Drückbewegung, wie sie etwa in 8 gezeigt ist, kann eine zusätzliche Verarbeitung eingesetzt werden, um sicherzustellen, dass keine Aktivierung beabsichtigt ist. Wie in 8 zu sehen ist, wird gezeigt, dass der als Signal 50A identifizierte Signalkanal 1 sowohl während des Zeitraums t_{active2threshold} als auch während t_active2peak langsamer ansteigt, was zum Eintritt in den Erkundungsmodus führen würde. Wenn eine derartige Gleit-/Erkundungsbedingung detektiert wird, wobei die Zeit t_{active2threshold} größer als t_{direct_push} ist, wenn der Kanal, der die Bedingung nicht erfüllt, der erste Signalkanal war, der in den Erkundungsmodus eingetreten ist, und er immer noch der maximale Kanal (der Kanal mit der höchsten Intensität) ist, während dessen Kapazität unter einen LVL_KEYUP_THRESHOLD am Punkt 60 fällt, wird die Aktivierung des Schalters initiiert. Unter Bezugnahme auf 9 ist eine schnelle Bewegung eines Fingers eines Benutzers über die Näherungsschalterbaugruppe ohne eine Aktivierung der Schalter veranschaulicht. In diesem Beispiel wird die relativ große differentielle Änderung in dem erzeugten Signal für die Kanäle 1 und 2 detektiert, sowohl für Kanal 1 als auch für Kanal 2, die durch die Linie 50A bzw. 50B gezeigt sind. Die Schalterbaugruppe setzt einen verzögerten Zeitraum ein, um die Aktivierung einer Entscheidung bis zum Übergangspunkt 58, an dem der zweite Signalkanal 50B über den ersten Signalkanal 50A ansteigt, zu verzögern. Die Zeitverzögerung könnte derart eingestellt sein, dass sie gemäß einer Ausführungsform gleich dem Zeitschwellenwert t_{direct_push_pk} ist. Durch den Einsatz eines Verzögerungszeitraums vor dem Bestimmen der Aktivierung eines Schalters verhindert die sehr schnelle Erkundung der Näherungstastenfelder somit eine unbeabsichtigte Aktivierung eines Schalters. Die Einführung der Zeitverzögerung als Reaktion darauf kann die Schnittstelle weniger reaktionsfähig machen und kann besser arbeiten, wenn die Fingerbewegung des Bedieners im Wesentlichen gleichmäßig ist.
Wenn ein vorheriges Schwellenwertereignis, das nicht zur Aktivierung geführt hat, vor kurzem detektiert wurde, kann gemäß einer Ausführungsform automatisch in den Erkundungsmodus eingetreten werden. Sobald eine versehentliche Betätigung detektiert und abgelehnt wird, kann folglich mehr Vorsicht für einen Zeitraum in dem Erkundungsmodus angewendet werden.
Eine andere Weise, um einem Bediener zu ermöglichen, in den Erkundungsmodus einzutreten, besteht darin, einen oder mehrere geeignet gekennzeichnete und/oder texturierte Bereiche oder Kontaktstellen an der Schalterplattenoberfläche zu verwenden, die den dezidierten Näherungsschaltern zugeordnet sind, mit der Funktion des Signalisierens der Näherungsschalterbaugruppe über die Absicht des Bedieners, blind zu erkunden. Die eine oder die mehreren Erkundungseingriffskontaktstellen können sich in an einer leicht zu erreichenden Position befinden, die wahrscheinlich keine Aktivität mit anderen Signalkanälen erzeugt. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann eine nicht gekennzeichnete größere Erkundungseingriffskontaktstelle eingesetzt werden, welche die gesamte Schalterschnittstelle umgibt. Eine derartige Erkundungsschalterschnittstelle würde wahrscheinlich zuerst angetroffen werden, während die Hand des Bedieners über die Zierleiste in der Überkopfkonsole auf der Suche nach einem Orientierungspunkt gleitet, von dem aus eine blinde Erkundung der Näherungsschalterbaugruppe beginnen soll.
Sobald die Näherungssensorbaugruppe bestimmt, ob eine Erhöhung der Änderung des Sensorzählwerts eine Schalteraktivierung oder das Ergebnis einer Erkundungsbewegung ist, geht die Baugruppe dazu über, zu bestimmen, ob und wie die Erkundungsbewegung in einer Aktivierung des Näherungsschalters enden sollte oder nicht. Gemäß einer Ausführungsform sucht die Näherungsschalterbaugruppe nach einem stabilen Druck an einer Schaltertaste für mindestens eine vorbestimmte Zeitdauer. In einer spezifischen Ausführungsform ist die Zeitdauer gleich oder größer als 50 Millisekunden, und insbesondere etwa 80 Millisekunden. Beispiele für den Schalterbaugruppenbetrieb, der eine stabile Zeitmethodologie einsetzt, sind in 10-13 veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 10 ist die Erkundung von drei Näherungsschaltern veranschaulicht, die jeweils als Signale 50A-50C bezeichneten Signalkanälen 1-3 entsprechen, während ein Finger über den ersten und den zweiten Schalter in dem Erkundungsmodus gleitet und anschließend den dritten Schalter, der dem Signalkanal 3 zugeordnet ist, aktiviert. Während der Finger den ersten und den zweiten Schalter, die den Kanälen 1 und 2 zugeordnet sind, erkundet, wird aufgrund eines fehlenden stabilen Signals auf den Linien 50A und 50B keine Aktivierung bestimmt. Das Signal auf der Linie 50A für Kanal 1 beginnt als maximaler Signalwert, bis der Kanal 2 auf der Linie 50B der maximale Wert wird, und schließlich wird der Kanal 3 ein maximaler Wert. Gezeigt ist, dass der Signalkanal 3 eine stabile Änderung des Sensorzählwerts nahe dem Spitzenwert für einen ausreichenden Zeitraum t_stable ist, wie etwa 80 Millisekunden, was ausreicht, um eine Aktivierung des entsprechenden Näherungsschalters zu initiieren. Wenn der Pegelschwellenwert-Auslösebedingung erfüllt und ein Spitzenwert erreicht wurde, aktiviert das Verfahren mit stabilem Pegel den Schalter, nachdem der Pegel an dem Schalter in einem engen Bereich für mindestens den Zeitraum t_stable gebunden ist. Dies ermöglicht dem Bediener, die verschiedenen Näherungsschalter zu erkunden und einen gewünschten Schalter zu aktivieren, sobald er gefunden wurde, indem die Position des Fingers des Benutzers in der Nähe für einen stabilen Zeitraum t_stable beibehalten wird.
Unter Bezugnahme auf 11 ist eine andere Ausführungsform des Verfahrens mit stabilem Pegel veranschaulicht, in dem der dritte Signalkanal auf der Linie 50C eine Änderung des Sensorzählwerts aufweist, die eine stabile Bedingung am Abfall des Signals aufweist. In diesem Beispiel überschreitet die Änderung des Sensorzählwerts für den dritten Kanal den Pegelschwellenwert und weist einen stabilen Druck auf, der für den Zeitraum t_stable detektiert wird, sodass eine Aktivierung des dritten Schalters bestimmt wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Näherungsschalterbaugruppe ein Verfahren mit virtueller Taste einsetzen, das nach einem anfänglichen Spitzenwert der Änderung des Sensorzählwerts sucht, während es sich in dem Erkundungsmodus befindet, gefolgt von einer zusätzlichen anhaltenden Erhöhung der Änderung des Sensorzählwerts, um eine Bestimmung zum Aktivieren des Schalters durchzuführen, wie in 12 und 13 gezeigt ist. In 12 steigt der dritte Signalkanal auf der Linie 50C auf einen anfänglichen Spitzenwert an und nimmt anschließend um eine Änderung des Sensorzählwerts C_vb weiter zu. Dies ist äquivalent dazu, dass der Finger eines Benutzers sanft über die Oberfläche der Schalterbaugruppe streicht, während er über die Schalterbaugruppe gleitet, wobei die gewünschte Taste erreicht wird, und anschließend den virtuellen mechanischen Schalter herabdrückt, sodass der Finger des Benutzers auf die Schalterkontaktoberfläche drückt und die Menge an Volumen des Fingers näher am Schalter erhöht. Die Erhöhung der Kapazität wird durch die erhöhte Oberfläche der Fingerspitze verursacht, während sie an der Kontaktstellenoberfläche komprimiert wird. Die erhöhte Kapazität kann unmittelbar nach der Detektion eines in 12 gezeigten Spitzenwerts auftreten oder kann nach einem Abfall der Änderung des Sensorzählwerts auftreten, wie in 13 gezeigt ist. Die Näherungsschalterbaugruppe detektiert einen anfänglichen Spitzenwert, dem eine weitere erhöhte Änderung des durch die Kapazität C_vb angegebenen Sensorzählwerts bei einem stabilen Pegel oder einem stabilen Zeitraum t_stable folgt. Ein stabiler Pegel der Detektion bedeutet im Allgemeinen keine Änderung des Sensorzählwerts ohne Rauschen oder eine kleine Änderung des Sensorzählwerts ohne Rauschen, was während der Kalibrierung vorbestimmt werden kann.
Es versteht sich, dass ein kürzerer Zeitraum t_stable zu versehentlichen Aktivierungen führen kann, insbesondere nach einer Umkehr der Richtung der Fingerbewegung, und dass ein längerer Zeitraum t_stable zu einer weniger reaktionsfähigen Schnittstelle führen kann.
Es versteht sich zudem, dass sowohl das Verfahren mit stabilem Wert als auch das Verfahren mit virtueller Taste zur gleichen Zeit aktiv sein können. Dabei kann die stabile Zeit t_stable gelockert werden, sodass sie länger ist, wie etwa eine Sekunde, da der Bediener immer die Taste unter Verwendung des Verfahrens mit virtueller Taste auslösen kann, ohne auf die Zeitüberschreitung des stabilen Drückens zu warten.
Die Näherungsschalterbaugruppe kann ferner eine robuste Rauschunterdrückung einsetzen, um störende versehentliche Betätigungen zu verhindern. Zum Beispiel sollte bei einer Überkopfkonsole ein versehentliches Öffnen und Schließen des Glasschiebedachs vermieden werden. Zu viel Rauschunterdrückung kann mit dem Ablehnen beabsichtigter Aktivierungen enden, was vermieden werden sollte. Ein Ansatz zur Rauschunterdrückung besteht darin, zu betrachten, ob mehrere benachbarte Kanäle gleichzeitige auslösende Ereignisse melden, und wenn dem so ist, Auswählen des Signalkanals mit dem höchsten Signal und Aktivieren desselben, wodurch alle anderen Signalkanäle bis zur Freigabe des ausgewählten Signalkanals ignoriert werden.
Die Näherungsschalterbaugruppe 20 kann ein Signaturrauschunterdrückungsverfahren beinhalten, das auf zwei Parametern basiert, nämlich einem Signaturparameter, bei dem es sich um das Verhältnis zwischen dem Kanal zwischen der höchsten Intensität (max_channel) und dem gesamten kumulativen Pegel (sum_channel) handelt, und dem dac-Parameter, bei dem es sich um die Anzahl von Kanälen handelt, die mindestens ein bestimmtes Verhältnis des max_channel sind. In einer Ausführungsform ist dac α_dac = 0,5. Der Signaturparameter kann durch die folgende Gleichung definiert werden: $Signatur = \frac{max_channel}{sum_channel} = \frac{{max}_{i = 0,n} {channel}_{i}}{\sum_{i = 0,n} {channel}_{i}}$
Der dac-Parameter kann durch die folgende Gleichung definiert werden: $dac = \forall {channel}_{i} > α_{dac} max_channel .$
Damit eine erkannte Aktivierung nicht abgelehnt wird, muss in Abhängigkeit von dac der Kanal im Allgemeinen sauber sein, d. h. die Signatur muss höher als ein vordefinierter Schwellenwert sein. In einer Ausführungsform gilt α_dac=1 = 0,4 und α_dac=2 = 0,67. Wenn dac größer als 2 ist, wird die Aktivierung gemäß einer Ausführungsform abgelehnt.
Wenn eine Entscheidung zur Aktivierung eines Schalters oder nicht in der Abstiegsphase des Profils getroffen wird, können anstelle von max_channel und sum_channel deren Spitzenwerte peak_max_channel und peak_sum_channel verwendet werden, um die Signatur zu berechnen. Der Signaturparameter kann die folgende Gleichung aufweisen: $Signatur = \frac{peak_max_channel}{peak_sum_channel} = \frac{max (max_channel (t))}{max (sum_channel (t))}$
Eine Rauschunterdrückung, die den Suchmodus auslöst, kann eingesetzt werden. Wenn eine detektierte Aktivierung aufgrund einer schmutzigen Signatur abgelehnt wird, sollte der Such- oder Erkundungsmodus automatisch eingeschaltet werden. Wenn blind erkunden wird, kann ein Benutzer folglich alle Finger ausstrecken, wobei er versucht, einen Referenzrahmen festzulegen, von dem aus die Suche beginnen soll. Dies kann mehrere Kanäle zur gleichen Zeit auslösen, was zu einer schlechten Signatur führt.
Unter Bezugnahme auf 14 ist ein Zustandsdiagramm für die Näherungsschalterbaugruppe 20 in einer Zustandsmaschinenumsetzung gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Es ist gezeigt, dass die Zustandsmaschinenumsetzung fünf Zustände aufweist; einschließlich des SW_NONE-Zustands 70, des SW_ACTIVE-Zustands 72, des SWTHRESHOLD-Zustands 74, des SW_HUNTING-Zustands 76 und des SWITCH_ACTIVATED-Zustands 78. Bei dem SW NONE-Zustand 70 handelt es sich um den Zustand, indem keine Sensoraktivität detektiert wird. Bei dem SWACTIVE-Zustand handelt es sich um den Zustand, in dem eine gewisse Aktivität durch den Sensor detektiert wird, jedoch nicht genug, um eine Aktivierung des Schalters zu diesem Zeitpunkt auszulösen. Bei dem SW_THRESHOLD-Zustand handelt es sich um den Zustand, in dem die Aktivität, wie durch den Sensor bestimmt, hoch genug ist, um eine Aktivierung, Suche/Erkundung oder zwanglose Bewegung der Schalterbaugruppe zu rechtfertigen. In den SW_HUNTING-Zustand 76 wird eingetreten, wenn das Aktivitätsmuster, wie durch die Schalterbaugruppe bestimmt, mit der Erkundungs-/Suchinteraktion kompatibel ist. Bei dem SWITCH_ACTIVATED-Zustand 78 handelt es sich um den Zustand, in dem die Aktivierung eines Schalters identifiziert wurde. In dem SWITCH_ACTIVATED-Zustand 78 bleibt die Schaltertaste aktiv und es ist keine andere Auswahl möglich, bis der entsprechende Schalter freigegeben wird.
Der Zustand der Näherungsschalterbaugruppe 20 ändert sich in Abhängigkeit von der Detektion und der Verarbeitung der erfassten Signale. Das System 20 kann, wenn es sich in dem SW_NONE-Zustand 70 befindet, zum SW_ACTIVE-Zustand 72 weitergehen, wenn eine gewisse Aktivität durch einen oder mehrere Sensoren detektiert wird. Wenn genug Aktivität zum Rechtfertigen entweder eine Aktivierung, einer Suche oder einer zwanglosen Bewegung detektiert wird, kann das System 20 direkt zum SW_THRESHOLD-Zustand 74 übergehen. Das System 20 kann, wenn es sich in dem SW_THRESHOLD-Zustand 74 befindet, zum SW_HUNTING-Zustand 76 übergehen, wenn ein Muster, das eine Erkundung angibt, detektiert wird, oder kann direkt zum aktivierten Schalterzustand 78 übergehen. Wenn sich eine Schalteraktivierung in dem SW_HUNTING-Zustand befindet, kann eine Aktivierung des Schalters detektiert werden, um zum SWITCH_ACTIVATED-Zustand 78 zu wechseln. Wenn das Signal abgelehnt wird und eine versehentliche Aktion detektiert wird, kann das System 20 zum SW_NONE-Zustand 70 zurückkehren.
Unter Bezugnahme auf 15 ist das Hauptverfahren 100 zum Überwachen und Bestimmen, wann eine Aktivierungsausgabe mit der Näherungsschalterbaugruppe zu erzeugen ist, gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das Verfahren 100 beginnt bei Schritt 102 und geht zu Schritt 104 über, um eine anfängliche Kalibrierung durchzuführen, die einmal durchgeführt werden kann. Die kalibrierten Signalkanalwerte werden aus Rohkanaldaten und kalibrierten Referenzwerten berechnet, indem der Referenzwert von den Rohdaten in Schritt 106 subtrahiert wird. Als Nächstes werden bei Schritt 108 aus allen Signalkanalsensormesswerten der höchste, als max_channel bezeichnete Zählwert und die als sum_channel bezeichnete Summe aller Kanalsensormesswerte berechnet. Zusätzlich dazu wird die Anzahl aktiver Kanäle bestimmt. Bei Schritt 110 berechnet das Verfahren 100 den jüngsten Bereich von max_channel und sum_channel, um später zu bestimmen, ob gerade eine Bewegung erfolgt oder nicht.
Nach Schritt 110 geht das Verfahren 100 zu Entscheidungsschritt 112 über, um zu bestimmen, ob beliebige der Schalter aktiv sind. Wenn kein Schalter aktiv ist, geht das Verfahren 100 zu Schritt 114 über, um eine Online-Echtzeitkalibrierung durchzuführen. Anderenfalls verarbeitet das Verfahren 116 die Schalterfreigabe bei Schritt 116. Wenn ein Schalter bereits aktiv war, geht das Verfahren 100 dementsprechend zu einem Modul über, bei dem es wartet und jegliche Aktivität bis zu dessen Freigabe verriegelt.
Nach der Echtzeitkalibrierung geht das Verfahren 100 zu Entscheidungsschritt 118 über, um zu bestimmen, ob es irgendeine Kanalsperre gibt, die eine kürzliche Aktivierung angibt, und wenn dem so ist, zu Schritt 120 übergeht, um den Kanalsperrenzeitgeber zu verringern. Wenn keine Kanalsperren detektiert werden, geht das Verfahren 100 zu Entscheidungsschritt 122 über, um nach einem neuen max_channel zu suchen. Wenn sich der aktuelle max_channel geändert hat, sodass es einen neuen max_channel gibt, geht das Verfahren 100 zu Schritt 124 über, um den max_channel neu einzustellen, die Bereiche zu summieren und die Schwellenwertpegel einzustellen. Wenn ein neuer max_channel identifiziert wird, stellt das Verfahren daher die jüngsten Signalbereiche neu ein und aktualisiert gegebenenfalls die Such-/Erkundungsparameter. Wenn der Schalterstatus geringer als SW_ACTIVE ist, wird das Such-/Erkundungs-Flag auf wahr eingestellt und der Schalterstatus wird auf SW_NONE eingestellt. Zusätzlich dazu wird bei Schritt 124 das Raten-Flag neu eingestellt. Zusätzlich dazu wird das Raten-Flag in Schritt 124 neu eingestellt. Nach Schritt 124 geht die Routine 100 zu Schritt 131 über, um das Raten-Flag zu aktualisieren. Das Raten-Flag ermöglicht eine Aktivierung des Schalters, wenn die überwachte Änderungsrate der Δ-Signalzahl, wie etwa eine durchschnittliche Änderungsrate, eine gültige Aktivierungsrate überschreitet, wodurch falsche Aktivierungen aufgrund von Änderungen der Kondensation verhindert werden. Wenn das Raten-Flag eingestellt ist, ist eine Aktivierung des Schalters möglich. Wenn das Raten-Flag nicht eingestellt ist, wird eine Aktivierung des Schalters verhindert.
Wenn sich der aktuelle max_channel nicht geändert hat, geht das Verfahren 100 zu Schritt 126 über, um den Status des nackten (kein Handschuh) Fingerstatus von max_channel zu verarbeiten. Dies kann die Verarbeitung der Logik zwischen den verschiedenen Zuständen beinhalten, wie im Zustandsdiagramm aus 14 gezeigt ist. Nach Schritt 126 geht das Verfahren 100 zu Entscheidungsschritt 128 über, um zu bestimmen, ob ein beliebiger Schalter aktiv ist. Wenn keine Schalteraktivierung detektiert wird, geht das Verfahren 100 zu Schritt 130 über, um ein mögliches Vorhandensein eines Handschuhs an der Hand des Benutzers zu detektieren. Das Vorhandensein eines Handschuhs kann basierend auf einer reduzierten Änderung des Kapazitätszählwerts detektiert werden. Das Verfahren 100 geht anschließend zu Schritt 131 über, um das Raten-Flag zu aktualisieren, und geht dann zu Schritt 132 über, um die vergangene Geschichte des max_channel und sum_channel zu aktualisieren. Der Index des aktiven Schalters, soweit vorhanden, wird anschließend bei Schritt 134 an das Software-Hardware-Modul vor dem Ende bei Schritt 136 ausgegeben.
Wenn ein Schalter aktiv ist, wird eine Schalterfreigabeverarbeitungsroutine aktiviert, die in 16 gezeigt ist. Die Schalterfreigabeverarbeitungsroutine 116 beginnt bei Schritt 140 und geht zu Entscheidungsschritt 142 über, um zu bestimmen, ob der aktive Kanal geringer als LVL_RELEASE ist, und wenn dem so ist, endet sie bei Schritt 152. Wenn der aktive Kanal geringer als LVL_RELEASE ist, geht die Routine 116 zu Entscheidungsschritt 144 über, um zu bestimmen, ob LVL_DELTA_THRESHOLD größer als 0 ist, und wenn dem nicht so ist, geht sie zu Schritt 146 über, um den Schwellenwertpegel anzuheben, wenn das Signal stärker ist. Dies kann erreicht werden, indem LVL_DELTA_THRESHOLD verringert wird. Schritt 146 stellt zudem die Schwellenwert-, Freigabe- und aktiven Pegel ein. Die Routine 116 geht anschließend zu Schritt 148 über, um den Geschichtszeitgeber des Kanals max und sum für lange stabile Signal-Such-/Erkundungsparameter neu einzustellen. Vor dem Ende bei Schritt 152 wird der Schalterstatus bei Schritt 150 auf SW_NONE eingestellt. Um das Schalterfreigabeverarbeitungsmodul zu verlassen, muss das Signal auf dem aktiven Kanal unter LVL_RELEASE fallen, bei dem es sich um einen adaptiven Schwellenwert handelt, der sich ändert, wenn eine Handschuhinteraktion detektiert wird. Wenn die Schaltertaste freigegeben wird, werden alle internen Parameter neu eingestellt und ein Sperrzeitgeber wird gestartet, um weitere Aktivierungen zu verhindern, bevor eine bestimmte Wartezeit verstrichen ist, wie etwa 100 Millisekunden. Zusätzlich dazu werden die Schwellenwertpegel in Abhängigkeit des Vorhandenseins oder des Fehlens von Handschuhen angepasst.
Unter Bezugnahme auf 17 ist eine Routine 200 zum Bestimmen der Statusänderung vom SW_NONE-Zustand zum SW_ACTIVE-Zustand gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Die Routine 200 beginnt bei Schritt 202, um den SW_NONE-Zustand zu verarbeiten, und geht anschließend zu Entscheidungsschritt 204 über, um zu bestimmen, ob max_channel größer als LVL_ACTIVE ist. Wenn max_channel größer als LVL_ACTIVE ist, ändert die Näherungsschalterbaugruppe den Zustand vom SW_NONE-Zustand zum SW_ACTIVE-Zustand und endet bei Schritt 210. Wenn max_channel nicht größer als LVL_ACTIVE ist, prüft die Routine 200, ob das Such-Flag bei Schritt 208 neu einzustellen ist, bevor sie bei Schritt 210 endet. Somit ändert sich der Status vom SW NONE-Zustand zum SW_ACTIVE-Zustand, wenn max_channel oberhalb LVL_ACTIVE ausgelöst wird. Wenn die Kanäle unterhalb dieses Pegels bleiben, wird das Such-Flag, wenn es eingestellt wurde, nach einer bestimmten Wartezeit auf keine Suche neu eingestellt, was eine Weise zum Verlassen des Suchmodus darstellt.
Unter Bezugnahme auf 18 ist ein Verfahren 220 zum Verarbeiten des Zustands des SW_ACTIVE-Zustands, der sich entweder zum SW-THRESHOLD-Zustand oder zum SW_NONE-Zustand ändert, gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Das Verfahren 220 beginnt bei Schritt 222 und geht zu Entscheidungsschritt 224 über. Wenn max_channel nicht größer als LVL_THRESHOLD ist, geht das Verfahren 220 zu Schritt 226 über, um zu bestimmen, ob max_channel geringer als LVL_ACTIVE ist, und wenn dem so ist, geht es zu Schritt 228 über, um den Schalterstatus zu SW_NONE zu ändern. Dementsprechend bewegt sich der Status der Zustandsmaschine vom SW_ACTIVE-Zustand zum SW_NONE-Zustand, wenn das max_channel-Signal unter LVL_ACTIVE fällt. Ein Delta-Wert kann zudem von LVL_ACTIVE subtrahiert werden, um eine gewisse Hysterese einzuführen. Wenn max_channel größer als LVL_THRESHOLD ist, geht die Routine 220 zu Entscheidungsschritt 230 über, um zu bestimmen, ob ein kürzliches Schwellenwertereignis oder ein Handschuh detektiert wurde, und wenn dem so ist, stellt sie bei Schritt 232 das Such-Flag auf wahr ein. Bei Schritt 234 schaltet das Verfahren 220 den Status auf den SW_THRESHOLD-Zustand, bevor es bei Schritt 236 endet. Wenn max_channel oberhalb von LVL_THRESHOLD ausgelöst wird, ändert sich somit der Status zum SW_THRESHOLD-Zustand. Wenn Handschuhe detektiert werden oder ein vorheriges Schwellenwertereignis, das nicht zur Aktivierung geführt hat, vor kurzem detektiert wurde, kann automatisch in den Such-/Erkundungsmodus eingetreten werden.
Unter Bezugnahme auf 19 ist ein Verfahren 240 zum Bestimmen der Aktivierung eines Schalters vom SW_THRESHOLD-Zustand gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Das Verfahren 240 beginnt bei Schritt 242, um den SW_THRESHOLD-Zustand zu verarbeiten, und geht zu Entscheidungsblock 244 über, um zu bestimmen, ob das Signal stabil ist oder ob der Signalkanal auf einer Spitze liegt, und wenn dem nicht so ist, endet es bei Schritt 256. Wenn entweder das Signal stabil ist oder der Signalkanal auf einer Spitze liegt, geht das Verfahren 240 zu Entscheidungsschritt 246 über, um zu bestimmen, ob der Such- oder Erkundungsmodus aktiv ist, und wenn dem so ist, überspringt es Schritt 250. Wenn der Such- oder Erkundungsmodus nicht aktiv ist, geht das Verfahren 240 zu Entscheidungsschritt 248 über, um zu bestimmen, ob der Signalkanal sauber und schnell aktiv größer als ein Schwellenwert ist, und wenn dem so ist, geht es zu Entscheidungsschritt 249 über, um zu bestimmen, ob das Raten-Flag eingestellt ist, und wenn dem so ist, stellt es bei Schritt 250 den aktiven Schalter auf den maximalen Kanal ein. Wenn der Signalkanal nicht sauber und nicht schnell aktiv größer als der Schwellenwert ist, geht das Verfahren 240 direkt zu Schritt 252 über. In ähnlicher Weise geht, wenn das Raten-Flag nicht gesetzt ist, das Verfahren 240 direkt zu Schritt 252 über. Bei Entscheidungsblock 252 bestimmt das Verfahren 240, ob ein Schalter aktiv ist, und wenn dem so ist, endet es bei Schritt 256. Wenn kein Schalter aktiv ist, geht das Verfahren 240 zu Schritt 254 über, um die Suchvariablen SWITCH_STATUS, die auf SWTICH_HUNTING eingestellt ist, und PEAK_MAX_BASE, die auf MAX_CHANNELS eingestellt ist, zu initialisieren, bevor es bei Schritt 256 endet.
In dem SW_THRESHOLD-Zustand wird keine Entscheidung getroffen, bis eine Spitze bei MAX_CHANNEL detektiert wird. Die Detektion des Spitzenwerts wird entweder durch eine Umkehr in der Richtung des Signals oder dadurch, dass sowohl MAX _-CHANNEL als auch SUM_CHANNEL für mindestens ein bestimmtes Intervall, wie etwa 60 Millisekunden, stabil (in einem Bereich gebunden) bleiben, bedingt. Sobald die Spitze detektiert wird, wird das Such-Flag geprüft. Wenn der Suchmodus ausgeschaltet ist, wird das Eintrittsrampenneigungsverfahren angewendet. Wenn SW_ACTIVE zu SW_THRESHOLD geringer als ein Schwellenwert, wie etwa 16 Millisekunden, war und die Signatur des Rauschunterdrückungsverfahrens dies als gültiges Auslöseereignis angibt, wird der Zustand zu SWTICH ACTIVE geändert und der Prozess wird zum PROCESS_SWITCH_RELEASE-Modul überführt, anderenfalls wird das Such-Flag auf wahr eingestellt. Wenn das verzögerte Aktivierungsverfahren anstelle der unmittelbaren Aktivierung des Schalters eingesetzt wird, wird der Zustand auf SW_DELAYED_ACTIVATION eingestellt, wobei ein Verzögerung erzwungen wird, an deren Ende, wenn sich der aktuelle MAX_CHANNEL-Indes nicht geändert hat, die Taste aktiviert wird.
Unter Bezugnahme auf 20 ist ein Verfahren mit virtueller Taste, das den SW_HUNTING-Zustand umsetzt, gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Das Verfahren 260 beginnt bei Schritt 262, um den SW_HUNTING-Zustand zu verarbeiten, und geht zu Entscheidungsschritt 264 über, um zu bestimmten, ob MAX_CHANNEL unter LVL_KEYUP_THRESHOLD gefallen ist, und wenn dem so ist, stellt es bei Schritt 272 MAX_PEAK_BASE auf MIN (MAX PEAK BASE; MAX_CHANNEL) ein. Wenn MAX_CHANNEL unter LVL_KEYUP_THRESHOLD gefallen ist, geht das Verfahren 260 zu Schritt 266 über, um das erste Kanalauslösesuchverfahren einzusetzen, um zu prüfen, ob das Ereignis die Tastenaktivierung auslösen sollte. Dies wird bestimmt, indem bestimmt wird, ob der erste und einzige Kanal überquert wird und das Signal sauber ist. Wenn dem so ist, geht das Verfahren 260 zu Entscheidungsschritt 269 über, um zu bestimmen, ob das Raten-Flag eingestellt ist, und wenn dem so ist, stellt es bei Schritt 270 den aktiven Schalter auf den maximalen Kanal ein, bevor es bei Schritt 282 endet. Wenn das Raten-Flag nicht eingestellt ist, endet das Verfahren 260 bei Schritt 282. Wenn der erste und einzige Kanal nicht überquert wird oder wenn das Signal nicht sauber ist, geht das Verfahren 260 zu Schritt 268 über, um aufzugeben und eine versehentliche Aktivierung zu bestimmen und SWITCH_STATUS auf den SW_NONE-Zustand einzustellen, bevor es bei Schritt 282 endet.
Nach Schritt 272 geht das Verfahren 260 zu Entscheidungsschritt 274 über, um zu bestimmen, ob ein der Kanal eingerastet ist. Dies kann dadurch bestimmt werden, ob MAX_CHANNEL größer als MAX_PEAK BASE plus Delta ist. Wenn der Kanal eingerastet ist, geht das Verfahren 260 zu Entscheidungsschritt 276 über, um zu bestimmen, ob das Signal stabil und sauber ist, und wenn dem so ist, geht es zu Entscheidungsschritt 279 über, um zu bestimmen, ob das Raten-Flag eingestellt ist, und wenn dem so ist, stellt es bei Schritt 280 den aktiven Schalterzustand auf den maximalen Kanal ein, bevor es bei Schritt 282 endet. Wenn der Kanal nicht eingerastet ist, geht das Verfahren 260 zu Entscheidungsschritt 278 über, um zu bestimmen, ob das Signal stabil und sauber ist, und wenn dem so ist, geht es zu Entscheidungsschritt 279 über, um zu bestimmen, ob das Raten-Flag eingestellt ist, und wenn dem so ist, geht es zu Schritt 280 über, um den aktiven Schalter auf den maximalen Kanal einzustellen, bevor es bei Schritt 282 endet. Wenn das Raten-Flag nicht eingestellt ist, endet das Verfahren 260 bei Schritt 282.
Dementsprechend bestimmt die Näherungsschalterüberwachungs- und -bestimmungsroutine vorteilhafterweise die Aktivierung der Näherungsschalter. Die Routine ermöglicht vorteilhafterweise einem Benutzer, die Näherungsschalterkontaktstellen zu erkunden, was bei einer Kraftfahrzeuganwendung, in der die Fahrerablenkung vermieden werden kann, besonders nützlich ist.
Die Näherungssensoren können unter Verwendung von Dünnschichttechnologie hergestellt werden, die das Drucken einer mit Lösungsmittel gemischten leitfähigen Tinte beinhalten kann, um eine erwünschte Gestaltung einer elektrischen Schaltung zu erhalten. Die gedruckte Tinte kann in einer Bahn ausgebildet sein, die in einem Aushärteprozess unter Verwendung von gesteuertem Erwärmen und Licht-/Wärmeabtasten zum Entfernen des Lösungsmittels ausgehärtet wird. Variationen bei bestehenden Aushärtevorgängen können dazu führen, dass Lösungsmittelreste in den elektrischen Leiterbahnen eingeschlossen sind, was zu Sensoren führen kann, die empfindlich gegenüber Änderungen bei der Temperatur und Feuchtigkeit sind. Wenn sich Kondensation an einem Näherungssensor ansammelt, können sich das kapazitive Rohsignal und die Δ-Signalzählung ändern. Die Kondensationsansammlung kann zum Beispiel in einem Fahrzeug auftreten, wenn es in einem Regenschauer fährt, bevor der Enteiser angeschaltet wird, oder wenn an einem heißen, feuchten Sommertag in das Fahrzeug eingestiegen wird und das HLK-Gebläse Feuchtigkeit auf die Schalter bläst. Wenn die Kondensation trocknet, können sich das kapazitive Rohsignal und der Δ-Signalzählwert in entgegengesetzter Richtung ändern. Ein Beispiel für eine Δ-Signalzählwertvariation während einer Änderung der Kondensation ist in 21 gezeigt. Es ist gezeigt, dass das Signal 50 bezüglich des Werts als Ergebnis einer sich ändernden Kondensation, wie etwa einer Reduzierung der Kondensation, zunimmt, was ein falsches Aktivierungsereignis auslösen kann, wenn das Signal 50 einen bestimmten Schwellenwert erreicht. In ähnlicher Weise kann sich das Δ-Sensorzählwertsignal 50 verringern, wenn die Kondensation erhöht wird, was ebenfalls zum Auslösen eines falschen Aktivierungsereignisses führen kann. Um die Kondensation auszugleichen und falsche Aktivierungen zu verhindern oder zu reduzieren, setzen die Näherungsschalterbaugruppe 20 und das Verfahren 100 eine Ratenüberwachungsroutine ein, um gültige Schalteraktivierungen aus fehlerhaften Kondensationsereignissen zu bestimmen.
Unter Bezugnahme auf 22 ist das Δ-Signalzählwertsignal 50 während einer potentiellen Schalteraktivierung veranschaulicht und weist eine bestimmte Signalabtastrate mit aufeinanderfolgenden erfassten Signalabtastungen auf. Die Signalabtastungen beinhalten die aktuelle Signalabtastung C₀, die zuvor überwachte Signalabtastung C_-1, die davor überwachte Signalabtastung C_-2 und die wiederum zuvor überwachte Signalabtastung C_-3. Infolgedessen wird eine Geschichte von Abtastungen des Δ-Sensorzählwertsignals 50 überwacht und durch die Ratenüberwachungsroutine eingesetzt. Die Ratenüberwachungsroutine überwacht die Amplitude eines als Reaktion auf das Aktivierungsfeld erzeugten Signals, bestimmt eine Änderungsrate des erzeugten Signals, vergleicht die Änderungsrate mit einer Schwellenwertrate und erzeugt eine Ausgabe basierend auf der Änderungsrate, welche die Schwellenwertrate übersteigt. Die erzeugte Ausgabe wird anschließend durch ein Verfahren zum Aktivieren eines Näherungssensors eingesetzt. In einer Ausführungsform ermöglicht das Raten-Flag die Aktivierung des Näherungsschalters, wenn es eingestellt ist, und verhindert die Aktivierung des Näherungsschalters, wenn das Raten-Flag nicht eingestellt ist. Bei der Änderungsrate kann es sich um eine bewegliche durchschnittliche Änderungsrate handeln, die aus mehr als zwei Signalabtastungen, wie etwa den Abtastungen C₀-C_-3, bestimmt wird. Um Rauschen aus der Signalanstiegsschätzung zu eliminieren oder zu entfernen, kann der bewegliche Durchschnitt wie etwa durch einen Tiefpassfilter berechnet werden, um die Aktivierung des Sensors zu ermöglichen und eine falsche Aktivierung aufgrund von Kondensation zu verhindern. Der bewegliche Durchschnitt kann berechnet werden, indem eine Differenz zwischen einem ersten Zählwertsignal und einem zweiten Zählwertsignal berechnet wird, wobei der erste und der zweite Zählwert aus einem Zeitraum bestimmt werden, der mehr als zwei Abtastungen beinhaltet. Zusätzlich dazu kann die Ratenüberwachungsroutine inkrementelle Änderungsratenwerte zwischen aufeinanderfolgenden Signalabtastungen, wie etwa den Abtastungen C₀ und C_-1 bestimmen und ferner die aufeinanderfolgenden Änderungsratenwerte mit einem stufenförmigen Ratenschwellenwert vergleichen, wobei die Aktivierungsausgabe erzeugt wird, wenn die aufeinanderfolgenden Änderungsratensignale den stufenförmigen Ratenschwellenwert übersteigen. Ferner kann gemäß einer Ausführungsform die Änderungsrate des erzeugten Signals im Vergleich zu einer schnellen Aktivierungsrate die Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Signalzählwerten, wie etwa den Abtastungen C₀ und C_-1, sein. Es ist allgemein bekannt, dass die Kondensation mit einer langsameren Rate ansteigt als eine Aktivierung durch einen Benutzer, sodass langsamere Aktivierungsraten daran gehindert werden, den Sensor zu aktivieren, wenn der Schwellenwertbestimmungswert aufgrund der Kondensation erreicht wird.
In 23 ist gezeigt, dass die Ratenüberwachungsroutine 300 als eine Aktualisierungsraten-Flag-Routine umgesetzt ist, die bei Schritt 302 beginnt. Die Routine 300 geht zu Entscheidungsschritt 304 über, um die Differenz zwischen dem aktuellen maximalen Δ-Sensorzählwert MAX_CH(t) und einem zuvor bestimmten maximalen Δ-Sensorzählwert MAX_CH(t-3) zu berechnen und zu bestimmen, ob die berechnete Differenz größer als eine gültige Aktivierungsrate ist. Die Differenz zwischen den maximalen Δ-Sensorzählwerten aus einer Vielzahl von Signalabtastungen, wie etwa den vier Abtastungen C₀-C_-3, wird bei den aufeinanderfolgenden Abtastzeiten t, t-1, t-2 und t-3 bestimmt. Daher stellt die Differenz einen beweglichen Durchschnitt des Δ-Sensorzählwerts bereit. Wenn der bewegliche Durchschnitt größer als die Aktivierungsrate ist, geht das Verfahren 300 zu Entscheidungsschritt 306 über. Bei Entscheidungsschritt 306 vergleicht die Routine 300 jede der inkrementellen Änderungen der maximalen Δ-Sensorzählwerte MAX_CH(t) zwischen aufeinanderfolgenden überwachten Abtastungen und vergleicht die inkrementellen Differenzen mit einem stufenförmigen Ratenwert. Dies beinhaltet Vergleichen des aktuellen maximalen Kanalsignals MAX_CH(t) mit dem vorherigen maximalen Kanalsignals MAX_CH(t-1), um zu sehen, ob die Differenz größer als die stufenförmige Rate ist, Vergleichen des vorherigen maximalen Kanalsignals MAX_CH(t-1) mit dem vorletzten maximalen Kanalsignal MAX_CH(t-2), um zu sehen, ob die Differenz größer als die stufenförmige Rate ist, und Vergleichen des vorletzten maximalen Kanalsignals MAX_CH(t-2) mit dem drittletzten maximalen Kanalsignal MAX_CH(t-3), um zu sehen, ob die Differenz größer als die stufenförmige Rate ist. Wenn die Differenz in jedem der inkrementellen Signalkanäle größer als der stufenförmige Ratenwert ist, geht das Verfahren 300 zu Schritt 310 über, um das Raten-Flag einzustellen, bevor es bei Schritt 312 endet. Wenn eine beliebige der Differenzen in den inkrementellen Signalkanälen nicht größer als der stufenförmige Ratenwert ist, endet die Routine 300 bei Schritt 312. Sobald das Raten-Flag eingestellt ist, ist es der Überwachungsroutine möglich, eine Sensorausgabe zu aktivieren. Das Einstellen des Raten-Flags reduziert oder eliminiert falsche Aktivierungen, die aufgrund von Kondensationswirkungen auftreten können.
Die Routine 300 beinhaltet Entscheidungsschritt 308, der umgesetzt wird, wenn die Differenz des Δ-Sensorzählwerts die gültige Aktivierungsrate nicht übersteigt. Entscheidungsschritt 308 vergleicht die Differenz des aktuellen maximalen Kanalsignals MAX CH(t) zu dem vorherigen maximalen Kanalsignal MAX_CH(t-1) mit einer gültigen schnellen Aktivierungsrate. Wenn die Differenz die gültige schnelle Aktivierungsrate übersteigt, geht das Verfahren 300 dazu über, das Raten-Flag bei Schritt 310 einzustellen. Entscheidungsschritt 308 ermöglicht einer rasch zunehmenden Differenz des Δ-Sensorzählwerts für die aktuelle Signalabtastung gegenüber der vorherigen Signalabtastung, eine Aktivierung zu ermöglichen, und ignoriert die vorherige Abtastgeschichte. Somit wird das Raten-Flag eingestellt, wenn die Differenz zwischen den zwei jüngsten Δ-Sensorzählwerten eine sehr schnelle Rate angibt.
In einer Ausführungsform kann die gültige Aktivierungsrate bei einem Zählwert von 50 eingestellt werden, die stufenförmige Rate kann bei einem Zählwert von 1 eingestellt werden und die gültige schnelle Aktivierungsrate kann bei einem Zählwert von 100 eingestellt werden. Infolgedessen ist gemäß einer Ausführungsform die gültige schnelle Aktivierungsrate etwa zweimal so groß wie die gültige Aktivierungsrate. Die gültige schnelle Aktivierungsrate ist größer als die gültige Aktivierungsrate. Dennoch versteht es sich, dass die gültige Aktivierungsrate, die gültige schnelle Aktivierungsrate und die stufenförmige Rate gemäß anderen Ausführungsformen bei unterschiedlichen Werten eingestellt werden können.
Die Ratenüberwachungsroutine 300 überwacht den maximalen Signalkanalwert und stellt gemäß der gezeigten Ausführungsform das Raten-Flag für den maximalen Signalkanal ein oder stellt dieses neu ein. Durch die Überwachung des maximalen Signalkanals wird das Signal, dass die höchste Wahrscheinlichkeit für eine Aktivierung aufweist, ununterbrochen überwacht und dazu verwendet, zu ermöglichen, dass das Raten-Flag die Kondensationswirkungen minimiert. Es versteht sich, dass gemäß anderen Ausführungsformen ein beliebiger der Signalkanäle, der nicht der maximale Signalkanal ist, überwacht werden kann. Die Ratenüberwachungsroutine 300 stellt das Raten-Flag für den maximalen Signalkanal ein oder stellt dieses neu ein, die Ratenüberwachungsroutine 300 kann jedoch gemäß weiteren Ausführungsformen zusätzlich zu dem maximalen Signalkanal das Raten-Flag für andere Signalkanäle einstellen oder neu einstellen. Es versteht sich ferner, dass die Abtastrate zum Erfassen von Δ-Zählwertsignalabtastungen variieren kann. Eine schnellere Abtastrate stellt eine erhöhte Geschwindigkeit zum Bestimmen einer Aktivierung und zum Identifizieren des Vorhandenseins von Kondensation bereit. Die Signalüberwachung kann ununterbrochen sein und eine Rauschfilterung kann eingesetzt werden, um Rauschen zu eliminieren.
Dementsprechend überwacht die Ratenüberwachungsroutine 300 vorteilhafterweise die Änderungsrate des Δ-Sensorzählwerts und ermöglicht die Aktivierung eines Schalters unter der Voraussetzung, dass die Rate einen ausreichenden Wert aufweist. Dies ermöglicht die Verhinderung von falschen Aktivierungen aufgrund von Kondensation und anderen potentiellen Auswirkungen. Die Näherungsschalterbaugruppe ist dadurch in der Lage, basierend darauf, dass das Raten-Flag eingestellt ist, ein Ausgabesignal zu erzeugen, das die Schalteraktivierung angibt, und die Aktivierung zu verhindern, wenn das Raten-Flag nicht eingestellt ist.
Damit der kapazitive Sensor 24 eine gute Leistung erzielt, kann es wünschenswert sein, den Sensor 24 nahe der Berührungsoberfläche der Benutzerschnittstelle zu platzieren. Daher kann es wünschenswert sein, eine leitfähige Tinte zu verwenden, die gedruckt wird, um den kapazitiven Sensor direkt auf einer Basisschicht zu auszubilden, oder einen vorgedruckten Sensor zu verwenden, der dünn ist und auf der Rückseite der Berührungsoberfläche aufgeklebt ist. Die Verwendung einer leitfähigen Dünnfilmschaltung kann anfällig für Risse und andere Schäden sein, die einen Fehler des kapazitiven Sensors und somit einen fehlerhaften kapazitiven Sensor verursachen können. Ein Riss, wie etwa ein Mikroriss, der in der leitfähigen Schaltung des kapazitiven Sensors einschließlich der Verteilerschaltung von den Anschlüssen zu dem Sensor ausgebildet ist, kann zu einer Beeinträchtigung und einem Ausfall des Sensors führen. Derartige Fehler können während einer Massenherstellung auftreten oder sich später entwickeln und während der Verwendung des Sensors und des Schalters deutlich verschlimmern. Die reduzierte Leitfähigkeit, die aufgrund eines Fehlers auftreten kann, reduziert die Rohsignalausgabe des Sensors und kann die Rauschmenge erhöhen oder das Signal-Rausch-Verhältnis (signal-to-noise ratio - SNR) negativ beeinflussen. Ein kleiner Riss, der in der Schaltung während der Herstellung ausgebildet wurde, kann im Laufe der Zeit aufgrund der Verwendung und durch Vibrationen zu einem größeren Riss werden. Die Näherungsschalterbaugruppe beinhaltet eine Steuerschaltung und ein Verfahren zum Detektieren eines Fehlers des Näherungsschalters und kann sich an den Fehler anpassen und den Fehler ausgleichen, um eine weiter Verwendung des Sensors zu ermöglichen, und/oder kann einen Benutzer darüber benachrichtigen, dass eine derartige Fehlerbedingung vorliegt, sodass ein Benutzer nach einem Dienst suchen kann, um die fehlerhafte Komponente reparieren zu lassen.
Unter Bezugnahme auf 24A ist gezeigt, dass das durch einen kapazitiven Sensor erzeugte Rohsignal ein durch eine fehlerhafte Sensormasseleitung zum Anschluss des kapazitiven Sensors verursachtes beeinträchtigtes Sensorsignal erfährt. Gezeigt ist das durch die Linie 400 veranschaulichte Signal und das Signal fällt deutlich und unmittelbar auf der Linie 402 von einem ersten Amplitudensignal auf ein reduziertes zweites Amplitudensignal 404. Der Signalabfall auf der Linie 402 gibt einen Leitfähigkeitsbruch an, der in der leitfähigen Schaltung auftritt. Dies kann dadurch verursacht werden, dass ein Haarriss an der Schaltung Hitze ausgesetzt wird und sich ausdehnt, sodass er sich weitet und einen deutlichen Abfall des elektrischen Signals verursacht. Wenn dies auftritt, kann das Rohsignal aufgrund des Fehlers keine ordnungsgemäße Aktivierung des Schalters erzeugen.
Unter Bezugnahme auf 24B wird das durch einen kapazitiven Sensor erzeugte Rohsignal 400 gezeigt, wenn das Fahrzeug über eine raue Oberfläche, wie etwa eine Schotterstraße, fährt und der kapazitive Sensor dadurch Vibrationen ausgesetzt ist. Ein an der leitfähigen Leiterbahn vorhandener Haarriss kann sich aufgrund der Vibrationen durch die raue Straße wiederholt öffnen und schließen, was das Rohsignal 400 wiederholt auf den Linien 402 abfallen und auf den Linien 406 ansteigen lässt, wie gezeigt ist. Wenn dies auftritt, wird eine Aktivierung des kapazitiven Schalters möglicherweise nicht detektiert.
Unter Bezugnahme auf 24C ist das durch einen kapazitiven Sensor erzeugte Rohsignal gezeigt, wenn ein Benutzer eine mechanische Kraft mit dem Finger des Benutzers ausübt, der auf eine Berührungsoberfläche der Frontplatte des Berührungssensors drückt, um eine bessere elektrische Verbindung an einer leitfähigen Leiterbahn zu bekommen, die einen Riss oder einen anderen Defekt aufweist. In diesem Beispiel weist die elektrische Leiterbahn einen Riss auf und der Druck des Fingers auf die Berührungsschnittstelle verursacht, dass sich die leitfähigen Elemente erneut verbinden und eine bessere elektrische Verbindung ausbilden, wie durch das Signal 404 gezeigt ist, das auf der Linie 408 auf das Signal 400 ansteigt oder springt. Wenn dies auftritt, kann es schwierig sein, zwischen einer Benutzeraktivierung des Schalters und keiner Aktivierung zu unterscheiden.
Unter Bezugnahme auf 25A ist das durch einen kapazitiven Sensor erzeugte Rohsignal veranschaulicht, wenn ein Benutzer eine Schaltereingabe in Form eines kurzen Tippens auf die Berührungsoberflächenschnittstelle anwendet. Wie gezeigt, wird ein Basiswert eingerichtet, wie durch die Linie 410 gezeigt ist. Der Basiswert 410 wird eingerichtet, wenn der Näherungssensor zum ersten Mal hochgefahren oder angeschaltet (aktiviert) wird, um eine Initialisierung und Kalibrierung und Eigeneinschätzung durchzuführen. Während dieser anfänglichen Einschaltaktivierung werden ein oder mehrere anfängliche Signalparameter für jeden kapazitiven Sensor erfasst, die das durchschnittliche Rohsignal, das minimale und das maximale Signal, den Rauschpegel des Signals und die Temperatur beinhalten können. Diese Signalparameter können in einem nichtflüchtigen Speicher, wie etwa EEPROM, gespeichert werden und können dazu verwendet werden, mit nachfolgend erzeugten Echtzeitsignalwerten verglichen zu werden, um zu bestimmen, ob eine Fehlerbedingung vorliegt und ob eine Korrektur an einem oder mehreren der kapazitiven Sensoren vorgenommen werden muss. Wenn eine Signaländerung, wie etwa der Abfall auf der in 25A zu sehenden Linie 412, detektiert wird, wird ein Zeitgeber über einen Zeitraum aktiviert, der von Zeitgeber ein bis Zeitgeber aus gezeigt ist. Wenn das Signal schnell zum Basiswert 410 zurückkehrt, bevor der Zeitgeber am Aus-Zeitpunkt abläuft, wie in 25A gezeigt ist, wird eine Benutzeraktivierung des Schalters bestimmt.
Unter Bezugnahme auf 25B ist das durch einen kapazitiven Sensor erzeugte Rohsignal während einer Benutzerschaltereingabe in Form eines kurzen Tippens und Haltens veranschaulicht. In diesem Beispiel erzeugt die Benutzereingabe mittels eines kurzen Tippens einen starken Abfall des Signals auf der Linie 412 und eine allmähliche teilweise Rückführung des Signals auf einen verringerten stabilen Wert gibt ein Halten des Fingers des Benutzers auf der Berührungsoberfläche an. Wenn das Signal bei dem verringerten stabilen Wert für einen Zeitraum bleibt, der den Zeitgeberzeitraum überschreitet, wird ein kurzes Tippen und eine Halteaktion bestimmt.
Unter Bezugnahme auf 25C ist eine potentielle Fehlerbedingung für ein Rohsignal veranschaulicht, das durch einen kapazitiven Sensor erzeugt wird, der eine Fehlerbedingung in der Schaltung aufweist, wie etwa einen Mikroriss in einer Komponente oder einem Anschluss der Schaltung. In diesem Beispiel erfährt das Signal einen starken Abfall bei der Linie 412 und der Signalabfall bleibt bei dem verringerten Wert für einen Zeitraum, der größer als der Ablauf des Zeitgebers ist, sodass eine Fehlerbedingung detektiert wird. Wenn diese Fehlerbedingung detektiert wird, kann der anfängliche Basiswert 410 auf einen fehlerbedingten angepassten Basiswert 420 neu angepasst werden, wie in 26A gezeigt ist. Daher wird der während der Fehlerbedingung auftretende fehlerbedingte angepasste Basiswert 420 als der neue angepasste Basiswert neu eingerichtet und wird zum Vergleich mit einem Aktivierungsschwellenwert verwendet, um eine Aktivierung des Näherungssensors und eine Aktivierung des Schalters zu bestimmen.
Eine Aktivierung des Sensors kann unter Verwendung des fehlerbedingten angepassten Basiswerts 420 bestimmt werden, wie in 26A und 26B veranschaulicht ist. Wenn dies auftritt, wird die Änderung des Signals relativ zu dem fehlerbedingten angepassten Basiswert 420 verarbeitet, um eine Aktivierung des Sensors und des Schalters zu bestimmen. Dies kann Vergleichen der Signaländerung mit einem Schwellenwert gemäß einer Ausführungsform beinhalten. Bei dem Schwellenwert kann es sich um einen vorbestimmten Wert handeln oder es kann sich um einen fehlerbedingten angepassten Schwellenwert handeln, der auf einem Verhältnis basiert, das von dem fehlerbedingten Basiswert geteilt durch den anfänglichen Basiswert gebildet wird. Somit kann das neue Rohsignal unmittelbar als der neue vorübergehende fehlerbedingte angepasste Basiswert und der auf dem angepassten Basiswert basierende Schwellenwert eingestellt werden. Der angepasste Basiswert und der angepasste Schwellenwert können anschließend verwendet werden, um eine Aktivierung des Sensors und des Schalters zu detektieren. Die gleiche reduzierte Leitfähigkeit, die das Rohsignal beeinflusst, kann auch das durch den Sensor gemessene Δ-Signal proportional beeinflussen, wenn ein Benutzer die Oberfläche berührt. Daher kann das Δ-Signal durch einen Faktor skaliert werden, der gleich dem fehlerbedingten Basiswert geteilt durch den anfänglichen Basiswert ist, oder der Schwellenwert kann durch den Kehrwertfaktor von eins geteilt durch das Δ-SignalFehlerverhältnis skaliert werden. Der kapazitive Sensor kann anschließend weiter mit der Fehlerbedingung betrieben werden, indem der angepasste Basiswert und der angepasste Schwellenwert verwendet werden.
Die Amplitude des Rohsignals für jeden Sensor und deren Variationen können in dem Speicher gespeichert werden. Wenn mehr Ereignisse auftreten, können die gespeicherten Ereignisse und deren Ereignishäufigkeit und Größenverteilung überwacht werden. Ein beliebiger Trend kann abgeleitet werden, und wenn ein Muster vermuten lässt, dass einer oder mehrere der Sensoren vollständig ausgefallen sind, kann der Kunde benachrichtigt werden mittels einer Warnung, dass das Fahrzeug gewartet werden muss.
Unter Bezugnahme auf 27-27C ist eine Fehlerdetektions-, Verminderungs- und Wiederherstellungsroutine 500 zum Detektieren einer Fehlerbedingung eines oder mehrerer der kapazitiven Sensoren und zum Wiederherstellen nach der Fehlerbedingung, um eine weitere Verwendung des Näherungssensors und -schalters zu ermöglichen und/oder den Benutzer bezüglich einer nicht behebbaren Fehlerbedingung zu benachrichtigen, veranschaulicht. Die Ausfalldetektions-, Verminderungs- und Wiederherstellungsroutine 500 kann in einem Speicher 48 der Steuerung 40 gespeichert sein, wie in 5 gezeigt ist. Daher kann die Ausfalldetektions-, Verminderungs- und Wiederherstellungsroutine 500 durch eine Steuerschaltung in Form eines Mikroprozessors 42 ausgeführt werden. Die Routine 500 kann einen Ausfall eines oder mehrerer der kapazitiven Sensoren detektieren, kann Korrekturmaßnahmen ergreifen, um den fehlerhaften Sensor weiter zu verwenden, und kann eine Sensorausfallwarnung 450 als eine Ausgabe bereitstellen, sodass ein Benutzer darüber informiert werden kann, dass eine Wartung notwendig ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 27-27C beginnt die Routine 500 bei Schritt 502 und geht zu Schritt 504 über, um für einen Zeitraum von 1000 Millisekunden darauf zu warten, dass sich die Näherungssensorbaugruppe nach dem Einschalten stabilisiert. Als Nächstes erfasst die Routine 500 bei Schritt 506 ein von der Platine initialisiertes Flag (board initialized flag - BIF), das in dem Speicher gespeichert ist. Das von der Platine initialisierte Flag kann einen oder mehrere in dem Speicher gespeicherte Initialisierungssignalparameter beinhalten, wenn der kapazitive Sensor anfangs eingeschaltet wird, wie etwa während eines Initialisierungsprozesses während der Montage oder danach. Die Signalparameter können durchschnittliches Basiswertsignal, minimales Signal, maximales Signal, Signalbereich und Temperatur beinhalten. Das BIF wird auf wahr eingestellt, wenn die Signalparameter im Speicher gespeichert sind. Die Näherungsbaugruppe verwendet die Signalparameter von einem vorherigen Signal, vorzugsweise dem anfänglichen Signal, um einen Basiswert einzurichten.
Bei Entscheidungsschritt 508 bestimmt die Routine 500, ob das BIF auf wahr eingestellt ist, und wenn dem nicht so ist, geht dazu über, den Initialisierungsprozess bei Schritt 510 zu beginnen. Der Initialisierungsprozess geht zu Schritt 512 über, um das Rohsignal CH[i] für jeden kapazitiven Sensor zu erfassen. Als Nächstes bestimmt die Routine 500 bei Schritt 514, ob die gesammelten Daten größer als N Abtastungen sind, die eine ausreichende Menge von gesammelten Daten angeben. Wenn dem nicht so ist, kehrt sie zu Schritt 512 zurück, um weiter die Rohdaten zu erfassen, bis die gesammelte Anzahl von Abtastungen N Abtastungen überschreitet. Danach geht die Routine 500 zu Schritt 516 über, um das durchschnittliche Rohsignal CHavg (Basiswert), das minimale Signal CH(MIN), das maximale Signal CH(MAX) und einen Bereich CHrange von Signalen CH zu berechnen. Als Nächstes erfasst die Routine 500 bei Schritt 518 einen Temperaturbasiswert Tbaseline mit einem Temperatursensor. Als Nächstes speichert die Routine 500 bei Schritt 520 alle gesammelten Signalparameter im Speicher und geht anschließend zu Schritt 522 über, um das BIF auf wahr einzustellen und das BIF im Speicher zu speichern. Danach kommt der Initialisierungsprozess bei Schritt 524 zum Ende und die Routine 500 ist in der Lage, Echtzeitsignale zu verarbeiten.
Sobald das BIF-Flag eingestellt ist, geht die Routine 500 dann zu Schritt 526, um das Rohsignal für das aktuelle Signal CH[i] zu erfassen. Als Nächstes geht die Routine 500 zu Entscheidungsschritt 528 über, um zu bestimmen, ob das Signalsprung-Flag auf wahr eingestellt ist. Das Signalsprung-Flag wird eingestellt, wenn sich das Signal mit einer bedeutend hohen Rate ändert. Wenn das Signalsprung-Flag nicht auf wahr eingestellt ist, geht die Routine 500 zu Entscheidungsschritt 530 über, um zu bestimmen, ob die Differenz zwischen dem vorherigen Rohsignal (CH[i-1]) und dem aktuellen Rohsignal (CH[i]) größer als ein Ausfall-Delta (Δ)-Signal ist, und wenn dem so ist, geht sie über zu Schritt 538, um das Signalsprung-Flag auf wahr einzustellen, und anschließend zu Schritt 540, um die Sprungzeit (Tj) auf i einzustellen, bevor sie bei Schritt 542 das aktuelle Signal CH[i] im Speicherpuffer speichert. Wenn die Differenz beim vorherigen Signal und dem aktuellen Rohdatensignal nicht größer als das Fehler- Δ -Signal ist, geht die Routine 500 zu Schritt 532 über, um die Echtzeitrauschschätzung für den aktuellen Signalbereich CH range zu bestimmen. Als Nächstes bestimmt die Routine 500 bei Schritt 534, ob der Signalbereich CH range größer als K multipliziert mit dem CH range-Basiswert ist, wobei K ein Rauschmultiplikator ist, und wenn dem so ist, bestimmt sie, dass ein Leitungsrauschen-Fehler bei Schritt 536 detektiert wurde, bevor sie zu Schritt 526 zurückkehrt. Wenn CH range nicht größer als K multipliziert mit dem CH range-Basiswert ist, geht die Routine 500 direkt zu Schritt 526 über, ohne eine Leitungsrauschen-Fehlerdetektion anzugeben.
Wenn die Routine 500 bei der Rückkehr zu Entscheidungsschritt 528 bestimmt, dass das Signalsprung-Flag auf wahr eingestellt ist, geht die Routine 500 zu Schritt 542 über, um das aktuelle Signal CH[i] im Speicherpuffer zu speichern, und geht anschließend zu Entscheidungsschritt 544 über, um zu bestimmen, ob die Signaleinstellungsssprungzeit CH[Tj] größer als das aktuelle Signal CH[i] plus einer Überschreitung ist, und wenn dem so ist, geht sie zu Schritt 556 über, um das Signalsprung-Flag auf falsch einzustellen und um ein potentielles Berührungsereignis zu verarbeiten, bevor sie zu Schritt 526 zurückkehrt. Wenn das Signal zur Sprungzeit größer als das aktuelle Signal plus einer Überschreitung ist, geht die Routine 500 zu Entscheidungsschritt 546 über, um zu bestimmen, ob die aktuelle Signalabtastung größer als die Abtastung zur Sprungzeit plus N Sprungwert ist, und wenn dem nicht so ist, kehrt sie zu Schritt 526 zurück. Wenn das aktuelle Signal größer als die Sprungzeit plus N Sprung ist, geht die Routine 500 zu Entscheidungsschritt 548 über, um zu bestimmen, ob die Differenz zwischen dem maximalen und dem minimalen Signalwert des stabilen Signals CHstable geringer als ein definierter Bereich ist, und wenn dem so ist, geht sie zu Schritt 552 über, um zu bestimmen, dass eine Leitungs„schnitt“-Fehlerbedingung detektiert wurde. Eine Leitungs„schnitt“-Fehlerbedingung kann ein Riss in der leitfähigen Schaltung sein, der eine Änderung des elektrischen Widerstands verursacht, was zu einer Änderung des elektrischen Signals führt. Als Nächstes geht die Routine 500 zu Schritt 554 über, um den Schwellenwert auf einen angepassten Schwellenwert basierend auf dem angepassten Basiswert zu aktualisieren. Der angepasste Schwellenwert kann bestimmt werden, indem der Berührungsschwellenwert mit dem $\frac{1}{Delta}$
-Signalfehlerverhältnis (CH[Tj]/CH[Tj-1]) multipliziert wird, bevor zum Schritt 526 zurückgekehrt wird. Der angepasste Schwellenwert basiert auf dem vorherigen Schwellenwert multipliziert mit dem Verhältnis des angepassten Basiswerts geteilt durch den vorherigen Basiswert. Der angepasste Basiswert und der angepasste Schwellenwert können anschließend verwendet werden, um eine Aktivierung des Näherungssensors und somit des Schalters zu bestimmen. Wenn CHmax minus CHmin des stabilen Kanals nicht geringer als der Bereich ist, geht die Routine 500 zu Schritt 550 über, um das Signalsprung-Flag auf falsch einzustellen, bevor sie zu Schritt 526 zurückkehrt.
Dementsprechend detektiert die Näherungssensorbaugruppe vorteilhafterweise das Vorhandensein eines Fehlers, der durch ein beeinträchtigtes Signal verursacht wird, das einem der kapazitiven Sensoren zugeordnet ist, indem ein anfänglicher Basiswert mit den Echtzeitwerten verglichen wird. Zusätzlich dazu kann die Näherungssensorbaugruppe den Basiswert so anpassen, dass eine weitere Verwendung der Näherungssensorbaugruppe trotz des Vorhandenseins eines Fehlers wiederhergestellt und ermöglicht wird. Wenn es sich um einen schwerwiegenden Fehler handelt, kann die Baugruppe den Benutzer warnen, dass eine Wartung der Baugruppe gewünscht oder notwendig ist.
Es versteht sich, dass Variationen und Modifikationen an der vorstehenden Struktur vorgenommen werden können, ohne von den Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und es versteht sich ferner, dass solche Konzepte dazu bestimmt sind, von den folgenden Ansprüchen abgedeckt zu sein, sofern diese Ansprüche durch ihren Wortlaut nicht ausdrücklich etwas anderes festlegen.

Claims

Näherungssensorbaugruppe, umfassend: Näherungssensor, der eine leitfähige Schaltung umfasst und ein Signal basierend auf einem Erfassungsaktivierungsfeld erzeugt; und Steuerschaltung zum Verarbeiten des Signals, um eine Aktivierung des Sensors zu erfassen, wobei die Steuerschaltung das Signal überwacht und das Signal mit einem vorherigen Signal vergleicht und eine Fehlerbedingung basierend auf einer Änderung zwischen dem aktuellen Signal und dem vorherigen Signal bestimmt.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei das vorherige Signal ein anfängliches Signal umfasst, das während der Initialisierung des Sensors gemessen wurde.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung einen oder mehrere Signalparameter des vorherigen Signals mit dem Signal vergleicht und wobei der eine oder die mehreren Signalparameter ein durchschnittliches Rohsignal umfassen.
Baugruppe nach Anspruch 3, wobei der eine oder die mehreren Signalparameter Rauschpegel des vorherigen Signals umfassen.
Baugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend Speicher zum Speichern des einen oder der mehreren Parameter des vorherigen Signals.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der Näherungssensor an einem Fahrzeug zur Verwendung durch einen Fahrgast des Fahrzeugs installiert ist.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der Näherungssensor einen kapazitiven Sensor umfasst.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1-7, wobei die Steuerschaltung einen Basiswert des vorherigen Signals erzeugt und den Basiswert an einen angepassten Basiswert anpasst, wenn eine Fehlerbedingung bei einem Versuch, die Fehlerbedingung zu korrigieren, detektiert wird.
Baugruppe nach Anspruch 8, wobei der Näherungssensor verwendet wird, um als ein kapazitiver Schalter betrieben zu werden, und wobei die Steuerschaltung einen Schwellenwert basierend auf dem angepassten Basiswert anpasst und den angepassten Schwellenwert mit dem Signal vergleicht, um die Aktivierung des Schalters zu bestimmen.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung ferner ein Warnsignal erzeugt, um die Fehlerbedingung anzugeben.
Verfahren zum Detektieren einer Fehlerbedingung einer Näherungssensorbaugruppe, umfassend: Erzeugen eines Signals von einem Aktivierungsfeld mit einem Näherungssensor; Speichern des anfänglichen Basiswerts basierend auf einem oder mehreren Parametern eines vorherigen Signals; Überwachen des Signals während der Verwendung, um eine Differenz in einem Signal zu detektieren, das von dem vorherigen Signal um einen vorbestimmten Betrag abweicht; und Bestimmen der Fehlerbedingung basierend auf einer Änderung zwischen dem aktuellen Signal und dem vorherigen Signal.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend Anpassen des Basiswerts auf einen angepassten Basiswert, wenn die Fehlerbedingung bei einem Versuch, die Fehlerbedingung zu korrigieren, detektiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11-12, ferner umfassend Erzeugen eines Warnsignals, um die Fehlerbedingung anzugeben.