具有旋钮的控制装置 |
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| 申请号 | CN201580046428.2 | 申请日 | 2015-08-05 | 公开(公告)号 | CN106796440A | 公开(公告)日 | 2017-05-31 |
| 申请人 | 戴尔菲技术公司; | 发明人 | J·米歇尔; V·埃斯奎尔多; E·奥弗雷尔; N·让泰; | ||||
| 摘要 | 一种旨在用于使使用者(62)选择和选出车辆中的功能的控制装置(10)包括旋钮(12)，该旋钮能够相对于固定的 支撑 件(60)围绕 主轴 线(P)被旋转(R)地操纵。旋钮(12)包括中性 位置 (PN)，在中性位置，主轴线(P)与相对于支撑件(60)固定的 中性轴 线(N)重合。控制装置(10)还包括其上固定有旋钮(12)和至少一个方向 传感器 (24A)的印刷 电路 板(50)。印刷 电路板 (50)安装成具有围绕大致横向于中性轴线(N)的轴线(T)相对于支撑件(60)枢转的能 力 ，从而当旋钮(12)在与中性轴线(N) 正交 的方向上移位时占据至少一个致动位置(PA)，在致动位置，主轴线(P)相对于中性轴线(N)倾斜。方向传感器(24A)旨在检测致动位置(AP)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种旨在用于使使用者(62)选择和选出车辆中的功能的控制装置(10)，所述控制装置(10)包括旋钮(12)，所述旋钮能够相对于固定的支撑件(60)围绕主轴线(P)被旋转(RP)地操纵；所述旋钮(12)包括中性位置(PN)，在所述中性位置，所述主轴线(P)与相对于所述支撑件(60)固定的中性轴线(N)重合， |
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| 说明书全文 | 具有旋钮的控制装置技术领域背景技术[0002] 现代车辆的驾驶员可以访问的控制器的多样性使得开发出了许多接口，从而允许致动功能而不必观察控制器或人的手。使用者仅依靠触摸来控制功能，并且因此可以保持 集中并将他/她的眼睛保持在道路上。通过控制屏幕和远程接口来执行许多功能的控制(特 别是导航系统、无线电、电话和所有远程信息处理功能)以及通风和空调的控制。最近开发出的导航接口是放置在坐于车辆前部的乘客之间的中央控制台上的方向旋钮。 [0003] 与视频游戏控制器和操纵杆不同，用于车辆的方向旋钮的运动幅度仅限于几毫米或更小。运动必须可靠和精确，从而使得集中于驾驶的使用者能够容易地和准确地选择并 确认期望的功能。为了更精确和更愉快的使用，返回装置连续地将旋钮返回到大致中央的 中性位置。因此，旋钮的前后和左右运动需要施加轻而舒适的力以克服回复力。旋钮的旋转伴随着使用者感觉到的小的循环力。这些旋钮被生产而没有任何将是非常令人不愉快的可 感觉到的操作游隙。 [0004] 为了在车辆的方向旋钮的性能和外观之间获得完美的平衡，已经实施了许多复杂的解决方案。需要许多组装在一起的机械部件，以便允许方向旋钮被驱动旋转，在前后和左右运动中移动并被按压。如今，组装时间和成本限制不再能够保持与现有解决方案的竞争 力。 [0005] 因此，重要的是提出一种新的解决方案来解决这些问题。 发明内容[0007] 能够使使用者选择和选出车辆中的功能的控制装置包括旋钮，所述旋钮能够相对于固定的支撑件围绕主轴线被旋转地操纵。所述旋钮包括中性位置，在所述中性位置，所述主轴线与相对于所述支撑件固定的中性轴线重合。所述控制装置还包括印刷电路板，在所 述印刷电路板上附接有所述旋钮和至少一个方向传感器。所述印刷电路板围绕大致横向于 所述中性轴线的轴线相对于所述支撑件被枢转地安装，从而当所述旋钮在与所述中性轴线 正交的方向上移位时占据至少第一致动位置，在所述致动位置，所述主轴线相对于所述中 性轴线倾斜。所述方向传感器旨在检测所述致动位置(PA)。 [0008] 所述印刷电路板可以包括围绕所述主轴线布置的若干个方向传感器，从而允许检测围绕所述中性轴线(N)的若干个不同的致动位置。 [0009] 可以预见在所述印刷电路板的每一侧上具有至少一个方向传感器。 [0010] 所述第一方向传感器可以包括接触检测元件，所述接触检测元件与所述控制装置的与所述传感器相对放置的支承表面协作，当所述旋钮在所述致动位置枢转时，所述传感 器在所述接触检测元件与所述控制装置的所述支承表面抵接时致动。 [0012] 所述接触检测元件可以是电阻型或电容型。 [0013] 所述接触检测元件也可以是附接到所述印刷电路的按钮。 [0014] 所述印刷电路可以布置在壳体中，所述壳体的内壁形成所述控制装置的抵接表面。所述壳体可以包括开口，固定到所述印刷电路板的所述旋钮穿过该开口。所述壳体还可以包括覆盖所述开口的柔性膜。所述旋钮可以包括支承在所述膜上的帽，所述膜具有弹性 性质，从而从所述相关联的致动位置朝向其中性位置偏压所述旋钮。 [0015] 所述印刷电路板可以通过球窝接头型连接件被枢转地安装，所述球窝接头型连接件布置在所述印刷电路板和所述支撑件之间。所述球窝接头型连接件可以包括固定到所述 印刷电路板的第一连接元件和固定到所述支撑件的第二连接元件。 [0018] 根据以下参照作为非限制性示例给出的附图的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将变得显而易见，其中： [0019] 图1是示出根据本发明的控制装置的旋钮的可能位移的总图。 [0020] 图2是根据本发明的控制装置的分解图。 [0021] 图3示出了根据本发明的控制装置处于中性位置的局部纵向剖视图。 [0022] 图4示出了根据本发明的控制装置处于致动位置的局部纵向剖视图。 [0023] 图5是控制装置的打开视图，示出了根据本发明的替代方案的装置的印刷电路。 [0024] 图6是控制装置的打开视图，示出了根据本发明的另一替代方案的装置的印刷电路。 具体实施方式[0025] 根据图1，所描述的发明是用于选择和选出车辆中的功能的控制装置10，这些操作通过操纵旋钮12来执行，所述旋钮12可在直接三轴正交轴线系统(第一横向轴线L，与第一 横向轴线L正交的第二横向轴线T以及纵向中性轴线N)内移动。当旋钮12沿着可以与中性轴 线N重合的主轴线P延伸时，旋钮12被称为处于中性位置PN。当主轴线P在与中性轴线N正交 的至少一个方向AA上移动时，旋钮12被称为处于致动位置PA，其中主轴线P相对于中性轴线N倾斜。 [0026] 为了清楚起见并且为了更容易阅读，可以使用诸如根据附图的中性轴线N的“低”到“高”取向，旋钮12在装置10的顶部。而且，“前后”方向和“左右”方向分别表示根据第一横向轴线L和第二横向轴线T的方向。因此，术语“高”、“低”、“上方”、“下方”、“上”、“下”、“右”、“左”、“前”、“后”、“水平”和“竖直”将用于描述而不限制本发明的范围，特别是关于车辆中的装置的许多可能的安装。 [0027] 旋钮12具有四个自由度，其包括对应于围绕第一横向轴线L的枢转运动的所谓的左右DG横向位移，对应于围绕第二横向轴线T的枢转运动的另一所谓的前后AA横向位移，旋钮12围绕主轴线P的主旋转RP，以及围绕主轴线P的平移TP，该平移对应于旋钮12的竖直按 压运动。前后AA位移和左右DG位移的幅度也非常小。虽然实际上对应于枢转运动，但是这些运动可以被视为小的平移。类似地，竖直位移TP的幅度非常小，等于按下计算机键盘上的 键。只有主旋转RP可以是大振幅运动，或者甚至可以不被限制，旋钮12围绕主轴线P不限定地旋转。 [0028] 在所描述的控制装置10中，旋钮12具有上述四个自由度。然而，本发明还可以应用于不包括所有这些可能性的装置，特别是不具有通过按压的平移，功能的确认例如通过按压单独的按钮，或仅具有横向位移。本发明还可以应用于包括围绕其它横向轴线的其它位 移可能性的装置，特别是围绕与第一横向轴线L和第二横向轴线T垂直且彼此成角度(例如 四十五度)偏移的两个其他横向轴线。 [0029] 图2示出了控制装置10的分解图，其示出了控制装置10的主要部分。 [0030] 控制装置10特别地包括旋钮12的帽14、旋钮12的位置检测模块27、保持板16、支撑件60和控制装置10的壳体30。 [0031] 旋钮12的位置检测模块27包括印刷电路板50、布置在旋转编码器15的轴的上自由端处的大致圆柱形的旋转元件13以及8个方向传感器，其中在图2中示出六个方向传感器 24A、24B、24C、24D、24E、24F。帽14一体地固定到旋转元件13。该组件表示控制装置10的旋钮 12。 [0032] 印刷电路板50具有大致圆形形状。印刷电路板50基本上正交于主轴线P。印刷电路板50是双面型的。旋转编码器15安装并连接在印刷电路板50的上表面51上。方向传感器 24A、24B、24C、24D、24E、24F布置在印刷电路板50的远端区域中。 [0033] 方向传感器24A、24B、24C、24D、24E、24F成对布置。一对传感器中的每个传感器24A均被放置成与相关联的传感器24B纵向对准，从而使得一对传感器中的传感器24A位于印刷电路板50的上表面51上，而同一对传感器中的相关联的传感器24B位于印刷电路板50的下 侧53上。每对方向传感器24C、24D均被放置在与另一对方向传感器24E、24F成90度的角度距离处。 [0034] 保持板16设置为支撑位置检测模块27。保持板16在其上表面29上包括第一保持销18A和第二保持销18B。第一保持销18A和第二保持销18B装配到印刷电路板50的第一和第二 开口(未示出)中。这两个销18A，18B使得可以在旋钮12的初级旋转RP期间将印刷电路板50 牢固地保持在保持板16上。 [0035] 保持板16还包括位于其下侧31上的竖直杆22，竖直杆22远离保持板16的中心并且面向下。竖直杆22插入保持板16的支撑件60中，以便在按钮12的初级旋转RP期间将保持板 保持静止。 [0036] 保持板16在其下侧31上还包括具有球21的球窝接头型连接件33的第一元件20。球21基本上为球形的形状。球21布置在保持板16的中心并且与旋钮12纵向对准。 [0037] 支撑件60旨在接收保持板16。支撑件60包括布置在其周缘上的两个紧固装置28A、28B。这些装置28A、28B可以是安装支架、紧固凸耳或用于将保持板16的支撑件60固定在壳体30上的任何其它装置。保持板的支撑件60还包括基座61，基座61旨在保持保持板16。 [0038] 在其径向表面40的中心处，基座61具有球窝接头类型33的连接件20的第二元件26，第二元件26形成球窝接头型连接件33的第一元件20的配对件。与基座61一体形成的球 窝接头型连接件33的第二元件26的形状是中空半球形形状，球窝接头型连接件33的第一元 件20插入在其中。在旋钮12处于致动位置PA时，即当主轴线P沿至少一个正交方向AA向中性轴线N移动(主轴线P相对于中性轴线N倾斜)时，球窝接头型连接件33还能使印刷电路板50 倾斜，使得其能够保持在壳体30中。 [0039] 其中布置有支撑件60、保持板16和印刷电路板50的壳体30还包括另外两个紧固凸耳32A、32B，特别地使得控制装置10能够被固定在车辆中。当组装支撑件60、保持板16和印刷电路板50时，旋钮12的帽14保持可接近壳体30的外部，该帽14延伸超过壳体54的上部，以便使用者可接近。 [0040] 在其他实施例中，印刷电路板50可以具有任何形状。方向传感器的数量可以减少到至少一个传感器24A，方向传感器24A被放置在印刷电路板50上，远离旋钮12并且在旋钮 12可以沿其倾斜的任何横向轴线上。球窝接头型连接件33的第二元件26可以通过粘结或振 动焊接或通过任何其它已知的紧固工艺固定到基座61。 [0041] 图3表示组装好的控制装置10的纵向剖视图。旋钮12处于中性位置PN。控制装置10包括旋钮12的帽14、旋钮12的位置检测模块27、保持板16的支撑件60和控制装置的壳体30。 [0042] 旋钮12的帽14组装在旋转构件13上。旋转元件13基本上为圆柱形，旋转编码器15也基本为圆柱形。旋转元件13和旋转编码器15由横向环绕旋转元件13的周缘的中空凹槽19 分开。帽14包括大体上圆柱形的外部部分11，外部部分11的直径大于旋转元件13的直径。帽 14的外部部分11覆盖旋钮12的旋转元件13，该外部部分11由控制装置10的使用者操纵。帽 14还包括中空内环形部分17，中空内环形部分17沿旋转元件13从帽14的上部纵向延伸到中 空凹槽19，特别地使得帽14能够被固定到旋转元件13。 [0043] 位置检测模块27包括印刷电路板50、旋转编码器15、球窝接头型连接件33的第一元件20，四个方向传感器24A、24B、24C、24D和控制电路52。 [0044] 旋转编码器15、四个方向传感器24A、24B、24C、24D、球窝接头型连接件33的第一元件20和控制电路52焊接到印刷电路板50上。旋转编码器15的角位置信息通过焊接到印刷电路板50并且通过印刷电路板50的导电路径与控制电路52连接的旋转编码器15的电触点而 被发送到控制电路52。 [0046] 四个方向传感器24A、24B、24C、24D分别是四个按钮：第一按钮24A、第二按钮24B、第三按钮24C和第四按钮24D。每个按钮24A、24B、24C、24D均分别包括称为推动器的接触检测元件：第一推动器部分58A、第二推动器部分58B、第三推动器部分58C和第四推动器部分58D。每个按钮24A、24B、24C、24D均通过印刷电路板50的导电路径电连接到控制电路52。按钮24A、24B、24C、24D位于印刷电路板50的远端区域中。按钮24A、24B、24C、24D成对地布置，这些对在印刷电路板50的每一侧纵向对准，使得第一按钮24A在印刷电路板50的上表面51 上位于旋钮12的右侧并且与位于印刷电路板50的下侧53上的第二按钮24B纵向对准。第三 按钮24C在印刷电路板50的上表面51上位于旋钮12的左侧，与第一按钮24A和旋钮12横向对 准，第四按钮24D与第三按钮24C纵向对准并因此放置在印刷电路板50的下侧53上。 [0047] 球窝接头型连接件33的第一元件20布置在印刷电路板50的下侧53上，并且与旋钮12纵向对准。球窝接头型连接件33的第一元件20取向成容纳在支撑件60的中空半球形的球 窝接头型连接件33的第二元件26中。 [0048] 控制装置10的壳体30在其上部54上包括开口44，以允许配备有帽14的旋钮12的旋转元件13在壳体30的外侧保持可接近。为了密封的目的，开口44由保持在帽14的外部部分 11的底部和壳体30的上部部分54的肩部36之间的膜34填充，肩部36朝下。膜34被认为保持 夹紧在帽14的外部部分11的底部和肩部36之间。壳体54的上部部分的半球形形状的第一突 起38A和第二突起38C与放置在印刷电路板50的上表面51上的第一推动器58A和第三推动器 58C相对布置。几毫米量级的限制空间分别分离第一推动器58A和第三推动器58C的第一突 起38A和第二突起38C。 [0049] 基座61还包括装配到印刷电路板50中的开口中的保持销18C。印刷电路板50通过设置在基座61上的保持销18C而被阻止围绕主轴线P旋转。基座61的上径向表面40包括相对 于第二推动器58B和第四推动器58D布置的立方体形状的第三突起42B和立方体形状的第四 突起42D。几毫米量级的窄小空间分别分离第二推动器58B和第四推动器58D的第三突起42B 和第四突起42D。 [0050] 在其它实施例中，旋转编码器15可以在不焊接到印刷电路板50的情况下被固定，例如强制地将旋转编码器15的附加引脚按压到印刷电路板50中，例如通过将附加引脚压入 印刷电路板50中，这种类型的引脚被称为压配合类型。 [0052] 球窝接头型连接件33的第一元件20可以无焊料地固定到印刷电路板50，例如通过将其基座的附加引脚(例如压配合型引脚)强制插入印刷电路板50中。球窝接头型连接件33 的第一元件20可以是如图2所示的印刷电路板50的保持板16的一部分，连接件的第一元件 20可以与保持板16一体形成。 [0053] 壳体54的上部部分的两个突起38A、38C和支撑件60的上径向表面40的另两个突起42B、42D可以具有任何几何形状。壳体54的上部部分和支撑件60的上径向表面40可以不具 有与推动器58A、58B、58C、58D相对定位的突起。在这种情况下，推动器58A、58B、58C、58D被放置成与控制装置10的每个保持元件的表面相对，这些表面即壳体54的上部部分的内表面 和支撑件60的上径向表面。突起的数量也可以减少到与推动器58A、58B相对放置的每个表 面上的至少一个突起，例如覆盖按钮24A、24B的推动器58A、58B的圆形类型的突起，所述突起放置在印刷电路板50的同一侧。 [0054] 膜34可以通过振动或其他焊接工艺固定在壳体30的上部部分54的肩部36上。 [0055] 图4表示当旋钮12处于致动位置PA时，更确切地说当由使用者62的手致动的旋钮12处于左横向位移时，的控制装置10。为了清楚起见，将仅针对旋钮12沿着所谓的左右位移DG的第二横向轴线T的位移说明控制装置10的操作。应当理解，针对左右位移DG描述的操作可以延伸到沿着任何横向轴线的任何其它位移。 [0056] 图4示出了与图3相同的元件和相同的附图标记。在该实施例中，其中旋钮12向左倾斜，主轴线P沿正交DG方向移动到中性轴线N的左边，主轴线P相对于中性轴线N倾斜。旋钮 12、印刷电路板50和球窝接头型连接件33的第一元件20是倾斜的。装置10的所有这些元件 彼此成一体。球窝接头型连接件33的第一元件20在其所容纳的中空半球形的球窝接头型连 接件33的第二元件26中旋转。旋钮12向左倾斜并且因此球窝接头型连接件33的第一元件20 的倾斜导致基本上正交于主轴线P设置的印刷电路板50的倾斜。印刷电路板50的倾斜驱动 第一推动器58A与壳体54的上部部分的第一突起38A的第一支承表面55A抵接。类似地并且 基本上同时，印刷电路板50的倾斜驱动第四推动器58D与第四突起42D的第四支承表面55D 抵接。第一和第四推动器58A、58D的抵接使得它们被压下，从而使得第一和第四按钮24A、 24D致动。 [0057] 第一和第四按钮24A、24D的致动允许控制电路52正确地识别旋钮12向左的倾斜。为了检测旋钮12向右的倾斜，当第二和第三推动器58B、58C抵靠第二和第三突起42B、38C 时，发生类似的操作。 [0058] 当使用者62的手不再将旋钮12按压在致动位置PA时，按钮12通过按压的推动器58A、58B的返回力返回到中性位置PN。按钮24A、24B通常被设计成使得它们的推动器58A、 58B在经由诸如弹簧的弹性返回元件被按压之后而返回到初始位置。 [0059] 例如，被按压到第一突起38A的第一支承表面55A上的第一推动器58A将施加与其支承表面相反的弹性力，使得当使用者62的手不再将旋钮12按压在致动位置PA时，与按压 在第一突起38A的第一支承表面55A上的推动器58A相对的弹性力将移离按钮24A，使印刷电 路板50和旋钮12随之移离。旋钮12将返回到基本上与中性轴线N正交的其中性位置PN。 [0060] 虽然注意到按压若干推动器具有确保旋钮12的倾斜的检测并且还产生更大的弹性力从而将旋钮12从相关联的致动位置PA朝向其中性位置PN偏压的优点，但是在其他实施 方式中，单个按钮58A的按压可以足以识别旋钮12的倾斜。当使用者62的手不再推动其倾斜时，可以通过具有柔性和弹性性质的膜34促使旋钮12返回到中性位置PN。当膜34在旋钮12 倾斜时在旋钮12的帽14和壳体的肩部36之间被压缩时，柔性且基本上弹性的膜34将施加与 其压缩相反的力并将旋钮12从相关联的致动位置PA朝向其中性位置PN偏压。 [0061] 图5是控制装置10的打开视图，示出了本发明的方向传感器24A、24C的替代方案。控制装置10的其余布置保持类似于先前图中所示的描述。控制装置10的壳体30的上部部分 54的开口44允许配备有帽14的旋钮12的旋转元件13在壳体30的外侧保持可接近，旋钮12的 旋转编码器15固定到印刷电路板50。壳体30的上部部分的开口44由柔性和弹性的膜34填 充。膜34保持夹紧在帽14的外部部分11的底部和壳体30的上部部分54的肩部36之间。 [0062] 第一方向传感器24A和第二方向传感器24C是图3和图4中所示的按钮24A、24C的推动器58A、58C的替代方案。图5中所示的实施方式基于电阻类型的方向传感器24A。第一方向传感器24A和第二方向传感器24C分别是布置在印刷电路板50上的交错梳状拓扑中的两个 第一导电轨迹23A、25A和两个第二导电轨迹23C、25C。所谓的交错梳状拓扑允许两个导电轨迹23A、25A彼此靠近但不电接触。 [0064] 两个第一导电轨迹23A中的一个连接到电位，另一个第一导电轨迹25A连接到控制电路52。两个第二导电轨迹23C中的一个也连接到固定电位，另一个第一导电轨迹25C连接 到控制电路52。两个第一导电轨迹23A、25A和两个第二导电轨迹23C、25C被布置为与壳体54的上部部分的第一突起38A的第一支承表面55A和第二突起38C的第二支承表面55C相对。第 一突起38A和第二突起38C的支承表面55A、55C分别配备有第一导电元件39A和第二导电元 件39C。导电元件39A、39C可以是由铜、碳或其他导电材料制成的盘。 [0065] 当旋钮12处于致动位置PA时，更确切地说，当使用者62的手所推动的旋钮12处于左横向位移或右横向位移时，导电元件39A中的一个在所谓的交错梳形拓扑的两个电接触 导电轨迹23A、23C之间建立电接触。两个导电轨迹23A中的一个的电位因此与控制电路52接触。因此，控制电路52识别旋钮12的倾斜。 [0066] 在其他实施方式中，使用电阻传感器的方向传感器原理可以应用于电容式传感器。在这种情况下，导电轨迹23A、23C和突起38A、38C之间的接触导致由控制电路52检测到的导电路径23A、23C的电容的改变。更通常地，可以在本发明中实施可以通过在支承表面上的按压接触来操作的任何类型的开关。 [0067] 当使用者62的手不再促使旋钮倾斜时，通过具有柔性和弹性特性的膜34促使旋钮返回到中性位置PN。当膜34在旋钮12倾斜时在旋钮12的帽14和壳体的肩部36之间被压缩 时，柔性和弹性的膜34将施加与其压缩相反的力，从而允许旋钮12返回到其初始中性位置 PN并因此使所谓的交错梳状拓扑的两个导电轨迹23A、23C之间的电接触开路。 [0068] 图6是控制装置10的打开视图，示出了本发明的方向传感器24A、24C的另一替代方案。控制装置10的其余布置保持类似于先前图中所示的描述。控制装置10的壳体30的上部 部分54的开口44允许配备有帽14的旋钮12的旋转元件13在壳体30的外侧保持可接近，旋钮 12的旋转编码器15固定到印刷电路板50。壳体30的上部部分的开口44由柔性和弹性的膜34 填充。膜34保持夹紧在帽14的外部部分11的底部和壳体30的上部部分54的肩部36之间。 |
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