자동차용 다단 스위치{Multi-stage switch for vehicle}
본 발명은 자동차용 다단 스위치에 관한 것으로서, 더우 상세하게는 한 개의 스위치로 한 개 이상의 신호를 처리하는 자동차용 다단 스위치에 관한 것이다.
통상적으로, 차량의 각 도어에 구비된 암레스트에는 파워 윈도우의 개폐를 제어할 수 있는 파워 윈도우 스위치가 설치되어 있다. 또한, 도 1에 도시한 바와 같이 프론트 도어 중 운전석 도어의 암레스트에는 탑승자가 탑승하지 않았을 때 차내의 각 윈도우의 개폐를 제어하는 각각의 파워 윈도우 스위치(1a,1b,1c,1d)를 구비한 파워 윈도우 메인스위치(1)가 설치된다. 현재 파워 윈도우 스위치(1a)는 윈도우를 조작량에 따라 승하강하는 수동모드(UP/DOWN)와 1회 조작에 의해 자동으로 승하강하는 자동모드(AUTO)로 작동되도록 구현되어 있다. 도 2는 종래의 파워 윈도우 메인스위치(1) 중 운전석 윈도우용 개폐스위치(1a)의 작동모드별 작동상태를 보여주는 상태로로서, 수동상승모드의 경우 운전자가 상기 운전석 윈도우용 개폐스위치(1a)를 본래의 중립상태에서 상방향으로 약하게(스위치의 회전각도가 수평선을 기준으로 약 11°정도 되게) 당기면 운전석 윈도우가 스위치의 당김시간만큼 윈도우 액추에이터에 의해 작동되어 상승한다. 자동상승모드의 경우 운전자가 상기 운전석 윈도우용 개폐스위치(1a)를 중립상태에서 상방향으로 강하게(스위치의 회전각도가 수평선을 기준으로 약 16°정도 되게) 당기면 운전석 윈도우가 윈도우 액추에이터에 의해 자동으로 상승한다. 이러한 스위치 구조의 경우 자동모드 작동시 1단을 거쳐 2단으로 스위치를 작동시킨다. 그런데, 자동모드 작동시 1단을 거쳐 2단으로 스위치를 작동시키는 순간 접촉 불량으로 인해 제대로 된 신호를 처리하지 못하여 실제 필드에서 작동불량이 자주 발생되고 있다. 예를 들면, 수동모드 신호(수동신호)가 자동모드 신호(자동신호)보다 먼저 감지되어야 스위치의 작동이 정상이지만, 도 3에 도시한 바와 같이 2단으로 스위치를 작동시키는 순간 수동신호에서 발생되는 채터링(접점 노이즈)로 인해 수동신호의 인식시점이 자동신호의 인식시점보다 늦어져 자동신호를 먼저 감지하는 오류가 다수 발생되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 한 개의 스위치 내부에 신호처리방식이 다른 기계식 접점 방식과 정전용량 방식의 2단 스위치 구조를 적용함으로써, 스위치의 신호 입력 시 서로 간섭을 최소화 시켜 정확한 신호전달이 가능하며, 기존의 접촉 불량으로 인한 오류 발생을 방지할 수 있는 자동차용 다단 스위치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자동차용 다단 스위치는 사용자에 의해 누름 조작되는 누름부; 상기 누름부에 설치되고, 접촉에 의해 신호를 전달하는 기계식 접점; 상기 누름부에 설치되고, 근접(비접촉)에 의해 신호를 전달하는 정전용량 센서; PCB 상에 상기 기계식 접점과 접촉가능하게 설치되는 PCB 접점; 및 상기 정전용량 센서와 근접가능하게 PCB 상에 설치되는 정전용량 센서검출부를 포함하고, 상기 누름부의 누름조작으로 스위치가 1단 및 2단 위치에 놓여짐에 따라 적어도 2개의 신호를 발생시키는 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 기계식 접점은 누름부에서 정전용량 센서보다 낮은 위치에 설치되고, 누름부가 누름조작되는 경우에 기계식 접점이 1차적으로 PCB 접점에 접촉되어 1단 신호를 발생시킨 후, 정전용량 센서가 2차적으로 정전용량 센서검출부에 근접되어 2단 신호를 발생시키는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 기계식 접점과 정전용량 센서는 누름부에 서로 분리되어 배치되고, 기계식 접점과 정전용량 센서로부터 발생되는 신호가 서로 독립적으로 제어부에 전달되는 것을 특징으로 하는 자동차용 다단 스위치.
본 발명에 따른 자동차용 다단 스위치의 장점을 설명하면 다음과 같다. 1. 스위치 내부에 서로 다른 신호전달방식을 취하는 기계적 접점과 정전용량 센서를 설치하고, 1단 신호 출력 시 기계식 접점의 접촉에 의해 1단 신호를 발생시키고, 2단 신호 출력 시 정전용량 센서의 근접(비접촉)에 의해 2단 신호를 발생시킴으로써, 1단/2단 신호를 완전히 분리된 회로를 통해 서로 간섭 없이 명확하게 전달함으로써, 본 발명의 2단 스위치를 파워 윈도우 AUTO UP/DOWN 스위치에 적용시 기존의 접촉불량 등으로 인한 스위치의 신호왜곡현상을 방지할 수 있다. 2. 기계적 접점과 정전용량 센서가 누름부의 내부에서 물리적으로 분리되어 있고, 기계적 접점 및 정전용량 센서로부터 발생된 신호가 완전히 분리된 회로를 통해 제어부에 독립적으로 전달됨으로써, 제어부로의 신호 전달 시 별도의 신호분리장치가 필요하지 않아 원가를 절감할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 파워 윈도우 메인 스위치를 보여주는 사시도
도 2는 도 1에서 운전석 윈도우용 파워 윈도우 스위치의 작동상태를 보여주는 사시도
도 3은 도 2에서 스위치의 2단 작동시 종래의 문제점을 설명하기 위한 그래프
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자동차용 다단 스위치를 보여주는 개략도
도 5는 도 4에서 스위치가 1단 위치에 놓인 경우 신호 흐름을 보여주는 개략도
도 6은 도 4에서 스위치가 2단 위치에 놓인 경우 신호 흐름을 보여주는 개략도
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 첨부한 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자동차용 다단 스위치를 보여주는 개략도이다. 본 발명은 접촉식과 비접촉식의 서로 다른 스위치 작동방식을 가지는 2단 스위치 구조를 적용하여 한 개의 스위치로 한 개 이상의 신호를 처리하게 함으로써, 각 신호의 간섭을 최소화 하여 파워 윈도우 스위치에 적용 시 기존의 문제점을 해결할 수 있는 자동차용 다단 스위치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 일 적용예로서 상기 다단 스위치를 자동차용 파워 윈도우 AUTO UP/DOWN 스위치에 적용할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 다단 스위치는 적어도 2단 스위치 구조를 가진다. 상기 다단 스위치는 기계식 접점(11)과 정전용량 센서(12)를 가지는 누름부(10)와, PCB 접점(14)과 정전용량 센서검출부(15)를 가지는 PCB(13)(인쇄회로기판)를 포함한다. 상기 누름부(10)는 내부에 수용홈(10b)을 가지는 사각 박스 또는 원형부재로 구성될 수 있고, 사각 박스 또는 원형부재의 가장자리부에 돌출부(10a)가 하방향으로 돌출형성된다. 상기 PCB(13)는 누름부(10)와 대응되는 구성품의 스위치 본체 내부에 장착되며, 누름부(10)로부터 신호를 입력받아 제어부(16)에 전달하는 역할을 한다. PCB(13)의 이면에는 PCB 접점(14)과 제어부(16)(예를 들면 BCM;Body Control Module일 수 있음) 사이를 연결하는 제1연결선(17)과 정전용량 센서검출부(15)와 제어부(16)를 연결하는 제2연결선(18)이 각각 별개로 구비되어, 기계적 접점 방식(접촉식)으로 작동되는 1단 출력 신호와 정전용량 방식(비접촉식)으로 작동되는 2단 출력 신호를 제1 및 제2연결선(17,18)을 통해 독립적으로 제어부(16)에 출력할 수 있다. 여기서, 기계식 접점 방식은 접점이 서로 접촉함에 따라 발생되는 출력값(전압값)을 통해 신호를 전달하는 접촉에 의한 신호전달방식이고, 정전용량 방식은 정전용량 센서(12)가 정전용량 센서검출부(15)에 근접함에 따라 발생되는 출력값(정전용량)을 통해 신호를 전달하는 비접촉에 의한 신호전달방식이다. 다시 말해서, 상기 기계식 접점 방식은 기계식 접점(11)과 PCB 접점(14) 사이의 접촉에 의해 신호를 발생시키고, 정전용량 방식은 정전용량 센서(12)와 정전용량 센서검출부(15) 사이의 근접에 의해 신호를 발생시킨다. 이때, 기계식 접점(11)과 정전용량 센서(12)는 누름부(10)에 서로 다른 높이로 설치되고, 이러한 높이 차로 인해 누름부(10)의 누름조작에 의한 신호 발생시 기계식 접점(11)을 통해 1차적(1단)으로 신호를 발생시키고, 정전용량 센서(12)를 통해 2차적으로 신호를 발생시킨다. 기계식 접점(11)은 가동접점으로서 누름부(10)의 돌출부(10a) 하단에 적어도 2개 이상 설치되며, 누름부(10)가 가압력을 받으면 누름부(10)의 하부에 부착된 기계식 접점(11)이 승하강된다. 기계식 접점(11)은 전도성 및 탄성을 가지는 재질, 예를 들면 구리판으로 이루어지고, 상단부에서 하단부로 갈수록 한 개에서 두 개로 갈라져 벌려짐 가능한 구조, 예를 들면 "V"자를 뒤집어 놓은 형상을 가진다. 상기와 같은 구조를 가지는 기계식 접점(11)은 누름부(10)를 통해 가압력을 받으면 가압력의 증가로 기계식 접점(11)의 하단부가 PCB 접점(14)에 접촉되면서 벌려지고, 가압력이 해제되면 탄성복원력에 의해 원래 형상으로 복귀된다. 정전용량 센서(12)는 감지대상물체로서 금속 및 유전체 등의 재질로 이루어지고, 누름부(10)의 수용홈(10b)에 정전용량 센서(12)가 설치되며, 검출전극에 근접함에 따라 정전용량을 발생시킨다. 정전용량 센서(12)의 작동 원리는 감지 물체(본 발명에서는 정전용량 센서(12)가 감지 물체에 해당함)가 검출전극(본 발명에서는 정전용량 센서검출부(15)가 검출 전극에 해당함)에 근접하면 검출 전극과 감지 물체 표면에 분극이 발생하여 대기간 정전 용량이 발생하는데 이때 이 변화를 감지하게 되는 것이다. 즉, 정전용량 센서(12)가 정전용량 센서검출부(15)에 근접하면 정전용량 센서검출부(15)와 정전용량 센서(12)의 표면에 분극이 발생하여 대기간 정전용량이 발생하여 2단 신호를 발생시킨다. PCB 접점(14)은 고정접점으로서 PCB(13) 상에 고정 설치되고, 기계식 접점(11)과 대응되게 PCB(13) 상에 배치되며, 누름부(10)를 눌러서 기계식 접점(11)이 하강이동하면 PCB 접점(14)에 접촉되어 통전됨으로써, 스위치의 1단 신호가 기계식 접점(11)을 통해 제어부(16)에 전달된다. 정전용량센서 검출부는 PCB(13) 상에 PCB 접점(14)과 동일한 면 상으로 상부의 정전용량센서와 대응되는 위치에 설치되고, 상방향으로 개구된 박스 구조로 이루어지며, 정전용량 센서(12)가 정전용량 센서검출부(15) 내부에 삽입 및 근접함에 따라 2단 신호를 제어부(16)로 출력한다. 이와 같은 구성에 의한 본 발명에 따른 자동차용 다단 스위치의 작동 상태를 설명하기로 한다. 첨부한 도 5는 도 4에서 스위치가 1단 위치에 놓인 경우 신호 흐름을 보여주는 개략도이고, 도 6은 도 4에서 스위치가 2단 위치에 놓인 경우 신호 흐름을 보여주는 개략도이다. 도 5에 도시한 바와 같이 상기 스위치가 1단 위치에 놓여지면, 즉 사용자가 스위치를 1차적(상대적으로 약하게)으로 누르면, 누름부(10)가 하강이동하면서 누름부(10)의 가장자리 측의 돌출부(10a)에 설치된 기계식 접점(11)이 PCB 접점(14)에 접촉한다. 상기 기계식 접점(11)이 PCB 접점(14)에 접촉함에 따라 통전되면서 전압값(1단 신호)을 출력하고, 제어부(16)는 기계식 접점(11)과 PCB 접점(14) 간의 통전으로 발생되는 전압값에 의해 스위치가 1단 위치에 있음을 인식한다. 도 6에 도시한 바와 같이 상기 스위치가 2단 위치에 놓여지면, 즉 사용자가 스위치를 2차적(상대적으로 더 세게)으로 누르면, 누름부(10)가 하강이동하면서 1차적으로 기계식 접점(11)이 PCB 접점(14)과 접촉한 상태를 유지하면서 누름부(10)가 더 하강하여 2차적으로 정전용량 센서(12)가 정전용량 센서검출부(15) 안으로 삽입된다. 상기 정전용량 센서(12)가 정전용량 센서검출부(15)에 근접하여 정전용량이 발생함에 따라 기계식 접점(11)의 접촉에 의한 전압값과 정전용량 센서(12)의 근접에 의한 정전용량 값이 제어부(16)로 전달됨으로써, 제어부(16)는 스위치가 2단 위치에 있음을 명확하고 오차 없이 인식할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면 스위치 내부에 서로 다른 신호전달방식을 취하는 기계적 접점과 정전용량 센서(12)를 설치하고, 1단 신호 출력 시 기계식 접점(11)의 접촉에 의해 1단 신호를 발생시키고, 2단 신호 출력 시 정전용량 센서(12)의 근접(비접촉)에 의해 2단 신호를 발생시킴으로써, 1단/2단 신호를 완전히 분리된 회로를 통해 서로 간섭 없이 명확하게 전달함으로써, 본 발명의 2단 스위치를 파워 윈도우 AUTO UP/DOWN 스위치에 적용시 기존의 접촉불량 등으로 인한 스위치의 신호왜곡현상을 방지할 수 있다. 또한, 기계적 접점과 정전용량 센서(12)가 누름부(10)의 내부에서 물리적으로 분리되어 있고, 기계적 접점 및 정전용량 센서(12)로부터 발생된 신호가 완전히 분리된 회로를 통해 제어부(16)에 독립적으로 전달됨으로써, 제어부(16)로의 신호 전달 시 별도의 신호분리장치가 필요하지 않아 원가를 절감할 수 있다. 아울러, 2단 신호 출력 시 1단 신호의 출력값(전압값)에 영향을 받지 않고 정전용량이 0에서 X로 출력됨으로써, 신호전달이 단순한 장점이 있다.
10 : 누름부 10a : 돌출부
10b : 수용홈 11 : 기계식 접점
12 : 정전용량 센서 13 : PCB
14 : PCB 접점 15 : 정전용량 센서검출부
16 : 제어부 17 : 제1연결선
18 : 제2연결선 |
