Brevet FR3058102A1 — publié le 20180504

INTERFACE DE COMMANDE CAPACITIVE ET RETROECLAIREE POUR VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne une interface de commande capacitive et rétroéclairée pour véhicule automobile en particulier pour l'habitacle d'un véhicule automobile. Dans un véhicule, il y a de nombreux boutons de commande pour activer 5 des fonctions. Parmi ceux-ci, on a par exemple le bouton de commande pour activer les feux de détresse ou le bouton pour le verrouillage centralisé de l'habitacle. Ces boutons de commande sont par exemple installés au niveau de la planche de bord, par exemple à la hauteur de la console du milieu ou au niveau des accoudoirs des portières. Ils sont et doivent être très visibles pour 10 les utilisateurs du véhicule afin que ceux-ci puissent les localiser rapidement lorsqu'il est nécessaire de les activer. Pour cette raison, on attache une grande importance à l'aspect et au style de ces boutons de commande. Ainsi, la tendance ces dernières années favorise des surfaces lisses au niveau de la planche de bord, ce qui a eu pour 15 conséquence de reléguer des boutons pression réalisant la commande par un mouvement d'ouverture et / ou de fermeture d'un interrupteur mécanique au second plan. De nouvelles interfaces de commande ont alors émergé et parmi celles-ci, on note plus particulièrement des interfaces capacitives de commande. 20 Pour ces dernières, il est connu d'installer sur une face arrière d'une façade de style dans laquelle est intégré par exemple un symbole à rétroéclairer, une électrode de détection capacitive, par exemple sous forme d'un cercle sous le symbole à rétroéclairer. Pour ne pas gêner le rétroéclairage, il est nécessaire que l'électrode soit conductrice et transparente pour ne pas 25 gêner le rétroéclairage. Elle peut alors être fabriquée par exemple en ITO (oxyde d'indium - étain), mais cela est assez onéreux. Cette électrode de détection capacitive est reliée à un capteur capacitif disposé sur une carte à circuit imprimé (carte PCB pour « printed circuit board » en anglais). La carte à circuit imprimé est installée derrière la façade de style et donc invisible pour un 3058102 -2- utilisateur, et disposée à distance de la façade de style. La carte à circuit imprimé porte en outre une ou plusieurs diodes électroluminescentes (LED) en vis-à-vis du symbole à rétroéclairer. La distance entre la diode électroluminescente, et donc la carte à circuit imprimé, et la façade de style dépend du cône d'émission de la diode électroluminescente et de la taille du ou des symboles à éclairer. Cet interstice entre la façade de style et la carte à circuit imprimé pose un problème pour la détection du toucher d'un doigt d'un utilisateur. En effet, il est nécessaire de fixer par exemple par collage l'électrode de 10 détection sur la face arrière de la façade de style, puis de relier cette électrode par exemple par un circuit flexible ou un câble, à la carte à circuit imprimé. Or, lors du montage, des erreurs de collage de l'électrode et une mauvaise connexion de l'électrode de détection à la carte à circuit imprimé peuvent conduire à des dysfonctionnements nécessitant des interventions ultérieures 15 coûteuses. Un but de la présente invention est de proposer une interface de commande capacitive et rétroéclairée qui soit plus robuste, notamment en termes de montage tout en ayant une très bonne sensibilité de détection au niveau de la façade de style à l'endroit du symbole à rétroéclairer. 20 A cet effet, la présente invention a pour objet une interface de commande capacitive et rétroéclairée pour véhicule automobile, comprenant : - une façade de style avec une face avant destinée à être tournée vers un utilisateur et une face arrière opposée à la face avant, la façade de style présentant une zone à rétroéclairer, 25 - une carte à circuit imprimé monté à distance et en vis-à-vis de la face arrière de la façade de style, - une diode électroluminescente montée sur la carte à circuit imprimé, - un capteur de détection capacitive, - au moins une électrode de détection capacitive reliée électriquement au 30 capteur de détection capacitive, 3058102 -3- caractérisée en ce que l'électrode de détection capacitive est disposée sur la carte à circuit imprimé et en ce que l'interface de commande comprend en outre un guide optique transparent ou translucide présentant un logement de la diode électroluminescente, le guide optique étant en 5 contact avec l'électrode de détection capacitive. L'agencement de l'électrode de détection capacitive sur la carte à circuit imprimé, permet de réduire le coût d'ensemble, d'augmenter la fiabilité de l'interface tout en assurant une bonne sensibilité de détection au niveau de la façade de style du fait de l'interposition du guide optique dans l'interstice entre la façade de style et la carte à circuit imprimé. L'interface de commande capacitive et rétroéclairée peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : Selon un aspect, l'électrode de détection capacitive est formée par au moins une piste conductrice la carte à circuit imprimé. Selon un autre aspect, l'électrode de détection entoure la diode électroluminescente. Le guide optique s'étend par exemple depuis la carte à circuit imprimé jusqu'à la face arrière de la façade de style. Le guide optique est notamment formé par un corps plein. Le guide optique peut être transparent ou translucide et est par exemple réalisé en polycarbonate transparent, en polyméthacrylate de méthyle, ou en silicone transparent. Le guide optique peut être fixé sur la carte à circuit imprimé. 3058102 -4- Une portion de la face du guide optique en vis-à-vis de la diode électroluminescente peut être un dioptre courbe. Le matériau formant le guide optique peut être selon un mode de 5 réalisation électriquement non-conducteur, c'est-à-dire isolant. Le matériau formant le guide optique peut être selon un autre mode de réalisation électriquement conducteur, par exemple en comportant des charges ou additifs rendant le guide optique électriquement conducteur. 10 Selon un autre mode de réalisation, le matériau formant le guide optique présente au moins sur une partie de son pourtour une couche transparente conductrice reliant l'électrode de détection capacitive à la façade de style. 15 Selon encore un autre aspect, la face du guide optique en vis-à-vis de la face arrière de la façade de style est en contact avec cette face arrière. La zone à rétroéclairer présente par exemple un symbole gravé. 20 DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la 25 description de l'invention, ainsi que sur les figures annexées qui représentent un exemple de réalisation non limitatif de l'invention et sur lesquelles : la figure 1 représente un schéma d'une portion de l'habitacle intérieur d'un véhicule automobile comprenant une interface de commande capacitive et rétroéclairée qui est installée à titre 30 d'exemple au niveau d'un module de plafonnier, 3058102 -5- la figure 2 représente un schéma simplifié en coupe transversale d'un premier mode de réalisation de l'interface de commande, la figure 3 représente un schéma simplifié d'une vue de dessus d'une carte à circuit imprimé, 5 la figure 4 est un agrandissement du détail IV de la figure 2, la figure 5 est une vue de dessus sur une façade de style, la figure 6 représente un schéma simplifié en coupe transversale similaire à la figure 2 d'un deuxième mode de réalisation de l'interface de commande, et 10 la figure 7 représente un schéma simplifié en coupe transversale similaire à la figure 2 d'un troisième mode de réalisation de l'interface de commande. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de 15 référence. Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de 20 réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d'autres réalisations. On définit les termes « amont » et « aval » en référence à la direction de propagation des faisceaux lumineux. On entend par « en amont » qu'un élément 25 est placé avant un autre par rapport au sens de propagation d'un faisceau lumineux. A contrario, on entend par « en aval » qu'un élément est placé après un autre par rapport au sens de propagation du faisceau lumineux. Par supérieur, inférieur, haut et bas, on se réfère à la disposition des éléments sur les figures, ce qui correspond généralement à la disposition des éléments à 30 l'état monté dans un véhicule automobile. 3058102 -6- On désigne le plan horizontal par un repère (X, Y) et la direction verticale par la direction Z, les trois directions formant un trièdre (X, Y, Z), fixe par rapport à une interface de commande. Ces axes peuvent correspondre à la dénomination des axes dans un véhicule automobile, c'est-à-dire par 5 convention, dans un véhicule, l'axe X correspond à l'axe longitudinal du véhicule, Y correspond à l'axe transversal du véhicule et l'axe Z à l'axe vertical du véhicule. DESCRIPTION DÉTAILLÉE 10 La figure 1 montre schématiquement la partie avant d'un habitacle 1 de véhicule automobile vu depuis la partie arrière du véhicule. La partie avant de l'habitacle comprend une interface de commande capacitive et rétroéclairée 100 qui est réalisée dans le présent exemple sous forme d'un bouton tactile 15 pour enclencher les feux de détresse. L'habitacle 1 comprend notamment un siège conducteur noté -C- disposé derrière un volant 3 et une planche de bord 5, un siège passager noté -P-, une console centrale 7, un rétroviseur intérieur 9 et un module de plafonnier 11 aussi appelé dôme ou dôme-plafonnier dans lequel est placée et montée 20 l'interface capacitive de commande rétroéclairé 100. Le module de plafonnier 11 est placé à proximité du rétroviseur intérieur 5 dans la partie centrale haute de la partie avant de l'habitacle 1. Bien entendu, l'interface de commande capacitive et rétroéclairée 100 peut également être disposée à d'autres endroits de l'habitacle 1 comme par 25 exemple sur le tableau de commande d'un panneau de commande de la climatisation, au niveau de la console centrale 7, au niveau de la planche de bord 5 ou tout autre endroit adapté. Une telle interface de commande 100 peut en particulier être installée pour d'autres fonctions par exemple pour le verrouillage centralisé de l'habitacle, ou pour activer/ désactiver par exemple 3058102 -7- des fonctions d'airbag passager ou pour commander des fonctions de climatisation dans un tableau de commande. La structure de l'interface de commande 100 est plus détaillée sur les figures 2 à 5. 5 L'interface de commande 100 comprend une façade de style 102. La façade de style 102 peut être une paroi particulière, distincte, installée dans un ensemble plus grand par exemple la planche de bord 5 ou le module de plafonnier 11 ou être une portion de paroi de la planche de bord 5 ou du module de plafonnier 11. 10 Cette façade de style 102 présente d'une part une face avant 104 qui est orientée vers l'intérieur de l'habitacle 1 et donc destinée à être tournée vers un utilisateur, le conducteur ou un passager, et d'autre part une face arrière 106 opposée à la face avant 104. La face avant 104 est montrée selon une vue de dessus sur la figure 5 et 15 comporte une zone à rétroéclairer 108 dans laquelle figure un symbole 110 par exemple gravé. Dans le présent cas, il s'agit d'un triangle pour indiquer à l'utilisateur la zone à toucher pour commander l'enclenchement des feux de détresse. A une distance G (voir flèche sur la figure 2) de la façade de style 102, et 20 en vis-à-vis de la face arrière 106 de la façade de style 102, est disposée une carte à circuit imprimé 112 (ou PCB pour « printed circuit board » en anglais), avec un interstice entre la face arrière 106 et la carte à circuit imprimé 112. Comme montré sur les figures 2 et 3, la carte à circuit imprimé 112 porte une diode électroluminescente 114, telle que de type CMS (« composants monté 25 en surface »). L'interface de commande 100 comprend de plus un capteur 116 de détection capacitive porté par la carte à circuit imprimé 112 et au moins une électrode de détection capacitive 118 reliée électriquement au capteur de détection capacitive 116. 3058102 -8- Sur les figures 2 et 3, le capteur de détection capacitive 116 est seulement représenté schématiquement comme un seul composant. Bien entendu, il peut être réalisé à partir de plusieurs composants élémentaires et comprendre par exemple des capacités ou un processeur ou un circuit intégré. 5 L'électrode de détection capacitive 118 est également agencée sur la carte 112 à circuit imprimé. Dans le présent cas, il s'agit par exemple d'une électrode 118 en forme d'anneau entourant la diode électroluminescente 114 et qui est posée sur la carte à circuit imprimé 112. Bien entendu, on peut aussi avoir d'autres formes 10 d'électrode entourant la diode 114, comme par exemple des formes rectangulaires, elliptiques, ou polygonales. L'électrode de détection 118 peut être une pièce métallique fixée, par exemple par collage, sur la carte à circuit imprimé 112 ou être simplement formée par une ou plusieurs pistes conductrices sur la carte à circuit imprimé 15 112. Il n'est donc plus nécessaire de fabriquer l'électrode de détection 118 avec un matériau transparent et conducteur, ce qui permet aussi de réduire le coût de l'interface de commande 100. Lors de l'utilisation d'une seule électrode 118, l'électrode est à la fois entrée et sortie. 20 Selon une variante, on a plusieurs électrodes 118, au moins deux, dont l'une est considérée comme émetteur et l'autre comme récepteur. L'interface de commande 100 comprend de plus un guide optique 120 transparent ou translucide. Comme on le voit sur les figures, le guide optique 120 est un corps plein. 25 Ce guide optique 120 est en contact direct avec l'électrode de détection capacitive 118, par exemple en étant posé dessus et fixé contre l'électrode de détection 118. Selon une variante non représentée, le guide optique 120 peut être intégré à la façade de style 102. 30 Le guide optique 120 s'étend par exemple depuis la carte à circuit imprimé 3058102 -9- 112 jusqu'à la face arrière 106 de la façade de style 102 en comblant ainsi l'interstice G entre la carte à circuit imprimé 112 et la face arrière 106 de la façade de style 102. Le guide optique 120 peut toucher la face arrière 106 de la façade de style 5 102, mais il est également possible de laisser une fine lame d'air entre les deux pour faciliter le montage et pallier aux tolérances de fabrication et aux jeux d'assemblage (en général de l'ordre de 0,21mm). Le guide optique 120 est transparent ou translucide pour bien diffuser la lumière. Il s'agit par exemple d'un bloc parallélépipédique qui comporte sur sa 10 face en contact avec l'électrode de détection 118 un logement 121 pour la diode électroluminescente 114. On comprend donc que le guide optique 120 recouvre non seulement la diode électroluminescente 114, mais aussi l'électrode de détection capacitive 118. Ceci permet un éclairage direct de la zone à rétroéclairer 108, ce qui est plus efficace qu'un éclairage indirect et permet de 15 choisir une diode électroluminescente 114 à puissance plus faible. De plus, une seule diode électroluminescente 114, est généralement suffisante pour un rétroéclairage efficace, ce qui permet aussi d'éviter des problèmes d'homogénéisation du rétroéclairage qui découlent de l'utilisation de plusieurs diodes électroluminescentes. 20 Comme on le voit sur la figure 4, on peut prévoir que la diode électroluminescente 114, notamment par son socle, touche l'électrode de détection 118, ce qui est un avantage pour mieux dissiper l'énergie thermique de la diode électroluminescente 114. Le guide optique 120 est par exemple réalisé en polycarbonate 25 transparent, en polyméthacrylate de méthyle (PMMA), ou en silicone transparent. Selon un mode de réalisation, le guide optique 120 est électriquement non - conducteur et guide les lignes de champ électrique entre l'électrode de détection 118 et la face avant 104. L'approche d'un doigt d'un utilisateur par 30 exemple au niveau de la face avant 104 entraîne des modifications de champs 3058102 -10- électrique et de capacité qui sont transmis par le guide optique 120 vers l'électrode de détection 118 et mesurées comme des variations de l'auto-capacitance de l'électrode de détection 118 par le capteur capacitif 116. Grâce au guide optique 120, on peut détecter le toucher d'un utilisateur 5 au niveau de la face avant 104 de la façade de style 102 par la variation du champ électrique, alors que l'électrode de détection 118 se trouve éloignée de cette face avant 104 sur la carte à circuit imprimé 112. La détection de toucher est considérée comme acquise, lorsque que par exemple le doigt d'un utilisateur est en contact physique avec la surface de 10 commande formée dans le présent cas par la face avant 104 de la façade de style 102. Du fait du guide optique 120, on peut également diminuer la sensibilité du capteur capacitif 116, car le guide optique 120 permet d'augmenter la variation de l'auto-capacitance de l'électrode de détection 118, ce qui permet de 15 diminuer des erreurs de détection et donc d'augmenter la précision de détection. A titre indicatif, pour le montage de la figure 2, on a mesuré la variation de l'auto-capacitance de l'électrode de détection 118 lorsque le doigt se trouve à 3mm de la face avant 104 et lorsque le doigt touche cette face avant 104, ceci 20 pour deux cas : dans le premier cas, le guide optique 120 est présent et le montage de l'interface de commande 100 est conforme au montage des figures 2 à 5, et dans un second cas, le guide optique 120 est absent. Dans le premier cas, on a mesuré une variation de l'auto-capacitance de l'électrode de détection de plus de 25%, alors que dans le second cas, la 25 variation n'est que d'environ 6%. On comprend donc aisément que l'interface de commande 100 selon les figures 2 à 5 permet d'obtenir une bonne amplitude de réponse et donc une détection précise du toucher d'un doigt d'utilisateur sur la face avant 104. Selon un premier mode possible de fonctionnement de l'interface 100, 30 l'électrode 118 est à la fois entrée et sortie (excitée en tension et on mesure le 3058102 courant ou la quantité de charge électrique qui passe à travers). A l'approche d'un conducteur, la capacité (propre) de l'électrode 118 augmente et le champ électrique s'intensifie. Selon un second mode possible de fonctionnement et alternatif au 5 premier mode de fonctionnement selon laquelle on a au moins deux électrodes 118 dont l'une est considéré comme émetteur et l'autre comme récepteur, les deux électrodes forment une capacité par un couplage mutuel. A l'approche d'un de la main d'un utilisateur, la capacité entre les deux électrodes 118 diminue et le champ électrique s'affaiblit. 10 Dans tous les cas, le guide optique 120 est réalisé en un matériau avec permittivité élevée ce qui permet de mieux transmettre le champ électrique, et plus spécifiquement les variations du champ électrique de la façade de style 102 vers l'électrode de mesure 118. La figure 6 est un deuxième mode de réalisation de l'interface de 15 commande 100. Ce mode de réalisation se distingue de celui des précédentes figures par le fait que le guide optique 120 est transparent et qu'une portion 122 de la face du guide optique 120 formant en partie le logement 121 et en vis-à-vis de la diode électroluminescente 114 est un dioptre courbe, notamment concave ou 20 convexe, au moins sur une portion correspondant au cône d'émission de la diode électroluminescente 114. Ainsi, par la courbure de la portion 122, on peut de plus façonner le faisceau de lumière émis par la diode électroluminescente 114 par le guide optique 120 pour bien adapter le faisceau en sortie de la diode 25 électroluminescente 114 à l'étendue de la zone à rétroéclairer 108. Cela permet aussi d'obtenir un rétroéclairage uniforme, par une éclairage direct, c'est-à-dire sans de multiples réflexions. On comprend donc que l'interface de commande 100 permet un montage plus simple de l'interface 1, en montant l'électrode de détection 118 sur la carte 30 à circuit imprimé 112 tout en assurant une bonne détection d'un doigt d'un 3058102 -12- utilisateur au niveau de la face avant 104 de la façade de style 102. D'autres variantes sont envisageables sans sortir du cadre de la présente invention. Ainsi, le guide optique 120 des figures 2 à 6 est réalisé par un corps 5 plein. Mais on peut également envisager un corps creux avec une cavité interne 140, par exemple en forme de cube et notamment réalisé en polycarbonate avec une ouverture 142 dans la paroi de fond pour la diode électroluminescente 114 comme cela est montré sur la figure 7. Dans ce cas, ce sont les parties pleines du guide optique 120 électriquement non - conducteur qui guident les lignes 10 de champ électrique entre l'électrode de détection 118 et la face avant 104. Selon encore une autre variante, le matériau formant le guide optique 120 peut comporter des charges ou additifs, par exemple des particules transparentes conducteurs ou des polymères conducteurs, rendant le guide optique 120 électriquement conducteur. 15 Il est également envisageable que le matériau formant le guide optique 120 présente au moins sur une partie de son pourtour ou est entouré complètement par une couche transparente conductrice, par exemple en ITO (oxyde d'indium-étain), reliant l'électrode de détection capacitive 118 à la façade de style 102. 20 REVENDICATIONS1. Interface (100) de commande capacitive et rétroéclairée pour véhicule automobile, comprenant : - une façade de style (102) avec une face avant (104) destinée à être tournée vers un utilisateur et une face arrière (106) opposée à la face avant (104), la façade de style (102) présentant une zone à rétroéclairer (108), - une carte à circuit imprimé (112) monté à distance (G) et en vis-à-vis de la face arrière (106) de la façade de style (104), - une diode électroluminescente (114) montée sur la carte à circuit imprimé (112), - un capteur de détection capacitive (116), - au moins une électrode de détection capacitive (118) reliée électriquement au capteur de détection capacitive (116), caractérisée en ce que l'électrode de détection capacitive (118) est disposée sur la carte à circuit imprimé (112) et en ce que l'interface de commande (100) comprend en outre un guide optique (120) transparent ou translucide présentant un logement (121) de la diode électroluminescente (114), le guide optique (120) étant en contact avec l'électrode de détection capacitive (118). 2. Interface selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'électrode de détection capacitive (118) est formée par au moins une piste conductrice la carte à circuit imprimé (112). 3. Interface selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'électrode de détection (118) entoure la diode électroluminescente (114). 4. Interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée 3058102 -14- en ce que le guide optique (120) s'étend depuis la carte à circuit imprimé (112) jusqu'à la face arrière (106) de la façade de style (102). 5. Interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée 5 en ce que le guide optique (120) est formé par un corps plein. 6. Interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le guide optique (120) est réalisé en polycarbonate transparent. 10 7. Interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le guide optique (120) est réalisé en polyméthacrylate de méthyle. 8. Interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée 15 en ce que le guide optique (120) est réalisé en silicone transparent. 9. Interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le matériau formant le guide optique (120) est électriquement non-conducteur. 20 10. Interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le matériau formant le guide optique (120) comporte des charges ou additifs rendant le guide optique (120) électriquement conducteur. 25 11. Interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le matériau formant le guide optique (120) présente au moins sur une partie de son pourtour une couche transparente conductrice reliant l'électrode de détection capacitive (118) 30 à la façade de style (102). 3058102 -15- 12. Interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que le guide optique (120) est fixé sur la carte à circuit imprimé (112). 5 13. Interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'une portion (122) de la face du guide optique (120) en vis-à-vis de la diode électroluminescente (114) est un dioptre courbe. 10 14. Interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que la face du guide optique (120) en vis-à-vis de la face arrière (106) de la façade de style (102) est en contact avec cette face arrière (106). 15 15. Interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que la zone à rétroéclairer (108) présente un symbole gravé (110).