CN110891822B - 加热车辆部件并感测与车辆部件的接近度的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

各种实施方式包括车辆部件加热系统，其包括布置在感测区域内的电极以及处理器。电极为感测区域内的车辆部件的表面产生热量并且感测乘员与感测区域的接近度。处理器选择占空比的用于生成加热信号的加热百分比、用于生成和测量感测信号并报告测得的感测信号的感测百分比以及占空比的既不生成加热信号也不生成感测信号的空闲百分比，其中，加热百分比、感测百分比和空闲百分比之和为100％。处理器基于选定的百分比生成加热信号和/或生成和测量感测信号并报告测得的感测信号的测量值。

Description

加热车辆部件并感测与车辆部件的接近度的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年5月15日提交并且名称为“Systems and Methods for Heatingand Sensing Proximity to Vehicle Components”的待审美国临时专利申请序列号62/506,477的优先权，并且通过引用将其全部并入本案。
技术领域
本公开涉及车辆技术领域，尤其涉及加热车辆部件并感测与车辆部件的接近度的系统和方法。
背景技术
在世界上较冷的地区中，在较冷的月份可能需要在车辆乘员接触的特定位置（例如，车辆座椅、车辆方向盘等）处为车辆提供加热元件，以便为乘员提供温暖的感觉并改善乘员的驾驶体验。当尝试设计如下乘员传感器系统时会出现困难：该乘员传感器系统使用电极来感测乘员的存在，该乘员与被配置成向乘员提供温暖的感觉的加热元件相对紧密接近。例如，在电极与加热元件之间没有布置屏蔽层的情况下，电极与加热元件之间的电耦合可大于车辆乘员与电极之间的电耦合。结果，电极可能无法可靠地确定乘员的存在。
因此，在本领域中需要用于感测与诸如座椅和方向盘等的车辆部件的接近度的改进的系统和方法。
发明内容
各种实施方式包括车辆部件加热系统，其包括计算机、至少一个电极和处理器。计算机控制为电功率信号限定占空比的电源，电功率信号包括加热信号、感测信号和占空比内的空闲周期，在该空闲周期期间既不生成加热信号也不生成感测信号。至少一个电极连接到电源，并且布置在车辆部件的感测区域内。该电极响应于接收到加热信号而为感测区域内的车辆部件的表面产生热量，并且响应于接收到感测信号而感测车辆乘员与感测区域的接近度。处理器连接到计算机，并且与存储器、电极和至少一个车辆控制系统电气通信。存储器存储用于控制处理器的指令，并且该指令使处理器：（1）接收来自至少一个车辆控制系统的至少一个输入信号；（2）基于来自至少一个车辆控制系统的至少一个输入信号，选择占空比的用于生成加热信号的加热百分比、占空比的用于生成和测量感测信号并报告所测得的感测信号的感测百分比以及占空比的不生成加热信号或感测信号的空闲百分比，其中，加热百分比、感测百分比和空闲百分比之和为100%；并且（3）基于所选择的百分比生成加热信号和/或生成和测量感测信号并报告测得的感测信号。
在一些实施方式中，指令还使处理器基于来自至少一个车辆控制系统的至少一个输入信号来选择占空比持续时间，并且进一步基于所选择的占空比持续时间来生成加热信号和/或生成和测量感测信号。
在一些实施方式中，占空比持续时间和/或占空比的百分比的选择是基于所报告的感测信号测量值是否指示感测区域中存在或不存在的变化的。
在一些实施方式中，响应于所报告的感测信号测量值指示感测区域中存在或不存在的变化，占空比持续时间减少和/或感测百分比增加。另外，在一些实施方式中，响应于感测信号指示感测区域中未发生存在或不存在的变化，并且表面温度低于目标温度，占空比持续时间增加和/或加热百分比增加。
在一些实施方式中，加热百分比随着车辆部件的表面温度接近阈值温度而降低。
在一些实施方式中，响应于从至少一个车辆控制系统接收的至少一个输入信号指示乘员在感测区域附近，并且车辆部件的表面温度为阈值温度或高于阈值温度且在目标温度以下，加热百分比低于感测百分比，其中，阈值温度小于目标温度。
在一些实施方式中，基于车辆部件的表面的加热目标率来选择百分比和/或占空比持续时间。
在一些实施方式中，至少一个输入信号包括指示门开/关状态的变化的输入。
在一些实施方式中，至少一个输入信号包括指示安全带扣住/未扣住状态的变化的输入。
在一些实施方式中，至少一个输入信号包括指示车辆的启动/熄火状态的变化的输入。
在一些实施方式中，至少一个输入信号包括车辆速度输入，该车辆速度输入指示车辆行驶的速度。
在一些实施方式中，至少一个输入信号包括来自基于相机的监视系统的输入，该输入指示车辆内乘员的存在/不存在。
在一些实施方式中，至少一个输入信号包括指示转向柱位置的变化的输入。
在一些实施方式中，至少一个输入信号包括来自点火开关的输入，并且来自点火开关的输入指示点火开关状态的变化。
在一些实施方式中，点火开关状态的变化包括在开启状态、关闭状态、配件模式（accessory mode）状态或曲柄状态之间的变化。
在一些实施方式中，至少一个输入信号包括指示座椅位置的变化的输入。
在一些实施方式中，至少一个输入信号包括指示踩下制动踏板的输入。
在一些实施方式中，至少一个输入信号包括指示车辆处于自动驾驶模式或半自动驾驶模式的输入。
在一些实施方式中，至少一个输入信号包括指示车辆的启动/熄火状态已经被远程改变的输入。
在一些实施方式中，至少一个输入信号包括指示停车辅助系统已被启动的输入。
在一些实施方式中，至少一个输入信号包括来自车辆对车辆（V2V：vehicle tovehicle）通信系统的输入。
在一些实施方式中，至少一个输入信号包括来自车辆对基础设施（V2I：Vehicle-to-Infrastructure）通信系统的输入。
在一些实施方式中，至少一个输入信号包括指示车辆的电源已被远程打开或关闭的输入。
在一些实施方式中，电极布置在方向盘中。
在一些实施方式中，电极布置在座椅盘中。
在一些实施方式中，感测区域是第一感测区域，电极是第一电极，并且系统还包括与第一电极间隔开的第二电极。第二电极在与第一感测区域间隔开的第二感测区域内。
在一些实施方式中，第一电极和第二电极布置在基板的表面上。
在一些实施方式中，电极是第一电极，并且该系统还包括第二电极，该第二电极布置在第一电极和车辆部件的框架之间。第二电极与处理器电气通信，并且指令使处理器生成被通信至第二电极的屏蔽信号。屏蔽信号减小了第一电极与车辆部件的框架之间的寄生电容。
在一些实施方式中，指令还使处理器接收感测持续时间值，该感测持续时间值指示所报告的感测信号测量值中的连续变化之间经过的时间，其指示与感测区域的接近度，并且占空比和/或占空比的百分比的选择进一步基于感测持续时间值。
在各种其他实施方式中，车辆部件加热系统可包括计算机、至少一个电极和处理器。计算机控制为电功率信号限定占空比的电源，电功率信号包括加热信号、感测信号和占空比内的空闲周期，在该空闲周期期间不生成信号。至少一个电极连接到电源，并且布置在车辆部件的感测区域内。至少一个电极接收来自电源的电功率信号。该电极响应于接收到加热信号而为感测区域内的车辆部件的表面产生热量，并且响应于接收到感测信号而感测车辆乘员与感测区域的接近度。处理器连接到计算机，并且与电源、存储器、电极和至少一个车辆控制系统电气通信。存储器存储用于控制处理器的指令，并且该指令使处理器：（1）接收感测持续时间值，该感测持续时间值指示来自电极的感测信号中的连续变化之间经过的时间，并指示与感测区域的接近度；（2）基于接收的感测持续时间值，选择占空比的用于生成加热信号的加热百分比、占空比的用于生成和测量感测信号并向存储器报告测得的感测信号的感测百分比以及占空比的不生成信号的空闲百分比，其中，加热百分比、感测百分比和空闲百分比之和为100%；（3）配置电源以根据所选择的百分比生成加热信号和/或感测信号；并且（4）基于所选择的百分比测量感测信号并报告测得的感测信号。
附图说明
根据以下说明和附图中示出的随附示例实施方式，本发明的特征、方面和优点将变得显而易见，下面简要描述这些附图。
图1是车辆内部的透视图。
图2是根据示例实施方式的方向盘的示意性前视图，该方向盘包括乘员感测系统，该乘员感测系统包括多个加热器区域。
图3是具有并联构造的乘员感测系统的示意图。
图4是具有另一并联构造的乘员感测系统的示意图。
图5是具有串联构造的乘客感测系统的示意图。
图6是根据一个实施方式的选择占空比持续时间和/或生成加热信号、生成和测量感测信号并报告测得的感测信号和/或处于空闲状态的百分比的流程图。
图7是根据另一实施方式的选择占空比持续时间和/或生成加热信号、生成和测量感测信号并报告测得的感测信号和/或处于空闲状态的百分比的流程图。
图8和图9示出了根据各种实施方式的具有不同百分比和占空比持续时间的示例占空比。
图10是被配置为实施图6和图7的计算机化指令的车辆部件加热系统的示意图。
具体实施方式
应该理解，前面的整体概述和下面的详细说明都只是示例，并且都只是解释性的。
本公开的实施方式涉及由电源产生的电功率信号的占空比，该电源例如但不限于受本文讨论的计算机控制算法约束的电池。在一个非限制性示例中，电子控制单元或计算机可以控制电源（在图3-5中图示为电压源），并且可以连接至以下描述的处理器和存储相关软件的存储器，以实现各种实现方式的特征。用传统术语来说，占空比是指信号周期的对象信号的幅度不为零（即，当信号处于活动状态时）的百分比。因此，通常但并非总是针对以特定频率生成的信号来考虑术语”占空比”。然而，本公开不仅包括术语”占空比”的标准定义，而且还涉及更广泛的考虑。例如，如本文所讨论的，占空比可以由输入电功率信号的百分比组成，这些百分比组成百分之一百（100％）的该电力信号的限定周期。限定周期可以包括任何相应幅度的所有期望序列（包括零幅度的空闲周期和任何偏移电压），这些序列一起限定了在电功率信号周期开始之前电功率信号的占空比持续时间。在一个非限制性示例中，电功率信号的占空比包括构成电功率信号的加热信号、空闲时间和感测信号的各自百分比。
图10所示的车辆部件加热系统包括计算机1000、至少一个电极18和处理器1002。计算机1000控制为电功率信号限定占空比的电源1010，电功率信号包括加热信号、感测信号和占空比内的空闲周期，在该空闲周期期间既不生成加热信号也不生成感测信号。在一些实施方式中，在该空闲周期期间可以不生成信号。至少一个电极18连接到电源1010，并且布置在车辆部件的感测区域内。电极18响应于接收到加热信号而为感测区域内的车辆部件的表面产生热量，并且响应于接收到感测信号而感测车辆乘员与感测区域的接近度。系统还包括处理器1002，该处理器连接到计算机1000，并且与存储器1004、电极18和至少一个车辆控制系统1020电气通信。存储器1001存储用于控制处理器1002的指令，并且该指令使处理器1002：（1）接收来自至少一个车辆控制系统1020的至少一个输入信号和/或接收感测持续时间值，该感测持续时间值指示来自电极18的感测信号中的连续变化之间经过的时间，并指示与感测区域的接近度；（2）选择占空比的用于生成加热信号的加热百分比、占空比的用于生成感测信号的感测百分比以及占空比的不生成加热信号或感测信号的空闲百分比，和/或选择占空比持续时间，其中，加热百分比、感测百分比和空闲百分比之和为100%；并且（3）基于选定的百分比生成加热信号和/或生成和测量感测信号并报告测得的感测信号。在一些实施方式中，指令还使处理器1002配置电源1010以根据选定的百分比生成加热信号和/或感测信号，并且测量感测信号并报告感测信号。计算机100可还包括时钟1008和通信硬件1012。另外，处理器1002和存储器1004是如图10所示的电子控制器1006的部件，在一些实施方式中，电子控制器是计算机1000的部件。
与美国公开申请号2007/0192007和2014/0151356中公开的乘员检测系统相似，感测电路（例如，ASIC）可以被设计为提供与复阻抗的变化有关的数据，以检测乘员的手靠近方向盘或者乘员的身体靠近另一车辆部件（例如，座椅）。另外，加热系统的操作可以采用美国专利号7,521,940中公开的方法和结构特征。这些申请和该专利通过引用并入本文。
图1示出了车厢的驾驶舱的示例图。参照图1，车辆驾驶员可以在驾驶舱（车辆内部）10中操作车辆，该驾驶舱具有方向盘12和车辆座椅（例如，驾驶员座椅13）。当坐在驾驶员座椅13上时，驾驶员可以旋转方向盘12以使车轮转动并使车辆转向期望的方向。方向盘12还可以包括以驾驶员容易触及的方式设置的开关或按钮形式的各种控件，诸如用于车辆音频系统（例如，音量、音调、模式等）的控件、用于车辆照明的控件（例如，顶灯、前灯等）、电话控件、巡航控制或其他合适的控件。本领域技术人员应该理解，根据各种示例实施方式，方向盘12可以包括本文公开的控件的任何组合，并且这些配置并不旨在限制设置在方向盘12上的控件的可能布置。例如，在一个示例实施方式中使用的元件可以与在另一示例实施方式中使用的元件以各种组合的方式来使用。
图2示出了具有多个传感器/加热器区域16的方向盘12的示例。方向盘12包括环状外部部分14或边缘，以及耦接到车辆的转向柱的内部部分15或中心。外部部分14可以由刚性框架或支架制成，刚性框架或支架可以被外层（例如，毛皮、覆盖物、包裹物等）部分或完全覆盖。外层可被配置成为方向盘12提供美观的外表，并向方向盘12的外表面添加经济实用的层（即，使毛皮改善方向盘12的人体工程性、手感、抓握感等）。尽管本文中描述了特定的方向盘，但是应该容易理解，根据本文中公开的示例实施方式的方向盘系统可以具有任何合适的构造，并且特定的外部部分和内部部分不是限制性的。
另外，方向盘12的外部部分14包括一个或多个传感器/加热器区域16。传感器/加热器区域16被选择性地激活以温暖驾驶员的手或感测手与相应的传感器/加热器区域16的接近度。应当理解，图中所示的传感器/加热器区域16的数量、位置和构造是示例，并且不旨在限制设置在方向盘上的传感器/加热器区域的可能的各种构造。例如，方向盘12可包括一个或多个电极18，以提供一个或多个对应的传感器/加热器区域16。传感器/加热器区域16可以设置在方向盘12上的任何合适的位置（例如，沿着外部部分14或在内部部分15上）。另外，如上所述，传感器/加热器区域16可以设置在诸如座椅13等的另一车辆部件上的任何合适的位置处。
图3是根据一个实施方式的车辆部件加热系统20的示意图。系统20包括电极18（例如，加热元件），电极布置在每个传感器/加热器区域16内。系统20可以包括定位在任何合适数量的传感器/加热器区域内的任何合适数量的这种电极。当加热信号被提供给电极时，电极18可用于为乘员提供温暖的感觉（例如，电极可生成被传递到乘员的手的热量）。另外，当感测信号被提供给电极18时，电极18可用于确定车辆乘员的手与感测区域的接近度。相对于感测信号，加热信号可以承载更高的电流。以这种方式，电极18被构造成协作地作为传感器和加热器使用。因此，电极18可以减轻成本和封装困难性，这些成本和封装困难性与在加热器区域的加热元件的顶部上方添加单独的传感器和屏蔽件相关联。
电极18可以耦接到车辆电源（例如，车辆的DC总线，该总线可以例如由电池或交流发电机供电）。另外，车辆电源可以用于将加热信号提供给电极。系统20可以进一步包括用于控制或调节加热信号的各种控件、传感器和其他元件，以便控制加热器区域的温度（因此，被加热的车辆部件（例如，方向盘12或座椅13）不会过热）。
根据示例实施方式，系统20的电子控制器或处理器控制电极18是否被提供感测信号、加热信号或未被提供信号。在一个示例实施方式中，将计算机控制的电压作为来自电源的电功率信号施加到电极18上以实现本公开的目的，并且基于乘员身体与传感器/加热器区域16的接近度来提供每个信号的施加。例如，根据其中电极18布置在方向盘12的传感器/加热器区域16内的示例实施方式，直到或除非在传感器/加热器区域16附近检测到手，控制器才能向电极18提供加热信号。换言之，系统20可以被配置为当感测到身体部位接近传感器/加热器区域16时自动向电极18提供加热信号。
根据示例实施方式，控制器以预定时间间隔交替地将加热信号和感测信号提供给电极18。另外，根据系统20中多个电极的布置（例如，多个电极是并联还是串联布置），加热信号和感测信号可以在多个电极之间时分多路复用。
系统20可以包括与电极18一致定位的各种固态部件。固态部件在感测模式下的高阻抗与加热模式下的低阻抗之间切换。固态部件可以包括但不限于能够被配置为高侧驱动器和低侧驱动器的诸如MOSFET等晶体管。固态部件在感测模式的感测频率下和在加热模式的加热频率下可以具有任何合适的阻抗。可以在感测模式下使用切换负载来校准电极。根据示例实施方式，可以施加驱动屏蔽信号来将感测信号与电感器屏蔽。另外，可以利用多测量方法，该方法涉及将多个驱动屏蔽信号电平施加到屏蔽节点，并且在传感器和屏蔽节点之间切换阻抗。以这种方式，可以减小、消除、减少由电感的构造（例如，测量体系结构）引起（例如，由于、归因于电感的构造等等）的误差。
图3至图5示出了系统20的各种体系结构示例。示例包括分别被显示为开关26a、26b的高侧和低侧MOSFET以及其他固态开关部件。另外，系统20包括高电流开关24，该高电流开关作为电极18和感测节点28的开关26之间的附加阻抗源或电感器。然而，如上所述，在可选示例实施方式中，阻抗源不限于任何特定的固态开关部件，并且可以包括其他FET或具有合适阻抗的任何其他适当元件。
参照图3，系统20被示为具有并联加热设置，在该设置中，感测和加热是时分多路复用的。如图3所示，系统20可以包括用于多个加热器区域16a、16b的高侧开关26a和低侧开关26b。这种并联加热设置可以降低系统20的复杂性和成本。另外，每个传感器/加热器区域16a、16b可在电极18的任一侧上包括如开关24所示的隔离阻抗源（即，电感器）。如图3所示，当所有传感器/加热器区域16a、16b的加热被关闭时，系统20可被配置为感测车辆乘员的存在。本领域技术人员应当理解，尽管在图3中示出了两个传感器/加热器区域16a、16b，但是系统20可以被配置为包括任意数量的传感器/加热器区域。
下面参照图4，系统20’可以包括并联加热设置，在该并联加热设置中，乘员感测功能和加热功能被时分多路复用以用于各个感测/加热区域。例如，图4所示的系统20’被配置为同时感测第一传感器/加热器区域16a’中的乘员的存在和/或在第二传感器/加热器区域16b’中提供温暖的感觉/热量。在指定时间段过后，第一传感器/加热器区域16a’和第二传感器/加热器区域16b’可以交替（切换）功能，使得系统20’被配置为同时感测第二传感器/加热器区域16b’中的乘员的存在和/或在第一传感器/加热器区域16a’中提供温暖的感觉/热量。为传感器/加热器区域16a’、16b’中的每者设置高侧开关26a’和低侧开关26b’。本领域技术人员应当理解，尽管在图4中示出了两个传感器/加热器区域16’，但是系统20’可以被配置为包括任意数量的传感器/加热器区域。
下面参照图5，系统20”可以包括串联加热设置，在该串联加热设置中，乘员感测功能和加热功能被时分多路复用。如图5所示，系统20”可以包括适当的固态开关，包括但不限于高侧开关26a”和低侧开关26b”。另外，与并联设计（例如，如上所述并在图3至图4中示出）相比，图5中的传感器系统20”可以包括较少的隔离阻抗源（例如，开关24”）。因此，具有串联设计的系统（例如，系统20”）的成本可以小于具有并联设计的系统（例如，系统20、20’）的成本。另外，如图5所示，如果每个加热器区域16”的加热功能被关闭，则具有串联设计的传感器系统20”可感测单个传感器/加热器区域16”中的乘员的存在。本领域技术人员应当理解，尽管在图5中示出了三个传感器/加热器区域16”，但是传感器系统20”可以被配置为包括任意数量的传感器/加热器区域。
在任何上述系统20、20’、20”中，处理器22、22’、22”与存储器、电极18、18’、18”以及至少一个车辆控制系统23、23’、23”电气通信。存储器存储用于控制处理器22、22’、22”的指令，例如，存储被配置为实现图6和图7的流程图的指令。图6示出了可以由处理器22、22’、22”执行的选择加热、感测和空闲间隔的方法。方法600开始于步骤602，在该步骤中接收来自至少一个车辆控制系统23、23’、23”的至少一个输入信号。接着，在步骤604处，基于来自至少一个车辆控制系统23、23’、23”的至少一个输入信号选择占空比的用于生成加热信号的加热百分比、占空比的用于生成和测量感测信号并报告测得的感测信号的感测百分比以及占空比的不生成加热信号或感测信号（例如，不生成信号）的空闲百分比，和/或选择占空比持续时间。加热百分比、感测百分比和空闲百分比之和为总电功率信号的限定占空比的100%，总电功率信号用于根据本文所述的电路和计算机化控制算法来调节加热和感测。电功率信号的占空比对于不同状态而言是随时间是可变的，这些状态至少部分地由来自至少一个车辆控制系统23、23’、23”的输入信号确定。可以基于至少一个输入信号或者基于感测测量值的变化和/或持续时间来预设、选择占空比的持续时间。然后，在步骤606中，加热信号生成的时间和/或感测信号生成和测量的时间以及报告测量结果的时间是基于选定百分比和/或占空比持续时间的。
占空比可以被认为是以下时间段，在该时间段内完成了各种信号幅度（包括零幅度）的整个序列。该时间段（被称为“占空比持续时间”）被分为以下部分，在这些部分期间，处理器22、22’、22”生成加热信号（被称为“加热百分比”）、生成和测量感测信号并报告该感测信号（总体被称为“感测百分比”）和/或处于空闲状态（被称为“空闲百分比”）。加热的时间段、感测的时间段和处于空闲状态的时间段的百分比之和为100%，并且加热百分比、感测百分比和空闲百分比中的每个可以为占空比持续时间的0%到100%之间。加热信号和感测信号可以具有适于当前状况的相同或不同的幅度，并且占空比的空闲部分可以是零幅度期间或可以是表示关闭的另一恒定幅度期间。例如，根据一些实施方式，占空比可以具有在100毫秒与4秒之间的占空比持续时间。本公开中任何内容都没有为任何特定数量、类型或用途的给定电功率信号限制占空比的部分，并且占空比可以包括占空比的附加部分的百分比，该附加部分具有特定目的所需的相应幅度。
根据一些实施方式，占空比持续时间和/或占空比的百分比的选择基于感测信号的测量值以及从电极18接收的感测信号的测量值是否指示相应的传感器/加热器区域16中存在或不存在的变化。例如，在某些实施方式中，响应于感测信号的测量值指示传感器/加热器区域16中存在或不存在的变化，占空比持续时间减小和/或感测百分比增加。另外，响应于感测信号的测量值指示加热器/传感器区域中未发生存在或不存在的变化，并且表面温度低于目标温度，占空比持续时间增加和/或加热百分比增加。
另外，当乘员身体从相对于车辆部件存在或离开的状态变化时，相比于在前一占空比中测得并报告的感测信号，在后一占空比中从电极18测得并报告的感测信号发生变化。例如，如果在连续占空比期间乘员触摸方向盘后再离开方向盘（反之亦然），则测得并报告的感测信号将指示存在或不存在的变化。然而，如果在连续占空比期间乘员保持触摸车辆部件或保持不触摸车辆部件，则测得并报告的感测信号并不指示从连续占空比测得的感测信号的变化（或大于指示存在或不存在的变化的某个阈值的变化）。响应于检测到测得并报告的感测信号的变化，处理器选择较短的占空比持续时间和/或增加感测百分比，以更频繁地生成和测量感测信号并报告测量值。当处理器不再检测到感测信号测量值的变化时，处理器会增加占空比持续时间和/或降低感测百分比。
此外，在一些实施方式中，系统会基于感测持续时间值来选择占空比的加热百分比、感测百分比和空闲百分比和/或占空比持续时间，该感测持续时间值指示表示存在或不存在的变化的感测信号测量值的连续变化之间经过的时间。例如，图7示出了可以由处理器22、22’、22”执行的选择加热百分比、感测百分比和空闲百分比的方法。方法700开始于步骤702，在该步骤中接收感测持续时间值，该感测持续时间值指示感测信号中的连续变化之间经过的时间，并指示与感测区域的接近度。接着，在步骤704处，基于感测持续时间值来选择加热百分比、感测百分比、空闲百分比和/或占空比持续时间。然后，在步骤706处，电源被配置为根据选定的百分比来生成加热信号和/或感测信号。在步骤708处，测量感测信号并报告测得的感测信号。例如，在一些实施方式中，加热百分比和/或占空比持续时间随着感测持续时间值的增加而增加。感测持续时间值的增加指示更持续的存在或不存在，相比于存在或不存在状态的变化更频繁的情况，这提供了在更长的时间段内生成加热信号的机会。如果感测持续时间值达到预定阈值，则可以增加加热百分比，并且可以减小感测百分比和/或空闲百分比。占空比持续时间也可以增加。例如，在更持续的传感器信号测量期间，对于100毫秒的占空比持续时间而言，可以将加热百分比和感测百分比设置为40%，将空闲百分比设置为20%，这表明更加持续的存在/不存在状态。这些设置的结果是用40毫秒生成加热信号，用40毫秒生成和测量感测信号并报告测量值，并有20毫秒未生成信号。在该示例或其他示例中，对于本公开的任何实施方式而言，对任何加热信号、感测信号或空闲时间的顺序没有任何限制。另外，如果传感器信号测量值变化之间的感测持续时间值达到或超过预定阈值，则可以将加热百分比提高到80%，将感测百分比降低到5%，将空闲百分比降低到15%，并将占空比持续时间增加到1秒，如图8所示。
此外，可以在安装时或安装后设置预定阈值、相对百分比和/或占空比持续时间。在该实施方式中，预定阈值是基于时间的阈值（例如毫秒、秒、分等）。然而，在其他实施方式中，预定阈值可以是感测信号的电平（例如，接地的乘员检测）或感测信号的电平的变化量（Δ）。
作为另一示例，在一些实施方式中，加热百分比随着车辆部件的表面温度升高而降低。例如，在一些实施方式中，当从至少一个车辆控制系统接收的至少一个输入指示乘员在传感器/加热器区域16附近并且车辆部件的表面温度低于阈值温度时，加热百分比高于感测百分比和/或空闲百分比。例如，在这些状态下，加热百分比可以为90%，感测百分比可以为10%，并且空闲百分比可以为0%。在这种情况下，对于1秒占空比持续时间而言，处理器会用占空比的900毫秒生成加热信号，并用占空比的100毫秒生成和测量感测信号，并报告测量值。对于4秒占空比持续时间而言，处理器会用占空比的3600毫秒生成加热信号，并用占空比的400毫秒生成和测量感测信号，并报告测量值。另外，作为另一示例，如图9所示，占空比持续时间减少到10毫秒，感测百分比设置为60%，空闲百分比设置为30%，加热百分比设置为10%。在图9所示的占空比中，首先生成感测信号，接着不生成信号，并且然后生成加热信号。然而，在其他实施方式中，在占空比持续时间内生成加热信号和感测信号的顺序以及空闲时间可以是不同。随着车辆部件的表面温度升高至高于阈值温度（但低于目标温度），加热百分比降低。阈值温度小于目标温度，目标温度是车辆部件要达到的温度。一旦达到目标温度，加热百分比和空闲百分比可以设置为0%，感测百分比可以设置为100%。作为另一示例，加热百分比可以设置为0%，并且感测百分比和空闲百分比可以设置为在0%和100%之间（例如，80%的感测百分比和20%的空闲百分比，或者100%的感测百分比和0%的空闲百分比）。
在额外或另外的实施方式中，基于车辆部件的表面的加热目标率来选择占空比的加热百分比、感测百分比和/或空闲百分比和/或持续时间。加热目标率指示车辆部件预期的温度随时间的变化和/或车辆部件达到目标温度的预期最长时间。在一些实施方式中，随着车辆部件的表面温度接近阈值和/或目标温度，加热百分比降低。例如，在一些实施方式中，选定的百分比使系统生成在预期最长时间内将车辆部件充分加热至目标温度的加热信号。
可以基于处理器从各种车辆控制系统接收的次级输入来选择占空比的相对百分比和/或占空比持续时间。例如，可能导致感测百分比或占空比持续时间增加的输入可以包括指示乘员已经进入车厢或在车厢内的输入。例如，输入可以包括指示门开/关状态的变化的输入（例如，来自门传感器系统）、指示安全带扣住/未扣住状态的变化的输入（例如，来自安全带传感器系统）、指示车辆行驶速度的车辆速度输入（例如，来自车辆速度传感器系统）、来自基于相机的系统的指示车辆内乘客的存在/不存在的输入、指示转向柱位置变化的输入（例如，来自转向传感器系统）、来自点火开关的指示点火开关状态的变化（例如，在开启状态、关闭状态、配件模式状态或曲柄状态之间的变化）的输入、指示座椅位置变化的输入（例如，来自座椅位置感测系统）、指示踩下制动踏板的输入（例如，来自制动踏板传感器系统）、指示车辆处于自动驾驶或半自动驾驶模式的输入（例如，来自操作模式系统）、停车辅助系统已启动的输入、来自车辆对车辆（V2V）通信系统的输入或来自车辆对基础设施（V2I）通信系统的输入。对于至少一个输入信号包括指示车辆处于自动驾驶或半自动驾驶模式的输入的情况而言，请注意半自动驾驶或自动驾驶模式指示车辆的操作至少部分地不需要特定乘员输入的驾驶状态。例如，半自动或自动驾驶模式包括以下操作模式，在该操作模式下，车辆在行驶过程中无需乘员接触方向盘、加速器、制动器和/或用于改变车道的部件和附件。例如，半自动或自动驾驶模式可以包括SAE国际标准J3016的SAE 1-5级。
本公开的实施方式还包括如图10所示的设备，诸如计算机1000，该计算机控制为电功率信号限定占空比的电源1010，电功率信号包括加热信号、感测信号和占空比内的空闲周期，在该空闲周期期间既不生成加热信号也不生成感测信号。计算机1000被配置为经由通信硬件1012与至少一个电极处于数据连接，至少一个电极连接到电源并且布置在车辆部件的感测区域内，并且接收来自电源的电功率信号，该电极用于响应于接收到加热信号而为感测区域内的车辆部件的表面产生热量，并且响应于接收到感测信号而感测车辆乘员与感测区域的接近度。该计算机可以包括或被配置为连接到与电源1010、存储器1004、电极18和至少一个车辆控制系统1020电气通信的处理器。存储器存储用于控制处理器的指令，并且该指令使处理器：（1）接收感测持续时间值，该感测持续时间值指示来自电极的感测信号中的连续变化之间经过的时间，并指示与感测区域的接近度；（2）基于接收的感测持续时间值，选择占空比的用于生成加热信号的加热百分比、占空比的用于生成和测量感测信号并向存储器报告测得的感测信号的感测百分比以及占空比的不生成加热信号或感测信号的空闲百分比，其中，加热百分比、感测百分比和空闲百分比之和为100%；（3）配置电源以根据选定的百分比生成加热信号和/或感测信号；并且（4）基于选定的百分比测量感测信号并报告测得的感测信号。
可用于确定百分比和/或占空比持续时间的其他类型的输入包括指示启动/熄火状态（例如，电池或引擎的开/关状态）变化的输入或指示车辆的动力已经被远程打开或关闭（例如，通过远程启动/熄火系统）的输入。可以为诸如内燃机（ICE：internal combustionengine）汽车、电动汽车及其组合等的任何类型的车辆定制输入，而与推进系统的类型无关。
作为另一示例，响应于接收到指示感测并非关键任务并且可以优先进行加热的输入，诸如当车辆静止时、当车辆的速度小于阈值速度时、当加热的车辆部件的温度或当车辆的内部温度低于阈值温度时或当在车辆内未检测到驾驶员时，可以增加加热百分比和/或占空比持续时间。例如，如果来自车辆控制系统的输入指示动力已被远程打开，并且未接收到指示乘员已进入车辆的输入，由于不需要感测功能，因此可以将用于生成提供给方向盘12中的每个电极18的加热信号的占空比的加热百分比选择为100%。当如来自另一车辆控制系统的输入所指示的乘员进入车辆时，处理器会降低加热百分比，以允许系统感测乘员是否触摸方向盘12/何时触摸该方向盘12。
此外，电极18可以布置在诸如垫等的基板上。根据一些实施方式，电极可以布置在基板的相同或不同侧上。另外，在一些实施方式中，系统20还可以包括屏蔽电极，该屏蔽电极布置在用于传感器/加热器区域的电极18与车辆部件的框架之间。屏蔽电极与处理器电气通信，并且指令使处理器生成被通信至屏蔽电极的屏蔽信号。屏蔽信号会防止电极18与车辆部件的框架之间的寄生电容。
为了本公开的目的，术语“耦接”是指两个部件（电气、机械的或磁性）直接或间接地彼此连接。这种连接本质上可以是固定的或本质上是可移动的。可以通过被互相整体定义为单一体的两个部件（电气或机械）和任何附加中间部件或通过彼此连接的两个部件或彼此连接的两个部件和任何附加部件来实现这种连接。这种连接本质上可以是永久的，或者本质上可以是可移动的或可断开的。
虽然已经参考示例实施方式描述了本公开，但是本领域技术人员将认识到，可以在不背离所公开主题的精神和范围的条件下在形式和细节上进行改变。例如，尽管可能已经将不同的示例实施方式描述为包括提供一个或多个优点的一个或多个特征，但是可以预期的是，所描述的特征可以在所描述的示例实施方式或其他可选实施方式中彼此互换或可替代地彼此组合。因为本公开的技术是复杂的，所以并不可以预见该技术中的所有改变。参考示例实施方式描述的本公开显然旨在具有尽可能的广泛性。例如，除非另外特别指出，否则引用单个特定元素的示例实现方式也包括多个这种特定元素。
示例实施方式可以包括程序产品，该程序产品包括用于携带或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构的计算机或机器可读介质。例如，传感器和加热元件可以由计算机驱动。在附图的方法中示出的示例性实施方式可以由程序产品控制，该程序产品包括用于携带或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构的计算机或机器可读介质。这种计算机或机器可读介质可以是能够被通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何可用介质。举例来说，这种计算机或机器可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储设备、磁盘存储设备或其他磁性存储设备、或可以用于以机器可执行指令或数据结构的形式携带或存储所需程序代码并且能够被通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何其他介质。上述的组合也包括在计算机或机器可读介质的范围内。计算机或机器可执行指令包括例如使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行某些功能或一组功能的指令和数据。本公开的软件实施方式可以利用具有基于规则的逻辑和其他逻辑的标准编程技术来完成，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。
同样重要的是要注意，优选和其他示例实施方式中所示的系统的元件的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了一定数量的实施方式，但是审阅本公开内容的本领域技术人员将容易理解，在实质上不背离所叙述主题的新颖教导和优点的情况下，能够进行许多修改（例如，各种元件的大小、尺寸、结构，形状和比例的变化以及参数值、安装布置、所用材料、颜色、方向的变化等）。例如，示出为一体形成的元件可以由多个部分构成，或者示出为多个部分的元件可以被一体形成，组件的操作可以相反或以其他方式改变，系统的结构和/或构件或连接器或其他元件的长度或宽度可以改变，并且设置在元件之间的调节或附接位置的性质或数量可以改变。应当注意，系统的元件和/或组件可以由提供足够的强度或耐久性的多种材料中的任何种构成。相应地，所有这种修改旨在被包括在本公开的范围内。可以根据替代实施方式变化任何过程或方法步骤的顺序或次序，或将其重新排序。在不偏离本主题的精神的情况下，可以对优选和其他示例实施方式的设计、操作条件和布置进行其他替换、变型、改变和省略。

Claims (39)

1.一种车辆部件加热系统，其包括：
计算机，所述计算机控制为电功率信号限定占空比的电源，所述电功率信号包括加热信号、感测信号和所述占空比内的空闲周期，在所述空闲周期期间既不生成加热信号也不生成感测信号；
至少一个电极，所述至少一个电极连接到所述电源，并且布置在车辆部件的感测区域内，所述电极响应于接收到所述加热信号而为所述感测区域内的所述车辆部件的表面产生热量，并且响应于接收到所述感测信号而感测车辆乘员与所述感测区域的接近度，所述感测区域是第一感测区域，所述电极是第一电极，并且所述系统还包括与所述第一电极间隔开的第二电极，所述第二电极在与所述第一感测区域间隔开的第二感测区域内，所述第二电极接收屏蔽信号以减小所述第一电极与所述车辆部件之间的寄生电容；以及
处理器，所述处理器连接到所述计算机，并且与存储器、所述第一电极、所述第二电极和至少一个车辆控制系统电气通信，所述存储器存储用于控制所述处理器的指令，所述指令使所述处理器和所述电源：
控制所述电功率信号的占空比；
接收来自所述至少一个车辆控制系统的至少一个输入信号；
基于来自所述至少一个车辆控制系统的所述至少一个输入信号，选择所述占空比的用于生成所述加热信号的加热百分比、所述占空比的用于生成和测量所述感测信号并报告所测得的感测信号的感测百分比以及所述占空比的不生成加热信号或感测信号的空闲百分比，其中，所述加热百分比、所述感测百分比和所述空闲百分比之和为100％；
基于所选择的百分比生成所述加热信号和/或生成和测量所述感测信号并报告所测得的感测信号；
将电信号施加到所述第二电极作为所述屏蔽信号，所述电信号具有所述占空比的相应的加热百分比、感测百分比和空闲百分比。
2.根据权利要求1所述的车辆部件加热系统，其中，所述指令还使所述处理器基于来自所述至少一个车辆控制系统的所述至少一个输入信号来选择占空比持续时间，并且进一步基于所选择的占空比持续时间来生成所述加热信号和/或生成和测量所述感测信号并报告所测得的感测信号。
3.根据权利要求2所述的车辆部件加热系统，其中，所述占空比持续时间和/或所述占空比的所述加热百分比、所述感测百分比和所述空闲百分比的选择基于所报告的感测信号测量值是否指示所述感测区域中存在或不存在的变化。
4.根据权利要求3所述的车辆部件加热系统，其中，响应于所报告的感测信号测量值指示所述感测区域中存在或不存在的所述变化，所述占空比持续时间减少和/或所述感测百分比增加。
5.根据权利要求3所述的车辆部件加热系统，其中，响应于所报告的感测信号测量值指示所述感测区域中未发生存在或不存在的变化，并且所述表面的温度低于目标温度，所述占空比持续时间增加和/或所述加热百分比增加。
6.根据权利要求1所述的车辆部件加热系统，其中，所述加热百分比随着所述车辆部件的所述表面的温度增加而降低。
7.根据权利要求1所述的车辆部件加热系统，其中，响应于从所述至少一个车辆控制系统接收的所述至少一个输入信号指示乘员在所述感测区域附近，并且所述车辆部件的所述表面的温度低于阈值温度，所述加热百分比高于所述感测百分比。
8.根据权利要求7所述的车辆部件加热系统，其中，所述加热百分比随着所述车辆部件的所述表面的温度接近所述阈值温度而降低。
9.根据权利要求1所述的车辆部件加热系统，其中，响应于从所述至少一个车辆控制系统接收的所述至少一个输入信号指示乘员在所述感测区域附近，并且所述车辆部件的所述表面的温度等于或高于阈值温度且低于目标温度，所述加热百分比低于所述感测百分比，所述阈值温度小于所述目标温度。
10.根据权利要求1所述的车辆部件加热系统，其中，所述至少一个输入信号包括指示车辆的启动/熄火状态的变化的输入。
11.根据权利要求1所述的车辆部件加热系统，其中，所述至少一个输入信号包括车辆速度输入，所述车辆速度输入指示所述车辆行驶的速度。
12.根据权利要求1所述的车辆部件加热系统，其中，所述至少一个输入信号包括来自基于相机的监视系统的输入，所述输入指示所述车辆内乘员的存在/不存在。
13.根据权利要求1所述的车辆部件加热系统，其中，所述至少一个输入信号包括指示转向柱位置的变化的输入。
14.根据权利要求1所述的车辆部件加热系统，其中，所述至少一个输入信号包括来自点火开关的输入，并且来自所述点火开关的所述输入指示点火开关状态的变化。
15.根据权利要求14所述的车辆部件加热系统，其中，所述点火开关状态的变化包括在开启状态、关闭状态、配件模式状态或曲柄状态之间的变化。
16.根据权利要求1所述的车辆部件加热系统，其中，所述至少一个输入信号包括指示座椅位置的变化的输入。
17.根据权利要求1所述的车辆部件加热系统，其中，所述至少一个输入信号包括指示踩下制动踏板的输入。
18.根据权利要求1所述的车辆部件加热系统，其中，所述至少一个输入信号包括指示所述车辆处于自动驾驶模式或半自动驾驶模式的输入。
19.根据权利要求1所述的车辆部件加热系统，其中，所述至少一个输入信号包括指示停车辅助系统已被启动的输入。
20.根据权利要求1所述的车辆部件加热系统，其中，所述至少一个输入信号包括来自车辆对车辆(V2V)通信系统的输入。
21.根据权利要求1所述的车辆部件加热系统，其中，所述至少一个输入信号包括来自车辆对基础设施(V2I)通信系统的输入。
22.根据权利要求1所述的车辆部件加热系统，其中，所述至少一个输入信号包括指示所述车辆的电源已被远程打开或关闭的输入。
23.根据权利要求1所述的车辆部件加热系统，其中，所述第一电极和所述第二电极布置在方向盘中。
24.根据权利要求1所述的车辆部件加热系统，其中，所述第一电极和所述第二电极布置在座椅中。
25.根据权利要求1所述的车辆部件加热系统，其中，所述屏蔽信号防止在所述第一电极与所述车辆部件的框架之间的寄生电容。
26.根据权利要求1所述的车辆部件加热系统，其中，所述指令还使所述处理器接收感测持续时间值，所述感测持续时间值指示所报告的感测信号测量值中的连续变化之间经过的时间，其指示与所述感测区域的接近度，并且所述占空比和/或所述占空比的百分比的选择进一步基于所述感测持续时间值。
27.一种车辆部件加热系统，其包括：
计算机，所述计算机控制为电功率信号限定占空比的电源，所述电功率信号包括加热信号、感测信号和所述占空比内的空闲周期，在所述空闲周期期间不生成信号；
至少一个电极，所述至少一个电极连接到所述电源，布置在车辆部件的感测区域内，并且接收来自所述电源的所述电功率信号，所述电极响应于接收到加热信号而为所述感测区域内的所述车辆部件的表面产生热量，并且响应于接收到感测信号而感测车辆乘员与所述感测区域的接近度，所述感测区域是第一感测区域，所述电极是第一电极，并且所述系统还包括与所述第一电极间隔开的第二电极，所述第二电极在与所述第一感测区域间隔开的第二感测区域内，所述第二电极接收屏蔽信号以减小所述第一电极与所述车辆部件之间的寄生电容；以及
处理器，所述处理器与所述电源、存储器、所述第一电极、所述第二电极和至少一个车辆控制系统电气通信，所述存储器存储用于控制所述处理器的指令，所述指令使所述处理器和所述电源：
控制所述电功率信号的占空比；
接收感测持续时间值，所述感测持续时间值指示来自所述电极的所述感测信号中的连续变化之间经过的时间，并指示与所述感测区域的接近度；
基于所接收的感测持续时间值，选择所述占空比的用于生成所述加热信号的加热百分比、所述占空比的用于生成和测量所述感测信号并向所述存储器报告所测得的感测信号的感测百分比以及所述占空比的不生成信号的空闲百分比，其中，所述加热百分比、所述感测百分比和所述空闲百分比之和为100％；
配置所述电源以根据所选择的百分比生成所述加热信号和/或所述感测信号；
测量所述感测信号并报告所测得的感测信号；
通过电信号生成屏蔽信号，所述电信号具有所述占空比的加热百分比、感应百分比和空闲百分比，以形成多个驱动屏蔽信号电平；
将多个驱动屏蔽信号电平施加到屏蔽电极。
28.根据权利要求27所述的车辆部件加热系统，其中，所述指令还使所述处理器基于所述感测持续时间值来选择占空比持续时间，所述感测持续时间值指示所报告的感测信号中的连续变化之间经过的时间，其度量与所述感测区域的接近度，并且所述加热百分比、所述感测百分比和所述空闲百分比还基于所选择的占空比持续时间。
29.根据权利要求28所述的车辆部件加热系统，其中，所述占空比持续时间和/或所述占空比的百分比的选择基于所报告的感测信号测量值是否指示所述感测区域中存在或不存在的变化。
30.根据权利要求28所述的车辆部件加热系统，其中，响应于所报告的感测信号测量值指示所述感测区域中存在或不存在的所述变化，所述占空比持续时间减少和/或所述感测百分比增加。
31.根据权利要求28所述的车辆部件加热系统，其中，响应于所报告的感测信号测量值指示所述感测区域中未发生存在或不存在的变化，并且所述表面的温度低于目标温度，所述占空比持续时间增加和/或所述加热百分比增加。
32.根据权利要求27所述的车辆部件加热系统，其中，所述加热百分比随着所述车辆部件的所述表面的温度增加而降低。
33.根据权利要求27所述的车辆部件加热系统，其中，响应于所报告的感测信号测量值指示乘员在所述感测区域附近，并且所述车辆部件的所述表面的温度低于阈值温度，所述加热百分比高于所述感测百分比。
34.根据权利要求33所述的车辆部件加热系统，其中，所述加热百分比随着所述车辆部件的所述表面的温度接近所述阈值温度而降低。
35.根据权利要求27所述的车辆部件加热系统，其中，响应于所报告的感测信号测量值指示乘员在所述感测区域附近，并且所述车辆部件的所述表面的温度等于或高于阈值温度且低于目标温度，所述加热百分比低于所述感测百分比，所述阈值温度小于所述目标温度。
36.根据权利要求28所述的车辆部件加热系统，其中，基于所述车辆部件的所述表面的加热目标率来选择所述加热百分比和所述感测百分比和/或所述占空比持续时间。
37.根据权利要求27所述的车辆部件加热系统，其中，所述第一电极和所述第二电极布置在方向盘中。
38.根据权利要求27所述的车辆部件加热系统，其中，所述第一电极和所述第二电极布置在座椅中。
39.根据权利要求27所述的车辆部件加热系统，其中，所述屏蔽信号防止在所述第一电极与所述车辆部件的框架之间的寄生电容。
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