CN113490621B - 加热和检测装置及其操作方法以及交通工具的方向盘 - Google Patents

Abstract

用于检测使用者和交通工具的方向盘(9)之间的接触并加热方向盘(9)的系统的装置(100)，该装置包括：电绝缘支撑件(10)；用于加热方向盘(9)的第一轨道(1)、用于检测接触的第二轨道(2)和用于避免对虚假接触的检测的第三轨道(3)，该第一轨道(1)、第二轨道(2)和第三轨道(3)是导电的、彼此不同的并布置在电绝缘支撑件(10)的同一表面上；其中第三轨道(3)布置在第一轨道(1)和第二轨道(2)之间。

Description

加热和检测装置及其操作方法以及交通工具的方向盘

技术领域

本发明涉及用于检测使用者的一只手或两只手和交通工具的方向盘之间的接触并用于加热方向盘的装置或部件。本发明尤其涉及应用于方向盘的装置或部件。

背景技术

汽车领域中的一项特别有用的功能是检测驾驶员的一只手或两只手和方向盘之间的接触。出于此目的，可以使用设置有适于作为接触传感器操作的导电轨道的部件。当轨道连接到电子控制单元时，电子控制单元实际上可以处理电量的变化，例如电容的变化。此类变化由手与布置在方向盘上的导电轨道的接触引起，该接触也可以是间接类型的接触。导电轨道可以例如布置在方向盘的外覆盖层下面。

另一项特别有用的功能是加热交通工具的方向盘。出于此目的，可以使用设置有导电轨道的部件，该导电轨道由于焦耳效应(Joule effect)而加热。

不利地，当同时使用加热轨道和传感器轨道时，两个轨道之间会遇到干扰问题，特别是通常会出现电容性耦合和电磁干扰。这些干扰尤其在加热轨道正在运行时发生。

确实发生了传感器轨道检测“虚假接触(false contacts)”或“虚假触摸(falsetouches)”，即当实际上没有发生这种接触时，检测到与手的接触。

除了两个轨道之间的干扰之外，虚假接触还可以由其他因素引起。

实际上，其中包括湿度和温度的某些环境因素通常导致电容的增大，而且当驾驶员不触摸方向盘时，电子控制单元将该电容的增大错误地解释为与手的接触。

例如，当湿度大时，方向盘上可能会形成水滴，这些水滴引入了被称为寄生电容(parasitic capacitance)的电容。由水滴产生的寄生电容可以具有堪比于当驾驶员的手触摸方向盘时产生的电容之一的值，即相似的值。结果是，由于方向盘上的水滴引起的寄生电容被错误地解释为对方向盘的触摸。

因此，认为需要克服此类缺点。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于方向盘的装置或部件，该装置或部件允许避免或最小化对虚假接触的检测。

本发明的另一个目的是提供一种既设置有加热轨道又设置有传感器轨道的装置或部件，该装置或部件允许最小化或避免两个轨道之间的干扰，特别是引起虚假接触的干扰。

本发明通过一种用于检测使用者和交通工具的方向盘之间的接触并用于加热方向盘的装置实现此类目的和其他目的中的至少一个目的，这些目的和其他目的根据本说明书将是明显的，该装置包括：

-电绝缘支撑件；

-用于加热方向盘的第一轨道、用于检测接触的第二轨道、和用于避免对虚假接触的检测的第三轨道，

第一轨道、第二轨道和第三轨道是导电的、彼此不同的并布置在电绝缘支撑件的同一表面上；其中第三轨道布置在第一轨道和第二轨道之间。

根据一个方面，本发明还涉及一种交通工具的方向盘，该方向盘设置有至少一个根据权利要求1至8中的任一项所述的装置。

根据另一个方面，本发明还涉及一种操作根据权利要求1至8中的任一项所述的装置的方法，其中在用于加热所述加热轨道的供电期间，第三轨道屏蔽第二轨道，以便避免第一轨道和第二轨道之间的电容性耦合，并且可选地，其中第二轨道和第三轨道布置在相同的电势。

有利地，该装置可以应用于方向盘。该装置尤其可以紧固到方向盘并布置在方向盘的例如由皮革制成的外覆盖层的下面。

第一轨道、第二轨道和第三轨道也分别称为加热轨道、传感器轨道和屏蔽轨道。

由于第三轨道的存在及其相对于其他轨道的特定定位，本发明的装置有利地允许避免或最小化对由于干扰，特别是通常在加热轨道和传感器轨道之间的电容性耦合或电磁干扰而引起的虚假接触的检测。特别地，当加热轨道正在运行时，也可以避免或最小化虚假接触。

此外，加热轨道和传感器轨道有利地可以通过电子控制单元布置在相同的电势，并且三个轨道在绝缘支撑件的同一表面或同一面上的特定位置允许可能的水滴与传感器轨道和屏蔽轨道的接触或电容性耦合。因此，避免或最小化由于诸如湿度等环境因素而引起的虚假接触。假设设置了屏蔽轨道，则此类轨道和传感器轨道有利地可以以连续的方式布置在相同的电势，而无需中断。有利地，通过加热轨道进行的加热也可以以连续的方式执行。

此外，通过将三个轨道布置在绝缘支撑件的同一表面上，本发明的装置有利地特别薄，并且可以被容易地制造。

有利地，该装置还允许使用两个不同的电子控制单元，特别是一个用于加热轨道，以及一个用于传感器轨道和屏蔽轨道。

在任何情况下，可以设置单个电子控制单元，该单个电子控制单元适于控制三个轨道，即传感器轨道、加热轨道和屏蔽轨道。

根据对确定的非限制性实施例的详细描述，本发明的进一步特征和优点将更加明显。

从属权利要求描述了本发明的特定实施例。

附图说明

在本发明的描述中参考附图，这些附图以非限制性示例的方式提供，其中：

图1示出了根据本发明的装置的俯视平面图；

图2示出了图1的细节；

图3示出了图2的细节；

图4示出了交通工具的方向盘的设置有根据本发明的装置的一部分的透视图。

图中相同的参考标号标识相同的元件或部件。

具体实施方式

参考附图，描述了一种用于检测使用者和交通工具的方向盘9之间的接触并用于加热方向盘9的系统的装置100。

装置100包括：电绝缘支撑件10；用于加热方向盘9的加热轨道1(或第一轨道)、用于检测接触的传感器轨道2(或第二轨道)、和用于避免或最小化对虚假接触的检测的屏蔽轨道3(或第三轨道)。屏蔽轨道3尤其允许避免或最小化加热轨道1和传感器轨道2之间的干扰。此类干扰通常可以是例如电容性耦合或电磁干扰。

加热轨道1、传感器轨道2和屏蔽轨道3是导电的、彼此不同的并紧固到支撑件10。

三个轨道1、2、3被布置，尤其被紧固在绝缘支撑件10的同一表面上。更详细地，三个轨道1、2、3被彼此并排放置在绝缘层10的所述表面上。三个轨道1、2、3优选地被完全布置在绝缘支撑件10的所述表面上。三个轨道1、2、3优选地与绝缘支撑件10的所述表面是直接接触的。

屏蔽轨道3被布置在加热轨道1和传感器轨道2之间，即屏蔽轨道3在加热轨道1和传感器轨道2之间延伸。例如，所有或基本上所有，屏蔽轨道3(即整体或基本上整体地，沿其轴线在其长度的延伸)在加热轨道1和传感器轨道2之间延伸；从而，沿传感器轨道2的基本上所有寄生电容均被滤掉。屏蔽轨道3的端部部分可选地不在轨道1和轨道2之间延伸。

三个轨道1、2、3优选地以彼此平行或基本上平行的方式延伸在其长度上的延伸量的至少50％，例如在70％和100％之间。

加热轨道1和传感器轨道2之间的最小距离“d12”(图3)优选地在1.5毫米和4毫米之间，或在2.5毫米和4毫米之间。

屏蔽轨道3优选地与加热轨道1和传感器轨道2两者间隔开。特别地，屏蔽轨道3与加热轨道1或传感器轨道2不是直接接触的。

屏蔽轨道3和加热轨道1之间的最小距离“d31”(图3)优选地在0.1毫米和1.5毫米之间。

屏蔽轨道3和传感器轨道2之间的最小距离“d32”(图3)优选地在0.1毫米和1.5毫米之间。

屏蔽轨道3优选地与加热轨道1和传感器轨道2等距地间隔开或大约等距地间隔开。

加热轨道1的宽度w1(图3)优选地大于传感器轨道2的宽度w2和屏蔽轨道3的宽度w3。

加热轨道1的宽度w1优选地在0.5毫米和4毫米之间。

传感器轨道2的宽度w2优选地在0.5毫米和2毫米之间。

屏蔽轨道3的宽度w3优选地在0.5毫米和2毫米之间。

通常地，轨道的宽度是指平行于支撑件10的表面并垂直于轨道的轴线进行的测量。相反，轨道的厚度是指垂直于支撑件10的表面并垂直于轨道的轴线进行的测量。

特别地参考图2，三个轨道1、2、3可选地各自包括沿轴线X与相应的谷12’、22’、32’(或第一谷)交替设置的多个峰11’、21’、31’(或用于描述目的的第一峰)。轴线X是例如装置100的纵向轴线。峰也可以称为波峰，并且谷也可以称为波谷。

加热轨道1的每个峰11’优选地对应于传感器轨道2的相应峰21’和屏蔽轨道3的相应峰31’，并且对于谷12’、22’、32’也是类似的。

加热轨道1的峰11’、传感器轨道2的峰21’和屏蔽轨道3的峰31’优选地彼此对准。换句话说，优选的是，每个峰11’与相应峰21’和相应峰31’对准。谷12’、22’、32’优选地以类似的方式彼此对准。

传感器轨道2的峰21’之间的最小距离“d22”(图2)或间隙优选地在10毫米和18毫米之间。此类距离优选地平行于轴线X。所有峰21’优选地但非排他地以距离d22彼此间隔开。

峰11’的宽度用参考标记“a”(图2)指示。典型地，任何峰的宽度是在峰的上升伸展部311和下降伸展部312之间的尤其平行于轴线X的最小距离。

每个峰11’的宽度“a”优选地大于与其对准的相应峰31’的宽度，并且每个峰31’的宽度大于与其对准的相应峰21’的宽度。各宽度之间的此类关系尤其是在加热轨道1接近装置100的外围或外部轮廓时发生，而屏蔽轨道3和传感器轨道2相对于加热轨道1更向内。在这种情况下，屏蔽轨道3和传感器轨道2是在由加热轨道1限定的周界内。

可替代地，可以设置使传感器轨道2更向外，即接近装置的外围，而屏蔽轨道3和加热轨道1相对于传感器轨道2更向内。在这种情况下，传感器轨道2的每个峰21’相对于与其对准的屏蔽轨道3的峰31’具有更大的长度，并且每个峰31’相对于与其对准的加热轨道1的峰11’具有更大的宽度。

三个轨道1、2、3中的每个轨道优选地还包括沿轴线X与相应的谷12”、22”、32”(或第二谷)特别地交替设置的其他峰11”、21”、31”(用于描述目的，还称为第二峰)。

第一峰11’、21’、31’和第二峰11”、21”、31”优选地特别是在高度上，在彼此相反的方向上，特别是沿横向于轴线X(优选地正交于轴线X)的相应方向延伸。

第一峰11’、21’、31’和第二峰11”、21”、31”优选地彼此对准，并且第一谷12’、22’、32’与第二谷12”、22”、32”对准。

第二峰11”、21”、31”优选地具有与在针对第一峰11’、21’、31’描述的特征之中相同的特征和关系。

每个导电轨道1、2、3设置有两个相应端部部分13’、13”、23’、23”、33’、33”(图1)，其用于连接到电子控制单元。

传感器轨道2和屏蔽轨道3优选地但非排他地适于连接到同一电子控制单元，并且加热轨道1适于连接到另一个电子控制单元。

可替代地，三个轨道1、2、3可以连接到同一电子控制单元。

在任何情况下，优选的是，电子控制单元适于，特别地被配置成将传感器轨道2和屏蔽轨道3置于相同的电势。

装置100可以可选地包括如上所述连接到轨道1、2、3的所述一个电子控制单元或所述多个电子控制单元。

装置100是柔性的。特别地，装置100属于柔性电子器件的领域，并且也可以称为柔性电路或“柔性箔片(Flex Foil)”。

值得注意的是，图1中的装置100被图示为处于被支撑在支撑平面上的条件下。在这种情况下，三个轨道1、2、3基本上是同一平面。

由于装置100是柔性的，所以装置100也可以采取其他形状，例如诸如图4中所示的形状，其中装置100被布置在交通工具的方向盘9上。

值得注意的是，支撑件10仅通过示例的方式示出，应理解的是支撑件10还可以具有未示出的其他形状，特别是根据装置100意在布置在其上的方向盘9。此外，明显的是，仅通过示例的方式提供了轨道1、2、3的形状。

优选地，但非排他地，三个轨道1、2、3被结合在绝缘支撑件10中。例如，轨道1、2、3被布置在彼此紧固的绝缘支撑件10的两层之间，基本上形成夹层结构。

绝缘支撑件10的两层中的一层可以被布置在方向盘9的主体上。例如，支撑件10的一层可以被布置在方向盘的金属骨架上，或者被布置在方向盘的主体的另一层(例如方向盘的主体的由聚氨酯制成的一层或由热硬化塑料或热塑性塑料制成的另一元件)上。绝缘支撑件10的另一层可以覆盖有方向盘的例如由皮革制成的外覆盖层。

可替代地，轨道可以紧固到绝缘支撑件10的表面，例如外部面。

在任何情况下，优选的是，通常在装置100的三个轨道1、2、3上方设置方向盘的外覆盖层(例如由皮革制成)，由此驾驶员的一只手或两只手和传感器轨道2之间的接触是间接类型的接触，尤其是电容性耦合。

装置100优选地具有的总厚度在0.1毫米和1毫米之间，例如在0.1毫米和0.6毫米之间，或在0.3毫米和1毫米之间，或在0.3毫米和0.6毫米之间；例如，厚度等于约0.3毫米或等于约0.6毫米。

装置100的总厚度优选地远小于其最大长度和最大宽度。此类长度和宽度优选地基本上对应于绝缘支撑件10的最大长度和最大宽度。例如，装置100沿轴线X的长度可以是在900毫米和1200毫米之间，并且宽度可以是在80毫米和160毫米之间，或在80毫米和100毫米之间。装置100的尺寸可以在任何情况下根据其被设置为适于将装置100设置在其上的任何方向盘的尺寸进行选择。

用于制造绝缘支撑件10的材料优选地是聚合材料。仅通过非限制性示例，绝缘支撑件10可以包括可选地具有添加剂的硅树脂、PVC、PS、PP、PE、PC、ABS、PET、PA、PU、PUR、NBR、PTFE、EPDM等，或由可选地具有添加剂的硅树脂、PVC、PS、PP、PE、PC、ABS、PET、PA、PU、PUR、NBR、PTFE、EPDM等制成。绝缘支撑件优选地包括PVC或由PVC制成。

仅通过非限制性示例，每个导电轨道1、2、3可以包括铝、康铜(costantan)、铜、德国银(German silver)、钢、铬镍铁合金、黄铜等，或由其制成。导电轨道1、2、3优选地由铝制成。导电轨道优选地各自具有的厚度在10微米和200微米之间，例如在15微米和150微米之间。

仅通过非限制性示例，装置100可以通过蚀刻紧固到支撑件10的箔片，或通过交联硅树脂支撑件进行制造，在该硅树脂支撑件上布置了通过切割(例如激光切割)获得的一个或更多个前述导电轨道。

装置100，特别是支撑件10优选地是可延伸的，其是可塑性变形的和/或可弹性变形的，相对于静止构型(resting configuration)或初始构型变形高达约10％-20％。

图4示出了交通工具的方向盘9的设置有装置100的一部分。特别地，装置100紧固到方向盘9的表面。如已经提到的，覆盖装置100的外覆盖层(未示出)可以被设置在装置100上方。此类外覆盖层优选地由皮革制成。

通过示例的方式，装置100的操作方法提供了在供电以加热该加热轨道1期间，用屏蔽轨道3屏蔽传感器轨道2，以便避免加热轨道1和传感器轨道2之间的电容性耦合，并且可选地设置为将传感器轨道2和屏蔽轨道3置于相同的电势，特别地，也就是，通过出于此目的而被配置的电子控制单元执行前述操作。

值得注意的是，优选地，在本说明书中指示的值的区间的端值被包含在内。

本申请还涉及以下方面：

1)一种加热和检测装置，其用于检测使用者和交通工具的方向盘之间的接触并用于加热所述方向盘，所述装置包括：

电绝缘支撑件；

用于加热所述方向盘的第一轨道、用于检测所述接触的第二轨道和用于避免对所述使用者和所述方向盘之间的虚假接触的检测的第三轨道，

所述第一轨道、所述第二轨道和所述第三轨道是导电的、彼此不同的并布置在所述电绝缘支撑件的同一表面上；

其中所述第三轨道布置在所述第一轨道和所述第二轨道之间。

2)根据1)所述的装置，其中，所述第一轨道和所述第二轨道之间的最小距离在1.5毫米和4毫米之间。

3)根据1)或2)所述的装置，其中，所述第三轨道和所述第一轨道之间的最小距离在0.1毫米和1.5毫米之间。

4)根据前述中的任一项所述的装置，其中，所述第三轨道和所述第二轨道之间的最小距离在0.1毫米和1.5毫米之间。

5)根据前述中的任一项所述的装置，其中，所述第二轨道包括与多个第一谷交替设置的多个第一峰，并且优选地，其中所述第一峰之间的最小距离在10毫米和18毫米之间。

6)根据5)所述的装置，其中，所述第一轨道和所述第三轨道各自包括与多个第一谷交替设置的多个第一峰，并且优选地，其中所述第一轨道的所述第一峰、所述第二轨道的所述第一峰和所述第三轨道的所述第一峰彼此对准。

7)根据6)所述的装置，其中，所述第一轨道、所述第二轨道和所述第三轨道各自包括沿所述轴线与多个第二谷交替设置的多个第二峰；优选地，其中所述第一轨道的所述第二峰、所述第二轨道的所述第二峰和所述第三轨道的所述第二峰彼此对准，并且优选地，其中所述第一峰和所述第二峰在相反的方向上延伸。

8)根据前述中的任一项所述的装置，其中，设置了电子控制单元，所述电子控制单元至少连接到所述第二轨道和所述第三轨道，所述电子控制单元被配置成调整所述第二轨道的电势和所述第三轨道的电势。

9)一种交通工具的方向盘，其设置有至少一个根据前述中的任一项所述的装置。

10)一种操作根据1)至8)中的任一项所述的装置的方法，其中，在用于加热所述加热轨道的供电期间，所述第三轨道屏蔽所述第二轨道，以便避免所述第一轨道和所述第二轨道之间的电容性耦合，并且可选地，其中所述第二轨道和所述第三轨道布置在相同的电势。

Claims (26)

1.一种加热和检测装置(100)，其用于检测使用者和交通工具的方向盘(9)之间的接触并用于加热所述方向盘(9)，所述装置包括：

电绝缘支撑件(10)；

用于加热所述方向盘(9)的第一轨道(1)、用于检测所述接触的第二轨道(2)和用于避免对所述使用者和所述方向盘(9)之间的虚假接触的检测的第三轨道(3)，

所述第一轨道(1)、所述第二轨道(2)和所述第三轨道(3)是导电的、彼此不同的并布置在所述电绝缘支撑件(10)的同一表面上；

其中所述第三轨道(3)布置在所述第一轨道(1)和所述第二轨道(2)之间。

2.根据权利要求1所述的装置(100)，其中，所述第一轨道(1)和所述第二轨道(2)之间的最小距离(d12)在1.5毫米和4毫米之间。

3.根据权利要求1所述的装置(100)，其中，所述第三轨道(3)和所述第一轨道(1)之间的最小距离(d31)在0.1毫米和1.5毫米之间。

4.根据权利要求2所述的装置(100)，其中，所述第三轨道(3)和所述第一轨道(1)之间的最小距离(d31)在0.1毫米和1.5毫米之间。

5.根据权利要求1所述的装置(100)，其中，所述第三轨道(3)和所述第二轨道(2)之间的最小距离(d32)在0.1毫米和1.5毫米之间。

6.根据权利要求2所述的装置(100)，其中，所述第三轨道(3)和所述第二轨道(2)之间的最小距离(d32)在0.1毫米和1.5毫米之间。

7.根据权利要求3所述的装置(100)，其中，所述第三轨道(3)和所述第二轨道(2)之间的最小距离(d32)在0.1毫米和1.5毫米之间。

8.根据权利要求4所述的装置(100)，其中，所述第三轨道(3)和所述第二轨道(2)之间的最小距离(d32)在0.1毫米和1.5毫米之间。

9.根据权利要求1-8中的任一项所述的装置(100)，其中，所述第二轨道(2)包括与多个第一谷(22’)交替设置的多个第一峰(21’)。

10.根据权利要求9所述的装置(100)，其中，所述第一峰(21’)之间的最小距离(d22)在10毫米和18毫米之间。

11.根据权利要求9所述的装置(100)，其中，所述第一轨道(1)和所述第三轨道(3)各自包括与多个第一谷(12’、32’)交替设置的多个第一峰(11’、31’)。

12.根据权利要求10所述的装置(100)，其中，所述第一轨道(1)和所述第三轨道(3)各自包括与多个第一谷(12’、32’)交替设置的多个第一峰(11’、31’)。

13.根据权利要求11或12所述的装置(100)，其中，所述第一轨道(1)的所述第一峰(11’)、所述第二轨道(2)的所述第一峰(21’)和所述第三轨道(3)的所述第一峰(31’)彼此对准。

14.根据权利要求11或12所述的装置(100)，其中，所述第一轨道(1)、所述第二轨道(2)和所述第三轨道(3)各自包括沿轴线(X)与多个第二谷(12”、22”、32”)交替设置的多个第二峰(11”、21”、31”)。

15.根据权利要求13所述的装置(100)，其中，所述第一轨道(1)、所述第二轨道(2)和所述第三轨道(3)各自包括沿轴线(X)与多个第二谷(12”、22”、32”)交替设置的多个第二峰(11”、21”、31”)。

16.根据权利要求14所述的装置(100)，其中，所述第一轨道(1)的所述第二峰(11”)、所述第二轨道(2)的所述第二峰(21”)和所述第三轨道(3)的所述第二峰(31”)彼此对准。

17.根据权利要求15所述的装置(100)，其中，所述第一轨道(1)的所述第二峰(11”)、所述第二轨道(2)的所述第二峰(21”)和所述第三轨道(3)的所述第二峰(31”)彼此对准。

18.根据权利要求16或17所述的装置(100)，其中，所述第一峰(11’、21’、31’)和所述第二峰(11”、21”、31”)在相反的方向上延伸。

19.根据权利要求1-8、10-12和15-17中的任一项所述的装置(100)，其中，设置了电子控制单元，所述电子控制单元至少连接到所述第二轨道(2)和所述第三轨道(3)，所述电子控制单元被配置成调整所述第二轨道(2)的电势和所述第三轨道(3)的电势。

20.根据权利要求9所述的装置(100)，其中，设置了电子控制单元，所述电子控制单元至少连接到所述第二轨道(2)和所述第三轨道(3)，所述电子控制单元被配置成调整所述第二轨道(2)的电势和所述第三轨道(3)的电势。

21.根据权利要求13所述的装置(100)，其中，设置了电子控制单元，所述电子控制单元至少连接到所述第二轨道(2)和所述第三轨道(3)，所述电子控制单元被配置成调整所述第二轨道(2)的电势和所述第三轨道(3)的电势。

22.根据权利要求14所述的装置(100)，其中，设置了电子控制单元，所述电子控制单元至少连接到所述第二轨道(2)和所述第三轨道(3)，所述电子控制单元被配置成调整所述第二轨道(2)的电势和所述第三轨道(3)的电势。

23.根据权利要求18所述的装置(100)，其中，设置了电子控制单元，所述电子控制单元至少连接到所述第二轨道(2)和所述第三轨道(3)，所述电子控制单元被配置成调整所述第二轨道(2)的电势和所述第三轨道(3)的电势。

24.一种交通工具的方向盘(9)，其设置有至少一个根据前述权利要求中的任一项所述的装置(100)。

25.一种操作根据权利要求1至23中的任一项所述的装置(100)的方法，其中，在用于加热所述第一轨道(1)的供电期间，所述第三轨道(3)屏蔽所述第二轨道(2)，以便避免所述第一轨道(1)和所述第二轨道(2)之间的电容性耦合。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述第二轨道(2)和所述第三轨道(3)布置在相同的电势。