CN113677567A - 具有选择性加载和耦合测量模式的电容式传感器设备 - Google Patents

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Abstract

一种电容式测量电路(34)，其用于确定包括多个导电天线电极(12、14、16)的电容式感测设备(10)中的复电流，该电容式测量电路包括测量信号电压源(36)、远程可控的切换单元(42)和电流测量电路(40)。远程可控的切换单元(42)包括多个端口(44‑52)和多个切换构件，所述多个切换构件被配置为可操作地和选择性地提供选定端口(44‑52)之间的电连接。测量信号电压源(36)和电流测量电路(40)可操作地连接到所述端口(44‑52)中的不同端口(44、46)。每个天线电极(12、14、16)可单独连接到切换单元(42)的不同端口(48、50、52)。通过被控制，切换单元(42)被配置为在同一测量周期内选择性地一次一个地将天线电极中的每一个(12)或同时将天线电极中的至少两个(12、14)连接到电压输出端口(38)和电流测量电路(40)，以进行加载模式操作。通过被控制，切换单元(42)还被配置为在同一测量周期内且在另一时间点选择性地将天线电极(12、14、16)中的至少一个(12)连接到电压输出端口(38)，并将天线电极(12、14、16)中的至少一个其他的天线电极(14)连接到电流测量电路(40)，以进行耦合模式操作。

Description

具有选择性加载和耦合测量模式的电容式传感器设备
技术领域
本发明涉及一种用于确定电容式感测设备中的复电流(complex electriccurrent)的电容式测量电路、具有这种电容式测量电路的电容式感测设备以及操作这种电容式感测设备的方法。
背景技术
电容式传感器和采用电容式传感器的电容式测量和/或检测设备具有广泛的应用，其中尤其是用于检测天线电极附近的导电体或导电体部分的存在和/或位置。如本文所用，术语“电容式传感器”表示响应于所感测的事务(人、人的身体的一部分、宠物、物体等)对电场的影响而生成信号的传感器。电容式传感器通常包括至少一个天线电极，当传感器进行操作时，该天线电极被施加振荡电信号并且因此将电场发射到靠近天线电极的空间区域中。该传感器包括至少一个感测电极——其可以与发射天线电极相同或不同——在该感测电极处检测物体或生物对电场的影响。
在机动车辆传感器应用领域中，已知在车辆座椅乘员感测系统中采用电容式传感器，以向自动驾驶员辅助系统(ADAS)提供输入，例如用于安全带提醒(SBR)系统或辅助约束系统(ARS)的启动控制的目的。感测信号可作为ADAS做决策的基础，例如决定是否将安全气囊系统展开到特定车辆座椅。
已经提出了多种多样的电容式乘员感测系统，例如用于控制一个或多个安全气囊(诸如驾驶员安全气囊、乘客安全气囊和/或侧面安全气囊)的展开。Jinno等人的US 6,161,070涉及一种乘客检测系统，该系统包括安装在汽车中乘客座椅表面上的单个天线电极。振荡器向天线电极施加振荡电压信号，从而在天线电极周围产生微小电场。Jinno提出基于流向天线电极的电流的幅值和相位来检测座椅上是否存在乘客。
在一些(所谓的“加载模式(loading mode)”)电容式传感器中，该至少一个天线电极同时用作感测电极。在这种情况下，测量电路响应于施加到该至少一个天线电极的振荡电压来确定流入该至少一个天线电极的电流。电压与电流的关系产生该至少一个天线电极与地电位之间的复阻抗(complex impedance)。在电容式传感器的替代版本(“耦合模式(coupling mode)”电容式传感器)中，发射天线电极和感测电极彼此分开。在这种情况下，当至少一个发射天线电极被操作时，测量电路确定感测电极中感应的电流或电压。
例如，在J.R.Smith等人发表于IEEE Computer Graphics and Applications,18(3):54-60,1998的标题为“Electric Field Sensing for Graphical Interfaces”的技术论文中解释了不同的电容式感测机制，该技术论文的全部内容以引用方式并入本文，对允许以引用方式并入的司法管辖区有效。
该论文描述了用于进行非接触式三维位置测量，并且更具体地用于感测人手的位置以便为计算机提供三维位置输入的电场感测的概念。在电容式感测的一般概念中，作者区分了他称之为“加载模式”、“分流模式”和“发射模式”的不同机制，这些模式对应于各种可能的电流路径。在“加载模式”中，将振荡电压信号施加到发射电极，该发射电极建立对地的振荡电场。将被感测的物体会改变发射电极和地之间的电容。在“分流模式”(替代地称为“耦合模式”)中，将振荡电压信号施加到发射电极，从而为接收电极建立电场，并测量接收电极感应的位移电流。测量的位移电流取决于被感测的身体。在“发射模式”中，发射电极被放置为与用户的身体接触，然后通过直接电连接或电容式耦合相对于接收器成为发射器。
电容式耦合强度可以例如通过向天线电极施加交流电压信号并通过测量从该天线电极流向地面(在加载模式下)或流入第二天线电极(在耦合模式下)的电流来确定。该电流可由跨阻放大器(TIA)测量，该跨阻放大器连接到感测电极并且将流入感测电极的电流转换成与该电流成比例的电压。
一些电容式传感器被设计为具有单个感测电极的仅用于感测的电容式传感器。此外，经常使用包括近距离布置并且彼此相互电绝缘的感测电极和所谓的“保护电极”的电容式传感器。这种“保护”技术在本领域中是众所周知的，并且经常用于有意掩蔽并因此塑造电容式传感器的灵敏度范围。为此，保护电极保持与感测电极相同的交流电位。结果，感测电极和保护电极之间的空间没有电场，并且保护-感测电容式传感器在感测电极和保护电极之间的方向上不灵敏。
作为示例，专利文件US 8,354,936 B2描述了一种用于车辆的电容式乘客检测器。电容式乘客检测器包括主电极、子电极和保护电极。主电极和子电极彼此隔开，并设置在车辆的座椅中。保护电极设置在主电极与车身之间，并与主电极隔开。灵敏特性测量单元被配置为选择性地或全部地向主电极、子电极和保护电极施加交流电压信号，以及分别将主电极、子电极和保护电极中生成的电流转换为电压。电容式乘客检测器还包括控制器，当主电极的电压和保护电极的电压具有相同的电位时，控制器将流过保护电极的电流定义为参考电流。当主电极的电压高于保护电极的电压时，控制器将流过保护电极的电流的电流流动方向定义为负方向。当主电极的电压低于保护电极的电压时，控制器将流过保护电极的电流的电流流动方向定义为正方向。控制器基于流过保护电极的电流来校正主电极的电压，使得主电极的校正电压被设置为乘客确定数据。即使当主电极和保护电极之间生成电位差时，控制器也能正确检测乘客的电容。
在机动车辆应用中使用电容式传感器的另一个示例是所谓的脱手检测(HoD)系统，其中一个或多个传感器提供关于驾驶员是否把他的手放在车辆方向盘上的信息。该信息可以传输到ADAS(诸如自适应巡航控制(ACC))，ADAS可以基于提供的传感器信号向驾驶员报警并提醒他或她再次控制方向盘。特别地，这种HoD系统可用于支持满足维也纳公约的要求，即驾驶员必须始终保持对车辆的控制。HoD系统也可以用在停车辅助系统或ADAS中，该系统被配置为以较高速度评估驾驶员活动。
当今集成在车辆方向盘中的电容式传感器设备通常包括独立的电容式传感器，它们被配置为检测方向盘的预定义区域附近的驾驶员的手。电容式传感器可以位于方向盘表面上，以用于检测方向盘处、方向盘上和/或方向盘周围的驾驶员的手，并为检测结果分配方向盘握持位置分类(诸如“无手触摸”、“手触摸”或“手抓握”)。
图1中示出了具有两个独立电容式传感器的常规电容式感测设备的示例。两个电容式传感器的检测区域由两个圆环指示，为了清楚起见，在图1中它们被示出为彼此偏移。
在图1的左下部分，示出了其中驾驶员的手抓握车辆方向盘轮缘的方向盘握持位置。在图1的右下部分，示出了其中驾驶员的每只手分别触摸车辆方向盘的前表面和后表面的方向盘握持位置。通过所描述的常规电容式感测设备，无法区分这两种车辆方向盘握持位置。
即使电容式感测设备中的电容式传感器的数量增加，也可能会出现这种模糊性。
图2示意性地示出了具有三个独立电容式传感器的常规电容式感测设备的检测区域。一个区域位于方向盘轮缘的后表面，另外两个区域由圆环的两个独立的半部分形成。
在图2的左下部分，示出了其中驾驶员的每只手都在另一侧抓握车辆方向盘轮缘的方向盘握持位置(场景“A”)。在图2的右下部分，示出了如下方向盘握持位置(场景“B”)，其中，分别地，驾驶员的一只手触摸车辆方向盘，驾驶员的另一只手抓握车辆方向盘轮缘。再次，通过所描述的常规电容式感测设备，无法区分这两种车辆方向盘握持位置。
发明内容
本发明的目的
因此，本发明的目的是提供一种具有用于区分不同场景的改进能力的电容式感测设备。更具体地，期望提供一种能够区分尽可能多的方向盘握持位置的电容式感测设备。
本发明的一般描述
在本发明的一个方面，该目的通过一种用于确定包括多个导电天线电极的电容式感测设备中的复电流的电容式测量电路来实现。
该电容式测量电路包括测量信号电压源、远程可控的切换单元和电流测量电路。
该测量信号电压源被配置为在电压输出端口处提供交流测量电压。该远程可控的切换单元包括多个端口和多个切换构件，它们被配置为可操作地和选择性地提供选定端口之间的电连接。该电流测量电路可操作地连接到切换单元的端口中的一个。
该电压输出端口可操作地连接到切换单元的另一个端口。该多个导电天线电极中的每个天线电极可单独连接到切换单元的不同端口。
通过被控制，该切换单元被配置为在同一测量周期(measurement cycle)内选择性地：
-一次一个地将天线电极连接到，或者
-同时将天线电极中的至少两个连接到，
电压输出端口和电流测量电路。
通过被控制，该切换单元还被配置为在同一测量周期内并且在另一时间点选择性地将天线电极中的至少一个连接到电压输出端口，并将天线电极中的至少一个其他天线电极连接到电流测量电路。
在本申请中使用的短语“被配置为”应特别理解为被特定地编程、布局、供应或布置。
以这种方式，该切换单元被配置为提供以加载模式操作天线电极或至少两个天线电极所需的电连接。切换单元还被配置为提供以耦合模式操作至少一个天线电极和至少一个其他天线电极所需的电连接。在这种情况下，该至少一个天线电极作为发射天线电极连接到电压输出端口，而作为接收天线电极的该至少一个其他天线电极连接到电流测量电路。
换句话说，所提出的电容式测量电路使得能够在同一测量周期内以加载模式操作单个天线电极或包括至少两个电连接的天线电极的一组天线电极，并且进一步地，使得能够在另一时间点以耦合模式操作不同的天线电极或两组不同的天线电极，每组天线电极包括至少两个电连接的天线电极。
通过在一个时间点以加载模式单独地或以电连接组的形式操作天线电极，并且在另一时间点以耦合模式单独操作两个天线电极或操作单独的天线电极和至少一组连接的天线电极，可以提供足够的信息，该信息使得能够区分当用具有常规电容式测量电路的电容式感测设备进行感测时可能导致模糊性的大量潜在场景。
在本发明的另一方面，提供了一种电容式感测设备。该电容式感测设备包括多个导电天线电极和如本文所公开的电容式测量电路。该多个导电天线电极中的每个天线电极单独连接到切换单元的不同端口。
该电容式感测设备还包括信号处理单元，其被配置为接收并进一步处理来自电流测量电路的输出信号。
此外，该电容式感测设备包括电子控制单元。该电子控制单元至少被配置为：
-自动控制该切换单元，以及
-评估在测量周期期间从信号处理单元接收到的处理后的信号。
结合电容式测量电路描述的优点完全适用于所提出的电容式感测设备。
所公开的电容式测量电路和电容式感测设备尤其可有利地用于汽车应用领域。本专利申请中使用的术语“汽车”应特别理解为适用于包括乘用车、卡车、半挂卡车和公共汽车的车辆。
在电容式感测设备的优选实施例中，电子控制单元由微控制器形成，该微控制器包括数字数据内存单元、具有对数字数据内存单元的数据访问的处理器单元和控制接口。如今，这种配备的微控制器可以多种形式以经济的价格在市场上买到。以此方式，能够实现采用本文公开的电容式测量电路的电容式感测设备的自动操作。
通常，微控制器可以包括微控制器系统时钟，其用于在电容式感测设备的自动操作期间精确定时。
优选地，控制接口被设计为CAN(控制器局域网)接口，其具有与现有汽车标准兼容的优点。
在电容式感测系统的优选实施例中，远程可控的切换单元被配置为由形成电子控制单元的一部分的切换远程控制单元控制。以这种方式，可以实现较短的电气切换路径，其较不易受到电磁干扰。
优选地，信号处理单元或电子控制单元被配置为通过与至少两个预定条件进行比较来评估存储的输出信号，并且基于对所述至少两个预定条件的满足来生成指示当前场景的分类信号。
同样优选地，所述至少两个预定条件中的一个是指在以加载模式单独操作天线电极中的一个或操作电连接的一组天线电极期间从信号处理单元接收到的信号，而所述至少两个预定条件中的另一个是指在以耦合模式单独操作两个天线电极或操作单独的天线电极和至少一组连接的天线电极期间从信号处理单元接收到的信号。组合满足所述至少两个预定条件可以使得能够区分当用具有常规电容式测量电路的电容式感测设备进行感测时可能导致模糊性的大量潜在场景。
在电容式感测设备的优选实施例中，电子控制单元被配置为控制切换单元进入构成测量周期的多个不同的切换状态。在此，该切换状态中的至少一个被配置为以加载模式一次操作天线电极中的一个或同时操作一组天线电极。该切换状态中的至少另一个被配置为以耦合模式操作至少两个不同的天线电极或至少两组不同的天线电极，其中每组天线电极包括至少两个电连接的天线电极。以这种方式，可以很容易地实现所提出的电容式感测设备的自动化操作。
优选地，电子控制单元被配置为周期性地控制切换单元进入构成测量周期的多个不同的切换状态。可以容易地调整周期性时间以满足关于电容式感测设备的动态行为的任何要求。
在电容式感测设备的优选实施例中，所述多个天线电极中的天线电极被布置在至少两层中，并且所述层在对齐以穿透层的方向上以间隔方式设置。该实施例特别适用于具有复杂几何形状的应用(诸如车辆方向盘)。优选地，该方向垂直于所述层对齐。
在本发明的另一方面中，提出了一种具有电容式脱手检测的车辆方向盘。该车辆方向盘包括如本文所公开的电容式感测设备。以这种方式，可以提供具有电容式脱手检测的车辆方向盘，其能够以很少的模糊性或几乎没有模糊性的方式区分各种各样的方向盘握持位置。
在本发明的又一方面，提供了一种操作本文公开的电容式感测设备的方法。该方法至少包括以下构成测量周期的步骤：
-选择多个天线电极中的一个天线电极或多个天线电极中的一组天线电极，其中每组天线电极包括至少两个电连接的天线电极，
-控制切换单元选择性地仅将选定的一个天线电极或选定的一组天线电极连接到电压输出端口和电流测量电路，
-通过电流测量电路，响应于测量电压，测量流过选定的一个天线电极或选定的一组天线电极的复电流，
-接收并进一步处理来自电流测量电路的代表测量的复电流的输出信号，
-存储处理后的输出信号，
-对多个天线电极中的大多数天线电极重复前述步骤，
-选择所述大多数天线电极中的两个不同的天线电极或两组不同的天线电极，
-控制切换单元选择性地将选定的两个不同的天线电极或两组不同的天线电极中的一个或一组连接到电压输出端口，并将选定的两个不同的天线电极或两组不同的天线电极中的另一个或另一组连接到电流测量电路,
-通过电流测量电路，响应于测量电压，测量流过连接到电流测量电路的所述天线电极或所述一组天线电极的复电流，
-接收并进一步处理来自电流测量电路的代表测量的复电流的输出信号，
-存储处理后的输出信号，
-选择所述大多数天线电极中的两个其他的不同天线电极或两组其他的不同天线电极，
-对所述大多数天线电极中的所有天线电极重复关于两个选定的不同天线电极或两组选定的不同天线电极的步骤，
-检索存储的输出信号，
-通过与至少两个预定条件进行比较来评估存储的输出信号，以及
-基于对所述至少两个预定条件的满足来生成指示当前场景的分类信号。
再次优选地，所述至少两个预定条件中的一个是指在以加载模式单独操作天线电极中的一个或操作电连接的一组天线电极期间从信号处理单元接收到的信号，而所述至少两个预定条件中的另一个是指在以耦合模式单独操作两个天线电极或操作单独的天线电极和至少一组连接的天线电极期间从信号处理单元接收到的信号。组合满足所述至少两个预定条件可以使得能够区分当用具有常规电容式测量电路的电容式感测设备进行感测时可能导致模糊性的大量潜在场景。
在本发明的又一方面，提供了一种用于控制本文公开的方法的实施例的步骤的自动执行的软件模块。
要进行的方法步骤被转换成该软件模块的程序代码，其中该程序代码可在电容式感测设备或单独的电子控制单元的数字内存单元中实现并且可由电容式感测设备或单独的电子控制单元的处理器单元执行。优选地，数字内存单元和/或处理器单元可以是电容式感测设备的电子控制单元的数字内存单元和/或处理单元。替代地或补充地，处理器单元可以是被特别分配用于执行方法步骤中的至少一些的另一个处理器单元。
该软件模块能够实现方法的稳健且可靠的执行，并且可以允许方法步骤的快速修改。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得到阐明。
应当指出，在前面的描述中单独详述的特征和措施可以以任何技术上有意义的方式彼此组合并示出本发明的进一步的实施例。该描述特别结合附图来表征和具体化本发明。
附图说明
本发明的进一步细节和优点将从以下参考附图的非限制性实施例的详细描述中变得显而易见，其中:
图1示意性地示出了具有两个独立的电容式传感器的常规脱手检测电容式感测设备的检测区域和两个不可区分的车辆方向盘握持位置，
图2示意性地示出了具有三个独立的电容式传感器的常规脱手检测电容式感测设备的检测区域和两个不可区分的车辆方向盘握持位置，
图3示意性地示出了具有电容式脱手检测的车辆方向盘，其包括具有根据本发明的电容式测量电路的电容式感测设备，以及
图4a和图4b示出了操作根据图3的电容式感测设备的方法的流程图。
具体实施方式
图3示意性地示出了具有电容式脱手检测(HoD)的车辆方向盘54，其包括具有根据本发明的电容式测量电路34的电容式感测设备10。该车辆形成为乘用车。车辆方向盘54包括连接到外轮缘58的三个辐条56。电容式感测设备10包括多个(三个)导电天线电极12、14、16。
多个(三个)天线电极12、14、16中的第一天线电极12被设计为圆环(虚线)并且沿车辆方向盘54的外轮缘58的后表面周向布置。多个(三个)天线电极12、14、16中的第二天线电极14和第三天线电极16被设计为圆形半环。第二天线电极14(阴影区域)周向布置在方向盘54的外轮缘58的前表面的左手侧。第三天线电极16(阴影区域)周向布置在方向盘54的外轮缘58的前表面的右手侧。以这种方式，天线电极12、14、16布置在两层中。所述层在垂直于层的方向上以间隔方式设置。
在此注意，术语“第一”、“第二”等在本申请中仅用于区分目的，并不意味着以任何方式指示或预期顺序或优先级。
天线电极12、14、16可以形成为附接在柔性膜载体上的印刷金属电极，如本领域公知的那样。除了电容式测量电路34有意提供的电连接之外，天线电极12、14、16彼此相互电隔离。
车辆方向盘54包括皮革装饰，其覆盖外轮缘58的大部分并且隐藏和保护天线电极12、14、16免受外部影响。三个天线电极12、14、16覆盖车辆方向盘54的外轮缘58的外表面的大部分。
电容式感测设备10包括用于确定复电流的电容式测量电路34。电容式测量电路34包括测量信号电压源36，其被配置为在电压输出端口38处提供交流测量电压。电容式测量电路34还包括电流测量电路40，该电流测量电路40包括电流测量装置。
电流测量装置可以包括一个或多个跨阻放大器(TIA)，其功能是将复电流转换成与所确定的电流成比例的输出电压。电流测量装置可以替代地包括与具有先验已知值的阻抗并联连接的模数转换器。原则上，可以采用对本领域技术人员来说显得合适的任何其他电流测量装置。
电容式测量电路34被配置为根据所确定的复电流和所提供的交流测量电压来确定未知电容的复阻抗。未知复阻抗表示物体相对于天线电极12、14、16中的一个的位置。
在该特定实施例中，交流测量信号形成为周期性电测量电压(即正弦测量电压)。周期性电测量电压可以例如具有50kHz至10MHz范围内的基频。在其他可能的实施例中，交流测量信号发生器可以被配置为生成具有不同信号形状(诸如方波)和/或处于不同基频的交流电测量信号。
此外，电容式测量电路34包括远程可控的切换单元42。切换单元42包括多个端口44-52和多个切换构件，这些切换构件被配置为可操作地和选择性地提供选定端口44-52之间的电连接。
切换单元42的切换构件例如可以被设计为诸如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的半导体开关。也可以使用对本领域技术人员来说显得合适的任何其他切换构件。
测量信号电压源36的电压输出端口38电连接到切换单元42的多个端口44-52中的一个端口44。电流测量电路40可操作地连接到切换单元42的多个端口44-52中的另一个端口46。多个(三个)导电天线电极12、14、16中的每个天线电极12、14、16单独连接到切换单元42的另一个不同的端口48、50、52。
通过被控制，切换单元42被配置为在同一测量周期内选择性地一次一个地将天线电极12、14、16，或同时将天线电极12、14、16中的两个，连接到电压输出端口38和电流测量电路40。在同一测量周期的另一时间点，切换单元42被配置为通过被控制而选择性地将天线电极12、14、16中的至少一个连接到电压输出端口38，并将一个其他的天线电极12、14、16连接到电流测量电路40。
此外，电容式感测设备10包括信号处理单元18，其被配置为接收并进一步处理来自电流测量电路40的输出信号。
电容式感测设备10还包括电子控制单元20。电子控制单元20由微控制器形成，该微控制器包括数字数据内存单元24、具有对数字数据内存单元24的数据访问的处理器单元22和控制接口26。电容式感测设备10包括作为微处理器的组成部分的切换远程控制单元28。控制接口26可以被设计为CAN(控制器局域网)接口。
电子控制单元20连接到信号处理单元18，以接收表示已由电容式测量电路34确定的复阻抗的数据信号。电子控制单元20还被配置为经由切换远程控制单元28来自动控制切换单元42，并且用于评估在测量周期期间从信号处理单元18接收的处理后的信号。适当的控制/数据线30被建立。
电容式测量电路34和电子控制单元20远离车辆方向盘54地安装在车辆中。电子控制单元20与车辆的ADAS 60数据链接。
在下文中，将参考图3以及图4a和图4b描述操作根据图3的电容式感测设备10的方法的实施例，图4a和图4b中提供了该方法的流程图。在准备操作电容式感测设备10时，应当理解，所有涉及的单元和设备都处于操作状态并且被配置为如图3所示。
为了能够自动且周期性地执行该方法，电子控制单元20包括软件模块32(图3)。要进行的方法步骤被转换为软件模块32的程序代码。该程序代码在电子控制单元20的数字数据内存单元24中实现并且可由电子控制单元20的处理器单元22执行。替代地，软件模块32也可以驻留在车辆的另一个控制单元中并且可由其执行，并且电子控制单元20和车辆控制单元之间建立的数据通信装置将用于实现相互数据传输。
以下步骤构成测量周期。电子控制单元20被配置为以周期性方式控制测量周期的自动重复。
在该方法的第一步骤70中，选择多个天线电极12、14、16中的一个天线电极12。在另一步骤72中，切换单元42被控制以选择性地仅将选定的天线电极12连接到电压输出端口38和电流测量电路40，以用于选定天线电极12的加载模式操作。为此，在另一步骤74中，响应于测量电压，由电流测量电路40测量流过选定天线电极12的复电流。然后，在下一步骤76中，来自电流测量电路40的代表测量的复电流的输出信号被信号处理单元18接收并进一步处理。在随后的步骤78中，处理后的输出信号被存储在电子控制单元20的数字数据内存单元24中。
对多个天线电极12、14、16中的其他天线电极14、16重复前述步骤70-78，使得所有三个天线电极12、14、16都被以加载模式单独操作。
在该方法的进一步的步骤80中，选择由所有天线电极12、14、16给出的大多数天线电极12、14、16中的两个不同的天线电极12、14。例如，可以选择第一天线电极12和第二天线电极16。在具有更多数量的天线电极的其他实施例中，可以选择所述大多数天线电极中的两组不同的天线电极，其中每组天线电极包括至少两个电连接的天线电极。然后在下一步骤82中，切换单元42被控制以选择性地将选定的两个不同的天线电极12、14中的一个天线电极12连接到电压输出端口38，并且将选定的两个不同的天线电极12、14中的另一个天线电极14连接到电流测量电路40，以用于选定天线电极12、14的耦合模式操作。为此，在另一步骤84中，响应于测量电压，通过电流测量电路40测量流过连接到电流测量电路40的选定天线电极14的复电流。然后，在下一步骤86中，来自电流测量电路40的表示测量的复电流的输出信号被信号处理单元18接收并进一步处理。在随后的步骤88中，处理后的输出信号被存储在电子控制单元20的数字数据内存单元24中。
然后，从选择两个其他的不同天线电极12、16的步骤开始，对大多数天线电极12、14、16中的两个其他的不同天线电极12、16重复步骤80-88。例如，可以选择第一天线电极12和第三天线电极16。然后对大多数天线电极12、14、16中的所有天线电极12、14、16重复关于两个选定的不同天线电极的步骤80-88。
在该方法的进一步的步骤90中，从数字数据内存单元24中检索存储的输出信号。然后，在另一步骤92中，通过将存储的输出信号与两个预定条件进行比较来评估它们。例如，第一预定条件可以表示为存储的输出信号的幅值超过第一预定阈值的关系。进一步地，第二预定条件可以表示为存储的输出信号的幅值超过第二预定阈值的关系。
基于对两个预定条件的满足，在进一步的步骤92中，由电子控制单元20生成指示当前场景的分类信号。
参考图2，通过应用根据本发明的操作电容式感测设备的方法，可以预期以下结果：
Figure BDA0003298745690000131
从上表显而易见，通过选择合适的第一预定阈值和合适的第二预定阈值，场景“A”和场景“B”(被描述为对于常规电容式感测设备而言是无法区分的)可以通过操作根据本发明的电容式感测设备10和电容式测量电路34来区分。
同样被考虑的测量周期的其他可能实施例可以包括不同数量的天线电极的加载模式和耦合模式操作的顺序或数量的变化。
虽然已经在附图和前面的描述中详细示出和描述了本发明，但是这样的图示和描述被认为是说明性的或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
本领域技术人员在实践要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，可以理解和实现将要公开的实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除复数，其意在表达至少两个的数量。仅仅在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的事实并不表示这些措施的组合无法有利地使用。权利要求中的任何参考符号不应被解释为限制范围。
参考标记列表
10 电容式感测设备
12 天线电极
14 天线电极
16 天线电极
18 信号处理单元
20 电子控制单元
22 处理器单元
24 数字数据内存单元
26 控制接口
28 切换远程控制单元
30 控制线
32 软件模块
34 电容式测量电路
36 测量信号电压源
38 电压输出端口
40 电流测量电路
42 远程可控的切换单元44 端口
46 端口
48 端口
50 端口
52 端口
54 车辆方向盘
56 辐条
58 外轮缘
60ADAS
“A” 场景
“B” 场景
方法步骤：
70 选择天线电极
72 仅连接选定的天线电极以用于加载模式操作
74 测量通过选定的天线电极的复电流
76 接收并处理复电流信号
78 存储处理后的信号
80 选择两个不同的天线电极
82 连接天线电极以用于耦合模式操作
84 测量通过连接到电流测量电路的天线电极的复电流
86 接收并处理复电流信号
88 存储处理后的信号
90 检索存储的信号
92 通过与条件进行比较来评估存储的信号
94 基于对条件的满足来生成分类信号

Claims (10)

1.一种电容式测量电路(34)，其用于确定包括多个导电天线电极(12、14、16)的电容式感测设备(10)中的复电流，所述电容式测量电路(34)包括：
-测量信号电压源(36)，其被配置为在电压输出端口(38)处提供交流测量电压，
-远程可控的切换单元(42)，其包括多个端口(44-52)和多个切换构件，所述多个切换构件被配置为可操作地和选择性地提供选定端口(44-52)之间的电连接，以及
-电流测量电路(40)，其可操作地连接到所述切换单元(42)的端口(44-52)中的一个端口(44)，
其中，所述电压输出端口(38)可操作地连接到所述切换单元(42)的另一个端口(46)，并且其中所述多个导电天线电极(12、14、16)中的每个天线电极(12、14、16)可单独连接到所述切换单元(42)的不同端口(48、50、52)，并且
其中，通过被控制，所述切换单元(42)被配置为在同一测量周期内选择性地，
-一次一个地将天线电极(12)连接到，或者
-同时将天线电极中的至少两个(12、14)连接到，
所述电压输出端口(38)和所述电流测量电路(40)，并且在另一时间点，
-将所述天线电极(12、14、16)中的至少一个(12)连接到所述电压输出端口(38)，并将所述天线电极(12、14、16)中的至少一个其他的天线电极(14)连接到所述电流测量电路(40)。
2.一种电容式感测设备(10)，其包括：
-多个导电天线电极(12、14、16)，
-根据权利要求1所述的电容式测量电路(34)，
其中，所述多个导电天线电极(12、14、16)中的每个天线电极(12、14、16)单独连接到所述切换单元(42)的不同端口(48、50、52)，
-信号处理单元(18)，其被配置为接收并进一步处理来自所述电流测量电路(40)的输出信号，以及
-电子控制单元(20)，其至少被配置为：
·自动控制所述切换单元(42)，以及
·评估在测量周期期间从所述信号处理单元(18)接收到的处理后的信号。
3.根据权利要求2所述的电容式感测设备(10)，其中，所述电子控制单元(20)由微控制器形成，所述微控制器包括数字数据内存单元(24)、具有对所述数字数据内存单元(24)的数据访问的处理器单元(22)和控制接口(26)。
4.根据权利要求2或3所述的电容式感测设备(10)，其中，所述远程可控的切换单元(42)被配置为由形成所述电子控制单元(20)的一部分的切换远程控制单元(28)控制。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的电容式感测设备(10)，其中，所述信号处理单元(18)或所述电子控制单元(20)被配置为通过与至少两个预定条件进行比较来评估存储的输出信号，以及基于对所述至少两个预定条件的满足来生成指示当前场景的分类信号。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的电容式感测设备(10)，其中，所述电子控制单元(20)被配置为控制所述切换单元(42)进入构成测量周期的多个不同切换状态，其中所述切换状态中的至少一个被配置为以加载模式一次操作所述天线电极(12、14、16)中的一个天线电极(12)或同时操作一组天线电极，并且其中所述切换状态中的至少另一个被配置为以耦合模式操作至少两个不同的天线电极(12、14)或至少两组不同的天线电极，其中每组天线电极包括至少两个电连接的天线电极。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的电容式感测设备(10)，其中，所述多个天线电极(12、14、16)中的天线电极(12、14、16)被布置在至少两层中，并且其中所述层在对齐以穿透所述层的方向上以间隔方式设置。
8.一种具有电容式脱手检测的车辆方向盘(54)，其包括根据权利要求2至7中任一项所述的电容式感测设备(10)。
9.一种操作根据权利要求2至7中任一项所述的电容式感测设备(10)的方法，所述方法至少包括构成测量周期的以下步骤：
-选择(70)所述多个天线电极(12、14、16)中的一个天线电极(12)或所述多个天线电极(12、14、16)中的一组天线电极，其中每组天线电极包括至少两个电连接的天线电极，
-控制(72)所述切换单元(42)以选择性地仅将选定的一个天线电极(12)或选定的一组天线电极连接到所述电压输出端口(38)和所述电流测量电路(40)，
-通过所述电流测量电路(40)，响应于测量电压，测量(74)流过选定的一个天线电极(12)或选定的一组天线电极的复电流，
-接收并进一步处理(76)来自所述电流测量电路(40)的代表测量的复电流的输出信号，
-存储(78)处理后的输出信号，
-对所述多个天线电极(12、14、16)中的大多数天线电极(12、14、16)重复前述步骤(70-78)，
-选择(80)所述大多数天线电极(12、14、16)中的两个不同的天线电极(12、14)或两组不同的天线电极，
-控制(82)所述切换单元(42)以选择性地将选定的两个不同的天线电极(12、14)或两组不同的天线电极中的一个天线电极(12)或一组天线电极连接到所述电压输出端口(38)，并将选定的两个不同的天线电极(12、14)或两组不同的天线电极中的另一个天线电极(14)或另一组天线电极连接到所述电流测量电路(40)，
-通过所述电流测量电路(40)，响应于测量电压，测量(84)流过连接到所述电流测量电路(40)的一个天线电极(14)或一组天线电极的复电流，
-接收并进一步处理(86)来自所述电流测量电路(40)的代表测量的复电流的输出信号，
-存储(88)处理后的输出信号，
-选择所述大多数天线电极(12、14、16)中的两个其他的不同天线电极(12、16)或两组其他的不同天线电极，
-对所述大多数天线电极(12、14、16)中的所有天线电极(12、14、16)重复关于两个选定的不同天线电极或两组选定的不同天线电极的步骤(82-88)，
-检索(90)存储的输出信号，
-通过与至少两个预定条件进行比较来评估(92)存储的输出信号，以及
-基于对所述至少两个预定条件的满足，生成(94)指示当前场景的分类信号。
10.一种用于控制根据权利要求9所述的方法的步骤的自动执行的软件模块(32)，其中，要进行的方法步骤被转换为所述软件模块(32)的程序代码，其中所述程序代码可在所述电容式感测设备(10)或单独的电子控制单元的数字数据内存单元(24)中实现，并且可由所述电容式感测设备(10)或单独的电子控制单元的处理器单元(22)执行。
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