DE102008018671A1 - Contact detection mechanism for e.g. passenger car, has evaluation mechanism producing input signal for resistor-capacitor element, where temperature correction value is determined depending on output signal dependent on input signal - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Berührungsdetektionseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem kapazitiven Berührungssensor und einer Auswerteeinrichtung.The Invention relates to a touch detection device, especially for a motor vehicle, with a capacitive Touch sensor and an evaluation.
Aus
der
Aus
der
In
der Veröffentlichung
Zur
Vermeidung von Kabelleitungen und zugehörigen Kupplungselementen
zwischen einer beweglichen Handhabe und dem zugehörigen
Fahrzeug wird in der
Ein
Verfahren zur Überwachung eines im Freien abgestellten
Objekts, wie Flugzeug oder Kraftfahrzeug, ist Gegenstand der
Aus
der
Die
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Berührungsdetektionseinrichtung anzugeben.It It is an object of the invention to provide an improved touch detection device specify.
Vorgenannte Aufgabe wird durch eine Berührungsdetektionseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gelöst, wobei die Berührungsdetektionseinrichtung ein RC-Glied, einen kapazitiven Berührungssensor als Teil des RC-Gliedes, und eine Auswerteeinrichtung zur Korrektur eines Ausgangssignals des kapazitiven Berührungssensors mittels eines Temperaturkorrekturwertes und zur Erzeugung eines Eingangssignals für das RC-Glied umfasst, wobei der Temperaturkorrekturwert in Abhängigkeit eines von dem Eingangssignal abhängigen Ausgangssignals des RC-Gliedes bestimmbar ist.The aforementioned The object is achieved by a touch detection device, in particular for a motor vehicle, wherein the touch detection device an RC element, a capacitive Touch sensor as part of the RC element, and an evaluation for correcting an output signal of the capacitive touch sensor by means of a temperature correction value and for generating a Input signal for the RC element, wherein the temperature correction value depending on a dependent on the input signal Output signal of the RC element can be determined.
Eine Auswerteeinrichtung im Sinne der Erfindung kann zum Beispiel ein Prozessor sein. Eine Auswerteeinrichtung im Sinne der Erfindung kann jedoch auch ein verteiltes System mit mehreren räumlich getrennten Komponenten sein.An evaluation device in the sense of the invention can be, for example, a processor. An evaluation device according to the invention can ever but also be a distributed system with several spatially separated components.
Ein
kapazitiver Berührungssensor im Sinne der Erfindung ist
insbesondere ein Piezosensor bzw. ein piezoelektrischer Sensor.
Ein kapazitiver Berührungssensor im Sinne der Erfindung
kann zum Beispiel ein eingangs beschriebener Piezolack oder eine unter
Bezugnahme auf die Figuren beschriebene Piezofolie sein. Piezo-
bzw. piezoelektrische Sensoren sind zudem zum Beispiel aus der
Ein RC-Glied im Sinne der Erfindung umfasst insbesondre einen ohmschen Widerstand und einen Kondensator.One RC element according to the invention comprises in particular a resistive Resistor and a capacitor.
In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das
nicht durch das Eingangssignal bedingte Ausgangssignal des RC-Gliedes, sondern
das mittels des Temperaturkorrekturwertes korrigierte Ausgangssignal
des kapazitiven Berührungssensors auf Überschreiten
eines Grenzwertes überwacht wird. Dabei kann im Übrigen
vorgesehen sein, dass der Grenzwert mittels eines inversen Temperaturkorrekturwertes
korrigiert wird und das Ausgangssignal des kapazitiven Berührungssensors
unkorrigiert bleibt. Diese Korrektur des Grenzwertes, die eine mittelbare
Korrektur des Ausgangssignals des kapazitiven Berührungssensors
darstellt, soll auch eine Korrektur des Ausgangssignals des kapazitiven
Berührungssensors im Sinne der Erfindung sein. Überschreitet
das mittels des Temperaturkorrekturwertes korrigierte Ausgangssignal
des kapazitiven Berührungssensors vorgenannten Grenzwert,
so wird ein Warnsignal erzeugt oder ein entsprechender Warnflag
gesetzt. Als Folge kann zum Beispiel ein akustisches Warnsignal
erzeugt werden. Andere Maßnahmen bei Auslösen
eines entsprechenden Warnsignals bzw. Setzen eines entsprechenden Warnflags
sind der
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst der kapazitive Berührungssensor einen flächig ausgestalteten Piezosensor oder ist als flächiger Piezosensor ausgestaltet. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst der kapazitive Berührungssensor eine Piezofolie oder ist als Piezofolie ausgestaltet. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung bildet die Kapazität des kapazitiven Berührungssensors im Wesentlichen die Kapazität des RC-Gliedes. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Eingangssignal ein periodisches Signal. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Eingangssignal im Wesentlichen ein periodisches Rechtecksignal. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Temperaturkorrekturwert in Abhängigkeit eines gleichgerichteten von dem Eingangssignal abhängigen Ausgangssignals des RC-Gliedes bestimmbar. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Temperaturkorrekturwert in Abhängigkeit eines, insbesondere arithmetischen, Mittelwertes eines gleichgerichteten von dem Eingangssignal abhängigen Ausgangssignals des RC-Gliedes bestimmbar.In Furthermore, an advantageous embodiment of the invention comprises capacitive touch sensor a flat designed Piezo sensor or is designed as a planar piezoelectric sensor. In a further advantageous embodiment of the invention, the capacitive comprises Touch sensor a piezo film or is as a piezo film designed. In a further advantageous embodiment of the invention forms the capacitance of the capacitive touch sensor essentially the capacity of the RC element. In continue Advantageous embodiment of the invention, the input signal is a periodic signal. In a further advantageous embodiment of the Invention, the input signal is substantially a periodic Square wave signal. In a further advantageous embodiment of the invention the temperature correction value as a function of a rectified from the input signal dependent output signal of the RC element determinable. In a further advantageous embodiment of the invention the temperature correction value is a function of in particular arithmetic, mean of a rectified determinable by the input signal dependent output signal of the RC element.
Vorgenannte Aufgabe wird – insbesondere in Verbindung mit vorgenannten Merkmalen – zudem durch ein Verfahren zum Betrieb einer Berührungsdetektionseinrichtung gelöst, wobei die Berührungsdetektionseinrichtung ein RC-Glied und einen kapazitiven Berührungssensor als Teil des RC-Gliedes umfasst, wobei ein Ausgangssignal des kapazitiven Berührungssensors mittels eines Temperaturkorrekturwertes korrigiert wird, wobei ein Eingangssignal für das RC-Glied erzeugt wird, und wobei der Temperaturkorrekturwert in Abhängigkeit eines von dem Eingangssignal abhängigen Ausgangssignals des RC-Gliedes bestimmt wird.The aforementioned Task is - especially in conjunction with the above Characteristics - in addition by a procedure for the operation of a Touch detection device solved, wherein the touch detection device comprises an RC element and a comprises capacitive touch sensor as part of the RC element, wherein an output signal of the capacitive touch sensor is corrected by means of a temperature correction value, wherein a Input signal for the RC element is generated, and wherein the temperature correction value in response to one of the input signal dependent output signal of the RC element is determined.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Temperaturkorrekturwert in Abhängigkeit eines gleichgerichteten von dem Eingangssignal abhängigen Ausgangssignals des RC-Gliedes bestimmt. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Temperaturkorrekturwert in Abhängigkeit eines, insbesondere arithmetischen, Mittelwertes eines gleichgerichteten von dem Eingangssignal abhängigen Ausgangssignals des RC-Gliedes bestimmt.In Furthermore, an advantageous embodiment of the invention is the temperature correction value in response to a rectified from the input signal dependent output signal of the RC element determined. In Furthermore, an advantageous embodiment of the invention is the temperature correction value as a function of, in particular arithmetic, mean value a rectified dependent on the input signal Output signal of the RC element determined.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Temperaturbereich oder der Arbeitsbereich des Filters so ausgewählt, dass für ein Maximum der Empfindlichkeit des Filters in einem für den automobilen Einsatz üblichen Bereich zwischen –40°C und 150°C, entsprechend einem Arbeitsbereich von α = 0,15 bis 0,38, vorzugsweise das Maximum der Empfindlichkeit in der Mitte des Temperaturbereichs von 55°C, entsprechend einem Filterfaktor von α = 0,24 festgelegt wird.In Furthermore, an advantageous embodiment of the invention is the temperature range or the working area of the filter is selected so that for a maximum sensitivity of the filter in one for automotive use usual range between -40 ° C and 150 ° C, corresponding to a working range of α = 0.15 to 0.38, preferably the maximum of the sensitivity in the Middle of the temperature range of 55 ° C, corresponding to one Filter factor of α = 0.24 is set.
Vorgenannte Aufgabe wird – insbesondere in Verbindung mit einem oder mehreren der vorgenannten Merkmale – zudem durch ein Verfahren zum Betrieb einer Berührungsdetektionseinrichtung gelöst, wobei die Berührungsdetektionseinrichtung einen Piezo-Berührungssensor umfasst, wobei ein Ausgangssignal des Piezo-Berührungssensors erfasst wird, wobei nach Erfassung des Ausgangssignals ein, insbesondere periodisches Testsignal an den Piezo-Berührungssensor angelegt wird, und wobei das zuvor gemessene Ausgangssignal des Piezo-Berührungssensors in Abhängigkeit einer Veränderung, insbesondere der Dämpfung, des Testsignals korrigiert wird. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Testsignal im Wesentlichen ein periodisches Rechtecksignal.The aforementioned object is also achieved, in particular in conjunction with one or more of the aforementioned features, by a method for operating a touch-detection device, wherein the touch-detection device comprises a piezo-touch sensor, wherein an output signal of the piezo-touch sensor is detected, wherein after detection of the output signal , in particular periodic test signal is applied to the piezo touch sensor, and wherein the previously measured output signal of the Piezo Berüh sensor in response to a change, in particular the attenuation of the test signal is corrected. In an advantageous embodiment of the invention, the test signal is essentially a periodic square wave signal.
Vorgenannte Aufgabe wird – insbesondere in Verbindung mit einem oder mehreren der vorgenannten Merkmale – zudem durch ein Verfahren zum Betrieb einer Berührungsdetektionseinrichtung gelöst, wobei die Berührungsdetektionseinrichtung einen Piezo-Berührungssensor umfasst, wobei ein Ausgangssignal des Piezo-Berührungssensors erfasst wird, wobei nach Erfassung des Ausgangssignals ein, insbesondere periodisches Testsignal an eine den Piezo-Berührungssensor umfassende Schaltung zur Erzeugung eines Reaktionssignals angelegt wird, und wobei das zuvor gemessene Ausgangssignal des Piezo-Berührungssensors in Abhängigkeit einer Veränderung, insbesondere der Dämpfung, des Reaktionssignals gegenüber dem Testsignals korrigiert wird. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Testsignal im Wesentlichen ein periodisches Rechtecksignal.The aforementioned Task becomes - in particular in connection with one or several of the aforementioned features - also by a method solved for operating a touch detection device, wherein the touch detection device is a piezo touch sensor comprising, wherein an output signal of the piezo touch sensor is detected, wherein after detection of the output signal on, in particular periodic test signal to a piezo touch sensor comprehensive circuit for generating a response signal applied and wherein the previously measured output signal of the piezo touch sensor depending on a change, in particular the attenuation of the response signal to the Test signal is corrected. In an advantageous embodiment of Invention, the test signal is essentially a periodic square wave signal.
Kraftfahrzeug im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein individuell im Straßenverkehr benutzbares Landfahrzeug. Kraftfahrzeuge im Sinne der Erfindung sind insbesondere nicht auf Landfahrzeuge mit Verbrennungsmotor beschränkt.motor vehicle in the context of the invention is in particular an individual on the road usable land vehicle. Motor vehicles in the context of the invention especially not on land vehicles with internal combustion engine limited.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen:Further Advantages and details will become apparent from the following description of exemplary embodiments. Showing:
In
dem Kraftfahrzeug ist eine Bildaufzeichnungsvorrichtung K1, z. B.
eine CCD-Kamera, angeordnet, welche nach Berührungsdetektion – also Ausgabe
eines Warnsignals oder setzen eines Warnflags – mindestens
eine Bildaufzeichnung vornimmt. Dabei kann ein Bild, eine Bildfolge
mit definierten Zeitabständen zwischen den Bildern oder
ein Videofilm erstellt werden. Zusätzlich kann über
eine Schallaufzeichnungsvorrichtung
Sofern
weitere Bildaufzeichnungsvorrichtungen
Die
piezoelektrischen Bereiche B können zum Beispiel mittels
in der
Die
Temperaturabhängigkeiten des Signals von Dynasimfolien
sind nicht nur auf den Piezoeffekt allein zurückzuführen,
sondern auch auf die Zunahme der Leckströme infolge verschlechterter
Isolatoreigenschaften des Kristalls. Laut dem Hersteller ALGRA beträgt
die temperaturabhängige Steigerung der Kapazität
ca. 0,5% K–1, während
die temperaturabhängige Steigerung des Leckstroms weit
höher ist und 10% K–1 beträgt.
Für
Anwendungen im Bereich der Berührungserkennung ist für
Signal S das Frequenzspektrum < 100
Hz relevant. Nach der Signalverstärkung durch einen Verstärker
Zur
Bestimmung der temperaturabhängigen Signalkorrekturen wird
der piezoelektrische Berührungssensor
Die
Diode D in
In
Anhand der bereits beschriebenen Temperaturabhängigkeiten der Sensorparameter soll im Folgenden eine Vorgehensweise zur Schaltungsdimensionierung und -optimierung unter Berücksichtigung eines konkreten Zahlenbeispiels gezeigt werden.Based the already described temperature dependencies of Sensor parameter is a procedure for circuit sizing below and optimization taking into account a concrete Numerical example will be shown.
Der
Mittelwert Um des Signals P3 innerhalb einer
Halbperiode T/2 beträgt: wobei der Filterfaktor α = 2τ / T =
2τf, die Zeitkonstante τ = RCP und
f die Pulsfrequenz sind. Der Filterfaktor α nimmt mit der
Frequenz f und Kapazität CP zu.
Infolge der Abhängigkeit des Filterfaktors α von
der Kapazität CP steigt α mit
der Temperatur an.
Zur Bestimmung eines Arbeitpunkts mit maximaler Empfindlichkeit für das Sensorsystem, ist der Absolutwert der normierten Ableitung vom Mittelwert nach der Variable α, d. h. |(1/Um)(dUm/dα)| zu berechnen. Diese normierte Ableitung ist ein Maß für die Empfindlichkeit η des Sensorsystems: For determining a working point with maximum sensitivity for the sensor system, the absolute value of the normalized derivative from the mean value is the variable α, ie | (1 / U m ) (dU m / dα) | to calculate. This normalized derivative is a measure of the sensitivity η of the sensor system:
Der
relevante Temperaturbereich im automotiven Sektor ist zwischen –40°C
und 150°C. Wenn der Filterfaktor αm genau
in der Mitte des Temperaturbereichs, d. h. bei der Temperatur θ =
55°C liegen soll, ist der CP-Wert
gemäß von
Eine Frequenz f von 1 kHz ist für Pulsfolge P1 bzw. P2 vorteilhaft, damit eine eventuelle Mischung der Pulsfolge P2 und des Signals S (< 100 Hz) verhindert wird. Aus der Gleichung α = 2RCPf lässt sich der Wert vom Filterwiderstand R = 20,6 kΩ durch den Einsatz der bereits bekannten Werte von αm = 0,24, CP bei der Temperatur θ = 55°C und Frequenz f = 1 kHz resultieren. Folglich sind die Werte von Filterfaktor α bei θ = –40°C und 150°C gleich 0,15 bzw. 0,38.A frequency f of 1 kHz is advantageous for pulse sequence P1 or P2, so that a possible mixture of the pulse train P2 and the signal S (<100 Hz) is prevented. From the equation α = 2RC P f, the value of the filter resistance R = 20.6 kΩ can be calculated by using the already known values of α m = 0.24, C P at the temperature θ = 55 ° C and frequency f = 1 kHz result. Thus, the values of filter factor α at θ = -40 ° C and 150 ° C are 0.15 and 0.38, respectively.
In
Das
Signal P3 wird mehrere Male von der Erfassungseinheit (in
Es lässt sich experimentell eine Kennkurve oder eine Normierungstabelle für die Temperaturabhängigkeit von Um aufstellen. Die mittels der Kennkurve ermittelte Sensortemperatur kann eine temperaturabhängige Amplitudenkorrektur für das Piezosignal S ermöglichen. Ein Wert der Inversen dieser Kennkurve ist ein Ausführungsbeispiel für einen Temperaturkorrekturwert im Sinne der Erfindung.An experimental curve or a standardization table for the temperature dependence of U m can be set up experimentally. The sensor temperature determined by means of the characteristic curve can enable a temperature-dependent amplitude correction for the piezoelectric signal S. A value of the inverse of this characteristic curve is an exemplary embodiment of a temperature correction value in the sense of the invention.
Zum
Berechnen der Mittelwerte Um werden die
unteren Halbwellen der gedämpften Pulsfolge, quasi die
Entladekurve, entweder software- oder hardwaremäßig
wie in
Es ist vorteilhaft den Mittelwert UM aller Mittelwerte Um zu berechnen. Die Verteilung der Mittelwerte Um um den Wert von UM darf dann eine vordefinierte empirische Größe nicht überschreiten. Im Fall einer zu hohen Varianz der Um-Werte soll eine neue Pulsfolge P1 erzeugt werden. Es können auch andere übliche aktive und passive Filterungen unerwünschter Signale der Pulsfolge P3 vorgesehen werden.It is advantageous to calculate the mean value U M of all average values U m . The distribution of the mean values U m by the value of U M may then not exceed a predefined empirical value. In the case of too high a variance of the U m values, a new pulse sequence P1 is to be generated. Other common active and passive filtering of unwanted signals of the pulse train P3 may be provided.
Es
ist auch möglich, das Signal P3 durch einen anderen Eingang
als E1, der von Eingang E1 vollständig (galvanisch) getrennt
ist, zu erfassen. Dazu soll, wie in
- 10, 2010 20
- Mikroprozessor = Auswerteeinrichtungmicroprocessor = Evaluation device
- 1111
- Verstärkeramplifier
- 1212
- (piezoelektrische/kapazitiver) Berührungssensor(Piezoelectric / capacitive) touch sensor
- 1515
- Pfeilarrow
- 2323
- Schalterswitch
- 3131
- Gleichrichterrectifier
- 3232
- Mittelwertbildneraverager
- 3333
- Kennfeldmap
- 3434
- Korrekturblockcorrection block
- 3535
- Grenzwertüberwachunglimit monitoring
- 3636
- Signalgeneratorsignal generator
- 3737
- Steuerungsfunktioncontrol function
- A0, A1, A2A0, A1, A2
- Ausgangoutput
- BB
- BereichArea
- CP C P
- Kapazitätcapacity
- DD
- Diodediode
- E1, E2E1, E2
- Eingangentrance
- K1, K2, K3, K4, K5, K6K1, K2, K3, K4, K5, K6
- Kameracamera
- P1P1
- Pulsfolge = Testsignal = Eingangssignalpulse train = Test signal = input signal
- P2P2
- Pulsfolge = Signalpulse train = Signal
- P3P3
- Pulsfolge = Reaktionssignal = Ausgangssignal eines kapazitiven Berührungssensors bzw. eines RC-Gliedes bedingt durch ein Eingangssignalpulse train = Reaction signal = output signal of a capacitive touch sensor or an RC element due to an input signal
- R, R1, R2R, R 1 , R 2
- ohmscher Widerstandohmic resistance
- SS
- Ausgangssignal eines kapazitiven Berührungssensors bedingt durch mechanische Einwirkungoutput a capacitive touch sensor due to mechanical effect
- UP1 U P1
- Spannung des Signals P1tension the signal P1
- UP2 U P2
- Spannung über dem ohmschem Widerstand R2, Spannung des Signals P2Tension over the ohmic resistance R2, voltage of the signal P2
- UP3 U P3
- Spannung des Signals P3tension the signal P3
- Um U m
- Mittelwert der gleichgerichteten Spannung des Signals P3Average the rectified voltage of the signal P3
- US U S
- Spannung des Signals Stension the signal S
- δT.delta.T
- TemperaturkorrekturwertTemperature correction value
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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