DE102015216095B4

DE102015216095B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Systemzustandes eines elektronischen Messsystems

Info

Publication number: DE102015216095B4
Application number: DE102015216095.5A
Authority: DE
Inventors: Marcus Kandler; Norbert Müller
Original assignee: Joyson Safety Systems Germany GmbH
Current assignee: Joyson Safety Systems Germany GmbH
Priority date: 2015-08-24
Filing date: 2015-08-24
Publication date: 2023-08-03
Anticipated expiration: 2035-08-25
Also published as: DE102015216095A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines Systemzustandes eines elektronischen Messsystems (3) für ein Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte:a) Beaufschlagen des elektronischen Messsystems (3) mit einem Wechselstrom oder einer Wechselspannung;b) Bestimmen eines ersten Messwertepaars ((XG1, YG1)) einer Messgröße des Messsystems;c) Ermitteln einer Gruppe von ersten Referenzwertepaaren ((XR1, YR1), (XR3, YR3), (XRn, YRn)) aus einer Hauptgruppe von Referenzwertepaaren ((XR1, YR1), ..., (XRN, YRN)), die jeweils charakteristisch sind, für einen Systemzustand des elektronischen Messsystems (3), wobei die ersten Referenzwertepaare ((XR1, YR1), (XR3, YR3), (XRn, YRn)) mit dem ersten Messwertepaar ((XG1, YG1)) innerhalb eines definierten Grenzbereichs jeweils übereinstimmen;d) Erweitern des elektronischen Messsystems (3) mit einem definierten komplexen Widerstand (51, 52);e) Berechnen einer Gruppe von zweiten Referenzwertepaaren ((XVR1, YVR1), (XVR3, YVR3), (XVRn, YVRn)) aus den ersten Referenzwertepaaren ((XR1, YR1), (XR3, YR3), (XRn, YRn)) und dem Wert des definierten komplexen Widerstands (51, 52);f) Bestimmen eines zweiten Messwertepaars ((XG2, YG2)) der Messgröße des erweiterten Messsystems;g) Ermitteln eines finalen Referenzwertepaares ((XVR1, YVR1)) aus der Gruppe der zweiten Referenzwertepaare ((XVR1, YVR1), (XVR3, YVR3), (XVRn, YVRn)) dadurch, dass das finale Referenzwertepaar ((XVR1, YVR1)) aus der Gruppe der zweiten Referenzwertepaare ((XVR1, YVR1), (XVR3, YVR3), (XVRn, YVRn)) die größte Übereinstimmung mit dem zweiten Messwertepaar ((XG2, YG2)) aufweist;h) Bestimmen des Systemzustands anhand desjenigen ersten Referenzwertepaars ((XR1, YR1)) aus dem das finale Referenzwertepaar ((XVR1, YVR1)) berechnet wurde.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Systemzustandes eines elektronischen Messsystems für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Systemzustands eines elektronischen Messsystems für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Anspruch 14.
Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen und Verfahren bekannt, um Systemzustände eines elektronischen Messsystems, beispielsweise eines kapazitiven Sitzbelegungssystems oder eines kapazitiven Messsystems eines Kraftfahrzeuglenkrades, zu bestimmen.
So ist beispielsweise aus der WO 2011/080323 A1 eine kapazitive Sensorbaugruppe zur Sitzbelegungserkennung bekannt. Die Sensorbaugruppe ist derart ausgebildet, dass unterschiedliche Systemzustände, wie zum Beispiel die Anwesenheit einer Person oder eines Kindersitzes, festgestellt werden können. Des Weiteren ist ein Verfahren vorgesehen, welches es ermöglichen soll Fehlinterpretationen von Messergebnissen aufgrund von Feuchtigkeit oder Nässe zu berücksichtigen.
Weiterhin sind Sensorbaugruppen bekannt, welche dazu ausgebildet sind Systemzustände, wie das Berühren unterschiedlicher kapazitiver Bedienelemente im Fahrzeuginnenraum, zu ermitteln. Auch gibt es Verfahren, bei denen die Berücksichtigung von Fehlinterpretationen aufgrund veränderter Permittivitäten, ermöglicht werden soll.
Die DE 10 2007 063 034 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Klassifizieren von Fahrzeuginsassen mit einem Sensor, der in einem Sitz eines Fahrzeugs installiert ist und mit Wechselstrom versorgt wird, wobei der Sensor einen Fühlleiter und einen Schutzleiter aufweist, die mittels eines dazwischen angeordneten Isolators elektrisch miteinander gekoppelt sind. Eine Steuerungseinheit vergleicht einen Imaginärstromwert, der einer Kapazitäts-Variation des Sensors, gemessen an der Ausgangsseite des Sensors, zurechenbar ist, und einen Realstromwert, der einer Widerstands-Variation des Sensors zurechenbar ist, mit einem voreingestellten Schwellenwert, wodurch ein auf dem Sitz sitzender Insasse klassifiziert wird. Der Schwellwert wird durch wiederholte Experimente ermittelt. Der Sensorschaltkreis kann, wenn Wasser in den Sitz eindringt, als ein Äquivalenzschaltkreis eins RC-Schaltkreises betrachtet werden, wobei ein Fühlleiter und ein Schutzleiter des Sensors durch einen Kondensator dargestellt werden und der Widerstand, der aufgrund der Feuchtigkeit zwischen dem Fühlleiter und dem Schutzleiter reduziert ist, kann als Widerstand der Äquivalenzschaltung betrachtet werden. Das in der hier beschriebenen Vorrichtung verwendete Messsystem wird nicht mit einem definierten komplexen Widerstand erweitert.
In der DE 10 2006 036 960 A1 ist eine Vorrichtung zur Seitenaufprallerkennung in einem Fahrzeug beschrieben, bei der wenigstens eine Drucksensorik in einem Seitenteil des Fahrzeugs vorgesehen ist, die ein Signal erzeugt, das von einer Auswerteschaltung ausgewertet wird. Mittels einer Testeinrichtung wird aus dem Signal ein Testsignal erzeugt und mit einem Referenzwert verglichen. Das in der hier beschriebenen Vorrichtung verwendete Messsystem wird nicht mit einem definierten komplexen Widerstand erweitert noch erfolgt ein Vergleich mit mehreren Referenzwerten.
Die DE 10 2005 038 289 B3 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung und Veränderung einer durch einen menschlichen Körper bewirkten Druckverteilung auf eine Sitz- oder Liegeanordnung, die mit einer Vielzahl von flexiblen, gasdichten Kammern versehen ist. Dabei wird jeweils mittels eines Drucksensors der Druckwert in jeder Kammer bestimmt und ein Referenzwert als arithmetisches Mittel der Druckwerte ermittelt. Durch einen Vergleich jedes einzelnen Druckwertes mit dem Referenzwert wird jeweils ein Differenzwert ermittelt. Eine Erweiterung des Messsystems mit einem definierten komplexen Widerstand erfolgt hier nicht und ein Vergleich erfolgt lediglich mit einem und nicht mit mehreren Referenzwerten.
In der WO 2003/069 293 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung des elektrischen Widerstandes einer elektrischen Zuleitung zu Sensorelementen beschrieben. Es erfolgt keine Beaufschlagung des Messsystems mit einem Wechselstrom oder einer Wechselspannung.
Die DE 10 2009 055 426 A1 beschreibt ein Messsystem mit einer Messeinrichtung und einer kapazitiven Sensoreinrichtung für ein Kraftfahrzeug. In einer Signalerzeugungseinrichtung der Messeinrichtung wird ein Wechselstrom erzeugt, mit dem die Sensoreinrichtung beaufschlagt wird. Das durch die Messeinrichtung gemessene Messwertepaar für den Wechselstrom wird mit dem von der Signalerzeugungseinrichtung erzeugten Wertepaar für den Wechselstrom verglichen. Aus Amplituden- bzw. Phasenabweichungen der ermittelten Vergleichswerte kann auf einen Systemzustand des Messsystems geschlossen werden. Es erfolgt weder eine Erweiterung des Messsystems mit einem definierten komplexen Widerstand noch ein Vergleich mit mehreren Referenzwerten.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das eine verbesserte Aussage über den Systemzustand eines elektronischen Messsystems ermöglicht.
Dieses Problem wird durch das Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 14 gelöst.
Danach wird ein Verfahren zur Bestimmung eines Systemzustandes eines elektronischen Messsystems für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, umfassend die Schritte:

a) Beaufschlagen des elektronischen Messsystems mit einem Wechselstrom oder einer Wechselspannung;
b) Bestimmen eines ersten Messwertepaars einer Messgröße des Messsystems;
c) Ermitteln einer Gruppe von ersten Referenzwertepaaren aus einer Hauptgruppe von Referenzwertepaaren, die jeweils charakteristisch sind, für einen Systemzustand des elektronischen Messsystems,wobei die ersten Referenzwertepaare dadurch ermittelt werden, dass sie mit dem ersten Messwertepaar innerhalb eines definierten Grenzbereichs jeweils übereinstimmen;
d) Erweitern des elektronischen Messsystems mit einem definierten komplexen Widerstand;
e) Berechnen einer Gruppe von zweiten Referenzwertepaaren aus den ersten Referenzwertepaaren und dem Wert des definierten komplexen Widerstands;
f) Bestimmen eines zweiten Messwertepaars der Messgröße des erweiterten Messsystems;
g) Ermitteln eines finalen Referenzwertepaares aus der Gruppe der zweiten Referenzwertepaare dadurch, dass das finale Referenzwertepaar aus der Gruppe der zweiten Referenzwertepaare die größte Übereinstimmung mit dem zweiten Messwertepaar aufweist;
h) Bestimmen des Systemzustands anhand desjenigen ersten Referenzwertepaars aus dem das finale Referenzwertepaar berechnet wurde.

Beispielsweise kann es sich hierbei um ein kapazitives Messsystem handeln, wobei sich die Systemzustände unter anderem durch die kapazitive Kopplung eines Messobjekts mit dem Messsystem ergeben. Sowohl das Messsystem, als auch das Messobjekt, welches beispielsweise eine Person oder einen Gegenstand sein kann, können jeweils eine Elektrode ausbilden, welche über ein Dielektrikum mit einer definierten relativen Permittivität gekoppelt sind.
Durch das Verfahren wird somit zunächst ein erstes Messwertepaar einer Messgröße des Messsystems bestimmt. Hierbei kann es sich beispielsweise um den Real- und Imaginärteil eines Messstroms des Messsystems handeln. Ein Imaginärteil des Messwertpaars oder allgemein ein komplexer Wert eines Messwertpaars, der nicht durch Messung eines realen Wertes der Messgröße bestimmt werden kann, lässt sich aus realen Messwerten der Messgröße, beispielsweise durch Effektivwerte und/oder Phasen und Amplituden, bestimmen.
Weiterhin kann es sich bei der Messgröße auch um eine Messspannung des Messsystems, eine Impedanz, eine Admittanz, eine Permittivität, eine relative Permittivität, eine Frequenz, eine Flußdichte, eine Feldstärke, einen Verlustfaktor, eine Dämpfung, eine Polarisation und/oder um eine Suzeptibilität handeln.
Das Messwertpaar, in anderen Worten das Paar von Messwerten, wird mit einer Vielzahl von gleichartigen Referenzwertpaaren, welche in einer Hauptgruppe von Referenzwertpaaren bereitgestellt werden, verglichen. Die Referenzwertepaare bilden Paare von Referenzwerten für die Messgröße, welche charakteristisch sind für ausgewählte Systemzustände. Anhand des Vergleichs wird eine Gruppe von ersten Referenzwertpaaren ermittelt, wobei jeweils der erste und zweite Wert des Referenzwertpaars jeweils mit dem ersten und zweiten Messwert des ersten Messwertpaars innerhalb definierter Grenzbereiche übereinstimmt.
Die Grenzbereiche können beispielsweise durch die Komponenten des Messsystems bestimmt sein. Insbesondere können die Grenzbereiche sich aus Messungenauigkeiten der Messwerte des Messwertpaars ergeben. Messungenauigkeiten können sich beispielsweise durch die Auflösung des Messsystems, Temperatur, Umwelteinflüsse, Einbaubedingung, und/oder durch die Benutzung/Bedienung des Messsystems ergeben.
Bei weiteren Ausführungsvarianten können die Paare der Werte des Messwertpaars und der Referenzwertpaare auch durch die Amplitude und Phase, oder durch den Wirk- und Blindanteil der Messgröße definiert sein.
In diesem Schritt des Verfahrens wird somit aus der Vielzahl der Referenzwertpaare eine Gruppe von ersten Referenzwertpaaren ausgewählt, welche jeweils unterschiedliche Systemzustände charakterisieren. Die Werte der ermittelten ersten Referenzwertpaare, welche diese Systemzustände charakterisieren, liegen derartig nah beieinander, dass sie innerhalb der Grenzbereiche alle dem ersten Messwertpaar entsprechen. Daher ist keine eindeutige Systemzustandsbestimmung möglich.
In einer Ausführungsvariante bei der die Gruppe von ersten Referenzwertpaaren nur ein einziges Referenzwertepaar umfasst, bildet dieses einzige Referenzwertpaar bereits das finale Referenzwertpaar und es kann analog zu Schritt h) des Verfahrens der Systemzustand bestimmt werden.
Beispielsweise können sich bei einem Messsystem für ein Sitzbelegungssystem, die Referenzwertpaare der Systemzustände Autositz belegt mit einer erwachsenen Person, Autositz feucht und belegt mit einem Kind, sowie Autositz nass und belegt mit einem Kindersitz nur geringfügig voneinander unterscheiden. Daher kann ein Messwertpaar, welches durch die tatsächliche Situation Autositz belegt mit einer erwachsenen Person gemessen wird, in einem Grenzbereich mit allen drei Referenzwertpaaren übereinstimmt.
Um eine verbesserte Bestimmung, insbesondere eine genauere und eindeutigere Bestimmung, des Systemzustands zu ermöglichen, wird das elektronische Messsystem mit einem definierten komplexen Widerstand erweitert.
In einer Ausgestaltungsform kann die Erweiterung des Messsystems mit einem definierten komplexen Widerstand durch das Parallel- oder in Serienschalten eines RC-Glieds durchgeführt werden. In einer Weiterbildung kann auch ein RC-Netzwerk anstelle eines RC-Glieds verwendet werden. Die Abkürzung RC steht hierbei für die Kombination eines reellen Widerstands R und eines kapazitiven Elements C, insbesondere eines Kondensators. In weiteren Ausführungsvarianten kann auch ein RL- und/oder ein RLC-Netzwerk verwendet werden, wobei L für eine Induktionselement, insbesondere eine Spule steht.
In einer weiteren Ausführungsvariante kann beispielsweise analog auch ein Messobjekt mit dem definierten komplexen Widerstand erweitert werden.
Da der komplexe Widerstand definiert und bekannt ist, können für jedes mögliche erste Referenzwertpaar ein zweites Referenzwertpaar berechnet werden. Die zweiten Referenzwertpaare ergeben sich aus den korrespondierenden ersten Referenzwertpaaren und der zu erwartenden Verschiebung aufgrund der Erweiterung des Messsystems mit dem definierten komplexen Widerstand. Das bedeutet, ist der definierte komplexe Widerstand bekannt, kann auf Basis der ersten Referenzwertpaare genau berechnet werden, welche Werte sich für die zweiten Referenzwertpaare ergeben müssten. Es wird also eine hypothetische Voraussage für jeden der möglichen Systemzustände getroffen, wohin sich die Referenzwertepaare verschieben müssten, bei einer Erweiterung des Messsystems durch den definierten komplexen Widerstand.
In einer weiteren Ausgestaltungsform kann der komplexe Widerstand aus einer Vielzahl von zur Verfügung stehenden definierten komplexen Widerständen ausgewählt werden. Bei einer Weiterbildung kann somit beispielsweise der komplexe Widerstand gezielt ausgewählt werden, sodass für zumindest ein Referenzwertpaar aus der Gruppe erster Referenzwertpaare sich wenigstens ein Wert des Wertepaares innerhalb eines Toleranzbereichs nicht verändert.
Insbesondere kann der komplexe Widerstand so ausgewählt werden, dass sich beispielsweise der Realteil eines Referenzwertpaars innerhalb des Toleranzbereichs nicht verändert. Der Toleranzbereich kann insbesondere kleiner oder gleich dem Grenzbereich sein.
Die Berechnung kann beispielsweise durch eine programmierte Einrichtung, einen ASIC oder einer Kombination aus beidem durchgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsvariante kann die Berechnung der zweiten Referenzwertpaare dadurch erfolgen, dass für die möglichen Systemzustände bereits mehr als nur ein erstes Referenzwertpaar vorliegt. So kann für einen möglichen Systemzustand neben dem Referenzwertpaar der Hauptgruppe, welches den Systemzustand in dem ursprünglichen Messsystems definiert, eine Reihe von weiteren Referenzwertpaaren vorliegen, die den Systemzustand des Messsystems mit unterschiedlichen komplexen Widerstandskopplungen definiert. Diese Referenzwertpaare können somit beispielsweise in Form einer Datenbank hinterlegt sein.
In einer weiteren Ausgestaltungsform können unterschiedliche komplexe Widerstandskopplungen des Messsystems für einen Systemzustand durch eine Simulation bestimmt werden. Durch die Simulation kann beispielsweise nachgestellt werden, wie sich für einen Systemzustand ein Referenzwertpaar einstellt für das nicht erweiterte, ursprüngliche Messsystem. Weiterhin kann die Simulation simulieren, wie sich für diesen Systemzustand das Referenzwertpaar verändert, wenn das Messsystem durch unterschiedliche komplexe Widerstandskopplungen erweitert wird.
Hierdurch können somit für einen Systemzustand Referenzwertpaare definiert werden, die sich aus dem Messsystem mit unterschiedlichen komplexen Widerstandskopplungen ergeben. Insbesondere kann dies für Messsysteme erfolgen, welche Metalle aufweisen, die in Materialien mit unterschiedlichen relativen Permittivitäten eingebettet sind.
Des Weiteren können auch Referenzschaltkreise vorliegen, welche jeweils einen bestimmten Systemzustand charakterisieren. Beispielsweise kann für die Situation Autositz belegt mit einer erwachsenen Person, als auch für die Situationen Autositz feucht und belegt mit einem Kind, sowie Autositz nass und belegt mit einem Kindersitz, jeweils ein separater Referenzschaltkreis vorliegen. Die Referenzschaltkreise liegen in einem Grundzustand vor anhand dessen die Hauptgruppe der Referenzwertpaare bestimmt werden kann.
So können beispielsweise die Referenzwertpaare durch Messung der Messgröße der einzelnen Referenzschaltkreise bestimmt werden. Die zweiten Referenzwertpaare können dann dadurch bestimmt werden, dass auch jeder Referenzschaltkreis mit dem definierten komplexen Widerstand erweitert wird und die zweiten Referenzwertpaare anhand der erweiterten Referenzschaltkreise bestimmt werden.
Es kann auch eine beliebige Kombination der hier aufgeführten Möglichkeiten der Bestimmung der zweiten Referenzwertpaare vorliegen.
Da die ermittelten ersten Referenzwertpaare unterschiedliche Systemzustände charakterisieren, ergeben sich durch die Erweiterung des Messsystems mit dem definierten komplexen Widerstand unterschiedliche Verschiebungen für die jeweiligen ersten Referenzwertpaare. Dadurch unterscheiden sich die zweiten Referenzwertpaare voneinander. Der Unterschied der Werte zwischen den zweiten Referenzwertpaaren kann dabei größer sein als beispielsweise die definierten Grenzbereiche.
Um eine verbesserte Systemzustandsbestimmung zu erhalten, beispielsweise eine eindeutige, wird nach der Berechnung der zweiten Referenzwertpaare ein zweites Messwertpaar der Messgröße bestimmt. Das zweite Messwertpaar wird in dem elektronischen Messsystem, welches durch den definierten komplexen Widerstand erweitert wurde, bestimmt.
Somit liegt nun ein zweites Messwertpaar des erweiterten Messsystems vor, wie auch zweite Referenzwertpaare, die sich aus den ermittelten ersten Referenzwertpaaren ergeben haben. Die zweiten Referenzwertpaare bilden hierbei eine Vorhersage, wie sich für die verschiedenen Systemzustände, die jeweiligen ersten Referenzwertpaare durch Erweiterung des Messsystems mit dem definierten komplexen Widerstand verändern.
Das zweite Messwertpaar kann nun mit den zweiten Referenzwertpaaren verglichen werden. Durch diesen Vergleich kann ein finales Referenzwertpaar aus der Gruppe der zweiten Referenzwertpaare bestimmt werden, welches die größte Übereinstimmung mit dem zweiten Messwertpaar aufweist.
Anhand des jenigen ersten Referenzwertpaars, aus welchem das finale Referenzwertpaar berechnet wurde, kann nun der Systemzustand beispielsweise eindeutig bestimmt werden.
Mit diesem Verfahren ist somit eine verbesserte Systemzustandsbestimmung möglich. Systemzustände die sich in ihren Referenzwertpaaren nur geringfügig voneinander unterscheiden, können vorteilhafterweise durch dieses Verfahren eindeutig einem Messwertpaar zugeordnet werden. Insbesondere ist eine Systemzustandsbestimmung möglich und nicht nur eine Aussage über ein fehlerhaftes Verhalten des Messsystems.
In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, das Messsystem durch einen zweiten definierten komplexen Widerstand ein zweites Mal gesondert oder in Addition zum ersten definierten komplexen Widerstand zu erweitern. Dies kann dann von Bedeutung sein, wenn der Vergleich des zweiten Messwertpaars mit den zweiten Referenzwertpaaren kein eindeutiges finales Referenzwertpaar bestimmt. Falls also mehrere finale Referenzwertpaare innerhalb der Grenzbereiche mit dem zweiten Messwertpaar übereinstimmen, können die Schritte d) bis h) des Verfahrens mit einem zweiten definierten komplexen Widerstand ein zweites Mal durchgeführt werden.
Hierfür wird das bereits erweiterte Messsystem erweitert mit dem zweiten komplexen Widerstand, eine Gruppe dritte Referenzwertpaare aus den zweiten Referenzwertpaaren und dem Wert des zweiten definierten komplexen Widerstands berechnet und ein drittes Messwertpaar in dem zweifach erweiterten Messsystem bestimmt. In einem weiteren Vergleich kann aus der Gruppe der dritten Referenzwertpaare ein finales Referenzwertpaar bestimmt werden, welches die größte Übereinstimmung mit dem dritten Messwertpaar aufweist.
Allgemein lassen sich durch dieses Verfahren unterschiedlichste Systemzustände identifizieren. Insbesondere kann hierdurch zwischen Systemzuständen unterschieden werden, welche sich in ihrer tatsächlichen Situation eindeutig voneinander unterscheiden, aber aufgrund äußerer Einflüsse sehr ähnliche Referenzwertpaare in der Hauptgruppe aufweisen. Hierzu im Folgenden genaueres.
In einer Ausführungsvariante kann das erfindungsgemäße Verfahren für ein Messsystem beim autonomen Fahren eingesetzt werden. Es kann beispielsweise auch dazu eingesetzt werden einen Fahrer zuverlässig zu bestimmen.
In einer Ausführungsform kann es sich bei dem Messsystem um ein Messsystem eines Kraftfahrzeugs, zur Bestimmung einer Impedanz handeln. Typische Ausführungsbeispiele sind durch ein kapazitives Messsystem eines Kraftfahrzeuglenkrads, zur Detektion eines Fahrers am Kraftfahrzeuglenkrad, und/oder ein Messsystem zur Erkennung einer Sitzbelegung, gegeben.
Solche Messsysteme können leitende Elemente aufweisen, beispielsweise Zierblenden an einem Kraftfahrzeuglenkrad, leitende Elemente an einem Fahrzeugsitz, oder weitere leitende Elemente, welche im Fahrzeuginnenbereich angeordnet sind. Die leitenden Elemente können unterschiedlich ausgeprägte Potentiale aufweisen. Die leitenden Elemente können beispielsweise geerdet sein, mit einem definierten Potenzial beaufschlagt sein oder „floatend“ vorliegen. Unter „floatend“ ist zu verstehen, dass das leitende Element keine leitende Verbindung zu weiteren Elementen aufweist, also elektrisch isoliert ist und sozusagen elektrisch schwebend vorliegt. Weiterhin können die leitenden Elemente in unterschiedliche Impedanzbereiche aufgeteilt sein.
Die zu bestimmenden Systemzustände können nun neben einfachen Systemzuständen auch komplexe Systemzustände umfassen. Unter einfachen Systemzuständen sind Systemzustände ohne äußere Einflüsse zu verstehen.
In einer Ausführungsvariante werden die Systemzustände durch ein zu erfassendes Messobjekt, wie zum Beispiel eine Person und/oder ein Gegenstand, und dessen Anordnung und/oder Positionierung relativ zum Messsystem definiert.
Beispielsweise kann ein zu bestimmender einfacher Systemzustand im Wesentlichen durch die elektromagnetischen Eigenschaften eines zu erkennenden Messobjekts definiert sein. Das Messobjekt und/oder Messsystem erfährt hierbei keine äußeren Beeinflussungen.
Bei einem Messsystem eines Kraftfahrzeuglenkrads wären dies beispielsweise Systemzustände wie eine Hand an dem Kraftfahrzeuglenkrad, zwei Hände an dem Kraftfahrzeuglenkrad, unterschiedliche Position der Hände an dem Kraftfahrzeuglenkrad, keine Hand am Kraftfahrzeuglenkrad, eine Hand am Kraftfahrzeuglenkrad und die andere Hand z.B. an einer Konsole des Kraftfahrzeugs und Ähnliche. Bei einem Sitzbelegungssystem wären solche einfachen Systemzustände beispielsweise eine erwachsene Person auf dem Kraftfahrzeugsitz, ein Kind auf dem Kraftfahrzeugsitz, ein Kind im Kindersitz auf dem Kraftfahrzeugsitz, eine Einkaufstüte auf dem Kraftfahrzeugsitz, keine Person auf dem Kraftfahrzeugsitz und wiederum Ähnliche.
In einer weiteren Ausführungsvariante können auch Systemzustände umfasst sein durch das Zusammenspiel des Messsystems mit möglichen kapazitiven Bedienelementen im Fahrzeuginneren.
Die komplexen Systemzustände können sich insbesondere aufgrund von äußeren Einflüssen aus den einfachen Systemzuständen ergeben. Dies ergibt sich beispielsweise durch eine komplexe Widerstandskopplung, welche den einfachen Systemzustand verändert. Die komplexe Widerstandskopplung kann in einer Ausführungsvariante an dem Messsystem, einem Messobjekt und/oder weiteren Elementen, welche den Systemzustand beeinflussen können, ausgebildet sein.
Beispielsweise kann eine äußere Beeinflussung eines zu erkennenden Messobjekts durch eine Erdung des Messobjekts, eine kapazitive Ankopplung des Messobjekts an ein Potential und/oder durch eine Ankopplung des Messobjekts an ein Potential über eine Impedanz gegeben sein.
So kann beispielsweise bei einem Messsystem eines Kraftfahrzeuglenkrads oder einem Sitzbelegungssystems ein leitendes Element direkt von einer Person berührt werden oder etwa durch Nässe oder Feuchtigkeit, zum Beispiel verursacht durch Luftfeuchtigkeit, Wasser oder Schweiß, eine zumindest teilweise elektrisch leitende Verbindung mit einer solchen elektrischen leitenden Fläche hergestellt werden. Hierdurch können die Impedanzen des Messsystems und/oder des Messobjekts, der Person verändert werden und es ergeben sich weitere Systemzustände. Beispielsweise wären solche Systemzustände gegeben durch eine Hand am Kraftfahrzeuglenkrad aber aufgrund von Schweiß wird ein leitender Kontakt zu einem leitenden Element hergestellt, eine Hand am Kraftfahrzeuglenkrad berührt direkt eine leitende Zierblende des Kraftfahrzeuglenkrads, usw.
Auch können innerhalb des Messsystems äußere Beeinflussungen vorliegen wie zum Beispiel Veränderungen von relativen Permittivitäten unterschiedlicher Materialien des Messsystems. Beispielsweise kann dies durch unterschiedlich ausgeprägte Nässe in einem Autositz geschehen. Weiterhin können auch innerhalb des Messsystems eine Erdung, eine kapazitive Ankopplung eines Elements des Messsystems an ein Potential und/oder eine Ankopplung eines Elements des Messsystems an ein Potential über eine Impedanz vorliegen.
Des Weiteren kann auch eine Änderung der relativen Permittivität zwischen einem Messobjekt und dem Messsystem vorliegen.
Durch diese äußeren Einflüsse kann es zu komplexen Widerstandskopplungen kommen für die Referenzwertpaare definiert werden müssen. Diese Referenzwertpaare können dabei teilweise sehr ähnlich sein und somit eine eindeutige Zuordnung zu einem Messwertpaar nicht immer möglich sein. Durch das hier vorliegende Verfahren kann eine verbesserte Zuordnung ermöglicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Verfahren für ein Messsystem durchgeführt werden, welches in Form eines Sensors oder eines ASICs ausgebildet ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen mit den Merkmalen des Anspruchs 14 zum Durchführen eines Verfahrens nach den Merkmalen mindestens einer der Ansprüche 1 bis 13. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung ergibt sich aus dem hiervon abhängigen Anspruch.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 schematisch die Bestimmung eines finalen Referenzwertepaars für drei mögliche Systemzustände;
2 einen schematischen Aufbau eines kapazitiven Messsystems eines Kraftfahrzeuglenkrads mit unterschiedlichen Erfassungspositionen;
3 einen schematischen Querschnitt durch den Lenkradkranz eines kapazitiven Messsystems eines Kraftfahrzeuglenkrads;
4A eine schematische Darstellung eines kapazitiven Messsystems in Wechselwirkung mit einem Messobjekt;
4B die schematische Darstellung aus 4A, mit unterschiedlichen möglichen äußeren Beeinflussungen des Messobjekts;
4C die schematische Darstellung aus 4A, mit unterschiedlichen möglichen komplexen Widerstandserweiterungen des Messsystems;
4D die schematische Darstellung aus 4A, mit einer weiteren Variante von Erweiterungen;

Im Folgenden wird am Beispiel von zwei möglichen Ausführungsformen elektronischer Messsysteme beispielhaft beschreiben, wie aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens auch in komplizierten Situationen ein eindeutiger Systemzustand bestimmt werden kann. Insbesondere kann hierdurch zwischen Systemzuständen unterschieden werden, welche sich in ihrer tatsächlichen Situation eindeutig voneinander unterscheiden, aber aufgrund äußerer Einflüsse sehr ähnliche Referenzwertpaare in einer Hauptgruppe zugeordnet haben. Das Verfahren wird insbesondere anhand von 1 erläutert werden.
Insbesondere kann es sich bei dem Messsystem um ein Messsystem zur Bestimmung einer Impedanz handeln. Typische Ausführungsbeispiele sind durch ein kapazitives Messsystem eines Kraftfahrzeuglenkrads, zur Detektion einer Berührung des Kraftfahrzeuglenkrads durch einen Fahrer, und/oder durch ein kapazitives Messsystem eines Kraftfahrzeugsitzes, zur Erkennung einer Sitzbelegung, gegeben.
Allgemein können Systemzustände beispielsweise durch ein zu erfassendes Messobjekt 4, wie eine Personen und/oder ein Gegenstand, und dessen Anordnung und/oder Positionierung relativ zum Messsystem definiert sein. Das Messsystem kann hierbei eine erste Elektrode ausbilden und das Messobjekt eine zweite Elektrode, wodurch eine kapazitive Kopplung stattfindet.
Im Zusammenhang mit 4A ist schematisch ein solches kapazitives Messsystem 3 in Wechselwirkung mit einem Messobjekt 4 dargestellt. Das Messsystem 3 weist eine Elektrode 31 auf, welche über ein Dielektrikum 41 mit dem Messobjekt 4 gekoppelt ist.
Das Messobjekt 4 bildet hierbei eine korrespondierende Elektrode 32 aus, sodass eine kapazitive Kopplung des Messobjekts 4 mit dem Messsystem 3 stattfinden kann. Das Dielektrikum 41 kann eine definierte relative Permittivität aufweisen.
Dabei kann beispielsweise die kapazitive Kopplung unterschiedlichsten äußeren Einflüssen unterliegen, wodurch jeweils Systemzustände definiert werden können. Bei Systemzuständen, welche aus äußeren Einflüssen hervorgehen, kann es sich um komplexe Systemzustände handeln, denen einfache Systemzustände zu Grunde liegen, bei denen keine äußeren Beeinflussungen vorliegen. In einer Variante kann sich beispielsweise die relative Permittivität zischen dem Messobjekt 4 und dem Messsystem 3 ändern. In einer weiteren Variante können äußere Einflüsse des Messobjekts 4 und/oder des Messsystems 3 durch eine Kopplungen mit einer definierten Impedanz 63, durch eine kapazitive Kopplung 61 über eine definierte relative Permittivität 42, 43 mit einem definierten Potential, und/oder durch eine Erdung 62 vorliegen.
Im Zusammenhang mit 4B sind schematisch und beispielhaft drei mögliche äußere Beeinflussungen des Messobjekts 4 dargestellt. Beispielsweise kann eine kapazitive Kopplung 61 der Elektrode 32 des Messobjekts 4 über ein Dielektrikum 42 mit einer Erdung stattfinden. Weiterhin könnte die Elektrode 32 des Messobjekts 4 selbst leitend mit einer Erdung verbunden sein 62. Auch wäre es möglich, dass die Elektrode 32 des Messobjekts 4 über einen komplexen Widerstand, also eine Impedanz 7 mit einer Erdung verbunden ist 63.
Bei dem Beispiel der zwei möglichen Ausführungsformen elektronischer Messsysteme können neben den Elementen der Messsysteme weitere elektrisch leitende Elemente die Messsysteme und/oder Messobjekte beeinflussen. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine Zierblende an einem Kraftfahrzeuglenkrad oder um ein leitendes Element an einem Kraftfahrzeugsitz handeln. Solche elektrisch leitenden Elemente können unterschiedliche Potentiale aufweisen. Sie können beispielsweise geerdet sein, mit einem definierten Potenzial beaufschlagt sein oder „floatend“ vorliegen. Unter „floatend“ ist zu verstehen, dass das leitende Element keine leitende Verbindung zu weiteren Elementen aufweist und sozusagen elektrisch schwebend vorliegt.
Auch kann eine Vielzahl von kapazitiven Bedienelement im Fahrzeuginnenraum vorliegen. Solche kapazitiven Bedienelemente können beispielsweise auch Einflüsse auf das Messsystem und/oder Messobjekt haben.
Zu bestimmende Systemzustände können nun neben einfachen Systemzuständen auch komplexe Systemzustände umfassen. Unter einfachen Systemzuständen sind Systemzustände ohne äußere Einflüsse zu verstehen. Bei dem Messsystem eines Kraftfahrzeuglenkrads kann das die Zustände, eine Hand am Kraftfahrzeuglenkrad, zwei Hände am Kraftfahrzeuglenkrad, unterschiedliche Position der Hände am Kraftfahrzeuglenkrad usw. umfassen. Bei dem Messsystem des Kraftfahrzeugsitzes wären solche einfachen Systemzustände beispielsweise eine erwachsene Person auf dem Kraftfahrzeugsitz, ein Kind auf dem Kraftfahrzeugsitz, ein Kind in einem Kindersitz auf dem Kraftfahrzeugsitz, eine Einkaufstüte auf dem Kraftfahrzeugsitz, usw.
Im Zusammenhang mit 2 ist beispielhaft der schematische Aufbau eines kapazitiven Messsystems eines Kraftfahrzeuglenkrads dargestellt. Der Lenkradkranz 1 ist in vier Bereiche 11, 12, 13, 14 entlang seines Umfangs aufgeteilt, welche jeweils eine unterschiedliche relative Permittivität aufweisen. Der Lenkradkranz kann somit eine erste Elektrode des kapazitiven Messsystems ausbilden, wobei eine Positionsauflösung aufgrund der unterschiedlichen Permittivitäten möglich ist. Eine Hand eines Kraftfahrzeugfahrers kann eine zweite Elektrode ausbilden und kapazitiv mit der ersten Elektrode gekoppelt werden. Mögliche Positionen einer Hand sind durch vier Elektroden 21, 22, 23, 24 schematisch dargestellt.
Somit kann das Messsystem eine kapazitive Kopplung zwischen den vier Bereichen 11, 12, 13, 14 des Lenkradkranzes 1 mit einer Hand eines Fahrers erfassen. Mögliche Systemzustände des Messsystems sind beispielsweise dadurch definiert, in welchem Bereich die Hand des Fahrers an dem Lenkradkranz 1 anliegt. In anderen Worten ergeben sich unterschiedliche Systemzustände dadurch, ob eine Hand des Fahrers am Lenkradkranz 1 in dem ersten Bereich 11, symbolisiert durch die Elektrode 21, in dem zweiten Bereich 12, symbolisiert durch die Elektrode 22, in dem dritten Bereich 13, symbolisiert durch die Elektrode 23 und/oder in dem vierten Bereich 14, symbolisiert durch die Elektrode 24 anliegt.
In weiteren Ausführungsformen, welche hier nicht dargestellt sind, können weitere beliebige Unterteilungen in dem Lenkradkranz vorliegen. Allgemein können weitere Systemzustände durch andere Situationen, auch mit erhöhter Komplexität, definiert sein.
Aufgrund der äußeren Einflüsse können die meisten einfachen Systemzustände erweitert werden und komplexe Systemzustände bilden. Beispielsweise kann ein leitendes Element direkt von einer Person berührt werden oder etwa durch Nässe, Feuchtigkeit, wie zum Beispiel Luftfeuchtigkeit, Wasser oder Schweiß, eine zumindest teilweise elektrisch leitende Verbindung mit einer solchen elektrischen leitenden Fläche hergestellt werden. Auch können innerhalb des Messsystems Beeinflussungen vorliegen, wie zum Beispiel unterschiedlich ausgeprägte Nässezustände in einem Autositz.
Durch diese äußeren Einflüsse kann es zu komplexen Widerstandskopplungen kommen, welche die komplexen Systemzustände definieren. Für alle Systemzustände sind Referenzwertepaare des Messsystems in der Hauptgruppe definiert, sowohl für die einfachen, als auch für die komplexen Systemzustände. Diese Referenzwertpaare können dabei teilweise sehr ähnlich sein und somit eine eindeutige Zuordnung zu einem Messwertepaar nicht immer möglich sein. Das hier vorliegende Verfahren kann nun eine eindeutige Zuordnung ermöglichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines Systemzustandes wird nun beispielhaft für die beiden oben aufgeführten kapazitiven Messsysteme erläutert. Bei diesen möglichen Ausführungsformen, also dem Messsystem für ein Kraftfahrzeuglenkrad und dem Messsystem für einen Kraftfahrzeugsitz, jeweils auch im Zusammenspiel mit möglichen kapazitiven Bedienelementen, sowie leitenden Flächen im Fahrzeuginnern, können eine Vielzahl von Systemzuständen definiert sein.
So sollen beispielsweise für das Messsystem im Kraftfahrzeuglenkrad unter anderem die folgenden Systemzustände bestimmt werden können: eine Hand am Kraftfahrzeuglenkrad, zwei Hände am Kraftfahrzeuglenkrad, Unterscheidungen ob jeweils die volle Hand das Kraftfahrzeuglenkrad anfasst oder nur einige Finger, keine Hand am Kraftfahrzeuglenkrad, ob ein Lenkradschalter mit elektrisch leitenden Zierelementen oder eine elektrisch leitende Zierblende alleine, welche geerdet, elektrisch isoliert oder mit einem Potential beaufschlagt ist, direkt durch eine Hand berührt wird und/oder aufgrund von Feuchtigkeit und/oder Nässe indirekt elektrisch leitend mit einer Hand in Verbindung steht, ob ein Dielektrikum sich zwischen der Hand und dem Kraftfahrzeuglenkrad befindet, wie zum Beispiel ein Handschuh, ob sich ein Dielektrikum zwischen einer metallisch leitenden Fläche, beispielsweise einer Zierblende, und einer Erdung verändert oder verändert hat, ob beispielsweise eine Hand sich am Lenkrad befindet, die andere Hand ein weiteres kapazitives Bedienelement, wie zum Beispiel ein Radio, ein Navigationssystem, einen Getriebeschalter, einen Fensteröffner, oder eine Sitzverstellung aus dem Fahrzeuginnenraum berührt, sowie weitere.
Im Zusammenhang mit 3 ist beispielhaft dargestellt, wie ein Teil des kapazitiven Messsystems eines Kraftfahrzeuglenkrads ausgeformt sein könnte, um zu unterscheiden, ob die volle Hand oder nur einige Finger an einem Kraftfahrzeuglenkrad anliegen.
Es ist hier ein Ausschnitt eines Lenkradkranzes 1 dargestellt. Der Lenkradkranz ist im Querschnitt in zwei Bereiche 15, 16 aufgeteilt. Die zwei Bereiche 15, 16 weisen unterschiedliche relative Permittivitäten auf. Hierdurch kann das Messsystem die Systemzustände volle Hand am Lenkrad oder nur einige Finger am Lenkrad prinzipiell voneinander unterscheiden.
Auch bei dem Ausführungsbeispiel, dass das Messsystem zur Sitzbelegungserkennung in einem Kraftfahrzeugsitz eingesetzt wird, sollen eine Vielzahl unterschiedlicher Systemzustände bestimmt werden können. Die Systemzustände können unter anderem folgende Zustände umfassen: eine erwachsene Person auf dem Kraftfahrzeugsitz, ein Kind auf dem Kraftfahrzeugsitz, ein Kindersitz mit Kind auf dem Kraftfahrzeugsitz, nur ein Kindersitz auf dem Kraftfahrzeugsitz, weitere Gegenstände auf dem Kraftfahrzeugsitz, eine beliebige Kombination der bereits genannten Zustände mit den Zuständen, dass der Kraftfahrzeugsitz trocken, feucht oder nass ist, komplexe Widerstandskopplung eines Messobjekts mit leitenden Elementen im und/oder an dem Sitz, und weitere.
Für die beiden Ausführungsbeispiele können beispielsweise insgesamt N Systemzustände definiert sein. Um zu bestimmen, welche der N Systemzustände tatsächlich vorliegt, wird jedem der N Systemzustände ein Referenzwertepaar (X_R1, Y_R1) bis (X_RN, Y_RN) zugeordnet. Diese N Referenzwertpaare (X_R1, Y_R1) bis (X_RN, Y_RN) werden in einer Hauptgruppe von Referenzwertepaaren bereitgestellt.
Bei den Referenzwertpaaren (X_R1, Y_R1) bis (X_RN, Y_RN) kann es sich beispielsweise jeweils um den Real- und Imaginärteil einer Messgröße handeln. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass es sich bei der Messgröße um einen Messstrom des Messsystems handelt. Somit ist für jeden der N Systemzustände ein Referenzwertepaar (X_R1, Y_R1) bis (X_RN, Y_RN) definiert, welches aus dem Real- und Imaginärteil eines Messstroms besteht, der sich für den jeweiligen Systemzustand in dem Messsystem einstellen sollte.
Die Hauptgruppe der Referenzwertpaare (X_R1, Y_R1) bis (X_RN, Y_RN) kann beispielsweise zumindest teilweise in Form einer Datenbank, durch eine Simulation, und/oder durch Referenzschaltkreise bereitgestellt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel des Messsystems im Kraftfahrzeuglenkrad liegt die tatsächliche Situation vor, dass eine Hand eine geerdete Zierblende des Kraftfahrzeuglenkrads direkt berührt. Bei dem Ausführungsbeispiel des Messsystems im Kraftfahrzeugsitz liegt die tatsächliche Situation vor, dass sich ein Kind auf Kraftfahrzeugsitz befindet, welcher feucht ist.
Da das erfindungsgemäße Verfahren für diese beiden möglichen Ausführungsformen der Messsysteme im Wesentlichen identisch ist, wird im Folgenden stets von dem Messsystem gesprochen. Liegen Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsformen vor, wird auf diese explizit hingewiesen.
In einem ersten Schritt des Verfahrens wird das elektronische Messsystem mit einem Wechselstrom beaufschlagt und hierdurch angeregt. Beispielsweise kann die Erregung mit einer Frequenz zwischen 50kHz und 500kHz, insbesondere zwischen 75kHz und 150kHz, stattfinden. Daraufhin wird ein erstes Messwertepaar (X_G1, Y_G1) der Messgröße bestimmt. Es wird der Real- (X_G1) und Imaginärteil (Y_G1) des Messstroms des Messsystems bestimmt.
Aufgrund vorgegebener Eigenschaften des Messsystems unterliegt die Bestimmung des ersten Messwertepaars (X_G1, Y_G1) Ungenauigkeiten. Somit weist der Real- und Imaginärteil des Messstroms jeweils Grenzbereiche auf, die durch die Messungenauigkeit definiert sind.
Die N Referenzwertpaare (X_R1, Y_R1) bis (X_RN, Y_RN) der Hauptgruppe von Referenzwertpaaren werden in einem nächsten Schritt jeweils mit dem Messwertpaar (X_G1, Y_G1) verglichen. Es wird eine Gruppe von ersten Referenzwertpaaren ermittelt, die dadurch charakterisiert sind, dass die bestimmten Referenzwertepaare in den Grenzbereichen, die durch die Messungenauigkeiten gegeben sind, mit dem ersten Messwertpaar (X_G1, Y_G1) übereinstimmen.
Diese Gruppe von ersten Referenzwertpaaren kann beispielsweise drei erste Referenzwertpaare (X_R1, Y_R1), (X_R3, Y_R3) und (X_Rn, Y_Rn) umfassen. Alle drei ersten Referenzwertpaare (X_R1, Y_R1), (X_R3, Y_R3) und (X_Rn, Y_Rn) entsprechen dem Messwertpaar (X_G1, Y_G1) innerhalb des bestimmten Grenzbereichs. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Gruppe von ersten Referenzwertpaaren auch mehr oder weniger Referenzwertpaare umfassen.
Diese drei ersten Referenzwertpaare (X_R1, Y_R1), (X_R3, Y_R3) und (X_Rn, Y_Rn) charakterisieren drei unterschiedlich Systemzustände, wobei n<N. In dem Ausführungsbeispiel, dass das Messsystem in einem Kraftfahrzeuglenkrad angeordnet ist, charakterisiert das erste ermittelte Referenzwertpaar (X_R1, Y_R1) den Systemzustand, dass die Hand eine geerdete Zierblende berührt, also die tatsächlich vorliegende Situation. Das zweite ermittelte Referenzwertpaar (X_R3, Y_R3) charakterisiert den Systemzustand, dass keine Hand am Kraftfahrzeuglenkrad ist. Das dritte ermittelte Referenzwertpaar (X_Rn, Y_Rn) charakterisiert den Systemzustand, dass die Hand die geerdete Zierblende zwar nicht berührt, aber aufgrund von Nässe am Kraftfahrzeuglenkrad eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Hand und der Zierblende teilweise hergestellt ist oder durch hohe Luftfeuchtigkeit eine Änderung der relativen Pemittivität hervorgerufen ist.
Im Ausführungsbeispiel, dass das Messsystem in einem Kraftfahrzeugsitz angeordnet ist, charakterisiert das erste ermittelte Referenzwertpaar (X_R1, Y_R1) den Systemzustand, dass sich ein Kind auf einem feuchten Kraftfahrzeugsitz befindet, also wiederum die tatsächlich vorliegende Situation. Das zweite ermittelte Referenzwertpaar (X_R3, Y_R3) charakterisiert den Systemzustand, dass eine erwachsenen Person sich auf einem trockenen Kraftfahrzeugsitz befindet und das dritte Referenzwertpaare (X_Rn, Y_Rn) charakterisiert einen Systemzustand bei dem ein Kindersitz sich auf einem nassen Kraftfahrzeugsitz befindet.
Somit fallen für beide Ausführungsbeispiele sowohl das Referenzwertpaare (X_R1, Y_R1) des Systemzustands, welcher der tatsächlichen Situation entspricht, als auch zwei weitere Referenzwertpaare (X_R3, Y_R3), (X_Rn, Y_Rn) von in Wirklichkeit nicht vorliegenden Systemzuständen innerhalb der Grenzbereiche des Messwertpaars (X_G1, Y_G1). Mithilfe der nachfolgenden Schritte wird das Referenzwertepaar (X_R1, Y_R1) bestimmt, welches dem Systemzustand der tatsächlich vorliegenden Situation entspricht.
Die nun vorliegende Situation, sowie weitere Schritte des Verfahrens zur Bestimmung des Systemzustandes, sind schematisch in 1 dargestellt.
In 1 ist ein Diagramm dargestellt, bei dem die Horizontalachse den Realteil des Messstromes wiedergibt und die Vertikalachse den Imaginärteil des Messstromes.
Die drei ermittelten Referenzwertpaare (X_R1, Y_R1), (X_R3, Y_R3) und (X_Rn, Y_Rn) der ermittelten Gruppe der ersten Referenzwertpaare sind in dem Diagramm markiert. Sie alle befinden sich in dem Grenzbereich, welcher durch die Grenzbereiche der Real- und Imaginärteile beispielsweise aufgrund der Messungenauigkeit des ersten Messwertpaars (X_G1, Y_G1) definiert ist. Der Grenzbereich, welcher das erste Messwertpaar (X_G1, Y_G1) beschreibt, ist durch eine gepunktete kreisförmige Linie dargestellt, die die drei ermittelten Referenzwertpaare (X_R1, Y_R1), (X_R3, Y_R3) und (X_Rn, Y_Rn) einschließt.
Die drei Referenzwertpaare (X_R1, Y_R1), (X_R3, Y_R3) und (X_Rn, Y_Rn) liegen jeweils auf einer von drei Kurven in dem dargestellten Diagramm. Diese drei Kurven definieren mögliche Wertepaare für die bereits ermittelten drei möglichen Systemzustände des Messsystems, die sich einstellen können, wenn das Messsystem durch unterschiedliche komplexe Widerstandskopplungen erweitert wird.
In andere Worte gefasst, charakterisieren die drei gekennzeichneten Referenzwertpaare (X_R1, Y_R1), (X_R3, Y_R3) und (X_Rn, Y_Rn) die zugehörigen Systemzustände des Messsystems, bei dem keine Erweiterung durch einen komplexen Widerstand stattgefunden hat.
Alle weiteren Punkte einer Kurve charakterisieren den zugehörigen Systemzustand des Messsystems bei einer Erweiterung mit unterschiedlichen komplexen Widerständen. Diese Kurven lassen sich beispielsweise durch Simulationen generieren, durch Referenzschaltkreise und Erweiterung dieser mit komplexen Widerständen nachbilden und/oder können als Datenbanken vorliegen.
Für jeden der drei Systemzustände ist für das reine, nicht erweiterte, Messsystem genau ein Referenzwertpaar definiert, nämlich das jeweils markierte (X_R1, Y_R1), (X_R3, Y_R3) und (X_Rn, Y_Rn). Durch hinzuschalten unterschiedlich ausgeprägter komplexer Widerstände würden die Referenzwertpaare entlang ihrer zugehörigen Kurven in dem Diagramm wandern.
Da beispielsweise aufgrund der Messungenauigkeiten keine exakte Zuordnung des Messwertpaars (X_G1, Y_G1) zu einem der drei Referenzwertpaare (X_R1, Y_R1), (X_R3, Y_R3) und (X_Rn, Y_Rn) möglich ist, wird in einem weiteren Schritt das Messsystem durch einen definierten komplexen Widerstand erweitert.
Im Zusammenhang mit 4C ist schematisch und beispielhaft dargestellt, wie das Messsystem 3 durch einen definierten komplexen Widerstand erweitert werden kann. Es sind zwei Möglichkeiten beispielhaft dargestellt. Einerseits könnte das Messsystem durch eine Serienschaltung 51 eines RC-Glieds und/oder durch eine Parallelschaltung 52 eines RC-Glieds erweitert werden. Dies würde jeweils einen komplexen Widerstand definieren, welcher durch das jeweilige RC Glied und die Schaltungsweise bestimmt ist.
Hierdurch kann für jedes der ersten ermittelten Referenzwertpaare (X_R1, Y_R1), (X_R3, Y_R3) und (X_Rn, Y_Rn) eine theoretische Verschiebung berechnet werden. Das erste Referenzwertpaar (X_R1, Y_R1) erfährt eine theoretische Verschiebung V1, welche den Realteil des Wertepaars X_R1 nicht verändert sondern nur dessen Imaginärteil Y_R1. Es ergibt sich dadurch ein zweites Referenzwertpaar (X_VR1, Y_VR1) wobei X_VR1 gleich X_R1 ist. Auch dieses berechnete Referenzwertpaar (X_VR1, Y_VR1) ist in dem Diagramm gekennzeichnet.
Auch das zweite und dritte ermittelte Referenzwertpaar (X_R3, Y_R3) und (X_Rn, Y_Rn) erfährt jeweils eine theoretische Verschiebung, die jeweils durch den Wert des definierten komplexen Widerstands gegeben ist. Die neuen verschobenen Referenzwertpaare (X_VR3, Y_VR3) und (X_VRn, Y_VRn) sind auch in dem Diagramm markiert. Die drei berechneten zweiten Referenzwertpaare (X_VR1, Y_VR1), (X_VR3, Y_VR3) und (X_VRn, Y_VRn) bilden theoretische Vorhersagen, die genau berechnet wurden. Hierdurch wird eine theoretische Vorhersage getroffen, wohin sich die ersten ermittelten Referenzwertpaare (X_R1, Y_R1), (X_R3, Y_R3) und (X_Rn, Y_Rn) hin verschieben unter der Annahme der unterschiedlichen Systemzustände. Die berechneten zweiten Referenzwertpaare (X_VR1, Y_VR1), (X_VR3, Y_VR3) und (X_VRn, Y_VRn) bilden eine Gruppe.
Als nächstes wird eine neue Messung durchgeführt und zwar in dem erweiterten Messsystem, also dem Messsystem, das durch den definierten komplexen Widerstand erweitert wurde. Es wird hierbei ein zweites Messwertpaar (X_G2, Y_G2) bestimmt, welches wiederum Messungenauigkeiten unterliegt.
Das zweite Messwertpaar (X_G2, Y_G2) wird mit der Gruppe zweiter Referenzwertpaare (X_VR1, Y_VR1), (X_VR3, Y_VR3) und (X_VRn, Y_VRn) verglichen. In diesem Vergleich liegt in dem Grenzbereich, der durch die Messungenauigkeit definiert ist, des zweiten Messwertpaars (X_G2, Y_G2) nunmehr nur noch ein zweites Referenzwertpaar (X_VR1, Y_VR1). Somit wird dieses Referenzwertpaar (X_VR1, Y_VR1) als finales Referenzwertpaar ermittelt.
Der Grenzbereich des zweiten Messwertpaars (X_G2, Y_G2) ist durch eine kreisförmige durchgezogene Linie in dem Diagramm angedeutet.
Eine genaue Bestimmung des Systemzustandes ist somit möglich und diese entspricht dem tatsächlichen Zustand der jeweiligen Ausführungsform der Messsysteme.
Im Zusammenhang mit 4D ist wiederum beispielhaft und schematisch eine weitere Ausführungsvariante dargestellt. Es ist wiederum ein kapazitives Messsystem 3 dargestellt, dessen Elektrode 31 über ein Dielektrikum 41 mit einer Elektrode 32 eines Messobjekts 4 gekoppelt ist. In dem dargestellten Fall liegt eine äußere Beeinflussung der Elektrode 31 des Messsystems 3 vor. Die Elektrode 31 ist über ein Dielektrikum 43 kapazitiv mit einer Erdung 8 gekoppelt. Auch dies kann zu komplexen Systemzuständen führen.
Es ist beispielsweise möglich, nicht nur das Messsystem 3 durch einen definierten komplexen Widerstand zu erweitern, sondern auch gleichzeitig das Messobjekt 4. Es ist schematisch eine mögliche Erweiterung des Messobjekts 4 mit einem definierten komplexen Widerstand, durch eine Serienschaltung 53 eines RC-Glieds dargestellt.
Auch hierdurch lassen sich Verschiebung von ersten Referenzwertpaaren durch die Erweiterung mit dem definierten komplexen Widerstand berechnen und das Verfahren kann entsprechend eingesetzt werden.

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Systemzustandes eines elektronischen Messsystems (3) für ein Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte: a) Beaufschlagen des elektronischen Messsystems (3) mit einem Wechselstrom oder einer Wechselspannung; b) Bestimmen eines ersten Messwertepaars ((X_G1, Y_G1)) einer Messgröße des Messsystems; c) Ermitteln einer Gruppe von ersten Referenzwertepaaren ((X_R1, Y_R1), (X_R3, Y_R3), (X_Rn, Y_Rn)) aus einer Hauptgruppe von Referenzwertepaaren ((X_R1, Y_R1), ..., (X_RN, Y_RN)), die jeweils charakteristisch sind, für einen Systemzustand des elektronischen Messsystems (3), wobei die ersten Referenzwertepaare ((X_R1, Y_R1), (X_R3, Y_R3), (X_Rn, Y_Rn)) mit dem ersten Messwertepaar ((X_G1, Y_G1)) innerhalb eines definierten Grenzbereichs jeweils übereinstimmen; d) Erweitern des elektronischen Messsystems (3) mit einem definierten komplexen Widerstand (51, 52); e) Berechnen einer Gruppe von zweiten Referenzwertepaaren ((X_VR1, Y_VR1), (X_VR3, Y_VR3), (X_VRn, Y_VRn)) aus den ersten Referenzwertepaaren ((X_R1, Y_R1), (X_R3, Y_R3), (X_Rn, Y_Rn)) und dem Wert des definierten komplexen Widerstands (51, 52); f) Bestimmen eines zweiten Messwertepaars ((X_G2, Y_G2)) der Messgröße des erweiterten Messsystems; g) Ermitteln eines finalen Referenzwertepaares ((X_VR1, Y_VR1)) aus der Gruppe der zweiten Referenzwertepaare ((X_VR1, Y_VR1), (X_VR3, Y_VR3), (X_VRn, Y_VRn)) dadurch, dass das finale Referenzwertepaar ((X_VR1, Y_VR1)) aus der Gruppe der zweiten Referenzwertepaare ((X_VR1, Y_VR1), (X_VR3, Y_VR3), (X_VRn, Y_VRn)) die größte Übereinstimmung mit dem zweiten Messwertepaar ((X_G2, Y_G2)) aufweist; h) Bestimmen des Systemzustands anhand desjenigen ersten Referenzwertepaars ((X_R1, Y_R1)) aus dem das finale Referenzwertepaar ((X_VR1, Y_VR1)) berechnet wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt c) ermittelte Gruppe erster Referenzwertepaare nur ein Referenzwertepaar aufweist, anhand dessen der Systemzustand bestimmt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgröße wenigstens einen Strom, eine Spannung, eine Impedanz, eine Admittanz, eine Permittivität, eine relative Permittivität, eine Frequenz, eine Flußdichte, eine Feldstärke, einen Verlustfaktor, eine Dämpfung, eine Polarisation und/oder eine Suzeptibilität umfasst.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwertepaare ((X_G1, Y_G1), (X_G2, Y_G2)) und Referenzwertepaare ((X_R1, Y_R1), ..., (X_RN, Y_RN)) sich wenigstens aus einem der folgenden Paare der Messgröße zusammensetzen: Real- und Imaginärteil, Amplitude und Phase, und/oder Wirk- und Blindanteil.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige Referenzwertepaare ((X_R1, Y_R1), ..., (X_RN, Y_RN)) durch eine Datenbank bereitgestellt werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigsten einige Referenzwertepaare ((X_R1, Y_R1), ..., (X_RN, Y_RN)) durch wenigstens einen definierten Referenzschaltkreis bereitgestellt werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigsten einige Referenzwertepaare ((X_R1, Y_R1), ..., (X_RN, Y_RN)) durch wenigstens eine Simulation bereitgestellt werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte komplexe Widerstand durch ein Parallelschalten oder in Serienschalten eines RC-Glieds und/oder eines RC-Netzwerkes zum Messsystem definiert ist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der komplexe Widerstand (51, 52) aus einer Vielzahl unterschiedlicher komplexer Widerstände ausgewählt werden kann
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zugeschaltete komplexe Widerstand eine Verschiebung erzeugt, welche zumindest für ein Referenzwertepaar einen Wert des Referenzwertepaars innerhalb eines Toleranzbereichs nicht verändert.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem (3) ein Messsystem eines Kraftfahrzeuglenkrads und/oder eines Sitzes eines Kraftfahrzeugs, insbesondere ein kapazitives Messsystem (3), umfasst.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Referenzwertepaar der Hauptgruppe wenigstens einen der folgende Systemzustände definiert: Kopplungen mindestens eines Messobjekts (4) mit einer definierten Impedanz (7), kapazitive Kopplung (61) eines Messobjekts (4) über eine definierte relative Permittivität (42) mit einem definierten Potential, Erdung eines Messobjekts (62), Kopplung eines Elements (31) des Messsystems (3) mit einer definierten Impedanz, kapazitive Kopplung (64) eines Elements (31) des Messsystems (3) über eine definierte relative Permittivität (43) mit einem definierten Potential und/oder Erdung eines Elements des Messsystems.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem in Form eines Sensors oder eines ASICs ausgebildet ist.
Vorrichtung zur Bestimmung eines Systemzustandes eines elektronischen Messsystems (3) für ein Kraftfahrzeug mit: a) Einem ersten Bestimmungsmittel zum Bestimmen eines ersten ((X_G1, Y_G1)) und zweiten ((X_G2, Y_G2)) Messwertepaars einer Messgröße des Messsystems (3); b) Einem Bereitstellungsmittel zum Bereitstellen einer Hauptgruppe von Referenzwertepaaren ((X_R1, Y_R1), ..., (X_RN, Y_RN)); c) Einem Erweiterungsmittel zum Erweitern des elektronischen Messsystems (3) mit einem definierten komplexen Widerstand (51, 52); d) Einem Berechnungsmittel zum Berechnen einer Gruppe von zweiten Referenzwertepaaren ((X_VR1, Y_VR1), (X_VR3, Y_VR3), (X_VRn, Y_VRn)) aus einer Gruppe erster Referenzwertepaare ((X_R1, Y_R1), (X_R3, Y_R3), (X_Rn, Y_Rn)) und dem Wert des definierten komplexen Widerstands; e) Ermittlungsmittel zum Ermitteln einer Gruppe von ersten Referenzwertepaaren ((X_R1, Y_R1), (X_R3, Y_R3), (X_Rn, Y_Rn)) aus der Hauptgruppe von Referenzwertepaaren ((X_R1, Y_R1), ..., (X_RN, Y_RN)), die jeweils charakteristisch sind, für einen Systemzustand des elektronischen Messsystems (3), wobei die ersten Referenzwertepaare ((X_R1, Y_R1), (X_R3, Y_R3), (X_Rn, Y_Rn)) dadurch ermittelt werden, dass sie mit dem ersten Messwertepaar ((X_G1, Y_G1)) innerhalb eines definierten Grenzbereichs jeweils übereinstimmen und zum Ermitteln eines finalen Referenzwertepaars ((X_VR1, Y_VR1)) aus der Gruppe der zweiten Referenzwertepaare ((X_VR1, Y_VR1), (X_VR3, Y_VR3), (X_VRn, Y_VRn)) dadurch, dass das finale Referenzwertepaar ((X_VR1, Y_VR1)) aus der Gruppe der zweiten Referenzwertepaare ((X_VR1, Y_VR1), (X_VR3, Y_VR3), (X_VRn, Y_VRn)) die größte Übereinstimmung mit dem zweiten Messwertepaar ((X_G2, Y_G2)) aufweist; f) Einem zweiten Bestimmungsmittel zum Bestimmen des Systemzustands anhand desjenigen ersten Referenzwertepaars ((X_R1, Y_R1)) aus dem das finale Referenzwertepaar ((X_VR1, Y_VR1)) berechnet wurde.
Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungs- , Bereitstellungs-, Berechnungs- und Ermittlungsmittel in Form einer programmierten Einrichtung, eines ASICs oder einer Kombination aus beidem ausgebildet sind.