DE102019120136A1

DE102019120136A1 - Kapazitive Sensorvorrichtung, Lenkrad mit einer kapazitiven Sensorvorrichtung, Verfahren zum Betrieb einer kapazitiven Sensorvorrichtung und/oder eines Lenkrads sowie Fahrzeug mit einer kapazitiven Sensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102019120136A1
Application number: DE102019120136.5A
Authority: DE
Inventors: Georg Poslowsky
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2019-07-25
Filing date: 2019-07-25
Publication date: 2021-01-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kapazitive Sensorvorrichtung (10), insbesondere für ein Lenkrad (100), sowie ein Lenkrad (100), ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb einer Sensorvorrichtung (10) zur Erkennung einer Anwesenheit eines menschlichen Körperteils (16) in einem Detektionsbereich der Sensorvorrichtung (10), wobei die Sensorvorrichtung (10) eine erste Sensorelektrode (11) mit einem Detektionsbereich, eine zweite Sensorelektrode (13), eine Stromerzeugungseinrichtung (20), eine Strommesseinrichtung (30), und eine Auswerteeinrichtung (50) aufweist. Die erste Sensorelektrode (11) und die zweite Sensorelektrode (13) sind durch ein Dielektrikum (9) getrennt und bilden ein erstes kapazitives Element (K1) und die erste Sensorelektrode (11) und die Umgebung ein zweites kapazitives Element (K2). Die erste Sensorelektrode (11) ist mittels der Stromerzeugungseinrichtung (20) mit einem Referenzstrom (11) beaufschlagbar und die Strommesseinrichtung (30) ist dazu eingerichtet, den Referenzstrom (11) in der ersten Sensorelektrode (11) und einen in der zweiten Sensorelektrode (13) fließenden Messstrom (12) zu erfassen. Die Auswerteeinrichtung (40) ist dazu eingerichtet, eine Differenz (11-12) zwischen dem erfassten Referenzstrom (11) und dem erfassten Messstrom (12) zu ermitteln.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kapazitive Sensorvorrichtung zur Erkennung einer Anwesenheit eines menschlichen Körperteils in einem Detektionsbereich der Sensorvorrichtung, vorzugsweise für ein Lenkrad, insbesondere zur Erkennung einer Anwesenheit einer menschlichen Hand in einem Greifbereich eines Lenkrads, wobei die Sensorvorrichtung wenigstens eine erste Sensorelektrode mit einem zugehörigen Detektionsbereich, eine zweite Sensorelektrode, eine Stromerzeugungseinrichtung, eine Strommesseinrichtung, und eine Auswerteeinrichtung aufweist.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Lenkrad, insbesondere ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug, mit einer solchen Sensorvorrichtung.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Sensorvorrichtung und/oder eines Lenkrads mit einer solchen Sensorvorrichtung.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere mit einer solchen Sensorvorrichtung.
Gattungsgemäße, kapazitive Sensorvorrichtungen mit einer Strommesseinrichtung sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, auch für Lenkräder oder Autositze, beispielsweise aus der FR 3 056 291 , welche lehrt, zur Erfassung einer Änderung einer kapazitiven Kopplung zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode durch eine Annäherung einer menschlichen Hand an die Sensorvorrichtung einen absoluten Stromfluss zwischen der zweiten Elektrode und Masse zu messen.
Durch Störeinflüsse, insbesondere von außen, zum Beispiel durch eine sich ändernde Umgebungstemperatur der Sensorvorrichtung oder eine sich ändernde Luftfeuchtigkeit in der Umgebung kann es zu Kapazitätsänderungen und damit zu einem Drift, d.h. zu einer systematischen Abweichung, des Strommessignals kommen.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Sensorvorrichtung mit Strommessung bereitzustellen, insbesondere eine verbesserte Sensorvorrichtung, welche insbesondere eine geringere Driftneigung aufweist und/oder eine einfache Störgrößenkompensation ermöglicht. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein alternatives, insbesondere verbessertes, Lenkrad mit einer kapazitiven Sensorvorrichtung, ein alternatives, insbesondere verbessertes, Verfahren zum Betrieb einer derartigen kapazitiven Sensorvorrichtung und ein Fahrzeug mit einer alternativen, insbesondere verbesserten, Sensorvorrichtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine kapazitive Sensorvorrichtung, durch ein Lenkrad, durch ein Verfahren und durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren und werden im Folgenden näher erläutert. Die Patentansprüche werden durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Eine kapazitive Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist zur Erkennung einer Anwesenheit eines menschlichen Körperteils in einem Detektionsbereich der Sensorvorrichtung ausgebildet, vorzugsweise für ein Lenkrad, insbesondere zur Erkennung einer Anwesenheit einer menschlichen Hand in einem Greifbereich eines Lenkrads, d.h. insbesondere zur „Hands-On-Off-Erkennung“, wobei die Sensorvorrichtung wenigstens eine erste Sensorelektrode mit einem zugehörigen Detektionsbereich, eine zweite Sensorelektrode, eine Stromerzeugungseinrichtung, eine Strommesseinrichtung, und eine Auswerteeinrichtung aufweist. Die wenigstens eine erste Sensorelektrode und die zweite Sensorelektrode sind dabei durch ein Dielektrikum zwischen sich voneinander getrennt und bilden ein erstes kapazitives Element, wobei die wenigstens eine erste Sensorelektrode mit der Umgebung ein zweites kapazitives Element bildet, und wobei wenigstens eine der beiden Sensorelektroden, d.h. die wenigstens eine erste Sensorelektrode und/oder die zweite Sensorelektrode, mit der Stromerzeugungseinrichtung elektrisch verbindbar oder verbunden ist und mittels der Stromerzeugungseinrichtung mit einem Referenzstrom beaufschlagbar ist.
Eine erfindungsgemäße, kapazitive Sensorvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strommesseinrichtung dazu eingerichtet ist, den Referenzstrom in der mit dem Referenzstrom beaufschlagten Sensorelektrode und einen in der anderen Sensorelektrode fließenden Messstrom zu erfassen, vorzugsweise jeweils quantitativ zu messen, insbesondere gleichzeitig, und die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet ist, eine Differenz zwischen dem erfassten Referenzstrom und dem erfassten Messstrom zu ermitteln.
Sind beide erfassten Ströme, d.h. der erfasste Referenzstrom und der erfasste Messstrom gleich groß oder nahezu gleich groß bis auf kleinste, insbesondere nicht zu vermeidende, verlustbedingte Abweichungen, kann davon ausgegangen werden, dass sich kein menschliches Körperteil im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung befindet, d.h. es liegt insbesondere keine Annäherung und/oder Berührung vor, da der gesamte Referenzstrom, mit welchem eine der beiden Sensorelektroden, vorzugsweise die erste Sensorelektrode, während des Betriebs bzw. bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung beaufschlagt wird, nur über die andere der beiden Sensorelektroden, vorzugsweise nur über die zweite Sensorelektrode abfließen kann, was in einem nahezu gleichgroßen Messstrom resultiert.
Bei Anwesenheit eines menschlichen Körperteils im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung hingegen, beispielsweise bei Annäherung und/oder Berührung einer menschlichen Hand an ein Lenkrad mit einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung, insbesondere an die erste Sensorelektrode, ändert sich die von der ersten Sensorelektrode und der Umgebung gebildete erste Kapazität. Ferner bildet sich eine Kapazität zwischen dem menschlichen Körperteil und der ersten Sensorelektrode aus, über welche ebenfalls Referenzstrom, insbesondere zumindest ein Anteil von diesem, abfließen kann, wie eine Art „Fehlerstrom“ in einem sogenannten Fehlerstromschutzschalter (Fl-Schutzschalter). Folglich verringert sich der über die andere, insbesondere zweite, Sensorelektrode abfließende Strom und damit der Messstrom, was durch die Strommessung erfasst werden kann, wobei die Differenz zwischen Referenzstrom und Messstrom zunimmt.
Die Differenz zwischen Referenzstrom und Messstrom ist dabei proportional zum Abstand des menschlichen Körperteils zur Sensorelektrode, so dass in Abhängigkeit von dem ermittelten Differenzstromwert insbesondere auf die Ausprägung der Anwesenheit (Annäherung, Berührung, konstante Position im Detektionsbereich etc.) geschlossen werden kann.
Eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung ist insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug ausgebildet und kann beispielsweise für die Verwendung in einem Lenkrad zur sogenannten „Hands-On-Off-Detektion“ ausgebildet sein oder beispielsweise für eine Sitzbelegungserkennungsvorrichtung, mit welcher erkannt werden kann, ob ein Sitz von einer menschlichen Person belegt ist oder nicht. Darüber hinaus sind viele weitere Anwendungsmöglichkeiten denkbar.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer kapazitiven Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere die erste Sensorelektrode mit der Stromerzeugungseinrichtung elektrisch verbindbar oder verbunden und kann mit dem Referenzstrom beaufschlagt werden, wobei mittels der Strommesseinrichtung insbesondere ein in die erste Sensorelektrode hineinfließender Referenzstrom und ein aus der zweiten Sensorelektrode abfließender Messstrom erfasst werden können, vorzugsweise quantitativ gemessen werden können, und mittels der Auswerteeinrichtung eine Differenz zwischen dem erfassten Referenzstrom in der ersten Sensorelektrode und dem erfassten Messstrom in der zweiten Sensorelektrode ermittelt werden kann.
Durch die Differenzwertermittlung der in den beiden Sensorelektroden, insbesondere in der ersten Sensorelektrode und der zweiten Sensorelektrode, fließenden Ströme, ähnlich wie bei einem Fehlerschutzschalter, insbesondere durch die Ermittlung einer Differenz zwischen einem in die erste Sensorelektrode hineinfließenden Referenzstrom und einem über die zweite Sensorelektrode abfließenden Messstrom, können systematische Abweichungen weitestgehend eliminiert werden und somit die negativen Auswirkungen einer systematischen Abweichung im Strommesssignal reduziert oder sogar vermieden werden.
Dies ermöglicht beispielsweise auch Erkennen eines langsamen Loslassens eines Lenkrads, was bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Sensorvorrichtung, bei welcher nur ein absolut gemessener Strom als Grundlage für die Erkennung einer Annäherung und/oder Berührung dient, nicht von einer temperaturbedingten, systematischen Abweichung, d.h. von einem temperaturbedingten Drift des Strommesswerts, unterschieden werden kann.
Hierdurch kann in vielen Fällen auf ein Abschirmelement verzichtet werden, insbesondere auf ein thermisches Abschirmelement, mittels welchem ein temperaturbedingter Drift, insbesondere eine temperaturbedingte Kapazitätsänderung zwischen der ersten Sensorelektrode und der zweiten Sensorelektrode, von welcher unmittelbar die Größe des über die zweite Sensorelektrode abfließenden Messstroms abhängt, reduziert werden kann. Infolgedessen ermöglicht eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung die Bereitstellung einer einfacheren, leichteren und in der Regel auch kostengünstigeren Sensorvorrichtung, insbesondere die Bereitstellung eines einfacheren, leichteren und in vielen Fällen auch kostengünstigeren Lenkrads mit einer kapazitiven Sensorvorrichtung.
Ferner kann mit einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtungen in vielen Fällen auf einfache Art und Weise eine systematische Abweichung erkannt werden, insbesondere ein Temperaturdrift, nämlich durch einen Vergleich beider Strommesswerte mit früheren, d.h. zeitlich zurückliegenden, Strommesswerten und/oder einem oder mehreren zugehörigen Referenzwerten. Sind beispielsweise beide Strommesswerte grundsätzlich jeweils höher als zu Beginn einer jeweiligen Messreihe oder als zugehörige Referenzstrommesswerte, liegt mit großer Wahrscheinlichkeit eine systematische Abweichung vor, beispielsweise ein Temperaturdrift infolge einer Aufheizung der Sensorelektroden durch Sonneneinstrahlung.
Besonders bevorzugt ist die Sensorvorrichtung dabei derart ausgebildet, dass die Anwesenheit eines menschlichen Körperteils in einem Detektionsbereich der wenigstens einen ersten Sensorelektrode jeweils eine erfassbare, der wenigstens einen ersten Sensorelektrode zugeordnete Änderung einer kapazitiven Kopplung dieser Sensorelektrode mit der Umgebung gegenüber einem Referenzzustand ohne Anwesenheit eines menschlichen Körperteils in dem zugehörigen Detektionsbereich bewirkt. Durch die Änderung der kapazitiven Kopplung der ersten Sensorelektrode mit der Umgebung ändert sich der Stromfluss durch das von der ersten Sensorelektrode und der zweiten Sensorelektrode gebildete kapazitive Element und damit der Messstrom in der zweiten Sensorelektrode und infolgedessen wiederum die Differenz zwischen Referenzstrom und Messstrom, wobei die Änderung proportional zur Annäherung ist, insbesondere zum Abstand des menschlichen Körperteils zur ersten Sensorelektrode.
Dabei stehen die erste Sensorelektrode und die zweite Sensorelektrode ferner insbesondere nicht in einem direkten elektrischen Kontakt miteinander, sondern sind nur, und das nur indirekt, über das sich zwischen ihnen befindende Dielektrikum miteinander gekoppelt, wobei die zweite Sensorelektrode vorzugsweise nahezu vollständig von dem Dielektrikum umgeben ist, insbesondere vollständig bis auf einen Anschluss zur Kontaktierung eines elektrischen Leiters, über welchen der Messstrom abfließen kann.
Dabei ist die zweite Sensorelektrode insbesondere nicht vor einer Messstelle, an welcher der von der zweiten Sensorelektrode abfließende Messstrom erfasst wird, anderweitig als über diesen einen Leiter, über welchen der Messstrom abfließen kann, kontaktiert und/oder liegt an Masse an. D.h. mit anderen Worten, dass die zweite Sensorelektrode vorzugsweise in Stromflussrichtung vor der Strommessung nicht anderweitig kontaktiert ist, beispielsweise mit einer Fahrzeugmasse (GND bzw. 0V), insbesondere dem Massepol der Fahrzeugbatterie, um einen korrekten Messstrom zu gewährleisten.
Das Dielektrikum ist bei einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung dabei insbesondere derart gewählt, dass das von der ersten Sensorelektrode, dem Dielektrikum und der zweiten Sensorelektrode gebildete erste kapazitive Element eine definierte Kapazität aufweist, insbesondere eine Kapazität in einem Bereich von 0,1 pF bis 100 nF.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Stromerzeugungseinrichtung eine Wechselstromerzeugungseinrichtung und insbesondere dazu ausgebildet einen Wechselstrom als Referenzstrom zu erzeugen. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise der erforderliche Stromfluss durch das erste kapazitive Element in die andere Sensorelektrode erreicht werden.
In einer weiteren, insbesondere besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Auswerteeinrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von der ermittelten Stromdifferenz zwischen Referenzstrom und Messstrom eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung zu erkennen, insbesondere die Anwesenheit einer menschlichen Hand im Greifbereich eines Lenkrads, wobei die Sensorvorrichtung, insbesondere die Auswerteeinrichtung, dazu eingerichtet ist, zu erkennen, ob eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung vorliegt oder nicht (ja/nein). Dadurch lässt sich auf vorteilhafte Art und Weise eine sogenannte „Hands-On-Off-Detektion“ realisieren. Eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung ermöglicht aufgrund der Reduzierung bzw. Elimination einiger, typischerweise während des Betriebs einer kapazitiven Sensorvorrichtung auftretenden systematischen Abweichungen eine besonders genaue „Hands-On-Off-Detektion“.
Besonders bevorzugt ist die Auswerteeinrichtung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung ferner dazu eingerichtet, zu spezifizieren, ob es sich jeweils um eine Annäherung oder eine Berührung oder eine in ihrer Position nicht veränderliche Anwesenheit des menschlichen Körperteils im Detektionsbereich handelt.
In einer weiteren, insbesondere besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet, insbesondere sofern eine Anwesenheit eines Körperteils im Detektionsbereich erkannt worden ist, in Abhängigkeit von der ermittelten Stromdifferenz zwischen Referenzstrom und Messstrom eine für eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils im Detektionsbereich der zugehörigen Sensorelektrode charakteristische Größe zu bestimmen, vorzugsweise eine, eine Annäherung und/oder eine Berührung charakterisierende Größe, insbesondere eine, eine Annäherung einer menschlichen Hand an einen Greifbereich eines Lenkrads und/oder eine, eine Berührung des Greifbereichs eines Lenkrads mit einer menschlichen Hand charakterisierende Größe, beispielsweise einen Abstand und/oder eine Position des Körperteils.
Dabei ist die Auswerteeinrichtung insbesondere dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von der ermittelten Stromdifferenz zwischen Referenzstrom und Messstrom einen Abstand eines menschlichen Körperteils von der wenigstens einen ersten Sensorelektrode und/oder einer definierten Bezugsbasis zu bestimmen, insbesondere den Abstand einer menschlichen Hand von einem Greifbereich eines Lenkrads. Dazu ist die Sensorvorrichtung vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Stromdifferenz proportional zu einem Abstand des menschlichen Körperteils von der Sensorvorrichtung, insbesondere von der wenigstens einen ersten Sensorelektrode, ist.
In einer weiteren, insbesondere besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Sensorvorrichtung insbesondere mehrere erste Sensorelektroden mit jeweils einem zugehörigen Detektionsbereich auf, wobei die mehreren ersten Sensorelektroden jeweils elektrisch isoliert voneinander und über eine Detektionsfläche der Sensorvorrichtung verteilt angeordnet oder anordbar sind, beispielsweise über wenigstens einen Teil eines Greifbereichs eines Lenkrads verteilt oder über die gesamte Greiffläche eines Lenkrads verteilt, und jeweils mit einem definierten Referenzstrom beaufschlagbar sind, wobei jede erste Sensorelektrode einem oder mehreren Sektoren zugeordnet ist und die Sensorvorrichtung dazu eingerichtet ist, jeweils sektorweise eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils zu erkennen, insbesondere sektorweise eine Annäherung und/oder Berührung einer menschlichen Hand, wobei die Sensorvorrichtung besonders bevorzugt dazu eingerichtet ist, sofern in wenigstens einem Sektor eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils erkannt worden ist, daraus insbesondere eine Position dieses menschlichen Körperteils zu bestimmen. Hierdurch lässt sich auf besonders einfache Art, insbesondere mit wenigen Zusatzkomponenten, eine Positionsbestimmung realisieren, mittels welcher sich umfangreiche Funktionen, beispielsweise umfangreiche Fahrerassistenzfunktionen in einem Fahrzeug, realisieren lassen.
Sind mehrere erste Sensorelektroden vorgesehen und ist die Sensorvorrichtung für eine jeweils sektorweise Erkennung einer Anwesenheit eines menschlichen Körperteils eingerichtet, kann insbesondere aus dem Verhältnis der erfassten und den einzelnen der mehreren ersten Sensorelektroden zugeordneten Änderungen der kapazitiven Kopplungen mit der Umgebung bzw. aus den daraus jeweils resultierenden Stromdifferenzen eine Position eines menschlichen Körperteils, das sich im Detektionsbereich der Sensorelektroden befindet, bestimmt werden. Je nach Unterteilung und Anordnung der einzelnen Sensorelektroden ist eine entsprechende Ortsauflösung möglich. Hierfür sind besonders bevorzugt jeweils wenigstens zwei der ersten Sensorelektroden kämmend miteinander angeordnet, insbesondere wie in der DE 102014117823 A1 oder der DE 102014117821 A1 beschrieben, auf welche hiermit für vorteilhafte Sensorelektrodenstrukturen zu diesem Zweck explizit verwiesen wird.
Darüber hinaus können auch ein oder mehrere zweite Sensorelektroden vorgesehen sein, beispielsweise für jede erste Sensorelektrode jeweils eine zugehörige zweite Sensorelektrode, wobei in diesem Fall besonders bevorzugt jeweils eine Stromdifferenz zwischen einer mit dem Referenzstrom beaufschlagten ersten Sensorelektrode und einer zugehörigen, zweiten Sensorelektrode ermittelt werden kann.
Alternativ oder zusätzlich kann einer Gruppe von ersten Sensorelektroden aber auch eine gemeinsame zweite Sensorelektrode zugeordnet sein, wobei in diesem Fall besonders bevorzugt jeweils eine Stromdifferenz zwischen einer mit dem Referenzstrom beaufschlagten ersten Sensorelektrode und einem Messstrom einer der jeweiligen Gruppe von ersten Sensorelektroden zugeordneten zweiten Sensorelektrode ermittelt werden kann.
Besonders bevorzugt ist nur eine einzige zweite Sensorelektrode vorgesehen, welche jeweils allen ersten Sensorelektroden zugeordnet ist, wobei die Stromdifferenz jeweils, insbesondere für jede der ersten Sensorelektroden, zwischen dem Referenzstrom einer jeweiligen, mit dem Referenzstrom beaufschlagten ersten Sensorelektrode und dem Messstrom der einzigen zweiten Sensorelektrode ermittelt werden kann.
Mithilfe mehrerer erster und/oder zweiter Sensorelektroden kann nicht nur eine Position eines menschlichen Körperteils im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung bestimmt werden, sondern beispielsweise auch eine durch eine ungleichmäßige Sonneneinstrahlung entstehende, ungleichmäßige Aufheizung der Sensorvorrichtung und eine infolgedessen ungleichmäßig verteilte, entstandene systematische Abweichung, welche durch einen gewöhnlichen, und insbesondere einzigen Temperatursensor in der Regel nicht erkannt und infolgedessen nicht kompensiert werden kann. Somit kann mit einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung mit einer derartigen Ausgestaltung mit mehreren ersten und/oder zweiten Sensorelektroden die Erkennungsgenauigkeit noch weiter verbessert werden.
In einer weiteren, insbesondere besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Sensorvorrichtung, insbesondere die Auswerteeinrichtung, ferner dazu eingerichtet, wenigstens eine Störgröße rechnerisch zu kompensieren, insbesondere wenigstens eine durch eine parasitäre Kapazität entstehende Störgröße, wobei die parasitäre Kapazität insbesondere klein gegenüber einer Kapazitätsänderung bei einer Anwesenheit, insbesondere einer Annäherung und/oder Berührung, eines menschlichen Körperteils im Detektionsbereich ist, und/oder eine auf einer temperaturbedingten systematischen Abweichung basierende Störgröße.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Sensorvorrichtung, insbesondere die Stromerzeugungseinrichtung und/oder die Strommesseinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung, eine oder mehre Schaltungen auf, insbesondere diskrete Schaltungen und/oder Schaltelemente, beispielsweise ein oder mehrere Operationsverstärker und/oder ein oder mehrere Filtereinrichtungen (Tiefpass-, Hochpass-, Bandpass-) und/oder einen oder mehrere Widerstände, wobei wenigstens eine Schaltung vorzugsweise ein integrierter Schaltkreis (IC) ist, insbesondere ein anwendungsspezifischer, integrierter Schaltkreis (ASIC), wobei ein ASIC besonders vorteilhaft erscheint: einerseits wegen der zu erwartenden geringen Ströme sowie andererseits wegen einer erreichbaren kompakten und extrem wenig Platz erfordernden Ausgestaltung.
In einer weiteren, insbesondere besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Sensorvorrichtung dazu eingerichtet, wenigstens ein Sensorsignal auszugeben, das eine Signalinformation enthält, welche eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung charakterisiert, vorzugswese eine Berührung und/oder eine Annäherung, insbesondere eine Berührung und/oder eine Annäherung einer menschlichen Hand an einen Greifbereich eines Lenkrads, beispielsweise ein Sensorsignal mit einer Signalinformation, ob sich ein menschliches Körperteil im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung befindet, und wenn ja, vorzugsweise wo im Detektionsbereich und/oder insbesondere mit welchem Abstand zu einer Greiffläche, und/oder ob es sich annähert oder entfernt oder eine Greiffläche berührt. Hierdurch lassen sich besonders vorteilhafte und umfangreiche Funktionen, beispielsweise umfangreiche Fahrerassistenzfunktionen, realisieren.
Ein erfindungsgemäßes Lenkrad mit einer kapazitiven Sensorvorrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine Sensorvorrichtung aufweist, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Mit einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung lässt sich besonders vorteilhaft eine „Hands-On-Off-Detektion“ realisieren, insbesondere auf besonders einfache Art und Weise und besonders genau.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung eines Lenkrads gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Lenkrad dabei einen metallischen, elektrisch leitfähigen, umlaufend um eine Drehachse des Lenkrads ausgebildeten Lenkradkranzkern auf, wobei der Lenkradkranzkern zumindest teilweise, insbesondere vollständig, die zweite Sensorelektrode bildet. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte und wenige Teile erfordernde Ausgestaltung eines Lenkrads, da in der Regel jedes Lenkrad generell über einen entsprechenden Lenkradkranzkern verfügt.
Statt der zumindest teilweisen Verwendung des Lenkradkranzkerns als zweite Sensorelektrode kann alternativ oder zusätzlich zu einem Lenkradkranzkern auch wenigstens eine weitere Elektrode vorgesehen sein, welche als zweite Sensorelektrode genutzt wird.
Für eine optimale Funktion der Sensorvorrichtung ist, wenn der Lenkradkranzkern als zweite Sensorelektrode genutzt wird, dieser dabei nahezu vollständig von einem Dielektrikum umgeben, insbesondere vollständig bis auf einen Anschluss zur Kontaktierung eines elektrischen Leiters, über welchen der Messstrom abfließen kann. Der Lenkradkranzkern ist dabei insbesondere nicht vor einer Messstelle, an welcher der von der zweiten Sensorelektrode abfließende Messstrom erfasst wird, anderweitig als über diesen einen Leiter, über welchen der Messstrom abfließen kann, kontaktiert und/oder liegt an Masse an. D.h. mit anderen Worten, dass der Lenkradkranzkern bzw. eine jeweilige zweite Sensorelektrode in Stromflussrichtung nicht vor der Strommessung anderweitig kontaktiert sein sollte, beispielsweise mit einer Fahrzeugmasse (GND bzw. 0V), insbesondere dem Massepol der Fahrzeugbatterie, um einen korrekten Messstrom zu gewährleisten.
Besonders bevorzugt weist das Lenkrad ferner außerdem eine, insbesondere geschlossene, äußere Umhüllung auf, vorzugsweise aus Leder und/oder aus Kunststoff, vorzugsweise mit einer Greiffläche, welche sich insbesondere über nahezu die gesamte Umhüllung erstreckt. Der Detektionsbereich kann sich dabei über die gesamte Greiffläche des Lenkrads oder nur über einen Teil der Greiffläche erstrecken.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines Lenkrads gemäß der vorliegenden Erfindung ist die wenigstens eine erste Sensorelektrode bevorzugt in radialer Richtung zwischen einer äußeren Umhüllung des Lenkrads und dem Dielektrikum angeordnet, wobei, wenn das Lenkrad mehrere erste Sensorelektroden aufweist, vorzugsweise sämtliche der ersten Sensorelektroden jeweils zwischen einer äußeren Umhüllung des Lenkrads und dem Dielektrikum angeordnet sind. Hierdurch kann eine besonders gute Erkennung erreicht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines Lenkrads gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Lenkrad wenigstens eine Heizelektrode auf, insbesondere eine Heizmatte, wobei wenigstens eine erste Sensorelektrode zumindest teilweise oder vollständig durch wenigstens eine Heizelektrode gebildet ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte und wenige Teile erfordernde Ausgestaltung eines Lenkrads, da in der Regel jedes Lenkrad generell über einen entsprechenden Lenkradkranzkern verfügt.
Statt der zumindest teilweisen Verwendung einer oder mehrerer Heizelektroden als eine oder mehrere erste Sensorelektroden kann alternativ oder zusätzlich zu einer oder mehreren ersten Sensorelektroden auch wenigstens eine weitere Elektrode vorgesehen sein, welche nur als Heizelektrode genutzt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines Lenkrads gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Sensorvorrichtung mehrere erste Sensorelektroden auf, welche jeweils elektrisch isoliert voneinander zumindest über einen Teil eines Greifbereichs des Lenkrads verteilt angeordnet sind und jeweils mit einem definierten Referenzstrom beaufschlagbar sind, wobei jede erste Sensorelektrode einem oder mehreren Sektoren zugeordnet ist, wobei die Sensorvorrichtung dazu eingerichtet ist, jeweils sektorweise eine Anwesenheit einer menschlichen Hand im Greifbereich des Lenkrads zu erkennen, insbesondere eine Annäherung und/oder Berührung.
Dabei ist eine derartige Sensorvorrichtung insbesondere dazu eingerichtet, jeweils sektorweise die Anwesenheit einer menschlichen Hand in einem Greifbereich eines Lenkrads zu erkennen, insbesondere sektorweise jeweils eine Annäherung und/oder Berührung einer menschlichen Hand an den Greifbereich des Lenkrads zu erkennen, wobei eine solche Sensorvorrichtung besonders bevorzugt dazu eingerichtet ist, sofern in wenigstens einem Sektor eine Anwesenheit, insbesondere eine Annäherung und/oder eine Berührung erkannt worden ist, daraus eine Position der menschlichen Hand im Greifbereich zu bestimmen. Hierfür sind besonders bevorzugt jeweils wenigstens zwei der ersten Sensorelektroden kämmend miteinander angeordnet, insbesondere wie in der DE 102014117823 A1 oder der DE 102014117821 A1 beschrieben, auf welche hiermit für vorteilhafte Sensorelektrodenstrukturen zu diesem Zweck explizit verwiesen wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung eines Lenkrads gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Sensorvorrichtung insbesondere zur Bestimmung eines Umfassungswinkels einer Hand am Lenkrad und/oder zur Bestimmung einer Handposition an einem Lenkrad in Umfangsrichtung eingerichtet, beispielsweise wie in der DE 102014117823 A1 oder der DE 102014117821 A1 beschrieben, auf welche hiermit für nähere Erläuterungen diesbezüglich ebenfalls explizit verwiesen wird.
Zur Bestimmung eines Umfassungswinkels, d.h. wie weit ein Fahrer das Lenkrad umgreift bzw. mit seiner Hand umschließt, weist ein erfindungsgemäßes Lenkrad bevorzugt wenigstens zwei in Umfassungsrichtung verteilt angeordnete erste Sensorelektroden auf, insbesondere zwei in Umfangrichtung kämmend angeordnete erste Sensorelektroden, wobei aus dem Verhältnis der jeweils erfassten Änderungen der kapazitiven Kopplung der jeweiligen ersten Sensorelektroden mit der Umgebung der Umfassungswinkel am Lenkrad bestimmbar ist.
Zur Bestimmung einer Handposition weist ein erfindungsgemäßes Lenkrad bevorzugt wenigstens zwei in Umfangsrichtung verteilt angeordnete erste Sensorelektroden auf, insbesondere zwei in Umfangsrichtung kämmend angeordnete Sensorelektroden, wobei aus dem Verhältnis der jeweils erfassten Änderungen der kapazitiven Kopplung der jeweiligen ersten Sensorelektroden mit der Umgebung die Handposition in Umfangsrichtung am Lenkrad bestimmbar ist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung und/oder zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Lenkrads, insbesondere zum Erkennen einer Anwesenheit eines menschlichen Körperteils in einem Detektionsbereich der Sensorvorrichtung und/oder des Lenkrads, insbesondere zum Erkennen einer Annäherung und/oder Berührung einer menschlichen Hand an die Sensorvorrichtung und/oder das Lenkrad, ist gekennzeichnet durch die Schritte:

- Beaufschlagen einer ersten Sensorelektrode oder einer zugehörigen zweiten Sensorelektrode mit einem Referenzstrom, insbesondere einem Wechselstrom, vorzugsweise mittels der Stromerzeugungseinrichtung,
- Erfassen, insbesondere Messen, eines in der mit dem Referenzstrom beaufschlagten Sensorelektrode fließenden Referenzstroms und eines in einer zugehörigen anderen Sensorelektrode von den beiden ersten und zweiten Sensorelektroden fließenden Messstroms, vorzugsweise gleichzeitig, insbesondere mittels der Strommesseinrichtung, und
- Ermitteln einer Differenz zwischen dem erfassten Referenzstrom und dem erfassten Messstrom, insbesondere mittels der Auswerteeinrichtung.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf besonders einfache Art und Weise eine hohe Erkennungsgenauigkeit erreicht werden, insbesondere mit erheblich geringeren negativen Effekten aufgrund von während der Verwendung der Sensorvorrichtung entstehenden, systematischen Abweichungen.
Bevorzugt wird dabei eine erste Sensorelektrode mit dem Referenzstrom beaufschlagt und der Referenzstrom in dieser ersten Sensorelektrode gemessen, insbesondere ein in die erste Sensorelektrode hineinfließender Strom, sowie ein in der zweiten Sensorelektrode fließender Messstrom, insbesondere ein aus der zweiten Sensorelektrode abfließender Messstrom.
Zur Stromerzeugung des Referenzstroms wird insbesondere eine Wechselspannung an ein Sensorelektrodenpaar aus einer ersten Sensorelektrode und einer zugehörigen zweiten Sensorelektrode angelegt.
In einer vorteilhaften Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird, bevorzugt in wenigstens einem weiteren Schritt, anhand der ermittelten Stromdifferenz geprüft, ob sich ein menschliches Körperteil im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung befindet, insbesondere im Detektionsbereich der ersten Sensorelektrode, wobei sich ein menschliches Körperteil im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung befindet, insbesondere im Detektionsbereich der zugehörigen ersten Sensorelektrode, wenn die ermittelte Stromdifferenz von Null verschieden ist, insbesondere wesentlich, und/oder ein Betrag der ermittelten Stromdifferenz einen definierten Schwellwert überschreitet, und wobei sich kein menschliches Körperteil im Detektionsbereich befindet, wenn die ermittelte Stromdifferenz Null oder nahezu Null ist, d.h. der Referenzstrom und der Messstrom im Rahmen der Messgenauigkeit gleich sind, und/oder ein Betrag der ermittelten Stromdifferenz unterhalb eines definierten Schwellwerts liegt. Hierdurch kann eine besonders einfache und damit wenig Ressourcen erfordernde Auswertung realisiert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird insbesondere, vorzugsweise in wenigstens einem weiteren Schritt, in Abhängigkeit von der ermittelten Stromdifferenz zwischen Referenzstrom und Messstrom eine für eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils im Detektionsbereich der zugehörigen Sensorelektrode charakteristische Größe bestimmt werden, vorzugsweise eine, eine Annäherung und/oder eine Berührung charakterisierende Größe, insbesondere eine, eine Annäherung einer menschlichen Hand an einen Greifbereich eines Lenkrads und/oder eine, eine Berührung des Greifbereichs eines Lenkrads mit einer menschlichen Hand charakterisierende Größe.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird dabei vorzugsweise, sofern die Sensorvorrichtung dazu entsprechend eingerichtet ist, die Stromdifferenz sektorweise bestimmt und insbesondere in einem weiteren Schritt, sofern eine Anwesenheit eines Körperteils im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung erkannt worden ist, daraus eine Position des Körperteils im Detektionsbereich ermittelt. Hierdurch lassen sich besonders vorteilhafte weitere Funktionen realisieren, beispielsweise umfangreiche Fahrerassistenzfunktionen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird insbesondere, vorzugsweise in wenigstens einem weiteren Schritt, sofern die Sensorvorrichtung dazu entsprechend eingerichtet ist, wenigstens eine Kompensationsgröße bestimmt und wenigstens ein erfasster Strom, die ermittelte Stromdifferenz und/oder wenigstens eine ermittelte charakterisierende Größe zur zumindest teilweisen Kompensation wenigstens einer Störgröße mit der wenigstens einen ermittelten Kompensationsgröße verrechnet. Hierdurch kann eine besonders genaue Kennung realisiert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird insbesondere, vorzugsweise in wenigstens einem weiteren Schritt, sofern die Sensorvorrichtung dazu entsprechend eingerichtet ist, in wenigstens einem weiteren Schritt wenigstens ein Sensorsignal erzeugt und ausgegeben, welches eine Signalinformation enthält, die eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung, insbesondere eine Berührung und/oder eine Annäherung einer menschlichen Hand, vorzugsweise an einen Greifbereich eines Lenkrads, charakterisiert. Hierdurch lassen sich besonders vorteilhafte weitere Funktionen realisieren, beispielsweise umfangreiche Fahrerassistenzfunktionen.
Die mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend auch für ein erfindungsgemäßes Lenkrad sowie für ein erfindungsgemäßes Verfahren.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar, sofern diese jeweils technisch grundsätzlich möglich ist, d.h. ausführbar.
Die Erfindung wird nun anhand mehrerer, nicht einschränkender, bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen schematisch:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lenkrads in frontaler Ansicht auf das Lenkrad,
2 das erfindungsgemäße Lenkrad aus 1 mit einem erfindungsgemäßen Sensorsystem in Schnittdarstellung in Dickenrichtung,
3 ein schematisches Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung des Lenkrads aus den 1 und 2,
4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lenkrads in frontaler Ansicht auf das Lenkrad,
5 einen Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lenkrads in Seitenansicht, und
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lenkrads in Schnittdarstellung in Dickenrichtung.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lenkrads 100 für ein Fahrzeug in Frontansicht und 2 einen Schnitt durch das Lenkrad in Dickenrichtung. In 3 ist ein zugehöriges schematisches Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung des Lenkrads aus den 1 und 2 abgebildet.
Das in den 1 bis 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lenkrads 100 weist eine erfindungsgemäße kapazitive Sensorvorrichtung 10 auf, welche zur Erkennung einer Anwesenheit eines menschlichen Körperteils 16, insbesondere einer Hand oder eines Fingers 16 in einem Detektionsbereich der Sensorvorrichtung 10 ausgebildet ist, insbesondere zur Erkennung einer Anwesenheit einer menschlichen Hand 16 in einem Greifbereich 14 des Lenkrads 100.
Die Sensorvorrichtung 10 weist eine erste Sensorelektrode 11 auf, welche durch eine Heizelektrode 12 einer Heizstruktur gebildet ist, sowie eine zweite Sensorelektrode 13, welche durch einen metallischen und elektrisch leitenden Lenkradkranzkern 13 gebildet ist.
Die erste Sensorelektrode 11 bzw. die Heizstruktur 12 erstreckt sich dabei sowohl vollständig umlaufend in Umfassungsrichtung 17 (vgl. 1 und 2), als auch vollständig umlaufend in Umfangsrichtung 18 (vgl. 1), wobei die Umfangsrichtung 18 und die Umfassungsrichtung 17 durch die zu den Bezugszahlen 17 und 18 zugehörigen Bezugspfeile angedeutet sind.
D.h. die erste Sensorelektrode 11 und die Heizstruktur 12 erstrecken sich bei diesem Ausführungsbeispiel nahezu über einen gesamten Greifbereich 14 der Lenkradkranzfläche, wobei die erste Sensorelektrode 11 bzw. die Heizstruktur 12 nahezu unmittelbar unter einer Umhüllung 15, insbesondere unterhalb eines Lenkradbezugs 15, beispielsweise eines Lederbezugs 15, angeordnet ist. Die Sensorelektrode 11 bzw. die Heizstruktur 12 sind dabei auf einem hier nicht näher bezeichneten Träger aus einem dünnen Stoff aufgestickt, wie es aus dem Stand der Technik allgemein bekannt ist.
Der im Kernbereich des Lenkradkranzes angeordnete, metallische Lenkradkranzkern 13 bildet die Tragstruktur des Lenkrads 100. In radialer Richtung außerhalb vom Lenkradkranzkern 13, d.h. im Bereich der Außenseite des Lenkradkranzkerns 13 befindet sich ein Dielektrikum 9, durch welches die erste Sensorelektrode 11 und die zweite Sensorelektrode 13 bzw. der Lenkradkranzkern 13 voneinander getrennt sind und ein erstes kapazitives Element K1 bilden (siehe 3). Ferner bildet die erste Sensorelektrode 11 mit der Umgebung ein zweites kapazitives Element K2 (siehe 3).
Das Erkennen einer Annäherung und/oder einer Entfernung einer menschlichen Hand, welche in 2 durch eine Fingerspitze 16 symbolisiert ist, mittels der kapazitiven Sensorvorrichtung 10 erfolgt dabei nach dem sogenannten „kapazitiven Prinzip“, welches darauf beruht, dass die Anwesenheit eines menschlichen Körperteils 16, beispielsweise einer Hand oder eines Fingers 16, im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung 10, insbesondere der ersten Sensorelektrode 11, sowie eine Annäherung und/oder Entfernung einer menschlichen Hand 16 an die Sensorelektrode 11 eine Änderung der kapazitiven Kopplung der Sensorelektrode 11 mit der Umgebung bewirkt, wodurch wiederum die kapazitive Kopplung zwischen der ersten Sensorelektrode 11 und der zweiten Sensorelektrode 13 bzw. dem Lenkradkranzkern 13 beeinflusst wird, was messtechnisch erfasst werden kann.
Die Änderung dieser kapazitiven Kopplung der ersten Sensorelektrode 11 mit der Umgebung durch ein menschliches Körperteil 16, beispielsweise einen Finger 16, ist in 2 dabei durch die feldlinienähnlichen Linien zwischen den Punkten auf der Sensorelektrode 11 symbolisiert. Aus der erfassten Änderung der kapazitiven Kopplung der Sensorelektrode 11 mit der zweiten Sensorelektrode 13 kann dann auf die Anwesenheit einer menschlichen Hand oder eines Fingers 16 im Detektionsbereich bzw. eine Annäherung und/oder Entfernung einer Hand rückgeschlossen werden.
Zur messtechnischen Erfassung der Änderung der kapazitiven Kopplung zwischen der ersten Sensorelektrode 11 und der zweiten Sensorelektrode 13, d.h. zur Erfassung der Änderung der Kapazität des ersten kapazitiven Elements K1, die bei einer Anwesenheit eines menschlichen Körperteils, beispielsweise eines Fingers 16 einer Hand eines Fahrers 60, im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung 10 entsteht, weist eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung 10 ferner eine Stromerzeugungseinrichtung 20 auf, mittels welcher die erste Sensorelektrode 11 über eine elektrische Leitung 21 mit einem Referenzstrom 11 beaufschlagt werden kann, wobei die Stromerzeugungseinrichtung 20 wenigstens eine Wechselstromquelle aufweist und dazu ausgebildet ist, an das Paar von erster und zweiter Sensorelektrode 11, 13 eine entsprechende Wechselspannung anzulegen, beispielsweise mit einer Potenzialdifferenz von 5 Volt, so dass die erste Sensorelektrode 11 mit einem Wechselstrom 11 als Referenzstrom 11 beaufschlagt werden kann. Der Wechselstrom 11 kann dabei auch einem Gleichstrom überlagert werden und somit nur ein Wechselstromanteil 11 sein.
Befindet sich kein menschliches Körperteil 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung 10, fließt der Referenzstrom 11, d.h. der Wechselstrom 11 bzw. der Wechselstromanteil 11, nahezu vollständig über das erste kapazitive Element K1 in den Lenkradkranzkern 13 und von dort über eine weitere elektrische Leitung 22, welche insbesondere die einzige elektrische Kontaktierung der zweiten Sensorelektrode 13 bzw. des Lenkradkranzkerns 13 darstellt, als Messstrom 12 ab, beispielsweise in Richtung Masse, d.h. es gilt l2≈ 11.
Befindet sich hingegen ein menschliches Körperteil 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung 10, fließt ein Anteil des Referenzstroms 11, insbesondere ein sogenannter Fehlerstromanteil 13, über das zweite kapazitive Element ab, insbesondere in Richtung Masse. Folglich fließt nur noch ein geringer Anteil des Referenzstroms 11 über das erste kapazitive Element K1 in den Lenkradkranzkern 13 und von dort über die weitere elektrische Leitung 22 ab. D.h. in diesem Fall gilt l2≈ 11-13.
Folglich lässt sich bei einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 10 durch eine insbesondere gleichzeitige, Strommessung des in die erste Sensorelektrode 11 hineinfließenden Referenzstroms 11 und des aus der zweiten Sensorelektrode 12 bzw. dem Lenkradkranzkern 13 abfließenden Messstroms 12 und einem anschließenden Vergleich dieser beiden Ströme erkennen, ob sich ein menschliches Körperteil 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung 10 befindet oder nicht.
Zur Strommessung weist die Sensorvorrichtung 10 eine entsprechende Strommesseinrichtung 30 auf mit einer Strommesseinheit 30A zur Messung des Referenzstroms 11 sowie mit einer Strommesseinheit 30B zur Messung des abfließenden Messtroms 12, welche jeweils beispielsweise wie die in dem Dokument FR 3 056 291 beschriebene Strommesseinrichtung ausgebildet sein können.
Für den Vergleich der erfassten Ströme 11 und 12 ist eine Auswerteeinrichtung 40 vorgesehen, welche zusammen mit der Stromerzeugungseinrichtung 20 und der Strommesseinrichtung 30 Teil einer Steuerungseinrichtung 50 ist, welche insbesondere wenigstens einen IC, insbesondere wenigstens einen ASIC aufweist.
Erfindungsgemäß ist die Sensorvorrichtung 10, insbesondere die Auswerteeinrichtung 40, dazu eingerichtet, eine Differenz, insbesondere eine Differenz 11-12, zwischen dem erfassten Referenzstrom 11 und dem erfassten Messstrom 12 zu ermitteln, wobei in diesem Fall die Auswerteeinrichtung 40 ferner dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem ermittelten Differenzstromwert, insbesondere in Verbindung mit zeitlich zurückliegenden, erfassten Differenzstromwerten, zu spezifizieren, ob es sich jeweils um eine Annäherung oder eine Berührung oder eine in ihrer Position nicht veränderliche Anwesenheit des menschlichen Körperteils 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung 10 handelt, wobei gilt, dass die ermittelte Stromdifferenz 11-12 jeweils proportional zum Abstand eines menschlichen Körperteils 16 von der wenigstens einen ersten Sensorelektrode 11 bzw. von der Greiffläche 14 des Lenkrads 100 ist.
Insbesondere ist die Auswerteeinrichtung 40 dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von der ermittelten Stromdifferenz 11-12 zwischen Referenzstrom 11 und Messstrom 12 einen Abstand eines menschlichen Körperteils 16 von der wenigstens einen ersten Sensorelektrode 11 bzw. von der Greiffläche 14 des Lenkrads 100 zu bestimmen.
Ferner ist die Auswerteeinrichtung 40 dazu eingerichtet, eine durch eine parasitäre Kapazität entstehende Störgröße und eine auf einer temperaturbedingten systematischen Abweichung basierende Störgröße herauszurechnen, wobei die parasitäre Kapazität klein gegenüber einer Kapazitätsänderung bei einer Anwesenheit, insbesondere einer Annäherung und/oder Berührung, eines menschlichen Körperteils 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung 10 ist. Eine temperaturbedingte systematische Abweichung kann beispielsweise durch einen Vergleich des absoluten erfassten Referenzstroms 11 mit zeitlich zurückliegenden erfassten Referenzströmen 11 erreicht werden. Parasitäre Kapazitäten im Lenkrad 100 können beispielsweise mit für den jeweiligen Lenkradaufbau 100 bestimmten und hinterlegten Kompensationsgrößen herausgerechnet werden.
Des Weiteren ist die Sensorvorrichtung 10 dazu eingerichtet, mehrere Sensorsignale S1, S2,... auszugeben, welche jeweils eine Signalinformation enthalten, die eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung charakterisieren, beispielsweise ob sich ein menschliches Körperteil 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung befindet oder nicht, wenn ja, wo im Detektionsbereich und mit welchem Abstand zur Greiffläche 14. Hierdurch lassen sich besonders vorteilhafte und umfangreiche Funktionen, beispielsweise umfangreiche Fahrerassistenzfunktionen, realisieren.
Bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 10 bzw. des erfindungsgemäßen Lenkrads 100, insbesondere zum Erkennen einer Anwesenheit eines menschlichen Körperteils 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung 10 bzw. des Lenkrads 100, insbesondere zum Erkennen einer Annäherung und/oder Berührung einer menschlichen Hand 16 werden die folgenden Schritte durchgeführt:

- Beaufschlagen der ersten Sensorelektrode 11 mit einem Referenzstrom 11, der ein Wechselstrom ist, mittels der Stromerzeugungseinrichtung 20,
- Erfassen, insbesondere Messen, des in der ersten Sensorelektrode 11 fließenden Referenzstroms 11 und des in der zweiten Sensorelektrode 13 fließenden Messstroms 12, vorzugsweise gleichzeitig, mittels der Strommesseinrichtung 30, insbesondere mittels der Strommesseinheiten 30A und 30B, und
- Ermitteln der Differenz 11-12 zwischen dem erfassten Referenzstrom 11 und dem erfassten Messstrom 12 mittels der Auswerteeinrichtung 40.

In einem weiteren Schritt wird bei diesem Lenkrad 100 anhand der ermittelten Stromdifferenz geprüft, ob sich ein menschliches Körperteil 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung befindet, insbesondere im Detektionsbereich der ersten Sensorelektrode 11, wobei sich ein menschliches Körperteil 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung 10 befindet, insbesondere im Detektionsbereich der zugehörigen ersten Sensorelektrode 11, wenn die ermittelte Stromdifferenz 11-12 insbesondere wesentlich von Null verschieden ist oder ein Betrag der ermittelten Stromdifferenz 11-12 einen definierten Schwellwert überschreitet, und wobei sich kein menschliches Körperteil 16 im Detektionsbereich befindet, wenn die ermittelte Stromdifferenz nahezu Null oder Null ist, d.h. wenn der Referenzstrom 11 und der Messstrom 12 im Rahmen der Messgenauigkeit sowie der nicht zu vermeidenden Verluste gleich sind, und/oder ein Betrag der ermittelten Stromdifferenz 11-12 unterhalb eines definierten Schwellwerts liegt.
In einem weiteren Schritt kann dann in Abhängigkeit von der ermittelten Stromdifferenz 11-12 zwischen Referenzstrom 11 und Messstrom 12 eine charakteristische Größe der Anwesenheit eines menschlichen Körperteils 16 im Detektionsbereich der zugehörigen Sensorelektrode 11 bestimmt werden, beispielsweise eine, eine Annäherung und/oder eine Berührung charakterisierende Größe, beispielsweise ein Abstand oder eine Berührposition.
Ferner kann in der Auswerteeinrichtung 40 eine Kompensationsgröße bestimmt werden und wenigstens ein erfasster Strom 11 und/oder 12, die ermittelte Stromdifferenz 11-12 und/oder wenigstens eine ermittelte charakterisierende Größe zur zumindest teilweisen Kompensation wenigstens einer Störgröße mit der wenigstens einen ermittelten Kompensationsgröße verrechnet werden.
Anschließend werden mehrere Sensorsignale S1, S2,... erzeugt und ausgegeben, welche jeweils eine Signalinformation enthalten, die eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung charakterisieren, die in anderen Funktionen oder Systemen verwendet werden können, beispielweise in einem Fahrerassistenzsystem.
4 zeigt, ebenfalls in Frontansicht, ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lenkrads 200 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen, kapazitiven Sensorvorrichtung 10', wobei bei diesem Ausführungsbeispiel die Sensorvorrichtung 10 einen in insgesamt drei Sektoren 14A, 14B und 14C unterteilten Greifbereich 14 aufweist, wobei jedem Sektor 14A, 14B, 14C jeweils genau eine hier nicht dargestellte erste Sensorelektrode zugeordnet ist, die sich in Umfangsrichtung 18 jeweils nur abschnittsweise und nur im jeweiligen, zugehörigen Sektor 14A, 14B, 14C erstreckt. Durch einige derartige Anordnung und Unterteilung der Sensorelektrode 11 über die Greiffläche 14 in mehrere einzelne, insbesondere jeweils elektrisch voneinander isolierte Sensorelektroden und deren Zuordnung zu jeweils einem Sektor 14A, 14B, 14C, ist es möglich eine Annäherung bzw. eine Handposition in Umfangsrichtung 18 zumindest sektorweise zu detektieren. Mit zunehmender Anzahl von ersten Sensorelektroden kann eine bessere Ortsauflösung erreicht werden. Dabei können die Sensorelektroden an den Grenzen zwischen den Sektoren 14A, 14B und 14C entweder aneinander angrenzend oder aber derart angeordnet sein, dass sich ihr Detektionsbereich zumindest teilweise überlappt, was beispielsweise durch eine kämmende Anordnung wie in 5 dargestellt, oder wie durch eine in der DE 102014117820 A1 , DE 102014117823 A1 oder der DE 102014117821 A1 beschriebene Anordnung erreicht werden kann.
Mit sich überlappenden Detektionsbereichen lässt sich eine besonders gute Erkennung erreichen, insbesondere eine gute ortsaufgelöste Erkennung einer Annäherung und/oder Berührung. Eine sektorweise Erkennungs- bzw. Signalinformation, die insbesondere über ein Sensorsignal ausgeben werden kann, ermöglicht neben einer Verwendung für weitere Funktionen, beispielsweise in Fahrerassistenzsystemen, auch eine gezieltere Ansteuerung einer Lenkrad-Heizeinrichtung, beispielsweise eine Ansteuerung der Lenkrad-Heizeinrichtung, bei welcher das Lenkrad 200 nur in den Bereichen beheizt wird, in deren Sektor vorzugsweise eine Berührung durch eine menschliche Hand 16 erkannt worden ist.
In 5 ist ein Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lenkrads 300 in Seitenansicht dargestellt, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von ersten Sensorelektroden 11A, 11B, 11C vorgesehen sind, welche ebenfalls jeweils gleichzeitig als Heizelektrode 12A, 12B, 12C dienen. Die ersten Sensorelektroden 11A, 11B, 11C sind dabei jeweils durch separate elektrische Leiter in Form von einzelnen Widerstandsdrähten gebildet, welche mäanderförmig auf dem Träger 9 um einen gesamten Umfang in Dickenrichtung, d.h. in Umfassungsrichtung 17, herum verlaufen und in Umfangsrichtung 18 über den gesamten Lenkradumfang verteilt gleichmäßig beabstandet zueinander angeordnet sind. Hierdurch kann zum einen eine besonders genaue und hohe Ortsauflösung der Erkennung einer Anwesenheit einer menschlichen Hand 16 an das Lenkrad in Umfangsrichtung 18 erreicht werden. Zum anderen kann eine sich „flächig“ anfühlende und damit angenehme Beheizung des Lenkrads erreicht werden.
In diesem Fall wird die Stromdifferenz 11-12 jeweils sektorweise bzw. Sensorelektrodenweise bestimmt, insbesondere nacheinander, wobei, wenn wir hier nur eine einzige gemeinsame zweite Sensorelektrode 13 vorgesehen ist, dazu die einzelnen erste Sensorelektrode 11 A 11B, 11C insbesondere jeweils nacheinander mit dem Referenzstrom beaufschlagt werden und der jeweils zeitgleich über den Lenkradkranzkern 13 abfließende Messstrom 12 erfasst wird. Die Auswertung erfolgt dann analog zu der vorbeschriebenen Vorgehensweise. Aus der Information, für welche Sensorelektrode 11A, 11B, 11C eine Anwesenheit, beispielsweise eine Berührung erkannt worden ist, kann beispielsweise eine Berührposition bestimmt werden. Hierdurch lassen sich besonders vorteilhafte, weitere Funktionen realisieren, beispielsweise umfangreiche Fahrerassistenzfunktionen. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung hängt dabei insbesondere von der Anzahl, Ausgestaltung und Anordnung der einzelnen ersten Sensorelektroden ab. Mit zunehmender Anzahl von ersten Sensorelektroden kann eine bessere Ortsauflösung erreicht werden.
6 zeigt schematisch einen Schnitt in Dickenrichtung durch den Lenkradkranz eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lenkrads 400 mit drei in Umfassungsrichtung 17 separat ausgebildeten ersten Sensorelektroden 11-1, 11-11 und 11-III, welche jeweils einem der drei zugehörigen Sektoren I, II bzw. III zugeordnet sind und eine Bestimmung eines Umfassungswinkels ermöglichen, d.h. ob und wie weit das Lenkrad 400 umgriffen wird, oder ob eine Hand bspw. nur mit einem Handballen auf dem Lenkrad 400 aufliegt. In diesem Fall erfolgt Ermittlung der Stromdifferenz 11-12 wie im Zusammenhang mit 5 beschrieben ebenfalls sektorweise und nacheinander mit jeweils in Umfassungsrichtung 17 getrennten ersten Sensorelektroden 11-1, 11-11 und 11-III.
Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung von mehreren ersten Sensorelektroden sowohl in Umfangsrichtung 18 als auch in Umfassungsrichtung 17. Damit kann in beiden Richtungen 17, 18 eine ortsaufgelöste Erkennung realisiert werden.
Bezugszeichenliste

10, 10': erfindungsgemäße Sensorvorrichtung
100, 200,: erfindungsgemäßes Lenkrad
300, 400 9: Dielektrikum
11: erste Sensorelektrode
11A, 11-1: erste Sensorelektrode eines ersten Sektors
11B, 11-11: erste Sensorelektrode eines zweiten Sektors
11C, 11-III: erste Sensorelektrode eines dritten Sektors
12: Heizelektrode
12A, 12B,12C: Heizelektroden verschiedener Sektoren
13: Lenkradkranzkern; zweite Sensorelektrode
14: Greifbereich des Lenkrads
14A, 14B, 14C: Greifbereichssektoren
15: Lenkradbezug (Lenkradumhüllung)
16: Finger einer menschlichen Hand
17: Umfassungsrichtung
18: Umfangsrichtung
20: Stromerzeugungseinrichtung
21, 22: elektrische Leitung
30: Strommesseinrichtung
30A: Strommesseinheit zur Messung des in die erste Sensorelektrode hineinfließenden Referenzstroms
30B: Strommesseinheit zur Messung des über die zweite Sensorelektrode abfließenden Messstroms
40: Auswerteeinrichtung
50: Steuerungseinrichtung
60: Fahrer
I, II, III: Sektoren in Umfassungsrichtung
11: Referenzstrom
12: Messstrom
13: Fehlerstrom
K1: erstes kapazitives Element
K2: zweites kapazitives Element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

FR 3056291 [0005, 0076]
DE 102014117823 A1 [0030, 0047, 0048, 0087]
DE 102014117821 A1 [0030, 0047, 0048, 0087]
DE 102014117820 A1 [0087]

Claims

Kapazitive Sensorvorrichtung (10, 10') zur Erkennung einer Anwesenheit eines menschlichen Körperteils (16) in einem Detektionsbereich der Sensorvorrichtung (10, 10'), vorzugsweise für ein Lenkrad (100, 200, 300, 400), insbesondere zur Erkennung einer Anwesenheit einer menschlichen Hand (16) in einem Greifbereich eines Lenkrads (100, 200, 300, 400), wobei die Sensorvorrichtung (10, 10') aufweist: - wenigstens eine erste Sensorelektrode (11; 11A, 11B, 11C; 11-1, 11-11, 11-III) mit einem zugehörigen Detektionsbereich, - eine zweite Sensorelektrode (13), - eine Stromerzeugungseinrichtung (20), - eine Strommesseinrichtung (30), und - eine Auswerteeinrichtung (50); wobei die wenigstens eine erste Sensorelektrode (11; 11A, 11B, 11C; 11-1, 11-11, 11-III) und die zweite Sensorelektrode (13) durch ein Dielektrikum (9) zwischen sich voneinander getrennt sind und ein erstes kapazitives Element (K1) bilden, wobei die wenigstens eine erste Sensorelektrode (11; 11A, 11B, 11C; 11-1, 11-11, 11-III) mit der Umgebung ein zweites kapazitives Element (K2) bildet, wobei wenigstens eine der beiden Sensorelektroden (11; 11A, 11B, 11C; 11-1, 11-11, 11-III; 13) mit der Stromerzeugungseinrichtung (20) elektrisch verbindbar oder verbunden ist und mittels der Stromerzeugungseinrichtung (20) mit einem Referenzstrom (11) beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strommesseinrichtung (30) dazu eingerichtet ist, den Referenzstrom (11) in der mit dem Referenzstrom (11) beaufschlagten Sensorelektrode (11; 11A, 11B, 11C; 11-1, 11-11, 11-111; 13) und einen in der anderen Sensorelektrode (13; 11; 11A, 11B, 11C; 11-1, 11-11, 11-III) fließenden Messstrom (12) zu erfassen; und die Auswerteeinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, eine Differenz (11-12) zwischen dem erfassten Referenzstrom (11) und dem erfassten Messstrom (12) zu ermitteln.
Sensorvorrichtung (10, 10') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromerzeugungseinrichtung (20) eine Wechselstromerzeugungseinrichtung ist.
Sensorvorrichtung (10, 10') nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der ermittelten Stromdifferenz (11-12) zwischen Referenzstrom (11) und Messstrom (12) eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils (16) im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung (10, 10') zu erkennen, insbesondere die Anwesenheit einer menschlichen Hand (16) im Greifbereich (14) eines Lenkrads (100, 200, 300, 400).
Sensorvorrichtung (10, 10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, insbesondere sofern eine Anwesenheit eines Körperteils (16) erkannt worden ist, in Abhängigkeit von der ermittelten Stromdifferenz (11-12) zwischen Referenzstrom (11) und Messstrom (12) eine für eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils (16) im Detektionsbereich der zugehörigen Sensorelektrode (11; 11A, 11B, 11C; 11-1, 11-11, 11-III) charakteristische Größe zu bestimmen, vorzugsweise eine, eine Annäherung und/oder eine Berührung charakterisierende Größe, insbesondere eine, eine Annäherung einer menschlichen Hand (16) an einen Greifbereich (14) eines Lenkrads (100, 200, 300, 400) und/oder eine, eine Berührung des Greifbereichs (14) eines Lenkrads mit einer menschlichen Hand (16) charakterisierende Größe, insbesondere einen Abstand und/oder eine Position des Körperteils (16).
Sensorvorrichtung (10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (10') mehrere erste Sensorelektroden (11 A, 11B, 11C; 11-1, 11-11, 11-III) mit jeweils einem zugehörigen Detektionsbereich aufweist, wobei die mehreren ersten Sensorelektroden (11A, 11B, 11C; 11-1, 11-11, 11-III) jeweils elektrisch isoliert voneinander und über eine Detektionsfläche der Sensorvorrichtung (10') verteilt angeordnet oder anordbar sind und jeweils mit einem definierten Referenzstrom (11) beaufschlagbar sind, wobei jede erste Sensorelektrode (11A, 11B, 11C; 11-1, 11-11, 11-111) einem oder mehreren Sektoren (I, II, III) zugeordnet ist und die Sensorvorrichtung (10') dazu eingerichtet ist, jeweils sektorweise eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils (16) zu erkennen, insbesondere sektorweise eine Annäherung und/oder Berührung einer menschlichen Hand (16).
Sensorvorrichtung (10, 10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (10, 10'), insbesondere die Auswerteeinrichtung (40), dazu eingerichtet ist, wenigstens eine Störgröße rechnerisch zu kompensieren, insbesondere wenigstens eine parasitäre Kapazität und/oder eine temperaturbedingte systematische Abweichung.
Sensorvorrichtung (10, 10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (10, 10'), insbesondere die Stromerzeugungseinrichtung (20) und/oder die Strommesseinrichtung (30) und/oder die Auswerteeinrichtung (40), eine oder mehrere diskrete Schaltungen aufweist und/oder wenigstens einen integrierten Schaltkreis (IC), insbesondere einen anwendungsspezifischen, integrierten Schaltkreis (ASIC).
Sensorvorrichtung (10, 10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (10, 10') dazu eingerichtet ist, wenigstens ein Sensorsignal (S1, S2,...) auszugeben, das eine Signalinformation enthält, welche eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils (16) im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung (10, 10') charakterisiert, vorzugsweise eine Berührung und/oder eine Annäherung, insbesondere eine Berührung und/oder eine Annäherung einer menschlichen Hand (16) an einen Greifbereich (14) eines Lenkrads (100, 200, 300, 400).
Lenkrad (100, 200, 300, 400) mit einer kapazitiven Sensorvorrichtung (10, 10'), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (10, 10') nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
Lenkrad (100, 200, 300, 400) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkrad (100, 200, 300, 400) einen metallischen, elektrisch leitfähigen, umlaufend um eine Drehachse ausgebildeten Lenkradkranzkern (13) aufweist, wobei der Lenkradkranzkern (13) zumindest teilweise, insbesondere vollständig, die zweite Sensorelektrode (13) bildet.
Lenkrad (100, 200, 300, 400) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkradkranzkern (13) nahezu vollständig von dem Dielektrikum (9) umgeben ist, insbesondere vollständig bis auf einen Anschluss zur Kontaktierung eines elektrischen Leiters (22), über welchen der Messstrom (12) abfließen und gemessen werden kann.
Lenkrad (100, 200, 300, 400) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkrad (100, 200, 300, 400) wenigstens eine Heizelektrode (12; 12A, 12B, 12C) aufweist, insbesondere eine Heizmatte, wobei die erste Sensorelektrode (11; 11A, 11B, 11C; 11-1, 11-11, 11-III) zumindest teilweise oder vollständig durch eine Heizelektrode (12; 12A, 12B, 12C) gebildet ist.
Lenkrad (200, 300, 400) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (10') mehrere erste Sensorelektroden (11A, 11B, 11C; 11-1, 11-11, 11-111) aufweist, welche jeweils elektrisch isoliert voneinander zumindest über einen Teil eines Greifbereichs (14) des Lenkrads (200, 300, 400) verteilt angeordnet sind und jeweils mit einem definierten Referenzstrom (11) beaufschlagbar sind, wobei jede erste Sensorelektrode (11A, 11B, 11C; 11-1, 11-11, 11-III) einem oder mehreren Sektoren (I, II, III) zugeordnet ist, wobei die Sensorvorrichtung (10') dazu eingerichtet ist, jeweils sektorweise eine Anwesenheit einer menschlichen Hand (16) im Greifbereich (14) des Lenkrads (200, 300, 400) zu erkennen, insbesondere eine Annäherung und/oder Berührung.
Lenkrad (100, 200, 300, 400) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (10, 10') zur Bestimmung eines Umfassungswinkels einer Hand am Lenkrad (100, 200, 300, 400) und/oder zur Bestimmung einer Handposition an einem Lenkrad (100, 200, 300, 400) in Umfangsrichtung (18) eingerichtet ist.
Verfahren zum Betrieb einer Sensorvorrichtung (10, 10'), die nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist, und/oder zum Betrieb eines Lenkrads (100, 200, 300, 400), das nach einem der Ansprüche 9 bis 14 ausgebildet ist, gekennzeichnet durch die Schritte: - Beaufschlagen wenigstens einer ersten Sensorelektrode (11; 11 A, 11B, 11C; 11-I, 11-II, 11-III) oder einer zugehörigen zweiten Sensorelektrode (13) mit einem Referenzstrom (12), - Erfassen, insbesondere Messen, eines in der mit dem Referenzstrom (11) beaufschlagten Sensorelektrode (11; 11A, 11B, 11C; 11-1, 11-11, 11-111; 13) fließenden Referenzstroms (11) und eines in einer zugehörigen, anderen Sensorelektrode (13; 11; 11A, 11B, 11C; 11-1, 11-11, 11-111) von den beiden ersten und zweiten Sensorelektroden (11; 11A, 11B, 11C; 11-1, 11-11, 11-111; 13) fließenden Messstroms (12); und - Ermitteln einer Differenz (11-12) zwischen dem erfassten Referenzstrom (11) und dem erfassten Messstrom (12).
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem weiteren Schritt anhand der ermittelten Stromdifferenz (11-12) geprüft wird, ob sich ein menschliches Körperteil (16) im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung (10, 10') befindet, insbesondere im Detektionsbereich der ersten Sensorelektrode (11; 11A, 11B, 11C; 11-1, 11-11, 11-111), wobei sich ein menschliches Körperteil (16) im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung (10, 10') befindet, insbesondere im Detektionsbereich der zugehörigen ersten Sensorelektrode (11; 11A, 11B, 11C; 11-1, 11-II, 11-III), wenn die ermittelte Stromdifferenz (11-12) insbesondere Wesentlich, von Null verschieden ist und/oder ein Betrag der ermittelten Stromdifferenz einen definierten Schwellwert überschreitet, und wobei sich kein menschliches Körperteil (16) im Detektionsbereich befindet, wenn die ermittelte Stromdifferenz (11-12) Null oder nahezu Null ist, und/oder ein Betrag der ermittelten Stromdifferenz (11-12) unterhalb eines definierten Schwellwerts liegt.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem weiteren Schritt in Abhängigkeit von der ermittelten Stromdifferenz (11-12) zwischen Referenzstrom (11) und Messstrom (12) eine für eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils (16) im Detektionsbereich der zugehörigen Sensorelektrode (11; 11A, 11B, 11C; 11-1, 11-11, 11-111) charakteristische Größe bestimmt wird, vorzugsweise eine, eine Annäherung und/oder eine Berührung charakterisierende Größe, insbesondere eine, eine Annäherung einer menschlichen Hand (16) an einen Greifbereich (14) eines Lenkrads (100, 200, 300, 400) und/oder eine, eine Berührung des Greifbereichs (14) eines Lenkrads (100, 200, 300, 400) mit einer menschlichen Hand (16) charakterisierende Größe.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Sensorvorrichtung (10') nach einem der Ansprüche 5 bis 8 ausgebildet ist und/oder das Lenkrad (200, 300, 400) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromdifferenz (l1-12) sektorweise bestimmt wird und insbesondere in einem weiteren Schritt, sofern eine Anwesenheit eines Körperteils (16) im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung (10, 10') erkannt worden ist, daraus eine Position des Körperteils (16) im Detektionsbereich bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Sensorvorrichtung (10, 10') nach einem der Ansprüche 6 bis 8 ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem weiteren Schritt wenigstens eine Kompensationsgröße bestimmt wird und wenigstens ein erfasster Strom (11, 12), die ermittelte Stromdifferenz (11-12) und/oder wenigstens eine ermittelte charakterisierende Größe zur zumindest teilweisen Kompensation wenigstens einer Störgröße mit der wenigstens einen ermittelten Kompensationsgröße verrechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die Sensorvorrichtung (10, 10') nach Anspruch 7 ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem weiteren Schritt wenigstens ein Sensorsignal (S1, S2,...) erzeugt und ausgegeben wird, welches eine Signalinformation enthält, die eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils (16) im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung (10, 10'), insbesondere eine Berührung und/oder eine Annäherung einer menschlichen Hand (16), vorzugsweise an einen Greifbereich (14) eines Lenkrads (100, 200, 300, 400), charakterisiert.
Fahrzeug mit einer kapazitiven Sensorvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (10, 10') nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist, und/oder das Fahrzeug ein Lenkrad (100, 200, 300, 400) aufweist, das nach einem der Ansprüche 9 bis 14 ausgebildet ist, und/oder das Fahrzeug zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 15 bis 20 ausgebildet und eingerichtet ist.