DE102020103558A1

DE102020103558A1 - Vorrichtung und verfahren zum kalibrieren eines kapazitiven berührungssensorsystems

Info

Publication number: DE102020103558A1
Application number: DE102020103558.6A
Authority: DE
Inventors: Miklos Molnar; Raphael Mack; Benjamin Dietz
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2020-02-12
Filing date: 2020-02-12
Publication date: 2021-08-12
Also published as: CN115298644A; WO2021160541A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren eines eine Mehrzahl von kapazitiven Berührungssensoren aufweisenden Berührungssensorsystems. Das Verfahren weist auf: Messen eines jeweiligen individuellen elektrischen Kapazitätswerts der Berührungssensoren; für jeden der Berührungssensoren, Bestimmen eines jeweiligen Vergleichswerts, der die Größe einer etwaigen Abweichung zwischen dem betreffenden gemessenen Kapazitätswert und einem für diesen Berührungssensor vorab bestimmten initialen Basislinienkapazitätswert repräsentiert und der positiv mit Größe der Abweichung korreliert; Ermitteln eines Kompensationswerts auf Basis der Vergleichswerte, wobei der Kompensationswert so bestimmt wird, dass er zwischen dem größten und dem kleinsten der Vergleichswerte liegt oder gleich demjenigen der Vergleichswerte ist, der den größten Kapazitätsüberschuss des initialen Basislinienkapazitätswerts gegenüber dem zugehörigen gemessenen Kapazitätswert repräsentiert; und Berücksichtigen des ermittelten Kompensationswerts bei der Benutzung des Berührungssensorsystems zur Berührungsdetektion mittels Korrektur der dabei gemessenen Kapazitätswerte oder der initialen Basislinienkapazitätswerte der Berührungssensoren anhand des Kompensationswerts. Die Erfindung betrifft ferner das Berührungssensorsystem selbst sowie ein Computerprogramm, das zur Durchführung des Verfahrens konfiguriert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren eines eine Mehrzahl von kapazitiven Berührungssensoren aufweisenden Berührungssensorsystems, insbesondere bei dessen Aktivierung, sowie das entsprechende, die Berührungssensoren und die Kalibriervorrichtung aufweisende Berührungssensorsystem selbst. Ferner betrifft die Erfindung ein zur Ausführung des Verfahrens konfiguriertes Computerprogramm.
Als kapazitive Berührungssensoren werden Sensoren bezeichnet, die auf Basis der Veränderung der elektrischen Kapazität eines einzelnen Kondensators oder eines Kondensatorsystems arbeiten, um eine Annäherung eines Objekts, insbesondere eines menschlichen Fingers, an den Sensor oder insbesondere eine Berührung des Sensors durch das Objekt sensorisch zu erfassen. Die Fähigkeit solcher Berührungssensoren, eine Annäherung beziehungsweise Berührung korrekt zu erfassen, hängt dabei oftmals stark von externen Einflüssen und Bedingungen, insbesondere von Temperatur, Feuchtigkeit und auch Alterungsprozessen ab.
Im Folgenden soll, soweit im Einzelnen dazu nichts anderes ausgeführt ist, unter dem Begriff „Berührung“ neben einer tatsächlichen Berührung auch eine Annäherung des Objekts, insbesondere eines menschlichen Fingers, an einen Berührungssensor verstanden werden, bei der zwar keine tatsächliche Berührung stattfindet, jedoch eine so große Annäherung des Objekts an den Berührungssensor, dass diese Annäherung gemäß einer Spezifikation oder Konfiguration des Berührungssensorsystems als Berührung (engl. Touch) zu detektieren ist. Typischerweise sind hier gemäß solcher Konfigurationsvorgaben Annäherungen bis auf eine Entfernung von nur wenigen Millimetern, z.B. 5 mm oder darunter, mitumfasst. Nichtsdestotrotz sind auch Berührungssensorsysteme möglich, bei denen nur eine tatsächliche Berührung als Berührung gewertet wird.
Wenn ein auf solchen kapazitiven Berührungssensoren beruhendes Berührungssensorsystem aktiviert wird, insbesondere wenn es hochgefahren wird (d.h. beim Aufstarten) oder wenn danach eine oder mehrere berührungsabhängige Funktionalitäten gestartet werden, sind die auf es einwirkenden externen Einflüsse auf die Berührungssensoren in der Regel dem Berührungssensorsystem selbst noch nicht im Einzelnen bekannt, sodass der Fall auftreten kann, dass keine zuverlässige Detektion von etwaigen Berührungen möglich ist. Dementsprechend ist die Zuverlässigkeit bei der Berührungserkennung oftmals unzureichend. Im Falle einer fehlerhaften Detektion, d. h. wenn eine tatsächlich stattfindende Berührung nicht erkannt wird oder eine Berührung erkannt wird, obwohl tatsächlich gar keine vorliegt, erhöht sich die Zuverlässigkeit der Berührungserkennung bei bekannten Systemen typischerweise erst ab der zweiten Berührung, wenn das System somit in der Lage war, auf Basis der bis dahin aufgetretenen unterschiedlichen Sensorsignale bei Berührung einerseits und Nichtberührung andererseits, die externen Einflüsse zu quantifizieren und im Sinne einer sogenannten Basislinienanpassung herauszurechnen. Eine zuverlässige Erkennung des korrekten Berührungsstatus (berührt oder nicht berührt) bereits unmittelbar nach der Systemaktivierung ist somit nicht gegeben. Dies gilt insbesondere dann, wenn der entsprechende Sensor bereits während der Systemaktivierung berührt wird. Dementsprechend wird in solchen Fällen die Benutzereingabe jedenfalls nicht sofort oder gar falsch detektiert, was zu einer entsprechenden schlechten Benutzererfahrung führt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässigkeit eines kapazitiven Berührungssensorsystems weiter zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein, insbesondere computerimplementiertes, Verfahren zum Kalibrieren eines eine Mehrzahl von kapazitiven Berührungssensoren aufweisenden Berührungssensorsystems, insbesondere bei dessen Aktivierung. Das Verfahren weist auf: (i) Messen eines jeweiligen individuellen elektrischen Kapazitätswerts der Berührungssensoren, wobei das Messen für die verschiedenen Berührungssensoren insbesondere simultan oder innerhalb eines definierten Messzeitraums (z.B. 5 Sekunden oder darunter, bevorzugt 1 Sekunde oder darunter) erfolgen kann; (ii) für jeden der Berührungssensoren, Bestimmen eines jeweiligen Vergleichswerts, der die Größe einer etwaigen Abweichung (insbesondere als Differenz oder Verhältnis oder beruhend darauf) zwischen dem betreffenden gemessenen Kapazitätswert und einem für diesen Berührungssensor vorab bestimmten initialen, insbesondere per Berührungssensor individuellen oder globalen für alle Berührungssensoren gleichen, Basislinienkapazitätswert repräsentiert und der positiv mit Größe der Abweichung korreliert; (iii) Ermitteln eines Kompensationswerts auf Basis der Vergleichswerte, wobei der Kompensationswert so bestimmt wird, dass er zwischen dem größten und dem kleinsten der Vergleichswerte liegt oder gleich demjenigen der Vergleichswerte ist, der den größten Kapazitätsüberschuss des initialen Basislinienkapazitätswerts gegenüber dem zugehörigen gemessenen Kapazitätswert oder andernfalls den kleinsten Kapazitätsüberschuss des zugehörigen gemessenen Kapazitätswert (C) gegenüber dem initialen Basislinienkapazitätswerts (B0) repräsentiert; und (iv) Berücksichtigen des ermittelten Kompensationswerts bei der Benutzung des Berührungssensorsystems zur Berührungsdetektion mittels Korrektur der dabei gemessenen Kapazitätswerte oder der initialen Basislinienkapazitätswerte der Berührungssensoren anhand des Kompensationswerts.
Unter einem „Berührungssensorsystem“ im Sinne der Erfindung ist ein mehrere kapazitive Berührungssensoren aufweisendes Sensorsystem zu verstehen, welches dazu ausgelegt ist mithilfe der Berührungssensoren eine Berührungsdetektion durchzuführen, die Berührungsdetektion auf Basis der Veränderung der elektrischen Kapazität eines Kondensators oder Kondensatorsystems in dem jeweiligen Berührungssensor beruht. Das Berührungssensorsystem kann insbesondere so konfiguriert sein, dass jeder Berührungssensor für sich in der Lage ist, seine Berührung durch ein Objekt zu detektieren. Anhand der Mehrzahl der im Berührungssensorsystem vorhandenen Berührungssensoren lassen sich in diesem Fall an zu den verschiedenen Positionen der einzelnen Berührungssensoren korrespondierenden verschiedenen Stellen des Berührungssensorsystems entsprechend verschieden lokalisierte Berührungen detektieren.
Unter einem „Kapazitätswert“ ist ein, insbesondere numerischer, Wert zu verstehen, der eine absolute oder relative Größe einer in einem zugehörigen Berührungssensor, dem der Kapazitätswert zugeordnet ist, als Messkapazität vorgesehenen elektrischen Kapazität repräsentiert.
Unter einem „Basislinienkapazitätswert“ ist ebenfalls ein, insbesondere numerischer, Wert zu verstehen, der eine absolute oder relative Größe einer in einem zugehörigen Berührungssensor, dem der Kapazitätswert zugeordnet ist, als Messkapazität vorgesehenen elektrischen Kapazität repräsentiert. Anders als der erst im Rahmen des vorgenannten Verfahrens bestimmten „Kapazitätswert“ des Berührungssensors, wird der Basislinienkapazitätswert bereits vorab bestimmt. Dies kann insbesondere auf Basis einer Kapazitätsmessung der Messkapazität bei bestimmten Normbedingungen erfolgen oder aber durch sonstige Vorabdefinition, beispielsweise auf Basis des spezifischen Sensordesigns des Berührungssensors. Ein Basislinienkapazitätswert kann somit insbesondere als Referenzkapazitätswert für den Berührungssensor verstanden werden, der einen von den im realen Einsatz des Berührungssensorsystems meist auftretenden und in der Regel variablen externen Einflüssen freien Sollwert für die elektrische Kapazität der Messkapazität des Berührungssensors darstellt.
Ein „Kapazitätsüberschuss des initialen Basislinienkapazitätswerts gegenüber dem zugehörigen gemessenen Kapazitätswert“ für einen bestimmten Berührungssensor betrifft somit den Fall, dass die durch den initialen Basislinienkapazitätswert für den Berührungssensor repräsentierte elektrische Kapazität größer ist als die elektrische Kapazität, die den durch diesen Berührungssensor im Rahmen des Verfahrens gemessenen Kapazitätswert repräsentiert wird. Entsprechend betrifft „Kapazitätsüberschuss des zugehörigen gemessenen Kapazitätswert gegenüber dem initialen Basislinienkapazitätswert“ für einen bestimmten Berührungssensor den Fall, dass die durch den initialen Basislinienkapazitätswert für den Berührungssensor repräsentierte elektrische Kapazität kleiner ist als die elektrische Kapazität, die den durch diesen Berührungssensor im Rahmen des Verfahrens gemessenen Kapazitätswert repräsentiert wird. Falls beide Werte gleich sind beträgt der Kapazitätsüberschuss Null.
Da die elektrische Kapazität stets eine positive Größe ist, ist es zweckmäßig, auch die Kapazitätswerte und die Basislinienkapazitätswerte positiv zu definieren. In diesem Fall erfolgt somit das Ermitteln des Kompensationswerts auf Basis der Vergleichswerte auf solche Weise, dass der Kompensationswert so bestimmt wird, dass er kleiner als der größte der Vergleichswerte und zugleich größer oder gleich dem kleinsten der Vergleichswerte ist. Grundsätzlich ist jedoch auch der umgekehrte Fall denkbar, bei dem die Kapazitätswerte und die Basislinienkapazitätswerte negativ definiert sind. In jenem Fall erfolgt dann das Ermitteln des Kompensationswerts auf Basis der Vergleichswerte auf solche Weise, dass der Kompensationswert so bestimmt wird, dass er größer als der kleinste der Vergleichswerte und zugleich kleiner oder gleich dem größten der Vergleichswerte ist. Ohne dass dies als Beschränkung aufzufassen wäre, wird im Folgenden stets der Fall betrachtet, dass die Kapazitätswerte und die Basislinienkapazitätswerte positiv definiert sind.
Das Berücksichtigen des ermittelten Kompensationswerts bei der Benutzung des Berührungssensorsystems zur Berührungsdetektion kann sich insbesondere bereits auf die im Rahmen der verfahrensgemäß gemessenen Kapazitätsmesswerte beziehen, die somit zugleich eine erste Messung zur Berührungsdetektion darstellen. Zusätzlich oder alternativ kann sie sich auf eine weitere nachfolgende Benutzung des Berührungssensorsystems zur Berührungsdetektion, insbesondere auch auf eine solche Benutzung über einen längeren Zeitraum hinweg beziehen, der insbesondere bis zum nächsten nachfolgenden (Re-)Aktivieren des Berührungssensorsystems andauern kann.
Mithilfe des vorgenannten Verfahrens lässt sich nicht nur auf einfache Weise eine Kalibrierung des Berührungssensorsystems vornehmen, sondern es kann auch bereits zum Kalibrierungszeitpunkt, insbesondere bei der Aktivierung des Berührungssensorsystems, eine zuverlässige Detektion einer Berührung bzw. Nichtberührung für jeden der Berührungssensoren, und somit beispielsweise einer korrekten Fingerposition an einem mehrere der Berührungssensoren aufweisenden Bedienungsfeld, unter Nutzung der Korrektur anhand des verfahrensgemäß bestimmten Kompensationswerts erreichen. Wenn also beispielsweise bereits beim Aufstart des Berührungssensorsystems einer oder mehrere der Berührungssensoren berührt werden (oder eben nicht), so kann dies jeweils schon unmittelbar beim Aufstart bereits auf Basis der Korrektur und der ersten Kapazitätsmessungen zuverlässig erkannt werden („True power on“), ohne dass erst noch weitere, d.h. zweite (oder dritte usw.) Berührungen bzw. Nichtberührungen der Berührungssensoren zum Zwecke der Kalibrierung gemessen werden müssten.
Darüber hinaus ist es im Hinblick auf andere Lösungsmöglichkeiten zur Erreichung des „True power on“ verfahrensgemäß auch nicht erforderlich, im deaktivierten Zustand des Berührungssensorsystems, insbesondere regelmäßige, (Re-)Kalibrierungen durchzuführen, um dabei entsprechend wiederholt einen Basislinienanpassung vorzunehmen. So können ein damit verbundener Kalibrierungsaufwand und insbesondere ein damit einhergehender Energieverbrauch vermieden werden. Zudem kann die verfahrensgemäße Kalibrierung, anders als die genannte alternative Lösungsmöglichkeit, somit auch dann die „True power on“-Bedingung erfüllen, wenn es im deaktivierten Zustand des Berührungssensorsystem zu einer Unterbrechung seiner Energieversorgung kam.
Das Verfahren beruht insbesondere auf dem Ansatz, dass externe Einflüsse, die sich auf alle Berührungssensoren des Berührungssensorsystems auswirken von individuellen Einflüssen, wie sie an den Berührungssensoren durch individuelle Berührungen oder Objektannäherungen auftreten können, differenziert werden und die Kalibrierung des Systems anhand eines für alle Berührungssensoren gleichen Kompensationswerts erfolgt, der auf Basis der für alle Berührungssensoren im Wesentlichen gleichen externen Einflüsse ermittelt wurde.
Nachfolgend werden nun bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den weiteren beschriebenen anderen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.
Bei einigen Ausführungsformen erfolgt das Ermitteln des Kompensationswerts so, dass derjenige der Vergleichswerte als Kompensationswert festgelegt wird, der den größten Kapazitätsüberschuss des initialen Basislinienkapazitätswerts gegenüber dem zugehörigen gemessenen Kapazitätswert oder andernfalls den kleinsten Kapazitätsüberschuss des zugehörigen gemessenen Kapazitätswert (C) gegenüber dem initialen Basislinienkapazitätswerts (B0) repräsentiert. Wie schon vorausgehend erläutert, erfolgt gemäß diesen Ausführungsformen speziell in dem Fall, dass die Kapazitätswerte und die Basislinienkapazitätswerte positiv definiert sind, das Ermitteln des Kompensationswerts auf Basis der Vergleichswerte auf solche Weise, dass der Kompensationswert so bestimmt wird, dass er gleich dem (vorzeichenbehaftet) kleinsten der Vergleichswerte ist.
Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass externe Einflüsse auf die kapazitive Messung sich je nach Art des Einflusses im Sinne einer Erhöhung oder aber einer Verringerung des gemessenen Kapazitätswerts auswirken können, während die Annäherung oder Berührung eines kapazitiven Berührungssensors durch einen menschlichen Finger sich stets nur in eine Richtung auswirkt. Speziell im Falle einer positiven Definition des Kapazitätswerts wirkt sich eine solche Annäherung oder Berührung stets positiv im Sinne einer Erhöhung des gemessenen Kapazitätswerts aus (bei entgegengesetzter, d.h. negativer Definition entsprechend andersherum).
Gemäß diesen Ausführungsformen wird somit der Kompensationswert so ermittelt, dass derjenige der Vergleichswerte als Kompensationswert festgelegt wird, der am wahrscheinlichsten einem nichtberührten Zustand des entsprechenden Berührungssensors entspricht, da in diesem Fall der Kapazitätsüberschuss des initialen Basislinienkapazitätswerts gegenüber dem zugehörigen gemessenen Kapazitätswert des Berührungssensors am größten ist. Auf diese Weise lässt sich eine zu einer besonders zuverlässigen Berührungsdetektion führende Kalibrierung, insbesondere Basislinienanpassung, des Berührungssensorsystems erreichen.
Gemäß anderen Ausführungsformen erfolgt dagegen das Ermitteln des Kompensationswerts so, dass ein Durchschnittswert oder ein Medianwert der Verteilung der Vergleichswerte als Kompensationswert festgelegt wird. Dies hat den Vorteil, dass eine relative Unterdrückung von Extremwerten der Verteilung auftritt, so dass entsprechend auf etwaigen Messfehlern oder nur individuell bei einem oder einer Untermenge der Berührungssensoren auftretenden besonderen externen Einflüsse beruhende Messergebnisse weniger wahrscheinlich die Bestimmung des Kompensationswerts und somit die Kalibrierung als Ganzes verfälschen können, so dass diese somit robuster wird.
Insbesondere kann gemäß verwandter Ausführungsformen das Ermitteln des Kompensationswerts aufweisen: (i) Festlegen eines Durchschnittswerts bzw. eines Medianwerts der Verteilung der Vergleichswerte als vorläufigen Wert für den Kompensationswert; (ii) Bestimmen derjenigen Berührungssensoren, deren gemessene Kapazitätswerte gemäß einer Korrektur der Messungen auf Basis des vorläufigen Werts für den Kompensationswert die Abwesenheit einer Berührung indizieren, als unberührte Berührungssensoren; (iii) Festlegen des Durchschnittswerts oder des Medianwerts der Verteilung der Vergleichswerte für die bestimmten unberührten Berührungssensoren als finalen Wert für den Kompensationswert. Dabei erfolgt das Berücksichtigen des ermittelten Kompensationswerts bei der Benutzung des Berührungssensorsystems zur Berührungsdetektion mittels Korrektur der dabei gemessenen Kapazitätswerte oder der Basislinienkapazitätswerte der Berührungssensoren anhand des finalen Kompensationswerts. Vorteilhaft kann auf diese Weise eine weitere Erhöhung der Zuverlässigkeit der Kalibrierung, insbesondere der Basislinienanpassung, anhand der mehrstufigen Bestimmung des Kompensationswerts erreicht werden, indem dabei abschließend vor allem diejenigen Vergleichswerte herangezogen werden, die zuvor als zu einem wahrscheinlich nicht berührten Zustand korrespondierend erkannt wurden und somit als Referenz zur Bestimmung der durch den Kompensationswert verkörperten Korrektur besonderes geeignet sind.
Des Weiteren können gemäß verwandter Ausführungsformen zum Bestimmen des Durchschnittswerts bzw. Medianwerts nur solche Vergleichswerte aus der Verteilung der Vergleichswerte herangezogen werden, die gemäß einem vorbestimmten Filterkriterium keine Extremwerte innerhalb der Verteilung der Vergleichswerte darstellen. Da Extremwerte innerhalb der Verteilung der Vergleichswerte, insbesondere Extremwerte die auf einem extremen gemessenen Kapazitätswert beruhen, mit erhöhter Wahrscheinlichkeit durch eine fehlerhafte Messung oder durch sensorindividuelle externe Einflüsse bedingt sind, kann mittels einer solchen Filterung der Ermittlung des Kompensationswerts herangezogenen Vergleichsergebnisse eine weitere Zuverlässigkeit bei dessen Bestimmung und somit eine erhöhte Zuverlässigkeit des auf Basis des Kompensationswerts kalibrierten Berührungssensorsystems erreicht werden.
Bei noch weiteren verwandten Ausführungsformen kann das Berührungssensorsystem des Weiteren einen kapazitiven Referenzsensor aufweisen, der in dem Berührungssensorsystem so angeordnet ist, dass er von einem Benutzer des Berührungssensorsystem gar nicht oder zumindest nicht ohne Weiteres mit derselben Hand wie einer der Berührungssensoren berührt werden kann. Zudem weist hier das Verfahren des Weiteren auf: (i) Messen eines elektrischen Kapazitätswerts des Referenzsensors; (ii) Bestimmen eines Vergleichswerts für den Referenzsensor, der die Größe einer etwaigen Abweichung zwischen dem gemessenen Kapazitätswert des Referenzsensors und einem für den Referenzsensor vorab bestimmten initialen Basislinienkapazitätswert repräsentiert und der positiv mit Größe der Abweichung korreliert. Dabei wird zum Bestimmen des Durchschnittswerts bzw. Medianwerts zusätzlich zu den Vergleichswerten aus der Verteilung der Vergleichswerte für die Berührungssensoren auch der Vergleichswert für den Referenzsensor herangezogen.
Der kapazitive Referenzsensor ist dabei in dem Berührungssensorsystem insbesondere dann so angeordnet, dass er von einem Benutzer des Berührungssensorsystem gar nicht berührt werden kann, wenn eine Berührung konstruktiv verhindert ist. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn (i) der Referenzsensor so angerordnet ist, dass keine der zur Kapazitätsmessung eingesetzten Elektroden an einer Oberfläche des Berührungssensorsystems oder unmittelbar darunter (d.h. so, dass eine Berührung der darüber liegenden Oberfläche noch zuverlässig detektiert werden könnte) liegt, oder wenn (ii) selbst wenn zumindest eine der Elektroden an oder unmittelbar unter der Oberfläche liegt, diese Elektrode oder der unmittelbar darüber liegende Oberflächenabschnitt nicht mit einem Finger erreicht werden kann. Der kapazitive Referenzsensor kann insbesondere dann nicht ohne Weiteres mit derselben Hand wie einer der Berührungssensoren berührt werden, wenn der Referenzsensor zwar grundsätzlich berührbar angeordnet ist und somit ebenfalls Berührungen detektieren kann, seine Anordnung relativ zu den Berührungssensoren des Berührungssensorsystems jedoch so gestaltet ist, dass aufgrund der Entfernung oder der Geometrie des Berührungssensorsystems eine gleichzeitige unabsichtliche Berührung des Referenzsensors und eines der Berührungssensoren mit derselben Hand eines Benutzers des Berührungssensorsystems, zumindest nahezu, ausgeschlossen ist.
Bei weiteren verwandten Ausführungsformen sind die Berührungssensoren in einem Bedienfeld zusammengefasst und der Referenzsensor sit von dem Bedienfeld beabstandet angeordnet und zur Detektion von Berührungen konfiguriert. Insbesondere kann der Abstand so groß gewählt sein, dass der Referenzsensor das nicht oder zumindest nicht ohne Weiteres gleichzeitig mit dem Bedienfeld mit derselben Hand eines Benutzers bedient werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, als Referenzsensor einen bereits aus einem anderen Grund, nämlich der Berührungsdetektion, vorhandenen kapazitiven Sensor im Sinne einer Mehrfachverwendung („Multi-use“ bzw. „Dual-use“) zu nutzen, was die Effizienz des Berührungssensorsystems erhöht.
Insbesondere kann dabei gemäß verwandter Ausführungsformen der Referenzsensor ein kapazitiver Sensor eines zweiten Bedienfelds sein, das eine Mehrzahl von kapazitiven Sensoren aufweist und das Verfahren des Weiteren aufweisen: (i) Messen eines jeweiligen individuellen elektrischen Kapazitätswerts der Sensoren des zweiten Bedienfelds; (ii) für jeden der Sensoren des zweiten Bedienfelds, Bestimmen eines jeweiligen Vergleichswerts, der die Größe einer etwaigen Abweichung zwischen dem gemessenen Kapazitätswert des jeweiligen Sensors und einem für ihn vorab bestimmten initialen Basislinienkapazitätswert repräsentiert und der positiv mit Größe der Abweichung korreliert; und (iii) Auswählen desjenigen der Sensoren des zweiten Bedienfelds als den Referenzsensor, der denjenigen Vergleichswert unter den Vergleichswerten für diese Sensoren aufweist, der den größten Kapazitätsüberschuss seines initialen Basislinienkapazitätswerts gegenüber dem zugehörigen gemessenen Kapazitätswert repräsentiert. Das vorausgehend zur Messung der Kapazitätswerte, zur Bestimmung der Vergleichswerte der Berührungssensoren (hier des ersten Bedienfelds), und zum Kapazitätsüberschuss Gesagte, gilt hier sinngemäß. Auf diese Weise kann die erreichbare Zuverlässigkeit des Berührungssensorsystems noch weiter erhöht werden, da als Referenzsensor ein aufgrund seines mit hoher Wahrscheinlichkeit „unberührt“- Berührungszustands besonders gut als Referenzsensor geeigneter kapazitiver Sensor des zweiten Bedienfelds ausgewählt wird.
Gemäß einigen Ausführungsformen weist das Berücksichtigen des ermittelten Kompensationswerts bei der Benutzung des Berührungssensorsystems zur Berührungsdetektion auf, dass jeder der Berührungssensoren zumindest mittels einer der folgenden Korrekturmaßnahmen oder einer Kombination daraus kalibriert wird: (i) Bestimmen eines dem jeweiligen Berührungssensor zugeordneten kompensierten Basislinienkapazitätswerts mittels, zumindest anteiligen, Kompensierens des diesem Berührungssensor zugeordneten initialen Basislinienkapazitätswerts anhand des Kompensationswerts; (ii) Bestimmen einer dem jeweiligen Berührungssensor individuell zugeordneten korrigierten Berührungsdetektionsschwelle mittels, zumindest anteiligen, Kompensierens einer zugehörigen vorab, insbesondere individuell oder für sämtliche der Berührungssensoren, festgelegten initialen Berührungsdetektionsschwelle anhand des Kompensationswerts. Dabei definiert die Berührungsdetektionsschwelle einen Kapazitätsschwellwert für die Detektion einer Berührung des Berührungssensors durch ein Objekt. Die Kompensation kann insbesondere mittels Addition des Kompensationswerts zum jeweiligen initialen Basislinienwert erfolgen. Während Variante (i) eine Basislinienanpassung im engeren Sinne darstellt, was es erlaubt, eine für alle Berührungssensoren gleiche Berührungsdetektionsschwelle zu verwenden, erlaubt es Variante (ii) die Basislinienwerte unverändert zu lassen, da stattdessen sensorindividuelle Berührungsdetektionsschwellen verwendet werden.
Gemäß einigen Ausführungsformen weist das Verfahren des Weiteren auf: (i) Bestimmen derjenigen Berührungssensoren, deren Kapazitätswerte gemäß der Kalibrierung die Anwesenheit einer Berührung indizieren, als berührte Berührungssensoren; und (ii) Ausgeben eines die berührten Berührungssensoren identifizierenden Ausgangssignals. Neben der eigentlichen Kalibrierung erfolgt hier somit auch bereits eine tatsächliche Berührungsmessung. Beides kann auf diese Weise insbesondere beruhend auf denselben Kapazitätsmessergebnissen erfolgen, so dass eine Mehrfachmessung für die Kalibrierung einerseits und für eine tatsächliche Berührungsmessung andererseits, nicht erforderlich ist.
Gemäß einigen Ausführungsformen weist das Verfahren des Weiteren auf: Hochpass-Filtern der von den einzelnen Berührungssensoren beim Messen ihres jeweiligen individuellen elektrischen Kapazitätswerts erzeugten Sensorsignale, um niederfrequente Signalanteile aus dem Signal herauszufiltern. Da niederfrequente Signale typischerweise nicht aus einer Berührung eines Berührungssensors durch ein Objekt resultieren, lassen sich so Signalanteile, die wahrscheinlich auf externe Einflüsse zurückgehen und das Messergebnis potentiell beeinträchtigen, insbesondere auch verfälschen, könnten, vorab herausfiltern, so dass sie im Rahmen der Kalibrierung des Berührungssensorsystems nicht weiter zum Tragen kommen. So lässt sich die Erreichbare Zuverlässigkeit des Systems weiter erhöhen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren eines eine Mehrzahl von kapazitiven Berührungssensoren aufweisenden Berührungssensorsystems. Die Vorrichtung ist konfiguriert, das Verfahren nach dem ersten Aspekt auszuführen.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Berührungssensorsystem, aufweisend eine Mehrzahl von kapazitiven Berührungssensoren und eine Kalibriervorrichtung nach dem zweiten Aspekt, wobei das Berührungssensorsystem konfiguriert ist, insbesondere bei seiner Aktivierung, mittels der Kalibriervorrichtung eine Kalibrierung des Berührungssensorsystems gemäß dem Verfahren nach dem ersten Aspekt auszuführen.
Gemäß einiger Ausführungsformen kann das Berührungssensorsystem insbesondere als ein Eingabesystem für eine Benutzerschnittstelle eines Fahrzeugs konfiguriert sein. Speziell kann das Berührungssensorsystem dabei insbesondere als ein Eingabesystem für eine an einer Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs angeordneten Benutzerschnittstelle konfiguriert sein. Diese fahrzeugbezogenen Ausführungsformen ermöglichen eine Verbesserung der Bedienungszuverlässigkeit bei der Verwendung des Berührungssensorsystems als Eingabeschnittstelle in einem Fahrzeug und können dabei zugleich zur Erreichung eines Sicherheitsgewinns führen, da langwierige, den Fahrer ablenkende Mehrfacheingaben aufgrund von fehlerhaften oder verzögerten Berührungserkennungen reduziert oder gar vermieden werden können.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer, insbesondere durch einen Prozessor der Kalibriervorrichtung nach dem zweiten Aspekt, diesen veranlassen, das Verfahren nach dem ersten Aspekt auszuführen.
Das Computerprogramm kann insbesondere auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert sein. Bevorzugt ist dies ein Datenträger in Form eines optischen Datenträgers oder eines Flashspeichermoduls. Dies kann vorteilhaft sein, wenn das Computerprogramm als solches unabhängig von einer Prozessorplattform gehandelt werden soll, auf der das ein bzw. die mehreren Programme auszuführen sind. In einer anderen Implementierung kann das Computerprogramm als eine Datei auf einer Datenverarbeitungseinheit, insbesondere auf einem Server vorliegen, und über eine Datenverbindung, beispielsweise das Internet oder eine dedizierte Datenverbindung, wie etwa ein proprietäres oder lokales Netzwerk, herunterladbar sein. Zudem kann das Computerprogramm eine Mehrzahl von zusammenwirkenden einzelnen Programmodulen aufweisen.
Die Kalibriervorrichtung nach dem zweiten Aspekt bzw. das Berührungssensorsystem nach dem dritten Aspekt können daher insbesondere entsprechend einen Programmspeicher aufweisen, in dem das Computerprogramm abgelegt ist. Alternativ können die Kalibriervorrichtung bzw. das Berührungssensorsystem auch eingerichtet sein, über eine Kommunikationsverbindung auf ein extern, beispielsweise auf einem oder mehreren Servern oder anderen Datenverarbeitungseinheiten verfügbares Computerprogramm zuzugreifen, insbesondere um mit diesem Daten auszutauschen, die während des Ablaufs des Verfahrens bzw. Computerprogramms Verwendung finden oder Ausgaben des Computerprogramms darstellen.
Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend auch für die weiteren Aspekte der Erfindung.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
Dabei zeigt:

1 schematisch ein beispielhaftes Berührungssensorsystem gemäß einer ersten Ausführungsform, einschließlich einer Mehrzahl von Berührungssensoren und einer Kalibriervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sowie die beispielhafte Anordnung dieses Berührungssensorsystem an einer Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs als Benutzerschnittstelle für Berührungseingaben;
2 schematisch ein beispielhaftes Berührungssensorsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform, bei der das Berührungssensorsystem ein zwei verschiedene Bedienfelder aufweist und als Benutzerschnittstelle an einer Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs konfiguriert ist;
3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, die auf einer speziellen Auswahl eines Vergleichswerts als Kompensationswert beruht;
4 ein Diagramm gemäß einem ersten Beispiel zur Illustration einer Basislinienkorrektur gemäß dem Verfahren aus 3; und
5 ein Diagramm gemäß einem zweiten Beispiel zur Illustration einer Basislinienkorrektur gemäß dem Verfahren aus 3;
6A-C ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, die auf einer Mittelwertbildung von Vergleichswerten zur Bestimmung des Kompensationswerts beruht; und
7 ein Diagramm gemäß einem Beispiel zur Illustration einer Basislinienkorrektur gemäß dem Verfahren aus 6A-C

In den Figuren werden durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechenden Elemente der Erfindung verwendet.
Ein beispielhaftes Berührungssensorsystem 100 gemäß 1 weist eine Mehrzahl (im vorliegenden Beispiel vier) kapazitiver Berührungssensoren 110a bis 110d auf, die insbesondere in einem (ersten) Bedienfeld 105 des Berührungssensorsystems 100 angeordnet sein können. Des Weiteren weist das Berührungssensorsystem 100 einen kapazitiven Referenzsensor 115 auf, der bevorzugt so angeordnet ist, dass er nicht durch einen Benutzer des Berührungssensorsystems 100 unmittelbar berührt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass der Referenzsensor 115 in guter Näherung als nicht durch von einem Benutzer, insbesondere dessen Hand, ausgehende externe Einflüsse auf seine Messkapazität beeinflusst angesehen werden kann. Des Weiteren weist das Berührungssensorsystem 100 eine Kalibriervorrichtung 120 auf, welche über eine Prozessoreinheit 125 und einen daran gekoppelten Programm- und Datenspeicher 130 verfügt. Die Prozessoreinheit 125 kann insbesondere einen oder mehrere Mikroprozessoren aufweisen und kann insbesondere als Mikrocontroller ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere als computerimplementiertes Verfahren ausgebildet sein und ein entsprechendes zu seiner Ausführung auf der Prozessoreinheit 125 konfiguriertes Programm kann dazu im Speicher 130 abgelegt sein.
Das Berührungssensorsystem 100 gemäß 1 kann insbesondere als Benutzerschnittstelle in einem Fahrzeug beispielsweise zur Anordnung an einer Lenkvorrichtung 135, insbesondere an einem Lenkrad, konfiguriert sein. Ein Ausführungsbeispiel hierzu ist in 2 dargestellt.
In Erweiterung des Berührungssensorsystems 100 gemäß 1 ist hier neben einem ersten Bedienfeld 105 ein weiteres Bedienfeld 140 vorgesehen, wobei die beiden Bedienfelder jeweils über eine Mehrzahl, im vorliegenden Beispiel jeweils vier, kapazitive Sensoren verfügen, die je Bedienfeld beispielhaft in einer matrixartigen Anordnung vorliegen. Im Folgenden werden speziell die Berührungssensoren des ersten Bedienfelds 105 als „Berührungssensoren“ bezeichnet, während zum Zwecke der besseren Erläuterung in Abgrenzung hierzu die kapazitiven Sensoren des zweiten Bedienfelds 140, bei denen es sich technisch jedoch ebenfalls um Berührungssensoren handelt, nicht als solche bezeichnet werden. Die kapazitiven Sensoren zumindest des ersten Bedienfelds 105 sind durch die Kalibriervorrichtung 120 kalibrierbar, insbesondere gemäß einem der nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3 bis 7 beschriebenen Verfahren. Vorzugsweise gilt dies gleichermaßen für die kapazitiven Sensoren des zweiten Bedienfelds. Zusätzlich oder anstelle eines dedizierten Referenzsensors wird bei dem Berührungssensorsystem gemäß 2 ein ausgewählter Berührungssensor des zweiten Bedienfelds als Referenzsensor 115 für die Kalibrierung der Berührungssensoren 100a bis 100d des ersten Bedienfelds 105 eingesetzt. Spiegelbildlich kann dies entsprechend auch andersherum möglich sein.
Anhand des Flussdiagramms aus 3 sowie den Beispielen aus den 4 und 5 wird nun eine erste bevorzugte Ausführungsform 200 eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter beispielhafter Bezugnahme auf das Berührungssensorsystem 100 aus 1 erläutert, das auf einer speziellen Auswahl eines Vergleichswerts als Kompensationswert beruht. Das Verfahren 200 wird vorzugsweise beim Aktivieren des Berührungssensorsystems, insbesondere bei dessen Aufstart, durchgeführt und beginnt entsprechend mit einem Aktivieren des Berührungssensorsystems 100 in einem Schritt 205. Es kann stattdessen aber auch zu anderen Zeitpunkten durchgeführt werden insbesondere jedes Mal, wenn eine Messung erfolgen soll, oder in regelmäßigen Zeitabständen. Dementsprechend soll als „Aktivieren“ des Berührungssensorsystems insbesondere jedwede Auslösung eines Arbeits- oder Kalibrierbetriebsmodus des Berührungssensorsystems verstanden werden.
Sodann werden in einem Schritt 210 die jeweiligen individuellen Kapazitätswerte C der Berührungssensoren 110a bis 110d des Berührungssensorsystems 100 gemessen. Um mutmaßlich von externen Einflüssen herrührende niederfrequente Signalanteile in den von den Berührungssensoren 110a bis 110d jeweils gelieferten Messsignalen zu unterdrücken, findet dabei vorzugsweise eine Hochpassfilterung der Sensorsignale statt.
Auf Basis der im Schritt 210 gemessenen Kapazitätswerte C und der für jeden der Berührungssensoren 110a bis 110d vorab festgelegten, typischerweise bereits werkseitig bei der Charakterisierung des Berührungssensorsystems vor seiner Auslieferung unter Normbedingungen ermittelten, individuellen Basislinienkapazitätswerte B0 wird nun im Schritt 215 für jeden der Berührungssensoren 110a bis 110d ein individueller Vergleichswert V bestimmt. Dies kann insbesondere so erfolgen, dass als Vergleichswert V die Differenz zwischen dem gemessenen Kapazitätswert C und dem initialen Basislinienkapazitätswert B0 des jeweiligen Berührungssensors gewählt wird, d.h. V = C - B0.
Die 4(a) und 5(a) zeigen zwei verschiedene Beispiele für die Bestimmung dieser jeweiligen Vergleichswerte V für die Berührungssensoren 110a bis 100d aus einem Satz von zugehörigen initialen Basislinienkapazitätswerten B0 und von im Schritt 210 gemessenen Kapazitätswerten C mittels einer solchen Differenzbildung. Im Falle der 4(a) ergibt sich ein negativer Kompensationswert.
In einem weiteren Schritt 220 wird sodann aus der Menge der im Schritt 215 bestimmten Vergleichswerte V der (vorzeichenbehaftet) kleinste Vergleichswert Vmin ermittelt und im Schritt 225, der mit dem Schritt 220 zusammenfallen kann, als Kompensationswert C festgelegt. Eine Motivation für diese Wahl besteht darin, dass externe Einflüsse sich je nach ihrer Art positiv oder negativ auf einen gemessenen Kapazitätswert C eines Berührungssensors auswirken können und diesen somit steigern oder senken können, während der Einfluss einer Berührung des Berührungssensors, insbesondere durch einen menschlichen Finger, in der Regel nur kapazitätserhöhend wirken kann.
Wählt man nun, wie hier vorgeschlagen, den kleinsten der Vergleichswerte aus, d.h. Vmin, so korrespondiert dies zur Auswahl desjenigen unter den in Schritt 210 gemessenen Kapazitätswerten K, der am wenigsten wahrscheinlich beziehungsweise vermutlich am geringsten von externen Einflüssen betroffen ist. Da der Kompensationswert ein Maß für die näherungsweise als für alle Berührungssensoren gleich groß angenommenen externen Einflüsse bei Abwesenheit einer Berührung darstellen soll, stellt diese Auswahl eine in der Regel gute Abschätzung für den Wert eines zu diesem Zweck einsetzbaren Kompensationswerts dar. In den 4(a) und 5(a) stellt jeweils der Vergleichswert V zum Berührungssensor 110b diesen kleinsten Vergleichswert Vmin dar, der als Kompensationswert gewählt wird.
Nunmehr können im Schritt 230 die jeweiligen initialen Basislinienkapazitätswerte B0 aller Berührungssensoren 110a bis 110d des Berührungssensorsystems 100 auf Basis des ermittelten Kompensationswerts Vmin korrigiert werden. Dies kann insbesondere so erfolgen, dass zu diesem Zweck eine vorzeichenbehaftete Addition des Kompensationswerts zum jeweiligen initialen Basislinienkapazitätswert B0 erfolgt, um korrigierte Basislinienkapazitätswerte Bk zu erhalten. Dies ist in den 4(b) und 5(b) illustriert, wo unter Beibehaltung der gemessenen Kapazitätswerte C korrigierte Basislinienkapazitätswerte Bk anhand der ermittelten Kompensationswerts Vmin mittels Addition desselben zu den entsprechende initialen Basislinienkapazitätswerten B0 ermittelt wurden, d.h. Bk = B0 + Vmin.
In einem weiteren Schritt 235 kann nun der jeweilige Berührungszustand der Berührungssensoren 110a bis 110d auf Basis des jeweiligen gemessenen Kapazitätswerts C und des jeweiligen korrigierten Basislinienkapazitätswerts Bk bestimmt werden. Dazu wird die Differenz zwischen beiden gebildet, um einen jeweiligen individuellen korrigierten Vergleichswert Vk für jeden der Berührungssensoren 110a bis 110d zu bestimmen, d.h. Vk = C - Bk. Durch Vergleich des korrigierten Vergleichswerts Vk mit einer im vorliegenden Beispiel global für alle Berührungssensoren gleich definierten Detektionsschwelle T kann nun der jeweilige Berührungszustand jedes der Berührungssensoren bestimmt werden, wobei eine Berührung als solche detektiert wird, wenn für den betreffenden Berührungssensor der zugehörige korrigierte Vergleichswert Vk die Berührungsdetektionsschwelle T erreicht oder überschreitet. Andernfalls wird eine Nichtberührung detektiert. Im abschließenden Schritt 240 kann schließlich ein Ausgangssignal ausgegeben werden, das die jeweiligen ermittelten Berührungszustände der Berührungssensoren 110a bis 110d repräsentiert. Dieses Ausgangssignal kann insbesondere als Steuerungssignal zur Ansteuerung einer oder mehrerer zu den verschiedenen Berührungssensoren korrespondierenden Funktionalitäten genutzt werden, wie beispielsweise zur Lautstärkeregelung für ein Entertainment-System oder zur Konfiguration einer automatischen Fahrzeugsteuerung, insbesondere einer ACC (Automatic Cruise control).
Im Vergleich der beiden 4(a) und 4(b) lässt sich der Einfluss der vorgenommenen Kalibrierung des Kompensationswerts Vmin erkennen. Während vor der Kalibrierung für die Sensoren 110a bis 110c jeweils eine Nichtberührung und nur für den Berührungssensor 100d eine Berührung detektiert würde, wird nach der Kalibrierung sowohl für den Berührungssensor 110a als auch für den Berührungssensor 110d eine Berührung detektiert, für alle anderen Berührungssensoren 100b und 100c jedoch eine Nichtberührung.
Im weiteren Beispiel gemäß den 5 (a) und 5 (b) werden vor der Kalibrierung für die beiden Berührungssensoren 110c und 110d jeweils Berührungen detektiert, während nach der Kalibrierung nur noch für den Berührungssensor 110d eine Berührung detektiert wird, für alle anderen Berührungssensoren 100a bis 100c jedoch eine Nichtberührung.
Anhand des Flussdiagramms aus den mittels der Konnektoren A, B und C miteinander verknüpften 6A bis 6C sowie dem Beispiel aus den 7 wird nun eine zweite bevorzugte Ausführungsform 300 eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter beispielhafter Bezugnahme auf das Berührungssensorsystem 100 aus 1 erläutert, das auf einer Mittelwertbildung (oder alternativ Medianbildung) über die Vergleichswerte zur Bestimmung des Kompensationswerts beruht. Auch das Verfahren 300 wird vorzugsweise beim Aktivieren des Berührungssensorsystems, insbesondere bei dessen Aufstart, durchgeführt und beginnt entsprechend, wie in 6A dargestellt, mit einem Aktivieren des Berührungssensorsystems 100 in einem Schritt 305. Wie das Verfahren 200 kann es stattdessen aber auch zu anderen Zeitpunkten durchgeführt werden, insbesondere in regelmäßigen Zeitabständen oder jedes Mal, wenn eine Messung erfolgen soll.
Es folgt ein Messschritt 310 zum Messen der individuellen Kapazitätswerte C der Berührungssensoren 100a bis 100d, der dem Schritt 210 des Verfahrens 200 entspricht. Optional kann zusätzlich, wie in den 6A-C und 7 beispielhaft illustriert, die Verwendung eines Referenzsensors 115 vorgesehen sein. Dies wird nachfolgend insbesondere im Hinblick auf ein Berührungssensorsystem mit zwei verschiedenen Bedienfeldern erläutert, wie es insbesondere 2 zeigt.
In diesem Fall kann anstelle eines vorbestimmten kapazitiven Referenzsensors eine dynamische Auswahl eines kapazitiven Sensors des zweiten Bedienfelds als Referenzsensor erfolgen, insbesondere wie dies in 6B illustriert ist. Dort werden in einem Schritt 311 für die kapazitiven Sensoren des zweiten Bedienfelds analog zu Schritt 310 für das erste Bedienfeld jeweils individuelle Kapazitätswerte gemessen, wobei auch wieder eine Hochpassfilterung der entsprechenden optional zur Anwendung kommen kann. Sodann wird im Schritt 312 in Analogie zum Schritt 215 des Verfahrens 200 für jeden der Sensoren des zweiten Bedienfelds ein individueller Vergleichswert als Differenz zwischen dem jeweiligen zugehörigen gemessenen Kapazitätswert und einem vorab bestimmten initialen Basislinienkapazitätswert des jeweiligen Sensors bestimmt. Zur Festlegung eines Referenzsensors, wird sodann im Schritt 313 derjenige der Sensoren des zweiten Bedienfelds als Referenzsensor für das Berührungssensorsystem 100 ausgewählt, der den kleinsten Vergleichswert unter den Sensoren des zweiten Bedienfelds aufweist. Die Motivation für die Auswahl des Sensors mit dem kleinsten Vergleichswert als Referenzsensor entspricht dabei der bereits vorausgehend zum Verfahren 200 erläuterten Begründung bezüglich der Auswahl des minimalen Vergleichsergebnisses Vmin als Kompensationswert.
Nun wieder bezugnehmend auf 6A, wird in einem weiteren Schritt 315, wiederum in Analogie zum Schritt 215 des Verfahrens 200, für jeden der Berührungssensoren 100a bis 100d des ersten Bedienfelds 105 jeweils ein individueller Vergleichswert V als Differenz zwischen den jeweiligen zugehörigen gemessenen Kapazitätswert C und einem vorab bestimmten initialen Basislinienkapazitätswert B0 des jeweiligen Berührungssensors 100a bis 100d bestimmt. Aus der so erhaltenen Verteilung von Vergleichswerten V der Berührungssensoren sowie optional auch dem Vergleichswert des Referenzsensors können im Schritt 320 Extremwerte gemäß einem vorbestimmten Filterkriterium herausgefiltert werden, um die nachfolgende Bestimmung des Kompensationswerts gegen potenziell verfälschte Vergleichswerte, wie sie beispielsweise durch besondere individuelle Temperaturschwankungen auf einzelne der Berührungssensoren ausgelöst worden sein könnten (etwa durch selektive Sonneneinstrahlung), zu schützen.
Sodann beginnt die eigentliche Bestimmung des Kompensationswerts, die hier im vorliegenden beispielhaften Verfahren 300 mehrstufig erfolgt. Dazu wird zunächst im Schritt 325 ein vorläufiger Wert für den Kompensationswert dadurch ermittelt, indem dieser gleich dem Durchschnittswert der ermittelten gefütterten Vergleichswerte der Berührungssensoren und gegebenenfalls des Referenzsensors gesetzt wird. Auf Basis dieses Kompensationswerts erfolgt in Schritt 330 ein vorläufiges Korrigieren der jeweiligen Basislinienkapazitätswerte B0 aller Berührungssensoren 100a bis 100d des Berührungssensorsystems 100. Dies kann insbesondere anhand einer vorzeichenbehafteten Addition des vorläufigen Werts des Kompensationswerts zum jeweiligen initialen Basislinienkapazitätswert B0 erfolgen.
Nun kann im Schritt 335 der jeweilige vorläufige Berührungszustand der Berührungssensoren 100a bis 100d jeweils auf Basis des jeweiligen gemessenen Kapazitätswerts C und des jeweiligen vorläufig korrigierten Basislinienkapazitätswerts bestimmt werden. Der weitere Verfahrensverlauf ist in 6C illustriert. Es folgt ein Schritt 340, bei dem auf Basis der vorläufig ermittelten Berührungszustände diejenigen Berührungssensoren bestimmt werden, die gemäß einem Vergleich der Berührungsdetektionsschwelle T mit dem jeweiligen Vergleichswert des Berührungssensors, als „unberührt“ detektiert werden. Diese unberührten Berührungssensoren sind also diejenigen Berührungssensoren, deren Vergleichswert geringer ist als die Berührungsdetektionsschwelle T.
Nun kann in einem Schritt 345 ein finaler Wert für den Kompensationswert als Durchschnittswert M (alternativ Medianwert, s.o.) (nur) der ermittelten gefilterten Vergleichswerte V für die unberührten Berührungssensoren und den Referenzsensor 115 bestimmt werden. Auf Basis dieses finalen Werts für den Kompensationswert kann sodann im Schritt 350 ein finales Korrigieren der jeweiligen initialen Basislinienkapazitätswerte B0 aller Berührungssensoren 100a bis 100d des Berührungssensorsystems 100 erfolgen. Der entsprechend final korrigierte Basislinienkapazitätswert Bk des jeweiligen Berührungssensors kann insbesondere anhand einer vorzeichenbehafteten Addition des finalen Kompensationswerts M zum initialen Basislinienkapazitätswert B0 des betreffenden Berührungssensors bestimmt werden.
Nun kann im Schritt 355 auf Basis des jeweiligen gemäßen Kapazitätswerts C und des jeweiligen final korrigierten Basislinienkapazitätswerts Bk in Analogie zu Schritt 235 des Verfahrens 200 der jeweilige Berührungszustand eines jeden der Berührungssensoren 100a bis 100d bestimmt werden, indem mittels Differenzbildung zwischen dem gemessenen Kapazitätswert C und dem final korrigierten Basislinienkapazitätswert Bk ein korrigierter Vergleichswert Vk berechnet (Vk = C - Bk) und dieser mit der Berührungsdetektionsschwelle T verglichen wird.
Im Vergleich der beiden 4(b) und 7(b), die beide ausgehend von derselben initialen Werteverteilung für die initialen Basislinienwerte B0 und die gemessenen Kapazitätswerte C (vgl. 4(a) und 7(a)) bestimmt wurden, lässt sich der unterschiedliche Einfluss der gemäß den beiden erläuterten beispielhaften Ausführungsformen des Verfahrens verschiedenen Festlegungen des Kompensationswerts erkennen. Während vor der Korrektur für die Sensoren 110a bis 110c jeweils eine Nichtberührung und nur für den Berührungssensor 100d eine Berührung detektiert würde, wird im Fall der 4(b) nach der Korrektur sowohl für den Berührungssensor 110a als auch für den Berührungssensor 110d eine Berührung detektiert, für alle anderen Berührungssensoren 100b und 100c jedoch eine Nichtberührung. Im Fall der der 7(b) dagegen wird nach der Korrektur für sämtliche Berührungssensoren 100b und 100c eine Nichtberührung detektiert.
Schließlich kann im Schritt 360 noch in Analogie zum Schritt 240 ein Ausgangssignal ausgegeben werden, dass die jeweiligen final ermittelten Berührungszustände eines oder mehrerer, insbesondere sämtlicher der Berührungssensoren repräsentiert.
Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.
Bezugszeichenliste

100: Berührungssensorsystem
105: Bedienfeld, insbesondere erstes Bedienfeld
11 0a - d: Berührungssensoren
115: kapazitiver Referenzsensor
120: Kalibriervorrichtung
125: Prozessoreinheit
130: Programm- und Datenspeicher
135: Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere Lenkrad
140: zweites Bedienfeld
200: erste Ausführungsform eines Kalibrierverfahrens
205 - 240: Verfahrensschritte des Verfahrens 200
300: zweite Ausführungsform eines Kalibrierverfahrens
305 - 360: Verfahrensschritte des Verfahrens 300
B0: initialer Basislinienkapazitätswert
Bk: (final) korrigierter Basislinienkapazitätswert
C: (gemessener) Kapazitätswert
V: Vergleichswert
Vk: korrigierter Vergleichswert
Vmin: kleinster Vergleichswert, zugleich Kompensationswert
T: Berührungsdetektionsschwelle
M: Mittelwert der Vergleichswerte

Claims

Verfahren (200; 300) zum Kalibrieren eines eine Mehrzahl von kapazitiven Berührungssensoren (100a,...,100d) aufweisenden Berührungssensorsystems, wobei das Verfahren aufweist: Messen (210; 310) eines jeweiligen individuellen elektrischen Kapazitätswerts (C) der Berührungssensoren (100a,...,100d); für jeden der Berührungssensoren (100a,...,100d), Bestimmen (215; 315) eines jeweiligen Vergleichswerts (V), der die Größe einer etwaigen Abweichung zwischen dem betreffenden gemessenen Kapazitätswert (C) und einem für diesen Berührungssensor vorab bestimmten initialen Basislinienkapazitätswert (B0) repräsentiert und der positiv mit Größe der Abweichung korreliert; Ermitteln (225; 325,...,345) eines Kompensationswerts auf Basis der Vergleichswerte, wobei der Kompensationswert so bestimmt wird, dass er zwischen dem größten und dem kleinsten der Vergleichswerte (V) liegt oder gleich demjenigen der Vergleichswerte (V) ist, der den größten Kapazitätsüberschuss des initialen Basislinienkapazitätswerts (B0) gegenüber dem zugehörigen gemessenen Kapazitätswert (C) oder andernfalls den kleinsten Kapazitätsüberschuss des zugehörigen gemessenen Kapazitätswert (C) gegenüber dem initialen Basislinienkapazitätswerts (B0) repräsentiert; und Berücksichtigen (235; 355) des ermittelten Kompensationswerts bei der Benutzung des Berührungssensorsystems (100) zur Berührungsdetektion mittels Korrektur der dabei gemessenen Kapazitätswerte (C) oder der initialen Basislinienkapazitätswerte der Berührungssensoren (100a,...,100d) anhand des Kompensationswerts.
Verfahren (200) nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln (225) des Kompensationswerts so erfolgt, dass derjenige der Vergleichswerte (V) als Kompensationswert (Vmin) festgelegt wird, der den größten Kapazitätsüberschuss des initialen Basislinienkapazitätswerts (B0) gegenüber dem zugehörigen gemessenen Kapazitätswert (C) oder andernfalls den kleinsten Kapazitätsüberschuss des zugehörigen gemessenen Kapazitätswert (C) gegenüber dem initialen Basislinienkapazitätswerts (B0) repräsentiert.
Verfahren (300) nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln (325,...,345) des Kompensationswerts so erfolgt, dass ein Durchschnittswert (M) oder ein Medianwert der Verteilung der Vergleichswerte (V) als Kompensationswert festgelegt wird.
Verfahren (300) nach Anspruch 3, wobei das Ermitteln (325,...,345) des Kompensationswerts aufweist: Festlegen (325) eines Durchschnittswerts (M) bzw. eines Medianwerts der Verteilung der Vergleichswerte (V) als vorläufigen Wert für den Kompensationswert; Bestimmen (340) derjenigen Berührungssensoren (100a,...,100d), deren gemessene Kapazitätswerte (C) gemäß einer Korrektur (330) der Messungen auf Basis des vorläufigen Werts für den Kompensationswert die Abwesenheit einer Berührung indizieren, als unberührte Berührungssensoren; Festlegen (345) des Durchschnittswerts oder des Medianwerts der Verteilung der Vergleichswerte (V) für die bestimmten unberührten Berührungssensoren (100a,...,100d) als finalen Wert für den Kompensationswert; wobei das Berücksichtigen (355) des ermittelten Kompensationswerts bei der Benutzung des Berührungssensorsystems (100) zur Berührungsdetektion mittels Korrektur (350) der dabei gemessenen Kapazitätswerte (C) oder der Basislinienkapazitätswerte der Berührungssensoren (100a,...,100d) anhand des finalen Kompensationswerts erfolgt.
Verfahren (300) nach Anspruch 3 oder 4, wobei zum Bestimmen des Durchschnittswerts (M) bzw. Medianwerts nur solche Vergleichswerte (V) aus der Verteilung der Vergleichswerte (V) herangezogen werden (320), die gemäß einem vorbestimmten Filterkriterium keine Extremwerte innerhalb der Verteilung der Vergleichswerte (V) darstellen.
Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das Berührungssensorsystem (100) des Weiteren einen kapazitiven Referenzsensor (115) aufweist, der in dem Berührungssensorsystem (100) so angeordnet ist, dass er von einem Benutzer des Berührungssensorsystem (100) gar nicht oder zumindest nicht ohne Weiteres mit derselben Hand wie einer der Berührungssensoren (110a,...,100d) berührt werden kann, und wobei das Verfahren des Weiteren aufweist: Messen (311) eines elektrischen Kapazitätswerts (C) des Referenzsensors (115) ; Bestimmen eines Vergleichswerts (V) für den Referenzsensor (115), der die Größe einer etwaigen Abweichung zwischen dem gemessenen Kapazitätswert (C) des Referenzsensors (115) und einem für den Referenzsensor (115) vorab bestimmten initialen Basislinienkapazitätswert (B0) repräsentiert und der positiv mit Größe der Abweichung korreliert; wobei zum Bestimmen des Durchschnittswerts (M) bzw. Medianwerts zusätzlich zu den Vergleichswerten aus der Verteilung der Vergleichswerte (V) für die Berührungssensoren (110a,...,100d) auch der Vergleichswert (V) für den Referenzsensor (115) herangezogen wird.
Verfahren (300) nach Anspruch 6, wobei die Berührungssensoren (100a,...,100d) in einem Bedienfeld (105) zusammengefasst sind und der Referenzsensor (115) von dem Bedienfeld (105) beabstandet angeordnet und zur Detektion von Berührungen konfiguriert ist.
Verfahren (300) nach Anspruch 7, wobei der Referenzsensor (115) ein kapazitiver Sensor eines zweiten Bedienfelds (140) ist, das eine Mehrzahl von kapazitiven Sensoren aufweist und das Verfahren des Weiteren aufweist: Messen (311) eines jeweiligen individuellen elektrischen Kapazitätswerts (C) der Sensoren des zweiten Bedienfelds; für jeden der Sensoren des zweiten Bedienfelds, Bestimmen (312) eines jeweiligen Vergleichswerts, der die Größe einer etwaigen Abweichung zwischen dem gemessenen Kapazitätswert (C) des jeweiligen Sensors und einem für ihn vorab bestimmten initialen Basislinienkapazitätswert (B0) repräsentiert und der positiv mit Größe der Abweichung korreliert; Auswählen (313) desjenigen der Sensoren des zweiten Bedienfelds (140) als den Referenzsensor, der denjenigen Vergleichswert (Vmin) unter den Vergleichswerten für diese Sensoren aufweist, der den größten Kapazitätsüberschuss seines initialen Basislinienkapazitätswerts (B0) gegenüber dem zugehörigen gemessenen Kapazitätswert (C) repräsentiert.
Verfahren (200; 300) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei das Berücksichtigen des ermittelten Kompensationswerts bei der Benutzung des Berührungssensorsystems (100) zur Berührungsdetektion aufweist: jeder der Berührungssensoren (110a,...,100d) wird zumindest mittels einer der folgenden Korrekturmaßnahmen oder einer Kombination daraus kalibriert: Bestimmen eines dem jeweiligen Berührungssensor (100a,...,100d) zugeordneten kompensierten Basislinienkapazitätswerts (Bk) mittels Kompensierens des diesem Berührungssensor zugeordneten initialen Basislinienkapazitätswerts (B0) anhand des Kompensationswerts; Bestimmen einer dem jeweiligen Berührungssensor (100a,...,100d) individuell zugeordneten korrigierten Berührungsdetektionsschwelle mittels Kompensierens einer zugehörigen vorab festgelegten initialen Berührungsdetektionsschwelle anhand des Kompensationswerts, wobei die Berührungsdetektionsschwelle einen Kapazitätsschwellwert für die Detektion einer Berührung des Berührungssensors durch ein Objekt definiert.
Verfahren (200; 300) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, des Weiteren aufweisend: Bestimmen (235; 355) derjenigen Berührungssensoren, deren Kapazitätswerte (C) gemäß der Kalibrierung die Anwesenheit einer Berührung indizieren, als berührte Berührungssensoren; und Ausgeben (240; 360) eines die berührten Berührungssensoren identifizierenden Ausgangssignals.
Verfahren (200; 300) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, des Weiteren aufweisend: Hochpass-Filtern der von den einzelnen Berührungssensoren (110a,...,100d) beim Messen ihres jeweiligen individuellen elektrischen Kapazitätswerts (C) erzeugten Sensorsignale, um niederfrequente Signalanteile aus dem Signal herauszufiltern;
Kalibriervorrichtung (120) zum Kalibrieren eines eine Mehrzahl von kapazitiven Berührungssensoren (110a,...,100d) aufweisenden Berührungssensorsystems (100), wobei die Kalibriervorrichtung (120) konfiguriert ist, das Verfahren (200; 300) nach einem der vorausgehenden Ansprüche auszuführen.
Berührungssensorsystem, aufweisend eine Mehrzahl von kapazitiven Berührungssensoren (110a,...,100d) und eine Kalibriervorrichtung (120) nach Anspruch 11, wobei das Berührungssensorsystem (100) konfiguriert ist, bei seiner Aktivierung mittels der Kalibriervorrichtung (120) eine Kalibrierung des Berührungssensorsystems (100) gemäß dem Verfahren (200; 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.
Berührungssensorsystem (100) nach Anspruch 13, wobei das Berührungssensorsystem (100) als ein Eingabesystem für eine Benutzerschnittstelle eines Fahrzeugs konfiguriert ist.
Berührungssensorsystem (100) nach Anspruch 14, wobei das Berührungssensorsystem (100) als ein Eingabesystem für eine an einer Lenkvorrichtung (135) eines Fahrzeugs angeordneten Benutzerschnittstelle konfiguriert ist.
Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer, insbesondere durch einen Prozessor der Kalibriervorrichtung (120) nach Anspruch 12, diesen veranlassen, das Verfahren (200; 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.